DE1263836B - Device for obtaining interpolation values of digital signals available in the form of zero crossings of phase-modulated oscillations, which are fed to a main and auxiliary counter - Google Patents

Device for obtaining interpolation values of digital signals available in the form of zero crossings of phase-modulated oscillations, which are fed to a main and auxiliary counter

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DE1263836B
DE1263836B DE1966N0029559 DEN0029559A DE1263836B DE 1263836 B DE1263836 B DE 1263836B DE 1966N0029559 DE1966N0029559 DE 1966N0029559 DE N0029559 A DEN0029559 A DE N0029559A DE 1263836 B DE1263836 B DE 1263836B
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DE
Germany
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phase
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auxiliary counter
zero crossings
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DE1966N0029559
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Inventor
Eric Tapley Ferguson
Gerardus Cornelis M Schoemaker
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Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Gloeilampenfabrieken NV
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    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
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    • G01D5/24404Interpolation using high frequency signals

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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHES.GERMAN.

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. Cl.: Int. Cl .:

H03kH03k

Deutsche KL: 21 al - 36/22 German KL: 21 al - 36/22

Nummer: 1 263 836Number: 1 263 836

Aktenzeichen: N 29559 VIII a/21 alFile number: N 29559 VIII a / 21 al

Anmeldetag: 26. November 1966Filing date: November 26, 1966

Auslegetag: 21. März 1968Open date: March 21, 1968

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzielung von Interpolationswerten von in Form von Nulldurchgängen phasenmodulierter Schwingungen zur Verfügung stehenden digitalen Signalen, wobei zwei phasenmodulierte Signale einen gegenseitigen Phasenunterschied aufweisen, der um ein ganzes Vielfaches von 180° abweicht und vorzugsweise ein ungerades Vielfaches von 90° ist, wobei die Zahl der Nulldurchgänge dadurch digital gemessen wird, daß diese phasenmodulierten Signale in Form von Impulsen einer Zählvorrichtung angeboten werden und die Impulse infolge der Phasenmodulation der Signale positiv oder negativ gezählt werden und eine Summe bilden, welche die Zahl der Nulldurchgänge in diskreter Form angibt, wobei eine Interpolation zwischen Nulldurchgängen erzielt wird.The invention relates to a device for obtaining interpolation values in the form of Zero crossings of phase-modulated oscillations available digital signals, with two phase-modulated signals have a mutual phase difference that is a whole A multiple of 180 ° and is preferably an odd multiple of 90 °, where the number the zero crossings is measured digitally in that these phase-modulated signals in the form of Pulses of a counting device are offered and the pulses as a result of the phase modulation of the Signals are counted positive or negative and form a sum, which is the number of zero crossings in discrete form, with interpolation between zero crossings being achieved.

Eine solche Vorrichtung ist aus der französischen Patentschrift 1 308 993 bekannt, bei der die phasenmodulierten Signale aus photoelektrischen Detektierelementen in einer Abstandsmeßvorrichtung mit Rastern herrühren. Die Zahl der in einer bestimmten Richtung auftretenden Nulldurchgänge ist dabei ein diskretes Maß für die Größe eines Abstandes in dieser Richtung. Bei solchen Vorrichtungen ist es möglich, wie bereits in der früheren französischen Patentschrift 1 299 209 erwähnt wurde, durch Interpolation ein genaueres Meßergebnis zu erzielen. Die Lösung der Art und Weise, wie eine Interpolation in solchen und ähnlichen Vorrichtungen, in denen ein Signal der obenerwähnten Art verfügbar ist, durchgeführt werden muß, wurde bisher aber nicht gegeben.Such a device is known from French patent 1 308 993, in which the phase modulated Signals from photoelectric detection elements in a distance measuring device with Grids. The number of zero crossings occurring in a certain direction is a discrete measure of the size of a distance in this direction. With such devices it is possible, as already mentioned in the earlier French patent 1 299 209, by interpolation to achieve a more accurate measurement result. The solution of the way as an interpolation in such and similar devices in which a signal of the type mentioned above is available, must be carried out, but has not yet been given.

Bei Vorrichtungen, in denen die Information in diskreter Form verfügbar ist, tritt das Problem auf, wie bei Anwendung einer Interpolation ein leicht und eindeutig interpretierbares Meßergebnis erzielt werden kann. Zum leichten Ablesen und zur größeren Genauigkeit von Meßergebnissen ist es erwünscht, daß ein Meßwert aus dem diskreten Meßwert und einem Interpolationswert aufgebaut ist, der entweder von diesem diskreten Meßwert subtrahiert oder zu ihm addiert wird und wobei die Größe des Interpolationswertes nie größer als der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden diskreten Werten wird und vorzugsweise höchstens die Hälfte dieses Ab-Standes beträgt. Wenn z. B. der angegebene diskrete Wert 10 Einheiten ist, der Abstand zwischen zwei diskreten Werten 5 Einheiten ist und der wirkliche Wert 12 beträgt, so muß zwischen den Werten 10 und 15 interpoliert werden, mit dem Ergebnis 10 Einheiten als diskreter Meßwert mit + 2 Einheiten als Interpolationswert oder nötigenfalls 15 Einheiten als Vorrichtung zur Erzielung von
Interpolationswerten von in Form von
Nulldurchgängen phasenmodulierter
Schwingungen zur Verfügung stehenden digitalen Signalen, die einem Haupt- und Hilfszähler
zugeführt werden
With devices in which the information is available in discrete form, the problem arises how an easily and clearly interpretable measurement result can be achieved when an interpolation is used. For easy reading and greater accuracy of measurement results, it is desirable that a measurement value is made up of the discrete measurement value and an interpolation value, which is either subtracted from this discrete measurement value or added to it and the size of the interpolation value never greater than the distance between two consecutive discrete values and is preferably at most half of this distance. If z. For example, if the specified discrete value is 10 units, the distance between two discrete values is 5 units and the real value is 12, an interpolation must be made between the values 10 and 15, with the result being 10 units as a discrete measured value with + 2 units as Interpolation value or, if necessary, 15 units as a device for achieving
Interpolation values of in the form of
Phase modulated zero crossings
Vibrations available digital signals that a main and auxiliary counter
are fed

Anmelder:Applicant:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,

Eindhoven (Niederlande)Eindhoven (Netherlands)

Vertreter:Representative:

Dr. H. Scholz, Patentanwalt,Dr. H. Scholz, patent attorney,

2000 Hamburg 1, Mönckebergstr. 72000 Hamburg 1, Mönckebergstr. 7th

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Eric Tapley Ferguson,Eric Tapley Ferguson,

Gerardus Cornells Maria Schoemaker,Gerardus Cornells Maria Schoemaker,

Eindhoven (Niederlande)Eindhoven (Netherlands)

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

Niederlande vom 30. November 1965 (15 518)Netherlands of November 30, 1965 (15 518)

diskreter Meßwert mit —3 Einheiten als Interpolationswert. discrete measured value with -3 units as interpolation value.

Der Zähler für die diskreten Meßwertschritte muß daher dem Meßergebnis möglichst gut folgen, so daß die Interpolation stets zwischen zwei aufeinanderfolgenden diskreten Schritten erfolgt. Außerdem muß, wenn durch eine Änderung des Meßwertes der diskrete Meßwert um einen Schritt springt, der Interpolationswert gleichzeitig springen. Wenn diese Bedingungen stets erfüllt sind, ist auch die Eindeutigkeit des Meßergebnisses gewährleistet.The counter for the discrete measured value steps must therefore follow the measurement result as closely as possible, see above that the interpolation always takes place between two successive discrete steps. In addition, if the discrete measured value jumps by one step due to a change in the measured value, the interpolation value jumps at the same time. If these conditions are always fulfilled, the uniqueness of the measurement result is also guaranteed.

Die Erfindung schafft eine Vorrichtung, bei der diese Anforderungen erfüllt sind, und sie besteht darin, daß die Zählvorrichtung aus einem Hauptzähler und einem Hilfszähler mit beschränkter Zählkapazität besteht, wobei die Impulse dem Hilfszähler angeboten werden und bei dem höchsten bzw. niedrigsten Endstand des Hilfszählers die weiteren positiven bzw. negativen Zählimpulse zum Hauptzähler weitergegeben werden, wobei der Hauptzählerstand in diskreter Form die Zahl der Nulldurchgänge darstellt und weiterhin mit dem Hilfszähler eine Vorrichtung verbunden ist, in der eineThe invention provides an apparatus in which these needs are met and it exists in that the counting device consists of a main counter and an auxiliary counter with limited counting capacity exists, with the impulses being offered to the auxiliary counter and at the highest or lowest final reading of the auxiliary counter, the further positive or negative counting pulses to the main counter are passed on, the main counter reading in discrete form the number of zero crossings represents and also connected to the auxiliary counter a device in which a

809 519/572809 519/572

Spannung erzeugt wird, die positiv oder negativ ist, je nachdem der Hilfszähler einen Wert über oder unter seinem Mittelstand anzeigt, wobei das Verhältnis der aufeinanderfolgenden Zeitintervalle, während deren eine positive bzw. negative Spannung vorhanden ist, ein Maß für den Interpolationswert zwischen zwei aufeinanderfolgenden Hauptzählerständen ist, und dieses Verhältnis mittels einer an sich bekannten Vorrichtung sichtbar gemacht wird.Voltage is generated, which is positive or negative, depending on whether the auxiliary counter has a value above or under his middle indicates the ratio of the successive time intervals while whose positive or negative voltage is present, a measure of the interpolation value between two successive main counter readings, and this ratio by means of a known per se Device is made visible.

Zur Verdeutlichung der Erfindung wird zunächst beispielsweise die Verarbeitung der in einer Vorrichtung nach der französischen Patentschrift 1 308 993 erzielten elektrischen Signale noch einmal erklärt. Dabei sei darauf hingewiesen, daß die Erfindung sich nicht aud dieses Anwendungsbeispiel des Interpolationsverfahrens beschränkt.In order to clarify the invention, the processing of the in a device is first of all, for example according to the French patent 1 308 993 achieved electrical signals explained again. It should be pointed out that the invention does not apply to this application example of the interpolation method limited.

Bei der Vorrichtung nach der französischen Patentschrift 1 308 993 wird die Koordinate χ mittels zweier elektrischer Signale S1 und S2 gemessen, die von photoelektrischen Detektierelementen herrühren und mathematisch folgende Formen haben:In the device according to French patent specification 1 308 993, the coordinate χ is measured by means of two electrical signals S 1 and S 2 , which originate from photoelectric detection elements and have the following mathematical forms:

S1 = A cos -^- (-^- + c sin ü t S 1 = A cos - ^ - (- ^ - + c sin ü t

2525th

S7 = A sin -i- S 7 = A sin -i-

■d■ d

+ c sin ü t + c sin ü t

3535

Zur Vereinfachung der nachfolgenden Auseinandersetzüng sind die Amplituden von S1 und S2 gleich gewählt, obzwar dies für die Wirkungsweise dieses Verfahrens, welches nur von den NulldurchgängenTo simplify the following discussion, the amplitudes of S 1 and S 2 are chosen to be the same, although this for the mode of operation of this method, which only depends on the zero crossings

Gebrauch macht, gar nicht notwendig ist. -^- c stellt die Amplitude des veränderlichen Teiles der sich sinusförmig mit einer Kreisfrequenz Ω ändernden Phase dieser Signale dar. Der \} 'ort von c wird in der Praxis vorzugsweise derart gewählt, daß bei einem festen Wert von x, was in diesem Beispiel bedeutet, daß im Abstand keine Änderung auftritt, keine oder nur eine kleine Gleichspannungskomponente im Signal vorhanden ist. Theoretisch läßt sich aus einer Reihenentwicklung der Signale nachweisen, daß dazu den Punkt M hin und her gezählt. In diesem gezeichneten Beispiel also z. B. zwei Schritte hin und zwei Schritte zurück in einer Richtung längs des Bogens und ein Schritt hin und ein Schritt zurück in der anderen Richtung. Bei einer Vorrichtung nach der Erfindung erfolgt dieses Hin- und Herzählen in einem Hilfszähler, der eine beschränkte Zählkapazität von vier Ständen hat, z. B. 1 und 0, und —1 und —2. Die Summe der Impulse im Hilfsträger ist bei festem χ also gleich Null.Makes use is not necessary at all. - ^ - c represents the amplitude of the variable part of the phase of these signals, which changes sinusoidally with a circular frequency Ω means that there is no change in the distance, that there is no or only a small DC voltage component in the signal. Theoretically, it can be demonstrated from a series expansion of the signals that point M is counted back and forth. In this example drawn, for example. B. two steps there and two steps back in one direction along the arc and one step forward and one step back in the other direction. In a device according to the invention this back and forth counting takes place in an auxiliary counter which has a limited counting capacity of four levels, e.g. B. 1 and 0, and -1 and -2. The sum of the impulses in the subcarrier is therefore zero with a fixed χ.

Wenn sich χ in einer bestimmten Richtung ändert, ist das Argument von N, d. h/ die Zahl der Quadranten, welche die Mitte M durchlaufen hat ab einem Anfangspunkt, wo χ = 0 in dieser Richtung ist, einIf χ changes in a certain direction, then the argument of N, i. h / is the number of quadrants that the center M has traversed from a starting point where χ = 0 in this direction

Maß für -4- in Form eines diskreten Wertes, der in d Measure for -4- in the form of a discrete value, which in d

der Vorrichtung nach der Erfindung an einem Hauptzähler erscheint. Dies wird dadurch erreicht, daß bei Änderung des Wertes von χ in einer bestimmten Richtung die Mitte M in einer dieser Verschiebungsrichtung entsprechenden Richtung zu drehen anfängt, wobei der Hilfszähler stets zur positiven oder negativen Seite das Ende seiner Zählkapazität erreicht. Die vom Hilfszähler nicht aufgenommenen Impulse, sogenannte »Uberlaufimpulse«, werden sofort vom Hauptzähler übernommen.the device according to the invention appears on a main meter. This is achieved in that at If the value of χ changes in a certain direction, the center M begins to rotate in a direction corresponding to this direction of displacement, whereby the auxiliary counter always reaches the end of its counting capacity on the positive or negative side. The impulses not picked up by the auxiliary counter, so-called "overflow impulses", are activated immediately taken from the main counter.

Bisher wurden in der bekannten Vorrichtung nur die Nulldurchgänge der Signale S1 und S2, also bei S1 = 0 und S2 = 0, zur Bestimmung des Abstandes χ verwendet. Bei jedem Nulldurchgang wird also ein Zählimpuls positiv oder negativ gezählt, je nachdem das ArgumentSo far, only the zero crossings of the signals S 1 and S 2 , that is, when S 1 = 0 and S 2 = 0, have been used to determine the distance χ in the known device. With each zero crossing, a counting pulse is counted positively or negatively, depending on the argument

4040

= 0 gewählt werden muß, wobei J0 die= 0 must be selected, where J 0 is the

Bessel-Funktion der Nullten Ordnung ist: die ersten zwei Wurzeln sind c = 1,531 und 3,514, wobei c = 1,5 und 3,5 in der Praxis ausreichend gute Annäherungen sind, d ist eine Systemgröße, nämlich ein sechzehnter Teil der in der französischen Patentschrift 1 308 993 erwähnten Rasterperiodenlänge p. Wenn ρ = 10 μΐη ist, so ist d — 0,625 μΐη, und das Maß χ wird in Einheiten von 0,625 μΐη gemessen.Bessel function of the zeroth order is: the first two roots are c = 1.531 and 3.514, where c = 1.5 and 3.5 are sufficiently good approximations in practice, d is a system quantity, namely a sixteenth part of that in the French U.S. Patent 1,308,993 mentioned raster period length p. If ρ = 10 μΐη, then d - 0.625 μΐη, and the dimension χ is measured in units of 0.625 μΐη.

Die Signale S1 und S2 stellen in kombinierter Form einen Kreisbogen dar. In F i g. 1 ist dieser Bogen dargestellt für den Fall, daß c = 1,5 ist, wobei M die Bogenmitte darstellt. In diesem Fall ist die Länge des halben Kreisbogens infolge der PhasenmodulationThe signals S 1 and S 2 represent a circular arc in combined form. In FIG. 1 this arc is shown for the case that c = 1.5, where M represents the center of the arc. In this case, the length of half the circular arc is due to the phase modulation

des Signals gleich -of the signal equal -

c, also in diesem Falle gleich -j- π c, in this case equal to -j- π

oder, mit anderen Worten, der ganze Kreisbogen mit M als Mitte beansprucht drei Quadranten. Jede Achsenüberschreitung bedeutet einen Nulldurchgang eines der Signale, und diese Nulldurchgänge werden in Form von Impulsen in einer Zählvorrichtung gezählt. Bei einem festen Wert von χ wird also stets infolge der Phasenmodulation mit einer Kreisfrequenz Ω um zu- oder abnimmt. Die Lage von M ist demnach nur innerhalb eines Quadranten bestimmt, was bedeutet, daß im Meßwert von χ eine Unsicherheit von maximalor, in other words, the entire arc with M as its center occupies three quadrants. Each crossing of the axis means a zero crossing of one of the signals, and these zero crossings are counted in the form of pulses in a counting device. With a fixed value of χ, the phase modulation with an angular frequency Ω always increases or decreases. The position of M is therefore only determined within one quadrant, which means that in the measured value of χ there is an uncertainty of maximum

± — besteht. Die Signale S1 und S2 enthalten aber± - exists. However, the signals S 1 and S 2 contain

ausreichende Information für eine genauere Bestimmung des Abstandes x. Dies kann durch Interpolation erfolgen.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung
sufficient information for a more precise determination of the distance x. This can be done by interpolation.
The invention is based on the drawing

45. beispielsweise näher erläutert. Dabei wird von einer Vorrichtung nach der. französischen Patentschrift 1 308 993 als Quelle phasenmodulierte Signale ausgegangen. In diesem Zusammenhang sei aber nochmals darauf hingewiesen, daß sich die Erfindung nicht auf diese Vorrichtung als Signalquelle beschränkt. 45. for example explained in more detail. This is done by a Device according to the. French patent 1 308 993 assumed phase-modulated signals as the source. In this context it should be pointed out again that the invention not limited to this device as a signal source.

F ig. 2 zeigt ein Blockschema einer Vorrichtung nach der Erfindung;
Fig. 3 veranschaulicht die Verarbeitung der Information des Argumentes der erwähnten elektrischen Signale S1 und S2.
Fig. Figure 2 shows a block diagram of a device according to the invention;
Fig. 3 illustrates the processing of the information of the argument of the mentioned electrical signals S 1 and S 2 .

In F ig. 2 ist mit 20 die Vorrichtung nach der französischen Patentschrift 1 308 993 bezeichnet, in der die Signale S1 und S2 erzeugt werden. Diese Signale werden über einen aus der erwähnten Patentschrift bekannten Detektor 21 in dem Nulldurchgang dieser Signale entsprechende Impulsreihen umgesetzt. Die erzielten Impulse werden entsprechend der Zu- oder Abnahme des Argumentes der betreffenden Signale S1 und S2 in einem Hilfszähler 22 mit beschränkter Kapazität positiv bzw. negativ gezählt. Bei dem höchsten bzw. niedrigsten Stand des Hilfszählers werden weitere positive bzw. negative Zähl-In Fig. 2, 20 denotes the device according to French patent specification 1 308 993, in which the signals S 1 and S 2 are generated. These signals are converted by a detector 21 known from the aforementioned patent specification in the pulse series corresponding to the zero crossing of these signals. The pulses obtained are counted positively or negatively in an auxiliary counter 22 with limited capacity according to the increase or decrease in the argument of the relevant signals S 1 and S 2. At the highest or lowest reading of the auxiliary counter, further positive or negative counting

impulse zum Hauptzähler 23 weitergegeben. Entsprechend der Verschiebungsrichtung wird dabei die Summe der Impulse am Hauptzähler 23 zu- oder abnehmen. Der Stand H am Hauptzähler 23 zeigt an, wieviel der Abstand χ ein Vielfaches des Maßes (/ist oder mit anderen Worten, wieviel Quadranten die Mitte M eines Kreisbogens mit einer Längepulses passed to the main counter 23. According to the direction of displacement, the sum of the pulses on the main counter 23 will increase or decrease. The reading H on the main counter 23 shows how much the distance χ is a multiple of the dimension (/ or in other words, how many quadrants the center M of a circular arc with a length

von 2 -^-c in der einen oder anderen Richtungfrom 2 - ^ - c in one direction or another

durchlaufen hat. Dabei sei bemerkt, daß dieses Vielfache des Maßes d, wenn d z.B. 0,625 ;j.m beträgt, nach einem bekannten Umrechnungsverfahren leicht in eine einfachere Einheit umgesetzt werden kann. Die Signale S1 und S2 können gewünschtenfalls in zusammengesetzter Form an einer Wiedergabevorrichtung 24 sichtbar gemacht werden, wobei bei einem festen Wert von χ ein wie bereits im Zusammenhang mit F i g. 1 genannter Kreisbogen erscheint. Mit dem Hilfszähler 22 sind die Vorrichtungen 25 und 26 verbunden, in denen die näher zu besprechenden Signale A und B erzielt werden. Die Signale A und B werden einer Anzeigevorrichtung 27 bzw. einer Regelvorrichtung28 zugeführt. Die Regelvorrichtung 28 ist ihrerseits mit der Vorrichtung 20 verbunden. Die Wirkungsweise der Vorrichtung nach Fi g. 2 wird an Hand der Fi g. 3 näher beschrieben. In F ig. 3 ist auf einer senkrechten Achse das Argument der Signale S1 und S2 in Form einer Größehas gone through. It should be noted that this multiple of the dimension d, if d is, for example, 0.625; jm, can easily be converted into a simpler unit using a known conversion method. The signals S 1 and S 2 can, if desired, be made visible in composite form on a display device 24, with a fixed value of χ a as already in connection with FIG. 1 mentioned arc appears. With the auxiliary counter 22, the devices 25 and 26 are connected, in which the signals A and B to be discussed in more detail are obtained. The signals A and B are fed to a display device 27 and a control device 28, respectively. The control device 28 is in turn connected to the device 20. The operation of the device according to Fi g. 2 is based on Fi g. 3 described in more detail. In Fig. 3 is, on a vertical axis, the argument of the signals S 1 and S 2 in the form of a quantity

y = -j+ c sin m als Funktion des auf einer honzonlalen Achse dargestellten Winkels α t abgetragen. Dabei ist beispielsweise c = 3,5 gewählt, und der Hilfszähler 22 in der F i g. 2 kann z. B. 3, 2, 1, 0 und y = -j + c sin m plotted as a function of the angle α t shown on a horizontal axis. Here, for example, c = 3.5 is selected, and the auxiliary counter 22 in FIG. 2 can e.g. B. 3, 2, 1, 0 and

— 1, —2, —3 oder —4 anzeigen, entsprechend der- Display 1, —2, —3 or —4, according to the

Lage am Kreisbogen, der in diesem Beispiel 1 j Kreis lang ist. Es sei bemerkt, daß der durch die Amplitude A der Signale S1 und S2 bedingte Kreisradius nicht wichtig ist, da nur die Nulldurchgänge für die Messung von Bedeutung sind. Hierdurch wird die Interpolierung z. B. unabhängig von der Temperatur der verwendeten Photozellen, was bei Verwendung von photoempfmdliehen Halbleiterelementen eine Hauptbedingung ist. In F i g. 3 ist in F i g. 3a der Zeichenverlauf der Signale S1 und S2 dargestellt, der ohne weiteres aus der gegebenen Formel folgt. Aus jeder durch Änderung des Argumentes verursachten Zeichenänderung von S1 und S2 kann, wie in F1 g. 3c dargestellt, ein Zahlimpuls positiv oder negativ abgeleitet werden. Dieser Impuls wird am Hilfszähler 22 der Fig. 2 aufgezeichnet. Der Hilfszähler wird im Fall der Fi g. 3c zwischen seinen äußersten Anzeigen —4 und +3 mit derselben Kreisfrequenz .Q wie die Größe y hin und her zahlen. Auf der senkrechten Achse der F1 g. 3 sind eine Anzeige H des Hauptzählers 23 der F i g. 2 und die Anzeigen h des Hilfszählers 22 aufgetragen^ Wenn der Abstand χ die ganze Anzahl H mal so groß ist wie das Maß d, so ist die Anzeige H des Hauptzählers ein direktes Maß für x. y liegt dabei stets zwischen H—4 und H+4. Wenn y außerhalb dieses Bereiches kommt, werden die »überlaufenden« Zählimpulse zum Hauptzähler 23 weitergegeben, der entsprechend der Verschiebungsrichtung nach H+l oder H—1 springt oder gegebenenfalls weiter. Auf diese Weise stellt sich der Hauptzähler 23 stets derart ein, daß y sich zwischen den Grenzen H+4 und H—4 ändert, wobei der Hilfszähler stets zwischen +3 undPosition on the arc, which in this example is 1 j circle long. It should be noted that the circle radius caused by the amplitude A of the signals S 1 and S 2 is not important, since only the zero crossings are important for the measurement. As a result, the interpolation z. B. regardless of the temperature of the photocells used, which is a main condition when using photo-sensitive semiconductor elements. In Fig. 3 is in FIG. 3a shows the graph of the signals S 1 and S 2 , which follows easily from the given formula. Sign change of S 1 and S 2 caused from each of the argument by changing, as g in F1. 3c, a count pulse can be derived positively or negatively. This pulse is recorded on the auxiliary counter 22 of FIG. The auxiliary counter is in the case of Fi g. 3c count between its outermost displays —4 and +3 with the same angular frequency .Q as the quantity y to and fro. On the vertical axis of the F1 g. 3 are a display H of the main counter 23 of FIG. 2 and the displays h of the auxiliary counter 22 plotted ^ If the distance χ is the whole number H times as large as the dimension d, the display H of the main counter is a direct dimension for x. y is always between H- 4 and H + 4. If y comes outside of this range, the "overflowing" counting pulses are passed on to the main counter 23, which jumps to H + 1 or H-1 according to the direction of displacement or continues if necessary. In this way, the main counter 23 is always set in such a way that y changes between the limits H + 4 and H-4, the auxiliary counter always between +3 and

— 4 zählt.- 4 counts.

Wenn in diesem Beispiel c genau 3,5 ist, wird der Hauptzähler 23 H anzeigen, solangeIf in this example c is exactly 3.5, the main counter 23 will display H for so long

zwischen [H - yj und [H + between [H - yj and [H +

5
liegt. H ist also ein quantisiertes Maß für den Wert
5
lies. So H is a quantized measure for the value

Ύ' wo'3ei x mit ^er kleinsten Meßeinheit d gemessen Ύ ' where ' 3ei x measured with ^ he smallest unit of measurement d

Obenstehendes tritt nur dann auf, wenn die Amplitude c des sich mit der Kreisfrequenz Qt ändernden Teiles des Argumentes stets nahezu konstant ist. Im allgemeinen ist für eine gute Wirkung, auch bei anderen Zahlenwerten als oben beispielsweise angegeben, ein konstanter c-Wert erforderlich. Im nachfolgenden wird darauf noch näher eingegangen.The above only occurs when the amplitude c of the part of the argument that changes with the angular frequency Qt is always almost constant. In general, a constant c value is required for a good effect, even with other numerical values than those given above, for example. This will be discussed in more detail below.

Der Umstand, daß der Hauptzähler 23 sich im beschriebenen Beispiel stets derart einstellt, daß sich y zwischen den Grenzen H+ 4 und H—4 ändert, wobei der Hauptzähler zwischen +3 und —4 zählt, ist zur Erzielung einer Interpolation zwischen den engsten Grenzen, in diesem Fall zwischen H und H + l oder H—l, wesentlich.The fact that the main counter 23 is always set in the example described in such a way that y changes between the limits H + 4 and H- 4, with the main counter counting between +3 and -4, is necessary to achieve an interpolation between the narrowest limits, in this case between H and H + 1 or H-1, essential.

Eine Interpolation kann wie folgt stattfinden: Wenn der Wert χ kein ganzes Vielfaches des Maßes d ist,An interpolation can take place as follows: If the value χ is not a whole multiple of the dimension d ,

z. B. -r = H + u, wobei H eine ganze Zahl ist, die d z. B. -r = H + u, where H is an integer d

nach dem Vorgehenden am Hauptzähler wiedergegeben wird, und α eine Zahl ist, die zwischen denafter the preceding is displayed on the main counter, and α is a number between the

B B ' l B B ' l

Grenzen + -=- und —~- liegt, so wird nach der Er-Limits + - = - and - ~ - lies, then according to the

2 2 b 2 2 b

findung in der Vorrichtung 25 ein Signal A aus der Anzeige des Hilfszählers 22 gefunden, dessen an einer Anzeigevorrichtung 27 wiedergegebener Mittelwert einMaß für« ist. ^ ^^ ^ ^ ^.^ Signal A, in Fig. 3d z.B. symbolisch durch +1 wiedergegeben, aus dem Hilfszähler abgeleitet, wenn die Anzeige des Hilfszählers 0, 1, 2 oder 3 ist, und ein durch — 1 wiedergegebenes negatives Signal A, wenn die Anzeige des Hilfszählers -4, —3, —2 oder —1 ist. Die Vorrichtung 25 ist z. B. eine an sich bekannte Torschaltung, welche diese beiden Anzeigengruppen des Hilfszählers 22 unterscheidet. Die Vorrichtung 27 ist eine an sich bekannte Vorrichtung zur Bestimmung des Mittelwertes eines Blocksignals. Auf diese Weise wird ffi .^ Wert yon χ bzw χ ej eindeuti Wert A signal A from the display of the auxiliary counter 22 is found in the device 25, the mean value of which is shown on a display device 27 as a measure for. ^ ^^ ^ ^ ^. ^ Signal A, in Fig. 3d eg symbolically represented by +1, derived from the auxiliary counter if the display of the auxiliary counter is 0, 1, 2 or 3, and a negative signal A represented by -1 , if the display of the auxiliary counter is -4, -3, -2 or -1. The device 25 is, for. B. a gate circuit known per se, which distinguishes these two display groups of the auxiliary counter 22. The device 27 is a known device for determining the mean value of a block signal. In this way ffi. ^ Value of χ or χ ej becomes a unique value

d
mit einer Anzeige H am Hauptzähler 23 und ein am Anzeigeninstrument 27 abgelesener Wert von α gefunden. Dabei kann α positiv oder negativ sein, entsprechend der Anzeige H des Hauptzählers 23 gegenüber dem wirklichen Wert * nämlich H < ^. Es ist
d
with a display H on the main counter 23 and a value of α read off the display instrument 27. Here, α can be positive or negative, according to the display H of the main counter 23 compared to the real value * namely H <^. It is

d dd d

nämlich möglich, daß die Anzeige H, wie oben bereits erwäh maximal um _ 1 oder 1 vom Wm χ afe_ namely possible that the display H, as already mentioned above, by a maximum of _ 1 or 1 from Wm χ afe _

2.2 d 2.2 d

weichen kann. Damit ist es möglich gemacht, zwischen den diskreten Werten des Hauptzählers 23 zu interpolieren, wodurch der Meßwert um z. B. einen Faktor 10 genauer bestimmt werden kann.can give way. This makes it possible to interpolate between the discrete values of the main counter 23, whereby the measured value by z. B. a factor of 10 can be determined more precisely.

Wie oben bereits erwähnt, muß für die gute Wirkung der Vorrichtung die Amplitude c besonders gut konstant sein. Dazu kann nach der Idee der Interpolierung dem Hilfszähler 22 ein Signal B entnommen werden, welches als Regelsignal für die Amplitude c verwendbar ist. Dies ist aber nur möglich für Werte von c gleich 2 oder größer, da bei c in der Nähe vonAs already mentioned above, the amplitude c must be particularly well constant for the device to work effectively. For this purpose, according to the idea of interpolation, a signal B can be taken from the auxiliary counter 22, which signal can be used as a control signal for the amplitude c. However, this is only possible for values of c equal to or greater than 2, since c is close to

1,5 keine ausreichende Information vorhanden ist, um das erwähnte Signal B dem Hilfszähler zu entnehmen. Um im Falle von c «1,5 der Anforderung einer konstanten Amplitude zu entsprechen, sind weitere nicht näher angegebene Mittel verwendbar, wobei von der Zählinformation des Hilfszählers kein Gebrauch gemacht wird.1.5 there is insufficient information to take the mentioned signal B from the auxiliary counter. In order to meet the requirement of a constant amplitude in the case of c «1.5, further means, not specified in detail, can be used, with no use being made of the counting information of the auxiliary counter.

Ein weiterer Vorteil der Wahl von c = 2 oder höher für die Amplitude der Phasenmodulation ist noch folgendes.Another advantage of choosing c = 2 or higher for the amplitude of the phase modulation is the following.

Im Beispiel nach der französischen Patentschrift 1 308 993 tritt eine kritische Geschwindigkeit auf, wenn durch eine Verschiebung die Rasterfrequenz gleich der Modulationsfrequenz Ω wird. Dabei entsteht im Signal eine Gleichspannungskomponente, die von den üblichen Wechselspannungsverstärkern nicht durchgelassen wird, so daß der Nullpegel verschoben wird und demnach die Nulldurchgänge-Diskrimination in Gefahr kommt.In the example according to French patent specification 1 308 993, a critical speed occurs when the screen frequency becomes equal to the modulation frequency Ω due to a shift. In this case, a direct voltage component arises in the signal which is not allowed through by the usual alternating voltage amplifiers, so that the zero level is shifted and therefore zero-crossing discrimination is at risk.

Die Amplitude dieser GleichspannungskomponenteThe amplitude of this DC component

ist maximal J1 (γ c >; eine gute Wahl von c sind z. B. jene Werte, bei denen J0 (γ c j χ 1 ist, wie c = 1,5 oder 3,5. Bei c = 1,5 bzw. 3,5 hat diese Funktion J1 (-§-<) die Werte 0,52 bzw. -0,34. Die Gefahr des Auftretens von Fehlern ist in letzterem Falle viel kleiner.is at most J 1 (γ c> ; a good choice of c are e.g. those values for which J 0 (γ c j χ 1, such as c = 1.5 or 3.5. With c = 1, 5 or 3.5, this function J 1 (-§- <) has the values 0.52 or -0.34. The risk of errors occurring is much smaller in the latter case.

Für die Regelung der Amplitude wird in einer Vorrichtung 26 das in Fig. 3e z.B. symbolisch durch +1 wiedergegebene Signal B dem Hilfszähler entnommen, wenn dessen Anzeige —4, —3, +2 oder + 3 ist, während dem Hilfszähler ein Signal B = 0 bei der Anzeige —2, —1, 0 oder +1 entnommen wird. Aus der graphischen Darstellung «kann abgeleitet werden, daß bei Zunahme von c der Zeitmittelwert von B zunimmt. Diese Zunahme kann dann in einer Regelvorrichtung 28 in bekannter Weise zu einem Regelsignal verarbeitet werden, welches der Vorrichtung 20 zur Regelung der Amplitude c zugeführt wird. Die Änderung des Zeitmittelwertes des Signals B, For controlling the amplitude of the in Figure 3e. For example, in an apparatus 26 is symbolically drawn by +1 reproduced signal B the auxiliary counter when the display -4, -3, +2 or +3, while the auxiliary counter is a signal B = 0 is taken from the display —2, —1, 0 or +1. From the graph «it can be deduced that as c increases, the mean time value of B increases. This increase can then be processed in a known manner in a control device 28 to form a control signal which is fed to the device 20 for controlling the amplitude c. The change in the time average of signal B,

χ 1 χ 1

wenn -;—H = α bei c = 3,5 sich zwischen —^- und a 2 if -; - H = α at c = 3.5 between - ^ - and a 2

+ -=- ändert, ist dabei vernachlässigbar. + - = - changes is negligible.

Claims (1)

Patentansprüche: 1. Vorrichtung zur Erzielung von Interpolationswerten von in Form von Nulldurchgängen phasen- Claims: 1. Device for obtaining interpolation values of phase- 45 modulierter Schwingungen zur Verfügung stehenden digitalen Signalen, wobei zwei phasenmodulierte Signale einen gegenseitigen Phasenunterschied aufweisen, der um ein ganzes Vielfaches von 180° abweicht und vorzugsweise ein ungerades Vielfaches von 90° ist, wobei die Zahl der Nulldurchgänge dadurch digital gemessen wird, daß diese phasenmodulierten Signale in Form von Impulsen einer Zählvorrichtung angeboten werden und die Impulse infolge der Phasenmodulation der Signale positiv oder negativ gezählt werden und eine Summe bilden, welche die Zahl der Nulldurchgänge in diskreter Form angibt, wobei eine Interpolation zwischen Nulldurchgängen erzielt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählvorrichtung aus einem Hauptzähler (23) und einem Hilfszähler (22) mit beschränkter Zählkapazität besteht, wobei die Impulse dem Hilfszähler (22) angeboten werden und bei einem bestimmten positiven bzw. negativen Endstand des Hilfszählers (22) die weiteren positiven bzw. negativen Zählimpulse zum Hauptzähler (23) weitergegeben werden, wobei der Hauptzählerstand in diskreter Form die Zahl der Nulldurchgänge anzeigt, und weiterhin mit dem Hilfszähler eine Vorrichtung (25) verbunden ist, in der eine Spannung erzeugt wird, die positiv oder negativ ist, je nachdem der Hilfszähler einen Wert über oder unter seinem Mittelstand anzeigt, und das Verhältnis der aufeinanderfolgenden Zeitintervalle, während deren eine positive bzw. negative Spannung vorhanden ist, ein Maß für den Interpolationswert zwischen zwei aufeinanderfolgenden Hauptzählerständen ist, und dieses Verhältnis mittels einer an sich bekannten Vorrichtung (22) sichtbar gemacht wird. 45 modulated oscillations available digital signals, whereby two phase-modulated signals have a mutual phase difference which deviates by a whole multiple of 180 ° and is preferably an odd multiple of 90 °, the number of zero crossings being measured digitally by the fact that these phase-modulated Signals are offered in the form of pulses of a counting device and the pulses are counted positively or negatively as a result of the phase modulation of the signals and form a sum which indicates the number of zero crossings in discrete form, an interpolation between zero crossings being achieved, characterized in that the Counting device consists of a main counter (23) and an auxiliary counter (22) with limited counting capacity, the pulses being offered to the auxiliary counter (22) and the further positive or negative counting pulses for the auxiliary counter (22) at a certain positive or negative final reading Main number Counter (23) are passed on, the main counter reading in discrete form indicating the number of zero crossings, and a device (25) is also connected to the auxiliary counter, in which a voltage is generated that is positive or negative, depending on the auxiliary counter Indicates value above or below its mean, and the ratio of the successive time intervals during which a positive or negative voltage is present, a measure of the interpolation value between two successive main counter readings, and this ratio is visible by means of a known device (22) is made. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Vorrichtung (26) entsprechend der Anzeige des Hilfszählers (22) ein Signal erzeugt ist, das mittels einer Vorrichtung (28) als Regelsignal für die Amplitude der Phasenmodulation der erwähnten phasenmodulierten Signale dient.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that in a device (26) accordingly the display of the auxiliary counter (22) a signal is generated by means of a device (28) as a control signal for the amplitude of the phase modulation of the phase modulated Signals. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die maximale Phasenablenkung der phasenmodulierten Signale einen Wert von -2- c hat, dadurch3. Apparatus according to claim 2, wherein the maximum phase deflection of the phase-modulated signals has a value of -2- c , thereby gekennzeichnet, daß c wenigstens nahezu 2 und vorzugsweise etwa 3,5 beträgt.characterized in that c is at least approximately 2, and preferably about 3.5. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings 809 519/572 3.68 © Bundesdruckerei Berlin809 519/572 3.68 © Bundesdruckerei Berlin
DE1966N0029559 1965-11-30 1966-11-26 Device for obtaining interpolation values of digital signals available in the form of zero crossings of phase-modulated oscillations, which are fed to a main and auxiliary counter Pending DE1263836B (en)

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