DE1076265B - Anordnung zur selektiven Pegelmessung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur selektiven Pegelmessung, bei der eine von einem Schwebungssender erzeugte Meßspannung einstellbarer Frequenz nach Durchlaufen des P ruf Objektes in einem Überlagerungsmeßempfänger frequenzselektiv ausgewertet wird.

Bei derartigen Meßanordnungen wird die variable Meßfrequenz im Überlagerungsmeßempfänger in eine konstante Zwischenfrequenz umgesetzt und über ein entsprechendes Bandfilter der Auswerteeinrichtung zugeführt. Infolge von ungewollten Frequenzänderungen der Meßfrequenz, beispielsweise als Folge von Netzspannungsänderungen, sowie von Änderungen der im Überlagerungsempfänger benötigten Hilfsoszillatorfrequenzen ist jedoch die Frequenzkonstanz der gebildeten Zwischenfrequenz bei den bekannten Anordnungen relativ gering, so daß der Durchlaßbereich des Bandfilters genügend groß gewählt werden muß, um einen ungestörten Durchtritt der gebildeten Zwischenfrequenz durch das Bandfilter zu gewährleisten. Dies bringt jedoch den wesentlichen Nachteil mit sich, daß infolge des breiten Durchlaßbereiches ein relativ breites Rauschspannungsspektrum der Auswerteeinrichtung des Überlagerungsempfängers zugeführt wird, wodurch dem Meßbereich bezug-Hch der Messung von großen Dämpfungen, bei denen die empfangenen Meß spannungen geringe Amplituden aufweisen, eine obere Grenze gesetzt ist.

Im Hinblick auf Nebensprechdämpfungsmessungen, Nichtlinearitätsmessungen, Störspannungsmessungen, Dämpfungsmessungen an Filtern usw. ist es jedoch erwünscht, die Empfindlichkeit der bekannten Anordnungen zur selektiven Pegelmessung derart zu steigern, daß diese Messungen von großen Dämpfungswerten mit der bei geringeren Dämpfungswerten mög- liehen Meßgenauigkeit durchgeführt werden können. Durch die vorliegende Erfindung wird dieses Problem in der Weise gelöst, daß die Frequenzkonstanz des Pegelsenders und der im Überlagerungsmeßempfänger verwendeten Hilfsoszillatoren und damit auch der gebildeten Zwischenfrequenz in vorteilhafter Weise derart vergrößert wird, daß der Durchlaßbereich des Bandfilters wesentlich schmaler gewählt werden kann und der Überlagerungsmeßempfänger somit selektiver bzw. rauscharmer ausgebildet werden kann.

Gemäß der Erfindung ist dabei die Anordnung zur selektiven Pegelmessung, bei der eine von einem Schwebungssender erzeugte Meßfrequenz nach Durchlaufen des Prüfobjektes in einem Überlagerungsmeßempfänger frequenzselektiv ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der ersten Frequenz des Schwebungssenders ein erster Sendeoszillator dient, der vorzugsweise automatisch auf Anordnung zur selektiven Pegelmessung

Anmelder:
Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Witteisbacherplatz 2

Meinrad Bidlingmaier, Dipl.-Ing. Hans Schittko

und Dipl.-Ing. Alfred Manfreda, München,

sind als Erfinder genannt worden

eine gewählte Rasterfrequenz eines quarzkontrollierten Frequenzrasters einstellbar ist, während zur Erzeugung der zweiten, um die Meß frequenz von der ersten abweichenden Frequenz ein zweiter, um den Rasterabstand verstimmbarer, frequenzkontrollierter Sendeoszillator dient, und daß die Meß frequenz im Überlagerungsmeßempfänger in einer ersten Umsetzungsstufe, deren Hilfsoszillatorfrequenz mit der jeweiligen Rasterfrequenz des ersten Sendeoszillators identisch oder gleichartig erzeugt ist, in ein Band von der Breite des Rasterabstandes und in einer nachgeschalteten zweiten Umsetzungsstufe, deren Hilfsoszillatorfrequenz in gleicher Weise wie die Frequenz des zweiten Sendeoszillators erzeugt oder von ihr abgeleitet ist, auf eine quarzkontrollierte, konstante Frequenz umgesetzt und über ein Bandfilter mit engem Durchlaßbereich der Auswerteeinrichtung zugeführt ist.

Durch die gewählte Ausbildung und Anordnung sowie durch das Zusammenwirken der Oszillatoren auf der Sende- und Empfangsseite der Anordnung nach der Erfindung wird erreicht, daß auch bei einem wesentlich schmaleren Durchlaßbereich des Zwischenfrequenzbandfilters im Überlagerungsmeßempfänger als bei den bisher bekannten Anordnungen zur selektiven Pegelmessung die empfangene Meßfrequenz ungestört der Auswerteeinrichtung zugeführt wird, so daß eine wesentliche Ausdehnung des Meßbereiches für kleine Amplituden der empfangenen Meßspannung bzw. für große Dämpfungsmeßwerte erzielt wird. Durch die Ausbildung des Pegelsenders als Schwebungssender ist dabei gleichzeitig ein großer Frequenzbereich gegeben, der ohne Bereichsumschaltung durchgestimmt werden kann.

Nach einer bevorzugten Weiterbildung enthalten der zweite, um den Rasterabstand verstimmbare, fre-

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quenzkontrollierte Sendeoszillator sowie der zur Er- streichenden Intervalloszillators mit entsprechend zeugung der Hilfsoszillatorfrequenz für die zweite größerer Genauigkeit infolge seiner niedrigeren Aus-Umsetzungsstufe vorgesehene Hilfsoszillator in ihnen gangsfrequenz wird auch bei bekannten Anordnungen zugeordneten Nachstimmzweigen Mittel zur quarzge- zur Frequenzmessung hochfrequenter elektromagnenauen Umsetzung der Ausgangsfrequenz in eine nied- 5 tischer Schwingungen unter Verwendung eines Überrige Zwischenfrequenz und zur Nachregelung dieser lagerungsempfängers benutzt. Hierbei wird die auf Zwischenfrequenz auf den Wert einer zusätzlich er- die beschriebene Weise erzeugte, eine große Genauigzeugten, um den Rasterabstand veränderbaren niedri- keit aufweisende Ausgangsfrequenz dazu verwendet, gen Hilfsfrequenz. Dieses Prinzip der Umsetzung um die Meßfrequenz in eine solche Lage umzusetzen, der Ausgangsfrequenz des Meßsenders auf eine nied- io daß sie mit einer der verwendeten Rasterfrequenzen rige Zwischenfrequenz mit einem sich anschließen- beispielsweise an einem Katodenstrahlrohr verglichen den Phasenvergleich dieser Zwischenfrequenz mit einer werden kann, wobei die vom Intervalloszillator ergleich großen Hilfsfrequenz zum Zwecke der Erzeu- zeugte Frequenz, die so eingestellt wird, daß die am gung einer Regelspannung, die ein »Fortlaufen« des Katodenstrahlrohr miteinander verglichenen Frequen-Sendeoszillators verhindert und somit die Genauigkeit 15 zen gleich groß sind, ein Maß für die Größe der zu des Sendeoszillators der Genauigkeit der wesentlich messenden Frequenz darstellt.

niedrigeren Hilfsfrequenz anpaßt, ist bereits in einer Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbekannten, aus Sender und Empfänger bestehenden beispiel der Erfindung an Hand der Fig. 1 bis 5 näher Meßkombination angewendet. Bei dieser bekannten beschrieben.

Meßkombination wird die Meßfrequenz durch die 20 Fig. 1 zeigt dabei einen Schwebungssender, der ge-

Ausgangsfrequenz des Sendeoszillators selbst gebildet, maß einem früheren Vorschlag zur Erzeugung einer

während der sendeseitig zur Umsetzung der Aus- innerhalb eines großen Frequenzbereiches stetig ein-

gangsfrequenz in eine niedrige Zwischenfrequenz be- stellbaren Sendefrequenz großer Konstanz verwendet

nötigte Hochfrequenzoszillator gleichzeitig die erste werden kann.

Umsetzungsstufe des Empfängers in der Weise speist, 25 Der durchstimmbare Sendeoszillator 1, der auf die daß in gleicher Weise wie beim Nachregelzweig auf in der Quarzgeneratoranordnung 2 durch Verzerrung der Sendeseite auch im Empfänger die Meßfrequenz gebildeten Oberwellen der Quarzgrundfrequenz einauf die gleiche niedrige Zwischenfrequenz umgesetzt rastbar ausgebildet ist, liefert seine Spannung über wird. Gegenüber dieser bekannten Meßkombination eine (nicht gezeichnete) Trennstufe der Mischstufe 3, weist die erfindungsgemäße Anordnung die Vorteile 30 an deren zweitem Eingang das »Quarzraster« (d. h. auf, daß durch die Anwendung des Schwebungsprin- die Oberwellen der Quarzgrundfrequenz) liegt. Der zips bei der Erzeugung der Meß frequenz ein wesent- Ausgang der Mischstufe 3 liegt über einem breitbanlich größerer Frequenzbereich ohne Bereichsumschal- digen (z. B. RC-) Verstärker, der ebenfalls nicht getung durchgestimmt werden kann, wobei gleichzeitig zeichnet ist, an der Gleichrichterstufe 4, welche die durch die Ausbildung des anderen Hochfrequenz- 35 Nachstimmeinrichtung 5 zur Frequenznachstimmung oszillatorteils als auf eine gewählte Rasterfrequenz des Sendeoszillators 1 über den Tiefpaß 6 speist,
eines quarzkontrollierten Frequenzrasters einstellbarer Die Wirkungsweise dieses Schaltungsteils, der für Oszillator eine große absolute Frequenzgenauigkeit den Schwebungssender den »variablen« Oszillator dartmd Konstanz erzielbar ist. Bei der bekannten Meß- stellt, kann in folgender Weise erklärt werden:
kombination besteht dagegen nur die Gewähr für eine 40 Wenn die Frequenz des durchstimmbaren Senderelative Genauigkeit, da durch die Nachregelung des Oszillators 1 sehr nahe an die Frequenz einer Quarz-Sendeoszillators die Meß frequenz zwar jeweils der oberwelle (d. h. einer Raster frequenz) herankommt, Differenz der Augenblickswerte der die sendeseitige so entsteht in der Mischstufe 3 einmal ein Spannungs-Umsetzung auf die niedrige Zwischenfrequenz bewir- vektor der Quarzgrundfrequenz (aus mehreren Komkenden Hochfrequenz und der niedrigen Zwischenfre- 45 ponenten gebildet) mit feststehender Phase und — als quenz entspricht, wobei jedoch die zur Umsetzung Differenz zwischen der Ausgangsfrequenz des Sendedienende Hochfrequenz gleichzeitig mit dem Sende- Oszillators 1 und den benachbarten Rasterfrequenzen oszillator veränderbar sein muß und somit selbst keine — ein weiterer Spannungsvektor der Quarzgrundfre-Quarzgenauigkeit aufweisen kann. quenz, wobei die Phasendifferenz zwischen diesen bei-

Des weiteren ist an sich bereits bekannt, in einem 50 den Vektoren ein sehr genaues Kriterium für die Überlagerungsempfänger den zu einer Überlagerungs- Übereinstimmung der Oszillatorfrequenz mit der gestufe gehörenden Oszillator so auszubilden, daß er aus wünschten Rasterfrequenz bildet. Am Ausgang der einem dem jeweiligen Empfangsbereich frequenzmäßig Mischstufe 3 entsteht resultierend eine Spannung mit anpaßbaren, umschaltbaren Quarzoszillator sowie der Quarzgrundfrequenz, deren Amplitude von der einem das ausgewählte Frequenzband überstreichen- 55 Phasenlage der beiden erwähnten Vektoren abhängt, den Intervalloszillator mit kleinem Abstimmbereich Die in dem geschilderten Fall am Ausgang der Mischbesteht, deren Ausgangsfrequenzen miteinander ge- stufe 3 auftretende Spannung mit der Quarzgrundfremischt werden. Auch bei dieser Anordnung wird das quenz kann also gleichgerichtet und zur sehr exakten Prinzip ausgenutzt, daß zur Erreichung einer großen Nachstimmung der Frequenz des Sendeoszillators 1 Frequenzgenauigkeit der zu überstreichende Frequenz- 60 benutzt werden.

bereich mit einem gleichmäßigen Frequenzraster über- Besteht zwischen der Frequenz des durchstimmzogen wird, während die Interpolation zwischen den baren Sendeoszillators 1 und der nächstliegenden Raeinzelnen Rasterfrequenzen mit Hilfe eines auf einer sterfrequenz eine mehr oder weniger große Frequenzrelativ tiefen Frequenz schwingenden und daher rela- differenz, so entsteht am Ausgang der Mischstufe 3 tiv genaueren Intervalloszillators vorgenommen wird. 65 eine Wechselspannung dieser und anderer Frequenzen,

Das erwähnte Prinzip der Überstreichung eines gro- die über die Nachstimmeinrichtung 5 den durchstimmßen Frequenzbereichs mit Hilfe der gemischten Aus- baren Sendeoszillator 1 in der Frequenz moduliert gangsfrequenzen eines bestimmte Rasterfrequenzen (»durchwobbelt«). Sobald dabei die Frequenz des erzeugenden, quarzkontrollierten Oszillators und eines Sendeoszillators 1 genügend nahe an die Rasterfreden Bereich zwischen zwei Rasterfrequenzen über- 70 quenz herankommt, wird der Sendeoszillator 1 »fest-

gehalten«, d. h., er rastet auf die betreffende Rasterfrequenz ein.

Die durch die hinter dem Tiefpaß 6 auftretende Regelspannung beeinflußte Nachstimmeinrichtung 5 kann dabei zweckmäßig aus einem frequenzbestimmenden Element des Sendeoszillators 1 selbst bestehen (z. B. Reaktanzröhre). Die im Falle der »Einrastung« auftretende, auf die Nachstimmeinrichtung 5 regelnd einwirkende Gleichspannung kann gleichzeitig dazu verwendet werden, um mittels einer Anzeigevorrichtung 7 eine optische Anzeige des »eingerasteten« Zustandes herbeizuführen. Zweckmäßig enthält dabei die Anzeigevorrichtung 7 eine Anzeigelampe, die z. B. im »eingerasteten« Zustand des Sendeoszillators aufleuchtet.

Die Ausgangsfrequenz des Sendeoszillators 1 wird einer Modulationsanordnung 8 zugeführt und dort mit der Ausgangsfrequenz des anderen Sendeoszillators 9, der den »festen« Qszillator des Schwebungssenders darstellt, gemischt.

Dabei wird eine stetige Einstellung der Sendefrequenz innerhalb des gesamten durch die Schwebungsfrequenz zu überstreichenden Frequenzbandes in der Weise erzielt, daß der Sendeoszillator 9 um den Rasterabstand des von der Quarzgeneratoranordnung 2 erzeugten Quarzrasters verstimmbar ausgebildet ist.

Die Frequenzkonstanz des Sendeoszillators 9 wird dabei auf folgende Weise gewährleistet: In einem Nachstimmzweig wird seine Ausgangsfrequenz beispielsweise unter "Verwendung einer Modulationsanordnung 11 und eines quarzgesteuerten Generators 12 auf eine niedrige Zwischenfrequenz gebracht, die nach Verstärkung durch eine Verstärkeranordnung 13 mit einer zusätzlichen, in einem Interpolationsoszillator 14 erzeugten niedrigen Hilfsfrequenz verglichen wird. Der Interpolationsoszillator 14 ist dabei ebenfalls um den Rasterabstand in der Frequenz veränderbar. Eine Angleichung der nach der Verstärkeranordnung 13 auftretenden niedrigen Zwischenfrequenz an die jeweilige Ausgangsfrequenz des Interpolations-Oszillators 14 wird zweckmäßig in der Weise vorgenommen, daß beide Spannungen einer Schaltung 15 zugeführt werden, die eine den auftretenden Frequenzabweichungen entsprechende korrigierende Regelspannung einem frequenzbestimmenden Element 16 des Sendeoszillators 9 zuführt. Dadurch wird die in der Modulationsanordnung 11 erzeugte Zwischenfrequenz auf dem Wert der jeweils eingestellten Ausgangsfrequenz des Interpolationsoszillators 14 »festgehalten« und damit gleichzeitig die Ausgangsfrequenz des Sendeoszillators 9 frequenzstabilisiert, da ja die Frequenzkonstanz des Sendeoszillators 9 auf die wesentlich größere absolute Frequenzkonstanz des niederfrequenten Interpolationsoszillators 14 zurückgeführt ist.

Vorzugsweise besteht die Schaltung 15 dabei aus einem phasenabhängigen Gleichrichter, der eine von der Phasendifferenz der beiden zu vergleichenden Frequenzen abhängige Regelgleichspannung erzeugt und dem z. B. aus einer Reaktanzröhre bestehenden frequenzbestimmenden Element 16 des Sendeoszillators 9 zuführt. Die Reaktanzröhre beeinflußt dabei den Oszillator derart, daß die an dem phasenabhängigen Gleichrichter liegenden Wechselspannungen in Phase bleiben. Hat bei Inbetriebnahme des Gerätes die Ausgangsfrequenz des Seudeoszillators 9 nicht ihren Sollwert, so wird dem frequenzbestimmenden Element 16 von dem phasenabhängigen Gleichrichter 15 eine Wechselspannung zugeführt, die eine Frequenzmodulation des Hochfrequenzoszillators 9 verursacht und bei Durchlaufen der Sollfrequenz ein »Fangen« des Sendeoszillators 9 herbeiführt.

Die bei der Zusammenführung der Ausgangsfrequenzen der Sendeoszillatoren 1 und 9 in der Modulationsanordnung 8 entstehenden unteren Seitenfrequenzen werden vom Tiefpaß 10 durchgelassen, in einem nachgeschalteten, vorzugsweise veränderbaren Verstärker 17 verstärkt und zweckmäßig über eine zur Kalibrierung der Ausgangsamplitude vorgesehene Eichleitung 18 an die Ausgangsklemmen 19 geführt. Eine Messung bzw. Kontrolle der Größe des Ausgangspegels kann mittels eines Instrumentes 20 vorgenommen werden, das einem Gleichrichter 21 nachgeschaltet ist.

Nach einer weiteren Ausführungsform wird der im Nachstimmzweig des um den Rasterabstand verstimmbaren Sendeoszillators 9 vorgesehene quarzgesteuerte Generator 12 in der Weise ersetzt, daß zur Bildung der Zwischenfrequenz eine geeignet gewählte Rasterfrequenz der Quarzgeneratoranordnung 2 entnommen wird, die zweckmäßig ausgesiebt und verstärkt wird. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß auch die geringfügigen Frequenzänderungen der Quarzgeneratoren 2 und 12 in der Weise ausgeschaltet werden, daß sich nur noch eine Änderung im gleichen Sinne sowohl im »festen« als auch im »variablen« Sendeoszillatorteil ergibt. Die Frequenzkonstanz der gesamten Sendeanordnung kann dadurch noch weiter erhöht werden.

Die an den Ausgangsklemmen 19 der Sendeanordnung auftretende Spannung konstanter Ausgangsamplitude wird dem Meß objekt 21 zugeführt und nach Durchlaufen desselben an die Eingangsklemmen 22 des selektiven Überlagerungsmeßempfängers gelegt, der in Fig. 2 schematisch dargestellt ist.

Die empfangene Meßfrequenz wird im Überlagerungsmeßempfänger über nicht dargestellte, als Meßbereichumschalter dienende Spannungsteiler sowie über einen Trennverstärker 32 und ein Tiefpaßfilter 24, dessen Grenzfrequenz oberhalb der oberen Grenze des Meßbereiches liegt, einer ersten Umsetzungsstufe 25 zugeführt, an der die Umsetzung in eine erste Zwischenfrequenz vorgenommen wird. Nach der Erfindung dient zur Erzeugung der notwendigen Hilfsoszillatorfrequenz eine den Hilfsoszillator 26 enthaltende Schaltungsanordnung, die dem »variablen« Sendeoszillatorteil 1 bis 7 nach Fig. 1 entspricht. Der Aufbau und die Wirkungsweise des Hilf soszillators 26, der Ouarzgeneratoranordnung 27, der Mischstufe 28, der Gleichrichterstufe 29, des Tiefpasses 30, der Nachstimmeinrichtung 31 sowie der Anzeigevorrichtung 32 sind dabei die gleichen wie die der entsprechenden Teile 1 bis 7 nach Fig. 1.

Demzufolge ist es möglich, den durchstimmbaren Hilfsoszillator 26 auf die gleiche Rasterfrequenz der Quarzgeneratoranordnung 27 »einrasten« zu lassen wie den Sendeoszillator 1 bezüglich der Quarzgeneratoranordnung 2, so daß die empfangene Meßfrequenz mittels der Umsetzungsstufe 25 bei Entnahme des entstehenden unteren Seitenbandes durch ein entsprechendes Bandfilter 26 in ein frequenzmäßig festliegendes erstes Zwischenfrequenzband umgesetzt wird, dessen Breite dem Rasterabstand des von der Ouarzgeneratoranordnung 27 bzw. 2 erzeugten Frequenzrasters entspricht. Die Lage der Meßfrequenz innerhalb des ersten Zwischenfrequenzbandes hängt dabei von der Einstellung des Interpolationsoszillators 14 ab.

Über einen dem Bandfilter 33 nachgeschalteten Trennverstärker 34 wird die erste Zwischenfrequenz nach der Erfindung einer zweiten Umsetzungsstufe 35

Sendeoszillatoren 1 und 9, so besitzt auch die am Ausgang der Umsetzungsstufe 35 entstehende Zwischenfrequenz Quarzgenauigkeit, die auch nach einer weiteren Umsetzung mittels einer quarzgenauen Hilfs-5 frequenz /„ im Modulator 45 nicht verlorengeht. Somit ist es möglich, die Zwischenfrequenz über ein Bandfilter 47 mit extrem schmalem Durchlaßbereich der Auswerteeinrichtung 50, 52 zuzuführen, ohne daß durch ungewollte Schwankungen der Zwischenfre-

zugeführt, die mit einer Hilfsoszillatorfrequenz beaufschlagt ist, die von einem um den Rasterabstand verstimmbaren Hilfsoszillator 36 geliefert wird. Dabei entspricht der Hilfsoszillator 36 in Aufbau und Wirkungsweise dem zweiten, um den Rasterabstand verstimmbaren, frequenzkontrollierten Sendeoszillator 9 (Fig. 1), während die Modulationsanordnung 37, der quarzgesteuerte Generator 38, die Verstärkeranordnung 39, die phasenabhängige Gleichrichterschaltung

40, der Interpolationsoszillator 41 und das frequenz- io quenz an den Flanken des Bandfilters störende Dämpbestimmende Element 42 den gleichartigen, mit den fungseinflüsse für die Meßspannungen entstehen und Bezugszeichen 11 bis 16 versehenen Schaltungsteilen dadurch eine Verfälschung des Meßergebnisses verurnach Fig. 1 entsprechen. Hierbei ist lediglich zu sacht wird.

beachten, daß die vom Hilfsoszillator, 36 der Um- Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 wird der

setzungsstufe 35 gelieferte Frequenz um einen der am 15 Überlagerungsmeßempfänger durch Haupteinstellung Ausgang der Umsetzungsstufe 35 auftretenden zweiten des Hilf soszillators 26 sowie durch Feineinstellung Zwischenfrequenz entsprechenden Betrag gegenüber des Interpolationsoszillators 41 auf die empfangene der vom zweiten, frequenzkontrollierten Sende- Meßfrequenz abgestimmt. Gemäß einer Weiterbildung oszillator 9 gelieferten Ausgangsfrequenz abweicht. der Anordnung nach der Erfindung wird eine weit-

Die auf diese Weise gebildete, am Ausgang der 20 gehende Bedienungsvereinfachung dadurch erzielt, Umsetzungsstufe 35 entstehende zweite Zwischenf re- daß der Überlagerungsmeßempfänger mit dem Pegelquenz ist bei übereinstimmender Einstellung der sender voll synchronisiert wird, wie in Fig. 3 sche-Interpolationsoszillatoren 41 und 14 von der jeweili- matisch dargestellt ist. Die Oszillatoranordnungen gen Meßfrequenz unabhängig, so daß sie durch ein auf der Sende-und Empfangsseite sind dabei in Fig. 3 Bandfilter 43 der Auswerteeinrichtung des Überlage- 25 unter Weglassung der einzelnen Schaltelemente jeweils rungsmeßempfängers zugeführt werden kann. Zweck- nur durch die Oszillatoren 1, 9, 14 bzw. 26, 36, 41 mäßig kann die zweite Zwischenfrequenz über einen
nachgeschalteten Verstärker 44 einem Modulator 45
zugeführt werden, der mittels einer quarzgenau erzeugten Hilfsfrequenz f„ eine weitere Verlagerung der 30
zweiten Zwischenfrequenz in eine für die Auswertung
günstige Frequenzlage bewirkt. Hinter dem Modulator 45 ist eine Umschaltmöglichkeit auf ein Bandfilter
46 mit einem dem Bandfilter 43 entsprechenden Durchlaßbereich oder auf ein Bandfilter 47 mit extrem 35 anordnung 36 bis 42 jeweils Schalter 5¹ auf, die in schmalem Durchlaßbereich vorgesehen, deren Aus- ihrer Schaltstellung 1 einen Betrieb wie nach Fig. 2 gangsspannungen einer Verstärkeranordnung 48 zugeführt sind, die entweder über einen Gleichrichter 49

angedeutet, während die übrigen, aus den Fig. 1 und 2 entnehmbaren Schaltungsteile blockmäßig zusammengezogen dargestellt sind.

Der Überlagerungsmeßempfänger weist nach dieser Weiterbildung in der Zuleitung von Hilfsoszillator 26 zu der entsprechenden ersten Umsetzungsstufe 25 sowie in der Zuleitung vom Interpolationsoszillator 41 zu der den Hilfsoszillator 36 enthaltenden Schaltungs

eine Anzeigevorrichtung 50 öder über eine weitere,

ermöglichen, während sie in ihrer Schaltstellung 2 die empfangsseitigen Oszillatoren 26 und 41 abschalten und durch die entsprechenden, über Verbindungslei-

mit einer Hilfsfrequenz f_t beaufschlagte Modulator- 40 tungen 53, 54 zwischen Sender und Empfänger sowie anordnung 51 die Ausgangsklemmen 52 für eine ton- vorzugsweise über Trennverstärker 55, 56 erreichfrequente Auswertung, z. B. mittels eines Kopfhörers, baren, sendeseitigen Oszillatoren 1 und 14 ersetzen, speist. Durch eine derartige Schaltmaßnahme wird der

Die große Frequenzgenauigkeit der Anordnung wesentliche Vorteil erreicht, daß sowohl die Hauptnach der Erfindung kann auf folgende Weise er- 4-5 abstimmung des Überlagerungsmeßempfängers (mitläutert werden: Die Quarzgenauigkeit des ersten tels des Hilf soszillators 26) als auch die Feinabstim- »variablen« Sendeoszillators 1 ist durch die Möglich- mung (mittels des Interpolationsoszillators 41) durch keit der Einrastung auf eine beliebige Rasterfrequenz eine doppelte Synchronisation zwischen Sender und des von der Quarzgeneratoranordnung 2 erzeugten Empfänger ersetzt wird, so daß die gesamte Anordquarzgenauen Frequenzrasters gegeben. Für den zwei- 50 nung zur selektiven Pegelmessung nach der Erfindung ten, »festen« Sendeoszillator 9 des Schwebungssenders lediglich durch Betätigung der sendeseitigen oder der wird in der Weise die gleiche Frequenzgenauigkeit er- empfangsseitigen Haupt- und Feinabstimmung für reicht, daß seine Ausgangsfrequenz in einem Nach- jede beliebige Meßfrequenz meßbereit gemacht werstimmzweig mittels einer Modulationsanordnung 11 den kann.

in eine wesentlich niedrigere Zwischenfrequenz umge- 55 Durch die gewählte Synchronisierungsschaltung für setzt wird, die ständig der Frequenz des niederfre- die Feinabstimmung ist dabei auch die Forderung erquenten Interpolationsoszillators 14 angeglichen wird.
Die relativ niedrige Ausgangsfrequenz des Interpolationsoszillators 14 kann dabei mit an sich bekannten

Mitteln mit gleicher Genauigkeit konstant gehalten 60 Betrag der am Ausgang der zweiten Umsetzungsstuft werden wie die Ausgangsfrequenz des ersten Sende- 35 auftretenden zweiten Zwischenfrequenz frequenzoszillators 1. Die von der Sendeanordnung dem Meß- mäßig unterscheiden muß. Es wird nämlich bei der objekt und von da dem Meßempfänger zugeführte Synchronisation der. Feinabstimmung zwar der Inter-Meßfrequenz, die sich als Differenzfrequenz der durch polationsoszillator 41 durch den sendeseitigen Interdie Sendeoszillatoren 1 und 9 gelieferten Frequenzen 65 polationsoszillator 14 ersetzt, doch ist damit nur die ergibt, besitzt demzufolge ebenfalls Quarzgenauigkeit. Änderung der Ausgangsfrequenz des Hilfsoszillators Nachdem nun im Überlagerungsmeßempfänger die 36 bestimmt, während die absolute Größe der Ausden Umsetzungsstufen 25 und 35 zugeführten Hilfsfre- gangsf requenz von der Dimensionierung der im Nachquenzen in gleicher Weise erzeugt und somit frequenz- stimmzweig vorgesehenen Schaltelemente 37 bis 42 abkontrolliert sind wie die Ausgangsfrequenzen der 70 hängig ist.

füllbar, daß die Ausgangsfrequenz des zweiten Sendeoszillators 9 sich von der Ausgangsfrequenz des im Empfänger vorgesehenen Hilfsoszillators 36 um den

Die Anordnung zur selektiven Pegelmessung dient in der bisher beschriebenen Ausführung dazu, innerhalb eines breiten Frequenzbandes eine stetige Einstellung der Meßfrequenz mit sehr großer Genauigkeit und Frequenzkonstanz zu ermöglichen, und zwar entweder durch entsprechende Einstellung der Oszillatoren 1 und 26 zur Haupteinstellung sowie der Oszillatoren 14 und 41 zur Feineinstellung oder bei doppelter Synchronisierung zwischen Sender und Empfänger lediglich durch Einstellung der Oszillatoren 1 und 14 bzw. 26 und 41. Es kann jedoch erwünscht sein, daß die Sendefrequenz den gesamten Frequenzbereich schnell und vorzugsweise automatisch durchläuft, wie es z. B. beim Wobbeibetrieb verlangt wird. Für diesen Fall kann beim »variablen« Sendeoszillatorteil 1 bis 7 eine Umschaltung in der Weise vorgenommen werden, daß die Nachstimmeinrichtung 5 vom Tiefpaß 6 abgeschaltet wird und eine konstante Gleichspannung erhält, so daß die Ausgangsfrequenz des Sendeoszillators 1, wenn auch mit verringerter Frequenzkonstanz, nur noch von 'der Stellung des abstimmenden Elementes, z. B. eines Drehkondensators, abhängt. Durch eine automatische Veränderung der Einstellung über den ganzen Einstellbereich kann dann bei unveränderter Einstellung des Interpolationsoszillators 14 eine Wobbelung der Meßfrequenz erreicht werden. Zweckmäßig wird in diesem Fall bei richtiger Einstellung des Interpolationsoszillators 41 im Überlagerungsmeßempfänger die Hauptabstimmung synchron mit dem Sender vorgenommen, beispielsweise elektrisch über die Verbindungsleitung 53 oder auch durch eine mechanische Kupplung der Betätigungsachsen der Abstimmelemente an den Oszillatoren 1 und 26.

Infolge des Fortfalls "der Quarzstabilisierung des »variablen« Sendeoszillatorteils sowie der Hilfsfre- 35" quenz der ersten Umsetzungsstufe 25 im Überlagerungsmeßempfänger ist es vorteilhaft, der in diesem Betriebsfall verringerten Frequenzkonstanz dadurch zu entsprechen, daß von dem Bandfilter 47 mit extrem schmalem Durchlaßbereich auf ein parallelliegendes Bandfilter 46 ' mit breiterem Durchlaßbereich umgeschaltet wird (Fig. 2).

Nach einer Weiterentwicklung der Anordnung der selektiven Pegelmessung nach der Erfindung kann eine automatische Scharfabstimmung des Überlagerungsmeß empfängers vorgesehen werden, durch welche die Zwischenfrequenz selbsttätig in der Mitte des Durchläßbereiches des Bandfilters 47 bzw. 46 gehalten wird und somit eine seitliche Frequenzverschiebung in den Bereich der Filterflanken, durch welche eine ungewollte Dämpfung der Emfangsfrequenz auf dem Wege zur Aaswerteeinrichtung 5O₇ 52 entstehen würde, vermieden wird. Bei' der Anordnung nach der Erfindung bringt eine automatische Scharfabstimmung ferner den wesentlichen Vorteil mit sich, daß die Genauigkeit der' durch Einstellung des Interpolationsoszillators 41 bewirkten Feinabstimmung noch weiter gesteigert werden kann und daß etwaige Änderungen der Bandfilterkennwerte, die z. B. durch Temperatureinflüsse entstehen können und die gleichen schädliehen Einwirkungen haben wie ungewollte Änderungen der Meß frequenz, ausgeschaltet werden können. Nach dieser Weiterbildung der Anordnung nach der Erfindung wird eine zur Frequenzumsetzung der Zwischenfrequenz benötigte Hilfsoszillatorfrequenz, z. B. f_q, mit einer vorzugsweise niedrigen Wobbelfrequenz /₃ mit geringem Hub frequenzmoduliert und die an den Flanken des Bandfilters 47 bzw/46 entstehende Amplitudenmodulation der Zwischenfrequenzspannung in der Weise ausgenutzt, daß die Modulationsfrequenz abgeleitet und mit der vorzugsweise niedrigen Wobbeifrequenz f₃ phasenmäßig derart verglichen wird, daß eine von der Richtung der Phasenverschiebung abhängig gepolte Regelspannung gebildet und zur Verstimmung des Oszillators im Sinne einer Verschiebung der Zwischenfrequenz in Richtung auf die Mitte des Durchlaßbereiches des Bandfilters verwendet wird. Hierbei wird also die Regelspannung für den Oszillator von dem frequenzabhängigen Verlauf der Durchlaßkurve des Bandfilters 47 bzw. 46 selbst abgeleitet.

Eine zu diesem Zweck vorzugsweise geeignete Schaltungsanordnung ist in Fig. 4 schematisch dargestellt, wobei der Teil des Überlagerungsmeßempfängers gezeigt ist, der hinter dem Modulator 45 liegt. Die von dem Oszillator 57 erzeugte Oszillatorfrequenz fq, die dem Modulator 45 zur Umsetzung der Zwischenfrequenz in eine geeignete Frequenzlage zugeführt wird, wird dabei über ein potentialmäßig steuerbares, frequenzbestimmendes Glied 58 (z. B. Reaktanzröhre) des Oszillators 57 und über eine Frequenzweiche 63 von einer aus einer Wechselstromquelle 62 herrührenden Wechselspannung geringer Amplitude der Frequenz f_s frequenzmoduliert. Dementsprechend wird auch die Zwischenfrequenz fz frequenzmoduliert, was durch die Beziehung

fz= fz₀+Af · cos ωί

ausgedrückt werden kann, wobei fz₀ die mittlere Zwischenfrequenz, Af den Frequenzhub und ω die der Wobbeifrequenz ^₃ entsprechende Kreisfrequenz darstellt. Entspricht fz₀ der Mittenfrequenz des Bandfilters 47 und ist der Modulationsgrad so bemessen, daß der Frequenzhub Af nicht über den Durchlaßbereich des Filters 47 hinausreicht, so wird die Amplitude der Filterausgangsspannung U₂ keine Veränderung zeigen." Bei Verschiebung der mittleren Zwischenfrequenz fz₀ in den Bereich der Filterflanken tritt jedoch die frequenzabhängige Dämpfung des Filters 47 in Erscheinung, so daß die Filterausgangsspannung U₂ neben der Frequenzmodulation auch eine von dem Frequenzhub Af und der Flankensteilheit abhängige Amplitudenmodulation AU₂ erhält.

Fig. 5 zeigt dabei den Zusammenhang zwischen den Momentanwerten der - Zwischenfrequenz fz und der Filterausgangsspannung U₂. Auf der linken Filterflanke hat die Ausgangsspannung U₂ bei einer angenommenen mittleren Zwischenfrequenz fz₀' bei fz = fz_Q+Af, auf der rechten Filterflanke bei einer entsprechend verschobenen mittleren Zwischenfrequenz fz_Q" bei fz = fz_o"—Af einen Maximalwert, Daraus ist zu ersehen, daß beim Übergang der mittleren Zwischenfrequenz fz₀ von fz₀' auf fz₀" bzw. von der einen zur anderen Filterflanke die Phasenbeziehung zwischen Frequenz- und Amplitudenmodulation der Zwischenfrequenzspannung um 180° geändert wird. Dieses Verhalten wird durch die weitere Schaltung zu einer korrigierenden Nachstimmung des Oszillators 57 ausgenutzt.

Eine Demodulationsanordnung 59 leitet aus der in der Verstärkeranordnung 48 verstärkten Zwischenfrequenz fz die Modulationsfrequenz ab, d. h. die Umhüllende der Zwischenfrequenzspannung fs, welche über eine Verstärkeranordnung 60 dem einen Eingang eines phasenabhängigen Gleichrichters 61 zugeführt wird. Dem zweiten Eingang wird dabei die Wechselspannung geringer Amplitude der Wobbeifrequenz f₃ zugeführt. Der phasenabhängige Gleichrichter 61 wirkt dann in der Weise, daß er eine von der Richtung der Phasenverschiebung der an seinen. Eirigän-

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gen liegenden Wechselspannungen abhängig gepolte Gleichspannung erzeugt, die über die Frequenzweiche 63 dem potentialmäßig steuerbaren, frequenzbestimmenden Glied 58 (z. B. Reaktanzröhre) des Oszillators 57 zugeführt ist. Als phasenabhängiger Gleichrichter 61 kann beispielsweise eine Modulationsanordnung verwendet werden, der die Ausgangsspannung der Verstärkeranordnung 60 gewissermaßen als Zeichenspannung zugeführt wird, die im Takt der Trägerbzw. Schaltfrequenz /₃ geschaltet wird. Die Frequenzweiche 63 besteht vorzugsweise aus einem i?C-Glied, das, wie in Fig. 5 angedeutet, mit den einzelnen Zuleitungen verbunden ist.

Da die von der Verstärkeranordnung 60 gelieferte Ausgangsspannung je nach der Verschiebung der mittleren Zwischenfrequenz fz₀ auf die linke oder rechte Flanke des Bandfilters 47 jeweils eine um 180° phasenverschobene Lage gegenüber der von der Wechselstromquelle 62 gelieferten Ausgangsspannung mit der Frequenz f₃ einnimmt, entsteht für eine mittlere Zwi- ao schenfrequenz von fz₀' oder fz₀" eine positive oder negative Gleichspannung am Ausgang des phasenabhängigen Gleichrichters 61. Diese wirkt nun über die Frequenzweiche 63 derart auf das potentialmäßig steuerbare, frequenzbestimmende Glied 58 (z. B. Reaktanzröhre) des Oszillators 57 ein, daß eine Verstimmung im Sinne einer Verschiebung der mittleren Zwischenfrequenz fz₀ in Richtung auf die Mitte des Durchlaßbereichs des Bandfilters 47 vorgenommen wird.

Bei entsprechender Dimensionierung kann dabei der Gleichrichterkreis 49 der Auswerteeinrichtung des Überlagerungsempfängers selbst an Stelle der Demodulationsanordnung 10 zur Ableitung der Modulationsfrequenz verwendet werden. Die Wechselstromquelle 62 kann vorzugsweise auch durch eine zusatzliehe Wicklung des Netztransformators ersetzt werden, so daß die Frequenz /₃ mit der im Überlagerungsmeßempfänger vorhandenen Netzfrequenz übereinstimmt.

Es ist schließlich auch möglich, die beschriebene Zusatzschaltung zur automatischen Scharfabstimmung an den Interpolationsoszillator 41 zu schalten, in welchem F"all die der zweiten Umsetzungsstufe 35 zugeführte Hilfsoszillatorspannung in ihrer Frequenz moduliert wird. Auch hierbei muß jedoch die Demodulationsan-Ordnung 59 hinter dem Bandfilter 47 in den Weg der Zwischenfrequenzspannung geschaltet sein.

Die beschriebene Zusatzschaltung ist in ihrer Wirkungsweise von der Breite der Bandfilterdurchlaßkurve unabhängig, so daß sie sowohl bei Einschaltung des Bandfilters 47 mit extrem engem Durchlaßbereich als auch im Zusammenhang mit dem Bandfilter 46 verwendet werden kann.

Für die Durchführung von Messungen im Wobbeibetrieb ist die Anordnung zur selektiven Pegelmessung nach der Erfindung vorzugsweise an Stelle des Anzeigegerätes 50 mit dem einen Ablenkelektrodenpaar eines Zweikoordinatenschreibers (insbesondere Kathodenstrahloszillograph) verbunden, dessen anderes Ablenkelektrodenpaar zweckmäßig eine Ablenkspannung erhält, die proportional der Meßfrequenz ist und beispielsweise mittels eines Frequenzmessers aus der Meßspannung selbst am Ort des Meßempfängers abgeleitet wird.

Claims (12)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Anordnung zur selektiven Pegelmessung, bei der eine von einem Schwebungssender erzeugte Meßspannung einstellbarer Frequenz nach Durchlauf en des Prüfobjekts in einem Überlagerungsmeßempfänger frequenzselektiv ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der ersten Frequenz des Schwebungssenders ein erster Sendeoszillator (1) dient, der vorzugsweise automatisch auf eine gewählte Ras ter frequenz eines quarzkontrollierten Frequenzrasters einstellbar ist, während zur Erzeugung der zweiten, um die Meßfrequenz von der ersten abweichenden Frequenz ein zweiter, um den Rasterabstand verstimmbarer, frequenzkontrollierter Sendeoszillator (9) dient, und daß die Meßfrequenz im Überlagerungsmeßempfänger in einer ersten Umsetzungsstufe (25), deren Hilfsoszillatorfrequenz mit der jeweiligen Rasterfrequenz des ersten Sendeoszillators identisch oder gleichartig erzeugt ist, in ein Band von der Breite des Rasterabstandes und in einer nachgeschalteten zweiten Umsetzungsstufe (35), deren Hilfsoszillatorfrequenz in gleicher Weise wie die Frequenz des zweiten Sendeoszillators (9) erzeugt oder von ihr abgeleitet ist, auf eine quarzkontrollierte, konstante Frequenz umgesetzt und über ein Bandfilter (47) mit engem Durchlaßbereich der Auswerteeinrichtung (50, 52) zugeführt ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite, um den Rasterabstand verstimmbare, frequenzkontrollierte Sendeoszillator (9) sowie der zur Erzeugung der Hilfsoszillatorfrequenz für die zweite Umsetzungsstufe (35) vorgesehene Hilfsoszillator (36) in ihnen zugeordneten Nachstimmzweigen Mittel zur quarzgenauen Umsetzung der Ausgangsfrequenz in eine niedrige Zwischenfrequenz und zur Nachregelung dieser Zwischenfrequenz auf den Wert einer zusätzlich erzeugten, um den Rasterabstand veränderbaren niedrigen Hilfsfrequenz enthalten.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Abstimmzweig ein phasenabhängiger Gleichrichter (15, 40) vorgesehen ist, dessen Eingängen die aus der Ausgangsspannung erzeugte Zwischenfrequenz sowie die zusätzlich erzeugte niedrige Hilfsfrequenz zugeführt sind und dessen Ausgangsspannung als Regelspannung für das frequenzbestimmende Element (16, 42) des Hochfrequenzoszillators (9, 36) in der Weise dient, daß eine korrigierende Nachstimmung des Oszillators (9,36) erfolgt.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der zur ersten Umsetzungsstufe (25) gehörige Hilfsoszillator (26) als auch der zur zweiten Umsetzungsstufe (35) gehörige Interpolationsoszillator (41) wahlweise abschaltbar und über Verbindungsleitungen (53, 54) durch die entsprechenden sendeseitigen Oszillatoren (1, 14) ersetzbar sind.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Verbindungsleitungen (53, 54) Trennverstärker (55, 56) eingeschaltet sind.

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste, vorzugsweise automatisch auf eine gewählte Quarzrasterfrequenz einstellbare Sendeoszillator (1) und der zur ersten Umsetzungsstufe (25) gehörige Hilfsoszillator (26) durch Abschaltung ihrer Nachstimmeinrichtungen in stetig in der Frequenz veränderbare Oszillatoren umschaltbar sind.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische oder mechanische Kopplung der frequenzbestimmenden Elemente des ersten Sendeoszillators (1) und des zur ersten Um-

setzungsstufe (25) gehörigen Hilfsoszillators (26) vorgesehen ist.

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Umschaltmöglichkeit von dem Bandfilter (47) mit extrem engem Durchlaßbereich auf ein Bandfilter (46) mit breiterem Durchlaßbereich vorgesehen ist.

9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der die Hilfsfrequenz in einer vor dem Bandfilter (47) angeordneten Umsetzungsstufe bestimmende, verstimmbare Hilfsoszillator (57) in seiner Ausgangsfrequenz frequenzmodulierbar ausgebildet ist und daß eine Modulationsanordnung (59) vorgesehen ist, die die an den Bandfilterflanken entstehende Amplitudenmodulation der Zwischenfrequenzspannung abnimmt und zusammen mit der Modulationsfrequenz den Eingängen eines phasenabhängigen Gleichrichters (61) zuführt, dessen von der Richtung der Phasenverschiebung abhängig gepolte Ausgangsspannung einem potentialmäßig steuerbaren, frequenzbestimmenden Glied des Oszillators (57) zugeführt ist und zur Nachstimmung des Os-

zillators (57) im Sinne einer Verschiebung der Zwischenfrequenz auf die Mitte des Durchlaßbereiches des Bandfilters (47) dient.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulations frequenz aus der im Überlagerungsmeß empfänger vorhandenen Netzfrequenz abgeleitet ist.

11. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertespannung dem einen Elektrodenpaar eines Zweikoordinatenschreibers (z. B. Elektronenstrahloszillograph) zugeführt ist und die dem anderen Elektrodenpaar zugeführte Ablenkspannung proportional der Meßfrequenz ist und über eine Frequenzmeßeinrichtung aus der Meß spannung vorzugsweise im Überlagerungsmeßempfänger selbst gebildet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 015 922;
Zeitschrift »Frequenz«, 1957, H.

12, S. 370 bis 379; »Telefunken-Zeitung«, 1951, H. 90, S. 27 bis 38.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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