DE2147860C3 - Frequency-selective alternating voltage, especially level meter - Google Patents
Frequency-selective alternating voltage, especially level meterInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen frequenzselelktiven Wechselspannungs-, insbesondere Pegeimesser, bei dem die zu messende Spannung mittels der Ausgangssignale eines Rasteroszillators, der auf jeweils eine der Oberwellen einer stabilisierten Grundfrequenz einstellbar ist, sowie eines Interpolationsoszillators in der Frequenz umgesetzt wird, unter Verwendung einer Einrichtung zur digitalen Erfassung der Meßfrequenz, die einerseits von der Frequenzeinstellung des Rasteroszillators und andererseits über einen Impulszähler gesteuert wird, der die Schwingungen des Interpolationsoszillators zählt.The invention relates to a frequency selective AC voltage meter, in particular level meter, in which the voltage to be measured is measured using the output signals a raster oscillator, which can be adjusted to one of the harmonics of a stabilized fundamental frequency and an interpolation oscillator is converted in frequency using a Device for the digital acquisition of the measuring frequency, which on the one hand depends on the frequency setting of the raster oscillator and on the other hand is controlled by a pulse counter, which the oscillations of the interpolation oscillator counts.
Ein bekannter Frequenzanalysator, der als Wechselspannungsmesser der genannten Art aufzufassen ist, bietet neben einer digitalen Anzeige der Meßfrequenz eine analoge Anzeige der Spannungsamplitude, die der Meßfrequenz jeweils zugeordnet ist.A well-known frequency analyzer, which is to be understood as an alternating voltmeter of the type mentioned, offers a digital display of the measuring frequency and an analog display of the voltage amplitude that the Measuring frequency is assigned in each case.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen wenig aufwendigen Wechselspannungs-, insbesondere Pegelmesser, vorzusehen, der sowohl die Frequenz als auch die Amplitude der zu messenden Wechselspannung digital erfaßt und somit vollständige Meßdaten liefert, die frei von Ablesefehlern sind und eine maschinelle Weiterverarbeitung ermöglichen.The object of the invention is to provide an inexpensive alternating voltage meter, in particular a level meter, provide both the frequency and the amplitude of the AC voltage to be measured digitally recorded and thus provides complete measurement data that are free from reading errors and machine processing enable.
Dies wird, ausgehend von einem Wechselspannungsmesser der eingangs genannten Art, erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die zu messende Spannung nach Gleichrichtung in an sich bekannter Weise zeitverschlüsselbar und mit Hilfe von Taktimpulsen digital meßbar ist, daß eine die Spannungs-Meßinformation enthaltende Taktimpulsserie dem Impulszähler über einen Umschalter wahlweise anstelle des Ausgangssignals des Interpolationsoszillators zuführbar ist und daß eine Einrichtung zur Anzeige und/oder Ausgabe eines digitalen Spannungs-Meßergebnisses, gegebenenfalls unter Vorschaltung eines Speichers, wahlweise anstelle der Einrichtung zur digitalen Erfassung der Meßfrequenz an den Ausgang des Impulszählers schaltbar ist.Based on an alternating voltmeter of the type mentioned at the beginning, this is carried out according to the invention achieved in that the voltage to be measured can be time-coded after rectification in a manner known per se and with the aid of clock pulses it can be measured digitally that one of the voltage measurement information containing the clock pulse series the pulse counter via a switch alternatively instead of the output signal of the interpolation oscillator can be supplied and that a device for displaying and / or outputting a digital voltage measurement result, if necessary with an upstream memory, optionally instead the device for digital acquisition of the measuring frequency can be switched to the output of the pulse counter.
Der Wechselspannungsmesser nach der Erfindung zeichnet sich insbesondere durch eine solche Ausbildung der Teilschaltungen für die Frequenzeinstellung bzw. -messung und für die digitale Spannungsmessung aus, daß ein gemeinsamer Impulszähler wahlweise für die Zwecke der Frequenzmessung und einer Zeitmessung (im Rahmen der digitalen Spannungsmessung) verwendet werden kann.The alternating voltmeter according to the invention is characterized in particular by such a design the sub-circuits for frequency setting or measurement and for digital voltage measurement from that a common pulse counter optionally for the purpose of frequency measurement and time measurement (in the context of digital voltage measurement) can be used.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist von der stabilisierten Grundfrequenz ein Signal ableitbar, das ein festes Zeitintervall zur digitalen Erfassung der Meßfrequenz definiert. Weiterhin können auch die zur digitalen Spannungsmessung verwendeten Taktimpulse mit besonderem Vorteil von der stabilisierten Grundfrequenz abgeleitet werden. Jede dieser Maßnahmen und insbesondere ihrer Kombination führt zu einer weiteren, bedeutsamen Rationalisierung der Schaltungsfunktionen und damit zu einer Herabsetzung des erforderlichen Schaltungsaufwandes.According to a preferred development of the invention, there is a signal from the stabilized fundamental frequency can be derived, which defines a fixed time interval for digital acquisition of the measuring frequency. Furthermore you can also the clock pulses used for digital voltage measurement with particular advantage from the stabilized Base frequency can be derived. Each of these measures and in particular their combination leads to a further, significant rationalization of the circuit functions and thus to a reduction the required circuit complexity.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten, in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert:The invention is described below with the aid of a preferred exemplary embodiment shown in the drawing explained in more detail:
Der dargestellte selektive Wechselspannungsmesser ist nach dem Prinzip eines Mehrfach-Überlagerungsempfängers aufgebaut. Die an der Eingangsklemme 1 liegenden Wechselspannungen werden über eine als Tiefpaß ausgebildete Vorselektionsstufe 2 einem Mischer 3 zugeführt, der sie mit Hilfe eines ersten Überlagerungssignals .Si in eine erste Zwischenfrequenzlage umsetzt. Von den umgesetzten Spannungen gelangen jene Frequenzteile, die über das erste Zwischenfrequenz-Bandfilter 4 übertragen werden, zu einem zweiten Mischer 5, der sie mit Hilfe eines zweiten Überlagerungssignals S2 in eine zweite Zwischenfrf-The selective alternating voltmeter shown is based on the principle of a multiple superposition receiver. The alternating voltages at the input terminal 1 are fed to a mixer 3 via a preselection stage 2 designed as a low-pass filter, which converts them into a first intermediate frequency position with the aid of a first superimposition signal .Si. From the converted voltages, those frequency parts which are transmitted via the first intermediate frequency bandpass filter 4 reach a second mixer 5, which converts them into a second intermediate frequency with the aid of a second superimposition signal S2.
,,.„e umsetzt. Nach einer Verstärkung in 6 werden qm zweiten Zwischenfrequenz-Bandfilter 7 selekten zu messenden Spannungen in 8 gleichgerichtet. n> Ableitung einer digitalen Spannungs-MeBinforma-■ aus der so gebildeten Gleichspannung soll weiter 5 !,ΐη behandelt werden.,,. "E implements. After amplification in FIG. 6, q m second intermediate frequency bandpass filters 7 selected voltages to be measured are rectified in FIG. n> Deriving a digital voltage measurement information from the direct voltage generated in this way will be treated further 5!, ΐη.
7i nächst ist zu zeigen, wie die Frequenzeinstellung α Selektiven Spannungsmessers auf die zu messenden Snnungen im einzelnen erfolgt: Hierzu wird d :s erste nherlaeerungssignal S, in seiner Frequenz wahlweise io f eine Reihe von äquidistanten Frequenzwerten -Bestellt die den Oberwellen einer quarzstabilisierten rmndfrequenz entsprechen. Die Frequenz von S2 kann Ann ebenfalls variiert werden, und zwar über einen R reich der dem Abstand zweier benachbarter 15 PrPnuenzeinstellwerte von S, entspricht. Die Frequenzvariation von S2 erfolgt dabei insbesondere konunu.cr-Vh so daß sich aus der Kombination beider p"" enzvariationen eine kontinuierliche Frequenzein- «tellune des selektiven Spannungsmeessers über den Je armen Frequenzbereich ergibt. Infolge der 1-renuenzvariation von S2 muß das erste Zw.schenfrequenz-R7ndfilter 4 eine Bandbreite aufweisen, die dem Ahstand zweier benachbarter FrequenzeinstellwerteThe next step is to show how the frequency setting α selective voltmeter is carried out in detail on the measurements to be measured: For this purpose, the first approximation signal S, optionally a series of equidistant frequency values in its frequency, is ordered which correspond to the harmonics of a quartz-stabilized end frequency . The frequency of S 2 can also be varied Ann, via an R rich of the distance between two adjacent 15 PrPnuenzeinstellwerte of S corresponds. The frequency variation of S 2 takes place in particular konunu.cr-Vh so that a continuous frequency setting of the selective voltmeter over the low frequency range results from the combination of both p "" enzvariationen. As a result of the 1-renuence variation of S 2 , the first intermediate frequency R7ndfilter 4 must have a bandwidth that is equivalent to two adjacent frequency setting values
η S entspricht. Das zweite Zwischenfrequenz-Bandriter '7 ist bezüglich seines Durchlaßbereiches so ,Lelegt daß es die konstante zweite ZwischenfrcauenzmitdergewünschtenSelektivitätüberträgt. η S corresponds to. The second intermediate frequency band criterion With regard to its passband, '7 is such that it transmits the constant second intermediate frequency with the desired selectivity.
Zweckmäßigerweise wird das Uberlagerungssignal .S, von einem sogenannten »Rasteroszillator« 9 erzeugt Her auch unter der Bezeichnung »Impulse governed oscillator« bekannt ist. Seine Ausgangsfrequen/ wird in einem Phasenregelkreis 10 stabilisiert, der sehemausch dargestellt ist. Er enthält eine Mischeinrichtung U, die mich als Schalteinrichtung bzw. Torschaltung ausgebil-S sein kann, sowie einen Gleichrichter 12 und einen TiefDaß 13 dessen Grenzfrequenz etwa dem halben Abstand zweier benachbarter Frequenze.nstellwerte von Si entspricht. Werden der Misch- bzw. Schalteinrichtung H eine Reihe von Schwingungen gleichzeitig zugeführt, die jeweils Harmonische einer stabilisierten Grundfrequenz fo eines Generators 15 darstellen und beispielsweise über einen triggerbaren Impulsgenerator 14 aus fo abgeleitet sind, so wird der an sich freilaufende Ra teroszillator 9 in bekannter Weise auf den Wer, der jeweils nachfliegenden Oberwelle von/» nachgeregcli. fo daß er auf diese »einrastet«. Die Oberwellen stellen dabei nur Bezugsfrequenzen dar, die selbst nicht an den Auseang des Rasteroszillators 9 gelangen. Die Hequenzeinstellung von 9 auf oder in die Nähe der * gewünschten Oberwelle von f„ geschieh: von Hand ode, automatisch, und zwar durch Änderung der Kennwerte eines frequenzbestimmenden Kreises, beispielsweise mit Hilfe eines Varaktors. In der Zeichnung ist diese frequenzeinstellung durch einen Stufenschalter 16 anDadseÜberlagerungssignal S2 wird von einem Inierpolationsoszillator 17 erzeugt, dessen Frequenz über einen Bereich variiert werden kann, der dent Abstand zweier benachbarter Harmonischer von ., entspricht D ade Genauigkeit der Frequenzeinstellung des selektiven Spannungsmessers in erster Linie von der HequenzgenaPuigkeit von 17 abhängt, synchronisier, man ihn in an sich bekannter Weise mit der über emcr1 g eich,großen Bercich variierbaren Frequenz eines H.lfsoszillatois, der jedoch in einer wesentlich tieferen frequenzlag. schwing Die Ausgangsfrequenzen des InterpolationsoszSrs 17 und dieses Hilfsoszillators können /. B. um den Faktor lOüuder mehr auseinanderliegen.The superimposition signal .S, is expediently generated by a so-called "raster oscillator" 9, which is also known under the designation "impulse governed oscillator". Its output frequency / is stabilized in a phase-locked loop 10, which is shown in exchange. It contains a mixing device U, which can be designed as a switching device or gate circuit, as well as a rectifier 12 and a low-level filter 13 whose cut-off frequency corresponds to about half the distance between two adjacent frequency control values of Si. If the mixing or switching device H is supplied with a series of oscillations at the same time, each of which represents harmonics of a stabilized fundamental frequency f o of a generator 15 and is derived from fo via a triggerable pulse generator 14, for example, then the free-running Ra teroszillator 9 is known Way to the who, the respectively following harmonic of / »nachgeregcli. so that it "snaps" into place. The harmonics only represent reference frequencies which themselves do not reach the output of the raster oscillator 9. The frequency setting of 9 on or in the vicinity of the * desired harmonic of f " happens: by hand or automatically, namely by changing the characteristic values of a frequency-determining circuit, for example with the help of a varactor. In the drawing, this frequency setting is through a tap changer 16 at Because d s e beat signal S 2 is generated by a Inierpolationsoszillator 17, whose frequency can be varied over a range, the dent spacing of two adjacent harmonics of., D ade accuracy corresponding to the frequency setting of the selective voltmeter primarily from the Hequenzgena P ui g speed of 17 depends, synchronizing, to it in known manner with the on emcr1 g calibration, large Bercich variable frequency of a H.lfsoszillatois, the frequenzlag however much deeper in a. oscillating The output frequencies of the interpolation oscillator 17 and this auxiliary oscillator can /. B. be more apart by a factor of lOüuder.
Zur digitalen Erfassung der eingestellten Frequenz werden die höchstwenigen Ziffern einer Anzeigevorrichtung 18 über einen Speicher 19 von dem die Grobabstimmung bewirkenden Stufenschalter 16 direkt gesteuert, während die niederwertigen Ziffern durch eine Zählung der Schwingungen des Interpolationsoszillators 17 ermittelt werden. Dies geschieht im einzelnen dadurch, daß die Schwingungen von 17 in einer ersten Stellung des Umschalters 20 über eine Torschaltung 21 einem Impulszähler 22 zugeführt werden, der die in ein vorgegebenem Zeitintervall fallenden Impulse zählt und das Zählergebnis über den Umschalter 20 und Ausgabeleitungen 30;i dem Speicher 19 und weiterhin der Anzeigevorrichtung 18 zuführt. Die Torschaltung 21 hat dabei die Aufgabe, den Impulszähler 22 nur während des vorgegebenen Zeitintervalls mit dem Ausgang von 17 zu verbinden. Wie in der Zeichnung angedeutet ist, wird das die Torschaltung 21 steuernde Signal mit besonderem Vorteil durch eine Frequenzteilung in 23 aus der stabilisierten Grundfrequenz /^ bzw. aus der von 14 erzeugten Impulsspannung abgeleitet.The very few digits of a display device are used to digitally record the set frequency 18 directly via a memory 19 from the tap changer 16 which effects the coarse adjustment controlled, while the lower-order digits by counting the oscillations of the interpolation oscillator 17 can be determined. This is done in detail by the fact that the oscillations of 17 in a first Position of the switch 20 are fed via a gate circuit 21 to a pulse counter 22, which is in a predetermined time interval falling pulses counts and the counting result via the switch 20 and Output lines 30; i to the memory 19 and furthermore to the display device 18. The gate circuit 21 has the task of the pulse counter 22 only during the predetermined time interval with the output of 17 to connect. As indicated in the drawing, the signal controlling the gate circuit 21 is included Particular advantage through a frequency division in 23 from the stabilized basic frequency / ^ or from that of 14 generated pulse voltage derived.
Der Speicher 19 und/oder die Anzeigevorrichtung 18 sind so ausgebildet, daß eine automatische Umrechnung des in 22 erhaltenen Zählergebnisses sowie der Einstelldaten des Siufenumschalters 16 einschließlich etwaiger Überträge in den einzelnen Stellen auf die tatsächlich eingestellte Meßfrequenz erfolgt, bei der selektiv gemessen werden soll. Der Speicher 19 dient ferner zur Abgabe eines die Meßfrequenz kennzeichnenden, digitalen Auswertesignals, das an den Klemmen f abgegriffen werden kann und einer maschinellen Weilerverarbeitung zugänglich ist.The memory 19 and / or the display device 18 are designed so that an automatic conversion of the counter result obtained in 22 as well as the setting data of the level switch 16 including any transfers in the individual places to the actually set measuring frequency takes place at which selective measurement is to be carried out. The memory 19 is also used to output a digital evaluation signal which characterizes the measuring frequency and which can be tapped at the terminals f and which is accessible for machine processing.
Die zu messende Spannung U\ wird nach ihrer Umformung in eine Gleichspannung Ug einem Komparator 24 zugeführt, in dem sie einem Amplitudenvergleich mit einer von einem Generator 25 erzeugten Vergleichsspannung Uv unterworfen wird, die eine vorgegebene, z. B. lineare, Zeitabhängigkeit besitzt. Bei Amplitudengleichheil beider Spannungen oder allgemein beim Erreichen eines vorgegebenen Amplitudenverhältnisses wird ein Kuniparator-Ausgangsinipuls gebildet. Ein weiterer Amplitudenvergleich findet zwischen (Aund einer Bezugsspannung (/„stau, die von einer Spannungsquelle 26 erzeugt und einem anderen Eingang des Komparators 24 zugeführt wird. Auch bei diesem Vergleich wird in analoger Weise ein Komparator-Ausgangsimpuls gebildet, der zusammen mit dem ersten ein Zeitintervall begrenzt, das ein Maß für Us und damit für die zu messende Spannung il\ darstellt, bezogen auf Uth Bei einer linearen Zeitabhängigkeit von Uv wird U\ in einem lineraren SpannungsmalJsiab ausgewertet, bei einem exponentiellcn Zeitverlauf von (Λ dagegen im logarithmischen Maßstab, also in Pegelwerten.The voltage to be measured U \ is fed to a comparator 24 after it has been converted into a direct voltage U g , in which it is subjected to an amplitude comparison with a comparison voltage Uv generated by a generator 25, which is a predetermined, z. B. has linear, time dependence. If both voltages have the same amplitude or generally when a specified amplitude ratio is reached, a Kuniparator output pulse is generated. A further amplitude comparison takes place between (A and a reference voltage (/ "stau, which is generated by a voltage source 26 and fed to another input of the comparator 24. In this comparison, too, a comparator output pulse is formed in an analogous manner, which together with the first a Time interval limited, which represents a measure for U s and thus for the voltage to be measured il \ , related to U th With a linear time dependency of Uv , U \ is evaluated in a linear voltage measure, with an exponential time profile of (Λ on the other hand on a logarithmic scale , i.e. in level values.
Das digitale Spannungs-Meßergebnis wird nun in einfacher Weise durch Auszählung dieses Zeilintervalls mittels in einem vorgegebenen zeitlichen Abstand aufeinanderfolgenden Taktimpulse erhalten. Zu diesem Zweck ist eine Torschaltung 27 vorgesehen, die durch den ersten Komparator-Ausgangsimpuls geöffnet und (.lurch den /weiten wieder gesperrt wird. Während der Öffnungszeit werden die an ihrem Hingang anliegenden Taktimpulse an den Ausgang 29 übertragen. Die in den Öffnungs/eitrauin fallende Taktimpulsserie wird nun über den Umschalter 20. der zum Zwecke tier Spannungsmessung in seine zweite Schaltstellung gebracht wird, dem Eingang des Zählers 22 zugeführtThe digital voltage measurement result is now obtained in a simple manner by counting this line interval obtained by means of successive clock pulses at a predetermined time interval. To this Purpose, a gate circuit 27 is provided, which is opened by the first comparator output pulse and (.lurch the / wide is blocked again. During the Opening time, the clock pulses applied to their input are transmitted to output 29. The clock pulse series falling in the opening period is now on the switch 20 for the purpose tier voltage measurement is brought into its second switching position, fed to the input of the counter 22
und in diesem gezählt. Das Zählergebnis gelangt über 20 auf Ausgabeleitungen 30, die die Spannungs-Meßinformation einem Speicher 31 und weiter einer digitalen Anzeigevorrichtung 32 zuführen. Der Speicher 31 ist dabei so eingerichtet, daß er das Spannungs-Meßergebnis über Klemmen pauch in Form eines digitalen Signals ausgibt, das einer maschinellen Weiterverarbeitung zugänglich ist.and counted in this. The count reaches over 20 on output lines 30, which the voltage measurement information to a memory 31 and further a digital Feed display device 32. The memory 31 is set up so that it receives the voltage measurement result via terminals pauch in the form of a digital signal, that of a machine processing is accessible.
Mit besonderem Vorteil werden die am Eingang 28 liegenden Taktimpulse über den Impuls- bzw. Harmonischengenerator 14 aus der stabilisierten Grundfrequenz fo abgeleitet, wie aus der Zeichnung ersichtlich ist.The clock pulses at the input 28 are particularly advantageously derived from the stabilized basic frequency fo via the pulse or harmonic generator 14, as can be seen from the drawing.
Der Umschalter 20 kann z. B. von Hand aus in seine jeweilige Schaltstellung gebracht werden. Vorzugsweise wird er jedoch über eine Steuereinrichtung 33 betätigt, die über Eingänge 34 und 35 beeinflußbar ist Im einzelnen liegt dabei am Eingang 34 das Ausgangssignal des Frequenzteilers 23 und am Eingang 35 das Ausgangssignal eines weiteren Frequenzteilers 36, der das Ausgangssignal von 23 nochmals im Verhältnis m : 1 teilt. Die genannten Ausgangssignale beeinflussen die Steuereinrichtung 33 in der Weise, daß die Schaltvorgänge des Umschalters 20 zeitlich nicht mit der einzelnen Zählvorgängen im Zähler 22 zusammenfallen sondern jeweils zwischen diesen liegen. Mit Vortei kann dabei der die Vergleichsspannung Uv erzeugende Generator 25 über eine Leitung 37 von der Slcuerein richtung 33 zu Beginn jedes Spannungsmeßvorgang! gelriggert werden.The switch 20 can, for. B. be brought into its respective switching position by hand. However, it is preferably operated via a control device 33, which can be influenced via inputs 34 and 35. In detail, the output signal of the frequency divider 23 is at the input 34 and the output signal of a further frequency divider 36 is at the input 35, which the output signal of 23 again in the ratio m : 1 divides. The output signals mentioned influence the control device 33 in such a way that the switching operations of the changeover switch 20 do not coincide in time with the individual counting operations in the counter 22, but rather lie between them. Advantageously, the generator 25 generating the comparison voltage U v can be supplied via a line 37 from the Slcuerein device 33 at the beginning of each voltage measurement process! be triggered.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19712147860 DE2147860C3 (en) | 1971-09-24 | Frequency-selective alternating voltage, especially level meter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19712147860 DE2147860C3 (en) | 1971-09-24 | Frequency-selective alternating voltage, especially level meter |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
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DE2147860A1 DE2147860A1 (en) | 1973-03-29 |
DE2147860B2 DE2147860B2 (en) | 1977-03-03 |
DE2147860C3 true DE2147860C3 (en) | 1977-10-13 |
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