DE2127329B2 - Schaltungsanordnung zur frequenzselektiven untersuchung eines messobjekts - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur frequenzselektiven Untersuchung eines Meßobjekts mit insbesondere frequenzumsetzenden oder -ableitenden Eigenschaften, bei der eine Meßspannung mit Hilfe eines digital einstellbaren Frequenzgenerators, vorzugsweise eines dekadischen Senders, erzeugt und über das Meßobjekt einem selektiven Überlagerungsempfänger mit nachgeschalteter Auswerteeinrichtung zugeführt wird, der init'els eines die Überlagerungsfrequenz erzeugenden, digital einstellbaren Frequenzgebers auf eine Frequenz abstimmbar ist. die von der Meßfrequenz abweicht.

Eine derartige Untersuchung kann z. B. an einem Frequenzumsetzer vorgenommen werden, der die Funktion hat, eine eingangsseitige Frequenz auf eine hiervon abweichende Ausgangsfrequenz umzusetzen. Andererseits kann die Schaltung auch zur Überprüfung eines Vierpols bezüglich gewollter oder nicht gewollter Oberwellenbildungen verwendet werden. Bei allen diesen Messungen kommt es darauf an, den Überlagerungsempfänger auf eine bestimmte, ausgangsseitig vom Meßobjekt auftretende Frequenz digital abzustim

Bekannte Schaltungen dieser Art benötigen neben dem die Meßfrequenz liefernden, digitalen Frequenzgenerator einen zweiten, der die Überlagerungsfrequenz erzeugt. Dabei ist jedoch der erforderliche Schaltungsaufwand sehr groß. In vielen Fällen wird die Durchführung der genannten Messungen sogar daran scheitern, daß nur ein Frequenzgenerator zur Verfügung steht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den bei Anordnungen der eingangs genannten Art erforderlichen Schaltungsaufwand erheblich zu verringern. Das wird erfindungsgemäß erreicht durch eine Gliederung des Frequenzgenerators in zwei oder mehrere mit abgestuften Bezugsfrequenzen gespeiste, im wesentlichen gleichartig ausgebildete und einander interpolierende Stufen und durch eine Umschaltvorrichtung zur Aufteilung der Stufen in zwei für sich funktionsfähige, einander nicht interpolierende Gruppen, von denen die zweite zur Erzeugung der Meßfrequenz oder einer ihrer Komponenten dient, während die erste als Frequenzgeber oder als Teil desselben verwendbar ist und zur Erzeugung der Überlagerungsfrequenz oder einer ihrer Komponenten dient.

Der mit der Erfindung erzielbare Vorteil besteht insbesondere in der Einsparung eines eigenen Frequenzgenerators für die digitale Abstimmung des Überlagerungsempfängers auf die jeweils zu selektierende Frequenz. Der zur Erzeugung der Meßfrequenz herangezogene Frequenzgenerator wird durch geringfügige Abänderungen seiner Schaltung, die sich schnell

und in übersichtlicher Weise vornehmen lassen, da sie nicht in die einzelnen Stufen eingreifen, sondern im wesentlichen nur die Verbindungen zwischen diesen betreffen, in die Lage versetzt, die Funktion des Frequenzgebers mit zu übernehmen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einiger bevorzugter, teilweise in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel, bei dem die Bezugsfrequenzen den einzelnen Stufen individuell zugeordnet sind,

F i g. 2 ein anderes Ausführungsbeispiel, bei dem die Bezugsfrequenzen a'len Stufen gemeinsam sind, und

F i g. 3 eine beispielsweise Ausführung einer Stufe des Frequenzgenerators.

In der Schaltung nach Fig. 1 besteht der zur Erzeugung der Meßfrequenz f_m herangezogene Frequenzgenerator aus den einzelnen Stufen f bis 6. Jede dieser Stufen hat einen ersten Eingang a. der mit einer Reihe von abgestuften Bezugsfrequenzen beschaltet ist. Der Stufe 1 werden dabei die Bezugsfrequenzen 2Y_ßll, k = 1 ... /7. zugeführt. Die sich hiervon unterscheidenden Bezugsfrequenzen der Stufe 2 sind mit Σ fm,' bezeichnet, die der Stufe 3 mit 2/e*" usw. Den Inierpolationseingängen b der Stufen 1 bis 6 weiden jeweils die an den Ausgängen c auftretenden Frequenzen der vorhergehenden Stufen als Interpolationsfrequenzen zugeführt. Die Funktion jeder einzelnen Stufe besteht darin, aus der Reihe der Bezugsfrequenzen eine gewünschte 3,0 auszuwählen, zu der am Intcrpolationseingang liegenden Interpolationsfrequenz zu addieren und eine entsprechende Summenfrequenz am Ausgang c¹ abzugeben. Die Auswahl der Bezugsfrequenz geschieht dabei zweckmäßigerweise mittels eines Selektionsschalters 7, -15 der auf die betreffende Bezugsfrequenz, eingestellt wird. Ihr Wert erschein^ dann in dem digitalen Anzeigefeld 8.

Durch eine entsp.echende gegenseitige Abstufung der Bezugsfrequenzen, die unterschiedlichen Stufen zugeführt werden, wird eine Interpolationsbeziehung zwischen diesen erreicht. Die von der Stufe 1 am Ausgang c abgegebene Interpolationsfrequenz f, ändert sich beispielsweise für alle möglichen Bezugsfrequenzen /β* innerhalb eines Bereiches, der dem Frequenzabstand zweier aufeinanderfolgender Bezugsfrequenzen /gi', /et' + i entspricht. Dem Interpolationseingang b der ersten Stufe wird hierbei zweckmäßigerweise eine Hilfsfrequenz 4> zugeführt, die der Ausgangsfrequenz einer tatsächlich nicht vorhandenen zusätzlichen Stufe entspricht, die der Stufe 1 vorzuschalten wäre. Soll eine dekadische Frequenzabstufung von f„, erreicht werden, so müssen auch die einzelnen Bezugsfrequtnzen dekadisch gegeneinander abgestuft sein.

Die Meßfrequenz /,„ wird einem Meßobjekt 9 zugeführt, dessen Ausgang mit dem Eingang 10 eines selektiven Überlagerungsempfängers verbunden ist. Dieser enthält eine Frequenzumsetzungsstufe 11, die mittels einer Überlagerungsfrequenz f\ die Empfangsfrequenz auf eine Zwischenfrequenz fzv umsetzt. Diese wird dann über ein Zwischenfrequenzbandfilter 12 an die eigentliche Meß- bzw. Auswerteeinrichtung 13 weitergegeben.

Nach der Erfindung wird die Funktion eines die Überlagerungsfrequenz f\ erzeugenden Frequenzgebers durch einen Teil der Stufen des Frequenzgenerators mit übernommen. Zu diesem Zweck ist eine Umschaltvorrichtung 14 vorgesehen, die in F i g. 1 als Zweifachumschalter ausgebildet ist. In der gestrichelten Lage des Umschalters ist dabei der Ausgang cder Stufe 3 mit dem für die Zuleitung der Überlagerungsfrequenz W vorgesehenen Eingang der Umsetzungsstufe 11 verbunden, während der Interpolationseingang b der Stufe 4 an eine Hilfswechselspannung mit der Frequenz /«,'" geschaltet wird, die einer von der Stufe 3 gelieferten Interpolationsfrequenz entspricht. Hierdurch entstehen zwei für sich jeweils funktionsfähige Gruppen von Frequenzgeneratorstufen, nämlich die erste Gruppe mit den Stufen 1, 2 und 3 und die zweite Gruppe mit den Stufen 4, 5 und 6. Die Stufen jeder Gruppe behalten untereinander ihre interpolierende Zuordnung, doch wird die Interpolationseigenschaft zwischen beiden Gruppen nunmehr aufgehoben. Bei der in Fig. 1 dargestellten Abstufung der Bezugsfrequenzen ist es hierzu erforderlich, die Eingänge a der Stufen 1 bis 3 auf die Bezugsfrequenzen der Stufen 4 bis 6 umzuschalten. Um mit den Stufen der ersten Gruppe und den Stufen der zweiten Gruppe jeweils gleich große Frequenzbereiche überstreichen zu können, ist es zweckmäßig, die Stufe 3 mit den Bezugsfrequenz*.- iYm der Mule b. die Stufe 2 mit den Bezugsfrequenzen der Stule 5 und die Stufe 1 mit den Bezugsfrequenzen der Stufe 4 /u beschälten.

Wie hieraus ersichtlich ist, kann die lunkiion des Frequenzgebers für IY von den ν._;ίυπ 1 bis 3 des Frequenzgenerators übernommen werden, ohne daß komplizierte Umschaltevorgängc abgewickelt werden müssen. Die Auftrennung der Verbindung zwischen den Stufen 3 und 4, die Anschaltung der Hiliswechselspanining /",„'" und die Anschaltung der neuen Bezugsire· queiizen an die Stufen 1 bis 3 sind einfach auszuführen, da hierbei kein Eingriff 111 die Schaltungen der S'.ulen se bst erfolgt. Die Erzeugung der Meßfrequenz /.„ durch die Stufen 4 bis 6 der zweiten Gruppe bringt es allerdings mit sich, daß die Frequenzabsuiiung von /„. entsprechend gröber wird, da die Stufen 1 bis i der ersten Gruppe nunmehr für die Erzeugung der Meßfrequenz ausfallen. Man hat es jedoch in der Hand, durch Wahl einer gleich großen Stufenzahl in beiden Gruppen zu erreichen, daß die Abstimmung des Überlagerungsempfängers mit der gleichen Frequenzauflösung vorgenommen wird, die auch bei der Erzeugung der Meßfrequenz eingehalten wird.

Die Messung gehl nun im einzelnen so vor sich, daß in der gestrichelt gezeichneten Stellung der Umschaltvorrichlung 14 die Meßfrequenz f„, durch Einstellung der Stufen 4 bis 6 ausgewählt wird und der Überlagerungsempfänger durch Einstellung der Stuten 1 bis 3 auf Empfangsfrequenzen abgestimmt wird, die neben der Meßfrequenz f_m liegen. Auf diese Weise lassen sich die fr;quenzumsetzenden oder -ableitenden Eigenschaften des Meßobjekts 9 näher untersuchen. Man kann die E nstellungen der Stufen 4 bis 6 und 1 bis 3 schrittweise auch so verändern, daß die Meßfrequenz /„, und die Abstimmfrequenz, des Überlagerungsempfängers beim Überstreichen des interessierenden Frequenzbereiches stets einen gleichmäßigen Abstand voneinander aufweistn. Darüber hinaus kann die Einstellung der Stufen 1 bis 3 in Abhängigkeit von der Einstellung der Stufen 4 bis 6 so erfolgen, daß der Überlagerungsempfänger auf die Meßfrequenz /,„selbst abgestimmt wird.

Die Überlagerungsfrequenz f{ kann weiterhin auch so gebildet werden, daß die Ausgangsfrequenz der Stufe 3 in einer in Fig. 1 gestrichelt dargestellten Umsetzungsstufe 11a mittels einer von einem Oszillator Il b erzeugten Hilfsfrequenz in eine andere Frequenzlage ungesetzt wird. In diesem Fall stellen die Stufen 1 bis 3

lediglich einen Bestandteil des Frequenzgebers für die Überlagerungsfrequenz dar.

Zweckmäßigerweise wird die Anzeige der Stufen 1 bis 3 im aufgeteilten Zustand des Frequenzgenerators so gesteuert, daß die Empfangsfrequenz des Überlagerungsempfängers angezeigt wird. Entspricht die von lib erzeugte Hilfsfrequenz dem Wert der Zwischenfrequenz fzF des Überlagerungsempfängers, so wird dies erreicht, wenn die Steuerung der Anzeige für die Stufen 1 bis 3 in gleicher Weise erfolgt wie im ungeteilten Zustand des Frequenzgenerators I bis 6.

In dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 sind die frequenzselektierenden Mittel der einzelnen Stufen 1 bis 6 aus diesen herausgezogen und zu einer Selektionsschaltung 15 vereinigt. Eine derartige Ausbildung der Schaltung ist dann vorteilhaft, wenn nur eine Reihe von abgestuften Bezugsfrequenzen vorgesehen ist, die allen Stufen des Frequenzgenerators gemeinsam zugeführt werden. Die Selektionsschaltung 15 ermöglicht es dabei, jeder Stufe nur die jeweils gewünschte Bezugsfrequenz zuzuleiten. Da ohne eine individuelle Zuordnung der Bezugsfrequenzen zu den einzelnen Stufen die Interpolationseigenschaft der letzteren untereinander zunächst noch nicht gegeben ist, ist es erforderlich, jeder interpolierten Stufe einen Frequenzteiler zuzuordnen, dessen Bemessung so getroffen ist. daß der Frequenzänderungsbereich der interpolierenden Stufe dem Frequenzabstand zweier benachbarter Bezugsfrequenzen der interpolierten Stufe entspricht. In Fig.2 sind diese Frequenzteiler jeweils den Interpolationseingängen b der interpolierten Stufen vorgeschaltet und mit T2, T3...T6 bezeichnet.

Die am Eingang 16 der Selektionsschaltung 15 anliegenden Bezugsfrequenzen Σ fei, werden zweckmäßigerweise einer Filterschaltung zugeführt, die für jede einzelne der Bezugsfrequenzen einen eigenen Ausgang besitzt. Jeder dieser Ausgänge ist über eine Vielfachschaltung auf jeden der den einzelnen Stufen 1 bis 6 zugeordneten Ausgänge A I. A 2... A 6 der Selektionsschaltung 15 durchschaltbar. Den Ausgängen A 1 bis A 6 sind dabei jeweils Umschalter vorgeschaltet, über die eine Auswahl unter den Ausgängen der Filterschaltung und damit eine Auswahl unter den zur Verfugung stehenden Bezugsfrequenzen für jeden der Ausgänge Λ 1 bis Λ 6 getroffen werden kann. Die Stellungen der Umschalter werden in Anzeigefeldern 17 digital angezeigt. Bei diesen Umschaltern kann es sich um Drehschalter handeln, die mit einer Skalenscheibe verbunden sind und über ein einziges Einstellorgan, z. B. 18, betätigt werden, oder um Schalter, die über den einzelnen Schaltstellungen individuell zugeordnete Einstellorgane, z. B. Druckknöpfe, betätigt werden. Dies ist in F i g. 2 an der Stufe 2 für einen Schalter mit zehn Drucktasten 19 (entsprechend 10 Schaltstellungen) schematisch angedeutet Insbesondere für den Fall einer dekadischen Frequenzabstufung innerhalb der Gruppen 1 bis 3 und 4 bis 6 ist es zweckmäßig, die Bezugsfrequenzen /ß* von einem stabilisierten Sinusgenerator 20 über einen Verzerrer 21 abzuleiten.

Zum Unterschied von F i g. 1 erzeugt die zweite Gruppe 4 bis 6 in F i g. 2 lediglich eine Komponente Z₁ der Meßfrequenz f_m die in einer Mischeinrichtung 22 mittels einer von einem Oszillator 23 erzeugten Hilfsfrequenz /2 in den gewünschten Frequenzbereicl umgesetzt wird. Entspricht F₂ größenmäßig der Zwi schenfrequenz fzr des Überlagerungsempfängers, s( wird in den Anzeigefeldern 17 der Stufen 1 bis 3 di< Empfangsfrequenz des Überlagerungsempfängers auto mausen angezeigt, ohne daß die Steuerung der Anzeig« gegenüber dem Zustand beim ungeteilten Frequenz generator 1 bis 6 verändert werden muß.

Fig.3 soll eine bevorzugte schaltungstechnisch« Durchbildung der im wesentlichen gleichartig ausge statteten Stufen 1 bis 6 des Frequenzgenerators nacl Fig.2 veranschaulichen. Zu diesem Zweck wurde di< Stufe 2 herausgegriffen und in Form eines Blocksche mas dargestellt. Die Stufe enthält im einzelnen einei Frequenzgenerator 24, dessen Ausgang mit der Klemrm c verbunden ist. Zusätzlich ist ein Frequenzregelkreis 2i vorgesehen, der eine ständige Nachregelung dei Oszillatorfrequenz auf die Summe oder Differenz dei über den Eingang a jeweils zugefijhrten Bezugsfrequenz

ίο fßk und >ier über den Eingang b zugeführten Interpola tionsfre quenz /)', letztere jedoch durch den Teilungsfak tor von 7"2 geteilt, bewirkt. Dazu wird die Ausgangsfre quenz des Oszillators 24 in einer Mischeinrichtung 2( mittels der Bezugsfrequenz feu auf eine Zwischenfre quenz umgesetzt, die der geteilten Interpolationsfre quenz /",' entspricht. Sodann wird die Phase der mittel; des Tiefpasses 27 ausgesiebten Zwischenfrequenzspan nung in einem Phasendiskriminator 28 mit der Phase dei geteilten Interpolationsfrequenzspannung verglichen In Abhängigkeit von der Phasenrelation beidei Spannungen entsteht eine Regelgleichspannung U_r, die nach einer nochmaligen Siebung mittels eines Tiefpas ses 29 dem Frequenzregeleingang 30 des Oszillators 24 zugeführt wird.

Die Schaltung nach F i g. 3 enthält keine Frequenzsc lektionsmittel, da hierbei von Fig.2 ausgegangen wire und somit die Frequenzselektionsmittel sämtliche! Stufen in einer dem Eingang a vorgeschalteter Selektionsschaltung 15 zusammengefaßt zu denken sind Es ist jedoch ohne weiteres möglich, die Schaltung nach Fig.3 durch Zuschaltung individuell zugeordneter Frequenzselektionsmittel am Eingang a zu ergänzer und als eine der Stufen 1 bis 6 in F i g. 1 zu verwenden Eine andere Möglichkeit der schaltungstechnischen Durchbildung der Stufen J bis 6 in Fig. 1 besteht darin das an den Eingang a angelegte Bezugsfrequenzspektrum mittels einer Hilfsfrequenz einstellbarer Größe jeweils so umzusetzen, daß nur die gewünschte Frequenz des Spektrums über ein Bandfilter ausgesiebi werden kann, und die ausgesiebte Bezugsfrequenz anschließend durch die gleiche Hilfsfrequenz wieder ir die ursprüngliche Frequenzlage umzusetzen. Dieses Prinzip wird auch als Vor- und Rückumsetzung bezeichnet

Die voneinander unabhängige digitale Einstellbarkeil des Meßsenders und des Überlagerungsempfängers aui eine bestimmte Meßfrequenz bzw. Empfangsfrequenz kann mit großem Vorteil bei einer Ausbildung der Schaltungsanordnung nach der Erfindung als pro grammgesteuerter Meßplatz benutzt werden. In diesem Fall sind die Einstellorgane für die Frequenzeinstellung am Sender und Empfänger fernsteuerbar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Schaltungsanordnung zur frequenzselektiven Untersuchung eines Meßobjekts mit insbesondere frequenzumsetzenden oder -ableitenden Eigenschaften, bei der eine Meßspannung mit Hilfe eines digital einstellbaren Frequenzgenerators, vorzugsweise eines dekadischen Senders, erzeugt und über das Meßobjekt einem selektiven Oberlagerungsempfän ger mit nachgeschalleter Auswerteeinrichtung zugeführt wird, der mittels eines die Überlagerungsfrequenz erzeugenden, digital einstellbaren Frequenzgebers auf eine Frequenz abstimmbar ist, die von der Meßfrequenz abweicht, gekennzeichnet durch eine Gliederung des Frc]uenzgeneraf ors in zwei oder mehrere mit abgestuften Bezugsfrequenze~ (fak, fßk usw.) gespeiste, im wesentlichen gleichartig ausgebildete und einander interpolieren de Stufen (1 bis 6) und durch eine Umschaltvorrichlung (14) zur Aufteilung der Stufen (1 bis 6) in zwei für sich funktionsfähige, einander nicht interpolierende Gruppen (1 bis 3,4 bis 6), von denen die zweite (4 bis 6) zur Erzeugung der Meßfrequenz (f_m) oder einer ihrer Komponenten dient, während die erste (1 bis 3) als Frequenzgeber oder als Teil desselben verwendbar ist und zur Erzeugung der Überlagerungsfrequenz (f\) oder einer ihrer Komponenten dient.

   2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einige oder alle Stufen (1 bis 6) des Frequenzgenerators als Frcquenzregelkreise (25) ausgebildet sind, die jeweils eigenen, mittels der abgestuften Bezugsfrequenzen (fekj synchronisierbaren, ausgangsseitigen Oszillatoren (24) zugeordnet sind und einen von der jeweils interpolierenden Stufe beeinflußbaren, eingangsseitigen Phasendiskriminator (28) enthalten, daß der bei der Aufteilung freigeschaltete Interpolationseingang (b) der ersten zur zweiten Gruppe (4 bis 6) gehörenden Stufe (4) mit einer Hilfswechselspannung f//_o"',)beschaltbar ist und daß der gleichzeitig freigeschaltete Ausgang (c) der letzten zur ersten Gruppe (1 bis 3) gehörenden Stufe (3), gegebenenfalls unter Zwischenschaltung von frequenzumsetzenden Mitteln (Ha, II6Ji mit dem für die Zuleitung der Überlagerungsfrequenz (f\) vorgesehenen Eingang einer Umsetzungsstufe (11) des Überlagerungsempfängers verbindbar ist.

   3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsfrequenzen (fnk)über frequenzselektierende Mittel (15) allen Stufen (1 bis

   6) gemeinsam zugeführt werden, wobei den interpolierten Stufen Frequenzteiler (T2 bis Γ6) zugeordnet sind, deren Bemessung so getroffen ist, daß der Frequenzänderungsbereich der interpolierenden Stufe dem Frequenzabsta.id zweier benachbarter Frequenzen entspricht, auf die der Oszillator (24) der interpolierten Stufe jeweils synchronisierbar ist.

   4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei gegenseitiger Abstufung der unterschiedlichen Stufen zugeführten Bezugsfrequenzen (fßk, fek')im aufgeteilten Zustand eine Umschaltung der Stufen der ersten Gruppe (1 bis 3) auf die Bezugsfrequenzen der entsprechenden Stufen (4 bis 6) der zweiten Gruppe erfolgt.

   5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine solche Aufteilung der Stufen (I bis 6) des Frequenzgenerators, daß mit jeder der beiden Gruppen (1 bis 3,4 bis 6) die gleiche Frequenzabstufung erreichbar ist.

   6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die von der ersten Gruppe (1 bis 3) erzeugte Komponente der Überlagerungsfrequenz (f\) oder die von der zweiten Gruppe (4 bis 6) erzeugte Komponente der Meßfrequenz f/_my>mittels einer Hilfsfrequenz (f₂ bzw. Wb) umgesetzt wird, die in ihrer Größe der Zwischenfrequenz (Fzf) des Überlagerungsempfängers entspricht.