Geschiedenis: frequentiemeting, hoe deden ze dat?

In de beginjaren van de radio werd er veel slims uitgevonden. Ontvangers, zenders, antennes waren allemaal nieuw en een braakliggend terrein. De theorie en praktijk gingen waarschijnlijk hand in hand, en zijn al in vele boeken beschreven.

Maar, wat ik nog niet heb kunnen vinden is hoe ze destijds bepaalden op welke frequentie gewerkt werd. Met een beetje over de band draaien vind je elkaar wel, maar erg handig is het niet.

Een berekening op basis van componentwaarden zit er door toleranties al snel factoren naast, denk ik. En vergelijken met een andere frequentie gaat er al vanuit dat die dan wel bekend zou zijn.

Met buizen is ongetwijfeld een deler te maken waardoor je uiteindelijk met een horloge kunt timen, maar dat is gekkenwerk. Een f-naar-V omzetter is een andere mogelijkheid, maar dan ben je wel heel afhankelijk van componentwaarden en afleesnauwkeurigheid. Of zie ik van alles over het hoofd?

Concreet: hoe kon men destijds, in het prille begin, frequenties meten? En, hoe nauwkeurig was dat? Is dat ergens na te lezen?

Anoniem

Och er is heel veel bedacht. Ik had vroeger een analoge frequentiemeter van het Amerikaans leger uit 1944. Een BC...kweeniemeer. Dat was een zeer nauwkeurige vrijlopende oscillator die als afstemming uitschuifbare spoelen gebruikte met ferrietkern.deze waren uitgerusr met een knop met reductie en noniusschaal. Er zaten inhet ding enkele kristaloscillatoren voor de ijking. De frequentiemeting gebeurde door middel van nulzweving tussen de te meten frequentie en het oscillatorsignaal. Daarvoor was er een luidspreker of koptelefoonuitgang.

Een hele oude methode is ook de zgn lecherlijn door middel van staande golven.
Of wat dacht je van lissajousfiguren?.

Die nulzweving snap ik, maar dat verplaatst het probleem naar een nauwkeurige frequentiemeting van die kristallen.

Zoals ik het zie heb je op z'n minst 1 nauwkeurig referentiesignaal nodig om de rest te kunnen bepalen. En, voor zover ik het kan bedenken, hadden "ze" dat niet.

Een Lecherlijn is een mooie suggestie, daar ga ik me 's in verdiepen.

ik denk dat Heinrich Rudolf Hertz gewoon een standaard heeft bepaald, nl. 1 puls per seconde is 1 hertz, 2 is 2 hertz enz.

en dan gewoon luisteren, en als het te snel gaat d.m.v. een frequentie deler ofzo iets luisteren en rekenen maar :p

en dan dat kristal of resonator als eikpunt gebruiken voor snellere kristallen en snellere resonatoren.
zo is het begonnen.

(verder niet geleerd, gewoon een vrije ingeving :9 )

Editje:
ze hadden toch al zandlopers??, niet zo enorm nauwkeurig maarja je moet wat.

(ik denk dat wat joWi dichter in de buurt zit)

[Bericht gewijzigd door roel999 op woensdag 2 maart 2011 21:41:13 (14%)

Mij lijkt een plotter + liniaal wel een aardige combo voor het meten van frequenties die niet al te hoog gaan.

Het gaat nog wel over radiofrequenties, dan is pen en papier niet zo heel praktisch... :-)

@Roel999: frequentiedelers (en -tellers) zijn best te maken met buizen, een stel decatrons achter elkaar komt een heel eind. Maar ergens moet je toch gaan meten en je verlegt alleen je probleem op die manier: in plaats van een frequentie moet je dan een nauwkeurig tijdsinterval meten. Ga ik er nog aan voorbij dat decatrons pas ergens in de jaren '50 gangbaar waren.

Afgezien van Lecherlijnen heb ik nog geen plausibele methode kunnen vinden.

JoWi

Special Member

Ik denk dat in de beginjaren de golflengte werd gemeten i.p.v. de frequentie. En dan heb je geen teller nodig, maar een liniaal.

Ignorance is bliss
pa3gws

Golden Member

En dan heb je geen teller nodig, maar een liniaal.

Leg eens uit hoe dat dan in zijn werk gaat. :-)

Ik ben gestopt met roken nu mijn schakelingen nog.

ooit nog stemvorken gezien om telefonie generatoren af te regelen

rbeckers

Overleden

Tijd en frekwentiemeting zijn gekoppeld. ;)
Idem frekwentie en golflengte.
Tijd kan men al lang nauwkeurig meten.

JoWi

Special Member

Op 2 maart 2011 21:31:31 schreef pa3gws:
[...]
Leg eens uit hoe dat dan in zijn werk gaat. :-)

Nooit dat middelbare school proefje gehad met een lampje en een liniaal? En dan een staande golf op een tweetal draden.
Vind deze trouwens mooier, maar in mijn schooltijd had nog niet ieder huis een magnetron:
http://blog.cencophysics.com/2010/01/measuring-the-speed-of-light-with…

Ignorance is bliss
fred101

Golden Member

http://www.pa4tim.nl/wp-content/uploads/2010/11/frequentiemeter.jpg

Dat ding wat GD noemde, de BC221 werd weer gecalibreerd met dit beest:
De Frequentie meter FR4/U

Bij zo'n apparaat hoort een boek wat per apparaat werd gemaakt aan de hand van duizenden metingen. Dat zit onder in de la met opdruk calibration book.

De hoogste ijkings referentie bv bij het nist is een tijdstandaard. Dat werd ooit een atoomklok, wat het daarvoor was weet ik niet.

Je kan met een lineaal prima frequentie meten. Als ze maar hoog genoeg zijn. Je neemt een slotted line, http://www.pa4tim.nl/?p=289 dat is een soort rigid coax met een sleuf over de lengte. Die is open of short aan het eind. De staande golven meet je hier mee:
http://www.pa4tim.nl/?p=1206
Dan zet je een streepje bij een max of minimum aflezing en meet met een lineaal van het begin tot dat punt. Dan heb je een kwart golf (max) of een halve golf (min)

www.pa4tim.nl, www.schneiderelectronicsrepair.nl, Reparatie van meet- en calibratie apparatuur, ook maritieme en industriele PCBs

Zo deed Heinrich Hertz het:

Om de aanwezigheid van deze straling aan te tonen maakte hij een eenvoudige ronde draadboog met bovenin een kleine opening. Op het moment dat een elektromagnetische golf de draadboog bereikt wordt er een elektrische stroom geïnduceerd die zichtbaar is als een kleine vonk over de draadopening. Door de boog naar verschillende plaatsen in zijn laboratorium te bewegen kon hij deze straling opsporen. Bovendien kon hij de golflengte van de straling bepalen door te kijken hoe de sterkte en vorm van de vonk veranderde met de positie. Deze bedroeg bijna 61 meter, een miljoen maal groter dan de golflengte van zichtbaar licht.

Gekopiëerd uit
http://nl.wikipedia.org/wiki/Heinrich_Hertz
De lichtsnelheid was bekend, dus de frequentie was/is eenvoudig uit te rekenen.

pa3gws

Golden Member

Nooit proefjes gehad met lampje en lineaal.
Zo zie je maar weer nooit te oud om wat te leren. ;-)
En wederom blijkt CO een grote bron van kennis te zijn.

Ik ben gestopt met roken nu mijn schakelingen nog.
Tidak Ada

Golden Member

Op 2 maart 2011 21:57:07 schreef pa3gws:
Nooit proefjes gehad met lampje en lineaal.
Zo zie je maar weer nooit te oud om wat te leren. ;-)
En wederom blijkt CO een grote bron van kennis te zijn.

Ik denk dat ze hiervoor tegenwoordig een schroefmicrometer gebruiken. ;)

Rommelige werkplek? In de natuur is wanorde de meest stabiele toestand; de entropie is dan maximaal. Het handhaven van "orde" kost daarom altijd energie. ----> TUBE COLLECTORS ASSOCIATION - †

@Fred101: bedankt voor de info over de slotted line, erg interessant.

In de praktijk zul je de snelheid in de geleider meten en heb je dus een afwijking t.o.v. de echte golflengte. Maar in theorie is de praktijk meestal leidend en zo nauwkeurig zal het toen ook niet nodig geweest zijn, zelfs als het mogelijk was.

@rbeckers: Tijd- en frequentiemetingen zijn inderdaad sterk aan elkaar gekoppeld, maar voor een nauwkeurige meting van kleine tijdsintervallen heb je een nauwkeurige frequentiestandaard nodig. En daar ben ik nou juist naar op zoek! ;-) En omgekeerd loop je dus ook al snel uit je opties...

Er moeten toch boeken zijn waar dit gewoon in behandeld wordt? Een soort van "technische geschiedenis"?

fred101

Golden Member

Thunderbolt kopen en je hebt een goede tijdstandaard. Anders een oude HP rubidium of cesium versie op de kop tikken. Je kan ze zelf ook bouwen. Een TCXO en gps erbij. Dan ben je af van calibratie. Een hel goede TCXO moet nog steeds afgeregekd worden en dat neemt die gps dat mooi over.

Er is toch genoeg te vinden. Zoek eens op timenuts.
Ik denk dat je ook op de geschiedenis van atoomklokken moet zoeken. De counter, frequentiemeters ect werden zo ver ik weet, altijd al gecalibreerd mbv een tijdstandaard. http://www.webexhibits.org/daylightsaving/d.html
http://www.nist.gov/pml/div688/timekeeping.cfm
http://www.nist.gov/pml/general/time/index.cfm

www.pa4tim.nl, www.schneiderelectronicsrepair.nl, Reparatie van meet- en calibratie apparatuur, ook maritieme en industriele PCBs
Tidak Ada

Golden Member

Snuffel eens op eBay, daar worden (in China) redelijk wat GPS-based 10 MHz cesiumoscillatoren aangeboden voor een betaalbare prijs.
Efratom is o.a. een merknaam die je veel tegenkomt.

Rommelige werkplek? In de natuur is wanorde de meest stabiele toestand; de entropie is dan maximaal. Het handhaven van "orde" kost daarom altijd energie. ----> TUBE COLLECTORS ASSOCIATION - †

Het gaat me er niet eens zo zeer om nu een goede tijdstandaard te hebben, da's tegenwoordig inderdaad makkelijk genoeg. Hoewel je er daar ook te ver in kunt gaan zoals op LeapSecond.com.

Wat ik me (gewoon uit pure interesse) afvraag is hoe "ze" destijds, in de beginjaren van de radio, hun frequenties bepaalden. Een kring afregelen met een griddipper is niet lastig, maar hoe is die dipper dan ooit nauwkeurig opgesteld? Met een kristalcalibratie? Oh ja, en hoe is die dan... enzovoorts :-)

Je moet ergens een beginnetje hebben om op verder te bouwen. Trek het in de huidige tijd: bepaal de frequentie van een RC-oscillator maar dan zonder meetapparatuur die je niet zelf ter plekke in elkaar kunt zetten uit losse (simpele) onderdelen... ;-)

Edit: en natuurlijk zonder externe bronnen, da's alsnog valsspelen he? ;-)

Maar goed, ik denk dat fred101 hieronder de koe wel bij de horens heeft en dat men inderdaad niet op een (kilo?-) Hertzje meer of minder keek.

[Bericht gewijzigd door 6502 op donderdag 3 maart 2011 14:25:33 (13%)

fred101

Golden Member

Door een ontvanger af te stemmen op een tijdzender. Ik weet niet of hij er nog is maar ik dacht dat er op 10 MHz nog steeds een zat. Je stemde je ontvanger daar op af. Dan draaide je aan je meetzender of dipper totdat je die weer op je ontvanger hoorde. Maar de gemiddelde radiozender, ontvanger, amateur keek niet op een paar Hz meer of minder.

www.pa4tim.nl, www.schneiderelectronicsrepair.nl, Reparatie van meet- en calibratie apparatuur, ook maritieme en industriele PCBs
Frederick E. Terman

Honourable Member

Men keek wel degelijk op een Hz, als dat nodig was; zie verderop.
Ooit, in een grijs verleden, zat ik ook in de omstandigheid dat ik geregeld een ontvanger op minder dan een kHz nauwkeurig moest afstemmen ergens in de 12 MHz band, om daar op een onbekend moment opgeroepen te worden. Dan wil je dus op dat moment niet op een verkeerde frequentie staan (voor de old timers: denk "'Relay' dienst").
De oplossing daarvoor was: kristalcalibrator vergelijken met standaarduitzending, in mijn geval WWVH; ijkpunten op de logschaal (een lineaire schaal van 0 tot 1000 schaaldelen) aantekenen; juiste plaats van roepfrequentie op de logschaal uitrekenen, uitgaande van de plaats van de ijkpunten en de gewenste frequentie.
Dat was een eenvoudig klusje, want daar had ik een soort rekenlineaal voor, speciaal voor dat doel.
Blijft de vraag: hoe kwam WWVH aan haar standaardfrequentie?

Een primaire frequentiestandaard bestond uit een 50 kHz kristaloscillator in een oven. Het kristal zelf zat weer in een aparate oven binnen in die oven.
De 50 kHz output synchroniseerde een 10 kHz multivibrator; die laatste weer een 1 kHz multi.

De output van de 1 kHz ging naar een synchroonklok. Hetzelfde als een gewone elektrische klok uit die tijd, maar dan voor 1000 Hz in plaats van voor 60 Hz (of 50 Hz).
De tijdaanwijzing van die klok werd vergeleken met òfwel een astronomische klok, die zelf weer met astronomische waarnemingen werd gecontroleerd; òfwel rechtstreeks met eigen waarnemingen.

De nauwkeurigheid van de standaard was beter dan 0,1 ppm.
Zoals in de brochure stond: een fout van 0,1 ppm is evenveel als een fout van 16 inches op de afstand van New York naar San Francisco.
Maar de primaire standaard was natuurlijk nogal stationair van opstelling.

De 10 en/of 1 kHz outputs van deze standaard werden gebruikt om de secundaire frequentiestandaard mee te ijken. Die was in principe hetzelfde als de primaire, maar dan zonder de dubbele oven, en zonder het 1000 Hz klokje. En zonder de heel kostbare opbouw.
De nauwkeurigheid van een secundaire standaard over lange perioden bleef beter dan 20 ppm; als je hem regelmatig tegen een primaire checkte was hij natuurlijk veel beter dan dat. Secundaire standaarden kon je vervoeren en in het lab opstellen.

Hoe men dan met behulp van de secundaire standaard in de praktijk een onbekende frequentie ging meten is weer voor een volgende post.

Grid dippers, lecherlijnen, golfmeters en dergelijke hadden en hebben een nauwkeurigheid, afhankelijk van constructie en ijking, van iets van 0,1% tot 1% (dus 1000 tot 10 000 ppm). Dat is dus niet echt in dezelde league als de standaarden, en alleen bruikbaar om afgestemde kringen in de buurt van hun ontwerpfrequentie te krijgen.

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org
fred101

Golden Member

mooi verhaal FET. Ik bedoelde dat de gemiddelde zendamateur zijn zender/ontvanger niet tot op 1 Hz calibreerde. Ik snap dat er bepaalde toepassingen waren waar dat wel nodig was. Maar ik dacht meer aan een veel vroegere periode bv een racal 17, die heeft bv een verplaatsbare cursor. Die krijg je nooit tot op de Hz. En dan heb ik het nog niet over het WW2 CW/AM spul. Zo'n T1154 is niet echt stabiel. Geen kristallen, vrijlopende oscillator, trillingen en enorme omgevingswisselingen.

www.pa4tim.nl, www.schneiderelectronicsrepair.nl, Reparatie van meet- en calibratie apparatuur, ook maritieme en industriele PCBs

Hoi,,

Ik denk dat Ts. eerder de begin tijd en de experimenten van Marconi bedoeld.
Marconi bouwde een simpele vonkenzender , hij wist toen nog niet/ongeveer op welke frequentie hij bezig was .
Hij heeft wel de theorie van Hertz gebruikt ,voor zover bekend in die tijd .

De eerste testen van Marconi waren met reusachtige antenne's en zware power generatoren de afstand toen nog geen kilometer..

Toen de eerste vonkenzenders en ontvangers langs de engelse kust verschenen waren de verschillen hoofdzakelijk alleen een andere constructie van de spoel.

Als je een spoel hebt en een draaispoelmeter er parallel op aansluit ,en daarmee in de buurt van de zendantenne gaat staan slaat de meter uit , een van de eerste meet apparaten was geboren.

Edison was ervan overtuigt dat telegrafie over 100den kilometers nooit draadloos zou kunnen.
Toen Marconi zijn eerste draadloze trans-atlantische verbinding maakte storte kort daarna de kabelmarkt in amerika helemaal in .

In de begintijd kreeg Hertz in opdracht van de duitse keizer de opdracht om de geheimen van Marconi te ontfutselen .
De duitse keizer zag het nut van communicatie in evt. oorlogtijd wel zitten
Hertz had in duitsland heel veel problemen om de successen van Marconi te reproduceren.
De keizer besloot om alle kennis te bundelen en stichte toen de Telefunken fabriek waar de knapste koppen van duitsland bij elkaar zaten.

Marconi gebruikte ook een liniaal om zijn berekeningen te doen.

bert

Inderdaad een mooi verhaal van FET. Die methode om van 50 kHz naar een (willekeurig lange) tijdsmeting te gaan is voor mij de missing link. Of in ieder geval een missing link want wellicht waren er nog andere methoden.

In ieder geval heb ik weer plenty nieuwe termen om op te Googelen.

En bert!ine zit er niet ver naast met waar ik nu eigenlijk naar op zoek was, maar niet geheel onder woorden kon brengen. De testen van Marconi (en vele, vele anderen) zijn uitvoerig beschreven maar ik kon nergens terugvinden hoe dat nou technisch, praktisch in z'n werk ging op het gebied van frequentiebepaling. Nou zal dat Marconi worst geweest zijn als enige gebruiker van "het bandplan", maar enkele jaren later zal het toch noodzakelijk geworden zijn.

Het opzetten van tijd/baken-zenders is dan handig, maar je moet ze wel op een bekende frequentie hebben staan. En daarvoor is de methode die FET beschreef goed bruikbaar.

Mijn interesse hierin was gewekt door het boek Longitude, dat de ontwikkeling van scheepsklokken beschrijft. Deze waren nodig voor accurate plaatsbepaling op zee. En van het één komt het ander...

Frederick E. Terman

Honourable Member

Op 3 maart 2011 18:12:44 schreef bert!ne:
In de begintijd kreeg Hertz in opdracht van de duitse keizer de opdracht om de geheimen van Marconi te ontfutselen .
De duitse keizer zag het nut van communicatie in evt. oorlogtijd wel zitten
Hertz had in duitsland heel veel problemen om de successen van Marconi te reproduceren.

Ben je hier zeker van? In Herz' begintijd was Marconi nog niet geboren.
Marconi had in zijn jeugd wel van Herz gehoord, en wat proefjes gedaan. En ná de dood van Herz begon Marconi pas met de studie, bij prof Righi.
En tegen dat hij successen boekte, was Herz dus nog veel langer dood. :)

Als we terug moeten naar Marconi en Fleming, dan komen we qua frequentiemeter bij de 'cymometer'. Google die maar eens!

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org