DE2237596B2 - Anordnung zur messung von gasdruck insbesondere von dem von der hoehe abhaengigen atmosphaerendruck - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Messung von Gasdruck, insbesondere von dem von der Höhe abhängigen Atmosphärendruck, mit einem Oszillator, welcher ein mechanisches Schwingelement aufweist, dessen Schwingfrequenz durch den Druck des dieses Schwingelement umgebenden Gases beeinflußt wird, mn einer Auswerteschaltung, welche die Schwingfrequenz des Oszillators auswertet, wobei die Auswerteschaltung einen mit der Schwingfrequenz des Oszillators gespeisten Verzerrerschaltungsteil enthält, der eine Übertragungskennlinie hat. welche die Funktion approximiert, mit der die Schw ingfrequenz des Oszillators von dem Gasdruck — und wenn dieser eine Funktion der ;s Höhe ist — von der Höhe der Anordnung abhängt, so daß das Ausgangssignal des Verzerrerschaltungsteiles ein direktes Maß für den Gasdruck bzw. die Höhe im.

Eine derartige Anordnung ist bekannt (US-PS 36 68 930). Bei dieser bekannten Anordnung wird als -<o mechanisches Schwingelement eine Druckdose verwendet. Die Verzerrerschaltung einer solchen Druckdose weist eine logarithmische Kennlinie auf. Die Verzerrerkennlinie besteht aus einem Stück. Die Druckdichte ändert bei unterschiedlicher Dichte des sie umgebenden Mediums ihre Form, wodurch sich ihre mechanische Eigenresonanz ändert. Ersatzbildmäßig stellt sich die Dose als Serienresonanzkreis dar. Dieser Serienresonanzkreis liegt zwischen zwei Übertragerspulen und verändert den Kopplungsfaktor. Die logarithmische Kennlinie der Verzerrerschaltung ergibt sich aus den zuletzt erwähnten Abhängigkeiten unter Berücksichtigung der bekannten Änderung des Luftdruckes in Abhängigkeit von der Höhe. Die Arbeitsweise der bekannten Anordnung erfolgt in mindestens zwei Zeitintervallen, d. h.diskontinuierlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs beschriebenen Art so iu gestalten, daß ihre Meßgenauigkeit erhöht und eine kontinuierliche, d. h. nahezu trägheitslose Arbeitsweise gewährleistet wird.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als mechanisches Schwingelement eine Stimmgabel verwendet ist und daß der Verzerrerschaltungsteil so ausgebildet ist, daß die Übertragungskennlinie aus mindestens zwei ineinander übergehenden Hyperbe¹-Teilstücken zusammengesetzt ist.

Die höhere Genauigkeit wird durch die Approximation der Übertragungskennlinie des Verzerrerschaltungsteiles aus mindestens zwei ineinander übergehenden Hyperbel-Teilstücken erreicht. Die Abhängigkeit der Stimmgabel-Frequenz vom Druck des sie umgebenden Mediums ist weitgehend linear. Dadurch braucht mit der Verzerrerschaltung im wesentlichen nur die Abhängigkeit der Höhe vom Druck approximiert hs werden, was durch mindestens zwei Hyperbel-Teilstükke ohne Schwierigkeiten möglich ist. Die Hyperbel-ADDroximation ist auch mit einer kontinuierlich arbeitenden Verzerrerschaltung erreichbar, so daß ein nahezu trägheitsloses Arbeiten der Anordnung, d. h. eine sofortige Anzeige schneller Änderungen möglich ist

Bemerkenswert ist noch, daß die Stimmgabel im Gegensatz za einer Druckdose ersatzbildmäßig einen Parallelresonanzkreis darstelit, der durch die Dichte des umgebenden Mediums unterschiedlich gedämpft wird und dessen Resonanzfrequenz sich infolge des unterschiedlichen Dämpfungswiderstandes verändert. Auch die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Anordnung ist also unterschiedlich gegenüber derjenigen der bekannten Anordnung.

Eine praktische Möglichkeit zur Realisierung einer Übertragungskennlinie aus mindestens zwei Hyperbel-Teilstücken kann darin bestehen, daß der Verzerrerschaitungsteil einen ersten Verhältnisvervielfacher, genannt VV, und einen ersten Vorwärts-Rückwärts-Zähler. genannt VRZ, enthält, daß dem Impulseingang des ersten VV Impulse zugeführt werden, deren Frequenz von der Frequenz des druckabhängigen Oszillators abhängt, daß der Impulsausgang des ersten VV mit dem Rückwärts-Zähleingang des ersten VRZ gekoppelt ist, daß dem Vorwärts-Zähleingang des ersten VRZ Impulse mit einer konstanten Frequenz zugeführt werden, daß die Parallel-Ausgänge des ersten VRZ mit den entsprechenden Parallel-Steuereingängen des ersten VV verbunden sind, daß an den Parallel-Ausgängen des ersten VRZ das Ausgangssignal, welches ein direktes Maß für die Höhe ist. in Form von parallelen Binär-Informationen entnehmbar ist. daß der Vorwärts-Zähleingang des ersten VRZ mit dem Impulsausgang eines dritten VV verbunden ist, dessen impulseingang Impulse mit einer konstanten Frequenz zugeführt werden, daß die Parallel-Steuereingänge des dritten VV mit einem ersten Umschalter verbunden sind, dem mindestens zwei verschiedene konstante Binär-Informationen in Parallelform zugeführt werden, welche die Krümmungen der ineinander übergehenden Hyperbel-Teilstücke bestimmen, daß mit dem Impulseingang des ersten VV der Ausgang eines ersten ODER-Verknüpfungsgliedes verbunden ist, daß dem einen Eingang des ersten ODER-Verknüpfungsgliedes Impulse zugeführt werden, deren Frequenz von der Frequenz des druckabhängigen Oszillators abhängt, daß der andere Eingang des ersten ODER-Verknüpfungsgliedes mit dem Impulsausgang eines vierten VV verbunden ist, dessen Impulseingang Impulse mit einer konstanten Frequenz zugeführt werden, daß die Parallel-Steuereingänge des vierten VV mit einem zweiten Umschalter verbunden sind, dem mindestens zwei verschiedene konstante Binär-Informationen in Parallelform zugeführt werden, welche die Verschiebung des einen Hyperbel-Teilstückes in der dem Gasdruck entsprechenden Koordinatenrichtung zum Übergangspunkt der beiden Hyperbel-Teilstücke bestimmt, daß mit dem Impulseingang des ersten ^VV der Impulseingang eines fünften VV verbunden ist, dessen Impulsausgang mit dem einen Eingang eines /weiten ODF.R-Verknüplungsgliedes verbunden ist, daß der zweite Eingang des zweiten ODER-Verknüpfungsgliedes mit dem Impulsausgang des ersten VV verbunden ist, daß der Ausgang des zweiten ODER-Verknüpfungsgliedes mit dem Rückwärts-Zähleingang des ersten VRZ verbunden ist, daß die Parallel-Steuereingänge des fünften VV mit einem dritten Umschalter verbunden sind, dem mindestens zwei verschiedene konstante Binär-Informationen in Parallelform zugeführt werden, welche die Verschie-

bung des anderen Hyperbel-Teilstückes in der der Höhe entsprechenden Koordinate zum Übergangspunkt der beiden Hyperbel-Teilstücke bestimmt, daß der erste, zweite und dritte Umschalter gemeinsam mit einer Umschalt-Einrichtung verbunden sind, daß die Um schalteinrichtung von einem Frequenz-Diskriminator gesteuert ist, und daß dem Frequenz-Diskriminator Impulse zugeführt werden, deren Frequenz von der Frequenz des druckabhängigen Oszillators abhängt, und daß der Umschlagpunkt des Diskriminators bei der Frequenz liegt, die dem Übergangspunkt der Hyperbel-Teilstücke entspricht.

Es ist insbesondere zu bemerken, daß der beschriebene Verzerrerschaltungsteil kontinuierlich im Sinne der Aufgabenstellung arbeitet.

Die Paiallel-Ausgänge des ersten VRZ können mit einer Ziffernanzeige-Vorrichtung und/oder einer datenverarbeitenden Einrichtung verbunden werden, welche die Höheninformation auswertet oder über Kommunikationswege weiterleitet. Dadurch, daß die Höheninformation hier in Form eines elektrischdigitalen Wertes ermittelt wird, eignet sich die erfindungsgemäße Anordnung besonders zur automatischen Höhenrückmeldung, wie sie die Flugsicherung für einige Gruppen von Flugzeugen vorschreibt.

Der in der erwähnten Weise aus einem VV und einem VRZ zusammengesetzte Frequenzverhältnis-Detektor bringt darüber hinaus den Vorteil mit sich, daß mit ihm nicht nur die Flughöhe, sondern auch die Vertikal-Geschwindigkeit eines Luftfahrzeuges in einfacher Weise ermittelt werden kann. Das ist dadurch möglich, daß der Rückwärts-Zähleingang des ersten VRZ mit dem Vorwärts-Zähleingang eines zweiten VRZ verbunden ist, daß der Rückwärts-Zähleingang des zweiten VRZ mit dem Impulsausgang eines zweiten VV verbunden ist, daß der Impulseingang des zweiten VV mit dem Vorwärts-Zähleingang des ersten VRZ verbunden ist, daß die Parallel-Ausgänge des zweiten VRZ mit den entsprechenden Parallel-Steuereingängen des zweiten VV verbunden sind, daß die Parallel-Ausgänge des zweiten VRZ mit den entsprechenden Parallel-Eingängen einer binär arbeitenden Subtrahier-Einheit verbunden sind und daß den Subtrahier-Parallel-Eingängen der Subtrahier-Einheit eine konstante Binär-Infcrmation in Parallel-Form zugeführt wird, so daß den Parallel-Ausgängen der Subtrahier-Einheit ein Ausgangssignal entnehmbar ist, welches ein direktes Maß für die Vertikal-Geschwindigkeit (Änderung der Höhe pro Zeiteinheit) ist.

Die Parallel-Ausgänge der Subtrahier-Einheit können mit einer Ziffernanzeige-Vorrichtung und/oder einer datenverarbeitenden Einrichtung verbunden werden, welche die Vertikal-Geschwindigkeits-Inforrnation auswertet oder über Kommunikationswege weiterleitet

Eine besonders zweckmäßige Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung ergibt sich noch dadurch, daß mit ihr die Horizontalgeschwindigkeit eines Fahrzeuges gemessen werden kann. Dazu kann die Stimmgabel mit dem von einem mit der Horizontalgeschwindigkeit bewegten Staurohr erzeugten Luftdruck beaufschlagt werden. Das Staurohr kann an dem Fahrzeug vorgesehen werden, dessen Horizontalgeschwindigkeit gemessen werden soll.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben.

Es zeigt

F i g. 1 einen in der Anordnung verwendeten Stimmgabel-Oszillator in vereinfachter Blockdarstellung,

F i g. 2 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Höhe vom relativen Luftdruck,

F i g. 3 das Blockschaltbild eines in dem Verzerrerschaltungsteil verwendeten Frequenzverhältnis-Detektors,

Fig.4 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Approximation der in Fig. 2 gezeigten Funktion durch zwei Hyperbel-Teilstücke,
F i g. 5 ein Gesamt-Blockschaltbild der Anordnung.

ίο Der in Fig. 1 dargestellte Stimmgabel-Oszillator 11 enthält eine Stimmgabel 1 mit zwei Schwingarmen 2. An den Enden der Schwingarme 2 sind Prallkörper 3 vorgesehen, welche als zwei gleiche Halbschalen ausgebildet sind. Zwischen den Schwingarmen 2 befindet sich eine Sensorspule 4 und eine Erregerspule 5. Die Sensorspule 4 nimmt die Schwingfrequenz der Stimmgabel 1 elektromagnetisch von der Stimmgabel 1 ab und führt sie einem Verstärker 6 zu. Der Verstärker 6 speist seinerseits die Erregerspule 5. Die Schwingfrequenz kann von dem Stimmgabel-Oszillator 11 über die Leitung 9 abgenommen werden. Die Stimmgabel 1 ist außerdem noch mit einer Bohrung 7 versehen, in der sich ein elektrisches, temperaturempfindliches Bauelement' 8 befindet. Das Bauelement 8 gibt über eine Leitung 10 ein Signal ab, welches von der Temperatur der Stimmgabel 1 abhängt.

In F i g. 2 ist die Abhängigkeit der Höhe vom relativen Luftdruck p/podargestellt. Der Wert p/po gleich 1 drückt die internationale Standardatmosphäre für Flugbeirieb aus. Wie man erkennt, ist der Zusammenhang zwischen der Höhe H und dem relativen Luftdruck p/po durch eine hyperbelartige Funktion gekennzeichnet.

Das elektrische Grundprinzip besteht nun darin, daß man den gemessenen Druck in eine Impulsfrequenz

.15 umwandelt und mittels eines Frequenzverhältnis-Detektors, wie er in Fig. 3 gezeigt ist, verzerrt. Der Frequen7verhältnis-Detektor in Fig. 3 besteht aus einem Verhältnis-Vervielfacher 31, nachfolgend genannt VV, und einem Vorwärts-Rückwärts-Zähler 33.

nachfolgend genannt VRZ. Die beiden Baueinheiten 31 und 35 arbeiten binär; um jedoch die ermittelten Werte dezimal anzeigen zu können, sind sie binär-dezimal-kodiert(BCD).

Dem Impulseingang 32 des VV 31 werden Impulse mit einer Frequenz Z₁ zugeführt, welche von dem relativen Luftdruck p/po abhängt. Der Impulsausgang 33 des VV 31 ist mit dem Rückwärts-Zähleingang 36 des VRZ 35 verbunden. Dem Vorwärts-Zähleingang 37 des VRZ 35 werden Impulse mit einer konstanten Frequenz /₂ zugeführt Die Parallel-Ausgänge 38 des VRZ 35 sind mit den entsprechenden Parallel-Steuereingängen 34 des W 31 verbunden. Die Zahl der Parallel-Ausgänge 38 des VRZ 35 und der Parallel-Steuereingänge 34 des W 31 (im vorliegenden Fall sind es vier) ist in F i g. 3 nur

beispielhaft; in der Praxis hängt diese Zahl von der geforderten Meßgenauigkeit ab. An den Parallel-Ausgängen 38 des VRZ 35 kann ein später noch genauer erläuterter Wert M (H) abgenommen werden, der gegenüber dem ermittelten relativen Luftdruck p/po bzw. gegenüber der Frequenz f\ hyperbolisch verzerrt ist und eine binär-dezimal-kodierte Information der Höhe darstellt

Der W 31 kann als ein heutzutage allgemein übliches digitalelektronisches Bauteil angesehen werden. Eine

nähere Erläuterung seiner Funktion findet sich beispielsweise in dem Applikationsblatt SN 7497 der Firma Texas Instrument«; Deutschland GmbH. Die Funktion des W 31 ist in kurzen Worten wie folgt: Der W

(D

Dabei ist k die Anzahl der Parallel-Steuereingänge; und M ist die den Parallel-Steuereingängen in Parallel-Binärform eingegebene Information, welche die Anzahl der ausgeblendeten Impulse bestimmt. Wenn der VV binär-dezimal-kodiert ist (in F i g. 3 und 5 BCD-VV bezeichnet), so ist der Zusammenhang zwischen /L und /"_cwie folgt:

L =

Λ*

10"

• /, ■

(2)

Hier ist mges die Zahl der Einzeldekaden zur Basis 10. Es können auch mehrere BCD-VV zusammengeschalte', werden, um den Zählbereich entsprechend zu erhöhen. In diesem Fall ist die Gesamtzahl (gcs) der Einzeldekaüen aller BfD-VV zu berücksichtigen.

Der VV 31 und der VRZ 35 wirken, wie bereits erwähnt, als Frequenzvcrhältnis-Deiektor zusammen. Die Wirkungsweise ist wie folgt:

Unter der Voraussetzung, daß die Frequenz /₂ in Fig. 3 konstant gehalten wird und kleiner ist als die Frequenz /Ί, welche voraussetzungsgemäß von dem relativen Luftdruck p/po abhängen soll, so gleicht sich die Impulsfrequenz am Riickwärts-Zähleingang 36 des VRZ 35 der Impulsfrequenz f₂ am Vorwärls-Zähleingang 37 an. da der VV 31 und der VRZ 35 als Rückkopplungskreis geschaltet sind. An den Parallel-Steuereingängen stellt sich dadurch automatisch ein BCD-Wert ein, der sich aus Formel (2) ergibt:

Af =

lift

IO"¹⁹" =

Jl

io^me

(3)

In dieser Forme! steht f\ im Nenner. Da h konstant ist, ist Meine hyperbolische Funktion von f\. Wesentlich ist dabei, daß die Funktion in elektronischdigitaler Weise kontinuierlich gebildet wird (im Gegensatz zu üblichen digitalen Quotienten-Bildnern, die nur jeweils nach bestimmten Zeitabschnitten ein neues Ergebnis liefern).

Die Kurve in F i g. 2 läßt sich etwa durch folgenden mathematischen Zusammenhang ausdrucken:

P Pn +

(4)

Um diesen Zusammenhang elektronisch zu realisieren, müssen die Eingar jv und Ausgangsgrößen der

blendet aus einer kontinuierlichen Impulsfolge, die seinem Impulseingang 32 zugeführt werden, bestimmte Impulse aus, d. h. an dem Impulsausgang 33 tritt eine Impulsfolge auf, in der von Zeit zu Zeit ein oder mehrere Impulse fehlen. Die Zahl der ausgeblendeten Impulse kann durch eine Information bestimmt werden, die den Parallel-Steuereingängen 34 des VV 31 zugeführt wird. Wenn die Impulse am Impulsausgang 33 des VV 31 in einer bestimmten Zeiteinheit gezählt werden, so ist diese Zahl geringer als die Zahl der Impulse am Impulseingang 32 in der gleichen Zeiteinheit. Mit anderen Worten, die Impulsfrequenz am Impulsausgang 33 ist geringer als die Impulsfrequenz am Impulseingang 32. Der Zusammenhang zwischen der Ausgangsfrequenz fj und der Eingangsfrequenz f_c ist bei einem is normal binär kodierten VV durch folgende Formel gegeben:

Schaltung gemäß F i g. 3 so beeinflußt werden, daß sich, ausgehend von Formel (3), ergibt:

μ =

"¹"" ■ r.-,--I?—Ί -

L Ji + a J

Die Realisierung der Formel (6) ist im Zusammenhang mit F i g. 5 erläutert.

Bei einem Vergleich von (4) und (5) ergibt sich dann:

ρ ρ,) = /1 fr = '' ■

Das bedeutet im Hinblick auf die Schaltung gemäß Fi g. 2: Die Frequenz f\ muß noch um einen konstanten Faktor a vergrößert werden. Von dem Ausgangswert M muß noch ein konstanter Wert b subtrahiert werden. Durch Wahl der konstanten Frequenz f₂ kann man die Krümmung und durch Wahl der Konstanten a und b kann man die Verschiebung der Hyperbel im Koordinaten-System so beeinflussen, daß die Kurve gemäß Fig. 2, soweit wie mit der Funktion gemäß Formel (5) möglich, approximiert wird.

Die Subtraktion des Betrages b von dem Ausgangswert M ist jedoch technisch aufwendig. Technisch einfacher wird die Ermittlung des Wertes M, wenn man die Formel (5) wie folgt umschreibt:

M - 10"

z lL·

Mit der Schaltung nach Fig. 3 ist es jedoch nicht möglich, die Funktion nach F i g. 2 exakt zu approximieren. Eine bessere Approximation kann dadurch erreicht werden, daß man die Kurve gemäß Fig. 2 aus zwei Teilstücken zusammensetzt, von denen jedes der obigen Formel, jedoch mit anderen Parametern, entspricht. Diese Möglichkeit der Approximation ist in Fig. 4 dargestellt.

In F i g. 4 ist die Funktion, mit der die Höhe von dem relativen Luftdruck abhängt, als dick ausgezogene Linie dargestellt. Diese Linie soll durch ein oberes Teilstück einer Hyperbel mit der Funktion

y =

«1

(7)

und durch das untere Teilstück einer Hyperbel mit der Funktion

y =

«2

(8)

zusammengesetzt werden. Um diese Hyperbel in entsprechender Weise zusammenzusetzen, derart, daß sie sich in einem Schnittpunkt treffen und ineinander übergehen, muß das erwähnte obere Teilstück der Hyperbel mit der Funktion (7) in x- Richtung (entspricht dem relativen Druck p/po) um den Festwert a\ und in y-Richtung (entspricht der Höhe H) um den Festwert b\ verschoben werden. Das untere Teilstück der Hyperbel mit der Funktion (8) muß -η ν Richtung um den Festwert

609 549/80

;)2 und in }-Richtung um den Festwert tn verschoben werden. Dadurch hat das obere Teilstück die Funktion

(9)

und das untere Tcilstück die Funktion

λ - α-,

IiO)

Die beiden Hyperbel-Teilsiüeke können jeweils dadurch approximiert werden, daß man die Modifikation der Eingangsgrößen der in F i g. 3 dargestellten Schaltung entsprechend ändert.

Wie das erfolgt, wird nachfolgend anhand des in F i g. 5 dargestellten Gesanitblockschahbildes erläutert.

In F i g. 5 ist mit dem Stimmgabel-Oszillator Il noch ein Staurohr 38 verbunden, das in gestrichelten Linien dargestellt ist. Damit soll angedeutet werden, daß die Anordnung entweder zur Messung der Höhe oder zur Messung der Horizontal-Geschwindigkeit eines Luftfahrzeuges ausgebildet werden kann (wahlweise). Wenn 2% die Horizontal-Geschwindigkeit gemessen werden soll, so wird der Druck der die Stimmgabel umgebenden Luft von dem Staudruck des Staurohres 38 abhängig gemacht. In diesem Fall hängt auch die Frequenz des Stimmgabel-Oszillators 11 von dem Staudruck ab.

Das Ausgangssignal des Stimmgabel-Oszillators 11 wird über die Leitung 9 einem Mischer 40 zugeführt. Das temperaturabhängige Signal des temperaturabhängigen elektrischen Bauelementes 8 wird über die Leitung 10 einem Hilfsoszillator 39 zugeführt. Die Frequenz des Ausgangssignals des Hilfsoszillators 39 hängt von der Stimmgabel-Temperatur ab. Das Ausgangssignal des Hüfsoszülators 39 wird ebenfalls dem Mischer 40 zugeführt. Dem Mischer 40 ist ein Filter 41 nachgeschaltet, welches die Summen- oder Differenzfrequenz aussiebt. Die Temperaturcharakteristik des temperaturabhängigen Bauelementes 8 und die Steuercharakteristik des Hilfsoszillators 39 sind so gewählt, daß der Temperatureinfluß auf die Stimmgabel kompensiert wird und die Summen- bzw. Differenzfre- quenz, welche das Filter 41 aussiebt, unabhängig von der Temperatur konstant ist. Das Ausgangssignal des Filters 41 wird einem Frequenz-Vervielfacher 42 zugeführt. Das Ausgungssignal des Frequenz-Vervielfachers 12 wird einem weiteren Mischer 43 zugeführt. Außerdem wird dem Mischer 43 noch das Ausgangssignal eines Festfrequenz-Oszillators 44 zugeführt Dem Mischer 43 ist ein Filter 45 nachgeschaltet, welches die Summenoder Differenzfrequenz des Mischproduktes aussiebt Das Ausgangssignal des Filters 45 wird einem Impulsformer 47 zugeführt, der aus den Schwingungen Impulse formt

Der Ausgang des Impulsformers 47 ist mit dem einen Eingang 82 eines ODER-Verknüpfungsgliedes 81 verbunden. Der andere Eingang 83 des ODER-Verknüpfungsgliedes 81 ist mit dem Impulsausgang 79 eines W 77 verbunden. Der Ausgang 84 des ODER-Verknüpfungsgliedes 81 ist mit dem Impulseingang eines W 31 verbunden. Der Impulsausgang 33 des W 31 ist mit dem einen Eingang 70 eines ODER-Verknüpfungsgliedes 69 verbunden. Der andere Eingang 71 des ODER-Verknüpfungsgliedes 69 ist mit dem Impulsausgang 75 eines VV 73 verbunden.

Der Ausgang 72 des ODER-Verknüpfungsgliedes 69 ist mit dem Rückwärts-Zähleingang 36 eines VR/ 35 verbunden. Der Vorwärts-Zähleingang 37 des VRZ 35 ist mit dem Impulsausgang 66 eines VV 64 verbunden. Die Parallel-Ausgänge 38 des VRZ 35 sind mit den entsprechenden Parallel-Steucreingängen 34 des VV 31 verbunden. Außerdem sind die Paraüci-Ausgängc 38des VRZ 35 mit den entsprechenden Parallel-Eingangen 56 einer Ziffernanzeige-Vorrichtung 57 für die Höhe verbunden.

Der Impulseingang 65 des VV 64 ist mit dem Ausgang eines Frequenzteilers 68 verbunden. Der Eingang des Frequenzteilers 68 ist mit dem Ausgang eines anderen Frequenzteilers 46 verbunden. Der Eingang des Frequenzteilers 46 ist mit dem Ausgang tics Festfrequenz-Oszillators 44 verbunden.

Der Ausgang des Frequenzteilers 46 ist außerdem mit dem Impulseingang 78 des VV 77 verbunden.

Der Impulseingang 74 des VV 73 ist mit dem Ausgang 84 des ODER-Verknüpfungsgliedes 81 verbunden.

Mit dem Impulsausgang 66 des VV 64 ist lerner der Impulseingang 49 eines VV 48 verbunden. Der Impulsausgang 50 des VV 48 ist mit dem Rückwärts-Zähleingang 53 eines VRZ 52 verbunden. Der Vorwärts-Zähleingang 54 des VRZ 52 ist mit dem Ausgang 72 des ODER-Verknüpfungsgliedes 69 verbunden. Die Parallel-Ausgänge 55 des VRZ 52 sind mn den entsprechenden Parallel-Steuereingängen 51 des VV 48 verbunden. Außerdem sind die Parallel-Ausgänge 55 des VRZ 52 mit den entsprechenden Parallel-Eingängcn 59 einer binärarbeitenden Subtrahiereinheit 58 verbunden. Den Subtrahier-EingängeneOderSubtrahier-Einheit 58 wird ein konstanter binärer Wert in Parallelform zugeführt.

Die Parallel-Ausgänge 61 der Subtrahier-Einheit 58 sind mit den entsprechenden Parallel-Ausgängen 63 einer Ziffernanzeige-Vorrichtung 62 für die Vertikalgeschwindigkeit verbunden.

Die Paraliel-Steuereingänge des VV 64 sind mit einem Umschalter 87 verbunden. Die Parallel-Steuereingänge 80 des VV 77 sind mit einem Umschalter 88 verbunden. Die Parallel-Steuereingänge 76 des VV 73 sind mit einem Umschalter 89 verbunden.

Nunmehr soll erläutert werden, wie die Formel (6) realisiert wird:

Der Frequenz /, in Formel (6) entspricht die Frequenz der Impulse am Ausgang des Impulsformers 47. Diese Frequenz hängt von der Frequenz des Stimmgabel-Oszillators und damit vom Luftdruck ab. Nach Formel (6) wird der Frequenz Z₁ ein konstanter Betrag a hmzuaddiert Das erfolgt in dem ODER-Verknüpfungsglied 81. Diesem werden neben den Ausgangsimpulsen des Impulsformers 47 noch Ausgangsimpulse des W 78 zugeführt (hierbei ist zu bedenken, daß die Impulse sehr schmal sind und die Wahrscheinlichkeit, daß zwei Impulse aufeinandertreffen, sehr gering ist). Die Frequenz der Ausgangsimpulse des W 78 hängt von der Frequenz seiner Eingangsimpulse (diese ist die durch Frequenzteiler 46 heruntergeteilte Festfrequenz des Festfrequenz-Oszillators 44) und von der gemäß Formel (2) an den Parallel-Steuereingängen 80 eingestellten Information M_a ab. Der Betrag a kann also mit der Information M_a gewählt werden. Dem Umschalter

^^eo^rde" ^{2Wei lnfor}mationen M_a, und M₁₂ zugeführt so daß der Betrag a entsprechend F i g. 4 für die beiden Hyperbel-Teilstücke zwischen a, und a₂ umgeschaltet werden kann.

In Formel (6) muß der Wert (h + a) im Zähler

außerdem noch mit dem Faktor b multipliziert und von der Frequenz Ii subtrahiert werden. Die Multiplikation mit b erfolgt mit dem VV 73. Gemäß Formel (3) läßt sich der Wert b durch die Information Mb an den Parallcl-Steuereingängen 76 des VV 73 einstellen. Dem Umschalter 89 werden zwei Informationen Mb; und M^i zugeführt, so daß der Betrag b entsprechend F i g. 4 für die beiden Hyperbei-Tcilstucke zwischen b] und Ö2 umgeschaltet werden kann. Die Subtraktion von b ■ (I] + ;\) im Zähler der Formel (6) wird dadurch erreicht, daß man die Ausgangsimpulsfolge des VV 73 dem Rückw ärts-Zähieingang 36 des VRZ 35 zuführt. Da dem Rückwarts-Zähleingang 36 außerdem noch gemäß der Schaltung in F i g. 3 die Ausgangsimpulse des VV 31 zugeführt werden müssen, erfolgt die logische Verknüpfung über das ODER-Verknüpfungsglied 69. Die Frequenz /> in Formel (6) ist, wie bereits im Zusammenhang mit F i g. 3 erläutert wurde, eine dem Vorwäns-Zähleingang zugeführte Festfrequenz. Sie entspricht außerdem in der Formel (4) dem Wert n. Der Wert /; wird an den Parallel-Steucreingängen des VV 64 als Information M_n gemäß Formel (3) eingestellt. Der Impulseingang 65 des VV 64 ist über die Frequenzteiler 68 und 46 mit dem Festfrequcnz-Oszillator 44 verbunden. Dementsprechend hängt die Frequenz der Ausgangsimpulse des VV 64 gemäß Formel (3) von der Festfrequenz und von der Information Λ7,, ab. Dem Umschalter 87 werden zwei Informationen M_n; und M_n: zugeführt, so daß der Betrag η entsprechend Fi a. 4 für die beiden Hyperbel-Teilstücke zwischen n; und n₂ umgeschaltet werden kann.

Die Umschalter 87, 88 und 89 sind, wie durch die gestrichelte Linie 90 angedeutet ist. synchron miteinander gekoppelt und werden gleichzeitig von einer Umschalteinrichtung 86 betätigt. Die Umschaheinrichtung 86 wird von einem Frequenz-Diskriminator 85 gesteuert. Der Frequenz-Diskriminator 85 hat seinen Umschaltpunkt bei einer bestimmten Impulsfrequenz Diese Utnschalt-Impulsfrequenz entspricht den Schnittpunkt der beiden Hyperbel-Teilstücke in Fig.t Mit anderen Worten bedeutet das, daß je nachdem, öl > die dem jeweiligen Luftdruck entsprechende Impulsfre quenz oberhalb oder unterhalb des Umschaltpunkte des Frequenz-Diskriminators 85 liegt, das entsprechen de Teilstück der einen oder der anderen Hyperbel zu Approximation der Funktion verwendet wird, mi

ίο welcher die Höhe von dem relativen Luftdruck abhängt Die Ermittlung der Vertikai-Geschwindigkeit beruh

darauf, daß bei einer Veränderung der Höhe infolge de endlichen Regelgeschwindigkeit des aus dem VV 31 um dem VRZ 35 gebildeten Rückkopplungskreises zwi

is sehen den Rückwarts-Zähleingang 36 und dem Vor wärts-Zähleingang 37 ein Unterschied in der Frequenz der dort angelieferten Impulse entsteht (bedingt durcl die Trägheit des Regelkreises oder die endlich! Regelzeit). Dieser Unterschied ist um so größer. j< stärker die Vertikal-Geschwindigkeit, d. h. also di< Höhenänderung pro Zeiteinheit ist. Wenn die Vertikal Geschwindigkeit Null ist, d. h. wenn die Höhe nicn geändert wird, so besteht kein Unterschied in de Impulsfrequenz an dem Rückwarts-Zähleingang 36 uric dem Vorwärts-Zähleingang 37 des VRZ 35. Nach der in Zusammenhang mit Fig. 3 erwähnten Formel (2) is dann der Ausgangsbinärwert un den Parallel-Ausgän gen 55 des VRZ 52 gleich 10"«-.·da der VV 48 und de VRZ 52 wiederum einen Frequenzverhältnis-Detekto

",o bilden, wie er bereits im Zusammenhang mit 1 : g. erläutert wurde. Um nun den richtigen Wert de Vertikal-Geschwindigkeit zu erhalten, muß von den Ausgangsbinärwert des VRZ 52 noch de; konstant! Wert 10'"*'"abgezogen werden. Dieses Abziehen erfolg in der Subtrahier-Einheit 58. Der erwähnte konstant! Wert wird den Subtrahier-Eingängen 60 in parallele Binärform eingegeben.

Hierzu 4 Blau Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Messung von Gasdruck, insbesondere von dem von der Höhe abhängigen Atmosphärendruck, mit einem Oszillator, welcner ein mechanisches Schwingelement aufweist, dessen Schwingfrequenz durch den Druck des dieses Schwingelement umgebenden Gases beeinflußt wird, mit einer Auswerteschaltung, welche die Schwingfrequenz des Oszillators auswertet, wobei die Auswerteschaltung einen mit der Schwingfrequenz des Oszillators gespeisten Verzerrerschaltungsteil enthält, der eine Übertragungskennlinie hai, welche die Funktion approximiert, mit der die Schwingfrequenz des Oszillators von dem Gasdruck — and wenn dieser eine Funktion der Höhe ist — von der Höhe der Anordnung abhängt, so daß das Ausgangssignal des Verzerrerschaltungsteiles ein direktes Maß für den Gasdruck bzw. die Höhe ist, dadurch gekennzeichnet, daß als mechani- »ches Schwingelement eine Stimmgabel (1) verwendet ist und daß der Verzerrerschaltungsteil so ausgebildet ist, daß die Übertragungskennlinie aus mindestens zwei eineinander übergehenden Hyperfcel-Teilstücken zusammengesetzt ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verzerrerschaltungsteil einen ersten Verhältnisvervielfacher, genannt VV (31), und einen ersten Vorwärts-Rückwärts-Zähler, genannt VRZ (35), enthält, daß dom Impulseingang (32) des ersten VV (31) Impulse zugeführt werden, deren Frequenz von der Frequenz des druckabhängigen Oszillators (11) abhängt, daß Impulsausgang (33) des ersten VV (31) mit dem Rückwärts-Zähleingang (36) des ersten VRZ (35) gekoppelt ist, daß dem Vorwärts-Zähleingang (37) des ersten VRZ (35) Impulse mit einer konstanten Frequenz zugeführt werden, daß die Parallel-Ausgänge (38) des ersten VRZ (35) mit den entsprechenden Parallel-Steuereingängen (34) des ersten VV (31) verbunden sind, daß an den Parallel-Ausgängen (38) des ersten VRZ (35) das Ausgangssignal, welches ein direktes Maß tür die Höhe (H) ist, in Form von parallelen Binär-lnformationen entnehmbar ist, daß der Vorwärts-Zähleingang (37) des ersten VRZ (35) mit dem Impulsausgang (66) eines dritten VV (64) verbunden ist, dessen Impulseingang (65) Impulse mit einer konstanten Frequenz zugeführt werden, daß die Parallel-Steuereingänge (67) des dritten VV (64) mit so einem ersten Umschalter (87) verbunden sind, dem mindestens zwei verschiedene konstante Binär-lnformationen CMni, M_n2) in Parallelform zugeführt iverden, welche die Krümmungen der ineinander übergehenden Hyperbel-Teilstücke bestimmen, daß mit dem Impulseingang (32) des ersten VV (31) der Ausgang (84) eines ersten ODER-Verknüpfungsgliedes (81) verbunden ist, daß dem einem Eingang (82) des ersten ODER-Verknüpfungsgliedes (81) Impulse lugeführt werden, deren Frequenz von der Fre- fto quenz des druckabhängigen Oszillators (11) abhängt, daß der andere Eingang (83) des ersten ODER-Verknüpfungsgliedes (81) mit dem Impulsausgang (79) eines vierten VV (77) verbunden ist, dessen Impulseingang (78) Impulse mit einer konstanten ft.s Frequenz zugeführt werden, daß die Parallel-Steuereingänge (80) des vierten VV (77) mit einem zweiten Umschalter (88) verbunden sind, dem mindestens zwei verschiedene konstante Binär-lnformationen (Mau Mu) in Parallelform zugeführt werden, welche die Verschiebung des einen Hyperbel-Teilstückes in der dem Gasdruck entsprechenden Koordinatenrichtung zum Obergangspunkt der beiden Hyperbel-Teilstücke bestimmt, daß mit dem Impulseingang (32) des ersten W (31) der Impulseingang (74) eines fünften W (73) verbunden ist, dessen Impulsausgang (75) mit dem einen Eingang (71) eines zweiten ODER-Verknüpfungsgliedes (69) verbunden ist, daß der zweite Eingang (70) des zweiten ODER-Verknüpfungsgliedes (69) mit dem Impulsausgang (33) des ersten W (31) verbunden ist, daß der Ausgang (72) des zweiten ODER-Verknüpfungsgliedes (69) mit dem Rückwärts-Zähleingang (36) des ersten VRZ (35) verbunden ist, daß die Parallel-Steuereingänge (76) des fünften VV (73) mit einem dritten Umschalter (89) verbunden sind, dem mindestens zwei verschiedene konstante Binär-lnformationen (Mb·, M_b2) in Parallelform zugeführt werden, weiche die Verschiebung des anderen Hyperbel-Teilstückes in der der Höhe (H) entsprechenden Koordinate zum Übergangspunkt der beiden Hyperbel-Teilstükke bestimmt, daß der erste, zweite und dritte Umschalter (87, 88, 89) gemeinsam mit einer Umschalt-Einrichtung (86) verbunden sind, daß die Umschalteinrichtung (86) von einem Frequenz-Diskriminator (85) gesteuert ist. und daß dem Frequenz-Diskriminator (85) Impulse zugeführt werden, deren Frequenz von der Frequenz des druckabhängigen Oszillators (11) abhängt, und daß der Umschlagpunkt des Diskriminator (85) bei der Frequenz liegt, die dem Übergangspunkt der Hyperbel-Teilstücke entspricht.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Parallel-Ausgänge (38) des ersten VRZ (35) mit einer Ziffernanzeige-Vorrichtung (57) und/oder einer datenverarbeitenden Einrichtung verbunden sind, welche die Höheninformatior, auswertet oder über Kommunikationswege weiterleitet.

4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückwäris-Zähleingang (36) des ersten VRZ (35) mit dem Vorwärts-Zähleingang (54) eines zweiten VRZ (52) verbunden ist. daß der Rückwärts-Zähleingang (53) des zweiten VRZ (52) mit dem Impulsausgang (50) eines zweiten VV (48) verbunden ist, daß der Impulseingang (49) des zweiten VV (48) mit dem Vorwärts-Zähleingang (37) des ersten VRZ (35) verbunden ist, daß die Parallel-Ausgänge (55) des zweiten VRZ (52) mit den fintsprechenden Parallel-Steuereingängen (51) des zweiten VV (48) verbunden sind, daß die Parallel-Ausgänge (55) des zweiten VRZ (52) mit den entsprechenden Parallel-Eingängen (59) einer binär arbeitenden Subtrahier-Einheit (58) verbunden sind, und daß den Subtrahier-Parallel-Eingängen (60) der Subtrahier-Einheit (58) eine konstante Binär-Information in Parallel-Form zugeführt wird, so daß den Parallel-Ausgängen (61) der Subtrahier-Einheit (58) ein Ausgangssignal entnehmbar ist, welches ein direktes Maß für die Vertikal-Geschwindigkeit (Änderung der Höhe pro Zeiteinheit) ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Parallel-Ausgänge (61) der Subtrahier-Einheit (58) mit einer Ziffernanzeige-Vorrichtung (62) und/oder einer datenverarbeitenden Einrichtung verbunden sind, welche die Verti-

kal-Geschwindigkeits-lnformation auswertet oder über Kommunikationswege weiterleitet

6. Verwendung einer Anordnung nich einem der vorhergehenden Ansprüche zur Messung der Horizontalgeschwindigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Stimmgabel (1) mit dem von einem mit der Horizontalgeschwindigkeit bewegten Staurohr (38) erzeugten Luftdruck beaufschlagt wird.