DE2400603B2 - Verfahren zum feststellen der ganggeschwindigkeit einer elektronischen uhr und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Es sind Uhren von der mechanischen Uhr mit einer Feder als Energiequelle über die Batterieuhr mit einer elektromagnetisch angetriebenen Abstimmgabel oder einem Federausgleich bis zu der Kristalluhr mit einem Kristalloszillator, der ein Hochfrequenzsignal als Zeitnormal erzeugt, entwickelt worden. Es ist auch eine vollständig elektronische Uhr entwickelt worden, die ein elektrooptisches Anzeigeelement, wie einen Flüssigkristall, eine Lichtemissionsdiode u. dgl. als Zeitanzeigevorrichtung verwendet und die überhaupt nicht mit bewegbaren Teilen versehen ist.

Bekannte Vorrichtungen zum Feststellen der Ganggeschwindigkeit von Uhren zum Zwecke des Prüfens des Vorgehens oder Nachgehens beim Lauf der Uhren innerhalb einer speziellen Zeiteinheit werden nachfolgend beschrieben.

Bei einer bekannten Vorrichtung zum Feststellen der Ganggeschwindigkeit einer mechanischen Uhr wird der Schall, der durch Schwingungen oder Stöße eines in der Uhr eingebauten Schwingkörpers oder einer mit dem Schwingkörper verbundenen Nadellaufeinrichtung erzeugt wird, d. h. das Ticken mittels eines an der Außenseite des Uhrgehäuses angebrachten Mikrofons festgestellt. Bei einer bekannten Vorrichtung zum Feststellen der Ganggeschwindigkeit einer Uhr mit einer Abstimmgabel u. dgl., die eine relativ hohe Zahl von Schwingungen und ein niedriges Ticken aufweist, oder einer Uhr, die eine elektromagnetische Antriebsvorrichtung u. dgl. enthält und die kein Ticken erzeugt, wird der magnetische Streufluß, der von dem Schwin- (>o gungskörper oder der Nadellaufvorrichtung erzeugt wird, elektromagnetisch mittels einer Detektorspule festgestellt, die für das Uhrengehäuse vorgesehen und an dessen Außenseite angeordnet ist.

Bei einer vollelektronischen Uhr, die ein elektrooptisches Anzeigeelement, wie einen Flüssigkristall oder eine Lichtemissionsdiode verwendet, wird weder ein Ticken noch ein magnetischer Streufluß erzeugt, weshalb es unmöglich ist, die Ganggeschwindigkeit der Uhr mit Hilfe eines Mikrofons oder einer Detektorspule wie im Falle der bekannten Verfahren festzustellen. In diesem Falle wird ein Detektoranschluß vorgesehen, der sich durch das Uhrengehäuse erstreckt und über diesen Anschluß wird ein Ganggeschwindigkeitssignal, das in dem Uhrgehäuse erzeugt wird, zu einem Detektor abgegeben, der an der Außenseite des Uhrgehäuses angebracht ist. Dieses bekannte Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß ein in dem Uhrgehäuse angeordneter Kreis der Gefahr ausgesetzt ist, daß er durch äußere Störungen beeinflußt wird, daß das Vorhandensein des Detektoranschlusses für die Uhr nicht vorteilhaft ist, da, dieser Platz in Anspruch nimmt, und daß die Uhr über einen Leiter mit dem Ganggeschwindigkeitsdetektor jedesmal verbunden werden muß, wenn die Messung der Ganggeschwindigkeit ausgeführt wird. Daraus ergibt sich, daß dieses bekannte Vertahren zum Feststellen der Ganggeschwindigkeit von Uhren ungeeignet ist, die in großer Stückzahl hergestellt werden.

Di? Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die in der Lage sind, die Ganggeschwindigkeit einer vollelektronischen Uhr, die eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung u. dgl. verwendet, in einfacher und sehr stabiler Weise festzustellen, ohne daß ein spezieller Detektoranschluß für die Uhr vorgesehen werden muß.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß eine Detektorelektrode mit einer der Antriebselektroden der Anzeigevorrichtung der Uhr kapazitiv gekoppelt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielshaft anhand der Zeichnung beschrieben, in der sind

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Vorrichtung zum Feststellen der Ganggeschwindigkeit für eine elektronische Uhr, die eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung verwendet,

F i g. 2 eine graphische Darstellung der Phasenbeziehunig zwischen der Spannungswelle zum Antreiben des in F i g. 1 gezeigten Flüssigkristalls und der festgestellten Spannungswellen,

F i g. 3 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung einer Kristalloszillator-Uhr, welche die in F i g. 1 gezeigte Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung verwendet,

F i g. 4 eine schematische Detaildarstellung der Vorrichtung zum Feststellen der Ganggeschwindigkeit nach F i g. 1 und

Fig.5 eine graphische Darstellung der durch die Vorrichtung nach F i g. 4 festgestellten Spannungswelle.

In F i g. 1 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Feststellung der Ganggeschwindigkeit gezeigt, die bei einer Uhr vorgesehen ist, in der eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung verwendet wird. Eine Ausführungsform der in F i g. 1 gezeigten Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung enthält zwei parallele Glassubstrate la und ib, die jeweils an ihren Innenflächen mit Elektroden 2a und 2b versehen sind, die zwischen sich einen Spalt bilden. Zwischen die Elektroden 2a und 2b ist eine Flüssigkristallsubstanz 3 eingelegt. Eine der Elektroden 2a ist transparent. Wenn ein elektrisches Feld an die beiden Elektroden 2a und 26 angelegt wird, wird die Flüssigkristallsubstanz 3 elektrooptisch moduliert, um Buchstaben oder Zeichen aufgrund des Elektrodenmusters anzuzeigen.

Im allgemeinen ist das an die beiden Elektroden 2a und 2b angelegte elektrische Feld ein elektrisches Wechselfeld in der Größenordnung von einigen Volt bis einigen -zig Volt, aas unter Berücksichtigung der

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Lebensdauer des Flüssigkristalls bestimmt ist. Die von einer elektrischen Energiequelle 4 abgegebene Ausgangsspannungswelle zum Antreiben des Flüssigkristalls 3 ist eine Rechteckwelle 5, wie sie in F i g. 2 gezeigt ist.

Gemäß der Erfindung ist eine Metallplatte 6 vorgesehen, die nahe der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung urd parallel zu der Elektrode 2a angeordnet ist. Die Metallplatte 6 hat einen Abitand von der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung. Die Elektrode 2b ist direkt mit Erde verbunden, während die Metallplatte 6 über einen Anschluß 8 und einen Widerstand 7 mit Erde verbunden ;st.

Wenn das elektrische Feld an die Elektroden 2a und 7b angelegt wird, ändert sich das elektrische Potential der Elektrode 2a von 0 auf V, wie dies durch die Spannungswelle 5 in F i g. 2 gezeigt ist, um elektrostatisch eine elektrische Ladung auf der Metallplatte 6 zu induzieren. Die Metallplatte 6 ist über den Widerstand 7 mit Erde verbunden, so daß die an dem Anschluß 8 erzeugte Spannungswelle eine Wellenform 9 erhält, wie sie in F i g. 2 gezeigt ist.

Die Flüssigkristallelektrode 2a und die Metallplatte 6 bilden somit einen Kondensator mit sehr geringer Kapazität, über den die Ausgangsspannung 5 von dem Oszillator 4 elektrostatisch mit dem Widerstand 7 gekoppelt ist. Als Ergebnis wird die Spannungswelle 5 zu der Spannungswelle 9 differenziert. Wenn die Spannungswelle 5 eine Rechteckwelle ist, die steil ansteigt und abfällt, wird der Spitze-Spitze-Wert der Spannungswelle 9 groß und nähen sich der maximalen Spannung Vder Spannungswellenform 5 an.

Die Wellenform 9 ändert sich in Abhängigkeit von der Zeitkonstante, die durch die elektrostatische Kapazität zwischen der Elektrode 2a und der Metallplatte 6 und durch den Widerstand 7 bestimmt ist. Wenn diese Zeitkonstante sehr klein im Verhältnis zur Periode der Spannungswelle 5 ist, wird die Spannungswelle 9 ein scharfer nadeiförmiger Impuls.

Die elektrostatische Kapazität zwischen der Elektrode 2a und der Metallplatte 6 ist sehr klein, und zwar in der Größenordnung von 0,01 pF bis 1 pF, und der Wert des Widerstandes 7 ist in der Größenordnung von 1 MOhm bis 100 MOhm, der in relativ einfacher Weise verwendet werden kann.

Aus Obigem ergibt sich, daß die Ausgangsspannung 5 von dem Oszillator 4 elektrostatisch mit dem Widerstand 7 über die elektrostatische Kapazität von nicht mehr als 1 pF gekoppelt wird, so daß im wesentlichen keine Last an dem Oszillator 4 liegt, dessen Stabilität dadurch nicht verringert wird. Zusätzlich wird die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung keinem schlechten Einfluß aufgrund des Vorhandenseins der elektrostatischen Kapazität ausgesetzt.

Versuchsprüfungen haben zu dem Ergebnis geführt, daß, wenn die Spitze-Spitze-Spannung, die von dem Oszillator 4 abgegeben wird, 5 V beträgt, die Abmessung der Metallplatte 6 5 mm χ 5 mm χ 0,3 mm (Dicke) ist und der Spalt zwischen der Elektrode 2a und der Metallplatte 6 wenigstens 2 mm ist, dann die elektrostatische Kapazität in der Größenordnung von 0,1 pF liegt, und daß, wenn der Wert des Lastwiderstandes 7 1 MOhm beträgt, die Spitze-Spitze-Spannung an dem Anschluß 8 50 mV ist. In F i g. 1 bezeichnet i0 einen Verstärker und eine Wellenformeinrichtung.

In Schaltungen zur Virwendung in einer Uhr mit einem Oszillator wird ein Kristall oder eine Abstimmgahel als Oszillator verwendet und die Abweichung der Schwingungsfrequenz des Kristalls oder der Abstimmgabel hat einen Einfluß auf die Ganggeschwindigkeit der Uhr. Das bei jeder Ziffenstellung der Zeitanzeigevorrichtung abgegebene Signal ändert sich zu jeder Zeit

> der Sekunde, der Minute oder der Stunde in einer Periode, die proportional der Stabilität und der Frequenzabweichung des Oszillators ist. Das oben beschriebene erfindungsgemäße Verfahren macht es somit möglich, die Ganggeschwindigkeit der Uhr

ίο festzustellen.

Bei der oben beschriebenen Uhr, die ein Flüssigkristall-Anzeigeelement verwendet, wird an die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung eine Wechselspannung angelegt, deren Frequenz im allgemeinen auch durch den

I^ Oszillator bestimmt ist. Als Ergebnis ist es möglich, die Ganggeschwindigkeit der Uhr schnell zu messen, indem die Frequenz der Wechselspannung festgestellt wird.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung

ίο beschrieben.

Beispiel \

In F i g. 3 ist eine Ausführungsform der Schaltungsanordnung einer Kristalloszillatoruhr dargestellt, die eine

J^ Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung verwendet. Ein Oszillator 21 ist durch einen Kristall 22 bestimmt und kann einen stabilen Schwingungsausgang an einen ersten Frequenzteiler 23 abgeben. 24 bezeichnet eine Batterie, die als elektrische Energiequelle zur Zuführung von 1,5 V arbeiten kann. Der erste Frequenzteiler 23 gibt zwei Ausgänge 25 und 26 ab. Der Ausgang 25 mit einer Frequenz von 64 Hz wird zu einem zweiten Frequenzteiler 27 abgegeben, der ein Signal 28 zu jeder Minute zu einem 7-Segmentdekodierer 29 abgibt, von dem ein 7-Segment-Ziffernanzeigesignal über eine Antriebseinrichtung 30 an eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 31 abgegeben wird.

Der Ausgang 26 mit einer Frequenz von 256 Hz wird zu einem Cockcraft-Gleichstrom-Gleichstrom-Umsetzer 32 abgegeben, durch welchen der Ausgang 26 in eine hohe Gleichspannung 33 von 7 V umgesetzt wird, die jeweils zu dem zweiten Frequenzteiler 27, dem Dekodierer 29 und der Antriebseinrichtung 30 abgegeben wird.

Der zweite Frequenzteiler 27 gibt ein Ausgangssignal 34 von 32 Hz an die Antriebseinrichtung 30 ab, die eine Wechselspannung von 7 V an die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 31 abgibt.
In F i g. 4 ist eine Schaltungsanordnung gezeigt, welche die Ganggeschwindigkeit einer Uhr 40 auffinden kann, die mit der Schaltungsanordnung nach F i g. 3 versehen ist. Eine Metallplatte 42 ist über einem Anzeigefenster 41 angeordnet, das für die Uhr 40 vorgesehen ist. Ein zwischen dem Anzeigefenster 41 und der Metallplatte 42 gebildeter Spalt 43 ist 0 bis ί mm breit. Die Uhr 40 und die Metallplatte 42 sind von einem einfachen elektrostatischen Schirm 44 umgeben. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird eine ausreichende elektrostatische Abschirmwirkung erhalten, indem ein elektrostatischer Schirm 44 aus dünnem Aluminiumblech verwendet wird.

Die Metallplatte 42 ist mit einem Übergangs-Feldeffekttransistorverstärker 45 verbunden. Ein Lastwiderstand 46 der Metallplatte 42 beträgt 1 MOhm und die

(,-, Abmessung der Metallplatte 42 beträgt 5 mm χ 5 mm χ 0,3 mm (Dicke). Wenn der Spalt 43 etwa 1 mm beträgt, ist die Wellenform 51 der Detektorspannung an dem Anschluß des Widerstandes

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46 derart, wie sie in Fig. 5 gezeigt ist. Die Detektorspannung hat einen Spitzenwert 52 von 40 mV und eine Periode 53 von 31,25 μ sec (32 Hz).

Der Ausgang von dem Verstärker 45 wird über eine Wellenformeinrichtung 47 an einen '/^-Frequenzteiler 48 abgegeben, durch den die Frequenz zu 1 Hz gemacht wird. Der Ausgang von dem Frequenzteiler 48 wird an einen Zähler 49 abgegeben, durch den die Messung der Periode ausgeführt wird.

Die Stabilität beträgt wenigstens 1 · 10"⁷ pro 10 Perioden im Durchschnitt. Diese in Abhängigkeit von der täglichen Differenz berechnete Stabilität ist höchstens 0,01 Sekunden pro Tag, was zeigt, daß die Meßgenauigkeit ausreichend hoch ist.

Beispiel 2

Die als Detektorelektrodenplatte verwendete Metallplatte 42 wird durch eine Glasplatte von 10 mm χ 10 χ mm χ 0,5 mm (Dicke) ersetzt und an ihrer einen Fläche mit einem transparenten elektrisch leitfähigen Film aus SnC^ bedeckt. Die Verwendung einer solchen transparenten Elektrodenplatte stellt befriedigende Ergebnisse in derselben Weise wie im Fall des Beispiel 1 sicher. Zusätzlich ermöglicht die Verwendung der transparenten Elektrodenplatte 42, daß die Ganggeschwindigkeit der Uhr 40 festgestellt wird, während der Antriebszustand der in der Uhr 40 enthaltenen Zeitanzeigevorrichtung beobachtet wird.

Das elektrooptische Anzeigeelement, das für die Zeitanzeigevorrichtung verwendet wird, die für die elektronische Uhr vorgesehen ist, ist nicht auf ein Flüssigkristall-Anzeigeelement beschränkt. Die Erfindung bezieht sich auch auf andere Anzeigeelemente, die durch ein elektrisches Feld angetrieben werden, z. B. eine Lichtemissionsdiode, eine Plasmaanzeige, eine elektrochemische Anzeige, eine elektroluminiszente Anzeige und ein gleichartiges elektrooptisches Anzeigeelement.

Wie oben festgestellt worden ist, kann die Vorrichtung zum Feststellen der Ganggeschwindigkeit nach der Erfindung bei einer elektronischen Uhr angewendet werden, die ein elektrooptisches Anzeigeelement verwendet, indem lediglich deren Antriebselektrode mit einer Detektorelektrode elektrostatisch gekoppelt wird ohne daß weitere Vorrichtungen vorgesehen werden Auf diese Weise: ist die Vorrichtung zum Feststellen dei Ganggeschwincligkeit nach der Erfindung im Aufbai einfach und im Betrieb sehr genau.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Feststellen der Ganggeschwindigkeit einer elektronischen Uhr, die Zeiten mittels einer elektrooptischen Anzeigevorrichtung anzeigen kann, welche Anzeigevorrichtung durch ein zwischen Antriebselektroden bestehendes elektrisches Wechselfeld erregt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Detektorelektrode mit einer der Antriebselektroden der Anzeigevorrichtung kapazitiv gekoppelt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Verstärker zum Verstärken des Signals, das durch die Detektorelektrode festgestellt worden ist, durch eine Wellenformeinrichtung zum Formen der Welle des durch den Verstärker verstärkten Signals, durch einen Frequenzteiler zum Teilen der Periode des von der Wellenformeinrichtung abgegebenen Signals und durch einen Zähler zum Zählen des von dem Frequenzteiler abgegebenen Signals.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorelektrode aus einem transparenten Substrat und aus einem transparenten elektrisch leitfähigen Film besteht, der an einer der Hauptflächen des Substrats vorgesehen ist.