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Schaltungsanordnung zum Ausgleich des frequenzabhangizen Am-
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Plitudenfehlers eines abstimmbaren Neßsenders und/oder Neßem-Pfängers
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Ausgleich des frequenzabhängigen
Amplitudenfehlers eines in seiner Frequenz abstimmbaren Meßsenders und/oder Meßempfängers,
insb.
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einschließlich eines angeschalteten Meßkreises.
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Unter dem Amplitudenfehler eines Meßsenders wird dabei die frequenzabhängige
Abweichung seines Ausgangspegels von einem vorgegebenen, konstanten Sollwert verstanden.
Analog hiezu tritt auch bei einem Meßempfänger, der ein ankommendes Meßsignal im
allgemeinen aus einem relativ großen Frequenzbereich in ein konstantes Zwischenfrequenzband
umsetzt, selektiert und schließlich einer die Amplitude auswertenden Meßeinrichtung
zuführt, ein Amplitudenfehler auf, der darin besteht, daß die Amplitude der der
Meßeinrichtung zugeführten Größe in Abhängigkeit von der Frequenz des Meßsignals
von ihrem Sollwert abweicht, der mit der Amplitude des Meßsignals in einem vorgegebenen,
zumeist linearen oder logarithmischen Zusammenhang steht. Ferner kann man auch die
frequenzabhängigen 1)ämpfungsverzerrungen eines an den Meßsenderausgang oder an
den Meßempfängereingang angeschalteten Meßkreises, z.B. die zu einem Prüfling führenden
Meßkabel, in den Amplitudenfehler des Neßsenders bzw. Neßempfängers einbeziehen.
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Bisher wurden derartige Amplitudenfehler mittels Entzerrerschaltuneen
ausgeglichen, die das Meßsignal auf dem Wege vom Meßsenzum der zum Prüfling oder
von diesem/Meßempfänger amplitudenmäßig beeinflußten, was jedoch zu einem relativ
großen Schaltungsaufwand und zu komplizierten Abgleichvorgängen führte.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den frequenzabhängigen Amplitudenfehler
eines in seiner Frequenz abstimmbaren Meßsenders und/oder Meßempfängers, insb. einschließlich
eines angeschalteten Neßkreises, auf wesentlich einfaclere Weise auszugleichen.
Dies wird erfindunsemäß dadurch erreicht, daß der und/oder Meßempfänger Meßsender/ein
Entzerrungsnetzwert enthält, dem eine Gleichspannung mit einer von der Abstimmfrequenz
abhängigen Amplitude zugeführt wird, daß eine de Signalamplitude des Meßsenders
bzw.
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Meßempfängers beeinflussende Stelleinrichtung mit der über das Entzerrungsnetzwerk
abgeleiteten Gleichspannung beaufschlagt ist und daß die Kennlinie des Entzerrungsnetzwerks
so gewählt ist, daß eine Kompensation des Amplitudenfehlers des Meßsenders und/oder
Meßempfängers, insb. einschließlich des Meßkreises, erfolgt.
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Der mit der Erfindung erzielbare Vorteil besteht insbesondere darin,
daß einige derür den Ausgleich erforderlichen leilschaltungen in den Meßsendern
bzw. Meßempfängern bereits vorhanden sind und bei bestimmten Frequenzgängen des
Amplitduenfehlers lediglich durch wenige zusätzliche Bauelemente ergänzt werden
müssen.
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Andererseits läßt sich in sehr einfacher Weise ein kontinuierlicher
Abgleich des Amplitudenfehlers erreichen, der insbesondere auch für eine konkrete
Meßschaltung individuell vorgenommen und an die Exemplarstreuungen der Schaltungskennwerte
angepaßt werden kann.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger in der Zeichnung dargestellter,
bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Dabei zeigt:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel,
bei dem der Ausgleich des Amplitudenfehlers in einem Meßsender vorgenommen wird,
Fig. 2 eine Variante zu Figur 1, Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem
der Ausgleich dés Amplitudenfehlers in einem Meßempfänger vorgenommen wird, Fig.
4 eine Variante zu Figur 3 und Fig. 5 die spezielle Ausbildung einer Teilschaltung
nach Fig. 1 oder Fig. 3, mit der ein komplizierter Brequenzgang des Amplitudenfehlers
ausgeglichen wird.
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In Fig. 1 ist ein Meßsender dargestellt, der eine Meßfrequenz aus
der Differenz zweier jeweils oberhalb des Meßfrequenzbereiches liegender Oszillatorfrequenzen
fl, 2 erzeugt (Schwebungssender). Die Oszillatorfrequenz f1 wird dabei von einem
Festfrequenzoszillator 1 geliefert, f2 von einem frequenzvariablen Oszillator 2.
Zur Ableitung der Meßfrequenz fm dient ein Mischer 3, dem die Ausgangsspannungen
der Oszillatoren 1 und 2 zugeführt werden und dem ein Tiefpaß 4 nachgeschaltet ist,
der das Missnprodukt mit der Differenzfrequenzf1-f2 zum selektiert. Nach dem Durchlaufen
eines Verstärkers 5 und eines die Grobeistellung des Sendepegels bewirkenden, in
Stufen umschao baren D pfungsgliedes 6 steht dann eine Meßspannung Um mit der Frequenz
fm am Senderausgang 7 zur Verfügung.
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Die gewünschte Variation der Meßfrequenz fm erfolgt mittels einer
Frequenzsteuerspannung Ust, die einem Frequenzsteuereingang 8 des Oszillators 2
zugeführt wird. Ust kann beispielsweise von einem Wobbelspannungsgenerator 9 erzeugt
werden, der eine Dreieck- oder Sägezahnspannung mit einstellbarem Mittelwert und
einstellbarem Spannungshub oder mit unabhängig voneinander einstellbaren Amplitudengrenzwerten
liefert, oder von einer einstellbaren Gleichspannungsquelle 10. Wenn das von Ust
beeinflußte, frequenzbestimmende Element in 2 eine nichtlineare f2/U5t-Kennlinie
besit-zt, wird ein Entzerrer 11 vorgesehen, der
die Steuerspannung
Ust derart- verzerrt, daß eine wenigstens annährend lineare Abhängigkeit der Frequenz
f2 von Ust erreicht wird Zur Feineinstellung des Pegels von Um dient ein Stellglied
12, z.B. ein spannungsgesteuertes Potentiometer, im Wege der ()azillatorspannung
mit der Frequenz f1. Über einen Gleichrichter 13 wird eine der Signalamplitude am
Ausgang von 5 proportionale Gleichspannung Ug gewonnen, die zusammen mit dem über
ein Potentiometer 14 abgreifbaren Teil einer von einer Referenzspannungs quelle
15 gelieferten Referenzspannung Ur den Eingängen eines Differenzverstärkers 16 zugeführt
wird. Die Ausgangsspannung von 16 steuert das Stellglied 12 in der Weise, daß der
Pegel von Um auf einem Wert gehalten wird, bei dem Ug dem an 14 abgreifbaren Teil
von Ur entspricht, Durch Veränderung der Stellung des Abgriffes an 14 wird dann
der Pegel von Um fein eingestellt.
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Bei dem vorstehend beschriebenen Meßsender, der in Ust eine Gleichspannung
aufweist, deren Amplitude von der Abstimm- bzw Meßfrequenz fm abhängt, wird nun
der Amplitudenfehler dadurch beseitigt, daß Ust über ein Entzerrungsnetzwerk N1
geführt wird und die entzerrte Brequenzateuerspannung Ust mittels eines ohmschen
Widerstandes 17 einstellbarer Größe der Referenzspannung Ur überlagert wird. An
dem Potentiometer 14 wird dann auch ein Teil der über 1 abgeleiteten Spannung Ust
abgegriffen, wodurch der AusgaAgspegel von Um beeinflußt wird. Durch eine im folgenden
näher erläuterte Ausbildung des Entzerrungsnetzwerkes X gelingt es, Um in Abhängigkeit
von der Frequenz F so zu beeinflussen, daß der Amplitudenfehler des Meßsenders kompensiert
wird.
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Unter der Annahme, daß der Amplitudenfehler eine lineare FrequenzabhRngigkeit
aufweist, genügt es, wenn N1 lediglich aus einem ohmschen Widerstand Ra einstellbarer
Größe besteht, der so eingestellt wird, daß die Kompensation des Amplitudenfehlers
erreicht wird. Ist der ohmsche Widerstand R1 von der Geräteaußenseite nicht zugänglich,
so wird der Abgleich des Amplitudenfehlers im allgemeinen bereits vom Gerätehersteller
vorgenommen, wobei R1 nur als einfaches Trimmpotentiometer ausgebildet zu sein braucht,
Ist R1
dagegen von der Geräteaußenseite zugänglich, so kann auch
der Gerätebenutzer den Abgleich des Amplitudenfehlers in einfacher Weise vornehmen.
Hierbei wird sich eine Ausbildung von R1 als Trimmpotentiometer oder als Drehknopfpotentiometer
empfehlen.
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Nach einer bevorzugten Weiterbildung können auch zwei Entzerrungsnetzwerke
N1 und N2 vorgesehen sein, von denen Ni lediglich einen von außen nicht zugänglichen
einstellbaren Widerstand R1 aufweist, während der entsprechende Widerstand R2 von
N2 von außen zuganglich ist. Dabei dient dann R1 in erster Linie dem Abgleich des
Amplitudenfehlers durch den Gerätehersteller, während R2 dem Gerätebenutzer die
Möglichkeit gibt, den linear über der Frequenz verlaufenden Amplitudenfehler beliebiger
Teile eines bei 7 angeschlossenen Meßkreises oder auch eines angeschlossenen Meßempfängers
zum kompensieren.
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Zur Kompensation eines mit der Wurzel aus der Frequenz zunehmenden
Amplitudenfehlers, wie er z.B. durch interne Leitungen des Neßsenders, z.B. Eichleitungen,
oder durch externe Leitungen,z.B.
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Meßkabel, hervorgeruten wird, werden die ohmschen Widerstände R1 bzw.
R2 durch vorgeschaltete Entzerrer E1 bzw. B2 ergänzt, die eine dem Ausdruck #Ust
entsprechende Spannung abgeben. Dabei können dann verschiedene Kabellängen lediglich
durch Einstellung der Widerstandswerte von R1 bzw. R2 in einfacher Weise ausgeglichen
werden. Von der Geräteaußenseite zugängliche Enstellorgane, beispielsweise von R2,
werden dann mit Vorteil mit einer Einstellskala versehen, an der die Meßkabellänge
sehr einfach eingestellt werden kann.
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Fig. 2 zeigt, wie man zur Kompensation des Amplitudenfehlers bei einem
Meßsender vorgeht, der zwar entsprechend Fig. 1 eine spannungsgesteuerte Amplitudeneinstellung
aufweist, jedoch eine mechanische, z.B. über einen Drehkondensator erfolgende Frequenz-
einstellung
am Oszillator 2. In diesem Fall leitet man über ein an einer Bezugsspannung U3 liegendes,
mit der Frequenzeinstellachse des Oszillators 2 gekoppeltes Potentiometer 18 eine
Gleichspannung U8t'mit einer von der Abstimmfrequenz bzw. Meßfrequenz fm abhängigen
Amplitude ab und führt diese den Entzerrungsnetzwerken N1 bzw. N2 (Fig. 1) zu.
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In Fig. 3 ist ein Meßempfänger dargestellt, der eine an seinem Eingang
19 auftretende Meßspannung Um' mittels eines Mischers 20, dem eine Überlagerungsfrequenz
fu zugeführt wird, in ein konstantes Zwischenfrequenzband umsetzt, dessen Lage durch
den Übertragungsbereich eines nachgeschalteten Bandpasses 21 bestimmt ist. Die umgesetzte
Meßspannung gelangt dann über im einzelnen nicht dargestellte, weitere Frequenzumsetzungsstufen
und über ein die Selektivität des Meßempfängers bestimmendes, schmales Bandfilter-21a
zu einem die Amplitude beeinflussenden Stellglied 22 und über dieses zu einem ZF-Verstärker
23 und einem Neßgleichrichter 24, dem ein Zeigerinstrument 25 nachgeordnet ist,
an dem die Amplitude von Um' angezeigt wird. Zur Abstimmung des Empfängers auf die
Frequenz einer Meßspannung Um' wird fu variiert, was durch eine Frequenzsteuerspannung
Ust" geschieht die einem Frequenzsteuereingang 26 eines die Überlagerungsfrequenz
fu erzeugenden Oszillators 27 zugeführt wird. Ust" wird von einer einstellbaren
Gleichspannungsquelle 28 über einen Entzerrer 29 abgeleitet, der eine Linearisierung
der fulUst'1 -Kennlinie des Oszillators 27 bewirkt. Mit Ust" steht auch hier eine
Gleichspannung zur Verfügung, die mit ihrer Amplitude von der Abstimmfrequenz des
Empfängers eindeutig abhängt.
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Zur Kompensation des Amplitudenfehlers des Empfängers, insbesondere
unter Einschub eines bei 19 angeschalteten Meßkreises und ggf. auch eines in diesem
vorhandenen Meßsenders, wird Ust" über ein Entzerrungsnetzwerk N1, geführt und zur
Steuerung des Stellgliedes 22 verwendet, daß z.B. als spannungsgesteuertes Potentiometer
ausgebildet ist. Analog zu N1 kann auch N1' aus einem ohmschen Widerstand R1 1 einstellbarer
Größe bestehen, der
im Zusammenhang mit dem Widerstand R3die Spannung
Ust 1 derart teilt, daß über 22 die Entzerrung eines Amplitudenfehlers linearer
Frequenzabhängigkeit erzielt wird. Mit einem vorgeschalteten Entzerrer E1', der
entsprechend E1 ausgebildet ist, gelingt es, einen mit der Wurzel aus der Frequenz
ansteigenden Frequenz gang des Amplitudenfehlers aussugleichen. Neben einem Entzerrungsnetzwerk
N11, das einen von der Geräteaußenseite nicht zugänglichen Widerstand R1' enthält,
kann auch ein zweites Entzerrungsnetzwerk N2' vorgesehen sein, dessen einstellbarer
ohmscher Widerstand R2' von außen zugänglich ist. Auch hier dient N1' zur Entzerrung
eines dem Meßempfänger oder dem eingangsseitig angeschalteten Meßkreis zuzuordnenden
Amplitudenfehlers durch den Gerätehersteller, während mittels R2' weitere Amplitudenfehler
ausgleichbar sind, die durch zusätzliche Meßkabel hervorgerufen werden.
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Schaltet man den nfeipoligen Umschalter 30in Fig. 3 in die gestrichelt
gezeichnete Lage und legt die Ausgangsspannung des Oszillators 2 (Fig. 1) an die-EIemme
31 sowie die Frequenzsteuerspannung Ust bzw. Ust' an die Klemme 32, so kann man
die Kompensation des Amplitudenf ehlers auch bei einer Fremdabstimmung des Meßempfängers
, wie sie im synchronisierten Betrieb mit den Meßsender nach Fig. 1 erfolgt, durchführen.
Diesen Betriebsfall wird man insbesondere beim Wobbeln der Meßspannung wählen.
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Fig. 4 zeigt eine Schaltungsvariante zu Fig. 3, bei der eine mechaniscEe,
z;B. über einen Drehkondensator erfolgende Brequessvariation des Oszillators 27
vorgesehen ist. Hier ist es wieder erforderlich, über ein mit der Frequenzeinstellachse
von 27 gekoppeltes, an einer Bezugsspannung UB liegendes Potentiometer 33 eine Gleichspannung
Ust"' zu gewinnen, die mit ihrer Amplitude von der Frequenzabstimmung des Empfängers
abhängig ist, und diese dem Entzerrungsnetzwerk Nil und ggf. N2' (Fig. 3) zuzuführen.
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Zum Ausgleich komplizierter Frequenzverläufe des Amplitudenfehlers,
die insbesondere einen oder mehrere Wendepunkte und Abschnitte unterschiedlicher
Steigungen aufweisen, ist es erforderlich, das Entzerrungsnetzwerk N1 bzw N1' aufwendiger
auszubilden. Wie Fig. 5 erkennen läßt, besteht das Entzerrungsnetzwerk Ni nach einer
bevorzugten Ausführungsform aus einer n-gliedrigen Parallelschaltung von einzelnen
Serienschaltungen Us1, Rv1 ... USn, Rvn jeweils eines Spannungsumsetzers und eines
ohmschen Widerstandes einstellbarer Größe. Die Spannungsunsetzer Us1 ... Usn liefern
jeweils in Abhängigkeit von der ihnen eingangsseitig zugeführten Spannung Ust bzw.
Ust" innerhalb des gesamten Amplitudenbereiches der letzteren kosinusförmige Ausgangsspannungen,
die sich als Ua1 = cos Ust, Ua2 = cos 2.Ust, Ua3 = cos 3.Ust ... Uan = Cos n.Ust
beschreiben lassen. Die Amplituden der Spannungen Uai bis Uan sowie ihre Phasenlagen
sind dabei getrennt einstellbar, wobei fEr die Amplitudeneinstellung die Widerstände
Rv1 ... Rvn dienen. Ein weiterer Zweig der Parallelschaltung enthält einen ohmschen
Widerstand Rk einstellbarer Größe und ggf. einen entsprechend Ei aufgebauten Entzerrer
Ek' wobei der araere wieder zum Abgleich linearer Prequenzabhängigkeiten des Amplitudenfehlers
und in Verbindung-mit X zur Kompensation des Amplitudenfehlers von Kabeln oder Leitungen
verwendet wird. Die Ausgangsspannungen der einzelnen. Parallelzweigle weiden mittels-
eines über einen ohmschen Widerstand 34 gegengekoppelten Summierverstärkers 35 summiert,
wobei die gewonnene Summenspannung dem Stellglied 16 (Fig. 1) bzw. 22 (Fig. 3) zugeführt
wird. Der Abgleich der einzelnen Umsetzer erfolgt zweckmäßigerweise in einer bestimmten
Reihenfolge und zwar in mehreren aufeinanderfolgenden Abgleichzyklen so lange, bis
beim Wobbeln mit der Meßspannung Um mittels einer von 9 gelieferten Wobbelspannung
Ust am Ausgang 7 des Senders, am Ausgang des Gleich richters 24 des Empfängers oder
an einem Schaltungspunkt eines zwischengeschalteten Meßkreises eine frequenzabhängige
Meßspannungsamplitude erhalten wird. mit etwa vier tflnsetzern US1 bis US4
läßt
sich bereits ein füruiele Anwendungsfälle ausreichender Ausgleich auch eines komplizierten
Frequenzganges des Amplitudenfehlers erzielen; acht Umsetzer ergeben nach optimaler
Einstellung einen Ausgleich, der auch höchsten Anforderungen gerecht wird.
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7 atentansprüche 5 Figuren