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Anordnung zum Messen der Zeitabstände von elektrischen Impulsen mit
einer Kathodenstrahlröhre Es ist bekannt, Zeiten als Impulsabstände mit Hilfe eines
Oszillographen zu messen. Bei derartigen Messungen wird der Kathodenstrahl des Kathodenstrahloszillographen
vom Beginn der Messung an kontinuierlich in einer bestimmten Richtung, z. B. seitlich
oder tangential, ausgelenkt, wobei der Auslenkweg ein Maß für die Dauer der zu messenden
Zeit ist. Am Ende der Messung wird dem Kathodenstrahl ein Impuls aufgedrückt, der
ihn auf dem Schirm des Oszillographen eine Marke schreiben läßt, die dann im allgemeinen
innerhalb einer Skala liegt, die auf oder vor dem Bildschirm angebracht ist.
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So. ist es beispielsweise bekanntgeworden, die Bezugsverzerrung von
Fernschreibzeichen nach dieser Methode zu messen. (Die Bezugsverzerrung ist bekanntlich
definiert durch die zeitliche Abweichung des Schritteinsatzes eines der Zeichenelemente
von seiner durch den Schritteinsatz des Anlaufschrittes festgelegten Sollage.) Die
räumliche Lage des Anzeigeimpulses auf einer Skala ergibt unmittelbar die Bezugsverzerrung
in 0/0. Die Skala ist meist in den Bildschirm eingebrannt oder eingeätzt.
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Durch elektronenoptische Fehler im Aufbau einer Kathodenstrahlröhre
ist aber die Proportionalität zwischen der Auslenkspannung und der Auslenkung des
Kathodenstrahls begrenzt. Lediglich auf etwa 60'% der Schirmbreite läßt sich eine
maximale Proportionalität der Auslenkung und damit eine Meßgenauigkeit von ± 1%
erreichen. Außerdem wird die Genauigkeit durch die unvollkommene Zeitlinearität
der Strahlauslenkung (Nichtlinearität des Kippspannungsgenerators bei geradliniger
Auslenkung oder Nichtlinearität wegen eines Klirrfaktors bei kreisförmiger Auslenkung)
begrenzt. Spannungsschwankungen, Röhrenalterung und ähnliche Einflüsse machen sich
bei diesen Abhängigkeitsverhältnissen besonders störend bemerkbar. Um diese Nachteile
zu vermeiden, ist es bekannt, Skalenimpulse zur Wiedergabe der Skala auf der Bildschirmröhre
einzublenden und die Meßimpu.lse entsprechend zu überlagern. Bei diesen bekannten
Anordnungen werden die Skalenimpulse einem eigenen Generator entnommen, der für
die übrige Messung im wesentlichen ohne Bedeutung ist, und die ilIeßimpulse werden
über Verzögerungsglieder zeitrichtig so in Bezug zu den Skalenimpulsen gesetzt,
daß das Meßergebnis von der Btildschirmröhre an einer Skala abgelesen werden kann.
Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß die Meßimpulse verfälscht werden müssen,
d. h., von den Meßimpulsen müssen erst Sekundärimpulse abgeleitet werden, die nach
entsprechender, für alle Impulse eines Meßvorganges gleichen Verzögerung zur Anzeige
herangezogen werden. Hierdurch können zusätzliche Fehler auftreten. Es ist ferner
für bestimmte Meßverfahren bekannt, Skalenmarken mitzuschreiben; so wird beispielsweise
in der Radartechnik verfahren. Diese bekannten Meßverfahren sind jedoch grundsätzlich
verschieden von dem Verfahren, auf dem die Erfindung beruht, da bei den bekannten
Verfahren der Beginn der Messung selbst vom Gerät bestimmt wird. In der Radartechnik
werden die Kurzwellen, deren Laufdauer gemessen werden sollen, zu einem vom Meßgerät
bestimmten Zeitpunkt ausgesandt. Zu diesem Zeitpunkt, der durch das Meßgerät festgelegt
wird, beginnt die Messung. Es ist in diesem Falle verhältnismäßig einfach, auch
den Beginn des Skalenschreibens festzulegen.
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Die Anordnung nach der Erfindung zum Messen der Zeitabstände von elektrischen
Impulsen mit einer Kathodenstrahlröhre arbeitet nach einem anderen bekannten Meßverfahren.
Dieses Meßverfahren besteht darin, daß die für eine Messung notwendigen Vergleichszeiten
durch Abzählen der Impulse eines Taktpulsgenerators gewonnen werden. Dabei setzt
der Meßvorgang jeder einzelnen Messung völlig unvermittelt ein, während bei der
Messung synchron verlaufender Vorgänge der Meßbeginn von vornherein zeitlich festliegt.
Bei der Anordnung zum Messen nach der Erfindung werden ebenso, wie bei bekannten
Anordnungen, die Impulse eines höherfre.quenten Taktpulsgenerators, der auf dem
Bildschirm eine Zeitskala erzeugt und den Kippgenerator über einen Frequenzteiler
steuert, wiedergegeben. Damit nun der Kippgenerator abhängig vom Auftreten des ersten
Meßimpulses zeitrichtig ausgelöst werden kann, zum andern aber auch die Skala in
bezug auf diesen ersten Meßimpuls richtig geschrieben werden kann, ist erfindungsgemäß
zwischen dem Taktpulsgenerator und dem Kippgenerator vor dem Frequenzteiler, von
dessen
Zwischenabgrif-ten die Skalenimpulse für die Zeitskala abgeleitet werden, ein Schaltglied
vorgesehen, das abhängig von einem (ersten) Meßimpuls die Verbindung zwischen Taktpulsgenerator
und Kippgenerator für eine vorgegebene Zeitdauer herstellt.
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Mit der Anordnung nach der Erfindung kann also für völlig unregelmäßige
und von der Meßanordnung unabhängige 1%Ießwerte durch den Einsatz des Meßvorganges
der Skalabeginn auf dem Leuchtschirm festgelegt werden, beispielsweise bei der Messung
der Bezugsverzerrung von einzelnen Fernschreibzeichen. Die Meßanordnung kann so
aufgebaut sein, daß sie ebenso wie die Fernschreibgeräte im Start-Stop-Betrieb mit
einem völlig asynchronen Einsatz des Anlaufschrittes arbeitet.
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Die Anzeige selbst kann mittels geradliniger oder kreisförmiger Ausdenkung
des Kathodenstrahles erfolgen, und die Skala kann in Helligkeitsmodulation oder
durch Auslenkung des Strahles geschrieben werden, wie in den Unteransprüchen angegeben
ist. Für diese wird nur in Verbindung mit dem Hauptanspruch Schutz begehrt.
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In der Zeichnung ist als Anwendungsbeispiel ein 1leßgerät zur Messung
der Bezugsverzerrung von Fernschreibzeichen dargestellt. Soweit in der erläuterten
Figur irgendwelche Werte, sei es Spannungen, Frequenzen oder Zeiten, angegeben sind,
so sind diese Angaben darauf zu beziehen, daß der Bezugsverzerrungsmesser Fernschreibzeichen
mit einer Schrittlänge von 20 ms und einer Telegrafiergeschwindigkeit von 50 Bd
verarbeiten soll.
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Das in der Fig. 1 schematisch in Form eines Blockschaltbildes dargestellte
Meßgerät arbeitet nach dem Start-Stop-Verfahren. Das dargestellte Meßgerät besteht
im wesentlichen außer einer Oszillographenröhre 17 aus einem Grund- (Quarz-) Generator
1, der dauernd eine Frequenz von beispielsweise 20 kHz abgeben soll. In einer Impulsumformerstufe
2 wird aus dir vom Grundgenerator 1 abgegebenen sinusfärmigen Wechselspannung ein
Impuls abgeleitet. Der zeitliche Abstand der einzelnen Impulse beträgt entsprechend
der Grundfrequenz von 20 kHz 50 Rs. Über die Klemme 3 werden die zu messenden Fernschreibzeichen
zugeführt. Diese laufen zunächst über eine Eingangsschaltung 4, die in bekannter
Weise die mit verschiedenartigen Anstiegssteilheiten behafteten Zeichenelemente
(Zeichenschritte) in Zeichenelemente mit rechteckiger Form umbildet. Sobald am Eingang
3 ein Zeichen erscheint, tritt am Ende der Eingangschaltung 4 eine Spannung auf,
die den nachgeordneten Schalter 5, der beispielsweise aus einer Thvratronschaltung
bestehen kann, öffnet. Von diesem Augenblick an ist dann am Ausgang dieses Schalters
eine Spannung vorhanden, die am zweiten Eingang dieses Schalters zunächst lag. Diese
Spannung öffnet wiederum das nachgeordnete Tor 6, das damit durchlässig wird und
die an seinem anderen Eingang liegenden Impulse des Grundgenerators 1 bzw. des nachgeordneten
Impulsumformers 2 durchläßt. Die Zeitspanne vom Einsatz des Anlaufschrittes bis
zum nächstfolgenden Impuls des Grundgenerators gibt den ileßfelller; dieser Meßfehler
kann also maximal so groß werden, wie der Abstand zweier Impulse des Grundgenerators
ist.
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Die durch das Tor 6 hindurchgelangenden Impulse gelangen nunmehr in
eine in sechs Abschnitten 9 bis 14 unterteilte Zähleinrichtung. Die Zählkette ist
beispielsweise aus bistabilen Kippschaltungen auf-Die Zählkette zählt nach dem binären
Zahlensystem, wobei an einzelnen. Stellen eine Rückstellung der einzelnen Zählkettenteile
vorgesehen ist, um auf eine gewünschte Zählkapazität zu kommen. Der Abschnitt 9
der Zählkette ist so dimensioniert, Bai'; der Abstand der Impulse hinter dieser
Zählkette noch 100 [,s entspricht. Das entspricht einem Abstand von 0,51/o. bezogen
auf 20 ms. Hinter dem dritten Abschnitt 11 der Zählkette ist der Abstand der Impulse
noch 1 ms, also 5 % von 20 ms. Aus dem Abschnitt 13 können Impulse zu den Zeiten
8, 18, 28 ... 138 ms entnommen werden. Alle angegebenen Zeiten zählen wie
üblich von dem mit »Null« bezeichneten Start-Stop-Teils des Bezugsverzerrungsmessers,
d. h. vom Einsatz des Anlaufschrittes, der als Bezugspunkt gilt, an. Die zuletzt
erwähnten Zeiten 8, 18 ms usw. liegen an dem Eingang eines Tores 18, dessen einzelne
Funktionen noch später erläutert werden, Aus dem letzten: Abschnitt 14 der Zählkette
können die Zeiten 10 bis 20 ms, 30 bis 40 ms . . . 110 bis 120 ms abgeleitet
werden. Diese Zeiten liegen an dem zweiten Eingang des erwähnten Tores 1.8, so daß
durch Koinzidenzbildung an dem Ausgang dieses Tores nur Impulse zu den Zeiten 18,
38 ... 118 ms auftreten. Außerdem wird der Anstieg der von 10 bis 20 ms,
30 bis 40 ms dauernden Zeitspanne differenziert und die daraus abgeleiteten Impulszeiten
10, 30 ... 110 ms stehen außerdem bereit. Aus dem Abschnitt 14 der Zählkette
können außerdem Zeitspannen abgeleitet werden, die den theoretischen Zeiten der
Verzerrung des Einsatzes der einzelnen Schritte entsprechen. Es kann also z, B.
die 7-titspanne von 70 bis 90 ms abgeleitet werden, die der theoretischen Zeit der
möglichen Verzerrung des Einsatzes des vierten Schrittes entspricht, Diese Ableitung
erfolgt beispieIsweise über eine sogenannte »Gleichrichtermatrix« 20 und kann dazu
ver@vendet werden, die Anzeige an der Kathodenstrahlröhre j.7 auf die Anzeige nur
einzelner Schritte zu beschränken.
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Am Ende der Zählkette tritt außerdem nach 130 ms ein Endimpuls auf,
der über die Leitung 15 dem Schalter 5 zugeführt wird und diesen ausschaltet, wodurch
das Tor 6 gesperrt und der Zählvorgang abgebrochen wird, so daß die --\feßanordnung
wiederum für das nächste Fernschreibzeichen frei ist.
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Die Wirkungsweise der Meßanordnung ist wie folgt: Von den steilen
Flanken des hinter der Eingangsschaltung 4 auftretenden Kurvenzuges (Fernschreibzeichen)
werden Impulse abgeleitet, die über den Verstärker 7 als Anzeigeimpulse an die Kathodenstrahlröhre
geführt werden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt dies über ein noch
später beschriebenes Tor 8, einen die Anzeigeimpulse gegen die Skaleni@rnpulse entkoppelnden
Gleichrichter 22 und einen Kondensatox23. Dieser leitet die Impulse auf das: Steuergitter
(Wehneltzylinder) der Kathodenstrahlröhre zur Aufhellung des Lichtstrahles. Zum
anderen wirken die Impulse auf eines der zur senkrechten Ablenkung des Lichtstrahles,
so daß also auf dem Bildschirm der Röhre ein senkrechter Lichtstrich entsteht.
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Es sei angenommen, daß die Grundhelligkeit der Kathodenstrahlröhre
so eingestellt ist, daß nur während der Zeit der Anzeigeimpulse und der später noch
beschriebenen Skalenimpulse auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre ein Lichtstrich
sichtbar ist. Das erwähnte Tor 8 zwischen dem Verstärker 7 und dein entkoppelnden
Gleichrichter 22 hat die Aufgabe, nur während der Dauer des mit dem SchrittwahlschaIter
24, der die Verbindung eines ganz bestimmten Ausganges der Gleichrichtermatrix zu
dem Tor 8 herstellt,
ausgesuchten Schrittes einem Anzeigeimpuls
den Weg zur Anzeige frei zu machen. Wenn beispielsweise festgelegt wird, daß die
Bezugsverzerrung des dritten Zeichenschrittes gemessen werden soll, dann wird der
Schalter 24 so eingestellt, daß nur während der Dauer, während der der Umschlagzeitpunkt
für den dritten Schritt erfolgen kann, dieses Tor 8 freigegeben wird. Dies ist wie
bereits erwähnt, mit Hilfe der Gleichrichtermatrix verhältnismäßig leicht möglich,
aus der durch die Anordnung von Gleichrichtern ganz bestimmte Zeitspannen aus der
Zähleinrichtung abgenommen werden können, für den dritten Schritt z. B. die Zeit
50 bis 70 ms.
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Die bei der Beschreibung der einzelnen Zählkettenabschnitte erwähnten
Impulse im Abstand von 0,5 bzw. 5 % werden über einen Verstärker 16 und einem Entkopplungsgleichrichter
25 in derselben Art wie die Anzeigeimpulse auf das Steuergitter und die Ablenkplatten
gegeben. Die Impulse im Abstand von 5 0/0 ,werden für einen Meßbereich der Verzerrung
von ±50% verwendet, während bei präziseren Messungen die Skala dadurch gespreizt
werden kann, daß an die Ablenkplatten die Impulse im Abstand von 0,5 % gegeben werden.
In diesem Fall kann aber, wie nachstehend gezeigt, nur noch ein. Meßbereich von
i-10 % Bezugsverzerrung gemessen werden. Dementsprechend kann selbstverständlich
auch durch die Auswahl anderer Zeiten, die Skala in einem anderen Verhältnis gespreizt
werden.
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Es wurde schon erwähnt, daß an dem Tor 18 zur Zeit 18, 38
... 118 ms und zur Zeit 10, 30 ... 110 ms Impulse zur Verfügung stehen.
Von diesen Impulsen werden die letztgenannten dazu benutzt, den Kippgenerator 19
mit einer Kippdauer von 20 ms zu starten. Diese Kippdauer entspricht der ungespreitzten
Skala, also dem Meßbereich von ± 50%. Soll auf eine gespreizte Skala mit dem Meßbereich
von ±101/o umgeschaltet werden, dann wird die Kippdauer des Kippgenerators auf 4
ms gekürzt und der Kippgenerator jeweils zu den Zeiten 18, 38 ... 118 ms
gestartet.
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Der zeitliche Ablauf der von dem Kippgenerator an die waagerechten
Platten gelieferten Spannung ist aus der Fig. 2 und 3 der Zeichnung zu ersehen,
und zwar zeigt die Fig. 2 den Verlauf der Spannung für eine ungespreizte Skala und
Fig. 3 für eine gespreizte Skala. In der Zeichnung entsprechen die reinen Sägezahnkurven
jeweils der Spannung, die an den waagerechten Platten liegt. Die an dem senkrechten
Plattenpaar liegenden Impulse für die Skala und die Meßwerte sind verantwortlich
für die einzelnen auf der Sägezahnkurve senkrecht stehenden Kennmarken. Aus den
beiden Figuren ist außerdem zu ersehen, däß die Meßwerte z. B. größer geschrieben
werden als die Skalenwerte, d. h., die Meßwerti.mpulse müssen entsprechend größeren
Energieinhalt, also beispielsweise größere Spannung aufweisen. Aus Ubersichtlichkedtsgründen
sind in den Figuren auch. Wertangaben mit eingezeichnet, die natürlich auf dein
Leuchtschirm, der durch den Kreis 26 jeweils angedeutet ist, nicht erscheinen, es
sei denn, sie werden vorher an der mutmaßlichen Stelle angebracht.
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Da sowohl die von dem Kippgenerator gelieferte Ablenkspannung wie
auch die Impulsspannung für die Skala von der gleichen Spannungsquelle, nämlich
im Endeffekt vom Quarzgenerator 1, abhängig sind, entsprechen die aufgezeichneten
Skalenmarken genau dem richtigen Wert, und es können keine Fehler dadurch entstehen,
daß der Kippgenerator nicht linear arbeitet.
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Das beschriebene Ausführungsbeispiel kann. in verschiedener Weise
abgewandelt werden; so ist es beispielsweise mit Vorteil möglich, die Skala durch
reine Helligkeitsmodulation und die Meßwerte durch Impulse anzuzeichnen. Aber auch
umgekehrt läßt sich sehr deutlich der Unterschied zwischen Skalenimpulsen und Meßimpulsen
unterscheiden. Der in Fig. 2 und 3 ersichtliche Grundstrich kann sehr einfach durch
Helligkeitsmodulation unterdrückt werden, was natürlich nicht unbedingt erforderlich
ist.
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Skalenimpulse und Anzeigeimpulse sind in dem Ausführungsbeispiel durch
die Gleichrichter 22 und 25 voneinander entkoppelt. Eine Entkopplung der beiden
Impulsquellen kann auch dadurch erreicht werden, daß die Anzeigeimpulse der einen
und die Skalenimpulse mit entgegengesetzter Polarität der anderen Platte eines der
Ablenksysteme zugeführt werden.