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Impulszählung für zwei einer zeitlich veränderlichen Zustandsgröße
zugeordnete Impulsfolgen Die Erfindung bezieht sich auf eine Zählschaltung für Impulsfolgen,
die einer zeitlich veränderlichen Zustandsgröße zugeordnelt sind. Insbesondere bezieht
sich. die Erfindung jedoch auf eine sogenannte zeitrichtungsabhängige Impulszählschaltu,ng,
die nicht nur den Betrag der Änderung der Zustandsgröße, sondern auch die Änderungsrichtung
zu erkennen b:zw. zu registrieren gestattet. Um nun die Richtung der zeitlichen
Änderung der Zustandsgröße erfassen zu können, wird davon ausgegangen, daß der Zustandsgröße
zwei Impulsfolgen zugeordnet sind, deren Einzelimpulse zeitlich in einer Richtung
der Zustandsgrößenänderung gegeneinander verschoben sind,, sich aber dabei jeweils
paarweise überlappen. Durch Vergleich der Anzahl der Einzelimpulse, die in den beiden
Impulsfolgen gezählt werden, kann man jeweils auch die Richtung der zeitlichen Änderung
der Zustandsgröße erfassen.
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Die bekannten Zählschaltungen dieser Art besitzen den Nachteil, daß
bei kurzzeitigen Richtungsänderungen, d. h. beim sogenannten Prellen der Zustandsgröße,
Falschzählungen erfolgen können. Diese Falschzählungen treten insbesondere dann
auf, wenn die zeitliche Dauer des mehrmaligen Richtungswechsels der Zustan:dsgrößenänderung
mit der Impulsdauer bzw. der normalen Impulsfolgezeit bei gleichmäßiger Änderung
der Zustandsgröße vergleichbar wird.
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Die erfindungsgemäße zeitrichtungsabhängige Impulszählschaltu-ng umfaßt
zwei von dem Impulsgeber je einer Impulsgruppe gespeiste Monoflops, an deren
Ausgänge angeschlossene drei Konjunktions:schaltungen, deren jede auf ein anderes
Paar von Impulszuständen anspricht und daraus drei neue Impulse bildet, sowie zwei
weitere Konjunktionsschaltungen, die ausgangsseitig über einen gemeinsamen Differenzierverstärker
an ein Impulszählwerk angeschlossen sind, das Impulse der beiden Konjunktionen getrennt
zählt. Dabei wird erfindungsgemäß der ersten dieser beiden Konjunktionsschaltungen
der dritte Impuls, der zweiten Konjunktionsschalbung dagegen der erste Impuls zugeführt,
während andererseits die genannten Impulse den genannten Konjunktionsschaltungen
über Kreuz, und zwar jeweils über einen Differenzierverstärker mit nachgeschaltetem
Flip-Flop, so zugeführt werden, daß beim Auftreten eines Impulses der zugeordnete
Flip-Flop in seinen L-Zustand gesteuert und dadurch die Konjunktionsschaltung geöffnet
wird. Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der zweite Impuls über je einen
Sperrgleichrichter je einem zweiten Kanal des einen der beiden Differenzierverstärker
zum Zurückkippen des zugeordneten Flip-Flops in den 0-Zustand zugeleitet wird. Schließlich
ist bei der erfindungsgemäßen Impulszählschaltung vorgesehen, daß die von den beiden
Konjunktionsschaltungmm denn Zählwerk über einen Differenzierverstärker zugeführten
Impulse über je einen weiteren Sperrgleichrichter den besagten zweiten Kanälen der
beiden den Flip-Flops vorgeschalteten Differenzierverstärker zugeleitet werden.
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Die erfindungsgemäße Impuiszählschaltung besitzt die eingangs erwähnten
Nachteile nicht, sondern. arbeitet auch bei schnellen Richtungsänderungen der Änderung
der Zustandisgröße fehlerfrei und zuverlässig.
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Die erfindungsgemäße Impulszählschaltung wird an Hand . der Zeichnungen
näher erläutert. Dabe: zeigt F i g. 1 ein logistsches Schaltbild der erfndungsgemäßen
Schaltung, F i g. 2 einen ausführlichen Zeitplan, der die Bildung der einzelnen
Impulse der Schaltung veranschaulicht, F i g. 3 einen Zeitplan für Rechtszählung,
F i g. 4 einen Zeitplan für Linkszählung, F i, g. 5 einen Zeitplan entsprechend
F i g. 3 für Rechtszählung, jedoch mit Prellen, wobei der zeitliche Verlauf der
Zustandsgröße mit eingetragen ist, und F :i g. 6 einen Zeitplan für Linkszählung
mit Prellen.
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Bei der in F i g. 1 beispielsweise dargestellten Schaltung werden
die Eingangsimpulse von zwei Fotozellen A und B, die zu einer Doppelfotozelle
zusammengefaßt sind, gebildet. Im vorliegenden Beispiel
besteht
die Zustandsgröße aus dem Drehwinkel der Zählwelle eines Planimeters. Diese Welle
ist in an sich bekannter Weise mit einer Lochscheibe versehen, die sich zwischen
einer Lichtquelle einerseits und der vorgenannten Doppelfotozelle andererseits befindet
(nicht dargestellt). Die Anordnung der beiden Hälften A und B der
Doppelfotozelle ist so getroffen, daß bei Drehung der Lochscheibe- das durch jeweils
ein Loch durchgelassene Lichtbündel nacheinander die beiden Fotozellenhälfte.n belichtet.
In der einen Drehrichtung der Lochscheibe würde also beispielsweise zunächst die
Fotozellenhälfte A belichtet werden, dann die beiden Hälften A und B gleichzeitig,
dann nur die Fotozellenhälfte B, und schließlich würde auch B wieder verdunkelt
werden. Bei Umkehr der Drehrichtung der Lochscheibe würde dann entsprechend zunächst
B und erst dann A belichtet werden. Dieses Spiel wiederholt sich bei Weiterdrehung
der Lochscheibe selbstverständlich für jedes Loch in gleicher Weise.
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In F i g. 2 oben ist. die Doppelfotozelle A, B in verschiedenen
zeitlichen Phasen, von links nach rechts, dargestellt. Waagerechte Schraffur der
Fotozellenhälften deutet Verdunkelung an, während der über die Fotozelle wandernde
Lichtfleck Li als weißer Kreis dargestellt ist.
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Man erkennt, wie zunächst beide Hälften der Fotozelle veirdunkelt
sind, dann der Lichtfleck von links in die linke Fotozellenhälfte A .einwandert,
dann von dieser auch in die rechte Fotozellenhälfte B eintritt, dann wieder die
linke Hälfte A verläßt und schließlich auch aus dar rechten Hälfte B der Doppelfotozelle
austritt. Nach kurzzai@tigear völliger Verdunkelung tritt dann der nächste Lichtfleck
von links ein und wandert in gleicher Weise nach rechts über die beiden Hälften
der Doppelfotozelle.
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Bei diesem überstreichen der Fotozellenhälften A und B ändert sich
entsprechend auch deren Innenwiderstand bzw. der von jeder Fotozellenhälfte abgegebene
Strom 1,1, 1a, wie weiter unten an Hand der Besprechung der F i g. 2 noch
näher erläutert werden soll.
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Wie aus F i g. 1 zu ersehen ist, sind die beiden Fotozellenhälften
A und B an einen Doppelverstärker DV angeschlossen, der mit
seinen beiden Ausgangsspannungen an je einen elektronischen Schalter mit vorbestimmter
Ruhestellung, einen sogenannten Monoflop Ml, M., angeschlossen ist.
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Die Ruhestellungen der beiden Monoflops sind in üblicher Weise durch
den Buchstaben »O«, die Arbeitsstellungen durch den Buchstaben »L<: gekennzeichnet.
Jedem Monoflop können zwei zueinander konjugierte Impulse (a, ä, b, b) ,abgenommen
werden, die praktisch reine Rechteckimpulse sind.
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Die vier verschiedenen Ausgangsimpulse der beiden Monoflops Ml und
M., werden nun jeweils paarweise drei verschicdenen l#önjunktionsschaltungen K;,
K., und K., zugeführt, und zwar derart, wie es aus F i g. 1. im einzelnen ersichtlich
ist. Unter einer derartigen, im folgenden kurz als Konjunktion bezeichneten Schaltung
wird hier in üblicher Weise jede elektronische oder sonstige Schaltung verstanden,
die aus zwei Eingangsspannungen eine Ausgangsspannung in folgender Weise bildet:
Die Höhe der Ausgangsspannung ist entweder Null oder weist einen ganz bestimmten,
unveränderlichen Wert auf. Die Größe der Eingangsspannungen spielt, sobald ein ge--#visser
Schwellwert überschritten ist, für die Funktion keene Rolle. Ene Ausgangsspannung
tritt dann und so lange auf, wenn bzw. als gleichzeitig beide Eingangsspannungen
anliegen. Sobald jedoch auch nur eine der beiden Eingangsspannungen verschwindet,
verschwindet auch die Ausgangsspannung. Derartige Konjunktionen lassen sich beispielsweise
durch gittergesteuerte Gasentladungs.röhren darstellen.
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Wie man sieht, sind bei der paarweisen Verwendung der Ausgangsimpulse
der beiden Monoflops von den vier überhaupt möglichen Kombinationen drei verwendet
worden: Während nämlich den beiden in F i g. 1 links und rechts dargestellten Konjunktionen
K1 und K, jeweils ein Impuls des einen und ein konjugierter Impuls des anderen Monoflops
zugeführt wird, erhält die mittlere Konjunktion K, die beiden konjugierten Impulse
der beiden Monoflops.
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Die Ausgangsimpulse der drei Konjunktionen sind entsprechend mit il,
i., und i.; bezeichnet. Diese drei Impulse werden, wie weiter unten bei Fortsetzung
der Erläuterung der F i g. 1 dargelegt werden soll, zur Bildung der eigentlichen
Zählimpulse herangezogen. Vorerst sei jedoch kurz auf F i g. 2 eingegangen, in der
für einen monotonen Anstieg der Zustandsgröße, d. h. einen glatten Rechtsdurchgang
der Lichtbündel, der zeitliche Verlauf der einzelnen Impulse graphisch dargestellt
ist.
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Oben im Diagramm ist der trapezförmige Stromverlauf der linken Fotozellenhälfte
A (1,q) und da.runter der entsprechend phasenverschobene Stromverlauf (IH) der rechten
Fotozellenhälfte B dargestellt. In halber Höhe des Maximalstromes ist jeweils
gestrichelt diejenige Ordinate eingetragen, bei der der eine bzw. andere angeschlossene
Monoflop umklappt. Die entsprechenden Zeitpunkte sind in dieser Darstellung mit
to, t1, t2, ti ... bezeichnet.
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Unterhalb der vorgezeichneten Stromverläufe der Fotozellen sind die
trapezförmigen Ausgangsspannungen ä, a, b und b der beiden Monoflops
M, und M._, dargestellt.
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Unten in F i g. 2 sind schließlich die Ausgangsimpulse il, i, und
i3 der drei Konjunktionen in ihrem zeitlichen Verlauf dargestellt.
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Die Impulse der drei Konjunktionen müssen nun weiter zu Zählimpulsen
verarbeitet werden. Das g:-schieht in der im unteren Teil der F i g. 1 dargestellten
Schaltung.
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Wie man sieht, sind dort zwei weitere Konjunktionen K4 und K; vorgesehen,
denen jeweils ein Flip-Flop F1 bzw. F" d. h. ein bistabiler elektronischer Schalter,
unter Vorschaltung je eines Differonzierverstärkers D,, D2, vorgeschaltet isst.
Der Konjunktion K, wird der Impuls i.;, der Konjunktion K, dagegen der Impuls il
zugeführt. Weiterhin erhält die Konjunktion K4 einen Auslöseimpuls r1 von dem Flip-Flop
Fr, wenn sich dieser in L-Stellung befindet, und entsprechend die Konjunktion K5
einen Auslöseimpuls 1, von dem Flip-Flop F2.
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Der Flip-Flop F1 wird über den vorgeschalteten Differenzierverstärker
Dl von dem ihm zugeführten Impuls il in seine L-Stellung gekippt, während er von
dem Impuls i." der dem Difforenzie.rverstärker Dl über einen Gleichrichter G1 zugeführt
wird, in die 0-Stellung zurückgekippt wird. Der Gleichrichter verhindert das Rücklaufen
des nachstehend zu besprechenden Hilfsimpulses.
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Entsprechend wird der Flip-Flop F, durch den Impuls i,, nach L, durch
den Impuls i,, dagegen über den Gleichrichter G1 in 0 geschaltet.
Bei:
Varli.egen der jeweils erforderlichen Steuerimpulse (r1, i3 bzw. 11, il)
liefern die beiden Konjunktionen K4 und K5 Ausgangsimpuls.e r2 bzw. 1,. Diese Ausgangsimpulse
werden ebenfalls über einen DiffP-renzierver5tärker, dem hier als Doppelverstärker
ausgebildet ist (D3), als Zählimpulse R bzw. L einem Zählwerk Z zugeführt.
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Die beiden Ausgangsimpulse r2 und 12 der Konjunktionen K4 und Ki,
werden weiterhin noch als H tlfsimpulse über Sperrgleichrichter G3 und G4 den Diffec
enzi;emverstärkern Dl und D, zugeführt. Die beiden Sperrgleichrichter G1 und G,
verhindern also einen Übertritt der durch G3 bzw. G4 zugeführten Hilfsimpulse in
den oberen Teil deT Schaltung, und umgekehrt.
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Nachstehend sei an Hand der F i g. 3 die Bildung der Zählimpulse durch
die vorstehend beschriebene Schaltung bei einem Rechtslauf beschrieben.
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Der Einfachheit halber ist hier die Impulsdauer gleich dem Impulsabstand
gewählt worden. Wie man sieht, ist die Impulsreihe b -, um eine halbe. Impulsbreite.
zeitlich nachieilend gegenüber der Impulsreihe a phasenverschoben.
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Unter dien Impulsreihen a und b sind die in der bereits
beschnebenen Weise von den Konjunktionen K1, K2 und K.3 gelieferten Impulse il,
i, und @3 dargestellt.
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Wie bereits erwähnt wurde, ergibt sich am Ausgang der Konjunktionen
K4 nur dann eine Spannung r2, wenn beide Eingänge dieser Konjunktionen aufgelastet
werden, d. h. für die überdeckungszeiten der Impulse i3 und r1.
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Betrachtet man die in F i g. 3 dargestellten Impulsreihen von links,
so folgt als erstes ein i, Impuls. Dieser gelangt übeir den Gleichrichter G1 und
dien Differenzierverstärker Dl zum Fhp-Flop F1 und schaltet diesen in den 0-Zustand.
Erst kurz danach verschwindet i2, und gleichzeitig beginnt ein il -Impuls. Dieser
gelangt über den Diffenenzierverstärker Dl an den Flip-Flop F, und .schaltet ihn
in dien L-Zustand. Infolgedessen beginnt ein r, -Impuls, der so lange andauert,
bis der Flip-Flop wieder in seinen 0-Zustand zurückgeschaltet wird. Dieses Zurückschalten
kann, wie noch erläutert wird, entweder über den Gleichrichter G1 durch einen i.
-Impuls oder über dien Gleichrichter G3 durch den vom Ausgangsimpuls r, abgezweigten
Hilfsimpuls erfolgen.
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Die Konjunktion K4 eist also durch den r,-Impuls vorbereitet. Sobald
jetzt der erste i,-Impuls beginnt, entsteht am Ausgang der Konjunktion K4 ein Impuls
r2. Der Spannungsanstieg auf der Anstiegsflanke dieses Impulses r, liefert hinter
dem Differenzierverstärk>er D.; einen nadelförmigen Zählimpuls R, der entsprechend
an das Zählwerk weitergeleitet wird.
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Dass Auftreten eines Ausgangsimpulses r2 an der Konjunktion K4 hat
aber auch noch zur Folge, daß -übeT den Gleichrichter G3 - ein Hilfsimpuls an den
Diffeirenziervenstänkor Dl und von dort an den Flip-Flop F, gelangt, der letzteren
wieder in seinen 0-Zustand zurückschaltet. Unmittelbar nach Eintreffendes besagten
Hilfsimpulses am Flip-Flop wird also der Impuls r, beendet und damit die Konjunktion
K4 wieder gesperrt. Zum gleichen Zeitpunkt endet also auch der Ausgangsimpuls r,
dieser Konjunktion. Erst beim Auftreten des nächstem i1 Impulsei wird der FUp-Flop
F, wieder hochgeschaltet; die Konjunktion K4 ist von r, her vorbereitet und bei
Beginn des nächsten i3 Impulses abermals geöffnet, so daß ein weiterer Ausgangsimpuls
r, und damit ein zweUer Zählimpuls R erzcugt wird.
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Die rechte Konjunktion K5, die jeweils vom i2 Impuls über Gleichrichter
G2, DifferenziteTvenstärker DZ und Flip-Flop F, in den Zustand O gebracht
wird, wird zwar ebenfalls periodisch vom i3 Impuls über den Impuls 11 vorbereitet;
diese Konjunktion wird jedoch bei den in F i g. 3 d@argestelken Impulsfolgen
a Lund b niemals leitend, weil sich die Steuerimpulse 11 und il niemals
überlappen. Es entstehen infolgedessen an dieser Konjunktion keine Ausgangsimpulsie
1, und folglich hinter dem Differenzierverstärker D3 rauch keine Zählimpulse L.
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Wise man sieht, entstehen also bei .glattem Rechtslauf aus den phasenverschobenen
Impulsfolgen ä und b Zählimpulse R genau der richtigen Anzahl.
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Die in F i g. 4 dargestellten Impulsfolgen a und b entsprechen einer
Linkszählung, d. h. einer Drehung der belichtenden Lochscheibe in umgekehrter Richtung.
Demzufolge ist die Impulsfolge b voreilend.
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Wie sich unter Zuhilfenahme der F i g. 1 ohne weiteres erkennen läßt,
wenden aus den beiden Impulsfolgen a und b keine Zählimpulse R, sondern hier
nur Zählimpulse L gebildet.
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Die Zählimpulse R in F i g. 3 entsprechen also einem Rechtslauf, während
die Zählimpulse L in F i g. 4 einem Linkslauf entsprechen.
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Während bei den Diagrammen in F i g. 3 und 4 ein monotoner Rechtslauf
bzw. Linkslauf ohne Richtungsumkehr angenommen wurde, bezieht sich die Darstellung
in F i g. 5 auf eine kompliziertere Bewegung, nämlich einen Rechtslauf, der in gewissen
Abständen von einem kurzzeitigen Linkslauf abgelöst wird. Die Zustandsgröße selbst,
nämlich der Drehwinkel a, ist hier über der Zeit t graphisch aufgetragen, während
die Impulsfolgen über derselben Zeitachse in, der Anordnung wie in den F i g. 3
und 4 dargestellt sind. Wie man sieht, entstehen durch die Richtungsumkehr der Zustandsgröße,
d. h. im vorliegenden Falle durch das Prellen der Lochscheibe, in den schraffierten
Zeitbereichen Verfälschungen der Eingangsimpulse a und b. Sofern diese Impulsverfälschungen,
wie es bei den ersten drei schraffierten Bereichen in F i g. 5 der Fall ist, an
günstigen Stellen liegen, verursachen sie nicht das Entstehen von falschen Zählimpulsen
am Ausgang der Schaltung.
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Sofern jedoch die Prelldauer etwas größer ist oder das Prellen in
einem ungünstigen Bereich liegt, wie beispielsweise .in dem etwas breileer gezeichneten
vierten Schraffurbereich der F i g. 5, kann durch die Verformung der Impulsreihen
a und b ein Zählimpuls R erzeugt werden; der jedoch falsch ist, da er nicht wirklich
einer Änderung der Zustandsgröße entspricht.
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Die. .erfindungsgemäße Zählschaltung ist jedoch so ausgebildet, daß
auch ein solcher Falschimpuls bei ungünstigem Prellten und starker Verwirrung dem
Impulsfolgen a und b dadurch wieder unwirksam gemacht wird, daß zusätzlich
ein Zählimpuls L erzeugt wird. Wenn man nun über die tatsächliche Zunahme der Zustandsgröße
in einem bestimmen Zeitintervall unterrichtet sein wild, dann hat man lediglich
von den gezählten R-Impulsen noch die gleichzeitig gezählten L-Impulse abzuziehen.
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In gewissen Fällen kann selbstvorständlich auch nuir die Anzahl der
R-Impulse oder der L-Impulse oder gar ihre Summe interessant sein.
In
F i g. 6 ist schließlich noch eine entsprechende Linkszählung mit Prellung dargestellt,
wobei ein falscher L-Impuls durch einen gleichzeitig erzeugten R-Impuls markiert
wird.
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Wenn im dargestellten Ausführungsbeispiel die Eingangsimpulse von
einer Doppelfotozelle geliefert werden, die über eine umlaufende Lochscheibe periodisch
belichtet wird, so stellt diese Art der Impulserzeugung selbstverständlich keine
Beschränkung für die vorliegende Erfindung dar. Die Impulse können vielmehr auch
auf andere geeignete Weise erzeugt werden. Die Erfindung hat mit der Art der Impulserzeugung
an sich nichts zu tun, sondern bezieht sich lediglich auf die Weiterverarbeitung
zweier zeitlich gegeneinander verschobener Impulsreihen zwecks fehlerfreier Impulszählung
auch bei Rückprell'bewegungen.