DE2127329C3 - Schaltungsanordnung zur frequenzselektiven Untersuchung eines Meßobjekts - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur frequenzselektiven Untersuchung eines Meßobjekts mit insbesondere frequenzumsetzenden oder -ableitenden Eigenschaften, bei der eine Meßspannung mit Hilfe eines digital einstellbaren Frequenzgenerators. vo( zugsweise eines dekadischen Senders, erzeugt und über das Meßobjekt einem selektiven Überlagerungsempfänger mit nachgeschalteter Auswerteeinrichtung zugeführt wird, der mittels eines die Überlagerungsfrequenz erzeugenden, digital einstellbaren Frequenzgebers auf eine Frequenz abstimmbar ist. die von der Meßfrequenz abweicht.

Eine derartige Untersuchung kann z. B. an einem Frequenzumsetzer vorgenommen werden, der die Funktion hat, eine eingangsseitige Frequenz auf eine hiervon abweichende Ausgangsfrequenz umzusetzen. Andererseits kann die Schaltung auch zur Überprüfung eines Vierpols bezüglich gewollter oder nicht gewollter Oberwellenbildungen verwendet werden. Bei allen

diesen Messungen kommt es darauf an, den Überlagerungsempfänger auf eine bestimmte, ausgangsseitig vom Meßobjekt auftretende Frequenz digital abzustim-

men.

Bekannte Schaltungen dieser Art benötigen neben dem die Meßfrequenz liefernden, digitalen Frequenzgenerator einen zweiten, der die Überlagerungsfrequenz erzeugt. Dabei ist jedoch der erforderliche Schaltungsaufwand sehr groß. In vielen Fällen wird die Durchführung der genannten Messungen sogar daran scheitern, daß nur ein Frequenzgenerator zur Verfügung steht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den bei Anordnungen der eingangs genannten Art erforderlichen Schaltungsaufwand erheblich zu verringern. Das wird erfindungsgemäß erreicht durch eine Gliederung des Frequenzgenerators in zwei oder mehrere mit abgestuften Bezugsfrequenzen gespeiste, im wesentlichen gleichartig ausgebildete und einander interpolierende Stufen und durch eine Umschaltvorrichtung zur Aufteilung der Stufen in zwei für sich funktionsfähige, einander nicht interpolierende Gruppen, von denen die zweite zur Erzeugung der Meßfrequenz oder einer ihrer Komponenten dient, während die erste als Frequenzgeber oder als Teil desselben verwendbar ist und zur Erzeugung der Überlagerungsfrequenz oder einer ihrer Komponenten dient.

Der mit der Erfindung erzielbare Vorteil besteht insbesondere in der Einsparung eines eigenen Frequenzgenerators für die digitale Abstimmung des

Überlagerungsempfängers auf die jeweils zu selektierende Frequenz. Der zur Erzeugung der Meßfrequenz herangezogene Frequenzgenerator wird durch geringfügige Abänderungen seiner Schaltung, die sich schnell

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und in Obersichtlicher Weise vornehmen lassen, da sie nich· in die einzelnen Stufen eingreifen, sondern im wesentlichen nur die Verbindungen zwischen diesen betreffen, in die Lage versetzt, die Funktion des Frequenzgebers mit zu übernehmen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einiger bevorzugter, teilweise in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert

⁸FiB I ein erc-tes Ausführungsbeispiel, bei dem die to Bezugsfrequenzen den einzelnen Stufen individuell

zugeordnet sind, .,,._, .·

F i g. 2 ein anderes Ausführungsbeispiel, bei dem die Bezugsfrequenzen allen Stufen gemeinsam sind, und

F ig· 3 ^eine beispielsweise Ausführung einer Stufe des Frequenzgenerators.

In der Schaltung nach Fig.l besteht der zur Erzeugung der Meßfrequenz L herangezopene Freouenzgenerator aus den einzelnen Stufen 1 bis 6. Jede dieser Stufen hat einen ersten Eingang a, der mit einer Reihe von abgestuften Bezugsfrequenzen beschaltet ist. Der Stufe 1 werden dabei die Bezugsfrequenzen 2f_Bk. k \. \ π zugeführt. Die sich hiervon unterscheidenden Bezugsfrequenzen der Stufe 2 sind mit 2f_Bk' bezeichnet, die der Stufe 3 mit If_Bk" usw. Den Interpolationseingäneen b der Stufen 1 bis 6 werden jeweils die an den Ausgängen c auftretenden Frequenzen der vorhergehenden Stufen als Interpolationsfrequenzen zugeführt. Die Funktion jeder einzelnen Stufe besteht darin, aus der Reihe der Bezugsfrequenzen eine gewünschte auszuwählen, zu der am Interpolationseingang liegenden Interpolationsfrequenz zu addieren und eine entsprechende Summenfrequenz am Ausgang c abzugeben Die Auswahl der Bezugsfrequenz geschieht dabei zweckmäßigerweise mittels eines Selektionsschalters 7. der auf die betreffende Bezugsfrequenz eingestellt wird. Ihr Wert erscheint dann in dem digitalen Anzeigefeld 8. Durch eine entsprechende gegenseitige Abstufung der Bezugsfrequenzen, die unterschiedlichen Stufen zugeführt werden, wird eine Interpolationsbeziehung zwischen diesen erreicht. Die von der Stufe 1 am Auseang c abgegebene Interpolationsfrequenz f, ändert sich beispielsweise für alle möglichen Bezugsfrequenzen L innerhalb eines Bereiches, der dem Frequenzabstand zweier aufeinanderfolgender Bezugsfrequenzen fa. 4$ /»'*i entspricht. Dem Interpolationseingang b der ersten Stufe wird hierbei zweckmäßigerwe.se eine Hilfsfrequenz f„ zugeführt, die der ^"^X"* einer tatsächlich nicht vorhandenen zusätzlichen Stute entspricht, die der Stufe 1 vorzuschalten wäre. Soll eine dekadische Frequenzabstufung von L erreicht werden, so müssen auch die einzelnen Bezugsfrequenzen dekadisch gegeneinander abgestuft sein.

Die Meßfrequenz f_m wird einem Meßobjekt zugeführt, dessen Ausgang mit dem Eingang 10 eines selektiven Überlagerungsempfängers verbunden ist. Dieser enthält eine Frequenzumsetzungsstufe 11. die mittels einer Überlagerungsfrequenz U die Empfangs-E-equenz auf eine Zwischenfrequenz fr umsetzt Diese wird dann über ein Zwischenfrequenzbandf.lter 12 an die eigentliche Meß- bzw. Auswerteeinrichtung

NachderErfindung wird die Funktion eines die Überlagerungsfrequenz /i' erzeugenden Frequenzgebers durch einen Teil der Stufen des Frequenzgenera- ?ors mit übernommen. Zu diesem Zweck ist eine Umschaltvorrichtung 14 vorgesehen, die in Hg. 1 ais Zweifachumschalter ausgebildet ist. In der gestrichelten Lage des Umschalters ist dabei der Ausgang cder Stufe 3 mit dem für die Zuleitung der Überlagerungsfrequenz /t' vorgesehenen Eingang der Umsetzungsstufe U verbunden, während der Interpolationseingang h der Stufe 4 an eine Hilfswechse'.spannung mit der Frequenz fm" geschaltet wird, die einer von der Stufe 3 gelieferten Interpolationsfrequenz entspricht. Hierdurch entstehen zwei für sich jeweils funktionsfähige Gruppen von Frequenzgeneratorstufen, nämlich die erste Gruppe mit den Stufen 1, 2 und 3 und die zweite Gruppe mit den Stufen 4, 5 und 6. Die Stufen jeder Gruppe behalten untereinander ihre interpolierende Zuordnung, doch wird die Interpolationseigenschaft zwischen beiden Gruppen nunmehr aufgehoben. Bei der in F i g. t dargestellten Abstufung der Bezugsfrequenzen ist es hierzu erforderlich, die Eingänge a der Stufen 1 bis 3 auf die Bezugsfrequenzen der Stufen 4 bis 6 umzuschalten. Um mit den Stufen der ersten Gruppe und den Stufen der zweiten Gruppe jeweils gleich große Frequenzbereiche überstreichen zu können, is( es zweckmäßig, die Stufe 3 mit den Bezugsfrequenzen 2f_Bk der Stufe 6. die Stufe 2 mit den Bezugsfrequenzen der Stufe 5 und die Stufe 1 mit den Bezugsfrequenzen der Stufe 4 /·.; beschälten.

Wie hieraus ersichtlich ist, kann die Funktion des Frequenzgebers für f\ von den Stufen 1 bis 3 des Frequenzgenerators übernommen werden, ohne daß komplizierte Umschaltevorgänge abgewickelt werden müssen. Die Auftrennung der Verbindung zwischen den Stufen 3 und 4, die Anschaltung der Hilfswechselspannung f,o" und die Anschaltung der neuen Bezugsfrequenzen an die Stufen 1 bis 3 sind einfach auszuführen, da hierbei kein Eingriff in die Schaltungen der Stufen selbst erfolgt. Die Erzeugung der Meßfrequenz f_m durch die Stufen 4 bis 6 der zweiten Gruppe bringt es allerdings mit sich, daß die Frequenzabstufung von f„, entsprechend gröber wird, da die Stufen 1 bis 3 der ersten Gruppe nunmehr für die Erzeugung der Meßfrequenz ausfallen. Man hat es jedoch in der Hand, durch Wahl einer gleich großen Stufenzahl in beiden Gruppen zu erreichen, daß die Abstimmung des Überlagerungsempfängers mit der gleichen Frequenzauflösung vorgenommen wird, die auch bei der Erzeugung der Meßfrequenz eingehalten wird.

Die Messung geht nun im einzelnen so vor sich, daß in der gestrichelt gezeichneten Stellung der Umschaltvorrichtung 14 die Meßfrequenz f_m durch Einstellung der Stufen 4 bis 6 ausgewählt wird und der Überlagerungsempfänger durch Einstellung der Stufen 1 bis 3 auf Empfangsfrequenzen abgestimmt wird, die neben der Meßfrequenz f_m liegen. Auf diese Weise lassen sich die frequenzumsetzenden oder -ableitenden Eigenschaften des Meßobjekts 9 näher untersuchen. Man kann die Einstellungen der Stufen 4 bis 6 und I bis 3 schrittweise auch so verändern, daß die Meßfrequenz f_m und die Abstimmfrequenz des Überlagerungsempfängers beim Überstreichen des interessierenden Frequenzbereiches stets einen gleichmäßigen Abstand voneinander aufweisen. Darüber hinaus kann die Einstellung der Stufen 1 bis 3 in Abhängigkeit von der Einstellung der Stufen 4 bis so erfolgen, daß der Überlagerungsempfänger auf die Meßfrequenz f_m selbst abgestimmt wird.

Die Überlagerungsfrequenz f\ kann weiterhin auch so gebildet werden, daß die Ausgangsfrequenz der Stufe 3 in einer in Fig.l gestrichelt dargestellten Umsetzungsstufe Ha mittels einer von einem Oszillator Wb erzeugten Hilfsfrequenz in eine andere Frequenzlage umgesetzt wird. In diesem Fall stellen die Stufen 1 bis

lediglich einen Bestandteil des Frequenzgebers für die Überlagerungsfrequenz dar.

Zweckmäßigerweise wird die Anzeige der Stufen 1 bis 3 im aufgeteilten Zustand des Frequenzgenerators so gesteuert, daß die Empfangsfrequenz des Überlagerungsempfängers angezeigt wird. Entspricht die von 11 b erzeugte Hilfsfrequenz dem Wert der Zwischenfrequenz fzF des Überlagerungsempfängers, so wird dies erreicht, wenn die Steuerung der Anzeige für die Stufen 1 bis 3 in gleicher Weise erfolgt wie im ungeteilten Zustand des Frequenzgenerators 1 bis 6.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig.2 sind die frequenzselektierenden Mittel der einzelnen Stufen 1 bis 6 aus diesen herausgezogen und zu einer Sclektionsschaltung 15 vereinigt. Eine derartige Ausbildung der Schaltung ist dann vorteilhaft, wenn nur eine Reihe von abgestuften Bezugsfrequenzen vorgesehen ist, die allen Stufen des Frequenzgenerators gemeinsam zugeführt werden. Die Selektionsschaltung 15 ermöglicht es dabei, jeder Stufe nur die jeweils gewünschte Bezugsfrequenz zuzuleiten. Da ohne eine individuelle Zuordnung der Bezugsfrequenzen zu den einzelnen Stufen die Interpolationseigcnschaft der letzteren untereinander zunächst noch nicht gegeben ist, ist es erforderlich, jeder interpolierten Stufe einen Frequenzteiler zuzuordnen, dessen Bemessung so getroffen ist. daß der Frequenzänderungsbereich der interpolierenden Stufe dem Frequenzabstand zweier benachbarter Bezugsfrequenzen der interpolierten Stufe entspricht. In Fig. 2 sind diese Frequenzteiler jeweils den lnterpolationseingängcn b der interpolierten Stufen vorgeschaltet und mit 7"2. Γ3... Γ6 bezeichnet.

Die am Eingang 16 der Sclektionsschaltung 15 anliegenden Bezugsfrequenzen Ifßk werden zweckmäßigerweise einer Filterschaliung zugeführt, die für jede einzelne der Bezugsfrequenzen einen eigenen Ausgang besitzt. Jeder dieser Ausgänge ist über eine Vielfachschaltung auf jeden der den einzelnen Stufen 1 bis 6 zugeordneten Ausgänge A 1, A 2 ... A 6 der Selektionv schaltung 15 durchschaltbar. Den Ausgängen A 1 bis A b sind dabei jeweils Umschalter vorgeschaltet, über die eine Auswahl unter den Ausgängen der Filterschaltung und damit eine Auswahl unter den zur Verfügung stehenden Ikvugsfrequcn/cn für jeden der Ausgänge A 1 bis A 6 getroffen werden kann. Die Stellungen der Umschalter werden in Anzcigefcldcrn 17 digital angezeigt. Bei diesen Umschaltern kann es sich um Drehschalter handeln, die mit einer Skalenschcibc verbunden sind und über ein einziges Einstellorgan, ι. B. 18. betätigt werden, oder um Schalter, die über den einzelnen Schaltstellungen individuell zugeordnete Einstellorgane, z. B. Druckknöpfe, betätigt werden. Dies Ist in F i g. 2 an der Stufe 2 für einen Schalter mit zehn Drucktasten 19 (entsprechend 10 Schaltstellungen) schematisch angedeutet. Insbesondere für den Fall einer dekadischen Frequenzabstufung innerhalb der Gruppen 1 bis 3 und 4 bis 6 1st es zweckmäßig, die Bezugsfrequenzen fa von einem stabilisierten Sinusgenerator 20 über einen Verzerrer 21 abzuleiten.

Zum Unterschied von Fig.I erzeugt die zweite Gruppe 4 bis β in F i g. 2 lediglich eine Komponente Λ der Meßfrequenz U die in einer Mischeinrichtung 22 mittels einer von einem Oszillator 23 erzeugten Hilfsfrequenz /j in den gewünschten Frequenzbereich umgesetzt wird. Entspricht /i größenmäßig der Zwischenfrequenz lit-· des Überlagerungsempfängers, so wird in den Anzeigefeldern 17 der Stufen 1 bis 3 die Empfangsfrequenz des Überlagerungsempfängers automatisch angezeigt, ohne daß die Steuerung der Anzeige gegenüber dem Zustand beim ungeteilten Frequenzgencrator 1 bis 6 verändert werden muß.

F i g. 3 soll eine bevorzugte schaltungstechnische

ίο Durchbildung der im wesentlichen gleichartig ausgestatteten Stufen 1 bis 6 des Frequenzgenerators nach. F i g. 2 veranschaulichen. Zu diesem Zweck wurde die Stufe 2 herausgegriffen und in Form eines Blockschemas dargestellt. Die Stufe enthält im einzelnen einen Frequenzgenerator 24, dessen Ausgang mit der Klemme c verbunden ist. Zusätzlich ist ein Frequenzregelkreis 25 vorgesehen, der eine ständige Nachregelung der Oszillatorfrequenz auf die Summe oder Differenz der über den Eingang a jeweils zugeführten Bezugsfrequenz /a* und der über den Eingang b zugeführten Interpolationsfrequenz /",', letztere jedoch durch den Teilungsfaktor von 72 geteilt, bewirkt. Dazu wird die Ausgangsfrequenz des Oszillators 24 in einer Mischeinrichtung 26 mittels der Bezugsfrequenz fet auf eine Zwischenfrequenz umgesetzt, die der geteilten Interpolationsfrequenz V, entspricht. Sodann wird die Phase der mittels des Tiefpasses 27 ausgesiebten Zwischenfrequenzspannung in einem Phasendiskriminator 28 mit der Phase der geteilten Interpolationsfrcquenzspannung verglichen.

In Abhängigkeit von der Phasenrclation beider Spannungen entsteht eine Regelgleichspannung I)₁. die nach einer nochmaligen Siebung mittels eines Tiefpasses 29 dem Frequenzrcgeleingang 30 des Oszillators 24 zugeführt wird.

Die Schaltung nach I i g. 3 enthält keine Frcqucnzsc lektionsmittcl, da hierbei von Fig.2 ausgegangen wird und somit die Frequcnzsclcktionsmittel sämtlicher Stufen in einer dem Eingang a vorgeschalteten Selcktionsschaltung 15 zusammengefaßt zu denken sind.

Hs ist jedoch ohne weiteres möglich, die Schaltung nach F i g. J durch Zuschaltung individuell zugeordneter Frequenzselcktionsmittel am Eingang a zu ergänzen und als eine der Stufen 1 bis 6 in Fig. 1 zu verwenden Eine andere Möglichkeit der schaltungstcchnischcn Durchbildung der Stufen 1 bis 6 in F i g. 1 bcstchi darin, das an den Eingang a angelegte Bezugsfrequenzspektrum mittels einer Hilfsfrequenz einstellbarer Größe jeweils so umzusetzen, daß nur die gewünschte Frequenz dc& Spektrums, über ein Bandfilter ausgesiebt

so werden kann, und die ausgesiebte Bezugsfrequenz anschließend durch die gleiche Hilfsfrequenz wieder in die ursprüngliche Frequenzlage umzusetzen. Dieses Prinzip wird auch als Vor· und Rückumsetzung bezeichnet.

Die voneinander unabhängige digitale Einstellbarkeit des Meßsenders und des Überlagerungsempfängers auf eine bestimmte Meßfrequenz bzw. Empfangsfrequenz kann mit großem Vorteil bei einer Ausbildung der Schaltungsanordnung nach der Erfindung als pro-

«0 grammgesteuerter Meßplatz benutzt werden. In diesem Fall sind die Einstellorgane für die Frequenzeinstellung am Sender und Empfinger fernsteuerbar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur frequenzselektiven Untersuchung eines Meßobjekts mit insbesondere frequenzumsetzenden oder -ableitenden Eigenschaften, bei der eine Meßspannung mit Hilfe eines digital einstellbaren Frequenzgenerators, vorzugsweise eines dekadischen Senders, erzeugt und über das Meßobjekt einem selektiven Überlagerungsempfänger mit nachgeschalteter Auswerteeinrichtung zugeführt wird, der mittels eines die Überlagerungsfrequenz erzeugenden, digital einstellbaren Frequenzgebers auf eine Frequenz abstimmbar ist, die von der Meßfrequenz abweicht, gekennzeichnet durch eine Gliederung des Frequenzgenerators in zwei oder mehrere mit abgestuften Bezugsfrequenzen (fßk. fsk usw.) gespeiste, im wesentlichen gleichartig ausgebildete und einander interpolierende Stufen (1 bis 6) und durch eine Umschaltvorrichtung (14) zur Aufteilung der Stufen (1 bis 6) in zwei für sich funktionsfähige, einander nicht interpolierende Gruppen (1 bis 3.4 bis 6), von denen die zweite (4 bis 6) zur Erzeugung der Meßfrequenz (f_m) oder einer ihrer Komponenten dient, während die erste (1 bis 3) als Frequenzgeber oder als Teil desselben verwendbar ist und zur Erzeugung der Überlagerungsfrequenz (f\) oder einer ihrer Komponenten dient.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einige oder alle Stufen (1 bis 6) des Frequenzgenerators als Frequenzregelkreise (25) ausgebildet sind, die jeweils eigenen, mittels der abgestuften Bezugsfrequenzen (fet) synchronisierbaren, ausgangsseitigen Oszillatoren (24) zugeordnet sind und einen von der jeweils interpolierenden Stufe beeinflußbaren, eingangsseitigen Phasendiskrimtnator (28) enthalten, daß der bei der Aufteilung freigeschaltete Interpolationseingang (b) der ersten zur zweiten Gruppe (4 bis 6) gehörenden Stufe (4) mit einer Hilfswechselspannung (/■«," V beschaltbar ist und daß der gleichzeitig freigeschaltete Ausgang (c) der letzten zur ersten Gruppe (1 bis 3) gehörenden Stufe (3). gegebenenfalls unter Zwischenschaltung von frequenzumsetzenden Mitteln (Ua, HbJl mit dem für die Zuleitung der Überlagerungsfrequenz (f\) vorgesehenen Eingang einer Umsetzungsstufe (11) des Überlagerungsempfängers verbindbar ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsfrequenzen (ZaJ über frequenzselektierende Mittel (15) allen Stufen (1 bis 6) gemeinsam zugeführt werden, wobei den interpolierten Stufen Frequenzteiler (Tl bis Tb) zugeordnet sind, deren Bemessung so getroffen ist, daß der Frequenzänderungsbereich der interpolierenden Stufe dem Frequenzabstand zweier benachbarter Frequenzen entspricht, auf die der Oszillator (24) der interpolierten Stufe jeweils synchronisierbar ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei gegenseitiger Abstufung der unterschiedlichen Stufen zugeführten Bezugsfrequenzen (fa, feie') im aufgeteilten Zustand eine Umschaltung der Stufen der ersten Gruppe (1 bis 3) auf die Bezugsfrequenzen der entsprechenden Stufen (4 bis 6) der zweiten Gruppe erfolgt.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine solche Aufteilung der Stufen (1 bis 6) des Frequenzgenera-

tors, daß mit jeder der beiden Gruppen (1 bis 3,4 bis 6) die gleiche Frequenzabstufung erreichbar ist.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die von der ersten Gruppe (1 bis 3) erzeugte Komponente der Überlagerungsfrequenz (f\') oder die von der zweiten Gruppe {4 bis 6) erzeugte Komponente der Meßfrequenz (Qmittels einer Hilfsfrequenz (h bzw. Wb) umgesetzt wird, die in ihrer Größe der Zwischenfrequenz (h?) des Überlagerungsempfängers entspricht.