DE1936060A1

DE1936060A1 - Analog-to-digital converter

Info

Publication number: DE1936060A1
Application number: DE19691936060
Authority: DE
Inventors: Walter Kranz
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1969-07-16
Filing date: 1969-07-16
Publication date: 1971-01-28

Description

Analog-Diital-Umsetzer Die Erfindung betrifft einen Analog-Digital"Umse4ser mit einer die jeweilige analoge Meßgröße darstellend 31 ende zwischen einer Strahl- und einer gleichachsig angeordneten FangduseD an ds die digitale Meßgröße abnehmbar ist.Analog-digital converter The invention relates to an analog-digital converter with a 31 end representing the respective analog measured variable between a beam and a coaxially arranged catching nozzle on which the digital measured variable can be removed is.

Analog-Digital-Umsetser werden in weiten Bereichen der Technik angewendet, z.B. in Verbindung mit Vorrichtungen, die zur Kontrolle oder Anzeige von Positionen dienen. Hierbei werden mittels dieser Umsetzer die analogen Stellungen eines sich translatorisch bewegenden oder rotierenden Objetes in entsprechende digitale Signale übersetzt. Die Auswertung dieser Signale erfolgt beispielweise nach dem Inkrementverfahren, d.h. die Transiations- oder Rotationsbewegung des Objektes wird in eine Folge von Impulsen Ubersetzt, die gezählt werden und in Bezug zu einem festgesetzten Referenzpunkt des sich bewegenden Objektes dessen jeweilige Stellung digital angeben.Analog-digital converters are used in wide areas of technology, e.g. in connection with devices that control or display positions to serve. In this case, the analog positions of a translationally moving or rotating objects into corresponding digital signals translated. the These signals are evaluated, for example, according to the incremental process, i.e. the transitional or rotational movement of the object is translated into a sequence of pulses that are counted and related to a fixed reference point of the moving object, its respective position specify digitally.

So ist z.B. aus der US-Patentschrift 3 202 180 ein Analog-Digital-Umsetzer bekannt, der in einer solchen Vorrichtung verwendet werden kann. Hier ist eine zwischen einer Strahl-und Fangdüse angeordnete Lochblende vorgesehen, die auf einer Achse befestigt ist, deren Stellung gegenüber einem Referenzpunkt bestimmt wird. Eine aus der Strahldüse austretende Strömung wird beim Drehen der Lochblende durch diese abwechselnd gesperrt oder hindurchgelassen, so daß in der mit der Strahldüse gleichachsig angeordneten Fangdüse eine Folge von Druckimpulsen entsteht, die in einem Analysator gezählt werden.For example, U.S. Patent 3,202,180 discloses an analog-to-digital converter known that can be used in such a device. Here is one between a jet and catch nozzle arranged perforated diaphragm is provided on an axis is attached, the position of which is determined relative to a reference point. One The flow emerging from the jet nozzle flows through the aperture when it is turned alternately blocked or allowed through, so that in the coaxial with the jet nozzle arranged collecting nozzle a sequence of pressure pulses is created in an analyzer are counted.

Dieser bekannte Analog-Digital-Umsetzer hat den Nachteil, daß der uebergang von Sperren zum Hindurchlassen der Strömung wegen der Ausdehnung der Löcher in der Blende und dem Durchmesser der Strämung nicht schlagartig, sondern nur allmählich erfolgt, 90 daß der durch die Auffangdüse aufgefangene Druckimpuls verschmiert wird, d.h. keine steile Flanke besitzt. Eine exakte Bestimmung der momentanen Winkelstellung der Lochblende in dem Bereich der Blendenöffnung ist aus diesem Grund nicht möglich. Der Schmiereffekt wird noch dadurch erhöht, daß die Strömung an den Rändern der Blendenöffnungen abgelenkt oder zur Turbulenz veranlaßt wird und somit ein Teil der Strahlintensität verloren geht, wodurch die Druckimpulsamplitude, die über die Fangdüse zum Analysator geleitet wird, keine gleichmäßige Intensität besitzt, was insbesondere bei einer Verwendung dieser Vorrichtung als Impulsgenerator nachteilig ist.This known analog-to-digital converter has the disadvantage that the Transition of barriers to allow the flow to pass due to the expansion of the holes in the diaphragm and the diameter of the flow not suddenly, but only gradually occurs 90 that the pressure pulse collected by the collecting nozzle is smeared, i.e. does not have a steep slope. An exact determination of the current angular position For this reason, the pinhole diaphragm in the area of the diaphragm opening is not possible. The lubricating effect is increased by the fact that the flow at the edges of the Diaphragm openings is deflected or caused to turbulence and thus a part the beam intensity is lost, reducing the pressure pulse amplitude, which is above the Collecting nozzle is directed to the analyzer, does not have a uniform intensity, What particularly disadvantageous when using this device as a pulse generator is.

Weiterhin hat die bekannte Vorrichtung den Nachteil, daß, bedingt durch die Dimensionen der Blendenöffnungen und der Strahldüsen, die Baugröße nicht allzu klein gehalten werden kann, da sonst die einzelnen Impulse durch den oben erwähnten Schmiereffekt nicht mehr unterschieden werden können.Furthermore, the known device has the disadvantage that, conditional due to the dimensions of the aperture openings and the jet nozzles, not the size can be kept too small, otherwise the individual impulses through the above mentioned smear effect can no longer be distinguished.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die oben erwähnten Nängel der bekannten Vorrichtungen dadurch zu beseitigen, daß eine neue Ausbildung eines Analog-Digital-Umsetzers geschaffen wird, durch die die Druckimpulse eine eindeutig bestimmbare steile Flanke erhalten, um dadurch die Auflösung und damit dir Genauigkeit zu vergrößern.On the basis of this prior art, the object of the invention is to be found based on eliminating the above-mentioned deficiencies in the known devices, that a new training of an analog-to-digital converter is created by the the pressure impulses receive a clearly identifiable steep edge in order to thereby reduce the To increase the resolution and thus the accuracy.

Ausgehend vom einem Analog-Digital-Umsetzer mit einer die jeweilige analoge Meßgröße darstellenden Blende zwischen einer Strahl- und einer gleichachsig angeordneten Fangdtlse und der an der an sich bekannten Tatsache, daß eine laninare Strömung bereits durch kleine Störungen in eine turbulente Strömung umschlägt, ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Blende nadelförmige Störkörper aufweist, daß die die Strahldüse verlassende Strömung eine Laminarströung ist, die durch den Eintritt einer der Störkörper in eine turbulente Strömung umwandelbar ist, und daß die Pangdtlse sich hinter dem Turbulenzpunkt befindet.Starting from an analog-to-digital converter with one of the respective aperture representing an analog measured variable between a beam and an equiaxed one arranged catching nozzles and the known fact that a laninare The flow turns into a turbulent flow due to small disturbances This object is achieved in that the diaphragm has needle-shaped disruptive bodies that the flow leaving the jet nozzle is a laminar flow that flows through the inlet one of the disruptive bodies can be converted into a turbulent flow, and that the Pangdtlse is behind the turbulence point.

Da die Turbulenzwirkung annähernd schlagartig auftritt, und zwar etwa innerhalb einer Millisekunde, wird auch die Flanke des Druckimpulses an der Fangdise sehr steil, so daß ein eindeutiges Signal an dem nicht zur Erfindung gehörenden Analysator eintritt. Außerdem wird die Auflösung eines Analog-Digital-Umsetzers gemäß der Erfindung im Vergleich su den bekannten Vorrichtungen bei gleicher Baugröße auch dadurch größer, daß die Störkörper nicht wie beim Stande der Technik die Breite der Strömung aufweisen müssen, um die laminare Strömung in Turbulenz zu versetzen. Die Störkörper können also sehr klein gefertigt werden.Since the turbulence effect occurs almost suddenly, namely approximately within a millisecond, the edge of the pressure pulse on the catching nozzle very steep, so that a clear signal on the not belonging to the invention Analyzer enters. Also, the resolution of a Analog-to-digital converter according to the invention in comparison su the known devices with the same size also greater in that the disruptive bodies do not have the width as in the prior art the flow must have in order to put the laminar flow in turbulence. The disruptive bodies can therefore be made very small.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Ausbildung des Analoge Digital-Umsetzers läßt sich daher eine etwa doppelt so große Auflösung wie bisher erzielen.With the aid of the design of the analog to digital converter according to the invention a resolution about twice as high as before can therefore be achieved.

Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß bei gleicher Auflösung die Baugröße gegenüber den bisher bekannten Vorrichtungen wesentlich herabgesetzt werden kann. Da außerdem Pertigungstoleranzen, solange sie nicht allzu groß sind, beim der Herstellung der Störkörper keinen besonders großen Einfluß haben und, wegen der gewünschten Turbulenzerregung einer laminarsn Strömung durch die nadelförmigen Störkörper deren Feinbearbeitung nicht notwendig ist, ist auch die Herstellung des Analog-Digital-Umsetzers nicht so kompliziert und kostspielig, wie das bei den bisher bekannten Umsetzern der Fall ist.Another advantage is that with the same resolution the size is significantly reduced compared to the previously known devices can be. In addition, since manufacturing tolerances, as long as they are not too large, do not have a particularly great influence in the production of the disruptive bodies and, because of the desired turbulence excitation of a laminar flow through the needle-shaped Disruptive bodies whose fine machining is not necessary is also the production of the The analog-to-digital converter is not as complicated and costly as the previous one known converters is the case.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Binde als kreisförmige Scheibe ausgebildet, an deren Rand die nadelförmigen Störkörper mit ihren Längsachsen in der Scheibenebene und senkrecht zur Tangente ihres Berührungspunktes befestigt sind. Hiermit können z.B. Drehbewegungen einer Achse, beispielsweise der Achse eines Wendekreisels, der in eines Flugkörper montiert ist, gemessen werden.According to a preferred embodiment of the invention, the sanitary napkin designed as a circular disc, on the edge of which the needle-shaped disruptive bodies with their longitudinal axes in the plane of the disk and perpendicular to the tangent of their point of contact are attached. This enables e.g. rotary movements of an axis, for example the Axis of a rate gyro mounted in a missile can be measured.

Die nadelförmigen Störkörper können aber auch aug einer linealiörmigen Blende mit ihren Längsachsen senkrecht zu dieser befestigt sein, so daß ein mit einer solchen Blende versehener Analog-Digital-Umsetzer Translationsbewegungen, beispielsweise eines Förderband es in eine Folge von Druckimpulsen umsetzt.The needle-shaped disruptive bodies can, however, also be linear Aperture with its longitudinal axes perpendicular to this be attached, so that an analog-digital converter provided with such a diaphragm translates movements, for example a conveyor belt converts it into a sequence of pressure pulses.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei der zur Erhöhung der Genauigkeit das an sich bekannte Noniusprinzip benutzt wird, sind gemäß der Erfindung die nadelförmigen Störkörper äquidistant auf der Blende befestigt und je eine Anzahl n, vorzugsweise neun, Strahl- und Fangdüsen vorgesehen, und der Abstand zwischen benachbarten Strahl- bsw, Fangdüsen entspricht jeweils dem Abstand zweier Störkörper minus dem n -ten Teil dieses Abstandes Durch eine sslche Anordnung der nadelförmigen Störkörper und der Strahl- und Fangdüsen wird einerseits eine nur geringe Abweichung der Blende von einer Rsferensmarke durch eine Vielzahl von Impulsen dargestellt; andererswita wird erreicht, daß jeder in einer der Fangdüsen auftretende Impuls, der in eine nicht näher beschriebene Auswerteschaltung gegeben wird, einer eindeutigen Stellung der 3wende in einem bestimmten Code, vorzugsweise im Dezimal--Binär-Code entspricht. Etwaige Mehrdeutigkeiten der angezeigten Stellung, die durch Links- oder Rechtsbewegung der Blende entstehen, können durch eine einfache Diskriminatorschaltung, die beispielsweise mittels zweier bistabiler Fluidverstärker aufgebaut ist, vermieden werden, so daß eine absolute Stellungsanzeige der Blende gewährleistet ist.According to a further embodiment of the invention in which to increase the accuracy of the well-known vernier principle is used, are according to the Invention, the needle-shaped disruptive body attached equidistantly on the panel and each a number n, preferably nine, jet and catching nozzles are provided, and the distance between adjacent jet bsw, catching nozzles corresponds to the distance between two Disruptive body minus the n -th part of this distance needle-shaped disruptive body and the jet and catching nozzles is on the one hand only one small deviation of the aperture from a reference mark due to a large number of pulses shown; anderserswita achieves that each occurring in one of the catch nozzles Impulse that is given in an evaluation circuit not described in detail, one unambiguous position of the 3wende in a certain code, preferably in decimal - binary code is equivalent to. Any ambiguities in the displayed position caused by left- or clockwise movement of the diaphragm can be caused by a simple discriminator circuit, which is constructed, for example, by means of two bistable fluid amplifiers, avoided so that an absolute position indication of the diaphragm is guaranteed.

Ein Analog-Digital-Umsetzer in dieser Ausführung eignet sich auch als Impulsgenerator; der besondere Vorteil dieses Impulsgenerators liegt darin, daß die Flanken der Einzelimpulse sehr steil sind und so einen eindeutigen Bezugspunkt liefern.An analog-to-digital converter in this version is also suitable as a pulse generator; the particular advantage of this pulse generator is that that the edges of the individual pulses are very steep and thus a clear reference point deliver.

Zwei Ausfffhrungsbeispiele der Erfindung sind in der Beschreibung in Verbindung.mit der Zeichnung näher erläutert.Two exemplary embodiments of the invention are in the description explained in more detail in connection with the drawing.

Im einzelnen zeigen: Figur 1 die Seitenansicht eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Analog-Digital-Umsetzers, Figur 2 einen Teil einer kreisförmigen Blende, Figur 3 die Anordnung der Strahl- und Fangdüsen und Figur 4 einen Teil einer zweiten Ausführungsform der Erfindung mit mehreren Strahl- und Fangdüsen.In detail: FIG. 1 shows the side view of one according to the invention trained analog-digital converter, Figure 2 part of a circular aperture, FIG. 3 shows the arrangement of the jet and catching nozzles and FIG. 4 shows part of a second Embodiment of the invention with several jet and catch nozzles.

Das nachfolgend beschriebene mehr oder weniger schematische Ausführungsbeispiel eines Analog-Digital-Umsetzers dient zur Umwandlung der Drehbewegung einer Achse in eine Druckimpulsfolge'wobei jeder Impuls einen definierten Zuwachs des Drehwinkels der Achse bedeutet.The more or less schematic exemplary embodiment described below an analog-digital converter is used to convert the rotary motion of an axis in a pressure pulse sequence where each pulse is a defined increase in the angle of rotation the axis means.

Wie Figur 1 zeigt, ist eine Scheibe 1 auf einer Achse 2 befestigt, die ihrerseits derart in einem Lager 3 gehalten ist, daß ein achsiales und transversales Spiel weitestgehend ausgeschaltet ist. Das Lager selbst ist in einem hier nicht näher dargestellten Gehäuse 4 montiert.As Figure 1 shows, a disk 1 is attached to an axle 2, which in turn is held in a bearing 3 in such a way that an axial and transverse Game is largely turned off. The camp itself is not in one here Housing 4 shown in more detail mounted.

Wie aus Figur 2 ersichtlich, sind auf dem Rand der Scheibe 1 in äquidistanten Abständen N nadelförmige Störkörper, im folgenden Nadeln 5 bezeichnet, befestigt, deren Längsachsen in der Scheibenebene senkrecht zu der Scheibentangente ihres Befestigungspunktes ausgerichtet sind. Die Distanz zwischen zwei Nadeln 5 richtet sich nach dem Jeweils gewünschten Winkelauflösungsvermögen w=360/N , sie muß aber wenigstens so groß sein, daß eine noch zu beschreibende Strömung 6 ungehindert zwischen zwei Nadeln hindurchtreten kann.As can be seen from Figure 2, are on the edge of the disc 1 in equidistant Distances N needle-shaped disruptive bodies, hereinafter referred to as needles 5, attached, their longitudinal axes in the plane of the disk perpendicular to the disk tangent of their attachment point are aligned. The distance between two needles 5 depends on the particular desired angular resolution w = 360 / N, but it must at least so be large that a still to be described flow 6 unhindered between two needles can pass through.

Parallel zur Richtung der Achse 2 ist auf der einen Seite der Scheibe 1 eine Strahldüse 7 so angeordnet, daß die Nadeln 5 noch zu einem Teil in die aus der Strahldüse 7 austretende Strömung 6 eintauschen können (vgl. insbesondere Figur )). Die Strahldüse 7 ist über einen Kanal 8 mit einem Vorratsbehälter 9 für ein Strömungsmedium verbunden. Der Vorratsbehälter kann z.B. eine Pumpe oder ein Kompressor sein, der für einen stindigen Transport des Strömungsmediums unter konstantem Druck über den Kanal 8 zur Strahldüse 7 sorgt, wobei das verwendete Strömung medium vorzugsweise Luft ist, aber auch ein andere Gas oder eine Flüssigkeit sein kann.Parallel to the direction of the axis 2 is on one side of the disc 1 a jet nozzle 7 arranged so that the needles 5 are still partly in the out the flow 6 exiting the jet nozzle 7 can be exchanged (cf. in particular FIG )). The jet nozzle 7 is via a channel 8 with a storage container 9 for a Flow medium connected. The storage container can e.g. be a pump or a compressor be that for a constant transport of the flow medium under constant pressure provides via the channel 8 to the jet nozzle 7, the flow medium used preferably Is air, but it can also be another gas or a liquid.

Gegenüber der Strahldüse 7 ist auf der gleichen Achse, aber auf der anderen Seite der Scheibe 1 eine Fangdüse 10 angeordnet, die über einen Kanal 11 mit einer hier nicht näher beschriebenen Zahl- und Anzeigevorrichtung 12 verbunden ist, die ebenfalls aus Fluidbausteinen aufgebaut sein kann oder die Impulse huber einen Konverter in elektrische Größen verwandelt. Der Abstand zwischen der Scheibe 1 und der Fangdüse 10 ist so gewählt, daß die Pangdüse 10 hinter dem noch zu erklärenden Turbulenzpunkt P liegt.Opposite the jet nozzle 7 is on the same axis, but on the a collecting nozzle 10 is arranged on the other side of the disc 1, which via a channel 11 connected to a number and display device 12 not described in detail here is, which can also be made up of fluid components or the impulses huber converts a converter into electrical quantities. The distance between the disc 1 and the catch nozzle 10 is chosen so that the Pang nozzle 10 is behind the still to be explained Turbulence point P is.

Tritt aus der Strahldüse 7 eine laminare Strömung 6 aus, eo wird diese, wenn sich die Scheibe 1 dreht, abwechselnd einmal zwischen zwei Nadeln 5 ungehindert hindurchströxen, ein andermal wird eine Nadel 5 in sie eintauchen. Is ersten Fall wird die Fangdüse 10 die Strömung 6 empfangen und sie in die Zähl- und Anzeigeapparatur 12 leiten. Taucht aber eine Nadel 5 in die laminare Strömung 6 ein, so wird diese derart gestört, daß sie am Punkt P in eine turbulente Strömung 13 übergeht und versprüht. Die Fangdüse 10 wird von dem Strömungsmedium dadurch nicht mehr getroffen, so daß das bisher vorhandene 1-Signal innerhalb einer sehr kurzen Zeit (( 1 ms), d.h. mit einer steilen Flanke zu einem O-Signal abfällt, das in der Zahl- und Anzeigevorrichtung 12 weiterverarbeitet wird.If a laminar flow 6 emerges from the jet nozzle 7, this is when the disc 1 rotates, alternately once between two needles 5 unhindered flow through it, another time a needle 5 will dip into it. Is first case the collecting nozzle 10 receives the flow 6 and it enters the counting and display apparatus 12 direct. If, however, a needle 5 dips into the laminar flow 6, it becomes so disturbed that it at point P in a turbulent flow 13th passes over and sprays. The catch nozzle 10 is not affected by the flow medium hit more, so that the previously existing 1-signal within a very short Time ((1 ms), i.e. with a steep edge to an O-signal which falls in the Payment and display device 12 is further processed.

Es wird also bei ständiger Drehung der Scheibe 1 in dem Kanal 11 eine Folge von Impulsen mit steilen Flanken entstehen, die in der Vorrichtung 12 gezählt werden und damiteine präzise Angabe der Winkelstellung der Scheibe 1 gegenüber einer hier nicht dargestellten Referenzmarke ermöglichen.Thus, with constant rotation of the disk 1 in the channel 11, a A series of pulses with steep edges are produced, which are counted in the device 12 and thus a precise indication of the angular position of the disc 1 with respect to a enable reference mark not shown here.

Nach einer weiteren in Figur 4 die lediglich die gegenüber dem bisher beschriebenen Ausführungsbeispiel unterschiedliohen Teile zeigt, dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist der vorstehend beschriebene Analog-Digital Umßetzer nicht nur mit Je einer Strahl- und Fangdüse versehen, sondern weist Jeweils neun äquidistant am Umfang der Scheibe 1 angeordnete Düsenpaar 141 bis 149 auf, wobei Jedes Düsenpaar jeweils eine Strahl- und eine Fangdüse 7 bgw. 10 aufweist. Der Abstand d zweier benachbarter Strahl- bzw. Fangdüsen beträgt dabei jeweils den Abstand e zwei-er benachbarter Nadeln minus dem neunten Teil dieses Abstandes. Der Abstand e zweier Nadeln wird durch diese Anordnung der Düsen bei einer Drehung der Scheibe 2 in zehn Impulse ungesetzt, die mittels eines an sich bekannten Dezimal-Binär-Codes in einer nicht naher beschriebenen Anzeigevorrichtung in eine digitale Anzeige der Blendenstellung zu übersetzen sind.According to another in FIG. 4, only the one compared to the previous one Embodiment described shows different parts, illustrated embodiment of the invention, the above-described analog-to-digital converter is not only each provided with a jet and a collecting nozzle, but each has nine equidistant on the circumference of the disc 1 arranged pair of nozzles 141 to 149, each pair of nozzles each a jet and a catch nozzle 7 bgw. 10 has. The distance d between two Adjacent jet or catching nozzles are each the distance e two of adjacent needles minus the ninth part of this distance. The distance e between two With this arrangement of the nozzles, needles are ten times when the disk 2 rotates Impulse unset, which by means of a known decimal binary code in a display device not described in more detail in a digital display of the aperture position are to be translated.

Patentansprüche:Patent claims:

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Analog-digital converter with a die respective analog measured variable representing aperture between a beam and a coaxially arranged collecting nozzle from which the digital measured variable can be removed, in that the diaphragm (1) has needle-shaped disruptive bodies (5) has that the flow (6) leaving the jet nozzle is a laminar flow is caused by the entry of one of the disruptive bodies (5) in a turbulent flow (13) is convertible, and that the collecting nozzle is located behind the turbulence point.

2. Analog to digital converter according to claim 1, characterized in that g e -k e n n z e i c h ne t that the diaphragm (1) is designed as a circular disc whose circumference needle-shaped disruptive bodies (5) are attached.

3. analog-to-digital converter according to claim 1 and 2 and thereby g e it is not indicated that the needle-shaped disruptive bodies (5), with their longitudinal axes in the plane of the disk, perpendicular to the tangent of their point of contact are.

4. analog-digital converter according to claim 1, characterized in that g e -k e n n z e i c h n e t that the diaphragm (1) is linear, and on her the needle-shaped disruptive body (5) attached with their longitudinal axes perpendicular to this are,

5. Analog-to-digital converter according to Claims 1 to 3 or 1 and 4, characterized in that the needle-shaped disruptive bodies (5) are fixed equidistantly on the diaphragm (1) that each has a number n, preferably nine jet and catch nozzles (pairs of nozzles 14 to 149) are provided, and that the Distance between adjacent jet or catching nozzles is the distance between two needle-shaped disruptive body (5) minus the 1 th part of this distance corresponds.