DE2400603C3 - Verfahren zum Feststellen der Ganggeschwindigkeit einer elektronischen Uhr und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zum Feststellen der Ganggeschwindigkeit einer elektronischen Uhr und Vorrichtung zur Durchführung des VerfahrensInfo
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Description
Es sind Uhren von der mechanischen Uhr mit einer Feder als Energiequelle über die Bütterieuhr 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 ;uim 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 Streuflcß, der von dem Schwingungskörper
oder der Nadellaufvorrichtung erzeugt wird, elektromagnetisch mittels einer Detektorspule
festgestellt, die für das Uhrengehäuse vorgesehen und an dessen Außenseite angeordnet ist.
Bei einer vollelektronischen l'hr, die ein elektrooptisches
Anzeigeelement, wie einen Flüssigkristall oder eine Lichtemissionsdiode verwendet, wird weder ein
Ticken noch ein magnetischer !itreufluß 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
ίο 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 Verfahren zum
Feststellen der Ganggeschwindigkeit von Uhren ungeeignet ist, die in großer Stückzahl hergestellt werden.
Die 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 festzustehen, ohne daß ein spezieller Detektoranschluß
für die Uhr vorgesehen werden muß.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß -_'ine 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 Phasenbeziehung 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, Fig.4 eine schematische Detaildarstellung der
Vorrichtung zum Feststellen der Ganggeschwindigkeit nach F i g. 1 und
F i g. 5 eine graphische Darstellung der durch die Vorrichtung nach F1 g. 4 festgestellten Spannungswelle.
In Fig. 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-Anzeigevor-
richtung enthält zwei parallele Glassubstrate la und \b, 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 2b angelegt wird, wird die Flüssigkristallsubstanz 3 elektrooptisch moduliert, um
Buchstaben oder Zeichen aufgrund des Elektrodenmusters anzuzeigen.
fts 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, das unter Berücksichtigung der
24 OO
Lebensdauer des Flüssigkristalle bestimmt ist Die von einer elektrischen Energiequelle 4 abgegebene Ausgangsspannungswelle
zum Antreiben des Flüssigkri- £-alls 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
und parallel zu der Elektrode 2a angeordnet ist Die Metallplatte 6 hat einen Abstand von der
Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung. Die Elektrode 2b ist direkt mit Erde verbunden, während die Metallplatte ό
über einen Anschluß 8 und einen Widerstand 7 mit Erde verbunden ist.
Wenn das elektrische Feld an die Elektroden 2a und 2b 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 nähert 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 03 mm
(Dicke) ist und der Spalt zwischen der Elektrode 2a und der Metallplatte 6 wenigstens 2 mm ist, tiann 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 10 einen
Verstärker und eine Wellenformeinrichtung. <>_■;
In Schaltungen zur Verwendung in einer Uhr mit einem Oszillator wird ein Kristall oder eine Abstimmgabel
als Oszillator verwendet und die Abweichung der Schwingungsfrequenz des Kristalls oder der Abstimmgabel
hat einen Einfluß auf die Ganggeschwindigkeit der Uhr. Das bei jeder Ziffernstellung 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 äst. Das oben
beschriebene erfindungsgemäße Verfahren macht es somit möglich, die Ganggeschwindigkeu der Uhr
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 Oszillator bestimmt ist Als Ergebnis ist es möglich, die
Ganggeschwindigkeit der Uhr schnell ;:u messen, indem die Frequenz der Wechselspannung festgestellt wird.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
beschrieben.
In Fi g. 3 ist eine Ausführungsform der Schaltungsanordnung
einer Kristalloszillatoruhr dargestellt die eine 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-GIeichstrom-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 Fig.4 ist eine Schaltungsanordnung gezeigt, weiche 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 1 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 Obergangs-Feldeffekttransistorverstärker
45 verbunden. Ein Lastwiderstand 46 der Metallplatte 42 beträgt i MOhm und die Abmescng 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
24 OO 603
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 Meßgenauigkeil ausreichend hoch ist.
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 SnCh 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 anj .'trieben 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 der
Ganggeschwindigkeit nach der Erfindung im Aufbau einfach und im Betrieb sehr genau.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
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.
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