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Publication number: DES0031491MA
Authority: DE

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 13. Dezember 1952 Bekanntgemacht am 8. November 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Frequenzmessung und -anzeige mit Hilfe einer Vergleichsfrequenz, die der Meßfrequenz einmal in der ursprünglichen und einmal in einer um π/2 versetzten Phasenlage überlagert ist. Es ist bekannt, daß man durch eine Überlagerung der beiden Frequenzen einmal in der natürlichen Lage und einmal mit einer um π/2 versetzten Phasenlage eine Summen- und eine Differenzschwebungsfrequenz erhält, von denen nur die Differenzschwebungsfrequenz verwertet wird. Die Summenfrequenz wird durch Filter beseitigt.

Bei dem Arbeiten mit der Differenzschwebungsfrequenz hat man beispielsweise Ferraristriebwerke verwendet, die durch eine Spannung der Differenzschwebungsf requenz angetrieben werden. Ein Nachteil dieser Anordnungen ist es, daß sie für geringe Schwebungsfrequenzen nicht geeignet sind und infolgedessen sich auch grundsätzlich nicht zur Überwachung geringer Frequenzen eignen. Das liegt daran, daß die.mechanische Trägheit des anzeigenden Gerätes im allgemeinen so gering ist, daß der Zeiger den einzelnen Schwebungen folgt, also nicht zum Stillstand kommt.

Erfmdungsgemäß sind die beiden entstehenden, um 90⁰ in der Phase versetzten Differenzschwebungsfrequenzen zwei mechanisch miteinander gekuppelten Wattmetern zugeführt, deren einzelne

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Drehmomente, dem Sinusprodukt und dem Kosinusprodukt der beiden Schwebungsfrequenzen entsprechen. Da aber sin² ωί + cos² ωί = ι ist, ergibt ' ·. sich für die beiden gekuppelten Wattmeter ein vollkommen ruhiges Drehmoment selbst bei kleinen

'·■■■ Frequenzen, und man erhält dadurch ein einziges Anzeigesystem, welches eine ruhige Anzeige ermöglicht.

Am einfachsten ist es, für die Bildung der

ίο Schwebungsfrequenzen je einen Ringmodulator zu verwenden.

Die Erfindung wird durch Ausführungsbeispiele erläutert.

Fig. ι zeigt das Grundschema des Aufbaues einer ' Anordnung nach der Erfindung.

Man läßt die in C erzeugte Meßfrequenz zweimal mit der in E erzeugten Festfrequenz in A und B interferieren. In dem einen Fall habe die Festfiequenz die Phase Null, im anderen Fall, sei ihre Phase um + (oder ■—) π/2 verschoben. Es könnten die Meß- und die Festfrequenz auch ihre Rollen tauschen. Die beiden entstehenden Differenzschwebungsfrequenzen sind je nach dem, ob die Meßfrequenz höher oder tiefer als die Festfrequenz ist, um +, oder ■—π/2 gegeneinander verschoben. --■··- (Die Summenfrequenzen werden ausgesiebt.) Mit den beiden um π/2 versetzten Frequenzen kann man in I) z. B. ein magnetisches oder elektrisches Drehfeld erzeugen, dessen Drehrichtung von der Richtung der Abweichung der Meßfrequenz von der Festfrequenz abhängt und dessen Drehgeschwindigkeit bei konstanter Amplitude der Ausgangsfrequenzen proportional der Größe der gegenseitigen Frequenzabweichungen ist.

Ein Beispiel der Erzeugung des erwähnten Drehfeldes zeigt Fig. 2.

Schickt man durch das Spulenpaar 1 die eine Schwebungsfrequenz, durch das Spulenpaar 2 die andere, um + oder — π/2 verschobene, so entsteht zwischen den Polen ein magnetisches Drehfeld. Ist der um die Achse 3: drehbare Anker 4 ein Käfigläufer, dann erzeugt er nach Größe und Richtung unter dem Einfluß des Drehfeldes ein mechanisches Moment, das proportional der Abweichung der beiden Vergleichsfrequenzen ist. Ist der Anker vormagnetisiert, so wird er mit dem sich drehenden Feld mitgedreht, und seine Umlaufgeschwindigkeit ist proportional der gegenseitigen Frequenzabweichung.

Will man die Größe und Richtung der gegenseitigen Abweichung in Form einer Gleichspannung entsprechender Größe und Polarität haben, so kann man entweder das Moment o'der die Drehgeschwindigkeit des Ankers in Fig. 2 in eine Spannung umwandeln oder man bedient sich z. B. einer in Fig. 3 gezeigten Schaltung.

An die Eingangsklemmen 7 und 8 legt man

z. B. die Differenzfrequenz aus dem Überlagerer ^4 ^ (Fig. 1). Die Kontakte 9 und 10 (die durch eine beliebige Art gesteuerter Gleichrichter ersetzt werden können) werden z.B. durch die Differenz-. frequenz aus dem Überlagerer B (Fig. 1) gesteuert. Der Strom durch den Kondensator 5 ist um —π/2 gegen die Spannung an 7 und 8 verschoben und proportional der Schwebungsfrequenz und der Größe des Kondensators, konstante Amplitude an 7 und 8 vorausgesetzt. Je nachdem, ob die Meßfrequenz größer oder kleiner als die Festfrequenz ist, entsteht dann durch das Instrument 6 ein pulsierender Strom (gleichgerichtete Sinusspannung) in der einen oder anderen Richtung.

Kombiniert man zwei Einrichtungen der in Fig. 3 gezeigten Art, so erhält man am Instrument einen Gleichstrom geringerer Welligkeit. Fig. 4 zeigt eine derartige Schaltung. An den Klemmen 11' und 12 liegt die Differenzfrequenz aus dem Überlagerer A (Fig. 1), mit der auch die Kontakte 14 und 13 gesteuert werden. An den Klemmen 16 und 15 liegt die Spannung aus dem Überlagerer B, mit der auch die Kontakte 18 und 17 gesteuert werden.

Um eine Anzeige ohne Welligkeit zu erreichen, addiert man die Amplitude der beiden¹ Differenzfrequenzen jeweils quadratisch. Dies erreicht man mit Hilfe eines Leistungsmessers (Wattmeter) mit zwei voneinander unabhängigen Strom- und zwei ebensolchen Spannungspfaden (Fig. 5). Bei konstanter Amplitude der beiden Schwebungsfrequenzen ergibt sich ein der Frequenzabweichung der Meß frequenz von der Festfrequenz proportionales Moment ohne Welligkeit auch bei niedrigsten Frequenzen.

In Serie mit der einen Stromspule 22 schaltet main den Meßkondensator 21 ari die Klemmen 23 und 24, die am Modulatorausgang A liegen. Die Spannungsspule 25 desselben Systems schaltet man an die Klemmen 26 und 27, die am Modulatorausgang B liegen. Die Stromspule 28 schaltet man in Serie mit dem Meßkondensator 29 an die Klemmen 26 und 27, während die Spannungsspule 30 an den Klemmen 23 und 24 liegt. Eine der beiden Spulen jedes Systems macht man beweglich und verbindet sie starr miteinander. Es entsteht dann an der gemeinsamen Drehachse ein Drehmoment, das nach Größe und Richtung ohne Welligkeit proportional der Abweichung der Meßfrequenz von der Festfrequenz ist (Strom- und Spannungsspule können auch ihre Rollen tauschen). Durch eine dritte, starr mit diesen beiden drehbaren verbundene Spule, die sich in einem Permanentmagnetfeld befindet (normales Drehspulsystem) kann man das entstehende Moment mit Hilfe eines durch diese Spule geschickten Gleichstromes kompensieren. Der Kompensationsstrom ist dann ein Maß für die Größe und Richtung der gegenseitigen Frequenzabweichung.

Namentlich bei geringen gegenseitigen Frequenzabweichungen muß in den Fällen, in denen z. B. in einem Ringmodulator die Meßfrequenz moduliert wird, die Amplitude der Meßfrequenz sehr genau konstant gehalten werden. Man erreicht dies in der in Fig. 6 gezeigten Art und Weise.

Schaltet man die zeitlich sehr genau konstante Spannung U abwechselnd mit dem durch die Meßfrequenz gesteuerten Relaiskontakt 31 nach links und rechts um, so erreicht man die erforderliche Konstanz der Wechselspannung. Die Konktakte 32

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und 33 werden von der Fes.tfrequenz, die Kontakte 34 und 35 von der um π/2 verschobenen Festfrequenz gesteuert, so daß an den Klemmenpaaren A und B nach Aussiebung der Summenfrequenzen die beiden um.+ oder —W 2 gegeneinander verschobenen Schwebungsfrequenzen entstehen. Für hohe Frequenzen läßt sich die Schaltung mit Vorteil in eine röhrenbetriebene Schaltung umwandeln.

Die ganze Anordnung eignet sich besonders für Präzisionsfrequenzmessungen, da nur an den 'dann erforderlichen Quarzoszillator die hohen Genauigkeitsforderungen gestellt werden müssen. Die nötige 'Amplitudenkonstanz der Meßwechselspannung kann mit Hilfe von bekannten Präzisions-Glimmstrecken-Stabilisatoren oder anderen Mitteln erreicht werden. Es empfiehlt sich, die Frequenzmessungen (d. h. den Frequenzvergleich) bei möglichst hohen Frequenzen vorzunehmen, da dann bei einer bestimmten geforderten Mindestansprechempfindlichkeit die Differenzfrequenz größer ist — sie ist unter den genannten Voraussetzungen proportional der Frequenz, bei der der Vergleich vorgenommen wird.

Claims

PATENTANSPRUCH: ²S

Anordnung zur Frequenzmessung und -anzeige mit Hilfe einer Vergleichsfrequenz, die der Meßfrequenz einmal in der ursprünglichen und einmal in einer um π/2 versetzten Phasenlage überlagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden entstehenden, um 90⁰ in der Phase versetzten Differenz-Schwebungsf requenzen zwei mechanisch miteinander gekuppelten Wattmetern zugeführt sind, deren einzelne Drehmomente dem sin-Produkt und cos-Produkt der beiden Schwebungsfrequenzen entsprechen.

In Betracht gezogene Druckschriften:

»Fernmeldetechnische Zeitschrift«, 1949, Heft 3, S. 85 ff.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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