DE2148323B2

DE2148323B2 - Verfahren zur quadratur des verhaeltnisses zweier frequenzen, insbesondere bei der gewichtsmessun mit saitenwaagen

Info

Publication number: DE2148323B2
Application number: DE19712148323
Authority: DE
Inventors: Christoph Dipl.-Phys.Dr. 3400 Göttingen Berg
Original assignee: Sartorius Werke GmbH
Current assignee: Sartorius Werke GmbH
Priority date: 1971-09-28
Filing date: 1971-09-28
Publication date: 1972-12-28
Also published as: DE2148323A1; CH548020A; FR2166908A5; US3821536A

Description

a = const

Eine zweite Saite wird nur durch die Vorspannkraft belastet:

Durch Quadrieren des Frequenzverhältnisses ergibt sich dann das Gewicht G:

Λ _ 1/v+G

w-

Zum digitalen Quadrieren sind Verfahren bekannt, die mit drei Zählwerken arbeiten. Zum Beispiel zählt ein Zähler 1 mit Vorwärts- und Rückwärtseingang während einer Zeitdauer T₁ die Differenz zwischen Z₁ und /₂, wobei T₁ durch einen Zähler 2 bestimmt wird, der/₂ bis zu einer voreingestellten Zahl JV zählt:

T₁ = -j-.

An T₁ schließt sich ein Zeitintervall T₂ an, in dem der Zählerstand Z₁ des Zählers 1 durch die Frequenz /₂ auf 0 zurückgezählt wird;

T₇ =

- JlL - (/1-/1) Γι

/2

Ein Zähler 3 schließlich zählt während T₁ und T₂ die Frequenz Z₁ und zeigt dann die gesuchte Inipulszahl Z₃ an:

Z₃ = (T₁ + T₂)

(fi-fz)

-JL /2

/2

T₁ = N

JL

Es sind also drei Zähler nötig. Außerdem muß der Zähler 1 einen Vorwärts- und Rückwärtseingang haben, die gleichzeitig benutzt werden. Dies bedingt einen etwas größeren Schaltungsaufwand, damit auch koinzidente Impulse auf den beiden Eingängen richtig gezählt werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zu dem oben erläuterten Zweck zu schaffen, welches mit nur zwei Zählern auskommt. Die Erfindung löst diese Aufgabe ausgehend von einem Verfahren zur digitalen Quadratur des Verhältnisses zweier Frequenzen Z₁ und /2 mit zwei aufeinanderfolgenden Zählintervallen T₀ und T_M, wobei T₀ gleich der JV-fachen Periodendauer der Frequenz /₂ ist und T_M gleich der Zeit ist, in der die während T₀ eingezählten Impulse der Frequenz^ bis auf O durch die Impulse der Frequenz/₂ zurückgezählt werden unter Verwendung von Zählwerken und besteht darin,

daß man über ein Steuerglied mit zwei stabilen Zuständen und eine Torschaltung während T₀ in einem ersten Zähler die Impulse der Frequenz/₂ erfaßt, und in einem zweiten Zähler die Impulse der Frequenz Z₁ aufaddiert, daß der erste Zähler nach N Impulsen die Nullstellung erreicht und am Ausgang 0 ein Signal abgibt, welches das Steuerglied in seine zweite stabile Lage bringt und dadurch das Zählintervall T₀ beendet und das Zählintervall T_M beginnt, in welchem

Im Zähler A steht als Ergebnis

Es bleibt bis zum Beginn eines neuen Zyklus im Zähler A stehen. Der Zähler B steht auf 0 und ist damit für die nächste Messung in der richtigen Stellung.
Ein neuer Zyklus beginnt, wenn durch einen

durch das Steuerglied der zweite Zähler auf Sub- _I0 Startimpuls der Zählerstand des Zählers A auf — N tränieren gestellt ist und über die Torschaltung gesetzt wird und FF wieder auf Addition gesetzt

Impulse der Frequenz f₂ erhält, während der erste -----

Zähler die Impulse der Frequenz Z₁ aufaddiert, und

dß bi Eih d Nl

p q Z₁ ,

daß man bei Erreichen der Nullstellung im zweiten Zähl di Thl hliß d

wird. Zwischen zwei Zyklen kann das Ergebnis aus dem Zähler .4 ausgelesen und eventuell weiterverarbeitet werden. Während der Zeit T₀ und T_M liegt ein Sil A d i d

Zähler die Torschaltung schließt und damit im ersten i₅ Signal am Ausgang D, das ein Auslesen aus dem

Zähler das Ergebnis zur Verfügung hat.

Ein besonderer zusätzlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß man die Vorwärts-Rückwärts-Zählung zeitlich trennen kann.

Zähler A über in der Figur nicht gezeichnete, bekannte Schaltungen verhindert

Braucht man für die Auswertung eine zusätzliche additive Konstante K, so wird beim Start der Zähler A

Besonders zweckmäßige Ausführungen der Erfin- ₂o auf -JV + K gesetzt und der Ausgang so geschaltet,

dung ergeben sich aus den hier nicht erwähnten Ansprüchen.

Im folgenden wird unter Hinweis auf die einzige Figur der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel erläutert, wobei die Zeichnung die wesentlichsten Merkmale des Ausführungsbeispiels in Form eines Schaltplanes zeigt.

Die Schaltung weist neben den beiden Zählwerken A und B eine Torschaltung 1—6 und einen bistabilen Flip-Flop FF auf, der die Torschaltung und die Umschaltung Addition-Subtraktion des Zählers B steuert

Durch einen Startimpuls wird FF in eine stabile Lage »Addition« gebracht und im Zähler A die Zahl —N gesetzt (—N entspricht 10" — N, wobei η die

daß beim Zählerstand K ein Signal an FF abgegeben wird. Der Zähler A steht dann bei Beginn der Meßzeit T_M auf K und zeigt am Ende von T₁₄ an:

K kann dabei positiv oder negativ sein.
Bei einer Saitenwaage kann die Eingabe dieser Konstanten K zur digitalen Unterdrückung eines Taragewichtes dienen.

Bei jeder Zählung von praktisch regelmäßigen Impulsen tritt eine Unsicherheit von ±1 Zählschritt auf, wenn die Meßzeit nicht mit der Impulsfolge synchronisiert ist. Bei der beschriebenen Schaltung

Zahl der Dekaden des Zählers ist). Der Zähler B steht 35 wird der Beginn von TJ, durch das Startsignal gegeben, auf 0. Durch FF wird der Zähler B auf Addition das Ende von T₀ und damit auch der Anfang von T₁₁ geschaltet und die Tore 1 und 5 geöffnet, so daß Zäh- ist mit /₂ synchronisiert, ebenso das Ende von T_M.

lerB die Impulse der Frequenz/_t und Zählern die ^ - . , ,. ,, „. . .. , z.

Impulse der Frequenz/₂ erhält. Zähler A erreicht Γ_Μ ist also —bis auf den Triggerfehler—exakt = -J-

nach N Impulsen, also nach der Zeit T₀ = y-, die ⁴° während T₀ nur durch 7J, = _üi±L bestimmt ist Beim ZahlO und gibt ein Signal ab, das FF in die andere Ergebnis Z_B kommt also zu der Unsicherheit von ±1 stabile Lage »Subtraktion« umwirft. Im Zähler B Zählschritt auf Grund der fehlenden Synchronisation steht dabei die Zahl Z₈ = T₀-Z₁. In Stellung Sub- des Meßintervalls T₀ und der Zählfrequenz f_t die traktion schaltet FF den Zähler B auf Subtraktion, 45 Unsicherheit in der Dauer des Meßintervalls T₀ hinzu, schließt die Tore 1 und 5 und öffnet die Tore 2 und 4, Diese Unsicherheit von T₀ läßt sich aber dadurch

beseitigen, daß das Startsignal erst beim Eintreffen eines /₂-Impulses wirksam wird. Dabei ist es beliebig, ob dieser /₂-Impuls, der den Start wirksam werden

Ergebnis (-W = 0 abgelesen werden. Im Normal- ⁵° Jfßt, mitgezählt wird oder nicht, da die ZaMiV" ja \hJ ⁶ behebig vorgegeben ist; wichtig ist nur, daß die Schalfall f_t 4= 0 beginnt eine neue Zählzeit T_M, in der die rung so ausgelegt ist, daß sie immer in der gleichen Impulse der Frequenz/₂ im Zähler B vom Zähler- Weise verfährt In der Zeichnung ist durch ein stand Z₃ subtrahiert werden und die Impulse der .RC-Glied vor dem Tor 8 eine Verzögerung angedeutet, Frequenz^ im Zähler^ von 0 beginnend aufaddiert 55 die dafür sorgt, daß der Zähler A das Startsignal werden. Die Zählzeit T_M endet bei Erreichen von 0 nach dem Synchronisierimpuls erhält, diesen also im Zähler B: nicht mitzählt. Die Verzögerung muß größer als die Z T ■ f M ■ f Laufzeit des /₂-Impulses durch die Tore 5 und 6 sein, T_M — —γ- = ° ''*■ = J¹ ^a^^er kleiner als die minimale Periodendauer der Jz /2 /2 60 Frequenz/₂.

re 1 und 5 und öffnet die Tore da gleichzeitig der Zähler B das Signal Z_B > 0 abgibt Falb U=O sein sollte, also Z₃ = 0, bleiben alle Tore geschlossen, und im Zähler A kann das

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

COPY

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur digitalen Quadratur des Verhältnisses zweier Frequenzen J₁ und /₂ mit zwei aufeinanderfolgenden Zählintervallen T₀ und T_M, wobei T₀ gleich der iV-fachen Periodendauer der Frequenz ./2 ist und T_M gleich der Zeit ist, in der die während T₀ eingezählten Impulse der Frequenz^ bis auf 0 durch die Impulse der Frequenz^ zurückgezählt werden, unter Verwendung von Zählwerken, insbesondere bei der Gewichtsmessung mit Saitenwaagen, dadurchgekennzeichnet, daß man über ein Steuerglied (FF) mit zwei stabilen Zuständen und eine Torschaltung (1—6) während T₀ in einem ersten Zähler (.4) die Impulse der Frequenz/₂ erfaßt, und in einem zweiten Zähler (B) die Impulse der Frequenz Z₁ aufaddiert, daß der erste Zähler (.4) nach N Impulsen die Nullstellung erreicht und am Ausgang 0 ein Signal abgibt, welches das Steuerglied (FF) in seine zweite stabile Lage bringt und dadurch das Zählintervall T₀ beendet und das Zählintervall T_M beginnt, in welchem durch das Steuerglied der zweite Zähler (B) auf Subtrahieren gestellt ist und über die Torschaltung (1—6) Impulse der Frequenz/2 erhält, während der erste Zähler (.4) die Impulse der Frequenz/_x aufaddiert, und daß man bei Erreichen der Nullstellung im zweiten Zähler (B) die Torschaltung (1—6) schließt und damit im ersten Zähler (.4) das Ergebnis zur Verfugung hat.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man beim zusätzlichen Verwerten einer additiven Konstanten K den ersten Zähler (4) auf—N+K setzt und dieser beim Erreichen von K einen Impuls an das Steuerglied (FF) abgibt, womit am Ende der Meßzeit T_M im ersten Zähler (A) die Summe aus K und dem Meßergebnis zur Verfugung steht (K positiv oder negativ).

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Saitenwaage die Konstante K zum digitalen Taraausgleich verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch ein Tor (7) während T₀ und T_M ein Signal abgegeben wird, das ein Auslesen des Zählerstandes im ersten Zähler (.4) verhindert.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Beginn des ersten Zählintervalls durch die Bezugsfrequenz /₂ synchronisiert wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Repetiervorrichtung nach Ende der Auslesung und einer eventuellen Weiterverarbeitung des Ergebnisses aus dem ersten Zähler (.4) einen Startimpuls auf ein weiteres Tor (8) gibt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man mittels einer mit der Bezugsfrequenz/₂ synchronisierbaren Repetiervorrichtung nach Ende der Auslesung und einer eventuellen Weiterverarbeitung des Ergebnisses aus dem ersten Zähler (.4) einen neuen Meßzyklus auslöst, indem diese den Zähler (.4) auf —N bzw. —N + K setzt und das Steuerglied (FF) in seine stabile Lage »Addition« bringt.

Bei einer Saitenwaage wird eine Saite durch eine konstante Vorspannkraft V und das zu messende Gewicht G belastet und ändert dadurch ihre Eigenfrequenz proportional zur Wurzel aus der Belastung: