DE19613734C1 - Einrichtung zum zeitsynchronen Erfassen von elektrischen Signalen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum zeitsynchronen Erfassen von elektrischen Signalen an voneinander entfernt an­ geordneten Meßstellen.

Um an voneinander entfernt angeordneten Meßstellen elektrische Signale zeitsynchron zu erfassen, könnte man daran denken, an jeder Meßstelle eine mit Funksignalen gesteuerte Uhr einzuset­ zen und von den Uhrensignalen Taktsignale zum zeitsynchronen Erfassen von elektrischen Signalen abzuleiten. Dadurch wäre zwar sichergestellt, daß an jeder Meßstelle übereinstimmende Zeitpunkte definierbar sind, jedoch sind dadurch nicht unmit­ telbar zum Abtasten eines elektrischen Signals geeignete Ab­ tastsignale gewonnen, weil die Uhrensignale in der Regel nur jeweils einmal in der Sekunde auftreten. Mit den Uhrensignalen müssen daher an jeder Meßstelle Schwingungsgeneratoren gesteu­ ert werden, die im allgemeinen jeweils etwas unterschiedliches Schwingungsverhalten aufweisen; außerdem ist der Startzeitpunkt an den verschiedenen Meßstellen nicht exakt definierbar, wenn man den µs-Bereich betrachtet. Auf diese Weise ist daher ein völlig zeitsynchrones Erfassen von elektrischen Signale an ent­ fernt voneinander angeordneten Meßstellen nicht möglich.

Andererseits könnte man auch daran denken, nur an einer Meß­ stelle mittels Uhrensignalen einer mit Funksignalen gesteuerten Uhr einen Schwingungsgenerator zu steuern und die Ausgangs­ signale dieses Schwingungsgenerators von dieser einen Meßstelle zu den weiteren Meßstellen zu übertragen. Hierbei würde die be­ nötigte elektrische Verbindung einen erheblichen zusätzlichen Aufwand bedeuten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum zeitsynchronen Erfassen von elektrischen Signalen an von­ einander entfernten Meßstellen anzugeben, mit der sich mit ver­ hältnismäßig geringem Aufwand ein exakt zeitsynchrones Erfassen von elektrischen Signalen ermöglichen läßt.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einer Einrichtung zum zeit­ synchronen Erfassen von elektrischen Signalen an voneinander entfernten Meßstellen an jeder Meßstelle in einer mit Funksignalen beaufschlagten Uhr erzeugte Uhrensi­ gnale einer Frequenzregelschleife mit einer Prozessor-Anordnung und einem steuerbaren Schwingungsgenerator derart zugeführt, daß letzterer innerhalb eines Zeitintervalls zwischen zwei Uh­ rensignalen eine vorbestimmte Anzahl von Taktimpulsen abgibt; die Prozessor-Anordnung erfaßt ein zu einem für alle Meßstellen einheitlich vorgegebenen Zeitpunkt von der Uhr abgegebenes Uh­ rensignal als Anregungssignal und erzeugt ein Aktivierungs­ signal für einen Ausgangsschaltkreis; mit Hilfe des Aktivie­ rungssignals sind ein Startsignal zum zeitsynchronen Erfassen des jeweiligen elektrischen Signals an einem Ausgang des Aus­ gangsschaltkreises und an einem weiteren Ausgang des Ausgangs­ schaltkreises die Taktimpulse zum Abtasten des jeweiligen elek­ trischen Signals bereitgestellt.

Es ist zwar aus der "Zeitschrift für Geophysik", 1970, Band 36, Seiten 506 bis 518 eine Einrichtung zum zeitsynchronen Erfassen von elektrischen Signalen an voneinander entfernten Meßstellen bekannt, bei der mittels über Funk übertragener Zeitsignale ein für alle Meßstellen einheitlicher Zeitpunkt für den Beginn der Meßsignalerfassung vorgegeben wird und während der Meßsignaler­ fassung Zeitzeichensignale herangezogen werden, jedoch handelt es sich bei dieser Einrichtung um eine Magnetbandapparatur, mit der an jeder Meßstelle die Meßsignale gemeinsam mit den Zeit­ zeichensignalen und einem Pilottonsignal auf einem Magnetband gespeichert werden; die Aufzeichnung erfolgt dabei frequenzmul­ tiplex. Die Magnetbandgeräte an allen Meßstellen weisen diesel­ be Pilottonfrequenz auf, die mittels eines jedem Magnetband zu­ geordneten Festfrequenz-Oszillators erzeugt ist. Die Pilotton­ frequenz ist also nicht aus den Zeitzeichensignalen abgeleitet. An einer zentralen Auswertestelle erfolgt eine Demodulation, wobei mittels der Pilottonfrequenz die Wiedergabegeschwindig­ keit angepaßt wird, so daß eine Synchronisation der mit ver­ schiedenen Magnetbandgeräten vorgenommenen Aufzeichnungen er­ reichbar ist. Allerdings ist die Synchronisation zwischen zwei Zeitzeichensignalen durch unvermeidbare Toleranzen zwischen den Pilottonfrequenzen der verschiedenen Magnetbandgeräte beein­ trächtigt.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung be­ steht darin, daß allein durch Einsatz einer Frequenzregel­ schleife mit einer Prozessor-Anordnung und mit einem steuerba­ ren Schwingungsgenerator an jeder Meßstelle unter Verwendung jeweils einer mit Funksignalen beaufschlagten Uhr ohne jede elektrische Verbindung zwischen den Meßstellen die dort auftre­ tenden Signale exakt zeitsynchron erfaßt werden können.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung kann die Frequenzregel­ schleife unterschiedlich ausgeführt sein. Als vorteilhaft wird es angesehen, wenn der steuerbare Schwingungsgenerator ein steuerbarer Quarzgenerator ist, der eingangsseitig über einen Digital-Analog-Wandler mit einem Ausgang der Prozessor-An­ ordnung verbunden ist und der ausgangsseitig über einen Fre­ quenzteiler an einen Eingang einer der Prozessor-Anordnung vor­ geordneten Differenzerfassungseinrichtung angeschlossen ist, die an einem weiteren Eingang die Uhrensignale aufnimmt; die Prozessor-Anordnung ist mit dem zu einem für alle Meßstellen einheitlich vorgegebenen Zeitpunkt von der Uhr abgegebenen Uh­ rensignal beaufschlagt. Ein Vorteil dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung besteht darin, daß die Frequenz­ regelschleife eine kontinuierliche Einstellung der Phasenlage und der Frequenz ermöglicht und dadurch eine exakte Synchroni­ sation mit dem Uhrensignal herstellt. Ein zusätzlicher Vorteil liegt in dem relativ einfachen Schaltungsaufbau.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante der er­ findungsgemäßen Einrichtung weist der steuerbare Schwingungsge­ nerator eine steuerbare Schwingungserzeuger-Anordnung mit einem mit einer festen Frequenz schwingenden Quarzgenerator auf, und der Quarzgenerator ist ausgangsseitig einerseits mit dem Zähleingang eines Zählers und andererseits mit einem Eingang einer Selektionsstufe verbunden; ein weiterer Eingang der Se­ lektionsstufe liegt am Ausgang eines Vergleichers, der ein­ gangsseitig einerseits mit dem Ausgang des Zählers und anderer­ seits mit dem Ausgang einer von der Prozessor-Einheit einstell­ baren Zählstands-Vorgabeeinrichtung verbunden ist, und die Pro­ zessor-Einheit enthält einen an den Ausgang der Selektionsstufe angeschlossenen Hilfszähler und einen über ein Register an den Hilfszähler angeschlossenen Prozessor, der mit seinem Aktivie­ rungssignal den Ausgangsschaltkreis freigibt und damit die am Ausgang der Selektionsstufe auftretenden Ausgangsimpulse der Schwingungserzeuger-Anordnung als Taktimpulse zum Erfassen des jeweiligen elektrischen Signals bereitstellt.

Ein wesentlicher Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß die Frequenzregelschleife ausschließlich digital arbeitet und deshalb mit sehr preiswerten Bauelementen realisiert werden kann.

Als besonders vorteilhaft wird es zur Erzielung exakt zeitsyn­ chronen Erfassens der elektrischen Signale an-den verschiedenen Meßstellen angesehen, wenn die mit Funksignalen beaufschlagte Uhr eine satellitengesteuerte Uhr ist. Bei den Si­ gnalen kann es sich beispielsweise um GPS-Signale handeln.

Zur Erläuterung der Erfindung ist in Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung, in

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines Schaltungsaufbaus an ei­ ner Meßstelle der Einrichtung gemäß Fig. 1 und in

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schaltungsauf­ baus an einer Meßstelle dargestellt.

Wie Fig. 1 zeigt, kann die erfindungsgemäße Einrichtung mit bei­ spielsweise relativ weit voneinander entfernt angeordneten Meß­ stellen 1 und 2 durchgeführt werden. An jeder Meßstelle 1 bzw. 2 ist eine Anordnung 3 bzw. 4 zum Erzeugen zeitsynchroner Si­ gnale vorgesehen. Jede Anordnung 3 bzw. 4 enthält unter anderem eine mit Funksignalen gesteuerte Uhr 5 bzw. 6, die beispiels­ weise über GPS-Signale oder DCF 77-Signale gesteuert sein kann. Jede Uhr 5 bzw. 6 ist mit einer in Fig. 1 insofern nur schematisch dargestellten Frequenzregelschleife 7 bzw. 8 ver­ bunden, indem nur jeweils eine Prozessor-Anordnung 9 bzw. 10 und ein steuerbarer Schwingungsgenerator 11 bzw. 12 der jewei­ ligen Frequenzregelschleife gezeigt sind. Mit jeder Frequenzre­ gelschleife 7 bzw. 8 ist ein Ausgangsschaltkreis 13 bzw. 14 verbunden, der an einem Ausgang 15 bzw. 16 ein Startsignal S und an einem weiteren Ausgang 17 bzw. 18 ein Taktsignal T für eine nachgeordnete Abtast-Malte-Schaltung 19 bzw 20 abgibt. Der Abtast-Halte-Schaltung 19 bzw. 20 ist jeweils ein schematisch dargestellter elektronischer Schalter 21 bzw. 22 vorgeordnet, der vom Startsignal S am Ausgang 15 bzw. 16 geschlossen wird. Durch Schließen des Schalters 21 bzw. 22 wird jeweils eine Meß­ größe M1 bzw. M2 an die jeweilige Abtast-Malte-Schaltung 19 bzw 20 angelegt. Den Abtast-Malte-Schaltungen ist jeweils eine Meß­ werterfassungseinrichtung 23 bzw. 24 nachgeordnet.

Zur Wirkungsweise der Einrichtung nach Fig. 1 ist zunächst dar­ auf hinzuweisen, daß von der Uhr 5 bzw. 6 über eine Verbindung 24 bzw. 25 in einem Ein-Sekunden-Takt Impulse an die jeweilige Prozessor-Anordnung 9 bzw. 10 abgegeben werden. Ebenso werden der jeweiligen Prozessor-Anordnung von dem steuerbaren Schwin­ gungsgenerator nach Frequenzteilung Impulse zugeführt. Von der jeweiligen Prozessor-Anordnung 9 bzw 10 wird der jeweilige Schwingungsgenerator 11 bzw. 12 so gesteuert, daß sich nach Fre­ quenzteilung zu den Ein-Sekunden-Takt-Impulsen der Uhr 5 bzw. 6 keine Differenzen ergeben. Damit werden am Ausgang 27 bzw. 28 der Schwingungsgeneratoren 11 und 12 bzw. an den Ausgängen 17 und 18 der Ausgangsschaltkreise 13 und 14 Taktimpulse T er­ zeugt, die an beiden Meßstellen 1 und 2 sehr genau miteinander übereinstimmen.

Wird von der jeweiligen Uhr 5 bzw. 6 zu einem fest vorgegebenen Zeitpunkt über eine Verbindung 29 bzw. 30 ein Signal, bei­ spielsweise ein Zwölf-Uhr-Signal an die Prozessor-Anordnung 9 bzw. 10 abgegeben, dann wird daraufhin von jeder Prozessor-An­ ordnung 9 bzw. 10 ein Aktivierungssignal über eine Verbindung 31 bzw. 32 an den Ausgangsschaltkreis 13 bzw. 14 gegeben, wor­ aufhin jeweils der Schalter 21 bzw. 22 geschlossen und die Ab­ tast-Halte-Schaltung 19 bzw. 20 mit den jeweiligen Taktimpulsen vom Ausgang 17 bzw. 18 des jeweiligen Ausgangsschaltkreises 13 bzw. 14 beaufschlagt wird. Es werden somit beide Meßgrößen M1 und M2 vollkommen zeitsynchron erfaßt.

In Fig. 2 ist ein detailliertes Ausführungsbeispiel der Anord­ nung 3 bzw. 4 gemäß Fig. 1 wiedergegeben; mit Elementen nach Fig. 1 übereinstimmende Teile sind mit den gleichen Bezugszei­ chen versehen. Der Prozessor-Anordnung 9 ist in der Frequenzre­ gelschleife 7 ein Digital-Analog-Wandler 40 nachgeordnet, der an seinem Ausgang eine Steuerspannung Ust an einen nachgeschal­ teten steuerbaren Schwingungsgenerator 41 abgibt; bei diesem Schwingungsgenerator kann es sich um eine steuerbaren Quarzge­ nerator handeln.

Ausgangsseitig ist der steuerbare Schwingungsgenerator 41 ei­ nerseits an einen Frequenzteiler 42 angeschlossen, dem eine Differenzerfassungseinrichtung 43 nachgeordnet ist; dieser Dif­ ferenzerfassungseinrichtung 43 werden auch die Ein-Sekun­ den-Takt-Impulse der Uhr 5 zugeführt. Ausgangsseitig ist die Diffe­ renzerfassungseinrichtung 43 mit der Prozessor-Anordnung 9 ver­ bunden, wodurch die Frequenzregelschleife 7 vervollständigt ist. Andererseits ist der steuerbare Schwingungsgenerator 41 ausgangsseitig auch mit einem Eingang 44 des Ausgangsschalt­ kreises 13 verbunden.

Der Eingang 44 des Ausgangsschaltkreises 13 ist an einen Ein­ gang eines UND-Gliedes 45 geführt, das mit einem weiteren Ein­ gang mit dem Ausgang eines weiteren Logik-Gliedes 46 des Aus­ gangsschaltkreises verbunden ist. Dieses Logik-Glied, bei dem es sich um ein resetbares Flip-Flop handeln kann, ist mit den Ein-Sekunden-Takt-Impulsen der Uhr 5 beaufschlagt und wird nor­ malerweise durch die Prozessor-Anordnung 9 über die Verbindung 31 ständig zurückgesetzt. Hat die Prozessor-Anordnung 9 dagegen ein Anregesignal der Uhr 5, z. B. ein Zwölf-Uhr-Signal, über die Verbindung 29 erhalten, dann unterbleibt ein Zurücksetzen des Logik-Gliedes 46, und es wird am Ausgang 15 das Startsignal S erzeugt. Damit treten auch am Ausgang 17 die Taktimpulse T auf, weil der Ausgang des steuerbaren Schwingungsgenerators 41 da­ durch auf den Ausgang 17 durchgeschaltet ist.

In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform der Anordnung 3 bzw. 4 nach Fig. 1 dargestellt; auch hier sind Elemente, die denen nach Fig. 1 entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen verse­ hen. Eine Prozessor-Anordnung 9 besteht hier aus einem Prozes­ sor 50, dem über ein Register 51 ein Hilfszähler 52 vorgeordnet ist. In den Hilfszähler 52 werden Ausgangsimpulse eines steuer­ baren Schwingungsgenerators 53 eingezählt, die über eine Ver­ bindung 54 auch einem nicht dargestellten Ausgangsschaltkreis entsprechend dem Ausgangsschaltkreis 13 gemäß Fig. 2 zugeführt werden.

Der steuerbare Schwingungsgenerator 53 enthält einen Quarzgene­ rator 55 fester Frequenz, der ausgangsseitig mit einem Zähler 56 verbunden ist. Der Zählerstand dieses Zählers 56 wird in ei­ nem Vergleicher 57 ständig mit dem Stand einer Zählstands-Vor­ gabeeinrichtung 58 verglichen, die über eine Verbindung 59 von dem Prozessor 50 einstellbar ist.

Diese Einstellung seitens des Prozessors 50 erfolgt in Abhän­ gigkeit davon, welcher Zählerstand nach jeweils einer Sekunde aus dem Hilfzähler 52 in das Register 51 übernommen worden ist; das Register 51 wird nämlich mit den Ein-Sekunden-Takt-Signalen der Uhr 5 beaufschlagt und zeigt somit nach Ablauf einer jeden Sekunde an, welchen Zählerstand der Hilfszähler 52 jeweils erreicht hat. Weist der Quarzgenerator 55 beispielsweise eine Eigenfrequenz von 32,0032 MHz auf und sollen die Taktimpulse am Ausgang des Ausgangsschaltkreises eine Frequenz von genau 32 MHz haben, dann erfaßt der Prozessor 50 einen zu hohen Zähler­ stand des Hilfszählers 52 und stellt die Zählstands-Vor­ gabeeinrichtung 58 auf 10⁴ ein. Nach jeweils 10⁴ Schwingun­ gen des Quarzgenerators 55 spricht dann der Vergleicher 57 - gesteuert durch den Zähler 56 - an und betätigt eine Selekti­ onsstufe 60, die dadurch einen Impuls des Quarzgenerators 55 ausblendet. Dadurch sind auf der Verbindung 54 zum Ausgangs­ schaltkreis 32·10⁶ Taktimpulse pro Sekunde erzeugt.

Sollte die Frequenz am Ausgang des steuerbaren Schwingungsgene­ rators 53 absinken, dann wird dies vom Prozessor 50 mit der Ab­ gabe eines entsprechenden Einstellsignals an die Zählstands-Vor­ gabeeinrichtung 58 beantwortet, indem dann beispielsweise ein Wert von 10⁵ in dieser Vorrichtung eingestellt wird.

Im übrigen arbeitet die Anordnung gemäß Fig. 3 in der gleichen Weise wie die in Fig. 2 dargestellte Anordnung, so daß auch hier zu einem vorgegebenen Zeitpunkt der Prozessor 50 über die Ver­ bindung 30 mit einem Anregesignal beaufschlagt wird und darauf­ hin das Zurücksetzen des weiteren Logik-Gliedes 46 nach Fig. 2 über die Verbindung 31 einstellt. Damit werden Startsignal S und Taktimpulse T an den Ausgängen 15 und 17 des Ausgangs­ schaltkreises 13 gebildet.

Claims (4)

1. Einrichtung zum zeitsynchronen Erfassen von elektrischen Si­ gnalen (M1, M2) an voneinander entfernten Meßstellen (1, 2), bei der an jeder Meßstelle (1; 2)
in einer mit Funksignalen beaufschlagten Uhr (5; 6) erzeugte Uh­ rensignale einer Frequenzregelschleife (7; 8) mit einer Prozes­ sor-Anordnung (9; 10) und einem steuerbaren Schwingungsgenerator (11; 12) derart zugeführt sind, daß letzterer innerhalb eines Zeitintervalls zwischen zwei Uhrensignalen eine vorbestimmte Anzahl von Taktimpulsen abgibt,
die Prozessor-Anordnung (9; 10) ein zu einem für alle Meßstellen (1; 2) einheitlich vorgegebenen Zeitpunkt von der Uhr (5; 6) ab­ gegebenes Uhrensignal als Anregungssignal erfaßt und ein Akti­ vierungssignal für einen Ausgangsschaltkreis (13; 14) erzeugt und bei der
mit Hilfe des Aktivierungssignals ein Startsignal (S) zum zeit­ synchronen Erfassen des jeweiligen elektrischen Signals (M1; M2) an einem Ausgang (15; 16) des Ausgangsschaltkreises (13; 14) und an einem weiteren Ausgang (17; 18) des Ausgangsschaltkreises (13; 14) die Taktimpulse (T) zum Abtasten des jeweiligen elek­ trischen Signals (M1; M2) bereitgestellt sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der steuerbare Schwingungsgenerator ein steuerbarer Quarzgenera­ tor (41) ist,
der eingangsseitig über einen Digital-Analog-Wandler (40) mit einem Ausgang der Prozessor-Anordnung (9) verbunden ist und ausgangsseitig über einen Frequenzteiler (42) an einen Eingang einer der Prozessor-Anordnung (9) vorgeordneten Differenzerfas­ sungseinrichtung (43) angeschlossen ist, die an einem weiteren Eingang die Uhrensignale aufnimmt, und daß
die Prozessor-Anordnung (9) mit dem zu einem für alle Meßstel­ len (M1; M2) einheitlich vorgegebenen Zeitpunkt von der Uhr (5) abgegebenen Uhrensignal beaufschlagt ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der steuerbare Schwingungsgenerator (53) eine steuerbare Schwingungserzeuger-Anordnung mit einem mit einer festen Fre­ quenz schwingenden Quarzgenerator (55) aufweist,
der Quarzgenerator (55) ausgangsseitig einerseits mit dem Zäh­ leingang eines Zählers (56) und andererseits mit einem Eingang einer Selektionsstufe (60) verbunden ist,
ein weiterer Eingang der Selektionsstufe am Ausgang eines Ver­ gleichers (57) liegt, der eingangsseitig einerseits mit dem Ausgang des Zählers (56) und andererseits mit dem Ausgang einer von der Prozessor-Anordnung (9) einstellbaren Zählstands-Vor­ gabeeinrichtung (58) verbunden ist, und daß
die Prozessor-Anordnung (9) einen an den Ausgang der Selekti­ onsstufe (60) angeschlossenen Hilfszähler (52) und einen über ein Register (51) an den Hilfszähler (52) angeschlossenen Pro­ zessor (50) enthält, der mit seinem Aktivierungssignal den Aus­ gangsschaltkreis (13; 14) freigibt und damit die am Ausgang der Selektionsstufe (60) auftretenden Ausgangsimpulse des Schwin­ gungserzeugers (53) als Taktimpulse (T) zum Erfassen des jewei­ ligen elektrischen Signals (M1; M2) bereitstellt.

4. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Funksignalen beaufschlagte Uhr (5; 6) satellitengesteu­ ert ist.