Einrichtung zum Umformen von stochastisch verteilten Impulsen einer Impulsreihe in eine Impulsreihe mit vorgegebenen Mindestabständen In der Zähltechnik kommen verschiedentlich Im pulsreihen vor, bei welchen zufolge einer stochasti- schen Verteilung von Impulsen mitunter eine zeit liche Anhäufung derselben auftreten kann.
Beispiels weise können Impulse, die aus verschiedenen Quellen stammen, zeitlich sehr nahe beieinander liegen, oder es können auf einem Fliessband befindliche Einhei ten, die mittels Impulsen gezählt werden sollen, so nahe aneinandergerückt sein, dass eine plötzliche Häufung von Impulsen die Folge ist. Von einer Häufung kann natürlich nur gesprochen werden, wenn im Vergleich zu der durchschnittlich auszu wertenden Impulsanzahl kurzzeitig eine bedeutend grössere Anzahl in der Zeiteinheit auftritt. Hiebei kann es sich ergeben, dass die Einrichtung, welche diese Impulse auszuwerten bzw. zu zählen hat, zu folge ihrer Konstruktion zu träge wäre, um solche rasch hintereinanderliegende Impulse zu verarbeiten.
In einem solchen Falle ist es zweckmässig, durch eine geeignete Einrichtung dafür zu sorgen, dass rasch hintereinander auftretende Impulse in einem Speicher werk zwischengespeichert werden und aus diesem Speicherwerk mit einem vorgegebenen Rhythmus ausgezählt werden, welcher an die maximale Arbeits geschwindigkeit des angeschlossenen Mess- oder Re gistrierwerkes angepasst ist. Für das rasche Einspei chern von Impulsen eignen sich in erster Linie elek tronische Schaltelemente wie Kaltkathodenröhren und Transistorschaltungen.
Aus beiden Elementen lassen sich Schieberegister aufbauen, welche vorwärts und rückwärts gesteuert werden können, wobei die Stel lung des Schieberegisters Aufschluss über die Anzahl der eingespeicherten bzw. ausgezählten Impulse gibt.
Demnach ist eine Einrichtung zum Umformen von stochastisch verteilten Impulsen einer Impuls reihe in eine Impulsreihe mit vorgegebenen. Mindest- abständen gemäss der Erfindung dadurch gekenn zeichnet, dass mehrere bistabile elektronische Ele mente zu einem offenen Schieberegister zusammen geschaltet sind, wobei die stochastisch verteilten Im pulse dieses Schieberegister in die eine Richtung verstellen, während getrennt davon erzeugte Zähl impulse konstanten, zeitlichen Abstandes dasselbe Schieberegister in Richtung der Ausgangslage zurück stellen, dass ferner ein elektronisches Schaltelement vorhanden ist, welches stets dann einen Impuls ab gibt,
wenn ein Zählimpuls eintrifft und das Schiebe register nicht in der Ausgangsstellung steht, das hin gegen keinen Impuls abgibt, wenn das Schieberegister in der Ausgangsstellung steht und ein Zählimpuls eintrifft, wobei Vorsorge getroffen ist, dass die pro Zeiteinheit erzeugten Zählimpulse, über einen länge ren Zeitraum gesehen, die stochastisch verteilten Impulse an Zahl übertreffen.
Anhand der Zeichnungen werden zum besseren Verständnis der Erfindung Ausführungsbeispiele be schrieben. Es zeigen die Fig. 1 eine Ausführungsform mit Kaltkathodenröhren als elektronische Schalt elemente, die Fig. 2 und 2a ein mit Transistoren bestücktes Schaltelement, das zum Aufbau einer erfindungsgemässen Einrichtung geeignet ist, und Fig. 3 die aus diesen Schaltelementen aufgebaute Einrichtung.
Fig. 1 stellt die Schaltung eines Intervallumfor- mers mit Kaltkathodenröhren 1-4 dar. Es ist eine Vor- und Rückwärtszählkette vorgesehen, die eine Ausgaberöhre 5 besitzt. Die Kathoden 6 sämtlicher Röhren dieser Zählkette, mit Ausnahme der ersten, sind auf die Zündelektrode 7 der Ausgaberöhre über Dioden 8 ausgekoppelt. Die umzuformende Impuls reihe A schaltet die Zählkette von links nach rechts weiter, während Impulse B eines Impulsgebers dieselbe Zählkette von rechts nach links zurückstel len.
Gleichzeitig wird die Ausgaberöhre 5 durch den Impulsgeber jedesmal zur Abgabe eines Impulses C veranlasst, solange eine der Röhren der Zählkette, mit Ausnahme der ersten, brennt. Die ausgegebenen Impulse C weisen somit das Intervall der Impulse B des Impulsgeber auf; ihre Anzahl ist gleich der Impulszahl A der umzuformenden Impulsreihe. Die Länge der Zählkette muss so gewählt sein, dass auf Grund der zu erwartenden statistischen Wahrschein lichkeit genügend Speichermöglichkeit für rasch hintereinander auftretende Impulse der umzuformen den Impulsreihe gegeben ist. Voraussetzung für ein einwandfreies Funktionieren der Schaltung ist, dass Impulse der Impulsreihe<I>A</I> bzw. der Impulsreihe<I>B</I> nicht gleichzeitig auftreten können.
Auf ähnliche Weise lässt sich ein Schieberegister aus bistabilen transistorisierten Elementen aufbauen. Fig. 2 zeigt die Innenschaltung eines bistabilen Ele mentes, welches als Baustein für ein Schieberegister benutzt werden kann. Die Schaltung arbeitet elek trisch vollkommen symmetrisch. Die Widerstände R1 bis R6 bilden Spannungsteilerketten, welche so bemessen sind, dass stets ein Transistor geöffnet und der andere geschlossen ist. Soll das bistabile Element von einer Lage in die komplementäre Lage gebracht werden, so wird der offene Transistor durch einen kurzen positiven Spannungssprung an seiner Basis gesperrt und damit der Umschaltvorgang ein geleitet.
Die positive Spannung an der Basis kann entweder über die Gleichstromeingänge 13 bzw. 16 oder über die Wechselstromeingänge 14 bzw. 15 aufgebracht werden. Befindet sich beispielsweise der Transistor Trl im geöffneten Zustand und soll er über den Wechselstromeingang 14 mit Hilfe eines positiven Spannungssprunges gesperrt werden, so ist es nicht nur erforderlich, dass der über den Konden sator Cl eingeleitete Spannungssprung eine hinrei chende Flankensteilheit besitzt, sondern es muss ausserdem der Punkt 12 ungefähr das Potential des Emitters haben.
In diesem Fall hat auch der Knoten punkt a die gleiche Vorspannung, und der Spannungs sprung hebt diesen Knotenpunkt auf einen positiven Wert, so dass der Sperrstrom über die Diode D1 der Basis des Transistors Trl zufliesst. Hat der Punkt 12 hingegen eine negative Vorspannung, so hat der Knotenpunkt a zunächst das gleiche negative Poten tial, da die Diode D1 sperrt. Der über den Kon densator Cl eingeleitete Spannungssprung hebt den Knotenpunkt a von diesem negativen Potential bis knapp unter das Emitterpotential, so dass über die Diode D1 kein Sperrstrom geleitet wird. Der Transis tor bleibt weiterhin geöffnet.
Im Blockschaltbild Fig. 2a sind die wesentlichsten Anschlüsse dieser bistabilen Einheit gekennzeichnet, die Anschlüsse zur Zuführung der Versorgungsspannungen sind der Ein fachheit halber weggelassen.
Das vereinfachte Blockschaltbild gemäss Fig. 2a ist bei der in Fig. 3 dargestellten Schaltung des Intervallumformers verwendet. Die stochastisch ver- teilte Impulsreihe A ist auf die Wechselstromeingänge mit den Klemmanschlüssen 14 geschaltet. Das am linken Ende befindliche bistabile Element hat an der Klemme 12 die Vorspannung 0 Volt, so dass beim ersten Impuls der linke Transistor Trl gesperrt wird.
Nach dem Umschaltvorgang ändert sich das Potential an der Klemme 18, das bisher negativ war, zufolge des geöffneten rechten Transistors Tr2 und nimmt ungefähr Emitterpotential an. Da das zweite bistabile Element mit seiner Klemme 12 mit dem Ausgang 18 des ersten bistabilen Elementes ver bunden ist, sind die Voraussetzungen geschaffen, dass beim nächsten Impuls auch das zweite bistabile Element in die gleiche Lage versetzt wird wie das erste; beim dritten Impuls schaltet sich das dritte bistabile Element in die gleiche Lage usw.
Die gleichen Überlegungen gelten für die Impuls reihe B. Diese Impulse sind auf die Wechselstromein- gänge 15 geschaltet; das ganz rechts liegende bistabile Element hat an der Klemme 17 die Vorspannung 0 Volt, so dass sein rechter Transistor beim ersten Impuls der Impulsreihe B gesperrt wird. Der 2. Im puls der Impulsreihe B sperrt den rechten Transi stor des vorletzten Elementes usw.
Die Funktionsweise der Schaltung ist nun kurz folgende: Beim Einschalten nimmt jedes bistabile Element eine beliebige Lage ein, da jedes bistabile Element den Zufälligkeiten des Einschaltvorganges ausgesetzt ist. Die Impulsreihe A versetzt in kürzester Zeit die linken bistabilen Elemente in die Lage mit gesperrten Transistor Trl, die Impulsreihe<I>B</I> versetzt die rechts liegenden Elemente in die Lage mit gesperrtem Transistor Tr2. Je nachdem, ob die Impulsreihe<I>A</I> oder die Impulsreihe<I>B</I> überwiegt, wandert die Trennungslinie zwischen den Elementen mit Linkslage und denen mit Rechtslage auf und ab.
Vereinbarungsgemäss überwiegt im Durchschnitt die Impulsreihe B, so dass die Kette immer in die untere Endlage zurückgetrieben wird. Wenn in der linken Endlage durch die Impulsreihe A ein Impuls eingespeichert wird, so sperrt der linke Transistor Trl des ersten Elementes, und der Ausgang 8 erhält die Vorspannung 0 Volt. Solange dieses bistabile Element in dieser Lage steht, wird jeder Impuls der Impulsreihe B an den Ausgang der Schaltung weiter gegeben. Die Weitergabe erfolgt dadurch, dass die Vorspannung von Punkt 18 über den Widerstand R2 auf den Knotenpunkt d übertragen wird. Jeder positive Impuls der Impulsreihe B hebt über den Kondensator C diesen Knotenpunkt auf positive Werte.
Da der Punkt e über den Widerstand R 1 mit 0 Volt vorgespannt ist, fliesst bei jedem positiven Impuls ein Sperrstrom über die Diode D in den ange schlossenen Impulsformer 1F, welcher den Ausgangs impuls formt. Die Funktionsweise der Schaltung ist gleich wie bei der zuvor beschriebenen Kaltkathoden röhrenschaltung, d. h. wenn von der Ausgangslage des Schieberegisters weg drei Impulse der regel mässigen Impulsreihe in das Schieberegister einge speichert wurden, so sind drei Impulse der Zähl- impulsreihe notwendig, um den Speicherinhalt wieder auszuzählen, wobei bei jedem Zählimpuls am Aus gang der Schaltung ein Abgabeimpuls auftritt.
Der Vorteil dieser Schaltung gegenüber der Kaltkathoden zählkette besteht darin, dass jede Unordnung, die durch von aussen kommende Störungen im Schiebe register hervorgerufen würde, in kürzester Frist auto matisch ausgeschieden wird, da die eine Impulsreihe die Information 0 von der einen Seite und die andere Impulsreihe die Information 1 von der anderen Seite einspeichert. Bei der Schaltung mit Kaltkathodenröhren könnte durch eine von aussen kommende Störung eine zweite Röhre zur Zündung gebracht werden, wodurch das einwandfreie Arbei ten des Registers verhindert würde. In diesem Fall müsste durch einen neuerlichen Stellimpuls die Aus gangsstellung der Schaltung wieder hergestellt werden.
Device for converting stochastically distributed pulses of a pulse train into a pulse train with predetermined minimum intervals. In counting technology there are various pulse trains in which, due to a stochastic distribution of pulses, a temporal accumulation of the same can occur.
For example, pulses from different sources can be very close in time, or units on a conveyor belt that are to be counted using pulses can be so close together that a sudden accumulation of pulses is the result. Of course, one can only speak of an accumulation if, compared to the average number of pulses to be evaluated, a significantly larger number occurs briefly in the time unit. In this case, it can turn out that the device which has to evaluate or count these impulses would be too sluggish due to its construction to process such impulses lying one after the other.
In such a case, it is advisable to use a suitable device to ensure that pulses occurring quickly one after the other are temporarily stored in a storage unit and are counted from this storage unit with a predetermined rhythm, which is based on the maximum working speed of the connected measuring or Re gistrierwerkes is adapted. Electronic switching elements such as cold cathode tubes and transistor circuits are primarily suitable for storing pulses quickly.
Shift registers can be built from both elements, which can be controlled forwards and backwards, the position of the shift register providing information on the number of stored or counted pulses.
Accordingly, a device for transforming stochastically distributed pulses of a pulse series in a pulse series with predetermined. Minimum intervals according to the invention characterized in that several bistable electronic elements are connected together to form an open shift register, the stochastically distributed pulses adjusting this shift register in one direction, while counting pulses generated separately are constant, temporal spacing apart the same shift register move back towards the starting position so that there is also an electronic switching element which always emits a pulse,
when a counting pulse arrives and the shift register is not in the initial position, which, however, does not emit a pulse when the shift register is in the initial position and a counting pulse arrives, provision being made that the counting pulses generated per unit of time over a longer period of time seen, the stochastically distributed impulses exceed in number.
With reference to the drawings, exemplary embodiments will be described for a better understanding of the invention. 1 shows an embodiment with cold cathode tubes as electronic switching elements, FIGS. 2 and 2a show a switching element equipped with transistors which is suitable for constructing a device according to the invention, and FIG. 3 shows the device made up of these switching elements.
1 shows the circuit of an interval converter with cold cathode tubes 1-4. An up and down counting chain is provided which has an output tube 5. The cathodes 6 of all tubes in this counting chain, with the exception of the first, are coupled to the ignition electrode 7 of the output tube via diodes 8. The pulse series A to be converted switches the counting chain from left to right, while pulses B from a pulse generator reset the same counting chain from right to left.
At the same time, the output tube 5 is caused by the pulse generator to emit a pulse C each time as long as one of the tubes of the counting chain, with the exception of the first, is burning. The output pulses C thus have the interval of the pulses B of the pulse generator; their number is equal to the pulse number A of the pulse series to be transformed. The length of the counting chain must be selected in such a way that, due to the expected statistical probability, there is sufficient storage space for pulses occurring in rapid succession in the pulse series to be transformed. A prerequisite for perfect functioning of the circuit is that pulses of the pulse series <I> A </I> or the pulse series <I> B </I> cannot occur simultaneously.
In a similar way, a shift register can be constructed from bistable transistorized elements. Fig. 2 shows the internal circuit of a bistable Ele Mentes, which can be used as a component for a shift register. The circuit works elec trically completely symmetrical. The resistors R1 to R6 form voltage divider chains, which are dimensioned so that one transistor is always open and the other is closed. If the bistable element is to be brought from one position to the complementary position, the open transistor is blocked by a short positive voltage jump at its base and the switching process is initiated.
The positive voltage at the base can be applied either via the direct current inputs 13 or 16 or via the alternating current inputs 14 or 15. If, for example, the transistor Trl is in the open state and it is to be blocked via the alternating current input 14 with the help of a positive voltage jump, it is not only necessary that the voltage jump introduced via the capacitor Cl has a sufficient edge steepness, but it must also the point 12 have approximately the potential of the emitter.
In this case, the node point a also has the same bias voltage, and the voltage jump raises this node point to a positive value, so that the reverse current flows through the diode D1 to the base of the transistor Trl. If the point 12, however, has a negative bias, the node a initially has the same negative potential, since the diode D1 blocks. The voltage jump initiated via the capacitor C1 lifts the node a from this negative potential to just below the emitter potential, so that no reverse current is passed via the diode D1. The transistor remains open.
In the block diagram of Fig. 2a, the most important connections of this bistable unit are marked, the connections for supplying the supply voltages are omitted for the sake of simplicity.
The simplified block diagram according to FIG. 2a is used in the circuit of the interval converter shown in FIG. The stochastically distributed pulse series A is connected to the alternating current inputs with the terminal connections 14. The bistable element located at the left end has the bias voltage 0 volts at terminal 12, so that the left transistor Trl is blocked with the first pulse.
After the switching process, the potential at the terminal 18, which was previously negative, changes due to the open right transistor Tr2 and assumes approximately the emitter potential. Since the second bistable element with its terminal 12 is connected to the output 18 of the first bistable element, the conditions are created that the second bistable element is placed in the same position as the first with the next pulse; with the third pulse, the third bistable element switches to the same position, etc.
The same considerations apply to pulse series B. These pulses are switched to the alternating current inputs 15; the bistable element on the far right has a bias voltage of 0 volts at terminal 17, so that its transistor on the right is blocked with the first pulse of pulse series B. The 2nd pulse of pulse series B blocks the right transistor of the penultimate element, etc.
The mode of operation of the circuit is now briefly as follows: When switching on, each bistable element assumes any position, since each bistable element is exposed to the randomness of the switch-on process. The pulse series A puts the left bistable elements in the position with blocked transistor Trl in a very short time, the pulse series <I> B </I> puts the elements on the right in the position with blocked transistor Tr2. Depending on whether the series of impulses <I> A </I> or the series of impulses <I> B </I> predominate, the dividing line between the elements with the left and those with the right moves up and down.
As agreed, the pulse series B predominates on average, so that the chain is always driven back into the lower end position. If a pulse is stored in the left end position by the pulse series A, the left transistor Trl of the first element blocks and the output 8 receives the bias voltage of 0 volts. As long as this bistable element is in this position, each pulse of the pulse series B is passed on to the output of the circuit. The transfer takes place in that the bias voltage is transferred from point 18 to node d via resistor R2. Each positive pulse of the pulse series B raises this node to positive values via the capacitor C.
Since point e is biased at 0 volts via resistor R 1, a reverse current flows through diode D into the connected pulse shaper 1F with every positive pulse, which forms the output pulse. The functionality of the circuit is the same as that of the cold cathode tube circuit described above, i.e. H. If three pulses of the regular pulse series have been stored in the shift register from the starting position of the shift register, then three pulses of the counting pulse series are necessary to count the memory contents again, with an output pulse occurring with each counting pulse at the output of the circuit.
The advantage of this circuit compared to the cold cathode counting chain is that any disorder that would be caused by external disturbances in the shift register is automatically eliminated in the shortest possible time, since one pulse series contains information 0 from one side and the other pulse series stores the information 1 from the other side. When switching with cold cathode tubes, an external disturbance could cause a second tube to ignite, which would prevent the register from working properly. In this case, the starting position of the circuit would have to be restored by a new actuating pulse.