DE2152551A1

DE2152551A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Groesse eines Signals,das kennzeichnend ist fuer eine Variable

Info

Publication number: DE2152551A1
Application number: DE19712152551
Authority: DE
Inventors: Terry Michael Peter Alwyn; Raymond Ian Mcgrath; Burrows Philip Richard Miles
Original assignee: Reed International Ltd
Current assignee: Reed International Ltd
Priority date: 1970-10-21
Filing date: 1971-10-21
Publication date: 1972-05-04
Also published as: CA966570A; US3750036A; GB1360991A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Weickmann, 2152551

Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.¥eickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

XI

8 MÜNCHEN 86, DEN POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 3921/22

<983921/22,

Reed Internetional Limited

82 Piccadilly, London ¥„1, England

Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Größe eines Signals, das kennzeichnend ist für eine Variable

Die Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte automatische Steuerung und insbesondere auf die automatische Steuerung der Größe eines Signals, das kennzeichnend ist für eine Variable« Die Steuerung erfolgt dabei in Abhängigkeit von der Größe eines Signals, das kennzeichnend ist für eine Variable. Diese Variable kann im Falle einer Verstärkungsregelungsanordnung z.B. dieselbe Variable oder in Abweichung davon eine andere Steuervariable sein. Die Forderung nach einem derartigen Steuerbetrieb ist auf einer Vielzahl von Gebieten der industriellen Technologie anerkannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Weg zu zeigen, wie eine besonders einfache und zuverlässig arbeitende Steueranordnung auszubilden ist.

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Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung.

Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren zur Steuerung der Größe eines Signals geschaffen, das kennzeichnend ist für eine Variable. Dieses Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß das Signal in bestimmten Intervallen abgetastet wird, daß die Abtastperiode in Abhängigkeit von der Größe des Steuersignals geändert wird und daß das abgetastete Signal zur Gewinnung eines Signals integriert wird, das kennzeichnend ist für die Größe des erstgenannten Signals, " welches in Abhängigkeit von der Größe des Steuersignals eingestellt wird.

Durch die vorliegende Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des zuvor genannten Verfahrens geschaffen« Diese Vorrichtung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen vorgesehen sind, die das erstgenannte Signal in bestimmten Intervallen abzutasten gestatten, daß Einrichtungen vorgesehen sind, die die Abtastperiode der Abtasteinrichtung in Abhängigkeit von der Größe einer Steuervariablen zu ändern gestatten, und daß Einrichtungen vorgesehen sind, die das Ausgangssignal der Abtasteinrichtung integrieren, und zwar zur Gewinnung eines Signals, das kennzeichnend ist für die Größe des erstgenannten Signals, welches in Abhängigkeit von der Größe des Steuersignals eingestellt ist.

Die Abtasteinrichtung und die Einrichtungen zur Änderung der Abtastperiode können einen Schalter zur Tastung des erstgenannten Signals und eine Impulsgeneratorschaltung enthalten, die in Abhängigkeit von der Größe des Steuersignals gesteuert wird, derart, daß die Periode gesteuert

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wird, während|der der Schalter das abgetastete Signal zu übertragen vermag. In einer elektronischen Anordnung gemäß der Erfindung enthält somit die Abtasteinrichtung einen elektronischen Schaltkreis und außerdem ist sie so ausgelegt, daß sie durch eine Multivibratorschaltung getastet wird. Das Tastverhältnis des Ausgangssignals dieser Multivibratorschaltung ist so gewählt, daß es in Abhängigkeit von der Größe der Steuervariablen geändert wird. Der Schaltkreis ist dabei so ausgelegt, daß er zur Übertragung des abzutastenden Signals aufgetastet wird, und zwar entweder während der Impulsdauer oder während der Impulspausen des Ausgangssignals der Multivibratorschaltung.

Die vorliegende Erfindung ist in besonderem Maße in Fällen brauchbar, in denen es zur Überwachung einer Variablen erforderlich ist, ein Überwachungssystem zu verwenden, das selbst eine Variable darstellt, die sich in Abhängigkeit von einer zweiten Variablen ändert. Die vorliegende Erfindung ist im übrigen auch in den Fällen von besonderem Nutzen, daß es wünschenswert ist, eine Anzeige des Wertes der überwachten Variablen in Bezug auf einen konstanten Nennwert der anderen Variablen zu erhalten. Ein automatisches Steuer- bzw. Regelsystem, welches einen derartigen Schalter umfaßt, ist an anderer Stelle bereits beschrieben (britische Patentanmeldung No, 50028/70). Bei diesem System, das sich auf die automatische Steuerung bestimmter Funktionen einer Papierherstellmaschine des Fourdriniertyps bezieht, hängt die Größe eines Signals, das kennzeichnend ist für den Gesamtlichtfluß des von einem bestimmten Bereich eines Maschinendrahtgeflechts reflektierten Lichts,von der Beleuchtung des betreffenden Bereichs ab. Obwohl das Ausgangssignal der Beleuchtungs-Lichtquelle scheinbar konstant sein mag, ist die Umgebung einer Papierherstellmaschine

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so "feindlich" für die Messung von Lichtintensitäten, und zwar auf Grund ihrer hohen Feuchtigkeit etc, welche eine Verunreinigung der Optiken der Überwachungsvorrichtung und damit verbunden eine Änderung der Signalpegel bewirkt, daß es erforderlich ist, sowohl das von dem Maschinendrahtgeflecht reflektierte Licht als auch das von der Beleuchtungs-Lichtquelle abgegebene Licht zu überwachen und dann das Signal entsprechend einzustellen, das kennzeichnend ist für das erstgenannte Signal. Diese Einstellung erfolgt dabei in Abhängigkeit von dem Signal, das kennzeichnend ist für das von der Lichtquelle abgegebene Signal. Auf diese Weise wird ein Signal erhalten, das kennzeichnend ist für den von dem Maschinendrahtgeflecht reflektierten Lichtfluß in Bezug auf einen konstanten Beleuchtungsnennpegel der Beleuchtung des Drahtgeflechts.

Bei der an der erwähnten anderen Stelle beschriebenen bevorzugten Ausführungsform einer Steuervorrichtung ist ein einziges optisches System für die Betrachtung bzw. Überwachung des von dem Maschinendrahtgeflecht reflektierten Lichtes und des von der Beleuchtungs-Lichtquelle abgegeben Lichts vorgesehene Ferner ist eine einzige photoelektrische Einrichtung vorgesehen, die so ausgelegt ist, daß sie Ausgangssignale abgibt, die abwechselnd kennzeichnend sind für die Intensität des von dem Maschinendrahtgeflecht reflektierten Lichts und des von der Beleuchtungs-Lichtquelle abgegebenen Lichts. Das Ausgangssignal der photoelektrischen Einrichtung stellt somit eine Reihe von Impulsen dar, von denen jeder zweite Impuls der Größe des reflektierten Lichtflusses entspricht, während die zwischen diesen Impulsen auftretenden Impulse der Intensität des von der Beleuchtungs-Lichtquelle abgegebenen Licht entsprechen.

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Die vorliegende Erfindung schafft nun ein elektronisches System zur Verwendung mit der an der erwähnten anderern Stelle beschriebenen Steuervorrichtung, bei der beide Gruppen von Impulsen von der photoelektrischen Einrichtung (die eine Gruppe von Impulsen entspricht der Intensität des reflektierten Lichts und die andere Gruppe von Impulsen entspricht der Intensität der Beleuchtungs-Lichtquelle) mit Hilfe einer Abtastschaltung abgetastet und die abgetasteten Signale einem Integrierverstärker zugeführt werden. Das Ausgangssignal des betreffenden Verstärkers wird mit der Impulswiederholungsfrequenz des Ausgangssignals der photoelektrischen Einrichtung umgeschaltet, und zwar zur Trennung der beiden Komponententeile des Verstärkerausgangssignals, dessen einer Teil die Intensität des reflektierten Lichts betrifft und dessen anderer Teil die Intensität der Beleuchtungs-Lichtquelle betrifft. Die so gebildeten Signale werden einem Ausgangskanal bzw. einem Steuerkanal zur Einstellung der Abtastimpulsbreite zugeführt. In dem Steuerkanal wird der Teil des Verstärkerausgangssignals, der kennzeichnend ist für die Intensität des von der Beleuchtungs-Lichtquelle abgegebenen Lichts, mit einem festen Bezugssignal verglichen, um ein Fehlersignal zu gewinnggi, welches dann zur Steuerung des Tastverhältnisses des Ausgangssignals einer astabilen Multivibratorschaltung herangezogen wird. Das Ausgangssignal der betreffenden astabilen Multivibratorschaltung wird zur Steuerung eines Schaltkreises herangezogen, welcher die Abtastung des Eingangssignals von der photoelektrischen Einrichtung bewirkt. Der betreffende Schaltkreis ist dabei so ausgelegt, daß er das Eingangssignal entweder nur während der Impulsdauer oder nur während der Impulspause des Ausgangssignals der Multivibratorschaltung überträgt.

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Zum Zwecke eines besseren Verständnisses der Erfindung wird nachstehend an Hand von Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel im Hinblick auf die Anwendung in dem an der erwähnten anderen Stelle beschriebenen Papierherstellmaschinen-Steuersystem erläutert.

Fig. 1 zeigt eine vereinfachte Perspektivansicht einer Teil des Steuersystems bildenden optischen Einheit. Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht der optischen Einheit gemäß Fig. 1, unter Veranschaulichung der Anordnung der einzelnen Elemente.

Fig. 3 zeigt schematisch eine elektronische Anordnung gemäß der Erfindung zur Aufnahme und Verarbeitung von Ausgangssignalen der optischen Einheit gemäß Fig. 1 und 2, Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen Fig. 4A und 4B, die zusammen einen Schaltplan der in Fig. 3 dargestellten Anordnung zeigen.

Im folgenden sei zunächst auf Fig. 1 und 2 Bezug genommen, in denen eine optische Einheit dargestellt ist. Diese optische Einheit besteht grundsätzlich aus einem optischen System 1, das imstande ist, sowohl den sogenannten Trockenlinienbereich des Drahtgeflechts einer Papierherstellmaschine als auch die Beleuchtung eines derartigen Bereichs durch eine Lichtquelle zu erfassen bzw. überwachen. Ferner ist eine photoelektrische Einrichtung 2 in Form einer Photovervielfacherröhre vorgesehen, die so angeordnet ist, daß sie Abbilder des erfaßten Trockenlinienbereichs und der Beleuchtungs-Lichtquelle empfängt. Ferner ist eine Unterbrecherscheibe 3 vorgesehen, die so ausgelegt ist, daß sie im Falle ihrer Drehung der Photovervielfacherröhre 2 ermöglicht, abwechselnd durch das optische System gelieferte Abbilder des Trockenlinienbereichs und der Beleuchtungs-Lichtquelle aufzunehmen bzw. zu erfassen. Die gesamte Einheit

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ist in einem Schutzgehäuse 4 untergebracht.

Das optische System 1 besteht aus einem Teleskoprohr bzw. Fernrohr 5 mit einer Linse 6, die eine lange Brennweite (178 mm) aufweist. Diese Linse 6 ist etwa 76 mm (entsprechend 3 Zoll) von der Vorderseite des Fernrohres aus zurückgesetzt. Dadurch ist für die Linse 6 eine "Abdeckblende" gebildet, die den Einfall von äußerem Licht in das optische System begrenzt. Auf der Innenseite des Fernrohres 5 sind ferner winklige Nute (nicht gezeigt) vorgesehen, die den Einfall von äußerem Licht in das optische System weiter vermindern. Das Betrachtungsfeld des optischen Systems 1 ist durch zwei Feldblenden 7 und 8 innerhalb des Fernrohres 5 begrenzt sowie durch eine optische Maske 9 in der Bildebene des Systems.

Die optische Maske 9 ist eine dünne Metallscheibe mit Ausschnittbereichen 10 und 11, die den Durchtritt der durch das optische System gebildeten Bilder von dem vollständigen Trockenlinienbereich des Maschinendrahtgeflechts bzw. der Beleuchtungs-Lichtquelle ermöglichen. Typische Abbilder des Trockenlinienbereichs und der Beleuchtungs-Lichtquelle sind in Fig. 1 dargestellt. Die Maske 9 verhindert, daß von anderen Bereichen des Betrachtungsfelds des optischen Systems

als jenen, die den Trockenlinienbereich und die Beleuchtungs-Licht
Lichtquelle umfassen,/zu dem Photovervielfacher 2 hin gelangt, Ein neutrales Filter kann vor der Maske 9 vorgesehen sein, um den Lichtfluß der beiden Bilder in derselben Größe einzustellen. Ein in dem Filter vorgesehener Ausschnitt läßt das Abbild des Trockenlinienbereichs hindurch.

Zwischen der Maske 9 und dem Photovervielfacher 2 ist eine drehbare Unterbrecherscheibe 3 angebracht, die so

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ausgebildet ist, daß während etwa 175° eines Umlaufs ihr Ausschnittbereich 10 nicht abgedeckt ist, während der Ausschnittbereich 11 abgedunkelt ist. Dadurch kann dann lediglich das durch das optische System gelieferte Abbild des Trockenlinienbereichs zu dem Photovervielfacher 2 hin gelangen. Außerdem ist die betreffende Scheibe so ausgebildet, daß der diametral gegenüberliegende 175°-Bereich umgekehrt den Ausschnittbereich 10 abdunkelt und den Ausschnittbereich 11 freigibt, so daß in diesem Fall lediglich das durch das optische System gebildete Abbild der Beleuchtungs-Lichtquelle zu dem Photovervielfacher 2 hin gelangt. Die Form der Unterbrecherscheibe 3, die zur Erzielung ihrer oben beschriebenen Funktion notwendig ist, kann aus Fig. 1 ersehen werden. Die Unterbrecherscheibe 3 wird über ein Getriebe 14 von einem Miniatur-Elektromotor 13 mit einer solchen Geschwindigkeit angetrieben, daß jedes Bild dem Photovervielfacher während einer Zeitspanne von etwa einer halben Sekunde zugeführt wird: Eine langsame Unterbrecherfrequenz in Bezug auf die 50-Hz-Netzfrequenz wird aus Gründen einer geeigneten Signalanalyse bevorzugt, da das für die Speisung der Beleuchtungs-Lichtquelle normalerweise benutzte 50-Hz-Netz eine beachtliche Komponente in dem Ausgangssignal des Photovervielfachers mit einer Frequenz von 100 Hz mit sich bringt, die die Auswertung des Photovervielfacher-Ausgangssignals komplizieren könnte, wenn die Unterbrecherfrequenz höher wäre.

Auf derselben Antriebswelle, auf der die Unterbrecherscheibe 3 angeordnet ist, ist zur Drehung mit dieser Scheibe eine zusätzliche Steuerunterbrecherscheibe 15 angebracht, die in Verbindung mit Lichtquellen 16 und Photozellen 17 Steuersignale erzeugt, welche erforderlich sind, um festzustellen, welches der beiden möglichen Bilder, d.h. das Trockenlinienbild oder das Abbild der Beleuchtungs-Lichtquelle, von dem Photovervielfacher zu irgendeinem bestimmten

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Zeitpunkt erfaßt wird» Die zusätzliche Unterbrecherscheibe 15 weist einen Tastwinkel von etwa 170° auf, und zwar im Vergleich zu dem 175°-Tastwinkel der Haupt-Unterbrecherscheibe 3. Die betreffende Überlappung ermöglicht dabei, daß sich das von dem Photovervielfacher 2 abgegebene Hauptweg-Signal entsprechend eingestellt hat, bevor von der Hilfs-Unterbrecheranordnung ein Steuersignal erzeugt wird.

Die Photovervielfacherröhre 2 ist eine Röhre mit einer Endbetrachtung bzw. stirnseitigen Betrachtung; sie ist unmittelbar hinter der Unterbrecherscheibe 3 angeordnet. Das Betrachtungsfenster der Photovervielfacherröhre 2 ist normalerweise zu der Maske 9 ausgerichtet. Um bei der ausgerichteten optischen Einheit sicher sein zu können, daß das Abbild des Trockenlinienbereichs und der Beleuchtungs-Lichtquelle mit den Fenstern 10 und 11 in der Maske 9 koinzidieren, ist der Photovervielfacher 2 in einem ihn umgebenden Behälter 18 festgeklemmt. Dieser Behälter 18 ist quer zur optischen Achse des optischen Systems 1 bewegbar, um den Photovervielfacher 2 aus der Lage herauszubewegen und einen schräg liegenden Spiegel 19 in die optische Achse einzuführen. Der schräg liegende Spiegel 19 ist von dem Photovervielfacher 2 abgeschirmt. In der Seite des Behälters 18 ist ein kreisförmiger Ausschnitt 20 vorgesehen, und ein weiterer, normalerweise verschlossener Ausschnitt ist in der Seite des Gehäuses 4 vorgesehen, der eine ausgerichtete Betrachtung ermöglicht.

In Fig. 3 ist schematisch eine elektronische Schaltung gemäß der Erfindung gezeigt, die zur Anwendung mit der oben beschriebenen optischen Einheit dient»

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Diese Schaltung ist so ausgelegt, daß sie das Ausgangssignal des Photovervielfachers aufnimmt sowie die Signale von der zusätzlichen Steuerunterbrecheranordnung in der optischen Einheit und eine Ausgangs-Anzeige bezüglich der Abweichung der Trockenlinien-Position liefert. Die betreffende Schaltungsanordnung enthält hinsichtlich der Verstärkung stabilisierte Schaltungen mit geschlossener Regelschleife, welche die effektive Helligkeit der die Trockenlinienpositionen beleuchtenden Lampe (das ist die Helligkeit der Lampe von dem Photovervielfacher her "gesehen") als ein ständiges Bezugssignal für Eichzwecke benutzt.

Das Ausgangssignal des Photovervielfachers 2 wird zunächst einem nichtinvertierenden hochohmigen Verstärker 21 zugeführt, der eine geringe Spannungsverstärkung besitzt. Dieser Verstärker 21 wirkt einfach als Vorverstärker und Impedanzpuffer; er ist in dem Gehäuse der optischen Einheit untergebracht, Das Ausgangssignal des Vorverstärkers 21 ähnelt einer Rechteckwelle mit großem Tastverhältnis, wobei die aufeinanderfolgenden Impulse eine Amplitude aufweisen, die sich mit der Trockenlinienbewegung ändert, während zwischen diesen Impulsen auftretende Impulse eine Amplitude aufweisen, die kennzeichnend ist für die Helligkeit der Beleuchtungs-Lichtquelle. Wie im Zusammenhang mit Fig. 1 und 2 erläutert, bewirkt

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die Haupt-Unterbrecherscheibe 3 eine Tastung der beiden Lichtbilder zu dem Photovervielfacher 2 hin während 175° während jedes Umlaufs, so daß in einem Bereich von 10° je Scheibenumlauf (das heißt zwei Perioden a 5°) der Photovervielfacher 2 vollständig ausgetastet ist. Damit v/erden die Signalsvischenräume in dem Ausgangssignal des Vorverstärkers 21 berücksichtigt. Wie oben bereits erwähnt, wird die Unterbrecherscheibe 3 mit einer solchen Geschwindigkeit angetrieben, daß die Impulse des Vorverstärker-Ausgangssignals eine Dauer von etwa einer halben Sekunde besitzen.

Das Ausgangssignal des Vorverstärkers 21 wird einer Abtastschaltung 22 zugeführt, die in Form eines Abtastschalters vorliegt, der durch das Ausgangssignal einer MuItivibratorschaltung 23 gesteuert wird, deren Tastverhältnis veränderbar ist. Dadurch wird das Ausgangssignal des Vorverstärkers 21 während der Impulse des Multivibratorausgangssignals übertragen, nicht aber während der Impulsρausen. Der MuJ.tivibrator bzw. die MuItivibratorschaltung 23 ist so ausgelegt, daß sie mit einer I/npulswiederholungsfrequenz in der Größenordnung von 10 kHz arbeitet. Dadurch werden die der Abtastschaltung von dem Vorverstärker 21 her zugeführten Impulse, die mit einer Impulswiederlioltingsfrequenz von etwa 1 Hz auftreten, durch die Abtastschaltung 22 in Impulse veränderbarer Breite mit einer Impulswiederholungsfrequenz von 10 kHz unterteilt. Wie unten noch näher erläutert werden wird, wird das Tastverhältnis des Multivibrators 23 in Abhängigkeit von der Helligkeit der Beleuchtungs-Lichtstärke geändert.

Das Ausgangssignal der Abtastschaltung 22 wird dem Eingang eines Tiefpaß-Integrierverstärkers 24 zugeführt, der ein Ausgangssignal abgibt, dessen Pegel sowohl von der Amplitude als auch von der Breite der iJm von der Abtastschaltune 22

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her zugeführten Impulse abhängt.

Der Integrierverstärker 24 gibt sein Ausgangssignal an einen Schaltkreis 25 ab, dem Steuerimpulse von der zusätzlichen Steuerunterbrechereinrichtung 15, 16, 17 der optischen Einheit zugeführt werden, um jene Anteile des zugeführten Signals durchzuschalten, die der Betrachtung des Trockenlinien-Positionsbildes durch den Photovervielfacher entsprechen., Diese Signalanteile werden einer Ausgangsschaltung 26 zugeführt, in der die betreffenden Signalteile dazu herangezogen werden, eine Anzeige bezüglich der Trockenlinienposition zu liefern. Außerdem dient der Schalter 25 dazu, jene Teile des von dem Integrierverstärker 24 abgegebenen Signals zu schalten, die der Betrachtung bzw. Überwachung der Beleuchtungs-Lichtquelle durch den Photovervielfacher entsprechen. Diese Signale werden der eine geschlossene Schleife aufweisenden Steuerschaltung 27 zugeführt.

Die Ausgangsschaltung 26 ist in Fig. 3 vollständig dargestellt; sie enthält einen Schaltkreis mit langer Zeitkonstante, der das ihm von dem Schalter 25 zugeführte Signal aufnimmt und während einer solchen Zeitspanne speichert, daß die betreffende Ausgangsschaltung auf das Fehlen irgendeines Eingangssignals während des Teils des Ausgangssignals des Integrierverstärkers 24 nicht anspricht, der der "Lampen-Betrachtung" entspricht. Der die lange Zeitkonstante aufweisende Schaltungskreis gibt sein Ausgangssignal an einen Pufferverstärker mit einem Verstärkungsfaktor 1 ab. Dieser Pufferverstärker gibt ein Ausgangssignal an ein Meßinstrument zur Anzeige der Trockenlinienposition ab.

Die eine geschlossene Schleife aufweisende Steuerschaltung empfängt den der "Lampen-Betrachtung" entsprechenden Teil des

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Ausgangssignals des Integrierverstärkers 24 und gibt diesen Signalanteil an die eine lange Zeitkonstante aufweisende Schaltung ab, die mit einem eine Verstärkung von eins aufweisenden Pufferverstärker 28 verbunden ist» Die eine lange Zeitkonstante aufweisende Schaltung und der Pufferverstärker dienen dazu, den Signalpegel während der Zeitspannemconstant zu halten, während deren die "Trockenlinien-Betrachtung" er·^ folgt, wenn der Schalter bzw₀ Schaltkreis 25 kein Signal an die Steuerschaltung 27 abgibt« Das "Lampen-Betrachtungs-" Signal von dem Halte-Verstärker 28 wird als ein Eingangssignal einer Differenz-Vergleicherschaltung 29 zugeführt, die als zweites Eingangssignal eine einstellbare Bezugsspannung aufnimmt. Diese Bezugsspanming entspricht einem konstanten Beleuchtungs-Nennpegel der Beleuchtung des Maschinendrahtgeflechts«, Die betreffende Vergleicherschaltung gibt ein verstärktes Signal ab, das proportional ist zu der Differenz zwischen seinen beiden Eingangssignalen,, Mit dem Ausgang des Vergleichers 29 ist ein Inverter 30 verbunden, der eine Verstärkung von eins besitzt. Dadurch stehen zwei gegenphasige Ausgangssignale von dem Vergleicher her zur Verfügung. Diese beiden gegenphasigen Ausgangssignale von dem Vergleicher 29 und dem Inverter 30 werden der Multivibratorschaltung 23 zugeführt, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. Auf diese Weise wird das Tastverhältnis dieser Multivibratorschaltung derart gesteuert, daß das von dem Halte-Verstärker 28 abgegebene Eingangssignal des Vergleichers 29 sich dem Bezugsspannungspegel näherte Die Steuerschaltung 27 arbeitet dabei in solcher Weise, daß das "Lampen—Betrachtungs "-Signal von dem Halte-Verstärker 28 mit dem voreingestellten Bezugspegel mittels des Vergleichers 29 verglichen wird und daß jegliches sich daraus ergebende Differenzsignal zur Einstellung des Tastverhältnisses des Multivibrators 23 herangezogen wird. Auf diese Weise wird die Abtastimpulsbreite der dem Schalter 22

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zugeführten Abtastimpulse so eingestellt, daß das dem Vergleicher 29 von dem Halte-Verstärker 28 zugeführte Signal sich dem voreingestellten Bezugspegel näherte Während der "Trockenlinien-Betrachtungs"-Zeitspannen des von dem Photovervielfacher 2 abgegebenen Signals wird die Steuerschaltungsverstärkung auf dem Wert beibehalten, der während der vorhergehenden "Lampen—Betrachtungs"-Signalperiode eingestellt worden ist, und zwar durch geeignete Wahl der Schaltungszeitkonstanten.

Im folgenden sei Fig. 4 näher betrachtet, in der im einzelnen die in Fig. 3 dargestellte Schaltung gezeigt ist« Die Hauptelemente der in Fig_e 3 dargestellten Schaltung sind in Fig. 4 durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet wie in Fig. 3.

Der schematisch dargestellte Photovervielfacher 2, dessen Speisespannung nicht eine stabilisierte Spannung sein muß (da die folgende Steuerschaltung eine Kompensation von Photovervielfacher-Verstärkungsänderungen bewirkt sowie eine Kompensation der Änderung der Helligkeit der Beleuchtungs-Lichtquelle) und die im übrigen von herkömmlicher Art sein kann, gibt sein Ausgangssignal an einen Vorverstärker 21 ab, der durch einen Operationsverstärker des Typs A„D.8O1A gebildet ist, wie er von der Analogue Devices Ltd. hergestellt wird«. Dieser Operationsverstärker ist so geschaltet, daß er bei hochohmigem Eingang und niedriger Spannungsverstärkung nicht invertiex't. Das Photovervielfacher-Ausgangssignal wird vor Zuführung zu dem Vorverstärker 21 noch in gewissem Grade einer Tiefpaßfilterung unterzogen, und zwar mittels eines Kondensators C1 und eines Widerstands R1. Ein aus einem Widerstand R2 und einem Kondensator C2 bestehendes RC-Filter sowie eine ZENER-Klemmdiode ZD1 (BZ Y 94 C11) schützt den

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Verstärkerausgang vor Beschädigung durch Störsignalspitzen, die in die Verbindungsleitungen zwischen der optischen Einheit und der Verstärkereinheit eingeführt werden können» Mit dem Signalerdungs-Ausgangspunkt des Vorverstärkers 21 ist ferner eine Impedanz E3 verbunden, um eine Anpassung an die Impedanz des RC-Filters (R2, CP.) vorzunehmen, und zwar bei dem Versuch, die Signalleitungsimpedanz auszugleichen und so die Aufnahme von Gleichtaktstörungen zu vermindern,, In dem Ausgangskreis des Verstärkers ist ein Widerstand R4 vorgesehen, der dazu dient, das Verstärkerausgangssignal vor einem Kurzschluß nach Erde oder zu einer Verstärker-Speiseschiene hin zu schützen. Dieser Widerstand liegt im Vers tärkerrüclckopplungs zweig und beeinflußt nicht nennenswert die Verstärkerausgangsimpedanzο

Nachstehend sind die Werte der Bauelemente des Vorverstärkers 21 angegeben.

Widerstände:

R1	20kohm	R6	7,5k0hm
R2	470 Ohm	R7	7,5kOhm
R3	470 Ohm	R8	1,5k0hm
R4 R5 Kondensatoren:	220 Ohm 22k0hm	R9	22k0hm
C1	0,68/uF	C4	4,7nF
C2	0,005 /uF	C5	22OpF
C3	0,005/UF

Das Ausgangssignal des Vorverstärkers 21 wird über einen Schaltkreis (oder eine Abtastschaltung) 22 dem Eingang des integrierenden Differenzverstärkers 24 zugeführt, der durch einen Operationsverstärker des Typs AD801A der Analogue Devices Ltd. gebildet ist. Der Schaltkreis 22 enthält zwei Feldeffekttransistoren F1 und F2 (Typ: TIS 73), die so

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geschaltet sind, daß sie Steuerimpulse gleichzeitig von der Multivibratorschaltung 23 aufnehmen. Am Eingang des integrierenden Verstärkers 24 ist eine RC-Tiefpaßfilterstufe vorgesehen, und zwar in Form eines symmetrischen

7Γ- Netzwerks, enthaltend die Bauelemente C6 R10 C7 und C8 R11 und C9. Durch einen Nebenschlußwiderstand VR1 erfolgt eine Annäherungs-Bereichseinsteilung» Der Gleichtakt-Signalbereich wird durch ZENER-Klemmdioden ZD2, ZD3 und ZD4, ZD5 (jeweils BZY 88 C5.V6) auf etwa ± 6 Volt begrenzt« Dieser Wert ist ein wenig niedriger als der Gleichtaktbereich des Verstärkers 24. Das Filter und die Klemmdioden führen unerwünschte Signalstörungen und eine hohe Amplitude besitzende Signalspitzen sowie weitere Eingangsstörsignale ab, die eine Beschädigung der Eingangsstufen des integrierenden Verstärkers 24 oder der beiden Feldeffekttransistoren FI und F2 hervorrufen könnten. Der Serienschutz des Eingangskreises des integrierenden Verstärkers bzw. Integrierverstärkers 24 wird durch Nebenschlußdioden D1 und D2 bewirkt (Typ: 1S44) sowie durch eine Tiefpaßfilterung mit Hilfe von Kondensatoren C10 und C11, deren Werte in Verbindung mit den Werten der Widerstände R12 und R13 so gewählt sind, daß eine Mittelung der Reihen-Unterbrechung erfolgt, die mit einer Frequenz von etwa 1OkHz auftritt, und daß die 10O-Hz-Änderungen, die auf das 50-Hz-Speisenetz zurückgehen, ohne Verzerrung der Einhüllenden des Eingangssignals in einem nennenswerten Ausmaß vermindert sind. Das betreffende Eingangssignal weist, wie oben erwähnt, eine Frequenz von 1 Hz auf. Die ZENER-Dioden ZD6 und ZD7 (jeweils 3ZY88 C5.V1) sind dazu vorgesehen, den linearen Ausgangsspannungsbereich des Verstärkers von 0 auf etwa 5_f8 Volt zu begrenzen. Der Widerstand R14 schützt den Verstärkerausgang. Die Stufenverstärkung nach den Schaltern F1 und F2 ist durch die Verhältnisse R12/R15 und R13/R16 definiert. Diese Verhältnisse müssen für einen symmetrischen Differenz-Betrieb genau gleich sein.

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Die Werte der Bauelemente des Schaltkreises 22 und des Integrierverstärkers 24 sind nachstehend angegeben. Widerstände:

R10 1kOhm R14 330J0hm

E11 1kOhm R15 lOkOhm

RI2 22kOhm R16 lOkOhm

R13 22k0hm R17 1,5k0hm

Kondensatoren:

C6 0,005/uF C10 0,10/UF

C7 0,068/UF C11 0,1 ,uF

C8 0,005/UF C12 470OpF

C9 0,068/UF C13 22OpF

Das Ausgangssignal des Integrierverstärkers 24 wird zwei Feldeffekttransistoren F3 und F4 zugeführt (beide vom Typ T1S73). Diese Feldeffekttransistoren sind so geschaltet, daß sie Tasteingangssignale von den schematisch dargestellten Hilfs- oder Steuer-Unterbrechereinrichtungen 15, 16, 17 der optischen Einheit aufnehmen. Die Feldeffekttransistoren F3 und F4 stellen somit den Schalter 25 gemäß Fig. 5 dar. Die Feldeffekttransistoren F3 und F4 werden während solcher Zeitspannen in den übertragungsfähigen Zustand getastet, daß sie den "Lampen-Betrachtungs"-Anteil des Ausgangssignals des Verstärkers 24 zu dem Steuerkreis 27 mit geschlossener Regelschleife hinleiten und den "Trockenlinien-Betrachtungs"-Teil des Ausgangssignals des Verstärkers 24 zu dem Ausgangskreis 26 hinzuleiten gestatten.

Der "Lampen-Betrachtungs"-Anteil des Ausgangssignals des Integrierverstärkers 24 v/ird durch den Feldeffekttransistor F3 zu einem Speicherkondensator C14 im Eingangskreis des Pufferverstärkers 28 mit der Verstärkung von eins hin durchgeschaltet.

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Der Kondensator C14 ist ein Tantal-Elektrolytkondensator hoher Qualität, der in Verbindung mit der Eingangsimpedanz des Pufferverstärkers 28 und der geringen Ableitung des Feldeffekttransistors F3 im abgeschalteten bzw. gesperrten Zustand ausgewählt worden ist, um nämlich einen vernachlässigbaren Abfall des gespeicherten Signals während der "Trockenlinien-Betrachtungs"-Perioden zu erreichen.

Die Werte der Bauelemente des Pufferverstärkers 28 sind

nachstehend	aufgeführt.	Kondens atoren:	100/uF
Widerstände:		C14	4,7 nF
R18	lOkOhm	C15	220 pF
R19	33kOhm	C16
R20	1,5k0hm

Das Ausgangssignal des Pufferverstärkers 28 wird einem Differenz-Vergleicher 29 zugeführt, der durch einen Operationsverstärker des Typs /uA7O9c der Firma Fairchild Semiconductors Ltd. in der dargestellten Schaltungsanordnung gebildet ist. Der Differenz-Vergleicher 29 nimmt ferner ein Bezugseingangssignal von einem einstellbaren Widerstand VR2 her auf. Der betreffende Vergleicher 29 weist eine hohe Verstärkung auf, die durch die Widerstände R21 und R22 eingestellt ist. Die Verstärkung ist gegeben durch R21/R22. Der betreffende Vergleicher weist eine Verzögerungszeit auf, wobei die Verzögerungszeitkonstante durch den Widerstand R21 und den Kondensator CI7 bestimmt ist» Die Bauelemente des Differenz-Vergleichers 29 haben folgende Werte:

Widerstände:	2,7M0hm	Kondensatoren:	33OpF
R21	15k0hm	CI7	22OpF
R22	15k0hm	C18	4,7nF
R23	1,5k0hm	CI9	200/uF
R24	220. Ohm	C20
R25	6SkOhm
R26	209819/06
	18

Mit 30 ist ein Inverter bezeichnet, der eine Verstärkung von eins besitzt und der aus einem Operationsverstärker aufgebaut ist. Der Inverter 30 gibt ein Ausgangssignal ab, das die Invertierung des Ausgangssignals des Vergleichers darstellt. Die Bauelemente des Inverters haben folgende Werte:

Widerstände:	- 10kOhm	Kondensatoren:
R27	4,7k0hm	C21 4,7nF
E28	1,5k0hm	C22 22OpF
K29	220 Ohm
R30	lOkOhm
R31	68kOhm
R32

Die beiden gegenphasigen Ausgangssignale des Differenz-Vergleichers 29 einerseits und des Inverters 30 andererseits werden in der in der Zeichnung dargestellten Weise dazu herangezogen, das Tastverhältnis der astabilen Multivibratorschaltung 23 zu steuern, die aus Transistoren T1 und T2 aufgebaut ist (beide BC 182). Die Ausgangsfrequenz des Multivibrators 23 bleibt nahezu konstant, jedoch ändert sich das Tastverhältnis der Ausgangssignale dieses Multivibrators beträchtlich mit den gegenphasigen Steuersignalen, die von dem Vergleicher 29 und dem Inverter 30 her dem Multivibrator zugeführt werden. Die maximalen negativen Ausgangsspannungsauslenkungen des Inverters 30 und des Vergleichers 29 werden durch die ZENER-Diode ZD8 (BZY 94 C11) und die Diode D1 (OA 200) bzw. durch die ZENER-Diode ZD9 (BZY94 C11) und die Diode D2 (OA 200) auf etwa 12 Volt begrenzt. Das Ausgangssignal des Multivibrators weist dabei jedoch ein extremes Tastverhältnis von etwa 15:1 bis 1:15 auf. Die Feldeffekttransistoren F1 und F2 werden gemeinsam von einem Eintakt-Spannungsumsetzer-Transistor T3 (BC212)

angesteuert, der seinerseits von dem einen Multivibrator-

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Transistor T2 angesteuert wird. Die am Kollektor des Transistors T3 auftretende Steuerspannung weist eine Auslenkung von i 15 Volt auf. Dieser Wert reicht aus um sicherzustellen, daß die Feldeffekttransistoren F1 und F2 als Schalter arbeiten, d_ch. stark "ein" oder vollständig "aus" geschaltet werden_e

Die Werte der die Multivibratorschaltung 23 bildenden Bauelemente und der dieser Schaltung zugehörigen Bauelemente sind nachstehend aufgeführt.

Widerstände:

R 33 2,2k0hm R37 1k0hm R34 2,2k0hm R38 6,8kOhm R35 2,2k0hm R39 lOOkOhm R36 lOkOhm R4Q lOOkOhm

Kondensatoren: Dioden:

C23 4,7nF D3 Typ 1S44 C24 4,7nF D4 " 1S44

D5 " 1S44

D6 ^l! 1S44

ZD 10 Typ BZY88.C5.V6

Der "Trockenlinien-Betrachtungs"-Anteil des Ausgangssignals des Integrierverstärkers 24, der durch den Feldeffekttransistor F4 unter der Steuerung der Hilfs- oder Steuer-Unterbrecheranordnung 15, 16, 17 getastet wird, wird über einen eine lange Zeitkonstante besitzenden Schal tungskreis, enthaltend den Widerstand R41 und den Kondensator C26, einem Pufferverstärker mit einer Verstärkung von eins zugeführt. Dieser Pufferverstärker ist in der Form und Funktion dem Pufferverstärker 28 in dem "Lampen—Betrachtungs"-Kanal ähnlich. Eine eine lange Zeitkonstante aufweisende Schaltung ist dabei erforderlich, um Signalübergänge, die auf Grund von Schnell-Flackerbewegungen und Zerfransung der Trockenlinie

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auftreten, zu glätten. Ferner dient eine eine lange Zeitkonstante aufweisende Schaltung noch einem Zweck, auf den weiter unten im Zusammenhang mit der Ermittelung und Verminderung der Auswirkungen des Lampen- oder Trockenlinien-Betrachtung sfeides der optischen Einheit eingegangen wird, die aus irgendeinem Grund abgedunkelt ist. Bei dem normalen Betrieb ist das Ausgangssignal des Pufferverstärkers ein Signal, das kennzeichnend ist für die Änderung des Gesamtflusses von dem betrachteten Trockenlinienbereich des Maschinendrahtgeflechts in Bezug auf eine konstante Beleuchtungs-Nennlampenhelligkeit. Damit ist das betreffende Ausgangssignal kennzeichnend für eine Änderung der Trockenlinienposition. Dieses Signal wird durch einen veräncferbaren Widerstand VR3 vermindert und einer Abweichungs-Anzeigeeinrichtung 40 zugeführt, die in Form eines Drehspulmeßinstruments vorliegt» Die Nullstellung des Meßinstruments wird durch den veränderbaren Widerstand VE4 vorgenommen. '

Der im Zusammenhang mit der Ausgangsschaltung 26 gerade beschriebene Pufferverstärker erzeugt eine konstante Ausgangssignalspannung ο Für automatische Steuersysteme ist durch Übereinkunft festgelegt, daß ein Konstantstrom-Ausgangssignal bereitgestellt wird. Dieses Signal wird durch den Verstärker 31 geliefert, der das Ausgangsspannungssignal des Pufferverstärkers sozusagen umsetzt in eine Stromquelle mit sehr hoher Ausgangsimpedanz und der damit ein nahezu konstantes Stromausgangssignal abgibt. Das Ausgangssignal des Verstärkers 31 ist kurzschlußsicher. Der Schutz vor beschädigenden Störsignalspitzen, die von der Ausgangsleitung aufgenommen werden, wird durch die Einbeziehung des Widerstands R50 und der ZENER-Diode ZD11 erreicht. Der Aus~ gangsstrom des Verstärkers 31 ist dabei definiert durch die

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Beziehung: (Eingangsspannung)/R45 für den Fall, daß R46/47 gleich ist R49/R45. Am Ausgang stehen dabei Ströme von zumindest 5mA zur Verfügung, wenn eine Impedanz ^ 1kOhm gespeist wird.

Die Bauelemente der Ausgangsschaltung 26 besitzen folgende

Werte:	1M0hm	R46	1k0hm
Widerstände:	33kOhm	R47	1k0hm
R41	220 Ohm	R48	1OkOhm
R42 .	1,5k0hm	R49	470 Ohm
R43	620 Ohm	R50	56 Ohm
R44		Dioden:
R45	10/uF	ZD11 Typ	IS 401 2A
Kondensatoren:	4,7nF	-
C26	22OpF
C27	5,OnF
C28
C29

Wie oben erwähnt kann eine Einrichtung vorgesehen sein, die den Zustand ermittelt, daß das Betrachtungsfeld der optischen Einheit bezüglich des Beleuchtungs-Lampenbereichs oder Trockenlinien-Bereichs des Maschinendrahtgeflechts abgedunkelt ist. Zu diesem Zweck kann das Ausgangssignal des Integrierverstärkers 24 einem Eingang eines Differenzverstärkers zugeführt werden, dessen anderer Eingang an einer Bezugsspannungsquelle angeschlossen ist. Mit dem Ausgang des Differenzverstärkers kann ein Transistorschalter verbunden sein, der so ausgelegt ist, daß er ein Sperrsignal an den Feldeffekttransistor F4 abgibt, wenn das Eingangssignal des Differenzverstärkers unter den Wert des Eingangs-Bezugspegels sinkt. Dies hat zur Wirkung, daß der Feldeffekttransistor F4 in seinem "Aus"-Zustand solange gehalten wird, wie das Ausgangssignal des Integrierverstärkers 24 unter dem Bezugspegel

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verbleibt. Dadurch bleibt das Eingangssignal des Pufferverstärkers in der Ausgangsschaltung 26 nahezu konstant und gleich der auf dem Kondensator C26 gespeicherten Ladung. Auf diese Weise führt jegliche Erscheinung, die eine nennenswerte Abdunklung des Lampen-Betrachtungsfeldes oder des Troclcenlinien-Betrachtungsfeldes der optischen Einheit in der Veise bewirkt, daß das Ausgangssignal des Integrierverstärkers unter einen Bezugswert absinkt, dazu, daß das der Ausgangsschaltung 26 zugeführte Signal auf einem repräsentativen Pegel gehalten wird.

Obwohl die Erfindung im Vorstehenden unter Bezugnahme auf ein elektronisches System beschrieben worden ist, sei bemerkt, daß die Erfindung in weitem Rahmen anwendbar ist, wie z.B. auf dem Gebiet, auf dem mit Fluidmitteln gearbeitet wird.

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Claims

Patentansprüche

.y Verfahren zur Steuerung der Größe eines Signals, das kennzeichnend ist für eine Variable, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal in bestimmten Intervallen abgetastet wird, daß die Abtastperiode in Abhängigkeit von der Größe eines Steuersignals geändert wird und daß das abgetastete Signal zur Ableitung eines Signals integriert wird, welches kennzeichnend ist für die Größe des erstgenannten, entsprechend der Größe des Steuersignals festgelegten signals.

Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abtasteinrichtung (22) vorgesehen ist, die das erstgenannte signal in bestimmten Intervallen abtastet, daß Einrichtungen (23) vorgesehen sind, die die Abtastperiode der Abtasteinrichtung (22) in Abhängigkeit von der Größe einer Steuervariablen ändern, und daß Einrichtungen (24) vorgesehen sind, die das Ausgangssignal der Abtasteinrichtung (22) zur Ableitung eines Signals integrieren, das kennzeichnend ist für die Größe des erstgenannten, entsprechend der Größe des Steuersignals festgelegten Signals.

Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung (22) und die Einrichtungen (23) zur Änderung der Abtastperiode einen Schalter (22) zur Tastung des erstgenannten Signals und eine Impulsgeneratorschaltung (23) enthalten, die so ausgelegt ist, daß sie in Abhängigkeit von der Größe des Steuersignals, derart gesteuert wird, daß eine Steuerung der Perioden erfolgt, während welcher eine Tastung des Schalters (22) zur übertragung des abgetasteten Signals erfolgt.

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4· Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung (22) einen elektronischen Schaltkreis (22) enthält, der von einer MuItivibratorschaltung (23) tastbar ist, deren Tastverhältnis in Abhängigkeit von der Größe der Steuervariablen änderbar ist, und daß der Schaltkreis (22) so ausgelegt ist, daß er auf seine Auf tastung hin das abzutastende signal, entweder während der Impulsdauer oder während der Pausen des Ausgangssignals der Multivibratorschaltung (23) überträgt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Eingangssignale in Form von Polgen von Impulsen aufnehmbar sind, von denen jeder zweite Impuls das erstgenannte Signal bildet, während zwischen diesen Impulsen auftretende Impulse ein Steuersignal darstellen, das kennzeichnend ist für die genannte steuervariable, daß die Anordnung so getroffen ist, daß im Betrieb die Signalimpulse und die Steuerimpulse der Abtasteinrichtung (22) zugeführt werden und damit der Integriereinrichtung (24), und daß Eisrichtungen (25) vorgesehen sind, die das Ausgangssignal der Integrier— einrichtung (24) mit der Impulswiederholungsfrequenz der Folge von Impulsen umschalten, und zwar zur Weiterleitung des Anteils des Ausgangssignals der Integriereinrichtung (24), der zu dem erstgenannten signal gehört, in einem Ausgangskanal und des zu dem Steuersignal gehörenden Anteils des Ausgangssignals in einem Steuerkanal, enthaltend die Einrichtungen (29,30) zur Änderung der Abtastperiode.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkanal eine Vergleichereinrichtung (29)

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zum Vergleich des integrierten Steuersignals mit einem Bezugssignal zwecks Ableitung eines Fehlersignals und Einrichtungen enthält, die auf das Fehlersignal hin die Abtastperiode der Abtasteinrichtung zu ändern gestatten.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Ausgang der Vergleichereinrichtung (29) ein Inverter (30) verbunden ist, dessen Ausgangssignal gegenphasig ist zu dem Ausgangssignal der Vergleichereinrichtung (29), daß die beiden gegenphasigen Ausgangssignale einer Multivibratorschaltung (23) zur Steuerung des Tastverhältnisses des Ausgangssignals dieser Multivibratorschaltung (23) zugeführt werden und daß das Ausgangssignal der Multivibratorschaltung (23) zur Steuerung des Betriebs der zur Abtastung des erstgenannten Signals dienenden Schalteinrichtung (22) ausgenutzt ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ausgangskanal und in dem Steuerkanal entsprechende Einrichtungen vorgesehen sind, die den Pegel des Signals in dem betreffenden Kanal in dem Fall beizubehalten erlauben, daß die Integriereinrichtung (24) den jeweils anderen Kanal speist.

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