DE1271168B - Verfahren und Anordnung zur Umsetzung von analogen Groessen in Zahlen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

[nt. Cl.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

H03k

Deutsche Kl.: 21 al-36/00

1271168
P 12 71168.1-31
20. August 1963
27. Juni 1968

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Umsetzung von analogen Größen in Zahlen, bei dem die Analogspannung den Ablenkplatten einer Kathodenstrahlröhre zugeführt wird und eine entsprechende Auslenkung des Kathodenstrahls hervorruft.

Analoge Größen können bekanntlich durch proportionale Spannungswerte ausgedrückt werden. Aufgabe der Erfindung ist es, die Größe der in Frage stehenden Spannungswerte durch eine entsprechende Anzahl von Impulsen auszudrücken.

Es ist bereits bekannt, beliebig gestaltete kontinuierliche Signalkurven in eine entsprechende Anzahl von Stromimpulsen eines Kodierungssystems umzuwandeln. Hierzu wird eine Elektronenstrahlröhre mit einem in geeigneter Weise perforierten Schirm und einigen Auffängern verwendet. Es ist weiterhin bekannt, daß bei derartigen Anordnungen zur Verstärkung Sekundärelektronenvervielfacher eingesetzt werden können. Mit der bekannten Einrichtung werden zwar auch analoge Größen durch Impulse dargestellt, diese Impulse stellen jedoch Kodegruppierungen dar, d. h., ihre Anzahl entspricht nicht einer Zahl. Der bekannten Einrichtung liegt demnach eine andere Aufgabenstellung zugrunde.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe sind an sich bereits Anordnungen bekanntgeworden, die nach dem Prinzip der Umwandlung der gemessenen physikalischen Größe in einen Zeitwert, der der physikalischen Größe proportional ist, arbeiten. Zur Lösung der gestellten Aufgabe sind weiterhin Anordnungen bekannt, die nach dem Prinzip des Vergleichens der gemessenen Größe mit einer Standardgröße arbeiten, wobei elektromechanische oder elektronische Schalter eingesetzt werden. Diese bekannten Systeme sind bei relativ geringer Arbeitsgenauigkeit noch ziemlich teuer.

Es sind fernerhin Anordnungen bekannt, welche nach dem Prinzip der Umwandlung von z. B. in einer Spannung ausgedrückten analogen Größe durch Erzeugung einer Serie von Impulsen arbeiten, deren Anzahl der gemessenen Größe proportional ist. Zu dieser Umwandlung werden elektromechanische, elektrische oder auch elektronisch-optische Systeme verwendet. Die bekannten Anordnungen dieser Art sind recht kompliziert, arbeiten nicht genau und neigen bei ihrer Arbeitsweise zu Fehlern.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Anode der Kathodenstrahlröhre als Signalelektrode ausgebildet ist und aus wechselweise angeordneten Streifen mit verschiedenem Wert des Sekundäremissionsfaktors besteht, der Kathodenstrahl diese Verfahren und Anordnung zur Umsetzung von
analogen Größen in Zahlen

Anmelder:

Przemyslowy Instytut Elektroniki, Warschau
Vertreter:

ίο Dipl.-Phys. G. Liedl, Patentanwalt,
8000 München 22, Steinsdorfstr. 22

Als Erfinder benannt:
Wieslaw Barwicz,

Jan Lewko, Warschau

Beanspruchte Priorität:

Polen vom 21. August 1962 (99 534)

Streifen in Querrichtung frei überstreicht und dabei unterschiedlich starke Emission von Sekundärelektronen erzeugt, die sich in einer Modulation des Anodenstroms bemerkbar machen, so daß die Anzahl der erzeugten Stromimpulse gleich der Anzahl der von dem Elektronenstrahl überstrichenen Elemente und zu der an den Ablenkplatten liegenden Spannung proportional ist, und daß die erzeugten Impulse einem Zählwerk zugeführt werden.

Das Verfahren nach der Erfindung ermöglicht den Bau einer Anordnung zur Umsetzung von analogen Größen in Zahlen, die gegenüber bekannten Systemen dieser Art einen geringeren Aufwand erfordern.

Die Zeichnung dient der weiteren Erläuterung der Erfindung. Es zeigt

F i g. 1 eine Schaltung nebst Spannungsdiagrammen der Anordnung zur Umwandlung einer analogen Größe in Zahlen,

F i g. 2 eine weitere Ausführungsform dieser Anordnung, wie sie zur Umwandlung einer Summe oder einer Differenz von zwei analogen Größen in Zahlen verwendet wird,

F i g. 3 eine Ausbildungsform einer Elektronenröhre, welche einen wesentlichen Teil der Anordnung bildet,

F i g. 4 eine weitere Form der Ausbildung dieser Elektronenröhre,

F i g. 5 ein Beispiel einer weiteren Anwendung der Elektronenröhre für die Erzeugung einer Gruppe von

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Impulsen, aus welcher die Spannungscharakteristiken in speziellen Punkten der Anordnung ersichtlich sind. Das Grundelement der Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Kathodenstrahlröhre, die mit einem bekannten Strahlerzeugungssystem 1 versehen ist, von welchem ein Elektronenstrahl 2 emittiert wird, der mittels der Ablenkplatten 3 abgelenkt wird. Die Röhre ist weiterhin mit einer Anode 4 versehen, welche aus abwechselnd angeordneten jedes Mal der erwünschte Kanal auf den Eingang des Integrierverstärkers 9 mittels des Umschalters 8 aufgeschaltet wird.

Im unteren Teil der Fig. 1 sind die Spannungscharakteristiken an den Punkten A, B, C, D, F der Schaltung aufgetragen.

Eine andere Form der Anordnung gemäß der Erfindung, welche in Fig. 2 dargestellt ist, wird zur Umwandlung einer Summe oder einer Differenz von

Elementen 5 und 6 besteht, die verschiedene Werte io zwei analogen Größen in numerische Größen verhinsichtlich ihres Sekundäremissionsfaktors haben. wendet. Diese Anordnung unterscheidet sich von der Der auf die Anode 4 auftreffende Elektronenstrahl überstreicht aufeinanderfolgend die Elemente 5

und 6, welche sich innerhalb des Ablenkwinkels 2 φ Ablenkplatte 3 a und der Ausgang des zweiten Verstärkers 9 b an einer zweiten Ablenkplatte 36 der Impulsröhre liegt.

Die Wirkungsweise dieser Ausführungsform ist folgende: Die in die Spannungen U_{x t} und U_{x 2} um-

oben beschriebenen dadurch, daß sie mit zwei Spannungsteilern Ία und 76 versehen ist, von denen jeder mittels der Umschalter 8 a und 86 mit den

befinden, wobei in dem von der Anode 4 gesammel- 15 Integrierverstärkern 9 α und 9 6 verbunden ist, wobei ten Sekundärstrom Impulse auftreten, die auf den der Ausgang des einen dieser Verstärker 9 α an einer Unterschied in der Sekundäremission der Elemente 5 und 6 zurückzuführen sind. Weiterhin ist die Zahl der erzeugten Impulse gleich der Anzahl der von dem Elektronenstrahl überstrichenen Elemente, was bedeutet, daß diese Anzahl genau von dem Ablenkwinkel 2 φ abhängt. Dementsprechend hängt die An- gewandelten analogen Größen werden auf die Spanzahl der erzeugten Impulse von der Amplitude der nungsteiler7aund76 auf geschaltet und dann mittels Ablenkspannung ab. der Umschalter 8 α und 8 6 den Eingängen der beiden

Die in Fig. 1 dargestellte Gesamtanordnung zur 25 integrierenden Verstärker 9α und 96 zugeleitet. Am

Ausgang dieser integrierenden Verstärker 9 a und 9 6 werden zwei Spannungen erzielt, die in linearer Weise zunehmen oder abnehmen. Diese Spannungen werden auf die Ablenkplatten der Kathodenstrahl-

denstrahlröhre verbunden ist, einem Zeitmeßkreis 30 röhre aufgeschaltet und bewirken auf diese Weise die 10, einer Torschaltung 11 und einem elektronischen Wanderung des Elektronenstrahls. Die Geschwindig-Impulszähler 12. keit der Wanderung ist proportional der Summe oder

Die Arbeitsweise der angegebenen Anordnung ist der Differenz der analogen Größen. Die mittels der folgende: Eine in eine Spannung umgewandelte Kathodenstrahlröhre erzeugten Impulse werden dann analoge Größe wird auf den Emgang des Spannungs- 35 in der oben beschriebenen Art und Weise in teilers 7 geschaltet und dann durch Schließen des Umschalters 8 dem Eingang des Integrierverstärkers 9 zugeleitet. Es erscheint dann am Ausgang dieses Integrierverstärkers 9 eine linear zunehmende oder abnehmende Spannung, wobei die Änderungsgeschwindigkeit proportional ist der Größe der analogen Spannung. Wenn die Spannungsänderungen in dem Integrierverstärker 9 auf die Ablenkplatten 3 der Kathodenstrahlröhre geschaltet werden, dann wird erreicht, daß der Elektronenstrahl mit einer Geschwindigkeit wandert, die proportional der analogen Größe ist.

Umwandlung von analogen Größen in numerische Größen besteht aus einem Spannungsteiler 7, einem Umschalter 8, einem integrierenden Verstärker 9, dessen Ausgang mit den Ablenkplatten 3 der Katho-

Der über die Anode frei streichende Elektronenstrahl 4 trifft dementsprechend nacheinander die abwechselnd angeordneten Elemente 5 und 6, soweit diese in dem Winkel 2 φ liegen, und dementsprechend fließt — als Folge des unterschiedlichen Wertes des Sekundäremissionsfaktors — in dem Kreis der Elektrode 4 ein Strom mit Impulscharakteristik, wobei die Anzahl der Impulse proportional dem Wert der Ablenkspannung ist. Als nächstes werden diese Impulse dem Eingang der Torschaltung 11 zugeleitet. Der Zeitmeßkreis 10 liefert einen Impuls konstanter Zeitdauer T und hält dabei die Torschaltung 11 geöffnet. numerische Ablesungen des elektronischen Impulszählers 12 umgewandelt.

In Fig. 3 ist beispielsweise die Ausbildung einer elektronischen Röhre angegeben, wie sie zur Erzeugung von Impulsen unter Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung verwendet wird.

Diese elektronische Röhre besitzt den bekannten Kathodenstrahlerzeuger 1, welcher den Elektronenstrahl 2 emittiert, und die bekannten Ablenkplatten 3, an welche die Ablenkspannung von einem äußeren elektronischen System angelegt wird. Es enthält weiterhin eine Elektrode in der Form einer gekrümmten Platte 6 a, welche aus einem Metall mit einem kleinen Sekundäremissionsfaktor, z. B. aus einer Nickel-Chrom-Legierung, hergestellt ist. Auf diese Platte ist ein Band 5 a gewickelt, welches aus einem Material mit einem größeren Wert des Sekundäremissionsfaktors, z. B. aus Berylliumbronze, besteht. Die Platte 6 a hat die Form eines Bogens, welcher von der Mitte der Ablenkung des Elektronenstrahls 2 gezogen ist, und ist isoliert von einem Elektronensammler 13 angeordnet, welcher die Form einer aus Metall mit kleinem Sekundäremissionsfaktor hergestellten Dose hat und welche mittels der Stützen 14 an einer Platte 15 befestigt ist. Die Platte 15 bildet eine elektrostatische Abschirmung zwischen dem Raum, in welchem die Anode angeordnet ist, und dem Raum, in welchem die Ablenkplatten 3 angeordnet sind. Die Arbeitsweise dieser elektronischen

Es läuft zu dem elektronischen Impulszähler 12 eine Anzahl von Impulsen, die proportional der analogen Größe ist. Der elektronische Zähler zählt diese Impulse und gibt dementsprechend das Ergebnis einer Messung in numerischer Form an.

Die Messung kann einmal ausgeführt werden oder 65 Röhre ist die gleiche, wie oben beschrieben, sie kann periodisch wiederholt werden. Es kann auch Die in Fig. 4 dargestellte weitere Ausführungs-

jede Spannung in einem einzigen Kanal oder auch in verschiedenen Kanälen gemessen werden, indem form einer elektronischen Röhre enthält eine Anode, die eine Leiter bildet, welche aus kleinen Stäben 16

besteht, die aus einem Metall eines großen Sekundäremissionsfaktors, z. B. aus Berylliumbronze, hergestellt sind und die in einen Rahmen 17 eingepaßt sind. Die Röhre enthält weiterhin einen Elektronenkollektor, der die Form einer Schicht 18 aus Metall mit kleinem Sekundäremissionsfaktor, z. B. aus Alu- *" minium hat, die die innere Fläche des Röhrenkolbens 19 überdeckt. Die Arbeitsweise dieser Ausführungsform der Elektronenröhre unterscheidet sich insoweit von der Arbeitsweise des in F i g. 1 dargestellten, oben beschriebenen Systems, als der abgelenkte Elektronenstrahl aufeinanderfolgend auf die kleinen Stäbe 16 der Elektrode oder auf die Metallschicht 18 fällt, welche die Innenfläche des Röhrenkolbens bedeckt und welche einen kleineren Sekundäremissionsfaktor hat, so daß dementsprechend von dieser Impulse des von der Elektrode erzielten Stroms erzeugt werden. Die Abschirmplatte 15 ist in diesem Fall mittels der Kontaktfedern 20 mit dem Elektronenkollektor 18 verbunden.

Die F i g. 5 zeigt ein weiteres Beispiel der Anwendung der Anordnung gemäß der Erfindung, bei welchem die oben beschriebene Elektronenröhre zur Erzeugung von Impulsgruppen verwendet wird.

Die in Fig. 5 dargestellte Schaltung enthält einen Impulserzeuger 21, der eine Spannung mit Rechteckform erzeugt und am Kathodenschirmgitter 22 der Elektronenröhre anliegt. Weiterhin enthält die Schaltung ein System 23, das eine in lineare Weise wachsende Spannung erzeugt, welche auf die Ablenkplatten 3 der Elektronenröhre geleitet wird. Weiterhin enthält die Schaltung eine Impulsformerstufe 24 und ein Verstärkungssystem 25, welche mit der Elektrode 4 der Elektronenröhre verbunden sind.

Die vom Impulserzeuger 21 abgegebene Rechteckspannung mit der Dauer T₁ und der Wiederholungsfrequenz T₀ wird an das Gitter 22 angelegt. Die in linearer Weise ansteigende Spannung des Systems 23, welche auf die Ablenkplatten 3 der Elektronenröhre aufgeschaltet wird, bewirkt, daß in dem Schaltkreis der Elektronenröhre 4 Gruppen von Impulsen erzeugt werden, die auf den Ausgang der Anordnung durch die Impulsformerstufe 24 und das Verstärkungssystem 25 geleitet werden.

Die Einstellung der Breite dieser Impulsgruppen wird durch eine geeignete Einstellung der Zeitdauer T₁ der Impulse in dem Impulserzeuger 21 erzielt. Die Wiederholungsfrequenz T₀ dieser Gruppe wird durch Einstellung der Wiederholungsfrequenz der von dem System 21 gesendeten Impulse eingestellt, wogegen die Anzahl der Impulse in jeder Gruppe durch Einstellung der Amplitude der von dem System 23 zu den Ablenkplatten 3 gelieferten Spannung eingestellt wird. Jeder dieser drei Werte kann selbstverständlich entweder stufenförmig oder kontinuierlich eingeregelt werden.

Die Anordnung gemäß der Erfindung kann insbesondere zur Umwandlung von analogen Größen in numerische Größen angewendet werden. Sie kann jedoch auch zur Messung einer Gleichspannung oder einer Wechselspannung oder irgendwelcher anderer physikalischer Größen, die in einer Spannung ausgedrückt werden können, dienen.

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Umsetzung von analogen Größen in Zahlen, bei dem die Analogspannung den Ablenkplatten einer Kathodenstrahlröhre zugeführt wird und eine entsprechende Auslenkung des Kathodenstrahls hervorruft, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode (4) der Kathodenstrahlröhre als Signalelektrode ausgebildet ist und aus wechselweise angeordneten Streifen mit verschiedenem Wert des Sekundäremissionsfaktors besteht, der Kathodenstrahl diese Streifen in Querrichtung frei überstreicht und dabei unterschiedlich starke Emission von Sekundärelektronen erzeugt, die sich in einer Modulation des Anodenstroms bemerkbar machen, so daß die Anzahl der erzeugten Stromimpulse gleich der Anzahl der von dem Elektronenstrahl überstrichenen Elemente und zu den an den Ablenkplatten liegenden Spannungen proportional ist, und daß die erzeugten Impulse einem Zählwerk zugeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1 zur digitalen Anzeige von integrierten Gleichspannungen, dadurch gekennzeichnet, daß eine der analogen Größe proportionale Spannung einem Integrator (9) bzw. (23) zugeführt wird, dessen Ausgang mit den Ablenkplatten (3) der Kathodenstrahlröhre verbunden ist, und daß die an der Signalelektrode abgegriffenen Impulse nur während einer vorgegebenen Zeitdauer — Auswertezeitdauer — einem Zählwerk zugeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2 zur digitalen Anzeige der Summe oder der Differenz von integrierten Gleichspannungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator (9 bzw. 23) aus zwei Teilen (9 a, 9 b) besteht und seine beiden Ausgangsspannungen jeweils den zugeordneten Ablenkplatten (3ö, 3 b) zuführt.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertezeitdauer durch einen Tastgenerator (10) bestimmt wird, der vom Integrator (9, 9 a, 9 b) gestartet wird, dabei eine dem Zählwerk vorgeschaltete Torschaltung (11) öffnet und nach vorgegebener Zeit wieder schließt.

5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Festlegung der jeweiligen Auswertedauer am Gitter (22) der Kathodenstrahlröhre und dem Integrator (23) impulsförmige Spannungen vorgegebener Impulsbreite zugeführt werden und daß das an der Signalelektrode abgegriffene und impulsförmige Signal einer Impulsformerstufe (24) und einer Verstärkerstufe (25) zugeführt wird.

6. Kathodenstrahlröhre zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine bogenförmig gekrümmte Signalelektrode (4), deren Krümmungsmittelpunkt zwischen den Ablenkplatten (3 a, 3 b) liegt.

7. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalelektrode (4) eine Platte (6 a) geringer Sekundäremission, z. B. aus einer Nickel-Chrom-Legierung, und eine um diese gewickeltes Band (5 α) höherer Sekundäremission, insbesondere Berylliumbronze, aufweist.

8. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch eine die Signalelektrode (4) umgebende, dosenförmige Abschirmung (13) aus einem Metall mit kleinem Sekundäremissionsfaktor.

9. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die dosenförmige

Abschirmung (13) der Signalelektrode eine Fortsetzung in Form von Konsolen (14) und einer Platte (15) aufweist, welche den Signalelektrodenraum von dem Ablenkplattenraum trennt.

10. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalelektrode (4) leiterförmig ausgebildet ist, deren Sprossen (16) aus einem Material mit einem großen Sekundäremissionsfaktor, z. B. Berylliumbronze, hergestellt sind.

11. Kathodenstrahlröhre nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalelektrode (4) eine auf die Innenfläche des Röhrenkolbens (19) aufgebrachte Schicht (18) aus einem Material mit kleinem Sekundäremissionsfaktor aufweist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1040 601.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen