DE1944057A1 - Impuls-Zaehlschaltung - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE DIPL-ING. CURTWALLACH DIPL.-ING. GÜNTHER KOCH 1944057 DR. TINO HAIBACH

München a, 1^

12 202 - Wg/B

HCN

UNStI ZEICHCNc

8perry Rand Canada Limited, te, Canada

Impuls-Zählschaltung

Die Erfindung besieht eich auf ein Gerät bzw. eine Schaltung 8ur Bestimmung der zvisohen einem Bezugssignal und einem verzögerten Signal vergangenen Zeit. Bei sahireichen Batenlibertragungs systemen oder Stellungs-Haohführsysteoen sind sowohl die Bezugasignale ale auch die verzögerten Signale jeweils Impulsfolgen. Die letstgenannten Impulse werden häufig von einer verzögerten Sinuewelle abgeleitet, wobei die Impulse mit den Durchgängen der Sinuavell* an irgendeinen willkürlichen (Gleichstrom-) Pegel suaaaaanfallen. Im Falle, daß der willkürliche Pegel konstant -verbleibt, stellt die YersBgerung swieohen einen gegebenen Beäugeimpuls und dea ersten darauffolgenden ine Positiv« gehenden Burchgangs-Iapule «uverlÄasig dl« Qxöße der Zeit« vereögerung der Sinusvelle besüglioh des Beiugeiepulees dar. Wenn eich andererseits der willkürliohe Pegel auf unbekannte Weise infolge lieh ändernder TJSagebungsbedingungen -wie beispielsweise der Temperatur - ändert, so stellt die Zeitverzögerung des Durchgänge-Impulses gegenüber den Be-Bugsimpulsen nicht mehr treu die Verzögerung der Binuswella gegenüber den Besugsimpulsen dar.

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Eine veränderbare Gleichstromkomponente ist in irgendeiner Größe in jedem Verstärker,durch den die Si/tuewelle gegebenenfalls läuft, vorhanden. Verstärker mit geringer Auswanderung sind verhältnismäßig teuer und daher in solchen Systeoen unerwünscht, die neben hoher Genauigkeit auch wirtschaftlich herstellbar sein müssen. Es ist nicht nur schwierig, das Entstehen einer veränderbaren Gleichstromkomponenten in der verzögerten Sinuswelle zu vermelden, sondern es ist auch schwierig und teuer, diese Komponente herauszuziehen, nachdem sie erzeugt ist und bevor die Nulldurchgangs-Impulse aus der verzögerten Sinuswelle abgeleitet werden. Beispielsweise könnte es möglich sein, die unerwünschte Gleichstromkomponente durch einen Kondensator dort abzublocken, wo die Komponente in einem Verstärker erzeugt wird, durch welchen die verzögerte Sinuswelle läuft. Es kann aber jedoch ein weiterer unerwünschter Gleichstrompegel in das Sinuswellensignal gerade durch die Schaltung geführt werden, welche die Durchgangs-Impulse erzeugt.

Gemäß der Brfindung ist ein Gerät bzw. eine Vorrichtung zur Bestimmung der Zeit vorgesehen, die «wischen einem Bezugssignal und einem verzögerten Signal vergangen ist; dieses erfindungsgeaäBe Gerät kennzeichnet eioh duroh folgend« Elemente: eine Quelle von Taktiepulsen Bit voller Wiederho!frequenz und eine Quelle mit halb·!· Wiederhol*requenz % einen Impulszähler; eine Bezugsimpulsquelle; eine Quelle für verzögerte Impulse; Gattermittel zum Empfang der Bezugsimpulse, der verzögerten Impulse, der Impulse BiIt voller Wiederholfrequenz und der Impulse mit halber Wiederholfrequenz, wobej/lle Gatteraittel die Impulse mit voller Wiederholfrequenz an den Zähler während der Zelt zwischen einem der Bezugsimpulse und einem der verzögerten

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Impulse anlegen, der dem erwähnten einen Bezugs impuls folgt und wobei die Gattermittel ferner die Impulse mit halber Wiederholfrequenz an den Zähler während der Zeit anlegen, die zwischen dem erwähnten einen der verzögerten Impulse und dem nächstfolgenden verzögerten Impuls liegt.

Vorzugsweise erzeugt die Quelle der verzögerten Impuls e ein verzögertes Sinuswellensignal und weist Mittel auf, die zum Empfang des erwähnten Signals angeschaltet und betätigbar sind, um jedesmal dann einen verzögerten Impuls zu erzeugen, wenn das erwähnte Signal einen willkürlichen V.'ert durchläuft. Die Yerzögerungsimpulsquelle kann einen ersten Impuls dann erzeugen, wenn das Sinuswellensignal den willkürlichen Wert in einer ins Positive gehenden Richtung durchlauft, und einen zweiten Impuls dann, wenn das Signal durch den willkürlichen Wert in einer ins Negative gehenden Richtung durchläuft, wobei der erste Impuls der erwähnte eine Impuls der verzögerten Impulse ist, und wöbe' der zweite Impuls der nächstfolgende verzögerte Impuls ist.

Die zwischen einem Bezugsimpuls und der nächstfolgenden positiven Spitze einer verzögerten Sinuswelle vergangene Zeit ist somit durch das Einsteuern von Taktimpulsen in einen Zähler bei voller Taktfrequenz während eines Zeitintervalls bestimmt und durch Eintasten von Impulsen mit der halben der vorgenannten Frequenz in den gleichen Zähler während einem drauffolgenden Zeitintervall. Das erste Zeitintervall dauert vom Bezugs impuls bis zum nächsten ins Positive gehenden Durchgangs-Impuls, der von der verzögerten Sinuswelle abgeleitet wird, wenn diese einen Willkürliehen Gleichstrompegel überquert. Das darauffolgende Zeitinter-

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dauert vom Ende dies ersten Intervalle bis au dem nächstfolgenden iaa negative gellenden Burchgangs-Impule.

Der 2Mhlvor®ang mit der halben Taktfrequenz zwischen aufeinanderfolgendes Burchgangs-Impuleen ist völlig äquimlenü; &m giÄlTorgssg ΰβΐ der vollen Taktfrequenz swiaelien den gleichen iseMes Durchgangs impulsen und sodann ä®r feilaag fies eiea ergebenden Zählerstandes durch swei» Dies·ist e®ia©rs©its äquivalent dem füllen bei voller !üakt-

ess'SsB BiireMgangsiapuls Me sur Spitze der mittig swisehen den beiden Burchgangsimpulsen. Bas Sesaratergebnis ist das gleiche, als ob Impulse bei der voIlen faktfrequenz im Wähler akkumuliert werden, während des gesamten Zeitintervalls zwischen dem Bezugsimpuls und der nächstfolgenden positiven Spitze der Sinuswelle_f von Ser die Durchgangsimpulse abgeleitet werden. Sin derartiger Zählerstand wird durch das Torhandeneein einer Gleichstromkomponente in der Sinuswelle in keiner Weise berührt. Obwohl die zeltliche Steuerung der Durchgangsimpulse durch die Größe der Gleichstromkomponente - wenn vorhanden in der Sinuswelle bestimmt ist, wird das Auftreten der Spitzen der Sinuswelle dadurch In keiner Weise berührt.

V/eitere Torteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines typischen Ausführungsbeiepiele der Erfindung,

Fig. 2 eine Reihe idealisierter W_ellenformen, die stm Verständnis der Arbeitsweise des In Fig. 1 geseiltem Ausführungsbeispiels zweckmäßig sind.

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In Pig. 1 let ein Bezugsimpulsgenerator 1 dargestellt, der ein Bezugszeitsteuersignal in der Form eines regelmäßig wiederkehrenden Impulszuges auf Leitung 2 an einem ersten Eingang eines Flip-Flops 3 erzeugt. Jeder der Impulse auf Leitung 2 schaltet das Flip-Flop 3 in einen als "Ein"-Zustand bezeichneten Binärzustand. Ein Sinuswellen-Verzögerungsgenerator 4 gibt an die Leitung 5 eine Sinuswelle ab, deren Periode gleich der halben Periode der Bezugsimpulse auf Leitung 2 ist« Ferner weiet die Sinuswelle eine durch die Einstellung eines Steuerknopfes 30 bestimmte Phase (Zeitverzögerung) auf. Die Art und Weise, wie die Verzögerung auf die Sinuswelle ausgeübt wird, ändert sich stark entsprechend den Anwendungssystemen und bildet keinen Teil der vorliegenden Erfindung.

Sie verzögerte Sinuswelle auf Leitung 5 wird an einen KuIldurchgang-Detektor 6 angelegt, der auf Leitung 7 jedesmal dann einen Impuls erzeugt, wenn die Sinuswelle auf Leitung 5 ihren Gleichstrompegel in einer ins Positive gehenden Richtung durchläuft; der Detektor 6 er« zeugt ferner auf Leitung 8 jedesmal dann einen Impuls, wenn die Sinuswelle auf Leitung 5 ihren Gleichstrompegel in einer ins Negative gehenden Richtung überquert. In dem USA-Patent 3 156 907 ist ein geeigneter Nulldurohgang-Detektor beschrieben. Die Sinuswelle auf Leitung 5 ist in Fig. 2 durch die Wellenform A dargestellt. Die Impulse 9 und 10 der Wellenform B stellen die Impulse auf Leitung 7 (Fig. 1) dar, wenn der Gleichstrompegel der Sinuswelle Null ist; die Impulse 11 und 12 der Wellenform C stellen die Impulse auf Leitung 7 dar, wenn in der Sinuswelle der Wellenform A ein Gleichstrompegel 13 vorhanden 1st.

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In ähnlicher V/eise stellen die Impulse 14 und 15 der Wellenform D (Fig. 2) die Impulse auf Leitung 8 (Fig. 1) dar, wenn ein Null-Gleichstrompegel vorhanden ist; dagegen stellen die Impulse 16 und 17 der Wellenform E die Impulse auf leitung 8 (Fig. 1) dar, wenn iE der './ellenform A der Gleichstrompegel 13 vorhanden ist. Jeder der Impulse auf Leitung 7 wird an das Flip-Flop 3 angelegt und bewirkt, daß dieses den als "Aus"-Zustand bezeichneten Binärzustand einnimmt. Somit wird das Flip-Flop 3 durch einen Bezugsimpuls auf Leitung 2 eingeschaltet und durch den nächstfolgenden Impuls auf Leitung 7 ausgeschaltet.

Während der Zeit, während welcher das Flip-Flop 3 eingeschaltet ist, wird auf Leitung 18 ein Signal erzeugt . welches ein Gatter 19 leitend macht, um die Taktimpulse von einer Quelle 20 zu einem Zähler 21 durchzulassen. Der Zähler 21 wird durch, jeden Impuls auf Leitung 29 auf Null zurückgestellt, der jenem Impuls auf Leitung 2 unmittelbar vorausläuft. Die Saktimpulsquelle 20 ist über eine durch zwei dividierende Schaltung 22 mit einem Gatter 23 verbunden, wodurch Impulse mit der halben Geschwindigkeit der Taktimpulsquelle 20 während der Zeit, während welcher das Gatter 23 leitend gemacht ist, auch dem Zähler 21 zugeführt werden. Das Gatter 23 seinerseits wird durch ein auf Leitung 25* am Ausgang eines Flip-Flops 25 erzeugtes Signal jedesmal dann eingeschaltet, wenn sich das Flip-Flop 25 in seinem ^MEinⁿ-Zustand befindet. Das Flip-Flop wird durch jeden Impuls auf Leitung 7 eingeschaltet, der durch das Gatter 34 läuft, wenn dieses sich In einem Leitzustand befindet; das Flip-Flop 25 wird ferner durch den nächstfolgenden Impuls auf Leitung 8 ausgeschaltet (in seinen "Aus"-Zustand gebracht).

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B^s Gatter 34 wird gleichzeitig mit dem Satter 19 durch das Signal auf Leitung 18 leitend gemacht. Ss sei darauf hingewiesen, da3 infolge der geringen Verzögerung beim AUS-Ansprechen des Flip-Flops 3 auf einen gegebenen Impuls auf Leitung 7, dar gegebene Impuls durch das Gatter 34 läuft, bevor dieses fetter durch aas Gatter auf Leitung IB nichtleitend gemacht wird, welches sich, durch die Zustandsänderung öes Flip-Flops 3 auf deo AÜS-3ustaEi ergibt» Somit wird das Flip-Plop 25 nur durch den ersten lapule auf Leitung 7 iß den EIH-Zustand gebracht, wobei dieser Impuls auf einen gegebenen Bezugsimpuls 27 folgt. Beispielsweise schaltet der Impuls 9 das flip-flop 25 SIK, während diese· der Impuls 10 nicht tut* £er lapule 10 wird durch das dann geschlossene Gatter 34 blockiert, welches sich erst dann wieder uffnet, wenn der nächstfolgende Bezugsimpuls 27 auf Leitung 2 auftritt.

Sie Wellenfora F is Fig. 2 stellt die durch den Bezugslmpulegenerator 1 der Fig. 1 erzeugten !»pulse dar. Die Wellenform F hat - wie bereite erwähnt - die doppelte Periode der Sinuswelle der Wellenform A. Ia folgenden seien drei typische Situationen betrachtet, us die Arbeitsweise des ic Fig. 1 dargestellten Aueführungsbeispiels su erläutern. Im ersten Fall sei angenommen, da8 der durch die Linie 26 (Fig. 2) dargestellte den Wert Mull aufweisende Gleiohstroapegel In der Sinuswelle der Wellenform A rorhanden ist. In diesem Falle erzeugt der Nulldurchgang-Detektor 6 Impulse 9 und 10 der Wellenform B auf Leitung 7, und lapuIsθ 14 and 15 der Wellenform D auf Leitung 8 der ?ig. 1. Das Ergebnis besteht darin, dafl Impulse mit der vollen Taktfrequene (TeJctgeschwindigkel) der Quelle 20 an den Zähler 21 während der Zeit «wischen dea Impuls 27 der Wellenform F und dem Impuls

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der V/ellenform B angelegt werden. Gleichzeitig mit dem Auftreten des Impulses 9 wird das Gatter 19 geschlossen und das Gatter 23 geöffnet, um zu gestatten, daß Impulse mit der halben Taktfrequenz an den Zähler 21 angelegt werden. Beim Auftreten des Impulses 14 wird das Gatter 23 geschlossen, um den Zählvorgang des Zählere 21 zu beenden. Die Impulse der Wellenform G (Fig. 2) stellen die Gesamtzahl der Impulse mit voller Frequenz und mit halber Frequenz dar, die im Zähler 21 gespeichert wurden; in dem . Beispiel sind 24 gezeigt.

Bei dem zweiten zu betrachtenden Fall sei angenommen, daS der durch die Linie 13 (Fig. 2) dargestellte, einen positiven Wert aufweisende Gleichstrompegel in der Sinuswelle der Wellenform A vorfanden ist. Nunmehr erzeugt der Jfulldurchgang-Detektor 6 Impulse 11 und 12 der Uellecform O auf Leitung 7 und Impulse 16 und 17 der Wellenform £ auf Leitung 8 der Figo 1. D»s Gatter 19 ist dabei vom Impuls 27 der Wellenform F bis Impuls 11 der Wellenform C ge- . öffnet, wohingegen das Gatter 23 von Impuls 11 der Wellenform C bis Impuls 16 der Wellenform E geöffnet ist. Somit werden während der Zeit zwischen des Impuls der Wellenform F und dem Impuls 11 der Wellenform 0 Impulse mit der vollen Taktfrequenz der Quelle 20 an den Zähler 21 angelegt. Impulse mit der halben der erwähnten Taktfrequenz werden an den Zähler 21 während der Zeit «wischen Impuls 11 der Wellenform C und Impuls 16^ der V/ellenform B angelegt. Die Impulse der Wellenfora H (?ig. 2) »eigen die Gesamtzahl der Impulse mit voller Freqaens and halbes Frequenz, die an den Zähler 21 angelegt werden. Eu ist su erkennen, daß die gleiche Anzahl von Impulsen in den Wellenformen G und H auftritt, was anzeigt, daß der gleiob« Zählerstand erreicht ist, unabhängig von dem in der Wellenform A vorhandenen Gleichstrompegel. Lediglich duroh

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Multiplikation des Gesamtzählerstandes im Zähler 21 in dem bekannten Wiederholungsintervall der Taktimpulse der Quelle 2ο wird eine zuverlässige Messung der Zeit erreicht, die zwischen dem Auftreten eines Bezugsimpulses (wie beispielsweise dem Impuls 27 der Wellenform F)und der nächstfolgenden positiven Spitze (beispielsweise der Spitze 28) der verzögerten Sinuswelle vergangen ist.

Beim Vorhandensein einer nicht den Wert Null aufweisenden Gleichstromkomponente in der Sinuswelle sind die Auftritte der aufeinanderfolgenden! durch den Detektor 6 erzeugten Durchgangsimpulse nicht mit gleichem Abstand angeordnet} beispielsweise sind die Impulse 11 und 16 mit diohterem Abstand angeordnet, als die Impulse 16 und 12. Im Falle der durch die linie 13 in Wellenform A dargestellten Gleichstromkomponente mit positivem Wert sind die abgeleiteten Impulse 11 und 16 dichter angeordnet als die Impulse 9 und 14, wobei letztere im F^lIe einer durch die Linie 26 der Wellenform Λ dargestellten, den Viert Null aufweisenden Gleichstromkomponente erzeugt werden. Es ist insbesondere zu erkennen, daß der Impuls 11 dem Impuls 9 nacheilt, während der Impuls 16 dem Impuls 14- vorauseilt. Infolgedessen werden die volle Frequenz aufweisenden Impulse an den Zähler 21 im Falle des Impulses 11 für eine längere Periode angelegt, als im Falle des Impulses 9, was einen zeitweise höheren Zählsrstand zur Folge hat. Die Zählung mit der halben Taktfrequenz wird jedoch mit Impuls 16 vor Impuls 14. "beendet, so daß die OberschuQzählung bei der vollen Taktfrequen« genau durch die niedrige Zählung bei der halben Taktfrequens kompensiert wird. Das Ergebnis besteht darin, daß der gleiche Zählerstand im Zähler 21 im Falle der Wellenformen B und D wie auch im F lie der Wellenformen C und E akkumuliert

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•*i rcL Tatsächlich stellt der gespeicherte Zählerstand das gesamte Zeitintervall zwischen Impuls 27 der Wellenform P und der Spitze 28 der Wellenform A dar, wobei dieses Zeitintervall durch das Vorhandensein einer Gleichstromkomponente in der Wellenform A unbeeinflußt bleibt.

Eine dritte interessante Situation 3tellt der durch Wellenform I (Pig. 2) gezeigte Pall dar, wo die positive Spitze um weniger als 90° (beispielsweise 45°) gegenüber dem Bezugsimpuls 27 der Wellenform P verzögert ist. Indem man die Kapazität des Zählers 21 gleich der Zahl der Impulse macht, die durch die Quelle 20 während der vollen Periode der Wellenform A erzeugt werden, stellt der eich im Zähler 21 ergebende Zählerstand genau die Bruchperioden (Teilperioden)-Verzögerung der Wellenform I dar. Wie zuvor, wird die Vollfrequenz-Zählung durch" den Bezugsimpuls 27 der Wellenform G begonnen und durch den Impuls 32 der Wellenform J (der mit dem ersten folgenden ins Positive gehendem Durchgang der Wellenform I zusammenfällt) angehalten. Die Halbfrequenz-Zählung wird mit Impuls 32 begonnen uad mit Impuls 33 der Wellenform K beendet. Der Vollfrequena-ZSlilerstand stellt eine Verzögerung von 315° dar, während der Halbfrequenzzählerstand eine zusätzliche Verzögerung von 90° für eine Gesamtverzögerung von 405° darstellt. Es verbleibt jedoch nur der richtige 45° (405° - 360°) darstellende Zählerstand im Zähler 21.

Patentansprüche:

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Claims (4)

1. Patentansprüche

   \J Vorrichtung zur Bestimmung der zwischen einem Bezugseignal una einem verzögerten Signal vergangenen Zeit, dadurch gekennzeichnet , daß eine Quelle (20) von Taktimpulsen mit voller Wiederho!frequenz und eine Quelle (20,2£) mit halber Wiederholfrequenz vorgesehen ist, wobei ferner ein Ijspulseähler(21)_r eine Bezugsimpulsquelle (l) und eine quelle (4-) für verzögerte Impulse vorhanden ist» wobei ferner Gattermittel (19) zur Aufnahme der Bezugsimpulse, der verzögerten Impulse, der Impulse mit voller Wiederholfrequene und der Impulse mit halber Wiederholfrequenz vorhanden sind, welche die Impulse sit voller Wiederho!frequenz an den Zähler (21) während der Zeit zwischen einem der Bezugeimpulee anlegen, and wobei die Gattermittel (19) die Impulse mit halber Wiederholfrequenz an den Zähler (21) während der Zeit anlegen, die zwischen dem erwähnten einen der verzögerten Impulse und den nächstfolgenden verzögerten Impuls liegt.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeic net, daß die Quelle (4) der verzögerten Impulse ein verzögertes Sinuswellensignal erzeugt und Mittel (6) aufweist, die das erwjähnte Signal empfangen und betätigbar sind, um einen verzögerten Impuls Jedesmal dann zu erzeugen, wenn das Signal einen willkürlichen '.iert durchläuft.
3. 3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch g β k & onzeichnet daß die Quelle (4) der verzögerten Impulse einen ersten Impuls erzeugt, wenn das Sinuswellensignal des erwähnten willkürlichen Wert in einer ins Positive gehenden Hiohtung durchläuft, und wobei die Quelle (4) einen zweiten Impuls dann erzeugt, wenn das erwähnte Signal durch den erwähnten Viert in einer ins negative gellenden Hichtung hindurchläuft,

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   wobei der erste Impuls der erwähnte eine Impuls der verzögerten Impulse ist, und wobei der zweite Impuls der nächstfolgende verzögerte Impuls ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das JinuBwelleneignal eine Gleichstromkomponente aufweist, welche den erwähnten willkürlichen Wert besitzt und daß die zum Empfang dee Signale angeechalteten Mittel (6) ein Null-Durehgangdetektor eind.

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