DE2842450A1

DE2842450A1 - Verfahren zur hochaufloesenden und hochgenauen zeitmessung

Info

Publication number: DE2842450A1
Application number: DE19782842450
Authority: DE
Inventors: Hoiko Dipl Ing Chaborski
Original assignee: MITEC MODERNE INDUSTRIETECHNIK GmbH
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1978-09-29
Filing date: 1978-09-29
Publication date: 1980-04-17
Also published as: FR2437648B1; GB2034993B; FR2437648A1; SE7906625L; GB2034993A; DE2842450C2; SE447609B; CH631860B; ZA795108B; US4303983A; CH631860GA3; JPS5548683A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur hochauflösenden und hochgenauen Zeitmessung unter Verwendung von genauen Quarzoszillatoren mit rechteckförmigen Ausgangs Signalen.

Eine hochauflösende Zeitmessung konnte bisher mit den Verfahren und Anordnungen des Standes der Technik allein nach dem sogenannten "Time-to-amplitude-conversion-Prinzip" durchgeführt werden. Bei wenig hoher Auflösung wurden Zähler verwendet, die über das Startsignal gestartet und über das Stopsignal angehalten wurden. Nur mit einem sehr großen Aufwand an Schaltelementen usw. war es möglich, die Zählfrequenz und damit die Zeitauflösung bis etwa 5-lOnsec zu erreichen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und die beiden Verfahren - einmal mit Start-Stop-Zähler und das anderemal nach dem "Time-to-amplitude-conversion-Prinzip" in einer zweikanaligen Zeitmeßeinrichtung so miteinander zu verknüpfen, daß einerseits die Zeitauflösung bis in den Bereich von 2O-5Opsec möglich ist und andererseits nahezu beliebig große Start-Stop-Zeitdifferenzen mit dieser Auflösung von 2O-5Opsec ermöglicht werden, wobei ein absolut genauer Quarzoszillator mit rechteckförmigem Ausgangssignal die entsprechend genaue Zeitbasjs darstellt.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 aufgeführten Maßnahmen gelöst. Weitere Einzelheiten sind in den übrigen Patentansprüchen aufgeführt und ein Ausführungsbeispiel beschrieben und gezeichnet.

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Es zeigen:

Fig. 1 bis Fig. 4 das zusammengehörige Schaltbild Fig. 5 ein Diagramm des Meßprinzips

Ehe auf die Meßschaltung im Detail eingegangen wird, soll ein zusammenfassender Überblick über das erfindungsgemäße Verfahren gegeben werden.

Die eingangs aufgeführte Aufgabe wird prinzipiell dadurch gelöst, daß entsprechend dem in Fig, 5 dargestellten Meßprinzip zur Messung der Zeitdifferenz zwischen der Anfangsflanke des rechteckförmigen Startsignals (beispielsweise eines TTL-Signals) und der Anfangsflanke des ebenfalls rechteckförmigen Stopsignals (beispielsweise eines TTL-Signals) unter Zuhilfenahme des rechteckförmigen Ausgangssignals (beispielsweise eines TTL-Signals) eines freilaufenden Quarzoszillators drei Zeitmessungen zur Ermittlung der Zeitdifferenzen t_A,n.Tn, und t_E automatisch ablaufen, also eine dreiteilige Echtzeitmessung durchgeführt wird.

Verwendet man einen freilaufenden Quarzoszillator mit einer Frequenz von beispielsweise 2OMHz, so betragen die zu messenden Zeitdifferenzen t_& und t_E maximal 50ns. Eine Zeitauflösung von 25ps würde also in dem angeführten Beispiel lediglich eine Dynamik von 1 : 2000 für die beiden Zeitmeßschaltungen zur Ermittlung der Zeitdifferenzen t^ und tjj erfordern. Die Messung der nahezu beliebig großen Zeitdifferenz (η.Τς,) braucht man nun nur noch als sogenannte Grobmessung durchzuführen, indem man die Periodendauer Tn der Frequenz des freilaufenden Quarzoszillators als hochgenaue Zeitbasis benutzt und

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mittels eines Zählers die Anzahl η der der Anfangsflanke (A₀) bis zur Anfangsflanke (A_n) folgenden Anfangsflanken des Ausgangsignals des Quarzoszillators zählt.

Hat man nun die Ergebnisse für die Messung der Zeitdifferenzen t^ und tjj. gespeichert, so braucht man nur noch durch Addition und Subtraktion den Ausdruck At=tj^+n.TQ-tE zu bilden, um einen ziemlich genauen ersten Meßwert £t für die gewünschte Zeitdifferenz zwischen der Anfangsflanke des Start- und der Anfangsflanke des Stopsignals zu erhalten.

Die Messung der Zeitdifferenzen t^ und t-ß wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren mittels einer zweikanaligen Meßschaltung durchgeführt, indem t_A im Startkanal I mittels der Zeit-Amplituden-Wandler-Schaltung TAC-A (1Oa) und t_E im Stopkanal II mittels der nahezu identischen Zeit-Amplituden-Wandler-Schaltung TAC-E (lla) ermittelt werden. Da selbst bei völlig identischem Aufbau des Start- und des Stopkanals diese hinsichtlich ihrer Eigenlaufzeiten unterschiedlich altern und driften, muß der erhaltene, erste Meßwert 4t um die Nullablage zwischen dem Start- und dem Stopkanal, also um den Wert korrigiert werden, der sich ergibt, wenn man von intern über eine Einrichtung zur Ablaufsteuerung und die Null-Oder (18) und (19) möglichst gleichzeitig ein Start- und ein Stopsignal erzeugt. Die zur Messung von t_A und t_E verwendeten Zeit-Amplituden-Wandler-Schaltungen (1Oa) und (Ha) setzen die zu messende Zeit in eine analoge Spannung um. Bedingt durch das Altern und durch die Temperaturabhängigkeit der in den Schaltungen (10a) und (Ha) verwendeten Bauelemente ändern sich die Umsetzungsfaktoren. Für eine verläßliche, hochgenaue Zeitmessung muß also

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dem oben beschriebenen Meßzyklus ein Eichzyklus folgen, während dem den Schaltungen (1Oa) und (lla) von einer "Schaltung zur Erzeugung quarzgenauer Start-Stop-Zeitdifferenzen" (21) quarzgenau gegeneinander versetzte Start- und Stopsignale zugeführt und die Meßergebnisse digitalisiert und in einem Mikrocomputer oder Mikroprozessor mit dem Sollwert verglichen und durch Division des jeweiligen Istwertes durch den der Periodendauer Tg der Quarzoszillator-Frequenz entsprechenden digitalen Sollwert der jeweilige digitale Korrekturfaktor S_A und Sg für die Umsetzungsfaktoren der Zeit-Amplituden-Wandler-Schaltungen (10a) und (Ha) ermittelt und zur Korrektur der beim eben abgelaufenen oder beim nächsten Meßzyklus erhaltenen digitalen Zeitdifferenzen tj^p bzw. tgo verwendet wird.

Eine hochgenaue zuverlässige Zeitmeß-Anordnung muß also letztlich aufgrund unterschiedlichen Alterns und unterschiedlichen Temperatur-Verhaltens der verwendeten Bauelemente selbsteichend und selbstkorrigierend sein.

Deshalb startet die Anfangsflanke des von außen kommenden Startsignals nicht nur die eigentliche, oben beschriebene, dreiteilige Echtzeitmessung, sondern auch die Ablaufsteuerung (20), welche zur Abwicklung einen vollständigen Meß- und Eichzyklus abht automatisch nacheinander ablaufende Zeitabschnitte Ql bis Q8 definiert.

Die Anfangsflanke eines von außen kommenden, am Start-Eingang des dem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechenden Meßschaltungs-Beispiels eintreffenden Startsignals, beispielsweise eines TTL-Signals, löst, detalliert be-

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trachtet, folgendes aus. Die anfangsflanke des Startsignals startet im Startkanal I, gebildet aus den Schaltungselementen 18,37,22,35,24,1Oa bis l0j,12 und 14, die erste dreiteilige mit dem Index M bezeichnete Eichtzeitmessung des Meßzyklus, und zwar zunächst die Messung der Zeitdifferenz t^M zwischen der Anfangsflanke des Startsignals und der dieser zunächst folgenden Anfangsflanke (A₀) des Äusgangssignals des freilaufenden Quarzoszillators (16). Dazu werden über das Null-Oder (18) das Start-Flip-Flop (37) im Startkanal I und das Stop-Enable-Flip-Flop (39) im Stopkanal II gesetzt. - Der Einsatz des Start-Flip-Flop (37) ermöglicht die Verwendung nahezu beliebig breiter rechteckförmiger Start-Signale. Die Verwendung des Stop-Enable-Flip-Flop (39) läßt grundsätzlich über die Gatter (40) und (41) nur dann ein Stop-Signal zur Wirkung kommen, wenn vorher ein Start-Signal eingetroffen ist. - Das Flip-Flop (37) startet nun über das Start-Oder (22) im Startkanal I die Zeit-Amplituden-Wandler-Schaltung TAC-A (10a) und bereitet dem Dateneingang D des Zähler-Enable-Synch-A-Flip-Flbp (35) so vor, daß die nächste Anfangsflanke (A₀) des Äusgangssignals des freilaufenden Quarzoszillators (16) das Flip-Flop (35) setzt und damit über das Stop-Oder (24) und die Verzögerungsschaltung (lob) die Zeit-Amplituden-Wandler-Schaltung (10a) gestoppt wird. Das gesetzte Flip-Flop (35) schaltet außerdem den Vorwärts/Rückwärts-Zähler (17), der bei rückgesetzter Ablaufsteuerung (20) auf Vorwärtszählen geschaltet ist, auf Zählen-Enable, so daß lückenlos an die Messung von t^M die Messung ntt-Tg, also das Zählen der der Anfangsflanke (A₀) bis zur Anfangsflanke (An) folgenden Anfangsflanken des Ausgangssignals des Quarzoszillators (16) erfolgt.

Inzwischen hat die Startsignal-Anfangsflanke den monostabilen Multivibrator (30) getriggert, die vom Einschal-

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ten der Meßschaltung her irgendwie gesetzte Ablaufsteuerung (20) ist über das Oder-1 (31) und die Schaltung zur Erzeugung quarzgenauer Start-Stop-Zeitdifferenzen (21) ist über das Oder-2 (34) zurückgesetzt und die Endflanke des von (30) erzeugten Impulses hat über den Inverter-1 (32) und das Takt-UND-1 (33) die Ablaufsteuerung (20) auf Ql geschaltet. Damit ist die Steuerleitung über die Gatter (10g) und (1Of) freigeschaltet und der vom monostabilen Multivibrator (lOc) kommende, über die Anfangsflanke (Ao) bzw. das Setzen von Flip-Flops (35) erzeugte Impuls schaltet den Analogspeicher (beispielsweise einen Sample (Hold-Baustein) S/H-AM (lOd) auf Speichern des von der Zeit-Amplituden-Wandler-Schaltung (10a) kommenden zeitproportionalen analogen Spannungswertes U_M=U_v-a.t£M' wobei U_v die Versorgungsspannung und a den analogen Umsetzungsfaktor der TAC-A-Schaltung (10a) darstellen. Damit ist das Messen und Abspeichern der Zeitdifferenz (t_ÄM) beendet.

Irgendwann trifft nun das von außen kommende rechteckförmige Stop-Signal (beispielsweise ein TTL-Signal) am Stop-Eingang der dem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechenden Meßschaltung ein. Liegt zu diesem Zeitpunkt auch das von außen kommende Zeitfenstersignal an, so gelangt die Anfangsflanke des Stop-Signals im Stopkanal II, gebildet aus den Schaltungen 19,42,41,40,39,38,23,36,25, 11a bis Hj, 13,15, über das Null-Oder (19), die Verzögerungsschaltung (42) und das durch das Zeitfenstersignal freigestaltete Stop-ÜND-1 (41) zum Takt-Eingang des Stop-Flip-Flop (38) und setzt dieses. - Wie im Startkanal I das Start-Flip-Flop (37), so ermöglicht auch das Stop-Flip-Flop (38) die Verarbeitung nahezu beliebig breiter, rechteckförmiger Stop-Stignale. - Das Setzen des

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Stop-Flip-Flop (38) startet über das Start-Oder (23) die Zeit-Amplituden-Wandler-Schaltung (lla) bzw. die Messung der Zeitdifferenz (t_EM) zwischen der Anfangsflanke des von außen kommenden Stop-Signals und der dieser folgenden Anfangsflanke (An) des Ausgangssignals des freilaufenden Quarzoszillators (16). Die Anfangsflanke (An) setzt nun das Zähler-Disable-Synch-E-Flip-Flop (36) dessen Ausgang (Q) über das Stop-Oder (25) und die Verzögerungsschaltung (Hb) die Zeit-Amplituden-Wandler-Schaltung (Ha) stoppt und den monostabilen Multivibrator (lic) triggert. Damit beendet die Anfangsflanke (An) des Ausgangssignals des freilaufenden Quarzoszillators (16) nicht nur die Messung der Zeitdifferenz (^Em)/ sondern schaltet auch über das Flip-Flop (36) den Vorwärts/Rückwärts-Zähler (17) auf Disable und das Zählen bis einschließlich zur Anfangsflanke (An), also die Ermittlung der Zeitdifferenz (n_M.T_o) ist ebenfalls abgeschlossen. Der vom Ausgang (Q) des S/H-Mono-E (lic) nun kommende Impuls gelangt über die Gatter (Hg) und (Hf), welche über die in Stellung Ql geschaltete Ablaufsteuerung (20) frei geschaltet sind, zum Steuer-Eingang des Analogspeichers S/H-EM (lld) und veranlaßt wie bei der Zeitdifferenz-Messung t^jj im Startkanal I die Speicherung des zeitproportionalen analogen Spannungswertes ü_M=U_v-e.t_EM. Außerdem setzt der vom Ausgang (Q) des S/H-Mono-E kommende und durch den Inverter (46) invertierte Impuls die Flip-Flops (37), (38) und (39) zurück, wodurch der Start- und der Stopkanal auf Empfangsbereitschaft neuer über die Null-Oder (18) und (19) kommender Start- und Stopsignale geschaltet wird. Die Endflanke dieses invertierten Impulses taktet, nun über das Takt-üND-1 (33) die Ablaufsteuerung (20) auf

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(Q2), falls das Merk-Flip-Flop (29) nicht gesetzt ist. Damit ist der Zeitabschnitt (Ql) zur Durchführung der ersten dreiteiligen, mit dem Index M bezeichneten Echtzeitmessung sowie das Abspeichern der zeitproportionalen analogen Spannungswerte in den Analogspeichern (iod) und (lld) beendet und der Zeitabschnitt (Q2) beginnt. Ist allerdings das Merk-Flip-Flop (29) über den Meßschaltungs-Eingang (Komp.) gesetzt worden, weil beispielsweise das durch Kurvenformung entstandene rechteckförmige Start- und/oder Stopsignal entweder von dem analogen Ausgangssignal eines übersteuerten Verstärkers oder von einem stark gestörten Analogsignal abgeleitet wurde und ein die Spannungshöhe überwachender Komparator angesprochen hat, so bleibt auch nach Rücksetzen des Flip-Flop (29) die Ablaufsteuerung (20) rückgesetzt, und die Meßschaltung wartet auf die nächsten, von außen kommenden Start- und Stopsignale.

Mit dem Takten der Ablaufsteuerung (2O) auf (Q2) beginnt auch der Zeitabschnitt (Q2), in welchem die Nullablage zwischen dem Start- und Stopkanal mit der prinzipiell gleichen dreiteiligen jetzt mit dem Index M bezeichneten Echtzeitmessung wie beim Zeitabschnitt (Ql) ermittelt wird, indem die Anfangsflanke von (Q2) die Verzögerungsschaltung (43) durchläuft und über die Null-Oder (18) und (19) gleichzeitig ein Start- und ein Stopsignal erzeugt. Nun läuft alles weiter wie beim Zeitabschnitt (Ql) ab, mit dem einzigen unterschied, daß die in zeitproportionale analoge Spannungen (U_v-a.t_AN) bzw. (ü_v-et-gjj) durch die Zeit-Amplituden-Wandler-Schaltungen (10a) und (lla) umgewandelten Zeitdifferenzen (t_AN) bzw. (t_EN) in den Analogspeichern (1Oe) und (He) abgespeichert werden und das über die (Q2) getaktete Ablaufsteuerung

(20) der Vorwärts/Rückwärtszähler (17) auf Rückwärts-

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zählen geschaltet ist. Der vom monostabilen Multivibrator (lic) erzeugte Impuls setzt wieder die Flip-Flops (37), (38) und (39) zurück und taktet über das Takt-UND-1 (33) die Ablaufsteuerung (20) auf (Q3), und der Meßzyklus ist beendet, und die Analogspeicher (lOd) und (1Oe) bzw. (lld) und (lie) enthalten nun die zeitproportionalen analogen Spannungswerte (U_v-a.t_An) und (U_v-a.t_Ajj) bzw. (U_v-e.t_Efj) und (U_v-e.t_Ejg). Der Analogausgang des Speichers (lOe) ist mit dem positiven Eingang, der des Speichers (Iod) mit dem negativen Eingang eines Differenz-Verstärkers (12) verbunden. Der Ausgang von (12) liefert also die Spannungsdifferenz (U_äm-U_än)= (ü_v-a.t_AN)-(u_v-a.tAM)=a.(t_AM-t_ÄN)=a.^t_Ä, also die mit dem analogen Umsetzungsfaktor (a) der Zeit-Amplituden-Wandler-Schaltung (1Oa) multiplizierte Zeitdifferenz At_A. Im Stopkanal II sind die Analog-Ausgänge der Speicher (lie) und (lld), wie eben für den Startkanal I beschrieben, mit dem positiven und dem negativen Eingang des Differenz-Verstärkers (13) verbunden, dessen Ausgang nun die Spannungsdifferenz (U_EM-U_EN) = (U_v-e . tgjj) ~ (U_v-e.t_EM)=e.(t_EM-t_EN)=e.At_E, also die mit dem analogen Umsetzungsfaktor (e) der Zeit-Amplituden-Wandler-Schaltung (lla) multiplizierte Zeitdifferenz Δt_E liefert. Außerdem beträgt am Ende des Zeitabschnitts (Q2) der Zählerstand des Vorwärts/Rückwärts-Zählers (17) (njj-njj) , was einer Zeitdifferenz von (n_M-n_N).Tg entspricht, wobei (Tq) die hochgenaue Periodendauer der Frequenz des freilaufenden, den Zähler (17) taktenden Quarzoszillators darstellt. Im Falle der Messung kleiner Start-Stop-Zeitdifferenzen oder im Falle der Ermittlung der Nullablage zwischen dem Start- und dem Stopkanal wird sich öfter die Signal-Konstellation ergeben, daß die der Anfangsflanke des Startsignals folgende Anfangsflanke (Ao) des Ausgangssignals des freilaufenden Quarzoszillators (16)

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erst dem inzwischen bereits eingetroffenen Stopsignal folgt. In diesem Fall wird der Zähler (17) während der in den Zeitabschnitten (Ql) und (Q2) ablaufenden, mit dem Index M und N bezeichneten Echtzeitmessungen überhaupt nicht getaktet und der Zählerstand von (17) bleibt Null (njj=o bzw. n_N=o).

Mit dem Takten der Ablaufsteuerung (20) auf Stellung (Q3) beginnt nun auch der Zeitabschnitt (Q3) und damit die Digitalisierung der zeitproportionalen analogen Spannungsdifferenzen (U_AM~U_AN) =a.4tjs_l bzw. (Uem"^üEn) ^=e · fit_E und die Weiterverarbeitung dieser Digitalwerte sowie des Zählerstandes (njj-njf) mittels eines Mikroprozessors (26). Mit dem Takten der Ablaufsteuerung (20) auf Stellung (Q3) läuft folgendes ab:

Das Q3-Signal gelangt über das ODER-3 (48)zu den Analog-Digital-Wandlern (14) und (15), deren Analog-Eingänge mit den Analog-Ausgängen der Differenzverstärker (12) und (13) verbunden sind und startet über die A/D-Wandler-Eingänge, Start-W., die Umwandlung der analogen Spannungsdifferenzen (Ü_ÄM-U_AN)=a.£ t_A und (U_EM-Ü_EN)=e.& t_E in die entsprechenden Digitalwerte Δ t_ÄD undAt_Ej). Gleichzeitig bewirkt das Q3-Signal über die ünterbrechungsanforderung

(27) einen Programm-Interrupt im Mikroprozessor (26), und der Mikroprozessor (26) adressiert über das Lese-UND-Z

(54) den Daten-Ausgangspuffer des Zählers (17) und liest die den Zählerstand (n_M-n_N) repräsentierenden Daten Ql bis Qm. Inzwischen sind die A/D-Wandlungen beendet, und die A/D-Wandler-Ausgänge, Wandig, beendet, veranlassen über die Int.-2-ÜND (51) und Int.-3-UND (49) und die Unterbrechungs-Anforderung (27) den Mikroprozessor (26) die den Digitalwert A tAD bzw. ^t_ED darstellenden und in den Daten-Ausgangspuffern der A/D-Wandler (14) bzw. (15) gespeicherten Daten Ql bis Qn zu lesen. Dazu werden die

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Daten-Ausgangspuffer über die Gatter, Lese-UND-A (55) bzw. Lese-UND-E (53) und die A/D-Wandler-Eingänge, Ausg.-Puffer-Enbl., vom Prozessor (26) adressiert. Ob die nun im Mikroprozessor bzw. dessen Speicher stehenden Digitalwerte Δ^β, &t_ED und (n_M-njg) sofort weiterverarbeitet und über die Anzeigeeinheit (28) als der korrigierte und skalierte bzw. geeichte digitalte Zeitmeßwert £ t_Korr__D=S_Ä. At_AD+S_ö . (n_M-n_N) -S_E .β t_ED zur Anzeige gebracht werden, oder ob dies später während des Zeitabschnitts Ql geschieht, während welchem ja sowieso die digitalen Skalierungs- bzw. Eichfaktoren S^ und S_E für den gerade laufenden Meß- und Eichzyklus ermittelt werden, hängt von der Aufgabenstellung und damit von dem im Mikroprozessor (26) eingespeicherten Programm ab. Falls nach Eintreffen eines von außen kommenden Start- und Stopsignals möglichst schnell ein geeichter, die Start-Stop-Zeitdifferenz darstellender digitaler Meßwert A^orr d benötigt wird, müssen die im vorausgegangenen Meß- und Eichzyklus ermittelten digitalen Skalierungs- bzw. Eichfaktoren S_Ä und Sg für den gerade laufenden Meßzyklus, und zwar für die Multiplikationen S_Ä.^t_AD und S_E.ßt_ED verwendet werden. Ist also der digitale Meßwert At^orr.D vom Mikroprozessor (26) über das Lade-UND (58) in den Daten-Eingangspuffer (Dl bis Dp) der Anzeige-Einheit (28) eingeschrieben worden, so taktet anschließend der Mikroprozessor (26) über das Takt-üND-2 (56), das Takt-ODER (44), und den monostabilen Multivibrator (45) die Ablaufsteuerung (2O) auf Stellung Q4 und der Zeitabschnitt Q4 bzw. der Eichzyklus beginnt.

Das Q4-Signal setzt den Vorwärts/Rückwärtszähler {17) für den nächsten Meßzyk'lus zurück, schaltet die Gatter (loh) und (lOj) bzw. (llh) und (Hj) zur Steuerung der

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Analogspeicher (lOe) bzw. (lie) frei und löst über den Eingang Eich-1 der Schaltung zur Erzeugung quarzgenauer Start-Stop-Zeitdifferenzen (21) gleichzeitig ein Eich-Start-und ein Eich-Stop-Signal aus, welche sowohl dem Start-Oder (22) und Stop-Oder (24) im Startkanal I als auch dem Start-Oder (23) und Stop-Oder (25) im Stopkanal II zugeführt werden. Der am Ausgang der Zeit-Amplituden-Wandler-Schaltung (1Oa) bzw. (lla) erhaltene zeitproportionale analoge Spannungswert (ü_v-a.t_EichN) bzw. (U_v-e.t_Ei_chN) stellt die Nullablage zwischen dem Eingang des Start-Oder (22) und dem Eingang des Stop-Oder (24) im Startkanal bzw. die Nullablage zwischen dem Eingang des Start-Oder (23) und dem Eingang des Stop-Oder (25) im Stopkanal dar und wird, wie beim Meßzyklus beschrieben, in den Analogspeichern (1Oe) bzw. (lie) festgehalten. Die Endflanke des vom monostabilen Multivibrator (lic) erzeugten Impulses taktet die Ablaufsteuerung (20) über das Takt-UND-1 (33) auf Q5, womit der Zeitabschnitt Q5 beginnt und über das Oder-2. (34) die Schaltung (21) wieder zurückgesetzt wird. Über das Takt-Oder (44), den monostabilen Multivibrator (45) und das Takt-UND-1 (33) wird nun die Ablaufsteuerung (20) auf Q6 weitergetaktet und der Zeitabschnitt Q6 beginnt.

Das Q6-Signal leitet über den Eich-2-Eingang von Schaltung (21) den zweiten Eichabschnitt ein und schaltet die Steuer-Gatter (1Of) und (lOg) bzw. (Hg) und (Hf) für die Analogspeicher (lOd) bzw. (lld) frei. Die Schaltung (21) zur Erzeugung quarzgenauer Start-Stop-Zeitdifferenzen gibt daraufhin korreliert mit dem Ausgangssignal des freilaufenden Quarzoszillators (16) ein Eich-Start- und ein Eich-Stop-Signal auf dieselben Start-

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Oder und Stop-Oder-Eingänge wie beim während Q4 durchgeführten ersten Eichschritt, wobei diesmal die Anfangsflanke des Eich-Stop- gegenüber der des Eich-Start-Signals quarzgenau um eine Periodendauer (Tq) zeitversetzt erzeugt wird. Nach Messung dieser quarzgenauen Zeitdifferenz mittels der Zeit-Amplituden-Wandler-Schaltungen (1Oa) bzw. (lla) und Abspeichern der Meßwerte in Form der analogen Spannungswerte (U_v-a.ΐ_Ε^_α^_Μ) bzw, (U_v-e.t^ichM^ erhält man über die Differenzverstärker (12) bzw. (13) die zeitproportionalen Spannungs-Differenzen (U_Eich__AM-ü_Eich__ÄN)=a.At_EichA bzw. (U_Eich_ EM^-11EiCh-EN^{5 =e}-AtEichE- Diese Spannungswerte stellen den um die jeweilige Nullablage zwischen dem Start- und dem Stop-Eingang (des Start-Oder (22) bzw. (23) und des Stop-Oder (24) bzw. (25))verminderten, dem jeweiligen Zeit-Spannungs-Umsetzungsfaktor a bzw. e entsprechenden Ist-Wert dar. Die Endflanke des von (lic) erzeugten Impulses beendet den Zeitabschnitt Q6 und schaltet die Ablaufsteuerung (20) auf Stellung Q7, und es beginnt der Zeitabschnitt (Q7).

Der Zeitabschnitt (Q7) dient der Digitalisierung der Istwerte, dem Soll-Ist-Wert-Vergleich und der Ermittlung der daraus gewonnenen digitalen Skalierungs- bzw. Eichfaktoren S_Ä bzw. S_E. Dazu werden, wie schon beim Zeitabschnitt (Q3) beschrieben, die zeitproportionalen Spannungsdifferenzen (U_Eich-AM-U_Eich__ÄN) bzw. (U_Eich__EM-^uEich-EN^ über die durch das ODER-3 gestarteten Analog-Digital-Wandler (14) bzw. (15) in die entsprechenden Digital-Werte AtEich-AD bzw. At^ich-ED umgesetzt und nach beendeter Wandlung über die Gatter Int.-4-UND (52) bzw. Int.-5-UND (50) und die ünterbrechungsanforderung (27) vom Mikroprozessor (26) zur Weiterverarbeitung übernommen. Beim folgenden Soll-Ist-Wert-Vergleich werden die digitalen Istwerte^ tEich-ÄD bzw.

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durch den der Periodendauer Tq der Quarzfrequenz entsprechenden, im Mikroprozessor abgespeicherten digitalen Sollwert Sq dividiert. Die Quotienten stellen nun die neuen digitalen Skalierungs- bzw. Eichfaktoren S_A bzw. S_E dar, mit welchen die beim Meßzyklus (Zeitabschnitte Ql und Q2) erhaltenen zeitproportionalen Digitalwerte A^fcAD bzw. Δt_ED multipliziert werden müssen, um den exakten digitalen Zeitmeßwert Δ^-^ , also den Ausdruck (S_A.^tftD+(n_M-n_N).Sq-S_e.&t_ED) bilden und anzeigen zu können. Am Ende des Zeitabschnitts (Q7) taktet der Mikroprozessor (26) über das Takt-ÜND-3 (57) und die Schaltungen (44), (45) und (33) die Ablaufsteuerung (20) auf Stellung Q8, und das Q8-Signal setzt über das Oder-1 (31) die Ablaufsteuerung (20) zurück, und die nächste Messung der Zeitdifferenz zwischen der Anfangsflanke eines von außen kommenden Start-Signals und der Anfangsflanke eines ebenfalls von außen kommenden Stop-Signals kann ablaufen.

Ob der Eichzyklus und die Ermittlung der Skalierungsbzw. Eichfaktoren S^ und S_E nach jedem Meßzyklus durchgeführt wird, hängt im wesentlichen von dem Temperatur- und Strömungsverhalten der beim Messen herrschenden Umwelt ab. Der Einsatz eines Mikroprozessors (26) ermöglicht jedenfalls über das eingegebene Programm eine optimale Anpassung- an Meßgenauigkeit und/oder Meßgeschwindigkeit.

Zu den Verzögerungsschaltungen (lob) bzw. (lib) im Startbzw. Stopkanal ist noch anzumerken, daß diese jeweils dem Stop-Eingang der Zeit-Amplituden-Wandler-Schaltungen (10a) bzw. (lla) vorgeschaltet sind, um die Zeit-Amplituden-Wandler-Schaltungen (lOa) und (Ha) immer in ihrem linearen Kennlinienbereich betreiben zu können.

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Das beschriebene erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel wurde schaltungsmäßig unter dem Gesichtspunkt einer möglichst raschen Ermittlung eines genauen und digitalen Meßwertes für die Zeitdifferenz zwischen den Anfangsflanken der von außen eintreffenden Start- und Stop-Signale, also einer möglichst raschen Ermittlung des ^{Digitalwertes}'^AtKorr.D^=SA^<AtAD ^{+ (n}M"V· ^S(f^Sli^AtED, ausgelegt. Steht zwischen dem Eintreffen zweier aufeinander folgender Start-Stop-Signal-Paare genügend Zeit für die Meßsignal-Verarbeitung zur Verfügung, so kann unter Beibehaltung des erfindungsgemäßen Meßprinzips die Anzahl der in der Meßsignal-Verarbeitung im Ausführung sbeispiel benötigten Schaltungselemente, wie Anzahl der Analogspeicher, der Differenzverstärker und der Analog-Digital-Wandler, reduziert, und damit auch der Platzbedarf, die Stromaufnahme und die Bauteile-Kosten des erfindungsgemäßen Zeitmeßgerätes verringert werden. Je nach dem, ob mehr oder weniger Zeit zulässig ist, ergeben sich für die Meßsignal-Verarbeitung zwei weitere, im folgenden kurz beschriebene Schaltungs-Varianten.

Die erste Variante enthält anstelle der vier Analogspeicher (10 d, 10 e, 11 d, 11 e) nur noch die beiden Analogspeicher (1Od und 11 d), und benötigt nicht mehr die Differenzverstärker (12 und 13) sowie die Steuer-Gatter (10 f bis 10j bzw. 11 f bis 11 j). Außerdem ist nun der Q-Ausgang des monostabilen Multivibrators (11 c) nicht mehr über dem Inverter (46) mit dem Takt-ünd-1 (33) sondern mit den Eingängen , Start^W., der Analog- Digitalwandler (14 und 15) verbunden. Jedesmal nach Abspeichern der zeitproportionalen, analogen Spannungswerte beim Meß- und beim Eichzyklus wird also der entsprechende Digitalwert ermittelt und vom Microcomputer (26) übernommen. Die Bildung der zeitproportionalen, analogen Spannungsdifferenzen (U^ - U^) bzw. (U_EM - ^U _EN)

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mittels der Differenzverstärker (12) bzw. (13) erfolgt nun mittels des Mierοcomputers bzw. Microprozessors (26). Das in den Computer (26) eingegebene Programm, sowie die Beschaltung der ünterbrechungsanforderung (27) mit den zugehörigen Und-Gattern (49,50,51,52) muß lediglich geändert werden. Die Ablaufsteuerung (20) kann nun immer über die Gatter (56) oder (57) durch den Computer (26) weiter getaktet werden.

Die zweite Variante enthält zwar noch die beiden Analogspeicher (10 d) und 11 d) jedoch nur noch einen der beiden Analog-Digital-Wandler, also entweder die Schaltung (14) oder die Schaltung (15). Diese Anordnung ermöglicht eine weitere Senkung des Strombedarfs und der Bauteilekosten. Hinzu kommen lediglich zwei Analogschalter mit zugehöriger Ansteuerlogik zum wechselseitigen Verbinden der beiden Analog-Ausgänge der Speicher (1Od) und (11 d) mit dem Analog-Eingang des einzigen Analog-Digital-Wandlers. Natürlich müssen auch hier Programm- und Interrupt-Struktur entsprechend angepaßt werden.

Zusammenfassend kann über die drei beschriebenen Schaltungs-Versionen der Meßsignal-Verarbeitung folgendes festgestellt werden.

Die ausführlich beschriebene Version des Ausführungsbeispiels (Eig. 1, Fig. 2, Fig. 3, Fig. 4) ermöglicht die schnellste Ermittlung des digitalen Meßwertes AL , nach Eintreffen der beiden zugehörigen Start- und Stop-Signale. Die B*e verarbeitbare Anzahl von Start-Stop-Signal-Paaren pro Zeiteinheit ist also hier am größten. Dafür sind hier auch Bauteile- und Kostenaufwand, sowie der Raum- und Strombedarf am größten.

Die erste Variante hilft Kosten, Platz und Strom sparen, läßt allerdings eine geringere Anzahl von verarbeitbaren Stärt-Stop-Signal-Paaren zu.

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Die zweite Variante erfordert den geringsten Bedarf an Kosten, Platz, und Strom, hat allerdings auch die geringste Folgerate von verarbeitbaren Start-Stop-Signal-Paaren zur Folge.

Für die Ermittlung des digitalen Meßwertes,&t_v _n, kann anstelle des Microcomputers bzw. Microprozessors (26) auch ein Microcomputer oder beliebig großer Rechner eingesetzt werden. Man muß nur die Rechner-Ansteuerung entsprechend anpassen.

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eerseite

Claims

284245Q

Verfahren zur hochauflösenden und hochgenauen

Zeitmessung

Patentansprüche

Ij/ Verfahren zur hochauflösenden und hochgenauen Zeitmessung unter Verwendung eines hochgenauen Quarzoszillators mit rechteckförmigem Signal-Ausgang dadurch gekennzeichnet, daß ein Startkanal und ein Stopkanal gebildet wird, wobei dem Startkanal das rechteckförmige Startsignal und das rechteckförmige Ausgangssignal des freilaufenden Quarzoszillators zugeführt werden und in diesem Startkanal die Zeitdifferenz (t_A) zwischen der Anfangsflanke des Startsignals und der dieser folgenden Anfangsflanke (A₀) des Oszillator-Ausgangssignals mittels einer Zeitamplitudenwandlerschaltung in eine zeitproportionale Analogspannung umgewandelt und in Analogspeichern (S/H-AM und S/H-AN) gespeichert wird und dem Stopkanal das Stopsignal und das Ausgangssignal des freilaufenden Quarzoszillators zugeführt werden, wobei die Zeitdifferenz (t_E) zwischen der Anfangsflanke des rechteckförmigen Stopsignals und der dieser folgenden Anfangsflanke (A_n) des Quarzoszillator-Ausgangssignals gemessen wird und ebenfalls in eine zeitproportionale Analogspannung umgesetzt und in Analogspeichern (S/H-EM und S/H-EN) gespeichert wird und mittels eines Vorwärts/Rückwärtszählers die Anzahl (n) der Anfangsflanken des Ausgangssignals des freilaufenden Quarzosziallators, welche der Anfangsflanke (A₀) folgen bis zur Anfangsflanke (A_n), welche dem irgendwann eintreffenden Stopsignal folgt, zählt und diese dreiteilige Echtzeitmessung während eines Meßzyklus automatisch wiederholt wird, indem intern gleichzeitig je ein rechteckförmiges Start- und Stopsignal

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erzeugt werden und das so erhaltene Ergebnis von dem der ersten dreiteiligen Echtzeitmessung subtrahiert wird und nun diese Differenz das gewünschte Meßergebnis, also die Zeitdifferenz zwischen den Anfangsflanken der von außen kommenden Rechtecksignale, Start und Stop, darstellt und digitalisiert und gespeichert bzw. angezeigt wird, und dem Meßzyklus automatisch ein Eichzyklus folgt,- der wie beim Meßzyklus aus zwei dreiteiligen Echtzeitmessungen besteht, wobei intern unter Verwendung des freilaufenden Quarzoszillators quarzgenau gegeneinander versetzte Start- und Stopsignale erzeugt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, a) daß ein Startkanal aus dem Null-Oder, aus dem Start-Flip-Flop, aus der Zeit-Amplituden-Wandler-Schaltung (TAC-A) mit dem zugehörigen Start-Oder, dem Zähler-Enable-Synch-A-Flip-Flop, dem Stop-Oder und der Verzögerungsschaltung (A), aus zwei mit dem Ausgang der TÄC-A-Schaltung verbundenen Analogsignal-Speichern (S/H-AM und S/H-AN), mit dem zugehörigen monostabilen Multivibrator (S/H-Mono-A) und den Steuer-Gattern (AM-UND, AM-Oder und AN/UND, AN-ODER), aus einem Differenzverstärker, der an die Analog-Ausgänge der Speicher (S/H-AM und S/H-AN) angeschlossen ist und aus einem bipolaren Analog-Digital-Wandler (A/D-W-A) gebildet wird und diesem Startkanal das rechteckförmige Startsignal und das rechteckförmige Ausgangssignal des freilaufenden Quarzoszillators zugeführt werden, b) daß ein Stopkanal ähnlich dem Startkanal aus den Schaltungselementen (NuIl-ODER, Verzögerung-STOP, STOP-Enable-Flip-Flop, STOP-UND-2, STOP-UND-I, STOP-Flip-Flop), der Zeit-Amplituden-Wandler-Schaltung (TAC-E), aus den Schaltungselementen (START-ODER, Zähler-Disable-Synch-E-Flip-Flop, STOP-ODER, Verzögerung E), den Analogsignal-Speichern (S/H-EM und S/H-EN) dem monostabilen Multi-

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vibrator ( s/H -MONO-E) , den Steuergattern (EM-UND, EM-ODER, EN-UND, EN-ODER), dem Differenzverstärker (E) und bipolaren Analog-Digital-Wandler (A/D-W-E) gebildet wird und diesem Stopkanal das rechteckförmige Stopsignal, das NuIl-ODER-Ausgangssignal des Startkanals, das Zeitfenstersignal und wie im Startkanal das rechteckförmige Ausgangssignal des freilaufenden Quarzoszillators zugeführt werden, c) daß der Enable-Eingang eines Vorwärts/ Rückwärts-Zählers mit dem Ausgang des Zähler-Enable-Synch-A-Flip-Flop des Startkanals, sein Disable-Eingang mit dem Ausgang des Zähler-Disable-Synch-E-Flip-Flop des Stopkanals und sein Takt-Eingang ebenfalls mit dem rechteckförmigen Ausgangssignal des freilaufenden Quarzoszillators verbunden werden, d) daß also in einer einzigen Echtzeitmessung automatisch drei Zeitdifferenzmessungen durchgeführt werden und zwar, daß zuerst mittels der Zeit-Amplituden-Wandler-Schaltung (TAC-A) im Startkanal die Zeitdifferenz (t^) zwischen der Anfangsflanke des Startsignals und der dieser Flanke unkorreliert folgenden nächsten Anfgagsflanke (A₀) des Ausgangssignals des freilaufenden Quarzoszillators gemessen und die dabei gewonnene Analogspannung in den Analogspeichern (S/H-AM bzw. S/H-AN) abgespeichert wird, daß außerdem die Anfangsflanke (Ao) des freilaufenden Quarzoszillator-Ausgangssignals das Zähler-Enable-Synch-A-Flip-Flop im Startkanal setzt und damit den Vorwärts/Rückwärts-Zähler auf Zählen-Enable schaltet, e) daß dann dieser Vorwärts/Rückwärts-Zähler die Anzahl (n-1), der Anfangsflanken des Quarzoszillator-Ausgangssignals, die zwischen der Anfangsflanke A₀ und der Anfangsflanke des irgendwann eintreffenden STOP-Signals liegen, sowie die der Stopsignal-Anfangsflanke zunächst folgende Anfangsflanke (A_n) des Quarzoszillator-Ausgangssignals zählt und damit der Zählerstand eine Zeitdifferenz repräsen-

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tiert,die η mal der Periodendauer (Tq) der Quarzoszillatorfrequenz entspricht, und daß die Quarzoszillator-Anfangsflanke (A_n), das Zähler-Diable-Synch-E-Flip-Flop setzt und damit ein weiteres Zählen des Vorwärts/Rückwärtszählers verhindert (Zähler-Disable), f) daß durch eine dritte Messung mittels der Zeit-Amplituden-Wandler-Schaltung (TAC-E) im Stopkanal die Zeitdifferenz (t_E) zwischen der Anfangsflanke des Stopsignals und der dieser Flanke unkorreliert folgenden nächsten Anfangsflanke (A_n) des Quarzoszillator-Ausgangssignals ermittelt wird und die dabei gewonnene Analogspannung in den Analogspeichern (S/H-EM bzw. S/H-EN) abgespeichert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Echtzeitmessung, während welcher automatisch die drei Zeitdifferenzmessungen (t_A> , (η·Τς>) und (t_E) durchgeführt werden, zur Eliminierung von unterschiedlichen Eigenlaufzeiten, unterschiedlichem Altern und Driften der beiden Start- und Stopkanäle, automatisch zweimal hintereinander ablaufen und einen vollständigen Meßzyklus bilden, wobei a) die erste Echtzeitmessung den Index M erhält und die eigentliche Zeitdifferenz^ t_M=t_AM+n_M.Tg-tEM zwischen der Anfangsflanke des Startsignals und der Anfangsflanke des Stopsignals ermittelt und die t^ji bzw. tgj^ entsprechenden Analogspannungen in den Analogspeichern (S/H-AM) bzw. (S/H-EM) abgespeichert werden und der Vorwärts/Kcükwärtszähler auf vorwärtszählen geschaltet ist, wobei b) die zweite Echtzeitmessung den Index N erhält und dadurch eingeleitet wird, daß nach Abspeichern der Analogspannungswerte für die Zeitdifferenz t_AM und tg^ automatisch über die beiden genügend schnellen Null-Oder im Start- und im Stopkanal noch einmal und diesmal gleichzeitig intern Start und Stop erzeugt werden und so die Null-Zeitdifferenz

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jjj. TQ-tgjg, zwischen dem Start- und. dem Stopkanal ermittelt wird und die t&u bzw. t_EN entsprechenden Analogspannungen in den Analogspeichern (S/H-AN) bzw. (S/H-EN) abgespeichert werden und der Vorwärts/Rückwärts-Zähler diesmal auf Rückwärtszählen geschaltet ist und nun die wahre noch nicht skalierte Zeitdifferenz ^t zwischen der Anfangsflanke des rechteckförmigen Startsignals und der Anfangsflanke des rechteckförmigen Stopsignals ermittelt wird, indem die Differenz der beim Meßzyklus erhaltenen Zeitdifferenzen & t{i undAtfi, also der Ausdruck Δ t_M- Λ t_N= (t_AM+n_M.TQ-t_EM)-(t_AN+nN.TQ-tEN)=(tAM~^tAN)+(η_Μ-ηυ)-Tq-(tEM~tEN) gebildet, und die Differenzen /± t_A= (t_AM-tAN) bzw. ^t_E=(tEM^-tEN) durch die Differenzverstärker (Diff.-Verst.-A im Startkanal bzw. (Diff.-Verst.-E) im Stopkanal, die Differenz (njfl-njj) , durch den Zählerstand des Vorwärts/Rückwärts-Zählers realisiert werden und weiterhin die als Analogspannungen (U_AM-U_AN) bzw. (Uem~^uEn) ^{an äen Aus}9^ängen der Differenzverstärker anstehenden Zeitdifferenzen^ t_A bzw.^t_E den bipolaren Analog-Digital-Wandlern (A/D-W-A) im Start- und (a/d-W-E) im Stopkanal zugeführt und vorzeichengerecht in einen bipolaren Digital-Wert At^D bzw. Δ t_ED umgewandelt werden und im weiteren Ablauf die endgültige wahre digitale Zeitdifferenz£t^ zwischen der Anfangsflanke des Startsignals und der Anfangsflanke des Stopsignals mittels eines Mikro-Computers bzw. Mikro-Prozessors berechnet wird, indem der Reihe nach der Digitalwert A.t_AD, dargestellt durch die Bits Ql bis Qn im Ausgangspuffer des Analog-Digital-Wandlers (A/D-W-A), mit dem Skalierungsfaktor S_A, der Digitalwert (nM~njj) , dargestellt durch die Bits Q4iu>Q_m im Ausgangspuffer des Vorwärts/Rückwärts-Zählers, mit dem Skalierungsfaktor Sq und der Digitalwert 4 tgE), dargestellt durch die Bits Q 1 bis Qn im Ausgangspuffer des Analog-Digital-Wandlers (A/D-W-E), mit dem

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Skalierungsfaktor S_E multipliziert werden und indem durch anschließende Addition und Subtraktion der endgültige wahre und skalierte digitale Meßwert Δ t_D=/|ta_D . S^+ (n_M-n_N) . SQ-Ät_Ep.Sj; erhalten und in ein anzeigegerechtes Bitmuster umgesetzt und in den Eingangspuffer (Dl bis Dp) der Anzeigeeinheit geladen und angezeigt wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß automatisch nach jedem einzelnen oder beliebigen Meßzyklus zur Eichung der Skalierungsfaktoren S^ und Sg, also zur ständigen oder gelegentlichen überprüfung der ümsetzungsfaktoren der Zeitamplituden-Wandler-Schaltungen (TAC-A) und (TAC-E), ein Eichzyklus bestehend aus zwei Echtzeit-Messungen, durchgeführt wird, indem über eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung quarzgenauer START-STOP-Zeitdifferenzen fest korreliert zum Ausgangssignal des freilaufenden Quarzoszillators bei der ersten E chtzeitmessung das Eich-Startsignal den beiden Start-Oder im Start- und Stopkanal und das quarzgenau zeitlich versetzte Eich-Stopsignal den beiden Stop-Oder im Start- und Stopkanal zugeführt wird und bei der zweiten Echtzeitmessung außer der gleichzeitigen Erzeugung des Eich-Start- und Eich-Stopsignals dasselbe geschieht und nun mittels der Analog-Digital-Wandler (A/D-W-A und A/D-W-E) die Digitalwerte Ät_Ej^_cj₁__aD und Δtgich-ED erzeugt werden und im weiteren Ablauf diese Digitalwerte vom Mikrocomputer abgerufen und mit dem der Periodendauer (Tg) der Quarzoszillator-Frequenz entsprechenden digitalen Sollwert Sq verglichen bzw. durch den Sollwert Sq dividiert werden und somit die Skalierungs- oder Eichfaktoren S^ und

S S S_E als die Quotienten S_Ä=_—Q und Sg=—Q berech-

^AtEich-AD ^AtEich-ED

net werden und diese Eichfaktoren S_A und S_E immer wieder neu ermittelt werden.

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2-8 4 2 4OT
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß jedes von außen am Start-Eingang der startbereiten Zeitmeßeinrichtung eintreffende Startsignal eine Einrichtung zur Ablaufsteuerung startet, durch die während eines vollständigen Meß- und Eichzyklus acht Zeitabschnitte (Q 1 - Q 8} definiert werden, und zwar: a) der Zeitabschnitt für die unkorrigierte Zeitmessung (ATM=t_AM+nji.^TQ~ t_EM), also für den eigentlichen Meßschritt Q 1, b) der Zeitabschnitt für die Ermittlung des Zeitmeß-Korrekturwertes, also der Nullablage (ÄtN^=tAN⁺ⁿN*^TQ~tEN^ zwischen dem Start- und dem Stopkanal der Zeitmeß-Einrichtung sowie der Bildung der korrigierten Zeitdifferenz (4t_Korr^=^T_M-AT_n= (t_AM-t_AN) + (n_M-nu) -^TQ- CtEM^-111EN) =At_A+ (n_M-n_N) .Tg-At_E) , wobei die Zeitdifferenz (4t_Ä= (t_AJy[-t_aN) ) bzw. {it_E= (t_EM~tEN) ) als zeitproportionale, analoge Spannungsdifferenzen (U_Am~Uän) bzw. (Uem-Uejj) ^mittels zweimaligem Einsatz der Zeit-Amplituden-Wandler-Schaltungen (TAC-A) bzw. (TAC-E), mittels der Analogspeicher (S/H-AM und S/H-AN) bzw. (S/H-EM und S/H-EN) und der Differenzverstärker (Diff.-Verst.-A) bzw. (Dif f.-Vers t.-E) und die Differenz (nn-njg) als Zählerstand eines Vorwärts/Rückwärts-Zählers erhalten werden, also der Zeitabschnitt für die Korrektur der Zeitmessung Q 2, c) der Zeitabschnitt für die Digitalisierung, Skalierung und Abspeicherung bzw. Anzeige der korrigierten analogdigital-gemischten Zeitdifferenz At_Korr>, wobei die in Form zeitproportionaler, analoger Spannungsdifferenzen (ü_am-u_An) bzw. (U_em-Uen) erhaltenen Zeitdifferenzen (At_A) bzw. (Ät_E) mittels der Analog/Digital-Wandler (A/D-W-A) bzw. (A/D-W-E) in die Digitalwerte (A^-AD^ bzw. (Atgo) umgesetzt und nun in einem Mikrocomputer bzw. Mikroprozessor der Reihe nach die Digitalwerte (AtAD) bzw. (At_ED) und (n_M-n_N) mit den digitalen Skalierungs- bzw. Eichfaktoren (S_A), (Sg) und (Sq) multipliziert und vorzeichenrichtig addiert werden

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und das auf diese Weise erhaltene korrigierte und skalierte Zeitmeß-Ergebnis (&t_Korl-0=At_AD. SA+ (n_M-n_N) .Sg-At_EE).S_E) abgespeichert oder zur Anzeige gebracht wird, also der Umwandlungs- und Umrechnungsschritt Q 3, d) der Zeitabschnitt für die Einleitung der Eichung der im Start- und Stopkanal verwendeteten Zeit-Amplituden-Wandler-Schaltungen (TÄC-A) bzw. (TAC-E) durch Erzeugung quarzgenau gegeneinander zeitversetzter Start- und Stopsignale an den Eingängen der Start-Oder (22 und 23) und Stop-Oder (24 und 25) im Start- und Stopkanal unter Zuhilfenahme der Periodendauer (Tg) der Frequenz des freilaufenden Quarzoszillators und durch Messen dieser quarzgenauen Zeitdifferenz (Tq) mittels der Zeit-Amplituden-Wandler-Schaltungen (TAC-A) und (TAC-E) und durch Speichern der erhaltenen analogen Spannungswerte (ÜEich-AM) ^un<^ (^uEich-EM) i^{n den} Analogspeichern (S/H-AM) und (S/H-EM), also für die Durchführung eines Eichschrittes-1, Q 4, e) der Zeitabschnitte für das Rücksetzen des Eichschrittes-1 und die Vorbereitung des Eichschrittes-2, Q 5, f) der Zeitabschnitt für die Ermittlung der jeweiligen Nullablage zwischen den jeweiligen Eingängen des Start-Oder und Stop-Oder sowohl der TAC-A-Gesamtschaltung (22,24, Verzögerungsschaltung-A, TAC-A) als auch der TAC-E-Gesamtschaltung (23,25, Verzögerungsschaltung-E, TAC-E) durch Erzeugung gleichzeitiger Start- und Stopsignale an den Eingängen der Start-Oder (22,23) und Stop-Oder (24,25) und Abspeichern der erhaltenen Analogspannungen (U_Eich__AN) und (ÜEich-EN) ^{in den} Analogspeichern (S/H-AN) und (S/H-EN) sowie für die Bildung der korrigierten zeitproportionalen, analogen Spannungsdifferenzen (üg^p^.,«- ^üEich-AN) ^und (^uEich-EM-^uEich-EN) mittels der Differenz-Verstärker (Diff.-Verst.-Ä) und (Diff.-Verst.-E), also der Zeitabschnitt für den Eichschritt-2, Q 6,

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— Q _

g) der Zeitabschnitt zur Ermittlung der Skalierungs- bzw. Eichfaktoren S_A und S_E der Zeit-Amplituden-Wandler-Schaltungen (TAC-A) und (TAC-E) als die neuen digitalen Multiplikations- bzw. Skalierungsfaktoren beim Zeitabschnitt (Q 3) der nächsten Zeitmessung, wobei mittels der Analog-Digital-Wandler (A/D-W-A) und (A/D-W-E) die zeitproportionalen, analogen Spannungsdifferenzen (U_Eick__AM-ÜEich und (ÜEich-EM-UEich-EN) in die digitalen Werte (t_Ei_ch-AD) und (tEich-ED^ umgewandelt werden und als Ist-Werte mit dem im Mikrocomputer bzw. Mikroprozessor gespeicherten, der Periodendauer CCq) der Quarzoszillator-Frequenz entsprechenden, digitalen Sollwert Sq verglichen werden und die neuen Skalierungs- bzw. Eichfaktoren (S_A) und

^SO ^S(-l als die Quotienten (S_A= — ) und (S_E=~^ ) er-

tEihAD tih

mittelt werden, also der Zeitabschnitt zur Ermittlung der Multiplikationsfaktoren (S_A) und (S_E), Q 7, h) der Zeitabschnitt zur Rücksetzung der Einrichtung zur Ablaufsteuerung, Q 8.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeich net, daß die Zeitmeß-Einrichtung außer den Eingängen für Start und Stop zur Überwachung des beispielsweise durch Kurvenformung entstandenen, rechteckförmigen Stopsignals mit zwei weiteren Eingängen (Komp.) und (Zeitfenster) versehen ist, a) wobei im Falle des von einem übersteuerten Verstärker kommenden Analogsignals und des von diesem Analogsignal abgeleiteten, rechteckförmigen Stopsignals dieses Stopsignal nicht zur Wirkung kommt, weil das zu hohe, durch Übersteuerung eines Verstärkers erhaltene Analogsignal einen Komparator schaltet, dessen Ausgangssignal dem zusätzlichen Eingang (Komp.) der Zeitmeßeinrichtung zugeführt wird und über das Merk-Flip-Flop (29) die durch

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das Startsignal bereits gestartete Einrichtung zur Ablaufsteuerung wieder zurücksetzt, b) wobei im Falle eines von einem stark verrauschten und/oder gestörten Analogsignal durch Kurvenformung abgeleiteten, rechteckförmigen Stopsignals dieses Stopsignal nur dann zur Wirkung kommt bzw. nur dann eine Zeitdifferenzmessung zwischen der Anfangsflanke des Startsignals und der Anfangsflanke des Stopsignals zustande kommt, wenn das erwartete Stopsignal während des durch das Zeitfenster-Signal definierten Zeitbereiches eintrifft bzw. während das entsprechende Zeitfenster-Signal am Eingang (Zeitfenster) der Zeitmeßeinrichtung anliegt.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß aufgrund einer Änderung des im Mikrocomputer bzw. Mikroprozessor verwendeten Verarbeitungsprogramms während eines vollständigen Meß- und Eichzyklus a) im Zeitabschnitt Q3 nur die Digitalisierung der zeitproportionalen analogen Spannungsdifferenzen (ü_ÄM-ü_aN) bzw. (U_EM-ü_EN) sowie die Übernahme der diesen Werten entsprechenden Digitalwerte Ät_ÄD bzw. AtED ^un<ä des Zählerstandes (njj-njj) des Vorwärts/ Rückwärtszählers durch den Mikroprozessor erfolgen und b) erst im Zeitabschnitt Q7 nach Ermittlung der Skalierungsbzw. Eichfaktoren S_A bzw. S_E der korrigierte und skalierte Zeitmeßwert At_Korr>D=At_ÄD.S_A+(n_M-n_N) .Sg-At_ED.S_E unter Verwendung dieser gerade erhaltenen Eichfaktoren S_Ä und S_E berechnet und gespeichert bzw. angezeigt wird.

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