-
Verfahren zur Beschränkung von durch abstimmungsabhängige Phasenlaufzeitänderungen
elektrischer Wechselströme bedingten Anzeigefehlern
In der Schwachstromtechnik, insbesondere
in der drahtlosen Technik, gibt es Verfahren, zu deren einwandfreier Durchführung
für auftretende Wechsel-bzw. Hochfrequenzströme definierte Phasenlaufzeiten in den
verwendeten Geräten vorausgesetzt werden müssen. So muß z. B. für die mittels drahtloser
Wellen durchgeführte Entfernungsmessung, bei der die Phase von Impulsen einmal bei
deren Aussendung und zum anderen nach deren durch Reflexion bewirkten Rückkehr verglichen
wird, die Phasenlaufzeit in dem Empfangsgerät genau bestimmt sein, um zu einer eindeutigen
Entfernungsermittlung gelangen zu können. Phasenlaufzeitänderungen im Gerät bedingen
also eine Fehlanzeige bzw. Fehlmessung. Werden z. B. zur Erzielung hoher Abstimmschärfe
dämpfungsarme Resonanzkreise oder Filter in dem Empfangsgerät verwendet, so treten
erfahrungsgemäß selbst bei kleinen Frequenzabwanderungen bzw. bei kleinen Abstimmänderungen
der dämpfungsarmen Resonanzglieder störende Phasenlaufzeitänderungen auf. Auf die
Beschränkung solcher, also durch abstimmungsabhängige Phasenlaufzeitänderungen bedingter
Anzeigefehler ist die vorliegende Erfindung gerichtet.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht ohne großen technischen
Aufwand die Sperrung der Meßanzeige bei Überschreitung eines zulässigen Fehlerwertes
infolge einer solchen Phasenlaufzeitänderung.
-
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin,
daß sich diese Fehlerbeschrän-
kung annähernd unabhängig von etwaigen
Veränderungen der Abstimmschärfe der die Phasenlaufzeit beeinflussenden Abstimmungsfiltereinrichtung
durchführen läßt, d. h. also: wird aus betrieblichen Gründen etwa die Band- bzw.
Durchlaßbreite des verwendeten Filters verändert, so wirkt die Beschränkung der
Anzeigefehler unabhängig von dieser Veränderung des Filters in gleicher Weise wie
vordem weiter.
-
Der sich durch diese Vorteile auszeichnenden Lösung der Aufgabe liegt
der Erfindungsgedanke zugrunde, die Fehlerbeschränkung mittels einer Spannung durchzuführen,
die in einer an Eingang und Ausgang des betreffenden Abstimmungsfilters angeschlossenen,
als phasenempfindliche Brücke geschalteten Einrichtung erzeugt wird und als solche
einen von der Differenz der Stromeingangs- und -ausgangsphase am Filter abhängigen
Wert hat.
-
Es ist bereits vorgeschlagen worden, Anzeigefehler in Geräten, die
für direktanzeigende Peilverfahren bestimmt sind, bei denen das feststehende Spulensystem
eines Goniometers durch zwei unter einen Winkel zueinander stehende Richtantennen
gespeist wird und die mit dem Empfänger verbundene sogenannte Suchspule rotiert,
auf ein jeweils als zulässig angesehenes Maß zu beschränken. In diesen Geräten tritt
nämlich insofern leicht ein durch Phasenlaufzeitänderungen bedingter Anzeigefehler
auf, als die Richtungsbestimmung aus der Augenblicksstellung der Suchspule hergeleitet
wird, die durch den Nulldurchgang der in der Suchspule induzierten Hochfrequenzspannung
bestimmt und gekennzeichnet ist. Es ist ohne weiteres ersichtlicb, daß durch Änderungen
des Phasenganges des in dem Empfänger verwendeten Abstimmfilters infolge Abstimmungsänderungen
oder Frequenzschwankungen der empfangenen Welle Anzeigefehler auftreten können,
da ja für die Peilung als Kriterium der Zeitpunkt dient, in dem Suchspulenspannung,
die infolge ihrer Modulation nur Seitenbandwellen aufweist, den Wert Null annimmt.
Dieser Zeitpunkt ist sowieso bereits an und für sich durch die in jedem Fall vorhandene
Phasenlaüfzeit in dem Gerät verschoben; es muß daher die Voraussetzung dafür getroffen
werden, daß die Anzeige entsprechend dem Betrag der durch diesen Phasengang bedingten
Zeitdifferenz berichtigt ist. Bei richtiger Abstimmung ist der Phasengang und damit
die zugehörige Zeitdifferenz von bestimmter Größe und aus diesem Grunde leicht zu
berücksichtigen. Bei abstim mungsbedingten Phasenlaufzeitänderungen tritt dagegen
eine nach ihren funktionalen Beziehungen schwer kompensierbare Fehlerhaftigkeit
der Anzeige ein. Der erwähnte, auf die Beschränkung solcher Anzeigefehler gerichtete
Vorschlag enthält die Anweisung, in dem Empfänger ein zweites Filter einzufügen,
daß wesentlich schärfer eingestellt ist als das die Selektivität des Gerätes bestimmende
Nutzfilter, und zwar soll aus der am Ausgang des Zusatzfilters abgenommenen Spannung
auf den Umstand geschlossen werden, daß im eintretenden Fall eine bestimmte Fehlergrenze
überschritten ist. Die Anzeige kann dem gleichen Vorschlag gemäß z. B. durch Dunkelsteuerung
des als Anzeigeorgan verwendeten Braunschen Rohres erfolgen; bei dieser Ausführungsart
wird die Anzeige also bei Überschreitung der genannten Fehlergrenze unmittelbar
verhindert. Das vorgeschlagene Verfahren hat aber, abgesehen davon, daß zwei Filter
notwendig sind, deren mittlere Durchlaßfrequenzen genau übereinstimmen müssen mehrere
Nachteile, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vermieden werden.
-
Insbesondere erlaubt die erfindungsgemäße Lösung der erörterten Aufgabe,
mittels der in einer am Eingang und Ausgang des Abstimmungsfilters angeschlossenen,
als phasenempfindliche Brücke geschalteten Einrichtung erzeugten Spannung die Fehlerbeschränkung
unabhängig von einer Änderung der Band- oder Durchlaßbreite der verwendeten Abstimmungsfilter
durchzuführen. Ein weiterer Vorzug dieses erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin
zu erblicken, daß die benötigten phasenempfindlichen Brückenschaltungen einen verhältnismäßig
geringen Aufwand benötigen und erfahrungsgemäß sehr zuverlässig arbeiten. Eine an
und für sich bekannte Brücken anordnung, die den genannten Bedingungen genügt, erzeugt
die Steuerspannung als Differenz zwischen den an zwei Ohmschen Widerständen auftretenden
Gegenspannungen in folgender Schaltung (Fig. I): die Pole der der Eingangsspannung
des Filters proportionalen Spannungsquelle sind durch zwei Stromkreiszweige miteinander
verbunden; in jedem der Stromkreiszweige liegt in Hintereinanderschaltung einer
der genannten Ohmschen Widerstände, eine Gleichrichterstrecke mit in bezug auf die
Pole der genannten Spannungsquelle gleicher Durchlaßrichtung und eine weitere Spannungsquelle,
die eine der Ausgangsspannung des Filters proportionale Spannung hat; in bezug auf
die Durchlaßrichtung der jeweiligen, im gleichen Stromkreiszweig liegenden Gleichrichterstrecke
ist die eine der letztgenannten gleich großer Spannungsquellen gegenphasig gegenüber
der anderen.
-
Zur Sperrung der Meßanzeige nun im Fall, daß die Phasenlaufzeitänderung
einen unzulässig hohen Meßfehler bedingt, wird man zweckmäßig die Verhältnisse bzw.
Betriebsbedingungen hinsichtlich der als phasenempfindliche Brücke geschalteten
Einrich- -tung so wählen, daß diese eine Steuerspannung erzeugt, die bei der Sollabstimmung
des Filters einen Grenzwert und bei dessen Verstimmung, sowohl nach höheren wie
auch nach niederen Frequenzen hin, Werte annimmt, die sich gegenüber dem genannten
Grenzwert nur in einem Vorzeichensinne unterscheiden.
-
Je nach Ausbildung der Abstimmungseinrichtung wird die Phasendifferenz
der Eingangs- und der Ausgangsspannung einen bestimmten- Wert haben, wenn die Empfangsfrequenz
mit der Durchlaßmittenfrequenz übereinstimmt, d. h. also, wenn keine Verstimmung
vorliegt. Beträgt diese Phasendifferenz z. B. o" und arbeitet die als phasenempfindliche
Brücke geschaltete Einrichtung so, daß sie bei einer Phasendifferenz von 90" ihre
höchste Empfindlichkeit aufweist, so ist es eine an und für sich bekannte vorteilhafte
Maßnahme, entweder die Eingangs- oder die
Ausgangsspannung der Filtereinrichtung
an die Phasenbn.i.de über feste Phasendrehglieder anzuschließen.
-
An Hand der Zeichnung sei das erfindungsgemäße Verfahren noch näher
erläutert.
-
Fig. I zeigt in schematischer Darstellung die die Erfindung betreffenden
Teile eines Peilgerätes; Fig. 2 a bis 2 c zeigen in Diagrammdarstellung die Entstehung
der in der Phasenvergleichsbrücke erzeugten Steuerspannung; Fig. 3 zeigt eine anders
geschaltete phasenempfindliche Einrichtung, mit der eine Steuerspannung erzielt
wird, wie sie in Fig. 4 im Diagrammlrild dargestellt ist.
-
In Fig. I ist die rotierende Goniometerspule der Peilanlage mit I
bezeichnet, deren Klemmenspannung durch den Eingangsverstärker V verstärkt über
die Leitung 2 einerseits an das Abstimmungsfilter F, andererseits an das Gitter
der Röhre 3 geleitet wird.
-
Die Abstimmungseinrichtung F kann im einfachsten Fall aus einem gewöhnlichen
Resonanzkreis bestehen, es kann aber auch vorausgesetzt werden, daß F eine mehrgliedrige
Filterkette oder ein mehrstufiger Verstärker mit abgestimmten Kopplungsgliedern
ist. Die Ausgangsspannung der Filtereinrichtung F wird unter anderem an das Gitter
der Röhre 4 geleitet. Mit P ist die als phasenempfindliche Brücke geschaltete Einrichtung
bezeichnet, die eine Steuerspannung liefert, deren Wert von der Phasenlaufzeit der
durch die Filtereinrichtung F geleiteten Empfangsströme abhängig ist. Die durch
die Röhre 3 verstärkte Filtereingangsspannung wird über den aus der Eingangswicklung
5 und den beiden Ausgangswicklungen 7 und 8 bestehenden Transformator im Gegentakt
an die beiden Brückenzweige gelegt, in denen je eine Gleichrichterstrecke Io und
ii liegt. Die durch die Röhre 4 verstärkte Filterausgangsspannung wird über den
aus der Eingangswicklung 6 und der Ausgangswicklung g bestehenden Transformator
so an die Brücke angeschlossen, daß die Klemmen der Ausgangswicklung 9 über die
beiden Brückenzweige miteinander verbunden sind. Außer den genannten Gleichrichterstrecken
liegen in jedem Brückenzweige noch die Ladungskondensatoren I2 und I3, die durch
den Widerstand 14 überbrückt sind. An die Mittelklemme des durch die Kondensatoren
12 und I3 gebildeten Spannungsteilers liegt der Abgriffkontakt I5 des Widerstandes
I4. Die Klemmenspannung des Widerstandes 14 ist gleich der Differenz zwischen den
Klemmenspannungen am Kondensator 13 und am Kondensator 12. Durch Einregulierung
des Gleitkontaktes I5 kann eine bestimmte von der Amplitude der Filtereingangsspannung
abhängige Vorspannung eines bestimmten Vorzeichens an den Klemmen des Widerstandes
14 eingestellt werden.
-
Die Phasenbrücke P erzeugt in dieser Schaltung an den Klemmen des
Widerstandes I4, abgesehen von einer gegebenenfalls eingestellten Vorspannung, eine
Steuerspannung, die Null ist, wenn die Phasendifferenz zwischen der Filtereingangs-
und ausgangsspannung go" beträgt, und einen von Null verschiedenen Wert annimmt,
wenn sich diese Phasendifferenz ändert, und zwar wird die Spannung positiv bzw.
negativ, wenn sich die Phasendifferenz erhöht bzw. verringert oder umgekehrt. Je
nach Dimensionierung der Brücke bzw. Bemessung der an die Brücke gelegten Filterausgangsspannung
ist die durch P erzeugte Steuerspannung praktisch unabhängig von der Amplitude der
Filterausgangsspannung, oder sie ist außer von der Phase, auch von der Größe der
Filterausgangsspannung abhängig.
-
Die Steuerspannung wird über die Leitung 16 unter Zwischenschaltung
des Hochohmwiderstandes 19 an das Gitter der Röhre I7 geleitet, so daß die Vorspannung
dieses Gitters von der Phasenlage der Filterausgangsspannung bzw. von der Größe
der Filterausgangsspannung gegenüber der Filtereingangsspannung abhängig ist. Die
Empfangsströme selbst werden nach Passieren der Filtereinrichtung F über den Kopplungskondensator
I8 ebenfalls dem Steuergitter I7 zugeleitet, so daß sie durch diese verstärkt, den
weiteren Teilen des Gerätes zugeleitet werden.
-
Die Kathode der Röhre I7 ist in dem Maße positiv vorgespannt, daß
bei ungenügend großer positiver Gittervorspannung bzw. bei zu geringer Brückenausgangsspannung
die Röhre gesperrt und damit die Meßanzeige unterbunden ist. Erwähnt sei noch, daß
zwischen Filterausgang und Röhre 4 ein festes Phasendrehglied S eingeschaltet ist,
mit dessen Hilfe es möglich ist, die Phasenlage der beiden Filterspannungen so einander
anzupassen, daß die Phasenvergleichsbrücke P eine Steuerspannung liefert, wie sie
bei Phasenlaufzeitänderungen jeweils gewünscht wird. Die übrigen Teile des Empfangsgerätes
sind nicht dargestellt, da sie zur näheren Erläuterung der Erfindung nicht erforderlich
sind.
-
Mit der durch die Phasenbrücke P erzeugten Steuerspannung soll eine
Sperrung des Empfängers bzw. seiner Anzeigeeinrichtung durchgeführt werden, wenn
eine unzulässige Phasenlaufzeitänderung in der Filtereinrichtung F infolge Abstimmungsänderungen
oder Frequenzwanderungen eingetreten ist.
-
Zu diesem Zweck sei die Phasendifferenz zwischen der an der Brücke
wirksamen Filtereingangs- und -ausgangsspannung bei verstimmungsloser Abstimmung
auf o" eingestellt und die Größe der an der Brücke wirksamen Filterausgangsspannung
im Verhältnis zur sonstigen Dimensionierung der Brücke so gewählt, daß die durch
P erzeugte Steuerspannung auch von der Filterausgangsspannung abhängig ist.
-
Fig. 2 a stellt die Abhängigkeit der Phasendifferenz von der Verstimmung
der Filtereinrichtung F dar.
-
Die Verstimmung ist als das Verhältnis der Frequenzabweichung f-fO
der empfangenen Welle zur Resonanzfrequenz f, des Abstimmungsfilters angegeben.
-
Fig. 2b gibt den Verlauf der Kosinuskurve der Phasendifferenz ebenfalls
in der Abhängigkeit von der Verstimmung f-fOlfo an; diese Kosinuskurve ist charakteristisch
für die durch die Brücke erzeugte phasenempfindliche Komponente der Brückenausgangsspannung,
da diese proportional dem Kosinus der Phasendifferenz f ist. Fig. 2 c zeigt ebenfalls
in Abhängigkeit von der Verstimmung f-fO/fO den Verlauf der Filterausgangsspannung
UA. Nach Voraussetzung ist die Größe der durch die Phasenbrücke P erzeugten Steuerspannung
auch proportional der
Größe der Filterausgangsspannung. Demzufolge
ergibt sich die Steuerspannung als Produkt aus der Filterausgangsspannung und dem
Kosinus von in Abhängigkeit von der Verstimmung aufgetragen ergibt dieses Produkt
eine Kurve, wie sie mit Ust bezeichnet in Fg. 2 c dargestellt ist. Ein Vergleich
der Bandbreite und Flankensteilheit der beiden Kurven in Fig. 2 c verdeutlicht den
durch das erfindungsgemäße Verfahren erzielbaren Fortschritt in der Genauigkeit
der Beschränkung der. durch abstimm ungsabhängige Phasenlaufzeitänderungen bedingten
Anzeigefehler.
-
Zur Entsperrung der Röhre 17 dient ein Ausschnitt aus der Steuerspannungskurve
Ust, der über einer durch einen konstanten Spannungswert (Usp) definierten Abszissenparallelen
liegt. Durch entsprechende positive Vorspannung der Kathode kann ein jeweils gewünschter
Wert für Usp bzw. für die Anzeigefehlerbegrenzung eingestellt werden. Die Verstimmungsgrenzwerte,
bei denen die Sperrung der Meßanzeige einsetzt, sind mit (f-folfo)max im Kurvenbild
der Fig. 2 c angegeben.
-
Fig. 3 zeigt als weiteres Beispiel das Schaltschema einer Phasenvergleichsbrücke,
die ebenfalls eine Steuerspannung erzeugt, die eine Entsperrung bzw. Sperrung der
Meßanzeige in Abhängigkeit von Phasenlaufzeitänderungen durchzuführen erlaubt. An
den Klemmen I und 2 bzw. 3 und 4 müssen in diesem Fall die Eingangs- bzw. Ausgangsspannung
des Filters mit einer Phasenverschiebung von 90" bei verstimmungsfreier Abstimmung
wirksam sein. Die eine der Spannungen wird über den aus der Eingangswicklung 5 und
den Ausgangswicklungsteilen 6 und 7 bestehenden Transformator, die andere Spannung
über den aus der Eingangswicklung 8 und der Ausgangswicklung g bestehenden zweiten
Transformator eingekoppelt. Die beiden Gleichrichterstrecken sind mit IO und 11,
die Ladungskondensatoren mit 12 und I3 bezeichnet. An die äußeren Polklemmen der
in Reihe liegenden Ladungskondensatoren ist eine Graetzsche Gleichrichterbrücke,
bestehend aus den vier Gleichrichterelementen I4, I5, I6 und I7, angeschlossen,
an deren Diagonalpunkten 20 und 21 die Steuerspannung Ust abgenommen wird. Die Überbrückungswiderstände
I8 und 19 sind zwischen die Diagonalpunkte 20 und 21 bzw. den Diagonalpunkt 20 und
die gemeinsame Polklemme der Ladungskondensatoren 12 und I3 gelegt.
-
Die Steuerspannung Ust hat bei richtiger Abstimmung der Filteranordnung
den Wert Null; bei Verstimmung bzw. bei der dadurch bedingten Phasenlaufzeitänderung
nimmt die Steuerspannung von Null verschiedene Werte nur eines Vorzeichens gemäß
der in Fig. 4 in Abhängigkeit von der Verstimmung f-folfo dargestellten Verlaufskurve
Ust an. Entsprechend den durch Fig. 2 dargestellten Verhältnissen des vorhergehenden
Beispiels sei auch im vorliegenden Fall angenommen, die Einrichtung zur Sperrung
bzw. Entsperrung der Meßanzeige arbeitet so, daß die Steuerspannungswerte Ust, die
gleich oder im positiven Vorzeichensinne größer als Usp sind, eine Entsperrung bewirken.
Im Kurvenbild verdeutlicht demgemäß der über der Abszissenparallelen U= Usp liegende
Kurventeil Ust den Spannungsverlauf innerhalb der Grenzwerte, die durch den Einsatz
der Sperrung definiert und wieder mit (f-fo/fo) max angegeben sind. Bei entsprechender
Dimensionierung der Brücke bzw. entsprechend gewählten ausgeregelten Amplitudenwerten
der Filtereingangs- und -ausgangsspannung ist die gewonnene Brückenausgangsspannung
annähernd unabhängig von der Größe der Filterspannung und somit nur von den Phasenlaufzeitänderungen
abhängig. Die Sperrung der Meßanzeige wird daher durch die erzeugte Steuerspannung
bei verschieden groß gewählten Bandbreiten der Filteranordnung bei Überschreitung
ein und derselben Fehlergrenzwerte bewirkt.
-
Die Sperrung der Meßanzeige, wenn ein bestimmter durch Phasenlauizeitänderung
bedingter Fehlergrenzwert überschritten wird, ist wohl in den meisten praktischen
Fällen die einfachste und damit zweckmäßigste Methode der Beschränkung dieser Anzeigefehler.
In anderen Fällen kann es jedoch genügen, die Phasenlaufzeitänderung etwa durch
ein von der Brückenausgangsspannung beeinflußtes Meßinstrument anzuzeigen, um so
für die Beschränkung der Fehler eine indirekte Voraussetzung zu schaffen.
-
Auch kann statt einer Sperrung der Meßanzeige innerhalb gewisser Grenzen
eine selbsttätige Berichtigung der Meßanzeige, etwa durch Beeinflussung der gegenseitigen
Lage von Zeiger und Ableseskala der Anzeigevorrichtung, mittels der in der als phasenempfindlichen
Brücke geschalteten Einrichtung erzeugten Steuerspannung durchgeführt werden.
-
PATENTANSPRÜCEIE: I. Verfahren zur Beschränkung von durch abstimmungsabhängige
Phasenlaufzeitänderungen elektrischer Wechselströme bedingten Anzeigefehlern, dadurch
gekennzeichnet, daß die Beschränkung mittels einer Spannung durchgeführt wird, die
in einer am Eingang und Ausgang eines Abstimmfilters angeschlossenen, als phasenempfindliche
Brücke geschalteten Einrichtung erzeugt wird.