DE3827257A1

DE3827257A1 - Phase sensitive rectifier

Info

Publication number: DE3827257A1
Application number: DE19883827257
Authority: DE
Inventors: Siegfried Winkler
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1988-08-11
Filing date: 1988-08-11
Publication date: 1990-02-15
Also published as: DE3827257C2

Abstract

A phase sensitive rectifier, in particular for the determination of mechanical measured variables with the aid of a complex measuring bridge (1), has a first comparator (9) and a second comparator (14) provided with a cosine-shaper (12) connected upstream, which are supplied in each case with a bridge supply alternating voltage (2). Furthermore, it uses a first sample-and-hold element (19) provided with an invertor (4) connected upstream, and a second sample-and-hold element (22), both being connected to the complex measuring bridge (1) and being driven by the first comparator (9) and the second comparator (14) via a first combinational logic circuit (17) and a second combinational logic circuit (20). A first switch (24) and a second switch (27) control the switching-through of the output signal (25, 28) by means of the outputs of the second comparator (14). The combined output signal (25, 28) no longer has any residual ripple from the bridge supply alternating voltage (2) and uses a short response time with the half period duration of the bridge supply alternating voltage (2). <IMAGE>

Description

Die Erfindug betrifft einen phasenempfindlichen Gleichrichter, insbesondere zur Bestimmung mechani scher Meßgrößen, mit einer komplexen Meßbrücke und einem Komparator, die beide mit einer Brückenspeise- Wechselspannung gespeist werden, und mit einem Abtast- Halte-Glied, das mit der komplexen Meßbrücke verbunden und von dem Komparator angesteuert ist.The invention relates to a phase sensitive Rectifiers, in particular for determining mechani parameters, with a complex measuring bridge and a comparator, both with a bridge feed AC voltage are fed, and with a sampling Holding link connected to the complex measuring bridge and is controlled by the comparator.

Es ist bekannt, Meßgrößen mechanischer Art, z.B. zur Bestimmung einer Position, mit Hilfe einer abge glichenen Brückenschaltung zu erfassen. In einer solchen Brückenschaltung wird eine Meßgröße durch die Verstimmung der Meßbrücke repräsentiert. Solche Meßbrücken werden mit Gleichspannung versorgt, um zu erreichen, daß das Vorzeichen der Meßgröße durch das Vorzeichen des Meßsignals richtig wiedergegeben wird.It is known to measure mechanical quantities, e.g. to Determination of a position with the help of a same bridge circuit to capture. In a such a bridge circuit is a measurand by Detuning of the measuring bridge represents. Such Measuring bridges are supplied with DC voltage in order to achieve that the sign of the measured variable by the The sign of the measurement signal is reproduced correctly.

Wenn die Meßbrücke komplexe Widerstände aufweist, ist es erforderlich, sie mit einer Wechselspannung zu ver sorgen, deren maximale Frequenz durch die Impedanzen der Elemente der Brückenschaltung begrenzt ist.If the measuring bridge has complex resistances, it is necessary to ver with an AC voltage care whose maximum frequency is due to the impedances the elements of the bridge circuit is limited.

Die Meßgröße und die Brückenspeise-Wechselspannung überlagern sich, wobei das Meßsignal durch Gleich richtung und Filterung aus dieser Überlagerungsspan nung gewonnen wird. Dabei muß die Gleichrichtung phasenrichtig, oder im folgenden phasenempfindlich genannt, erfolgen, um das Vorzeichen der Meßgröße zu erhalten.The measured variable and the bridge supply AC voltage overlap, the measurement signal being equal direction and filtering from this overlay chip won. The rectification correct in phase, or in the following phase sensitive called, take place to the sign of the measurand receive.

Aus dem Handbuch für elektrisches Messen mechanischer Größen von Christof Rohrbach, S. 252 und 253, VDI- Verlag, Düsseldorf 1967, sind solche phasen empfindliche Gleichrichter zum elektrischen Messen mechanischer Größen bekannt.From the manual for electrical measurement of mechanical quantities by Christof Rohrbach, S. 252 and 253, VDI-Verlag, Düsseldorf 1967, such phase-sensitive rectifiers for the electrical measurement of mechanical quantities are known.

Das Gemeinsame dieser Schaltungsanordnungen ist die integrale Behandlung des Ausgangssignals der im Allgemeinen komplexen Meßbrücke. Zuerst wird das Ausgangssignal der Meßbrücke mit Hilfe von Dioden gleichgerichtet und anschließend die Speisespannungs frequenz mit Tiefpässen herausgefiltert.The common feature of these circuit arrangements is that integral treatment of the output signal of the General complex measuring bridge. First it will Output signal of the measuring bridge with the help of diodes rectified and then the supply voltage frequency filtered out with low-pass filters.

Diese Vorgehensweise zieht zwei Nachteile mit sich. Das gewonnene Ausgangsmeßsignal weist sowohl eine Restwelligkeit als auch eine relativ hohe Antwortzeit auf. Das Auftreten einer Restwelligkeit ist durch Schwankungen des Ausgangsmeßsignals mit der Frequenz der Brückenspeise-Wechselspannung selbst bei einer keinen Schwankungen unterworfenen physikalischen Meßgröße gekennzeichnet. Das Auftreten einer Antwort zeit wird meßtechnisch dadurch erfaßt, daß ein Null durchgang des Ausgangssignals der Meßbrücke im Aus gangsmeßsignal mit einer zeitlichen Verzögerung nachfolgt. This approach has two drawbacks. The output measurement signal obtained has both Ripple as well as a relatively high response time on. The appearance of a ripple is through Fluctuations in the output measurement signal with frequency the bridge supply AC voltage even with one no fluctuating physical Measured variable marked. The appearance of an answer Time is measured by a zero passage of the output signal of the measuring bridge in the off gangsmeßsignal with a time delay succeeds.

Durch eine geeignete Filterwahl kann jeweils die Restwelligkeit oder die Antwortzeit verkleinert werden, wobei eine Verbesserung des einen eine Ver schlechterung des anderen nach sich zieht.The filter can be selected using a suitable filter Ripple or response time reduced be, an improvement of a Ver the other's deterioration.

Eine Möglichkeit, diese Nachteile des phasenempfind lichen Nachweises zu umgehen, ist aus DE-OS 29 29 409 bekannt. Die dortige Schaltungsanordnung weist zum phasenempfindlichen Nachweis eine Impulsformerstufe, einen mit Hilfe eines hieraus gewonnenen Signals steuerbaren Schalter und ein Speichermittel auf. Diese Schaltungsanordnung benötigt keine Filteranordnung, da sie während einer Totzeit der Impulsformerstufe einen Extremalwert des mit der Brückenspeisespannung über lagerten Meßsignals in dem Speichermittel speichert und als Ausgangsmeßsignal verwendet. Der Nachteil dieses Lösungsweges liegt im Auftreten von Störspitzen während eines Impulses der Impulsformerstufe, d.h. während des Aufbaus des nächsten Ausgangsmeßsignals, die prinzipiell nicht beseitigt werden können, so daß dem Ausgangsmeßsignal eine Restwelligkeit verbleibt.One way to overcome these disadvantages of phase sensitivity to evade evidence is from DE-OS 29 29 409 known. The circuit arrangement there points to phase-sensitive detection of a pulse shaper stage, a signal obtained from this controllable switch and a storage medium. These Circuit arrangement does not require a filter arrangement since one during a dead time of the pulse shaper stage Extreme value of the with the bridge supply voltage above stored measurement signal in the storage means stores and used as an output measurement signal. The disadvantage this approach lies in the appearance of spikes during a pulse of the pulse shaper stage, i.e. during the construction of the next output measurement signal, which in principle cannot be eliminated, so that a residual ripple remains in the output measurement signal.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen phasen empfindlichen Gleichrichter der eingangs genannten Art zu schaffen, der es erlaubt, ein Meßsignal einer phasenempfindlich nachzuweisenden Meßgröße ohne Rest welligkeit in einer kürzeren Antwortzeit zu erhalten. Based on this state of the art Invention based on the object, a phase sensitive rectifier of the aforementioned To create a type that allows a measurement signal of a Measured variable to be detected with phase sensitivity without rest get ripple in a shorter response time.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn zeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.This object is achieved by the kenn Drawing features of the main claim solved.

Die Verwendung eines zweiten Abtast-Halte-Gliedes, dessen Ausgangssignal im Wechsel mit dem Ausgangs signal des ersten Abtast-Halte-Gliedes als Ausgangs meßsignal verwendet wird, erlaubt eine Abtastung der physikalischen Meßgröße mit der doppelten Frequenz der Brückenspeise-Wechselspannung. Die Vorteile infolge der hohen Abtastfrequenz werden nicht durch nachge schaltete Filter aufgehoben.The use of a second sample and hold element, whose output signal alternates with the output signal of the first sample and hold element as an output measurement signal is used, a sampling of physical quantity with twice the frequency of Bridge supply AC voltage. The advantages as a result the high sampling frequency are not followed by switched filter removed.

Auch tritt durch die Art der Umschaltung des durch geschalteten Meßsignals zwischen den Abtast-Halte gliedern keine Restwelligkeit aus der Überlagerung des Meßsignals mit der Brückenspeise-Wechselspannung auf.Also occurs through the type of switching switched measurement signal between the sample and hold structure no ripple from the superposition of the Measurement signal with the bridge supply AC voltage.

Die Antwortzeit des phasenempfindlichen Gleichrichters gemäß der Erfindung beträgt maximal die halbe Pe riodendauer der Brückenspeise-Wechselspannung und ist damit im Vergleich zu herkömmlichen phasenempfind lichen Gleichrichtern um eine Größenordnung besser.The response time of the phase sensitive rectifier according to the invention is a maximum of half Pe period of the bridge supply AC voltage and is compared to conventional phase sensitivity rectifiers one order of magnitude better.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Further embodiments of the invention are the subject of subclaims.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfin dung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Below is an embodiment of the invention dung explained with reference to the drawing. Show it:

Fig. 1 das Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen phasenempfindlichen Gleichrichters, Fig. 1 is a block diagram of a phase-sensitive rectifier according to the invention,

Fig. 2 Spannungssignalverläufe der Brückenspeise- Wechselspannung und verschiedener Steuer- und Schaltsignale des phasenempfindlichen Gleichrichters, und Fig. 2 voltage waveforms of the bridge supply AC voltage and various control and switching signals of the phase-sensitive rectifier, and

Fig. 3 Spannungssignalverläufe der Brückenspeise- Wechselspannung, einer physikalischen Meßgröße, des daraus resultierenden Meßsig nals und des verstärkten Ausgangsmeßsignals des phasenempfindlichen Gleichrichters. Fig. 3 voltage waveforms of the bridge supply AC voltage, a physical measured variable, the resulting measurement signal and the amplified output measurement signal of the phase-sensitive rectifier.

Die Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung eines phasenempfindlichen Gleichrichters gemäß einem Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung als Blockschaltbild. In einer komplexen Meßbrücke 1 wird eine physikalische Meßgröße 64, z.B. die Position eines Werkstückes oder Werkzeuges, deren angenommener zeitlicher Verlauf in einer Signalkurve 45 in Fig. 3 dargestellt ist, durch die Verstimmung der komplexen Meßbrücke 1 repräsen tiert. Die komplexe Meßbrücke 1 ist aus komplexen Widerständen 60, 61, 62, 63 aufgebaut und ist mit einer vorzugsweise sinusförmigen Brückenspeise-Wechselspan nung 2 gespeist, deren maximal wählbare Frequenz ins besondere von der verwendeten komplexen Meßbrücke 1 abhängt. Bei Verwendung von Spulen in der komplexen Meßbrücke 1 liegt die maximal wählbare Frequenz der Brückenspeise-Wechselspannung 2 häufig im Bereich von 100 Hz. Fig. 1 shows a circuit arrangement of a phase-sensitive rectifier according to an exemplary embodiment of the invention as a block diagram. In a complex measuring bridge 1 , a physical measured variable 64 , for example the position of a workpiece or tool, the assumed temporal course of which is shown in a signal curve 45 in FIG. 3, is represented by the detuning of the complex measuring bridge 1 . The complex measuring bridge 1 is made up of complex resistors 60 , 61 , 62 , 63 and is fed with a preferably sinusoidal bridge supply alternating voltage 2 , the maximum selectable frequency of which depends in particular on the complex measuring bridge 1 used . When using coils in the complex measuring bridge 1 , the maximum selectable frequency of the bridge supply AC voltage 2 is often in the range of 100 Hz.

Die komplexe Meßbrücke 1 wird durch die jeweils einwirkende physikalische Meßgröße 64 verstimmt und liefert ein Meßsignal 3. Die komplexe Meßbrücke 1 ist so gestaltet, daß die maximal wählbare Frequenz der Brückenspeise-Wechselspannung 2 nach dem Abtasttheorem um einen Faktor von mindestens zwei größer ist als die schnellste zu erwartende Schwankung der physikalischen Meßgröße 64.The complex measuring bridge 1 is detuned by the physical quantity 64 acting in each case and supplies a measuring signal 3 . The complex measuring bridge 1 is designed in such a way that the maximum selectable frequency of the bridge supply AC voltage 2 according to the sampling theorem is greater by a factor of at least two than the fastest expected fluctuation in the physical measured variable 64 .

Das Meßsignal 3 wird anschließend in einem Eingangs verstärker 4 verstärkt, der an seinen Ausgängen ein verstärktes Meßsignal 5 und ein verstärktes inver tiertes Meßsignal 6 liefert.The measurement signal 3 is then amplified in an input amplifier 4 , which provides an amplified measurement signal 5 and an amplified inverted measurement signal 6 at its outputs.

Die Brückenspeise-Wechselspannung 2, die z.B. von der eine geerdete Mittelanzapfung aufweisenden Sekundär spule eines Transformators geliefert werden kann, ist als Referenzspannung, von der alle Abtast- und Schalt pulse abgeleitet werden, an zwei Schaltungsteile angelegt, die nachfolgend als erster Schaltungsarm 7 und zweiter Schaltungsarm 8 bezeichnet werden.The bridge supply AC voltage 2 , which can be supplied, for example, by the secondary coil of a transformer, which has a grounded center tap, is applied as a reference voltage, from which all sampling and switching pulses are derived, to two circuit parts, which are subsequently referred to as the first circuit arm 7 and second Circuit arm 8 are referred to.

Im ersten Schaltungsarm 7 ist die Brückenspeise-Wech selspannung 2 an den Eingang eines ersten Nulldurch gangsschalters 9 gelegt, der aus der sinusförmigen Brückenspeise-Wechselspannung 2 ein erstes Rechteck signal 10 formt. Den positiven Halbwellen der sinus förmigen Brückenspeise-Wechselspannung 2 ist eine logische Eins des ersten Rechtecksignals 10 und den negativen Halbwellen der Brückenspeise-Wechselspannung 2 eine logische Null des ersten Rechtecksignals 10 zugeordnet. An einem zweiten Ausgang liefert der Null durchgangsschalter 9 ein invertiertes erstes Rechteck signal 11.In the first circuit arm 7 , the bridging AC voltage 2 is placed at the input of a first zero-crossing switch 9 , which forms a first square wave signal 10 from the sinusoidal bridging AC voltage 2 . The positive half-waves of the sinusoidal bridge supply AC voltage 2 is AC bridge supply-2 associated with a logic one of the first rectangular signal 10 and the negative half-waves of a logical zero of the first rectangular signal 10 degrees. At a second output, the zero-cross switch 9 supplies an inverted first square-wave signal 11 .

Im zweiten Schaltungsarm 8 gelangt die Brückenspeise- Wechselspannung 2 an den Eingang eines Cosinusformers 12, der die sinusförmige Brückenspeise-Wechselspannung 2 in eine cosinusförmige Wechselspannung 13 umwandelt. Dies kann z.B. durch ein Differenzierglied oder eine Phasenschieberschaltung realisiert werden. Die co sinusförmige Wechselspannung 13 speist einen zweiten Nulldurchgangsschalter 14, der aus der cosinusförmi gen Wechselspannung 13 ein zweites Rechtecksignal 15 formt. Den positiven Halbwellen der cosinusförmigen Wechselspannung 13 ist eine logische Eins des zweiten Rechtecksignals 15 und den negativen Halbwellen der cosinusförmigen Wechselspannung 13 eine logische Null des zweiten Rechtecksignals 15 zugeordnet. An einem zweiten Ausgang liefert der zweite Nulldurchgangs schalter 14 ein invertiertes zweites Rechtecksignal 16.In the second circuit arm 8 , the bridge supply AC voltage 2 arrives at the input of a cosine shaper 12 , which converts the sinusoidal bridge supply AC voltage 2 into a cosine AC voltage 13 . This can be implemented, for example, by a differentiator or a phase shifter circuit. The co sinusoidal AC voltage 13 feeds a second zero-crossing switch 14 , which forms a second square-wave signal 15 from the cosine-shaped AC voltage 13 . The positive half waves of the cosine AC voltage 13 are assigned a logic one of the second square wave signal 15 and the negative half waves of the cosine AC voltage 13 are assigned a logic zero of the second square wave signal 15 . At a second output, the second zero crossing switch 14 supplies an inverted second square wave signal 16 .

Das im zweiten Schaltungsarm 8 gewonnene invertierte zweite Rechtecksignal 16 liegt am ersten Eingang eines ersten UND-Gatters 17 an. Der zweite Eingang des ersten UND-Gatters 17 ist mit dem invertierten ersten Rechtecksignal 11 des ersten Nulldurchgangsschalters 9 aus dem ersten Schaltungsarm 7 beaufschlagt. Am Ausgang des ersten UND-Gatters 17 steht ein erstes Steuersignal 18 zur Verfügung, das in den Steuer eingang eines ersten Abtast-Halte-Gliedes 19 ein gespeist ist.The inverted second square-wave signal 16 obtained in the second circuit arm 8 is present at the first input of a first AND gate 17 . The second input of the first AND gate 17 is acted upon by the inverted first square wave signal 11 of the first zero crossing switch 9 from the first circuit arm 7 . At the output of the first AND gate 17 , a first control signal 18 is available, which is fed into the control input of a first sample and hold element 19 .

Das im ersten Schaltungsarm 7 aus dem ersten Null durchgangsschalter 9 gewonnene erste Rechtecksignal 10 liegt an einem ersten Eingang eines zweiten UND- Gatters 20 an. Der zweite Eingang des zweiten UND- Gatters 20 ist mit dem zweiten Rechtecksignal 15 des zweiten Nulldurchgangsschalters 14 aus dem zweiten Schaltungsarm 8 beaufschlagt. Am Ausgang des zweiten UND-Gatters 20 steht ein zweites Steuersignal 21 zur Verfügung, das in den Steuereingang eines zweiten Abtast-Halte-Gliedes 22 eingespeist ist.The first square wave signal 10 obtained in the first circuit arm 7 from the first zero-cross switch 9 is present at a first input of a second AND gate 20 . The second input of the second AND gate 20 is acted upon by the second square wave signal 15 of the second zero crossing switch 14 from the second circuit arm 8 . At the output of the second AND gate 20 , a second control signal 21 is available, which is fed into the control input of a second sample and hold element 22 .

Das invertierte verstärkte Meßsignal 6 am Ausgang des Eingangsverstärkers 4 liegt am Speiseeingang des ersten Abtast-Halte-Gliedes 19 an, das ein erstes Meß brückenspitzensignal 23 erzeugt. Weist das erste Steuersignal 18 eine logische Eins auf, so tastet das erste Abtast-Halte-Glied 19 das invertierte verstärkte Meßsignal 6 ab. Wenn das erste Steuersignal 18 eine logische Null annimmt, schaltet das erste Abtast- Halte-Glied 19 den Extremalwert des invertierten verstärkten Meßsignals 6 als das erste Meßbrücken spitzensignal 23 auf seinen Ausgang. The inverted amplified measurement signal 6 at the output of the input amplifier 4 is present at the feed input of the first sample and hold element 19 , which generates a first measurement peak signal 23 . If the first control signal 18 has a logic one, the first sample-and-hold element 19 samples the inverted amplified measurement signal 6 . When the first control signal 18 assumes a logic zero, the first sample and hold element 19 switches the extreme value of the inverted amplified measurement signal 6 as the first measurement bridge peak signal 23 to its output.

Das erste Meßbrückenspitzensignal 23 liegt am Spei seeingang eines ersten Analog-Schalters 24 an, der als Steuersignal das zweite Rechtecksignal 15 des zweiten Nulldurchgangsschalters 14 benutzt. Bei einer logischen Eins des zweiten Rechtecksignals 15 schaltet der erste Analog-Schalter 24 das erste Meßbrücken spitzensignal 23 durch, bei einer logischen Null des zweiten Rechtecksignals 15 ist der erste Analog-Schal ter 24 offen. Das resultierende Signal am Ausgang des ersten Analog-Schalters 24 bildet ein erstes Ausgangs signal 25.The first measuring bridge peak signal 23 is present at the memory of a first analog switch 24 , which uses the second square-wave signal 15 of the second zero-crossing switch 14 as a control signal. When a logic one of the second square-wave signal 15 of the first analog switch 24 switches the first measuring bridges by peak signal 23, at a logical zero of the second square-wave signal 15 of the first analogue-scarf is ter 24 open. The resulting signal at the output of the first analog switch 24 forms a first output signal 25 .

Das verstärkte Meßsignal 5 am Ausgang des Eingangs verstärkers 4 liegt am Speiseeingang des zweiten Abtast-Halte-Gliedes 22 an, das ein zweites Meß brückenspitzensignal 26 erzeugt. Weist das zweite Steuersignal 21 eine logische Eins auf, so tastet das zweite Abtast-Halte-Glied 22 das verstärkte Meßsignal 5 ab. Wenn das zweite Steuersignal 21 eine logische Null annimmt, schaltet das zweite Abtast-Halte-Glied 22 den Extremalwert des verstärkten Meßsignals 5 als das zweite Meßbrückenspitzensignal 26 auf seinen Ausgang.The amplified measurement signal 5 at the output of the input amplifier 4 is present at the feed input of the second sample-and-hold member 22 , which generates a second measurement peak signal 26 . If the second control signal 21 has a logic one, the second sample-and-hold element 22 samples the amplified measurement signal 5 . If the second control signal 21 assumes a logic zero, the second sample-and-hold element 22 switches the extreme value of the amplified measurement signal 5 to its output as the second measurement bridge tip signal 26 .

Das zweite Meßbrückenspitzensignal 26 liegt am Spei seeingang eines zweiten Analog-Schalters 27 an, der als Steuersignal das invertierte zweite Rechteck signal 16 des zweiten Nulldurchgangsschalters 14 benutzt. Bei einer logischen Eins des invertierten zweiten Rechtecksignals 16 schaltet der zweite Analog Schalter 27 das zweite Meßbrückenspitzensignal 26 durch, bei einer logischen Null des invertierten zweiten Rechtecksignals 16 ist der zweite Analog- Schalter 27 offen. Das resultierende Signal am Ausgang des zweiten Analog-Schalters 27 bildet ein zweites Ausgangssignal 28.The second measuring bridge peak signal 26 is present at the Spei seeingang of a second analog switch 27 , which uses the inverted second square wave signal 16 of the second zero crossing switch 14 as a control signal. When a logic one of the inverted second square-wave signal 16 of the second analog switch 27 switches the second Meßbrückenspitzensignal 26 by, at a logic zero of the inverted second square-wave signal 16 is the second analog switch 27 open. The resulting signal at the output of the second analog switch 27 forms a second output signal 28 .

Das erste Ausgangssignal 25 des ersten Schaltungsarmes 7 und das zweite Ausgangssignal 28 des zweiten Schal tungsarmes 8 sind auf den Eingang eines Ausgangs verstärkers 29 geschaltet, der ein verstärktes Aus gangsmeßsignal 30 erzeugt, das vorzeichenrichtig die physikalische Meßgröße 64 wiedergibt.The first output signal 25 of the first circuit arm 7 and the second output signal 28 of the second circuit arm 8 are connected to the input of an output amplifier 29 , which generates an amplified output measurement signal 30 which reproduces the correct physical quantity 64 .

Die Fig. 2 zeigt Spannungssignalverläufe von Steuer- und Schaltsignalen des phasenempfindlichen Gleich richters in zeitlichem Bezug zu seiner Brückenspeise wechselspannung 2. Fig. 2 shows voltage waveforms of control and switching signals of the phase-sensitive rectifier in time relation to its bridge supply AC voltage 2nd

In einer in der Fig. 2 ganz oben gezeichneten ersten Signalverlaufskurve 31 ist die Brückenspeise-Wechsel spannung 2 in Richtung einer Spannungsachse 32 gegen eine Zeitachse 33 aufgetragen, so daß die Brücken speise-Wechselspannung 2 in ihrem zeitlichen Verlauf über mehrere Perioden 34 dargestellt ist. Bezüglich der Zeitachse 33 weist die Brückenspeise-Wechsel spannung 2 positive Spannungsbereiche 35 und negative Spannungsbereiche 36 auf. In a in Fig. 2 drawn at the top of the first waveform curve 31 , the bridge supply alternating voltage 2 is plotted in the direction of a voltage axis 32 against a time axis 33 , so that the bridge supply alternating voltage 2 is shown in its chronological course over several periods 34 . With respect to the time axis 33 , the bridge supply AC voltage has 2 positive voltage ranges 35 and negative voltage ranges 36 .

Eine zweite Signalverlaufskurve 37 der Fig. 2 zeigt den zeitlichen Verlauf der cosinusförmigen Wechsel spannung 13, die am Ausgang des Cosinusformers 12 anliegt, mit einer geeigneten Skalierung der Span nungsachse 32. In dieser und allen weiteren Kurven der Fig. 2 weist die Zeitachse 33 dieselbe Skalierung auf, so daß in der Fig. 2 übereinanderliegende Punkte verschiedener Kurven zum gleichen Zeitpunkt gehören.A second waveform curve 37 of FIG. 2 shows the time course of the cosine AC voltage 13 , which is present at the output of the cosine shaper 12 , with a suitable scaling of the voltage axis 32nd In this and all other curves in FIG. 2, the time axis 33 has the same scaling, so that in FIG. 2, points of different curves lying one above the other belong at the same time.

Bezüglich der Zeitachse 33 weist auch die cosinus förmige Wechselspannung 13 positive Spannungsbereiche 35 und negative Spannungsbereiche 36 auf.With respect to the time axis 33 , the cosine AC voltage 13 also has positive voltage ranges 35 and negative voltage ranges 36 .

Eine dritte Signalverlaufskurve 38 zeigt den zeit lichen Verlauf des zweiten Steuersignals 21 des zweiten UND-Gatters 20 im zweiten Schaltungsarm 8. In dieser wie in den weiteren Signalverlaufskurven der Fig. 2 ist ein Logisch-Eins-Bereich 39 durch einen positiven Spannungsbereich dargestellt. Logisch-Null- Bereiche 40 sind durch einen Spannungswert von etwa null Volt gekennzeichnet.A third signal curve 38 shows the time course of the second control signal 21 of the second AND gate 20 in the second circuit arm 8 . In this and in the further signal curve curves of FIG. 2, a logic one area 39 is represented by a positive voltage area. Logical zero areas 40 are characterized by a voltage value of approximately zero volts.

Die Logisch-Eins-Bereiche 39 des zweiten Steuersignals 21 ergeben sich durch die UND-Verknüpfung des zweiten UND-Gatters 20 genau dann auf, wenn dessen Eingänge, die mit dem ersten Rechtecksignal 10 und dem zweiten Rechtecksignal 15 beschaltet sind, eine positive Spannung aufweisen. Somit weist das zweite Steuer signal 21 genau bei der ansteigenden Viertelperiode der Brückenspeise-Wechselspannung 2 einen Logisch- Eins-Bereich 39 auf, so daß der Maximalwert des verstärkten Meßsignals 5 im zweiten Abtast-Halte-Glied 22 durchgeschaltet wird und als zweites Meßbrücken spitzensignal 26 am zweiten Analog-Schalter 27 an liegt.The logic one areas 39 of the second control signal 21 result from the AND operation of the second AND gate 20 precisely when its inputs, which are connected to the first square wave signal 10 and the second square wave signal 15 , have a positive voltage . Thus, the second control signal 21 has a logic one area 39 exactly at the rising quarter period of the bridge supply AC voltage 2 , so that the maximum value of the amplified measurement signal 5 is switched through in the second sample-and-hold element 22 and as the second measurement bridge peak signal 26 at the second analog switch 27 .

Der zweite Analog-Schalter 27 wird durch das inver tierte zweite Rechtecksignal 16 angesteuert, das in einer vierten Signalverlaufskurve 41 gezeichnet ist. Der zweite Analog-Schalter 27 schaltet das zweite Meß brückenspitzensignal 26 in seinen Logisch-Eins-Be reichen 39 als zweites Ausgangssignal 28 durch.The second analog switch 27 is driven by the inverted second square wave signal 16 , which is drawn in a fourth waveform curve 41 . The second analog switch 27 switches the second measurement peak signal 26 in its logic one range 39 through as a second output signal 28 .

Eine fünfte Signalverlaufskurve 42 zeigt den zeit lichen Verlauf des ersten Steuersignals 18 des ersten UND-Gatters 17 im ersten Schaltungsarm 7. Der Logisch- Eins-Bereich 39 des ersten Steuersignals 18 tritt durch die UND-Verknüpfung des ersten UND-Gatters 17 genau dann auf, wenn dessen Eingänge, die mit dem invertierten ersten Rechtecksignal 11 und dem inver tierten zweiten Rechtecksignal 16 beschaltet sind, eine positive Spannung aufweisen. Somit weist das erste Steuersignal 18 genau während der ansteigenden Viertelperiode eines Gegentaktes der Brückenspeise- Wechselspannung 2 einen Logisch-Eins-Bereich 39 auf, so daß der Extremalwert des invertierten verstärkten Meßsignals 6 im ersten Abtast-Halte-Glied 19 durchge schaltet wird und als erstes Meßbrückenspitzensignal 23 am ersten Analog-Schalter 24 anliegt. A fifth signal curve 42 shows the temporal curve of the first control signal 18 of the first AND gate 17 in the first circuit arm 7 . The logic one area 39 of the first control signal 18 occurs through the AND operation of the first AND gate 17 precisely when its inputs, which are connected to the inverted first square wave signal 11 and the inverted second square wave signal 16, are positive Have tension. Thus, the first control signal 18 has a logic one region 39 exactly during the rising quarter period of a push-pull of the bridge supply AC voltage 2 , so that the extreme value of the inverted amplified measurement signal 6 is switched through in the first sample-and-hold element 19 and first Measuring bridge tip signal 23 is present at the first analog switch 24 .

Der erste Analog-Schalter 24 wird durch das zweite Rechtecksignal 15 angesteuert, das in einer sechsten Signalverlaufskurve 43 gezeichnet ist. Der erste Analog-Schalter 24 schaltet das erste Meßbrücken spitzensignal 23 in seinen Logisch-Eins-Bereichen 39 als erstes Ausgangssignal 25 durch.The first analog switch 24 is driven by the second square-wave signal 15 , which is drawn in a sixth signal curve 43 . The first analog switch 24 switches the first measuring bridge peak signal 23 in its logic one regions 39 as the first output signal 25 .

Die Fig. 3 zeigt Signalverläufe der Brückenspeise- Wechselspannung 2, der physikalischen Meßgröße 64, des daraus resultierenden Meßsignals 3 und des ver stärkten Ausgangsmeßsignals 30 des phasenempfindlichen Gleichrichters. Fig. 3 shows waveforms of the bridge supply AC voltage 2 , the physical quantity 64 , the resulting measurement signal 3 and the amplified ver output signal 30 of the phase-sensitive rectifier.

Eine erste Signalkurve 44 zeigt die Brückenspeise- Wechselspannung 2 entlang der Zeitachse 33. Mit derselben Skalierung wie bei der Zeitachse 33, die auch in allen folgenden Kurven der Fig. 3 angewendet wird, ist in der zweiten Signalkurve 45 der zeitliche Verlauf der physikalischen Meßgröße 64 dargestellt. Diese weist zwei konstante Bereiche 46 und einen abfallenden Bereich 47 auf. Dessen gezeichnete Gera densteigung liegt aus zeichnerischen Gründen an der Obergrenze, die mit der gezeichneten Brückenspeise- Wechselspannung 2 abgetastet werden kann.A first signal curve 44 shows the bridge supply AC voltage 2 along the time axis 33 . With the same scaling as for the time axis 33 , which is also used in all the following curves in FIG. 3, the time course of the physical measured variable 64 is shown in the second signal curve 45 . This has two constant areas 46 and a falling area 47 . Whose drawn slope is due to drawing reasons at the upper limit, which can be scanned with the drawn bridge supply AC voltage 2 .

Eine dritte Signalkurve 48 zeigt das Meßsignal 3 der komplexen Meßbrücke 1 vor dem Eingangsverstärker 4, welches aus der von der physikalischen Meßgröße 64 hervorgerufenen Verstimmung der Meßbrücke 1 und der eingespeisten Brückenspeise-Wechselspannung 2 resul tiert.A third signal curve 48 shows the measuring signal 3 of the complex measuring bridge 1 in front of the input amplifier 4 , which results from the detuning of the measuring bridge 1 caused by the physical measured variable 64 and the injected bridge supply AC voltage 2 .

Mit dem phasenempfindlichen Gleichrichter gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Meßsignal 3 in das verstärkte Ausgangsmeßsignal 30 gewandelt, welches in einer vierten Signalkurve 49 dargestellt ist.With the phase-sensitive rectifier according to the exemplary embodiment of the invention, the measurement signal 3 is converted into the amplified output measurement signal 30 , which is shown in a fourth signal curve 49 .

Die konstanten Bereiche 46 der Meßgröße 64 in der zweiten Signalkurve 45 werden in konstante Spannungs bereiche 50 gewandelt, die dank der Erfindung keiner lei Restwelligkeit aufweisen. Der abfallende Bereich 47 der Meßgröße 64 wird in eine Treppenfunktion 51 überführt. Die zeitliche Länge einer Stufe 52 dieser Treppenfunktion 51 entspricht einer halben Periode der Brückenspeise-Wechselspannung 2.The constant areas 46 of the measured variable 64 in the second signal curve 45 are converted into constant voltage areas 50 which, thanks to the invention, have no residual ripple. The falling area 47 of the measured variable 64 is converted into a staircase function 51 . The temporal length of a step 52 of this staircase function 51 corresponds to half a period of the bridge supply AC voltage 2 .

Dem Nulldurchgang der Meßgröße 64 folgt das Ausgangs meßsignal 30 mit einer zeitlichen Verzögerung nach. Die dabei auftretende Totzeit der Anordnung wird als Antwortzeit 53 bezeichnet. Diese kann dank der Erfin dung höchstens die Länge einer Halbperiode der Brückenspeise-Wechselspannung 2 aufweisen. Im Mittel über viele Nulldurchgänge der Meßgröße 64 ist die Ant wortzeit 53 jedoch kürzer, nämlich eine Viertelperiode der Brückenspeise-Wechselspannung 2.The zero crossing of the measured variable 64 follows the output measurement signal 30 with a time delay. The dead time of the arrangement that occurs is referred to as response time 53 . Thanks to the inven tion, this can have at most the length of a half cycle of the bridge supply AC voltage 2 . However, on average over many zero crossings of the measured variable 64 , the response time 53 is shorter, namely a quarter period of the bridge supply AC voltage 2 .

Die in der vierten Signalkurve 49 auftretenden Stufen 52 weisen eine Stufenhöhe 54 auf, die durch das Ver hältnis der abfallenden Steigung 47 der Meßgröße 64 aus der zweiten Signalkurve 45 zur Frequenz der Brückenspeise-Wechselspannung 2 gegeben ist. Der in der Zeichnung übertrieben stark abfallende Bereich 47 führt zu übertrieben großen Stufenhöhen 54. Bei einer praxisgerechteren flacheren als der gezeichneten abfallenden Steigung 47 der Meßgröße 64 sind die Stufenhöhen 54 kleiner und nähern die Meßgröße 64 dementsprechend besser an.The steps 52 occurring in the fourth signal curve 49 have a step height 54 which is given by the ratio of the descending slope 47 of the measured variable 64 from the second signal curve 45 to the frequency of the bridge supply AC voltage 2 . The region 47 which drops excessively in the drawing leads to excessive step heights 54 . In the case of a more practical, flatter slope 47 of the measured variable 64 than the descending slope 47 , the step heights 54 are smaller and accordingly approximate the measured variable 64 better.

Claims

1. Phase-sensitive rectifier, in particular for determining mechanical measured quantities, with a complex measuring bridge and a comparator, both of which are fed with a bridge supply AC voltage, and with a sample and hold element which is connected to the complex measuring bridge and is controlled by the comparator , characterized in that a further second comparator ( 14 ), a further second sample and hold element ( 22 ), a first switch ( 24 ), a second switch ( 27 ), a first logic circuit ( 17 ), a second logic circuit ( 20 ), an inverter ( 4 ) and a cosine shaper ( 12 ) is provided, the second sample-and-hold element ( 22 ) via the cosine shaper ( 12 ) and the second comparator ( 14 ) with the bridge supply AC voltage ( 2 ) is applied that the sample-and-hold element ( 19 ) is connected via the inverter ( 4 ) to the complex measuring bridge ( 1 ), that between the comparator ( 9 ) and the sample and hold element song ( 19 ) the first logic circuit ( 17 ) is connected, which is connected in terms of input to the inverted output of the comparator ( 9 ) and the inverted output of the second comparator ( 14 ), that the output of the comparator ( 9 ) and the output of the second comparator ( 14 ) has an input to the second logic circuit ( 20 ) which drives the second sample-and-hold element ( 22 ), that both the first sample-and-hold element ( 19 ) with the first switch ( 24 ) and the second Sample and hold element ( 22 ) is connected to the second switch ( 27 ), the first switch ( 24 ) being control-related to the output of the second comparator ( 14 ) and the second switch ( 27 ) being control-related to the inverted output of the second comparator ( 14 ) is connected, and that the outputs of the first switch ( 24 ) and the second switch ( 27 ) are connected together.

2. Phase sensitive rectifier according to claim 1, characterized in that the inverter ( 4 ) is formed by the inverting output of an input amplifier and that the complex measuring bridge ( 1 ) via the non-inverting output of the input amplifier with the second sample and hold element ( 22 ) is connected.

3. phase sensitive rectifier according to claim 1 or 2, characterized in that at least one of the comparators ( 9 , 14 ) is designed as a zero-crossing switch.

4. phase sensitive rectifier according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the logic circuits ( 17 , 20 ) is designed as an AND gate.

5. Phase-sensitive rectifier according to one of the preceding claims, characterized in that the first switch ( 24 ) and the second switch ( 27 ) are each connected to the input of an output amplifier ( 29 ).