DE1947605A1

DE1947605A1 - Verfahren zur digitalen Quadratur des Verhaeltnisses einer variablen Messfrequenz zu einer konstanten Grundfrequenz,insbesondere zur Gewichtsmessung mit Saitenwaagen

Info

Publication number: DE1947605A1
Application number: DE19691947605
Authority: DE
Inventors: Alfred Dr-Ing Schief
Original assignee: August Sauter KG
Current assignee: August Sauter KG
Priority date: 1969-09-19
Filing date: 1969-09-19
Publication date: 1971-04-01
Also published as: NL7012335A; BE756157A; SE360471B; FR2062919A2; FR2062919B2; US3662159A; DE1947605B2; IT951554B; DE1947605C3

Description

PATENTANWÄLTE DIPL.ING. H. LEINWEBER dipping. H. ZIMMERMANN Postidttdc-Konto: Bank-Konto: Telefon Tal.-Adr.

München 22045 Dreidner Bank AS. MUndl··) (Uli) Uiftf Uinpit MUncflOn

München 2, Marlenplatz, Klo.-Nr. 927M

8 München 2, Rotental 7, 2. Aufg.

(Kuitermann-Passag·)

*» US. Se^ 1363 .

August S a u t e r KG, 7470 iäbingen

Verfahren zur digitalen Quadratur des Verhältnisses einer variaDlen Meßfrequenz zu einer konstanten Grundfrequenz, insbesondere zur Gewichtsmessung mit Saitenwaagen

Zusatz zu Patent (Patentanmeldung P 17 66 7ö1.1)

JL/ie Erfindung betrifft ein Verfahren zur digitalen Quadratur deü Verhältnisses einer variablen "Meisfrequenz fx zu einer konstanten Grundirequenz fxo mit Hilfe einer konstanten Bezugsfrequenz ΙΌ, insbesondere zur Gewichtsmessung mit Saitenwaagen unter Verwendung von drei Zählwerken, von denen nach gleichzeitigem Zählbeginn einem ersten Zählwerk, dem sogenannten Meßzäh-Ur, eiriu FoI^e elektrischer Impulse Ix mit einer zur Meßfrequenz fx proportionalen Meßimpulsfrequenz Fx für die Zählzeit aus zwei Akhiphasori zugeführt wird, von denen die erste Zählphase durch Yoroinötollunf, eines zweiten Zählwerks, des sogenannten Grundzoitzählorc, fest^elejt ist, dem eine Folge elektrischer ßezugse Io mit einer zur Grundfrequenz fo proportionalen Bezugsfrüquoriz Fo zugeführt wird, während gleichzeitig ein drittes iv'Uilwerk, der so^onarmte Steuerzähler, die über die eine Impulsiol₀e ubar'/Aihlir/i Anzahl von Impulsen der anderen Impulsfolge Uno flifj sich anochlieJJoride zweite Phase durch den Steuer-

-Z-

1088U/1036

B ORfQiNAL

zähler festgelegt wird, nach Patent (Patentanmeldung

P 17 66 781.1).

Aufgrund physikalischer Gesetze erhält man bei Messungen häufig ein periodisches Signal der Frequenz fx, die der Wurzel einer gesuchten physikalischen Größe X proportional ist. Es gilt

fχ - Fxo -

direkt

wobei Fxo eine Konstante ist. Um ein zur Größe X^proportionales \

Ergebnis zu gewinnen, das beispielsweise für eine Anzeige ver- ; wendet werden kann, ist das Quadrat der Frequenz fx zu bilden. : Ein Beispiel für diesen Vorgang stellt die Saitenwaage dar, bei : der die Eigenfrequenz einer schwingenden Saite proportional ; der Wurzel der die Saite spannenden Kraft ist. In diesem Fall besteht die physikalische Größe beispielsweise aus einer die Saite vorspannenden Kraft und dem die Saite zusätzlich spannenden Gewicht auf der Waagschale, das die Meßgröße darstellt. Die Konstante Fxo nimmt dann beispielsweise den Zahlenwert der Meßfre- j quenz fx an, den man für den Wert Null der Meßgröße erhält. \

Das Hauptpatent geht davon aus, daß das Ergebnis der Zählung einer Zahl von periodisch mit der Frequenz fx aufeinanderfolgenden Ereignissen proportional der Frequenz fx und der Zählzeit ist. Wird die Zählzeit ihrerseits proportional der Frequenz j fx gemacht, so ist das Ergebnis proportional dem Quadrat der j Frequenz fχ.

Das grundsätzliche Verfahren zur Durchführung dieser digitalen Quadratur ist dem Hauptpatent zu entnehmen. Dort ist auct ein Vorschlag für die praktische Durchführung dieses Verfahrens gemacht. Dieses in der Praxis anwendbare Verfahren nach dem Hauptpatent weist jedoch Verfahrensschritte auf, die in der prak-f tischen Realisierung einen beträchtlichen elektronischen Aufwand erforderlich machen.

-3-10 9 814/1036

Aufgabe der Erfindung ist es, das grundsätzliche Verfahren nach dem Hauptpatent für die praktische Durchführung zu vereinfachen.

Das wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß nach Zählbeginn die Meßimpulsfrequenz Fx über ein erstes Und-Tor an den Meßzähler und über ein zweites Und-Tor an einen Eingang des Steuerzählers gegeben wird, dessen zweitem Eingang über ein drittes Und-Tor die Bezugsimpulsfrequenz Fo zugeführt wird, die außerdem über ein viertes Und-Tor an den Grundzeitzähler gelangt, der von Null bis zu einer voreingestellten Zahl zählt und so die Zeitdauer der ersten Zählphase festlegt, für die ein Ausgangssignal des GrundzeitZählers an das zweite und das vierte Und-Tor gegeben ist und diese während der ersten Zählphase offenhält, daß der während der ersten Zählphase erreichte Zählerstand des Steuerzählers in der dadurch in ihrer Zeitdauer festgelegten zweiten Zählphase mit der Bezugsimpulsfrequenz Fo bis auf lull abgebaut wird und daß am Ende dieser Zeitdauer das bis dahiij durch ein Aus gangs signal des Steuerzählers offen gehaltene erste Und-Tor gesperrt wird. Dieses Verfahren ist hinsichtlich der einzelnen Verfahrensschritte vereinfacht. Entsprechend genügt auch ein verminderter elektronischer Bedarf zu seiner praktischen Durchführung. Außer den in jedem Fall erforderlichen drei Zählern werden nur vier gewöhnliche Und-Tore benötigt. Es fällt insbesondere auf, daß für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens der nach dem Hauptpatent für die zweite Zählphase erforderliche Frequenzteiler nichtj mehr erforderlich ist.

Die Bezugsfrequenz Fo kann gleich derjenigen Meßfrequenz fxo gewählt sein*, die dem Wert Null der Meßgröße entspricht.

-4-1098U/1036

Dadurch wird den Erfordernissen des Waagebetriebes besonders Rechnung getragen. Der die Meßfrequenz erzeugende Oszillator und der die Bezugsfrequenz' erzeugende Oszillator .können nämlich unter diesen Umständen identisch aufgebaut sein. Einflüsse Ton Alterung, Temperatur, Schwerkraft, Schwingungen der Unterlage usw. wirken sich so auf beide Oszillatoren gleich aus und können nicht zu einer Verfälschung des Meßergebnisses führen.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigt die einzige Figur die erfindungsgemäß für die digitale Frequenzquadratür verwendete Schaltung.

Bei Zählbeginn, also zu Beginn der Messung wird eine von einem Meßoszillator stammende Spannung oder eine entsprechende Meßimpulsfrequenz über ein Und-Tor U1 einem Meßzähler/zugeführt. Außerdem wird eine von einem Hilfsoszillator stammende Spannung einer festen Frequenz bzw. eine entsprechende feste Bezugsimpulsfrequenz Fo über ein Und-Tor U4 einem Grundzeitzähler G zugeführt, der an seinem Ausgang vom Beginn der Messung an solange ein Signal abgibt, bis eine voreingestellte Zahl von Perioden Zg erreicht ist. Die dazu benötigte Zeit T1 (erste Zählphase) ist gegeben durch

¹¹ *" Fo

Durch das vom Ausgang des Grundzeitzählers G abgegebene Signal wird während der Zeit T1 über das Und-Glied U4 der Eingang des Grundzeitzählers G sowie über ein Oder-Glied 01 und ein Und-Glied U3 der Rückwärtseingang R eines Steuerzählers S für die

-.5-1 098 U/1036

Vergleichsfrequenz Fo geöffnet. Gleichzeitig ist der Vorwärtseingang V des Steuerzahlers S über ein Und-Glied U2 für die Meßfrequenz Fx geöffnet. Setzt man voraus, daß

Fx ^ Fo

ist, so erhält man im Steuerzähler am Ende der ersten Zählphase, also nach der Zeit T1, den Zählerstand

ZS = T1 · (Fx - Fo)

lilach Ablauf der Zeit T1 gibt der Grundzeitzähler kein Signal mehr ab. Das Und-Tor U2 wird also für die Meßfrequenz Fx gesperrt, während das Und-Tor U3 und damit der Rückwärtseingang Ii des Steuerzählers S weiterhin durch ein vom Steuerzähler S abgebenes Signal über das Oder-Tor 01 für die Vergleichsfrequenz Fo offengehalten wird. Der Steuerzähler S gibt an seinem Ausgang solange ein Signal ab, bis er wieder den Zählerstand Hull erreicht hat. Da vorausgesetzt wurde, daß Fx 2· Fo ist, ist ZS sicher nicht negativ. Es ist jedoch am Anfang der Messung nicht gewährleistet, daß zuerst eine Zählung im Vorwärtseingang V des Steuerzählers S erfolgt. Um eine vorzeitige Schliessung des Und-Töres U3 wegen einer zuerst stattfindenden Zählung im lüickwärtseingang und einer damit verbundenen Löschung des Aus^angssignales des Steuerzählers zu vermeiden, wurde das Oder-Glied 01 vorgesehen, Über das am Beginn der Messung ein eindeutige$ Signal vom Ausgang des Grundzeitzählers G an das Und-Tor U3 gelegt wird. Gleichzeitig werden ebenso eindeutige Verhältnisse auch für das Und-Tor Ü1 geschaffen, das dem Meßzähler M vorgeschaltet ist. Sobald am Steuerzähler S der Zäh-

-6-109814/1036

lerstand Null erreicht ist, an seinem Ausgang also kein Signal mehr auftritt, wird das Und-Tor U1 gesperrt. Die zum Abbau des Zählerstandes ZS mit der Frequenz Fo erforderliche Zeit T2 (zweite Zählphase) beträgt

^{T2 =} -Ή-'Έ * O*-*⁰' =^T1 -ff"¹¹·

Am Eingang des Meßzählers M liegt über das Und-Glied U1 während der gesamten Zeit T1 + T2 die Meßfrequenz Fx. Der erreichte; Zählerstand ist

Zm = (T1 + T2) · Fx »

Er ist somit proportional zum Quadrat der Frequenz Fx und damit proportional zur Größe X.

Der elektronische Aufwand kann noch weiter verkleinert werden, wenn statt des Umsetzens der Meßfrequenz fx und der Bezugsfrequenz fo in Impulsfrequenzen Fx,Fo diese Frequenzen fx,fo direkt als Spannungen an die Schaltung gegeben werden. Das Verfahren arbeitet dann gleicherweise. Zwei Impulstransformatoren sind aber zusätzlich eingespart.

-7-101814710 36

Claims

Patentansprüche :

(i ."/Verfahren zur digitalen Quadratur des Verhältnisses einer variablen Meßfrequenz fx zu einer konstanten Grundfrequenz fxo mit Hilfe einer konstanten Bezugsfrequenz fo, insbesondere zur Gewichtsmessung mit Saitenwaagen unter Verwen» dung von drei Zählwerken,"von denen nach gleichzeitigem Zählbeginn einem ersten Zählwerk, dem sogenannten Meßzähler, eine Folge elektrischer Impulse Ix mit einer zur Meßfrequenz fx proportionalen Meßimpulsfrequenz Fx für die Zählzeit aus zwei Zählphasen zugeführt wird, von denen die erste Zählphase durch Voreinstellung eines zweiten Zählwerks, des sogenannten Grundzeitzählers, festgelegt ist, dem eine Folge elektrischer Bezugsimpulse Io mit einer zur Grundfrequenz fo proportionalen Bezugsimpulsfrequenz Fo zugeführt wird, während gleichzeitig ein drittes Zählwerk, der sogenannte Steuerzähler, die über die eine Impulsfolge überzählige Anzahl von Impulsen der anderen Impulsfolge zählt und die sich anschließende zweite Phase

durch den Steuerzahler festgelegt wird, nach Patent

(Patentanmeldung P 17 66 781.1), dadurch gekennzeichnet, daß nach Zählbeginn die Meßfrequenz (Fx) über ein erstes Und-Tor (ü1) an den Meßzähler (M) und über ein zweites Und-Tor (U2) an einen Eingang (V) des Steuerzählers (S) gegeben wird, dessen zweitem Eingang (H) über ein drittes Und-Tor (U3) die Bezugsfrequenz (Fo) zugeführt wird, die außerdem über ein viertes Und-Tor (U4) an den Grundzeitzähler (G) gelangt, der von Null bis zu einer voreingestellten Zahl zählt und so die Zeitdauer (T1) der ersten Zählphase festlegt, für die ein Ausgangssignal des Grundzeitzählers an das zweite und das vierte. Und-Tor (U2, U4) gegeben ist und diese während der ersten Zählphase offen-

-8-109814/1036

hält, daß der während der ersten Zählphase erreichte Zählstand des Steuerzählers (S) in der dadurch in ihrer Zeitdauer (T2) festgelegten zweiten Zählphase mit der Bezugsfrequenz (Fo) bis auf Null abgebaut wird und daß am Ende dieser Zeitdauer das bis dahin durch ein Ausgangssignal des Steuerzahlers (S) -offengehaltene erste Und-Tor (Ut) gesperrt wird»
2. Verfahren nach Anspruch 1:, dadurch gekennzeichnet» daß die Bezugsfrequenz (Fo) gleich derjenigen Meßfrequenz (fxo) gewählt ist, die dem Wert lull der Meßgröße entspricht.
3» Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet j daß die Meßfrequenz (Fx) über das zweite Und-Tor (U2) an einen Vorwärtseingang (Y) des Steuerzählers (S) gegeben, wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsfrequenz (Fo) über das dritte Und-Tor (U3) an einen Rückwärtseingang (R) des Steuerzählers (S) gegeben wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerzähler (S) während der gesamten Zähldauer (T1 + T2) ein Ausgangssignal erzeugt, das zum Offenhalten des ersten und dritten Und-Tor es (U1, UJ) verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis L), dadurch gekennzeichnet, daß zum Erhalt definierter Startbedingungen für den ZählVorgang die Ausgangssignale des GrundzeitZählers (G) und des Steuerzahlers (S) über die beiden Eingänge eines Oder-Tores (01) dem ersten und dritten Und-Tor (UV, U3) zugeführt werden.

10981 kl 10 36 ßADORlGlNAL