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Verfahren und Einrichtung zur zyklischen Übertragung von Messwerten
Es ist ein Verfahren zur Übertragung von Messwerten nach dem Zeitverteilungsprinzip bekannt, wonach Tonfrequenzimpulse, die den Messwerten zugeordnet sind, übertragen werden. Die einzelnen Messwerte sind dabei durch die Frequenz charakterisiert. Die in zyklischer Folge stattfindende Weiterschaltung von einem Messwert zum nächsten erfolgt sende-uiid empfangsseitig schrittweise während den zwischen den einzelnen Impulsen vorgesehenen Lücken. Zur Sicherung des Gleichlaufes der sende-und der empfangsseitigen Fortschaltung wird in jeden Zyklus ein Impuls, dessen Länge grösser ist als diejenige der übrigen Impulse, als Synchronisierzeichen eingefügt.
Dieses bekannte System weist erfahrungsgemäss den Nachteil auf, dass die Lücken zwischen den Impulsen oft durch Störgeräusche ausgefüllt werden ; dies hat dann ein Aussertrittfallen von Sender und Empfänger zur Folge.
Das Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung ist von diesem Nachteil frei. Es ermöglicht ausserdem eine gegenüber dem bekannten Verfahren erhöhte Übertragungsgeschwindigkeit bei gegebener Bandbreite des Übertragungskanals. So überträgt beispielsweise eine nach dem erfindungsgemässen Verfahren arbeitende Einrichtung 38 Messwerte in einem Zyklus von 2, 4 Sekunden Dauer, wobei eine Bandbreite von 400 Hz einschliesslich Sicherheitsabständen zu den Nachbarkanälen beansprucht wird.
Das Verfahren zur zyklischen Übertragung von Messwerten nach dem Zeitverteilungsprinzip, bei welchem Impulse, deren Frequenzen für die zugeordneten Messwerte charakteristisch sind, nacheinander über eine einzige Leitung übertragen werden, wobei im Sender und im Empfänger synchronlaufende Verteiler das jeweilige Anzeigegerät mit dem zugeordneten Messwertgeber verbinden, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Impulse lückenlos aneinandergereiht werden und dass die Impulsfolge erstens amplitudenmoduliert wird, welche Modulation zur Weiterschaltung des empfangsseitigen Verteilers dient, und zweitens mit einer besonderen Gruppe von Impulsen versehen wird, deren Eigenschaften so gewählt sind, dass sie niemals in der Reihe der Messwerte übertragenden Impulse vorkommen, welche Gruppe zu Synchronisierungszwecken dient,
indem sie jeweils den Start des empfangsseitigen Verteilers aus seiner Null-Lage veranlasst.
Die Fig. l erläutert das Verfahren an Hand der in einem Zyklus übertragenen Impulsfolge, welche als Beispiel ausser der besonderen, zur Gewährleistung des Gleichlaufes dienenden Impulsgruppe nur Impulse für drei Messwerte zeigt. Diese letzteren Impulse sind lückenlos aneinandergereiht und werden während der untereinander gleichlangen Zeiten T 1 bzw. T. bzw. T, übertragen. Sie charakterisieren die Grössen der zugeordneten Messwerte durch ihre Frequenz ; dies ist in der Figur durch verschieden starke Schraffierung der einzelnen Impulse angedeutet. Die besondere Gruppe, welche ebenfalls lückenlos zwischen den Nachbargruppen eingefügt ist, wird während der Zeit Ts übertragen.
Sie enthält im gezeigten Beispiel fünf Impulse, wobei die Längen des zweiten bis fünften Impulses von der Länge T der die Messwerte übertragenden Impulse abweichen ; sie betragen nämlich T/4. Die Frequenzen der Impulse der besonderen Gruppe sind von Zyklus zu Zyklus konstant. Mit Rücksicht auf die Eigenschaften des weiter unten zu beschreibenden Ausführungsbeispieles einer Übertragungseinrichtung besitzen diese Impulse Frequenzen, die gleich der grössten Frequenz fmax bzw. gleich der kleinsten Frequenz fmin sind, die bei der Übertragung der Messwerte vorkommen kann. Im gezeigten Beispiel nach Fig. l weisen die Impulse a, c und e der besonderen Gruppe die Frequenz fmax auf, die Impulse b und d fm.
Erfindungsgemäss ist weiterhin die gesamte Impulsfolge amplitudenmoduliert ; im gezeigten Beispiel
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liegt der Modulationsgrad um boo und ist die Periode des sinusförmigen Moduliersignals halb so gross wie die Länge T des einen Messwert übertragenden Impulses. Bei der Einrichtung, welche mit der weiter oben angegebenen Übertragungsgeschwindigkeit arbeitet, beträgt beispielsweise diese Länge 60 Millisekunden, dia Frequenz des Moduliersignals also 33 1/3 Hz.
Die Übertragungseinrichtung, welche nach dem angegebenen Verfahren arbeitet und je einen sendeund empfangsseitigen synchronlaufenden Verteiler aufweist, welche über eine einzige Leitung zeitlich aufeinanderfolgend jeden Messwertgeber mit dem zugeordneten Anzeigegerät verbinden. ist dadurch gekennzeichnet, dass sendeseitig ein Modulator zur Amplitudenmodulation der Impulsfolge vorhanden ist, und dass empfangsseitig ein Amplituden-Demodulator vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal einen Oszil-
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empfangsseitig ausserdem ein Diskriminator und ein nachfolgender Impulsformer vorgesehen sind, die beim Erscheinen der besonderen Gruppe ein Signal erzeugen, das den empfangsseitigen Verteiler in die Nullage bringt und dadurch jeweils seinen Weiterlauf aus dieser Lage veranlasst.
Die Fig. 3 zeigt als Beispiel das Prinzipschema eines derartig ausgebildeten Empfängers. Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wichtigen Stücke dargestellt.
Das der Eingangsklemme E zugeführte Signal, dessen Ausbau in Fig. 1 gezeigt ist, gelangt gleichzeitig in zwei verschiedene Teile des Empfängers. Im ersten Teil (D, G, F) geschieht die Auswertung der Amplitudenmodulation, im zweiten Teil (B, N, F) die Auswertung der den einzelnen Impulsen durch ihre verschiedenen Frequenzen aufgeprägte Information.
Die an einigen wichtigen Punkten des Empfängers auftretenden Signale sind in den einzelnen Zeilen der Fig. 2 dargestellt. deren Zeitmassstäbe gleich wie diejenigen der darüberstehenden Fig. 1 gewählt sind.
Der erste Teil des Empfängers enthält zunächst den Demodulator D, welcher das Moduliersignal zurückgewinnt. Dieses ist gemäss dem weiter oben angegebenen Zahlenbeispiel eine sinusförmige Schwin-
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der Frequenz 33 1/3 Hz folgen (Fig. 2a). Diese Impulse gelangen an die Leitung Sm und dienen zur stufenweisen Weiterschaltung des aus den Gasentladungsröhren M,P,M,P usw. bestehenden Zählringes.
Aufbau und Wirkungsweise derartiger Zählringe sind an sich wohl bekannt. Es sei hier daher lediglich angeführt, dass in einem Zählring stets eine Röhre leitet und dass durch einen allen Röhren gemeinsam zugeführten Steuerimpuls die nächste Röhre gezündet und gleichzeitig die bis dahin leitende Röhre gelöscht wird.
Ist beispielsweise in einem gegebenen Augenblick die Röhre M2 leitend, so erzeugt ihr Anodenstrom amKathodenwiderstand Rc einen Spannungsabfall, wodurch die Kathode und die mit ihr über den Widerstand Rk verbundene Steuerelektrode der nächsten Röhre (P ) eine positive Vorspannung erhöht. Der den Steuerelektroden der Röhren über die Kondensatoren C-gemeinsam zugeführte Fortschaltimpuls ist in seiner Amplitude so bemessen, dass er nur diejenige Röhre zündet, deren Steuerelektrode bereits eine positive Vorspannung aufweist, im vorliegenden Falle also die Röhre P.
Im vorliegenden Fall dient der Zählring dazu, nach Art eines Schrittschalters die auf einer Leitung (m) zeitlich aufeinanderfolgend eintreffenden Messwertimpulse auf je eine zugeordnete Leitung (mi, mi...) zu verteilen. Der Zählring enthält hiezu eine Mehrzahl von Messröhren (M, M...), welche jeweils im mittleren Bereich der Messwertimpulse leitend sind, und eine Mehrzahl von Pausenröhren (P, P...), welchem jeweils während der Übergänge von einem Messwertimpuls zum nächsten leitend sind. Besondere Röhren (B,-B) dienen in nachstehend ausführlich beschriebener Weise zur Kontrolle des Gleichlaufes und gegebenenfalls zu dessen Wiederherstellung.
Es ist aus der Fig. 3 ersichtlich, dass der aus dem Moduliersignal gewonnene Fortschaltimpuls den Zählring nur von der Stellung M 1 bis zur Stellung B weiterschalten kann, denn die Steuerelektroden zweier weiterer Röhren des Zählringes (B und B) sind nicht an die Leitung Sm angeschlossen und werden daher von den Impulsen nach Fig. 2a nicht erreicht. Diese beiden Röhren werden vielmehr nacheinander durch ein Signal gezündet, das in der Leitung Sb auftritt und das beim Erscheinen der besonderen Gruppe erzeugt wird. Sobald dann die Röhre B gezündet ist, bewirken die nächsten auf der Leitung Sm auftretenden Impulse wiederum die Fortschaltung des Zählringes von M bis B. Auf diese Weise wird in jedem Zyklus der Gleichlauf kontrolliert.
Geht er aus irgendwelchen Gründen während der Übertragung der Messwerte verloren, so wird er beim nächsten Erscheinen der besonderen Gruppe wiederhergestellt.
Die Erzeugung des genannten Signals aus der besonderen Gruppe geschieht im zweiten Teil des Empfängers. Dieser enthält zunächst den Begrenzer B, der die Amplitudenmodulation beseitigt. Es folgt der Diskriminator N, welcher eine Gleichspannung erzeugt, die der Frequenz des bei E angelegten Signals
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zugeordnet ist (Fig. 2b). Aus diesem Spannungsverlauf erzeugt der Impulsformf r F, jedesmal dann einen Impuls, wenn die Gleichspannung von ihrem kleinsten Wert (fmin zugeordnet) zu ihrem grössten Wert
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Die Zeile d der Fig. 2 gibt schliesslich noch an, welche Gasentladungsröhre jeweils leitend ist.
Es ist wichtig zu erkennen, dass eine Impulsgruppe nach Fig. 2c, d. h. mit dem Abstand T/2, zwischen den beiden Impulsen während der Übertragung von Messwertimpulsen niemals auftreten kann, auch wenn die Frequenzen benachbarter Impulse sich voneinander extrem unterscheiden sollten. Sprünge von fmin nach fmax können einander ja nicht schneller als im Abstand 2T folgen. Dies gestattet, eine ein-
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sserem Abstand auftretende einzelne Impulse statt durch das Impulspaar nach Fig. 2c gezündet werden. Es können dazu Mittel vorgesehen werden, welche bewirken, dass die Röhre Bs, wenn sie nicht innerhalb einer bestimmten Zeit (nämlich T/2 plus eine angemessene Sicherheitsmarge) durch Zündung der Röhre B gelöscht wird, erneut die Röhre B, zündet.
Die Weiterscnaltung von B nach MI kann dann ausschliesslich
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re B g die Röhre B wiedergezündet wird.
Die Anwendung der bezeichneten einfachen Mittel ist übrigens in gewissen Fällen von grossem wirtschaftlichen Vorteil. Sie ermöglicht es nämlich, den Empfänger einer Übertragungseinrichtung zunächst nicht für die gesamte Anzahl von Messwerten auszubauen, die vom Sender übermittelt werden kann ; ein solcher Ausbau kann später bei Bedarf vorgenommen werden. Sie ermöglicht es demgemäss auch, an einen Sender, der eine bestimmte Anzahl von Messwerten übermittelt, einen oder mehrere Empfänger anzuschliessen, die nur einen Teil dieser Messwerte anzeigen, welche für den jeweiligen Beobachtungsort gerade interessant sind. In solchen Fällen genügt es, den Zählring mit den Röhren B-B zu versehen und für jeden zu empfangenden Messwert ein Röhrenpaar M1P1, M2P2 usw.vorzuschen.
Nach Übertragung aller interessierenden Messwerte bleibt die Röhre B leitend, auch wenn der Sender weitere Messwertimpulse übermittelt. Erst das Auftreten des Impulspaares nach Fig. 2c setzt den Zählring wieder in Gang. Nun wird es aber von Zeit zu Zeit vorkommen, dass während des Wartezustandes von B einer dieser weiteren Messwertimpulse die Frequenz fmjn. der unmittelbar folgende die Frequenz fmax aufweist. In diesem Fall wird natürlich in der Leitung Sb ein Impuls auftreten, der die Röhre B zündet. Die oben angegebene Sicherheitsvorrichtung schaltet in einem solchen Fall auf B zurück, so dass auch ein wiederholtes Auftreten von"falschen" (d. h. nicht auf die besondere Gruppe zurückzuführenden) Impulsen auf der Leitung Sb den Gleichlauf nicht gefährdet.
Eine weitere Sicherheitsvorrichtung wird durch die Schaltelemente R, R, C der Fig. 3 dargestellt.
Sie bewirken, dass die positive Vorspannung der Steuerelektrode der Röhre MI nicht sofort bei der Zündung der Röhre B erscheint, sondern mit einer gewissen durch die Zeitkonstante R C bedingte Verzögerung von der Grössenordnung T/4. Der Grund für die Anwendung dieser Massnahme liegt darin, dass der Oszillator G auch dann weiterlaufen kann, wenn aus irgendeinem Grund das ihn synchronisierende Signal kurzzeitig ausfällt. Bei einem solchen freien Lauf des Generators können sich nun gewisse Phasenänderungen einstel- tell ; es kann insbesondere die Impulsfolge nach Fig. 2a in bezug auf das Impulspaar nach Fig. 2c etwas verspätet werden.
Es besteht dann die Gefahr, dass die Röhre Mi durch einen Impuls aus der Folge nach Fig. 2a gezündet wird, der eigentlich zeitlich mit dem zweiten Impuls von Fig. 2c zusammenfallen und damit keine Wirkung ausüben sollte, der aber aus dem genannten Grund etwas verspätet auftritt. Diese
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gezündet werden kann. Die zu erwartenden Phasenänderungen werden nämlich stets viel geringer sein als T/4.
Durch einige oder alle. der erläuterten Massnahmen wird zusammenfassend erreicht, dass eine der Röhren M,, M, usw. immer dann leitend ist, wenn die mittlere Partie eines Messwertimpulses übertragen wird (vgl. Fig. 2d mit Fig. 1). Die Übergänge zwischen den einzelnen Messwertimpulsen fallen dagegen stets in Intervalle, während welcher eine der Röhren Pi. P usw. leitend ist.
Es sei nun noch kurz auf die Anzeige der Messwerte eingegangen, die mit bekannten Mitteln gesche-
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des nächsten zugeordneten Impulses zu speichern ist. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 wird die vom Diskriminator gewonnene Gleichspannung nach Verstärkung im Verstärker W über die Leitung m den Anoden aller Röhren zugeführt. DieRöhren M , M usw. enthalten Sonden, welche bei leitender Röhre sehr angenähert das Potential ihrer Anode annehmen.
Eine den einzelnen Messwerten entsprechende Spannung steht also an den Leitungen mi, m 2usw. zur Verfügung ; deren weitere Verarbeitung ist bei der Leitung m gezeigt : Die Spannung an m lädt den Kondensator C auf und beeinflusst über die Röhre V das Mess- oder Registrierinstrument A. Der Kondensator behält seine Ladung während eines Zyklus praktisch unverändert bei, so dass der Ausschlag des Messinstrumentes bis zum Empfänger des nächsten zugeordneten Impulses erhalten bleibt.
Im Beispiel nach Fig. 3 enthält auch die Röhre B1 eine Sonde. An der Leitung b tritt daher, wenn eine Impulsfolge nach Fig. 1 zugrundegelegt ist, eine Spannung auf, welche in einem angeschlossenen Messkreis dauernd Vollausschlag verursachen würde. Diese Spannung kann zu Prüf-oder Regelzwecken, insbesondere zur laufenden Überwachung und gegebenenfalls Nachstimmung des Diskriminator D, verwendet werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur zyklischen Übertragung von Messwerten nach dem Zeitverteilungsprinzip, bei welchem Impulse, deren Frequenzen für die zugeordneten Messwerte charakteristisch sind, nacheinander über eine einzige Leitung übertragen werden, wobei im Sender und im Empfänger synchronlaufende Verteiler das jeweilige Anzeigegerät mit dem zugeordneten Messwertgeber verbinden, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulse lückenlos aneinander gereiht werden und dass die Impulsfolge erstens amplitudenmoduliert wird, welche Modulation zur Weiterschaltung des empfangsseitigen Verteilers dient, und zweitens mit einer besonderen Gruppe von Impulsen versehen wird, deren Eigenschaften so gewählt sind, dass sie niemals in der Reihe der Messwerte übertragenden Impulse vorkommen,
welche Gruppe zu Synchronisierungs- zwecken dient, indem sie jeweils den Start des empfangsseitigen Verteilers aus seiner Nullage veranlasst.