DE1437843C - Verfahren zur Fernübertragung einer analogen Größe mit Hilfe eines in Abhängigkeit von der analogen Größe phasenmodulierten Trägers - Google Patents
Verfahren zur Fernübertragung einer analogen Größe mit Hilfe eines in Abhängigkeit von der analogen Größe phasenmodulierten TrägersInfo
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- DE1437843C DE1437843C DE1437843C DE 1437843 C DE1437843 C DE 1437843C DE 1437843 C DE1437843 C DE 1437843C
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fernübertragung
einer analogen Größe, z. B. der Winkel-Stellung oder Drehzahl einer Welle, des Betrags einer
Spannung, eines Drucks, einer Temperatur oder einer Höhe, mit Hilfe eines in Abhängigkeit von der analogen
Größe phasenmodulierten Trägers.
Bislang sind Systeme zur Übertragung und zum Empfang von Nachrichten mit Hilfe phasenverschobener
Trägerwellen bekannt, deren Übertragungskanal im allgemeinen eine kleine Bandbreite hat. Die
Bandbreite wird durch die Verschlüsselungsgeschwindigkeit des Trägers mit Hilfe eines binären Verschlüsselungssignals
und durch die Auswahlgeschwindigkeit dreier oder mehrerer zugeordneter Phasenwinkel
einer Schwingung mit fester Frequenz bestimmt, wobei jedem Nachrichten-Bit ein bestimmter
Phasenwinkel zugeordnet ist. Zur Vermeidung von Mehrdeutigkeiten bei einem phasenverschobenen
Träger ist eine dritte oder fünfte Phasenlage vorgesehen, die die Synchronisation im Empfänger
automatisch bewirkt, so daß Zeichen- und Zwischenraumsignale mit den die Phasen im Sender bestimmenden
Zeichen- und Zwischenraumsignalen übereinstimmen. Ferner ist es bekannt, zusätzlich Logik-Schaltwerke
vorzusehen, die Ringzähler enthalten, um die gewünschte Phasenverschiebung im Sender
auszuwählen, die vom Empfänger registriert werden soll, ohne daß sie von der absoluten Phasenverschiebung
abhängt, die gerade übertragen wird. Ferner gibt es vereinfachte Verfahren, bei denen ein phasenmoduliertes
Signal gesendet und im Empfänger frequenzmoduliert und in die gleiche Binärform umgesetzt
wird, wie sie bei der Phasenmodulation im Sender vorlag. Bei diesem System kann jede Verschiebung
ohne Synchronisation oder ohne ein Logik-Schaltwerk zur Feststellung des Vorzeichens
der Phasenverschiebung registriert werden, wobei eventuell mit Vorrichtungen zur Entschlüsselung der
Phasenverschiebung mehrere Phasenverschiebungen registriert werden können.
Diese und andere Phasenmodulationsverfahren zur Nachrichtenübertragung sind besonders zur Übertragung
binärer Informationen entweder in Simplex-, Diplex- oder Triplexform geeignet. Nach dem derzeitigen
Stand der Technik hat man erkannt, daß die Phasenmodulation oder die Verschiebung um diskrete
Phasenwinkel der Frequenzmodulation bei der Nachrichtenübertragung von Natur aus weit überlegen
ist. Bei diesem Nachrichtenübertragungssystem für digitale Informationen werden im allgemeinen
Zeichen und Zwischenräume, das sind binäre Signale, übertragen. Sie können dagegen nicht ohne weiteres
zur Übertragung sich kontinuierlich ändernder Größen, d. h. analoger Größen, z. B. des Drehwinkels
einer Welle, der Positionsaufzeichnungen auf einem PPI-Radarschirm, sich ändernder Temperaturen, von
Höhen oder Prozeßinformationen u. ä. verwendet werden. Bei den meisten bekannten Nachrichtenübertragungssystemen
mit Phasenmodulation wird die Phase um 180 oder um 90° verschoben, wobei sich Schwierigkeiten infolge Mehrdeutigkeiten ergeben.
Bislang ist es üblich, ungerade Anzahlen von Phasenlagen vorzusehen, wobei die Information in
der Form der gerade übertragenen speziellen Phasenlage enthalten ist und eine Position oder Lage zur
Vermeidung von Mehrdeutigkeiten nicht verwendet wird. Verschiedene bekannte Phasenmodulationsverfahren
arbeiten im wesentlichen binär und eignen sich somit nur zur Übertragung von Zeichen und
Zwischenräumen, während sich stetig ändernde Daten entsprechend phasenmoduliert, aber nicht phasenkodiert
übertragen werden.
Zur Übertragung analoger Größen ist es bislang üblich, die Amplituden- oder Frequenzmodulation
oder spezielle Analog-Digital-Umsetzer zu verwenden. Letztere sind ziemlich kompliziert im Aufbau
und verringern die Übertragungsgeschwindigkeit des Systems beträchtlich. Es sind dagegen keine einfachen
Vorrichtungen bekannt, die es ermöglichen, Daten in analoger Form direkt durch ein Phasenverschiebungsverfahren
zu übertragen.
Dementsprechend hat die Erfindung zur Aufgabe, ein Verfahren anzugeben, nach dem ein niederfrequenter
Hilfs- oder Zwischenträger ohne Zwischenschaltung eines Analog-Digital-Umsetzers in diskreten
Phaseninkrementen direkt moduliert werden kann, so daß beispielsweise die Richtung, Drehzahl und
der Drehwinkel einer Welle oder die Bewegung eines Zeigers übertragen und in einem Empfänger mit
Hilfe einfacher Demodulationsverfahren wieder entschlüsselt werden können.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß sendeseitig die Phasenlage des Trägers
bei ansteigender Größe in gleichen Sprüngen in der einen Richtung und bei abnehmender analoger Größe
in gleichen Sprüngen in der anderen Richtung verschoben wird, und zwar derart, daß jedesmal dann
ein Phasensprung erfolgt, wenn sich die analoge Große um einen vorbestimmten Betrag geändert hat,
und daß bei der empfangsseitigen Demodulation bei jedem Phasensprung des Trägers in der einen Richtung
ein Impuls einer Polarität und bei jedem Phasensprung des Trägers in der anderen Richtung
ein Impuls mit entgegengesetzter Polarität erzeugt wird und diese Impulse integriert werden.
Das heißt, bei der Übertragung werden Phasenverschiebungen des Trägers verwendet, bei denen
mindestens drei Phasenlagen oder -positionen in gleichem Abstand vorgesehen, alle in einer Folge
benachbarten Phasenlagen angeordnet und nach Belieben umkehrbar sind, so daß eine einzige Sendefrequenz
als Träger Phasenverschiebungen aufweist, die so ausgewählt sind, daß sie entweder die gesamte
Änderung oder die Änderungsgeschwindigkeit einer Größe in Schritten bzw. Inkrementen pro Zeiteinheit
wiedergeben. Dabei wird an sich nur eine einzige Frequenz gesendet, die um diskrete und konstante
Phasenwinkel relativ zur Oszillatorschwingung verschoben ist. Dies hat den Vorteil, daß beispielsweise
ein asynchrones System verwendet werden kann, bei dem lediglich die Zeiten und Richtungen der Phasenverschiebungen
bekannt zu sein brauchen. Bei einem derartigen System übertragen die Übergangs- oder
Einschwingvorgänge infolge der Phasenänderungen die zu empfangende, aufzuzeichnende oder weiterzuverwendende
Information durch einfache Integration der die Achse schneidenden Taktsignale, obwohl
mehr Aufwand an Logik-Schaltnetzen getrieben werden kann, um die Phaseninformation wiederzugewinnen.
Außerdem kann auch ein synchrones Übertragungs- und Demodulationsverfahren verwendet
werden. Ein Analog-Digital-Umsetzer ist nicht erforderlich, so daß auch diese bedingte erhebliche
Übertragungsverzögerung entfällt.
Der Sender zählt im wesentlichen bis zum Augenblickswert der zu übertragenden Größe, und der
Empfänger zählt Inkremente der im Sender vorgegebenen
Phasenänderung, um analoge Größen oder einen Wert in analoger Form auszugeben, selbst wenn
sie nur in Form von zwei oder mehreren Phasenlagen einer Schwingung mit konstanter Frequenz übertragen
werden.
Für die Dauer eines Bits bleibt die Phasenlage relativ zur erzeugten Phase und Frequenz konstant,
und jedes nachfolgende Bit hat durchweg Zeichenoder Zwischenraumphasenlage. Die Sendefrequenz
wird nicht geändert, und es können sehr schmalbandige Filter beiderseits der Übertragungsstrecke
verwendet werden. Die gesamte Bit-Länge, d. h. 1 Baud, steht zur Einstellung einer neuen Phasenlage
und zur Erzielung einer hohen Übertragungsgeschwindigkeit zur Verfügung.
Die Erfindung wird nun auch an Hand der Figuren ausführlich beschrieben.
F i g. 1 veranschaulicht die Anwendung der Erfindung bei der entfernten Registrierung einer veränderlichen
Größe, die durch den Drehwinkel einer Welle vorgegeben wird;
F i g. 2 zeigt eine im wesentlichen stufenförmig verlaufende analoge Größe, die in dem Übertragungssystem
gemäß der Erfindung übertragen und empfangen wird;
F i g. 3 veranschaulicht die Anwendung der Erfindung bei der Fernaufzeichnung sich ändernder analoger
Größen in Form elektrischer Signale am Sendereingang und am Empfängelausgang des Systems;
F i g. 4 zeigt im Blockschaltbild als Anwendungsbeispiel der Erfindung ein analoges Nachlaufsystem;
F i g. 5 veranschaulicht in einem Blockschaltbild ein vereinfachtes Übertragungssystem analoger Größen,
bei dem die Phasenverschiebung kein ganzzahliger Bruchteil einer Periode zu sein braucht, und
Fig. 6 zeigt Einzelheiten der Fig. 5.
Grundsätzlich werden nach der Erfindung analoge Größen durch Phasenverschiebungen einer einzigen
konstanten Frequenz übertragen und aufeinanderfolgende Phasenverschiebungen im Empfänger demoduliert,
wobei demodulierte Signale entsprechend der Richtung und Zeit der Verschiebung aufsummiert
werden. Die Phasenlagen von Sender und Empfänger brauchen nicht synchronisiert zu sein. Das System
kann mit den verschiedensten Modulator- und Demodulator-Schaltungen betrieben werden, entweder
in einem Zweiphasen- oder einem Dreiphasensystem, obwohl es nicht darauf bechränkt ist.
In einer einfachen Ausführung wird ein spannungsgesteuerter
Oszillator (voltage controlled oscillator VCO) verwendet, um eine gewünschte konstante
Phasenverschiebung zu erzeugen, wenn dies verlangt wird, aber keine veränderbare Phasenverschiebung,
um somit eine in der Phase abgestufte Schwingung zu erzeugen, eine Stufe pro Gleichspannungsinkrementalsignal
am Eingang der Verschlüsselungsschaltung.
Ein erfindungsgemäßes analoges Übertragungssystem kann mit nur zwei verschiedenen Phasenlagen
betrieben werden, vorausgesetzt, daß es sich um eine Empfängerart handelt, die auf die Richtung der Phasenverschiebung
anspricht und aus der einen Richtung einen negativen und aus der anderen einen positiven
Ausgangsimpuls ableitet. Es ist nicht nötig, daß die Phasen identifizierbar oder daß jede Phasenverschiebung
irgendeine definierte Relation zu einer vollen Schwingung aufweist, wenn die Eingangsdaten
eine Folge diskreter ähnlicher Phasenverschiebungen sind, die entsprechend einer Änderungsgeschwindigkeit
zeitlich eingeteilt sind und deren Vorzeichen entsprechend den Datenänderungen des entgegengesetzten
Vorzeichens umkehrbar sind.
Wenn jedoch ein Gerät verwendet wird, das auf wiederholbare spezielle Phasenverschiebungen, z. B.
120°, anspricht, ist eine geeignete Form der Verschlüsselung erforderlich, um Phasenverschiebungen
zu erzeugen, die alle in bestimmter Relation zur
ίο Sendefrequenz liegen. Der Empfänger braucht nicht
synchronisiert zu sein oder irgendeine definierte Phasenlage zu haben.
Fig. 1 zeigt eine Anordnung, bei der analoge Größen
automatisch verschlüsselt und mit Phasenver-Schiebungen von 120° übertragen werden können,
während in Fig. 3 ein ähnliches System, aber etwas allgemeiner dargestellt ist, um die Steuerung durch
einen VCO mit einem Reversierring zur Durchführung einer progressiven Phasenauswahl zu zeigen.
Das Bezugszeichen 10 weist auf ein Verschlüsselungsgerät mit einem drehbar gelagerten und an einer
Welle 12 befestigten Kontaktarm 11, der in Übereinstimmung mit dem Drehwinkel der Welle 12 verdreht
wird. Die Welle wird beispielsweise von einer Getriebevorrichtung 14 gesteuert, um den Druck und
die Temperatur in einer Bourdon-Röhre (Bourdonschen Röhrenfeder) od. ä. anzuzeigen und den gewünschten
Drehwinkel in Übereinstimmung mit einer an die Empfangsstation zu übertragenden Außen-
oder Prozeßinformation zu übertragen. Der Kontaktarm 11 ist der bewegliche Teil eines Wahlschalters,
in dem mehrere Kontaktpunkte, z. B. 16, 17 und 18, in vorzugsweise gleichen Abständen auf einem Kreis
um die Welle 12 angeordnet sind. Wie in F i g. 1 dargestellt, sind auf diesem Kreis im Uhrzeigersinn aufeinanderfolgende
Kontaktpunkte, wie 16, 17 und 18, mit einem Modulationssteuergerät, als Ganzes mit der
Bezugsziffer 20 bezeichnet, verbunden. Die Verdrehung der Welle 12 kann von der Eingangsgröße eines
Meßumformers oder Gebers 19 gesteuert werden.
Wenn mehrere Inkremente einer Größe übertragen werden sollen, wird ein Verschlüsselungsgerät 10 so
ausgelegt, daß die gewünschte Anzahl η von Kontaktpunkten wie die Kontaktpunkte 16, 17 und 18 usw.
angeordnet sind, wobei sich dies auf dem Kreis nt-mal
wiederholt, wie es zur Wiedergabe der als Wellenverdrehung vorliegenden Größe mit der gewünschten
Genauigkeit gefordert sein kann, wobei der Drehwinkel an einer Gradeinteilung auf einer Ziffernscheibe
13 abgelesen werden kann. Andererseits brauchten nur η Punkte vorgesehen zu sein, wenn die
Weiterschaltung des Kontaktarms so lange in gleicher Richtung erfolgen kann, wie es zur inkrementalen
Darstellung der Größe erforderlich ist. Drei verschiedene Phasenlagen genügen zur Darstellung einer
Größe, die durch die Welle 12 wiedergegeben werden kann, und um additive Bewegungen der Welle 12 von
subtraktiven unterscheiden zu können. An die Kontakte 16, 17 und 18 sind jeweils benachbarte Kontakte
16', 17' und 18' durch Kurzschlußbügel 21, 22 und 23 angeschlossen, so daß sich drei Kreise ergeben,
in denen die Phase des Trägers um jeweils 120° verschoben ist. Die Kurzschlußbügel verbinden
einander entsprechende Kontaktpunkte in allen drei Kreisen. Jeder Kontakt der m Gruppen wird von dem
Arm 11 bei Verdrehung der Welle 12 berührt.
Eine Ausgangsleitung 26 ist mit den Kontaktpunkten 16, 16' usw. aller Gruppen verbunden. Die Pha-
senlage der auf dieser Leitung anstehenden Ausgangsgröße sei als Bezugsphase mit der Phasenverschiebung
von 0° angesehen. Zwischen der Leitung 26 und der gegenüberliegenden Oszillatorausgangsleitung
31 liegt die Reihenschaltung eines Kondensators 27 und eines Widerstandes 28, deren Verbindimgspunkt
durch eine Leitung 29 mit dein Kurzschlußbügel 22 verbunden und somit an allen den Kontaktpunkten 17
entsprechenden Kontaktpunkten angeschlossen ist. Wenn der Oszillator 24 einschließlich der Ausgangsleitungen
26 und 31 mit einer mittelpunktgeerdeten Ausgangsimpedanz 25 versehen ist, eilt die Spannung
auf der Leitung 29 der Ausgangsspannung des Oszillators 24 voraus, und zwar um 120°, wenn die Bauelemente
27 und 28 entsprechend bemessen sind. In ähnlicher Weise sind ein Widerstand 32 und ein Kondensator
33 in umgekehrter Reihenfolge zwischen die Leitungen 26 und 31 geschaltet und ihr Verbindungspunkt über eine Leitung 34 mit dem Kurzschlußbügel
23 verbunden, der wiederum alle dem Kontakt 18 entsprechenden Kontakte miteinander verbindet. Bei
einem 5-Phasen-System wären zwei weitere Kontaktgruppen in der angegebenen Reihenfolge mit entsprechenden
Phasenverschiebungsbauelementen verbunden, so daß sich Phasenverschiebungen in Stufen von
72° ergeben, wenn der Kontaktarm 11 stetig in der einen oder anderen Richtung gedreht wird.
Man sieht, daß der Kontaktarm 11 durch Drehung im Uhrzeigersinn bei einem 3-Phasen-System der
Reihe nach die Phasenlagen 0, 120 und dann 240° relativ zur Bezugsphase des Oszillators 24 durchläuft.
Wenn der Kontaktarm 11 weitergedreht wird, berührt er die Kontaktpunkte 16', 17' usw., so daß die Phasenlage
der über dem Kontaktarm 11 durchgeschalteten Schwingung kontinuierlich in bezug auf die feste
Phasenlage der Grundfrequenz des Oszillators 24 verschoben wird. Man sieht ferner, daß eine Verdrehung
des Kontaktarms 11 im Gegenuhrzeigersinn nacheilende Phasenverschiebungen ergibt, wobei sich die
Phase mit jeder Bewegung des Kontaktarms 11 im Gegenuhrzeigersinn von einem Kontakt zum nächsten
um ein Drittel einer Periode verschiebt. Bei einem 5-Phasen-System würden sich dabei stufenweise Phasenverschiebungen
um ein Fünftel einer Periode ergeben, die je nach Drehrichtung des Kontaktarms 11
positiv oder negativ wären. Zu diesem Zweck müßten weitere Phasenverschiebungsglieder für die vierten
und fünften Stufen von η Stufen jeder Gruppe vorgesehen werden. Das Verschlüsselungsgerät 10 ist mit
einer Ausgangsleitung 35 versehen, die an den Kontaktarm 11 angeschlossen ist, um eine bestimmte
Phasenlage des Oszillators 24 auswählen zu können, die in irgendeinem Zeitpunkt übertragen werden soll.
Die absolute Phasenlage ist nicht wichtig. Dagegen ist jede Phasenänderung entweder als Absolutwert
oder als Änderungsgeschwindigkeit stufenweise ablesbar. Das entsprechend phasenverschobene Ausgangssignal
des Oszillators wird dann vorzugsweise über einen Modulationsverstärker 36, ein Bandpaßfilter
37 und ein Übertragungsglied 38 mit fester Frequenz einem Empfänger 40 zugeführt.
Nach diesen Ausführungen ist klar, daß mit jeder Verdrehung des Kontaktarms von einer Kontaktstellung
in die nächste eine Phasenverschiebung erfolgt und die übertragene Spannung entweder vor- oder
nacheilt, je nachdem, in weiche Richtung der Kontaktarm 11 gedreht wird. Will man quantitative Daten
übertragen, z. B. die Zahl + 96, dann wird der Kontaktarm 11 im Uhrzeigersinn, von einer ausgewählten
Null- oder Ausgangsstellung beginnend, in die 96ste Kontaktstellung gedreht, so daß die Zahl 96 in Form
von 96 Phasenverschiebungen des Trägers in einer einzigen Zeichenfolge übertragen wird. Wenn der
Kontaktarm 11 pro Umdrehung 30 Kontaktpunkte berührt und jede Phasenverschiebung 120° beträgt,
wären bei einer einzigen Umdrehung des Kontaktarms 11 zehn vollständige Phasenverschiebungsperioden
bei stufenweiser Phasenverschiebung um eine drittel Periode durchlaufen.
Der Empfänger stellt fest, daß es sich um eine Phasenvorverschiebung, auch voreilende Phasenlage
genannt, handelt, und 96 Phasenverschiebungen wiirden 3,2 Umdrehungen des Kontaktarms 11 erfordern.
Eine Aufzeichnungs- oder Verarbeitungsschaltung liest die 96 Vorgänge der Zeichenfolge und verarbeitet
sie so, daß sich die Größe +96 ergibt. Die 120°- Phasenverschiebungen sind nur als Beispiel gewählt.
Es hätten auch einfach 36° gewählt werden können, so daß sich bei einer Umdrehung der Ziffernscheibe
13 der Ziffernwert 10 oder ein geeignetes dekadisches Vielfaches ergibt. Der Phasenabstand kann auch
2 Radianten betragen, um einen möglichst großen Störabstand zu erzielen, und die Ziffernscheibe kann
entsprechend abgestuft werden, wenn keine dekadische Darstellung erforderlich ist oder wenn die
Grundlinie der Messung mit jeder Phasenverschiebung auf einen neuen Wert eingestellt wird, unabhängig
von vorausgegangenen Grundlinien oder willkürlichen Nullpunkten.
Wenn eine Phasenverschiebungssteuerung oder ein Schalter, wie der Wahlschalter 10, in Übereinstimmung
mit den analogen Größen des Gebers 19 gesteuert wird, moduliert sie den Sender 20, dessen
Ausgangsfrequenz, abgesehen von Übergangsschwingungen, die aus der Phasenverschlüsselung resultieren,
konstant ist. Der phasenmodulierte Träger bleibt in einer sehr schmalen Frequenzbandbreite, die von
der Verschlüsselungsgeschwindigkeit oder der Anzahl der pro Zeiteinheit über ein geeignetes Verbindungsglied
38 zum Empfänger 40 übertragenen Bits bestimmt wird. Das Verbindungsglied 38 kann eine
Telefonleitung mit Sprachfrequenzbandbreite sein, über das gleichzeitig mehrere Nachrichten auf verschiedenen
festen Frequenzen übertragen werden. Andererseits kann eine Leitung auch einen oder mehrere
Kanäle mit einer sehr viel höheren Bit-Frequenz enthalten. Es können aber auch andere Modulationsarten
zur Übertragung der phasenverschobenen Information verwendet werden. Die Übertragung kann
auch drahtlos erfolgen, indem ein niederfrequenter Träger phasenmoduliert wird und dann als Zwischenträger
zur Modulation des Hochfrequenzträgers verwendet wird, also entsprechend an sich bekannten
Verfahren. F i g. 5 veranschaulicht eine veränderbare Anzahl modulierter Träger, die gleichzeitig über das
Verbindungsglied 38 übertragen werden.
Nach Trennung der Kanäle wird die phasenmodulierte Trägerfrequenz im Empfänger 40 demoduliert.
Das Empfängergerät kann ein einfacher Nulldurchgangsgeschwindigkeit-Demodulator
(axis-crossing rate detector) sein und im wesentlichen aus einem Bandpaßfilter 41 bestehen, das eine Amplitudenbegrenzerstufe
42 über eine Leitung 43 ansteuert. Diese Stufe kann vorzugsweise drei oder vier die Amplitude
begrenzende und verstärkende Stufen enthalten, so daß auf der Leitung 44 eine Rechteckschwingung mit
7 8
steilen Nulldurchgängen erscheint. Pro Nulldurch- schaltung 50 kann ein Speicher zur Aufsummierung
gang des phasenmodulierten Trägers, wie empfangen der über die Leitungen 49 und 51 abgegebenen Ausoder
aus der Hochfrequenzschwingung abgeleitet, gangssignale des Schmitt-Triggers oder irgendeine gedurch
die er bei der drahtlosen Übertragung modu- bräuchliche Integrationsschaltung sein, so daß die
liert wurde, ergibt sich ein Nulldurchgang der Recht- 5 Treppenspannung, wie in KurveB in Fig. 2 dargeeckschwingung.
Ohne Phasenverschiebung erscheinen stellt, in eine geglättete Kurve D (Fig. 2) umgesetzt
diese Nulldurchgänge regelmäßig und in gleichem wird, als Abbild des Verlaufs einer analogen Größe/!,
Abstand. Jede Phasenverschiebung in der übertrage- wie anfangs von dem Meßumformer 19 des Systems
nen Schwingung ändert den Abstand der Nulldurch- vorgegeben.
gänge, der in dem Demodulator 45 in einer oder meh- io Es sei darauf hingewiesen, daß die Bandpaßfilter
reren Perioden zur Erzeugung eines Gleichspannungs- 37, 37' und 41 einem doppelten Zweck dienen, ein-
oder Gleichstromimpulses verwendet wird, der im mal zur Auswahl eines gewünschten Signals und zum
Augenblick einer Phasenvorverschiebung während der anderen zur Vermeidung von Nebensprecheffekten
Übergangszeit zu einer verringerten Periodendauer benachbarter Kanäle. Da die Phasenverschiebungspositiv
und während der Übergangszeit zu einer er- 15 information nur in dem Phasenübergang enthalten
höhten Periodendauer im Augenblick einer Phasen- ist, der im Augenblick der Phasenverschiebung des
verzögerung im Sender negativ ist. Eine bevorzugte Oszillatorausgangssignals auftritt, enthält der Über-Empfängerart
spricht lediglich auf zeitliche Änderun- gang Frequenzkomponenten, die in benachbarte
gen regelmäßig periodischer Nulldurchgänge an. Kanäle einstreuen können. Die Bandpaßfilter verhin-Diese
können alle in einer Schwingungsperiode auf- 20 dem dieses Nebensprechen und begrenzen die Emptreten,
sind aber gewöhnlich auf mehrere Perioden fangsenergie auf einen lediglich zur Feststellung einer
ausgedehnt. Der Empfänger demoduliert oder regi- Phasenverschiebung in einer oder der anderen Richstriert
keine andere Frequenz oder Phase als solche, tung erforderlichen Betrag. Der Störabstand des Empda
lediglich eine Vorverschiebung oder Verzögerung fängers, d. h. das Verhältnis von Nutz- zu Störsignader
Phase festgestellt wird. Wenn eine feste Frequenz 25 len, wird dadurch verbessert, daß das Bandfilter
lediglich phasenverschoben ist, kann keine sich von maximale Abweichungen in dem Übergang steuert,
der festen Sendefrequenz unterscheidende Frequenz so daß die Phasenverschiebung über mehrere Perifestgestellt
werden. Jedoch ist am Ausgang des Be- öden, z. B. sechs Perioden, der festen Sendefrequenz
grenzers 42 ein ähnliches Ergebnis wie bei einer erhalten bleibt. Die Grenzfrequenzen der Filter kön-Übergangsfrequenzverschiebung
zu erkennen, und 30 nen um ± 5 °/o schwanken. Obwohl der während des
zwar als Änderung der Nulldurchgangszeitpunkte im Übergangs in eine andere Phasenlage der Trägerwelle
Augenblick der Einstellung einer neuen Phase, was entstehenden elektromagnetischen Welle keine defiaber
nur so lange der Fall ist, bis sich die neue Pha- nierte Frequenz beigemessen werden kann, nimmt
senlage der Sendeschwingung in dem Übertragungs- man gewöhnlich an, daß die Dauer des Übergangs in
kanal endgültig eingestellt hat. Da sich die Frequenz 35 umgekehrtem Verhältnis zur Bandbreite des Filters
nicht ändert, ist dieses Phasenverschiebungsverfahren steht.
keine Frequenzmodulation. Es ist die Einstellung der Falls die Information nicht als Drehwinkel einer
festen Phasenverschiebung, die im Sender wirksam Welle, sondern als veränderliche Größe vorliegt, z. B.
wird, während bei der Frequenzverschiebungsver- als Spannung, die sich gegenüber einer Bezugslinie
schlüsselung wieder genau die gleiche Phase oder 40 ändert, kann eine andere Form der Datenwahl oder
irgendeine andere unbekannte Phase eingenommen -verschlüsselung angewandt werden. Geräte zur Abwerden
kann, wobei die Phasenlage nicht überwacht leitung verschlüsselter Signale für ein digitales System
wird. aus analogen Größen sind an sich bekannt und brau-
An Hand von Fig. 2 seien jetzt grundlegende chen hier nicht im einzelnen beschrieben zu werden.
Maßnahmen zur Verarbeitung der phasenverschobe- 45 Hier dagegen dient ein solches Gerät zur Ableitung
nen Signale erläutert. Das Ausgangssignal des De- eines einzigen ph äsen verschobenen Verschlüsselungsmodulators 45 ist eine Gleichspannung, die sich nur signals, immer wenn eine Abweichung von dem Wert
während der Phasenübergänge ändert. Die Gleich- der letzten Verschlüsselung auftritt, in beiden Richspannung
kann eine Gruppe positiver Spannungs- tungen, so daß der Wert, der im Zeitpunkt der Verimpulse
enthalten, die alle zeitlich bestimmten posi- so schlüsselung vorliegt, zum neuen Nullpunkt wird,
tiven Phasenverschiebungen im Sender entsprechen, von dem aus das nächste Inkrement gemessen wird,
oder sie kann eine Gruppe negativer Spannungs- Wenn also beispielsweise die Zahl 6 bereits gesendet
impulse enthalten, die Phasenverzögerungen im Sen- ist und von einer negativen Einheitsabweichung geder
entsprechen, oder Kombinationen beider Grup- folgt wird, wird ein »1 «-Phasen-Signal hervorgerufen,
pen, wie Kurve C von F i g. 2 zeigt. Das Ausgangs- 55 Irgendeine weitere Größenänderung wird auf ähnsignal
des Demodulators 45 kann eine Trigger- oder liehe Weise von einem willkürlich neu festgesetzten
Impulsformerschaltung 48, auch Schmitt-Trigger ge- Nullpunkt, der der Zahl 5 gerechnet vom ursprüngnannt,
sein. Die Triggerschaltung 48 formt Span- liehen Nullpunkt entspricht, gemessen. Dies hat den
nungs- oder Stromimpulse, wie in Kurve C von Vorteil, daß keine mechanischen Einstellungen oder
F i g. 2 dargestellt, in Impulse mit steil ansteigenden 6° Verdrehungen vorgenommen werden müssen, trotz-Flanken
um, ähnlich den aufsummierten Impulsen, dem aber das Ausgangssignal ein numerischer Zählwie
durch Kurve B in F i g. 2 dargestellt. Der Schmitt- wert ist, der sich zur direkten Verarbeitung oder
Trigger ist eine geeignete Impulsformerschaltung, da numerischen Aufzeichnung beiderseits der Übertraer
einfach im Aufbau und sehr gut zur Darstellung gungsstrecke eignet. Alle Abweichungen von dem
positiver und negativer Spannungsauslenkungen in 65 früheren Wert erfolgen in diskreten Einheitsschritten
Form steil ansteigender Schaltspannungen (oder beiderlei Vorzeichens, so daß sich eine exakt aufinte-
-ströme), wie sie von einer Verarbeitungsschaltung 50 grierte Summe der Größe in graphisch darstellbarer
gefordert werden, geeignet ist. Die Verarbeitungs- Form ergibt. Ein weiterer Vorteil liegt in der cin-
fachen Übertragung, da die übertragene Schwingung keine bestimmte Lage in bezug auf eine volle Periode
zu haben braucht, obwohl Phasenverschiebungen von
_[_ gegenüber einer drittel oder halben Periode
bevorzugt werden, da der Störabstand dadurch im allgemeinen verbessert wird. Somit kann einer Phasenvoreilung
ein Zeichensignal und einer Phasenverzögerung ein Zwischenraumsignal zugeordnet werden,
wobei der Betrag der Phasenverschiebung irgendeinen konstanten Wert haben kann. Der Empfänger
registriert die aufintegrierte Gesamtänderung oder die Differenz zwischen der Anzahl der Zeichensignale
und der Zwischenraumsignale, die empfangen werden, wobei von einem beliebigen Nullzeitpunkt aus
gemessen wird, und somit eine zählbare binäre Summe.
Die Fig. 2 veranschaulicht die soweit beschriebene Wirkungsweise, wobei die Kurve A den Verlauf der
zu übertragenden Größe darstellt. Am Anfang der Kurve ist ein Abschnitt 52 gezeigt, in dem keine Phasenverschiebung
erfolgt, da sich die Größe nicht ändert. Weitere Abschnitte, in denen keine Größenänderung
übertragen zu werden braucht, sind die Abschnitte 54, 56 und 60. In den Abschnitten 53 und 55
steigt die Größe linear an. Im Abschnitt 57 ist der Betrag der Steigung größer als in den Abschnitten 53
und 55, nur daß die zu übertragende Größe in diesem Fall abnimmt. Auch im Abschnitt 59 steigt die
Kurve langsamer an, was in der Kurve B durch eine geringere Anzahl von Phasenverschiebungen pro
Zeiteinheit zum Ausdruck kommt. Dieser zusammenhängende oder analoge Kurvenverlauf kann der sich
ändernde Drehwinkel einer Welle sein. Der Verlauf der Kurve A kann nun durch andere Größen, die
nicht mit dem Drehwinkel der Welle in Beziehung stehen, in vielfachen eines Phasenverschiebungsinkrements
wiedergegeben werden, die der Gesamtänderung oder der Steigung der Kurve A entsprechen. Die
Kurve C gibt den Verlauf des kombinierten Ausgangssignals wieder, wie es auf den Leitungen 46 und
47 der F i g. 1 erscheint. Jeder Impuls im Verlauf der Kurve C entspricht einer einzelnen Phasenverschiebung
im Sender, die auftritt, wenn der Kontaktarm 11 von einem Kontakt des Wahlschalters 10 zum nächsten
bewegt wird. Die Zahl der in den Kurven B und C gezeigten Stufen bzw. Schritte kann auch vergrößert
werden, um die Eingangsgröße formgetreuer wiederzugeben. Die Kurve D ist eine weitgehend
formgetreue Wiedergabe des Verlaufs einer vorgegebenen analogen Größe A, nachdem die Signale der
Kurve C zur Wiedergabe des Drehwinkels einer Welle oder des Verlaufs einer Spannung kumulativ aufsummiert
wurden.
Fig. 3 stellt ein elektrisches Äquivalent des in
F i g. 1 dargestellten Gerätes dar, bei dem ein Fühler 61 dem Meßumformer oder Geber 19 der F i g. 1
entspricht. Der Fühler 61 liefert ein elektrisches Ausgangssignal veränderlicher Spannung an einen geeigneten
Umsetzer, der einen astabilen Multivibrator zur Ableitung eines phasenverschobenen Ausgangssignals
für jedes Bit oder einen spannungsgesteuerten Oszillator 62 (VCO) mit zugehöriger Rückführschaltung
62' (in gestrichelten Linien dargestellt) zur Umsetzung einer sich ändernden Spannung in zur analogen
Änderung einer Spannung proportionale Phasensprünge enthalten kann. Ein spannungsempfindlicher
Kippgenerator an sich bekannter Art kann die Funktion des Multivibrators übernehmen. Wenn die Vorrichtung
62 ein spannungsgesteuerter Oszillator ist, kann damit eine Phasenverschiebung erzeugt werden,
die sich proportional zum Betrag und zur Richtung der Ausgangsspannung des Fülllers 61 ändert. Diese
veränderbare Ausgangsfrequenz wird gemäß der Erfindung nicht übertragen, sondern in einem Diskriminator
zur Umsetzung einer analogen Größe in diskrete Phasenverschiebungsquanten oder -inkremente
ίο verwendet. Die so erzeugte veränderbare Frequenz
wird einem Diskriminator 63 zugeführt, der bei bestimmten Abweichungen oder Auslenkungen positive
oder negative Ausgangssignale erzeugt. Der Diskriminator 63 kann auch durch Vergleich mit einer
festen Frequenz eines Oszillators 64 arbeiten, um ein positives oder negatives Ausgangssignal zu erzeugen.
Immer wenn die Ausgangsspannung einen vorgegebenen Wert zur Auslösung des jeweils von Impulsformern
65 und 66, z. B. Schmitt-Triggern, bestimmten Phasensignals erreicht, werden positive oder
negative Spannungsimpulse erzeugt, um den leitenden Zustand einer Ringzählerschaltung in einem Reversierring
67 zu steuern, der von positiven Impulsen vorwärts und von negativen Impulsen rückwärts gezählt
wird. Der Reversierring und Schaltglieder G liefern fortlaufend Phasenverschiebungen mit zyklisch
wiederkehrenden Phasenlagen.
Das Ausgangssignal eines frequenzfesten Oszillators 64 wird einem Phasenverschiebungsnetzwerk 68
zugeführt, das mehrere Ausgänge hat, entsprechend den Phasenschritten in einer Periode. So können beispielsweise
wie in F i g. 1 drei verschiedene Phasenlagen gewählt werden. Eine entsprechende Anzahl
von Schaltgliedern 70, 71 und 72, denen einerseits Eingangssignale von dem Reversierring 67 und andererseits
die phasenverschobenen Signale des Phasenverschiebungsnetzwerks 68 zugeführt werden, schalten
die phasenverschobenen Signale über eine Verknüpfungsleitung 73 auf einen Sender 74 durch. An
Stelle des Reversierrings 67 und der Schaltglieder 70, 71 und 72 kann auch das Ausgangssignal des Impulsformers
66 eine Phasenverschiebung in der einen Richtung und das Ausgangssignal des Impulsformers
65 eine entgegengesetzte Phasenverschiebung verlangen.
Das in F i g. 3 dargestellte Gerät ist dem Gerät von F i g. 1 darin äquivalent, daß zunächst eine Größe gemessen
und dann mechanisch oder elektrisch in Form einer Anzahl von Phasenverschiebungen dargestellt
so wird, die im Zeitpunkt T2 ausgewählt wurden, um
eine andere Größe darzustellen, als sie im Zeitpunkt T1 gemessen wurde. Bei dem Gerät nach F i g. 3 ist
keine mechanische Positionswiedergabe erforderlich, denn hier wird eine analoge Spannung im Gegensatz
zu dem Gerät nach F i g. 1 nicht mechanisch, sondern elektrisch in Impulse des einen oder anderen
Vorzeichens umgesetzt. In jedem Fall wird eine Anzahl von Phasenverschiebungen entsprechend dem
Augenblickswert der abgetasteten Größe erzeugt, so daß sich ein neuer Zustand oder Pegel der überwachten
Größe ergibt.
Der Demodulator 45' der F i g. 3 kann mit dem Demodulator der F i g. 1 identisch sein. Das Filter 41
und die Begrenzerstufe 42 sind nicht gesondert dargestellt, da sie als in dem Demodulator 45' befindlich
betrachtet werden können. Eine Impulstrennstufe ist an den Demodulator 45' angeschlossen, die in dem
Demodulator 45 der F i g. 1 befindlich gedacht war,
aber hier getrennt dargestellt ist, um das Merkmal einer additiven und subtraktive!! Kombination des
Ausgangssignals herauszustellen, das in einem Glättungsintegrator und -verknüpfer 75 verwendet werden
kann, der das mit einem Analogschreiber 76 aufzuzeichnende analoge Signal liefert. Es sei darauf
hingewiesen, daß an die Leitungen 46 und 47 auch Impulsformer angeschlossen werden können, aber die
in dem Verknüpfer 75 ausgeführte Funktion ist eine Linearintegration und Aufsummierung der in einem
bestimmten Augenblick empfangenen Ausgangssignale, was entweder elektrisch oder mechanisch
durchgeführt werden kann. In jedem Fall kann der Schreiber 76 gleichzeitig oder neben einer Verarbeitungsschaltung,
wie der Schaltung 50, verwendet werden. Wenn ein Vorgang in der Sendestation lediglich
an einer entfernt liegenden Stelle aufgezeichnet werden soll, ist der Analogschreiber 76 ein Beispiel
für die Verarbeitungsschaltung 50. Wenn dagegen etwa ein Motor, ein Steuerhebel oder ein bestimmter
Leitmechanismus in einem Flugkörper betätigt werden soll, kann der Schreiber weggelassen werden.
Es sind die verschiedensten Fühler oder Meßumformer bekannt, die jede Änderung einer analogen
Eingangsgröße, ausgehend vom letzten Wert, in eine inkremental Ausgangsgröße umformen und demzufolge
in der Schaltung der F i g. 3 verwendet werden können. So ist beispielsweise ein piezoelektrischer
Druckumformer in »The Electric Control Handbook«, von Batcher und Monlic, S. 67, Verlag
Caldwell—Clements, New York, beschrieben.
Eine allgemeinere Ausführung eines Phasenverschiebungssystems zur Übertragung analoger Informationen
durch sich zyklisch wiederholende Phasenverschiebungen ist in F i g. 5 dargestellt. Der Verlauf
einer typisch analogen Größe ist am Eingang eines Senders dargestellt, der aus einem geeigneten Analog-Inkremental-Umsetzer
und einer Phasenverschiebungsschaltung besteht, so ausgelegt ist, daß sie bei positiver Eingangsspannung eine Vorverschiebung
der Phasenlage und bei negativer Eingangsspannung eine Verzögerung der Phase bewirkt. Geeignete
Schaltungen zur Umsetzung einer Eingangsspannung in Impulse sind an sich bekannt. Im einfachsten Fall
empfängt das Gerät der F i g. 5 ein Inkrement einer Spannung eines Vorzeichens und triggert daraufhin
einen vorgespannten spannungsgesteuerten Oszillator kurzzeitig so, daß er eine verkürzte Schwingung oder
eine Halbwelle einer Ausgangsschwingung erzeugt. Der spannungsgesteuerte Oszillator kann ein veränderlich
vorgespannter Multivibrator sein, bei dem nur eine quasistabile Periode durch einen einer Vorspannung
überlagerten positiven Triggerimpuls verkürzt wird, während ein negatives Signal die gleiche
Periode verlängert (oder die zweite quasistabile Periode verkürzt), wie bei für diese Zwecke an sich
bekannten Schaltungen. Inkremente einer analogen Spannung können auf verschiedene Arten in Impulse
umgesetzt werden. Als Beispiel ist der Analog-Inkremental-Umsetzer
90 dargestellt, der rückgekoppelte Verzögerungsmultivibratoren 91, 91' mit geeigneten
Clamping-Schaltungen enthalten kann, um jeden neuen Impuls, ausgehend von einem willkürlich festgesetzten
Nullzeitpunkt, z. B. dem Zeitpunkt des letzten Ausgangsimpulses, auszulösen. Somit ist jeder
neue Impuls ein getrennter positiver oder negativer Impuls, der einen bestimmten inkrementalen Betrag
einer Abweichung der Eingangsspannung von dem zuvor erzeugten Pegel wiedergibt. Dieser Impuls triggert
dann eine entsprechende Periode des VCO 92, um eine voreilende oder nacheilende Ausgangsphase
zu erzeugen. Filter F, F' und F" sind in dieFrequenzkanäle
spannungsgesteuerter Oszillatoren 92, 92' und 92" geschaltet.
Das Empfängerfilter 93 läßt die Kanalfrequenz des VCO 92 durch, die nach Durchlaufen des Filters F
und der Übertragungsstrecke 38 normalerweise angenähert sinusförmig ist. Das Ausgangssignal des Filters
93 wird in einer herkömmlichen Rechteckformerschaltung 94 begrenzt und dann in einer Differenzierstufe
95 differenziert, wobei die nach der Differentiation entstehenden Impulsspitzen der einen Polarität
vorzugsweise unterdrückt oder invertiert werden, um Impulse nur einer Polarität zu schaffen. Diese Impulse
werden mit Hilfe geeigneter Schaltungen in an sich bekannter Weise geformt und verbreitert und
dann einem Integrator 96 zugeführt, dessen Ausgangssignal dann stufenförmig verläuft. Werden zwei
Multivibratoren 97 und 98 entgegengesetzt verbunden, so können am Multivibrator 97 positive Rechteckimpulse
und am Multivibrator 98 negative Rechteckimpulse bei Ansteuerung durch einen Ausgangsimpuls
vom Integrator 96 abgegriffen werden. Der Empfängerteil der F i g. 5 kann mit denen der F i g. 1
und 3 identisch oder diesen ähnlich sein.
F i g. 6 veranschaulicht die typische Wirkungsweise des Senders. Die Eingangsspannung, deren Verlauf
der Kurve A entspricht, wird in Impulse umgesetzt, die als Kurve B dargestellt sind. Die Kurve C ist das
Ausgangssignal eines Rechteckoszillators 92. Dabei ist die Breite positiver Impulse als konstant angenommen,
während Phasenverschiebungen durch Vorver-Schiebung oder Verzögerung der Vorderflanken der
nachfolgenden positiven Impulse dargestellt sind. Andererseits kann die Schaltung auch so ausgelegt
sein, daß sie die leitende Periode jedes Vorzeichens im Impulszeitpunkt verkürzt oder verlängert. Bei der
Übertragung der Schwingung C wird sie gefiltert, so daß sich eine im wesentlichen sinusförmige Schwingung
mit fester Frequenz einstellt, die lediglich im Übergangszeitabschnitt, wenn eine neue Phase eingestellt
wird, geringfügig verzerrt sein kann. Die Kurve D gibt den Verlauf einer Senderausgangsschwingung
(oder einer empfangenen Schwingung) wieder, die Phasenverschiebungen aufweist, wie sie
von dem VCO 92 nach Filterung und Glättung während der Übertragung erzeugt wird. Im Zeitpunkt tl
erfolgt eine Änderung der Fühlerspannung, die im Zeitpunkt t2 einen inkrementalen Triggerwert erreicht,
woraufhin eine Phasenverschiebung erfolgt und ein neuer willkürlicher Pegel V2 wirksam wird.
Im Zeitpunkt t3 wird ein zweiter inkrementaler Wert
erreicht, und es erfolgt eine zweite positive Phasenverschiebung, begleitet von einem neuen Bezugspegel
V3, von dem aus das nächste Inkrement gemessen wird. Im Zeitpunkt t4 wird wieder der Pegel V2 und
im Zeitpunkt t5 der Pegel V3 erreicht, was zunächst
eine negative und dann eine positive Phasenverschiebung ergibt, wie im Verlauf der Kurven C und D zu
erkennen ist. Der Fühlerspannungspegel im Zeitpunkt /0 und Z1 ist als V1 dargestellt.
Es sei darauf hingewiesen, daß es sich bei dem Empfänger für dieses System im wesentlichen um
einen Integrator mit speziellen zusätzlichen Zeitkonstanten handelt, wie sie zur Integration von Phasenverschiebungen
über die Länge von 1 Baud und zur
i
Aufsiimmierung der so erzeugten diskreten Signale,
die eine Gesamtspannung wie in einem potentialfreien Integrator ergeben, erforderlich sind.
Das beschriebene System kann in Servo- oder Nachlaufsystemen verwendet werden. Nachlaufsysteme
werden häufig zur Fernanzeige von Meßgrößen verwendet. Dabei sind Meßgeber und Stellglied
über drei Leitungen miteinander verbunden, und das Stromversorgungsnetz liefert das Drehmoment (Drehmelder).
Servo-Motoren steuern den Drehwinkel einer Sekundärwelle am Stellglied mit einer Genauigkeit,
die von der Entfernung und der Belastung abhängt. Die Genauigkeit ist dabei nicht völlig zufriedenstellend,
da das Stellglied von einer Spannung ungefähr so gesteuert wird, daß die Sendevorrichtung
den Drehwinkel des Stellgliedes nicht absolut steuert. Gemäß der Erfindung erfolgt die Steuerung mit beliebiger
Genauigkeit absolut, und zwar aus dem Grund, damit jedes beliebige Spannungsinkrement
zur Erzeugung eines Phasenverschiebungsinkrements eingestellt werden kann. Dieses elektrische Nachlaufsystem
braucht keinen geschlossenen Regelkreis zwischen Meßgeber und Stellglied zu enthalten. Sowohl
die Schaltung der F i g. 1 als auch die der F i g. 3 ist für diese Zwecke geeignet.
Zur Darstellung der Nachlaufwirkung der Erfindung ist in F i g. 4 ein Meßgeber 77 dargestellt, bei
dem der Meßwert mit Hilfe eines Zeigers 78 abgelesen werden kann. Zwischen dem Meßgeber und
einem Phasenschiebermechanismus befinden sich zwei Wellen 79 und 80 und ein Getriebe 81, die einen
Phasenschalter 82 betätigen. Ein Oszillator 24, ein Phasenschieber 69, ein Schalter 82, eine Verbindungsleitung 73 und ein Sender 74 bilden einen Sender wie
in der F i g. 1 oder 3, nur daß nicht drei, sondern fünf gleiche Phasenabschnitte pro Schwingungsperiode dargestellt sind, da beide Unterteilungen, je
nach Anwendungsfall, zweckmäßig sind. Der Sender ist wieder durch die Leitung 38 mit dem Empfänger
40 verbunden, dessen Ausgangssignale positive oder negative Impulse sind, die in einem Impulsformer 48
geformt werden und dann einen geeigneten Verknüpfer oder Zähler 83 ansteuern. Letzterer kann ein
drehbarer Schrittschalter oder ein Klinkenrad sein, der je nach Vorzeichen der Schaltimpulse in beiden
Richtungen betrieben werden kann. Die Synchronisierung des Meßgebers 77 mit dem Stellglied 87 kann
in an sich bekannter Weise erfolgen. Dies ist hier aber nicht dargestellt.
Dem Empfänger kann ein Nachlaufwerk mit einem entsprechenden Getriebe 85 zwischen einer Welle 84
und einer Welle 86 mit dem sich daran anschließenden Stellglied 87 nachgeschaltet sein. Wenn eine vollständige
Umdrehung des Meßgebers tausend Phasenverschiebungen erfordert, kann der Meßgeber von
Fig. 1 ein Getriebeübersetzungsverhältnis von 33 :1 haben. Bei Verwendung einer definierten Phasenverschiebung
pro Inkremental-Bit der zu übertragenden Größe ist es möglich, die Größe in der Empfangsstation
mit jeder gewünschten Genauigkeit wiederzugeben. Die allgemein bekannte Schwierigkeit, zu wissen,
ob die übertragene Größe bei herkömmlichen analogen Nachrichtenübertragungssystemen in der
Empfangsstation genau oder nur angenähert wiedergegeben ist, wird somit durch das erfindungsgemäße
System beseitigt. Durch die Erfindung wird eine Wiedergabestation geschaffen, die gewährleistet, daß
die Größen definiert wiedergegeben werden.
Zusammengefaßt kann gesagt werden, daß gemäß der Erfindung analoge Größen oder Daten in jeder
gewünschten Form geschaffen werden. Zum Beispiel als integrierte Spannung, als Spannungsabweichung
von einer zuvor übertragenen Spannung oder als Änderungsgeschwindigkeit (Steigung, Steilheit) in
Form von Inkrementen pro Zeiteinheit. Diese Daten können als elektrische oder als rein mechanische Größen,
z. B. in Form eines Drehwinkels einer Welle
ίο oder eines Zeigers, vorliegen. Mit Hilfe elektrischer
Vorrichtungen wird eine Phasenverschiebung von einer diskreten Phasenlage in eine benachbarte vorgenommen,
wobei die Richtung der Phasenverschiebung bei jedem von dem Meßgeber gelieferten inkrementa'en
Wert mit der Richtung der Änderung der zu übertragenden Größe übereinstimmt. Jedesmal
wenn die Größe den nächsten Inkrementalwert erreicht, wird die Phase der Ausgangsgröße des Senders
in eine neue benachbarte Lage verschoben, und jede Phasenverschiebung überträgt das gewählte Inkrement
der zu übertragenden Größe für eine schrittweise Registrierung im Empfänger, und die Gesamtzahl
der Verschiebungen entspricht der Größe, die im Empfänger in einem bestimmten Zeitabschnitt
oder zwischen anderen angezeigten Grenzen registriert wird. Die Gesamtzahl aller Phasenverschiebungen,
gerechnet von einem Bezugspunkt, und die Frequenz der Phasenverschiebungen sind somit die beiden
Informationsarten, die zur Anzeige oder Verarbeitung mehrerer Daten bei Fernübertragungen
oder Prozeßsteuerungen erforderlich sind. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch bewirkt,
daß alle Phasenverschiebungen, abgesehen von der Richtung, gleich sind und ein Aufzeichnungsgerät
oder Integrator ein definiertes Signal hat, entweder als Zeichen- oder als Zwischenraumsignal,
um die Registrierung der Änderung in definierter Weise zu steuern. Die Registrierung ist unabhängig
von Schwund und Amplitudenänderungen. Sie erfordert lediglich einen Zählvorgang. Was die Entschlüsselung
anbetrifft, so sind die Signale nicht mehrdeutig, weil sie alle gleich sind, und erfordern
ein Minimum an Bandbreite zur Übertragung. Der Störabstand wird somit in der Nähe des Idealfalls
für irgendein System gehalten, und die erforderliche Bandbreite liegt in der Nähe des von der Verschlüsselungsgeschwindigkeit
diktierten Minimums. Nach der Erfindung werden lediglich Phasenverschiebungen
zu gewünschten Größen aufsummiert, und das Auflösungsvermögen des eintausendsten Inkrements
liegt in der gleichen Größenordnung wie das von Binärzeichen, da die einzelnen Ausgangssignale gezählte
Inkremente und keine integrierten Größen mit unbestimmtem Maßstabsfaktor sind.
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zur Fernübertragung einer analogen Größe, z. B. der Winkelstellung oder Drehzahl einer Welle, des Betrags einer Spannung, eines Drucks, einer Temperatur oder einer Höhe, mit Hilfe eines in Abhängigkeit von der analogen Größe phasenmodulierten Trägers, dadurch gekennzeichnet, daß sendeseitig die Phasenlage des Trägers bei ansteigender analoger Größe in gleichen Sprüngen in der einen Richtung und bei abnehmender analoger Größe in gleichen Sprüngen in der anderen Richtung verschobenwird, und zwar derart, daß jedesmal dann ein Phasensprung erfolgt, wenn sich die analoge Größe um einen vorbestimmten Betrag geändert hat, und daß bei der empfangsseitigen Demodulation bei jedem Phasensprung des Trägers in dereinen Richtung ein Impuls einer Polarität und bei jedem Phasensprung des Trägers in der anderen Richtung ein Impuls mit entgegengesetzter Polarität erzeugt wird und diese Impulse integriert werden.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen909 582/68
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