DE2365122A1

DE2365122A1 - Messystem

Info

Publication number: DE2365122A1
Application number: DE2365122A
Authority: DE
Inventors: John Henry Gallant; Michael Robert Thomas Johnson
Original assignee: May and Baker Ltd
Current assignee: May and Baker Ltd
Priority date: 1973-01-02
Filing date: 1973-12-29
Publication date: 1974-07-04
Also published as: JPS4999056A; FR2279072B1; GB1400901A; FR2279072A1; US3953803A; JPS6134200B2; GB1420771A

Description

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May & Baker Limited, Dagenhäm, Essex/England

Meßsystem

Die Erfindung betrifft ein Meßsystem zum Messen eines kontinuierlich variablen Parameters. Hauptaufgabe der Erfindung ist es, Streusignale, die für den abgelesenen oder registrierten Parameter repräsentativ sind, zu vermeiden.

Gemäß einer Lösung dieser Aufgabe ist ein erfindungsgemäßes Meßsystem gekennzeichnet durch einen Signal-Verarbeitungsteil mit einem Speicher zur Speicherung eines für den augenblicklichen Wert eines zu messenden Parameters repräsentativen Signals, mit einem Komperator zum Vergleichen des gespeicherten,, als Bezugssignal dienenden Signals mit einem nächstfolgenden, dem zu messenden Parameter entsprechenden Signal und zum Leiten von Signalen zum Ausgang des Signal-Verarbeitungsteiles, die innerhalb einer bestimmten Grenze der vorhergehenden Signale liegen, und schließlich mit einem Netzwerk zur Neuinformation des Speichers, indem diesem das nächstfolgende Eingangssignal eingegeben wird, welches als neues Bezugssignal dient.

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Erfindungsgemäß wird also ein Meßsystem mit einem Signal-Verarbeitungsteil vorgeschlagen, in welchem ein dem augenblicklichen Wert eines zu messenden Parameters repräsentatives Signal als Bezugssignal verwendet wird, gegenüber welchem das nächstfolgende Signal verglichen wird usw.. Außerdem sind Einrichtungen dafür vorgesehen, einem Ausgang Signale zuzuleiten, die entweder ähnlich einem unmittelbar vorhergehenden Signal sind oder innerhalb einer bestimmten Grenze davon liegen.

Bei Anwendung eines derartigen Systems zeigt sich, daß ein augenblicklich erhaltenes Signal, welches sich vonssinem vorhergehenden Bezugssignal unterscheidet, abgewiesen wird. Wenn jedoch der Parameter sich ändert, dann wird das nächste anschließende Signal - eine hohe Meßfolge vorausgesetzt - das gleiche wie das abgewiesene Signal sein, das inzwischen zum Bezugssignal geworden ist, so daß ein sich verändernder Parameter gemessen werden kann. Es zeigt sich also, daß das Bezugssignal kontinuierlich auf den neuesten Stand gebracht wird, da es stets die unmittelbar vorhergehende Ablesung umfaßt. Sollte ein augenblickliches Streusignal auftreten, wird es selbst als Ablesung abgewiesen und auch das nächste Signal wird abgewiesen, weil es nicht mit dem vorhergehenden Streusignal übereinstimmt. Jedoch wird das wiederum darauffolgende korrekte Signal registriert, weil es dann in der Regel das gleiche wie das vorhergehende Bezugssignal sein wird.

Das erfindungsgemäße Meßsystem findet seine besonders bevorzugte, aber nicht ausschließliche Anwendung beim Messen biologischer

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Schwankungen, beispielsweise von Körperstemperatur Schwankungen sowie von Schwankungen der Puls- oder Atemfrequenz. Weiterhin kann dieses System zur Fernmessung von Schwankungen der Temperatur und der Puls- oder Atemfrequenz eingesetzt werden, die jeweils an einer Reihe von Meßpunkten abgenommen werden. Diese verschiedenen Meßpunkte können beispielsweise an verschiedenen Patienten in einem Krankenhaus oder an in Käfigen gehaltenen Tieren angeordnet sein, die zur Untersuchung der Wirksamkeit neuer Medikamente unter gesteuerten Laborbedingungen verwendet werden. Die Meßwerte werden einem zentralen Überwachungspunkt, beispielsweise mittels einer Sender-Empfänger-Kopplung mitgeteilt. Ein Vorteil bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Meßsystems in dieser Art besteht darin, daß die Menschen oder Tiere sich frei innerhalb ihrer Umgebung bewegen können, während die Messungen, gegebenenfalls sogar kontinuierlich, durchgeführt werden. Als Ergebenis davon lassen sich genauere Ablesungen erhalten, als dies durch Stichprobenmessungen unter Anwendung von beispielsweise Thermometern möglich ist. Dies gilt besonders im Fall der Behandlung von Tieren, weil sich gezeigt hat, daß verschiedene vorübergehende Änderungen auftreten, beispielsweise eine anfängliche Absenkung der Hauttemperatur.

Dafür, daß ein Fern-Meßsystem wirksam ist, ist es erforderlich, daß das Meßsystem zwischen einem verwendbaren Signal und einem solchen Signal unterscheiden kann, das sich nicht auswerten läßt, beispielsweise tfeil es durch ein äußeres elektrisches Rauschen verzerrt ist und/oder weil der entsprechende Sender-

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teil eine Fehlfunktion aufweist.

In einer weiteren Ausbildung der vorliegenden Erfindung ist zu diesem Zweck ein Impulsbreiten-Diskriminator vorgesehen, der zur Aufnahme eines impulsartigen Signales und zur Erzeugung eines Ausgangssignales geeignet ist, wenn die Impulsbreite des aufgenommenen Signales innerhalb einer bestimmten Grenze liegt. Außerdem ist ein Signal-Verarbeitungsteil vorgesehen, der auf das Ausgangssignal anspricht und die Zeitdauer zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen des empfangenen Signales feststellt, die in bezug zu dem Wert der zu messenden physikalischen Variable steht, und der außerdem bestimmt, ob die festgestellte Zeitdauer ein annehmbares Signal repräsentiert, welches anschließend verwendet werden kann. Diese Bestimmung erfolgt durch Vergleich eines die Zeitdauer repräsentierenden Signales mit dem unmittelbar vorhergehenden, die Zeitdauer repräsentierenden Signal.

Der Signal-Verarbeitungsteil enthält zweckmäßigerv/eise einen Zeitgeber-Impulsgenerator, einen ersten Aufwärts-Zähler und einen zweiten Zähler, die beide so angeschlossen sind, daß sie Zeitgeberimpulse von dem im Zeitgeber-Impulsgenerator in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal aus dem Impulsbreiten-Di skriminator aufnehmen. Der zweite Zähler kann einen Speicher zum Speichern des unmittelbar vorhergehenden, im ersten Zähler enthaltenen Zählerstandes aufweisen und ist so angeordnet, daß er von dem gespeicherten Zählerstand die erhaltenen Zeitgeberimpulse subtrahiert. Weiterhin kann der Signal-Ver-

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arbeitungsteil Mittel enthalten, um festzustellen, ob die Differenz zwischen dem vorhergehenden Zählerstand unddem neu empfangenen Zählerstand innerhalb einer bestimmten Grenze liegt und - wenn das der Fall ist - den Zählerstand des ersten Zählers zum Ausgang des Signal-Verarbeitungsteiles zu transferieren. Diese Mittel können außerdem so ausgelegt sein,-daß sie den im ersten Zähler gespeicherten Zählerstand in den zweiten Zähler übertragen, unabhängig davon, ob am Ausgang des Signalr-Verarbeitungsteilsein Signal erscheint oder nicht.

An den Ausgang des Signal-Verarbeitungsteiles kann ein Signalkonverter angeschlossen sein, um das Ausgangssignal aus dem* Verarbeitungsteil in ein solches umzuwandeln, das für den zu messenden physikalischen Parameter repräsentativ ist. Zweckmäßigerweise sind der erste und zweite Zähler Binärzähler. Die Mittel zur Bestimmung, ob die Differenz zwischen dem vorhergehenden Zählerstand und dem neu empfangenen Zählerstand innerhalb eines bestimmten Bereiches liegt, die Einrichtungen zur Übertragung des Zählerstandes im ersten Zähler zum Ausgang des Signal-Verarbeitungsteiles und die Einrichtungen zur Übertragung des im ersten Zähler enthaltenen Zählerstandes in den zweiten Zähler (unabhängig davon, ob am Ausgang des Signal-Verarbeitungsteiles ein Signal erscheint) können alle entsprechend geschaltete logische Schaltelemente enthalten, wie z.B. NAND- und NOR-Gatter,monostabile Schaltkreise und Stromtor-Speicherkreise.

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Der Impulsbreiten-Diskriminator umfaßt zweckmäßigerweise zwei Zähler mit unterschiedlichen Maximal-Zählerständen, wobei die Differenz zwischen diesen beiden Maximal-Zählerständen so gewählt ist, daß sie ein Fenster bildet, dessen Breite dem bestimmten Bereich entspricht, innerhalb dessen das empfangene impulsartige Signal schwanken kann, ohne abgewiesen zu werden. Wenn beispielsweise der eine Zähler bis auf 10 und der zweite Zähler bis auf 16 gezählt hat, dann würde das Fenster sechs Zähler repräsentieren, nämlich die Differenz zwischen 10 und 16.

Wenn das Meßsystem für eine Mehrkanal-Anwendung ausgelegt ist, kann es außerdem einen Kanalwähler enthalten, der so angeschlossen, daß die Veränderung eines physikalischen Parameters an einer Mehrzahl von Meßstellen oder -Stationen bestimmt werden kann, indem der Kanalwähler der Reihe nach auf die verschiedenen Meßstellen weitergeschaltet wird. Für dan Fall, daß ein Kanal vorübergehend oder für Dauer defekt ist, ist der Signal-Verarbeitungsteil so mit dem Kanalwähler gekoppelt, daß bei Erhalt eines unannehmbaren Signals nach einer bestimmten Anzahl hintereinanderfolgender Anfragen an die Meßstelle der Kanalwähler auf den nächsten Kanal weitergeschaltet wird. Der Kanalwähler kann außerdem eine Warneinrichtung enthalten, die dann betätigt wird, wenn ein bestimmter Kanal offenbar für Dauer defekt ist, was sich dadurch anzeigt, daß dieser Kanal ständig unannehmbare Signale produziert, nachdem er eine bestimmte Anzahl von Malen nach Meßwerten abgefragt worden ist.

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Das erfindungsgemäße Meßsystem kann zur Anwendung in Verbindung mit einer Vielzahl von Sendern ausgelegt sein, die jeweils eine bestimmte Trägerfrequenz senden. In diesem Fall umfaßt das Meßsystem außerdem einen Radioempfänger, der durch den Kanalwähler so steuerbar ist, daß er die Signale des jeweils ausgewählten Senders empfängt und demoduliert.

Nach einer weiteren erfinderisch selbständigen Ausgestaltung wird ein Sender vorgeschlagen, der einen Wandler zur Abtastung einer Änderung in dem zu messenden physikalischen Parameter, einen quarzgesteuerten Oszillator zur Erzeugung einer Trägerwelle und einen Impulsbreitenmodulator zur Modulation der Trägerwelle mit einem auf■den Wert des zu messenden Parameters bezogenen Signal enthält, wobei der Modulator einen astabilen Multivibrator mit einem ersten Netzwerk für eine fixe Zeitkon stante und mit einem zweiten Netzwerk für eine^v·in Abhängigkeit von Änderungen im Ausgang des Wandlers variable Zeitkonstante enthält, welch letzteres auch den Wandler beinhaltet.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der beiliegenden Zeichnungen sowie aus weiteren Unteransprüchen. Soweit in der Beschreibung auf Einzelheiten der Zeichnung nicht ausdrücklich eingegangen ist, darf auf die Zeichnungen selbst verwiesen werden.

In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 ein schematisches Schaltdiagramm eines quarzgesteuerten

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Senders, der mit einem Meßkreis zur Temperaturmessung gekoppelt ist;

Fig. 2 ein Blockdiagramm eines Empfängersystems, das in Verbindung mit dem Sender nach Fig. 1 Verwendung findet;

Fig. 3 ein schematisches Schaltdiagramm des Signal-Verarbei— tungsteils in dem System nach Fig. 2;

Fig. 3A ein Impulsfolge-Diagramm, das die Folge von Übertragung, Belastung und Rückstellung in Fig. 3 veranschaulicht;

Fig. 4 ein schematisches Schaltdiagramm eines Wandlers, der an den Ausgang des Signal-Verarbeitungsteils, der in größerem Detail in Fig. 3 dargestellt ist, gekoppelt ist und

Fig. 5 schematisch ein. telemetrisches System mit einem Meßwertsender einschließlich einem Meßwert-Umformer, der auf dem Rücken eines Meerschweinchens befestigt ist, und mit einem Sendeempfänger zur Aufnahme und Demodulation des übertragenen Meßwertsignals.

Der in Fig. 1 der Zeichnungen dargestellte Schaltkreis läßt sich zweckmäßigerweise als aus zwei Teilen bestehend auffassen, nämlich aus einem Temperaturfühler-Teil, der einen Thermistor enthält, und aus einem quarzgesteuerten Senderteil, der einen Quarz 11, einen NPN-Transistor 12,eine Induktivität 13 enthält.

Der Temperaturfühler—Teil nach Fig. 1 umfaßt einen astabilen oder Freilauf-Multivibrator, mit einem PNP-Transistor 15 und einem NPN-Trarisistor 16. Der Emitter des Transistors 15 ist

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an eine positive Stromversorgungsschiene 17 angeschlossen, während sein Kollektor über einen Widerstand 19 an einer negativen Versorgungsschiene 20 liegt. Eine Diode 18 kann bei Bedarf in Reihe mit dem Kollektor des Transistors 15 und dem Widerstand 19 geschaltet sein, Der Emitter des Transistors 16 ist mit der Vorsorgungsschiene 20 verbunden, während sein Kollektor über einen Widerstand 21 an der Versorgungsschiene 17 liegt. Der Kollektor des Transistors 16 ist außerdem mit der Basis des Transistors 15 über einen Widerstand 22 ynd einen dazu parallel geschalteten Kondensator 23 verbunden. Die Basis des Transistors 16 ist über den Thermistor 10 an die Versorgungsschiene 17 und über einen Kondensator 25 an die ■Verbindung der Kathode der Diode 18 und des einen Endes des Widerstandes 19 angeschlossen.

Die Zeitkonstanten des astabilen Multivibratorkreises werden einerseits durch den Widerstand des Thermistors 10, die Kapazität des Kondensators ,25 und den Widerstandswert des Widerstandes 19 sowie andererseits durch den Durchlaßwiderstand der Transistoren 15 und 16.und der Diode 18, falls angeschlossen, zusammen mit dem Kapazitätswert des Kondensators 25 gebildet. Der Effekt zweier unterschiedlicher Zeitkonstanten besteht im folgenden: In dem einen Zustand des Schaltkreises, wenn beide Transistoren 15, 16 leitend sind, ist die Zeitkonstante, die sieh aus den Durchlaßwiderständen der Transistoren 15, 16 und der Diode 18 zusammen mit der Kapazität des Kondensators 25 ergibt, relativ kurz und zwar in der Größenordnung von 12 msec., wenn des Kondensator 25 eine Kapazität

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von 10 /U F aufweist. Wenn die Transistoren nichtleitend werden, dann wird der Kondensator 25 durch den Thermistor 10 geladen, dessen Widerstandswert temperaturabhängig ist. Da der Thermistor 10 eine negative Widerstand-Temperatur-Charakteristik hat, ist die zur Ladung des Kondensators auf einen für die Umkehr der Transistoren 15 und 16 3μ8Γβίο1ιβηαβη Wert benötigte Zeitdauer langer bei niedriger Temperatur als bei höherer Temperatur. Dementsprechend hat sich gezeigt, daß die Zeitdauer zwischen aufeinanderfolgenden 12 msec-Impulsen umgekehrt proportional zur Temperatur des zu messenden Körpers ist. Der Ausgang aus dem Kollektor des Transistors 15 ist an den Sinterkr.eis angeschlossen, von dem ein Signal mit einer diskreten Trägerfrequenz, die durch den Quarz 11 bestimmt ist, abgestrahlt wird.

Das von dem Sender abgestrahlte Signal enthält einen kurzen Hochfrequenzimpuls im Frequenzband an 28 bis 28,5.MHz. Die Impulsbreite liegt bei etwa 12 msec, und die Zeit zwischen den Impulsenteträgt normalerweise 2 bis 3 see. Das abgestrahlte Signal wird durch das Impulssignal mit der eben erläuterten Form moduliert. Im Hinblick darauf, daß die Transistoren 12, 15 und 16 während einer relativ langen Zeit (angenähert 2 bis 3 see.) nichtleitend sind, und daß der Kondensator 25 durch den Thermistor 10 geladen wird, ist der Energieverbrauch des Schaltkreises sehr klein. Daraus folgt, daß der Schaltkreis in Verbindung mit einer Quecksilberzelle eingesetzt werden kann, die eine lange Batterielebensdauer vermittelt, da der Schaltkreis einen niedrig belasteten Arbeitszyklus hat.

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Wenn vorhanden, dient die Diode 18 dazu, die Stabilisierung der 12 ms-Impulse gegenüber Versorgungs-Spannungs-Schwankungen zu unterstützen.

Die Zeitdauer zwischen aufeinanderfolgenden 12 ms-Impulsen ist fast genau timgekehrt proportional zu der durch den Thermistor 10 abgefühlten Temperatur.

Die Fig. 2 zeigt eine Darstellung eines Empfängersystems, das in Verbindung mit einer Mehrzahl von Sendern, beispielsweise von zehn Sendern, der in Fig. 1 gezeigten Art eingesetzt werden kann. Dabei hat aber jeder Sender seine eigene eindeutige Frequenz. Das Empfängersystern umfaßt einen Kanalwähler 30, der manuell oder automatisch betätigbar ist, um die Sender der Reihe nach anzusteuern. Die von dem Kanalwähler 30 ausgegebenen Signale geben eine Information an die einzelnen Teile des Empfängersystems, welcher der Sender gerade abgefragt wird. Wenn ein bestimmter Kanal gewählt ist, dann veranlaßt der Kanalwähler einen zusammengesetzten durchstimmbaren Oszillator (VFO) 31 zur Erzeugung eines Signals, das zur Demodulation des impulsartigen, von einem Überlagerungsempfänger 32 aufgenommenen Signals dient. Dadurch wird am Ausgang des Empfängers der von dem Sender abgestrahlte Originalimpuls erhalten. Der Impuls wird einem Impulsbreiten-Diskriminatorkreis 33 zugeführt, der so ausgelegt ist, daß er Impulse von angenähert der richtigen Breite annimmt. Auf diese Weise kann jegliche elektrische Interferrenz zum überweigenden Teil eliminiert werden. Zweckmäßigerweise enthält der Impulsbreiten-Diskriminator 33

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zwei Zähler, von denen jeder einen unterschiedlichen Maximalzählerstand hat, so daß die Differenz zwischen den beiden Zählerständen ein Fenster bildet. Wenn dem Diskriminator ein Impuls angelegt wird, werden beide Zähler in steigendem Sinne verstellt, beispielsweise um einen Impuls je Millisekunde des Eingangssignals, und wenn dann beispielsweise der eine Zähler einen Maximalzählerstand von 10 und der andere einen Maximalzählerstand von 16 hat, dann fällt bei einem 12 ms-Impuls dieser in das erwähnte Fenster. '

Als Ergebnis davon, daß ein Impuls mit einer Impulsbreite empfangen wird, die der durch den Impulsbreiten-Diskriminator 33 annehmbaren Impulsbreite entspricht, wird ein Ausgangsimpuls erzeugt. Dieser ist ein Standardimpuls mit einer Impulsdauer von beispielsweise 100 mikrosec. Der Ausgangsimpuls wird einem Signal-Verarbeitungsteil 34 zugeführt, der die ankommenden Signale in eine binäre Zahl mit 10 bit umwandelt, welche die Zeitdauer zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen repräsentiert. Dies erfolgt so, daß praktisch jegliche Falschmessung dieses Zeitdauer eliminiert wird. Die binäre Zahl aus dem Signal-Verarbeitungsteil 34 gelangt zusammen mit einer den jeweiligen Kanal identifizierenden Imformation zu Eingängen 37 bzw. 38 eines Wandlers 35. Der Wandler 35 erzeugt ein analoges Spannungssignal, das der vom fender gemessenen Temperatur proportional ist. Der Wandler enthält außerdem einen Speicher für jeden Sender, der den zuletzt gemessenen Zeitdauerwert zwischen den Signalimpulsen speichert. Auf diese Weise enthält man ein kontinuierliches Ausgangssignal für die Temperatur für jeden

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Sender, das außerdem stets auf den neuesten Stand gebracht wird, wenn der Sender mit Erfolg abgefragt worden ist. Wenn der Signal-Verarbeitungsteil 34 die korrekte Messung der Zeitdauer für den gerade abgefragten Sender aufgenommen hat, wird ein vom Kanal aufgenommenes Signal über eine Leitung 36 zum Kanalwähler 30 gegeben, der dann zur Abfrage des nächsten Kanals übergeht. Für den Fall, daß ein Kanal vorübergehend oder für Dauer defekt ist, ist vorgesehen, daß der Signalverarbeitungsteil 34 den Kanalwähler 30 weiterschaltet, wenn ein unlesbarer Eingangswert erhalten wird, nachdem der Meßpunkt eine bestimmte Anzahl von Malen nacheinander abgefragt worden ist. Mit dem Kanalwähler 30 ist eine Warneinrichtung 39 verbunden, die dann in Tätigkeit tritt, wenn ein bestimmter Kanal offenbar dauernd defekt ist. Dies zeigt sich dadurch an, daß der Kanal auch noch nach einer vorbestimmten Anzahl von Abfragen unaufnehmbare Signale erzeugt.

Die Fig. 3 zeigt den Signal-Verarbeitungsteil 34 in größerem Detail. Die Funktion dieses Schaltkreises besteht darin, die Zeitdauer zwischen aufeinanderfolgenden 100 /us-Impulsen aus dem Impulsbreiten-Diskriminätor so zu messen, daß praktisch Falschmessungen der Zeitdauer eliminiert werden. Der Hauptteil des Signal-Verarbeitungsteiles umfaßt einen Zeitgeber-Impulsgenerator 40, einen ersten Zähler 41, der ein einfacher vorwärtszählender Zusatzzähler ist und fünf integrierte Schaltkreiseinheiten des Typs SL 7473 L umfassen kann, und einen zweiten Zähler 42, der drei integrierte Schaltkreiseinheiten vom Typ SL 74193 L enthalten kann, einen Speicher aufweist

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und sowohl vorwärts wie rückwärts zählen kann. Für die Schilderung des vorliegenden Ausführungsbeispiels sei angenommen, daß beide Zähler 41 und 42 binäre Zähler mit 10 bit sind. Der Zeitgeber-Impulsgenerator 40 wird durch den Kanalwähler 30 (Fig. 2) so programmiert, daß er Zeitgeber?-Impulse einer bestimmten Frequenz für jeden Sender erzeugt und zwar so, daß beispielsweise eine Grundtemperatur von 35⁰C eine Meßzeitdauer von 1000 Zählern erzeugt. Der Ausgang des Zeitgeber-Impulsgenerators 40 ist mit einem Eingang eines NAND-Gatters 43 verbunden, an dessen anderem Eingang der Ausgang eines T-Flip-Flops oder eines Stromtorspeichers 44 liegt, das beispielsweise eine Ausführung Texas-Instrument SL 7474 L ist und an seinem Zeitgebereingang das 100 Mikrosekunden-Signal von dem Impulsbreiten-Diskriminator 33 (Fig. 2) empfängt. Beim Eingang eines Signals aus dem Impulsbreiten-Diskriminator 33 steht der Zähler 41 auf Null, während der Zähler 42 die zuvor im Zähler 41 gehaltene Zahl aufweist. Wenn das Standard-Hundert-Mikrosekunden-Signal aufgenommen worden ist, dann macht der Q gegenüber dem Φ -Ausgang des T-Flip-Flops 44 das NAND-Gatter 43 leitend und es werden Zeitgeberimpulse dem Zähler 41 und dem "Abwärts"-Eingang des Zählers 42 über ein NAND-Gatter 45 zugeführt. Mit der Zunahme des Zählstandes im Zähler 41 verringert sich zunehmend der Zählstand im Zähler 42. Für den Fall, daß der Zähler 42 den Stand Null erreicht, während der Zählstand im Zähler 41 noch ansteigt, ändert ein weiteres T-Flip-Flop 46 seinen Zustand in Abhängigkeit von einem Nullsignal, das über NOR-Gatter 47 _r 48 und 49 erhalten wird. Die Ausgänge dieser Gatter sind mit einem NAND-

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Gatter 50 verbunden, dessen Ausgangssignal durch einen Inverter 51 umgekehrt wird, bevor es an den Zeitgebereingang des T-Flip-Flops 46 angelegt wird.

Durch die Zustandsänderung des Flip-Flops 46 erfolgt ein Ausgangssignal, um ein NAND-Gatter 52 einzublenden, während ein weiteres Signal erfolgt, um das Gatter 45 abzuschalten, so daß die Zeitgeberimpulse daraufhin über NAND-Gatter 42 zum "Aufwärts"-Eingang des Zählers 42 geleitet werden. Hierdurch beginnt der Zählerstand im Zähler 42 zu steigen. Wenn das nächste Signal vom Impulsbreiten-Diskriminator 33 (Fig. 2) eintrifft, veranlaßt seine vordere Flanke eine Zustandsänderung des T-Flip-Flops 44, so daß ein Ausgangssignal aus dem NAND-Gatter 43 verhindert wird und die Zählerstände in den Zähler 41 und 42 eingefroren werden. Der Zählerstand im Zähler 41 enthält nunmehr den zuletzt gemessenen Wert der Zeitdauer (Periode), während der Zählerstand im Zähler 42 die Differenz zwischen dieser und der zuvor gemessenen Periode aufweist.

Die hintere Flanke des Eingangssignales löst eine Transfer-Lade- und Rückstell-Folge von Impulsen aus, die aus Fig. 3A hervorgeht. Die hintere Flanke des Eingangs-Impulses wird dazu verwendet, einen monostabilen "Transfer"-Schaltkreis zu triggern, der einen positiven 3Q0-Mikrosekunden-Impuls als Ausgangssignal an einem Anschluß 56 und einen negativen Impuls als Ausgängssignal an einem Anschluß 57 bewirkt. Der negative Transfer-Impuls dient zum Abtasten des Ausgangssignals aus dem

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Zähler 42. Liegt dieses innerhalb beispielsweise von drei Zählern um Null, was andeutet, daß die beiden letzten Periodenmessungen nahezu gleich sind, dann wird der Transfer-Impuls über einen NOR-Kreis 58 geleitet, um den Zustand eines T-Flip-Flops 59 zu ändern. Dieser Impuls wird nach seiner Umkehr durch einen Inverter 60 außerdem zu einem geeigneten Kanalspeicher im Konverter 35 (Fig. 2) geleitet. Dieser Speicher enthält NOR-Gatter 61 bis 70, an deren jeweilig anderen Eingang ein Signal aus dem Kanalwähler 30 anliegt.

Um zu verstehen, wie der Signal-Verarbeitungsteil entscheidet, ob die Zählerstände innerhalb von drei Zählern um Null liegen oder nicht, sei darauf hingewiesen, daß die am wenigsten, signivikanten bits des Zählers 42 mit dem NOR-Gatter 47 verbunden sind, während die am meisten signivikanten bits in Gruppen von jeweils vier mit den NOR-Gattern 48 und 49 in Verbindung stehen. Wenn, daher ein Zählerstand von drei oder weniger im Zähler 42 vorliegt, dann erscheint entweder kein Signal oder es erscheinen Signale an einem oder beiden der zu dem NOR-Gatter

47 führenden Leitungen, während vom Zähler 42 zu den NOR-Gattern

48 und 49 keine Ausgangssignale entstehen. Die Ausgänge der beiden NOR-Gatter sind mit einem NAND-Gatter 80 verbunden, an desssen drittem Eingang der Ausgang S aus einem T-Flip-Flop 81 liegt, das normalerweise auf dem logischen Zustand 1 steht. In diesem Zustand erzeugt das NAND-Gatter 80 ein Ausgangssignal, das an dem einen Eingang des NOR-Gatters 58 angelegt wird. Der andere Eingang-dieses Gatters ist mit dem ü-Ausgang 57 des monostabilen Transfer-Schaltkreises 55 verbunden.

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Als Ergebnis davon erzeugt das NOR-Gatter ein Ausgangssignal, das als ^eitgeber-Eingang an das T-Flip-Flop 59 angelegt wird. Für den Fall aber, daß der Zähler 42 einen Zählerstand entsprechend vier oder darüber aufweist, entsteht kein Ausgangssignal an dem NOR-Gatter und dementsprechend erhält das T-Flip-Flop 59 auch kein Zeitgeber-Eingangsssignal.

Tritt eine- Situation ein, in der der Zählerstand im Zähler 42 innerhalb von drei Zählern um Null liegt, dann wird der am Q-Ausgang 56 des monostabilen Schaltkreises 55 erscheinende Transfer-Impuls als Eingangssignal an einen monostabilen "Lade"-Schaltkreis 85 angelegt, dessen an einem Anschluß 86 erscheinendes positives Ausgangssignal Q einem NAND-Gatter 87 zugeführt wird. Außerdem wird die hintere Flanke dieses positiven Ausgangssignals an einen monostabilen "Rückstell"-Schaltkreis 88 angelegt. Das NAND-Gatter 87 hat einen zweiten Eingang, der mit dem positiven oder Q-Ausgang des T-Flip-Flops 59 verbunden ist, so daß ein. negativer Impuls als Ausgangssignal erscheint und als vom Kanal erfaßtes Ausgangssignal wirkt, das zum Kanalwähler zurückgeführt wird, damit dieser weitergeschaltet wird und den nächsten Sender abfragt. Bevor dies geschieht, wird jedoch der negative'Lade-Impulse, der am fr-Ausgang 89 des monostabilen "Lade·"—Schaltkreises 85 erscheint, dazu verwendet, den neuerlich gemessenen Periodenwert des Zählers 41 in den Zähler 42 umzuspeichern. Dieser neuerlich gemessene Wert wird außerdem dem Konverter 35 (Fig. 2) zugeführt. Das Ausgangssignal aus dem monostabilen "Rückstell"-Schaltkreis 88 wird.dazu verwendet, die T-Flip-Flops44, 46, 59 und 81

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rückzustellen und außerdem den Zähler 41 zu löschen. Das T-Flip-Flop 44 erlaubt es dem NAND-Gatter 43 j leitenden Zustand anzunehmen, so daß Zeitgeberimpulse von dem Zeitgeber-Impulsgenerator 40 zu den Zählern 41 und 42 gelangen.

Das T-Plip-Flop 81 dient zur Feststellung, wann und ob ein echtes Signal ausgelassen ist; dies bewirkt, daß der Zählerstand im Zähler 41 den Maximalzählerstand überschreitet. Wenn dies auftritt, dann verhindert das Ausgangssignal aus dem T-Flip-Flop, daß der Transfer-Impuls irgendeinen der Datenwerte zeitmäßig erfaßt und den Speichern des Konverters 35 (Fig. 2) eingibt.

In einer Situation, in der der Zählerstand im Zähler 42 nicht innerhalb von drei Zählern um Null liegt, wird zwar die Ablesung im Konverter 35 (Fig. 2) nicht registriert, jedoch der Zählerstand im Zähler 41 in den Zähler 42 überführt, um den Beginn des nächsten Zyklus abzuwarten. Die so geschaffene Möglichkeit ist deshalb von Bedeutung, weil zwangsläufig keine Übereinstimmung zwischen dem für den vorhergehenden Meßvorgang repräsentativen Zählerstand und dem neuen Zählerstand bestehen wird, wenn einer der Meßpunkte gegenüber dem nächstfolgenden eine signivikant unterschiedliche Temperatur aufweist. Jedoch wird bei der nächstfolgenden Anfrage der in den Zähler 42 eingegebene Zählerstand derjenige sein, der sich auf die erste Abfrage des neuen Meßpunktes bezieht, so daß unter normalen Umständen, unter aufeinanderfolgenden Abfragen innerhalb eines Zeitraumes von Sekunden, eine gegebenenfalls auftretende

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Temperaturänderung "bedeutungslos sein wird.

In dem schematischen Blockschaltbild gemäß Fig. 3 können die beiden Eingangs-NOR-Gatter vom Typ SN 7402 W, die vier Eingang s-NOR-Gatter vom Typ SN 7425 N, die beiden Singangs-NAND-Gatter vom Typ SN 7400, die drei Eingangs-NAND-Gatter vom Typ SN 7410 N, die T-Flip-Flops vom Typ SN 7474 N, die monostabilen Schaltkreise vom Typ SN 74121 N sein. Der Aufwärtszähler 41 kann fünf zusammengeschaltete Einheiten vom Typ SN 7473 N und der Auf-Ab-Zähler 42 drei zusammengeschaltete Einheiten vom Typ SN 74193 N umfassen.

DieFig. 4 zeigt einen von einer Vielzahl von Schaltkreisen, aus denen der Konverter 35 in Fig. 2 sich zusammensetzt und dessen Funktion es ist, die Perioderimessung zwischen aufeinanderfolgenden Signalimpulsen aus dem Sender in eine analoge, die Temperatur repräsentierende Spannung umzuwandeln. Der Perioden-Datenwert aus dem Signal-Verarbeitungsteil, d.h. der Zählerstand aus dem Zähler 41 wird nach seiner Aufnahme einem 10-bit-Speicher 90 zugeführt, der außerdem einen weiteren Eingang zur Aufnahme eines den Kanal identifizierenden Signals aus dem Signal-Verarbeitungsteil aufweist. Dieses Signal gelangt zu dem Speicher 90 über ein bestimmtes der NOR-Gatter bis 70. Das in dem 10-bit-Speicher 90 gespeicherte Signal dient dazu, ein Ausgangssignal in einem Konverter-Netzwerk zu erzeugen, das dem Reziprokwert der Periode zwischen den Signalimpulsen proportional ist. Der Ausgang aus dem Konverter ist eine analoge Spannung, die die Temperatur repräsentiert.

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Der im 1OrMt-Sp ei eher 90 gespeicherte Perioden-Datenwert wird jedesmal auf neuesten Stand gebracht, wenn ein zugeordneter Sender mit Erfolg abgefragt worden ist.

Es versteht sich, daß so viele 10-bit-Speicher 90, Konverter-Netzwerke 91 und Verstärker 92 vorliegen, wie-Signalkanäle vorhanden sind.

Das Konverter-Netzwerk 91 umfaßt ein Widerstandsnetzwerk, dessen Wert durch die in dem Speicher 90 gespeicherte 10-bit-Binärzahl so geändert wird, daß der gesamte Widerstand proportional zum Reziprokwert dieser Binärzahl ist. Das bedeutet beispielsweise, daß die Zahl 1000 ROhm, die Zahl 500 2R0hm und die Zahl 250 4R0hm entspricht.

Wenn durch das Widerstandsnetzwerk ein konstanter Strom fließt, dann entsteht eine Ausgangsspannung, die dem Reziprokwert der zwischen den Signalen bestehenden Periode proportional ist. Somit ist diese Ausgangsspannung des Widerstandsnetzwerkes der an einem zugeordneten Sender abgetasteten Temperatur proportional. In einem speziellen Beispiel ist im Signal-Verarbeitungsteil 34 die Periodenzählung für eine Temperatur von 35°C mit der Zahl 1000 für alle Sender festgelegt. Die Periodenzählung bei einer Temperatur von 40,6 C wird eine kleine Änderung von Sender zu Sender zeigen. Durch Verbinden des Verstärkers 92 mitdem Ausgang des Konverter-Netzwerkes 91 und durch Einschalten eines variablen Rückkopplungs-Widerstandes 93 zwischen den Eingang und den Ausgang des Verstärkers - wobei

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der variable Widerstand als Empfindlichkeitssteuerung wirkt erhält man mittels des variablen Widerstandes eine Abstimmung, durch die keine Schwankungen von Sender zu Sender kompensiert werden. Der zugeordnete Verstärker 92 erzeugt somit ein Ausgangssignal, das der Temperatur proportional ist, so daß beispielsweise 35⁰C einer Spannung von 0 Volt und 40,6°C einer Spannung von 5 Volt entsprechen.

Bei Bedarf kann das Ausgangssignal aus dem Konverter 35 nach der erfolgreichen Abfrage eines Kanals dazu verwendet werden, einen digitalen Ausschrieb zu erstellen Oder es kann auch auf einem Mehrkanal-Rekorder, beispielsweise auf einem Magnetbandoder Film-Rekorder, registriert werden.

Es versteht sich, daß trotz fehlender Darstellung in den Zeichnungen die Schaltkreise der Fig. 2 bis 4 je nach Bedarf Zwischenschicht-Schaltkreise und Energieversorgungen enthalten können.

Die Fig. 5 zeigt schematisch, wie die Temperatur eines Meerschweinchens 100 kontinuierlich und von ferne gemessen werden kann, während sich das Tier frei in einem nichtgezeigten Käfig bewegen kann. Ein quarzgesteuerter Sender 101, der in Fig. 1 dargestellten Bauart ist auf dem Rücken des Meerschweinchens 100 mittels eines elastischen Bandes oder Verbandes 102 festgelegt. Außerhalb des Käfigs an einer zweckmäßig bestimmten Stelle ist ein Radioempfänger 103 angeordnet, der die Elemente 31 bis 36 gemäß Fig. 2 enthält. Mittels der Sende-Koppelung zwischen der Spule 13 (Fig. 1) des Senders kann die Tempera-

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tür überwacht werden, wenn dieses ruht oder sich in seinem Käfig bewegt. Es sind hier zwar als Beispiel Meerschweinchen erwähnt, jedoch versteht sich, daß alle sonstigen Warmblüter, wie Menschen, Affen u.dgl., an deren Stelle treten können.

In den Zeichnungen ist der Sender 101 als Block dargestellt.
Vorzugsweise ist er jedoch in faltbarer Form verpackt, so daß er bei seiner Befestigung sich der Oberflächenform enger als
ein Block anpassen kann. Weiterhin kann die vorliegende Erfindung nicht nur im Zusammenhang mit einer Temperaturmessung
eingesetzt werden, sondern läßt sich auch zur Messung anderer biologischer und physikalischer Variablen, z.B. der Puls- und Atemfrequenz, verwenden. Andere Anwendungen der Erfindung bestehen darin, sich langsam ändernde Parameter in lebensfeind— licher Umgebung zu messen. Es können auch Messungen von Strömungstemperaturen oder von Dehnungen, die mittels Dehnmeßstreifen erfaßt werden, vorgenommen werden. Schließlich versteht sich, daß die Liste für die gemäß Fig. 3 verwendeten
Schaltelemente nur beispielsweise gegegeben ist, da ein
Durchschnittsfachmann auf dem einschlägigen Gebiet den Schaltkreis anstelle der beschriebenen positiven Logik auch mit
negativer Logik auslegen kann.

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Claims

Patentansprüche

.J Meßsystem, gekennzeichnet durch ein Signal-Verarbeitungsteil (34) mit einem Speicher (42) zur Speicherung eines für den augenblicklichen Wert eines zu messenden Parameters repräsentativen Signals, mit einem Komperator (46 bis 52, 58, 59» 60, 80) zum Vergleichen des gespeicherten, als Bezugssignal dienenden Signals mit einem nächstfolgenden, dem zu messenden Parameter entsprechenden Signal und zum Leiten von Signalen zum Ausgang des Signal-Verarbeitungsteiles (34), die innerhalb einer bestimmten Grenze der vorhergehenden Signale-liegen, und schließlich mit einem Netzwerk (85) zur Neuinformation des Speichers (42), indem diesem das nächstfolgende Eingangssignal eingegeben wird, welches als neues Bezugssignal dient.
2. Meßsystem nach Anspruch " 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Speicherung des nächstfolgenden Signals ein weiterer Speicher (41) vorgesehen ist.
3. Meßsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (42) einen ersten Zähler und der weitere Speicher (41) einen Aufwärts-Zähler umfaßt und daß ein Zeitgeber-Impulsgenerator (40) vorgesehen ist, um beiden Zählern (41, 42) in Abhängigkeit von einem dem Signal-Verarbeitungs-. teil (34) zugeleiteten Eingangssignal Zeitgeberimpulse zuzuleiten.

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4. Meßsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß logische Schaltungen (47 bis 51) vorgesehen sind, um festzustellen, ob der Zählerstand in dem Aufwärts-Zähler (41) innerhalb der vorgegebenen Grenze des Zählerstandes in dem ersten Zähler liegt und, falls dies der Fall ist, den Zählerstand in dem Aufwärts-Zähler (41) einem Ausgang des Signal-Verarbeitungsteiles (34) zuführt.
5. Meßsystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Zähler (42) einen Speicher zur Speicherung des unmittelbar vorhergehenden Zählerstandes im Aufwärts-Zähler (41) aufweist und so angeordnet ist, daß die aufgenommenen Zeitgeberimpulse von dem darin gespeicherten Zählerstand abgezogen werden.
6. Meßsystem nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Zähler (42, 41) Binärzähler sind.
7. Meßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet-, daß zur Bestimmung, ob ein Eingangssignal zur Verarbeitung im Signal-Verarbeitungsteil (34) geeignet ist, ein Diskriminator (33) vorgesehen ist.
8. Meßsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Diskriminator (33) einen Impulsbreiten-Diskriminator enthält, um impulsartige Eingangssignale aufzunehmen und ein Ausgangssignal zu erzeugen, wenn der Abstand zwischen auf-

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einanderfolgenden empfangenen Eingangssignalen innerhalb einer bestimmten Grenze liegt, und daß das Ausgangssignal als Eingangssignal dem Signal-Verarbeitungsteil (34) zugeführt wird.
9. Meßsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsbreiten-Diskriminator (33) zwei Zähler mit verschiedenen Maximal-Zählerständen enthält und daß die Differenz zwischen den beiden Maximal-Zählerständen ein Fenster bilden, dessen Breite der bestimmten Grenze entspricht, innerhalb der das empfangene impulsartige Signal liegen kann, ohne abgewiesen zu werden.
10. Meßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Signal-Verarbeitungsteil (34) ein Signal-Konverter (35) verbunden ist, um ein Ausgangssignal davon in ein Signal umzuwandeln, das für den zu messenden physikalischen Parameter repräsentativ ist.
11. Meßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9> dadurch gekennzeichnet, daß eine Speichereinrichtung zum Speichern des Ausgangssignales aus dem Signal-Verarbeitungsteil (34) vorgesehen ist.
12. Meßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kanalwähler (30) vorgesehen ist, um eine

■ Mehrzahl von Meßpunkten abzufragen.

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13· Meßsystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet^ daß der Kanalwähler (30) mehrere Meßpunkte in einer bestimmten Reihenfolge automatisch abfragt und daß er eine Einrichtung zum Weiterschalten des Kanalwählers auf den nächstfolgenden Meßpunkt enthält, sobald ein Meßpunkt eine bestimmte Anzahl von Malen nacheinander ohne Erfolg abgefragt ist.
14. Meßsystem nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß eine Warneinrichtung (39) vorgesehen ist, die bei einem dauernden Defekt eines bestimmten Kanals ein Signal aussendet.
15. Meßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem ein einer Änderung eines zu messenden Parameters repräsentatives Signal mittels einer Sender-Koppelung an das Meßsystem übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsystem einen Radioempfänger (32) enthält.
16. Meßsystem nach einem der Ansprüche 12, 13 oder 14, bei dem für Änderungen eines zu messenden Parameters repräsentative Signale von einem Radioempfänger aufnehmbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale über eine Mehrkanal-Sender-Koppelung übertragbar sind, wobei jedem Parameter eine eigene definierte Trägerfrequenz zugeordnet ist.

N.
17. Meßsystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß

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der Kanalwähler (30) die Auswahl eines bestimmten abzufragenden Kanals steuert, indem er die im Radioempfänger (32) zur Demodulation des Kanals verwendete geeignete Frequenz auserwählt.
18. Tele-Meßsystem, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 17, gekennzeichnet durch einenSender (101) mit einem Meßwert-Yfandler (10), dessen elektrische Charakteristik in Abhängigkeit von einer Änderung des zu messenden physikalischen Parameters veränderbar ist, und durch einen Modulator (15, 16) zur Modulation einer Trägerwelle des " Senders mit einem für den zu messenden Parameter repräsentativen Signal sowie ferner durch einen Empfänger (32).
19· Tele-Meßsystern, gekennzeichnet durch ein Meßsystem nach Anspruch 1.6 oder 17 und durch eine Mehrzahl von Sendern (101), von denen jeder mit einer anderen Trägerfrequenz sendet und einen Meßwert-Wandler (10) enthält, dessen elektrische Charakteristik in Abhängigkeit von einer Änderung des zu messenden physikalischen Parameters veränderbar ist, und.ferner dadurch gekennzeichnet, daß ein Modulator (15, .16) zur Modulation der Trägerfrequenz jedes Senders mit einem für den zu messenden Parameter repräsentativen Signal vorgesehen ist.
20. Tele-Meßsystem nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Sender (101) einen quarzgesteuerten Oszillator zur Erzeugung der Trägerfrequenz enthält.

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21. Tele-Meßsystem nach Anspruch 18, 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulator einen Impulsbreiten-Modulator aufweist.
22. Tele-Meßsystem nach Anspruch 21,dadurch gekennzeichnet, daß.der Impulsbreiten-Modulator einen astabilen Multivibratorkreis (15, 16) mit einem ersten Netzwerk (15* 18, 25, 16) für eine fixe Zeitkonstante und mit einem zweiten Netzwerk (10, 25, 19) für eine variable Zeitkonstante aufweist und daß der Impulsbreitenmodulator ein Ausgangssignal erzeugt, das den Sender zum Senden eines Signalimpulses der Trägerfrequenz während der durch das Netzwerk (15, 18, 25, 16) für die fixe Zeitkonstante festgelegten Periode veranlaßt.
23. Tele-Meßsystem nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. jeder Wandler einen Thermistor (10) umfaßt.
24. Meßsender, insbesondere in Verbindung mit einem Meßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 23, gekennzeichnet durch einen Wandler (10) zum Abtasten einer Änderung eines zu messenden physikalischen Parameters, durch einen quarzgesteuerten Oszillator (11, 12und 13) zur Erzeugung einer Trägerwelle und durch einen Modulator (15, 16) zur Modulation der Trägerwelle mit einem auf den Wert des zu messenden Parameters bezogenen Signal, wobei der Modulator einen freilaufenden Multivibrator mit einem

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ersten Netzwerk (15, 18, 25, 16) für eine fixe Zeitkonstante und mit einem zweiten'Netzwerk (10, 25, 19) für eine variable Zeitkonstante, das den Wandler enthält, aufweist.
25. Sender nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (11, 12, 1j5) während der durch das Netzwerk (15, 18, 25, 16) für die fixe Zeitkonstante bestimmten Zeitperiode erregbar ist.
26. Sender nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler einen Thermistor (10) umfaßt.

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