Integrationsverfahren und Einrichtung zu dessen Durchführung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Integra tionsverfahren und eine Einrichtung zu dessen Durchführung.
Mechanische Integratoren sind seit langem be kannt. Ihr Anwendungsgebiet beschränkt sich im wesentlichen auf das Planimetrieren von zeichnerisch dargestellten Flächen. Da die Flächen von Hand um fahren werden müssen, ist die Messgenauigkeit von Fall zu Fall verschieden. Ein weiterer Nachteil dieser Messmethode besteht darin, dass alle zu integrieren den Grössen zuerst in einem Diagramm dargestellt werden müssen.
Die vorliegende Erfindung bezweckt nun, Inte grationen ohne die vorstehend erwähnten Nachteile auszuführen; sie basiert darauf, dass es heute möglich ist, jede mechanische, optische, akustische oder thermische Grösse in eine elektrische Spannung ent sprechender Amplitude umzuformen. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz eines Oszillators entsprechend der zu integrierenden Grösse moduliert und die Summe aller vom Oszillator während der Integrationsdauer abgegebenen Impulse elektronisch bestimmt wird. Daraus geht hervor,, dass in den meisten Fällen der Umweg über die zeich nerische Darstellung des Vorganges entfallen kann.
Das erfindungsgemässe Integrationsverfahren ist im folgenden an Hand der beiliegenden Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zeigt, beispielsweise erläutert; es zeigt: Fig. 1 das Blockschema eines elektronischen Integrators, Fig. 2 das Schaltschema eines frequenzmodulier- ten Multivibrators, Fig. 3 die Kennlinie des Multivibrators.
Ist die zu integrierende Grösse eine elektrische Spannung, so kann sie unmittelbar dem elektro nischen Verstärker 1 zugeführt werden.
Ist dies nicht der Fall, so muss die zu integrie rende Grösse zuerst in eine elektrische Spannung umgeformt werden. Die dazu notwendigen Umfor mer sind bekannt (z. B. Mikrophon, Seismometer, Photozelle, Thermoelement usw.).
Der elektronische Verstärker muss dem verwen deten Umformer bzw. der Amplitude und der Fre quenz des Eingangssignals angepasst sein.
Da elektronische Verstärker in geeigneter Aus führung bekannt sind, sollen sie hier nicht näher be schrieben werden.
Die vom elektronischen Verstärker 1 abgegebene Spannung wird einem Multivibrator 2 zugeführt, welcher mit dieser Spannung frequenzmoduliert wird.
Das Schaltschema des Multivibrators ist in Fig. 2, seine Kennlinie in Fig. 3 dargestellt.
Der frequenzmodulierte Multivibrator hat somit die Funktion eines Umformers von Spannungsampli tuden in Zahlenwerte. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, entspricht jeder Eingangsspannung U" eine bestimmte Frequenz f am Ausgang<I>A</I> (Fig. 2). Der Ausgang<I>A</I> des Multivibrators wird nun über einen Schalter S einem elektronischen Zählgerät 3 zugeführt (Fig. 1). Das elektronische Zählgerät muss der Ausgangs frequenz f des Multivibrators angepasst sein.
Da solche Geräte in geeigneter Ausführung bekannt sind,, sollen sie hier nicht näher beschrieben werden.
Der Schalter S wird durch ein Zeitmessgerät 4 gesteuert. Das Zeitmessgerät misst die Dauer des In tegrationsvorganges. Es kann manuell oder automa tisch gesteuert werden.
Der Messvorgang geht folgendermassen vor sich: Die zu integrierende Spannung wird im elektronischen Verstärker 1 auf den notwendigen Pegel verstärkt und als Moduliersignal dem Multivibrator 2 zuge führt (Fig. 4). Wie aus der Kennlinie Fig. 3 hervor geht, entspricht jedem Momentanwerte der Eingangs spannung U, eine bestimmte Impulsfrequenz f am Ausgang (Fig. 5).
Wird daher die Summe aller Ausgangsimpulse des Multivibrators, welches das
EMI0002.0010
darstellt, durch die Messzeit T dividiert, so erhält man die mittlere Impulsfrequenz f", (Fig. 5), welcher eine bestimmte mittlere Eingangsspannung U", entspricht (Fig.4). Die Fläche F ergibt sich dann durch das Produkt<I>U", - T.</I> Es ist nicht notwendig, dass die zu verarbeitenden Grössen von vornherein die Form einer elektrischen Spannung haben,
da alle physika lischen Grössen mit Hilfe von bekannten Umformern in eine entsprechende elektrische Spannung umge wandelt werden können.
Der Mittelwert U", berechnet sich jeweils nach folgender Formel:
EMI0002.0022
die Impulszahl, T die Messdauer und K1, K2 Kon stanten sind.
Daraus folgt für die Fläche: <I>F =</I> U", #T Es sind z. B. folgende Messungen möglich: Bestimmung des Mittelwertes einer variierenden elektrischen Spannung, oder anderer Grössen, die mit Hilfe von Umformern in eine elektrische Spannung umgewandelt werden können.
Messung des Mittelwertes einer variierenden elektrischen Spannung oder irgendeiner Grösse, die mit Hilfe von Umformern in eine elektrische Span nung umgewandelt werden kann, wobei das Resultat in Form von Ziffern abgelesen werden kann.
Messung des arithmetischen Mittelwertes- von Wechselspannungen mit einer untern Grenzfrequenz von 0 Hz, oder irgendeiner Grösse, die mit Hilfe von Umformern in eine elektrische Spannung ent sprechende Frequenz umgewandelt werden kann.
Zur Ausbildung der einzelnen Elemente der Mess- einrichtung ist folgendes zu sagen: Der elektronische Verstärker kann je nach Ver wendungszweck z. B. als Wechselstrom-, Gleich strom- oder Trägerfrequenz-Verstärker ausgebildet sein. Der Verstärkungsfaktor und der Frequenz gang müssen den entsprechenden Verhältnissen an gepasst sein. Als frequenzmodulierter Oszillator kann jede geeignete Ausführung verwendet werden.
Die Frequenzmodulation kann elektronisch wie im vor liegenden Beispiel, mit Hilfe von Reaktanzröhren, magnetisch z. B. durch Permeabilitätsänderung eines Eisenkerns, mechanisch z. B. durch mechanische Änderung einer Kapazität oder einer Induktivität, oder durch irgendeine andere geeignete Methode er folgen. Die Frequenzvariation durch die zu integrie rende Grösse muss linear verlaufen. Die Wellenform des Oszillators kann beliebig sein.
Die Lage der Frequenzvariation im Frequenz spektrum muss dem Messvorgang angepasst werden. Das elektronische Zählgerät muss dem vorge schalteten frequenzmodulierten Oszillator hinsicht lich Eingangsempfindlichkeit, Zählgeschwindigkeit und Speichervermögen angepasst sein. Der Messwert kann entweder weiteren Rechengeräten zugeführt werden, oder er kann optisch, z.
B. durch Glimm- lampen hinter durchsichtigen Platten mit eingravier- ten Zahlen, durch Zeiger von elektrischen Mess- instrumenten, durch besondere Anzeigeröhren, die gleichzeitig ein Bestandteil der Zählerschaltung sind, durch Gasentladungsröhren, durch mechanische Zählwerke usw. angezeigt werden. Die Registrierung der Messwerte kann z. B. durch elektrische Druck werke, elektrische Schreibmaschinen oder andere geeignete Geräte erfolgen.
Die Messwerte können bei sehr schnellen Vorgängen magnetisch, optisch usw. gespeichert werden, und nach beendigtem Mess- vorgang durch ein geeignetes Verfahren registriert werden.
Das Zeitmessgerät misst die Dauer des Integra tionsvorganges. Es kann automatisch durch die zu integrierende Grösse, oder manuell gesteuert werden.
Das Zeitmessgerät kann als zeitbestimmendes Element z. B. ein Feder-Uhrwerk, eine elektrische Netz-Synchronuhr, einen Quarz-Generator usw., ent halten.
Mit dem Zeitmessgerät können zusätzlich noch andere Vorgänge gesteuert werden, wie z. B. die Registrierung von Zwischenwerten während des Mess- vorganges, die Verteilung der Messwerte auf verschie dene Zählgeräte usw. Die Messwerte können bei sehr schnellen Vorgängen z. B. magnetisch ge speichert und nach beendigtem Messvorgang durch ein geeignetes Verfahren registriert werden.