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Einrichtung für die Frequenzanalyse von Schwingungsvorgängen Bei bekannten
Einrichtungen für den Nachweis von besitmmten Komponenten in einem Gemisch von verschiedenfrequenten
Schwingungen wird dieses durch Modulation mit einer in der Frequenz einstellbaren
Hilfssehwingung so verschoben, daß die Wchselspannung, deren Frequenz der Summe
aus der Fre (luenz der nachzuweisenden Schwingung und der Hilfsschwingunsgfrequenz
entspricht, in den schmalen Durchlaßbereicht eines meist fest eingestell teil Bandpaßfilters
fällt. Gewöhnlich wird dal>ei die am Filterausgang auftretende Spannung gleichgerichtet
und einem Meßinstrument zugeführt.
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Es ist auch schon vorgeschlagen worden, das Modulationsprodukt ül>er
ein Tiefpaßfilter zu leiten und an dessen Ausgang die Schwingung zu kontrollernen.
deren Frequenz der Differenz der Frequenz der nachzuweisenden Schwingung und der
Hilfsschwingungsfrequenz entspricht. In diesem Fall wird die Frequenz der Modulationshilfsschwingung
jeweils so gewählt, daß sie wenigstens angenähert mit der Frequenz der nachzuweisenden
Schwingungskomponente übereinstimmt. Der Vorteil dieser Art der Wellenanalyse besteht
in der Vermeidung von teuren Bandpaßfiltern mit hoher Durchlaßfrequenz. Eine Schwiergkeit
besteht jedoch in der Erzeugung von Kontrollgrößen, mittels welchen bestimmte Komponenten
des zu untersuchenden Schwingungsmches eindeutig nachgewiesen werden können.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung für die Frequenzanalyse
von Schwingungsvorgängeil durch herleiten einer Kontrollgröße aus den
durch
Modulation des Schwingungsvorganges gewonnenen Schwingungen. Die Erfindung besteht
darin, daß das Frequenagemisch einem Modulator mit nachfolgendem Tiefpaßfilter und
einer Anzeigevorrichtung zugeführt ist, wobei die Hilfsschwingung des WIodulators
einer Phasenmodulation unterworfen ist, so daß ein wenigstens angenähert konstanter
Ausgleich der durch die Phasendifferenz zwischen der nachzuweisenden Schwingung
und der Hifsschwingung hervorgerufenen Schwankungen der Kontrollgröße erhalten wird.
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Die Erfindung wird nun an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Tn der Fig. I derZeichnung ist das Prinzipschema eines ersten Ausführungsbeispieles
der Erfindung dargestellt. Das zu untersuchende Schwi:ngungsgemisch it wird dem
Modulator M zugeführt. Auf den Ätodulator Al gelangt ebenfalls die Hilfsschwingung
@0.Diese Hilfsschwingung ist mit derFrequenz p phasenmoduliert. Die Phasnmodulation
geschieht in der Weise, daß die einem Generator G entnommene Spannung U0 über einen
Phasenwobbler P geschaltet und dem Modulator zugeführt ist. Die Frequenz des Generators
G ist dabei gleich oder wenigstens angenähert gleich der Frequenz die in dem Frequenzgemisch
der Eingangsschwingung lt festgestellt werden soll. Infolge der Phasenmodulation
der Hilfsfrequenz ist im Ausgang des Modulators dauernd eine Spannung E vorhanden.
Diese Spannung bleibt insbesondere auch dann bestehen, wenn die Frequenz des Generators
mit der Empfangsfrequenz genau übereinstimmt. Die am Ausgang des Modulators auftretende
Frequenz entspricht in der Hauptsache der phasenmodulierenden Frequenz p des Phasenmodulators.
Die Ausgangsspannung E, deren hauptsächliche Frequenzkomponente p ist, ist über
ein Tiefpaßfilter TP geleitet.
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Die Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters wird zweckmäßig gleich der Wobbelfrequenz
p gewählt. Dem Tiefpaßfllter ist ein gleichrichtendens Schaltelement, z. 13. ein
Gleichrichter D, nachgeschaltet. Die Ausgangsspannung v ist eine Gleichspannung,
die immer dann auftritt, wenn im Eingangsfrequenzgemisch it eine Frequenz vorhanden
ist, die wenigstens angenähert der Hilfsfrequenz des Generators entspricht. Andere
Frequenzkomponenten im Schwingungsgemisch u lassen keine Gleichspannung hinter dem
Demodulator D entstehen.
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Der Phasenmodulator P kann gemäß der Fig. 3 aufgebaut sein. Er besteht
im wesentlichen aus einer Vierpolschaltung. R1, R2 sind zwei Weiderstände, Kl, K2
sind zwei periodischimit der Frequenz p veränderbare Kondensatoren. K1, K2 sind
z. B. zwei Koppelkondensatoren, von denen je der eine Belag gemeinsam auf einer
Achse rotiert, während die andern fest sind. Dadurch entstehen periodische Kapazitätsschwankungen,
was zur Folge hat, daß die Übertragungsspannung im Tempo der Wobbelfrequenz periodisch
in der Phase variiert. Die Rotation der Koppelkondensatoren erfolgt mittels einer
Antriebsvorrichtung A.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in der Fig. 2 dargestellt. Die
Zusammenschaltung von 31, TP, D erfolgt wieder wie bei Fig. 1. Die phasenmodulierte
Hilfsschwingung u0 des Modulators wird hier direkt einem Generator G entnommen,
dessen Frequenz periodisch mit der Frequenz P verändert wird.
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Infolge der Frequenzänderung, welche durch periodische Änderung z.
13. der Abstimmung des Schwingungskreises eines Röhrengenerators erreicht wird,
ergibt sich eine entsprechende Phasenänderung. Die periodische £\bstimmungsänderung
des Generators erfolgt durch den Antriebsmotor A. Es ist vorteilhaft, die Verhältnisse
so zu wählen, daß die Durchlaßbreite des Tiefpaßfilters wenigstens angenähert dem
Frequenzhub der Hilfsschwingung entspricht, so daß mindestens alle Frequenzen des
Modulationsproudktes zur Anzeige kommen, welche kleiner sind als der Frequenzhub
der Hifsschwingung. Ferner werden die Verhältnisse zweckmäßig so gewählt, daß die
Dauer einer Wobbelperiode kein ist gegenüber der Zeitkonstanten des die Kon trollspannung
anzeigenden Instrumentes, so daß ein stärkeres Pendeln von dessen Anzeigeorgan vermieden
wird. Zur Erzeugung von frequenigewobbelten Modulationshifsschwingungen kann z.
13. ein JHifsgenerator verwendet werden. welcher Tonräder mit unregelmäßiger Zahnteilung
aufweist. Es können jedoch auch Rõhrengeneratoren verwendet werden, welche ein zusätzliches
Abstimmelemtn. heispielsweise einen Drehkondenator, aufweisen, dessen Einstellorgan
mit einer Antriebsvorrichtung verhunden ist.
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Wenn mit konstanter Überagerungs-Hilfsfrequenz gearbeitet würde,
so würde eine Niederfrequenzkomponente E der Nfodulationsausgangsspannung entstehen,
die bei Gleichheit der Generatorfrequenz und der festzustellenden Frequenz in eine
Gleichspannung überget, d.h. es wäre ## = 0, und die Gleichstromkomponente würde
vom Phasenwinkel ## abhängen, was naturgemäß nicht erwünscht ist. Aus diesem Grunde
wird bei dieser Ausführungsfomr die Überlagerungs0Hilfsspannung u0 mit der Frequenz
p phasengewobbelt, entsprechend Formel ito U0 cos [(#m f ##) t t X k k # # sin p
# tj Die Niederfrequenzkomponente der Modulations-Ausgangsspannung (Produkt aus
itm und uo) ist dann: E = c # Um # U0 sin (###t + #0 - #m + k # sin p # t) =
Es handelt sich also um ein Frequenzgemisch, dessen Komponentenamplituden nach Besselfunktionen
verteilt sind. Die in den Durchlaßbereich des Tiefpaßfilters fallenden Komponenten
werden gleichgerichtet, so daß eine Anzeige entsteht, sobald der Frequenzunterschied
nicht zu groß ist, d. h.
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#(#-p)#0.
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Die Anzeige erolft, wenn entweder die Frequzen #m selber oder ein
oder mehrere um maximal ## davon abweichende Frequenzen vorhanden sind.
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Stärker abweichende Frequenzen werden nicht mehr
angezeigt,
da ihre in der Frequenz verschobenen Komponenten vom Tiefpaßfilter nicht mehr durch
gelassen wer(leii.