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Unterwasserfernmesseinrichtung
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sich aufse derart umschaltet, dass die Messwertfühler nacheinander abgefragt werden, wobei die Steuerkreise entsprechend den Taktimpulsen das Schieberegister verschieben und das Schieberegister aufeinanderfolgende digitale Ausgangsimpulse erzeugt, und dass die Ausgangsimpulse mehrerer Messanordnungen auf ein gemeinsames Anzeige- und Aufzeichnungsgerät übertragen werden, wobei die Messanordnungen über einen gemeinsamen oder jeweils einen Takt- und Rückstellimpulsgenerator angesteuert werden.
Jede Messanordnung kann einen Kompass zum Festlegen von deren Bezugsrichtung, einen Flügel zur Ermittlung der Richtung der Wasserströmung an der jeweiligen Anordnung gegenüber der Bezugsrichtung und einen Läufer zur Ermittlung der Geschwindigkeit der Wasserströmung besitzen. Es ist ein Schieberegister zur Aufnahme der Kompass- und der Flügelrichtungsdaten vorgesehen, die digitalverschlüsselt und photoelektrisch dem Register zugeführt werden. Die Asynchron-Flügelrichtungsdaten werden in Synchrondaten umgewandelt, um sie mit den Ausgangsimpulsen aus dem Schieberegister und mit den Takt- sowie den Rückstellimpulsen aus der zentralen Station zu verschachteln.
Ein Kabelankoppelkreis führt dem Kabel Datenimpulse zu, die in ihrer Polarität der Polarität der Takt-und Rückstellimpulse entgegenge- setzt sind. Ein auf die Takt-und Rückstellimpulse ansprechender mehrstufiger Digital-Befehlszähler steu- ert das Ein-und Auslesen der Daten in bzw. aus dem Schieberegister und das Anlegen dieser Daten sowie der Läuferdaten an den Kabelankoppelkreis. Auf vorgewählte Zustände bestimmter Stufen des Zählers ansprechende Steuerkreise bewirken, dass der Betrieb jedes Messgerätes zeitlichso abgestimmt wird, dass eine Interferenz seiner Datenimpulse mit den Datenimpulsenausden andern Messgeräten oder mit den Takt- und Riickstellimpulsen vermieden wird.
Die Erfindung ist nachstehend anHand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Fernmesseinrichtung nach der Erfindung. Fig. 2 ein detailliertes Blockdiagramm bestimmter Teile einer typischen Strömungsmessstation nach der Erfindung. Fig. 3 ein den Zeitfolgebetrieb der Einrichtung nach der Erfindung veranschaulichendes Diagramm, Fig. 4 ein Schaltbild eines in der Einrichtung nach der Erfindung verwendbaren Takt- und Riickstellimpulsgeneratorkreises, Fig. 5 ein Schaltbild eines in der Einrichtung nach der Erfindung verwendbaren Blitzgeberkreises, Fig. 6 ein Schaltbild
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derspeise-und-steuerkreises.
InFig. l der Zeichnungenist-10-einEIektrokabel, an das mehrere Wasserströmungsmessgeräte angeschlossen sind, wobei an sich bei einer typischen Ausführungsform acht Messgeräte vorhanden sind, von denen jedoch nur das mit --12-- bezeichnete Messgerät Nr. O und das mit --14-- bezeichnete Messgerät Nr. 7 dargestellt sind. Selbstverständlich kann eine kleinere oder grössere Anzahl von Messgeräten verwendet werden. So lässt sich beispielsweise die Einrichtung bequem auf sechszehn oder mehr Messgeräte erweitern. Das Elektrokabel kann bei Rückleitung durch das Wasser aus einem einzigen Leiter oder beispielsweise aus zwei oder drei Leitern bestehen.
Die Taktgeber-und Rückstellimpuls-Hauptgeneratoren-16-führen dem Kabel --10-- Takt- und Rückstellimpulse zu. Die Empfänger-und Anzeigekreise-18-- nehmen aus den Messgeräten erhaltene Datenimpulse auf und zeigen diese an. Die Bauteile in den Blocks --16 und 18-- können an derselben entfernten Stelle oder voneinander getrennt angeordnet sein. Die Wasserströmungsmessgeräte sind mit üblichen Gehäusen versehen und können beispielsweise an Bojen aufgehängt sein. Das Kabel kann von den Bojen bis zu einer an Land gelegenen Station verlaufen oder an einen Fernmesssender angeschlossen sein, der die Daten mittels Funk oder sonstiger geeigneter Medien zu einer entfernt gelegenen Station überträgt.
Das in dem Block --12-- dargestellte Wasserströmungsmessgerät ist für die übrigen Messgeräte der Einrichtung typisch, so dass eine Beschreibung eines Messgerätes für alle Messgeräte genügt. Die Blocks - -20, 22 und 24-- stellen übliche Fühler für die aus dem Strömungsmessgerät zu übertragenden Daten dar. Der Block -- 20-- kann ein üblicher Magnetkompass zum Ermitteln der Bezugsrichtung des Messgerätes sein. Der Block --22-- kann ein Flügel oder eine Fahne sein, der sich nach der Richtung der Wasserströmung an dem Messgerät frei ausrichten kann. Der Block --24-- kann ein von der Wasserströmung angetriebener Läufer oder ein Flügelrad sein, der bzw. das mit einer der Strömungsgeschwindigkeit entsprechenden Frequenz Impulse erzeugt.
Die Antriebselemente der Kompass- und des Flügelfühlers stellen übliche Analog-Digital-Codierscheiben --26 bzw. 28-- ein. Die Codierscheiben werden in Zusammenhang mit Blitzgebervorrichtun- gen --30-- und Photozellen--32 und 34-- zum Umwandeln der Analogdaten aus dem Kompass- und dem
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der Steuerkreise erhält man mit Hilfe eines Befehlszählers --4--. der mit umformierten Takt-und Rück- stellimpulsenausden Generatoren --46-- gespeist wird, wobei die umformierten Taktimpulse ausserdem bestimmten Steuerkreisen unmittelbar zugeführt werden.
Die Steuerkreise sind so angeschlossen, dass sie inÜbereinstimmung mit vorbestimmten Zählzuständen in bestimmten Stufen des Befehlszählers arbeiten, wobei die Wahl in jedem Messgerät so getroffen ist, dass eine gegenseitige Störung des Betriebes der üb- rigen Wasserströmungsmessgeräte vermieden wird. Die Impulse aus dem Kabeltreiberkreis werden mit den
Steuerimpulsen aus den Takt- und Rückstellimpulsgeneratoren --16-- und mit den Datenimpulsen aus den übrigen Wasserströmungsmessgeräten verschachtelt. Darüber hinaus erhalten die Datenimpulse eine der Polarität der Takt- und Rückstellimpulse entgegengesetzte Polarität zur Erleichterung ihrer Auswahl durch die geeigneten Kreise. Bei einem typischen Arbeitszyklus gibt es 256 Taktimpulse.
Der erste Takt- impuls tritt zugleich mit einem Rückstellimpuls auf, worauf 255 Taktimpulse auftreten, bevor der näch- ste Rückstell-und der gleichzeitige Taktimpuls auftreten. Wie nachstehend noch näher erläutert, liefern im Verlaufe des Zeitintervalls zwischen den einzelnen Rückstellimpulsen alle acht Strömungsmessgeräte ihre Flügel- und Kompassmesswerte sowie jedes in dem betreffenden Intervall auftretende Läuferdatum.
Bei einer Taktimpulsfrequenz von 100 Impulsen pro Sekunde beträgt die Zeit eines Arbeitszyklus 2, 5 sec.
Eine Energiezufuhr --47-- für die Messgerätekreise wird mit Hilfe des Kreises --49-- so gesteuert, dass nur beim Auftreten von Taktimpulsen an dem Kabel Energie zugeführt wird. Der Ausgang der Energiezufuhr beträgt beim Betrieb des Messgerätes typisch +12 V und-12 V sowie 75 mA.
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, das bestimmte Teile eines typischen Wasserströmungsmessgerätes mehr im einzelnen veranschaulicht. Der Befehlszähler --44-- besteht aus acht Flip-Flop-Stufen --48--, die so angeschlossen sind, dass sie einen üblichen achtstufigen Binärzähler bilden. Umformierte Taktimpulse werdenso zugeführt, dass sie den Eingang der ersten Stufe einstellen, wobei sie durch den Zähler in üblicher Weise gezählt werden. An die Rückstelleingänge der Flip-Flop-Stufen angelegte umformierte Rilckstellimpulse stellen alle acht Stufen zugleich zurück.
Jede Flip-Flop-Stufe des Befehlszählers hat
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näher erläutert, werden vorbestimmte Zählzustände bestimmter Stufen dazu verwendet, den Zeitfolgebetrieb der die Daten verarbeitenden Kreise nach der Erfindung zu steuern.
Das Schieberegister --36-- enthält vierzehn Flip-Flop-Stufen --50-- von denen sieben (V1 - V1) zur Flügelimpulsregistrierung und die übrigen sieben (C-C) zur Kompassimpulsregistrierung verwendet werden. In bekannter Weise überträgt jede Stufe beim Anlegen eines Verschiebeimpulses an die Leitung - die in ihr gespeicherten Daten auf die nächste Stufe, wobei aufeinanderfolgende Verschiebeim- pulse die aufeinanderfolgende Übertragung der Daten von Stufe zu Stufe bewirken, während die Daten aufeinanderfolgend an der ersten Stufe C ausgelesen werden.
Die Photozellen -- 32 und 34-- steuern das Einspeichern der Information in die jeweiligen Stufen des Schieberegisters. Jede Photozelle ist zwischen der +12 V-Sammelleitung-54-- und dem Einspeicheranschluss der entsprechenden Flip-Flop-Stufe, beispielsweise der Basis eines Flip-Flop-Transistors, angeschlossen. Jede Photozelle kann über eine übliche Lichtröhre an eine vorbestimmte Digitalstelle einer Codierscheibe angeschlossen sein. Mit Hilfe üblicher Techniken werden die Codierscheiben durch den Kompassfühler und den Flügelfühler so eingestellt, dass sie in Übereinstimmung mit einem Binärcode das Licht aus den Blitzgebervorrichtungen --30-- zu den jeweiligen Lichtröhren sperren oder durchlassen, wobei sieben Bit für den Flügel und sieben Bit für den Kompass vorgesehen sind.
Beim Erregen der Blitzgebervorrichtungen-30-fällt Licht auf die durch die Codierscheiben nicht gesperrten Photozellen, wobei der Widerstand der Photozellen während des Blitzes, der beispielsweise eine
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langen des hohen Widerstandes der Photozellen sind wenige Zehntelsekunden erforderlich, so dass das Verschieben der gespeicherten Daten entsprechend verzögert werden muss. Wie nachstehend näher erläutert, erfolgt dies durch Erregen der Blitzauslôsevorrichtungen unmittelbar nachdem alle gespeicher-
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tenDaten aus dem Register geschoben worden sind. Bei den für einen vollständigen Zyklus angenommenen 256 Taktimpulsen und einer Taktfrequenz von 100 Impulsen/sec sind mehr als 2 sec für die Erholung der Photozellen verfügbar.
Der Kabelimpulstreiberkreis --38-- ist an den Ausgang einer UNDTorschaltung --56-- mit einem Eingang aus der ersten Stufe des Schieberegisters und einem weiteren Ausgang aus der Verschiebeimpuls-Sammelleitung --52-- angeschlossen. Wie nachstehend noch
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gesteuert, der einen Stromkreis von der -12 V-Sammelleitung --64-- über einen Widerstand --66-- an Erde (Erde oder Masse) legen und somit schliessen kann. Folglich ändert sich beim Schliessen des Schalters der Eingang von-12 V auf Erdpotential. Der Läuferschalter wird mit Hilfe eines Läufers oder eines Flügelrades betätigt, der bzw. das mit einer der Wasserströmungsgeschwindigkeit proportionalen Geschwindigkeit umläuft. Die Läuferimpulse treten asynchron auf und werden durch den Umsetzer --40-in Synchronimpulse umgewandelt, so dass sie sich mit den übrigen Daten- und Steuerimpulsen verschachteln lassen.
Die UND-Torschaltungen --56 und 60-- sowie die zusätzlichen UND-Torschaltungen --68, 70 und 72-- bilden die Steuerkreise --42-- nach Fig.1.
Ein Satz aus drei zweipoligen Wechselkontakt-Kippschaltern S, S,, S. wählt die den zeitgesteuerten Betrieb jedes Strömungsmessgerätes bestimmenden Ausgänge des Befehlszählers --44--. Jeder dieser
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S,reiche a und b jedes Schalters mechanisch miteinander gekuppelt. Die a-Bereiche können den einen oder andern der Ausgänge der sechsten, siebenten und achten Stufe des Befehlszählers auswählen, während die b-Bereicheden einen oder andern der Ausgänge der zweiten, dritten und vierten Stufe des Befehlszählers auswählen können. Jedes Strömungsmessgerät hat eine andere Schaltstellungs-Einteilung, die in der Schalterstellungstabelle nach Fig. 2 als typische Schaltstellungs-Einteilungen dargestellt sind, wobei die im Schaltbild nach Fig. 2 dargestellten Schalter sich in ihrer Nullstellung befinden.
Der zeitlich gesteuerte Betrieb der Steuerkreise wird später beschrieben.
Fig. 4 zeigt einen Takt- und Rückstellimpulsgeneratorkreis --46-- zum Umformieren der auf dem Kabel--10-- übertragenen Takt- und Rückstellimpulse. Wie gezeigt, können die Haupttaktimpulse von Null auf +3 V ansteigende positive Impulse und die Rückstellimpulse von Null auf +8 V ansteigende positive Impulse sein. Die Ansteige- und Abfallzeit beträgt beispielsweise 100 ilsec und der Taktimpuls- - Arbeitszyklus50 ).
DerRückstellimpulsgenerator enthält einen Schwellenwertkreis --74--, während der Taktimpulsgenerator einen Schwellenwertkreis --76-- enthält. Der Schwellenwertkreis-74-enthält zwei P-N-P-Transistoren --78 und 80--, deren Emittoren über einen gemeinsamen Widerstand --82-an die +12 V-Sammelleitung angeschlossen sind. Die Basis des Transistors --78-- ist über einen Widerstand--84-- mit dem Eingangsanschluss --86-- aus dem Kabel verbunden. Der Kollektor des Transistors --78-- istandie12 V-Sammelleitung angeschlossen. Die Basis des Transistors --80-- ist an eine +5 V- - Stromquelle angeschlossen, während sein Kollektor über einen Widerstand --8-- mit der -12 V-Sammelleitung verbunden ist.
Der Schwellenwerkreis --76-- ist mit Ausnahme der Werte entsprechend, wobei die Spannung an der Basis der zweiten Stufe des Kreises-76-+1, 5 V beträgt.
Der Kollektor des Transistors --80-- ist an die Basis eines andern P-N-P-Transistors --90-- angeschlossen, dessen Emitter geerdet und dessen Kollektor über einen Widerstand --92-- mit der -12 V-Sam- melleitung verbunden ist. Zwischen der Basis und dem Emitter ist eine Diode --94-- angeschlossen zur Begrenzung der gegebenenfalls angelegten Rückwärtsvorpsannung. In dem Taktimpulsgenerator-Transistor - 96-- sind der Widerstand --98-- und die Diode --100-- entsprechend angeschlossen. Der Kollektor des Transistors --90-- ist über einen Kondensator-i02-an den Verbindungspunkt von zwei Widerständen
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104Widerstand --108-- geerdet und ausserdem an einen Ausgangsanschluss --109-- für die Taktimpulse angeschlossen.
Die +5 V-und +1, 5 V-Potentiale kann man aus einem Vorspannkreis erhalten, der einen in Reihe mit einer Zenerdiode --112-- zwischen der+12 V-Sammelleitung und Erde liegenden Widerstand-110-
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Verbindungspunkt zwischen diesen beidensistors--158-- ist über ein RC-Glied mit einem reihengeschalteten Widerstand --168-- und einem durch einen Widerstand --172-- überbrückten Nebenschlusskondensator --170-- an die UND-Torschaltungen angeschlossen.
Jede UND-Torschaltung enthält zwei Dioden --174 und 176--, die von den Eingangsanschlüssen aus aneinen Widerstand --178-- angeschlossen isnd, der seinerseits an die-12 V-Sammelleitung angeschlossen ist. Der Verbindungspunkt zwischen den Dioden und dem Widerstand ist über einen Kondensator-180- und über eine Diode --182-- an den Widerstand --168-- angeschlossen, wobei der Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator-180-- und der Diode-182-- über einen Widerstand --184-- an die -12 V- - Sammelleitung angeschlossen ist. Der Widerstand --184-- ist durch eine Diode --186-- überbrückt. Zum Einleiten eines Datenimpulses werden gleichzeitige negative Impulse an die Eingänge jeder UND- - Torschaltung angelegt.
Beim Fehlen dieser negativen Eingangsimpulse sind die entsprechenden Dioden - -174und 176--leitend, so dass ein positiver Impuls über den zugeordneten Kondensator --180-- fliesst, der eine Grösse aufweist, die ausreicht, um die zugeordnete Diode --182-- zu durchfliessen und den Tran- sistor --158-- für eine durch die Parameter des RC-Gliedes an der Basis des Transistors bestimmte Zeitspanne leitend zu machen. Wenn der Transistor leitend ist, wird über die Diode-58-- dem Kabel-10- ein negativer Impuls zugeführt. Wie durch die Wellenform veranschaulicht, bewirkt die Erzeugung der negativen Ausgangsimpulse nach den positiven Haupttaktimpulsen entsprechenden Eingangsimpulsen, dass die Ausgangsimpulse mit den Haupttaktimpulsen am Kabel verschachtelt werden.
Fig. 7A zeigt den Asynchron-Synchron-Umsetzer --40-- und die UND-Torschaltung--72--. Der Umsetzer enthält zwei Flip-Flop-Kreise --188 und 190--. Die UND-Torschaltung enthält zwei Koinzi- denzkreise--72Aund 72B--. Der Eingang --1-- des Kreises --72A-- ist an den Ausgang --A'1-- des Be- fehlszählers angeschlossen, während der Eingang --1-- des Kreises --72B-- an den Ausgang-A-des Befehlszählers angeschlossen ist.
Der Eingang --2-- jedes Kreises it von dem Taktimpulsgenerator --46-- aus an die Taktimpulssammelleitung angeschlossen, während die Eingänge-3, 4 und 5-jeweils an die
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SI'S2derKreis-72A-jedesmal, wenn ein negativer Impuls aus dem Ausgang -- A'1-- des Befehlszählers angelegt wird, einen negativen Ausgangsimpuls-K-. Dies findet auch bei jedem weiteren Taktimpuls statt. DerImpuls--K-wird an den Anschluss --6-- des Flip-Flop-Kreises --190-- angelegt, um sämtliche gespeicherten Daten aus dem Ausgang --10'-- des Flip-Flop-Kreises --188-- in den Ausgang --5-des Flip-Flop-Kreises --190-- zu verschieben.
Am Ende des Impulses--Kl-- ist an dem Anschluss --3-des Flip-Flop-Kreises --190-- ein Impuls --Rn-- vorhanden, der ausserdem auf den Eingang--8-- des
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--72B-- rückgekoppeltAnschluss Kreises --72B-- aufhebt.
Fig. 8 zeigt die 12 V-Stromquelle --47-- und den Steuerkreis --49--. Die +12 V-und die-12 V- -Potentiale ander jeweiligen Sammelleitung erhält man aus zwei Batterien --192 und 194--, deren positive und negative Anschlüsse geerdet bzw. an die betreffende Sammelleitung angeschlossen sind. Ein Relais --196-- besitzt eine Spule --198-- zur Steuerung von zwei Schaltern-200 und 202--, die das Schliessen des Stromkreises aus der Stromquelle zu den Sammelleitungen bewirken. Das Relais --196-wird ausder Plusklemme so gespeist, dass die Schalter den Stromkreis schliessen, wenn ein N-P-N-Tran- sistor--204-- leitend wird. Der Kollektor des Transistors -- 204-- ist über die Relaisspule --198-- an die Plusklemme der Stromquelle angeschlossen, während der Emitter geerdet ist.
Die Basis des Transistors ist anden Verbindungspunkt von zwei zwischen dem Emitter eines N-P-N-Transistors --210-- und Erde angeschlossenen Widerständen--206 und 208-- angeschlossen. Der Kollektor des Transistors --210 - ist ebenfalls an die Plusklemme der Stromquelle angeschlossen, während der Emitter über einen Kondensa- tor --212-- geerdet ist. Die Basis des Transistors --210-- ist über einen Widerstand --214-- an das Ka- bel --10-- angeschlossen, aus dem die positiven Haupttaktimpulse zugeführt werden.
Beim Auftreten von Taktimpulsen wird der Transistor -- 210-- leitend bzw. lädt er den Kondensator --212-- so auf, dass der Transistor --204-- leitend wird, damit er das Relais erregt und die Schalter --200 und 202-- geschlossen werden. Beim Fehlen der Taktimpulse über eine Zeitspanne, die zum Entladen des Kondensators --212-- über die Widerstände --206 und 208-- ausreicht, sperrt der Transi-
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