DE2431825C3 - Digitale Meßschaltung für die momentane Häufigkeit von durch Meßimpulse darstellbaren Ereignissen - Google Patents
Digitale Meßschaltung für die momentane Häufigkeit von durch Meßimpulse darstellbaren EreignissenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ebe MeEjchaltung, wie sie im
Oberbegriff des Anspruchs 1 vorausgesetzt ist
Eine Frequenz- oder Häufig! rrtsmessung kann
dadurch erfolgen, daß man die Anzahl der während einer vorgegebenen Zeitspanne auftretenden Ereignisse
oder der sie darstellenden Impulse mißt In vielen Fällen muß jedoch eine Frequenz- oder Häufigkeitsmessung
schneller durchgeführt werden als es möglich ist, wenn man die vorgegebene Zeitspanne verstreichen läßt,
insbesondere wenn diese relativ lang ist. In solchen Fällen kann man die sogenannte »momentane«
Frequenz oder Häufigkeit dadurch bestimmen, daß man die Zeit zwischen den Impulsen mißt, z. B. durch Zählen
von Taktimpulsen, und dann die Frequenz oder Häufigkeit durch eine reziproke Umrechnung ermittelt.
Die bekannten Reziprokzählersysteme sind jedoch kompliziert und teuer.
Aus der DD-PS 68 560 ist eine digitale Meßschaltung für die momentane Häufigkeit von durch Meßimpulse
darstellbaren Ereignissen bekannt, die einen Zeitzähler zum Wählen der Anzahl von zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Ereignisimpulsen auftretenden Norm-Zählimpulsen und eine den Kehrwert dieser Anzahl
bildende Einrichtung aufweist, welche einen zweiten Zähler zum Zählen von innerhalb eines vorbestimmten
Zeitraumes auftretenden Bezugsimpulsen konstanter Folgefrequenz, eine bei Gleichheit der Zählerstände des
Zeitzählers und des zweiten Zählers einen den zweiten Zähler zurückstellenden Ausgangsimpuls abgebende
Vergleichsschaltung und einen dritten, diese Ausgangsimpulse zählenden Zähler enthält. Hierbei werden nur
während ungeradzahliger Zyklen (Zeitraum zwischen zwei Ereignisimpulsen) Taktimpulse gezählt, und nur in
den dazwischenliegenden geradzahligen Zyklen werden Bezugsimpulse für die Kehrwertbildung gezählf. Dieser
M =
f-T
Zur Steuerung der zeitlichen Abfolge werden auch monostabile Glieder herangezogen, mittels deren
Haltezeit Zeitverzögerungen bewirkt werden.
Ein Rechenzähler für ein Zählverfahren ist ferner durch die DE-OS 19 29 288 bekanntgeworden, bei welcher die Reziprokwertbildung jedoch in anderer Weise durchgeführt wird, indem nämlich der Zählerstand N immer wieder aufs Neue in einen Zwischenspeicher eingegeben wird, wobei dann festgestellt wird, wie oft dieses wiederholte Eingeben möglich ist, ehe der Zwischenspeicher überläuft. Auch bei diesem Zähler erfolgt ein Wechsel zwischen Meßzyklen und Berechnungszyklen für den Kehrwert, wobei eint· periodische Start-Stop-Schaltung in gleicher Weise wie der im
Ein Rechenzähler für ein Zählverfahren ist ferner durch die DE-OS 19 29 288 bekanntgeworden, bei welcher die Reziprokwertbildung jedoch in anderer Weise durchgeführt wird, indem nämlich der Zählerstand N immer wieder aufs Neue in einen Zwischenspeicher eingegeben wird, wobei dann festgestellt wird, wie oft dieses wiederholte Eingeben möglich ist, ehe der Zwischenspeicher überläuft. Auch bei diesem Zähler erfolgt ein Wechsel zwischen Meßzyklen und Berechnungszyklen für den Kehrwert, wobei eint· periodische Start-Stop-Schaltung in gleicher Weise wie der im
jn Zusammenhang mit der DD-PS 68 560 erwähnte Flipflop arbeitet: In den ungeradzahligen Zyklen
werden Taktimpulse von einem Oszillator einem als Zeitzähler arbeitenden Register zugeführt, in den
dazwischenliegenden Zyklen wird die Frequenz-Start-
ü Stop-Schaltung zur Einschaltung eines Tores angesteuert,
so daß jede Übertragung zu einem Zwischenspeicher mittels eines Frequenzregisters gezählt werden
kann. Die Taktimpulse sämtlicher Zyklen können nicht gezählt werden, da sich dann der Zählstand des als
Zeitzähler arbeitenden Registers kontinuierlich ändern würde und eine Reziprokwertbildung keine Aussage
ergeben würde.
Gemäß den beiden erwähnten Literaturstellen müssen also Taktimpulse während ungerader Zyklen
4"> gezählt werden, und es verbleibt dann ein fester Zählerstand in einem Register, der während der
geraden Zyklen in einen Kehrwert umgewandelt wird. Eine Frequenzmessung kann also nicht für jeden,
sondern nur für jeden zweiten Impuls erfolgen.
ίο Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung
einer digitalen Meßschaltung, welche bei mit unterschiedlichen Zeitabständen auftretenden Ereignisimpulsen
eine kontinuierliche Messung der Momentanfrequenz unter Berücksichtigung jedes Impulses erlaubt
>5 und sich außerdem durch einen einfachen Aufbau auszeichnet Diese Aufgabe wird durch die im
Kennzeichenteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Meßschaltung erfolgt die
Bei der erfindungsgemäßen Meßschaltung erfolgt die
«ι Bestimmung der Momentanfrequenz nicht, wie beim
vorstehend erörterten Stand der Technik, nur aufgrund jedes zweiten Meßimpulses, sondern aufgrund jedes
Meßimpulses, so daß man also eine wesentlich größere Genauigkeit der Messung erhält. Dies ist erfindungsge-
iri maß dadurch möglich, weil am Ende jedes Zyklus der
Zählerstand des Zeitzählers in einem Speicher übertragen wird und der Zeitzähler somit sofort wieder für den
nächstfolgenden Zyklus zur Zählung von Taktimpulsen
zur Verfügung steht, während inzwischen aus dem Inhalt des Speichers der Kehrwert gebildet wird. Die
Funktion dieses Speichers ist eine ganz andere als im Falle der DE-OS 19 29 288, so daß kein diesbezüglicher
Vergleich möglich ist
Wenn der durch den Zeitzähler ermittelte Zählwert gleich der Zahl Λ/ist und (die zwischen zwei Ereignissen
verstrichene Zeit ist, so gilt N = K\U wobei K\ (und alle
anderen mit K und einem Index bezeichneten Größen) eine Proportionalitätskonstante bedeuten. Die Aaizahl η
der Ausgangsimpulse während der vorgegebenen Zeitspanne ist offensichtlich gleich fa/N, und hieraus
folgt, daß π = Ki/t ist. Die Zahl η im dritten Zähler ist
also umgekehrt proportional zu /und damit ein Maß für die Frequenz oder Häufigkeit Die Proportionaütätskonstante
K\ hängt von der Frequenz der Taktimpulse, der Frequenz der Bezugshnpulse und der Länge des
vorgegebenen Zeitintervalls ab. Einer oder mehrere dieser Faktoren sind vorzugsweise derart veränderlich,
daß man K-Werte geben kann, die sich für die
verschiedensten technischen Anwendungen und Erfordernisse eignen. Es ist z. B. üblich, die Anzahl der
Ereignisse pro Sekunde oder pro Minute zu trossen. Für seltene Ereignisse, z. B. Impulse, die die Eindringgeschwindigkeit
eines Bohrmeißels darstellen, kann es zweckmäßig sein, die Anzahl der Ereignisse pro Stunde
zu bestimmen. Allen diesen Anforderungen kann durch geeignete Wahl des Wertes von K3 Rechnung getragen
werden.
Die Taktimpulse werden vorzugsweise durch Frequenzteilung aus den Bezugsimpulsen abgeleitet; hierfür
kann man einen verstellbaren Frequenzteiler benutzen. Die vorgegebene Zeitspanne kann durch Zählen einer
vorgegebenen Anzahl der Bezugsimpulse festgelegt werden, die veränderbar sein kann.
Im folgenden soll ein typisches Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert
werden, deren einzige Figur ein Blockschaltbild dieses Ausführungsbeispiels darstellt.
Das dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält einvn Sensor 10, der Impulse ii, t2 usw.
entsprechend den interessierenden Ereignissen liefert, die ganz verschiedener Art sein können. Der Sensor
kann z. B. Impulse liefern, die während einer Umdrehung einer Rolle, einer Riemenscheibe od. dgl. oder
durch irgendeine andere Vorrichtung erzeugt werden.
Die Ereignisimpulse U, t2 usw. werden einem ersten
Monovibrator 11 (monostabile Kippschaltung) zugeführt, der eine kurze Haltezeit (z. B. 0,2 μϊ) hat und jeden
Ereignisimpuls in einen Impuls konstanter Breite umwandelt. Der Ausganj, des Monovibrators 11 ist mit
einem Eingang eines zweiten Monovibrators 12 sowie den Eingängen eines Zwischenspeichers 18 und eines
Ausgangsspeichers 20 verbunden. Beim Setzen des Monovibrators 11 wird der Inhalt eines Zeitzählers 16
im Zwischenspeicher 18 abgespeichert und der Inhalt eines Ausgangszählers 17 im Ausgangsspeicher 20
abgespeichert; der Inhalt des Ausgangsspeichers 20 wird durch eine nicht dargestellte digitale Anzeigevorrichtung
wiedergegeben.
Der Ausgang des zweiten Monovibrators 12 ist mit den Eingängen des Zeitzählers 16, des Ausgangszählers
17, eines einstellbaren Frequenzteilers 13 und einer Zeitbezugseinheit 22 verbunden. Beim Auslösen des
zweiten Monovibrators 12 werden der Frequenzteiler 13, der Zeitzähltnr 16 und der Ausgangszähler 17 auf
Null zurückgestellt. Außerdem wird die Zeitbezugseinheit 22 in Betrieb gefilzt, so daß sie in der unten
beschriebenen Weise zu arbeiten beginnt. Die durch den Monovibrator 12 bewirkte Verzögerung ist kurz (z. B.
0,2 us), so daß der Inhalt der Zähler 16 und 17 in die Speicher 19 bzw. 20 übertragen wird, ehe die Zähler
zurückgestellt werden.
Der Frequenzteiler 13 liefert typischerweise Ausgangstaktfrequenzen
im Bereich von 0,1 Hz bis 100 kHz und mit einer Auflösung von 0,01%, Er liefert als
Ausgangssignal eine voreinstellbare Frequenz, die
ίο durch einen mit binärcodierten Dezimalzahlen (BCD)
arbeitenden Schalter 14 bestimmt wird, welcher mit den Eingängen des Frequenzteilers 13 verbunden ist Ein
weiterer Eingang des Frequenzteilers 13 ist mit dem Ausgang eines Quarzoszillators 15 verbunden, der
außerdem noch mit einem Eingang der Zeitbezugseinheit 22 und außerdem einem von zwei Eingängen einer
Torschaltung 25 gekoppelt ist Der Oszillator 15 arbeitet vorzugsweise auf der Bezugsfrequenz 10 MHz und
liefert Ausgangssignale in Form von Zählimpulsen. Er steuert den Frequenzteiler 13, der seinerseits ein
Ausgangssignal mit einer Frequenz l'-fert, die von der
Einstellung des BCD-Schalters 14 abhängt.
Der Frequenzteiler 13 ist mit einem Eingang des Zeitzählers 16 verbunden, der die Ausgangsimpulse des
Frequenzteilers 13 vom Auftreten eines vorangegangenen Ereignisses an zählt, das im Monovibrator 12
gespeicnert ist, der den Zeitzähler 16 zurückgestellt hat.
Nachdem der Frequenzteiler 13 in der beschriebenen Weise zurückgesetzt worden ist werden seine Aus-
jo gangsimpulse irn Zeitzähler 16 fortlaufend akkumuliert
Die im Zähler 16 akkumulierte Zahl ist schließlich eine Funktion der Zeitspanne zwischen den beiden Ereignissen
(t\ und fc)· Da der Frequenzteiler einstellbar ist, kann
für seine Ausgangsfrequenz ein solcher Wert gewählt
ü werden, daß die Aufnahmekapazität des Zeitzählers 16
während der Messung der Zeitspanne zwischen den beiden Ereignissen nicht überschritten wird, der
Zeitzähler aber andererseits bis zu einem wesentlichen Teil seines Aufnahmevermögens zählt. Man kann daher
4(i Zeitmessungen in den verschiedensten Bereichen
durchführen, z. B. während Zeitspannen von 0,0063 Sekunden bis zu einer Stunde zwischen zwei Ereignissen.
Es sei beispielsweise nun angenommen, daß der
Zeitzähler bei der Messung der Zeitspanne zwischen zwei Ereignissen bis 50% seines Fassungsvermögens
zählt und daß dann der zweite Ereignisimpuls auftritt. Der Inhalt des Zeitzählers 16 wird dann in den
Zwischenspeicher 18 geschoben, und der Frequenzteiler
13 sowie der Zeitzähler 16 werden auf Null zurückgesetzt
Die zwischen den beiden Ereignissen verstrichene Zeit ist nun in der Ablagespeichereinheit 18 enthalten.
Der Oszillator 15 liefert die Bezugsimpulse, deren Frequenz z. B. tausendmal größer sein kann als die der
5> dem Zeitzähler 16 zugeführten Zählimpulse, da man ja die Ausgangsfrequenz des Frequenzteilers 13 praktisch
frei wählen kann. Wenn eine Messung zwischen zwei Ereignissen beispielsweise 10 Minuten dauert, kann die
Frequenz der Eingangsimpulse für den Zeitzähler
bo z. B. 100 Hz betrafen.
Um ein Maß für die Frequenz oder Häufigkeit der Ereignisimpulse zu erhalten, wird festgestellt, wie oft
der erste Zählwert, d. h. die im Zwischenspeicher gespeicherte Zahl, die die zwischen den beiden
h5 Ereignissein verstrichene Zeit angibt, innerhalb einer
Bezugszeitspanne ν jp. einem mit einer festen Frequenz
beaufschlagten Zähler erreicht werden kann. Dies wird mit Hilfe eines Vergleichers 19 erreicht, der in üblicher
Weise mit dem Zwischenspeicher 18 verbunden ist. Der Vergleicher 19 ist außerdem in üblicher Weise mit
einem Ι/Γ-Umsetzer oder Synchronzähler verbunden.
Die Zeitbezugseinheit 22 ist mit einem zweiten Eingang der Torschaltung 25 gekoppelt, deren Ausgang an den
Synchronzähler 21 angeschlossen ist. Die Zeitbezugseinheit 22 macht die Torschaltung 23 für ein
vorgegebenes Zeitintervall durchlaßbereit, das durch eine vorwählbare Anzahl von Bezugsimpulsen bestimmt
wird. Eine Ausgangsleitung 23 des Vergleichers 19 ist mit einem Eingang eines dritten Monovibrator 24
verbunden, der seinerseits an einen Eingang des Synchronzählers 21 angeschlossen ist. Die Ausgangsleitung
23 des Vergleichers 19 ist ferner mit einem Eingang des Ausgangszählers 17 verbunden.
Immer wenn der Inhalt des Zählers 21 den Inhalt des Speichers 18 erreicht, wird dem Zähler 17 ein Impuls
zugeführt, und dann wird nach einer kurzen Verzögerung (etwa 0.06 \is), die durch den Monovibrator 24
bi-siiiViiTit wird, uci Zämci 2i iui ückgcsicüi und kann
erneut zu zählen beginnen. Der Synchronzähler 21 wird nach Eintreffen jedes Vergleichsimpulses aus 19 jeweils
auf Null zurückgestellt, bevor der nächste Zählimpuls vom Oszillator 15 über die Torschaltung 25 eintrifft,
indem der dritte Monovibrator 24 durch den Ausgangsimpuls des !Comparators 19 gesetzt wird. Wie oft der
erste Zählwert im Zwischenspeicher 18 innerhalb einer Bezugszeitspanne (die durch die Zeitbezugseinheit 22
festgelegt wird) erreicht werden kann, wird also mit Hilfe des Vergleichers 19, des Umsetzers oder
Synchronzählers 21, der Zeitbezugseinheit 22, des Oszillators 15 und des dritten Monovibrator 24
bestimmt. Der Synchronzähler 21 hört am Ende der durch die Zeitbezugseinheit 22 festgelegten Bezugszeitspanne
mit dem Zählen auf. Der Ausgangszähler 19 enthält nun einen Zählwert, der ein Maß für die
Frequenz oder Häufigkeit der ersten beiden Ereignisse ist. und sein Inhalt wird durch den ersten Monovibrator
U in den Ausgangsspeicher 20 verschoben, wenn das nächste Ereignis durch den Sensor 10 wahrgenommen
wird. Der dem Monovibrator 11 zugeführte Impuls leitet
dann einen neuen Zyklus der erläuterten Art ein.
Die Zeit zwischen einem Ereignisimpuls und den nächsten wird also durch den Zeitzähler 16 festgehalter
und beim Eintreffen des zweiten Ereignisimpulses wire die der verstrichenen Zeit entsprechende Informatior
im Zwischenspeicher 18 gespeichert, um später in einer Frequenz- oder Häufigkeitswert umgesetzt zu werden
Außerdem werden die Zeitschaltungen auf NuI zurückgestellt, und die verstreichende Zeit wird wiedei
durch Akkumulation von Impulsen gemessen, bis dei nächste Ereignisimpuls auftritt. Das Ende jede:
Zeitbestimmung ist also gleichzeitig der Beginn einei
neuen Zeitbestimmung. Während der Messung einei neuen Zeitspanne wird das Reziproke der Informatior
entsprechend der vorher gemessenen verstrichener Zeit durch Zählen der Ausgangsimpulse des Verglei
chers 19 bestimmt und der dabei resultierende Häufigkeits- oder Frequenzwert wird durch eine nich
dargestellte digitale Anzeigeeinheit angezeigt, die ir üuüuiiei Weise rnii dem Ausgatigsspeicner 20 verburi
den ist.
Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung ermöglicht also eine unkomplizierte, echte Häufigkeits
oder Frequenzmessung, die sowohl linear als auch genau ist. Unabhängig davon lassen sich sowohl dei
Teilungsfaktor des Frequenzteilers 13 als auch dasdurcl· die Zeitbezugseinheit 22 bestimmte Zeitintervall sr
einstellen, daß den verschiedensten Anforderunger Rechn;.-,g getragen werden kann. Für langsame
Vorgänge und seltene Ereignisse wird der Teilungsfak tor groß gemacht, so daß die dem Zeitzähler If
zugeführten Taktimpulse eine relativ niedrige Frequen;
haben. Gleichzeitig wird das duvch die Zeitbezugsein
heit 22 bestimmte Intervall relativ lang gemacht. Füi schnelle Vorgänge verwendet man entgegengesetzte
Einstellungen. Die Einstellungen können immer se gewählt werden, daß die im Ausgangsspeicher 2(
übertragene Zahl die Frequenz oder Häufigkeit direk· in Ereignissen pro Zeiteinheit angibt, gleichgültig, urr
welche Einheit es sich bei der betreffenden Anwendung handelt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
- Patentansprüche:1, Digitale Meßschaltung für die momentane Häufigkeit von durch Meßimpulse darstellbaren Ereignissen mit einem Zeitzähler zum Zählen der Anzahl von zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ereignisimpulsen auftretenden Norm-Zählimpulsen und einer den Kehrwert dieser Anzahl bildenden Einrichtung, welche einen zweiten Zähler zum Zählen von innerhalb eines vorbestimmten Zeitraumes auftretenden Bezugsimpuls«.n konstanter Folgefrequenz, eine bei Gleichheit tier Zählerstände des Zeitzählers und des zweiten Zählers einen den zweiten Zähler zurückstellenden Ausgangsimpuls abgebende Vergleichsschaltung und einen dritten, diese Ausgangsimpulse zählenden Zähler enthält, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Zeitzähler (16) und die Vergleichsschaltung (19) ein Speicher (18) eingefügt ist in den auf jeden Ereignisimpiils hin der Inhalt des Zeitzählers (16) unter gleichzeitiger Lösung des Zeitzählers (16) und des dritten Zählers (17) und Einleitung des vorbestimmten Zeitintervalls für die Zählung der Bezugsimpulse übertragen wird.
- 2. Meßschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Ausgangsspeicher (20), dem bei jedem Ereignisimpuls der Inhalt des dritten Zählers (17) zugeführt wird.Wechsel zwischen Meßzyklen und (Kehrwert)-Berechnungszyklen erfolgt unter Steuerung durch ein Flipflop, welches abwechselnd zwei Torschaltungen einschaltet Bei dieser bekannten Anordnung wird festgestellt, wie5 oft der zweite Zähler innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls Bezugsimpulse bis zum Erreichen des Zählerstandes des Zeitzählers zählen kann. Hat der Zeitzähler den Zählerstand N, ist das vorbestimmte Zeitintervall Tund die Bezugsfrequenz f, dann kann derίο zweite Zähler Λί-mal bis zum Zählerstand des Zeitzählers zählen, wobei sich dieses Mberechnet aus
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