DE2150565A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung eines Phasenwinkels in einem elektrischen Signal - Google Patents

Description

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TsL sos ι aa

PYE LIMITED in Cambridge, Großbritannien

Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung eines Phasenwinkels in einem elektrischen

Signal

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Phasenwinkels in einem elektrischen Signal, das dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Bezugs-Zeitintervall festgelegt wird und die Frequenz des Signals so lange verstellt wird, bis eine bestimmte Periodenzahl des Signals, vermehrt um den Phasenwinkel, genau das Zeitintervall ausfüllt, so daß aus der Länge des Zeitintervalls und der Frequenz des Signals der Phasenwinkel abgeleitet werden kann.

Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, gekennzeichnet durch ein Zeitnormal und eine Verstellvorrichtung für die Sigrialf requenz, bis eine bestimmte Periodenzahl des Signals, vermehrt um den Phasenwinkel, das Zeitintervall genau ausfüllt.

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Das Bezugs-Zeitintervall kann von einem Bezugssignal geliefert werden, dessen Frequenz einen einfachen Teiler der Frequenz des elektrischen Signals darstellt. Beispielsweise besteht das Bezugssignal aus einem Puls, dessen Pulsperiode gleich dem Zeitintervall ist. Der Impulsbegirin wird durch das eine Signal und das Impulsende durch das andere Signal bestimmt, so daß die Impulslänge im Verein mit der Frequenz eines der beiden Signale ein Maß für den Phasenwinkel darstellt.

Die Impulse können einem Integrator zugeführt werden, dessen von der Impulslänge abhängige Ausgangsspannung konstant gehalten wird, so daß die Frequenz des einen Signals ein Maß für die Phasenänderung darstellt.

Wenn das elektrische Signal in einem bestimmten Frequenzbereich veränderlich ist tmd die Pulsfrequenz des Bezugssignals l/n mal der Frequenz des elektrischen Signals ist, beträgt die Impulslänge des Bezugssignals an der unteren Frequenzgrenze des elektrischen Signals r Perioden desselben und an der oberen Frequenzgrenze (r + x) Perioden desselben, wobei n, r und χ ganze Zahlen sind und r, sowie (r + x.) kleiner als η sind.

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In bestimmten Zeitintervallen, nach dem Beginn der Bezugsimpnlse, die gleich r bzw. (r + x) Perioden des elektrischen Signals sind, werden vorzugsweise Steuerimpulse gegeben und die Frequenz des elektrischen Signals wird auf ihre Obergrenae erhöht, wenn die Hinterkante des Bezugsimpulses mit dem ersten Steuersignal zusammenfällt, während die Frequenz des erwähnten Signals auf ihre untere Grenze erniedrigt wird, wenn die Hinterkante des Bezugsimpulses mit dem zweiten Stexiex^impuls zusammenfällt.

Zur Erzeugung der Steuerimpulse ist vorzugsweise ein Frequenzteiler vorgesehen, der ein Eingangssignal mit der gleichen Frequenz wie das elektrische Signal empfängt und zur Verwendung als Bezugssignal ein Ausgangssignal erzeugt, dessen Periode η-mal so lang wie diejenige des Eingangssignais ist. Der Frequenzteiler erzeugt ferner im Abstand von r Perioden des Eingangssignals nach dem Beginn des Ausgangssignals einen ersten Steuerimpuls und (r + x) Perioden nach dem Beginn des Bezugssignals einen zweiten Steuerimpuls.

Das Ausgangssignal des Frequenzteilers wird vorzugsweise auf einen momstabilen Multivibrator gegeben, der die Bezugssignal impulse erzeugt. Die Steuerimpulse und die Bezugssignalimpulse werden auf passende Koinzidenzglieder gegeben.

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Zur Erzeugung des elektrischen Signals kann ein Oszillator dienen, dessen Frequenz durch die Ausgangswerte der Koinzidenzglieder zwischen zwei Werten umgeschaltet wird.

Die geschilderte Vorrichtung kann zur Bestimmung einer Meßgröße dienen, die mittels eines passenden ¥andlers eine entsprechende Phasenänderung in einem elektrischen Signal hervorruft. Als Beispiel hierfür wird nachstehend die Messung der Richtung eines Magnetfeldes beschrieben. Als Wandler dient hierbei ein richtungsempfindlicher Flußmesser, der eine von der Feldrichtung abhängige Phasenänderung in einem elektrischen Signal hervorruft.

Vorzugsweise sind zwei Flußmesser mit senkrecht zueinander stehenden Meßrichtungen vorgesehen, denen zwei um 90 phasenverschobene Signale zugeführt werden. Die Summe der Ausgangssignale der beiden Flußmesser stellt dann das elektrische Signal dar, dessen Phasenwinkel zu messen ist. Zur Erzeugung der phasenverschobenen Speisesignale kann ein überkreuzt geschaltetes Paar bistabiler Multivibratoren dienen.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der schematischen Schaltbilder-Figuren 1 und 2 beschrieben. Beide beziehen sich auf die Anwendung der Erfindung in einem magnetischen Kompaß.

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Bei der Ausführungsform nach. Fig. 1 erzeugt ein Generator 1 ein Wechselspannungssignal auf einer Leitung 2, die
einen Phasenschieber 3 speist. Die Ausgangssignale des
letzteren auf den Leitungen k und 5 haben Phasenverschiebungen von O bzw. 90 hinsichtlich der Eingangsspannung auf der Leitung 2. Die Spannung der Leitung h wird einem Flußmesser 6X und die Spannung der Leitung 5 einem Flußmesser 6 Y zugeführt.

Die Flußmesser sind mit zueinander senkrechten Achsen angeordnet und jeder Flußmesser gibt eine Spannung ab, die proportional zu derjenigen Komponente eines äußeren Magnetfeldes (z. B. des Erdfeldes) ist, die längs seiner Achse wirkt. Eine Drehung der Flußmesser relativ zum äußeren
Feld ergibt also eine Spannungsänderung am Ausgang jedes Flußmessers zwischen den Grenzen Null und Maximum, wobei die Maxima auftreten, wenn das äußere Feld in die Achsenrichtung eines Flußmessers fällt, d, h. die Maxima haben zueinander rechtwinklige Richtungen. Wenn β der Winkel
der Feldrichtung mit der Achsenrichtung des Flußmessers
6X ist, ergibt sich eine Ausgangsspannung proportional
zu cos θ und eine Ausgangsspannung des anderen Flußmessers 6y proportional zu sin O. Die Ausgangsspannung des Flußmessers 6X erscheint auf der Leitung 7 und diejenige des Flußmessers ΟΥ auf.der Leitung 8. Beide Leitungen führen

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zu einem Addierglied 9 > dessen Ausgangsleitung 10 zu einem Filter 11 führt. Auf der Ausgangsleitung 12 dieses Filters herrscht eine annähernd konstante Amplitude und die Spannung hat eine Phasennacheilimg fi, die gleich dem "Winkel 0 des äußeren Feldes mit der" Achse des Flußmessers 6X ist.

Die Leitung 12 führt zum Eingang eines monostatileri Multivibrators, dessen Ausgang auf der Leitung 1^1 bei Jeder ψ positiven Halbwelle der ihm zugeführten Eingangsspannung einen kurzen Impuls abgibt.

Ein Impulsgenerator 15 erzeugt Impulse, deren Pulsfrequenz gleich derjenigen der Impulse auf der Leitung lh ist. Die Dauer dieser Impulse ist kleiner als eine Periode der Frequenz des Generators 1 und auch kleiner als die Dauer eines Impulses auf der Leitung lh.

^ Die Leitungen 16 und 1^- sind mit einem bistabilen Multivibrator 17 verbunden,wobei ein auf der Leitung Ib auftretender Impuls bewirkt, daß der Multivibrator 17 mit der Abgabe eines Impulses beginnt. Der nächstfolgende Impuls auf der Leitung 14 stellt den Multivibrator 17 zurück und beendet so die Impulsabgabe. Dieser längenmodulierte Puls erscheint auf der Leitung 18 und hat die Frequenz des Gene-

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BAD OR5Q5NAL

rators 1, sowie eine Impulslänge, die durch die Phasenverschiebung p bestimmt wird. Diese Impulse werden auf ein Glättungsglied 19 gegeben.

Die Amplitude der Ausgangsgleichspannung des Glättungsgliedes 19 auf der Leitung 20 hängt von der Impulslänge auf der Leitung 18 ab, die ihrerseits vom zeitlichen Verhältnis der Impulse auf den Leitungen 14 und l6 abhängt. Damit die Ausgangsgleichspannung für einen bestimmten Richtungswinkel O des äußeren Magnetfeldes konstant gehalten wird, ist vorzugsweise eine Steuerung des Impulsgenerators 15 vom Generator 1 über die gestrichelt dargestellte Verbindung 21 vorgesehen, um zu gewährleisten, daß der Impulsgenerator 15 für jede SignnJ.periode des Generators 1 einen Impuls erzeugt. Stattdessen kann der Impulsgenerator auch entsprechend dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 so gesteuert sein, daß er Impulse mit einer Pulsfrequenz erzeugt, die einen einfachen Bruchteil der Frequenz des Signals auf der Leitung 2 darstellt.

Wenn die Generatoren 1 und 15, wie hier der Einfachheit halber angenommen sei, mit gleicher Frequenz arbeiten, ist die Gleichspannung auf der Leitung 20 proportional zum Winkel Θ, also gleich Null für θ = 0 und gleich ein Maximum, wenn θ sich 36Ο nähert. Wegen der endlichen

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L&nge der Impulse auf den Leitungen Ik und l6 kann aber für eine volle Umdrehung des äußeren Feldes um 36O die Ausgangsspannung nicht verfügbar sein. Die Anordnung ist ferner insoweit beschränkt, als für die Phasenwinkel O und 360 die gleiche Ausgangsspannung auf der Leitung 20 herrscht, d. h. es ist nur ein Umlauf des äußeren Feldes ohne Mehrdeutigkeit verfügbar.

Die auf der Leitung 20 abgenommene Gleichspannung kann ψ verwendet werden, um den Winkel 0 unmittelbar (z. B.

mittels eines Voltmeters) anzuzeigen, oder um z. B. eine Frequenz zu steuern. Es ist aber hier im Gegensatz zu der nunmehr zu beschreibenden Fig. 2 keine stabilisierende Rückkopplung vorgesehen.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist die Ausgangsfrequenz eines Oszillators 30, z. B. eines Unipolar-Transistors, der einen mit konstanter* Stromstärke aufgeladenen Kondensator entlädt, zwischen den oberen und unteren Grenzen von etwa 57 und 63 kHz veränderlich. Die .'erctellung geschieht mittels einer St euer spannung auf der Linie 31» die z. B. Werte zwischen J und k Volt annehmen kann.

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Die vom Oszillator erzeugte Ausgangsspannung wird über eine Leitung 32 auf einen dekadischen Frequenzteiler 33 in integrierter Schaltungsbauweise gegeben. Dieser enthält einen Teil 3k zur Prequenzhalbierung und einen Teil 35 zur Teilung dex' Frequenz durch fünf. Am Ausgang des Halbierungsteils 3k sind gegenphasige Ausgangsspannungen bei 36 und 37 verfügbar.

Um eine Eingangssignalfrequenz zu erzeugen, die zum Betrieb der verwendeten Flußmesser (Smith Industries Typ A 20, vereinbar mit der Verwendung von TTL-Kreisen) geeignet ist, wird das Ausgangssignal des dekadischen Frequenzteilers 33 über die Leitung 38 auf einen bistabilen Multivibrator 39 vom D-Typ gegeben, der über Kreuz mit einem gleichartigen Multivibrator ^O vom D-Typ über die Leitungen kl und k2 verbunden ist, so daß die Ausgangsspannung des Multivibrators 39 auf der Leitung k3 phasengleich mit dessen Eingangsspannung ist, während die Ausgangsspannung des Multivibrators kO auf der Leitung kk der Ausgangsspannung des Multivibrators 39 um 90 nacheilt. Die Ausgangsfrequenz beider Multivibratoren ist ein Viertel der Eingangsfrequenz auf der Leitung 38, d. h. eine mittlere Frequenz von etwa 1,5 kHz.

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Die Speisung der beiden Flußmesser X und Y, die mit rechtwinklig zueinander stehenden Achsen angeordnet sind, geschieht über die Leitungen 43 und 44, sowie die Widerstände Rl und R2. Den Wicklungen der Flußmesser parallel geschaltete Kondensatoren Cl und C2 dienen zur Filterabstimmung. Der von den beiden Flußmessern X und Y dargestellte Wandler der magnetischen Feldrichtung in einen Phasenwinkel wird also von einem Signal gespeist, das zwei um 90 gegeneinander verschobene Teile auf den Leitungen 43 und 44 aufweist.

Die AusgangsSpannungen der beiden Flußmesser X und Y werden über Widerstände R3 und R4 und Leitungen 46 und 47 einem Addierglied 45 zugeführt. Die Summenspannung erscheint auf der Leitung 48 und gelangt auf ein Filter 49» das die sehr starke zweite Oberwelle und die etwas schwächere dritte Oberwelle des Ausgangssignals dämpft. Das Filter 49 enthält Parallel-T-Netzwerke zur Dämpfung der Oberwellen, um die rasche Phasendrehung zu vermeiden, die im Durchlaßband eines normalen Bandfilters auftritt. Das FiItex· 49 ist über Leitung 50 mit einem Verstärker 51 verbunden, der eine weitere Siebung vornimmt und über eine Leitung 5~ einen monostabilen Multivibrator 53 steuert, der επιΓ der Leitung 54 einen kurzen Ausgangsimpuls abgibt. Wie im Zusammenhang mit Fig. 1 erwähnt, eilt die Vorderkante dieses

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BAD OBiQJNAL

Ausgniigsimpulses dem Signal auf der Leitung ^3 ^um einen Winkel p nach, der proportional zum Winkel O des äiißeren Feldes mit der Achse des Flußmessers X ist.

Das Signal auf der Leitung 4 3 wird ferner einem Frequenzteiler 55 zugeführt, der ein Ausgangssignal auf einer Leitung 60 erzeugt, dessen Periode η-mal so groß wie diejenige des Eingangssignals ist, wobei η eine ganze Zahl (im vorliegenden Falle 1.6) ist. Der Frequenzteiler 55 ist mit einer Ausgangsinatrix ausgerüstet, so daß weitere Impulssignale, die als Steuerimpulse dienen können, auf den Leitungen 56» 57 und 58, 59 auftreten. Die ImpulsZeitpunkte dieser Steuerimpulse sind um r bzw. (r + x) Perioden gegen den Beginn der Ausgangssignalperiode auf der Leitung 60 verschoben, wobei r und χ ganze Zahlen (im vorliegenden Fallo r = 9 und χ = l) sind.

Die Ausgangsspannung des Frequenzteilers 551 die ein Sechzelmtel der Frequenz auf der Leitung h"} beträgt, wird über Leitung 60 zur Steuerung eines monostabilen Multivibrators 61 verwendet, dessen Ausgangsimpulse auf der Leitung 62 das Bezugssignal darstellen. Jeder Impiils auf der Leitung (5.? hat eine feste Länge (z. B. 6,3 Millisekunden), die so gpwählt ist, daß sie r Perioden der niedrigsten Frequenz (ein Vinrzigfttel von 57 }Λ\ν) und (1· + x) Perioden dor höchst fit Fi'cquoiw («in Vioizigstel von 63 kHz) umfaßt. Wie erwähnt, ist in dic;setn Fallo r = 9 und (r 4 x) = 10.

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BAD ORIGfNAL

Die Hinterkante des Impulses auf der Leitung 62 dient zur Auslösung eines bistabilen Multivibrators 63, der einen Ausgangsimpuls auf der Leitung 6k einleitet. Der Multivibrator 63 wird durch den nächsten Impuls auf der Leitung ^k zurückgestellt, so daß der Ausgangsimpuls auf der Leitung 64 dann aufhört. Die Länge der Impulse auf der Leitung 64 ist damit eine Funktion des Winkels O und der Frequenz des Signals auf den Leitungen 43 und kk. Die Ausgangsimpulse werden in einem Tiefpaß, bestehend aus einem Verstärker 65 und einem Überbrückungskondensator C3, integriert, so daß sich auf der Leitung 3I eine Gleichspannung ergibt, die beispielsweise zwischen O und k Volt schwankt.

Da der Multivibrator 6l einen Impuls konstanter Länge, der das Bezugs-Zeitintervall darstellt, auf der Leitung 62 erzeugt, ist die integrierte Spannung auf der Leitung 31 ein Maß für die Differenz zwischen diesem Impuls und der von neun Perioden des Signals auf der Leitung 431 vermehrt um die von den Flußmessern eingeführte Phasenverschiebung, eingenommenen Zeit. Wenn die Frequenz des Oszillators 30 konstant gehalten würde, wäre die integrierte Spannung auf der Leitung 3I umgekehrt proportional zur Phasenverschiebung. Bei dieser Ausführungsform wird jedoch die gleichgerichtete Spannung als Gegenkopplungs-

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signal für den Osziallator 30 verwendet, um die Ausgangsfrequenz desselben so einzuregeln, daß die Spannung auf der Leitung 31 konstant bleibt. Der geregelte Spannungswert ist in diesem Falle gleich Null, so daß neun Perioden des Signals auf der Leitung 4 3, vermehrt um die Phasenverschiebung, genau die gleiche Zeit wie der Impuls auf der Leitung 6l einnehmen. Die Frequenz des Oszillators ist dann unmittelbar ein Maß für die Phasendrehung, so daß die Ausgangsspannungen auf einer oder beiden Leitungen 36, 37 zum Antrieb eines Winkelmeßinstrumentes oder zur Modulation der Trägerschwingung eines Fernmessungssignals dienen können.

Da es sich beim Anwendungsbeispiel um einen Kompaß handelt, sind nur die Phasendrehungen zwischen O und 36O interessant. Eine Phasendrehung um z. B. 370 ist vom Standpunkt der Navigation gleichbedeutend mit einer solchen um 10 , da beide die gleiche Kompaßrichtung hinsichtlich des erdmagnetischen Feldes angeben. Deshalb wird der Steuerimpuls auf den Leitungen 58 und 57 auf ein Koinzidenzglied 66 gegeben, dem andere kurze Impulse, die mit den Hinterkanten der Bezugssignalimpulae zusammenfallen, über eine Leitung 68 ebenfalls vom Multivibrator 6l zugeführt werden. Der Multivibrator 6l kann ein Differenzlerglied enthalten, um die Impulse auf der Leitung 68 zu erzeugen.

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Die Steuerimpulse haben eine mit den Impulsen der Leitung 68 vergleichbare Länge, da ihre Länge nicht größer als diejenige einer Periode des Signals auf der Leitung k3 ist. Venn also das Koinzidenzglied 66 gleichzeitig einen Steuerimpuls und einen Impuls über die Leitung 68 empfängt, bedeutet dies, daß neun Perioden des Signals auf der Leitung 43 gleich dem Abstand der Bezugsimpulse auf der Leitung 68 sind, d. h. daß der Oszillator bei oder nahe der unteren Grenze seines Frequenzbereiches arbeitet und die von den Flußmessern hervorgerufene Phasenänderung gegen Null geht. Das Koinzidenzglied 66 betätigt beim Auftreten gleichzeitiger Impulse auf den Leitungen 56, 57 und 68 ein Taafglied 69» durch das ein Spannungsstoß auf die Leitung 3I gegeben wird. Dieser Spannungsstoß bewirkt, daß die Frequenz des Oszillators 30 auf den oberen Grenzwert umgeschaltet wird.

Ebenso werden die kurzen Steuerimpulse auf den Leitungen 58 und 59 zusammen mit den Impulsen auf der Leitung 68 einem weiteren Koinzidenzglied 67 zugeführt. Bedingung für die Koinzidenz der Impulse auf den Leitungen 58» 59 und 68 ist, daß der Oszillator 30 bei oder nahe seiner oberen Frequenzgrenze arbeitet und daß die von den Flußmessern erzeugte Phasenverschiebung gegen 36O geht. Das Koinzidenzglied 67 betätigt beim gleichzeitigen Auftreten

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der Impulse auf den Leitungen 58, 59 und 68 ein Tastglied 71» das einen Spannungsstoß auf die Leitung 3I gibt, wodurch der Oszillator 3° auf seine untere Grenzfrequenz umgeschaltet wird.

Dielastglieder 69 und 7I bewirken, daß die Gegenkopplungsschleife 64, 65, 31 den Kompaß unter Bezugnahme auf die richtige Periodenzahl (r) des Signals auf der Leitung 43 regelt. Dadurch wird die Mehrdeutigkeit vermieden, die anderenfalls auftreten würde, wenn die Flußmesser eine Phasendrehung im Bereich von O oder j6O ■ erzeugen.

Statt die Frequenz des Oszillators 30 so zu regeln, daß die Impulslänge auf der Leitung 64 gegen Null strebt, läßt sich die Regelung auch so durchführen, daß das Tastverhältnis der Impulse auf der Leitung 64 konstant bleibt, Selbstverständlich ist die Regelung des Oszillators 30 derart, daß die Impulsdauer auf der Leitung 64 gegen Null strebt, nur ein Spezialfall des konstanten Tastverhältnisses.

Falls auf einen endlichen Wert des konstanten Tastverhältnisses geregelt wird, muß eine weitere konstante Phasenverschiebung in das Signal auf der Leitung 54 eingeführt werden, z. B. durch ein entsprechendes Netzwerk im

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Filter 4°·. Der Wert dieser weiteren Phasenverschiebung legt dasjenige Tastverhältnis fest, das der von den Flußmessern eingeführten Phasenänderung Null entspricht. Wenn z. B. die weitere konstante Phasenverschiebung 180 beträgt, entspricht das Tastverhältnis Eins der Phasenänderung Null. Der Integrator 6$ wird dann in bekannter Weise mit einem Signal beaufschlagt, das bei Zuführung eines Pulses mit dem Tastverhältnis Eins auf der Leitung 64 die Ausgangsspannung Null des Integrators 65 herbeiführt. Hierfür ist eine Sägezahnspannung geeignet. Eine Änderung der von den Flußmessern eingeführten Phasendrehung führt dann dazu, daß die Ausgangsspannung des Integrators 65 je nach dem Richtungssinn der Änderung positiv oder negativ ist. Die Ausgangsspannung des Integrators regelt dann den Oszillator 30 in der oben beschriebenen Weise. Da das Filter 49 eine weitere konstante Phasenverschiebung von 180 in das Signal auf der Leitung 5^ eingeführt hat, schalten in diesem Falle die Tast- f glieder 69 und ¹Jl den Oszillator an seiner oberen und unteren Frequenzgrenze um, wenn die von den Flußmessern eingeführten Phasendrehungen (l80 + dQ)° und (l8O - dö)° betragen. Im übrigen ist die Arbeitsweise dieselbe wie oben.

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Auch andere Tastverhältnisse lassen sich durch entsprechende Vorspannungen des Integrators und konstante Phasenverschiebungen im Filter 49 einstellen.

Die Schaltungsanordmmg nach Fig. 2 ist nicht auf- die Anzeige von Winkeln zwischen O und 3^0 beschränkt, sondern kann auch so abgeändert werden, daß eindeutige Anzeigen für alle Winkel zwischen 0 und x-mal 36O gegeben werden. Wenn z. B, die Zeitkonstanten so abgeändert werden, dnß der monostabile Multivibrator 6l einen Bezugspuls von 5 Mi'Jisekunden abgibt und die Signale auf den Leitungen 43 und kh Frequenzen im Bereich von l'luO bis l60ü Hz aufwo.Lsfm, können dex" siebente und achte InipuLs (r = 7» χ — l) statl. den neunten und zehnten Impulses (r = 9» x = l) verwendet werden, um die Steuerimpulse auf den Leitungen 56 bis 59 zu erzeugen, die zur Anzeige von Winkeln zwischen 0 und 3⁽⁾0 dienen. Signale in einem weiteren Frequenzbereich von 16ΟΟ bis 2000 Hz auf den Leitungen h"} und kh ermöglichen im Verein mit den Bezugsimpulsen von 5 Millisekunden Länge, daß der achte und der zehnte Ιηιχ-Ηΐΐ s (r - '6, χ = 2) für die Steuersignale tiuf den Leitungen 56 bis ;"59 herangezogen werden können. Auf diese !'."eise lassen .sich die Winkel zwischen 0 und 720 eindeutig durch Ίί;η Frequenzbereich darstellen, iibex· den die Aus_c";f)Ti.";<.-H| >;>nmmg des Oszillators 'JO veränderbar ist.

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BAD OfWQINAL

Die größeren Phasenverschiebungen, die zwcir nicht bei Kompassen, aber bei anderen Puls- oder Meßgeräten zur Anzeige einer zu messenden Größe herangezogen wex-deri können, erfordern gegebenenfalls den Ersatz der FIuO-inesser X und Y durch andere Wandler, die der zu messenden Größe angepaßt sind»

Die Erfindung kann z. B. auch bei einem Gerät Anwendung finden, das zwei wie der Sinus und Cosinus miteinander verknüpfte Signale erzeugt. Das ist z. B. der FnIl bei Funkpeilgeräten mit senkrecht zueinandersteilenden Rahmen, deren Ausgangssignale zusammen einen Winkel (in diesem Falle das Azimut eines Funksignals) angeben. Zu diesem Zweck können die Flußmesser X und Y durch Zerhacker-Modulatoren ersetzt werden. Die MuIt!vibratoren speisen die Modulatoren mittels der zwei um 90° phasenverschobenen Kom ponenten eines Signals auf den Leitungen h3 und hh wie bei der Anordnung nach Fig. 2. Die zerhackten Ausgangssignale d<;T' Modulatoren werden im Addierglied 4 5 so zusammengesetzt, daß si 3 auf der Leitung 48 ein Signal liefern, dessen Phasenverschiebung relativ zu dem Signal auf der Leitung hjt, das dem Modulator X zugeführt wurde, dem Azimut des Funksignals entspricht. Dieses phasonvorschobetie ,Signal wird dann in der oben beschriebenen Weise mit dem

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BAD ORIGINAL

Signal auf der Leitung 4 3 verglichen, um den Phasenwinkel zu bestimmen. Zwischen dem Peiler und den Modulatoren X, Ύ kann gegebenenfalls eine Verstärkung und Demodulation stattfinden.

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Claims (1)

1. %Ι.-|Π0. S. WMaüSen München, den 1 1. OKt, 1971

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   PYE LIMITED in Cambridge, Großbritannien

   Patentansprüche

   (1J Verfahren zur Bestimmung eines Phasenwinkels in einem elektrischen Signal, dadurch gekennzeichnet, daß ein B.ezuga-Zeitintervall festgelegt wird und die Frequenz des Signals so lange nachgestellt wird, bis eine bestimmte Periodenzahl des Signals, vermehrt um den Phasenwinkel, genau das Bezugs-Zeitintervall ausfüllt, so daß aus der Länge dieses Zeitintervalls und der Frequenz des Signals der Phasenwinkel abgeleitet werden kann.

   2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Bezugs-Zeitnormal und eine Nachstellvorrichtung für die Signalfrequenz, bis eine bestimmte Periodenzahl des Signals, vermehrt um den Phasenwinkel, das Zeitintervall genau ausfüllt.

   -2-Dr.Hk/Du.

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   3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bezugs-Zeitnormal aus einem Frequenzteiler (33) besteht, der aus dem elektrischen Signal ein Bezugssignal ableitet, dessen Frequenz einen einfachen Teiler der Frequenz des elektrischen Signals darstellt.

   4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 31 dadurch gekennzeichnet, daß das Bezugssignal aus einem Puls besteht, dessen Pulsperiode gleich dem Bezugs-Zeitintervall ist.

   5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (l7)» die periodisch entsprechend einem wiederkehrenden Merkmal des einen Signals (l6) einen Impuls auslöst und diesen entsprechend einem wiederkehrenden Merkmal des anderen Signals (l4) beendet, so daß die Impulslänge im Verein mit der Frequenz des Eingangssignals ein Maß für den Phasenwinkel darstellt.

   6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Messung einer beliebigen Größe mittels einer Phasenänderung ein Wandler (X, Y) vorgesehen ist, der ein elektrisches Signal von einem Generator (l) empfängt und in demselben eine Phasenänderung entsprechend dem Wert der zu messenden Größe hervorruft.

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   7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen Integrator (l9> 65) zur Glättung der Ausgangsimpulse, die den Phasenwinkel oder die ihm entsprechende Größe angeben.

   8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Frequenzregelvorrichtung (31) für das elektrische Signal derart, daß die Ausgangsspannung des Integrators (65) konstant bleibt, so daß die Frequenz ein Maß für die Phas envers chi ebung ist.

   9. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Stufe (^9) zur Regelung des Eingangssignals derart, daß das Tastverhältnis der Ausgangsimpulse konstant bleibt, so daß die Frequenz ein Maß für die Phasenverschiebung darstellt.

   10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen aktiven Integrator (65), dem eine konstante Vorspannung und die Ausgangs impulse zugeführt werden tirid der eine Frequenzregelspannung liefert, die dem Tastverhältnis entspricht.

   11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadiix-ch gekennzeichnet, daß das elektrische Signal, und das Bezugs-

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   signal, d±e der Auslösevorriclitung (63) zugeführt werden, Impulscharakter haben und daß die Auslösevorrichtung (63) ihre Impulse beginnt, wenn ein Impuls des einen Signals eintrifft, sowie beendet, wenn ein Impuls des anderen Signals eintrifft.

   12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösevorrichtung (63) einen Impuls beim Auftreten der Hinterkante eines Impulses des Bezugssignals auslöst und denselben beendet, wenn der nächstfolgende Impuls des Eingangssignals auftritt.

   IT. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, bei der die Frequenz des elektrischen Signals im Bereich zwischen einer Untergrenze und einer Obergrenze veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse des Bezugssignals eine Pulsfrequenz von l/n mal der Frequenz des elektrischen Eingangssignals haben und daß die Länge der Bezugssignalimpulse gleich r Perioden der unteren Grenzfrequenz und (r + x) Perioden der oberen Grenzfrequenz des Eingangssignals sind, wobei n, r und χ ganze Zahlen sind und r und (r + x) kleiner als η ist.

   lh. Vorrichtung nach Anspruch 13» gekennzeichnet durch eine Stufe (55) zur Erzeugung zweier Steuerimpulse in bestimm-

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   ten Zeitintervallen nach dem Beginn der Bezugsimpulse, die gleich r und (r + x) Perioden des Eingangssignals sind, sowie durch Koinzidenz- und Tastglieder (66, 67, 69» 71) zur Umschaltung der Frequenz des Eingangssignals auf ihre Obergrenze, wenn die Hinterkante des Bezugsimpulses mit dem ersten Steuersignal zusammenfällt, sowie zur Umschaltung der Frequenz des Eingangssignals auf ihre Untergrenze, wenn die Hinterkante des Bezugsimpulses mit dem zweiten Steuerimpuls zusammenfällt.

   15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe (55) zur Erzeugung der Steuerimpulse aus einem Frequenzteiler besteht, der ein Eingangssignal mit der gleichen Frequenz wie das elektrische Signal empfängt und zur nachfolgenden Verwendung als Bezugssignal ein Ausgangssignal erzeugt, dessen Periode gleich η Perioden des Eingangssignals ist, sowie nach dem Beginn jeder Periode des Ausgangssignals einen ersten Steuerimpuls nach r Perioden des Eingangssignals und einen zweiten Steuerimpuls

   ™ nach (r + x) Perioden des Eingangssignals abgibt.

   16. Vorrichtung nach Anspruch I5» dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Frequenzteilers (55) einem monostabilen Multivibrator (6l) zugeführt wird, der entsprechende Impulse des Bezugssignals abgibt, und daß Koinzidenz-

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   3S

   glieder (66, 67) zur Auswertung der Steuerimpulse und weiterer von den Hinterkanten der Bezugssignalimpulse abgeleiteter Impulse vorgesehen sind.

   17· Vorrichtung nach Anspruch l6, dadurch gekennzeichnet, daß die Koinzidenzglieder (66₁ 67) zur Steuerung von Tastgliedern (69, 7l) dienen, welche eine Steuerspannung (31) für die Frequenz eines das elektrische Signal erzeugenden Oszillators (30) auf Werte festlegen, die den erwähnten Ober- und Untergrenzen der Signalfrequenz entsprechen.

   18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 17r dadurch gekennzeichnet, daß sie an die Messung der Richtung eines Magnetfeldes mittels einer durch das Magnetfeld in dem elektrischen Signal erzeugten Phasenverschiebung angepaßt ist.

   19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens einen richtungsempfindlichen Flußmesser (Χ, Υ) enthält, der je nach der Richtung des Magnetfeldes relativ zu dem Flußmesser eine Phasenänderung des elektrischen Signals hervorruft.

   — 7 —

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   20. Vorrichtung nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch zwei Flußmesser (Χ, Y) mit zueinander senkrechten Achsen, die mit um 90 phasenverschobenen Teilen des elektrischen Signals gespeist werden, und ein Addierglied (A-5), das die AusgangsSpannungen der beiden Plußmesser als phasenverschobenes elektrisches Signal kombiniert.

   21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet,

   ^ daß zur Erzeugung der um 90 phasenverschobenen Teile des

   elektrischen Signals ein über Kreuz verbundenes Paar bistabiler Multivibratoren (39, ko) dient.

   22. Vorrichtung nach Anspruch Ik und Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß eines der beiden um 90 phasenverschobenen Teile des Signals dem Frequenzteiler (55) als Eingangssignal zugeführt wird.

   209820/0898

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