DE1275914B - Unterwasser-Fernmesseinrichtung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES #|# PATENTAMT Int. Cl.:

G08c

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche KL: 74b-1

Nummer: 1275 914

Aktenzeichen: P 12 75 914.7-35 (G 45053)

Anmeldetag: 26. Oktober 1965

Auslegetag: 22. August 1968

Die Erfindung bezieht sich auf Unterwasser-Fernmeßeinrichtungen mit mehreren voneinander räumlich getrennten Meßanordnungen, deren Meßwerte auf ein entfernt liegendes Anzeige- bzw. Aufzeichnungsgerät übertragen werden.

Es wurde bereits vorgeschlagen, die Richtung und die Geschwindigkeit von Wasserströmungen durch mittels eines an einer Boje aufgehängten Wasserströmungsmeßgerätes zu messen. Dabei kann das Meßgerät einen Magnetkompaß zur Festlegung einer Bezugsrichtung, einen Flügel zur Bestimmung der Strömungsrichtung und einen Läufer zum Ermitteln der Strömungsgeschwindigkeit besitzen. Die Daten aus dem Meßgerät können z. B. über eine Kabeloder eine Funkverbindung auf entfernt gelegene Empfänger- und Anzeigegeräte übertragen werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zu schaffen, bei der die Daten mehrerer Wasserströmungsmeßgeräte od. dgl., beispielsweise von acht Geräten, über eine gemeinsame Draht- oder Funkverbindung störungsfrei übertragen werden.

Diese Aufgabe wird mit einer Fernmeßeinrichtung gelöst, die gemäß vorliegender Erfindung mehrere Meßanordnungen mit jeweils folgenden Elementen aufweist: ein Meßwerte in Digitalform aufnehmendes Schieberegister, Meßwertfühler, einen Steuerimpulse zählenden mehrstufigen Digitalzähler, der in bestimmten Zählzuständen Steuerkreise derart umschaltet, daß die Meßwertfühler nacheinander abgefragt werden, wobei die Steuerkreise, welche entsprechend den Taktimpulsen das Schieberegister verschieben, und das Schieberegister aufeinanderfolgende digitale Ausgangsimpulse erzeugen, und daß die Ausgangsimpulse mehrerer Meßanordnungen auf ein gemeinsames Anzeige- und Aufzeichnungsgerät übertragen werden, wobei die Meßanordnung über einen gemeinsamen oder jeweils einen Takt- und Rückstellimpulsgenerator angesteuert sind.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ist einfach aufgebaut, wobei Nachteile und Mängel der bisher verwendeten vergleichbaren, recht kompliziert aufgebauten Einrichtungen vermieden sind. Dies wird, wie noch näher erläutert ist, unter anderem ferner dadurch erreicht, daß die Vorrichtung nach einem vorbestimmten Zeitprogramm so arbeitet, daß die Steuersignale eines zentralen Impulsgebers und die Datensignale der jeweiligen Meßwertfühler über dieselbe Übertragungsstrecke zeitlich nacheinander übertragen werden.

So kann die Einrichtung der vorstehend erörterten Bauart so aufgebaut sein, daß beispielsweise Daten für die Bezugsrichtung, die Strömungsrichtung und Unterwasser-Fernmeßeinrichtung

Anmelder:

Geodyne Corporation, Waltham, Mass.
(V. St. A.)

Vertreter:
Dipl.-Ing. R. Müller-Börner

und Dipl.-Ing. H. H. Wey, Patentanwälte,
1000 Berlin, Podbielskiallee 68

Als Erfinder benannt:

Kenneth E. Perry, Wayland, Mass. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

_ao V. St. v. Amerika vom 26. Oktober 1964
(406 337)

die Strömungsgeschwindigkeit zusammen mit den Steuerimpulsen über dieselbe Ubertragungsstrecke übermittelt werden.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Einrichtung so aufgebaut, daß sie sowohl mit den Taktimpulsen synchrone als auch asynchrone Daten verarbeiten kann.

Weiterhin wird gemäß vorliegender Erfindung vorgeschlagen, die Meßwertfühler mittels eines Takt- und Rückstellimpulsgenerators derart anzusteuern, daß die Daten nacheinander übertragen werden und die Meßwertfühler zwecks Verringerung des Stromverbrauchs nur kurzzeitig mit Strom gespeist werden. Die Erfindung ermöglicht es, die Anzahl der Meß-. wertfühler ohne weiteres zu erhöhen und das Impulsprogramm in einfacher Weise zu verändern.

Für die Fertigung derartiger Einrichtungen ist es wichtig, daß handelsübliche Bauelemente, z. B. Feststoff- bzw. Halbleiterelemente, verwendet werden können, wobei aus Gründen der Wirtschaftlichkeit, des geringen Stromverbrauchs, der hohen Zuverlässigkeit, der Variationsfähigkeit sowie der Miniaturisierung elektronische Baugruppen verwendet werden. Auch diese Voraussetzung wird vom Gegenstand der Erfindung erfüllt.

Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung kann die Einrichtung mehrere Meßwertfühler enthalten, die an ein Kabel

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angeschlossen sind, über welches die Steuersignale für die Meßwertfühler von einer zentralen Station sowie die Meßdaten von den Meßwertfühlern zu der zentralen Station übertragen werden. Jede Meßanordnung kann einen Kompaß zur Bestimmung der Bezugsrichtung, einen Flügel zur Ermittlung der Richtung der Wasserströmung an dem jeweiligen Meßwertfühler gegenüber der Bezugsrichtung und einen Läufer zur Ermittlung der Geschwindigkeit der Wasserströmung besitzen. Ferner ist ein Schieberegister vorgesehen, welchem Daten des Kompaßmeßwertfühlers und des Flügelmeßwertfühlers zugeführt werden, die digitalverschlüsselt sind und photoelektrisch übertragen werden. Die asynchronen Daten des Flügehneßwertfühlers werden synchronisiert, um sie mit den Ausgangsimpulsen des Schieberegisters und mit den Takt- sowie den Rückstellimpulsen des zentralen Impulsgebers zeitlich nacheinander übertragen zu können. Ein Kabeltreiberkreis führt dem Kabel von Meßanordnungen verwendet werden. So läßt sich beispielsweise die Anlage ohne weiteres auf sechzehn oder mehr Anordnungen erweitern. Das Kabel kann bei Rückleitung durch das Wasser einen einzigen Lei ter oder beispielsweise zwei oder drei Leiter aufweisen.

Die Haupttaktgeber- und Rückstellimpulsgeneratoren 16 führen dem Kabel 10 Takt- und Rückstellimpulse zu. Die Empfänger- und Anzeigekreise 18 empfangen die von den Meßgeräten gesendeten Datenimpulse und zeigen diese an. Die mit den Blocks 16 und 18 veranschaulichten Schaltanordnungen können an derselben Stelle oder an verschiedenen Stellen angeordnet sein. Die Wasserströmungsmeßgeräte sind in üblicher Weise in Gehäusen untergebracht und können beispielsweise an Bojen befestigt sein. Das Kabel kann von den Bojen bis zu einer an Land gelegenen Station verlaufen oder an einen Fernmeßsender angeschlossen sein, der die Da-

Datenimpulse zu, die in ihrer Polarität der Polarität 20 ten mittels Funk oder in sonstiger geeigneter Weise

der Takt- und Rückstellimpulse entgegengesetzt sind. Ein von den Takt- und Rückstellimpulsen gesteuerter mehrstufiger Digitalzähler bewirkt, daß die Daten in das Schieberegister eingelesen oder von diesem abgelesen und zusammen mit den Daten des Läufermeßwertfühlers dem Kabeltreiberkreis zugeführt werden. Es sind Steuerkreise, die auf bestimmte Impulse des Zählers ansprechen und bewirken, daß die Meßanordnungen in zeitlicher Reihenfolge ihre Datenimpulse derart liefern, daß eine Interferenz mit den Datenimpulsen der anderen Meßanordnungen oder mit den Takt- und Rückstellimpulsen vermieden wird, vorgesehen.

Der Gegenstand der Erfindung ist nachstehend an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, welches in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Fernmeßeinrichtung nach der Erfindung,

F i g. 2 ein detailliertes Blockschaltbild bestimmter 40 Lichtblitzen und Photozellen 32 und 34 die von den Teile einer typischen Strömungsmeßstation nach der Kompaß- und Flügelfühlern erzeugten Analogdaten

zu einer entfernt gelegenen Meßstation überträgt.

Das mit dem Block 12 veranschaulichte Wasserströmungsmeßgerät entspricht allen Meßanordnungen, so daß sich eine Beschreibung der anderen Meßgeräte erübrigt. Die Blocks 20, 22 und 24 stellen übliche Meßwertfühler dar, welche die Meßdaten des Strömungsmeßgerätes ermitteln. Der Fühler 20 besteht im wesentlichen aus einem Magnetkompaß zum Ermitteln der Bezugsrichtung des Meßgerätes. Der Fühler 22 weist einen Flügel oder eine Fahne auf, der bzw. die sich nach der Richtung der Wasserströmung an dem Meßgerät ausrichtet. Der Fühler 24 besteht aus einem von der Wasserströmung angetriebenen Läufer oder einem Flügelrad, der bzw. das bei einer der Strömungsgeschwindigkeit entsprechenden Frequenz Impulse erzeugt.

Diese Fühler sind mit an sich bekannten Analog-Digital-Kodierscheiben 26 bzw. 28 verbunden, die zusammen mit Einrichtungen 30 zur Erzeugung von

Erfindung,

F i g. 3 ein den Impulsplan der Einrichtung nach der Erfindung veranschaulichendes Diagramm,

F i g. 4 ein Schaltbild eines in der Einrichtung nach der Erfindung verwendbaren Takt- und Rückstellimpulsgenerators,

F i g. 5 ein Schaltbild der in der Einrichtung nach der Erfindung verwendeten Einrichtung zur Erzeugung von Lichtblitzen,

F i g. 6 ein Schaltbild eines in der Einrichtung nach der Erfindung verwendbaren Kabeltreiberkreises,

Fig. 7A ein Blockschaltbild eines in der Einrichtung nach der Erfindung zum Umformen der Läuferdaten verwendbaren Asynchron-Synchron-Umsetzers,

F ig. 7 B ein Impulsdiagramm, das die Arbeitsweise des Umsetzers (nach Fig. 7A) veranschaulicht,

F i g. 8 ein Schaltbild eines in der Einrichtung nach der Erfindung verwendbaren Energiespeise- und Steuerkreises.

In F i g. 1 der Zeichnung ist mit 10 ein Kabel veranschaulicht, an das mehrere Wasserströmungsmeßanordnungen angeschlossen sind. Nach einer typischen Ausführungsform sind acht derartige Meßanordnungen vorhanden, von denen jedoch nur die mit 12 bezeichnete Anordnung Nr. 0 und die mit 14 bezeichnete Anordnung Nr. 7 dargestellt sind. Selbstverständlich kann eine kleinere oder größere Anzahl in Digitaldaten umwandeln, welche in ein Schieberegister 36 eingelesen werden. Der Ausgang des Schieberegisters ist mit dem Leitungsverstärker 38 verbunden, der über das Kabel 10, den Empfängerund Anzeigekreisen 18 Datenimpulse liefert. Die mit den Taktimpulsen asynchronen Daten des Läuferfühlers 24 werden einem Asynchron-Synchron-Umsetzer 40 zugeführt, der ebenfalls mit dem Leitungs-

So verstärker 38 verbunden ist.

Die Einrichtungen zur Erzeugung der Lichtblitze, das Schieberegister und der Asynchron-Synchron-Umsetzer werden von den Steuerkreisen 42 gesteuert und arbeiten nach einem bestimmten Programm. Die Steuerkreise 42 wiederum werden über den Befehlszähler 44 angesteuert, der von Takt- und Rückstellimpulsen aus den Generatoren 46 gespeist wird, wobei diese Taktimpulse gleichzeitig bestimmten Steuerkreisen direkt zugeführt werden. Die Steuerkreise sind so angeordnet und ausgebildet, daß sie in Übereinstimmung mit vorbestimmten Zählzuständen während bestimmter Intervalle des Befehlszählers arbeiten, wobei die Meßanordnungen so gesteuert sind, daß sich die Wasserströmungsmeßgeräte nicht gegenseitig beeinflussen. Die Impulse des Leitungsverstärkers werden zusammen mit den Steuerimpulsen der Takt- und Rückstellimpulsgeneratoren 16 und mit den Datenimpulsen der übrigen Wasserströmungs-

meßgeräte zeitlich verschachtelt gesendet. Darüber hinaus weisen die Datenimpulse eine der Polarität der Takt- und Rückstellimpulse entgegengesetzte Polarität auf, so daß sie in einfacher Weise mittels geeigneter Kreise ausgesiebt werden können. Ein typischer Arbeitszyklus kann z. B. mit 256 Taktimpulsen unterteilt sein. Der erste Taktimpuls trifft mit einem Rückstellimpuls zusammen, worauf 255 Taktimpulse folgen. Wie nachstehend noch näher erläutert, erzeugen während eines Arbeitszyklus, der zwischen den einzelnen Rückstellimpulsen liegt, alle acht Strömungsmeßgeräte die Daten der Flügel-, Kompaßläufermeßwertfühler, welche in dem betreffenden Intervall jeweils auftreten. Bei einer Taktimpulsfrequenz von 100 Impulsen pro Sekunde beträgt die Dauer eines Arbeitszyklus 2,5 Sekunden.

Die Energiequelle 47 für die Meßgerätkreise wird mit Hilfe der Schaltung 49 so gesteuert, daß nur dann Energie zugeführt wird, wenn am Kabel Impulse auftreten. Die Energiequelle liefert bei einer Ausgangsspannung von +12 V einen Strom von 75 mA.

Das Blockschaltbild gemäß F i g. 2 veranschaulicht einzelne Schaltelemente einer Strömungsmeßanordnung. Der Befehlszähler 44 besteht aus acht Flip-Flop-Stufen 48, die als achtstufiger Binärzähler geschaltet sind. Formierte Taktimpulse K₀ werden dem Eingang der ersten Stufe zugeführt und vom Zähler in üblicher Weise gezählt. Alle acht Flip-Flop-Stufen weisen der Rückstellung dienende Eingänge auf, welchen formierte Rückstellimpulse gleichzeitig zugeführt werden. Jede Flip-Flop-Stufe des Befehlszählers besitzt zwei Ausgänge, beispielsweise die Ausgänge A₁ und A₁, die entsprechend den Schaltzuständen des Zählers abwechselnd den Zustand »Ein« oder »Aus« einnehmen. Wie nachstehend noch näher erläutert, wird gemäß der Erfindung in vorbestimmten Zählzuständen bestimmter Stufen der Arbeitsablauf der Daten verarbeitenden Kreise zeitlich gesteuert.

Das Schieberegister 36 weist vierzehn Flip-Flop-Stufen SO auf, von denen sieben Stufen (F₁ bis F₇) der Registrierung der Impulse des Meßwertfühlers 22 und die übrigen sieben Stufen (C₁ bis C₇) der Registrierung der Impulse des Meßwertfühlers 20 dienen.

In bekannter Weise werden die jeweils gespeicherten Daten immer dann, wenn Verschiebeimpulse an der Leitung 52 erzeugt werden, von Stufe zu Stufe verschoben, so daß die Daten nacheinander mit der ersten Stufe C₁ ausgelesen werden können.

Mittels der Photozellen 32 und 34 werden die Informationen in die jeweiligen Stufen des Schieberegisters eingespeichert. Jede Photozelle ist einerseits mit der + 12-V-Sammelleitung 54 und andererseits mit dem Eingang der entsprechenden Flip-Flop-Stufe, beispielsweise mit der Basis eines Flip-Flop-Transistors, verbunden. Jede Photozelle kann über einen üblichen Lichtleiter mit einer vorbestimmten Digitalstelle einer Kodierscheibe verbunden sein. Die Kodierscheiben werden von den Fühlern 20 bzw. 22 so eingestellt, daß sie in Übereinstimmung mit einem zu übertragenden Binärkode den Lichtweg zwischen dem Lichtblitzerzeuger 30 und den jeweiligen Lichtleitern sperren oder freigeben, wobei jeweils sieben Bits für die Information der Fühler 20 bzw. 22 zur Verfügung stehen.

Der Lichtblitz, der beispielsweise eine Dauer von 50 Millisekunden hat, fällt hierbei auf die durch die Kodierscheiben nicht gesperrten Photozellen, wodurch deren elektrischer Widerstand kurzzeitig von vielen Megohm bis auf wenige Kiloohm vermindert wird. Jede mit einer belichteten Photozelle verbundene Flip-Flop-Stufe wird hierdurch in den »Ein«- Zustand geschaltet. Nach Beendigung des Lichtblitzes bauen die Photozellen wieder den großen Sperrwiderstand auf. Da hierfür einige Zehntelsekunden erforderlich sind, muß das Verschieben der gespeicherten Daten um diesen Zeitraum verzögert werden.

α ο Wie nachstehend näher erläutert, wird dies dadurch erreicht, daß die Blitzauslösevorrichtung unmittelbar, nachdem alle gespeicherten Daten aus dem Register geschoben worden sind, erregt werden. Bei einem vollständigen Zyklus mit 256 Taktimpulsen und einer Taktfrequenz von 100 Impulsen pro Sekunde stehen mehr als 2 Sekunden für die Regenerierung der Photozellen zur Verfügung.

Der Leitungsverstärker 38 liegt am Ausgang einer UND-Torschaltung 56, dessen Eingänge mit der ersten Stufe des Schieberegisters und einem weiteren Ausgang der Verschiebeimpulssammelleitung 52 verbunden sind. Wie nachstehend beschrieben ist, werden die negativen Ausgangsimpulse über den Gleichrichter 58 dem Kabel 10 zugeführt und zeitlich mit von dem Kabel übertragenen positiven Takt- und Rückstellimpulsen verschachtelt.

Der Leitungsverstärker wird außerdem über eine weitere UND-Torschaltung 60 angesteuert, deren Eingängen die Impulse K₃ bzw. Impulse des Asynchron-Synchron-Umsetzers 40 zugeführt werden. Der Eingang des Umsetzers wird mittels eines vom Läufer 24 betätigten Schalters 62 gesteuert, der einen Stromkreis zwischen der — 12-V-Sammelleitung 64 über den Widerstand 66 und Masse schließen kann.

Folglich ändert sich beim Schließen des Schalters das Potential des Einganges von — 12V auf Erdpotential. Der Schalter 62 wird vom Läufer betätigt, welcher mit einer der Wasserströmungsgeschwindigkeit proportionalen Drehzahl umläuft. Die vom Läufer erzeugten Impulse sind bezüglich der Taktimpulse asynchron; sie werden mit Hilfe des Umsetzers 40 in Synchronimpulse umgewandelt, so daß sie bei der Übertragung mit den übrigen Daten- und Steuerimpulsen zeitlich verschachtelt werden können. Die UND-Torschaltungen 56 und 60 sowie die zusätzlichen UND-Torschaltungen 68, 70 und 72 entsprechen den Steuerkreisen 42 nach Fig. 1.

Ein Satz aus drei zweipoligen Wechselkontaktkippschaltern S₁, S₂, S₃ wählt die Ausgänge des Befehlszählers 44, welche den Betrieb jedes Strömungsmeßgerätes während eines Zeitintervalls bestimmen. Alle Schalter haben zwei Bereiche, wobei die des ersten Schalters mit S_{1 a} und S₁₆, die des zweiten Schalters mit S₂₁₁ und S._2b und die des dritten Schalters mit S_{3 a} und S₃₆ bezeichnet sind. Wie in der Zeichnung angedeutet, sind die Bereichsschalter a und b jeweils mechanisch miteinander gekuppelt. Über die α-Bereiche können wahlweise die Ausgänge der sechsten, siebenten und achten Stufe des Befehlszählers ausgewählt werden, während die &-Bereichsschalter wahlweise die Ausgänge der zweiten, dritten und vierten Stufe des Befehlszählers auswählen können. Bei jedem Strömungsmeßgerät befinden sich diese Schalter in einer anderen Stellung; in der Schalterstellungstabelle in Fig. 2 sind typische Schaltkombinationen dargestellt, wobei die im Schaltbild nach F i g. 2 dargestellten Schalter sich jeweils in Nullstellung befinden sollen. Die Funktionsweise der

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Steuerkreise während des Schaltvorganges ist nach- dagegen haben eine so große Amplitude, daß die

stehend beschrieben. Schaltzustände beider Kreise beeinflußt werden kön-

F i g. 4 zeigt einen Takt- und Rückstellimpulsgene- nen. Der Rückstellimpulskreis arbeitet wie folgt: rator 46 zum Formieren der über das Kabel 10 über- Wird der Transistor 80 geöffnet, so wird das Potragenen Takt- und Rückstellimpulse. Die Takt- 5 tential an der Basis des Transistors 90 mehr positiv, impulse sind die von 0 auf +3 V ansteigenden posi- so daß der zuvor geöffnete Transistor gesperrt wird, tiven Impulse, während die Rückstellimpulse die von wobei die Vorspannung durch die Diode 94 begrenzt 0 auf + 8 V ansteigenden positive Impulse sind. Die wird. Das Potential an dem Kollektor des Transistors Anstiegs- und Abfallzeiten betragen beispielsweise 90 wird damit negativer, so daß am Ausgang 107 100 μεεϋ bei einem Taktimpulsarbeitszyklus von io entsprechend dem Rückstellimpuls am Eingang 86 50Vo. Den Rückstellimpuls- und Taktimpulsgenera- ein negativer Rückstellimpuls auftritt. Die Takttoren sind die Schaltungen 74 und 76 zur Erzeugung impulse an der Klemme 86 erzeugen an dem Taktvon Schwellwerten zugeordnet. Die Schaltung 74 ent- impulsausgang 109 negative Taktimpulse K₀. hält zwei PNP-Transistoren 78 und 80, deren Emit- F i g. 5 zeigt die Schaltung 30 zur Erzeugung der ter über einen gemeinsamen Widerstand 82 mit der 15 Lichtblitze. Die den Meßwertfühlern 20 und 22 zu- + 12-V-Sammelleitung verbunden sind. Die Basis geordneten Blitzlampen sind mit 120 bzw. 124 bedes Transistors 78 ist über den Widerstand 84 mit zeichnet. Der Kondensator 126 wird über den NPN-der Eingangsklemme 86 des Kabels verbunden. Der Transistor 128 und über den Widerstand 130 aus der Kollektor des Transistors 78 ist mit der — 12-V- + 12-V-Sammelschiene aufgeladen, wobei eine Elek-Sammelleitung verbunden. Die Basis des Transistors 20 trode des Kondensators mit dem Emitter des Transi- 80 ist an eine +5-V-Stromquelle angeschlossen, stors 128 und seine andere Elektrode mit der während sein Kollektor über einen Widerstand 88 mit — 12-V-Sammelleitung verbunden ist. Der Widerder — 12-V-Sammelleitung verbunden ist. Die stand 132 und die Zenerdiode 134, die in Reihe zwi-Schwellwertschaltung 76 ist abgesehen von der Di- sehen den Sammelleitungen liegen, liefern an ihrem mensionierung entsprechend aufgebaut, wobei die 25 Knotenpunkt ein geregeltes Potential für die Basis Spannung an der Basis der zweiten Stufe des Kreises des Transistors 128, das beispielsweise Erdpotential 76 +1,5 V beträgt. sein kann. Der Kondensator 126 wird aufgeladen, bis Der Kollektor des Transistors 80 ist mit der Basis das Potential an dem Emitter des Transistors 128 das eines weiteren PNP-Transistors 90 verbunden, dessen Potential der Basis erreicht.

Emitter geerdet und dessen Kollektor über einen 30 Der Kondensator 126 wird über die Blitzlampen

Widerstand 92 mit der —12-V-Sammelleitung ver- und über den PNP-Transistor 136 entladen, der mit

bunden ist. Zwischen der Basis und dem Emitter ist seiner Basis über den Widerstand 138 mit der

eine Diode 94 angeordnet zur Begrenzung der ge- + 12-V-Sammelleitung verbunden und bis zum Aus-

gebenenfalls angelegten Vorspannung. Der Transi- lösen gesperrt ist. Die Basis des Transistors 136 ist

stör 96 des Taktimpulsgenerators ist mit einem 35 mit dem Emitter des PNP-Transistors 140 verbunden,

Widerstand 98 und einer Diode 100 in entsprechen- dessen Kollektor über den Widerstand 142 an die

der Weise verschaltet. Der Kollektor des Transistors — 12-V-Sammelleitung und dessen Basis über den

90 ist über den Kondensator 102 mit dem Knoten- Widerstand 143 an die 4- 12-V-Sammelleitung und

punkt zweier Widerstände 104 und 106 verbunden, über eine Zenerdiode 144 an den Kollektor eines

die zwischen der —12-V-Sammelleitung und Erde 4° PNP-Transistors 146 angeschlossen ist. Der Emitter

(bzw. Masse) einen Spannungsteiler bilden. Die Aus- des Transistors 146 ist geerdet, während sein Kollek-

gangsklemme 107, an welcher die Rückstellimpulse tor über den Widerstand 148 mit der — 12-V-Sam-

auftreten, ist mit diesem Punkt verbunden. Der KoI- melleitung verbunden ist. Die Basis des Transistors

lektor des Transistors 96 des Taktimpulsgenerators 146 ist über den Widerstand 150 an die — 12-V-

ist über einen Widerstand 108 geerdet und außerdem 45 Sammelleitung angeschlossen. Der Transistor 140 ist

mit der Ausgangsklemme 109, an welcher die Takt- normalerweise gesperrt, während der Transistor 146

impulse auftreten, verbunden. normalerweise geöffnet ist. Die Eingangsklemme 152,

Die Spannungen von +5 V und +1,5 V werden die mit dem Ausgang der UND-Torschaltung 68 nach

von einem Spannungsteiler zur Erzeugung der Vor- F i g. 2 verbunden ist, ist über den Kondensator 154 spannung erzeugt, welcher einen in Reihe mit einer 50 mit der Basis des Transistors 146 und über den

Zenerdiode 112 zwischen der +12-V-Sammelleitung Widerstand 156 mit der —12-V-Sammelleitung ver-

und Erde liegenden Widerstand 110 aufweist. Am bunden.

Knotenpunkt zwischen dem Widerstand 110 und der Das Potential am Eingang 152 ist so lange negativ,

Zenerdiode 112 tritt die Vorspannung von+5V auf. wie das Strömungsmeßgerät Datenimpulse abgibt. Zwischen diesem Punkt und Erde in Reihe angeord- 55 Am Ende dieses Intervalls steigt das Potential bis auf

nete Widerstände 114 und 116 bilden einen Span- Erdpotential an, so daß der Transistor 146 gesperrt

nungsteiler, mit welchem die auftretende Vorspan- wird. Das Potential am Kollektor des Transistors 146

nung an dem parallelliegenden Kondensator 118 von nimmt einen so großen negativen Wert an, daß die

1,5 V erzeugt wird. Zenerspannung der Zenerdiode 144 überschritten Der Transistor 78 des Kreises 74 zur Erzeugung 6° wird, so daß die Basis des Transistors 140 mehr

des Schwellwertes ist normalerweise geöffnet, wäh- negativ und dieser Transistor geöffnet wird. Das Po-

rend der Transistor 80 normalerweise gesperrt ist. tential am Emitter des Transistors 140 wird stärker

Entsprechend sind Transistoren des Kreises 76 ge- negativ, was bewirkt, daß der Transistor 136 geöffnet

öffnet bzw. gesperrt. Die Amplitude der Taktimpulse und der Kondensator 126 über die Blitzlampen 120 ist so groß, daß die Transistoren des Kreises 76 für 65 und 124 entladen und somit ein Lichtblitz erzeugt

die Dauer des Impulses gesperrt bzw. geöffnet wer- wird. Der vom Eingang 152 über den Kondensator

den, ohne jedoch den Schaltzustand der Transistoren 154 kommende positive Impuls tritt nur kurzzeitig

des Kreises 74 zu beeinflussen. Die Rückstellimpulse auf, so daß der Transistor 136 nur zum Entladen des

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Kondensators 126 ausreichend lange geöffnet ist. Der Impuls erzeugt. Während des Intervalls, in welchem Kondensator 136 wird erneut gesperrt, während der die Information des Meßwertfühlers 24 ausgelesen Transistor 128 zum erneuten Aufladen des Konden- wird und welches durch das Auftreten einer negasators geöffnet wird. Die Zeitkonstanten des Auflade- tiven Spannung an den ö-Bereichen der Schalter gekreises bestimmen hierbei die Aufladezeit. 5 kennzeichnet ist, liefert der Kreis 72,4 jedesmal,

Der Leitungsverstärker 38 ist zusammen mit den wenn ein vom Ausgang A₁ des Befehlszählers kom-UND-Torschaltungen 56 und 60 in F i g. 6 veran- mender negativer Impuls auftritt, einen negativen schaulicht. Der Verstärker weist einen NPN-Transi- Ausgangsimpuls K₁. Dies wiederholt sich bei jedem stör 158 auf, dessen Emitter über Stabilisierungs- weiteren Taktimpuls. Der Impuls K₁ wird dem Eindioden 160 an die — 12-V-Sammelleitung ange- io gang 6 des Flip-Flop-Kreises zugeführt, wodurch schlossen und über den Widerstand 162 geerdet ist. sämtliche gespeicherten Daten vom Ausgang 10' des Der Kollektor des Transistors 158 ist über Wider- Flip-Flop-Kreises 188 zum Ausgang 5 des Flip-Flopstände 164 und 166 an die + 12-V-Sammelleitung Kreises 190 verschoben werden. Mit Beendigung des angeschlossen, während der Knotenpunkt zwischen Impulses^ tritt am Ausgangs des Flip-Flop-Kreises den vorgenannten Widerständen über die Diode 58 15 190 ein Impuls R₀ auf, der außerdem auf den Einmit dem Kabel 10 verbunden ist. Die Basis des Tran- gang 8 des Kreises 72 B rückgekoppelt wird. Beim sistors 158 ist mit der UND-Torschaltung über ein Auftreten eines negativen Impulses am Ausgang A₁ Netzwerk verbunden, bestehend aus dem Reihen- des Zählers erzeugt der Kreis 72 B einen Ausgangswiderstand 168 und einem .RC-Glied, nämlich dem impuls K₃, der die Flip-Flop-Kreise 188 und 190 Widerstand 172 und dem parallelliegenden Konden- 20 zurückstellt, den Impuls R₁ und den Impuls R₀ besator 170. Jede UND-Torschaltung enthält zwei Di- endet und das negative Potential am Eingang 8 des öden 174 und 176, die zwischen den Eingängen und Kreises 72 B' aufhebt.

dem Widerstand 178 liegen, dessen anderes Ende an Aus F i g. 8 geht der Aufbau der 12-V-Strom-

die — 12-V-Sammelleitung angeschlossen ist. Der quelle 47 und des Steuerkreises 49 hervor. Die Knotenpunkt zwischen den Dioden und dem Wider- 25 +12 V- und die — 12-V-Potentiale an der jeweiligen stand ist über den Kondensator 180 und die Diode Sammelleitung werden mit zwei Batterien 192 und 182 mit dem Widerstand 168 verbunden, wobei der 194 erzeugt, deren positive und negative Anschlüsse Knotenpunkt zwischen dem Kondensator 180 und geerdet bzw. an die betreffende Sammelleitung ander Diode 182 über dem Widerstand 184 an die geschlossen sind. Der Steuerkreis weist ein Relais — 12-V-Sammelleitung angeschlossen ist. Der Wider- 30 196 auf, dessen Spule 198 zwei Schalter 200 und 202 stand 184 ist mit der Diode 186 überbrückt. Mit steuert, welche im Stromkreis zwischen der Strom-Auftreten eines Datenimpulses werden gleichzeitig quelle und den Sammelleitungen liegen. Das Relais die Eingänge jeder UND-Torschaltung mit negativen 196 ist so gespeist, daß die Schalter den Stromkreis Impulsen beaufschlagt. Fehlen diese negativen Im- schließen, wenn ein NPN-Transistor 204 geöffnet pulse, sind die entsprechenden Dioden 174 und 176 35 wird. Der Kollektor des Transistors 204 ist über die leitend, so daß ein positiver Impuls über den züge- Relaisspule 198 an die Plusklemme der Stromquelle ordneten Kondensator 180 zur Basis des Transistors angeschlossen, während der Emitter geerdet ist. Die 158 gelangt. Basis des Transistors ist mit dem Knotenpunkt zweier

Der Kondensator 180 ist so bemessen, daß die zu- zwischen dem Emitter des NPN-Transistors 210 und geordnete Diode 182 leitend wird und der Transistor 40 Erde liegender Widerstände 206 und 208 verbunden. 158 für eine durch die Parameter des i?C-Gliedes, Der Kollektor des Transistors 210 ist ebenfalls an die das mit der Basis des Transistors verbunden ist, be- Plusklemme der Stromquelle angeschlossen, während stimmte Zeitspanne geöffnet wird. Wenn der Tran- der Emitter über den Kondensator 212 geerdet ist. sistor geöffnet ist, gelangt über die Diode 58 ein Die Basis des Transistors 210 ist über den Widernegativer Impuls zum Kabel 10. Wie der in F i g. 6 45 stand 214 an das Kabel 10 angeschlossen, über weldargestellte Impulszug veranschaulicht, sichert die ches die positiven Taktimpulse zugeführt werden.
Erzeugung der negativen Ausgangsimpulse nach den Mit den Taktimpulsen wird der Transistor 210 ge-

Eingangsimpulsen, welche den positiven Takt- öffnet, so daß der Kondensator 212 aufgeladen wird, impulsen entsprechen, daß die Ausgangsimpulse mit wodurch der Transistor 204 leitend wird, das Relais den Taktimpulsen am Kabeleingang zeitlich ver- 50 erregt und die Schalter 200 und 202 geschlossen werschachtelt werden. den. Treten keine Taktimpulse über eine Zeitspanne

Fig. 7A zeigt den Asynchron-Synchron-Umsetzer auf, die zum Entladen des Kondensators212 über 40 und die UND-Torschaltung 72. Der Umsetzer die Widerstände 206 und 208 ausreicht, wird der weist zwei Flip-Flop-Kreise 188 und 190 auf. Die Transistor 204 gesperrt, so daß das Relais abfällt und UND-Torschaltung enthält zwei Koinzidenzkreise 55 die Speiseleitungsschalter geöffnet werden.
72^4 und 725. Der Eingang 1 des Kreises 72^ ist Das in Fig. 3 dargestellte Diagramm veranschau-

mit dem Ausgang A_a' des Befehlszählers verbunden, licht einen Arbeitszyklus der erfindungsgemäßen Einwährend der Eingang 1 des Kreises 72 B mit dem richtung. Der Gesamtzyklus umfaßt 256 Taktimpulse, Ausgang A₁ des Befehlszählers verbunden ist. Der von denen der erste und der letzte zusammen mit Eingang 2 jedes Kreises ist über den Taktimpuls- 60 einem Rückstellimpuls auftreten. Bei acht Meßgenerator 46 an die Taktimpulssammelleitung an- geräten steht somit für die Datenübertragung jedes geschlossen, während die Eingänge 3, 4 und 5 jeweils Meßgerätes ein Intervall von zweiunddreißig Taktan die ö-Bereiche der Schalter S₁, S₂ und S₃ ange- impulsen zur Verfügung. Das erste Intervall ist mit 0 schlossen sind. bezeichnet. Es ist das Intervall zur Übertragung der

Schließt sich der dem Meßwertfühler 24 zugeord- 65 Meßwerte des Meßgerätes Nr. 0. Die dargestellten nete Schalter 62, wird im Flip-Flop-Kreis 188 ein Intervalle sind in die mit C, R und V bezeichneten Impuls gespeichert, der am Ausgang 3 des Flip-Flop- Abschnitte unterteilt, die für die Übertragung der von Kreises 188 einen in Fi g. 7 B dargestellten negativen den Meßwertfühlern 20, 22 und 24 erzeugten Daten-

impulse zur Verfügung stehen. Die mit χ bezeichneten Abschnitte sind unbenutzt. In dem Diagramm gemäß F i g. 3 sind die Buchstaben C, R und V mit zweistelligen Indices versehen. Mit der ersten Stelle der Indexzahl ist das Meßgerät bezeichnet, während die zweite Stelle das Informationsbit bezeichnet, wobei für die Daten des Fühlers 20 und des Fühlers 22 jeweils sieben Bits vorgesehen sind. Die in Binärkode ausgedrückte Information ist durch einen bestimmten Impulszug gekennzeichnet, bei welchem in sieben vorbestimmen Abschnitten der Impulsreihe Impulse vorhanden sind oder fehlen. Die Impulse des Meßwertfühlers 24 werden, sofern überhaupt solche auftreten, mit denjenigen der Meßwertfühler 20 und 22 zeitlich verschachtelt. Mit der Indexzahl der Buchstäben R, welche die dem Meßwertfühler 24 zugeordneten Abschnitte bezeichnen, ist das jeweilige Meßgerät angegeben. Die Anzahl der Impulse des Meßwertfühlers 24 pro Zeiteinheit ist ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit.

Die von den Meßwertfühlern 20 und 22 erzeugten Impulse werden nur während des jedem Meßgerät zugeordneten Intervalls übertragen, während die Impulse der Meßwertfühler 24 aller Meßgeräte während des gesamten Intervalls für jedes Meßgerät zweimal übertragen werden. Der Abstand der vom Meßwertfühler 24 übertragenen Impulse muß geringer sein als das kleinste Intervall zwischen den Impulsen, die von den Meßwertfühlern 24 jeden beliebigen Meßgerätes erzeugt werden. Bei einer Taktfrequenz von 100 Impulsen pro Sekunde beträgt diese Zeit etwas weniger als Ve Sekunde, was für die Messung von Strömungsgeschwindigkeiten von annähernd 5 Knoten ausreicht. Am Ende jeden Intervalls werden die entsprechenden Blitzlampen ausgelöst, wodurch neue Daten in das Schieberegister eingespeichert werden.

Aus F i g. 2 geht hervor, daß die UND-Torschaltung 68 jedes Meßgerätes bei gegebenen, speziellen Schaltzuständen der letzten drei Stufen des achtstufigen Befehlszählers geöffnet ist, wobei für jedes Meßgerät ein besonderer Schaltzustand charakteristisch ist. Um den Schaltzustand der letzten drei Stufen zu beeinflussen und die UND-Torschaltung 68 zu schließen, müssen mit den fünf ersten Stufen des Befehls-Zählers 32 Taktimpulse gezählt werden. Wird die Torschaltung gesperrt, werden die Steuerschaltungen der Blitzerzeuger 30 des betreffenden Meßgerätes erregt. Während des Intervalls, in welchem die UND-Torschaltung 68 geöffnet ist, erzeugt die Torschaltung 70 jedesmal Verschiebeimpulse K₂, wenn über den Ausgang A₁ des Zählers jeweils ein Impuls zugeführt wird, d. h. bei jedem weiteren Taktimpuls. Somit kann also aus der ersten Stufe des Schieberegisters 36 bei jedem weiteren Taktimpuls ein Datenimpuls ausgelesen werden.

Zwischen diesen Datenimpulsen können dem Kabel vom Meßwertfühler 24 erzeugte Impulse zugeführt werden. Da die UND-Torschaltung 72 nur unter vorbestimmten Bedingungen der zweiten, dritten und vierten Stufe des Befehlszählers geöffnet ist, kann die UND-Torschaltung nur alle 16 (2*) Taktimpulse einmal geöffnet werden. Folglich wird also bei 32 Taktimpulsen pro Intervall die UND-Torschaltung zweimal geöffnet. Da sich die Wählschalter an den Eingängen der UND-Torschaltung für die verschiedenen Meßgeräte in verschiedenen Stellungen befinden, kann gleichzeitig nur eine UND-Torschaltung 72 geöffnet sein. Darüber hinaus treten am Ausgang der UND-Torschaltung 60 Impulse auf, wenn ein von der UND-Torschaltung (72) kommender Impuls K₃ auftritt. Die Impulse K₅ werden erzeugt, wenn am Ausgang A₁ des Zählers Impulse auftreten, so daß gewährleistet ist, daß die Impulse des Meßwertfühlers 24 mit den in Auswirkung der Impulse aus dem Ausgang A₁ des Zählers erzeugten Impulse aus dem Schieberegister zeitlich verschachtelt werden. Hierdurch wird verhindert, daß sich die Datenimpulse der verschiedenen Meßgeräte und die Steuerimpulse der Takt- und Rückstellimpulsgeneratoren überschneiden.

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Unterwasser-Fernmeßeinrichtung mit mehreren voneinander räumlich getrennten Meßanordnungen, deren Meßwerte auf ein entfernt liegendes Anzeige- bzw. Aufzeichnungsgerät übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß jede Meßanordnung (0 bis 7) folgende Elemente aufweist: ein Meßwerte in Digitalfonn aufnehmendes Schieberegister (36), Meßwertfühler (20, 22, 24), einen Steuerimpulse zählenden mehrstufigen Digitalzähler (44), der in bestimmten Zählzuständen Steuerkreise (42) derart umschaltet, daß die Meßwertfühler (20,22,24) nacheinander abgefragt werden, wobei die Steuerkreise (42), welche entsprechend den Taktimpulsen das Schieberegister (36) verschieben, und das Schieberegister aufeinanderfolgende digitale Ausgangsimpulse erzeugen, und daß die Ausgangsimpulse mehrerer Meßanordnungen auf ein gemeinsames Anzeige- und Aufzeichnungsgerät übertragen werden, wobei die Meßanordnungen über einen gemeinsamen oder jeweils einen Takt- und Rückstellimpulsgenerator (46) angesteuert sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zwischen den Meßwertfühlern (20, 22) und dem Schieberegister (36) angeordneten Analog-Digital-Umsetzer.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Meßwertfühler (20) zur Ermittlung der Bezugsrichtung jedes Meßgerätes und einen Fühler (22) zur Ermittlung der Wasserströmungsrichtung gegenüber der Bezugsrichtung.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine Anordnung, mit welcher die Ausgangsimpulse des Schieberegisters (36) mit den Taktimpulsen zeitlich verschachtelt werden.

5. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Datenimpulse und Taktimpulse entgegengesetzte Polarität haben.

6. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Meßwertfühler (24) zum Erzeugen von Impulsen mit einer der Wasserströmungsgeschwindigkeit an jedem Meßgerät entsprechenden Frequenz.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Asynchron-Synchron-Umsetzer (40) die Asynchronimpulse des Fühlers (24) in Impulse umsetzt, die zu den Taktimpulsen synchron sind und in der Frequenz dem Meßwert entsprechen.

8. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen

Generator zum Erzeugen der Taktimpulse, welche Steuerkreisen (42) zugeführt werden, wobei eine Übertragungsstrecke (10) vorgesehen ist, über welche die Taktimpulse und die mit diesen zeitlich verschachtelten Datenimpulse gleichzeitig übertragen werden.

9. Einrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Analog-Digital-Umsetzer mehrere mit den entsprechenden Stufen des Schieberegisters (36) verbundene Photozellen (32,34), eine Lichtquelle (30), Vorrichtungen (26, 28) zum Abdecken der Photozellen in Übereinstimmung mit einem gegebenen Digitalkode gegenüber der Lichtquelle (30) und einer Schaltanordnung zum Zünden der Lichtquelle enthalten.

10. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkreise (42) eine mit den Stufen (A₁ bis A₈) des mehrstufigen Digitalzählers (44) verbundene UND-Torschaltung (68, 70, 72) aufweisen.

11. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in das Schieberegister (36) die einem ersten Parameter und die einem zweiten Parameter entsprechenden Daten eingelesen werden, und zwar nur dann, wenn sich die Stufen des Registers in einem vorbestimmten, von dem vorgenannten Zählzustand abweichenden Zustand befinden.

12. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßgeräte (0 bis 8) an ein Kabel angeschlossen sind, über welches sie Impulse empfangen und aussenden, wobei die Ausgangsimpulse der Meßgeräte nur dann dem Kabel (10) zugeführt werden, wenn sich bestimmte Stufen des Zählers in einem vorbestimmten Zählzustand befinden, der für das jeweilige Meßgerät charakteristisch ist.

13. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgung der Meßgeräte mittels der Takt- und Rückstellimpulse steuerbar ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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