DE1100990B

DE1100990B - Device for analog-digital conversion of 2 different values of a measured quantity

Info

Publication number: DE1100990B
Application number: DEC15014A
Authority: DE
Inventors: Henri Soubies-Camy
Original assignee: Compagnie Industrielle des Telephones SA
Current assignee: Compagnie Industrielle des Telephones SA
Priority date: 1957-02-19
Filing date: 1957-06-19
Publication date: 1961-03-02
Also published as: FR1168621A

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur analogdigitalen Umformung von 2" verschiedenen Werten einer Meßgröße mit Abtastbahnen, auf denen zugeordnete Kombinationen von Elementen im binären Code dargestellt sind, und mit photoelektrischen Mitteln zur Erzeugung von durch die jeder Winkelstellung zugeordneter Elementkombinationen bestimmten elektrischen Ströme.The invention relates to a device for analog-digital conversion of 2 "different values a measured variable with scanning paths on which assigned combinations of elements in binary Code are shown, and with photoelectric means for generating through each angular position associated element combinations with certain electrical currents.

Es sind bereits Umwandlungseinrichtungen bekannt, die in dieser Weise aufgebaut sind. Diese Einrichtungen besitzen bewegliche Codierungsorgane in Form eines codierten Sektors, einer codierten Scheibe oder eines codierten Gitters, die an der Zeigerachse eines Meßgerätes angebracht sind. Die lichtempfindlichen Elemente sind radial angeordnet. Diese bekannten Einrichtungen haben jedoch einige durch ihren Aufbau bedingte Nachteile. Das Gewicht der Einrichtung ist verhältnismäßig groß, da die Codierungsorgane beweglich sind, was sich auf die Achsen der drehbaren Teile nachteilig auswirkt. Die Genauigkeit der Arbeitsweise wird beeinträchtigt. Durch die Erhöhung des Trägheitsmomentes verringert sich die Eigenfrequenz des Gerätes. Der Abstand zwischen zwei Bahnen kann nicht geringer gemacht werden als der Durchmesser eines lichtempfindlichen Elementes, wodurch der Dimensionierung der codierten Sektoren enge Grenzen gesetzt sind. Die Herstellung der Skalenscheibe ist verhältnismäßig umständlich.Conversion devices are already known which are constructed in this way. These bodies have movable coding organs in the form of a coded sector, a coded disk or a coded grid attached to the pointer axis of a measuring device. The photosensitive Elements are arranged radially. However, these known devices have some by virtue of their Construction-related disadvantages. The weight of the device is relatively large, since the coding organs are movable, which affects the axes of the rotatable parts has a detrimental effect. The accuracy of the operation is impaired. By increasing the moment of inertia reduces the natural frequency of the device. The distance between two tracks cannot be made smaller than the diameter of a photosensitive element, whereby the dimensioning of the coded sectors are limited. The manufacture of the dial is relatively cumbersome.

Eine andere bekannte Einrichtung mit ähnlichem Aufbau hat die gleichen Nachteile. Die Einrichtung besteht aus einer Glasscheibe, die ein Muster von abwechselnd transparenten und lichtundurchlässigen Flächen trägt, die in konzentrischen Ringen angeordnet sind. Eine oder mehrere Photozellen sind über einen radialen Schlitz auf das Muster gerichtet angeordnet und können um den Mittelpunkt der ringförmigen Flächen geschwenkt werden. Auf der anderen Seite der Glasscheibe befindet sich eine Lampe.Another known device with a similar structure has the same disadvantages. The establishment consists of a sheet of glass that has a pattern of alternating transparent and opaque Bears surfaces that are arranged in concentric rings. One or more photocells are over one radial slot directed towards the pattern and can be around the center of the annular Surfaces can be swiveled. There is a lamp on the other side of the glass.

Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zur analogdigitalen Umwandlung von 2" verschiedenen Werten einer Meßgröße, bei der die beschriebenen Nachteile vermieden sind. Diese Einrichtung besitzt η konzentrisch angeordnete, jeweils aus einer Folge von abwechselnd der Ziffer »0« und der Ziffer »1« zugeordneten Elementen bestehenden Abtastbahnen in einer solchen Anordnung, daß jeder der umzuwandelnden Meßgröße entsprechenden Winkelstellung auf den verschiedenen Bahnen zugeordnete Kombination von Elementen der gegebene Wert im reflektierten binären Code darstellt. Ferner sind photoelektrische Mittel zur Erzeugung von hinsichtlich ihrer Intensität durch die jeder Winkelstellung zugeordnete Elementekombination bestimmten elektrischen Ströme vorgesehen.The subject of the invention is a device for analog-digital conversion of 2 " different values of a measured variable, in which the disadvantages described are avoided. This device has η concentrically arranged, each from a sequence of alternately assigned to the digit" 0 "and the digit" 1 " Elements existing scanning paths in such an arrangement that each combination of elements associated with the angular position on the various paths corresponding to the angular position to be converted represents the given value in the reflected binary code Currents provided.

Die Erfindung besteht darin, daß die AbtastbahnenThe invention consists in that the scanning paths

Einrichtung zur analog-digitalenFacility for analog-digital

Umwandlung von 2ⁿ verschiedenenConversion of 2 ⁿ different

Werten einer MeßgrößeValues of a measurand

Anmelder:Applicant:

Compagnie Industrielle
des Telephones Soc. An., ParisCompagnie Industrielle
des Telephones Soc. An., Paris

Vertreter: Dipl.-Ing, H. Leinweber, Patentanwalt,
München 2, Rosental 7Representative: Dipl.-Ing, H. Leinweber, patent attorney,
Munich 2, Rosental 7

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 19. Februar 1957Claimed priority:
France 19 February 1957

Henri Soubies-Camy, Meudon, Seine-et-OiseHenri Soubies-Camy, Meudon, Seine-et-Oise

(Frankreich),
ist als Erfinder genannt worden(France),
has been named as the inventor

von abwechselnd lichtempfindlichen Elementen und elektrisch leitenden Elementen gebildet werden und auf der Skalenscheibe eines die umzuwandelnde Meßgröße anzeigenden Zeigermeßinstruments angeordnet sind und daß diese Bahnen mit ihrem einen Ende an einem Pol dieser Spannungsquelle derart angeschlossenare formed by alternating light-sensitive elements and electrically conductive elements and arranged on the dial of a pointer measuring instrument indicating the measured variable to be converted and that one end of these tracks is connected to one pole of this voltage source

sind, daß unter der Einwirkung der Widerstandsveränderung der lichtempfindlichen Elemente durch die Schattenwirkung des sich einstellenden Zeigers die abgegriffene Gesamtspannung den Wert der Meßgröße im reflektierten binären Code darstellt.are that under the action of the change in resistance of the photosensitive elements by the Shadow effect of the pointer that is being set, the total voltage tapped, the value of the measured variable represents in reflected binary code.

Durch den vom Zeiger auf ein lichtempfindliches Element geworfenen Schatten wird der Widerstand dieses Elementes und infolgedessen der Gesamtwiderstand der Bahn, auf der er sich befindet, im Vergleich zu dem mit der Bahn in Reihe liegenden Widerstand beträchtlich vergrößert. Der Schatten des Zeigers auf einem leitenden Element ist dagegen ohne Einfluß auf den Widerstand dieses Elementes und folglich auf den Gesamtwiderstand der Bahn, deren Teil er ist.Resistance becomes the result of the shadow cast by the pointer on a light-sensitive element of this element and, consequently, the total resistance of the track on which it is located, in comparison considerably increased to the resistance lying in series with the railway. The shadow of the pointer on a conductive element, however, has no influence on the resistance of this element and consequently on the Total resistance of the web of which it is part.

Dieser Gesamtwiderstand bleibt sehr klein im Vergleich zu dem in Reihe mit der Bahn geschalteten Widerstand. Man kann also die Spannungen auf den Ausgangselektraden auf die Ziffern 0 und 1 der codierten Zahl, die die Zeigerstellung auf der Skalenscheibe kennzeichnet, abstimmen.This total resistance remains very small in comparison to the resistor connected in series with the railway. So you can put the tension on the Output electrodes on the digits 0 and 1 of the coded number, which indicate the pointer position on the dial indicates, vote.

109 528/354109 528/354

Die Erfindung ist an Hand der Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel erläutert. In den Zeichnungen stellen dar:The invention is based on the drawings an embodiment explained. In the drawings show:

Fig. 1 die Skalenscheibe des erfindungsgemäßen Meßgerätes, , :_ ■Fig. 1 the dial of the measuring device according to the invention,,: _ ■

Fig. 2 den elektrischen Aufbau der Bahnen,2 shows the electrical structure of the railways,

Fig. 3 a die vergrößerte Ansicht von Bahnabschnitten, die für eine Übersetzung in Art_t des natürlichen binären Code angeordnet siritl,3a shows the enlarged view of track sections which are arranged for a translation in type _{t of} the natural binary code,

Fig. 3 b eine vergrößerte Ansicht von Bahnabschnitten, die für eine Übersetzung im reflektierten binären Code gemäß der Erfindung angeordnet sind.Fig. 3b is an enlarged view of track sections for translation in the reflected binary Code according to the invention are arranged.

Fig. 1 stellt die Anordnung der Bahnen für η — 6 dar, was 2⁶ = 64 verschiedenen Kombinationen entspricht, die die Zwischenräume von 0 bis 63 darstellen. Die sechste Bahn entspricht der »Ziffer« der höchsten Ordnung der codierten Zahl und weist jeweils eine Trennungsliriie zwischen zwei Elementen verschiedener Art (einem lichtempfindlichen Element j und einem leitenden Element x); die zu der /-ten Ziffer verwendete Bahn der Ordnung/ besitzt2^e—p Trennungslinien die erste Bahn enthält als 32 Demarkationslinien. Fig. 1 shows the arrangement of the tracks for η - 6, which corresponds to 2 ⁶ = 64 different combinations representing the spaces from 0 to 63. The sixth track corresponds to the "digit" of the highest order of the coded number and has a line of separation between two elements of different types (a light-sensitive element j and a conductive element x); the track of the order / used for the / -th digit has 2 ^e -p dividing lines; the first track contains 32 demarcation lines.

Die lichtempfindlichen Elemente werden in der Zeichnung durch eine punktierte Fläche dargestellt, ■die leitenden Elemente durch eine gestrichelte Fläche; auf jeder Bahn haben die leitenden und die lichtempfindlichen Elemente jeweils die gleiche Länge, abgesehen von den auf den beiden Enden der fünf ersten Bahnen gelegenen lichtempfindlichen Elementen, die halb so lang sind wie die anderen Elemente derselben Bahn. Mit C₀ ist eine gemeinsame Elektrode, an die •ein Ende von allen Bahnen angeschlossen ist, und mit C₁ bis C₆ sind getrennte Elektroden bezeichnet, die ■entsprechend an das andere Ende jeder Bahn angeschlossen sind; 100 ist der Zeiger des Gerätes, 101 und 102 sind dessen Ränder; die Breite dieses Zeigers ist etwa gleich der halben Länge eines der Elemente, das nicht an den Enden der ersten Bahn, zu der es gehört, liegt.The light-sensitive elements are shown in the drawing by a dotted area, ■ the conductive elements by a dashed area; on each track, the conductive and photosensitive elements are the same length, apart from the photosensitive elements located on the two ends of the first five tracks, which are half the length of the other elements on the same track. C ₀ denotes a common electrode to which • one end of all tracks is connected, and C ₁ to C ₆ denote separate electrodes which are ■ connected to the other end of each track, respectively; 100 is the pointer of the device, 101 and 102 are its edges; the width of this pointer is about half the length of one of the elements that is not at the ends of the first track to which it belongs.

In Fig. 2 sind die an die sechs Bahnen P₁ bis P₆ geschalteten elektrischen Kreise dargestellt; die gemeinsame Elektrode C₀ isfemit dem positiven Pol der Stromquelle E verbunden, deren anderer Pol geerdet ist; die Widerstände P₁ bis R₆ sind zwischen die Ausgangselektroden C₁ bis C₆ der verschiedenen Bahnen und Erde geschaltet. Der Wert dieser Widerstände muß im Vergleich zum Wert, den der Widerstand der entsprechenden Bahn annimmt, wenn eines von den lichtempfindlichen Elementen mindestens teilweise vom Zeiger verdeckt wird; gering sein, und er muß im "Vergleich zum Wert, den'der Widerstand annimmt, wenn sich der Zeiger über einem ihrer leitenden Elemente befindet, groß sein. ^i! In Fig. 2, the electrical circuits connected _{to the six tracks P 1} to P _{6 are shown;} the common electrode C _{0 is} connected to the positive pole of the power source E , the other pole of which is grounded; the resistors P ₁ to R ₆ are connected between the output electrodes C ₁ to C _{6 of} the various tracks and earth. The value of these resistances must be compared to the value which the resistance of the corresponding track assumes if one of the light-sensitive elements is at least partially covered by the pointer; be low, and he must be in the "compared to the value den'der resistance assumes when the pointer is over one of its senior members, be great. ^i!

Nachstehend wird die Arbeitsweise der Einrichtung ■erläutert. Als Beispiel werden die Fälle betrachtet, die in den Fig. 3 a und 3 b dargestellt sind, in denen der Zeiger das fünfzehnte und sechzehnte Quantifikationsintervall überdeckt. Dank der Anordnung der Elemente nach einem reflektierten binären Code gibt es niemals zwei Trennungslinien zwischen verschiedenartigen Elementen, von denen die^i;eine in der Verlängerung der anderen liegt. "-·'"'The following explains how the device works. As an example, consider the cases shown in FIGS. 3 a and 3 b, in which the pointer covers the fifteenth and sixteenth quantification intervals. Thanks to the arrangement of the elements according to a reflected binary code, there are never two dividing lines between elements of different types, of which the ^i; one is in line with the other. "- · '"'

Im reflektierten binären^:Gode mit sechs Zeitpunkten wird 15 als 001000 geschrieben; nun erkennt man aber aus Fig. 3 b, daß sieh der¹ Zeiger, wenn er teilweise oder ganz das fünfzehnte Intervall bedeckt, über einem lichtempfindlichen Element der sechsten Bahn P₆, einem lichtempfindlichen -Element der fünften Bahn P₅, einem leitenden Element der vierten Bahn P₄ und licht- -■ empfindlichen Elementen der dritten, zweiten und ersten Bahn befindet. Dies entspricht also der Kombination 001000; folglich wird der Widerstand jeder der Bahnen P₆, P₅, P₃, P₂, P₁ im Vergleich zum entsprechenden Reihenwiderstand erhöht sein, während der Widerstand der Bahn P₄ klein sein wird. Man wird also an den Elektroden C₆, C₅, C₃, C₂, C₁ geringe Spannung haben, während man an der Elektrode C₄ eine Spannung nahe derjenigen der Stromquelle E In the reflected binary ^: Gode with six points in time, 15 is written as 001000; But now it can be seen from Fig. 3b that the ¹ pointer, when it partially or completely covers the fifteenth interval, over a light-sensitive element of the sixth path P ₆ , a light-sensitive element of the fifth path P ₅ , a conductive element of the fourth lane P ₄ and light - ■ sensitive elements of the third, second and first lane. This corresponds to the combination 001000; consequently the resistance of each of the tracks P ₆ , P ₅ , P ₃ , P ₂ , P _{1 will be} increased compared to the corresponding series resistance, while the resistance of the track P _{4 will be} small. So you will have a _{low voltage at the electrodes C 6} , C ₅ , C ₃ , C ₂ , C ₁ , while at the electrode C ₄ a voltage close to that of the power source E.

ίο haben wird.ίο will have.

Wenn der Zeiger teilweise oder ganz den sechzehnten Zwischenraum bedeckt, wirft er seinen Schatten auf lichtempfindliche Elemente der Bahnen P₆, P₃, P₂, P₁ und auf leitende Elemente der Bahnen P₅ und P₄.When the pointer partially or completely covers the sixteenth space, it casts its shadow on light-sensitive elements of tracks P ₆ , P ₃ , P ₂ , P ₁ and on conductive elements of tracks P ₅ and P ₄ .

Dies entspricht der Kombination 011000, d.h. der Zahl 16 im reflektierten binären Code. Es liegt also an den Elektroden C₆, C₃, C₂, C₁ ein sehr schwaches Potential und an den Elektroden C₅, C₄ ein verhältnismäßig hohes Potential.This corresponds to the combination 011000, ie the number 16 in the reflected binary code. There is therefore a very weak potential _{at electrodes C 6} , C ₃ , C ₂ , C ₁ and a relatively high potential _{at electrodes C 5} , C _4.

ao Für den dazwischenliegenden Fall, bei dem der Zeiger das fünfzehnte und sechzehnte Quantifikationsintervall überdeckt, erkennt man, daß die Bahn P₄ allein leitend bleibt und die entsprechende Codezahl also 001000 geschrieben wird wie bei dem vorher betrachteten Intervall 15. Daraus ergibt sich also ein Fehler durch Fehlen einer Einheit. In anderen Fällen kann das Überdecken dagegen einen Überschreitungsfehler hervorrufen, der ebenfalls auf eine Einheit beschränkt ist. Diese Fehlerbegrenzung rührt im allgemeinen daher, daß im reflektierten binären Code zwei aufeinanderfolgende Zahlen durch Merkmalskombinationen dargestellt werden, die sich nur durch den Wert einer einzigen Ziffer voneinander unterscheiden. ao For the case in between, in which the pointer covers the fifteenth and sixteenth quantification _{interval, one recognizes that the path P 4} alone remains conductive and the corresponding code number is written as 001000 as in the previously considered interval 15. This therefore results in an error by lack of unity. In other cases, however, the overlap can cause an overshoot error, which is also limited to one unit. This limitation of errors is generally due to the fact that in the reflected binary code two consecutive numbers are represented by combinations of features which differ from one another only by the value of a single digit.

Sogar in dem natürlichen binären Code ist es nicht anders, wenn der Durchgang durch die Flächen 15 und 16 sich durch die gleichzeitige Umkehrung der fünf letzten Ziffern ausdrückt, um den codierten Ausdruck 00000 herauszuarbeiten, der dem Wert Null der gemessenen Größe entspricht.Even in the natural binary code it is no different when the passage through surfaces 15 and 16 is expressed by simultaneously reversing the last five digits to form the coded expression 00000 to work out, which corresponds to the value zero of the measured quantity.

Diese Betrachtung zeigt die Notwendigkeit, den reflektierten binären Code zu verwenden, um große Codefehler zu vermeiden.
. Um die Einrichtung nach der Erfindung praktisch auszuführen, ist es offensichtlich erforderlich, lichtempfindliche Elemente zu benutzen, deren Widerstand sehr viel kleiner ist, wenn sie belichtet sind, als wenn sie nicht belichtet sind. Hierfür kann man vorteilhaft Cadmium-Sulfid-Elemente verwenden, mit denen man ein Verhältnis der Widerstandswerte bis zu 1000 erhalten kann.This consideration shows the need to use the reflected binary code in order to avoid large code errors.
. In order to practice the device according to the invention it is obviously necessary to use photosensitive elements whose resistance is very much lower when they are exposed than when they are not exposed. For this one can advantageously use cadmium sulphide elements, with which one can obtain a ratio of the resistance values of up to 1000.

Die in Reihe mit den Bahnen geschalteten Widerstände, beispielsweise P₁... P₆, können regelbar sein, wodurch womöglich das Altern der lichtempfindlichen Zellen ausgeglichen werden kann. Sie können auch durch Thermistanzen gebildet werden, um den Ausgleich der Wirkungen der Temperaturveränderung auf die lichtempfindlichen Elemente sicherzustellen. Jedoch sind diese Ausgleichseinrichtungen nicht unerläßlich, um das korrekte Arbeiten der erfindungsgemäßen Einrichtung durch »alles oder nichts« in Verbindung mit logischen Kreisen bekannten Typs zu sichern, denn die Genauigkeit des Codierens hängt da nur von der Zahl der Momente des Codes ab, während in den analogen Systemen die Genauigkeit von Faktoren mit unbestimmter Veränderung abhängt, z. B. Speise- oder Heizspannungen, Umgebungstemperatur usw.The series-connected resistors to the traces, for example, P ₁ ... P ₆ may be regulated, whereby the aging of the light-sensitive cells can possibly be compensated for. They can also be formed by thermal spacing to ensure compensation for the effects of temperature change on the photosensitive elements. However, these compensation devices are not indispensable to ensure the correct operation of the device according to the invention by "all or nothing" in connection with logical circuits of known type, because the accuracy of the coding depends only on the number of moments of the code, while in the analog systems the accuracy depends on factors with indefinite change, e.g. B. supply or heating voltages, ambient temperature, etc.

Die Einrichtung nach der Erfindung kann zur Fernmessung jeder Große, die durch Verschieben eines Zeigers an einer Skalenscheibe gemessen wird, ver-The device according to the invention can be used for remote measurement of any size by moving a Pointer is measured on a dial,

wendet werden, und zwar kann diese Verschiebung in einer Drehung oder einer geradlinigen Bewegung bestehen. be turned, and this shift can consist of a rotation or a rectilinear movement.

Die Einrichtung kann auch folgende Verwendungen erfahren:The facility can also have the following uses:

Sie kann als Maschinentelegraf benutzt werden: Hierbei wird jedes Quantifikationsintervall für einen abweichenden Befehl herangezogen.It can be used as a machine telegraph: Here, each quantification interval for one different command used.

In Telegrafensystemen kann sie als Generator von codierten Signalen, gekennzeichnet durch eine Gruppe von Ziffern oder Buchstaben, verwendet werden.In telegraph systems it can be used as a generator of coded signals, identified by a group of numbers or letters.

In Systemen mit automatischer Regelung kann die erfindungsgemäße Einrichtung zum Übertragen von Werten der einzustellenden Größe in einem Code verwendet werden, der direkt mit dem verglichen werden kann, der den vorgegebenen Wert überträgt.In systems with automatic control, the device according to the invention for transmitting Values of the size to be set can be used in a code that can be compared directly with the that transmits the specified value.

In Systemen mit automatischer Umschaltung kann die Einrichtung als Kreislauf verteil er Verwendung finden. Der Zeiger der Vorrichtung wird in permanenter Rotierungsbewegung angetrieben, wodurch die sukzessive Aussendung der verschiedenen Kombinationen des Codes und die Einschaltung von verschiedenen Organen für jede dieser Kombinationen bewirkt wird.In systems with automatic switching, the device can be used as a circuit distributor Find. The pointer of the device is driven in permanent rotation, whereby the successive transmission of the different combinations of the code and the activation of different ones Organs for each of these combinations is effected.

Claims

Claim:

Device for analog-digital conversion of 2 "different values of a measured variable with μ concentrically arranged, each consisting of a sequence of alternating the number "0" and the number "1" associated elements existing scanning paths, in such an arrangement that each of the The measured variable to be converted is assigned to the corresponding angular position on the various scanning paths Combination of elements represents the given value in reflected binary code, and with photoelectric means for generating intensity by each Combination of elements associated with the angular position of certain electrical currents, characterized in that that the scanning paths of alternating light-sensitive elements and electrically conductive elements Elements are formed and one of the measured variable to be converted on the dial indicating pointer measuring instrument are arranged and that these tracks with their one end on are connected to one pole of a DC voltage source and at their other end via a Resistance at the other pole of this voltage source are such that under the action of the Change in resistance of the light-sensitive elements due to the shadow effect of the setting Pointer the total voltage tapped off the value of the measurand in reflected binary Code represents.

Considered publications:
IRE Transactions on Instruments, June 1956, pp. 168-173;

Proceedings of the IRE, 1952, pp. 1573-1583;
Proceedings of the National Electronics Conference, VoI VIII from 29/30. October 9 and October 1, 1952, pp. 639/640;
Electronics, June 1956, pp. 146-149.

1 sheet of drawings