DE643076C - Verfahren zur Messung nichtlinearer Verzerrungen - Google Patents

Description

Im Hauptpatent ist ein Verfahren zur Messung nichtlinearer Verzerrungen von Übertragungseinrichtungen elektrischer Schwingungen beschrieben, bei dem als Maß für die nichtlinearen Verzerrungen die Größe der sich aus zwei Primärschwingungen bildenden Differenzschwingung gewählt wird. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig zwei elektrische Schwingungen mit wählbarem Frequenzabstand, welche das in Betracht kommende Frequenzgebiet kontinuierlich durchlaufen, dem zu untersuchenden Gerät zugeführt werden, und daß während des Durchlaufvorgangs der gewählte Frequenzabstand der beiden durchlaufenden Schwingungen erhalten bleibt.

Das in dem Hauptpatent angegebene Verfahren bezieht sich demgemäß auf die Messung ^ von quadratischen Nichtlinearitäten, also solchen, die als direkte Differenz zweier gegebener Frequenzen ^₁ und /₂ auftreten. Die Amplitude der Differenzschwingung f_t — /₂ = const dient als Maß der quadratischen Nichtlinearität. Nun sind jedoch nicht alle praktisch auftretenden nichtlinearen Verzer- - rangen quadratischer Natur, vielmehr treten insbesondere bei Übertragungssystemen mit magnetisierbaren Materialien, also z. B. bei Übertragern mit Eisen usw., Nichtlinearitäten höherer Ordnung auf. Es interessiert daher, auch diese Nichtlinearitäten meßtechnisch erfassen zu können.

Zur Messung höherer Nichtlinearitäten ist bereits ein Verfahren vorgeschlagen worden, daß in Anlehnung an das Verfahren des Hauptpatents als Maß für die nichtlinearen Verzerrungen Kombinationsfrequenzen aus zwei Meßschwingungen verwendet, die ebenfalls das in Betracht kommende Frequenzgebiet kontinuierlich durchlaufen, und bei dem die Meßfrequenzen während des Durchlaufvorganges derart variiert werden, daß eine Differenzfrequenz höherer Ordnung aus den beiden Meßfrequenzen konstant bleibt und der Anzeige dient.

Zur Verwirklichung dieses Vorschlages sind zwei Möglichkeiten vorhanden, nämlich erstens, einen frequenzvariablen Generator zu verwenden und dessen ausgesandte Frequenz einmal direkt und das andere Mal über einen Frequenzvervielfacher mit nachfolgender Modulationseinrichtung dem Meßobjekt zuzufüh-

*} Von dem Patentsucher sind als die Erfinder angegeben worden:

Dipl.-Ing. Erich Freystedt in Berlin-Siemensstadt und Dipl.-Ing. Werner Langsdorff in Berlin-Charlottenburg.

reu. Diese Methode ist jedoch nicht allgemein anwendbar. Bei phasendrehenden Nichtlinearitäten ist sie z. B. nicht zu verwenden, da die zu messenden Differenztöne höherer, iris besondere zweiter Ordnung sich geometrisch addieren. Durch den Modulationsvorgang entstehen nämlich in Wirklichkeit beide Seitenbänder, also drei Frequenzen, und je nach der Phasenlage können die sich addierenden ίο Differenztöne jeden beliebigen Wert zwischen ο und der Summe der beiden Amplituden ergeben.

Die zweite Möglichkeit der Verwirklichung dieses Vorschlages besteht in der Verwendung zweier voneinander unabhängiger variabler Frequenzen. Dieses Verfahren ist zwar dem erstgeschilderten in der Möglichkeit der Anwendung überlegen, hat jedoch den Nachteil, daß es eine besondere Meßapparatur erfordert, man also mit ein und derselben Apparatur nicht in der Lage ist, quadratische und kubische Nichtlinearitäten zu messen. Es ist dabei nötig, zur Erzeugung der beiden Meßfrequenzen Generatoren zu benutzen, deren frequenzbestimmende Kondensatoren mechanisch nach einer bestimmten Gesetzmäßigkeit gekuppelt sind, so daß für die Differenzfrequenzen höherer Ordnung sich ein konstanter Betrag ergibt.

Um diesen Nachteilen abzuhelfen, wird in der vorliegenden Erfindung ein Verfahren beschrieben, das die Messung von höheren, insbesondere kubischen Nichtlinearitäten in einfacherer Weise gestattet und überdies die Möglichkeit ergibt, mit derselben Apparatur durch eine einfache Umschaltung auch die quadratischen Nichtlinearitäten zu messen. Wie im Hauptpatent werden dem Meßobjekt zwei Primärschwingungen zugeführt, die einen wählbaren Frequenzabstand besitzen und das gesamte in Betracht kommende Frequenzgebiet kontinuierlich bei gleichbleibendem Abstand durchlaufen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden zwischen den Differenzfrequenzen höherer Ordnung und den eigentlichen Meßfrequenzen weitere Differenzfrequenzen gebildet, die über den gesamten zu untersuchenden Frequenzbereich konstant bleiben und der Anzeige der nichtlinearen Verzerrungen dienen. Werden dem Meßobjekt die beiden Frequenzen^ und f.2 zugeführt, dann entstehen durch quadratische Verzerrungen die Differenz- und Summentöne erster Ordnung (fizzfo)' durch kubische Verzerrungen die Differenz- und Summentöne zweiter Ordnung (2 Zi ^b/2) und (2/2^zZ₁). Die Differenztöne zweiter Ordnung liegen zu beiden Seiten der durchlaufenden Töne Z₁ und /₂ und haben von diesen den konstanten Abstand /₀ = /₂ — Zi-Der untere Differenzton (2/_x—· /₂) hat also von dem Ton /₂. den Abstand 2 /₀, desgleichen der obere Differenzton (2 f₂ - /1) vom Ton Z₁. In Fig. ι sind diese Frequenzen und äußerndem die noch entstehenden Summenfrequen- ; ^rxn bei Vorhandensein kubischer Nichtlineari-■-•.iäten gezeichnet.

Gibt man dieses am Ausgang des verzerrenden Übertragungsgliedes auftretende Frequenzgemisch auf einen rein quadratisch arbeitenden Gleichrichter, so entsteht eine Reihe von Kombinationsf requenzen/₀, 2/₀, 3 Zo und andere, von denen 2/₀, wie oben ausgeführt, ein Maß für die kubischen Verzerrungen bildet. Bei genügend kleinem Abstand der beiden Töne Z₁ und /₂ ist der Differenzton 2/₀ auch phasenunabhängig. Dieser Ton wird nun, wie auch im Hauptpatent für die quadratische Nichtlinearitätsmessung angegeben, durch ein entsprechendes Filter ausgesiebt und seine Amplitude gemessen. Außer durch die angegebene kubische Verzerrung entsteht die Differenzfrequenz 2/₀ auch noch durch Kombinationstöne höherer Ordnung, z.B. 2/_x—2/2=2/0, doch ist deren Einfluß praktisch bedeutungslos, da selbst bei extrem großen quadratischen Verzerrungen von beispielsweise ι ο 0/0 der Fehler in die Größenordnung der Meßgenauigkeit der. kubischen Verzerrungen fällt. Bei derartig großen quadratischen Verzerrungen interessieren aber kleine. kubische Verzerrungen praktisch nicht mehr. Die Meßgenauigkeit der erfindungsgemäßen Anordnung ist somit hierdurch nicht eingeschränkt.

Ein Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren ist in Fig. 2 dargestellt. Die beiden Primärfrequenzen Z₁ und /₂ werden beispielsweise auf die folgende Art gewonnen. Der variable Ton / eines GeneratorsG, z.B. eines Schwebungssummers, wird einem Modulator M zugeführt und dort mit einer Modulationsfrequenz m moduliert, so daß sich ein Frequenzgemisch vonf,f-\-m und Z — m ergibt. Durch geeignete Wahl des Modulators, insbesondere durch einen Ringmodulator, kann nun die Trägerfrequenz / so weit unterdrückt werden, daß nur die beiden Seitenbänder den Sender verlassen. Ist der Sender z.B. zwischen 50 und 10 000 Hz veränderbar und beträgt weiter die Modulationsfrequenz m= 15 Hz, so ergibt sich 2 = (50...1000O)₁J₁ISHz und folglich Zo = 3° Hz. Dieses Frequenzgemisch wird dem Meßobjekt Λ/s und nach Verlassen desselben einem Empfänger zugeführt, der einen, quadratischen Gleichrichter D enthält, in dem der zu messende Differenzton 2/₀ gebildet wird. Diese konstante Differenzfrequenz wird nunmehr über ein flankensteiles Sieb F einem iao Anzeigegerät, z. B. einem Pegelzeiger PZ, zu-■eführt.

Das Verfahren läßt sich sinngemäß auch für die Messung von noch höheren Nichtlinearitäten verwenden, aber auch die quadratischen Nichtlinearitäten werden in einfächer Weise mit dem erfindungsgemäßen Gerät gemessen, indem man beispielsweise mittels des Schalters 5 in Fig. 2 die Frequenz des Modulationsgenerators auf das Doppelte steigert und gleichzeitig das Meßobjekt ohne ι ο Verwendung des Gleichrichters D> direkt mit dem Sieb F verbindet.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Verfahren ¹ZUr Messung niclitlinearer Verzerrungen von Übertragungseinrichtungen elektrischer Schwingungen nach Patent 577 554, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung von kubischen und höheren nichtlinearen Verzerrungen aus den Differenzfrequenzen höherer Ordnung und den Primärfrequenzen weitere Differenzfrequenzen gebildet werden, die über den gesamten in Betracht kommenden Bereich konstant bleiben und der Anzeige der nichtlinearen Verzerrungen höherer Ordnung dienen.
2. 2. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der beiden Meßfrequenzen ein frequenzveränderbarer Generator dient, dessen Frequenz einer Modulation unterworfen ist.
3. 3. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der konstanten Differenzfrequenz ein quadratischer Gleichrichter vorgesehen ist.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch. 2, gekennzeichnet durch Schalter (S₁, S₂), durch welche bei entsprechender Umschaltung zwecks Messung der quadratischen Nichtlinearitäten die Meßfnequenz dem Filter vom Meß objekt unmittelbar zugeführt wird und die Modulationsfrequenz entsprechend erhöht wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen