DE2114167A1 - Verfahren zur elektronischen Frequenzvervielfachung,beispielsweise bei Saitenwaagen - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE DIPL.ING. H. LEINWEBER dipl-ing. H. ZIMMERMANN

	2	11	41	β / 8 München 2, Rosental 7, z. Aufg.	., Ebingen
				T.i.-Adr. Lelnpat MUndien Telefon (0M1)2MS9la Postscheck-Konto: MOnchen 22045
				den 24.Harz 1971
				Unser Zeichen
				Wy/C/Sd
August	Saute	r	KG

Verfahren zur elektronischen Frequenzvervielfachung, beispielsweise bei Saitenwaagen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektronischen Frequenzvervielfachung, insbesondere für den Frequenzeingang einer digitalen rleßwertverarbeitung, beispielsweise bei Saitenwaagen.

Bei der digitalen Messung von Frequenzen wird durch eine derartige Frequenzvervielfachung bei vorgegebener Meßzeit die Meßgenauigkeit erhöht oder bei vorgegebener Genauigkeit die Meßzeit verkürzt.

Die bekannten Vervielfachungsverfahren beruhen entweder

auf einer nichtlinearen Verzerrung des Grundfrequenz-Signals mit nachfolgender Aussiebung der gewünschten Oberwelle oder sie verwenden einen als Phase-Lock-Loop-System bezeichneten Regelkreis für die Ausgangsfrequenz eines spanmmgsgesteuerten Oszillators, dessen Steuersignal in einem phasengesteuerten Gleich-

209840/0932

richter durch /er^leiut. dt-r Liri^un^sfrer^XU., ...it ^r,&r u... ie ti 'Vervielfälti.-iuu.sfbiki.or iieruuterge teilten ^.us^ai-^sfrequeriz gebildet v/:i rd (F.i-.. Gardner: Phaselocl·. Technique cj. Kap. c.3, VaIe^, Γ.Ί boo), ber i.'acutoil beider-ver- "' lanre-n liegt -in der erforderlichen übertragungscharakteristik mit der wir-umg eines festsbgestimmten janüpasses. ßeim erstgenannten verfanren wird mit einen¹ bandiiit«r ' eine gewünschte Uberweile ausgesiebt, beii'i ::-zeiten durch Beschränkung des Äussteuerbereichs des sparmung^esteuer-" ten Oszillators die Mehrdeutigkeit desüus^angssignals ües phasengesteuerten Gleichrichters'beseitigt, die"keine Unterscheidung zwischen der zu vergleichenden Frequenz und ihren - je nach Bauart - geradzahligen oder ungeradzah-Liöen überwellen mit der Folee eines nient eindeutigeα

f~J k- iw-

"Mnrastens" des Regelkreises auf die geviänschte i'Tequenz erlaubt. Der L&ndpaßcharakter beschränkt die Anwendbarkeit beider Vervielfachungsverfahren auf Eingangsfrequenzen mit. kleinem Variationsbereich. Für Saitenwaagen, bei denen die Schwingfrequenz einer schwingenden Saite in Abhängigkeit vom zu wägenden Gewicht und als Maß für dieses in v*e.ite.n..;_. Grenzen veränderlicii ist, sind deshalb die bekannten Verfahren nicht geeignet.

Aufgabe der iürfindum:· ist die Vervielfacüuntr von .in v/eiten Grenzen variablen Frequensen. ■ .' ....

Uiese Auf-ja be wird erfiridungsje'mllij' "uaüurc-i _celüs t', daß das- zu vervielfachende Signal ϊλι einer sνmiue'tfischen, glelchspannun^Lffeien .üreieckspannuu^ rlciicuef Frequeui, geformt wird und dies .Dreiecksignal einer iiettc aus l'ruqüt-ni;-" v-erdopplercLufen ohne ßandpaßveriialtoti tii^ulÜLirt wira.

209 8 40/0 932

BAD ORIGINAL

— Λ —

Bei der gewählten Signaliorm i£t die Verdopplerstufe sear einfach durch lineare Zweiweggleichricntung realisierbar, aurcn die eiu gleichartiges DreiecJtsi^nal von doppelter Frequenz mit überlagertem GIe ich Spannungsanteil erhalten wird. Diese Gleichspannung wird duren einen nacfolgenden Hochpaß abgetrennt, der im übrigen das Einschwingverhalten der Verdopplerstuie bestiLiiiit. uie obere Grenze der Vervielfachung, d.h. die maximale Lange der Verdopplerkette ist prinzipiell nicht durch das Verfahren gegeben, sondern durch das vorliegende Phasenrauschen des Eingangssignals, das kleiner als eine Periode der Ausgaiigsirequenz bleiben muß.

Für sinusförmige Signale ist eine entsprechende Frequenzverdopplung riit liilie einer quadratischen Kennlinie bekannt, an deren Ausgang ein gleichstromüberlagertes Sinussignal doppelter Frequenz verfügbar ist. Das erfindungsgewäße Verfahren vermeidet erstens den Aufwand eines quadratischen Funktionsgebers und verv/endet zweitens eine - im Gegensatz zum Sinussigiicil - Luieh aus vorliegenden liechtecksignalen einfach zu erzeugende lOirvenform. '

Bekannt ist auch die I-iethode zum Erzeugen einer Dreieckspannung aus dem zu vervielfachenden Signal durch - falls kein liechteo&signal vorliegt - Iiechteckformung mittels eines Schwellv/ertverstärkers (Komparator, Schmitt-Trigger) und nachiolgeiide Integration des Rechtecks. Bei großer Variation der Eingaii₆sfrequenz ist gegebenenfalls zwecks besserer Ausnutzung der Gleichrichterdynamik die Amplitude des Eingangs-Dreiecißsignals durch Regelung konstant zu halten. Bei Ver- : größerung des jeweij -4-

209840/0932

ligen Gleichrichterausgangssignals um den Faktor zwei arbeitet die Vervielfacherkette mit konstantem Signalpegel. Durch Kurvenformung mittels Schwellwertverstärkers wird das vervielfachte Signal in eine einer nachfolgenden Digitalverarbeitung angepaßte Rechteckspannung gewandelt. Bei konstantgeregelter Dreieckamplitude ist das vervielfachte Signal durch entsprechende nichtlineare Kennlinien z.B. zu einem Sinussignal formbar.

Der erfindungsgemäß erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß die Vervielfachung von Frequenzen mit weitem Variationsbereich ermöglicht wird. Das Verfahren eignet sich besonders an Frequenzeingängen bei digitaler Meßwertverarbeitung, wo die bekannten Vervielfachungsverfahren infolge des ihnen prinzipiell anhaftenden Bandpaßcharakters nur .bei in engen Grenzen variierten Eingangsfrequenzen anwendbar sind.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht und zwar zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 2 Signalformen zu Fig. 1 und

Fig. 3 Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform.

Fig. 1 zeigt ein sinusförmiges Eingangssignal 1, das durch einen mit einem Komparator realisierten Schwellwertverstärker zu einem Rechtecksignal 3 geformt wird. Daraus wird mit einem Integrator 4 die mit dem Eingangssignal 1 fre-

- 5 209840/0932

querizgleiche, mittelwertfreie Dreieckspannung 5 gemacht. Die auf diese Dreieckform-folgende Verdopplerstufe bestent aus einem linearen Zweiweggleichrichter 6, dessen Ausgangssignal 7 eine gleichspannungsüberlagerte Dreieckspannung von gegenüber der Dreieckspannung 5 verdoppelter Frequenz ist, und einem Hochpaß 8 zur Abtrennung der Gleichspannungskomponente. Das dreieckförmige Ausgarigssignal 9 der ersten Verdopplerstufe wird weiteren Verdopplerstufen 10, 12 zugeführt, deren Ausgangssignal 13 vermöge einer eingefügten Verstärkung um den Faktor 2 die gleiche Höhe wie das Ausgangs signal 9 hat. Dadurch arbeitet die Vervielfacherkette hinsichtlich der Gleichrichter auf gleichem Signalpegel. Die Vervielfacherkette ist durch einen Komparator 14 abgeschlossen, der die frequenzvervielfachte Dreieckspannung des Ausgangssignals 13 zu einem z.B. für die weitere Digitalverarbeitung benötigten liechtecksignal 15 gleicher Frequenz formt.

Fig. 2 veranschaulicht die FrequenzVerdoppelung der Dreieckspannung: Up- ist die Dreieckspannung 5, die die Eingangs spannung des linearen Zweiweggleichrichters 6 ist und eine Frequenz fjjbzw. Periode T₁- · jr hat. U^ ist die Ausgangsspannung des Zweiweggleichrichters 6 und Uq die Ausgangsspannung des Hochpasses 8, die eine Periode Tq = _JL

bzw. eine Frequenz fq = 2f,- hat.

Fig. 3 zeigt für den Einsatz bei großem Variationsbereich der Mngangsfrequenz die Einfügung einer Amplitudenregelung der Dreieckspannung am Integratorausgang. Sie besteht aus einem tiegler R und dem Stellglied S. Durch diese-

- 6 2098 40/0^32

Maßnahme wird die Amplitude der den Verdopplerskfen 6, 8;
10^ 12 zugeführten Dreieckspannung (z.B. 5) von der Frequenz
des Eingangssignals 1 unabhängig, so daß die Zweiweggleichrichter 6, 10 stets mit -Maxiamalamplituden und damit kleinsten Fehlern
arbeiten. Bei konstantgeregelter Dreiecksamplitude kann die ' Kurvenform des vervielfachten Signals durch eine Schaltung mit ^: nichtlinearer Kejuiljjiie geformt werden, die beispielsweise das j ihr zugeführte Dreiecksignal in ein Sinussignal umsetzt. . .;

— 7 _

2 098 40/09 32

Claims (3)

1. — 7 —
   Patentansprüche :

   1J Verfahren zur elektronischen Frequenzvervielfachung, insbesondere für den Frequenzeingang einer digitalen Meßwertverarbeitung, beispielsweise bei Saitenwaagen, dadurch gekennzeichnet, daß das zu vervielfachende Signal zu einer symmetrischen, gleichsparmungsfreien Dreieckspannung gleicher Frequenz geformt wird und daß das sich ergebende Dreiecksignal einer Kette aus Frequenzverdopplerstufen ohne Bandpaß- j verhalten zugeführt wird.
2. 2. Verf aiiren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ', daß zum Erzeugen einer Dreieckspannung aus dem zu vervielfachenden Signal eine liechteckumiormung des zu vervielfachen- : den Signals mit nachfolgender Integration des Rechtecksignals durchgeführt wird.

   5. Verf aiiren nach Anspruch 1 oder '2, dadurch gekennzeichnet, daß bei großer Variationsbreite der Eingangsfrequenz die .amplitude des Eingangs-Dreiecksignals durch Regelung konstant gehalten wird.

   4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3_t dadurch gekennzeichnet, daß das vervielfachte Signal nach der Vervielfachung in eine der nachfolgenden Digitalverarbeitung angepaßte Rechteckspannung umgeformt wird.

   5. Verf aiiren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das vervielfachte Signal nach der Vervielfachung in ein. Sinussignal umgeformt wird.

   209840/0932

   6, Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 "bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzverdopplerstufen lineare Zweiweggleichrichter sind, denen ein Hochpaß nachgeschaltet ist.

   7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn- S zeichnet, daß zum Erzeugen der Dreieckspannung ein Schwel]!- wertverstärker mit nachgeschaltetem Integrator dient. i

   8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwertverstärker ein Komparator oder ein Schmitt-Trigger ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch. 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erhalt eines Sinussi^nsls als ausgang der Frequenzverdopplerstufen eine Schaltung mit nicht-linearer Kennlinie dient.

   2ÜSÖAÜ/Ü93?

   BAD ORfGiNAL

   Leerseite