DE2353038A1

DE2353038A1 - Verfahren und anordnung zur messung der impulsfolgefrequenz einer impulsfolge

Info

Publication number: DE2353038A1
Application number: DE19732353038
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Korasiak
Original assignee: Teldix GmbH
Current assignee: Rockwell Collins Deutschland GmbH
Priority date: 1973-10-23
Filing date: 1973-10-23
Publication date: 1975-04-30
Also published as: SE403660B; FR2248514A1; GB1482158A; JPS5732454Y2; SE7412449L; JPS5586968U; FR2248514B1; JPS5074462A

Description

TELDIX GmbH

6900 Heidelberg ·

Grenzhöfer Weg 36

Heidelberg, den"22. Okt. 1973 G/Pt-Ea/Pr E-506

Verfahren und. Anordnung zur' Messung der Impulsfolgefrequenz einer Impulsfolge

Die Erfindung betrifft ein Yerfahren zur Messung der Impulsfolgefrequenz einer ersten Impulsfolge, bei dem während einer von der Periodendauer dieser Impulsfolge abhängigen Zeit Impulse einer zweiten höherfrequenten Impulsfolge mittels eines Zählers ausgezählt werden.

Außerdem ist auch, eine Anordnung "zur Durchführung dieses Verfahrens Gegenstand der Erfindung.

Es ist bekannt, daß ein Meßergebni-s in Form einer Impulsfolge gegeben sein kann, wobei die Impulsfolgefrequenz proportional der zu messenden Größe ist. Dies ist z.B. der Fall bei der Messung der Drehzahl und damit auch der Drehgeschwindigkeit eines Bauteils z.B. eines Fahrzeug— rades mit Hilfe z.B. eines induktiven Geschwindigkeitsgebers bekannter Ba.uart. Es ist bekannt, die Impulsfolge in eine analoge Gleichspannung zu wandeln, deren Größe der Impulsfolgefrequenz proportional ist (Sh. z.B. OS 2 022 361).

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Will man das oben erwähnte Meßergebnis in digitaler Form vorliegen haben, so liegt es nahe, die Zahl der Impulse in einer vorgegebenen Meßzeit auszuzählen« Das digitale Meßergebnis ist proportional der Drehzahl.

Bei diesem Meßverfahren wird Jedoch zur Feststellung der Drehzahl eine relativ lange Zeit benötigt, da eine Reihe von Impulsen der ersten Impulsfolge aufgezählt v/erden müssen. Eine solch lange Zeit steht z.B. bei Ausnutzung der Meßergebnisse zur Regelung, insbesondere bei Antiblockierreglern nicht zur "Verfügung.

Zur Verringerung der Meßzeit ist es möglich, die Länge der Periodendauer eines Impulses der ersten Iinpulsreihe zu messen, was durch Auszählen der in diese Dauer fallenden Impulse einer zweiten höherfrequenten Impulsfolge geschehen kann. Steht die Dauer der Impulse der ersten Impulsreihe in einen festen Verhältnis zur Periode .(z.B. bei einer mäanderförmigen Impulsfolge), so können auch die in die Impulsdauer fallenden höherfrequenten Impulse ausgezählt werden. Desgleichen ist es z.B. möglich, auch, über zwei oder mehrere Perioden auszuzählen. Von einem solchen Verfahren geht die Erfindung aus.

Um über den gesamten Meßbereich eine ausreichende Genauigkeit zu haben, muß man bei diesem Verfahren die Folge— frequenz der höherfrequenten Impulsfolge so hoch wählen, daß auch, noch bei der kürzesten, vorkommenden Meßzeit eine für die geforderte Meßgenauigkeit ausreichende Impulszahl ausgezählt wird, d.h.», die Iiapulsfolgefrequenz dieser zweiten Folge ist durch die kürzeste Meßzeit bestimmt. Bei vielen Anwen dungs fällen, z.B. dem oben erwähnten Fall der Messung der Eadge.schwindigkeit, ergibt sich hierbei eine sehr hohe Folgefrequenz,die den Einsatz bestimmter Techniken bei der Realisiexmng verbieten würde.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren so auszugestalten, daß man mit einer kleineren Folgefrequenz auskommt, obwohl die Fölgefrequenz ·. / -

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der ersten Impulsfolge mit ausreichender Genauigkeit im gesamten Meßbereich messen kann.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Erfindungsgemäß wird also der Meßbereich in Teilbereiche unterteilt und diesen Teilbereichen werden unterschiedliehe Meßzeiten, zugeordnet·, die sich hierbei ergebende erhöhte Impulszahl muß später korrigiert werden. - - ._; -;"'■ '

Vorzugsweise 'wird die Verlängerung der ileß- oder Auszählzeit in "binaren Schritten vorgenommen, d.h. dem Meßbereich, in dem die kleinsten Impulsfolgefrequenzen (also die längsten Perioden) auftreten, wird eine von der Periodendauer abhängige Grundmeßzeit, z.B. jeweils eine Periode der ersten Impulsfolge.^ zugeOrdnet, dem fοIgenden Meßbereich die doppelte Grundmeßzeit, also z.-B. zwei Perioden, dem folgenden Bereich die vierfache Grundmeßzeit, also z.B. vier Perioden usw. Diese Änderung der'Meßzeit in digitalen Schritten hat den Vorteil, daß später durch eine Verschiebung der Digitalstellen eine Division des erhaltenen Digitalwertes durch die Zahl der Grundmeßzeiten durchgeführt werden kann, was; notv?endig ist, um auf vergleichbare Impuls zahlen zu kommen. - .

Die Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält einen Zähler, der über ein Tor mit dem Generatoi' zur Erzeugung der höherfrequentenImpulse verbunden ist, wobei dieses Torin der Meßzeit offengehalten wird. Dieser Zähler weist einen Ausgang auf,über den er bei Erreichen einer vorgegebenen Zählerstellung ein Signal abigibt und damit ein bistabiles Glied in seine zweite Lage setzt. Weiter ist ein Periodenzähler vorgesehen, dem zu jedem Beginn einer- Grundmeß zeit ein Weit er schalt impuls zugeführt wird. Durch das bistabile Glied werden in dessen zweiter Lage Schaltmittel, z.B. _in Form von Toren .so gesteuert, daß eine vieitere ■ Auf zählung der Impulse in dem

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Zähler nach Ende der laufenden Meßzeit verhindert wird und daß weiterhin auch eine Weiterschaltung des Periodenzählers verhindert wird.

Wird das oben erläuterte Prinzip der Änderung der Meßzeit in binaren Schritten verwendet, so ist zusätzlich eine Auswahlschaltung vorgesehen, der der Stand des Periodenzählers eingegeben wird. Diese Auswahlschaltung steuert Schaltmittel so, daß auch noch nach dem Setzen des bistabilen Glieds die Sperrung der Impulsaufzählung im Zähler und der Weiterschaltung des Periodenzählers erst am Ende der durch den erreichten digitalen Schritt vorgegebenen Zahl von Grundzeiten wirksam wird. Wird z.B. das bistabile Glied innerhalb der dritten Periode gesetzt, so wird durch die Auswahlschaltung garantiert, daß nicht am Ende der dritten, sondern erst am Ende der vierten Periode die Aufzählung der Impulse gesperrt wird und daß der Periodenzähler noch in Stellung "4" gelangt.

Zur Übernahme der Meßwerte werden beiden Zählern Speicher zugeordnet. Durch das den Periodenzähler sperrende Signal und das das Ende der Meßzeit anzeigende Signal wird am Ende der Meßzeit ein Tor so gesteuert, daß ein Übemahmebe— fehl zu den Speichern gelangt. Aus diesem Befehl wird dann auch ein Rückstellimpuls für die beiden Zähler abgeleitet.

Wie bereits oben erwähnt, muß der gewonnene Digitalwert noch durch die Zahl der Grundmeßzeiten,aus der die Meßzeit besteht, dividiert werden. Hierzu kann ein Divisionsglied vorgesehen sein, dem die beiden- Speicherwerte zugeführt werden. Diese Division ist dann sehr einfach und durch Verschiebung der Stellen des Digitalwerts um eine dem erreichten Digitalschritt (1, 2, A- oder 8) entsprechende Steilenzahl zu erreichen, wenn die Meßzeit in Binar-Schritten geändert wird. Wurde beispielsweise 4- Grundmeßzeiten lang aufgezählt, so kann man einfach die letzten drei Stellen des Digitalwertes wegfallen lassen.

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Der in dem Zähler vorhandene Digitalwert ist - wie bereits gesagt — proportional der Perlodendauer der ersten Impulsfolge und damit umgekehrt proportional der zu messenden Impulsfolgefrequenz. Man erhält eine direkte Proportionalität zwischen ImpulsfOlgefrequenz f_Q und Digitalwert D*, wem man einen, vorgegebenen Digtlalwert D_Q durch den im Zähler vorhandenen Digitalwert D= K * ψ dividiert. (D* = ^Do = ^Do .. f ; K -const) °

o ... ; . :.'..;, , -" -" ■ Die Konstante K ist abhängig von der gewünschten Gena-uigkeit. Wird diese Division zusätzlich durchgeführt, so ist es sinnvoll, nicht den im Zähler gewonnenen Digitälwert zuerst durch die Zahl-der Grundaeßzeiten zu dividieren, sondern den vorgegebenen Digitalwert D_ von der Zahl der -erreichten Grundmeßzeiten abhängig zu machen. Dies kann: dadurch geschehen, daß man den Digitalwert D- mit der Zahl der Grundmeßzeiten aus der die'Meßzelt gerade bestand multipliziert oder daß man einen Digitalwert D und eine Reihe von Vielfachen hiervon vorsieht.und von einer Auswahlschal-_ tung hiervon den Digitalwert dem Divisionsglied zuführt,-der der Zahl der verwendeten Grundmeßzeiten entspricht.

Anhand der Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 - einen möglichen Schaltungsaufbau zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens_v .

Figo 2 — Verlauf der Fehlerkurveund der Meßzeit bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. in einem bestimmteh Anwendungsfall.

Im.AusführüngsbelspIel der Fig. 1 ist mit i ein Zähler bezeichnet, dem über die Klemme 2 und das Tor 3 die Impulse ein;er hochfrequenten Impulsquelle zugeführt Werden. Dieser Zähler Ϊ weist einen Ausgang 4- auf, über den z.B. bei Er-

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reichen der im Zähler aufgezählten Impulszahl 1024- (2 )

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ein Signal abgegeben wird, das das Flip-Flop 5 derart umschaltet, daß es an seinem Ausgang Signal abgibt. Durch dieses Signal wird (die Wirkungsweise des Tors 6 später betrachtet) das Tor 7 für die über die Leitung 8 kommenden, zum Periodenzähler 9 laufenden Impulse gesperrt. Gleichzeitig wird das Tor 10 für Impulse auf der Leitung 8 durchlässig gemacht.

Die Signale auf der Leitung 8 werden durch Differentiation der an der Klemme 8 zugeführten, in der Impulsf ο Igef re cue nz zu messenden Impulsfolge im Differenzierglied 12 und durch Inversion in 13 gewonnen, wodurch auf der Leitung 8 ein. L-Signal erzeugt wird, das zu den Zeitpunkten des periodonbeginns (Anstiegsflanke) der Impulsfolge von L auf 0 gehende, Einbrüche aufweist. Diese Impulse bewirken einmal, solange das Flip-Flop 5 noch nicht gesetzt ist, eine Zählung der Perioden im Periodenzähler 9 und nach Setzen des Flip-Flops 5 wegen des Kegationsglieds .14- ein kurzzeitiges Unterbrechen der Impulszufuhr.zum Zähler 1 und eine Übernahme der in den Zähler 1 und 9 stehenden Digitalwerte in- die Speicher 15 und 16.

Die Wirkungsweise der bis Jetzt beschriebenen Schaltung soll nun "erläutert werden. '

Nach Abschluß des vorhergehenden Heßvorgangs stehen die Zähler 1 und 9 in Ausgangsstellung, das Flip-Flop 5 ist ebenfalls in der Ausgangslage und damit_ werden die an der Klemme 2 zugeführten. Impulse dem Zähler 1 zugeführt. Außerdem können, die Impulse, auf der Leitung 8 zum Zähler gelangen.

Ist die Impulsfolgefrequenz der an- der Klemme 11 zugeführten Impulsfolge klein und damit die Periodendauer groß, so wird innerhalb der ersten Periode die in den Zähler 1 einlaufende Inipulszahl größer als z.B. 1024 sein, d.h. während der Dauer der ersten Periode wird über Ausgang 4 das

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Flip-Flop 5 ges^zt und dieses sperrt den Eingang des Impulszählers 9» so daß dieser in der die Perlodenzahl "1" kennzeichnenden Ausgangsstellung stehen bleibt." Gleichzeitig bewirkt das Setzen des -Flip-Flops 5 über Tor 10, ,daß der nächstfolgende Impuls auf Leitung 8 zu Beginn der nächsten Periode die Impulszufuhr zum Zähler 1 kurz unterbricht, daß die Stellungen der ,Zähler 1 und 9 in die Speicher 15 unä 16 übernommen werden (Leitungen 1?) und daß aus dem Impuls mittels des Differenziergliedes 18 ein Rücksetzimpuls für die Zähler 1 und 9 und das Flip-Flop abgeleitet wird. Die hierbei zu Periodenbeginn verlorengehenden Eingangsimpulse des Zählers 1 können durch dessen Ausgangsstellung berücksichtigt werden.

Ist dagegen die Impulsfolgefrequenz größer und damit die Periodendauer kürzer, so wird während der Periodendauer die vorgegebene Impuls zahl (1.024·)- nicht erreicht und damit das Flip-Flop nicht gesetzt. Damit wird die Einzahlung in den Zähler 1 auch über das Ende der Periodendauer fortgesetzt und mit dem Beginn der neuen Periodendauer der Zähler 9 in die nächste Stellung gebracht. Wird nun in der 2. Periode die Impulszahl 1024 erreicht, so laufen die Vorgänge wie oben ab. Wird diese Impulszahl auch in der . · zweiten Periode nicht erreicht, so wird die Heßzeit auf die dritte, .vierte usw. Meßzeit ausgedehnt, wobei nach Erreichen der Impulszahl 1024 die oben in Zusammenhang mit der ersten Periode beschriebenen Vorgänge ablaufen. Am Ende der Meßzeit stehen in den Speichern 15 und 16 zwei Digitalwerte. Der Digitalwert im Speicher'15 muß, um zum richtigen Ergebnis zu kommen, durch den Digitalwert des Speichers 16 dividiert werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel, bei dem der das Meßergebnis darstellende Digitalwert noch durch einen vorgegebenen Digitalwert dividiert werden muß, um· eine Proportionalität zwischen Digitalwert und zu messender Impulsfolgefrequenz zu haben, wird die Division des Digitalv/ertes des Speichers 15 durch den. Vert des Speichers 16 dadurch realisiert," daß nicht ein vorgegebener Digitalwert D_Q, sondern eine Reihe .von Digitalwer-

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ten η . D (η = 1 - η) in einem Speicher 19 zur Verfügung stehen. Dem Divisionsglied 20 wird der Digitalwert D = K . n^j .γ des Speichers 15 (wobei n^ die Periodenzahl der MeßzeüÜt ist) und ein Digitalwert n^ D_Q des Speichers 19 zugeführt, wobei die Auswahl des Werts n^ D_Q durch das Auswahlglied 21 von der im Zähler 9 gezählten Periodenzahl abhängt. Im Divisionsglied 20 wird dann der Wert

K . η_Λ ' f k ' ~o ο

gebildet. Vie- oben bereits erwähnt, kann man die Änderung der Meßzeit auch in binären Schritten vornehmen. In diesem Fall sind die Auswahlschaltung 22, die mit dem Periodenzähler 9 verbunden ist, und das Tor 6 wirksam. Die Auswahlschaltung 22.bewirkt, daß bei Setzen des Flip-Flops in der 3 oder in der 5i 6 oder 7 Periode usw. die Zählung nicht am Ende dieser Periode unterbrochen wird, sondern bis zum Ende der 4 bzw. 8 Periode usw. weiterläuft. Die Auswahlschaltung 22 tastet hierzu die Stellung des Zählers 9 ab und gibt ein Ausgangssignal zum öffnen des Tores 6 nur bei den Stellungen ^tt1^tt, "2", ^W4" und "8" (usw.) des Zählers 9· Damit ist sichergestellt, daß die Meßzeit nur nach Ablauf einer der genannten Stellungen entsprechenden Periodenzahl zu Ende gehen kann.

Bei der Kurvendarstellung der Fig. 2 ist angenommen, daß die zu messende Impulsfolgefrequenz der Geschwindigkeit eines Fahrzeugrades proportional ist. Demgemäß ist dort über der Radgeschwindigkeit ν in km/h der Verlauf des Meßfehlers Λ v in km/h sowie der Verlauf der Meßzeit in ms (gestrichelt) aufgetragen, wobei hier als Meßzeiten 1,2, 4oder 8 Perioden vorgesehen sind. ■ Man erkennt, daß die Meßzeit bei etwa 31 km/h auf 2 Perioden springt, bei 62,5 km/h auf 4- Perioden und bei 125 ka/h auf 8 Perioden. Eine bestimmte Impulsfolgefrequenz des an der Klemme 2 ange-

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schlossenen Iiapulsgenerators vorausgesetzt, ergibt' sich' ohne Meßzeitänderungals Fehlerkurve die strichpunktierte eingezeichnete Kurve 23. Mit in Schritten 1, 2, 4 und 8 Perioden variabler Meßzeit ergibt sich dagegen der .ausgezogene und rait 2A- bezeichnete Verlauf und somit nach hohen Geschwindigkeiten hin eine .'starke Herabsetzung des Fehlers. Mit 2p ist der Verlauf der Meßzeit in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit bezeichnet. Mit Ausnahme des Anfangsbereiches ist bei dem gewählten Ausführungsbeispiel die Meßzeit an den Grenzen der Meßzeitänderung'immer gleich groß. "■■-·..

-, Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

./Verfahren zur Messung der Impulsfolgefrequenz einer ersten Impulsfolge,bei dem während einer von der Periodendauer dieser Impulsfolge abhängigen Zeit Impulse-einer zweiten höherfrequenten Impulsfolge mittels eines Zählers ausgezählt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Periodendauer abhängige Zeit in. Stufen auf ein Mehrfaches einer von der Periodendauer abhängigen Grundzeit verlängert wird, so lange nicht eine vorgegebene Menge von Impulsen der zweiten Impulsfolge in den Zähler eingezählt wurde und daß die Zahl der Grundzeiten bei der Auswertung der ausgezählten Impulsmenge berücksichtigt wird.

2. Verfahren nach. Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlängerung der Auszählzeit in binären Schlitten (1, 2, 4-, 8 .. * ) vorgenommen wird. .

5» Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch dadurch gekennzeichnet, &ß der Zähler über ein Tor mit dem die zweite Impulsfolge erzeugenden Generator verbunden ist, wobei das Tor während der von der Impulsperiode der ersten ImpulscLuelle abhängigen Zeit offengehalten wird, daß der Zähler einen Ausgang aufweist, über den er bei Erreichen der vorgegebenen Impulsmenge ein Signal abgibt, daß ein bistabiles Glied vorgesehen ist, das von diesem Signal gesetzt wird, daß ein Periodenzähler vorgesehen ist, dem zu jedem Beginn einer Grundzeit ein Veiterschaltimpuls zugeführt wird und daß Schaltmittel vorgesehen sind, die von dem bistabilen Glied gesteuert v/erden,, um eine weitere Aufzählung von Impulsen zu der in den Zähler eingelaufenen Impulszahl nach Ende der laufenden Meßzeit und eine Weiterschaltung des Periodenzählers verhindern, wenn das bistabile Glied gesetzt ist.

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4-.· Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine.Auswahlschaltungvorgesehen-ist, die von der Stellung des Periodenzählers gesteuert wird und die nach Setzen des bistabilen Gliedes eine Sperrung der wei-

.".". teren Impulsaufzählung und der Weiterschaltung des Periodenzählers erst dannzuläßt, wenn die durch den erreichten digitalen Schritt 0, 2, 4,8.,.) vorgegebene Zahl von Grundzeiten wirksam war.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche J oder 4, dadurch gekennzeichnet:, daß dem/Zähler und dem Periodenzähler Speicher zugeordnet sind und daß ein Tor vorgesehen ist» das gesteuert von dem Signal für die Sperrung des Periodenzählers und von einem das·Ende ,einer Gründzeit anzeigenden Signales einen Befehl zur Übernahme der Zählerwerte in die Speicher erzeugt. \ . -

6. Anordnung nach Anspruch 5t dadurch gekennzeichnet, daß weitere Schaltmittel vorgesehen sind, um aus dem Befehl für die Übernahme einen Ruckstellimpuls für die Zähler abzuleiten. = ",- -■.■'-■

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch ge-, kennzeichnet, daß ein Divisionsglied vorgesehen ist, dem der Inhalt der beiden Speicher zugeführt wird und der.dem Inhalt des dem Zähler zugeordneten Speichers durch den Inhalt des dem Periodenzähler zugeordneten Speicher dividiert. .

8. Anordnxong nach Ansprueh 4 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Division durch Stellenverschiebung um eine der erreichten Digitalstufe entsprechende Stellenzahlerfolgt. ■■■"■■ ' ; - ^: . ■·..■-■ ; . ^;

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6 , dadurch gekennzeichnet, daß ein Divisionsglied vorgesehen ist, in dem ein vorgegebener Digitalwert durch den Inhalt des dem Zähler zugeordneten Speicher geteilt wird.

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10.. Anordnung nach. Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Digitalwert von der Zahl der Grundmeßseiten abhängig ist.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Multiplikationsstufe vorgesehen ist, um einen vorgegebenen Digitalwert mit der durch den .Periodenzähler gegebenen Anzahl von Grundzeiten zu multiplizieren.

12. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein JDigitalgrundwert und Vielfache dieses Digitalwertes vorgesehen sind und daß eine von dem dem Periodenzähler zugeordneten Speicher gesteuerte Auswahlschaltung vorgesehen ist, die cLem Divisionsglied den der Zahl der die Meßzeit bildenden Grundzeiten entsprechenden Digitalwert zuführt.

Heidelberg, den 22. Oktober 1975
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