DE2207551A1 - Selbstkorrigierende phasenmessbruecke - Google Patents

Description

Philips Patentverwaltung GmbH, Hamburg 1, Steindamm 94

Selbstkorrigieren&e PliaseniBeßbrücke

Die Erfindung bezieht sich auf eine selbstkorrigicreiifie Phaaenrnoßbrücke, in deren einem Brückenzweig ein die Phaseninformation des Stromes liefernder "bekannter Widerstand und in deren anderem Brückenartig ein e-u messender komplexer Zweipol angeordnet sind, entlisltend weiter« hin einen den Phasenabgleich durch. Veränderung der "Frequenz einea Meßsignals bewirkenden Phaöendiakriminetor.

Eine derartige PhaaenmeiSbrücke ist aus Memke/Gfundlaoh, "Taschenbuch der Hochfrequenztechnik'¹ , 2, iiufl», Berlin 1962, Seite 1547, bekannt,

Bei derartigen Meßbrücken ist ee euch oekanritj sur Erhöhung der Genauigkeit des Phasenvergleichs durch Mischen eine Frequenzumsetzung der beiden Signalspannungen unter Erhaltung einer Phaoeninforraation auf eine feste Frequens vorzunehmen.

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Vorteilhaft ist dabei, daß der Phasendiskriminator bei der festen Zwischenfrequenz betrieben werden kann. Diesem Vorteil steht Jedoch als Nachteil gegenüber, daß die zum. Unterdrücken von Rauschen und Nebenlinien im Anschluß an die Mischer erforderlichen Bandpaßfilter eine frequenzabhängige Phasendrehung bewirken, die bei unterschiedlicher Ausführung der beiden Zweige sowie durch Einfluß von Umgebungsbedingungen und / oder Alterung der verwendeten Bauteile zu einer Phasenabweichung führen kann. Auch kann sich der Nullpunkt des Phasendiskriminators selbst verschieben. Es ist zwar bekannt, derartige Einflüsse von Hand zu korrigieren, jedoch ist dazu eine Unterbrechung des Meßvorganges erforderlich, und es müssen auch umfangreiche Eingriffe in die als Regelkreis ausgebildete Frequenzmeßanordnung vorgenommen werden.

Aus der deutschen Patentschrift 720 750 ist weiterhin ein mit selbsttätiger Kompensation arbeitender Frequenzmesser bekannt, bei dem die Phasenlage des Stromes eines Schwingkreises zur Gesamtspannung gemessen wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Phasenmeßbrücke der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß der Phasenkorrekturvorgang vollkommen selbsttätig neben dem der Frequenzmessung dienenden Phasenabgleichvorgang durchgeführt wird, und zwar unter Vermeidung mechanischer Schalter und mechanischer Stellglieder für die Korrektur, wie sie z.B. bei

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Phasen- und Frequens-Diskriminatoren nach den USA-Patentschriften 3 271 675 und 3 510 769 benötigt werden,

Die Erfindung besteht darin, daß während des KorrigierYorgangee das einem ersten steuerbaren Signalgenerator entnommene Meßsignal einer ersten und einer zweiten Kischstufe gleichphasig zugeführt wird, welchen Misehstufen zugleich auch das einem zweiten steuerbaren Signalgenerator entnommene Ausgangs signal gleichphasig zugeführt wird, daß die an (Leri Ausgängen der Mischstufe auftretenden Mischprodukte über ein erstes bzw. zweites Filter und einen ersten bzw. zweiten Begrenzerverstärker dem Phasendiskriminator zugeführt werden, dessen Ausgangssignal über einen Integrator den Phasenschieber steuert, der zwischen dem ersten Filter und dem ersten Begrenzerverstärker angeordnet ist, und daß während des Meßvorganges der Integrator die Phaseninformation für den nullabgleich, speichert, wobei das Meßsignal des Phasendiskriisinators auf einen weiteren Integrator gelangt, dessen Ausgangsspannung die Signalgeneratoren im Sinne einer Phasengleichheit steuert.

Auf diese Weise wird der Phaoenkorrektu-rvorgang selbsttätig im Zeitmultiplexverfahren neben dem der !Frequenzmessung dienenden Phasenabgleichvorgang durchgeführt» Die Korrektur erfolgt bei der Abgleichfrequenz und schließt die Korrektur von Phasenabweichungen der aus Mischstufen, Bandpässen und Verstärkern bestehenden Zweige sovde des Diskriminators ein*

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Auch werden Fehler durch zusätzliche elektronische HF-Schalter in kritischen Zweigen vermieden, da die ohnehin vorhandenen Verstärker zugleich auch als HF-Schalter benutzt werden. Weitere Vorteile ergeben sich daraus, daß die Korrektur unter Betriebsbedingungen erfolgt, d.h. bei der Abgleichfrequenz, und daß die Schaltung die Kopplung der Meßanordnung an das Meßobjekt nicht beeinflußt.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung näher beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Phasenmeßbrücke als Ausführungsbeispiel, und

Fig. 2 ein Detailschaltbild einer Brückenschaltung. Durch den Speichercharakter eines Integrators 1 v/ird die

Meßfrequenz f„ festgehalten. Aus den für beide Zweige gleichphasigen Signalen an den Eingängen 3 und 5 der Mischstufen 4 bzw. 7 entstehen Mischprodukte an deren Ausgängen 8 und 9. Die zwei Signale der Frequenz f_ZF = f_M - f_R werden durch Filter 10 bzw. 11 ausgesiebt, in je einem Begrenzerverstärker 12 bzw. 13 verstärkt und von einem Phasendiskriminator 14 ausgewertet. Das Ausgangssignal dieses Phasendiskriminators 14 wird i: einem weiteren Integrator 17 integriert. Dessen Ausgang steuert einen Phasenschieber 15» z.B. mittels einer nicht dargestellten Kapazitätsdiode. Die geschlossene Phasenregelschleife etellt die Signalspannung Null am Diskriminatorausgang ein.

Nach Umlegen eines Schalters 16a, b, c in die Stellung "Messen¹' wirkt der Integrator 17 als Speicher für die Phaseninformation

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des Fullobgleichs. Der Schalter 16 e Behaltet die Betriebsspannung für zwei Verstärker 18 und 19 ein« In ihnen werden die an den gegenüberliegenden Eckpunkten einer Brückeiisciialtung 24 anliegenden Spannungen Up. und Uy phasengetreu verstärkt und gelangen auf Eingänge 20 bzw. 21 der Mischsstufen 4 baw. 7. Der Schalter 16b schaltet gleichzeitig die SignalSpannungen an den Eingängen 3 und 5 der Mischstufen 4 und 7 ab. Der Schalter 16a schaltet das Ausgangssignal des Phas end iskriräinat or s 14 auf den Integrator 1, dessen Aufgang die Frequenzen f^ und f_R = f_M - fgp zweier Generatoren 22 und 25 steuert. Die Regelschleife führt zu einem Frequenz^ Dgl eich, derart, daß die Phasen der Brückensignale U^ und U_Y übereinstimmen.

Infolge der Speicherfunktion der Integratoren 1 und 17 kann dabei der Meßwert der Abgleichfrequens irgendwolchen Änderungen des Meßobjektes R^ quasi-kontimiicrlicri folgen, während gleichzeitig Fehler (beisplelnweioe. i'requenzsbhängige Fehleranteile der Mischstufen) korrigiert werden_t Me vorgescM.agene Schaltung eignet sich nicht nur far Frequenamessurigen, sondern für jede Anwendung seibetabgle-ichender Phasemaeßbrücken.

In dem Schaltbild nach Pig, 2 enthält die Brückenschaltung 24 Brückenwiderstände 25, 26, 27 und 23-29-30* Dabei besteht der Brückenwiderstand 28-29-30 aus einem induktiven Anteil 28, einem ohmschen Anteil 29 und einem kapazitiver. Anteil 30, die zusammen die Impedana R_Y bilden. Die Diagonalpunkte 31 und 32 sind mit dem Ausgang des Generators 22 verbunden, während an

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den anderen zwei Diagonalpunkten 33 und 34 die Spannungen U», und υ_χ anliegen.

Sind die Widerstände 25, 26 und 27 im interessierenden •Frequenzbereich reine Y/irkwider stände, so lautet die Abgleichbedingung für Phasengleichheit von U« und U

Die Auflösung nach der Frequenz liefert die Resonanzfrequenz des untersuchten Zweipols R„

Die Resonanzfrequenz m kann als Frequenz des Meßsignals im abgeglichenen Zustand durch einen angeschlossenen Frequenzzähler gemessen werden.

Die Mischstufen können je drei Feldeffekt-Transistoren enthalten, deren Drain-Anschlüsse miteinander verbunden sind und den Ausgang bilden. Die Source-Anschlüsse sind ebenfalls zusammengefaßt und mit dem gemeinsamen Arbeitswiderstand verbunden. Die drei Gate-Anschlüsse bilden die Eingänge, von denen jeweils nur zwei gleichzeitig angesteuert werden, während der nicht benutzte Transistor durch geeignete Gate-Source-Vorspannung gesperrt wird. Der Mischer-Aufbau aus Feldeffekt-Transistoren gewährleistet die wegen der Parallelschaltung der Eingänge 2 und 6 bzw..3 und 5 erforderliche hohe Entkopplung der Eingänge.

Patentansprüche: 309834/0701

Claims (3)

■ / / O 7 ία ί~. V I Patentansprüche:

1.) Selbstkorrigierende PhosenmeßOrIIc⁷Te₅ in de^sn einen Brückenzweig ein die Pllrnsrsinforrcstion 4e3 Stromes liefernder· "bekannter VJidp.rrn:<?r.a und in öeren anderem Brückenzweig ein zu nässender komplexer Zweipol siigeordnet ist, enthaltend weiterhin einen den Phasenabgleich durch Veränderung der F?'equeiiz. eines Hsßsignsls bewirkenden Phnpei3.dinkrim.nsta::, dadurch ftekermzexcimot,deß

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während des Korrigiervorgpnges 60s einem ersten steiler-* ceren £i^r:algenerator (22) entno™ne*ae Meßsigna.l(f_Tir) einer ersten (4) und einer zweiten (7) Misehstufe gleichphasig zugeführt wird, welchen Miscastufen (4₅7) zugleich auch das einem zweiten steuerbaren Signslgsnerstor (2 3) sntnomiriene Auegnnge^igni?! (i-n) gleichphaDig zugeführt wird, daß die ©n den Ausgängen (B₅9) der-MiEChstufen (4,7) auftretenden Mischproctokte (f_r,-g,= f_Tr- fj■) über ein erstes (10) bsw. zweites (11) Filter tind einen ersten (12) bzw. zweiten (13) Begrenzimgsverstärker dem Phssendiskriminator (14) frageführt werden, dessen AuBgongncignöl über einen Integrator (17) den Phasenschieber (15) steuert, der swiaehen der. ersten Pilte-r (10) und dem erraten Begrenzerverstärker (12) angeordnet ist, und daß während, des Meß^orf^inges der Integrator (17) die Phsceninfonnation für den lliillfiogleich spei~ chert, v/obei das A-Usgengssignc?. des Ph?sendiski'iiainatorc (14) auf einen v/oiteren Ir.t3^rator 'I) .i^v5u.oigt,

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dessen Ausgengsspannung die Signalgeneratoren (22, 2 3) im Sinne einer Phasengleichheit steuert.

2.) Phasenmeßbrücke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Umschalten zwischen Messen und Korrigieren ein drei-poliger Umschalter (16a, b, c) vorgesehen ist, mit dessen erstem Pol (16a) das Ausgangssignal des Phasendiskriminators (14) zwischen den beiden Integratoren (1; bzw. 17) umschaltbar ist, mit dessen zweitem Pol (16b) die Eingänge (3,5) der Mischstufen (4,7) zwischen Ausgang de3 ersten Generators (22) und Masse umschaltbar sind, und mit dessen drittem Pol (16c) die Betriebsspannung für die Verstärker (18,19) einscholtbar sind.

3.) Phasenmeßbrücke nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischstufen (4,7) je drei Feldeffekt-Transistoren enthalten, deren Drain-Anschlüsse miteinander verbunden sind und den Ausgang bilden, deren Source-AnSchlüsse miteinander verbunden und mit dem gemeinsamen Arbeitsw.iderstand verbunden sind und deren Gnte-AnscblüsDe die Eingänge bilden.

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