DE2000062A1

DE2000062A1 - Phasenempfindliche Schaltung

Info

Publication number: DE2000062A1
Application number: DE19702000062
Authority: DE
Inventors: Hayes Alan Michael; Faulkes Kenneth Milford
Original assignee: ENGLISCH ELECTRIC Co Ltd
Current assignee: ENGLISCH ELECTRIC Co Ltd
Priority date: 1969-01-03
Filing date: 1970-01-02
Publication date: 1970-07-16
Also published as: FR2027724A1; GB1270113A; US3683345A

Description

Patentanwälte Dipl. Ing. C. Walla*

Dipl. Ing. G. Koch Dr. T. Haibach ' I ihH,

. 8 München 2

touflngrstr.il· Tei 240275

12426 - H/We

THE ENGLISH ELECTRIC COMPANY LIMITED, London / England Phaaenempflndliche Schaltung Die Erfindung betrifft eine phasenempfindliche Schaltung.

Aufgabe der Erfindung 1st die Schaffung einer phasenempfindlichen Schaltung zur Anzeige von Änderungen der Phasenlage eines Eingangesignals.

Zu diesem Zweck kennzeichnet sich eine phasenempfindliche Schaltung gemäß der Erfindung durch eine Quelle fUr Impulse mit regelmäßigen¹Abständen, Schaltmittel zur Feststellung der Anzahl derartiger zwisohen dem Auftreten eines ausgewählten Punkts in der Perlode eines Bezugssignale und dem Auftreten eines entsprechenden Punkts während einer gleichzeitigen Periode des Eingangssignals erzeugten Impulse, sowie Schaltmittel, welche auf einen Unterschied dieser für

009829/1122

aufeinanderfolgende Perioden des Eingangssignals ermittelten Impulszahlen Ansprechen und eine Anzeige für Änderungen der Phase des phasenveränderlichen Eingangssignals liefern.

Vorzugsweise kann die Anordnung so getroffen sein, daß sie jeweils in jedem Zeltpunkt eine Anzeige der Phasenänderung des phasenveränderlichen Eingangssignals bezüglich seiner Phasenlage an Beginn einer Betriebsperiode der Schaltung liefert.

Die Schaltung eignet sich insbesondere zur Anwendung in Vorrichtungen zur Messung von Verschiebungen, bei welchen das Eingangssignal von einem Phasen-Analoggeber erzeugt wird und die Phase des Elngmgssignals sich in Abhängigkeit von der zu messenden Verschiebung ändert.

Die Vorrichtung zur Anzeige der resultierenden Phasenänderung kann dann die während der Jeweiligen Periode gemessene Resultierende Verschiebung anzeigen.

Dabei kann die Anzeige der Verschiebung in einem bestimmten Maßsystem (beispielsweise Zoll) erfolgen und diese Anzeige durch Wahl eines anderen Werts für die Anzahl von auf dl· Bezugsperlode entfallenden Zählimpulsen in ein anderes Maßsystem (beispielsweise mm) umgewandelt werden. Falle beispielsweise N Impulse je Periode des Bezugssignals zur Anzeige einer Verstellung in Zoll-Einheiten erzeugt werden, ergibt eine Impulsfolgefrequenz von beispielsweise 1,016 N oder 1,27 N-Impulsen Je Bezugsperiod· dl· entsprechende Anzeige in metrischen Einheiten.

Id folgenden wird ein Ausführungsbelspiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben; In dieser zeigen:

009829/1122

Flg. 1 ein Blockschaltbild einer Schaltung gemä3 der Erfindung;

Fig. 2 ein Zeitdiagramm zur Veranschauliohung der Wirkungsweise der Schaltung.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der Schaltung gemäß der Erfindung liefert eine Bezugssignalquelle ein Signal an eine Quelle 2 für ein Signal mit veränderlicher Phase; diese Quelle 2 erzeugt ein Signal mit der gleichen Frequenz wie das Bezugssignal, jedoch mit gegenüber dem Bezugssignal veränderlicher Phase. Die Signalquelle 2 kann beispielsweise ein beliebiger Phasenanalogsignalgeber wie beispielsweise ein Synchro sein und zur Erzeugung eines Signals dienen, dessen Phase in Abhängigkeit von einer Meßgröße (Verstellung, Geschwindigkeit usw.) veränderlich ist.

Eine Zeltgeberimpulsquelle 3 erzeugt eine kontinuierliche Folge von Impulsen, welche einem freilaufenden Zähler 4 zugeführt werden. Der Zählerstand, bei welchem sich der Zähler 4 auf Null zurückstellt und neu zu zählen beginnt, wird durch eine Maximalzählerstand-Steuerung 5 gesteuert. Das von der Quelle 1 erzeugte Bezugssignal wird von dem Zähler 4 und der Steuerung 5 abgeleitet, derart, daß Jeweils bei Rückstellung des Zählers 4 auf Null eine Periode des Bezugeelgnals beendet 1st. In einem weiter unten beschriebenen speziellen Anwendungsfall kann die Anzahl der Impulse in jeder Impulsfolge beispielsweise auf 300 Impulse oder 508 Impulse je Periode des Bezugesignals festgesetzt sein.

Fig. 2a zeigt ein Rechteckirapuls-Bezugssignal, während Fig. 2b die Ausgangsgröße der Zeitgeberimpulsquelle 3

009829/1 1 22

wiedergibt, welche 500 Impulse je Periode des Bezugssignals umfaßt, wie in Fig. 2o angedeutet. Fiß. 2d zeigt das von der Signalquelle 2 gelieferte Signal, wobei lediglich zu Erläuterungszwecken angenommen ist, daß die ersten drei Perioden dieses Signals relativ zueinander unterschiedliche Phasen besitzen. In der Praxie können sich die Phasen aufeinanderfolgender Perioden selbstverständlich nicht um so große Stufen, wie in Fig. 2d gezeigt, unterscheiden.

Zu Beginn Jeder Periode des Bezugssignals beginnt eine Zählung der Zeitgeberimpulse. Der Zählerstand erreicht schließlich den Wert 499, und beim nächsten Zeitgeberimpuls wird der Zähler auf 000 zurückgestellt; damit beginnt eine neue Bezugsperiode. Jeweils bei der Feststellung der Vorderflanke dee von der Signalquelle 2 gelieferten Signals wird aus einem Klinkimpulsformer 6 ein Kllnklmpule zugeführt, der die Speicherung des Jeweiligen laufenden Zählerstands in einem Speicher 7 für den "neuen Zählerstand" bewirkt. Der Speicher 7 enthält daher jeweils einen Zählerstand, welcher die Verzögerung zwischen der Vorderflanke des Bezugssignals und der Vorderflanke des Signals alt variabler Phase wiedergibt.

Dieser Zählerstand wird an einen Speicher 8 für den "früheren Zählerstand" weitergegeben, sobald eine Phasenänderung festgestellt wurde. Der Jeweilige Zählerstand In dem Zähler wird mittels eines !Comparators 9 laufend mit den früheren Zählerstand in dem Speicher 8 verglichen. Der Klinkinipuls und das Ausgangssignal des !Comparators 9 werden einem "Fehler"- oder Phasenänderungs-Detektor 10 zugeführt, der Jede Phasenänderung des von der Signalquelle 2 gelieferten Signals nachweist. Sobald eine Phasenänderung auftritt, gibt der Detektor 10 über eine Leitung 23 die Instruktion "Zählen" an einen Zählimpulsformer 11, sowie über eine Leitung 16 die Instruktion "Aufwärts" bzw. "Abwärts", welche

009829/1122

die jeweils erforderliche Zählrichtung anzeigt, an einen umkehrbaren Zähler 12. Der Zählimpulsformer 11 ist vorzugsweise eine Torschaltung, welche von der Detektorvorrichtung 10 geöffnet oder geschlossen wird und so den Durchtritt von Zählimpulsen von der Zeitgeberimpulsquelle zu dem umkehrbaren Zähler 12 zuläßt oder sperrt. Der Zähler 12 betätigt eine Vorrichtung 13 zur Anzeige einer Änderung des Zählerstands und damit einer Phasenänderung des Signals mit veränderlicher Phase.

Im folgenden wird die Wirkungsweise des Detektors 10 und der zugeordneten Schaltungen beschrieben.

Beginnend mit der ersten Vorderflanke 14 des in Fig. 2a gezeigten Bezugssignals werden Zeitgeberimpulse dem Speicher 7 zugeführt. Sobald die erste Vorderflanke 15 dos Signals mit veränderlicher Phase auftritt, wird von dem Kllnkimpulsfonner 6 ein Klinkimpuls erzeugt und der Jeweilige laufende Zählerstand in dem Speicher 7 gespeichert. Bei dem angenommenen Beispielefall wUrde der Zählerstand in dem Speicher 7 dann 125 betragen, wie in Pig. 2c gezeigt. Unter der Annahme, daß seit, der vorhergehenden Perlode keine Phasenänderung eingetreten ist, zeigt der Speicher 8 ebenfalls den Zählerstand 125.

Es sei nun angenommen, daß die Phase des Signals mit veränderlicher Phase sich in der nächsten Periode verzögert; der Zählerstand erreichtdaher einen höheren Betrag als 125, bevor die nächste Vorderflanke 17 auftritt (und daher der nächste Klinkimpuls erzeugt wird). Sobald der Zählerstand 125 erreicht, stellt der Komparator 9 die Gleichheit dieses Zählerstands mit dem vorhergehenden Zählerstand in dem Speicher δ feet, und falls kein Klinkimpuls vorliegt, erzeugt der Detektor 10 dann die Anweisung "Zählen" und "Aufwärts". Der Zählimpulsformer 11 lfißt dann

009829/1 122

für diese Zählung, und für Jede nachfolgende Zählung, ao lange noch kein Klinkimpuls vorliegt, einen Zeitgeberimpuls an den umkehrbaren Zähler 12 durch. Jeder derartige Impuls erhöht dabei, entsprechend der Anweisung "Aufwärts", den Zifferwert in der letzten, niedrigsten Stelle des Zählers 12 und in der Anzeigevorrichtung 1} um 1. Sobald der Zählwert in dem Zähler 4 den Betrag 200 erreicht, tritt die nächste Vorderflanke 17 des Signals mit veränderlicher Phase auf und dem Speicher 7 wird ein Klinklmpula zur Speicherung dieses Zählerstands zugeführt. Bis dahin wurden dem Zähler 12 75 Zählirapulse zugeführt, und die von der Anzeigevorrichtung wiedergegebene Zahl hat sich daher um J^cj erhöht.

Sobald der Detektor 10 den Klinkimpuls erhält, beendet er die Erzeugung der Anweisung "Zählen", derart, daß ^rier Zählimpulsformer Ll keine weiteren Impulse durchläßt. Gleichzeitig wird der Zählerstand 200 aus dem Speicher 7 In den Speicher 8 übertragen. Zur Erläuterung sei beispielshalber angenommen, daß in der nächsten Perlode die Phase des Signals mit variabler Phase voreilt. Die Vorderflanke 20 des Signals mit variabler Phase und damit der nächste Klinkenimpuls treten auf, sobald der neue Zählstand den Wert 175 erreicht, d.h. vor dem früheren Zählerstand von 200.

Der Kllnkimpula wird daher dem Detektor 10 zugeführt, bevor der Komparator 9 Qleichheit «wischen de» früheren Zählerstand und dem laufenden Zähletand anzeigt. In diese« Pail· erzeugt der Detektor 10 die Anweisungen "Zählen· und "Abwarte", Tür diese Zählung und Jede nachfolgende Zählung, bis der Komparator 9 Gleichheit zwischen den Zähletänden in dom Speicher 8 und den Zähler 4» feststellt, d.h. bis der Zähler k den Zählstand 200 erreicht. Bis dahin sind

BAD

009829/1122

25 Impulse an den Zähler 12 durchgelassen worden, und entsprechend den Anweisungen "Zählen" und "Abwärts" hat sich die Zahl in der Wiedergabevorrichtung 13 um 25 verringert.

Der Zählerstand 175 In dem Speicher 7 wird sodann in den Speicher 8 übertragen, und es findet keine weitere Zählung statt. Beispielshalber sei angenommen, daß in der näohsten Periode die Phase des Signals mit veränderlicher Phase sich nicht ändert. Die Vorderflanke 22 des Signals mit variabler Phase, und damit der nächste Klinkimpuls, treten daher in dem gleichen Zeltpunkt auf, in welchem der Komparator 9 Gleichheit zwischen dem neuen und dem früheren Zählerstand feststellt. Daher werden dem Zähler keine Zählimpulse zugeführt> und die in der Anzeigevorrichtung wiedergegebene Zahl bleibt unverändert.

Falls die Anzeigevorrichtung 15 zu Beginn des Betriebs auf Null oder eine andere vorgegebene Zahl eingestellt ist, stellt die in Jedem späteren Zeitpunkt wiedergegebene Zahl Jeweils eine Anzeige einer Phasenverschiebung des Signale mit veränderlicher Phase in dem Jeweiligen Zeitpunkt gegenüber der Phase zu Beginn dar.

Als Beispiel für eine spezielle Anwendung der erfindungsgemäflen Schaltung sei angenommen, daß die Signalquelle 2 für das phasenveränderliche Signal ein an der Führungsspindel einer (nicht dargestellten) Werkzeugmaschine befestigter Synchrog«b«r let, der ein Signal erzeugt, dessen Phase sich linear mit der Verschiebung eines durch die Spindel verstellten Werkzeugschlittens o.dgl. ändert.

Es sei für diesen Beispielsfall angenommen, daß eine Phasenverschiebung im Bereich von 0° bis ^60° eine entsprechende Verstellung im Bereich von 0 bis 0,05 Zoll wiedergebe. In

• A 009829/1122

dem oben zugrundegelegten Fall, bei welchem jeweils 500 Zeitgeberimpulse in Jeder Periode des Bezugssignals erzeugt werden, entspricht somit Jeder Zeitgeberimpulse, und damit Jeder in dem Zähler 12 gezählte und in der Anzeigevorrichtung 13 wiedergegebene impuls einer Verstellung von 0,0001 Zoll, und die Wiedergabevorrichtung liefert daher «lie direkte Anzeige in Zoll-Einheiten. Da jeweils die schrittweisen Veränderungen angezeigt werden, stellt die Anzeige in Jedem Zeltpunkt die resultierende Verstellung des Werkzeugschlittens seit der ersten Einstellung der Anzeigevorrichtung 1} dar.

Falls die Anzahl der Zeitgeberimpulse Je Perlode des Bezugssignals mittels der Steuerung 5 auf den Wert 508 geändert wird, so entspricht dann Jeder zu dem Zähler 12 durchgelassene Zeitgeberimpuls einer Verstellung von 2,5 Mikrometer, und die Anzeige liefert dann eine Direktanzeige der Verstellung in metriechen Einheiten. Ein Alternativwert für 508 Impulse Je Bezugsperiode ist 635 Impulse Je Bezugsperlode. In diesen Falle entspricht dann Jeder zu dem Zähler 12 durchgelassene Zeitgeberimpuls einer Verschiebung um 2,0 Mikrometer.

Je nach der speziellen Anwendung der Apparatur kann Jede beliebige Anzahl von Zeitgeberimpulsen Je Bezugsperlode gewählt werden; man erkennt, daß wenn N Zeitgeberimpulse Je Bezugaperiode eine Direktanzeige in Zoll-Einheiten ergeben, dann 1,016 N oder 1,27 N Impulse je Beiugeperiode die Anzeige in metrischen Einheiten ergeben.

In dem vorstehend beschriebenen Ausführungabelepiel sind zur Erläuterung sowohl das Bezugsslgnal ale auoh das phaeenveränderliche Signal als Reohteokinpulee zugrundegelegt j jedoch kann das eine oder das andere, oder können auoh beide Signale eine beliebige andere periodische Form be-

009829/1 122

sitzen« beispielsweise als Sinuswellen vorliegen. Beginn und Ende der Zeitgeberimpuls-Zählung können dann beispMs-

und

weise jeweils an den Stellen des Bezugssignals/öes phasenveränderlichen Signals stattfinden, an welchen die Welle durch Null geht und positiv wird. Alternativ können alle beliebigen anderen Punkte, die in beiden Wellenformen periodisch wiederkehren, gewählt werden.

Des weiteren sind zwar In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sowohl das Bezugssignal als auch das phasenveränderliche Signal und die Zeitgeberimpulse sämtlich als positive Impulse angenommen; jedes dieser Signale könnte ebenso gut auoh ein negativer Impuls sein, unter der Voraussetzung, daS die Schaltungselemente entsprechend zur Verarbeitung dieser Signale angepaßt würden.

Die Schaltung eignet sich zur Anwendung in allen Fällen, wo das Eingangssignal ein phasenveränderllches Signal ist* Da der Zähler 12 einen stufenweise veränderlichen Zählwert erzeugt, welcher die resultierende Phasenänderung während einer Periode wiedergibt, benötigt er keinerlei feste Bezugsgröße. Daher kann der Zahlwert In der*Anzeigevorriehtung 13 zu Beginn der Perlode auf jeden beliebigen Betrag eingestellt werden.

- Patentansprüche *

009829/1122

Claims

Patentansprüche

(l.y Phasenempfindliche Schaltung zur Anzeige von änderungen der Phasenlage eines Eingangssignals, gekennzeichnet durch eine Quelle (3, Fig. 1) für Impulse mit regelmäßigen Abständen (Fig. 2b), Schaltmittel (4, 5, 6, 7, Fig. 1) zur Feststellung der Anzahl derartiger zwischen dem Auftreten eines ausgewählten Punkts (14, 16,

19, 21, Flg. 2a) In der Perlode eines Bezugssignals (Fig. 2a) und dem Auftreten eines entsprechenden Punkts (15, 17,

20, 22, Fig. 2d) während einer gleichzeitigen Perlode des Eingangssignal (Fig. 2d) erzeugten Impulse, sowie Schaltmittel (9 bis 13, Fig. 1) welche auf einen Unterschied dieser für aufeinanderfolgende Perioden des Eingangssignals ermittelten Impulszahlen ansprechen und eine Anzeige für Änderungen der Phase des phasenveränderlichen Eingangssignals liefern.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie Jeweils In Jedem Zeitpunkt ein« Anzeige der Phasenänderung des phasenveränderlichen Eingangs- signale (2 In Flg. 1; Fig. 2d) bezüglich seiner Phasenlage am Beginn einer Betriebsperlode der Sohaltung liefert.
3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge Ic β η η -zeichnet, daft ale einen ersten Speloher (7) zur Speicherung eines Zählwerts, welcher die Anzahl der erwähnten mit regelmäßigen Abständen auftretenden Impulse während einer Jeweils laufenden Perlode dea phaaenver- änderllohen Eingangssignals wiedergibt, und einen zweiten Speicher (8) zur Speicherung des entsprechenden Zählwerts fUr die unmittelbar vorausgehende Perlode aufweist.

009829/1122
4. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Komparator (9) zum Vergleich des Zählwerts in dem zweiten Speicher (8) mit dem Jeweiligen Zählwert (4) für die jeweils laufende Periode aufweist.
5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Klinkimpul3generator (6) zur Erzeugung eines Klinkimpulses jeweils beim Auftreten des entsprechenden Punkts (15, 17, 20, 22, Fig. 2d) in der Periode des phasenveränderlichen Eingangssignals (Fig. 2d) aufweist.
6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie "Fehler"- bzw. Phasenänderungsdetektor-Schaltmittel (10, 11« 2) aufweist, welche auf den jeweiligen Klinkirapuls (6) und den jeweiligen Vergleich (9) der Zählwerte (7 bzw. 4) anspricht und in Abhängigkeit hiervon Zählimpulse erzeugt, d^r«n Anzahl gleich dem Unterschied zwischen dem Zählerstand in dem zweiten Speicher (8) und dem Jeweiligen Zählwert (4) in der laufenden Periode dee phasenveränderlichen Eingangssignale ist.
7· Schaltung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch «inen umkehrbaren Zähler (12) zum Zu- bi,w. Abzählen der Zählimpulse (3, Fig. 1; Flg. 2b) unter der Steuerwirkung eines von den Fehler- bzw· Phasenänderungsdetektor-' Schaltmitteln (10) gelieferten Bsfehlssignals.
8. Sohaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , da3 sie eine Anzeigevorrichtung (13) zur Wiedergabe einer Darstellung dieser Phasenänderungen aufweist..
9. Schaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, da3 die einzelnen Perioden des Bezugssignals (1, Fig. 1; Fig. 2a) In

·/. 009829/1122

2000052

Abhängigkeit von der Erzeugung einer vorgegebenen Anzahl der mit regelmäßigen Abständen auftretenden Impulse (3, Fig. 1; Fig. 2b) erzeugt wird.
10. Schaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , da3 die vorgegebene Anzahl der Impulse so gewählt wird, daß die Phasenänderungen in einem gewünschten Maßsystem angezeigt werden.
11. Schaltung nach Anspruch 10, zur Überwachung eines phaaenveränderliehen Eingangssignale, das eine zu messende Verstellung wiedergibt, dadurch gekennzeich net, daß die vorgegebene Anzahl einem von zwei Werten entspricht, die zueinander im Verhältnis von N zu 1,016 N stehen, derart, daß der Unterschied der Zahl der während aufeinanderfolgender Perloden festgestellten Impulse die zu messende Verstellung entweder In Zoll- oder In metriechen Einheiten wiedergibt.
12. Schaltung nach Anspruch 10, zur Jberwaohung eines phasen veränderlichen Eingangssignals, das eine zu messende Ver-, stellung wiedergibt, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Anzahl einem von zwei Werten entspricht, die zueinander Im Verhältnis von N zu 1,27 N stehen, derart, daß der Unterschied der Zahl der während aufeinanderfolgender Perloden festgestellten Impulse die zu messende Verstellung entweder In Zoll- oder In metrisohen Einheiten wiedergibt.
13. Schaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzei chnet, daS das phasenveränderliche Eingangssignal (Flg. 2d) von einem Phasenanalog-Geber (2, Fig. 1) erzeugt ist.

009829/1122

Leerseite