DE2043772C2 - Diskriminatorschaltungsanordnung in einem elektronischen Distanzmeßgerät zum Ziehen der Meßoszillatorfrequenz auf eine gegenüber derjenigen der Gegenstation höhere bzw. tiefere Sollfrequenz - Google Patents

Description

Grundfrequenz des Meßoszillators und dor Sollfrequenz liegt, auf welche die Meßfrequenz gezogen werden soll. Über dem C-Glied des letzten Tiefpaßfilters baut sich sodann eine Regelspannung auf, die ansteigt bis zu einem Wert, bei dem die Sollfrequenz erreicht ist und bei dem sich zwischen dem Differenzsignal und dem Bezugssignal eine Phase einstellt, die die Auf rechierhaltung der Sollfrequenz ergibt (Phasensynchronisation).

Aus der geschilderten Arbeitsweise der Schaltungsanordnung geht hervor, daß der Sollwert mit großer Genauigkeit eingestellt wird, was einen weiteren Vorteil der Schaltungsanordnung darstellt.

An Hand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

F i g. 1 zeigt ein Prinzipschema einer erfindungsgemä-Ben Schaltungsanordnung in einem elektronischen Distanzmeßgerät zum Ziehen der Frequenz des Meßoszillators auf eine Sollfrequenz, die um einen bestimmten vorgegebenen Betrag höher ist als die Frequenz eines gleichen Meßoszillators in der Gegenstation.

In F i g. 2 ist die Ausgangsspannung des Äquivalenztores sowie die Größe der resultierenden Regelspannung bei verschiedenen Differenzfrequenzen bzw. bei verschiedenen Phasenwinkeln zwischen dem Differenz- und dem Bezugssignal dargestellt. In Fig.3 ist für verschiedene Differenzfrequenzen die Regelspannung in Funktion des Phasenwinkels aufgetragen.

Im Distanzmeßgerät, in dem die Schaltungsanordnung eingebaut ist, ist ein Meßoszillator 8 zur Erzeugung der Meßwelle vorhanden. Die Schaltungsanordnung ist ein- und ausschaltbar, so daß sie den Meßoszillator 8 auf der Grundfrequenz /1 schwingen läßt oder auf eine um einen bestimmten Betrag höhere Sollfrequenz /2 regelt. Die Meßwelle wird durch einen Sender 18 zur jeweiligen Gegenstation der Distanzmeßanlage übertragen. Die Meßwelle der Gegenstation wird von einem Empfänger 9 empfangen. Die vom Meßoszillator 8 erzeugte Meßwelle und die von der Gegenstation empfangene Meßwelle werden einer Mischstufe 10 zugeführt. Am Ausgang der Mischstufe 10 ist ein Umformer 11 zur Umformung des erzeugten sinusförmigen Differenzsignals in ein rechteckförmiges Differenzsignal UD vorgesehen. Ferner ist ein Äquivalenztor 1 vorhanden, auf das einerseits das Differenzsignal UD und andererseits das Bezugssignal UB geführt sind. Zur Erzeugung des Bezugssignals UB ist Bezugsoszillator 14 vorhanden. Die Frequenz des Bezugssignals fB entspricht dem Betrag, um den die Meßfrequenzen der beiden Stationen differierer, sollen. Dem Äquivalenztor 1 ist ein erstes Tiefpaßfilter 4 nachgeschaltet, das aus zwei in Serie geschalteten Widerständen 2 und 19 und einem nachfolgenden Kondensator 3 besteht. Der Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 19 und dem Kondensator 3 des Tiefpaßfilters 4 steht mit einer Stromquelle in Verbindung. Diese Stromquelle wird durch eine Spannungsquelle U1 und einen Widerstand 6 gebildet Der Kondensator des /?C-Gliedes ist durch einen Schalter 17 überbrückt, der durch das Differenzsignal UD gesteuert wird. Die Steuerung erfolgt über ein auf die Differenzfrequenz (D abgestimmtes breitbandiges Bandpaßfilter 12 und eine Gleichrichterstufe 13 in der Weise, daß bei Vorhandensein eines Differenzsignals UD der Schalter 17 geöffnet ist.

Am Ausgang des ersten Tiefpaßfilters 4 ist eine die jeweils größere Eingangsspannung durchschaltende ODER-Schaltung 5 vorgesehen. Der erste Eingang dieser ODER-Schaltung ist mit dem Ausgang des ersten TP-Filters verbunden. Am zweiten Eingang liegt eine Vorspannung U 2, die Oszillator 8 auf eine zwischen der Grundfrequenz f\ und der Sollfrequenz /2 liegende Frequenz zieht

Der Ausgang der ODER-Schaltung 5 steht Ober ein weiteres Tiefpaßfilter 7 und einen Schalter 15 zur Einschaltung der Regelung mit dem Frequenzsteuereingang des Meßoszillators 8 in Verbindung,

In Fig.2a ist der Verlauf des Bezugssignals UB mit der Frequenz [B aufgezeichnet

Fig.2b zeigt ein Differenzsignal UD, dessen Frequenz fD keinen ganzzahligen Teil der Bezugsfrequenz /Bist In F i g. 2c ist die erzeugte Ausgangsspannung UA dargestellt. Diese wird durch das Äquivalenztor 1 zwischen den normierten Werten 0 und 1 umgeschaltet. Nach der Aussiebung der Wechselspannungskomponenten durch die Tiefpaßfilter 4 und 7 ergibt sich daraus eine Regetspannung U2, deren Größe dem Mittelwert der Ausgangsspannung UA entspricht. Die normierten Werte der Regelspannung UR sind jeweils auf der rechten Seite angegeben.

In den F i g. 2d bis 2g sind die Verhältnisse bei einem DifferenzsignaS UD dargestellt, dessen Frequenz fD ein Drittel der Bezugsfrequenz fB ist. Die F i g. 2e bis 2g zeigen die Ausgangsspannung UA und die resultierende Regelspannung UR bei verschiedenen Phasenwinkeln φ des Differenzsignals UD bezüglich des Bezugssignais UB.

In den F i g. 2h bis 21 ist die Ausgangsspannung UA und die resultierende Regelspannung UR bei einer Differenzfrequenz fD, die gleich der Bezugsfrequenz fB ist, dargestellt und zwar für verschiedene Phasenwinkel Φ zwischen den beiden Signalen UB und UD.

In Fig.3a ist auf der linken Seite der Verlauf der Regelspannung UR in Funktion des Phasenwinkels φ aufgetragen. Bei den Differenzfrequenzen fD = /B bzw. fD = /B/3 ergibt sich der in der F i g. 3a gezeichnete Verlauf. Bei den Frequenzen fD, die keinen ungeraden ganzzahligen Teil der Bezugsfrequenz fB darstellen, wird unabhängig vom Phasenwinkel eine Regelspannung UR mit dem normierten Wert von '/2 erhalten. Auf der rechten Seite der F i g. 3a ist die Steuercharakteristik des Meßoszillators 8 dargestellt, und zwar für den Bereich zwischen der Grundfrequenz /1 und der Sollfrequenz f2. Der Mcßoszillator 8 weist erfahrungsgemäß Frequenzschwankungen auf. Es ergeben sich dabei gegenüber der Abszisse verschobene Steuercharakteristiken. Eine solche ist beispielsweise durch die Kurve G dargestellt

In Fig.3b sind dieselben Diagramme wie Fig.3a aufgezeichnet, jedoch mit dem Unterschied, daß die Regelspannung UR durch die Einspeisung eines Stromes aus der Stromquelle 1/1,6 vergrößert wurde.

Die beschriebene Schaltungsanordnung funktioniert nun folgendermaßen:

Bei der Schaltungsanordnung in der einen Station ist die Regelung des Meßoszillators 8 ausgeschaltet. Der ScheUer 15 ist in der Stellung HS. Der Frequenzsteuereingang des Meßoszillators 8 ist dabei an Erde geschaltet, so daß dieser auf seiner Grundfrequenz f\ schwingt.

Bei der Schaltungsanordnung in der anderen Station ist die Regelung des Meßoszillators 8 eingeschaltet. Der Schalter 15 ist in der Stellung NS. Der Frequenzsteuereingang des Oszillators 8 ist nun an die Regelschaltung angeschlossen. Durch die Zuführung der Vorspannung t/2 über die ODER-Schaltung 5 wird die Oszillatorfre-

quenz auf die Frequenz gezogen, die zwischen der Grundfrequenz FX und der Sollfrequenz /2, auf welche der Meßoszillator 8 gebracht werden soll, liegt. Durch diese feste Verstellung der Oszillatorfrequenz wird erreicht, daß die Differenzfrequenz ungleich Null ist.

Die vom Empfänger 9 von der Gegenstation empfangene Meßwelle weist die Grundfrequenz FX auf. Diese wird in der Mischstufe 10 mit der Meßwelle des eigenen Meßoszillators 8, welche wegen der festen Verstellung durch die Vorspannung von FX verschieden ist, gemischt. Es entsteht in bekannter Weise ein Differenzsignal UD, das eine Frequenz /D entsprechend der Differenz der beiden Meßwellen aufweist. Durch das Erscheinen eines Differenzsignals UD wird über das Bandpaßfilter 12 und die Gleichrichterstufe 13 der steuerbare Schalter 17 geöffnet.

Vom Ausgang des Äquivalenztores 1 und von der Spannungsquelle U1 fließen nun Ströme zum Kondensator 3, so daß sich an diesem eine Spannung aufbaut. Sobald die am Ausgang des Tiefpaßfilters 4 stehende Spannung die Vorspannung (72 übersteigt, wird sie von. der ODER-Schaltung 5 durchgeschaltet. Das zweite Tiefpaßfilter 7 dient zur weiteren Aussiebung der Wechselspannungskomponenten.

Es wird davon ausgegangen, daß die Oszillatorfrequenz durch die Vorspannung U 2 auf eine Frequenz gebracht wurde, bei der ein Differenzsignal UD erzeugt wird, dessen Frequenz fD kein ungerader ganzzahliger Teil der Bezugsfrequenz FB ist. Es entsteht eine Ausgangsspannung UA entsprechend F i g. 2c, die nun entsprechend den Ladekurven die C-Glieder der Tiefpaßfilter 4, 7 auflädt. Dabei wird die Oszillatorfrequenz gegen die Sollfrequenz /2 verstellt. Auch bei sich verändernder Frequenz des Oszillators 8 wird vom Äquivalenztor 1 eine Ausgangsspannung UA mit dem Mittelwert von "/2 abgegeben, außer bei den Frequenzen, bei denen eine Differenzfrequenz FD entsteht, die einen ungeraden ganzzahligen Teil der Bezugsfrequenz FB ausmacht. Bei diesen Differenzfrequenzen FD wird ein vom Phasenwinkel φ abhängiger Mittelwert erzeugt. Im angegebenen Beispiel gemäß den F i g. 2d bis 2g, bei dem die Differenzfrequenz /Dein Drittel der Bezugsfrequenz /"Bist, wird der Mittelwert der Ausgangsspannung UA für bestimmte Phasenwinkel φ kleiner als '/2, nämlich '/3. Die Aufladung der C-Gliedcr der Ticfpaßfilter 4 und 7 werden aus diesem Grunde beim Durchlaufen der Frequenz F\ + FBIZ angehalten. Entsprechend den in der Fig.3a dargestellten Verhältnissen wird sich im Punkt P ein stabiler Regelzustand einstellen, indem bei der Frequenz t\ + /H/3 die so phasenabhängige Regelspannung UR den Wert UP annimmt, der gerade so groß ist, um diese Frequenz bzw. den erreichten Phasenwinke! aufrechtzuerhalten. Bei einer Abweichung der Grundfrequenz infolge irgendeiner Instabilität erfolgt das Ziehen der Oszillatorfrequenz entlang einer bezüglich der Abszisse verschobenen Steuercharakteristik. Wenn die Abweichung zu einer höheren Frequenz erfolgte, wird die kritische Frequenz /1 + /B/3 bei einer kleineren Regelspannung UR durchlaufen, als wenn von der genauen Frequenz Fi ausgegangen wird. Sofern dabei zum Erreichen der Frequenz /1 + FBB eine kleinere Spannung als der Wert '/3 benötigt wird, so wird bei dieser Frequenz die Ladung der C-Glieder nicht angehalten. Eine Fehleinstellung ist dann unmöglich. Wie aus der Fig.3a hervorgeht, ergibt sich eine Grenzcliarakteristik G, bei der eine Fehleinstellung gerade nicht mehr möglich ist.

Die mögliche Fehleinstellung auf die Frequenz /1 + /B/3 ist unerwünscht, weshalb Maßnahmen zur Verhinderung dieses Effektes getroffen wurden. Die Maßnahmen zur Verhinderung der Regelung auf eine unerwünschte Frequenz bestehen in der Einspeisung eines zusätzlichen Stromes aus der Spannungsquelle U1 über den Widerstand 6. Die Wirkung dieses Stromes ist aus der Fig.3b ersichtlich. Durch den zusätzlichen Strom wird die Regelspannung UR um einen Wert UV vergrößert, so daß sie bei der Frequenz FX + /B/3 größer ist als die Spannung UP, die zum Ziehen auf diese Frequenz benötigt würde. Die Aufladung der C-Glieder der Tiefpaßfilter 4, 7 wird bei der Frequenz Fi + /B/3 nicht mehr angehalten, da die Ladespannung für die C-Glieder bei dieser Frequenz stets größer ist als der Wert UP.

Wie aus der F i g. 3b ersichtlich ist, wurde durch die Vorspannung L/Vdie Grenzcharakteristik gegen tiefere Frequenzen verschoben. GV ist die verschobene Grenzcharakteristik. Es wird dadurch erreicht, daß sich die Grundfrequenz des Oszillators 8 bis zu einem Betrag AFgegen tiefere Frequenzen verschieben darf, ohne daß beim Ziehen auf die Sollfrequenz (2 eine Fehleinstellung eintritt.

Die Regclspannung steigt gegen den Wert '/2 + CV an und verschiebt die Frequenz des Mcßoszillators 8 bis zur Sollfrcquenz F2. Bei der Frequenz /"2 stellt sich ein solcher Phasenwinkel ψ zwischen dem Diffcrenzsignal UD und dem Bczugssignal UB ein, bei dem im Punkt S gerade die notwendige Regclspannung UR zur Erhaltung dieser Frequenz /"2 bzw. des erreichten Phasenwinkels φ erzeugt wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Diskriminatorschaltungsanordnung in einem elektronischen Distanzmeßgerät zum Ziehen der Fre- S quenz des Meßoszillators auf eine Sollfrequenz, die um einen bestimmten vorgegebenen Betrag höher bzw. tiefer ist als die Grundfrequenz eines gleichen Meßoszillators in der Gegenstation, bei der aus den Meßwellen der beiden Meßoszillatornn durch ι ο Mischung ein Differenzsignal erzeugt wird und die die Frequenz des Differenzsignals mit einer dem vorgegebenen Betrag entsprechenden Bezugsfrequenz vergleicht und Abweichung von der Bezugsfrequenz einer Fehlerspannung zum Ziehen der Frequen? des Meßoszillators erzeugt und diesem über ein Tiefpaßfilter zuführt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Äquivalenztor (1) vorhanden ist, auf dessen Eingänge einerseits das hart begrenzte Differenzsignal (LJD) und andererseits das ebensolche Bezugssignal (UB) geführt sind, daß dem Äquivalenztor (1) ein aus zwei in Serie geschalteten Widerständen (2, 19) und einem nachgeschalteten Kondensator (3) bestehendes zweites Tiefpaßfilter (4) folgt, dessen Verbindungspunkt zwischen dem zweiten (19) der beiden Widerstände und dem Kondensator (3) zu einer Stromquelle (Ui, 6) führt und dessen Kondensator (3) durch einen vom Differenzsignal (UD) gesteuerten Schalter (17) überbrückt ist, wobei der Schalter (17) beim Vorhandensein eines Differenzsignals (UD)offen steht, daß ferner eine die jeweils größere Eingangsspannung durchschaltende ODER-Schaltung (5) vorgesehen ist, deren erster Eingang mit dem Ausgang des zweiten Tiefpaßfilters (4) verbunden ist und an dessen zweite.i Eingang eine den Meßoszillator (8) auf eine zwischen der Grundfrequenz ([X) und der Sollfrequenz (f2) liegende Frequenz ziehende Vorspannung (U2) gelegt ist, und daß der Ausgang der ODER-Schaltung (5) das den Frequenzsteuereingang des Oszillators (8) vorgeschaltete (erste) Tiefpaßfilter (7) speist.

   45

   Die vorliegende Erfindung betrifft eine Diskriminatorschaltungsanordnung in einem elektronischen Distanzmeßgerät zum Ziehen der Frequenz des Meßoszillators auf eine Sollfrequenz, die um einen bestimmten vorgegebenen Betrag höher bzw. tiefer ist als die Grundfrequenz eines gleichen Meßoszillators in der Gegenstation, bei der aus den Meßwellen der beiden Meßoszillatoren durch Mischung ein Differenzsignal erzeugt wird und die die Frequenz des Differenzsignals mit einer dem vorgegebenen Betrag entsprechenden Bezugsfrequenz vergleicht und bei Abweichung von der Bezugsfrequenz eine Fehlerspannung zum Ziehen der Frequenz des Meßoszillators erzeugt und diesem über ein Tiefpaßfilter zuführt.

   In der Hochfrequenztechnik besteht vielfach die Aufgabe, die Frequenz eines Oszillators bezüglich der Frequenz eines zweiten Oszillators zu steuern. Dieses Problem ergibt sich auch bei einer elektronischen Distanzmeßanlage, bei der zur Messung der Distanz zwischen den beiden Endpunkten der zu messenden Strecke in beiden Richtungen eine Meßwelle übertragen wird. Die beiden Meßwellen besitzen eine unterschiedliche Frequenz und können auf eine Trägerwelle moduliert sein. In den beiden Empfängern wird die empfangene^Meßwelle mit der gesendeten Meßwelle gemischt und damit je ein Differenzsignal rraeugt Das im einen Endpunkt, in der Nebenstation. anfaUende Differenzsignal wird zum anderen Endpunkt, • ir Hauptstation, übertragen. Diese letztere Station ist mit einem Phasenmeßgerät ausgerüstet, mit dem der Phasenunterschied zwischen dem übertragenen und dem erzeugten Differenzsignal gemessen und daraus in bekannter Weise die Distanz zwischen den beiden Endpunkten der Strecke ermittelt wird. Bei der Verwendung von digitalen Phasenmeßgeräten muß die Frequenz des Differenzsignals aus bekannten Gründen sehr genau eingehalten werden. Bei einer bekannten Distanzmeßanlage wird zum Zweck der Konstanthaltung der Differenzfrequenz die Frequenz der in der Nebenstation erzeugten Meßwelle geregelt. Die in der Nebenstation anfallende Differenzfrequenz wird mittels eines Frequenz-Diskriminators mit der Frequenz eines Bezugsoszillators verglichen und eine Abweichung entsprechende Fehlerspannung erzeugt, die dann zur Regelung des in dieser Station vorhandenen Meßoszil-

   Ia tors dient. .

   Der Frequenzdiskriminator zum Vergleich der beiden Frequenzen ist sehr aufwendig. Es sind zwei Mischstufen vorhanden, in denen die zu vergleichenden Frequenzen gemischt werden, wobei das Bezugssignal für die eine Mischstufe um π/2 phasenverschoben eingespeist wird. Die Ausgänge der beiden Mischstufen werden direkt bzw. über ein Differenzierglied einem phasengesteuerten Demodulator zugeführt, welcher ein frequenzabhängiges Fehlersignal zur Steuerung des Meßoszillators liefert. ·.,·.·..„.

   Die bekannte Anordnung hat den Nachten, daU sie sehr aufwendig ist und eine ungenügende Genauigkeit der Frequenz ergibt.

   Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer Schaltungsanordnung der eingangs erwähnten Art, die eine verbesserte Genauigkeit der Frequenz gewährleistet.

   Die erfindungsgemäße Diskriminatorschaltungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Aquivalenztor vorhanden ist, auf dessen Eingänge einerseits das hart begrenzte Differenzsignal und andererseits das ebensolche Bezugssignal geführt sind, daß dem Aquivalenztor ein aus zwei in Serie geschalteten Widerständen und einem nachgeschalteten Kondensator bestehendes zweites Tiefpaßfilter folgt, dessen Verbindungspunkt zwischen dem zweiten der beiden Widerstände und dem Kondensator zu einer Stromquelle führt und dessen Kondensator durch einen vom Differenzsignal gesteuerten Schalter überbrückt ist, wobei der Schalter beim Vorhandensein eines Differenzsignals offen steht, daß ferner eine die jeweils größere Eingangsspannung durchschaltende ODER-Schaltung vorgesehen ist, deren erster Eingang mit dem Ausgang des zweiten Tiefpaßfilters verbunden ist und an dessen zweiten Eingang eine den Meßoszillator auf eine zwischen der Grundfrequenz und der Sollfrequenz liegende Frequenz ziehende Vorspannung gelegt ist, und daß der Ausgang der ODER-Schaltung das dem Frequenzsteuereingang des Oszillators vorgeschaltete (erste) Tiefpaßfilter speist.

   Die neue Schaltungsanordnung hat den Vorteil, daß sie sehr einfach aufgebaut ist. Durch Zuführen einer Vorspannung wird die Frequenz des Meßoszillators zunächst auf einen Punkt gesteuert, der zwischen der