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Frequenzregler und -anzeiger In der Fernmeßtechnik ist es oft erwünscht,
eine Meßgröße durch irgendeine elektrische Größe kontinuierlich zu übertragen. Die
einzige Größe, die sich ohne Verwandlung auf jede Entfernung übertragen läßt, ist
die Frequenz eines Wechselstromes. Bei einer Übertragung durch Wechselströme mit
variierender Frequenz wird also die Frequenz im Sender dauernd so reguliert, daß
sie in einem gegebenen Verhältnis zu der zu übertragenden Größe steht, und im Empfänger,
der grundsätzlich ein automatischer Frequenzanzeiger ist, werden die Anzeigeorgane
dauernd auf die einkommende Signalfrequenz nachreguliert.
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Im folgenden wird eine Vorrichtung beschrieben, die sowohl im Sender
als Frequenzregler als auch im Empfänger als Frequenzanzeiger benutzt werden kann.
Die Vorrichtung läßt sich auch für verschiedene andere Zwecke benutzen, die nichts
mit Fernmessung zu tun haben und wo es sich lediglich darum handelt, eine zwangsläufige
Einregulierung von einer Frequenz oder umgekehrt von einem Frequenzanzeiger zu schaffen.
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Bei Verwendung hoher übertragungsfrequenten ist es im .allgemeinen
vorteilhaft, in bekannter Weise eine übertragungseinrichtung zu benutzen, d. h.
.eine Hilfsstromquelle, die mit dem Signalstrom einen Interferenzstrom niedriger
Frequenz erzeugt. Der Interferenzstrom läßt sich dann besser verstärken, und auch
durch die Überlagerung entsteht eine Empfindlichkeitserhöhung nebst anderen Vorteilen.
Bei der Verwendung einer Hilfsstromquelle und eines Interferenzstromes, z. B. in
der Fernmeßtechnik, entsteht aber dadurch eine unerwünschte Zweideutigkeit, weil
dieselbe Interferenzfrequenz gebildet werden kann, sowohl wenn die Hilfsfrequenz
höher ist als die Signalfrequenz als auch jene ebensoviel niedriger ist als diese.
Diese Zweideutigkeit wird durch Verwendung zweier Hilfsoszillatoren, deren Frequenzen
um eine Kleinigkeit verschieden sind', gemäß der Erfindung beseitigt. Dabei gelingt
es, eine vollständig eindeutige Einstellung und Anzeige der Signalfrequenz zu erreichen.
Die zwei Hilfsoszillatoren können z. B. zwei selbstschwingende Empfängerkreise beeinflussen,
die beide von der Signalfrequenz beeinflußt werden. Die entstehenden Schwebeströme
werden je für sich durch elektrische Siebe, Resonanzkreise oder andere frequenztrennende
Kreise geführt und wirken nachher in entgegengesetzter Richtung auf ein gemeinsames
frequenzeinstellendes oder -anzeigendes Organ ein. Erst durch diese Erfindung wurde
es möglich, einen Frequenzregler oder -anzeiger, der von Kombinationsströmen beeinflußt
wird, durch einen einkommenden Signalstrom -veränderlicher Frequenz ganz eindeutig
zu
steuern, ohne daß eine Unsicherheit dadurch entsteht, daß die
Frequenz eines Kombinationsstromes denselben Wert hat, wenn der eine der erzeugenden
Ströme um denselben Betrag höher -oder niedriger ist als die Frequenz des anderen
Stromes. Im folgenden wird gezeigt, wie diese Erfindung für viele praktische, wichtige
Zwecke benutzt werden kann.
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Verschiedene Ausführungen der Erfindung nebst ihrer Arbeitsweise werden
in den beiliegenden Zeichnungen erklärt, und zwar zeigt Abb. z einen Frequenzregler
mit mechanisch zusammengekuppelten Hilfsoszillatoren, Abb. a eilen Frequenzanzeiger,
ebenso mit mechanisch zusammengekuppelten Hilfsoszillatoren, @Abb.3 einen Frequenzanzeiger
mit festen Hilfsoszillatoren, Abb. q.a und 4.b Dämpfungskurven von frequenztrennenden
Zwischenkreisen in verschiedenen Fällen und Abb.5 Dämpfungskurven für sogenannte
Bandsiebe, Abb. 6 dient zur Erklärung der Einwirkung der beiden Schwebeströme auf
dem gemeinsamen Einstellungs- oder Anzeigeorgane in dem Falle, wo die Siebkreise
hauptsächlich Frequenzen unterhalb einer gewissen Grenze hindurchlassen, Abb. 7
dasselbe, wenn die Dämpfung sehr schnell ansteigt, sobald jene Grenze überschritten
wird, Abb. 8 dasselbe, wenn Bandsiebe verwendet werden, die ein Frequenzband durchlassen,
das im Verhältnis zum halben Unterschied der Frequenzen der Hilfsoszillatoren symmetrisch
liegt.
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In Abb. r E@ind 0, und 02 die beiden Hilfsoszillatoren, die
mittels einer mechanischen Kupplungseinrichtung oder in einer anderen geeigneten
Weise voneinander abhängig gemacht worden sind, so daß bei Bewegeng des gemeinsamen
Frequenzeinstellungs.mittels 1(:die beiden Frequenzen sich gleichzeitig verändern
und dabei einen gewissen Unterschied beibehalten, der aber nicht über die ganze
Skala konstant sein muß. F, und F@ sind die beiden frequenztrennenden Zwischenkreise,
die in diesem Beispiel als .einfache Niederfrequenzsiebe angenommen sind, die hauptsächlich
niedrige Frequenzen durchlassen, obwohl derselbe Effekt auch mit Hochfrequenzsieben
oder anderen Siebkreisen erreicht werden kann. Nachdem die Interferenzströme in
den Siebkreisen auf eine gewünschte Frequenz begrenzt worden sind, werden sie dem
Einstellungsorgan IR zugeführt, das wieder mit dem Sender mechanisch oder in irgendeiner
anderen Weise zusammengekuppelt ist und seine Frequenz beeinflußt. Die Leistung
des Senders S wird in der Richtung ,4 ausgesandt, aber ein geringer Teil läuft in
der anderen Richtung zurück und beeinflußt die Hilfsoszillatoren, so daß die für
die Steuerung des Einstellorgans erforderlichen Interferenzströme entstehen. Unter
der Annahme, daß die Kreise F gleich sind und daß ihre Dämpfungskurven so verlaufen,
wie die vollzogene Kurve der Abb. ¢a zeigt, findet man, daß die aus den Siebkreisen
austretenden Ströme sich ungefähr so mit der Frequenz des Signalstromes verändern,
wie die Kurven h und Ir der Abb.6 zeigen. Wenn die Signalfrequenz in der Nähe der
Frequenz w, des ersten Hilfsoszillators liegt, entsteht ein Schwebungsstrom niedriger
Frequenz, der von dem Siebe Fl durchgelassen wird. je weiter sich die Signalfrequenz
von diesem Werte entfernt, um so. höher wird die Frequenz des Schwebungsstromes
und um so viel kräftiger macht sich .die Dämpfung des Siebes bemerkbar. Die Stromstärke
des Schwebungsstromes muß daher auf beiden Seiten von w1 abnehmen. In ähnlicher
Weise muß der Strom h und 12 am stärksten sein, wenn die Signalfrequenz in der Nähe
der Frequenz w2 des anderen Hilfsoszillators liegt. Wenn die beiden von den Sieben
austretenden Schi .ebungsströme nun das Einstellorgan in entgegengesetzten Richtungen
beeinflussen, muß der Differentialeffekt einer ähnlichen Kurve wie G 1 in Abb.6
folgen. Das Einstellungsorgan strebt dann, sich in der einen Richtung zu bewegen,
wenn die Signalfrequenz oberhalb eines gewissen Mittelwertes liegt, und in der anderen
Richtung, wenn sie unterhalb desselben Wertes liegt. Jener Mittelwert stimmt im
allgemeinen, aber nicht notwendigerweise mit dem Mittelwert der Frequenzen der Hilfs-,oszillatoren
überein. Es ist klar, daß der Differentialeffekt sowohl für Einstellung der Frequenz
des ausgehenden Signalstromes ausgenutzt werden kann als auch für Regelung der Frequenz
der Hilfsoszillatoren, so daß diese der Frequenz eines einkommenden Signalstromes
folgt.
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Der letztere Fall wird in Abb. a erläutert. 0l und 02 sind selbstschwingende
Empfänger, F1 und F2 die zugehörigen Siebkreise und R das gemeinsame Einstellorgan,
das aber hier mit dem gemeinsamen Frequenzeinstellungsmittel der Hilfsoszillatoren
gekuppelt ist. Dadurch wird das letztere so gesteuert, daß es den Veränderungen
der Signalfrequenz folgen muß, und dabei zeigt eine Zeigereinrichtung V die einkommende
Frequenz direkt an bzw. bei Fernanzeige von Meßgrößen usw. diejenige Anzeigegröße,
die für die Frequenz des Senders maßgebend ist.
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Wichtige Spezialfälle entstehen, wenn die Hilfsoszillatoren konstante
Frequenz haben,
z. B. wenn sie piezoelektrisch gesteuerte Oszillatoren
sind. Ein Frequenzregler gemäß Abb. i kann dann z. B. für äußerst genaue Regelung
der Frequenz eines Funksenders auf einen gewissen Wert gebracht werden. Ein Empfänger
mit festen Hilfsoszillatoren wird in Abb. 3 gezeigt. Die Interferenzströme werden
wie vorher in Siebkreisen gedämpft, werden aber nicht einem Regler, sondern einem
Meßinstrument R zugeführt, das in geeigneter Skala das Verhältnis der beiden Stromstärken
anzeigt. Dieses Instrument wird dann die einkommende Frequenz innerhalb dem von
den beiden Hilfsfrequenzen begrenzten Gebiete äußerst genau anzeigen. Bei der praktischen
Ausführung kann man z. B. die beiden gesiebten Interferenzströme gleichrichten und
sie nachher einem Logometer oder einem Kreuzspulinstrumente zuführen, das gegebenenfalls
direkt in Wechseln pro Sekunde oder in Wellenlängen geeicht werden kann.
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Im letzten Falle sollten Filter verwendet werden, deren Dämpfung nur
allmählich mit der Frequenz ansteigt. In gewissen anderen Fällen ist es aber vorteilhaft,
Siebe zu verwenden, wo die Dämpfung plötzlich einen hohen Wert annimmt, wenn eine
gewisse Grenzfrequenz wo über- oder unterschritten wird. Abb. 7 zeigt, wie die gesiebten
Ströme Il und 1. in jenem Falle variieren. Dabei erhält auch die Stromdifferenz
L`,1, die den Regler oder die Anzeigevorrichtung beeinflußt, einen steilen Verlauf.
Innerhalb eines gewissen Gebietes T um die Mittelfrequenz
herum ist der Effekt beinahe Null, aber sobald die Signalfrequenz außerhalb dieses
Toleranzintervalls fällt, steigt sie plötzlich auf den vollen Wert in der einen
oder anderen Richtung. Die Breite des Toleranzintervalls hängt von dem Verhältnis
zwischen der Grenzfrequenz des Siebes und dem Frequenzunterschied der Hilfsoszillatoren
ab. Einerseits kann man das Toleranzintervall dadurch verbreitern, daß die Hilfsfrequenzen
weit auseinandergeschoben werden, andererseits kann man z. B. die Breite des Toleranzintervalls
dadurch fast auf Null zusammenziehen, daß die Grenzfrequenz der Siebe gerade gleich
gewählt wird. Im letzten Falle,' reagiert der Apparat äußerst scharf auf die kleinsten
Abweichungen der Signalfrequenz von dem Werte
In gewissen Fällen ist es vorteilhafter, Bandsiebe zu verwenden, d. h. Kreise, die
nur ein gewisses Frequenzband durchlassen (bzw. unterdrücken, s. Abb.5). Damit die
Eindeutigkeit auch in jenem Falle gewährt wird, kann man die Siebkreise so bauen,
daß ihr Frequenzband im Verhältnis zu der Mittelfrequenz der HilfsosziRatoren symmetrisch
liegt. Das obere Interferenzband des einen Oszillators und das untere Interferenzband
des anderen heben sich dann in bezug auf Differentialeffekt in dem Regler oder Anzeiger
gegenseitig auf, wie Abb.8 zeigt. Der Apparat bekommt dadurch ein noch breiteres
Toleranzintervall.
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Schließlich soll erwähnt werden, d'aß diese und übrige oben beschriebene
Anordnungen sich nicht nur für dauernde Fernanzeigung usw. eignen, sondern auch
für Gbermittlung anderer Signale, z. B. Morsezeichen, die durch Frequenzveränderungen
gegeben werden (Schwebetontelegraphie) und für Fernanzeigeeinrichtungen, worin durch
Registrierung oder Alarmsignal angezeigt wird', wenn die Fernanzeigegröße gewisse
Grenzwerte über- oder unterschreitet.