DE2213995C3 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine frequenzrelektive, insbesondere für den Wobbeibetrieb geeignete Meßschaltung zur Bestimmung von Übertragungseigenschaften eines Meßobjekts, bestehend aus einem das Meßobjekt mit einem Meßsignal variabler Frequenz speisenden Sendeteil, einem auf die Meßfrequenz abstimmbaren und insbesondere mit der Abstimmung des Sendeteils synchronisierbaren Empfangsteil und einer Einrichtung zur gemeinsamen Auswertung, insbesondere in Form einer Kurvendarstellung, einer über das Meßobjekt aus dem Meßsignal abgeleiteten Spannung und einer vom Sendeteil unter Umgehung des Meßobjekts abgeleiteten Bezugsspannung, bei der dem Senceieii eine Verzweigungsschaiiung nachgeordnet ist, deren erster Ausgang mit der Serienschaltung des Meßobjekts und eines ersten Modulators verbunden ist und deren zweiter Ausgang mit einem zweiten Modulator verbunden ist, dessen Übertragungseigenschaften dem ersten entsprechen, und bei der beiden Modulatoren Hilfsspannungen zugeführt werden.

Unter den Übertragungseigenschaften, die durch die gemeinsame Auswertung der über das Meßobjekt abgeleiteten Spannung und der Bezugsspannung ermittelt werden, sind in erster Linie die frequenzabhängige Phasenlaufzeit und das komplexe Übertragungsmaß des Meßobjekts zu verstehen, wobei das Übertragungsmaß gegebenenfalls in Form einer Ortskurve oder unter Zerlegung in seinen Real- und Imaginärteil mittels zweier Frequenzkurven dargestellt wird. Die Art der gemeinsamen Auswertung beider Spannungen stellt jedoch keinen Teil der vorliegenden Erfindung dar, sondern erfolgt in an sich bekannter A'eise.

Eine Meßschaltung der eingangs genannten Art ist aus der US-PS 26 85 063 bekannt. Hierbei sind die den Modulatoren zugeführten Hilfsspannungen frequenzgleich, so daß die über die Modulatoren übertragenen Spannungen jeweils in die gleiche Zwischenfrequenzlage umgesetzt werden. Die umgesetzten Spannungen werden dann mittels eines einstellbaren Dämpfungsgliedes, das einem der Modulatoren nachgeordnet ist, und mittels eines einstellbaren Phasenschiebers, der dem anderen Modulator nachgeschaltet ist, in ihrer Amplitude und Phase einander angeglichen, wobei die hierzu erforderlichen Einstellungen des Dämpfungsgliedes und dc-s Phasenschiebers an zugeordneten Anzeigevorrichtungen ablesbar sind. Bei dieser bekannten Meßschaltung ist es jedoch nachteilig, daß in dem die Modulatoren bereits mit umfassenden Empfangsteil sämtliche Umsetzungsvorrichtungen einschließlich der benötigten Filtermittel sowie die Zwischenfrequenzverstärker für beide Modulatorausgangsspannungen jeweils getrennt vorgesehen werden müssen. Darüber hinaus müssen die Übertragungskennwerte aller dieser einander entsprechenden Schaltungsteile möglichst gleich sein, um nicht einen Eigenfehler des Meßplatzes zu verursachen, der in das Meßergebnis eingeht. Dieser Eigenfehler geht sowohl auf Einstellungstoleranzen der Schaltungsteile als auch auf temperatur- und allerungsbedingte Kennwerteschwankungen zurück, daneben aber auch auf die frequenzabhängigen Schwankungen der Übertragungseigenschaften der genannten Schal-

lungsteile, zu denen in erster Linie Amplitudenfehler zählen. Die genannten Maßnahmen bieten daher trotz eines großen schaltungstechnischen Aufwandes keine genügende Sicherheit dafür, daß der Eigenfehler ausgeschaltet ist.

Eine in der Zeitschrift NTZ 1965, Heft 9, Seite 509, Abschnitt 4.4.7, beschriebene Schaltung zur Messung der absoluten Gruppenlaufzeit weist einen sendeseitigen Umschal.'ir auf, der ein mit einer konstanten Spaltfrequenz moduliertes MeQsignal abwechselnd einem das Meßobjekt enthaltenden Meßzweig und einem Parailelzweig zuführt, sowie einen synchron betätigbaren, empfangsseitigen Umschalter, der die Ausgangssignale beider Zweige abwechselnd dem Eingang des Empfangsteils zuführt. Ein Bezugsoszillator |₅ legt hierbei ein spaltfrequentes Milfssignal an den einen Eingang eines Phasenmessers, dessen anderer Eingang die aus dem Meßsignal durch Demodulation gewonnene, die MeOinformation enthaltende Spaltfrequenzspannung zugeführt erhält. Dabei ermöglicht die Amplitude der vom Phasenrnesser abgegebenen, urnsc!ialtfrequ>:nten Rechteckspannung eine eigenfehlerfreie crmittlung der Gruppenlaufzeit. Die fortwährende Umschaltung zwischen dem Meß- und Parallelzweig erlaubt es jedoch im Falle einer Wobbelung des Meßsignals nicht, eine bestimmte maximale Frequenzänderungsgeschwindigkeit zu überschreiten. Ist dies doch der Fall, so führt die wegen der Selektivität der Meßschaltung und der damit verbundenen Einschwingvorgänge gegebene obere Grenze der Umschaltfrequenz dazu, daß die Kurvendarstellung auf dem zugeordneten Sichtgerät aus einer zu geringen Zahl von Bildpunkten besteht. Würde man andererseits die genannte obere Grenze der Umschaltfrequenz überschreiten, so wäre jeder Bildpunkt mit einem nicht zu kontrollierenden, systematischen, von der Frequenzänderungsgeschwindigkeit abhängigen Lagefehler behaftet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßschaltung der eingangs genannten Art mit einem relativ geringen Schaltungsaufwand so weiterzubilden, daß die Befreiung des Meßergebnisses von dem Eigenfehler der Meßschaltung auch bei schnellen Änderungen der Meßfrequenz sichergestellt ist.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß dem Eingang des Empfangsteils eine Additionsstufe ^₅ vorgeschaliet ist, deren Eingänge über die Serienschaltung und über den zweiten Modulator mit den entsprechenden Ausgängen der Verzweigungsschaltung verbunden sind, daß die den Modulatoren zugeführten Hilfsspannungen solche Frequenzen aufweisen, daß einzelne oder mehrere der entstehenden Seitenbandfrequenzen d<;n Empfangsteil bis zu einem Zwischenfrequenzausgang gemeinsam durchlaufen, daß dieser mit dem ersten, für die Aufnahme der über das Meßobjekt abgeleiteten Spannung vorgesehenen Eingang dar Auswerteeinrichtung über ein erstes Filter, insbesondere Bandpaßfilter, verbunden ist, das lediglich eine der Seitenbandfrequenzen des ersten Modulators in Zwischenfrequenzlage durchläßt, daß der Zwischenfrequenzausgang mit dem zweiten, für die Aufnahme der ^₁₀ Bezugsspannung vorgesehenen Eingang der Auswerteeinrichtung über ein zweites, nur eine der Seitenbandfrequenzen des zweiten Modulators in Zwischenfrequenzlage durchlassendes Filter, insbesondere Bandpaßfilter, verbunden ist und daß in einen der ^ letztgenannten Verbindungswege ein Frequenzumsetzer eingefügt ist, der 'iie Frequenz eines der den Hingängen der Auswerfeinrichtung zugeführten Signale auf die Frequenz des anderen Signals umsetzt.

Der mit der Erfindung erzielbare Vorteil liegt insbesondere darin, daß die Ausschaltung des Eigenfehlers keinen großen zusätzlichen Schaltungsaufwand erfordert und auch bei relativ schnellen Änderungen der Meßfrequenz, wie sie z. B. bei höheren Frequenzablaufgeschwindigkeiten im Wobbeibetrieb oder bei einer schnellen Umschaltung auf vorgegebene Einzelfrequenzen im Falle einer digitalen und insbesondere automatischen Steuerung vorkommen, trotz einer hohen Selektivität der Meßschaltung voll gewährleistet ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten, in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert:

Der mit 1 bezeichnete Sendeteil einer Meßschaltung zur Ermittlung von Übertragungseigenschaften eines Meßobjekts liefert ein Meßsignal U_m variabler Frequenz f_m über den ersten Ausgang einer Verzweigungsschaltung 2 an den Eingang des Meßobjekts 3. In Serie zu 3 liegt ein Modulator 4, desse.. Ausgang mit dem ersten Eingang einer Additionsstufe 5 verbunden ist. Der zweite Ausgang der Verzweigungsschaltung 2 ist über einen Modulator 6, der in seinen Übertrag'mgseigenschaften dem Modulator 4 weitestgehend angeglichen v-., mit dem zweiten Eingang der Additionsstufe 5 verbunden. Die Ausgangsspannung von 5 wird dem Eingang 7 des frequenzselektiven Empfangsteils der Meßschaltung zugeführt, der eine Fr»quenzumsetzungsstufe 9 aufweist, in der das an 7 auftretende Signalgemisch in eine Zwischenfrequenzlage umgesetzt wird. Die Umsetzungsstufe 9 enthält einen Modulator, dem eine gegenüber der Meßfrequenz f„ um einen festen Beirag verschobene Überlagerungsfrequenz f_a zugeführt wird, und ein nachgeschaltetes Bandpaßfilter, das die Zwischenfrequenzen selektiert und die Übertragungsbandbreite der umgesetzten Signale festlegt.

Die Überlagerungsfrequenz f_u wird entweder über eine Verbindungsleitung 10 aus dem Sendeieil 1 abgeleitet oder von einem Überlagerungsoszillator J1 erzeugt. Dabei weisen der Sendeteil 1 und/oder der Überlagerungsoszillator 11 zweckmäßigerweise Frequenzsteuereingänge la, 11a auf, über die Frequenzsteuerspannungen bzw. -befehle U_%t und L/_s/ analoger oder digitaler Art zuführbar sind. Diese werden von Steuereinheiten 12, 13 erzeugt, die gegebenenfalls über eine Meßablaufsteuerung 14 in Funktion gesetzt werden können.

Die über das Meßobjekt 3 aus dem Meßsignal U_m abgeleitete, an der Klemme 3a abgreifbare Spannung wird im Modulator 4 mit einer Hilfsspannung Lk\ der Frequenz /J,i moduliert, die ihrerseits über einen Frequenzteiler 15 von einer Hilfsspannungsquelle 16 abgeltet ist. Analog wird das dem Modulator 6 zugeführte Meßsignal U_m mit einer über den Frequenzteiler 17 abgeleiteten Hilfsspannung Lfa der Frequenz /ii2 moduliert. Die Frequenzen 4i und Λ2 sind dabei so gewählt, daß wenigstens die in den Modulatoren entstehenden Seitenbandfrequenzen /_m± Λι und f_m± /j,2 im Durchlaßbereich des in der Umsetzungsstufe 9 enthaltenen Bandfilters liegen.

Die von 9 abgegebenen Zwischenfrequ^nzsignale gelangen an einen Zwischenfrequenzausgang 18, der mit zwei eingangsseitig parallelgeschalteten Bandpaßfiltern 19 und 20 beschaltet ist. Deren Selektionskurven sind so gewählt, daß von 19 lediglich eine Seitenbandfrequenz des Modulators 4 durchgelassen wird, von 20 lediglich eine Seitenbandfrequenz des Modulators 6. Dabei sind die durchuela.sscnt'n FYi'niipn/rn wrrlf-r irlpnli<.rh nnrh

liegen sie so weil auseinander, dal* ihre Sp;iηιιιιιιμπι bzw. Phasen beim gemeinsaincn Durchlaufen der /wischer; den funkten 7 und 18 befindlichen Schaltungsteilc unterschiedliche Ubertragungseigenschaftcn, insbesondere Phasenlaufzeiten, vorfinden. <;

Der Ausgang des Bandpaßfillers 19 ist mit dem Eingang 21 einer Auswertecinrichtung 22 verbunden, der zur Übernahme der über das Meßobjekt 3 abgeleiteten Spannung eingerichtcl ist. Die von 20 abgegebene Spannung wird über einen Frequenzumset- κ /er 23 dem /weiten Eingang 24 der Auswerteeinrichtung 22 zugeführt, der zur Übernahme der unter Umgehung des MeQobjekts abgeleiteten Bezugsspan nung vorgesehen ist Der Frequenzumsetzer 23 bewirkt dabei eine Umsetzung der Frequenz der Ausgangsspan- ^ nung von 20 auf die Frequenz der Ausgangsspannung

Spannungen gleichfrequent sind.

Die Auswerteeinrichtung 22 ist in herkömmlicher Weise aufgebaut und ermittelt aus den an 21 und 24 anliegenden Spannungen die interessierenden Übertragungseigenschaften des Meßobjekts 3. Betrachtet man beispielsweise die Phasenlaufzeit von 3, so werden die Spannungen an 21 und 24 den F.ingängen eines Phasenmessers zugeführt, dessen Ausgangsspannung entweder eine analoge Meßwertanzeige an einem Instrument 25 steuert oder zu einer digitalen Anzeige in einem Ziffernfeld 26 führt. Bei einer automatischen und insbesondere periodischen Meßfrequenzänderung kann die Phasenlaufzeit auch in Form einer Frequenzkurve 27 auf dem Schirm eines Sicht- oder Registriergerätes 28 veranschaulicht werden. Im letzteren Fall wird die Frequenzablenkeinrichtung des Gerätes 28 entweder mit der Frequenzsteuerinformation des Sendeteilcs 1 beaufschlagt oder mit einer Spannung, die aus dem Meßsignal U_m über einen Frequenz-Spannungs-Umsct-/er abgelcilel ist.

Aus tiL-ii der Auswerleeinrichuirif; 22 /ugoführtcn Spannungen kann weiterhin mit besonderem Vorteil die Ortskurve des UbertragungsmaLles des Mel'objekts 1. insbesondere auch knmponentenweisc, ermittelt wer den. Dies geschieht mit Hilfe von zwei Phascnbruckcn. deren ersten (Eingängen jeweils die an der Klemme 21 auftretende Spannung zugeführt wird und deren /weilen 1 ingängen jeweils die an der Klemme 24 auftretende Spannung, im Falle der einen Phasenbrücke jedoch nach einer vorherigen Phasenverschiebung um 90", mitgeteilt wird. Die von den Phasenbrücken abgegebenen Spannungen entsprechen dann unmittelbar dem Real- und Irnaginärtcil des Übertragungsmaßes. Werden diese den Ablcnkeinrichtungcn des Gerätes 28 gleichzeitig zugeführt, so erhält man eine (^!■'.".kurvendarstellung de¹· llhrnragungsmaßes in Polarkoordinaten. Wird jeweils eine der Ausgangsspannungen der Phasenb-ücken der vertikalen Ablenkeinrichtung von 28 zugeführt, so erhält man bei einer meßfrequen/abhängigen Steuerung der horizontalen Ablenkeinrichtung eine Frequenzkurve des Real oder des Imaginärteiles des Übertragungsmaßes. Sclbstvcr ständlich besteht bei entsprechender Ausbildung der Auswerteeinrichtung 22 auch die Möglichkeit, noch weitere 0' ⁿrtragung;seigenschaften des Meßobjekts 3 zu ermitteln, soweit diese durch die an 21 und 24 auftretenden Spannungen bestimmbar sind. In diesem Zusammenhang sei beispielsweise auf eine Messung der Fehlerdämpfung oder des Reflexionsfaktors eines Meßobjekts hingewiesen.

Mit besonderem Vorteil erfolgt die Umsetzung dei von dem Bandpaßfilter 20 selektierten Frequenz in Z' mit Hilfe einer Umsetzungsfrequenz. C die über ein« Mischeinrichtung M aus den Frequenzen f_M und /i, durch Summen- oder Differenzbildung gewonnen wird.

Hier/u 1 Matt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Frequenzselektive, insbesondere für den Wobbeibetrieb geeignete Meßschaltung zur Bestimmung von Übertragungseigenschaften eines MeGobjekts, bestehend aus einem das Meßobjekt rri: einem Meßsignal variabler Frequenz speisenden üindeteil, einem auf die Meßfrequenz abstimmten cn und insbesondere mit der Abstimmung des Scrideteils synchronisierbaren Empfangsteil und einer Einrichtung zur gemeinsamen Auswertung, insbeso ödere in Form einer Kurvendarstellung, einer über das Meßobjekt aus dem Meßsignal abgeleiteten Spannung und einer vom Sendeteil unter Umgehjng des Meßobjekts abgeleiteten Bezugsspannung, bei der dem Sendeteil eine Verzweigungsschaltung nachgeordnet ist, deren erster Ausgang mit der Serienschaltung des Meßobjekts und eine; ersten Modulators verbunden ist und deren zweiter Ausgang nsit einem zweiten Modulator verbunden ist, dessen Übertragungseigenschaften dem ersten entsprechen, und bei der beiden Modulatoren Hilfsspannungen zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß dem Eingang (7) des Empfangsteils eine Additionsstufe (5) vorgeschaltet ist, deren Eingänge über die Serienschaltung (3, 4) und über den zweiten Modulator (6) mit den entsprechenden Ausgängen der Verzweigungsschaltung (2) verbunden sind, daß die den Modul a :oren (4,

6) zugeführten Hilfsspannungen ^ίΛι, U\a) solche Frequenzen urweisen. daß einzelne oder mehrere der entstehenden Seitfnbandf-^quenzen den Empfangsteil bis zu einem Zwischenfrequenziusgang (18) gemeinsam durchlaufen, d^ß dieser mit dem ersten, für die Aufnahme der über das MeßD3Jekt(3) abgeleiteten Spannung vorgesehenen Einging (21) der Auswerteeinrichtung (22) über ein erstes Filter, insbesondere Bandpaßfilter (19), verbunden ist, das lediglich eine der Seitenbandfrequenzen de< ersten Modulators (4) in Zwischenfrequenzlage durchläßt, _4U daß der Zwischenfrequenzausgang (18) mit dem zweiten, für die Aufnahme der Bezugsipannung vorgesehenen Eingang (24) der Auswerfeinrichtung (22) über ein zweites, nur eine der Seitenbandfrequenzen des zweiten Modulators (6) in 2!wischenfrequenzlage durchlassendes Filter, insbesondere Bandpaßfilter (20), verbunden ist und daß m einen der letztgenannten Verbindungswege ein Frequenzumsetzer (23) eingefügt ist, der die Frequenz eines der den Eingängen (21,24) der Auswerfeinrichtung (22) zugeführten Signale auf die Frequenz des anderen Signals umsetzt.

2. Meßschaltung nach Anspruch !,gekennzeichnet durch eine solche Ausbildung der Auswerte einrichtung (22), daß eine gegebenenfalls komponeTitenweise Ermittlung des frequenzabhängigen Übertragungsmaßes des Meflobjekts (3) und/oder eine Feststellung seiner Phaisenlaufzeiteigenschaften erfolgt.

3. Meßschaltung nach Anspruch 1 oder 2, .dadurch ^ gekennzeichnet, daß die den Modulatoren (4, 6) zugeführten Hilfsspanriungen (Lh,\, Um) aus einer gemeinsamen Hilfsspannungsquslle (16) insbesondere über Frequenzteiler(15, 17) abgeleitet sird.

4. Meßschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis (,<, 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzumset zung in einem der Verbindungswege zwischen dem Zwischenfrequenzausgiing (18) und den Eingängen (21, 24) der Auswerteeinrichtung (22) mittels einer aus den Hilfsspannungen (l\\, M₁₂) abgeleiteten Umsetzungsfrequenz (f_u') erfolgt.