DE2838376A1

DE2838376A1 - Frequenzmessgeraet

Info

Publication number: DE2838376A1
Application number: DE19782838376
Authority: DE
Inventors: Erik Edeling Kristensen; Jorgen Voldby
Original assignee: Radiometer Electronics AS
Current assignee: Radiometer Electronics AS
Priority date: 1977-09-16
Filing date: 1978-09-02
Publication date: 1979-05-10
Also published as: DK140387B; FR2403562A1; DK140387C; JPS5451873A; DK411177A

Description

Patentanwalt O O O Q O Π C

MICHAEL KORN

Dipl. Ing.

•3-

Radiometer Electronics a/s R 15 P 1

Frederxkssundsvej 254

DK-2TOO

DÄNEMARK

Frequenzmeßgerät

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Messung der Abweichung einer Frequenz von einer Bezugsfrequenz mit einem Zähler für die Bezugsfrequenz, einem Zähler für die Messfrequenz, einem Kurzzeit-Speicher zur Aufnahme des Ergebnisses der jeweils zuvor erfolgten Messung während der laufenden Messung und mit einer Auslese-Einrichtung zum Auslesen des Inhalts des Speichers.

Die GB-PS 1 2β2 447 beschreibt einen Frequenz-Diskriminator, der ausschließlich digital arbeitet und die Abweichung einer Frequenz von einer Bezugsfrequenz erfaßt. Durch Umschalten der Bezugsfrequenz kann man den Meßbereich des Dikriminators ändern. Das bekannte Gerät arbeitet etwa wie folgt:

Die Bezugsfrequenz wird in Form von Zeitgeber-Impulsen in einem Bezugsfrequenz-Zähler gezählt, bis ein bestimmter Zählerinhalt erreicht ist. Beim Erreichen

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D-4000 Düsseldorf 1 · Bahnstraße 62 · Telefon 0211/356338

dieses Punktes werden die Impulse auf einen zweiten Zähler gegeben. Die Bezugsfrequenz ist dabei viel größer als die zu messende Frequenz. Am Ende des Meßvorganges, der als Zeit zwischen zwei negativen Ausschlägen der zu messenden Wellenform angesehen werden kann, ist der Inhalt des zweiten Speichers ein Maß für die zu messende Frequenz. Da aber eine Periodenmessung durchgeführt wurde, muß man den Zählerstand noch durch eine Konstante dividieren, die vom Arbeits- bzw. Meßbereich abhängt, um die relative Frequenzabweichung zu erhalten.

Es ist Aufgabe der Erfindung, den eben erläuterten technischen Nachteil zu überwinden, d.h., es soll die Notwendigkeit in Fortfall kommen, den Wert, der für die Abweichung kennzeicnnend ist, irgendwelchen Rechenoperationen unterziehen zu müssen. Dies wird nach der Erfindung durch die insgesamt im Anspruch beschriebenen technischen Maßnahmen erreicht; die Unteransprüche beschreiben besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung.

Im Folgenden wird die Erfindung unter Hinweis auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 und 2 in Blockdiagramm-Darstellung zwei Ausführungsbeispiele, und

Fig. Z> die zeitlichen Verhältnisse der Steuerspannungen für die Fälle, daß die Meßfrequenz kleiner und größer als die Bezugsfrequenz ist.

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Bei der Schaltung nach Fig. 1 wird die Bezugsfrequenz f ~ dem Bezugsfrequenz-Zähler 1 eingegeben, der dann ausgangssei tig einen Impuls abgibt, wenn er Nf. periodenfeezählt hat, d.h. daß die Meßperiode gleich ist N - Perioden der Bezugsfrequenz. Die Steuerschaltung wird durch einen Impuls auf der Leitung 2 in Betrieb gesetzt und setzt den Bezugsfrequenz-Zähler 1 über eine Leitung 4 zurück; über eine Leitung 5 erfolgt ein neues Startsignal. Gleichzeitig wird der Meßfrequenz-Zähler 6 zurückgestellt und das Zählen der Perioden der zu messenden Frequenz ¥ wird zu derselben Zeit begonnen, zu der der Bezugsfrequenz-Zähler 1 zu zählen beginnt

Das Zählen der Perioden der zu messenden Frequenz wird bis zum Ende der Meßperiode fortgesetzt, bis f,^ ^Wf* wodurch der zweite vorher bestimmte Wert erhalten wird, sodaß die Zählrichtung geändert wird. Da die Zähler 1 und β dieselbe Anzahl von Stufen oder Schritten aufweisen, wird .der zweite vorher bestimmte Wert im Zähler β erhalten, nachdem Nf. Perioden von f gezählt wurden. Dies icLrd auf der Leitung 7 durch ein entsprechendes Signal angezeigt und die Umkehrscha1tung 8 für die Zählrichtung ändert die Richtung des Zählens im Zähler 6. Der Zählerstand im Zähler 6 am Ende der Meßperiode wird in das Register Io über die Leitung 9 eingelesen, und zwar unter der Steuerwirkung der diesbezüglichen Steuerschaltung 5. Vom Register Io wird das Ergebnis in die Anzeige 11 einmal pro Meßperiode eingegeben. Die Anzeigeeinrichtung kann von bekannter Art sein und mehrere Eingänge für die Steuerung der nummerischen Anzeigeelemente aufweisen.

Wie im Anspruch 2 beschrieben ist, kann die Änderung der Zählrichtung, die durch die Schaltung 8 gesteuert

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wird, dazu verwendet werden, an der Anzeigeeinrichtung das Vorzeichen der Frequenzabweichung darzustellen. Dies wird durch die gestrichelten Linien in Pig. I dargestellt; hierbei bedeutet 12 das Vorzeichen Register und 13 die zusätzliche Darstellungsmöglichkeit für das Vorzeichen.

Das in Anspruch 3 beschriebene Merkmal bringt eine Vereinfachung mit sich, x\renn man bestimmen will, wann der zweite vorher bestimmte Wert im Zähler β erreicht wirdj man macht diesen Wert zu Null. Dadurch kann man eine einfache UND-Funktion anwenden und benötigt keinerlei weitere Dekodierung. Ebenso ist der Rückstellwert für den ersten vorher bestimmten Wert einfach, weil die maximale Zählung lediglich ein am wenigsten signifikantes bit ist, welches von der Null-Zählung abgezogen wird. Im praktischen Falle zeigt sich, daß es ebenfalls einfach ist, den Wert Null für die beiden vorher bestimmten Werte zu verwenden.

In Fig. 2 ist ein AusfUhrungsbeispiel gezeigt, auf das sich der Anspruch 4 bezieht; die zeitlichen Verhältnisse der verschiedenen Signale zueinander sind in Fig. 3 dargestellt.

Im Folgenden wird auf dieses Ausfuhrungsbeispiel eingegangen:

Die zwei Zähler 1 und 6 haben die selbe Stufenzahl pro Periode, z.B. lo.ooo; um eine Auflösung von a.% zu erhalten, sollte die Periode loo/a Zählschritte sein. Demnach wird die Zählperiode (loo/a) * t -, wobei t _f die Dauer einer Periode der Bezugsfrequenz

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-A-

ist. Wenn nur der Bezugszähler 1 und der auf und ab zählende Zähler 6 Anwendung finden, kann die Schaltung relative Frequenzabweichungen im Bereich von -99,99·...$ bis + 99*99····$ darstellen, wobei die Anzahl der Dezimalen hinter dem Komma durch die Auflösung bestimmt wird. Durch zusätzliche Aufnahme der Bauelemente nach Anspruch 5» die in Fig. 2 gestrichelt dargestellt sind, kann der Meßbereich vergrößert werden. Jede zusätzliche Dekade des zusätzlichen Zählers 14 vergrößert den Bereich um eine Dekade.

Zum Beginn der Zählperiode werden die Zähler 1 und und die die Zählrichtung bestimmende Steuereinheit zurück gestellt und man beginnt mit dem Zählen. Der aufwärts- und abwärts zählende Zähler 6 beginnt abwärts zu zählen und was dann in der Schaltung geschieht, hängt davon ab, daß der die zu messende Frequenz zählende Zähler 6 den Wert Null erreicht, bevor die Zählperiode beendet ist. Wenn dies nicht der Fall ist, bleibt der aufwärts und abwärts zählende Zähler bei der Zählung N am Ende der Meßperiode stehen, wobei zwischen N und den anderen Variablen folgende Beziehung besteht:

A/ -

N ist ein unmittelbarer Ausdruck der relativen Fre quenzabweichung mit der gewünschten Auflösung. Der Wert von N wird in dem Kurzzeitspeicher Io gespeichert und als negative Zahl dargestellt. Wenn der aufwärts und abwärts zählende Zähler 6 während der Zählperiode durch den Wert Null geht, registriert die die Zählrichtung steuernde Schaltung 8 einen Vorzeichenviechsel; gleichzeitig bewirkt die Schaltung 8 eine Umkehrung der - des auf und ab

[ nachtrSgiioh j

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zählenden Zählers, und zwar nach oben,und nunmehr
beginnen die weiteren Zähler zu zählen. Am Ende der Zählperiode bleiben die Zähler 6 und 14 beim Wert
N stehen, für den die folgende Beziehung gilt:

Wie im vorigen Falle wird das Ergebnis im Zwischenspeicher Io gespeichert; das Vorzeichen des gespeicherten Wertes ist aber positiv.

Wenn das Ergebnis bei Io gespeichert ist, werden die Steuerschaltung 3, die Zähler 1 und 6 und die Schaltung 8 zurückgesetzt und eine neue Meßperiode beginnt. Die Art der digitalen Steuerung der verschiedenen Bausteine der beschriebenen Schaltung ist übrigens für den Fachmann kein Problem und wird deshalb hier nicht beschrieben.

Fig. 3 zeigt die Zeitverhältnisse der Spannungen an den Punkten a in Fig. 2 (siehe oberste Darstellung) und b in Fig. 2 (mittlere und untere Darstellung in Fig. 3· Die Spannung bei a wird nicht durch Änderungen in der zu messenden Frequenz geändert. Die mittlere Kurve zeigt den Fall, bei welchem die zu messende
Frequenz kleiner ist als die Bezugsfrequenz und die untere Kurve in Fig. 3 zeigt den Fall, in welchem
die zu messende Frequenz größer ist als die Bezugsfrequenz. Da die beschriebenen Schaltungen Eingänge sowohl für die Bezugsfrequenz als auch für die zu
messende Frequenz haben, kann man auch relative Abweichungen bezüglich einer beliebigen Frequenz messen.

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Dadurch kann man die beschriebenen Schaltungen z.B. dazu verwenden, die sogenannte Drift von Tonbandgeräten zu messen, wobei man ein vorher mit Aufzeichnung versehenes Sand verwendet, welches dann auf dem zu messenden Gerät gespielt wird. Das Ausgangssignal des Gerätes ist im Falle des Vorliegens einer Drift verschieden von der Bezugsfrequenz und die Langzeitabweichung, das ist die Drift, wird als prozentuale Abweichung von der Bezugsfrequenz nach den üblichen Normen angegeben.

Patentansprüche

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Claims

Patentanwalt ty ρ q Q O Π C

MICHAEL KORN

Dipl. Ing.

Radiometer Electronics a/s R 15 P 1

Frederikssundsvej ^

DK-2700 Br/nsh^j
DÄNEMARK

Patentansprüche

Schaltung zur Messung relativer Frequenzabweichungen eines Signales von einer Bezugsfrequenz mit einem ersten Frequenzzähler für die Bezugsfrequenz, einem zweiten Frequenzzähler für die zu messende Frequenz, einem Zwischenspeicher für die Speicherung der Zählergebnisse vorher gehender Messungen während der jeweils laufenden Messung, und einer Anzeigeeinrichtung zur Anzeige des Inhalts des Zwischenspeichers, wobei die beiden Frequenzzähler die selbe Anzahl von Zählschritten N ef aufweisen und die Meßperiode diejenige Zeit ist, in welcher N - Perioden der Bezugsfrequenz anfallen, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler für die zu messende Frequenz ein aufwärts und abwärts zählender Zähler ist, der zu Beginn einer jeden Meßperiode auf einen ersten vorher bestimmten Wert eingestellt wird und in einer Richtung bis zum Erreichen eines zweiten vorher bestimmten Wertes zählt, und darauf hin die Zählrichtung umkehrt, wobei Schaltmittel vorgesehen sind,

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um den Zählerinhalt des zweiten Zählers in den Zwischenspeicher zu übertragen, wenn der erste Zähler seinen maximalen Zählerstand erreicht hat.
2. Schaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel zur Bestimmung einer Änderung der Zählrichtung des zweiten Zählers und zur Anzeige einer solchen Änderung in Form einer Änderung des Vorzeichens des angezeigten Wertes.

3- Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste vorher bestimmte Wert im zweiten Frequenzzähler entweder dessen maximaler Zählerstand oder der Wert Null ist, und daß der zweite vorher bestimmte Wert Null ist.

K. Schaltung nach Anspruch 2 und 3» dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Frequenzzähler abwärts zählt und die Darstellung des Vorzeichens positiv ist, wenn der zweite Zähler seine Zählrichtung am Ende der Meßperiode geändert hat.

b· Schaltung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Zählstufen an den zweiten Frequenzzähler angekoppelt sind, um den Meßbereich zu vergrößern, falls die Meßi'requenz größer oder gleich der Bezugsfrequenz ist.

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