-
Impuls-Phasendiskriminator In der Technik der Automation kommt häufig
die Aufgabe vor, die gegenseitige Pha&enlage zweier gleichfrequenter Impuisfolgen
festzustellen. Diese Aufgabe stellt sich beispielsweise dann, wenn die Drehrichtung
einer Welle bestimmt werden soll. In diesem Fall kann mit der Welle ein Impulsgeber
verbunden sein, der beispielsweise aus Schlitzscheibe, Lichtquellen und Fotozellen
besteht, und der bei Drehung der Welle zwei gleichfrequente Impulsfolgen (a und
b in Fig. 1) erzeugt, zwischen denen eine Phasenverschiebung von 900 besteht. Das
Vorzeichen dieser Phasenverschiebung, welches charakteristisch für die Drehrichtung
der Welle ist, wird dann durch einen Impuls-Phasendiskriminator bestimmt.
-
Eine bekannte, zur Bestimmung des Vorzeichens geeignete Einrichtung
arbeitet auf folgende Weise: Die eine der beiden Impulsfolgen (a in Fig. 1) wird
differenziert, und das so gewonnene Signal c wird mit gleicher Amplitude zur anderen
Impulsfolge addiert (d = b + c). Das Signal d überschreitet im gezeigten Beispiel
die Schwellens nicht; dies ist kennzeichnend dafür, daß die Impulsfolge b der Impulsfolge
a nachläuft (Phasenverschiebung positiv). Werden die Impulsfolgen a und b miteinander
vertauscht, so entsteht das Signal e, welches die Schwellens periodisch überschreitet
und dadurch das entgegengesetzte Vorzeichen der Phasenverschiebung erkennen läßt.
Meist werden zwei solche Einrichtungen verwendet, die so aufgebaut sind, daß, entsprechend
dem Vorzeichen, jeweils eine von ihnen ein die Schwelle s überschreitendes Signal
liefert.
-
Die über die Schwelle s herausragenden Impulsspitzen dienen meist
gleichzeitig der Bestimmung des Drehwinkels oder der Drehgeschwindigkeit der Welle.
-
Die beschriebene Einrichtung erzeugt solche Impulsspitzen mit einer
Frequenz, die der Frequenz der zugeführten Impuls folgen entspricht. Oft ist es
nun erurünscht, im Interesse höherer Genauigkeit ein Signal höherer Frequenz zur
Verfügung zu haben. Die naheliegendste Maßnahme, den Impulsgeber so zu bauen oder
anzubringen (beisp,ielsweise über ein Zahnradgetriebe), daß er pro Umdrehung der
Welle mehr Impulse erzeugt, läßt sich vielfach mit Rücksicht auf den Platzbedarf
und den Aufwand (spielfreies Getriebe!) nicht befriedigend realisieren. Die Erfindung
ermöglicht es dagegen, mit geringem zusätzlichem Aufwand die Frequenz der Ausgangsimpulse
zu vervierfachen. Dies geschieht durch Ausnutzung aller vier markanter Ereignisse,
die sich während einer Periode der zugeführten Impulsfolgen abspielen. Es handelt
sich hierbei um je einen Sprung in positiver und negativer Richtung bei den beiden
Impulsfolge a und b nach Fig. 1.
-
Ein derartig wirkender Impuls-Phasendiskriminator list gekennzeichnet
durch zwei Phasenumkehrschaltungen, welche aus den beiden Eingangsimpulsfolgen a
und b die Folgen - a bzw. - b erzeugen, durch eine Mehrzahl von Differenziergliedern,
welche aus den Eingangsimpuisfolgen a und b, die nach der Zeit differenzierten Folgen
daldt, - da/dt bzw. dbidt, -dbldt erzeugen, durch eine Mehrzahl von A/dditionsschaltungen,
weiche jede der Folgen +a und -a zu jeder der Folgen +dbidt und -db/dt sowie jede
der Folgen + b und - b zu jeder der Folgen + da/dt und - da/dt addieren, und durch
je eine Schwellenschaltung für jede durch Addition erzeugte Folge, deren Schwellenhöhe
größer ist als die Amplituden der Folgen a bzw. b.
-
Die vorgesehene Differenzierung der Eingangsimpulsfolgen erfordert
die Zuführung wenigstens angenähert »rechteckförmiger« Impulse. Liefert der Impulsgeber
keine geeignete Impulsform, sondern mehr oder weniger »sinusförmige« Signale, so
können dem Impuls-Phasendiskriminator in bekannter Weise bistabile Kippschaltungen
vorgesetzt werden.
-
Prinztipieller Aufbau und Wirkungsweise eines Impuls-Phasendiskriminators
nach der Erfindung wenden nun an Hand der Fig. 2 und 3 beschrieben.
-
Gemäß dem Prinzipschaltbild (Fig. 2) werden die Eingangsimpulsfolgen
a und b den beiden Phasenumkehrschaltungen Ka bzw. Kb zugeführt, welche daraus die
Folgen - a bzw. -b erzeugen. Es sind sodann zwei Differenzierglieder Da bzw. Db
vorhanden, welche aus den Folgen a bzw. b die nach der Zeit
differenzierten
Folgen + da/dt, - da/dt bzw. + db/dt, - db/dt erzeugen. Es können hierzu natürlich
auch vier einfachere Differenzierglieder verwendet werden, von welchen je eines
mit den Folgen + a, - a, + b, - b gespeist wird. An den Punkten U werden (von links
nach rechts) durch Addition die Folgen b-daldt - b + da/dt, a + dbldt, - a-db/dt,
b + da/dt, - b-daldt, a-db/dt, -a+db/dt gebildet. Jede dieser Folgen wird einer
Schwellenschaltung S zugeführt, deren Schwellenhöhe s größer ist als die Amplituden
der Folgen a und b. Es ist aus Fig. 3 ohne weiteres ersichtlich, daß eine Impulsfolge
an der Ausgangsklemme +A auftritt, wenn die Eingangsimpulsfolge b der Folge a nachläuft
(linke Spalte der Figur), im umgekehrten Falle aber an der Ausgangsklemme -A (rechte
Spalte). Stets ist die Impulsfrequenz der Ausgangsimpulse viermal so groß wie diejenige
der Eingangsimpulsfolge.
-
Die Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen solchen Impuls-Phasendiskriminator.
Als Phasenumkehrstufen Ka und Kb dienen einstufige Transistorverstärker, deren Verstärkungsgrad
auf den Wert -1 eingestellt ist. Zur Differenzierung der Folgena und b werden zwei
Differenziertransformatoren Da und Db verwendet die je zwei Sekundärwicklungen mit
Mittelanzapfungen tragen. Die Schwellenschaltungen bestehen aus den Gleichrichtern
G, die durch die
Spannungsquelle B über die Widerstände R vorgespannt sind.
-
PATENTANSPROCHE: 1. Impuls-Phasendiskriminator zur Bestimmung des
Vorzeichens der Phasenverschiebung zwischen zwei zugeführten gleichfrequenten Impulsfolgen,
gekennzeichnet durch zwei Phasenumkehrschaltungen, welche aus den beiden Eingangsimpulsfolgen
(a und b) die Folgen (-a bzw. -b) erzeugen, durch eine Mehrzahl von Differenziergliedern,
welche aus den Eingangsimpulsfolgen (a und b) die nach der Zeit differenzierten
Fol;gen (daldt, - da/dt bzw. db/dt, - db/dt) erzeugen, durch eine Mehrzahl von Additionsschaltungen,
welche jede der Folgen (+ a und - a) zu jeder der Folgen (+db/dt und -dbldt) sowie
jede der Folgen (+b und - b) zu jeder der Fol,oen-(+ dald und - daldt) addieren,
und durch je eine Schwellenschaltung für jede durch Addition erzeugte Folge, deren
Schwel-Lenhöhe größer ist als die, Amplituden der Folgen (a bzw. b).