DE3336449A1

DE3336449A1 - Phasendifferenzmessgeraet

Info

Publication number: DE3336449A1
Application number: DE19833336449
Authority: DE
Inventors: Mishio Saitama Hayashi
Original assignee: Takeda Riken Industries Co Ltd
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 1982-10-06
Filing date: 1983-10-06
Publication date: 1984-04-12
Also published as: DE3336449C2; US4600994A

Description

3335449

Beschreibung
Phasendifferenzmeßgerät

Die Erfindung betrifft ein Phasendifferenzmeßgerät zum Messen der Phase einer Schaltung, zum Beispiel eines Verstärkers, eines Filters eines Phasenschiebers, einer übertragungsleitung oder dergleichen.

Ein bekanntes Phasenmeßgerät ist folgendermaßen ausgebildet: Ein erstes Signal, welches man erhält, indem man durch die auszumessende Schaltung ein Testsignal hindurchlaufen läßt, und ein zweites Signal, welches dem nicht die Schaltung durchlaufenden Testsignal entspricht, werden als Eingangssignale bereitgestellt und zu Rechtecksignalen geformt. Das eine geformte Ausgangssignal wird in seiner Polarität umgekehrt. Das in seiner Polarität umgekehrte Signal und das. andere geformte Ausgangssignal werden miteinander UND-verknüpft. Das UND-verknüpfte Signal wird einer Pegelumsetzung unterworfen, so daß sein Spitzenwert einen vorbestimmten Wert annehmen kann. Das in seinem Pegel umgesetzte Signal wird auf eine (z.B als Tiefpassfilterschaltung ausgebildete) Glättungsschaltung gegeben, so daß sein Pegel gemittelt wird. Schließlich wird der gemittelte Pegel mit einem Spannungsmesser gemessen. Durch Eichen der Anzeige des Spannungsmessers in Phaseneinheiten erhält man auf dem Spannungsmesser die Phasendifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Signal. Ein derartiger bekannter Phasenmesser ist z.B. "Electron", Seiten 47, 48 vom 10. November 1977 beschrieben.

Das bekannte Phasendifferenzmeßgerät verwendet die Glättungsschaltung, um einen mittleren Pegel zu erhalten, jedoch läßt sich eine gewünschte Meßgenauigkeit nicht erzielen, wenn nicht

die Zeitkonstante der Glättungsschaltung nach Maßgabe der Frequenz des zu messenden Signals (z.B. des Eingangssignals) geändert wird. Es ist also notwendig, Maßnahmen vorzusehen, die es ermöglichen, die Zeitkonstante der Glättungsschaltung nach Maßgabe des Meßfrequenzbereichs umzuschalten. Hierdurch wird der Meßvorgang kompliziert und unübersichtlich. Die Meßgenauigkeit hängt ab von der Genauigkeit in dem Gerät verwendeter Analogschaltungen, beispielsweise des Pegelumsetzers, der Glättungsschaltung oder dergleichen. Um eine Meßgenauigkeit zu erzielen, die besser als 0,1 ist, ist demzufolge eine aufwendige und teure Schaltungsanordnung notwendig. Da die Phasendifferenz als Spannungswert gemessen wird, ist außerdem ein Spannungsmesser erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Phasendifferenzmeßgerät zu schaffen, welches sich trotz geringer Kosten durch eine hohe Meßgenauigkeit und einfache Durchführbarkeit von Messungen auszeichnet. Weiterhin soll ein Phasendifferenzmeßgerät geschaffen werden, bei dem eine hohe Meßgenauigkeit durch Mittelung mehrerer Meßwerte erreicht wird.

Erfindungsgemäß werden zwei Meßsignale, d.h., ein erstes und ein zweites Signal, von einem ersten bzw. einem zweiten Impulsformer in ein erstes bzw. ein zweites Rechtecksignal umgeformt, die über Umschalter auf einen ersten bzw. einen zweiten Eingang einer Zeitintervallmeßschaltung gegeben werden, oder von denen das erste oder das zweite Rechtecksignal auf nur den ersten oder nur den zweiten Eingangsanschluß gegeben wird. Die Zeitintervallmeßschaltung zählt von einem Taktgeber erzeugte Taktimpulse innerhalb desjenigen Zeitintervalls, das zwischen entsprechenden Flanken jedes der Rechtecksignale liegt, die an den ersten und den zweiten Eingangsanschluß gelegt werden. Die Umschalter werden von einer Steuereinrichtung so gesteuert, daß das eine der Rechtecksignale an die Zeitintervallmeßschaltung gelegt wird, und der dann von der Zeitintervallmeßschaltung "ausge-

gebene Zählwert wird auf eine Berechnungseinrichtung gegeben, die die Periodendauer des Eingangssignals berechnet. Weiterhin werden unter Steuerung der Steuereinrichtung das erste und das zweite Rechtecksignal an die Zeitintervallmeßschaltung gegeben, und der von dieser abgegebene Zählwert wird auf die Berechnungseinrichtung gegeben, damit diese die Zeitdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Rechtecksignal· und dann die Phasendifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Eingangssignal· aus der errechneten Zeitdifferenz und Periodendauer berechnet, woraufhin die auf diese Weise erhaltene Phasendifferenz auf einer Anzeigevorrichtung zur Anzeige gebracht wird.

Liegen die beiden Eingangs-Rechtecksignaie enger zusammen al·s vorgesehen, so zählt die ZeitinterVa^meBscha^ung die Taktimpuise während einer Zeitspanne, die der Summe der Zeitdifferenz zwischen den Rechtecksignaien und einer Periodendauer dieser .Signale entspricht. Wenn ein derartiges Zählergebnis erhalten wird, erfolgt eine Korrektur in der von der Berechnungseinrichtung durchgeführten Phasendifferenzberechnung.

Die Meßgenauigkeit wird erhöht, indem die oben geschilderte ZeitinterValLmessung mehrere ly^e durchgeführt und die Meßergebnisse gemitteit werden. Um in entsprechender Weise die Genauigkeit der Periodendauermessung zu erhöhen, wird ein gemeinsam an den ersten und den zweiten Eingangsanschluß der Zeitintervallmeßschaltung angel·egtes Rechtecksignal· frequenzgeteiit und dann erst auf die ZeitinterVaiLneB-schalung gegeben. Diese Verbesserung der Meßgenauigkeit durch Mitteiung soll hauptsächlich den Einfluß von Phasenschwankungen (Jitter) des Eingangssignals verringern, durch welche die Meßergebnisse gestreut werden. Liegt die Phasendifferenz in der Nähe von O , so können die Meßwerte entweder sehr klein sein und in der Nähe von 0° liegen, oder sie können sehr groß sein und in der Nähe von.360 liegen.

Würde man also derartige kleine und große Werte addieren und mitteln, so ergäbe sich ein Mittelwert, der stark, von der richtigen Phasendifferenz abweicht. Um dies zu vermeiden, wird der Wertebereich, in welchem die gemessene Zeitdifferenz liegen kann, in vier Zonen unterteilt, und nach Maßgabe der Zone, der das gemessene Zeitintervall angehört, wird die der einen Periode des Eingangssignals entsprechende Zeitdifferenz von der gemessenen Zeitdifferenz subtrahiert, und die sich ergebende Differenz wird verarbeitet, um einen Wert für die gemessene Zeitdifferenz zu erhalten. Wenn die gemessene Zeitdifferenz für eine spezielle Zone erhalten wird, so werden anschließend gemessene Zeitdifferenzen, die den benachbarten Zonen angehören, als zu derselben Zone gehörig angesehen.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Phasendifferenzmeßge-

räts,

Fig. 2 ein Flußdiagramm, das die Arbeitsweise des

in Fig. 1 gezeigten Geräts veranschaulicht, 25

Fig. 3 ein Impulsdiagramm, das das Messen der Periodendauer P eines Signals mit dem in Fig. 1 gezeigten Gerät veranschaulicht,

Fig. 4 . ein Impulsdiagramm, das den Betrieb des in

Fig. 1 gezeigten Geräts beim Messen der Zeitdifferenz Tk verdeutlicht,

Fig. 5 ein Impulsdiagramm, das den Zeitdifferenz-Meßvorgang veranschaulicht, der stattfindet,

wenn die Zeitdifferenz zwischen zwei Signalen

klein ist,

Fig. 6 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Phasendifferenzmeßgeräts/ mit dem die Zeitdifferenz mehrere Male ge

messen wird und die Meßwerte gemittelt werden ,

Fig. 7 ein Flußdiagramm, welches die Arbeitsweise des in Fig. 6 gezeigten Geräts veranschau

licht,

Fig. 8 eine graphische Darstellung, die anhand eines Beispiels die Unterteilung des Bereichs von Werten darstellt, den die Zeitdifferenz

Tk annehmen kann,

Fig. 9 ein Flußdiagramm, das die Vorverarbeitung für die Mittelwertbildung im Schritt S-« in Fig. 7 veranschaulicht,

Fig. 10 ein Flußdiagramm, welches die Endberechnung

im Schritt S„, in Fig. 7 veranschaulicht,

Fig. 11 eine graphische Darstellung, die die grundsätzliche Art und Weise der Unterteilung des. Wertebereichs veranschaulicht, den die Zeitdifferenz Tk einnehmen kann, und

Fig. 12 eine Schaltungsskizze einer logischen

Schaltung einer weiteren Ausführungsform einer Zeitintervallmeßschaltung.

Bei dem in Fig. 1 skizzierten Phasendifferenzmeßgerät sind zwei Eingangsanschlüsse 101a und 101b an Impulsformer 102a bzw. 102b angeschlossen. An den Eingangsanschluß 1O1a wird

z.B. ein Testsignal gelegt, das durch eine (nicht dargestellte) Übertragungsschaltung gelaufen ist, und an den Eingangsanschluß 101b wird von der Eingangsseite der Übertragungsschaltung her das Testsignal· angelegt. Die an die beiden Eingangsanschlüsse 101a und 101b angelegten zu messenden Signale werden durch die Impulsformer 102a bzw. 102b zu Rechtecksignalen geformt. Die Ausgangssignale der Impulsformer 102a und 102b gelangen an feste Kontakte von Betriebsartumschaltern 103a bzw. 103b. An beide feststehenden Kontakte a der Betriebsartumschalter 103a und 103b ist der Ausgang des Impulsformers iO2a für beide Kontakte gemeinsam angeschlossen. Die Ausgangsanschlüsse der Betriebsartumschalter 103a und 103b sind an Eingangsanschlüsse 111 bzw. 112 einer Zeitintervallmeßschaltung 106 angeschlossen. Das Umlegen der Betriebsartumschalter 103a und 103b erfolgt durch eine Steuerung 105 über eine Signalleitung 113. Die Steuerung 105 besteht beispielsweise aus einem Mikrocomputer, in dem ein Zwischenspeicher vorhanden ist. Die Betriebsartumschalter 103a und 103b sind zweckmäßigerweise elektronische Schalter, beispielsweise FETs, Bipolartransistoren oder dergleichen.

Werden die Betriebsartumschalter 103a und 103b auf den feststehenden Kontakten a gehalten, befindet sich das Gerät in einer Betriebsart "Periodendauermessung", werden sie auf den feststehenden Kontakten b gehalten, befindet sich das Gerät in der Betriebsart "Zeitdifferenzmessung¹¹, in der die Zeitdifferenz zwischen zwei Signalen gemessen wird. Das heißt: Die Zeitintervallmeßschaltung 106 mißt in Form von Taktimpulsen die Periodendauer P des an den Eingangsanschluß 101a gelegten Eingangssignals, und sie mißt weiterhin in ähnlicher Weise in Form einer Anzahl von Taktimpulsen eine Zeitdifferenz Tk - beispielsweise in bezug auf die Signal-Vorderflanken - zwischen den den Eingangsan-Schlüssen 101a und 101b zugeführten beiden Eingangssignalen. Die Meßergebnisse werden unter Steuerung durch die Steuer-

einrichtung 105 zu einer arithmetischen Einheit 107 übertragen. Die arithmetische Einheit 107 berechnet aus den gemessenen Impulszahlen die Periodendauer P und die Zeitdifferenz Tk und berechnet dann aus den Berechnungsergebnissen eine

5Phasendifferenz zwischen den beiden Eingangssignalen. Die auf diese Weise ermittelte Phasendifferenz wird unter Steuerung durch die Steuereinrichtung 105 über eine Signalleitung 115 auf eine Anzeige 108 gegeben, auf der der Phasendifferenzwinkel digital angezeigt wird. Ein Betätigungsteil 109 stellt ein Eingabeteil für die Steuerung 105 dar.

Die Zeitintervallmeßschaltung 106 kann beispielsweise aus zwei flankengetriggerten D-Flipflops 201 und 202, einem UND-Glied 203 und einem Zähler 204 bestehen. Die Trigger-

15eingänge T der beiden D-Flipflops 201 und 202 sind an die Eingangsanschlüsse 111 bzw. 112 der Zeitintervallmeßschaltung 106 angeschlossen. Das eine D-Flipflop 201 empfängt an seinem Dateneingang D einen logischen Η-Pegel, sein Ausgangsanschluß Q ist an einen Eingang des UND-Glieds 203 und den Dateneingang D des anderen D-Flipflops 202 angeschlossen, dessen Ausgang Q an den anderen Eingang des UND-Glieds 203 angeschlossen ist. An einen weiteren Eingang des UND-Glieds 203 ist ein Taktgeber 205 angeschlossen. Der Ausgang des UND-Glieds 203 liegt am Takteingang des Zählers 204. Die Steuerung 105 vermag an einen Rücksetzeingang R jedes der beiden D-Flipflops 201 und 202 und des Zählers 204 über eine Signalleitung 116 ein Rücksetzsignal zu geben. Der Zählerstand des Zählers 106 wird als Ausgangssignal der Zeitintervallmeßschaltung 106 an die arithmetische Einheit

30107 gegeben. ·

Die Arbeitsweise des in Fig. 1 dargestellten Phasenmeßgeräts ist in Fig. 2 veranschaulicht. Nach der In-Betrieb-Nahme des Geräts werden die Umschalter 103a und 103b an die festste-35henden Kontakte a gelegt, um das Gerät auf die Betriebsart "Periodendauermessung" einzustellen. Dies erfolgt im Schritt

1S... Im Schritt S„ wird ein Signal 301 (s. Fig. 3A) auf die Signalleitung 116 gegeben, welches die Flipflops 201 und sowie den Zähler 204 zurücksetzt. Hierdurch fällt im Zeitpunkt T₁ des Anlegens des Rücksetzsignals das Ausgangssignal am Ausgang Q des Flipflops 201 auf einen logischen L-Pegel ab, wie in Fig. 3C bei 303 gezeigt ist, wohingegen das Ausgangssignal· am Ausgang Q des Flipf-lops 202 auf den logischen Η-Pegel ansteigt, wie in Fig. 3D bei 304 gezeigt ist. In diesem Zustand wird von dem Impulsformer 102a an die Ein-

10gangsanschlüsse 111 und 112 der Zeitintervallmeßschaltung 106 ein Rechtecksignal 302 (s. Fig. 3B) gegeben. Durch die erste Vorderflanke des Rechtecksignals 302 (im Zeitpunkt T_) werden beide Flipflops 201 und 202 getriggert, und in das Flipflop 201 wird der logische Pegel H eingegeben, so daß am Ausgang Q ein Signal mit dem logischen Pegel H erscheint. Zu diesem Zeitpunkt wird der logische Pegel L am Ausgang Q des Flipflops 201 in das andere Flipflop 202 eingelesen, so daß das Ausgangssignal 304 an dessen Ausgang Q auf logischem Pegel H bleibt, wie in Fig. 3D gezeigt ist. Demzufolge gelangt der logische Pegel H an die beiden Eingänge des UND-Glieds 203, so daß die (in Fig. 3E gezeigten) Taktimpulse 305 von dem Taktgeber 205 durch das UND-Glied hindurchlaufen können und die durchgelaufenen Taktimpulse 305 von dem Zähler 204 gezählt werden. In Fig. 3F kennzeichnet das Bezugszeichen 306 diejenigen Taktimpulse, die das UND-Glied 203 durchlaufen haben. Wenn das Rechtecksignal 302 das nächstemal ansteigt, was gemäß Fig. 3B im Zeitpunkt t^ geschieht, werden die Flipflops 201 und 202 durch das Ansteigen des Rechtecksignals 302 getriggert. Nun bleibt das Aus-

30gangssignal des Flipflops 201 auf logischem Η-Pegel, wie in Fig. 3C gezeigt ist, jedoch wird das logische Ausgangssignal H des Flipflops 201 in das Flipflop 202 eingelesen, so daß das Ausgangssignal 304 an dessen Ausgang Q logischen L-Pegel annimmt. Als Folge davon verhindert das UND-Glied 203 das Durchlauf en von Taktimpulsen 305 im Zeitpunkt t-,. Dieser Vorgang entspricht der Periodenmessung im Schritt S₃ in Fig.

2. Der auf diese Weise im Zähler 204 erhaltene Zählwert n.. wird im Schritt S₄ an die arithmetische Einheit 107 gegeben, wo aus dem Zählwert n.. die Periodendauer P berechnet wird. Bezeichnet man die Periodendauer des Eingangssignals mit P und die Periodendauer der Taktimpulse 305 mit T_, so beträgt die Periodendauer P = n., * T . Die berechnete Periodendauer P wird in einem Bereich 118 eines Speichers 117 der arithmetischen Einheit 107 gespeichert.

Im nächsten Schritt S₅ werden die Betriebsartumschalter 103a und 103b auf die festen Kontakte b gelegt, damit das Gerät auf die Betriebsart "Zeitdifferenzmessung" eingestellt wird. Es werden Signale 401 und 402 unterschiedlicher Phasen, wie sie z.B. in den Figuren 4B und 4C gezeigt sind, von den Im-

15pulsformern 102a und 102b an die Triggereingänge T der Flipflops 201 bzw. 202 gegeben. Im Schritt S_g legt die Steuerung 105 das Rücksetzsignal 301 (Fig. 4A) an die Flipflops 201 und 202 sowie den Zähler 204, um diese zurückzusetzen. Demzufolge ändern sich die Pegel der Ausgangssignale an den Aus-

20gangen Q des Flipflops 201 und Q des Flipflops 202 und nehmen den logischen L- bzw. den logischen Η-Pegel an. Dies geschieht im Zeitpunkt t₁, wenn das Rücksetzsignal 301 wie im Fall gemäß Fig. 3 ansteigt. Dieser Vorgang ist in den Fig. 4D und 4E veranschaulicht. Wenn in diesem Zustand das an

25den Triggereingang T des Flipflops 201 angelegte Signal 401 auf Η-Pegel ansteigt, wird das Flipflop 201 dann, d.h. im Zeitpunkt t₂, getriggert, und das Ausgangssignal 303 an seinem Ausgang Q nimmt logischen Η-Pegel an, wie in Fig. 4D gezeigt ist. Wenn anschließend im Zeitpunkt t^ das Signal 402

30am Triggereingang T des Flipflops 202 ansteigt, wird in das Flipflop 202 der Η-Pegel des Ausgangssignals des Flipflops 201 eingegeben, so daß sich das Ausgangssignal 304 am Ausgang Q des Flipflops 202 ändert und den logischen L-Pegel annimmt, wie in Fig. 4E gezeigt ist.

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Das UND-Glied 203 wird also für einen Zeitraum geöffnet, der

der Zeitdifferenz Tk zwischen den zwei Signalen 401 und 402 entspricht. Während dieses Zeitraumes läßt das UND-Glied in Fig. 4F gezeigte Taktimpulse durch. In Fig. 4G kennzeichnet das Bezugszeichen 403 diejenigen Taktimpulse, die durch das 5UND-Glied 203 hindurchgelaufen sind. Der Zähler 204 zählt diese Taktimpulse 403. Dieser Vorgang entspricht der Zeitdifferenzmessung im Schritt S₇. Im Schritt Sg wird der Zählerstand n~ des Zählers 204 an die arithmetische Einheit 207 übertragen, wo das Zeitintervall Tk nach der Formel Tk =

10n„ · T berechnet wird. Darüber hinaus entscheidet die arithmetische Einheit 107 im Schritt S„, ob die Zeitdifferenz Tk gleich oder kleiner ist als P/2 oder nicht. Falls ja, fährt die arithmetische Einheit 107 mit dem Schritt S^₀ fort, in welchem eine Phasendifferenz θ aus der zuvor erhaltenen Zeit-

15periode P und der anschließend erhaltenen Zeitdifferenz Tk erhalten wird. Die Phasendifferenz θ berechnet sich durch folgende Gleichung (1):

θ = - -~- χ 360° (1)

Wenn sich andererseits die Zeitdifferenz Tk im Schritt Sg größer als P/2 erweist, fährt die arithmetische Einheit 107 25mit dem Schritt S₁₁ fort, in welchem die Phasendifferenz θ nach folgender Gleichtung (2) berechnet wird:

Θ= χ 360° (2)

Die in den Schritten S₁₁ und S..„ erhaltenen Rechenergebnisse werden im Schritt S₁₂ auf der Anzeige 108 dargestellt, bei der es sich z.B. um einen Bildschirm oder einen Drucker han-35delt.

Ist die Zeitdifferenz Tk zwischen den zwei Rechtecksignalen 401 und 402 zu klein, so besteht die Möglichkeit, daß das Ausgangssignal 304 des Flipflops 202 durch die Vorderflanke des Rechtecksignals 402 (im Zeitpunkt t₃) unmittelbar anschließend an die Vorderflanke des Rechtecksignals 401 (im Zeitpunkt t~), durch die das Ausgangssignal 303 des Flipflops 201 geändert wurde, nicht invertiert werden kann. In diesem Fall wird das Ausgangssignal 304 des Flipflops 202 durch die Vorderflanke des Rechtecksignals 402 in der nächsten Periode (im Zeitpunkt t₄) invertiert. Dies bedeutet: die gemessene Zeitdifferenz Tk ist langer als die tatsächliche Zeitdifferenz Tk¹, und zwar um eine Periodendauer P der Eingangssignale 401 und 402. Dementsprechend ist im Schritt

S_n die Zeitdifferenz Tk größer als P/2, und durch die Bey

15rechnung gemäß der Gleichung (2) wird der Meßwert korrigiert,

Tk ο so daß man die wahre Phasendifferenz - —— χ 360 erhält.

Die Zeitdifferenz Tk wird zwischen den beiden Eingangssignalen gemessen, nachdem diese in der beschriebenen Weise zu Rechtecksignalen geformt wurden. Phasen- und AmplitudenSchwankungen sowie Wellenformverzerrungen der Eingangssignale und ein während der Impulsformung auftretender Triggerfehler verursachen Schwankungen der Anstiegszeitpunkte der Rechtecksignale, wodurch Jitter entsteht. Folglich erhält die nur durch eine einzige Messung erhaltene Zeitdifferenz Tk einen Fehler. Dieser Fehler läßt sich verringern, indem die Messung mehrere Male wiederholt wird und die einzelnen Meßwerte ge-

M mittelt werden. Führt man die Messung 10 mal durch, steigt

/ M die Meßgenauigkeit um den Wert V10 . Andererseits läßt sich die Meßgenauigkeit der Periodendauer P erhöhen, indem man das Rechtecksignal in seiner Frequenz teilt und die Periodendauer der frequenzgeteilten Signale mißt. Wählt man die Frequenzteilungszahl zu 10 , steigt die Meßgenauigkeit der Periodendauer um 10 .

Fig. 6, in der gleiche Teile wie in Fig. 1 mit gleichen Be-

zugszeichen versehen sind, zeigt eine Anordnung, mit der die Meßgenauigkeit dadurch erhöht wird, daß die Messung mehrere Male durchgeführt wird. Der Ausgang des Impulsformers 102a ist an den Eingang eines Frequenzteilers 104 angeschlossen, dessen Ausgang an den festen Kontakten a der Betriebsartumschalter 103a und 103b liegt. Bei diesem Gerät wird eine Steuerungsarithmetikeinheit 1.19, die aus einem mit einem Zwischenspeicher versehenen Mikrocomputer besteht, sowohl als die Steuerung 105 als auch als die arithmetische 10Einheit 107 verwendet. Die Frequenzteilungszahl 10 des Frequenzteilers 104 kann von der Steuerungsarithmetik 119 über eine Signalleitung 121 eingestellt werden.

Fig. 7 veranschaulicht die Arbeitsweise des in Fig. 6 gezeigten Geräts. Im Schritt S₁ wird die Eingabevorrichtung 109 so betätigt, daß in die Steuerungsarithmetik 119 die gewünschte Meßgenauigkeit M eingegeben wird. Im Schritt S2 stellt die Steuerungsarithmetik 119 die Frequenzteilungszahl 10 für den Frequenzteiler 104 nach Maßgabe der einge-

20gebenen Genauigkeit M ein, und gleichzeitig stellt sie die gewünschte Anzahl von Messungen 10 in einem Bereich 122 des Speichers 117 der Steuerungsarithmetik 119 ein. Die Zahl N wird so ausgewählt, daß sie die kleinste natürliche Zahl ist, die der Bedingung -/10^M < 10^N ₇ das heißt M/2 <

25n für eine gegebene Zahl M (M = 1, 2, 3 ...) genügt. Beispielsweise betragen für Werte von M= 1, 2, 3, 4 ... die Werte von N dementsprechend 1, 1, 2, 2, ... . Im Schritt S-, werden die Betriebsartumschalter 103a und 103b an die festen Kontakte a angeschlossen, um die Betriebsart "Perio-

30dendauermessung" einzustellen. Im Schritt S₄ werden die Flipflops 201 und 202 und der Zähler 204 durch das Rücksetzsignal 301 zurückgesetzt. Im Schritt S₅ erfolgt die Periodendauermessung in der gleichen Weise, wie es anhand der Fig. 3 erläutert wurde, jedoch werden im vorliegenden

Fall die Taktimpulse während des Zeitraums 10 P des frequenzgeteilten Ausgangssignals des Frequenzteilers 104 ge-

zählt. Im Schritt Sg wird der Zählerstand n. des Zählers 204 in die Steuerungsarithmetik 119 eingegeben, wo der Zeitraum P entsprechend der Formel 10 · n.. · T_Q berechnet wird, und das berechnete Ergebnis P wird in dem Bereich des Speichers 117 gespeichert.

Im Schritt S₇ werden zur Einstellung der Betriebsart "Zeitdifferenzmessung" die Betriebsartumschalter 103a und 103b an die festen Kontakte b gelegt. Im Schritt Sg wird der Zählwert K eines MeßvorgangsZählers 123 in dem Speicher auf 1 eingestellt. Im Schritt S₉ setzt das Rücksetzsignal die Flipflops 201 und 202 sowie den Zähler 204 zurück. Im Schritt S^₀ wird die Zeitdifferenz Tk zwischen den Ausgangssignalen 401 und 402 der Impulsformer 102a und 102b in Form der Anzahl n₂ von Taktimpulsen gezählt, wie es oben anhand der Figuren 4 und 5 erläutert wurde. Im Schritt S₁₁ wird der Zählerstand n„ aus dem Zähler 204 in die Steuerungsarithmetik 119 eingegeben, in der die Zeitdifferenz Tk durch n₂ · T berechnet wird, woraufhin im Sehr wertbildungs-Vorverarbeitung stattfindet.

T berechnet wird, woraufhin im Schritt S₁₂ eine Mittel-

Werden die gemessenen Zeitdifferenzen Tk direkt einer Mittelwertbildung unterzogen, so können möglicherweise große Fehler auftreten. Wenn nämlich die Phasendifferenz θ in der Nähe von 0° liegt, so nimmt die Zeitdifferenz Tk aufg'rund von Jitter entweder einen kleinen Wert an oder einen Wert, der in der Nähe des Zeitraums P liegt. Werden also in einem solchen Fall die Zeitdifferenzen Tk so, wie sie sind, gemittelt, so erhält man einen Mittelwert von etwa P/2. Obschon die wirkliche Phasendifferenz 0° beträgt, nimmt der Meßwert einen Wert von etwa 180°an. Wenn die Zeitdifferenzen Tk die erwähnten kleinen oder großen Werte annehmen, wird die Zeitdifferenz Tk, die einen großen Wert hat, einer Subtraktion Tk-P unterworfen, und die sich ergebende Differenz wird mit der einen kleinen Wert annehmenden Zeitdifferenz Tk gemittelt, so daß ein korrekter Mittelwert er-

halten wird. Wie in Fig. 5 anschaulich dargestellt ist, wird bei einer geringen Phasendifferenz θ die Zeitdifferenz Tk als ein um eine Periodendauer P verlängerter Wert gemessen. Wenn'ZT- das Zeitintervall zwischen dem Triggern des Flipflops 201 durch die Vorderflanke des Rechtecksignals 401 und dem Ansteigen des Ausgangssignals am Ausgang Q des Flipflops 201 auf dem Pegel-H ist, und T₂ äas Zeitintervall zwischen dem Triggern des Flipflops 202 durch das Ansteigen des dort eingelesenen Rechtecksignals 402 auf den logischen Η-Pegel des Ausgangssignals des Flipflops 201 und dem Abfallen des Ausgangssignals am Ausgang Q auf dem logischen L-Pegel ist, so liegt die gemessene Zeitdifferenz Tk zwischen den Rechtecksignalen 401 und in folgendem Bereich:

T₁ +T₀ i Tk < P + T₁ + V_r

Dieser Bereich wird in vier Zonen unterteilt, und abhängig davon, zu welcher Zone die Zeitdifferenz Tk gehört, wird folgendermaßen vorgegangen: Gemäß Fig. 8 decken die vier Zonen I, II, III und IV den oben angesprochenen Bereich von T₁ +T₂ bis P/2, von P/2 bis 3P/4, von 3P/4 bis P bzw. von

p bis P + T.. +¹^₇ ab. Gehört die gemessene Zeitdifferenz Tk der Zone I an, so wird sie unverändert verwendet. Gehört die gemessene. Zeitdifferenz Tk einer der Zonen II, III und IV an, so wird sie in der Form Tk-P verwendet. Wenn also die gemessene Zeitdifferenz Tk in der Zone IV liegt, korrigiert der oben geschilderte Verarbeitungsvorgang den Wert, den man dadurch erhält, daß die Messung in einem um eine Periodendauer P verlängerten Zeitraum durchgeführt wird. Die den Zonen II und III angehörigen gemessenen Zeitdifferenzen Tk werden entsprechend der Formel Tk-P subtrahiert, so daß sie in negative Werte bezüglich 0 umgesetzt werden. Wenn also die tatsächliche Phasendifferenz θ

in der Nachbarschaft von 0° liegt und die gemessenen Zeitdifferenzen Tk in einem Abschnitt kleiner Werte der Zone I und der Zonen IV und III streuen, so wird ihr Mittelwert ein positiver oder ein negativer kleiner Wert Tk₇ so daß

5man einen korrekten Mittelwert erhält. Auf diese Weise wird das Auftreten eines Fehlers vermieden, der entsteht durch Mittelung von Zeitdifferenzen in der Nähe der Phasendifferenz von 0 .

10Liegt jedoch die Phasendifferenz θ in der Nähe von 180°, so verteilen sich aufgrund von Jitter die gemessenen Zeitdifferenzen Tk über die Zonen I und II. Wenn in einem solchen Fall die Zeitdifferenzen Tk in der Zone I und die Differenzen Tk-P der Zeitdifferenzen Tk in der Zone II durch den oben geschilderten Vorgang gemittelt werden, so liegt der Mittelwert sehr nahe bei dem Wert null, was einen großen Fehler darstellt, da der Mittelwert entsprechend der tatsächlichen Phasendifferenz in der Nähe von P/2 liegen sollte. Um dies zu vermeiden, wird, wenn die als erste nach dem Beginn der

20Messung erhaltene Zeitdifferenz Tk der Zone I angehört, auch eine anschließend erhaltene Zeitdifferenz Tk, die in die Zone II fällt, unverändert verwendet, das heißt, eine solche in die Zone II fallende Zeitdifferenz wird nicht in der Form Tk - P verarbeitet, während dann, wenn die zuerst erhaltene

25gemessene Zeitdifferenz der Zone II angehört, die anschließenden Zeitdifferenzen Tk in der Form Tk-P verwendet werden. In· anderen Worten: Wenn die gemessenen Zeitdifferenzen Tk über die Zonen I und II verteilt sind, werden sie so behandelt, als gehörten sie entweder nur der Zone I oder nur

30der Zone II an, und sie werden entsprechend verarbeitet.

Die Zonen II und III werden aus folgendem Grund nicht zu einer einzigen Zone vereint: Da die Zone IV schmal ist, so werden, wenn die gemessenen Zeitdifferenzen Tk über die Zo-35nen II, IV und I verteilt sind, die zu den Zonen II und I gehörigen Zeitdifferenzen Tk als zu ein und derselben'Zone

gehörig verarbeitet, um Probleme zu lösen, die auftreten, falls die Phasendifferenz in der Nähe von 180° liegt, und dies führt zu einem großen Fehler. Aus diesem Grund ist die Zone III vorgesehen.
5

Eine solche Verarbeitung der gemessenen Zeitdifferenzen Tk erfolgt im Schritt S^₂- Fig. 9 zeigt das Flußdiagramm der der Mittelwertbildung vorgeschalteten Vorverarbeitung. Gemäß Fig. 9 wird im Schritt S₁-, geprüft, ob die Anzahl von Messungen K den Wert 1 hat oder nicht, und ist K = 1, das heißt, wird die erste Messung durchgeführt, so werden Flags A und B auf "0" gesetzt und in einem Speicherbereich 124 des Speichers 117 gespeichert. Dies geschieht im Schritt S₁₄. Im Schritt S₁₅ wird entschieden, welcher der Zonen die gemessene Zeitdifferenz Tk angehört. Ist K nicht 1, das heißt, handelt es sich bei dem Meßdurchgang um den zweiten oder einen späteren Meßdurchgang, so schließt sich direkt der Schritt S₁₅ an. Wenn im Schritt S₁₅ festgestellt wird, daß die gemessene Zeitdifferenz Tk kleiner als P/2 ist, das heißt, der Zone I angehört, so schließt sich der Schritt S_1fi an. Liegt die gemessene Zeitdifferenz Tk in dem Bereich zwischen P/2 und 3P/4, gehört also der Zone II an, so schließt, sich der Schritt S₁₇ an. Beträgt die gemessene Zeitdifferenz Tk mehr als 3P/4, das heißt, gehört sie der Zone III oder IV an, so schließt sich der Schritt S_1Q an.

Im Schritt S₁₆ wird geprüft, ob das Flag A "1" ist oder nicht. Falls nicht, das heißt, wenn bis dahin keine der gemessenen Zeitdifferenzen Tk der Zone II angehört, so wird im Schritt S₁₉- das Flag B auf "1" gesetzt, und es schließt sich der Schritt S₂₀ an. Ist im Schritt S₁₆ das Flag A eine "1", so bedeutet dies, daß mindestens eine der bis dahin gemessenen Zeitdifferenzen Tk der Zone II angehört, und es schließt sich der Schritt S^₈ ^anf bei dem die gemessene Zeitdifferenz Tk der Berechnung Tk-P unterzogen wird, und die sich ergebende Differenz wird als Tk für die Mittel-

Wertbildung herangezogen. Im Schritt S₁₇ wird geprüft, ob das Flag B eine "1" ist oder nicht. Falls nicht, das heißt, wenn keine der bis dahin erhaltenen gemessenen Zeitdifferenzen der Zone I angehört, wird das Flag A im Schritt S^-j auf "1" gesetzt, und es schließt sich der Schritt S^g an, in welchem die gemessene Zeitdifferenz Tk der Berechnung Tk-P unterzogen wird. Das Rechenergebnis wird als Wert Tk für die Mittelwertbildung hergenommen. Wird im Schritt S₁₇ festgestellt, daß das Flag B "1" ist, das heißt, falls bis dahin mindestens einmal eine in die Zone I fallende Zeitdifferenz Tk gemessen wurde, schließt sich der Schritt S2Q an, und die Zeitdifferenz Tk wird nicht der Verarbeitung Tk-P unterworfen, obschon sie der Zone II angehört.

Wird im Schritt S₁₅ festgestellt, daß die gemessene Zeitdifferenz Tk der Zone III oder IV angehört, so erfolgt im Schritt S₁₈ die Berechnung Tk- P, und das berechnete Ergebnis wird als Wert Tk für die Mittelwertbildung hergenommen. Auf diese Weise wird die gemessene Zeitdifferenz Tk oder das durch die Berechnung Tk-P erhaltene Rechenergebnis Tk, das entsprechend der Zone erhalten wird, in der die gemessene Zeitdifferenz Tk fällt, oder entsprechend dem Zustand der vorausgehenden Messung erhalten wird, in dem Bereich 125 des Speichers 117 gespeichert (Schritt S_2Q) Hierdurch wird die Vorverarbeitung der Mittelwertbildung im Schritt S₁^ abgeschlossen.

Es soll nun wieder die Fig. 7 betrachtet werden. Im Schritt S-- wird geprüft, ob die Anzahl von Zeitintervallmessungen 30k den eingestellten Wert 10 erreicht hat oder nicht. Falls nicht, so v/ird im Schritt S₂₃ der Wert K um 1 erhöht, und der Ablauf kehrt zum Schritt S_g zurück, um die Zeitdifferenzmessung zu wiederholen. Hat die Anzahl von Messungen K den

M
angestellten Wert 10 im Schritt S₂₂ erreicht, so schließt sich die endgültige Mittelwertbildung im Schritt S₃₄ an. Das errechnete Ergebnis wird im Schritt S„r auf der Anzeige dar-

gestellt. Die endgültige Mittelwertbildung des Schritts

S₉- ist in Fig. 10 veranschaulicht. Im Schritt S₀₍. werden

M
die 10 gemessenen Zeitdifferenzen Tk, die im Bereich 125

des Speichers 117 gespeichert sind/ aus dem Speicher aus-

gelesei

Formel

gelesen, und es wird ihr Mittelwert T„ durch Berechnen der

10^M

Tk/10^M

berechnet. Im Schritt S₂₇ wird geprüft, ob der Mittelwert T-, negativ ist oder nicht. Falls er negativ ist (in einem solchen Fall gehört der Mittelwert T_M in vielen Fällen der Zone II oder III an), wird im Schritt S₂₈ eine Korrekturberechnung durchgeführt, um den Wert P auf den Mittelwert T„ zu addieren und einen positiven Wert T_M zu erhalten. Dann schließt sich der Schritt S~„ an. Wenn der Mittelwert T,.

29 M

0 oder positiv ist (in vielen Fällen gehört der Mittelwert τ der Zone I oder IV an), schließt sich direkt der Schritt S₂Q an. Im Schritt S₃₉ wird festgestellt, ob der Mittelwert T_M größer oder kleiner als P/2 ist. Ist er gleich oder kleiner P/2, erfolgt im Schritt S₃₀ eine Berechnung -(T../P) χ 360°. Wird im Schritt S₃₉ festgestellt, daß der Mittelwert T_M größer ist als P/2, schließt sich der Schritt S₃₁ an, in welchem die Berechnung £"(P - T_M) /PJ χ 360° durchgeführt wird. Die Rechenergebnisse aus den Schritten S₃₀ und S₃₁ werden im Schritt S₃₅ auf der Anzeige dargestellt. Wenn in diesem Fall das Rechtecksignal 402 dem Rechtecksignal 401 mit einem Phasenwinkel innerhalb von 180° (Fig. 4) nacheilt, so wird die Phasendifferenz θ als -θ dargestellt, eilt das Rechtecksignal 402 dem Rechtecksignal 401 mit einer Phasendifferenz von bis zu 180° vor, so wird die Phasendifferenz als +9 angezeigt.

Während bei der oben beschriebenen Ausführungsform die ge-

messene Zeitdifferenz Tk in dem Bereich 125 bei jeder Zeitintervallmessung in der Mittelwertbildung-Vorverarbeitung im Schritt S₁₂ gespeichert wird, so ist es ebenfalls möglich, ein Verfahren anzuwenden, bei dem in dem Speicher 117 ein erster Meßwert T. gespeichert wird, woraufhin bei der zweiten und den nachfolgenden Messungen die Differenzen zwischen dem ersten Meßwert T. und den anschließenden Meßwerten Tk erhalten und akkumuliert werden. Der akkumulierte Wert wird in dem Speicher 117 als ein Wert 10

I (Tk - T₁)

k=2 '

gespeichert. Im Schritt S₂₍- wird der Mittelwert erhalten durch Berechnen der Formel

10^M

I (Tk
= τ + k—2

'■ '

Bei diesem Verfahren erhält man beim Speichern der Meßzeitdifferenzen zwei Arten von Daten, nämlich T₁ und 2(Tk - T₁ wodurch sich die benötigte Speicherkapazität des Speichers 117 entsprechend reduzieren läßt.

Unterteilt man den Bereich der Werte von Tk in der in Fig.8 gezeigten Weise, so besteht, falls die maximale Schwankungs breite ^J₁ des Jitters innerhalb von P/4, das heißt innerhalb jl· 45 liegt, keine Wahrscheinlichkeit, daß die Genauig keit der gemittelten Zeitdifferenz von fehlerhaften Mittelwertbildungs-Vorverarbeitungen der gemessenen Zeitdifferenzen abträglich beeinflußt wird. Eine solche Unterteilung des Bereichs der Werte von Tk soll einen Fehler durch die Mittelwertbildung vermeiden. Die Breiten der einzelnen Bereiche hängen ab von der maximalen Jitter-Schwankungsbreite

Λ , wie oben ausgeführt wurde. Bezeichnet man die Grenze ^--m

zwischen den Zonen I und II mit T^. und diejenige zwischen den Zonen II und III mit T_g, wie es in Fig. 11 skizziert ist, so können Fälle eintreten, daß die gemessenen Zeitdifferenzen über die Zonen III, I und II verteilt sind, wenn die Summe der Breiten der Zonen I und IV, das heißt T_M, kleiner ist als die maximale Jitter-Schwankungsbreite ^ . Wenn in einem solchen Fall ein zuerst gemessener Wert der Zone II angehört, werden die Werte Tk in den Zonen I und II entsprechend Tk-P umgesetzt, und man erhält große negative Werte, werden hingegen die der Zone III zugehörigen Meßwerte entsprechend der Formel Tk - P umgesetzt, so erhält man kleine negative Werte. Werden diese Werte der Mittelwertbildung unterzogen, so können große Fehler auftreten. Folglich wird die Summe T„ der Breiten der Zonen I und IV so gewählt, daß sie gleich groß ist wie oder größer ist als die maximale Jitter-Schwankungsbreite U .

Wenn in entsprechender Weise die Breite T - T der Zone II kleiner gewählt wird als die maximale Jitter-Schwankungsbreite Δ , so können die gemessenen Werte Tk manchmal über die Zonen I, II und III verteilt sein, und da in diesem Fall die der Zone III angehörigen Werte nicht genauso verarbeitet werden wie die den Zonen I und II angehörigen Meßwerte, ergibt sich ein großer Fehler. Folglich wird die Breite T_g - T der Zone II so gewählt, daß sie genauso groß ist wie oder größer ist als die maximale Jitter-Schwankungsbreite Δ . Wenn weiterhin die Breite der Zone III so gewählt wird, daß die Summe der Breiten der Zonen III und IV kleiner ist als die maximale Jitter-Schwankungsbreite £ , so können in einigen Fällen die Meßwerte Tk auch über die Zonen II, III, IV und I verteilt sein. Die den Zonen II und I angehörigen Meßwerte werden als Werte verarbeitet, die derselben Zone angehören, und diese Meßwerte sowie jene der Zone III angehörigen Meßwerte werden gemittelt, so daß die Gefahr der Entstehung eines großen Fehlers besteht. Folg-

lieh muß die Summe der Breiten der Zonen III und IV so gewählt werden, daß sie so groß ist wie oder größer ist als die maximale Jitter-Schwankungsbreite^ . Angesichts der oben aufgezeigten Umstände werden zum Unterteilen des Wertebereichs von Tk im Hinblick auf eine Maximierung der Jitter-Schwankungsbreiteid die Breiten der Zonen I, II und III so gewählt, daß sie gleich groß sind, wobei die Breite der Zone IV vernachläßigt wird, weil sie sehr klein ist.

In dem oben beschriebenen Äusführungsbeispiel liegt die erhaltene Phasendifferenz θ in einem Bereich von + 1 80 , man kann die Phasendifferenz jedoch auch in einem Bereich von 0° bis 360° erhalten. In einem solchen Fall wird anstelle der Ausführung der Schritte S_g, S._Q und S.. gemäß Fig. 2 eine Berechnung(TK/P) χ 360° durchgeführt, falls P>Tk, und im Fall· von Tk ^ P wird eine Berechnung £(Tk - P) /Pj χ 360 durchgeführt. In entsprechender Weise wird in Fig. 10 anstelle der Schritte S_?q, S-. und S₃₁ eine Berechnung (T„/P) χ 360° durchgeführt. In Fig. 8 kann die Grenze zwischen den Zonen II und III auch bei 2P/3 gewählt werden.

Die Zeitintervallmeßschaltung 106 ist nicht auf die Ausführungsform gemäß Fig. 1 beschränkt, sondern kann z.B. auch die in Fig. 12 skizzierte Ausgestaltung haben. Die Eingänge 111 und 112 sind an einen Eingang eines UND-Glieds 206 bzw. 207 angeschlossen, deren Ausgänge an Eingängen eines ODER-Glieds 208 liegen. Dessen Ausgang ist an einen Triggeranschluß T eines Umschalt-Flipflops 209 angeschlossen. Die Ausgänge Q und Q des Flipflops 209 liegen an den anderen Eingängen der UND-Glieder 206 bzw. 207. Der Ausgang Q des Flipflops 209 ist an einen Eingang eines UND-Glieds 203 angeschlossen, dessen anderer Eingang an einen Taktgeber 205 angeschlossen ist. Die Signalleitung 116 ist an den Rücksetzeingang R des Flipflops 209 angeschlossen.

Nach dem Rücksetzen des Flipflops 209 durch das Rücksetzsignal 301 nimmt das Ausgangssignal am Ausgang Q den 'logi-

_ TO _

sehen Pegel L an, während das Signal am Ausgang Q auf den logischen Η-Pegel ansteigt. Wenn das dem Eingang 111 zugeführte Signal von seinem logischen L-Pegel in seinen logischen Η-Pegel übergeht, wird hierdurch das Flipflop 209 über das UND-Glied 206 und das ODER-Glied 208 getriggert, so daß das Signal am Ausgang Q des Flipflops 209 auf logischen Η-Pegel gebracht wird. Demzufolge wird das UND-Glied 203 geöffnet, so daß es Taktimpulse durchzulassen vermag. Wenn anschließend das dem Eingang 112 zugeführte Signal von L-Pegel auf Η-Pegel übergeht, wird das Flipflop 209 über das UND-Glied 207 und das ODER-Glied 208 getriggert, so daß das Signal am Ausgang Q des Flipflops 209 logischen L-Pegel annimmt und dadurch das UND-Glied 203 schließt. Die Taktimpulse, die durch das UND-Glied 203 gelaufen sind, werden

•J5 in der beschriebenen Weise von dem Zähler 204 gezählt.

Während gemäß obiger Beschreibung von der Zeitintervallmeßschaltung 106 das Zeitintervall zwischen den Anstiegsflanken der Eingangssignale an den Eingängen 111 und 112 in Form der Anzahl von Taktimpulsen gezählt wird, so ist es darüber hinaus auch möglich, das Zeitintervall zwischen den Rückflanken der Eingangssignale in Form von Taktimpulsen zu messen.

Mit dem oben beschriebenen Phasenmeßgerät läßt sich auch in einfacher Weise ein Tastverhältnis messen. Hierzu sind z.B. gemäß Fig. 6 Kontakte c an den beiden Betriebsartumschaltern 103a und 103b vorgesehen. Werden die Umschalter auf die festen Kontakte c gelegt, so wird hierdurch eine Betriebsart "Tastverhältnismessung" eingestellt. Der Ausgang des Impulsformers 102a liegt direkt am Kontakt c des Schalters 103a, während er über einen Negator 126 am Kontakt c des Schalters 103b liegt. Bei Einstellung auf die Betriebsart "Tastverhaltnismessung" zählt also die Zeitintervallmeßschaltung 106 diejenigen Taktimpulse, die während der Impulszeit, das heißt des Zeitraums des logischen Pegels H des Rechtecksignals 401 auftreten. Zum Erhalt dieses Zähl-

wertes werden die in den Figuren 7, 9 und 10 dargestellten Schritte durchgeführt, und wie durch eine gestrichelte Linie dort dargestellt ist, schließt sich an den Schritt S₂T bzw. S₉j> ein Schritt S^-an, in welchem die Berechnung

(T-./P) χ 100 durchgeführt wird. Anschließend wird das Rechenergebnis als Tastverhältnis auf der Anzeige 108 dargestellt.

Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, werden erfin-

dungsgemäß die Periodendauer P und die Zeitdifferenz Tk der zu messenden Signale jeweils in Form einer Anzahl von Taktimpulsen durch die Zeitintervallmeßschaltung 106 gemessen, und unter Zugrundelegung dieser gemessenen Werte wird die
Phasendifferenz θ gemessen. Die Meßgenauigkeit läßt sich

also verbessern durch Erhöhen der Taktimpulsfrequenz. Da
kein Analogfilter oder dergleichen verwendet wird, läßt
sich mit einer einfachen Schaltung eine hohe Meßgenauigkeit erzielen. Außerdem ist das Gerät einfach zu bedienen, da
keine Zeitkonstantenumschaltung nach Maßgabe des auszumessenden Frequenzbereichs erfolgen muß. Außerdem läßt sich die
Meßgenauigkeit dadurch erhöhen, daß mehrere Messungen durchgeführt und die Meßwerte dann gemittelt werden. In einem
solchen Fall kann das Auftreten großer Fehler durch Jitter vermieden werden, indem eine Vorbehandlung für die Mittelwertbildung vorgesehen wird. Darüber hinaus gestattet das erfindungsgemäße Gerät die Phasendifferenzmessung ohne ein Spannungsmeßgerät._

Claims

Patentansprüche

1 J Phasendifferenzmeßgerat/ in dem ein erstes und ein zweites Eingangssignal der gleichen Frequenz durch einen ersten bzw. einen zweiten Impulsformer zu Rechtecksignalen geformt werden, die Phasendifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Signal unter Heranziehung der Rechtecksignale gemessen und das Meßergebnis auf einer Anzeigevorrichtung dargestellt wird, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

Ein Taktgeber (205) erzeugt Taktimpulse (305),

eine Zeitintervallmeßschaltung (106), die mit einem ersten und einem zweiten Eingang (111, 112) ausgestattet und an den Taktgeber (205) angeschlossen ist, zählt die von dem Taktgeber abgegebenen Taktimpulse innerhalb eines Zeitintervalls, welches zwischen entsprechenden Flanken der beiden an den ersten (111) und den zweiten ti 12) Eingang gelegten Rechtecksignale (401, 402) liegt,

eine Umschalteinrichtung (103a, 103b) schaltet in einem ersten

P.adedcestmOo 43 8PC0 München 60 Tololon (CS?) 833603/8836Ci Telex 5212311 Telegramms Petentconsult

Sonnenberger Straße 43 «HO Wiesbaden Te'oton (ΠόϊΊ) 562943/561993 Telex 4136237 Telogrammo Patentconsult

Tciclax (CCITr ?) Wiesbicien u.irl München (HS¹?) f.;-44i:3 Attention Patentconsult

Schaltzustand einen der Impulsformer (102a, 102b) mit seinem Ausgang an sowohl den ersten als auch den zweiten Eingang (111, 112) der Zeitintervallmeßschaltung (106), und sie schaltet in einem zweiten Schaltzustand die Ausgänge des ersten und des zweiten Impulsformers (102a, 102b) an den ersten bzw. den zweiten Eingang (111, 112) der Zeitintervallmeßschaltung (106) ,

eine Berechnungseinrichtung (107; 119) berechnet aus den von der Zeitintervallmeßschaltung (106) im ersten Schaltzustand der Umschalteinrichtung (103a, 103b) erhaltenen Zählwerten die Periodendauer des ersten und des zweiten Eingangssignals, und sie berechnet im zweiten Schaltzustand der Umschalteinrichtung (103a, 103b) die Zeitdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Signal aus dem von der Zeitmeßschaltung (106) erhaltenen Zählwert, und sie berechnet außerdem aus der so erhaltenen Periodendauer und Zeitdifferenz die Phasendifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Signal,

eine an die Berechnungseinrichtung (107; 119) angeschlossene Anzeige (108) dient zum Anzeigen der durch die Berechnungseinrichtung ermittelten Phasendifferenz, und

eine Steuerung (105; 119) dient zum Steuern der Umschalteinrichtung (103a, 103b), zum Steuern der Zeitintervallmeßschaltung (106), zum Befehlen der Eingabe des Zählwerts der Zeitintervallmeßschaltung in die Berechnungseinrichtung (107, 119), zum Veranlassen, daß die Berechnungseinrichtung mit den Berechnungen beginnt, und zum Befehlen, daß die Rechenergebnisse an die Anzeige (108) gegeben werden.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen den Ausgang eines der beiden Impulsformer (102a) ein Frequenzteiler (104) geschaltet ist, daß der Ausgang des Frequenzteilers (104) in dem ersten Schaltzustand sowohl an den ersten als auch an den zweiten

Eingang (111, 112) angeschlossen ist, daß die Steuerung (105) eine Einrichtung enthält, die veranlaßt, daß die Zeitdifferenz mehrere Male durchgeführt wird, und daß die Berechnungseinrichtung eine Einrichtung aufweist, die die durch mehrmalige Zeitdifferenzmessung erhaltenen Meßwerte mittelt.
3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeichnet , daß der Wertebereichf bis P +¹T, in welchem die gemessene Zeitdifferenz liegen kann, in eine erste Zone X bis T_M, eine zweite Zone T bis T_g, eine dritte Zone T_g bis P und eine vierte Zone P bis P + ¹T" unterteilt wird, wobei P die Periodendauer des Eingangssignals ist, daß die Summe der ersten und der vierten Zone und die Summe der zweiten, der dritten und der vierten Zone jeweils größer gewählt werden als eine maximale Phasenschwankung ^ des Eingangssignals, und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, mit der, wenn eine Zeitdifferenz Tk der zweiten, der dritten oder der vierten Zone angehört, der Wert Tk -P als gemessene Zeitdifferenz verarbeitet wird, mit der, wenn als erstes eine der ersten Zone zugehörige Zeitdifferenz Tk gemessen wird, eine anschließend gemessene Zeitdifferenz Tk, die der zweiten Zone zugehört, ohne Umwandlung in Tk - P verarbeitet wird, und mit der, wenn zuerst eine der zweiten Zone zugehörige Zeitdifferenz Tk gemessen wird, eine anschließend erhaltene gemessene Zeitdifferenz Tk,_die der ersten Zone zugehört, als Wert Tk-P verarbeitet wird.
4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß T_M = P/2.
5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß T_g = 3/4P.
6. Gerät nach Anspruch 4, dadurch g e k e η ri -

zeichnet, daß T₀ = 2/3P.
7. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die die Periodendauer P auf T addiert, wenn die gemittelte Zeitdifferenz T„ negativ ist.
8. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Frequenzteiler (104) als ver- anderlicher Frequenzteiler ausgebildet ist, dessen Frequenzteilungsverhältnis durch die Steuerung (105; 119) einstellbar ist, daß eine Eingabeeinrichtung (109) zum Eingeben der Meßgenauigkeit in die Steuerung (105, 119) vorgesehen ist, daß eine Einrichtung vorgesehen ist zum Einstellen des Frequenzteilungsverhältnisses des Frequenzteilers (104) nach Maßgabe der eingegebenen Meßgenauigkeit, und daß die Anzahl von Zeitdifferenzmessungen auf einen Wert einstellbar ist, welcher der eingegebenen Meßgenauigkeit entspricht.
9. Gerät nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (117) zum Speichern eines Anfangswerts Tk₁ der Zeitdifferenzmessung, eine Einrichtung (119) zum Akkumulieren der Differenzen zwischen dem gespeicherten Anfangswert und anschließend gemessenen Zeitdifferenzwerten, und eine Einrichtung zum Berechnen des Mittelwerts Tj. der gemessenen_Zeitdifferenzwerte aus dem akkumulierten Wert und dem Anfangswert.
10. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß an den Ausgang des einen Impulsformers (102a) ein Negator (126) angeschlossen ist, daß die Umschalteinrichtung einen dritten Schaltzustand aufweist, in welchem der Eingang des Negators (126) an den ersten Eingang (111) und der Ausgang des Negators an den zweiten Eingang (112) angeschlossen ist, und daß eine

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Einrichtung (119) vorgesehen ist/ mit der das Tastverhältnis des Eingangssignals aus dem bei Einstellung des dritten Schaltzustands erhaltenen Mittelwert und dem gemessenen Periodendauerwert errechenbar ist.
11. Gerät nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 8 und 10/ dadurch gekennzeichnet , daß die Zeitintervallmeßschaltung (106) ein durch die Flanke des an den ersten Eingang (111) gelegten Rechtecksignals getriggertes erstes Flipflop (201), ein durch die Flanke des an den zweiten Eingang (112)gelegten Rechtecksignals getriggertes zweites Flipflop (202), in das das Ausgangssignal (303) des ersten Flipflops (201) eingegeben wird, eine durch die Ausgangssignale des ersten und des zweiten Flipflops geöffnete Gatterschaltung (203), welches die Taktimpulse in dem Zeitintervall zwischen dem Triggern des ersten Flipflops und dem Triggern des zweiten Flipflops hindurch läßt, und einen Zähler (204) zum Zählen der von der Gatterschaltung (203) abgegebenen Taktimpulse (306) aufweist.

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12. Gerät nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 8 und 10, dadurch gekennzeichnet , daß in der Zeitintervallmeßschaltung ein erstes und ein zweites Verknüpfungsglied (206, 207) mit jeweils einem Eingang an die Ausgänge (Q, Q) eines Flipflops (209) angeschlossen sind, daß der erste und der zweite Eingang (111, 112) an den anderen Eingang des ersten bzw. des zweiten Verknüpfungsglieds (2o6, 207) angeschlossen sind, daß das erste und das zweite Verknüpfungsglied über ein ODER-Glied (208) an einen Triggereingang des Flipflops (209) angeschlossen sind, daß der eine Ausgang (Q) des Flipflops (209) an eine Gatterschaltung (203) angeschlossen ist, daß der Taktgeber (205) an den anderen Eingang der Gatterschaltung (203) angeschlossen ist, und daß an den Ausgang der Gatterschaltung

(203) ein Zähler (204) zum Zählen der Taktimpulse angeschlossen ist.

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13. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß, wenn die beiden an den ersten und den zweiten Eingang (111, 112) angelegten Rechtecksignale sehr nahe beieinander liegen, die Zeitintervallmeßschaltung (106) die Taktimpulse innerhalb eines Zeitintervalls zählt, welches zwischen der Flanke des einen Rechtecksignals (401) und einer ersten Flanke des anderen Rechtecksignals (402) liegt, welches in bezug auf eine unmittelbar an die Flanke des einen Rechtecksignals anschließende zweite Flanke des anderen Rechtecksignals um eine Periodendauer verzögert ist, und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die eine Korrektur dadurch vornimmt, daß sie die gemessene Periodendauer von der durch die Berechnungseinrichtung gemessenen Zeitdifferenz subtrahiert, wenn die Zeitintervallmeßschaltung (106) die Messung in einem eine Periodendauer überschreitenden Zeitraum durchführt .