DE1927266A1 - Impulsfrequenz-Analog-Umsetzer - Google Patents

Description

8 MÜNCHEN 2, 1 9. MAI 1969

KauflngerstraBe 8

Tolefon-Sommelnummer 240275 Vorwähl-Nummer 0811

PATENTANWÄLTE DIPL-ING. CURTWALLACH DIPL-ING. GÜNTHER KOCH DR. TINO HAIBACH

1203* - H/We

BECKMAN INSTRUMENTS,, INC=, Fullerfcon /California (V.St.A.)

Impulsfrequenz-Analog-Umsetzer

Die Erfindung betrifft- allgemein einen Impulsfrequenz-Analog-Umsetaer und im besonderen ein System sur kontinuierlichen und genauen überwachung der Drehzahl aines drehbaren Teils, beispielsweise eines zentrifugen Rotors, und zur Lieferung eines Analog-Ausgangssignals, dessen durchschnittliche oder mittlere Amplitude eine Funktion der überwachten Drehzahl ist.

In vielen Fällen ist es erforderlich, kontinuierlich die Drehzahl eines drehbaren Teils zu überwachen. Beispielsweise muß in einer Zentrifuge die Drehzahl des Zentrifugenrotors genau kontrolliert werden_s und zwar nicht nur um die Größe der erzeugten Zentrifugalkraft zu regeln, sondern auch um zu verhindern, daß der Rotor seine maximal zulässige Drehzahl übersteigt; und möglicherweise zerstört wird.

Bisher war es üblich, die Drehzahl eines zentrifugen Rotors durch einen herkömmlichen elektrischen Gleichstromtachometer

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zu überwachen, der mechanisch mit der ü&a Kofeor tragenden. Welle verbunden ist. Der Tachometer liersr-t ein Gleichstromsignal, dessen Amplitude proportional d-a^· Drehzahl des Rotors ist und dessen Polarität die Drehrlohtung wiedergibt. Es hat sich ergeben, dafl derartige Tachometer» '/ ^schiedene ernsthafte Nachteile besitzen. Zum einen überstexgen die Linearität sabweiohungen der Abhängigkeit -3es Ä-iBgangssignals von der Drehzahl (d,h. Amplitude να AbiiSngixjcsit ¹TOn der Drehzahl) über den in Frage stehenden Rot wrdrs-hzahibereich hin die zulässigen Betriebstoieransea, 3um aruieren unterliegt das von dem Tachometer gelieferte Gleiohaijrosiausgangseignai unvorhersehbaren Schwankungen infolge von Kndsruagen. des Kontakts zwischen den Bürsten und Komrnutatorrl äciien döa Tashometers. Schließlich wird das Verhalten oines herkröEinlionen. Sleich» Stromtachometers durch clie mit Einern Aa-ärisbemotor einss Zerfcrifugenrotors verbiuiterien höhen Magnec-feld·"-- nachteilig beeinflußt.

Die Erfindung betrifft sowit -3ia Sj-.-itea! 2ur Umsetzung sines Eingangssignals mit einer Frequenz In ein Analog-Ausgangssignal, dessen mittlere oder* durshsciinittliche Amplitude eine Funktion der Frequenz des Eingangssignals ist.

Durch die Erfindung soll somit ein elektronisches System zur Umsetzung eines Impulsfrequenz-Eingangssignals in ein Analog-Ausgangßsignal, dessen mittlere oder durchschnittliche Amplitude eine Funktion der Frequenz des Eingangsaignals Ist* geschaffen werden, das die genaue und kontinuierliche überwachung der Drehzahl eines drehbaren Teils gestattet, wobei durch die Erfindung die Erzielung eines stabilen, ausv/anderungsfreien Ausgangssignals und einer optimalen Linearität der Abhängigkeit des Ausgangssignals von der überwachten Drehzahl Über den gesamten in Frage stehenden Drehzahlbereich gewährleistet werden soll.

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Zu diesem Zweck kennzeichnet sioh ein System der vorstehend genannten Art gemäß der Erfindung durch einen Impulsgenerator zur Erzeugung von Impulsen konstanter'Impulsbreite., welcher auf das"Eingangssignal unter Erzeugung einer Folge von.Ausgangs impulsen mit der gleichen Frequenz wie das Eingangssigna], anspricht, wobei j&der dieser Impulse aie gleiche, vorgegebene Dauer besitzt, durch eine Spannung&qb\elle₅ durch eine Mi ttelungss ehalt ung._t sowie durch eine Schalter-Schaltung, welche an den. Ausgang"des "Impulsgenerators angekoppelt ist und während"der Dauer jedes der von dem Impulsgenerator erzeugten Ausgangsimpulse konstanter Impulsbreite die Spaniungsquelle mit der Mittelungsscrsltung verbindet., derart, daß die Mittelungsisehaltung ein Analog-Ausgsngssignal liefert,,dessen mittlere oder durchschnittliche Amplitude eine Funktion des Tastvorhältnisses (Verhältnis Impulsbreite: Impulsperiode) dos Impu-lsgenerators ist..

BAP ORIGINAL

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Im folgenden wird ein AusfÜhrungsbeispiel der Erfindung anhand der'Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen:

Fig. 1 ein Gesamt-Blookschaltbild eines Drehzahl-Überwachungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung}

Fig. 2 teils in Block-, teils in Detailschaltbildform Einzelheiten des Impulsfrequenz-Analog-Umsetzers;

Fig. 5 das Schaltbild einer typischen NOR-Sehaltung, die in dem Impulsfrequenz-Analog-Umsefcjser verwendet werden kann;

Fig. 4 eine graphische Darstellung von an verschiedenen Punkten in der Schaltung von Fig. 2 auftretenden Signal-Wellenformen;

Fig. 5 eine graphische Veranschaulichung der Art des von der Mittelungesohaltung gelieferten Ausgangesignals ftir den Fall, daß das Impulstastvephältnis (Verhältnis von Impulsdaueri Impulsperiode) des die Impulse mit konstanter Impulsbreite liefernden Generators kleiner als 50 % istj

Fig. 6* eine graphische Veranschaulichung der Art des von der Mittelungaschaltung gelieferten Ausgangssignals, für den Fall, daß das T*efcverhMttrie dee die Impulse mit konstanter Impulsbreite liefernden Generators größer als 50 % ist.

In Fig. 1 let mit 10 ein von einer biegsamen Welle 11 getragener Zentrifugenrotor bezeichnet; mit der biegsamen Welle ist eine Kreisscheibe 12 verbunden. Zur Bildung eines Signals Mit einer Frequenz f, die als Funktion der Drehzahl der Welle Il

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veränderlich ist, ist der Scheibe 12 ein Signalgeber oder Meßwertwandlsr 14 zugeordnet. Der Signalgeber kann mit der Scheibe 12 entweder magnetisch oder optisch gekoppelt sein. Wesentlich ist lediglich, daß der Meßwertwandler oder Signalgeber ein Ausgangesignal liefert, dessen Frequenz f ölne Punktion der Drehzahl der Welle 11 ist. In diesem Zusammenhang sei betont, daß der Irapulsfrequena-Analogsignal-Urnsetaer .guraäß der vorliegenaen Erfindung vorteilhaft auch siur iibörwachung der Drehzahl anderer drehender Teile., ja jedes beliebigen Ausgangssignals, dessen Frequenz bestimmt werden, soll, verwendet werden kann»

Das vor. dein Signalgeber 14 gelieferte Ausgangesignal wird über einen Verstärker 16 und einen monostabilen Multivibrator (Univibrator) I? dem Eingang eines Frequenzteiler Γ3 zugeführt. Der moßosbabile Multivibrator 17 dient dazu, das Eingangssignal so zu. formen, daß man am Eingang des Frequenzteils 15 eine R$:lhe von Rechteckimpulsen erhält. Die Zeitkonstante des Univibrators 17 ist zwaz· nicht kritisch; um einen Verlust von Informationsimpulsen eu vermeiden, muß jedoch die Sohaltperiode wenigstens kleinerjals die zu erwartende maximale Frequenz des Eingangssignals sein. Selbstverständlich können auoh andere Impuls Former-Schaltungen verwendet werden, deren Art und Auslegung isii einzelnen weitgehend von der Natur des von dem Meßwertwandler 14 gelieferten Ausgangssignals abhängt. Beispielsweise Kann, fälla dieses Signal sinusförmig ist, eis Impulsforraeriiijhalfeung ein übersteuerter A-Verstärker oder eine herkörcmli-i.ii: rjchraitt-Triggerschalturig vorgesehen werden; jede dieser Schaltungen kann als Ausgangsgröße eine Rechteckimpulsfolge liefern.

In dem Frequenzteiler 15 wird die die Information darstellende Frequenz des Eingangssignals um einen vorgegebenen Faktor reduziert, dessen Betrag von der anfänglichen Frequenz des EIn-.s-'erais abhängt, Das heißt, daß, allgemein geßprochen, der

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Prequenzteiler aus drei parallelen Schaltkanälen besteht, £ deren Jeder die Frequenz des Eingangssignals jeweils um einen ^: anderen Paktor untersetzen kann. Zu diesem Zweck kann jeder Kanal einen geeigneten Binärzähler aufweisen, wobei jeweils jeder dieser Zähler eine unterseil!edliehe Anzahl von Stufen aufweist, derart, daß das Eingangssignal um einen unterschiedlichen Paktor untersetzt wire.. Mib dem Frequenzteiler wirkt ein Drehzahl-BereichswählsohalI?± riusammen, derart, daß dae Eingangsimpulssignal durch den jeweils geeigneten Untersetzerkanal geleitet Tilrd. Er? loht lichar-reise braucht in vielen Fällen eine derartige Reduktion der Informationsdaten nicht erforderlich zu sein,, wobei dann die Frequenzteiler schaltungen entfallen-können.,

Die von dem Frequenzteiler 15 gelieferten Impulsfolgen iserden dem Eingang eines als ganzes mit 20 bezeichneten Impulsfrequenz« Analog-Umsetzers zugeführt! dieser v/eist einen Impulsgenerator 21 mit konstanter Impulsbreite, oine Sehalteν-Schaltung 22 sowie eine Mittelwertbildungssenaltung {Mittelim-sssehaltung) auf.

Der Generator 21 mit konstanter Impulsbreite spricht auf das Eingangsimpulssignal unter Erzeugung einer Impulsfolge von gleicher Frequenz wie das Eingängesignal an, wobei jeder Impuls in dieser Impulsfolge eine vor-gagebene Dauer besltat. Diese Folge von Impulsen konstanter Impulsbreite wird 3odami über die Schalter-Schaltung 22 der Mlttelungsaohaltung 23 asugeführt, welche auf das Eingangssignal unter Erzeugung eines Analog-Ausgangssignals anspricht, dessen mittlere AmpliUu^e eine Funktion des TastverhUltnisses (Verhältnis von Impulsbreite: Impulsperiode) des Generators 21 mit konstanter Impulsbreite darstellt.

In Fig. 2 sJ,nd teils in Blockschaltbild und teil« im De tail-BOhaltbild, Einzelheiten des Impulsfrequenz-Analdl*Umsetzers

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BAD ORiGlNAL

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dargestellt« Wie ersichtlich, Bind die von dem Frequenzteiler 15 gelieferten Impulsfolgen an die Stell-EingangsIclemmeCni eines t!stabilen Multivibrators oder Flip-Flops 24 kapazitiv über einen Kondensator 25 wechBelstrotnmMßig angekoppelt. Der SignalEUsgang des Flip-Flops 24 ist seinerseits mit einer Eingangskü einnie eines NOR-Gatters 26 verbunden.

Ein kristallgesteuerter Hochfrequenzoszillator 27 liefert als Ausgangsgröße stabile Hochfrequenzimpulsev die gleichzeitig einerseits einer weiteren Eingangskleimne des NOR-Gatters 26 und andererseits einer Eingangsklemme eines NOR-Gatters 28 über ej nen Inverter 29 zugeführt werden, der dazu dient, den Hochfrequenzos/ZiIlator 27 von dem übrigen Teil der Torechaltungen zu isolieren bzw. zu entkoppeln.

In dem beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel erzeugt der Frequenzoszillator 27 eine Impulsfolge mit einer Frequenz von 1 KHz. Es sei jedoch betont« daß selbstverständlich die optimale Bezugsfrequenz des Oszillators von einer Reihe von Faktoren, darunter den zu erwartenden Prequenaaualenkungen, d.h. den Frequenzhub oder der Variationsbreite das Eingangssignals, abhängt und dafl daher auch andere Bezugsfrequenzen verwendet werden können«

Das Ausgangssignal des ItQR-Gatters 26 wird einem Flip-Flop 53 mit zwei Ausgangsleitungen 31 und 32 zugeführt, von welohem die zuletzt erwähnte, ys._t mit einer zweiten Eingangsklemme des NOB-Gatters 28 verbunden ist.

Die von dem NOR-Gatter 26 durohgelaseenen Impulse werden mittels eines Binärzählers gezählt, der nach einer vorgegebenen Anzahl von Impulsen jeweils pinen Rückstellimpuls erzeugt«Der Binärzähler j4 bewirkt eine Frequenzteilung des EingangeiinpulsBignalB um einen vorgegebenen Faktor, der durch die Anzahl der Stufen des Zählers bestimmt wird. In dem beschriebenen AuafUhrungs-

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beisgiel weist der Zähler J54 12 Stufen auf, derart, daß die Eingattgssignalfrequenz um einen Faktor 2 geteilt wird. Das bedeutet, daß der Binärzähler .34 jeweils für 4*096 Eingangsimpulse einen Rüokstellimpuls erzeugt, oder anders ausgedrückt: Daß - da die Eingangsimpulsfrequenz ein MHz beträgt, alle 4.096 Mikrosekunden ein Rückst el lißipuls erzeugt wird; diese Zeitperiode bestimmt die Dauer des von dem Generator für Impulse mit konstanter Impulsbreite erzeugten Impulses in einsr nachfolgend nooh zu beschreibenden V/eise. In der praktischen Ausführung kann der Binärzähler j?4 aus einer Reihe ;ron in Kaskade geschalteten bistabilen Elementen, wie beispielsweise J-K-Flip-Flops oder Magnetkernen mit rechteckiger Hysterese-Kennlinien, bestehen und wird gewöhnlich als "Walligkeits- oder Brurnrn-Zähler" f "P.ipplecounter") bezeichnet.

Der Sc lalter 22 weist zwei Transistoren Q₀ und Q, auf, die

in Rei;ie miteinander zwischen der positiven. Klemme/einer (nicht-· dargestellten) Stromquelle und Ma.sse liegen, und zwar mittels Reihenschaltungs-Strombegrenaer-Widerstände 50 und 51s welche den Betrag des Stromflusses durch die Transistoren Qp und Q_v während der '''EIN¹¹- und "ATJS"-Ubergangsp9rioden begrenze;!. Die Basiselektroden der beiden Transistoren Q₂ und Q, sind miti dem Ausgang* des Generators 20 mit konstanter PuIabreite verbunden, und zwar der Transistor Q_? über einen Translator Q₁, und der Transistor Q₇, über einen Inverter 52. Der Transistor Q₁ liegt mit seiner Emitterelektrode direkt an Masjsei seine Kollekto:."elektrode ist mit der positiven Kl@mme(+) der Stromquelle über eine Spannungsteilerschaltung aus Widerstände 1 53 und 54 verbunden, deren Knotenpunkt 55 mit der Basise.-etctrode des Transistors.-Q₂" verbunden ist.

Die Transistoren Q₂ and Q-, sprechen aif die an der Klemme yi auftre-enden Impulse konstanter Impulsbreite in der Weise an-.

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daß eine als Ganzes mit 23 bezeichnete Mittelungssohaltung alternierend zwischen die positive Klemme der Stromquelle und Masse eingeschaltet wird. Die Mittelungßsehaltung 23 weist einen Widerstand 56 und einen Kondensator 57 auf, die beide verhältnismäßig große Werte besitzen* beispielsweise in der Größenordnung von 5.000 Ohm für den Widerstand und 22 Mikrofarad für den Kondensator, derart, daß sie eine im Vergleich zu den Zeitperioden der in der Schaltung verarbeiteten Signalwellenformen relativ lange Zeitkonstante besitzen, Auf diese Weise bewirkt der Kondensator 57 praktisch eine Integration der Ausgangsimpulse des Generators mit konstanter Impulsbreite, und erzeugt ein Analog-Ausgangssignal an der Ausgangsklerame 58, dessen mittleren Amplitude eine Funktion des Tastverhältnisses (Verhältnis von Impulsbreites Impulsperiode) des Generators mit konstanter Impulsbreite ist.

Vor dar Erläuterung der Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung erscheint es angezeigt, zunäehsfc kurz eine typische NOR-Sohaltung, wie sie in der bevorzugten AusfUhrungsform der Erfindung verwendet werden kann, zu erläutern. In Fig. ist ein, derartiges NOR-Gatter- gezeigt;-dieses weist zwei npn-Transistoren Q2.1 ^unci ^k &&f_s deren Emitterelektroden jeweils mit Masse und deren Kbllektorölektroden über einen Lastwiderstand 40 mit der positiven Klemme einer (nicht dargestellten) Stromquelle verbunden sind« Die Basiselektroden der ^transistoren Qi₁ und Q_ir- sind über Kopplungswiderstände und 44 alt zwei Eingangsklemmen 4L bzw. 42 verbunden.

Eine ic-rartige NGR-Schaltung arbeitet wie folgt: Wird an einem oder oxiden der Eingänge 4l und 42 ein positives Eingangssignal eingeprägt, so wird der zugehörige Transistor in den • Sätt.l-p-ngs» oder "EIN"-Zustand gesteuert, derart, daß die Ausgdiif.sklernme 45 über den niedrigen Irmenwiderstand des

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Transistors praktisch an Masse gelegt wird. Daher fällt beim Anlegen einee positiven Eingangssignals an eine der Eingangski emmen die Spannung an der Ausgangsklemme 45 von einem positiven Wert auf den Wert Null (Masse). Wird andererseits an den beiden Eingangsklemmen 41 und 42 entweder kein Signal oder ein negatives Signal eingeprägt^ so x*erden die Transistoren Q₂J. und Q^ in den "AUS"- oder Sperrzustand gesteuert und an der Ausgangsklemme 45 tritt ein positives Ausgangssignal auf, Kurz gesagt, liefert somit das NOR-Gatter beim Auftreten eines positiven Eingangssignals an einen oder beiden seiner Eingangskieramen das Ausgangssignal Hull, und ein Fehlen eines Eingangssignals an seinen beiden Eingangakleoimen ein positives Ausgangssignal* Selbstverständlich ist die vorstehend erläuterte Ausführung nur eine von vielen NOR-Schältungs-Konfigurationen, die für die Zwecke der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.

Zum leichteren Verständnis wird bei der nun folgenden Beschreibung der Wirkungsweise der erfindungsgeaiäßen Gesamt anordnung Bezug auf Pig. 4 genommen, welche graphisch die an

Punkten
verschiedenen/in der bevorzugten Schaltungsanordnung nach Pig. 2 auftretenden Signalwellenformen veranschaulicht.

Zunächst wird zu Beginn der Ruheaustand der verschiedenen den Impulsfrequenz-Analog-Umsetzer bildenden »Schaltungsteile beschrieben. In Abwesenheit eines Eingangsimpulssignals an der Eingangsklemme 30 verbleibt das Flip-Flop 24 in seinem positiven Zustand, der in der Wellenform darstellung (b) in Pig. 4 mit 60 bezeichnet ist. Dieses positive Signal bewirkt, daß die Ausgangsklemme des NOR-Gatters 26 sich in der vorstehend für die typische NOR-Schaltung von Fig, 3 beschriebenen Weise auf Massepotential befindet» Daraus, folgt, daß ein positives Signal des Flip-Flops 24 eine Sperrung des NOR-Gatters 26 bewirkt, d.h. verhindert, daß das NOR-Gatter 26 die von dem Frequenzoszillator 27 erzeugten Hochfrequenz-

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Impulsfolgen durchläßt. Mit anderen Worten: Die an dem einen Eingang desNOR-Gatters 26 ankommenden Hochfrequenzimpulse bleiben ohne Wirkung auf das an der Äusgangsklemme auftretende Ausgangssignalj, and zwar weil an der anderen Eingangsklemme bereite das positive Signal anliegt und das NOR-Oatter 26 somit praktisch geschlossen pder gesperrt ist.

In diesem Ruhezustand verbleibt die Aüsgangsleitung 32 des Flip-Flops 33 iß ihrem positiven Zustand, während die andere Ausgangsleitung 3I des Flip-Flopa in seinem unteren Zustand (Massepotential3 verharrt« wie durch die Wellenformdarstellungen (c) bzw. (d) in Fig. 4 wiedergegeben. Das auf der Leitung 32 stehende positive Signal bewirkt die Schließung des NOR-Gatters 28 und verhindert so, daß die an dem anderen Eingang des NOR-Gatters 28 auftretenden Bezugsfrequenzimpulse den Binärzähler 34 erreichen, und zwar aufgrund derselben Wirkungsweise wie oben für die Wirkungsweise- des NOR-Gatters beschrieben wurde. Schließlich hält das an der Ausgangsleitung 31 auftretende Signal Null (Massepotential) die Transistoren Q. und Qp in ihrem nichtleitenden Zustand, während gleichzeitig der Transistor Q^ in seinen, leitenden Zustand vorgespannt ist.

Der erste Impuls 6l einer an der Klemme 30 ankommenden Impulsfolge (Wellenform (a), Fig. 4} triggert das Flip-Flop 24 und bewirtet, daß dessen Ausgang seinen unteren Zustand (Massepotential} annimmt, wie an der Wellenformdarstellung (b) in Fig. k bei 62 gezeigtj hierdurch wird das NOR-Gatter 26 geöffnet, derart, daß es den nächsten von dem Hochfrequenzoszillator 24 gelieferten J.-MHa-Eingangsimpuls zu dem Setoder Stelleingang des Flip-Flops 33 durchläßt. Dieser Impuls trigg(?rt daa Flip-Flop 33 und bewirkt eine Umkehr des Zustande seiner Ausgangsleitungen. 31 und 32. Das heißt, die Leitung 32 sinkt; auf "-daö Potential Null ab, wie bei 63 an der Wellenform (c) 5i ?ig. 4 angedeutet, während das Potential der Leitung

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auf einen positiven Wert steigt, wie bei 64 in der■Wellenformdarstellung (d) in Fig. 4 gezeigt! hierdurch wird das Impulsintervall (T₁) der Impulse mit konstanter Impulsbreite eingeleitet. An dieser Stelle sei nebenbei bemerkt, daß nach dem ersten Bezugsimpuls das Flip-Flop 55 für die nachfolgenden Impulse unempfindlich ist,, da diese Impulse sämtlich Signale der gleichen Polarität sind.

Das nunmehr auf der Leitung 52 anliegende Signal Null (Massepotential) öffnet das NOR-Gatter 28, derart, daß die 1 MHz-Impulsfolge dem Eingang des Biiiärzählers 54 zugeführt wird. Der Zähler 54 erzeugt nach 4.096 Eingangsimpulsen einen RUokstsllimpuls 65 (Wellenform (β) in. Fig. 4), der in einer RC-Schaltung 55 differenziert und dem Rückstelleingang (R) des Flip-Flops 24 augeführt wird, um dieses in seinen ur- * sprünglichen Zustand zurückzustellen, der bei 66 an der Welteiformdarstellung (b) angedeutet ist* Das von dem Flipr-Flop 24 gelieferte positive Signal wird dem Rückstelleingang (R) des Flip-Flops 55 zugeführt, um dieses in seinen ursprünglichen Zustand zurückzustellen, der an den Wellenformdarsteilungen (c) bzw« (d) mit den Bezugsziffern 67 bzw. 68 angedeutet isti hierdurch wird das Intervall (T₁) der Impulse mit konstanter Impulsbreite beendet und das NOR-Gatter 28 geschlossen, derart, daß nachfolgende Besugsimpulse den Binärzähler 54 nicht mehr .erreichen können« Es sei betont, daß das NOR-Gatter 26 und das Flip-Flop 55 als Zeitpuffer dienen^ um zu gewährleistei, daß der Impuls 70 mit konstanter Impulsbreite stets synchrim mil; dem Frequenzoszillator 27 beginnt und aufhört.

Der vorstehend besciu'iebene Zyklus wiederholt sich für Jeden an der· Eingangsklemme 50 ankommenden Eingangsitnpuls. Man erkennt so, daß an der Ausgangs]eitung 51 eine Reihe von Impulsen 70 mi¹..; derselben Frequenz wie das Eingaiigsiiapulfssignal (Wellenform [^)) auftritt.j wobei .je.^r· ds:." Χκρν-lse 70 eine konstante Breit-5 cder Dauer (T,} boeitst.

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Die von dem Generator 21 erzeugten Impulse 70 mit konstanter Breite werden über den Widerstand 59 an die Basiselektrode des Transistors Q₁ angekoppelt und treiben den Transistor Q. in den Sättigungszustand, wodurch der elektrische Stromkreis zwischen der positiven Klemme der Stromquelle und Masse geschlossen wird. Daher kommt ein Stromfluß von der positiven Klemme der Stromquelle über die Widerstände 53 und 54 an Masse zustande, wodurch die Spannung an dem Knotenpunkt 55 zwischen den beiden Widerständen auf einen negativeren Wert absinkt. Diese negative Spannung^änderung wird an die Basiselektrode des Transistors Q₂ angekoppelt und spannt diesen in den leitenden Zustand vor, wodurch der Kondensator 57 mit der positiven Klemme der Spannungsquelle verbunden wird.

Gleichzeitig mit der Zufuhr au dem Transistor Q₅, wird der Impuls 70 nach Inversion in den Inverter 52 auch dem Transistor Q, augsführt und steuert diesen in den Sparrzts tand, wodurch der Stromkreis zwischen dem Knotenpunkt" 37 und Masse unter· broohenwird, Unter diesen Bedingungen lädt sich nunmehr der Kondensator 57 in Richtung auf das von der Speisestromquelle gelieferte positive Bezugspotential auf, und zwar in der durch den voll ausgezogenen Pfeil angedeuteten Weiss über die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors Q₂, den Widerstand 50 und den Widerstand 56. Dieser Ladestrom fließt während der Dauer jedes der von dem Generator 21 mit konstanter Impulsbreite gelieferten Impulse 70.

Nach Beendigung des Jeweiligen Impulses 70 mit konstanter Impulsbreite wird der Transistor Q₂ gesperrt und hierdurch der Stromkreis ax^ischen dem Knotenpunkt 37 und der Stromquelle unterbrochen, während der Transistor Q-, in den Sättigungszustand getrieben wird und einen elektrischen Stromkreis awisofaan dem Kondensator 57 und Mas3S herstellt. Der Kondensator 57 entlädt abh nun gemäß dem durch den gestrichelten Pfeil angedeuteten Weg über den Widerstand 56* den Widerstand

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und die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors Gu gegen Masse. An dieser Stelle ist darauf hinzuweisen, daß die Transistoren Q₂ und Q^ bezüglich ihrer Kollektor-Emitter-Sättigungskennlinien gut angepaßt und abgeglichen sind, und daß die Widerstände 50 'und 51 gleich groß 3Ind. Dies bedeutet, daß die Auf- und Entladung des Kondensators 57 über Stromwege gleicher Impedanz erfolgtj, um eine optimale Linearität der Ausgangsspanrmng in Abhängigkeit von dem Tastverhältnis über den gesaraten Arfoeitsfcersioh der Schaltung zu gewährleisten.

Aus dem Gesagten ergibt sich, daß dis Transistoren Q^ und Q-, auf den von dem Generator 21 für Impulse mit konstanter Impulsbreite gelieferten Impuls zug In der We:U-;e anspricht, daß si 3 den Kondensator 37 abwechselnd ..mit aar positiven Klemme der Stromquelle und Masse verbinden., /iuf diese Weise wird der Kondensator 57 in jeder Impulspariode des Generators 21 mit konstanter Impulsbreite je einmal auf- und entladen, derart-, daß sich an der Ausgangsklemme 58 ein Analogsignal ergibt, dessen mittleren oder durchschnittliche Amplitude eine Funktion der Impulsperiode des Impulsgenerators 21 ist, wie durch die Wellenformdar/ät ellung (f) in FrIg_s 4 gsaeigfc.

Dieses zuletzt erwähnte Merkmal wird am besten au3 einem Vergleich der in den Figg» 5 und ö dargestellten Signalwellenformen verständlich. Es sei daran ,erinnert, daß der Kondensator 57 sich jeweils während dar Dauer (T,) jedes der von dem Generator 21 mit konstanter Impulsbreite gelieferten Eingangjrimpuls.e 70 auflädt und si oh während dem Fehlen eines Ausgangsimpulses entlädt. Da die Breite baw» Dauer {T,) der von dem Generator 21 gelieferten Impulse konstant ist, ist somit auch die jeweilige Aufladezeit des Kondensators 57 konstant* Auf der anderen Seite ist die jeweilige Entladeperiöde gemäß einer Funktion dar Frequenz

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der Impulse 70 konstanter Breite veränderlich. Mit anderen Worten: Das Verhältnis der jeweiligen Auf·» un*-" Entladezeiten des Kondensators 57 stellt eine Punktion des Tastverhältnisses (Verhältnis Impulsbreiteϊ Impulsperiode) des Generators 21 mit konstanter Impulsbreite dar, wobei das Tastverhältnis definiert ist" als das Verhältnis der Breite oder Dauer (T.) jedes der Impulse 70 zur Periode (T₀) zwischen d=n Impulsen 70. ViLe aus der Wellenforradarstellung (a) in Fig. 5 ersichtlich, hat somit eine Zunahme der Frequenz der Ausgangsimpulse 70 eine Zunahme des Tastverhältnisses des Impulsgenerators 21 zuv» Folge» Das bedeutet, daß der Kondensator 57 sich während einer längeren Zeit auflädt als entlädt, war. einen höheren Mittel- oder Durchschnittswert der Amplitude -(E- -·) des Analog-Ausgangssignals zur Folge hat, wie aus der Wellenformdarstellung (b) in Fig. 5 ersichtlich.

Umgekehrt hat, wie aus der Wellenformdaratellung (a) in Fig. ersichtlich, eine Abnahme der Frequenz der Impulse 7'0 niedrigeres Tastverhältnis des Impulsgenerators 21 z Dies bedeutet seinerseits, daß die Aufladedauer des Kondensators 57 kleiner" als seine Entladeperiode wird, was einen niedrigeren Durchschnitts- oder Mittelwert der Amplitude (E_avg) des Analo'S-Ausgangssignals zur Folge hat, wie durch die Wellenform (b) in FIgc 6 veranschaulicht.

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Es is:, daran au srinnern* daß die Frequenz/von dem Impulsgenerator 21 gelieferten Ausgangsimpulsfolge 70 gleich der Frequ3n.E des an der Eingangsklermne jQ sugeführten Eingangssignals ist. Daher ist der Mittel- oder Durchschnittswert der Amplitude dee an der Ausgangsklemme 38 auftretenden Analog-Ausgan£,£ signals nicht nur- eine Funktion des Tastverhältnlsses dee Impulsgenerators 21, sondern er ist auch proportional der Frequenz des ursprünglichen Impulsßingangssignals«

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Für den Fachmann ist klar, daß das beschriebene spezielle Ausführungsbeispiel in mannigfacher Weise abgewandelt werden ^% kann, ohne daß hierdurch der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird. So ist beispielsweise der Untersetzungsfaktor des Binärzählers J?4 eine reine Frage der Schaltungsaus· legung; und wird durch die Frequenz des Bezugsoszillators 27 und dj.e zu erwartende Frequenz des Eingangssignals bestimmt und kann daher entsprechend anders als im vorstehend beschriebenen AusfUhrungsbeispiel gewählt werden.«

- Patentansprüche'-

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Claims (1)

1. Pat ent ans prüche

   1. System zur Umsetzung eines Eingangssignal mit einer Frequen;·, (f) in sin Analog-Ausgangssignal, dessen mittlere oder durchschnittliche Amplitude eiae Funktion der Frequenz (f) i.ies Eingangssignal^; ist, g e Iz e-nnzeich η a t durch ainen Impulsgenerator* (2Ij, Pigg.. 1 und 2) zur Erzeugung τοπ Impulsen konstanter Impulsbreite,, welcher auf das Hingangs signal (30., Fig. 2) unter Erzeugung einer Folge von /-:.usgangs impulsen (70 bei j?l, Pig, ?.) mit der gleichen Freqi-.eiis wie das Eingangssignal anspricht _a wobei jeder dieser Impulse die gleiche.» vorgegebene Dauer (T /Figg. 4 bis ?>) besitzt, durch eins Spannungsquelle (+in Pig» Q)₃ durch eine Mitfcelimgsschaltung (2J)), sowie durch sine Schalter-Schaltung (22), welche an den Ausgang des Impulsgene; afcors (21) angekoppelt ist und wälirend der Dauer jedes der -ΌΛ des Impulsgenerator (21} erzeugten Ausgangs-impulse (70) konstanter Impulsbreite die ßpaur.migsqualle (+ in Fig» 2) mit ·. er^j Mifetelungssohaltung (2^) verbindet _ä derart, daß die Mittt.'lungss'jhaltung sin •Uialog-Ausgangsöignal (bei 58) liafc-rt, dessen mittlere oder durchsohnittlicfce Amplitude eine Funktion des Tasfc^rerhältnisses (Verhältnis Impulsbrei/o; Impulsperiode) des "Inipulsgenerators (21) ist.

   2, Syst.-.-M nach Anspruch. 1_; dadurch g.ekatinzei ohne ·, daß di^rä Mifctelunssfschartung (23^ Fig. 2) einen Kond 'tisabor¹ (57) aufweist und daß die Schalter-Schaltung (22) ' nde Taue auiVsist; sinsn ersten (Q₂) und einen

   .3*ife: Vi CQ^) Transistor> wobei die Emitterelektrode des erst mi Transistors C^₂^ ^{mit :}"^ev Spanaungsquelle (+) und die Smll.· erelektrode des sweiten Traxtslstors (Q,-,) mit Masse verbund .η sind% Impadanzsöhalfcmittel (50, 51} zwischen den Koll'fktorelektroden eier Transistoren (Q₂, Q^), mittels welcher

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   is -

   die beiden Transistoren in Reihe miteinander zwischen der Spaunungsquelle (+) und Masse liegenj Schaltmittel (56) zur Verbindung des Kondensators (57/ der Mittelungssehaltung (23,J mit den Impedanzschaltmitteln (50, 51) sowie Schaltmit;el (59* %, 5^ fczw. 52) zur Ankopplung der Basiselektrode des ersten bzw. zweiten Transistors {Q^ fozx?. Q_v) an den Impulsgenerator* (21), derart* daß -die neiden Transistoren (Qp₅ Q-,) nach Maßgabe der von dem Iirpulsgenorator (21) gelieferten Ausgangsin-pulse (70) konstanter Bre. ts abwechselnd den Kondensator (57) nrit- cer- Epanaungsquelle { + ) bzw. mit Masse ve

   5. Sys;era nach Anspruch 1 oder- 2₃ dadt.-rah g s k e η η -= zeichnet, daß der Impulsgenerator (21) zur Erzeuf.uLig von Impulsen konstanter Breite eiae.i HF-Oszillator (27^ zur Eraeugunj einer Folge von BsafigsimpuLser m.lfc einer vorgegebenen Frsquens. eine Zäfcl\'c>/.'riahtung {3^-} unl eine bistabile Schaltung (3.3) so.-ji? auf das Eing=ii_f?3S3ignaI ansprechende Schalttnibtel (24„ 26, 2-3IsUr glslcazeitS _e3n 3ufuhider Bezugs impulse iju dar Si-S.h.Vorvia-i^uag (3^) *-^Ώίϊ der bisfte.bilen 3enaltung (33) at-rwü-sfe. ^coax ei:=.« bistabile Scheidung (33) auf den ersten Beau^simpuls au; css» BeqitrÄ eirii-s Ausgangssignalinpulset. (70? anspricht '-:aö. die Zählvorrichtung (34) jeweils naoh eins;:· -ro~-g ig ebenen ZaM vo^ Bani.gs impulsen -3in Ausgangs signal -3vz^n^h_s das über Sai^ütmittel (35, 24) der b^feabiler- Cchalfcuag (33J zugeführt wirt..₄. um di-ise in; ihr«ii ursprüngllclieii Zust-acd SL-jr-üe ate" IeG₁. derart, daß ein Auiga.Rgsiapulssigiial -'701 uit -egsbener Impulsbreite bzw. -dauer erzeugt s/ird.

   4« Sys! ein riaoh einem oder neh^sr-ar asv -.vorhergehenden Ansaäcrie zui¹ überwachung der Drehzahl eir.ed senbrlfagea Rg te rs, unter Bilcimg sin-3ß- Aiialogsignals,, dessen mittlere c-öer- «i'^r-ah- ■ seht j tti'ehe Araplituair! eine Funktion dar Rotordrehzahl isü,

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   gekennzeichnet' durch Vorrichtungen (12, l4> 16, 17, 15, SIg. 1) zur Erzeugung einer Impulsfolge mit einer der Rotordrehzahl proportionalen Impulsfrequenz, durch einen auf diese Impulsfolge ansprechenden Impulsgenerator (21), der für Jeden Impuls des Eingangssignals einen Impuls vorgegebener konstanter Breite bzw. -Dauer erzeugt, sowie durch eine mit dem Ausgang des Impulsgenerators (21) verbundene Integrationsvorrichtung (22, 23), welche eine Durchschnitts- oder Mittelwertbildung aus dem von dem Impulsgenerator gelieferten Ausgangsimpulsen (70) vornimmt und ein Analog-Ausgangssignal erzeugt, dessen mittlere oder durchschnittliche Amplitude eine Punktion der Frequenz des Eingangssignal und damit der Rotordrehzahl ist. . ·

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