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Verfahren zur Unterdrückung von Störimpulsen bei der Übertragung von
Informationen mittels Impulsen Informationen, wie z. B. Steuerbefehle für automatisch
gesteuerte Maschinen oder Meßwerte, werden häufig in Impulsform übertragen, da diese
Übertragungsweise besondere Vorteile zu bieten vermag. Dies gilt vor allem bezüglich
des Geräuschabstandes, der an sich günstig ist und der sich z. B. nach Durchlaufen
großer Strecken oder nach Verschlechterung aus anderen Gründen durch Pulsregeneration
nachträglich wieder verbessern läßt. Die zu übertragenden Werte können jedoch durch
Störimpulse unter Umständen völlig verfälscht werden.
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Ein Eindringen von Störimpulsen ist bei manchen Verwendungszwecken,
wie z. B. bei inkrementalen Positionierungssteuerungen von Werkzeugmaschinen, die
zumeist an stark impulsverseuchten Netzen arbeiten, durch reine Abschirmmaßnahmen
und Einschalten von Siebmitteln schwer, d. h. mit erträglichem technischem Aufwand
in befriedigender Weise zu verhindern. Diese Tatsache bedeutet einen Mangel, der
zur Folge haben kann, daß die an sich vorteilhafte Übertragung von Informationen
mittels Impulse für manche Zwecke nicht benutzbar ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden bei der Übertragung von
Informationen mittels Impulse, die geberseitig in zwei bipolare Impulse verwandelt
sind, die in den Übertragungsweg eingestreuten Störimpulse dadurch unterdrückt und
eine ungestörte Übertragung von Informationen ermöglicht, daß die Impulse als komplementäre
Impulse gleicher Phasenlage ohne vorherige Impulsverzögerung auf verschiedenen Kanälen
an die Empfangsseite übertragen werden und durch an sich bekannte elektronische
Mittel im Empfänger dafür gesorgt wird, daß die Impulse dann und nur dann einAusgangssignal
ergeben, wenn auf beiden Übertragungskanälen gleichzeitig zwei komplementäre Signale
eintreffen. Da auf beide Kanäle eingestreute Störimpulse, die von ein und derselben
Störquelle stammen, keine komplementären Impulse sind, oder von verschiedenen Störquellen
herrührende Störimpulse unterschiedlichen Vorzeichens nicht gleichzeitig auftreten
werden, kann kein Störimpuls auf der Empfangsseite einen Impuls auslösen. Der Fall,
daß zufällig eine Koinzidenz zweier Störimpulse ungleichen Vorzeichens auftritt,
ist zu unwahrscheinlich, um praktisch eine Rolle zu spielen.
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Bei impulsgetasteten Radargeräten ist es zwar bekannt (deutsche Patentschrift
1067 090), Streuimpulse, die wie die Echos von Störzielen eingangsseitig vorhanden
sind, dadurch zunichte zu machen, daß dem Eingangssignal ein verzögertes umgepoltes
Signal additiv überlagert wird, die eine Hälfte des so erhaltenen Kurvenzuges nach
Umkehrung der Polarität gleichgerichtet und die andere Hälfte nach Verzögerung um
eine Sendeimpulslänge ebenfalls gleichgerichtet wird. Demgegenüber geht es bei der
Erfindung darum, bei der Übertragung von Informationen mittels Impulse Störimpulse
zu unterdrücken, die in den Übertragungsweg eingestreut sind. Das Verfahren der
Erfindung arbeitet deshalb auch ohne Umpoler, Verzögerungsleitungen und Gleichrichter.
Die Impulse werden vielmehr nach ihrer Umwandlung in komplementäre Impulse gleicher
Phasenlage in dieser Form auf getrennte Kanäle gegeben und steuern den Empfänger
dann in der Weise, daß dann und nur dann ein Ausgangssignal erhalten wird, wenn
auf beiden Übertragungskanälen gleichzeitig zwei komplementäre Signale eintreffen.
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F i g. 1 zeigt das Schaltbild für ein Beispiel zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens. An der Geberseite I werden die Signale, die z. B.
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in Form von Wellenzügen anfallen, die aus einer positiven und einer
negativen Halbwelle bestehen, am Punkt 1 zugeführt. Sie gelangen an einen
Flip-Flop-Speicher 2. An seinen beiden Ausgängen 3 und 4 werden die in diesem Fall
rechteckförmigen komplementären Signale abgenommen und über die beiden Übertragungskanäle
5 und 6 an die Empfangsseite II übertragen. Dort sind zwei Und-Glieder 7 und 8 vorgesehen.
Beiden Und-Gliedern wird je eines der beiden komplementären Signale unverändert
und das andere über die Umkehrstufe 9 bzw. 10 zugeführt. Die Ausgangssignale der
beiden Und-Glieder 7 und 8 schalten einen Flip-Flop-Speicher 11 synchron um, an
dessen Ausgang sich ein dem Eingangssignal entsprechendes ungestörtes Signal ergibt.
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Etwa in die Übertragungskanäle 5 und 6 eingedrungene Störimpulse können
sich nicht am Flip-Flop-Speicher 11 auswirken, da sie an den Eingängen der Und-Glieder
7 und 8 wegen der vor ihrem jeweils einem Eingang liegenden Umkehrstufe 9 bzw.
10
nur Signale unterschiedlicher Polarität erzeugen und daher kein Ausgangssignal bewirken
können.
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Soweit die Störimpulse in die übertragungskanäle eindringen, wird
die Störwirkung in allen Fällen ehminiert. Wirkt sich eine Störquelle jedoch bereits
auf die vor dem Flip-Flop-Speicher 2 liegende Zuleitung oder diesen selbst aus,
so -werden diese Störimpulse genau wie die Nutzimpulse als komplementäre über die
übertragungskanäle gegeben und können daher auf der Empfangsseite nicht mehr eliminiert
werden.
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Um auch solche Störimpulse wirkungslos zu machen, wird erfindungsgemäß
dafür Sorge getragen, daß die zu übertragende Information nicht wie im oben beschriebenen
Beispiel zuerst in eine Folge elektrischer Impulse umgesetzt und dann aus dieser
Impulsfolge die komplementäre abgeleitet wird, sondern daß die Information vor der
Umsetzung in elektrische Impulse bereits in Form zweier komplementärer Folgen optischer
Impulse vorliegt.
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In diesem Fall tritt eine Eliminierung von Störimpulsen auch für solche
Störimpulse ein, die in vor den übertragungskanälen liegenden Teilen der gesamten
elektrischen übertragungseinrichtung hervorgerufen wurden.
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Die F i g. 2 a zeit ein Schaltbild für eine derartige Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens für den Fall, daß die zu übertragende Information
in Form zweier komplementärer Folgen nichtelektrischer, z. B. optischer Impulse
vorliegt, die jede für sich in elektrische Impulse verwandelt und so übertragen
werden. Die beiden Pfeile 12 und 13 stellen die.- beiden komplementären Folgen von
optischen, d. h. nichtelektrischen Impulsen dar. Sie gelangen an einen Wandler 14
bzw. 15, der die Energieform der anfallenden Impulse von optischer in elektrische
wandelt.
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An. den Ausgängen der Wandler treten in jedem Fall elektrische Impulse
auf. Sie werden dem Eingang von Flip-Flop-Speichern 2' bzw. 2" zugeführt, deren
Ausgang an den übertragungskanal5 bzw. 6 angeschlossen ist. Die beiden übertragungskanäle
5 und 6 enden an der Empfangsseite II in einer Einrichtung, die der entsprechenden
in der F i g. 1 gleicht.
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In F i g. 1 und 2 a sind an den den verschiedenen Teilen der übertragungsstrecke
entsprechenden Stellen des Schaltbildes die dort vorhandenen Impulsformen schematisch
dargestellt, um die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens zu veranschaulichen.
Für den Fall der F i g. 2 a ist dies in F i g. 2 b nochmals gesondert herausgezeichnet:
Die wellenförmigen Impulse am Eingang der Flip-Flop-Speicher 2' und 2" lösen Rechteckimpulse
an deren Ausgang aus. Die sich diesen Nutzimpulsen möglicherweise überlagernden
Störimpulse sind als Nadelimpulse eingezeichnet, um sie augenfällig von den Nutzimpulsen
zu unterscheiden. Die Form ist jedoch, wie keiner näheren Erläuterung bedarf, ohne
Einfluß auf die Wirkungsweise des Verfahrens.
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In F i g. 3 ist eine Anordnung dargestellt, die die Umsetzung der
aus einer Positionsänderung z. B. eines Werkzeuges in einer Werkzeugmaschine bestehenden
Information in zwei komplementäre Impulsformen erlaubt.
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Die Abtastung der Positionsänderungen gegenüber einem Maßstab
17 erfolgt mittels einer Abtastplatte 16. Sie trägt zwei übereinanderliegende
Strichteilungen, die um eine 1/4-Teilung gegeneinander versetzt sind. Der Maßstab
17 und die Abtastplatte 16 werden mit parallelem Licht durchleuchtet, das mit Hilfe
der Optik 18 aus dem von der Glühlampe 19 kommenden Licht gewonnen wird. Mittels
einer doppelten Abbildungsoptik 20 werden die von dem Maßstab 17 und der oberen
Strichteilung der Abtastplatte 16 gebildete Meßfläche auf der Photodiode 21 und
die aus dem Maßstab 17 und der unteren Teilung der Abtastplatte 16 gebildete zweite
Meßfläche auf der Photodiode 22 abgebildet. Bei der Abtastung des Maßstabes 17 treten
am Ausgang der beiden Photodioden 21 und 22 etwa sinusförmige Signale auf, die gegeneinander
um 90° phasenverschoben sind. Auf diese Weise gewonnene Abtastsignale gestatten,
die beiden möglichen Bewegungsrichtungen zu unterscheiden. In analoger Weise können
die erfindungsgemäß zu benutzenden komplementären Impulse erzeugt werden.
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In Fällen, in denen auf eine vollkommene Eliminierung von Störimpulsen
verzichtet werden kann, lassen sich Schaltungen angeben, die einen wesentlich geringeren
technischen Aufwand erfordern als die das erfindungsgemäße Verfahren voll ausnutzenden
Schaltungen gemäß F i g.1 oder 2 a.
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In F i g. 4 a und 5 a sind Beispiele dafür dargestellt. Die Schaltung
der F i g. 4 a entspricht dabei der der F i g. 1 und diejenige der F i g. 5 a dem
in der F i g. 2 a gezeigten Beispiel.
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Wie bei dem Beispiel zur Durchführung des erfindungsgemäßen nach F
i g.1, wird das in Form einer Impulsfolge aus beliebig, z. B. sinusförmig anfallenden
Impulsen bestehende Signal zunächst einem Flip-Flop-Speicher 2 zugeführt. Das eine
seiner beiden Ausgangssignale wird unverändert über den übertragungskanal5 nach
der Empfangsseite übertragen, während sein anderes Ausgangssignal dem übertragungskanal
6 mittelbar über eine Impulsumformerstufe 23 zugeleitet wird. In ihr werden die
Impulse in solche von wesentlich kürzerer Dauer verwandelt. An der Empfangsseite
gelangt das unverändert auf dem Kanal 5 übertragene Ausgangssignal des Flip-Flop-Speichers
2 unmittelbar und das umgeformte mittelbar über eine Umkehrstufe 24 an die Und-Stufe
25. An ihrem Ausgang tritt eine Folge kurzer Impulse auf, die der am Punkt 1 auftretenden
entspricht.
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Alle in die Übertragungskanäle 5 und/oder 6 eingestreuten Störimpulse
mit Ausnahme derjenigen, die auf einen der kurzen Impulse fallen, werden unterdrückt.
Die Schaltungsanordnung ergibt demnach bei unregelmäßig auftretenden Störimpulsen
eine Verminderung der Störwirkung im Verhältnis der Dauer der kurzen Impulse zu
ihrem zeitlichen Abstand.
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Das Zustandekommen dieser Störverminderung ist aus den F i g. 4 b
und 4 c zu erkennen, in denen jeweils die obere Hälfte die Impulse im Übertragungskana15
und die untere diejenigen im übertragungskanal 6 zeigt. In den Figuren sind senkrecht
unter den übertragungskanälen 5 und 6, dem Eingang der Und-Stufe 25 und ihrem Ausgang
26 die in diesen Teilen der Schaltanordnung auftretenden Impulse und die ihnen überlagerten
Störimpulse - diese wieder als. Nadelimpulse- schematisch dargestellt, und zwar
für die eine Polarität (F i g. 4 b) und die entgegengesetzte Polarität (F i g. 4
b).
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Wie man ohne weiteres aus der unteren Hälfte der F i g. 4 b ersieht,
werden alle auf den breiten Impulsdächern
aufsitzenden Störimpulse
27 in der Umkehrstufe abgeschnitten. An die Und-Stufe 25 können daher nur diejenigen
in den Übertragungskanal 6 eingedrungenen Störimpulse 28 gelangen, die in den schmalen
Bereich einer Impulsperiode fallen. Da die Und-Stufe 25 nur dann ein Signal abgeben
kann, wenn an ihren beiden Eingängen gleichzeitig Spannung einer bestimmten Polarität
ansteht - z. B. im Sinne der F i g. 4 b eine nach oben gerichtete Spannung -, kann
nur so lange ein Ausgangssignal an der Und-Stufe 25 auftreten, wie dort ein aus
dem Übertragungskanal 6 stammender kurzer Impuls ansteht. Da die Störimpulse 29
die gleiche Polarität aufweisen wie die Nutzsignale im gleichen übertragungskanal
5, haben sie keinen Einfluß auf das Ausgangssignal der Und-Stufe 25. Daraus ergibt
sich, daß von allen Störimpulsen der im Beispiel der F i g. 4 b angenommenen Polarität
sich nur diejenigen auswirken können, die in die Dauer des in der Impulsformerstufe
23 zeitlich verkürzten Impulses fallen.
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Aus der F i g. 4 c läßt sich erkennen, daß auch für die andere Polarität
der Störimpulse das gleiche gilt. Der Unterschied gegenüber dem bereits erläuterten
Fall liegt nur darin, daß es hier nicht die in den Übertragungskanal 6 eingedrungenen,
sondern die in den Übertragungskanal 5 während der Dauer der kurzen Signale eingedrungenen
Störimpulse 27' sind, die sich auswirken können.
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Die in F i g. 5 a dargestellte Schaltungsanordnung zeigt die Anwendung
des erfindungsgemäßen Gedankens, eine zusätzliche Störimpulsunterdrückung durch
zeitliche Verkürzung der Nutzimpulse bei einer Anordnung zu erreichen, die der Geberseite
der in F i g. 2 a dargestellten Anordnung etwa entspricht. Demgemäß ist die Schaltungsanordnung
der F i g. 5a für zwei komplementäre Signale vorgesehen. Die den Eingängen 30' bzw.
30" der beiden Flip-Flop-Speicher 2' und 2" zugeführten Signale gelangen zu den
Impulsformerstufen 23' und 23" und werden als zeitlich verkürzte Signale über die
Übertragungskanäle 5 und 6 nach der Empfangsseite übertragen. Dort wird eines der
zu übertragenden Signale, im Ausführungsbeispiel das des Übertragungskanals 6, in
der Umkehrstufe 24 umgekehrt, wonach beide Signale die die Ausgangsstufe darstellenden
Und-Stufe 25 steuern.
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Wie in F i g. 5 b und 5 c dargestellt ist, sind bei dem am Ausgang
26 der Und-Stufe 25 auftretenden Signal alle Störimpulse mit Ausnahme derjenigen
unterdrückt, die in die Dauer derjenigen verkürzten Nutzimpulse fallen, die die
entgegengesetzte Polarität haben wie die Polarität, die der betreffende Impuls am
Einfallsort des Störimpulses hatte.
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Von den Störimpulsen 31 scheiden nach F i g. 5 b alle in den Übertragungskanal
5 und die davor liegenden Teile der Schaltungsanordnung gelangten aus. Von den übrigen
Störimpulsen wird allein der Störimpuls 31' nicht unterdrückt.
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Wie ohne weiteres aus F i g. 5 c hervorgeht, kann sich von den entgegengesetzt
wie die Störimpulse 31 gerichteten Störimpulsen 32 nur der Störimpuls
32'
am Ausgang 26 auswirken.
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Die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens kann durch eine große
Hysterese der an der Geberseite verwendeten Flip-Flop-Speicher beeinträchtigt werden.
Es ist deshalb zweckmäßig, entweder nur solche zu benutzen, deren Hysterese klein
ist, oder aber Mittel anzuwenden, die die störende Wirkung herabsetzen. Diese Mittel
können z. B. darin bestehen, daß der Eingangsspannung der Flip-Flop-Speicher eine
hochfrequente Spannung überlagert wird, deren Frequenz groß gegenüber der höchsten
auftretenden Impulsfrequenz ist und deren Scheitelspannung wenig kleiner als die
Auslösespannung der Flip-Flop-Speicher ist.