DE2635016C3 - Verfahren und Schaltungsanordnung zum Messen der Gruppenlaufzeit eines elektrischen Vierpols - Google Patents
Verfahren und Schaltungsanordnung zum Messen der Gruppenlaufzeit eines elektrischen VierpolsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen der Gruppenlaufzeit eines elektrischen Vierpols gemäß
dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine zu dessen Durchführung geeignete Schaltungsanordnung.
Aus Bell System Technical Journal. Band 7, Seilen 522 bis 549 ist es bereits seit langem bekannt, die Gruppenlaufzeit
mittels eines bezüglich der Amplitude modulierten Prüfsignals als Quotient von dessen Phasenverschiebung
nach Durchlaufen des zu untersuchenden Vierpols und der Modulationsfrequenz für jede Frequenz des
untersuchten Frequenzbandes einzeln zu bestimmen. Dieses Verfahren muß folglich sehr häufig wiederholt
werden, um wenigstens annähernd das Gruppenlaufzeitverhaiten über dem gesamten Frequenzband bei
Übertragungsanordnungen zu erhalten.
Aus DE-OS 14 41 201 ist ein Verfahren bekannt, bei
welchem ebenfalls die Gruppenlaufzeit nur bei einzelnen Frequenzen aus der Phasenverschiebung von bezüglich
der Amplitude modulierten Prüfsignalen bestimmt wird. Hierzu werden dem zu untersuchenden
Vierpol ein Signal mit der Trägerfrequenz und den sich durch Amplitudenmodulation ergebenden Seitenband-Komponenten
zugeführt. Eine nachgeschaltete Phasenvergleichseinrichtung mißt die Phasenverschiebung
des Ausgangssignals von dem zu untersuchenden Vierpol durch Vergleich mit der Phase des dem
Eingangsmodulator zugeführten Modulationssignals. Etwaige durch die Meßanordnung selbst eingeführte
Gruppenlaufzeitfehler werden dabei nicht eliminiert.
Aus DE-OS 15 16 327 ist eine einkanalige Schaltungsanordnung zum Messen der Gruppenlaufzeit bekannt,
bei welcher dem Eingang des zu unfersuchenden Vierpols ein gewobbeltes Prüfsignal zugeführt wird. Das
Ausgangssignal wird, von der Prüfsignalquelle gesteuert, auf ein Zwischenfrequenzsignal umgesetzt, welches
einerseits unverzögert und andererseits verzögert Einrichtungen
zur Phasendifferenzmessung zugeführt und dann abwechselnd auf eine Anzeigeeinrichtung geschaltet
wird. Dieses seit langem bekannte Verfahren ist auf den Bereich von Verzögerungsmessungen begrenzt, die
üblicherweise durri/ Phasenmesser gemessen werden können, nämlich auf maximal 360°.
Aus DE-PS 10 04 728 ist ein Verfahren zum Messen von an Vierpolen auftretenden Laufzeitverzerrunpen
bekannt, bei welchem die bezüglich der Frequenz gewobbelte
Meßspannung außer in ihrer Ursprungsfrequenzlage auch in trägerfrequenter Lage dem zu untersuchenden
Vierpol zugeführt wird und am Vierpolausgang die Frequenzdifferenz zwischen der in ihrer
Ursprungsfreqdenzlage übertragenen und der demodulierten trägerfrequent übertragenen Meßspannung gebildet
wird, die ein Maß für die durch den Vierpol hervorgerufene Laufzeitdifferenz ist. Bei diesem Verfahren
wird nicht die Gruppenlaufzeit selbst, sondern nur ein etwaiger nicht-linearer Anteil der Phasenlaufzeit, d. h.
der auf die Kreisfrequenz bezogenen Phase, gemessen. Da die Meßsignale dem zu untersuchenden Vierpol in
zwei wesentlich voneinander verschiedenen Frequenzlagen zugeführt werden, und die Meßsignale in der einen
(z. B. unteren) Frequenzlage bestimmungsgemäß einen linear von der Frequenz abhängigen Referenzwert
der Phasenlaufzeit ergeben, ist d'ises Verfahren nicht dazu geeignet, die Phasen- oder Gnippenlaufzeitverzerrungen
sowohl von Tiefpaß- als auch von Hochpaßvierpolen zu messen.
Aus DE-OS 22 13 995 ist schließlich eine insbesondere für den Wobbeibetrieb geeignete Meßschaltung zur
Ermittlung der frequenzabhängigen Phasenlaufzeit bekannt, welche ein bezüglich der Frequenz gewobbeltes
Prüfsignal für einen den Vierpol enthaltenden Meftkanal
erzeugt und aus diesem Prüfsignal für einen Vergleichskanal ein Referenzsignal abzweigt, das gleich
dem Prüfsignal ist. Das Prüfsignal und das Referenzsignal werden mit Signalen unterschiedlicher Frequenz
moduliert, sodann summiert und auf eine Zwischenfrequenz umgesetzt. Dieses erfolgt mittels eines einzigen
Frequenzumsetzers, dem eine Steuerspannung zugeführt wird, die einen konstanten Frequenzabstand
vom Augenblickswert der Frequenz der Prüf- und Referenzsignale hat. Dann werden durch entsprechende
Filter Zwischenfrequenzsignale mit je einem Seitenband erzeugt und aus diesen Signalen wird durch Phaienvergleich
die gewünschte Phasendifferenz bzw. durch Gleichrichtung und Amplitudenvergleich der gewünschte
Amplitudengang ermittelt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und eine zu dessen Durchführung geeignete Schaltungsanordnung aufzuzeigen, mit welchem die
Gruppenlaufzeit (nicht nur Gruppenlaufzeitverzerrungen) kontinuierlich mittels eines Frequenzvergleichs
über dem interessierenden Frequenzbereich des zu untersuchenden Vierpols gemessen werden kann und
etwaige Fehler bei der Frequenzmessung der Prüf- und der Referenzsignale nicht ins Ergebnis eingehen.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich der
Schaltungsanordnung mit den Merkiffilen des Anspruchs
3 gelöst. Dabei wird von der neuen Erkenntnis ausgegangen, daß die seit Nyquist-Brand bekannte Definition
der Gruppenlaufzeit als Differenzenquotient der Phasendifferenz und der Frequenzdifferenz zweier
Weehseispannungs-Meßsignale ersetzt werden kann durch die Frequenzdifferenz, die ein gewobbeltes Prüfsignal
nach seinem Durchgang durch den zu untersuchenden Vierpol einerseits und nach seinem Durchgang
durch einen Referenzkanal andererseits erfährt, geteilt durch die Steigung des Frequenzverlaufs der dem Vierpol
und dem Referenzkanal zugeführten Prüf- und Referenzsignale. Vorteilhafterweise werden dabei Lauf-
Zeitverzerrungen der Zuleitungen und Anschlüsse des zu uniersuchenden Vierpols durch die Laufzeilverzögerungen des Vergleichskanais ausgeglichen.
Gemäß bevorzugten Ausführungsformen werden die Prüf- und die Meßsignale vor der Frequenzmessung
zunächst auf eine feste Zwischenfrequenz durch ein Oszillatorsignal umgesetzt, dessen Frequenz der Wobbelfrequenz der Eingangssignale folgt, so daß die
Frequenzmessung vereinfacht wird.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen.
Somit werden weder ein externer Modulator noch eine externe Modulationsquelle benötigt. Da kein
sinusförmiges Modulationssignal verwendet wird, entfallen auch die Probleme, die mit der Messung der Phase
von verzerrten Sinussignalen verbunden sind. Schließlich bestimmt die Geschwindigkeit, mit welcher der
Wobbelgenerator die Frequenz ändert, die Empfindlichkeit und die Genauigkeit der Messung, und es wird ein
zweckmäßiger Kompromiß sowohl für Breitbandanordnungen als auch für Schmalbandanordnungen gefunden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen erläutert; es stellen dar:
F i g. 1 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig.2A bis 2E Kurvenverläufe zur Erläuterung des
Betriebs der bevorzugten Ausführungsform;
Fig.3 ein Schaltbild eines Frequenzdiskriminators
und einer Summierschaltung;
Fig.8 und 9 Kurvenverläufe zur Erläuterung des
Betriebs der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Die Tabelle am Schluß der Beschreibung gibt die
Bedeutungen der in den Fig.6 bis 9 verwendeten Symbole wieder.
Ein Wobbelfrequenzgenerator 10 erzeugt ein Ausgangssignal V1 mit sich ändernder Frequenz auf einer
Leitung 12. Das Ausgangssignal Vi wird sowohl einem
zu untersuchenden Vierpol 14 über einen Anschluß U als auch über eine Leitung 15 als Referenzsignal V3
direkt einem Eingangsmischer 16 eines Netzwerkanalysator* zugeleitet. Das Ausgangssignal V2 von dem zu
untersuchenden Vierpol 14 gelangt über einen Anschluß 13 an einen Mischer 18. Die Frequenzen der Signale V2
und Vj werden mittels eines durch einen ZF-Oszillator
zugeführten Steuersignals V4 herabtransformiert Die Frequenz des Oszillators 20 folgt genau der Frequenz
des Signals vom Wobbelfrequenzgenerator 10 und unterscheidet sich von dieser um einen festen Betrag.
Diese feste Frequenzdifferenz bestimmt die Zwischenfrequenz des Netzwerkanalysator, und das Steuersignal
Va kann in verschiedener bei Netzwerkanalysatoren
bekannter Weise erzeugt werden. Der Wobbelfrequenzgenerator 10 hat auch eine Steuerleitung 22 zum
ZF-Oszillator 20, welche ein Gleichstromsignal Va führt,
dessen Amplitude proportional der Frequenz ω V1 des
Signals Vi ist (vgL Fi g. 2A und 2B). Typischerweise ist
das Signal Vn ein gepuffertes Abstimmsignal, das zur
ZF-Einstellung im Wobbelfrequenzgenerator 10 dient
Die Gruppenlaufzeit to kann bestimmt werden durch
Vergleich der Zeitverzögerungen irund inzwischen den
Signalen V2 und V3 (F ig. 2C). Für das Ausgangssignal V1
vom Wobbelfrequenzgenerator 10 gilt die Gleichung:
V, -.Asin((W0+
Dabei bedeutet ωο die Kreisfrequenz des Signals am
Ausgang 12 im Zeitpunkt r-0 und α die Wobbels geschwindigkeit in rad/s/s.
Wenn das Testsignal V1 mit einer bestimmten
Frequenz durch den zu untersuchenden Vierpol 14 gelangt, wird es um ein Zeitintervall tr verzögert, und
entsprechend ist das Referenzsignal V} von der Leitung
ίο 15 durch einen Betrag Ih verzögert Somit können die
Signale V2 und Vj ausgedrückt werden durch:
V1 = A- sin ((/.<o + 1/2 a (f - rT)) · (r - M).
V3 = Α1- sin Hw0 + 1/2 β (ι - /„)) · (f - ι,)).
Die Frequenz des Signals V4 vom Oszillator 20 folgt
der Frequenz des Signals V, mit einer konstanten zo Differenz ω;/· entsprechend der Gleichung für r\:
Das Ergebnis der Frequenzumsetzung besteht aus zwei Zwischenfrequenzsignalen, nämlich dem Signal
V/rrvom Mischer 18 und dem Signal Vm vom Mischer
16:
Die durch die Leitung 15 hervorgerufene Verzögerung Ir des Signals V3 ist für alle Frequenzen konstant
falls die Leitung 15 eine gute Übertragungsleitung ist Dieses geht aus Fig. 2C hervor, in welcher der Verlauf
der Kreisfrequenz des Signals V3 als Funktion der Zeit zeitlich verschoben am der. Betrag is gegenüber
derjenigen des Signals Vi, dargestellt ist Bei den
meisten Anordnungen, bei denen es sich nicht um
einfache Übertragungsleitungen handelt, ist die Zeitverzögerung eine Funktion der Frequenz und ändert sich
entsprechend Kurve ωV2 in Fig.2C Wie vorher
erwähnt wurde, ist die Gruppenlaufzeit bei eintr
bestimmten Frequenz des Eingangssignals Vi die
Zeitverzögerung inzwischen den Signalen V2 und V3 mit
ihren zeitlichen Frequenzverläufen Wy2 und Wv3 in
F i g. 2C Der Wert von ίο kann aus der Frequenzdifferenz &f dieser Signale und der Steigung α des
Frequenzverlaufs ermittelt werden. Obgleich der dargestellte Verlauf der Frequenzkurve ω V3 eine
konstante Steigung aufweist gilt das Entsprechende für eine Kurve mit veränderlicher Steigung. ^Fänden sich
ebenso wie die Gruppenlaufzeit, und diese Frequenzdif
ferenz tritt in den Zwischenfrequenzsignalen Vift und
V/m nach der Herabtransformation der Frequenz auf.
Wie in Fig. 1 dargestellt ist, ist eine das Signale VfFT
führende Leitung 24 mit einem Frequenzdiskriminator 28 verbunden; dieses erzeugt einen Ausgangsstrom,
dessen Gleichstromwert direkt proportional der Frequenz (üif—λ ■ frdes Signals V/n-ist In ähnlicher Weise
ist eine das Signal Vifr führende Leitung 26 mit einem
Frequenzdiskriminator 30 verbunden, der ein der Frequenz (mrF-et ■ tu) des Signals Vifr proportionales
Signal erzeugt Die Differenz AF zwischen den
Frequenzen der Signale Vnr und VIFr kann ermittelt
werden, indem die Differenz zwischen den Ausgangssignalen von den Frequenzdiskriminatoren 28 und 30 in
einer Summierschaltung 32 mit einem negativen Eingang 34 und einem positiven Eingang 36 ermittelt
wird, so daß im Ergebnis eine Subtraktion erfolgt. Aus der Differenz AF der Signale Vm und Vm und aus
F i g. 2C ergibt sich
to = h -
IF
to
Am Ausgang der Summierschaltung 32 tritt eine Spannung auf, die proportional der Frequenzdifferenz
AF ist. Um die Gruppenlaufzeit ίο zu bestimmen, ist es
außerdem erforderlich, daß die zeitliche Ableitung des Frequenzvcrlaufs des Prüfsignals bestimmt wird, d. h.
die Wobbelgeschwindigkeit α. Die das Signal Vu
führende Leitung 22 ist hierzu mit einer Differenzierschaltung 3* verbunden, die ein der zeitlichen Ableitung
dieses Signals proportionales Signal V, erzeugt. Der Ausgang der Summierschaltung 32 ist mit einer
analogen Teilerschaltung 40 verbunden. Der Ausgang der Differenzierschaltung 38 ist über ein synchrones
Tiefpaßfilter 42 ebenfalls mit der Teilerschaltung 40 verbunden. Die Teilerschaltung 40 erzeugt ein analoges
und dieses Ausgangssignal gelangt durch eine Abtast-Halteschaltung 44 an ein Sichtgerät 46. Das Sichtgerät
46 kann ein Spannungsmeßgerät, eine Kathodenstrahl- - öhre, eine digitale Anzeigeeinrichtung oder dgl. sein.
Das synchrone Tiefpaßfilter 42 und die Abtast-Halteschaltung 44 werden durch eine Steuerlogik 48 derart
gesteuert, daß beide während eines Wobbeivorgangs des Wobbelfrequenzgenerators 10 geschlossen bleiben
und den Durchgang der Signale gestatten. Dagegen sind diese Schaltkreise unterbrochen während der Rückführung der Wobbeifrequenz, um eine Störung der Anzeige
zu vermeiden.
Es ist eine Eichschaltung vorgesehen, um die beiden nicht rückgekoppelten Frequenzdiskriminatoren periodisch zu eichen. Die Steuerlogikschaltung schaltet
periodisch einen Oszillator SO ein, der ein Zwischenfrequenzsignal erzeugt, welches vorzugsweise eine Frequenz von 100 kHz hat Dieses Signal geht den übrigen «5
Eingangssignalen der Diskriminatoren 28 und 30 vor, und die Abtast-Halteschaltung 44 ist unterbrochen und
verhindert, daß fehlerhafte Information am Sichtgerät auftritt Gleichzeitig wird das Signal vom Oszillator 50
einem Schalter 52 zugeführt, der geschlossen ist und den so Ausgang der Summierschaltung 32 mit einer Integrierschaltung 54 verbindet Diese Integrierschaltung 54 ist
mit einem Verstärkungs-Steuerelement im Frequenzdiskriminator 28 verbunden und stellt die Verstärkung des
Diskriminators ein, so daß der Ausgang der Summierschaltung 32 Null ist und anzeigt, daß die Frequenzen
der Eingangssignale für beide Frequenzdiskriminatoren gleich sind Nach einigen ms wird der Oszillator 50
abgeschaltet, der Schalter 52 öffnet sich wieder, und der regelmäßige Betrieb geht weiter. Diese Eichung wird
während jeder Frequenzrückführung oder während jeder Sekunde wiederholt, wenn die Abtastung des
Wobbelfrequenzgenerators langer als eine Sekunde dauert
Bei sehr niedrigen Wobbeigeschwindigkeiten wird et.
so klein, daß das Zwischenfrequenz-Phasenrauschen des Signals AF das Gruppenlaufzeitsignal zu sehr stört,
wenn das Signal AF in der Teilerschaltung durch den
Kehrwert voi: « verstärkt wird. Um ein Signal zu
erzeugen, das eine größere Steigung hai, ist ein Sägezahngenerator 60 vorgesehen, der auf einer
Leitung 62 an den Wobbelfrequenzgenerator bei einem Steuerbefehl von der Steuerlogik auf einer Leitung 64
ein Sägezahnsignl abgibt. Der Schwellwertpegel des die Steigung der Frequenzkurve angebenden Signals,
bei welchem der Sägezahngenerator getriggen wird, wird durch eine Komparatorschaltung 58 bestimmt Das
Sägezahnsignal wird zu der Einstellspannung des Wobbelfrequenzgenerators 10 addiert, so daß die
Einstellspannung die Kurvenform von Fig.2E erhält Aufgrund dieser Änderung der Einstellspannung ändert
sich die Frequenz des Signals Vi in gleicher Weise.
Da die Einstellspannung mit den Sägezahnschwankungen der Differenzierschaltung 38 zugeführt wird,
gibt das Signal am Ausgang der Differenzierschaltung die Steigung des kombinierten Sägezahn- und Einstell-.signals wieder. Um ein glattes Steigungssignal zu
erzeugen, tastet das synchrone Tiefpaßfilter 42 bei
einem Steuerbefehl der Steuerlogik 48 den Ausgang der Differenzierschaltung 38 beim Spitzenwert jeder
Sägezahnspannung ab und hält diesen Wert bis zum Ende des nächsten Sägezahnsignals. Dieses Signal wird
der Teilerschaltung 40 zugeführt, und der Ausgang der Teilerschaltung wird in gleicher Weise durch die Abtast-
und Halteschaltung 44 abgetastet, um ein glattes Ausgangssignal für das Sichtgerät 46 zu erzeugen.
Die Verwendung der inhärenten Frequenzmodulation in dem Signal Vi von dem Wobbelfrequenzgenerator hat wesentliche Vorteile bezüglich des Kompromisses, der zwischen den Anforderungen nach Genauigkeit
und nach Empfindlichkeit zu finden ist Beim Testen von Breitbandanordnungen soll in der Regel der Wobbelgenerator eine hohe Wobbeifrequenz haben und die
Modulationsfrequenz entsprechend hoch sein, wodurch ein hohes Auflösungsvermögen erreicht wird, das die
Messung der kleinen Verzögerungszeiten gestattet, die im allgemeinen charakteristisch für Breitbandanordnungen sind. Wenn eine Schmalbandanordnung gemessen
wird, ist die Wobbelgeschwindigkeit üblicherweise viel geringer, wodurch sich eine niedrigere Modulationsfrequenz und damit eine genaue Ablesung ergibt
F i g. 3 stellt ein Schaltbild der Diskriminatorschaltungen und Summierschaltungen gemäß der bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung dar. Monostabile Kippstufen 74 bzw. 76 erhalten Zwischenfrequenzsignale V/F7-und ViFr über Trennverstärker 70 bzw. 72.
Jedesmal, wenn sich ein Signal an der Eingangsklemme 5 der monostabilen Kippstufe von einem oberen Pegel zu
einem unteren Pegel ändert, erzeugt die monostabile Kippstufe einen Ausgangsimpuls mit einer Breite von
etwa 4 μς. Dieses Zeitintervall wird bestimmt durch
Widerstands/Kondensator-Netzwerke 73,75 und 77,79.
Die monostabilen Kippstufen sind mit schaltbaren Stromquellen 78 bzw. 80 verbunden. Wenn die
Frequenzen der beiden Signale gleich sind, sind die Ein- und Ausschaltzeiten der Stromquellen gleich.. Die
Stromquellen sind derart verbunden, daß über die Stromquelle 78 Strom addiert und über den Schalter 80
Strom subtrahiert wird. Wenn die Frequenz der beiden Zwischenfrequenzsignale verschieden sind, wird am
Eingang eines Summierverstärkers 82 ein dieser Frequenzdifferenz proportionales Signal erzeugt Die
Stromsignale gelangen durch ein Tiefpaßfilter 81, das mit dem Eingang des Summierverstärkers 82 verbunden
ist und die Signalkomponenten mit hohen Frequenzen entfernt, die durch den Schaltvorgang entstehen.
ίο
Mit den Eingangsklemmen 3 und 4 jeder der monostabilen Kippstufen 74 und 76 ist eine Kippstufe 84
gemäß Fig.3 verbunden. Wenn ein Signal mit niedrigem Pegel an den LOSC£N-Eingängen der
Verstärker 70 und 72 auftritt, werden die Verstärker abgeschaltet und sperren die Eingänge an der Klemme 5
der monostabilen Kippstufen. Wenn ein Signal mit dem oberen Signalpegel an einem Eingang OSCEN auftritt,
wird der Os'illator aufgetastet und das Ausgangssignal des Oszillators erscheint auf einer Leitung 88, die mit
den Klemmen 3 und 4 von jeder der monostabilen Kippstufen verbunden ist Daher erhält jeder Diskriminator
das gleiche geeichte Signal, wenn die Kippstufe 84 betätigt ist
Ein Integrator 54 ist mit der schaltbaren Stromquelle 78 verbunden und stellt die Verstärkung der Stromquelle
und dadurch die Verstärkung des Diskriminators 28 ein.
Das Ausgangssignal über die Frequenzdifferenz wird dem Integrator 54 über den Schalter 52 bei einem
Signal LSAMFB zugeführt
F i g. 4 stellt eine Differenzierschaltung 38 dar, welche einen Verstärker 90 mit einem Integrator 92 in der
Rückkopplung enthält Der Integrator enthält einen eingeschaltet ist, während das Signal HMOD den
niedrigen Signalpegel aufweist.
Nachdem der Wobbelgenerator die Frequenz einmal gewobbelt hat, muß die Frequenz wieder zum
Ausgangswert zurückgeführt werden. Während der Rückführung gibt der Wobbelgenerator Rückführungssignale ab, die beispielsweise bei Netzwerkanalysatoren
zum Austasten der Anzeige des Sichtgerätes oder zum Abheben eines Aufzeichnungsstiftes üblich sind, um
fehlerhafte Anzeigen zu vermeiden. Diese Rückführsignale DBP und PL erscheinen auf den Leitungen 122
bzw. 123, die mit der Steuerlogik 48 verbunden sind. Wenn die Leitung PL den oberen Signalpegel führt,
erzeugt sie das Signal LOSCENüber das NAND-Glied
126 und den Umkehrverstärker 128. Das Signal LOSCENund das inverse Signal OSCEN aktivieren den
mit den Eingängen der Diskriminatoren 28 und 30 verbundenen Eichoszillator 50. Nach einer kurzen,
durch einen Widerstand 168 und einen Kondensator S70
bestimmten Zeitverzögerung führt die Leitung LSAMFB den unteren Signalpegel und schließt den
Schalter 52, um den Integrator 54 mit dem Diskriminator 28 zu verbinden und die Verstärkung des
Diskriminators zu eichen. Wenn die Leitung DBP den
Verstärker 94 mit einem Kondensator 96 in der 25 oberen Signalpegel führt, bewirkt sie, daß die Leitung
Rückkopplung. Das Ausgangssignal der Differenzier- LSAHFT ebenfalls den oberen Signalpegel über das
NAND-Glied 134 erhält und den Schalter 102 öffnet.
Dadurch wird die Differenzierschaltung während der Rückführung des Frequenzsignals vom Signalfluß
abgetrennt. Wenn auf der Leitung PL wieder der untere Signalpegel auftritt, führen die Leitungen LSAMFB und
LOSCEN sofort den unteren Signalpegel, und das Signal LSAMFT wird durch einen Widerstand 136 und einen
Kondensator 138 verzögert, so daß dieses Signal erst
schaltung gelangt durch ein synchrones Tiefpaßfilter 42, dessen Durchlaßbereich etwa 100 Hz beträgt und
welches einen Verstärker 98, einen Kondensator 100, einen Widerstand 101 und einen Schalter 102 aufweist.
Der Schalter 102 schließt entsprechend dem Signal LSAMFT.
In F i g. 5 ist ein Schaltbild einer analogen Teilerschaltung dargestellt, welcher erläutert ist in »Non-linear
Circuits Handbook«, veröffentlicht von Analog Devices, 35 wieder den hohen Pegel erreicht, nachdem das neue 1974, Kapitel Grundschaltungen, Seite 290, Figur 15. Die Wobbelsignal ausgelöst ist (F i g. 8).
Teilerschaltung ermöglicht eine Teilung der Signale Wenn das die Steigung der Frequenzkurve angebenzweier Quadranten, so daß das richtige Ausgangssignal de Signal unter den am Eingang des Komparators 58 für jede Polarität des Signals ΔF erzeugt wird. Die gesetzten Schwellwert fällt, tritt auf der Leitung HMOD Abtast- und Halteschaltung am Ausgang der Teiler- 40 der obere Signalpegel auf und schaltet den Sägezahnschaltung enthält zwei Schalter und zugeordnete generator 60 (F i g. 7) ein. Das Ausgangssignal dieses Kondensatoren. Das Signal gelangt zunächst durch den Generators wird der Einstellspannung des Wobbelgene-Schalter 104 und wir/» am Kondensator 106 gespeichert rators zugeführt Auf der Leitung 64 wiru durch einen Der Kondensator 106 ist mit einem FET-Schalter 108 Umkehrverstärker 142 und ein NAND-Glied 144 ein durch einen Verstärker 110 verbunden. Das Signal am <5 Auslösesignal für den Sägezahngenerator MODEN Ausgang des Schalters 108 wird im Kondensator 112 erzeugt Das NAND-Glied 144 nimmt das Signal gespeichert Der Schalter 104 schließt entsprechend HMOD sowie ein Signal GDEN auf, welches den dem Signal LSAMOUT, und der Schalter 108 schließt oberen Pegelwert hat, wenn die Gruppenlaufzeitmesbci einem Signal auf der Leitung 114. sung über ein Schaltpult angewählt wird. Wenn die
Circuits Handbook«, veröffentlicht von Analog Devices, 35 wieder den hohen Pegel erreicht, nachdem das neue 1974, Kapitel Grundschaltungen, Seite 290, Figur 15. Die Wobbelsignal ausgelöst ist (F i g. 8).
Teilerschaltung ermöglicht eine Teilung der Signale Wenn das die Steigung der Frequenzkurve angebenzweier Quadranten, so daß das richtige Ausgangssignal de Signal unter den am Eingang des Komparators 58 für jede Polarität des Signals ΔF erzeugt wird. Die gesetzten Schwellwert fällt, tritt auf der Leitung HMOD Abtast- und Halteschaltung am Ausgang der Teiler- 40 der obere Signalpegel auf und schaltet den Sägezahnschaltung enthält zwei Schalter und zugeordnete generator 60 (F i g. 7) ein. Das Ausgangssignal dieses Kondensatoren. Das Signal gelangt zunächst durch den Generators wird der Einstellspannung des Wobbelgene-Schalter 104 und wir/» am Kondensator 106 gespeichert rators zugeführt Auf der Leitung 64 wiru durch einen Der Kondensator 106 ist mit einem FET-Schalter 108 Umkehrverstärker 142 und ein NAND-Glied 144 ein durch einen Verstärker 110 verbunden. Das Signal am <5 Auslösesignal für den Sägezahngenerator MODEN Ausgang des Schalters 108 wird im Kondensator 112 erzeugt Das NAND-Glied 144 nimmt das Signal gespeichert Der Schalter 104 schließt entsprechend HMOD sowie ein Signal GDEN auf, welches den dem Signal LSAMOUT, und der Schalter 108 schließt oberen Pegelwert hat, wenn die Gruppenlaufzeitmesbci einem Signal auf der Leitung 114. sung über ein Schaltpult angewählt wird. Wenn die
Leitung MODEN den oberen Signalpegel führt,
Fig.6 zeigt ein Schaltbild der Steuerlogik 48 und F i g. 8 zeigt ein Zeitdiagramm der Ausgangssignale von
der Steuerlogik 48 während des regelmäßigen Betriebs. Der Wert der Steigung α ist in der Regel groß genug, so
daß der Komparator 58 den Sägezahngenerator 60 sperrt und ein Signal mit dem unteren Pegel auf der
HAfOD-Leitung erzeugt Der Ausgang des Komparators
58 ist mit dem Eingang eines NAND-Gliedes 152 verbunden, das wiederum mit einem NAND-Glied 120
verbunden ist, dessen Ausgang das Signal LSAMOUT erscheint auf der Leitung 62 das Sägezahnsignal in Form
des Signals FMOD in Fig.9. Die mit der Leitung
verbundenen Komparatoren 146 und 148 erzeugen Ausgangsimpulse, wenn das Sägezahnsignal den höchsten
Wert erreicht Der mit der Leitung 114 verbundene Komparator 146 schaltet den FET-Schalter 108 jeweils
am Ende eines Sägezahnsignals aus. Wenn kein Sägezahnsignal vorliegt, hält der Komparator 146 den
FET-Schalter 108 dauernd im durchgeschalteten Zu
abgibt, das den Schalter 104 (F i g. 5) betätigt Das Glied « «and. Der Komparator 148 erzeugt im wesentlichen das
gleiche Ausgangssignal wie der Komparator 146, und das Ausgangssignal vom Komparator 148 auf der
Leitung 150 wird einem NAND-Glied 152 zugeführt, um die Schalter 104 und 102 synchron mit dem Sägezahnsignal
zu betätigen. Jeweils am Ende der Sägezahnperiode führen die Leitungen LSAMFTund LSAMOLTden
niedrigen Signalpegel und bewirken eine Abtastung und Speicherung des momentanen Gruppenlaufzeitwertes
120 erhält auch ein Signal LOSCEN von einem NAND-Glied 126 über einen Umkehrverstärker !28.
Wenn das Signal HMOD den unteren Signalpegel und das Signal LOSCENden oberen Signalpegel hat, hat das
Signal LSAMOl/T den unteren Signalpegel und somit
ist während des Betriebs des Wobbelgenerator der Schalter 104 stets geschlossen. Das Signal auf der
Leitung 114 bewirkt auch, daß der FET-Schalter 108
ε.Ίη Kondensator 106. Wenn der Schaher 104 wieder
öffnet und die Leitung LSAMOUT den oberen Pegelwert annimmt, schließt der Schalter 108 wieder
und führt den Wert am Kondensator 106 dem Ausgang und damit dem Sichtgerät zu.
Wie bereits erwähnt wurde, wird die Rückführung des Signals des Eichoszillators 50 ausgelöst und der Schalter
52 geschlossen, um die Verstärkung des Diskriminators 28 zu eichen. Da sehr langsame Abtastvorgänge sich
über mehrere Sekunden oder sogar Minuten erstrecken können, ist es wünschenswert, den Diskriminator in
solchen Fällen mehrere Male zu eichen. Die Eichung soll etwa einmal pro Sekunde erfolgen, und es ist daher ein
Oszillator 133 mit einer Periode von einer Sekunde in der SteuTlogik 48 gemäß Fig.6 vorgesehen. Der
Oszillator 133 wird durch das NAND-Glied 126, den Umkehrverstärker 128 und zugeordnete Baugruppen
gebildet. Wenn mehr als eine Sekunde vergangen ist, erzeugt der Oszillator 133 einen LOSC£N-Impuls mit
einer Dauer von etwa iö ms und eine Periode von einer
Sekunde. Der Signalverlauf ergibt sich aus dem rechten Teil in Fig.9,dessen Zeitskala im Vergleich zum linken
Teil der Fig.9 gedehnt ist Dieser gleiche Impuls
gelangt durch einen Widerstand 168 und «inen Kondensator 170, so daß auf der Leitung LSAMOUT
der obere Signalpegel erscheint und das Eichsignal nicht s am Ausgang für Gruppenlaufsignale auftritt
Tabellarische Legrnde zu den F i g. 6 bis ü:
DBT: Anzeige-Ausblendimpuls,
PL: Signal zum Abheben des Schreibstiftes
eines Aufzeichnungsgerätes,
LSAMFT: unterer Logikpegel: Ausgang des Differenziergliedes
38 wird abgetastet,
LOSCEN: unterer Logikpegel: Oszillator 50 stellt
Frequenzdiskriminatoren auf Null,
LSAMFB: unterer Logikpegel: Abtastung der Rückkopplungsspannung (bei 52 in F i g. 1) für die Frequenzdiskriminatoren,
LSAMFB: unterer Logikpegel: Abtastung der Rückkopplungsspannung (bei 52 in F i g. 1) für die Frequenzdiskriminatoren,
FMOD: lineares frequenzmoduliertes Sägezahnsignal zur Steuerung des Wobbelgenera-
HSAMOUT: oberer Logikpegel: Abtast-Ausgangssignal.
Hierzu 8 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Verfahren zum Messen der Gruppenlaufzeit j eines zu untersuchenden elektrischen Vierpols,
bei welchem
— ein bezüglich der Frequenz gewobbehes Prüfsignal
für einen den Vierpol enthaltenden Meß- ■■;
kanal erzeugt wird, ,
— aus dem Prüfsignal für einen Vergleichskanal ein Referenzsignal abgezweigt wird, das gleich
dem Prüfsignal ist, und
— ein der Gruppenlaufzeit entsprechendes Ausgangssignal
erhalten wird aus der Messung der Frequenzdifferenz von Signalen, die von dem Prüfsignal und dem Referenzsignal abgeleitet
sind,
dadurch gekennzeichnet, daß >o
— aiisdem Ausgangssignal/V2) des Vierpols (14)
und dem Ausgangssignai/(15) ein erstes Hilfssignal (Vjr) erzeugt wird! das repräsentativ für
die Frequenzdifferenz [AF) ist, die sich zwischen dem Ausgangssignal des Meßkanals und dem ;.
Ausgangssignal des Vergleichskanals infolge unterschiedlicher Laufzeiten des Vierpols einstellt.
— ein zweites Hilfssignal (Va) erzeugt wird, welches
repräsentativ für die Steigung (λ) des Fre- , quenzverlaufs der Prüf- und der Referenzsignale
ist und
— von den ersten und zvsiten Hilfssignalen ein für
den Quctienteii {~5—) repräsentatives Signal
(V1J) als Maß für die Gruppenlaufzeit (Id) des zu
untersuchenden Vierpols abgeleitet und angezeigt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- ,<i
zeichnet, daß
das Ausgangssignal (V2) von dem zu untersuchenden
Viernol M41 crv..,je das Ausgangssignal
(13) vom VersieichskanaHi (15) auf die gleiche
Zwischenfrequenz mittels eines dritten Hilfssignals (V4) umgesetzt werden, welches einen
konstanten Frequenzabstand vom Augenblickswert der Frequenz der Prüf- und der Referenzsignale
hat ,η ein viertes Hilfssignal (34) erzeugt wird, welches
repräsentativ für die Frequenz (&>/r— λ ■ tejdes
auf die Zwischenfrequenz umgesetzten Referenzsignals ist,
ein fünftes Hilfssignal (36) erzeugt wird, welches =,5 repräsentativ für die Frequenz (coir—a ■ tr)des
auf die Zwischenfrequenz umgesetzten Ausgangssignals von dem zu untersuchenden Vierpol
(14) ist und
das erste Hilfssignal (Vjr) von der Differenz Oo
zwischen den vierten und fünften Hilfssignalen abgeleitet wird.
3. Schaltungsanordnung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Wobbelfrequenz-Generator,
welches das bezüglich der Frequenz gewobbelte Prüfsignal an den zu untersuchenden
Vierpol abgibt, dadurch gekennzeichnet,
— eine Frequenzmeßeinrichtung (16 bis 36) mit dem Ausgang des zu untersuchenden Vierpols
(14) zur Aufnahme von dessen Ausgangssignal und mit dem Wobbelfrequenzgenerator(lO) zur
Aufnahme des bezüglich der Frequenz gewobbelten Referenzsignals (V3) verbunden ist und
das erste Hilfssignal (Vjf) erzeugt, welches
repräsentativ für die Frequenzdirr'erenz (AF)
der Signale an deren Eingängen ist,
— eine Differenzierschaltung (38) mit dem Wobbelfrequenzgenerator verbunden ist und
das zweite für die Steigung (λ) des Frequenzverlaufs des gewobbelten Prüfsignals repräsentative
Hilfssignal (V1) erzeugt, und
— eine Teilerschaltung (40) mit der Frequenzmeßschaltung und der Differenzierschaltung verbunden
ist und das für die Gruppenlaufzeit (to) des zu untersuchenden Vierpols repräsentative
Meßsignal f V,o,lerzeugt.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet.
— daß ein mit dem Wobbelfrequenzgenerator synchronisierter Zwischenfrequenz-Oszillator und
ein mitiUesem und dem Ausgang des zu untersuchenden
Vierpols verbundener erster Mischer vorgesehen sind.
— daß ein zweiter Mischer (16) das Referenzsignal (VZ) aufnimmt und mittels desselben Zwischenfrequenz-Oszillators
(20) auf dieselbe Zwischenfrequenz umsetzt wie das Ausgangssignal (V2) von dem zu untersuchenden Vierpol
(14).
— ein erster Frequenzdiskriminator (28) mit dem ersten Mischer (18) verbunden ist und das fünfte
Hilfssignal (36) erzeugt, welches repräsentativ für die Frequenz des Ausgangssignals von dem
zu untersuchenden Vierpol ist.
— ein zweiter Frequenzdiskriminator (30) mit dem zweiten Mischer (16) verbunden ist und das
vierte Hilfssignal (34) erzeugt, welches repräsentativ für die Frequenz des Referenzsignais
ist und
— eine Schaltung (32) mit den Ausgängen der ersten und zweiten Frequenzdiskriminatoren zur
Abgabe des ersten Hilfssignals (Vjf) verbunden
ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß
— der Wobbelfrequenzgenerator (10) durch einen Sägezahngenerator (60) gesteuert ist. der eine
sägezahnförmige Frequenzmodulation der Prüf- und der Referenzsignale bewirkt,
— ein synchron gesteuertes Tiefpaßfilter (42) zwischen der Differenzierschaltung (38) und der
Teilerschaltung (40) angeschlossen ist und ein für die -Steigung (α) des Frequenzverlaufs des
sägezahnförmigen Prüfsignals repräsentatives Signal erzeugt und
— eine Abtast- und Halteschaltung (44) mit dem
Ausgang der Teilerschaltung verbunden ist und das für die Gruppenlaufzeit repräsentative Signal
zu einem bestimmten Zeitpunkt des Prüfsignals abtastet.
•des Verqlekhskanals"
6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß
— eine Eichsteuerschaltung (48) periodisch ein
Eichbefehlssignal erzeugt,
— eine Eichsignalquelle (50) mit den ersten und zweiten Frequenzdiskriminatoren (28, 30) und
der Eichsteuerschaltung verbunden ist und ein Wechselspannungs-Eichsignal an jeden Frequenzdiskriminator
entsprechend dem Eichbefeiilssignal abgibt und
— eine Integrierschaltung (54) vorgesehen ist, deren
Eingang mit dem Ausgang der Schaltung (32) zur Abgabe des ersten Hilfssignals (Vjf)
verbunden ist und auf das Eichsteuersignal anspricht, und
— ein Ausgang der Integrierschakung mit einem der ersten und zweiten Frequenzdiskriminatoren
(28,30) verbunden ist zur Änderung der Verstärkung dieses einen Frequenzdiskriminators
entsprechend dem Wert eines Gleichspannungssignals von der Schaltung zur Abgabe des ersten Hiifssignais, der durch das
Wechselspannungseichsignal erzeugt ist.
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8281 | Inventor (new situation) |
Free format text: SHARRIT, DAVID D., SANTA ROSA, CALIF., US |
|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8380 | Miscellaneous part iii |
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |