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Phasenmeßschaltung Die Erfindung bezieht sich auf eine Phasenmeßschaltung
mit einem eingangsseitigen Umschalter, über den abwechselnd ein über ein Meßobjekt
abgeleitetes, die Meßinformation enthaltendes Meßsignal undein glei-chfrequentes
Bezugssignal an Verstärker-, Frequenzumsetzungs-, Demodulationsstufen oder. dergi.
weiterleitbar sind, und mit einem ersten Phasenkomparator, in dem das beim Durchlaufen
dieser Stufen aufbe leitete Meßsignal mit dem gleichfrequenten Signal eines Hilfsoszillators
verglichen wird, der auf eine Bezugsphåse nachregelbar ist.
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Eine derartige Schalung ist in der Zeitschrift NTZ 1965, Heft 9 auf
Seite 509im Abschnitt 4.4o7 bereits. beschrieben.
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Hierwerden das Meß- und Bezugssignal demselben Eingang des Phasenkomparators
zugeführt, dessen zweiter Eingang mit dem Hilfsoszillator verbunden'ist, welcher
durch die über einen Tiefpass geführte, rechteckförmige Komparatorausgangsspannung
auf eine dem Spannungsmittelwert entsprechende Bezugsphase nachgeregelt wird. Die
RechtiZamplitude-stellt sodann ein Maß für die Phasendifferenz zwischen dem Meßsignal
und dem eingangsseitig zugeführten Bezugssignal dar. Durch die gemeinsame Übertragung
beider Signale wird zwar der Eigenfehler der Meßschaltung weitgehend ausgeschaltet,
doch ist die Funktionsfähigkeit nur dann gegeben, wenn eine fortwährende periodische
Umschaltung zwischen den genannten Signalen mit einer über der Grenzfrequenz des
Tiefpasses liegenden Umschaltfrequenz erfolgt, da sich andernfalls der Spannungsmittelwert
andern und das Meßergebnis verfälschen würde.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Phasenmeßschaltung
der eingangs genannten Art so' auszubilden, daß der Eigenfehler ausgeschaltet werden
kann, ohne daß an die Umschaltung zwischen Meß- und Bezugssignal ähnliche Anforderungen
zu stellen sind wis bei tier bekannten Schaltung.
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Dies wird erindungsgemäß dadurch erzielt, daß ein zweiter, ausgangsseitig
von den Stufen angeordneter, mit dem eingangsseitigen synchron betätigbarer Umschalter
vorgesehen ist, der das Meßsignal in seinem ersten Schaltzustand dem ersten Phasenkomparator
zuführt und in seinem zweiten Schaltzustand das Bezugssignal an einen zweiten Phasenkomparator
durchschaltet,- demdem mit einer gleichfrequenten, vom Hilfsoszillator abgelei.teten
Spannung verglichen wird, und daß die Ausgangsspannung des zweiten Phasenkomparators
über einen Analogwertspeicher an einen Phasenregeleingangdes H'ilfsoszillators geüht
wird.
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Der mit der Erfindung erzielbare Vorteil besteht insbesondere darin,
daß die Phasenlaufzeitverzerrungen der das Meßsignal aufbereiteten Stufen auch bei
beliebigen, nur durch das Einschwingverhalten von Meßobjekt und Meßschaltung nach
oben begrenzten UmschaltSrequenzen auf das Meßergebnis ohne Einfluß bleiben. Neben
einer automatischen Steuerung des Umschalters ist dabei auch eine Betätigung von
Hand möglich.
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Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Phasenmeßs
chaltung als abstimmbarer Überlagerungsmeßempfänger ausgebildet, der insbesondere
durch einen frequenzvariablen Meßsender zu einem synchronisierbaren Phasenmeßplatz
ergänzt wird. In diesem Pall kann eine sehr genaue Messung der frequenzabhängigen
Phasenlaufzeiten oder Phasenlaufzeitverzerrungen eines Meßobjekts durchgeführt werden,
ohne daß die beim Überstreichen des interessierenden Frequenzbereiches im Sender
und in den Eingangs- und Zwischenfrequenzstufen des Empfangers auftretenden, freouenzabhängigen
Phasenlaufzeitverzerrungen
das Meßergebnis verfälschen.
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Die Erfindung-wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten,
bevorzugten Ausführungsbeispiels naher erläutert. Dabei zeigt: Fig.1 das Blockschaltbild
eines nach der Erfindung ausgebildeten Phasenmeßplatzes und Fig.2' eine Alternative
zu einer Teilschaltung vonrig.1.
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In Fig.1 erzeugt ein frequenzvariabler Meßsender 1 ein Meßsignal Um
der Frequenz fmZ das einerseits über ein auf sein m Phasenlaufzeitverhalten zu überprüfendes
Meßobjekt 2 an eine Klemme 3 und andererseits unter Umg.ehung des Meßobjekts 2;
als Bezugssignal an eine Klemme 4 übertragen wird. Bin Umschalter 5 legt abwechselnd
die an 3 und 4 abgreiSbaren.-Spannungen an den Eingang 6 einer Phasenmeßschaltung,
die den Phasenunterschied zwischen beiden nacheinander zugeführten Signalen ermittelt.
Die als Überlagerungsempfänger ausgebildete Phasenmeßschaltungweist einen eingangsseitigen
Vorverstärker 7 auf, dem eine Freq,uenzumsetzungsstufe 8 nachgeordnet ist. Diese
enthält einen Modulator, in dem das abgeleitete Meßsignal und das Bezugssignal mittels
einer gegenüber der Meßfrequenz fm um einen vorgegebenen-Betragversetzten Uberlagerungsfrequenz
fu auf eine konstante Zwischenfrequenz umgesetzt werden, und ein Bandpassfilter,
das die zwischenSiequenten Spannungen selektiert und die Bandbreite der am Zwischenfrequenzausgang
9 abgreifbaren Sbgnal festlegt.
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Die UberlagerungsSrequenz fu wird dabei entweder im synchronisierten
Betrieb über eine Leitung 10 aus dem Meßsender 1 abgeleitet, oder ohne Synchronisation
zwischen Sender und Empfänger von einem Überlagerungsoszillator 11 zur Verfügung
gestellt. Der Meßsender 1 und gegebenenfalls der Uberlagerungsoszillator 11 werden
entweder von Hand abgestimmt oder mit
Hilfe von.ber Frequenzsteuereingänge
1a bzw. 11a zugeführten Steuerinformationen, z.B. Prequenzsteuerspannungen Ust bzw.
Ust( oder Steuerbefehlen, die zur Erzielung eines selbsttätigen Frequenzablaufes
von Steuergeneratoren 12 bzw. 13 erzeugt werden können. Die im Palle eines Wobbelbetriebes
periodischen Steuerinformationen haben als Steuerspannungen Ust und Ust' zweckmäßigerweise
eine Sägezahn=, Dreieck- oder sinusförmige Frequenzabhängigkeit oder sind digitale
Signalfolgen, deren Wertinhalt vorgegeben ist. Wird eine automatische Frequenzeinstellung
auf eine Reihe von vorgegebenen Festfrequenzen gewünscht, so können die Steuerspannungen
Ust und Ustl auch eine Treppenform aufweisen. Eine Meßablaufsteuerung 14 sorgt für
die Anschaltung der Frequenzsteuerinformationen oder bei einer Treppenform der Frequenzsteuerspannung
auch für die Anschaltung der einzelnen Amplitudenstufen0 Die am Zwischenfrequenzausgang
9 abwechselnd auftretenden Signale werden mit Hilfe eines synchron zu 5 betätigbaren
Umschalters 15 voneinander getrennt, und zwar derart, daß das über das Meßobjekt
2 abgeleitete Meßsignal einem ersten Phasenkomparator 16 zugeführt wird, während
das unter Umgehung von 2 abgeleitete Bezugssignal zu einem zweiten Phasenkomparator
17 gelangt, in dem es mit der Ausgangsspannung eines Hilfsoszillatore 18 verglichen
wird. Die ein Maß für den Phasenunterschied beider Eingangssignale darstellende
Ausgangsgleichspannung von 17 wird in einem an sich bekannten Analogwertspeicher
19 gespeichert und gleichzeitig eine; Phasenregeleingang 18a des Hilfsoszillators
18 zugeführt, der somit auf die Phase des an 9 abgreifbaren Bezugssignáls nachgeregelt
wird. In der gezeichneten Lage des Umschalters 15 wird das Meßsignal in 16 mit dem
auf die Bezugephase nachgeregelten Signal des Hilfsoszillators 18 verglichen. Infolge
der intermittierenden Zuführung des Meßsignals ergibt sich am Phasenkomparator 16
eine rechteckförmige Ausgangs spannung,
die einer Auswerteeinrichtung
20 zugeführt wird. In 20 wird die Amplitude der Rechteckspannung, die ein-Maß für
den Phasenunterschied zwischen dem über 2.abgeleiteten Meßsignal und dem Bezugssignal
darstellt, in herkömmlicher Weise ausgewertet, und zwar entweder durch eine-Meßwertanzeige
an einem Zeigerinstrument 21, durch eine digitale Anzeige in einem Ziffernfeld 22
oder bei einer automatischen und insbesondere periodischen Meßfrequenzänderung in
Form einer Frequenzkurve, die auf dem Bildschirm eines Sicht- oder Registriergerätes
23 dargestellt wird. Im lëtsteren F.all wird die Xrequenzablenkeinrichtung des Gerätes
23 entweder mit der Frequenzsteuerspannung Ust des Meßsenders 1 beaufschlagt oder
mit einer Spannung, die aus dem Meßsignal über einen Freq'uenz-Sannungs-Umsetzer
abgeleitetist. Gegebenenfalls kann die Auswerteeinrichtung 20 auch so ausgebildet
sein, daß sie mehrere oder sämtliche der genannten Auswertearten erlaubt.
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Zum Einstellen einer Grundphase, auf die sämtliche Meßwerte bezogen
werden können, dient zweckmäßigerweise- ei Phasenschieber 24, der gegebenenfalls
zwischen den Ausgang des Hilfsoszillators 18 und den zugeordneten Eingang des ersten
Phasenkomparators 16 geschaltet ist.
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Eine Steuerschaltung 25, die beispielsweise in logischer Schaltungstechnik
aufgebaut ist, liefert über Leitungen 26 bis 28, die in Fig.1 gestrichelt eingezeichnet
sind, die synchronen Schaltbefehle für di.e Umschalter j'und15 sowie den Befehl,
der den Analogwerts-peicher 19sumSpeichern der Ausgangsgleichspannung von 17 veranlaßt.
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Fig.2 zeigt eine Alternative zu dem die Schaltungsteile 17 bis 19
umfassenden Phasenregelkreis nach Fig.1. Hier wird das Signal des Hilfsoszillators
18 im Phasenkomparator 17 nicht unmittelbar mit dem vom Zwischenfrequenzausgang
9 über
den Umschalter 15 abgegriffenen Bezugssignal verglichen,
sondern zunächst über einen Phasenschieber 27 geführt, der entweder eine vorgegebene
Phasenlaufzeit besitzt oder über einen Steuereingang 27a einstellbar ist, insbesondere
mittels der Ausgangsspannung des Analogwertspeichers 19. Hierdurch kann der Haltebereich
des Phasenregelkreises, soweit er durch den Arbeitsbereich des Phasenkomparators
17 bestimmt ist, vergrößert werden.
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Neben der in Fig. 1 dargestellten Anwendung der Phasenmeßschaltung
nach der Erfindung im Rahmen eines Phasenmeßplatzes bestehen selbstverständlich
noch andere Anwendungsmöglichkeiten, so z.B. bei Streckenmessungen, sofern dabei
ein Bezugs~ signal entweder über das Meßobjekt oder unter Umgehung desselben an
den Eingang der Phasenmeßschaltungübertragen werden kann. Weiterhin können auch
Messungen von Gruppenlaufzeiten durchgeführt werden, die es erforderlich machen,
dem Meßsignal eine Spaltfrequenzspannung aufzumodulieren, diese in der Frequenzumsetzungsetufe
8 zu demodulieren und über das vorhandene Bandpassfilter zu selektieren sowie den
Hilfsoszillator 18 auf die Spaltfrequenz abzustimmen.
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5 Patentansprtiche 2 Figuren