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Schaltung zum automatischen digitalen Messen der Zeitdifferenzen zwischen Impulsflanken zweier gleichfrequenter Impulsfolgen konstanten Tastverhältnisses
Bei zahlreichen Vorgängen der Impulstechnik, soll die Zeitdifferenz zwischen Impulsflanken zweier Impulsfolgen gleicher Frequenz und konstanten Tastverhältnisses gemessen werden. Impulsfolgen dieser Art treten z. B. zu Synchronisierungszwecken in Sende-Empfangssystemen auf, und werden sowohl im Sender als auch im Empfänger erzeugt, wobei dann die Zeitdifferenz zwischen den Anstieg- oder (Abfall) - flanken der Impulse (A) des Senders einerseits und den Anstieg (oder Abfall)-flankender im Empfänger erzeugten Impulse (B) bestimmt werden soll.
Es ist ein Impulsrückstrahlentfernungsmessgerät bekannt, bei dem ein elektrisches Kurzzeitmässgerät vorgesehen und als Wellenzählgerät ausgebildet ist, das aus einem Taktgeheroszillator besteht, der über einem Torkreis eine Taktfrequenz auf eine elektronische Zähleinrichtung abgibt, wobei der Torkreis über eine Steuerschaltung durch einen Senderimpuls geöffnet und durch einen Empfängerimpuls geschlossen wird.
Zur Zählung von Schwingungen besonders hoher Frequenz gibt es geeignete Schwingungszählanordnungen bestehend im wesentlichen aus einer Binärstufenschaltung, die über wechselseitig ohne Totzeit arbeitende Integrierdioden die Schwingungszahl ermittelt.
Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltung zum automatischen digitalen Messen der Zeitdifferenzen zwischen gleichgepolten Impulsflanken zweier Impulsfolgen gleicher Frequenz und konstanten Tastverhältnisses mittels einer Torschaltung, die während dieser Zeitdifferenz einer Zähleinrichtung Zählimpulse zuführt. Die erfindungsgemässe Schaltung gestattet die Durchführung von Messungen zu jedem beliebigen Zeitpunkt und ist gegen einer Impulsfolge überlagerte Störimpulse weitgehend unabhängig.
Die Erfindung ist gekennzeichnet durch zwei zur je einmaligen aufeinanderfolgenden Ein- Ausschal- tung der Torschaltung in Abhängigkeit von gleichsinnigen Impulsflanken beider Impulsreihen in ihre Ansprechlagen verstellbare bistabile Kippstufen, die einerseits mittels eines Startimpulses (Taste T) und anderseits mittels eines periodisch mit der Impulsflanke wiederkehrenden Schaltimpulses in ihre Ansprechlagen gebracht werden, wobei die periodisch wiederkehrenden Schaltimpulse mittels einer Koinzidenzschaltung durch ein aus beiden Impulsreihen gewonnenes Zustandskriterium ausgelöst werden.
Weiters sind Gegenstand der Erfindung zusätzliche Anordnungen, die der einen Impulsfolge überlagerte Störimpulse bzw. durch sie entstehende Fehlmessungen mit hoher Sicherheit selbst erkennen und automatisch anzeigen und/oder eine neue Messung einleiten.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen, die Schaltungsbeispiele zeigen, näher erläutert. Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemässe Messschaltung einfacher Ausführung. Fig. 2 eine Abwandlung mit dem Ziele, die besonders bei niedriger Impulsfolgefrequenz auftretenden relativ langen Zeiten bis zum Messungsbeginn, in denen Störimpulse in Schaltungen nach Fig. 1 wirksam werden können, zu verkürzen und damit die Wahrscheinlichkeit einer Fehlmessung zu verringern und die Fig. 3 und 4 Schaltungsbeispiele, mit denen durch Störimpulse auftretende Fehlmessungen festgestellt, angezeigt und die Messungen wiederholt werden können.
In den Figuren sind jeweils Empfangsstellen dargestellt, in die von einem Sender abgegebene Impuls-
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folgen A einlaufen, während in ihnen selbst örtliche Impulsfolgen B annähernd gleicher Frequenz erzeugt werden.
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an einen Kondensator CB gelangen. Die Kippstufen 10 und 11 befinden sich je nach den momentanen Spannungswerten der Impulsfolgen A und B in der "Ruhe"- bzw. "Arbeitslage". Ein UND-Gatter G, das an den Ausgängen der Kippstufen 10 und 11 geschaltet ist, liefert, so lange beide Kippstufen in der"Arbeitslage"stehen eine negative Ausgangsspannung.
Wenn daraufhin entweder die Kippstufe 10 oder die Kippstufe 11 in die andere Lage (Ruhelage) zurückgekippt wird, ändert sich das Potential am Ausgang des Gatters G von-auf + und über einen nachgeschälteten Kondensator CG wird ein kurzzeitiger Impuls geeigneter Polarität an eine Kippstufe 1 geliefert. Dieser Impuls ändert am Zustand der Kippstufe 1 so lange nichts, als diese nicht vorher durch Betätigung der Taste M in den entge- gengesetzten Zustand gebracht wurde. Die durch Drücken der Taste M über einen Kondensator Cl in den Ansprechzustand gebrachte Kippstufe 1 wird durch den Impuls des Kondensators CG wieder zum Abfallen gebracht.
Als Folge gelangt eine Impulsflanke über die Kondensatoren C2 und C3 an die Eingänge zweier weiterer Kippstufen 2 und 3, wodurch diese in eine Bereitschaftsstellung gebracht werden, in der sie beide "parallel" stehen. Die Rückstellung der Kippstufen 2 und 3 erfolgt durch die Kippstufen 10 und 11, deren Übergang in die "Arbeitslage" über die Kondensatoren CA bzw. CB.
Die Kippstufen 2 und 3 besitzen je zwei Ausgänge a und b entgegengesetzter Polarität, die an die Eingänge der Gatter G1 und G2 angeschlossen sind, derart, dass bei entgegengesetztem Schaltzu- stand (Antiparallelstellung) der Kippstufen 2 und 3 entweder das Gatter G1 oder Gatter G2 einen Ausgangsimpuls weiter gibt.
Daher liefert das Gatter G1 oder das Gatter'G2 einen Ausgangsimpuls an ein weiteres ODERGatter G3, dessen Ausgang ein Tor T für den Durchgang von Zählimpulsen Z für eine Impulszähleinrichtung 12 schaltet. Das Tor T ist also so lange offen, als die Kippstufen 2 und 3 antiparallel stehen, unabhängig davon, welche der beiden früher und welche später schaltet. Darüber gibt der Zustand einer weiteren Kippstufe 4 Aufschluss, die von den Impulsflanken der Impulse der Ausgänge a der Kippstufen 2 und 3 in jeweils entgegengesetzte Zustände versetzt wird. Dadurch wird das Vorzeichen der Zeitdifferenz festgehalten. Das der Fig. 1 angeschlossene Impulsdiagramm macht diese Vorgänge deutlich sichtbar.
Durch Umschaltung auf Impulsgeneratoren mit verschiedenen Impulsfrequenzen (t, t, t, tj können verschiedene Messbereiche der Zeitmessung willkürlich gewählt werden.
Da die Schaltung nach Fig. 1 zur Vorbereitung der Messung relativ lange Wartezeiten benötigt, während die Störimpulse störend inErscheinung treten können, wird bei der Schaltung nach Fig. 2 kurz vor der zur Messung verwendeten Impulsflanke jedes Impulses der im Empfänger erzeugten Impulsreihe (B) ein um eine kurze Zeitspanne to vorversetzter Impuls erzeugt. Hiezu dient eine aus beispielsweise vier Kippstufen ,1, 1, 1, aufgebaute Untersetzerschaltung 13, die folgendermassen funktioniert :
Ein Impulsgenerator J liefert laufend Impulse mit einer Periodendauer tos die im Diagramm zur Fig. 2 oben dargestellt sind.
Die Impulse des Impulsgenerators J gelangen an den Eingang der ersten dieser vier Kippstufen, die durch die Anstiegsflanken der Impulse J je einmal umgestellt wird (J). Daher kommt auf zwei Eingangsimpulse je ein Ausgangsimpuls J2. Die zweite Kippstufe untersetzt in analoger Weise die Impulse der ersten Kippstufe und liefert daher erst bei jedem vierten Impuls des Generators J einen Ausgangsimpuls J.
Eine weitere Untersetzung im Verhältnis l zu 2 erfolgt durch die nächste Kippstufe J. Die Aus- gangsimpulse der Kippstufe J bilden die Impulsreihe B.
Die Ausgänge a dieser vier Kippstufen sind gemeinsam an ein Koinzidenzgatter G5 geschaltet.
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nach jedem 16. Impuls des Generators J, also dann, wenn alle Ausgängeke dieses Ausgangsimpulses wird in völlig analogerweise wie der Ausgangsimpuls des Gatteis G in der Schaltung nach Fig. l zur Einleitung des Messvorganges nach Vorbereitung durch Drücken der Taste M herangezogen. Die Schaltung weist den Vorteil auf, dass durch die kurze Vorbereitungszeit des Messvorganges die Wahrscheinlichkeit einer Störung der Messung durch Störimpulse reduziert wird.
Mit Hilfe einer Schalteinrichtung S lässt sich die Impulsbreite to des Ausgangsimpulses des Gatters G5 variieren. Mit dieser Schalteinrichtung lässt sich überdies auch zugleich die zur Zählung gelangende Impulsfrequenz (t-t) in entsprechender Weise einstellen.
Wenn die Störimpulse mit einer solchen Häufigkeit einfallen, dass auch innerhalb der kurzen Zeit-
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spanne to mit dem Auftreten von Störimpulsen zu rechnen ist, dann empfiehlt es sich, solche Fehler auch anzuzeigen. Eine Schaltung zur Anzeige solcher durch Störimpulse verursachter Fehler ist in Fig. 3 dargestellt. Die Fehleranzeige beruht auf dem Prinzip, dass die Anzahl der während eines Zeitintervalls 2 to einfallenden Impulse gemessen wird und zur Fehlanzeige ausgewertet wird, wenn sie grösser als eins ist. Hiezu ist die Impulsuntersetzerschaltung mit zwei Gattern G5 und G6 ausgestattet. Das Gatter G5 liefert einen Ausgangsimpuls wenn alle Ausgänge a der vier Kippstufen gleiches, z. B. negatives Potential aufweisen, während das Gatter G6 einen Ausgangsimpuls liefert, wenn alle Ausgänge b der vier Kippstufen 13 gleiches, z.
B. das negative Potential haben, welche beiden Zustände, wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, unmittelbar aufeinander folgen.
Während der Zeitspanne to vor der positiven Flanke der Impulsreihe B liefert also das Gatter G5 einen Ausgangsimpuls und während der darauffolgenden Zeitspanne to liefert das Gatter G6 einen Ausgangsimpuls. Ein nachgeschaltetes ODER-Gatter G7 liefert somit im Zeitraum < t
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einrichtung F aus. Die Schaltverbindung zwischen dem Schalter M und den Kippstufen K1 und K2 dienen zur Rückstellung derselben zu Beginn jeder Messung.
Eine weitere Verbesserung liefert die Schaltung nach Fig. 4, bei der dann, wenn die Impulse am Ein- gang A eine gewisse Mindestlänge t unterschreiten, der ganze Messvorgang wiederholt wird.
Hiezu wird das Tor 3 so lange aufgesteuert, als der Impuls dauert. Über ein Verzögerungsglied VZI (monostabileKippstufe) alsoumeineZeitspanne t. nachIinpulsbe-ginngelangtderImpulsandie Eingangsseite des Tores T3, falls diese sich noch in geöffnetem Zustand befindet, wird der Impuls
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T3.
Dem Verzögerungsglied VZ1 ist ein Impulsformer vorgeschaltet, der ein dem Verzögerungsglied VZ1 nachgeschaltetes Tor T3 steuert.
Gegebenenfalls kann zur Steigerung des Verzögerungsgliedes VZ1 eine zusätzliche Verstärkerschaltung zweckmässig sein. Mit Hilfe der angegebenen Schaltung werden Eingangsimpulse, die kürzer als die Zeitspanne ts sind, überhaupt unterdrückt.
Wenn jedoch Impulse von vorschriftsmässiger Länge eintreffen, dann gelangen sie um die Zeitspanne ts verzögert an die Kippstufe 2. Um die gleiche Verzögerung auch bei der im Empfänger erzeugten Impulsreihe zu erzielen, ist auch dem Eingang B ein Verzögerungsglied VZ2 nachgeschaltet, so dass durch Verzögerung auch der an die Kippstufe 3 gelangenden Impulse die Zeitdifferenz zwischen den Impulsen der Reihe A und der Reihe B unverändert bleibt.
Schliesslich wird auch der vom Gatter G5 gelieferte, um die Zeitspanne to vorversetzte, zur Auslösung der Kippstufe l dienende Impuls durch ein Verzögerungsglied VZ3 ebenfalls um die Zeitspanne ts verzögert.
Die durch Betätigung der Taste M zur Messung vorbereitete Kippstufe 1 wird von einem Aus- löseimpuls des Verzögerungsgliedes VZ3 daher zum Zeitpunkt - to + ts getroffen und der Messvorgang durch Auslösung der beiden Kippstufen 2 und 3 begonnen. Der letztgenannte Auslöseimpuls wird aber auch einem weiteren Verzögerungsglied VZ4 mit der Eigenzeit 2 to zugeführt. Dieses schliesst ein Tor T4 währendseinerEigenzeit, alsovomZeitpunkt-to +tbiszumZeitpunkt +to +ts.
Die Schaltstrecke des Tores T4 liegt zwischen dem mess-Impulseingang der Kippstufe 2 und einer weiteren Kippstufe 5, die vom Verzögerungsglied VZ3 zum Zeitpunkt-t + t in einen Emp- fangszustand für die Eingangsimpulse versetzt wurde.
In diesem Zustand wird ein an den Ausgang der Kippstufe 5 angeschlossenes Tor. T5 geschlossen.
Wenn in dem Zeitintervall zwischen den Zeitpunkten-to + t, und + to + t über das geschlossene Tor T4 ein Messimpuls eintrifft, so wird die Kippstufe 5 in den entgegengesetzten Zustand überführt und das Tor T5 wieder geöffnet. Wenn jedoch ein Messimpuls zufolge seiner Kürze in der Eingangsschaltung VZ1, T3 unterdrückt wurde, oder überhaupt kein Eingangsimpuls eingetroffen ist, so bleibt das Tor T5 geöffnet und die Flanke des Abschaltimpulses mit dem Verzögerungsglied zum Zeitpunkt + t +t das Tor T4 öffnet, gelangt über das Tor T5 und einen nachgeschalteten Verstärker an den Eingang der Kippstufe 1, der sonst über die Taste M beaufschlagt wird.
Hiedurch wird die Kippstufe 1 automatisch erneut in den Zustand zur Vorbereitung eines Messvorganges versetzt, der auch dann, wenn der nächste Messimpuls die vorgeschriebene Länge aufweist, durchgeführt wird ; andernfalls wird der Messvorgang so lange wieder eingeleitet, bis eine zufriedenstellende Messung erfolgt.