DE1462411A1

DE1462411A1 - Frequenz-Phasen-Steuerkreis

Info

Publication number: DE1462411A1
Application number: DE19661462411
Authority: DE
Inventors: Carl-Erik Grandquist
Original assignee: AGA AB
Current assignee: Linde Sverige AB
Priority date: 1965-03-05
Filing date: 1966-03-04
Publication date: 1968-11-28
Also published as: GB1131211A; US3449669A; SE319706B

Description

]?requenz-Phasen-S teuerkreis

Die Erfindung betrifft einen Steuerkreis zur Schaffung einer bestimmten Beziehung zwischen einem Phasenwinkel und einer !Frequenz.

Wenn die Forderung besteht, eine Winkelmessung in !form eines Phasenwinkel mittels !Radiowellen oder über 'Verbindungsnetzwerke umzuwandeln, ist es sehr sohwierig, eine Phasenverzerrung zu vermeiden. Ein bekanntes Verfahren zur Vermeidung dieser Schwierigkeit besteht in der Umwandlung des Phaseowinkels in eine ΈτβφχΒηζ und die Verwendung der Ere<|fcena tp.8 ein über die Signalleitung weitergegebenes Signal. Bsp? Yar1?eil dieses Verfahre.^ liegt in der Neigung der meisten

"T

netzwerke

"T

6a'besser als Phasen zu erhaltet in der franz. Pat, t

wodurch die Oszillatorfrequenz eine vorherbestimmte !Punktion des Phasenwinkels ist. Durch eine entsprechende besondere Gestaltung der Kondensatorplatten kann es z.B. in an sich bekannter Weise angestrebt werden, die vorgenannte funktion geradlinig zu gestalten.

Es ist erfahrungsgemäß jedoch außerordentlich schwierig, zwischen dem Phasenwinkel und der Frequenz eine genau lineare Beziehung herzustellen. Hierzu müssen nicht nur die Kondensatorplatten mit größtmöglicher Präzision hergestellt werden, sondern es muß auch die Oszillatorfrequenz in Abhängigkeit von der Kondensatoreinstellung genau festgelegt werden. Da ein Oszillator viele Teile aufweist, die Alterungseinflüssen,

Umgebungstemperatureinflüssen und anderen Einflüssen unterliegen, ist es praktisch unmöglich, auf dem vorgenannten Weg einen hohen G-rad an Linearität der genannten Funktion zu

erzielen.

ι Der Erfindung liegt vor allem die Aufgabe zugrunde, zwischen einem Phasenwinkel und einer Frequenz eine vorbestimmte Beziehung mit einer sehr großen Präzision zu erzielen. Dabei ist insbesondere die Schaffung eines Steuerkreises zur Schaffung einer bestimmten Beziehung zwischen einem Phasenwinkel und einer frequenz angestrebt, der sich durch einen hohen G-rad an

- öenau&gikeit auszeichnet und in welohem insbesondere

809810/1019 ' V

genau lineare Beziehung zwischen den genannten Werten erreichbar ist.

Durch die Erfindung ist weiter angestrebt, einen Phasenwinkel so in eine Frequenz umwandeln zu können, daß dadurch eine Mjzeige dee !Phasenwinkels in digitaler !Form erleichtert wird. Schließlich ist mit der Irfi&dung angestrebt, einen Steuerkeis zu schaffen, der zur Umformung eines als Entfernungsmaß erhaltenen Phasenwinkels in eine genau entsprechende Frequenz geeignet ist«

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß im wesentlichen durch «inen Oszillator zur Sirzeugung eines AusgangesIgnai* steuerbarer Freqttana*, ein Verzögerungsglied, Mittel, durch welche dem Verzögerungsglied ein Eingangssignal einer bestimm ten. PhasenbeEiehutig zum Ausgange signal des Osaillator* zugeführt wird, und ,eitlen Phaeendetektor und Mittel gekenr;-zeichnet, durch K*loh,e dem Pliaeeadetektor ein erstes

signal

teil Plots enbeziehung «u dem vorgeg eigaal «iner

dee Vertsögeruagegli

mm* «itttx, durchn

des genaruiten.

dem OflBillBtor BugefUlupt wird, woduroh dt* J*

•n Phaeenwinkel utid der rte hergtKtim wird*

609810/1019

Sowohl die Verwendung eines Verzögerungsgliedes zum Umformen einer Phasenänderung in eine Frequenzänderung als auch die Steuerung der Oszillatorfrequenz durch einen Phasendetektor, der die im Verzögerungsglied erzeugte Phasenverzögerung mit dem Phasenwinkel vergleicht, stellen vorteilhafte Erfindungemerkmale dar, durch welche die Anordnung weitgehend unabhängig von Alterungserscheinungen u.dgl. im Oszillator gemacht wird. Wenn eine lineare Abhängigkeit gewünscht ist, wird die Genauigkeit der Anordnung in erster Linie durch den G-rad der Genauigkeit bestimmt, mit welcher die Verzögerung des Verzögerungsgliedes konstant bleibt, und weiterhin durch die Genauigkeit, mit welcher die Ausgangsfrequenz des Oszillators gemessen werden kann. Da es möglich ist. Frequenzen mit sehr großer Genauigkeit zu messen und Verzögerungsglieder sehr großer Präzision herzustellen, ist der erfindungsgemäße Steuerkreis gut dazu geeignet, Phasenwinkel mit großer Ge nauigkeit in.digitaler Form anzuzeigen.

Gemäß einer abgewandelten Auiführungefoin der ürfind£ng wird dem Verzögerungsglied ein Signal einer einen Phasenwinkel darstellenden Frequenz zugeführt, wobei sowohl da« linganealB auch das Ausgangesignal des Verzögerungggliedei mit einer Hilfeeohwingung überlagert wird» deren Frequents ·ο gesteuert ietj dai das vom Eingangs signal erhaltene tiberl&strtre Signal und die Hilfiaohwingung in. Phase mit einer örtlich erzeugten

809810/1019

Bezugsschwingung liegen« Das zweite, vom Ausgang des Verzögerungsgliedea erhaltene tJTb erläge rungs signal und die Hilfsschwingung weisen einen Phasenwinkel auf, der proportional der zugeführten Frequenz ist.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der nachstehenden Beschreibung und Darstellung verschiedener Ausführungsbeispiele der Erfindung hervor; es zeigen!

Fig.'1 ein das Prinzip der Erfindung veranschaulichendes ·;■> ··-Schaltbild; '

Fig, 2 ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen Steuerkreises;

.Fig. 3 ein Schaltbild eines abgewandelten erfindungsgemäßen Steuerkreises;

Fig. 4 u.nd 5 Schaltbilder weiterhin abgewandelter Ausfuhrungsformen eines erfindungsgemäßen Steuerkreises gemäß Fig* 2?

Fig. 6 ein die Funktion des Steuerkreises gemäß Fig. 5 veranschaulichendes Diagramm;

Fig. 7 das Schaltbild eines zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Steuerkreis besonders geeigneten Verzögerungsgliedes ;

Fig. 8 das Schaltbild eines in einem Entfernungsmeßgerät der Phaseavergleichsart angewendeten erfindungsgemäßen Steuerkreises.

η /

146241t

— D —

In der anschließenden Beschreibung weist das Signal stets die Form einer linearen Funktion der Zeit t auf, zu der das Signal als eine Sinusfunktion angenommen ist. ein Ausdruck wie ^o^ ⁺ ^ s"^¹¹^ deshalb lediglich die kürzere Schreibweise des Ausdruckes sin (CJ₂^ + ^^X) usw. dar.

Pig. 1 veranschaulicht das Prinzip der Erfindung. Einem Verzögerungsglied 1 wird von einem Oszillator 2 her eine Schwingung der Form CA-Lt zugeführt. Die zeitliche Verzögerung des Verzögerungsgliedes ist T, so daß das Ausgangssignal die Form Ui₂ (t + T) aufweist. Ein Hilfsoszillator 3 führt seine Ausgangs frequenz W^ Überlagerungsmitteln in der Form von Mischstufen 4 und 5 zu, denen außerdem jeweils die Frequenz GlL"fc und CJg(^ ^{+ T}) zugeführt werden, so daß die Ausga'ngssignaie der Mischstufen 4 und 5 jeweils die Form (6J₂ + ^AH und (U)₀ + UJt )t + Cv)₀T aufweisen. Der Phasenunterschied zwischen den Ausgangssignalen ist deshalb CügT und aus Fig. 1 geht hervor, daß in der dargestellten Schaltung eine Proportionalitat zwischen diesem Phasenunterschied und U)_n besteht.

. Der in Fig. 2 dargestellte Steuerkreis entspricht in einzelnen Teilen der Fig. 1, wobei die entsprechenden Teile

809810/1019

in Fig. 2 durch gleiche, jedoch ^eweile um 10 erhöhte Bezugezahlen gekennzeichnet sind. Das Ausgangssignal der Misohstufe 14 wird gemäß Pig, 2 Mitteln zur Steuerung der Phase des Hilfsoszillators 13 zugeführt» die die !Form eines Phasendetektors 16 aufweisen, dem eine Phasenbezugsschwingung CJ.. t als Nullphase zugeführt wird. Einem Phasendetektor 17 wird sowohl das AusgangsBignal der Mischstufe 15 als auch ein Eingangssignal Wt + Oi zugeführt, welches den Phasenwinkel OC gegenüber kit aufweist. Das Ausgangssignal des Phasendetektors 17 steuert die Frequenz CJ₂ des Oszillators 12.

Arbeitsweise des Steuerkreises gemäß Fig. 2

Der Phasendetektor 16 erzeugt ein Phasensteuersignal, das die !frequenz 60 des Hilfeoszillators 13 steuert, woduroh kf stets der..,Frequenz 6üg folgt, so daß

Des Ausgangssignal (^₂ + k-S)t + ^Up³· ^¹^· ^ Phasendetektor 17 bea&glioh seiner Phase mit Cü.t +0C vergliohtn ut3d das Ausgangeeignal des PhH8«ndetektors steuert die Frequenz so, daß Äasenga.fioMi©it entsprechend der nachstehenden Gleichung

809810/1019

+ OC = iiw_o ·+■ v-> ^m + Ks-I_n ¹Ji (2)

Hieraus folgt mit Rücksicht auf die Gleichung (1), daß CK ζ= ^₂T ist. Das Ausgangssignal des Oszillators 12 weist deshalb die Frequenz U^(Qi) auf, welche dem Phasenwinice 1OC proportional ist.

Zu beachten ist, daß ^- durch die ganze Beschreibung hindurch auch (λ,+ 2k T sein kann, wobei k eine ganze Zahl bedeutet.

Beim Steuerkreis gemäß Fig. 2 ist 6J₂(Ol) identisch mit d.h. eine lineare !Punktion. Die Schaltung kann aUoh so abgewandelt werden, daß eine Frequenz ^λ-, erzeugt wird, die eine andere Punktion von CL ist, nämlich

Dies kann, erreicht werden mit Hilfe der Umkehrfunktion von f, die mit f""' bezeichnet werden kann, woduroh

¹ CiJ₂) (4)

wird und durch ein Verzögerungsglied 11 mit einer Phasenverschiebung des Wertes f~¹(6J_).

809810/1019

B eschreibung_des _i£_Fig.*_.3_äa ^geste11tea_Steuerkreises

. 3 zeigt einen abgewandelten Steuerkreis, bei dem das Prinzip der Erfindung zum Anzeigen eines Winkels (SJ¹ verwendet wird, der dem Wert oC, in die Form einer entsprechenden Frequenz 6J₂(OC) umgewandelt,entspricht. Die Teile 1 bis 5 gleichen den entsprechenden, bereits beschriebenen. Teilen der Fig. 1.

- - •.■■"Α.·*!;.·'. ■ '. · " ' · ■■■-.:· ■■·. ,■■■■■.■■

Das Ausgangssignal der Mischstufe 4 v/ird einem ersten Phasendetektor β zugeführt, dem außerdem das Ausgangssignal eines Bezugsoszillators 8 der Frequenz Cu^ zugeführt wird. Die Bezugsschwingung 6J₁ wird auch einer Feldspule 31 eines Goniometers und über ein Phasenverschiebungsnetzwerk 9 der anderen. Feldspule 32 desselben Goniometers in bekannter Weise zugeführt. Das einem'Winkel (A.¹ entsprechende Ausgangs signal des Goniometers wird einem-zweiten Phasendetektor 7 zugeführt, dem außerdem das zweite Überlagerungssignal von der HischjstSfe 5 zugeführt wird.. Das Aus gangs signal des Phasendetektors 7 wird zur Steuerung der Winkelstellung Oi* der beweglichen Drehspule 33 des Goniometers, benutzt. Ein mit der Drehspule 33 gekuppelter Zeiger 34 zeigt den Winkel ^¹ auf einer Skala. 35 an. . . ■ ;.■■·■ ,- . ■ ■. .■-·,. ·.■.»·:■■ ■-·;

BAD ORIGINAL

η p, ä 1 η /1 ö 19 ;

Die tJberlagerungssignale der Mischstufen 4 und 5 sind wie

vorher (CJ₂ + 4i )t und (CJ₂ + ^H + ^₂ ¹' ^{I)er Pllaseridetek}tor 6 steuert die Phase des Oszillators 3 so, daß die beiden Eingangssignale in Frequenz und Phase- gleich sind, d.h. 6Λΐ =

Der Phasendetektor 7 vergleicht die Phase von OJ t + $(J mit der von (CJ₂ + CJ->)t + ^T und steuert die Stellung der Drehspule 33, bis Phasengleichheit erzielt ist, entsprechend der G-leichung . ■

^t + (X! = (^₂ + CJ₃) t + ^₂T, (^

was im Hinblick auf Gleichung (1) bedeutet, daß OC¹ = CJ^ ist,

!"ig. 4 zeigt eine abgewandelte Form des S teuerkreis es" gemäß Fig. 2. Die Teile 11 bis 17 entsprechen den entsprechenden 'feilen der Fig. 2, Die Abwandlung besteht darin, daß vor den Ilischstufen 14 und 15 jeweils einer der beiden Frequenzteiler und 19 eines Paares eingefügt ist, die die zugeführte Frequenz durch einen Faktor η teilen. Dieser Teil der Schaltung erzeugt

8 0 9 810/1019

1482411

■ - 11 -

eine Frequenz CJ₂ der Form n{X/T, Ein . zusätzlicher. Oszillator 12¹ erzeugt eine ähnliche Frequenz 6Jp¹ in der Form n' (fil/Ψ * In einer Mischstufe 20 wird schließlich 6Jg ^zu ^j'

Die Arbeitsweise ist ähnlich der des"in Pig, 2 besehriebenen Steuerkreises. Infolge Anwesenheit der beiden Frequenzteiler 18 und 19 erscheint an der Ausgangsseite der Frequenzteiler jedoch statt (J₂ äie geteilte Frequenz kL/n. Die Arbeitsweise der Oteile 13 bis 17 entspricht im übrigen der in Fig. 2 beschriebenen. Dem Verzögerungsglied 11 wird die ungeteilte Frequenz Wp zugeführt und ee erzeugt eine Phasenverschiebung von CJ₂T. Wegen der Anwesenheit der Frequenzteiler erscheint im Üb erlägerungssignal der Mischstufe 15 jedoch eine entsprechende Phasenverschiebung von GJgl/n, die im Phasendetektor mit dem Phasenwinkel OC des Eingangssignals £J-t + Qi verglichen wird. Dadurch erhält CJ die Form η (Ά/1 und die Schaltung erzeugt so eine phasönabhängige Frequenz O^_t die mit einem Faktor η multiplizie-rt ist.

Der zusätzliche Oszillator 12' erzeugt in analoger Weise

eine Ausgangs frequenz ^₉ ¹ « n¹ 0CA¹ und die Addition dieser

■ ■ ··.■·*■

Frequenzen in der Miöohstufe 20 führt zu dem Ergebnis;

80 9810/1019

.&■■

2 + CJ₂' = _ηα/Τ + n'flC'/T¹, (6)

Es ist zuweilen unpraktisch, zum Ableiten einer darstellenden Frequenz 6Ju hochgradiger Präzision den ursprünglichen Winkel CL zu verwenden, insbesondere, wenn der "Winkel OL von mechanischen Vorrichtungen, zum Beispiel einem Kreiselrotor od.dgl. gegeben wird. Wenn der die Winkelstellung eines Hotors darstellende Phasenwinkel z.B. mit Hilfe eines Zahnrades erhalten wird und die Zähnezahl groß ist, kann eine entsprechend erhöhte Präzision erreicht werden. Andererseits multipliziert dies die Drehung des Eades mit einem !Faktor n, und eine Umdrehung oder eine vollständige Periode von OL (von O bis w ) entspricht einer Änderung von nOi von 0 bis 2If. Um- diesen hohen G-rad von Präzision ohne Verlust des Wertes von OC selbst möglich zu machen, ist es empfehlenswert, auch ÖL beizubehalten. Bs werden zwei Eingangssignale der Form 6J₁1 + OL und 6J₁1 + nCL erzeugt, von denen die erste dazu benutzt, wird, dem Steuerkreis anzuzeigen, wennüflC eine volle Periode erreicht hat. Es kann auch praktisch sein, ein Paar multiplizierter Phasenwinkel mOL und η Λ zu verwenden.

Im Sttuerkreis gemäß Fig. 5 wird der Winkel OL von einem Phasenwinkelgeber 59 als der Phasenunterschied zwisohen einem in Verbindung mit Fig. 2 beschriebenen Paar von Signalen CJ₁1

809810/1019

14PJ4H

und GAt ·+ OLerhalt®η. Mit dem Phasenwinkalgeber 59 ist über ein Übersetzungsgetriebe 58 ei.a Phasenwinkelgeber 59' gekuppelt, der¹ Signale Μ) ^t und 6^t + η Οι erzeugt.

Der Öteuerkreis Weist einen ersten Hilf skreis aus den in Verbindung mit !ig. 2 beschriebenen feilen 11 bis 17 und einen zweiten Hilfskreis derselben Art auf, der aus den Teilen 51 bis 57 besteht und dem die Signale ^t und CJ^t + η CX des Phasenwinkelgeb^rs 59^f zugeführt werden.

Das Ausgangesignäl C^₂ des ersten Hilfskreises wird einem Phasenvergleicher 62 und das Aus gangs signal ^' ^^{es z}'^wei"^feel:1 Hilfskreises einem !"requenzteiler 60 mit dem Teilungsverhältnis 1/n zugeführt. Das Ausgangs signal 6Jj₂ * /n des frequenz teil ©rs 60 ist in einer Misohs'feufe 61 mit einer I'requsnz-Bezugssohwingung IcCJ. überlagert, um im .Aupgangs.Mjptia der Blisohstufe wieder 3.Xe Frequenz &J herzustellen, die auoh dem Phasenvergleioher 62 zugeführt wird.

Das Aus^angssignal des Phasenve'rgleiehers 62 ist ein Schaltsignal, das einem Zählkreis 65 zugeführt wird, dessen Ausgangssignal einem Schaltkreis 64 zugeführt wird, dem auch Vielfache kk^(k = 1, 2, 3 ...) einer Bezugsfrequenz &Λ sugefülirt werden, die in einem !Bezugooszillator 63 erzeugt werden.

BAD ORlGiNAL

Die ersten und zweiten Hilfskreise erzeugen Ausgangssignale der Frequenz 6JL = £Χ/Τ bzw, CJ₂ ¹ = η <X/T. Zu beachten ist, daß 6Jp' den Winkel OL mit einer hohen Präzision wiedergibt, weil der Winkelgeber 59' den ursprünglichen Winkel OL über einen wesentlich größeren Umfangsbereich auseinanderzieht. ^₂ ¹ laach/fc infolgedessen η vollständige Perioden, wenn CJo gerade eine vollständige Periode von 21Γ macht. Der Frequenzteiler 60 teilt Cu₂' ^zu ^>'/π· herunter.

In dem in Fig. 6 dargestellten Diagramm ist die Abhängigkeit der Frequenzen 6J und £-U' vom Winkel qL dargestellt, wobei die Teilungszahl η mit 8 angenommen ist. Wie ersichtlich, ändert sich die Frequenz 6J₂ ¹ vial schneller als die "Frequenz CJ₂. Die Teilung durch η läßt 6J₂ ^l/τι in gleicher Y/eise wie Cü« wechseln} aber trotzdem führt CJ₂ '/a acht volle Perioden aus_r während CJ₂ lediglich eine vollendet.

Um den Arbeitsbereich des Steuerkreises weiter auszudehnen, kann der Bezugsoszillator 63 Vielfache der Frequenz 6J₂ erzeugen, die stufenweise für jede vollständige Periode Cup'/ia

der addiert werden müssen. Die Addition erfolgt in/Mischstufe 61

und der Wert k 6J. des addierten Vielfachen wechselt jeweils wenn CJ ^¹/n eine Umdrehung mit dem Wert 2 if durchgeführt ha • -Zu beachten ist, daß ein Bezugsoszillator leicht mit einem

809810/1019

extrem hohen Präzis ionegrad ausgeführt werden kann, so daß die Addition der Vielfachen k£J. in der Mischstufe 61 nicht die mit der Messung von CJ₀ ¹ gegebene Präzision beeinträchtigt.

Der Phasenvergleicher 62 spricht auf die Ausgangssignale des Oszillators 12 und der Mischstufe 61 an und gibt dem Zählkreis 65 bei jeder vollendeten Umdrehung von £4,'/& ein Schaltsignal. Der Zählkreis 65 gibt dem Schaltkreis 64 ein Vielfach-Änzeigesignal des Wertes k und bewirkt die Auswahl des nächsten Vielfachen von C*A , so daß in der Eischstufe 61 zum Wert Cu₂ ¹ /n in der zweiten, in Hg, 6 dargestellten Periode eine Frequenz C*3. _t in der dritten Periode eine Irequenz 2 -CJ. usw. hinzugefugt wiM» ~ -

11 durch ein einstellbares Verzögerungskorrekturglied 67 ein?- stellen zu können, dem ein Verzög^jnings-Steuersignal vom Phasenvergleicher 62 über einen (3-leiehrichterkreis 66 angeführt wird. Dadurch folgt dae Ausgangs©ignal 6J_ des Oszillators

12 den von der Mischstufe 61 Tsewirkten änderungen von CJ_ und dadurch wird zugleich der "Ungewißheitsintervall" während des Einschal tens dee nächsten Vielfachen durch den 2ählkJ?eis 6f " abgekürzt» .

SiSSIO/1010

Das in. Fig. 7 dargestellte Verzögerungsglied arbeitet nach, dem Digitalprinzip, das dank seiner hohen Genaugkeit ganz besonders fiir eine Verwendung im Rahmen der vorliegenden Erfindung geeignet ist. Die hohe Präzision der Verzögerung ist einem Bezugsoszillator 72 hoher Präzision zuzuschreiben und die Verzögerung wird durch Auszählen einer vorbestimmten Zahl von Impulsen dieses Oszillators erhalten.

Die dem Verzögerungsglied zugeführte Schwingung 6Jp t wird in einem Begrenzer 70 zu einer Rechteckschwingung geformt, die in einer Differenzierungsschaltung 71 zu aufeinanderfolgenden positiven und negativen kurzzeitigen Impulsen differenziert wird. , Die positiven Impulse gelangen durch einen Gleichrichter zu einer Flip^-Plop-Schaltung 73 und versetzen diese in den durchlässigen oder 1-Zustand. Mit dem Ausgang der Plip-Plop-Schaltung 73 ist eine UND-Schaltung 74 verbunden, die nun eingeschaltet wird und die Impulse des Bezugsoszillators 72 zu einem Zählkreis 75 hindurchläßt. Der Zählkreis summiert die Impulse jeweils bis zu einer vorherbestimmten Zahl, wonach er einen Ausgangs impuls einer weiteren jaip-ELop-Schaltung 16 zuführt, weiche hierdurch in den durchlässigen oder 1-Zustand versetzt wird, mit einer Verzögerung, die der Zahl der ausgezählten Impulse von Oszillator 72. entspricht.

809810/1019

- 17 - ■ ^;;

Der Ausgangsimpuls des Zählkreises 65 bringt· zugleich die Flip-Flop-Schaltung 73 wieder in den undurchlässigen oder O-Zustand. In' entsprechender Weise gelangen die nega-' tiven Spitzen zu einer M-ip-ilop-Schaltung 73'> die eine UND- ^; Schaltung' 'TA-' betätig-t, während ein Zählkreis 75 ^l eine >ver-»· zögerte HUckkehr der Flip-ELop-Schaltung 76 in den Ü-Züstand mit gl&loher Verzögerung verursacht¹, Yorausgesetzt, daß der Zählkreis 75^A die gleiche Zahl von Impulsen wie der Zählltreis' 75 zählt. ■ ■■■;·' ■·.■-■■= ■

Besehfeibung des in Fig. ü dargestellten Steuerkreises ^;'

Pig. ö,_:zei-gt die Anwendung des erfindungsgemäßen Steuere kreises b.ei_einem Bntfernungsmeßgemt, bei welchem einausgesandte-c mqduliert^r Lichstrahl nach seiner Eeflektion an.-einem entfernten Objekt wieder empfangen wird.

Das Meßgerät weistr einen Sender uQ zur Aussendung eines Lichtstrahles auf, der durch einen Modulator öl moduliert wird, lfach der Reflektion an einem, entfernten objekt wird der modulierte LichiBbrahl durch einen Empfänger u2 empfangen.

Der ausgesandte Lichtstrahl wird durch eine HiIfsschwingung CAt moduliert, die von einem Hilfsoszillator 03 erhalten wird, Der zurückkehrende Lichtstrahl weist aine entsprechende

BAD ORlGiNAL

- 1Ö -

Modulation 6Jt + if auf, worin ^f die Phasenverzögerung und damit die doppelte gemessene Entfernung darstellt.

Wie bei den vorher beschriebenen Aus führungs forme η sind ein Oszillator u5 steuerbarer Frequenz, ein Verzögerungsglied 67 und ein Phasendetektor Ö8 vorgesehen. Das Ausgangssigrisi''""' des Oszillators 55 wird einer ersten Mischstufe 64 zugeführt, in welcher es mit dem Aus gangs signal des Hilfsoszillators 83 zu einem Überlagerungssignal einer zweiten Frequenz CJ₁- £ überlagert wird', das dem Verzögerungsglied o? als Eingans- ' ' signal zugeführt v/ird und eine bestimmte Pliasenbeziehung ^; '-'^x zum Ausgangssignal des Oszillators ü5 aufweist.

Das Ausgangssignal des -Varzögerungsgliodes Ö7 weist die Form (CJ₁ - CJ_n) (t + ¹T) auf und wird einer zweiten Mischstufe

86 zusammen mit dem Ausgangssignal des Oszillators u5 zugeführt. Bas Ausgangssignal der Misclistufe 86 wird dem Phasendetektor 88 als Eingangssignal CJ^ t + (CJ^ - 6J₃)T zugeführt und formt ein zweites Eingangssignal mit einer vorbestimmten Phasenbeziehung zum Aus gangs signal des Verzögerungsgliedes b'f.

Ein Frequenzmeßgerat 09 hoher Präzision erhält das Eingangssignal des Verzögerungsgliedes 6'J, dessen Frequenz direkt proportional J und der gemessenen Entfernung ist.

BAD ORlGWAL 8 09810/1019"

Zu beactiten ist, daß dem Oszillator Ö3 ein sehr hoher Präzisionsgrad eigen ist, dem die Genauigkeit des 'beschriebenen Entfernungsmeßgerätes zuzuschreiben ist, so daß die Anwendung der vorliegenden Erfindung bei einem solchen Meßgerät keine zusätzlichen Anforderungen an die Genauigkeit seiner-Bestandteile stellt.

Die Arbeitsweise der in Fig. 6 dargestellten Schaltung des Entfermingsmeßgerätes durfte im Hinblick auf die vorher gegebenen Erläuterungen zu den anderen Ausführungsformen der Erfindung ohne weiteres klar sein.

809810/1019

Claims

Pa te nta nsjorUche

1 ,pteuerkreis zur Schaffung einer bestimmten Beziehung zwischen einem Phasenwinkel und einer Frequenz, gekennzeichnet duroh

einen Oszillator (12 bzw« 85) zur Erzeugung eines Ausgangssignals steuerbarer Frequenz,
ein Verzögerungsglied (11 bzw. S7),

Mittel, durch welche dem Verzögerungsglied ein Eingangssignal einer bestimmten Phasenbeziehung zum Ausgangs signal des Oszillators (12 bzw, 85) zugeführt wird, einen Phaeendtftektor (17)» . .

Mittelt duroh welche dem Phasendetektör (17) ein. erstes Eingangssignal einer vorbestimmten- Phasenbeziehung zu dem vorgegebenen Phasenwinkel und ein zweites Eingangssignal einer ) vorgegebenem Phesenbeziehung zum Ausgangssignal des Ver-

zögerungagliedes (11) zugeführt wird, und auroh , ,

Mittel» durch welohe das Auegangssignal dee Pliaaendetektors (17)

dem Oa sa lila tor (12 bzw. 65) zur Steuerung dessen frequenz j zugeführt wird» . '

wodurch dip Beziehung zwischen dem genannten Phaeanwinkel ^ und der Auegingsfrequenz dee genannten Os

i,-.' - ρ teilt kird·" .'..-:_;; .,, fc

809810/1019 .ΐ V

- ■ Λι-ν ÄiaM^i: ■'-■ "ii- ■'■· -■- ■"■ ■■-■■■---'--u..- ·■■ ■ ..>;:&ii·-* - . . ■ ■
2. Steuerkreis nach. Anspruch. 1, dadurch, gekennzeich.net, daß das Verzögerungsglied (z.B. 11) innerhalb eines gegebenen Frequenzbereiches eine konstante Yerzögerungszeit aufweist.
3. Steuerkreis nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ,einen Hilfsoszillator (13 bzw. 83) zur Erzeugung einer Hilfsschwingung und durch Mittel (Misohstufe 14 bzw. &4) zum Überlagern des genannten Ausgangssignals des Oszillators (12 bzw. Ö5) mit der genannten Hilfsschwingung zur Schaffung eines Überlagerungssignals mit einer zweiten Frequenz und einer vorherbestimmten Phasenbeziehung zum Ausgangssignal,
4. Steuerkreis nach. Anspruch 3> gekennzeichnet durch weitere Mittel (Mischstufe 15) zum Überlagern des genannten Ausgangssignals des Verzögerungsgliedes (11) mit der genannten Hilfsschwingung zur Schaffung eines zweiten Überlagerungssignals der genannten zweiten Frequenz mit einer anderen Phasenbeziehung zum Ausgangssignal des Oszillators (12).
5. Steuerkreis naoB. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgang®signal des Oszillators (12 bzw. 85) dem Verzögerungegli&d (11) zugefiüirt wird, welch.es einen Hilfsoszillator (13) ζψ? Urzeugung einer Hilfssohwingung steuerbar-ir Frequenz aufweist, und weiterhin gekennzeichnet duroh

809810/1019

1A62411

erste Überlagerungsmittel (Mischstufe 14)» denen das Ausgangssignal des Oszillators (12) und des Hilfsoszillators (13) zugeführt wird,

zweite Überlagerungsmittel (Mischstufe 15), denen das Ausgangssignal des Verzögerungsgliedes (11) und die genannte Hilfsschwingung zugeführt werden, und durch Mittel (Phasendetektor 16), durch welche die Phase des HilfSQszillators (13) in Abhängigkeit von der Phase einer Bezugsschwingung gesteuert wird,
6. Steuerkreis nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Mittel, durch welche das genannte zweite Überlagerungssignal dem Phasendetektor (17) als zweites Eingangssignal zugeführt wird.
7. Steuerkreis nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein Paar Frequenzteiler (18, 19), durch welche die Frequenz des Eingangssignals zu den genannten ersten und zweiten Überlagerungsmitteln (Mischstufen 14 und 15) in gleichem Verhältnis (n) geteilt wird.
8. Steuerkreis nach Anspruch 7, in Kombination mit einem zusätzlichen Steuerkreis, ebenfalls gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzteiler des zusätzlichen Steuerkreises einen vom leilungsfaktor (n) des erstgenannten

809810/1019

Steuerkreises unterschiedlichen leilungsfaktor (n¹) aufweisen und weiterhin gekennzeichnet durch zusätzliche Überlagerungsmittel (Mischstufe 20) zum Erzeugen eines Ausgangssignals, dessen Frequenz die Summe der Frequenzen der Ausgangssignale der "beiden* Steuerkreise ist.
9. Steuerkreis, gekennzeichnet durch
einen ersten.Hilfskreis (11 bis 17)nach Anspruch 5» Mittel, durch welche dessen Phasendetektor (17) ein erstes Eingangssignal (6J^t + OL) zugeführt wird, das ein Vielfaches des genannten Phasenwinkels darstellt, einen zweiten Hilfskreis (51 bis 57) nach Anspruch 5» Mittel, dui-oh welche dessen Phasendetektor (57) ein erstes Eingangssignal (i*-Lt + nOC) zugeführt wird, das ein vom erstgenannten Eingangssignal unterschiedliches Vielfaches des¹ genannten Phasenwinkels darstellt,

Mittel (Frequenzteiler 60), durch welotu* die Frequenzen der Ausgangssignale der Oszillatorθα der beiden Hilfskrei«|j geteilt werden, um sekundäre Ausgangssignale gleicher zu erhalten^ . , · .-■

dritte Überlagerungsmittel (Mieohstiijhi $1) und durch Mittel, duiioh trelohe dt η dritten

stufe 61) |»1ηθΒ der beiden Ausgangegigflfide und da β Aus nal des
ftta,

Wert annimmt, um von den dritten Überlagerungsmitteln ein dem Phasenwinkel proportionales Ausgangssignal abzuleiten.
10, Steuerkreis nach Anspruch 9, in dem der genannte Frequenz-Bezugs oszillator (63) eine Bezugssohwingung konstanter Frequenz erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis zwischen dem Prequenz-Bezugsoszillator (63) und den genannten, dritten Überlagerungsmitteln (Mischstufe 61) Schalt- und Frequenz-Vervielfaohungsmittel (Schaltkreis 64) aufweist, die auf vorbestimmte Werte des genannten Phasenwinkel ansprechen und den dritten Überlagerungsmitteln (Mischstufe 61) entsprechende Vielfache der genannten Frequenz-Bezugsaohwinguageti zufuhren, ■
11. Steuerkreis nach Anspruoh 10, gekennzeichnet durch einen auf das genannte, dem Phasenwinkel proportionale Ausgangssignal und auf das andere der genannten zweiten Ausgangseignale ansprechenden Phasenvergleioher (62), der ein Schalt« Signal erzeugt, wenn der genannte Phasenwinkel einen der vorherbestimmten Wert· «rrtiöht,

dttroh ei nt ti Zählkreie (6{5), der auf das genannte ßoha Its ignal anspricht und βία ein Vlelfaohes darstellendte Signal erzeugt,

Mltttl, duroh welohe due letetgenannte Signal den 8oh*It-

809810/1019

und Frequenz-Vervielfachungsmitteln (Schaltkreis 64) zur Erzeugung eines entsprechenden Frequenz-Vielfachen zugeführt wird.
12. Steuerkreis nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch,

auf den Phasenvergleicher (62) ansprechende Mittel, die ein Verzögerungs-Steuersignal erzeugen und durch Mittel (Verzögerungskorrekturglied 67), durch welche die Verzögerung eines der genannten Hilfskreise entsprechend dem genannten Verzögerungs-Steuersignal eingestellt wird.
13. Steuerkreis zur Schaffung einer bestimmten Beziehung zwischen einem Phasenwinkel und einer Frequenz, gekennzeichnet durch

ein Verzögerungsglied (11),

Mittel, durch welche die genannte Frequenz dem Verzögerungsglied (.1) zugeführt wird, um von diesem ein Ausgangssignal frequenzabhängiger Phase abzuleiten,

einen Hilfsoszill&tor (3), der eine Hilfsschwingung erzeugt, erste Mittel (Migohstufe 4) zur Überlagerung der genannten Frequenz mit der Hilfsschwingung und zur Erzeugung eines ersten tfoerlagsr^ptgssignals,

zweite 1ί±Ήβ1 , (lü&gg&ötctf θ S) zur Überlagerung ,der genanortieüg.mlf dem genannten Ausgangsaignal WQ& zttr-

■'' ■»;
■r

^00810/1019

Erzeugung eines zweiten Überlagerungssignals frequenzabhängiger Phase und durch

einen Phasenvergleicher (6 bis 9 und 31 bis 35), der den Phasenunterschied zwischen dem ersten und dem zweiten Überlagerungssignal mißt und anzeigt; Fig. 3.
14. Steuerkreis nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenvergleicher einen Bezugsoszillator (8) und einen ersten Phasendetektor (6) aufweist, der auf das genannte erste Überlagerungssignal und auf das Ausgangs signal des Bezugsoszillators (8) anspricht und den Hilfsoszillator (3) steuert, und gekennzeichnet durch eine Phasenverschiebungs- und -anzeigevorrichtung (9 und 31 bis 35) zur Erzeugung eines phasenversohobenen Ausgangssignals des genannten Bezugsoszillators (8) und zur Anzeige dessen Phase, und durch

einen zweiten Phasendetektor (7), der auf das genannte zweite Überlagerungssignal und" auf das phasenverschobene Ausgangssignal anspricht und ein Steuersignal zur Steuerung der in der Phasenverschiebungs- und -anzeigevorrichtung (9 und 31 bis 35) erzeugten Phasenverschiebung erzeugt.

15» Intfernungsmeßgerät mit einem Steuerkreis gemäß 3, gekennzeichnet durch

809810/1019

einen' Sender (80) zum Aussenden eines Lichtstrahles, einen Modulator (81) zur Modulierung des genannten Lichtstrahls,

einen Empfänger (82) zum Empfangen des genannten, von einem entfernten Objekt reflektierten Strahles, durch Mittel^ durch welche die genannte Hilfssohwingung dem genannten Modulator (8-1) zugeführt wird,'duroh zweite Überlage.rungsmittiil (Mischstufe 86), durch welche die Ausgangssignale des genannten Oszillators (85) und des genannten VerzögerungsgliedeB (87) tiberlagert werden, um ein zweites Eingangssignal zu bilden, und duroh Mittel, durch welche das genannte erste Eingangssignal aus dem genannten Empfänger (62) abgeleitet wirdj Hg, 8.

16, Entfernungsmeßgerät nach Anspruch 15 ♦ gekennzeichnet duroh ein hoohpräzises JfrequenÄmeßger&t (89) und Mittel, . duroh welche dem F^eqmmemaßgerät {89) ein in Beziehung zum Ausgange signal 4ee germiititift Öfcfeillators (83) stehendes Signal zugeführt w

17· Entferfaun^smeßgerät duroh

i$_t gekennzeichnet

U^;?€|T- -f]