DE895804C

DE895804C - High frequency phase measurement

Info

Publication number: DE895804C
Application number: DEK6924D
Authority: DE
Inventors: Hermann Dr-Ing Kimmel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1940-10-20
Filing date: 1940-10-20
Publication date: 1953-11-05

Description

Hochfrequente Phasenmessung Die Erfindung betrifft ein Meßverfahren, das eine sehr genaue und direkt anzeigende Messung des Phasenunterschiedes zweier Hochfrequenzspannungen ermöglicht. Die Erfindung geht davon aus, daß es leichter ist, die Phasenverschiebung zweier Niederfrequenzspannungen als die zweier Hochfrequenzspannungen zu bestimmen. Die hochfrequentePhasenverschiebung wird deshalb in eine niederfrequente Phasenverschiebung übergeführt. Um dies zu verwirklichen, wird erfindungsgemäß die eine der beiden in der Phase zu messenden Hochfrequenzspannungen mit einer Niederfrequenzspannung moduliert. Ein von dieser Modulation herrührendes Hochfrequenzseitenband wird herausgesiebt und ergibt zusammen mit der anderen Hochfrequenzspannung eine Schwebung. Durch Gleichrichtung der Schwebung wird eine Niederfrequenzspannung erhalten, deren Phasenlage gegenüber der Phasenlage der ursprünglichen modulierenden Niederfrequenzspannung ein Maß für die Phasenverschiebung der beiden Hochfrequenzspannungen ist.High frequency phase measurement The invention relates to a measuring method this is a very precise and directly indicating measurement of the phase difference between two Allows high frequency voltages. The invention assumes that it is easier is the phase shift of two low frequency voltages than that of two high frequency voltages to determine. The high-frequency phase shift therefore turns into a low-frequency one Phase shift transferred. In order to achieve this, according to the invention one of the two high-frequency voltages to be measured in the phase with a low-frequency voltage modulated. A high-frequency sideband resulting from this modulation is filtered out and results in a beat together with the other high frequency voltage. By rectification the beat is obtained a low frequency voltage, the phase position opposite the phase position of the original modulating low-frequency voltage is a measure of is the phase shift of the two high frequency voltages.

Um dabei eine weitgehend fehlerfreie Messung der niederfrequenten Phasenverschiebung zu ermöglichen, wird in Ausgestaltung der Erfindung die Niederfrequenzspannung mit einem rotierenden Generator, der zwei gegeneinander verdrehbare Statoren, in denen ein gemeinsamer Anker rotiert, erzeugt. Durch gegenseitige Verdrehung der Statoren werden zwei in der Phase verschiebbare Niederfrequenzspannungen hergestellt. Die von dem einen Stator abgenommene Niederfrequenz dient zur Modulation der einen IIochfrequenzspannung, die andere wird zur Phasenmessung zusammen mit der aus der Schwebungsgleichrichtung erhaltenen N iederfrequenzspannung benutzt. In order to achieve a largely error-free measurement of the low-frequency In an embodiment of the invention, the low-frequency voltage is used to enable phase shifting with a rotating generator, the two stators rotatable against each other, in which a common armature rotates is generated. By mutually twisting the Stators are made of two low-frequency voltages that can be phase shifted. The one removed from one stator Low frequency is used for modulation one is high frequency voltage, the other is used for phase measurement together with the low frequency voltage obtained from the beat rectification is used.

Um eine genaue Anzeige dieser Phasenmessung zu erhalten, werden in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die beiden in der Phase zu messenden Niederfrequenzspannungen nach Durchlaufen von selektiven Schaltmitteln, die sie von unerwünschten Frequenzen reinigen, Impulserzeugern zugeführt. Diese erzeugen entsprechend der Phasenverschiebung zeitlich verschobene Impulse, die eine Kippschaltung steuern. To get an accurate display of this phase measurement, in Another embodiment of the invention, the two low-frequency voltages to be measured in the phase after passing through selective switching means that they of undesired frequencies clean, fed to pulse generators. These generate according to the phase shift time-shifted impulses that control a flip-flop.

Die Ströme der Kippschaltung ihrerseits steuern ein polarisiertes Relais, das mittels eines Servomotors den einen Stator des Niederfrequenzgenerators um einen der Phasenverschiebung entsprechenden Betrag verdreht. Die Ablesung dieses Verdrehungswinkels ergibt die niederfrequente bzw. hochfrequente Phasenverschiebung. Gleichzeitig wird durch diese Art der Anzeige eine einfache und zuverlässige Steuermöglichkeit abhängig von der Phasenverschiebung geschaffen.The currents of the flip-flop, in turn, control a polarized one Relay, which by means of a servo motor, one stator of the low frequency generator rotated by an amount corresponding to the phase shift. Reading this The angle of rotation results in the low-frequency or high-frequency phase shift. At the same time, this type of display provides a simple and reliable control option created depending on the phase shift.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die eine der in der Phase zu messenden Hochfrequenzspannungen, die Spannung HF 1 mit der Frequenz f I, wird im Modulator M mit der Niederfrequenzspannung NF mit der Frequenz f 2 amplitudenmoduliert. Diese Niederfrequenzspannung wird dem Stator St I eines Generators, der aus dem vom Antriebsmotor A angetriebenen Rotor R und den beiden gegeneinander verdrehbaren Statoren St I und St2 besteht, entnommen. Die vom Rotor R in die Statoren St 1 und St 2 induzierten Niederfrequenzspannungen NF und NF 2 ändern gegeneinander in bekannter Weise ihre Phase, wenn die Statoren gegeneinander verdreht werden. Damit die Frequenz f 2 der modulierenden Spannung NF konstant ist, wird als Antriebsmotor A z. B. ein Synchronmotor verwendet. Die im Modulator M modulierte Hochfrequenzspannung HF 1 gelangt in das Filter F, in dem sämtliche von der Modulation herrührenden Frequenzen sowie die Trägerfrequenz f 1 mit Ausnahme des Seitenbandes f 1 + f 2 (oder f 1 - f 2) weggesiebt werden. Dieses Seitenband ergibt zusammen mit der anderen Hochfrequenzspannung HF 2 eine hochfrequente Schwebung, die im Verstärker HV verstärkt und im Gleichrichter Gt gleichgerichtet wird. The drawing shows an embodiment of the invention. The one the high-frequency voltages to be measured in the phase, the voltage HF 1 with the Frequency f I is in the modulator M with the low frequency voltage NF with the frequency f 2 amplitude modulated. This low frequency voltage becomes one of the stator St I. Generator consisting of the rotor R driven by the drive motor A and the two mutually rotatable stators St I and St2 is taken. The one from the rotor R in the stators St 1 and St 2 induced low-frequency voltages NF and NF 2 change their phase against each other in a known manner when the stators against each other be twisted. So that the frequency f 2 of the modulating voltage NF is constant, is used as the drive motor A z. B. used a synchronous motor. The modulated in the modulator M. High frequency voltage HF 1 reaches the filter F, in which all of the modulation resulting frequencies and the carrier frequency f 1 with the exception of the sideband f 1 + f 2 (or f 1 - f 2) are screened away. This sideband gives together with the other high-frequency voltage HF 2 a high-frequency beat that occurs in the amplifier HV is amplified and rectified in the rectifier Gt.

Die Frequenz dieser Schwebung ist (f I + f 2) - f I = 2. Im Ausgang des Gleichrichters entsteht also eine Niederfrequenzspannung NF I derselben Frequenz wie die modulierende Niederfrequenzspannung NF bzw. NF 2. Wie sich zeigen läßt, ist die Phase dieser Niederfrequenzspannung.NF I abhängig davon, welche Phase die HochfrequenzspannungHF2 gegen die Hochfrequenzspannung HF I hat. Diese Erscheinung kann man sich z. B. dadurch verständlich machen, daß man sich die Phase von HF I und NF, somit also auch die Phase des Seitenbandes f 1 + f 2 starr denkt. Ändert sich nun die Phase von HF2 z. B. um I80", so ändert sich auch die Phase der Schwebung, d. h. die Phase von NFI um I80", da im Verlauf der Schwebung an der Stelle, wo früher Schwebungsmaxima waren, nunmehr Schwebungsminima sind und umgekehrt. Die Messung des niederfrequenten Phasenunterschieds zwischen NF I und NF bzw. NF2 ergibt also gleichzeitig die Phasenverschiebung zwischen den Hochfrequenzspannungen HF I und HF 2.The frequency of this beat is (f I + f 2) - f I = 2. In the output of the rectifier, a low-frequency voltage NF I of the same frequency is produced like the modulating low-frequency voltage NF or NF 2. As can be shown, is the phase of this low frequency voltage. NF I depends on which phase the High frequency voltage HF2 against the high frequency voltage HF I. This appearance you can z. B. make it understandable by looking at the phase of HF I. and NF, thus also the phase of the sideband f 1 + f 2 thinks rigidly. Changes now the phase of HF2 z. B. around I80 ", the phase of the beat also changes, d. H. the phase of NFI around 180 ", since in the course of the beat at the point where earlier Were beating maxima, are now beating minima and vice versa. The measurement of the low-frequency phase difference between NF I and NF or NF2 results at the same time the phase shift between the high-frequency voltages HF I and HF 2.

Die Messung des Phasenunterschieds zwischen den beiden Niederfrequenzspannungen NF I I und NF 2 kann in beliebiger Weise geschehen. Die im folgenden beschriebene Messung Abb. I ist, wie gezeigt werden kann, besonders fehlerfrei. Sie ist im wesentlichen bereits vorgeschlagen.The measurement of the phase difference between the two low frequency voltages NF I I and NF 2 can be done in any way. The one described below Measurement Fig. I is, as can be shown, particularly error-free. It is essentially already proposed.

Die Spannung NF I durchläuft einen Verstärker NV, den sie so stark übersteuert, daß seine Ausgangsspannung praktisch unabhängig von der Größe seiner Eingangsspannung ist. Mittels des Schwingkreises Sch I wird die Frequenz f 2 aus dem von der Übersteuerung herrührenden Frequenzgemisch wieder herausgesiebt. Die am Schwingkreis Schi I vorhandene Spannung ist dann infolge der Übersteuerung des Verstärkers NV praktisch unabhängig von der Größe der Spannung NF I, so daß zur niederfrequenten Phasenmessung nunmehr eine von der Größe der EingangsspannungenHFI und HE2 unabhängig große Spannung zur Verfügung steht. Diese Spannung gelangt an den Impulserzeuger 1 1. Der Impulserzeuger 1 1 erzeugt im Augenblick der Nulldurchgänge der von Sch 1 herrührenden Wechselspannung kurze periodische Impulse im Takt der Wechselspannung. In ähnlicher Weise erzeugt die vom Stator Set 2 kommende Niederfrequenzspannung NF 2, nachdem sie mittels des Schwingkreises Sch 2 von unerwünschten Frequenzen gereinigt worden ist, im Impuls erzeuger 1 2 infolge der Frequenzgleicbheit von NF 2 und NF I Impulse mit derselben Periode. The voltage NF I runs through an amplifier NV, which makes it so strong overdrives that its output voltage is practically independent of the size of its Input voltage is. The frequency f 2 is turned off by means of the resonant circuit Sch I the frequency mixture resulting from the overdrive is screened out again. the The voltage present at the resonant circuit Schi I is then due to the overloading of the Amplifier NV practically independent of the size of the voltage NF I, so that for low-frequency phase measurement is now one of the size of the input voltages HFI and HE2 is independently high voltage available. This voltage arrives the pulse generator 1 1. The pulse generator 1 1 generates at the moment of zero crossings the alternating voltage originating from Sch 1 short periodic pulses in time with the AC voltage. Similarly, the low frequency voltage coming from the stator set 2 generates NF 2 after it has been removed from undesired frequencies by means of the resonant circuit Sch 2 has been cleaned in the pulse generator 1 2 due to the frequency equality of NF 2 and NF I pulses with the same period.

Jedoch sind die Impulse entsprechend der Phasenverschiebung zwischen NF 2 und NF I zeitlich gegeneinander verschoben. Die Impulse von 1 1 und 1 2 gelangen an eine Kippschaltung K, die aus zwei gegenseitig gleichstromgekoppelten Verstärkerröhren besteht. DieAnodenströme der beiden Röhren der Kippt schaltung K fließen durch die beiden Spulen Sp I und S 2 eines polarisierten Relais R, dessen Anker A neutral eingestellt ist und keine bevorzugte Ruhelage hat. However, according to the phase shift, the pulses are between NF 2 and NF I shifted against each other in time. The impulses from 1 1 and 1 2 arrive to a flip-flop circuit K, which consists of two mutually DC-coupled amplifier tubes consists. The anode currents of the two tubes of the flip-flop circuit K flow through the two coils Sp I and S 2 of a polarized relay R, whose armature A is neutral is set and does not have a preferred resting position.

Die genaue Arbeitsweise der Kippschaltung K ist in den obengenannten Patentanmeldungen näher beschrieben. Ihre Wirkung ist folgende: Kommen die von 1 1 herrührenden Impulse ganz kurzzeitig hinter den von 12 herrührenden Impulsen an die Kippschaltung, d. h. eilt die Spannung NF I etwas der Spannung NF2 nach, so wird die Spule SI des Relais R von Strom durchflossen, während die Spule 2 2 stromlos ist, und der Anker A des Relais legt sich an den Kontakt 1. Hierdurch erhält der Servomotor S von der Batterie B Strom und verdreht z. B. rechtslaufend über die Zahnräder Z 1 und Z2 den Stator St 2 des Niederfrequenzgenerators gegenüber St I so lange, bis die Spannung NF 2 der Spannung NIE 1 etwas nacheilt. Dann kommen die von 12 herrührenden Impulse kurzzeitig hinter den von II herrührenden Impulsen an die Kippschaltung, und die Spule Sp 2 wird von Strom durchflossen, während die SpuleSpI stromlos wird. Der Anker des Relais R legt sich an den Kontakt 2 und der Servomotor erhält von der Batterie B Strom und verdreht linkslaufend über die Zahnräder Z I und Z2 den Stator St 2 des Niederfrequenzgenerators. Hierdurch wird der Stator St 2 wieder in seine alte Lage zurückgedreht, in welcher die Spannung NF I der Spannung NF 2 etwas nacheilt, und das oben beschriebene Spiel beginnt von neuem. Mit anderen Worten: Kippschaltung K, Relais R und Servomotor S sorgen dafür, daß die von I I und 12 herrührenden Impulse immer praktisch gleichzeitig an die Kippschaltung kommen, d. h. mittels des verdrehbaren Stators St 2 wird immer automatisch die Phasenverschiebung Null zwischen den beiden Niederfrequenzspannungen NF I und NF 2 eingestellt. Ändert sich die Phase zwischen den Hochfrequenzspannungen HFI und HF2 um einen bestimmten Betrag, so ändert sich, wie schon beschrieben, gleichermaßen die Phasenverschiebung zwischen den beiden Niederfrequenzspannungen NE 1 und NE 2, und der Stator Set 2 wird vom Servomotor so lange verdreht, bis auch die Niederfrequenzspannungen NIE 1 und NF 2 denselben Betrag der Phasenverschiebung erreicht haben. Die hochfrequente Phasenverschiebung ist also direkt ablesbar aus dem Verdrehungswinkel des Stators St 2. Neben der großen Ablesegenauigkeit ist ein weiterer Vorteil dieses Anzeigeverfahrens, daß ohne zusätzlichen Aufwand weitere Steuerapparaturen abhängig vom hochfrequenten Phasenunterschied zwischen HF I und HF 2 betrieben werden können. The exact operation of the flip-flop circuit K is described in the above Patent applications described in more detail. Their effect is as follows: If those of 1 1 resulting impulses very briefly behind the impulses originating from 12 the toggle switch, d. H. if the voltage NF I lags slightly behind the voltage NF2, see current flows through coil SI of relay R, while coil 2 2 is de-energized is, and the armature A of the relay rests on contact 1. This gives the Servomotor S from battery B current and rotates z. B. clockwise over the Gears Z 1 and Z2 the stator St 2 of the low frequency generator opposite St I until voltage NF 2 lags behind voltage NEVER 1 a little. Then they come of 12 impulses originating briefly behind the impulses originating from II the flip-flop, and the coil Sp 2 is traversed by current while the CoilSpI is de-energized. The armature of relay R rests on contact 2 and the Servomotor receives power from battery B and rotates counter-clockwise via the gears Z I and Z2 the stator St 2 of the low frequency generator. This creates the stator St 2 turned back to its old position, in which the voltage NF I of the voltage NF 2 lags a little, and the game described above begins again. With others Words: flip-flop K, relay R and servo motor S ensure that the I I and 12 resulting impulses always come to the trigger circuit practically at the same time, d. H. the phase shift is always automatic by means of the rotatable stator St 2 Zero set between the two low-frequency voltages NF I and NF 2. Changes the phase between the high-frequency voltages HFI and HF2 changes by a certain value As already described, the phase shift changes in the same way between the two low-frequency voltages NE 1 and NE 2, and the stator set 2 is rotated by the servomotor until the low-frequency voltages NEVER 1 and NF 2 have reached the same amount of phase shift. The high frequency The phase shift can therefore be read directly from the angle of rotation of the stator St 2. In addition to the high reading accuracy, another advantage of this display method is that without additional effort further control apparatus depending on the high frequency Phase difference between HF I and HF 2 can be operated.

Die Abbildung soll nur Ausführungsbeispiel zur Erfindung sein. Selbstverständlich kann die niederfrequente Phasenmessung auch auf andere Art ausgeführt werden. Auch der hochfrequente Teil, d. h. die Erzeugung der Schwebung kann anders verwirklicht werden. So kann z. B. die Modulation im Modulator M durch Phasen- oder Frequenzmodulation hervorgerufen werden. Ebenso ist es möglich, andere als im Ausführungsbeispiel angegebene Seitenbänder zur Schwebungserzeugung zu benutzen. The illustration is only intended to be an exemplary embodiment of the invention. Of course the low-frequency phase measurement can also be carried out in a different way. Even the high frequency part, d. H. the generation of the beat can be realized differently will. So z. B. the modulation in the modulator M by phase or frequency modulation be evoked. It is also possible to use other than those specified in the exemplary embodiment To use sidebands to generate beats.

Falls die Trennung von Seitenband und den anderen, von der Modulation herrührenden Frequenzen im Filtert schwierig zu verwirldichen ist, kann durch Trägerunterdrückung im Modulator und durch mehrmalige Anwendung der Modulation eventuell beider Hochfrequenzspannungen HF I und HF 2 diese Trennung erleichtert werden. If the separation of the sideband and the other, from the modulation The resulting frequencies in the filter are difficult to achieve, can be caused by carrier suppression in the modulator and through repeated use of the modulation, possibly both high-frequency voltages HF I and HF 2 this separation can be facilitated.

Claims

PATENT CLAIMS: I. High-frequency phase measurement, characterized in that one of the two high-frequency voltages to be measured in the phase with a low-frequency voltage is modulated and a high frequency sideband resulting from this modulation is screened out, which together with the other high-frequency voltage forms a high-frequency Causes beating, which after rectification results in a low-frequency voltage, their phase position compared to the phase position of the original modulating low-frequency voltage is a measure of the phase shift of the two high-frequency voltages.

2. High-frequency phase measurement according to claim I, characterized in that that the low frequency voltage is a rotating generator with two against each other rotatable stators, which are the decrease of two phase-shiftable low-frequency voltages allow, is taken, with one of the low-frequency voltages taken from the stator the modulation of one high frequency voltage is carried out and with the other together with the low frequency voltage obtained from the beat rectification the phase measurement is made.

3. High-frequency phase measurement according to claim I and 2, characterized in that that the low-frequency phase measurement between that from the beat rectification and the low frequency voltage obtained from the one stator for display thereby is brought that both AC voltages after passing through selective switching elements Pulse generators are supplied, which correspond to the phase shift in time generate shifted impulses that control a flip-flop whose currents a relay control the other stator of the low frequency generator by means of a servo motor rotated by an amount corresponding to the phase shift, such that the Angle of rotation corresponds to the phase shift.