DE2535340A1 - Messvorrichtung mit vibrierendem draht - Google Patents

Description

United States Department of Commerce, Washington P.C./USA Meßvorrichtung mit vibrierendem Draht

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und eine Vorrichtung "um Messen der Eigenfrequenz eines gespannten Drahtes.

Insbesondere betrifft die Erfindung Meßvorrichtungen zum Messen und zur Anzeige der Eigenfrequenz eines gespannten Drahtes.

Es wurden bereits Fühler zum Messen von Belastungen (Drücke, Gewichte, Spannungen), Verschiebungen, Spannungen oder Verdrehungen vorgeschlagen, bei denen allgemein ein Wandler mit vibrierendem Draht, ein piezoelektrischer Wandler oder ein Widerstandsbrückenwandler verwendet wird. Diese Fühler haben sich als nützlich erwiesen bei der Sicherung von Bergwerken, von Straßen, Brücken und Bauten, zum Wiegen von Lastkraftwagen, zur Überwachung von Erdbeben und bei der Belastung von Aufzügen oder Auslegern sowie unter vielen anderen Bedingungen.

Bei bekannten Meßvorrichtungen mit vibrierendem Draht wurde der Draht der Fühlvorrichtung durch einen einzelnen Spannungsstoß durch eine Anschlagspule ausgelenkt, und daraufhin wurde das mechanische Ansprechen ausgezählt und angezeigt. Diese Systeme sind im allgemeinen nicht von Grund auf sicher, wegen der hohen Spannung, die zum Anschlagen der Spule mit einem einzelnen Spannungsstoß erfordrlich ist. Dementsprechend waren diese Vorrich-

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tungen nicht in der Lage, stak gespannte Drähte der Art anzuschlagen, für die die erfindungsgemäße Anordnung ausgelegt ist.

Bei einer zweiten Art von Meßgeräten id.t vibrierendem Draht wird der Draht durch einen einzelnen Spannungsstoß angeschlagen bzw. erregt, und die sich ergebende Vibrations- bzw. Schwingungsfre-^ quenz wird daraufhin verglichen mit einem geeicHen Draht, der in die Ablesevorrichtung eingebaut ist. Der Vergleich geschieht durch Erzeugung von Lissajous-Figuren auf einem Oszilloskop ausgehend von den zwei vibrierenden Drahtelementen. Wie bei der vorstehend beschriebenen bekannten Vorrichtung genügt der erforderliche Hochspannungsimpuls nicht den grundlegenden Sicherheitserfordernissen des "U.S. Bureau of Mines". Die Ablesevorrichtung ist ferner zu unhandlich für ein routinemäßiges Umhertragen und erfordert eine ausgebildete Bedienungsperson zum Betrieb der Ablesevorrichtung.

Bei einer dritten Art von Ablesevorrichtungen wird der Draht durch einen Sperrschwinger in Vibration versetzt und eine von einer zweiten Spule aufgenommene Eigenfrequenz wird verglichen mit derjenigen eines geeichten Drahtes in der Ablesevorrichtung. Die Spannung des geeichten Drahtes kann durch Drehung eines Knopfes auf der Bedienungstafel auf diejenige des zu untersuchenden Drahtes abgestimmt werden. Die Frequenz stimmt überein, wenn eine hörbare Schwebung auftritt. Die erforderliche Frequenz kann von der geeicheten Skala des Knopfes abgelesen werden. Das System erfordert eine Handhabung durch eine ausgebildete Bedienungsperson, um ein wirklich genaues Ablesen der Eigenfrequenz des zu untersuchenden Drahtes zu gewährleisten.

Vorhandene Wandler mit vibrierendem Draht bestehen aus einem stark gespannten Draht, der an seinen Endpunkten in einem Gebilde festgeklemmt ist, das Bewegungen oder Ablenkungen ausführen kann. Die Spannung des Drahtes ist hoch genug um zu gewährleisten, daß die Eigenfrequenz der Vibration des Drahtes zwischen 100 und 1O.OOO Hertz liegt. Wenn die Endpunkte des Drahtes

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ausgelenkt werden, so ändert sich die Spannung des Drahtes. Folglich ändert sich die Eigenfrequenz der Vibration des Drahtes und steht in Beziehung zur Auslenkung der Endpunkte des Drahtes.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung bzw. eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, welche zur Bestimmung der Eigenfrequenz des Drahtes in einem entfernt vom AbIeseinstrument angeordneten Wandler geeignet ist. Das Ableseinstrument soll der Bedienungsperson eine Zahl liefern, die in Beziehung steht zur Eigenfrequenz des Drahtes, wobei die grundlegenden Sicherheitsforderungen des "U.S. Bureau of Mines" erfüllt werden.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung der eingangs beschriebenen Art, die gemäß der Erfindung gekennzeichnet ist durch eine Einrichtung zur Beaufschlagung der Spule mit gegebener Frequenz während einer ersten Zeitspanne, eine von Hand einstellbare Einrichtung zum Wählen der Frequenz zur Beaufschlagung der Spule, eine an die Spule angeschlossene Einrichtung zur Ermittlung der Vibration des Drahtes oberhalb einer gegebenen Amplitude während einer zweiten Zeitspanne, eine an die Einrichtung zur Ermittlung der Vibration angeschlossene Einrichtung zum Aufspüren der Frequenz der ermittelten Vibrationen innerhalb eines gegebenen Bereiches der gegebenen Frequenz, eine an die Aufspüreinrichtung angeschlossene Einrichtung zur Ermittlung des Aufspürzustandes, eine die Beaufschlagungseinrichtung und die Aufspüreinrichtung verbindende Einrichtung zur Bestimmung, in Abhängigkeit von der Einrichtung zum Ermitteln des Aufspürvorganges, ob die gegebene Frequenz die von Hand gewählte Frequenz oder die aufgespürte Frequenz sein soll, während einer nachfolgenden ersten Zeitspanne und eine Einrichtung zum Anzeigen der aufgespürten Frequenz.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung liefert einen Ablesewert der Eigenfrequenz eines gespannten Drahtes, indem der Draht elektromagnetisch angeschlagen bzw. erregt wird durch einen Signalstoß,

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der aus einer Anzahl von Zyklen mit einer bekannten Frequenz besteht. Das Gerät "hört" dann das Ansprechen des Wandlers ab. Wenn die Anschlagfrequenz nahe bei der Eigenfrequenz des Drahtes liegt, so wird dieser durch Resonanz in Schwingung versetzt. Wenn die Anschlagfrequenz nicht nahe bei der Eigenfrequenz des Drahtes liegt, so ergibt sich kein Ansprechen. Die Bedienungsperson des Gerätes muß das Gerät weiterhin auf den Draht durch Drehen eines Knopfes von Hand abstimmen. Wenn sich ein Ansprechen aus dem Drahtwandler ergibt, so verändern sich phasenstarre Schleifen selbst so, daß ihre Frequenzen mit der Frequenz des Drahtes übereinstimmen. Wenn die Schleifen auf die Frequenz des Drahtes "festgeschlossen¹¹ oder "verriegelt" sind, so wird ein weiterer Anschlagimpulsstoß mit der festgeschlossenen Frequenz der phasenstarren Schleifen erzeugt. Jedesmal, wenn die Anschlag-Abhör-Verriegelungs-Folge auftritt, wird die Anschlagfrequenz automatisch näher an die Eigenfrequenz des Drahtes herangeführt.

Die Eigenschaft der automatischen Abstimmung beseitigt das Erfordernis einer ausgebildeten Bedienungsperson, da die phasenstarren Schleifen als Störgeräuschfilter wirken, um Störgeräusche zu unterdrücken und Signalfehler wie beispielsweise "Aussetzer" oder zusätzliche Zyklen zu ermitteln. Ablesefehler, die sich aus Harmonischen, Störgeräuschen oder Schaltungsfehlern ergeben, werden somit beseitigt. Die Bedienungsperson braucht lediglich eine Einstellscheibe zu drehen, bis eine Zahl auf der Digitalanzeige erscheint. Diese SiI ist die Periode der Eigenfrequenz des Drahtes. Bei einer Mehrfachanschlagfolge beseitigen die phasenstarren Schleifen ferner das Erfordernis einer Feinabstimmung ds Ablesegerätes auf den Draht. Die Bedienungsperson braucht lediglich von Hand bis in die Nähe der Eigenfrequenz des Drahtes zu drehen; das Gerät übernimmt automatisch von dieser Stelle aus.

Der Mehrfachzyklusanschlagvorgang erfordert geringere Spannungen und Ströme als bei den in früheren Vorrichtungen verwendeten Verfahren. Das Gerät ist somit ideal geeignet zur Verwendung in geSirlicher Umgebung, wie beispielsweise im Bergwerk.

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Ein spannungsgesteuerter Oszillator mit einer von Hand abstimmbaren Mittenfrequenz liefert die Anschlagfrequenz während der Anschlagzeitspanne und bildet einen Teil der phasenstarren Schleifenschaltung während der Abhörzeitspanne. Ein Speicherelement steuert den spannungsgesteuerten Oszillator während einer nachfolgenden Anschlagzeitspanne mittels des verriegelten bzw. gespeicherten Signals der vorausgehenden Abhörzeitspanne, falls die phasenstarre Schleifenschaltung in der Lage war, die mechanische Vibration bzw. Schwingung während der AbhörZeitspanne aufzuspüren .

Es ist eine Digitalschaltung vorgesehen, um eine Mehrzahl von Anschlag- und Abhörfolgen zu erzeugen, so daß gewährleistet ist, daß die phasenstarren Schleifen die Eigenschwingung des Drahtes während einer Zeitspanne aufspüren bzw. verfolgen, die ausreicht, damit eine wirkliche Verriegelung stattfindet. Eine digitale Ziffernanzeige der Periode der Eigenfrequenz des Drahtes wird gebildet, nachdem die Digitallogik die Anschlag-Abhörfolge überwacht hat, beispielsweise während drei Anschlag-Abhörfolgen.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2a eine schematische Darstellung der Stromversorgung; und 2b

Fig. 3 ein Schaltbild der Digitallogik für einen Anschlagtreiber;

Fig. 4 ein Schaltbild des analogen Verstärkerdetektors;

Fig. 5a Schaltungen von zweiphasigen Mitnahmeschleifenschal- ^{und 5b} tungen;

Fig. 6 ein logisches Flußdiagramm zur Darstellung der Betriebsweise der Digitallogik;

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Fig. 7 ein Schaltbild der Digitallogik des Mitnahmedetektor s und -indikators;

Fig. 8 ein Schaltbild der digitalen Folgesteuerungslogik; Fig. 9 ein Schaltbild des 100-Zyklus-Anzeigezählers; und

Fig. 10 ein Blockschaltbild der Verbindungen des Anzeigezählers.

Fig. 1, welche eine Meßvorrichtung mit vibrierendem Draht nach einer bevorzugten Ausfuhrungsform in Form eines Blockschaltbildes darstellt, zeigt einen Wandler mit einem Draht 15 und eine Spule 16 an einer entfernt gelegenen Stelle. Der Draht 15 des Wandlers kann ein solcher sein, wie er zur Zeit in Bergwerken verwendet wird, nämlich ein kurzer, beispielsweise 2,015 cm (0,78 Zoll) langer Draht mit einem relativ großen Durchmesser, beispielsweise 0,0254 cm (0,01 Zoll) unter relativ hoher Spannung von beispielsweise 5.630 kp/cm (80.000 psi). Zu diesen Drahtabmessungen gehören bestimmte Vibrationseigenschaften. Kurze Drähte weisen eine höhere Dämpfung auf als lange Drähte, trotz der Dämpfung ist jedoch der "Q"-Wert des Drahtes groß (300-500), was bedeutet, daß der Draht eine scharfe Resonanzspitze aufweist und nur ein geringer Bruchteil der Energie, die bei einem einzelnen Anschlagimpuls der Spule zugeführt wird, in den Draht eingekoppelt wird. Da der Draht ferner unter relativ hoher Spannung steht, wird er nur mit geringer Amplitude angeregt. Bei der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung wird die elektromagnetische Spule 16 bei einer Frequenz beaufschlagt und wieder abgeschaltet, welche in der Nähe der Eigenfrequenz des Drahtes diesen zu Resonanzschwingungen anregt. Die Eigenfrequenz des vorstehend beschriebenen Drahtes 12 liegt zwischen 100 und 10.000 Hertz.

Der Wandler ist über ein Paar Kabel 17 mit der erfindungsgemässen Meßvorrichtung mit vibrierendem Draht verbunden. Ein Anschlagtreiber 18 ist mit den Kabeln 17 verbunden, um das Anschlagsignal zu verstärken, welches er aus der Folgesteuerungslogik 19 erhält, und führt dieses zur Spule 16 im Wandler. Eine Anzahl von Impulsen mit niedriger Spannung und niedrigem Strom wird zur

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Spule 16 übertragen. Bei der vorliegenden Anwendungsform werden 32 Zyklen einer Oszillatorfrequenz übertragen. Nach jeder Anschlagzeitspanne ist eine Abhörzeitspanne vorgesehen, um die mechanische Vibration des Drahtes 15 nach seiner Erregung durch den Anschlagtreiber 18 zu überwachen.

Die Spule 16 wird als Abnahmespule verwendet, um die mechanische Vibration des Drahtes 15 zu messen, und über die Kabel 17 liefert sie ein Eingangssignal an den analogen Verstärkerdetektor Der Verstärkerdetektor 20 enthält ein Filter, welches eine 60 Hertz-Störspannung beseitigt, und läßt nur Frequenzen zwischen 2.000 und 8.OOO Hertz durch. Dieser Bereich wird für den jeweils verwendeten Wandler ausgewählt und kann geändert werden in Abhängigkeit von dem Wandler, mit dem die vorliegende Meßvorrichtung zusammenwirken soll. Der Verstärker-Detektor 20 ermittelt Signale ausreichender Amplitude zur Bildung einer Rechteckwelle für die phasenstarren Schleifen.

Eine erste phasenstarre Schleife 21 bildet eine Frequenzrückffihrungsschaltung, die mit einer Mittenfrequenz betrieben wird, welche von der Bedienungsperson mittels eines Knopfes 22 eingestellt wird. Die Schaltung besitzt ferner die Eigenschaft, ihre Frequenz automatisch, d.h. ohne Eingreifen der Bedienungsperson, einzustellen, eine Eingangsfrequenz zu speichern und diese auf Befehl aus einem Mitnahmeindikator 23 auszugeben. Wenn die von Hand gewählte, den Spulen zugeftihrte Frequenz im Bereiche von +2% der Eigenfrequenz des Drahtes liegt, so bewirken die ersten Anschlagsignale, daß der Draht mit einer spürbaren Amplitude schwingt. Die Drahtfrequenz wird dann durch die phasenstarre Schleife 21 gespeichert, verstärkt und zur Spule während einer zweiten Anschlagfolge zurückgeführt. Das Ansprechen auf den zweiten Anschlagvorgang wird in ähnlicher Weise gespeichert, verstärkt und erneut zurückgeführt. Auf diese Weise wird das Eingangssignal automatisch auf die Eigenfrequenz des Drahtes gezogen, ohne Eingreifen der Bedienungsperson. Es ist eine zweite phasenstarre Schleife vorgesehen, die in Verbindung mit dem Mitnahmeindikator 23 die digitale Folgesteuerungslogik 19 auslöst und ferner Ablesefehler

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verhindert, die entstehen können, wenn die erste phasenstarre Schleife 21 auf eine Hannonische der Grundfrequenz des Drahtes 15 festgesetzt wird.

Die phasenstarre Schleife 21 umfaßt einen spannungsgesteuerten Oszillator, der verwendet wird, um die Anschlagfrequenz des Anschlagtreibers 18 während der Anschlagzeitspanne zu übertragen und der als Teil der phasenstarren Schleife während der Abhörzeitspanne verwendet wird. Die gespeicherte aufgespürte Frequenz der ersten phasenstarren Schleife ändert das Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators ohne Eingreifen der Bedienungsperson, so daß die nächste Anschlagfrequenz näher an die Eigenfrequenz des Drahtes 15 gebracht wird.

Nach dem dritten erfolgreichen Anschlagen ermöglichen die Anzeigelogik und die Zähleranzeigelogik 25, daß der darin enthaltene Zähler einen Zählvorgang durchführt. Ein Hochfrequenzkristalloszillator 26 liefert ein 10⁵ Hertz-Signal für die Anzeigelogikzähler. Wenn die Mitnahme während der gesamten Abhörzeitspanne aufrecht erhalten worden ist, d.h. bei dieser Anwendungsform Zyklen des Anschlagsignals, so wird der Zählerstand der Anzeigelogik 25 durch eine 4-Segment-Anzeigeeinrichtung 27 angezeigt. Der digitale Anzeigewert erscheint als blinkendes Signal während einer kurzen Zeitspanne, beispielsweise weniger als 2 Sekunden, wonach die gesamte Reihenfolge von Vorgängen wiederholt und der Ablesewert überprüft wird.

Eine in Fig. 1 als Block 28 dargestellte Stromversorgung ist im einzelnen in den Figuren 2a und 2b schematisch dargestellt. Die Stromversorgung ist über einen Ein-Ausschalter 29 des Systems mit Masse verbunden. Eine Mehrzahl von Gleichstromversorgungen bzw. Batterien 30, die in einer Mehrzahl von Reihenschaltungen angeordnet sind, sind jeweils an eine oder an eine Mehrzahl von Dioden 31 und Widerständen 32 angeschlossen. Die Dioden 31 liefern einen Schutz für die Meßvorrichtung gegen zufällige Umkehr der Batteriereihenschaltungen. Die Widerstände 32 sind vorgesehen, um Kurzschlußströme aus den Batterien zur Erfüllung von Sicherheit serf ordernissen zu begrenzen. Die Stromversorgung liefert die

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Gleichspannungswerte für die Meßvorrichtung; diese sind mit + V_1-5 in den ausführlichen Schaltbildern der verschiedenen Baugruppen angegeben.

Die Anschlußspannung V₁ ist an einen herkömmlichen Spannungsregler 33 angeschlossen, um eine geregelte Gleichspannung Vg für die Digitallogik zu erzeugen. Eine Zenerdiode 34 ist vorgesehen, um den Wert von V, zu beschränken. Ein im Handel erhältlicher

Spannungsregler ist das Bauteil LM 3O9L.

Die Stromversorgung 28 enthält ferner fünf Schaltungen mit Zenerdioden, Widerständen und Kondensatoren, wie in Fig. 2b dargestellt, zur Erzeugung von fünf Spannungsgrößen +V^, +Vg und fVg, welche bei den analogen Verstärkerdetektorschaltungen verwendet werden sollen. Drei getrennte Schaltungen mit einem Eingang +V, liefern eine positive Spannung +V-, + V« und +Vg und umfassen einen Eingangswiderstand 35, eine Zenerdiode 36 und einen Kondensator 37, welche wie in Fig. 2b geschaltet sind. Die negativen Spannungen -V- und -Vg werden erzeugt durch Umkehr der Polarität der Zenerdiode 36 und des Kondensators 37 und unter Verwendung einer Spannung -V₅ als Eingangssignal. Es ist anzumerken, daß trotz der Verwendung der gewöhnlichen Zahl 36 für die Zenerdiode diese Zenerdiode so ausgelegt werden kann, daß sie je nach Erfordernis verschiedene Spannungen liefert.

Der in Fig. 3 im einzelnen dargestellte Anschlagtreiber 18 wandelt das Anschlagsignal mit niedriger Leistung und niedrigem Strom in einen Anschlagtreiberimpuls mit höherer Spannung und höherem Strom um. Ein Spannungsschieber mit Digitallogikpuffern 42, 43 und 44 überträgt den logischen Anschlagimpuls auf einen Darlington-Verstärker 45 über einen Strombegrenzungswiderstand Eine Zenerdiode 47 ist an den Ausgang des Darlington-Verstärkers 45 angeschlossen, um die Ausgangsspannung zu begrenzen. Eine Zenerdiode 48, welche die induktive Abfallzeit der elektromagnetischen Spule 16 verkürzt, und eine Diode 49 sind parallel zur Zenerdiode 47 in Reihe geschaltet, um induktive Rückschläge aus der

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elektromagnetischen Spule 16 zu beseitigen. Ausgangsanschlüsse 50 und 51 sind an die Kabel 17 angeschlossen, welche die elektrischen Signale zu und von dem entfernt angeordneten Wandler übertragen.

Der analoge Verstärkerdetektor 20/ der im einzelnen in Fig. 4 dargestellt ist, besteht allgemein aus einem Verstärkerabschnitt, einem Filterabschnitt und einem Vergleicherabschnitt. Ein Eingangsverstärker 52 ist gleichstromäßig über das Kabel 17 mit der elektromagnetischen Spule 16 über einen Widerstand 53 und eine Zenerdiodenbegrenzungseinrichtung 54 verbunden. Der Filterabschnitt ist wechselstrommäßig an den Verstärker 52 angekoppelt und umfaßt einen Operationsverstärker 55 mit Mehrfachrückführungselementen zur Bildung eines Durchlaßbandes, welches typisch ist für die Vibrationsfrequenz des Drahtes 15, so daß äußere Signale und Störgeräusche beseitigt werden. Der Verstärker 56 ist gleichstronäßig mit dem Filter über einen Widerstand 57 verbunden. Ein Vergleicher 58 ist kapazitiv an den Verstärker 56 über einen Kondensator 59 angekoppelt. Das Hysterese-Netzwerk aus einem Kondensator 60 und Widerständen 61 und 62 ist vorgesehen, um den Vergleicha* 58 zu stabilisieren. Zusätzlich wird eine Stabilisierung dadurch erzielt, daß die Verstärker und Filter mit Spannungen + Vy und der Vergleicher mit Spannungen + V« und + V₉ betrieben werden. Der analoge Verstärkerdetektor verstärkt das elektrische Signal, welches die Schwingung des Drahtes darstellt, filtert Störspannungen aus und liefert eine Impulsfolge gemäß der Schwingung mit ausreichender Amplitude zur Aufspürung durch die phasenstarren Schleifenschaltungen.

Die phasenstarren Schleifen 21 und 24 nach Fig. 1 sind Mehrfachzweckschaltungen, welche als Störgeräuschfilter, Signalausfall- und Fehleranzeiger und als selbsttätig abgestimmter Oszillator wirken. Die phasenstarre Schleife 21 umfaßt einen spannungsgesteuerten Oszillator, dessen Frequenz von Hand eingestellt werden kann durch Drehung des Knopfes 22, welcher ein Potentiometer einstellt. Wenn der spannungsgesteuerte Oszillator (VCO) nahe genug bei der Eigenfrequenz des Drahtes 15 abgestimmt ist, so daß

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aus dem Wandler ein Signal zurückgegeben wird, so wird der Oszillator automatisch elektronisch auf die Resonanzfrequenz des Drahtes eingestellt. Die phasenstarre Schleife 21 ist relativ empfindlich und spürt die Frequenz des Drahtes 15 auf und wird auf diese festgesetzt, wenn der Draht ein Signal mit ausreichender Amplitude erzeugt.

Die Frequenz des spannungsgesteuerten Oszillators der phasenstarren Schleife 21 entspricht direkt derjenigen des Drahtes 15, es sei denn, daß der Oszillator auf einer oberen oder unteren Harmonischen der Frequenz des Drahtes schwingt. Wenn dies auftritt, so wird die phasenstarre Schleife 21 auf das Signal festgeschlossen, jedoch mit einem genauen Bruchteil oder Vielfachen der Frequenz des Drahtes. Wenn beispielsweise die Resonanzfrequenz des Drahtes 6.000 Hz beträgt, so kann dieser durch ein 3.000 Hertz-Signal erregt werden. Die phasenstarre Schleife 21 kann auf das 6.000 Hertz-Signal festgeschlossen werden, statt eine Ausgngsfrequenz von 6.OOO Hz zu besitzen, würde sie jedoch ein Ausgangssignal mit 3.00O Hz aufweisen. Wenn die phasenstarre Schleife 21 festgeshlossen ist, so wirkt sie als Bandfilter mit einstellbarer Bandbreite, deren Frequenz von Hand durch einen Knopf 22 oder elektronisch durch eine phasenstarre Schleifenschaltung geändert werden kann. Somit wird das Ausgangssignal der phasenstarren Schleife 21 von der Digitalschaltung für sämtliche nachfolgenden Logik- und Anzeigezählvorgänge verwendet.

Die phasenstarre Schleife 24 wird verwendet, um Störgeräusche zu ermitteln und solche Situationen aufzudecken, in denen die phasenstarre Schleife 21 auf eine obere oder untere Harmonische festgeschlossen ist. Die phasenstarre Schleife 24 spricht auf einen Signalübergang an und kann sehr schmale Impulse ermitteln, die die phasenstarre Schleife 21 möglicherweise nicht in Form einer Störung beeinflussen, trotzdem jedoch eine Verschlechterung des Eingangssignals darstellen. Sie bildet somit eine sehr gut geeignete Einrichtung zur überwachung der Qualität des Signals aus dem Wandler. Die phasenstarre Schleife 24 erlaubt kein Festschließen auf einer Harmonischen. Wenn sie festgeschlossen ist,

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so ist ihr Äusgangssignal eine getreue Darstellung ihres Eingangssignals.

Phasenstarre Schleifen sind ausführlich in einem Artikel unter der Überschrift "The Monolithic Phase-Locked-Loop-A Versatile Building Block" von A.B. Grebene in IEEE Spectrum, 19. März 1971, Seiten 38-49 beschrieben. Phasenstarre Schleifen umfassen im allgemeinen einen Phasendetektor, ein Tiefpaßfilter und einen spannungsgesteuerten Oszillator. Die phasenstarren Schleifen 21 und 24 umfassen diese drei Grundkomponenten mit verschiedenen Eigenschaften und kennzeichen zur Ausführung der oben aufgezählten Funktionen. Die phasenstarren Schleifen 21 und 24 sind die von der RCA erhältliehen Elemente CD4O46AE (Ref ICAN-6101), deren Eigenschaften und deren Aufbau aus COS/MOS Digital Integrated Circuits, Ausgabe 1973, Seiten 319 ff hervorgehen. Die phasenstarre Schleife 21 ist unter Verwendung von Tabelle IV "Phase Comparator I, VCO with Offset" ausgelegt, und die phasenstarre Schleife 24 wurde nach Tabelle IV "Using Phase Comparator 2, VCO with Offset" ausgelegt.

Die in Fig. 5a dargestellten phasenstarren Schleifen 21 und 24 sind über einen Schalter SW4 an den analogen Verstärkerdetektor 20 angeschlossen. An die Eingänge der phasenstarren Schleifen und 24 ist ferner Über einen Schalter SW6 Masse angelegt. Die Frequenz des spannungsgesteuerten Oszillators der phasenstarren Schleife 21 wird mittels des Knopfes 22 eingestellt, welcher auf einen Widerstand 63 einwirkt, der in Reihe mit einem Widerstand 64 geschaltet ist, welcher durch einen Bereichsschalter 65 überbrückt ist, sowie mittels eines veränderlichen Widerstandes 66. Ferner ist mit dem spannungsgesteuerten Oszillator der phasenstarren Schleife 2! ein grobes Tiefpaßfilter mit dem Widerstand 67 und dem Kondensator 68 und ein feines Glättungstiefpaßfilter mit den Widerständen 69, 70 und 71 und den Kondensatoren 72, 73 und 74 jeweils Über Schalter SW3 und SW2 verbunden. Der Schalter SW1 ist zwischen den Phasendetektor und das Tiefpaßfilter geschaltet, um die Rückführungsshleife zu schließen, so daß der spannungsgesteuerte Oszillator der phasenstarren Schleife 21 ei-

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nen Teil der phasenstarren Schleife bildet. Wenn der Schalter SW1 offen ist, so wird der spannungsgesteuerte Oszillator als Schwingungsquelle benutzt. Ein veränderlicher Widerstand 75 ist ferner an den Eingang des spannungsgesteuerten Oszillators über einen Schalter SW5 angeschlossen. Es soll betont werden, daß das feine Tiefpaßfilter ferner als Speichereinrichtung zur Speicherung der aufgespürten bzw. der festgeschlossenen Frequenz arbeitet, wie im einzelnen nachstehend erläutert wird.

Die Widerstände 76 und 77 der phasenstarren Schleife 24 bestimmen die oberen und unteren Frequenzen der Schleife. Ein Widerstand 78 und ein Kondensator 79 bilden das Tiefpaßfilter. Die Logikschaltung von Fig. 5 liefert die Steuerung für die Schalter SW1 bis SW6 und spricht an auf die Anschlagabhörsteuerung und das Filtersteuerungssignal aus der digitalen Folgesteuerungslogik 19 nach Fig. 1, welche im einzelnen anhand der folgenden Figuren zu beschreiben sein wird. Die Schalter können Transistoren oder Halbleiter sein, welche vorzuziehen sind, oder sie können einfache Relais sein.

Die Arbeitsweise der Anordnung nach Fig. 5 ist wie folgt: Während eines normalen Anschlagens (beim vorausgehenden Anschlagen wurde keine Festschließung erzielt) wirkt die phasenstarre Schleife 21 wie ein Oszillator, dessen Frequenz durch den von Hand eingestellten Widerstand 63 bestimmt wird. Die Eingänge der phasenstarren Schleifen 21 und 24 werden durch SW4 abgeschaltet. Die Rückführungsschleife der phasenstarren Schleife 21 wird durch SW1, SW2 und SW3 geöffnet. SW5 ist geschlossen, um zu ermöglichen, daß die Spannung am mittleren Abgriff des Widerstandes 75 die Frequenz des spannungsgesteuerten Oszillators (VCO) steuert. Dieser Abgriff wird so eingestellt, daß die Mittenspannung gleich V_ß/2 ist. Das Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators ist nun eine Rechteckwelle mit einem Arbeitszyklus von 50%, dessen Frequenz durch den Widerstand 63 eingestellt wird.

Wenn die Rückführungsschleife geschlossen ist, d.h. SWI und SW3 sind geschlossen und SW5 ist offen, jedoch kein Eingangssignal an

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die Schleife angelegt wird, so schwingt dLe phasenstarre Schleife 21 bei einer Frequenz, die gleich der Frequenz ist, welche erhalten wird, wenn das Eingangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators VCO gleich V_g/2 ist; der Arbeitszyklus beträgt jedoch nicht 50%. Deshalb ist während eines Anschlagvorganges die Rückführungsschleife offen und eine Spannung V_g/2 vom Widerstand 75 wird an den spannängsgesteuerten Oszillator VCO angelegt.

Während einer Abhörzeitspanne ist SW4 geschlossen,und jegliches Ausgangssignal aus dem analogen Verstärkerdetektor kann die zwei phasefistarren Schleifen ändern. SW1 und SW3 sind geschlossen, so daß die Rückführungsschleife geschlossen ist, und SW2 und SW5 sind geöffnet, so daß sie sich auf die Schaltung nicht auswirken. Das Phasenvergleicherausgangssignal aus der phasenstarren Schleife 21 wird grobgefiltert durch den Widerstand 66 und den Kondensator 68 zur Verwendung in der Rückführungsschleife. Dieses Ausgangssignal wird ferner in einem besonderen feinen Glättungsfilter gefiltert, dessen Ausgangssignal gleich der mittleren Spannung aus der Widerstands-Kondensatoreinheit 67, 68 minus der gesamten Welligkeit ist. Das grobe Filter ist zum schnellen Ansprechen der Schleife erforderlich, und die geglättete Spannung aus dem feinen Glättungsfilter stellt die Momentanfrequenz der phasenstarren Schleife 21 dar.

Wenn eine Mitnahme mit dem Signal aus dem Verstärkerdetektor erzielt worden ist, so ist die Ausgangssignalfrequenz der phasenstarren Schleifen identisch mit der des "Eingangssignals. Diese Frequenz muß für den nächsten Anschlagvorgang gespeichert werden. Die Ausgangsspannung aus dem "feinen" Filter, welche die Momentanfrequenz des spannängsgesteuerten Oszillators VCO darstellt, wird somit durch das Filter festgehalten bzw. gespeichert und verwendet, um die Eingangsspannung für den spannungsgesteuerten Oszillator während des nächsten Anschlagvorganges zu liefern.

Ein Anschlagvorgang, welcher durch eine logische 0 am Anschlag-Abhörsteuereingang angezeigt wird, öffnet die Schalter SW4, SW1, SW3, SW2 und schließt die Schalter SW6 und SW5. Wenn jedoch eine Mitnahme bzw. Festschließung durch eine logische 1 am Filtersteuerschalter angezeigt wird, so wird der Schalter SW2 geschlos-

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sen und der Schalter SW5 geöffnet. Somit speichert das feine Filter die aufgespürte Spannung des spannungsgesteuerten Oszilletors VCO und wird verwendet, um diesen während der nächsten Anschlagreihenfolge zu beaufschlagen.

Im folgenden soll die Digitallogik beschrieben werden.

Die Logik mit einem Mitnahmeindikator 23, einer digitalen Folgesteuerungslogik 19 und der Anzeigelogik bzw. dem Zähler 25 liefert sämtliche Steuerfunktionen für die Meßvorrichtung, einschließlich Fehlerermittlung, "automatische" Abstimmung, "Anschlag-Abhören"-Folgesteuerung, Zähleranzeige, Anzeigetreiber und Taktsteuerung.

Die Logik ist verantwortlich für die Erzeugung eines 32-Zyklus-"Anschlagvorganges", die durch Handabstimmung mittels des Abstimmungsknopfes 22 bestimmte Anschlagfrequenz, den Bereichsschalter 62 und die phasenstarre Schleife 21. Nach der Anschlagzeitspanne muß die logische Schaltung entscheiden, ob ein Rückgabesignal aus dem Wandler brauchbar ist und aufgefaßt werden kann als zählbare Daten. Die Verwendbarkeit ist gewährleistet, wenn beide phasenstarren Schleifen PLL 21 und 24 auf das ankommende Signal festgeschlossen sind. Dieser Zustand wird von der Logikschaltung überprüft. Die Zeitspanne, während der die Schaltung das Ansprechen des Wandlers abwartet, wird mit "Abhören" bezeichnet; sie beträgt 128 Zählraten bzw. Zyklen des Signals aus der phasenstarren Schleife 21 (die Anschlagfrequenz).

Nach einem erfolgreichen Festschließen bzw. einer erfolgreichen Mitnahme speichert die Schaltung die Frequenz des Signals aus dem Wandler bzw. die Schaltung "erinnert" sich an diese Frequenz und gibt diese Frequenz während des nächsten Anschlagvorganges zu dem Wandler zurück. Dadurch wird sichergestellt, daß die folgende Anschlagfrequenz näher an der Eigenfrequenz des Drahtes liegt. Die Digitallogikschaltung mit den phasenstarren Schleifen ist somit in gewissem Sinne "selbsttätig abstimmend".

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um zu gewährleisten, daß die Anschlagfrequenz und die Eigenfrequenz des Drahtes so nahe wie möglich beieinander liegen, wird die "Anschlagen-Abhören"-Folge mehr als einmal durchgeführt. Nach einem dritten, erfolgreichen Anschlagen führt die Schaltung während zusätzlicher 128 Zyklen der Änsehlagfolge einen Äbhörvorgang charch. Wahrend dieses Intervalls zählen "Änzeigezähler¹* die ersten 1OO dieser Zyklen* während die MOS^EEK-Zähler gleichzeitig die Zyklen des 1O⁵ Hertz-Oszillators 2€ zählen. Somit wird die Zeitspanne von 1OO Zyklen aus dem Wandler dargestellt durch die Anzahl der Zyklen des 10 Hertz-Oszillators 26, welche in dem MGS^EEK-Anzeigezähler festgehalten werden. Die Logik ist so ausgelegt, daß sie gewährleistet, daß genau 100 Zyklen der unbekannten Drahtfrequenz gezählt werden.

Die Schaltung wird erneut in den Anfangszustand versetzt, wenn keine Mitnahme bzw. kein Festschließen während des 128-Zyklen-"Abhör signals¹¹ erreicht worden ist. Dies ist der beherrschende Mechanismus zur Freigabe der Logiks Wenn zwei aufeinanderfolgende Mitnahmen erfolgt sind und beim dritten Äbhörvorgang keine Mitnahme mehr erfolgt, so werden sämtliche Schaltungen in den Anfangszustanä versetzt, und es müssen nun drei aufeinanderfolgende Mitnahmevorgänge erreicht werden. Wenn jedoch der dritte Mitnahmevorgang erfolgreich ist, die Mitnahme aber nicht während zusätzlicher 128 Zyklen aufrechterhalten wird (wobei während dieser Zeit die Anzeigezähler in Betrieb sind), so löst die Schaltung einen weiteren Anschlagvorgang aus, versetzt das System jedoch nicht in den Anfangszustand. Solange wie eine weitere Mitnahme während 128 Zyklen erreicht wird, hält die Schaltung diesen Anschlagvorgang als dritten ztuifak, bis eine Mitnahme nicht mehr auftritt oder zusätzliche 128 Zählraten vollsSndig erreicht

7 werden. Die Anzahl der zusätzlichen überprüfungsζyklen 128 = 2 gewährleistet, daß die 100 Zyklen, während denen die Anzeigezählung durchgeführt wird, frei sind von Störgeräuschen und daß ein breiter Bereich von Zyklen {28 weitere) ebenfalls frei ist von Störgeräuschen.

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Es tragen somit das analoge Filtern, die phasenstarren Schleifen, welche beide eine Mitnahme bzw. ein Festschließen erreichen müssen, drei aufeinanderfolgende Mitnahme-Abhörfolgen und eine 128-Zyklen-überprüfung gemeinsam zu einem verläßlichen Ablesevorgang bei.

Fig. 6 ist ein Flußdiagramm, welches die gesamte Folge von Vorgängen darstellt, die für jegliche Art von Mitnahme-Abhörfolgen auftreten. Sie ist wie folgt zu erläutern:

Die Schaltung wird entweder am Ende einer Ausleseanzeige oder beim Einschalten des Stromes in den Anfangszustand versetzt. Das Versetzen in den Anfangszustand bewirkt die Löschung eines Drei-Elemente-Schieberegisters, welches die Anzahl der erfolgreichen Mitnahmevorgänge vom Mitnahmeindikator aus zählt, sowie die Löschung anderer Logikelemente.

Der erste 32-Zyklen-Anschlagvorgang wird erzeugt, und die Logik wartet während der ersten Abhörzeitspanne während 128 Zyklen darauf, daß die zwei Schleifen festgesetzt bzw. mitgenommen werden. Wenn die Mitnahme nicht innerhalb der 128-Zyklen-Abhörzeitspanne erreicht wird, so wird das Schieberegister gelöscht, und es wird ein weiterer 32-Zyklen-Anschlagvorgang erzeugt. Falls eine Mitnahme erzielt wird, so wird ein weiterer 32-Zyklen-Anschlagvorgang sofort danach ablaufen, und das Schieberegister wird erhöht. Auf den zweiten Anschlagvorgang folgt eine weitere Abhörzeitspanne, bis eine Mitnahme auftritt. Wenn dies während der 128-Zyklen-Zeitspanne auftritt, so wird das Schieberegister erhöht, und es wird ein dritter Anschlagvorgang erzeugt. Andernfalls wird die Schaltung in ihren Anfangszustand zurückversetzt. Wenn wie zuvor keine Mitnahme während des dritten Anschlagvorganges erzielt wird, so wird die Schaltung in ihren Anfangszustand zurückversetzt. Wenn eine Mitnahme während der dritten Abhörzeitspanne auftritt, so werden der 100-Zyklen-Zähler für die unbekannte Frequenz und der MOSTEK-Zähler zum Zählen in Betrieb gesetzt. Wenn die Mitnahme nicht während 128 Zyklen aufrechterhal-

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ten-wird, so wird der Anzeigezähler gelöscht, das Schieberegister wird zurückgesetzt auf zwei, und der dritte Anschlagvorgang wird erneut erzeugt. Wenn die Mitnahme während 128 Zyklen aufrechterhalten wird, so wird die Austastung von der Digitalanzeige entfernt, und der Inhalt der MOSTEK-Zähler wird angezeigt. Diese Zahl wird während 1,3 Sekunden angezeigt, woraufhin das System in den Anfangszustand zurückversetzt wird und der erste Anschlagvorgang erzeugt wird, welcher der Kehrwert der Eigenfrequenz des Drahtes bzw. seine Periode darstellt. Die Einzelheiten der zur Durchführung des obigen Verfahrens benötigten Logik werden im folgenden näher beschrieben.

Zunächst soll der Phasenmitnahmeanzeiger 23 beschrieben werden. Die Ausgänge 01 und 02 von PLL 21 und PLL 24 werden jeweils (wie in Fig. 5 gezeigt) von der Mitnahmeindikatorschaltung 23 überwacht. Wenn 01 und 02 während einer einwandfreien Mitnahme beobachtet werden, so stellt man fest, daß die Wellenformen außer Phase sind, daß 01 gegenüber 02 um eine Phasenspanne zurückliegt, die damit zusammenhängt, wie nahe die Treiberfrequenz am Ende des Fangbereiches liegt. Wenn die Treiber frequenz im Zentrum des Bereiches liegt, so beträgt die Nacheilung 90°. Während sich der Treiberbereich auf eines der Enden des Fangbereiches zu bewegt, wird die Phasendifferenz 0° oder 180°.

Wie in Fig. 7 dargestellt, werden die Eingänge 01 und 02 aus den phasenstarren Schleifen in zwei D-Typ-Flip-Flops 80 und 81 phasenverglichen, deren Aus gangs sign ale an eine NEIN-Und-Schaltung 82 angelegt sind. Der Phasenvergleicher unterdrückt die Harmonischen und bildet eine logische 0 am Ausgang der NICHT-Und-Torschaltung 82, wenn 01 gegenüber 02 während der normalen Mitnahme zurückliegt. Hier soll betont werden, daß sämtliche Flip-Flops D-Typ-Flip-Flops sind, falls nicht anders angegeben.

Die Mitnahmeanzeige aus der NICHT-Und-Torschaltung 82 wird durch eine Schaltung 83 invertiert und bildet ein Eingangssignal für eine NICHT-Und-Torschaltung 84, deren anderes Eingangssignal das Abhörsteuersignal aus dem Flip-Flop 115 ist (Fig. 8). Der

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Zähler 85 ist ein Binärzähler mit dem Teilerverhältnis 128 zum Zählen des Signals 01. Während der Abhörzeitspanne muß eine Mitnahme innerhalb einer Zeitspanne von 128 Zyklen von 01 erreicht und während 64 dieser Zyklen kontinuierlich aufrecht erhalten werden. Wenn die Mitnahme während des Zählers verloren geht, so setzen die Torschaltungen 82, 83 und 84 den Zähler 85 auf O zurück.

Ein Flip-Flop 86 dient als getriggertes Vorderflanken-Speicherelement, welches qaeichert, ob der Zähler 85 erfolgreich bis 64 gezählt hat. Sein Q-Ausgang erhöht das Mitnahmezähler-Schieberegister 96 (Fig. 8), welches später beschrieben werden soll, und sein Q-Ausgang wird verwendet, um die ersten zwei Schieberegisterelemente zu löschen. Die Flip-Flops 87 und 88 dienen als synchrones (in Bezug auf den 10 Hertz-Überlagerungsoszillator) monostabiles Element, welches durch das Abhörsteuersignal aus dem Flip-Flop 115 (Fig. 8) flankengetriggert wird. Der Q-Ausgang des Flip-Flop 88 löscht die Flip-Flops 86 und 87 anschließend an das Ende einer Anschlagzeitspanne.

Das Mitnahmezähler-Schieberegister umfaßt die Flip-Flops 89, 90, 91 und 92, von denen 89, 90 und 92 den Mitnahmezähler bilden. Das dritte Flip-Flop 91 wird unabhängig von den Flip-Flops 89 und 90 gelöscht über den Q-Ausgang des Flip-Flops 86 (Mitnahmeindikatorspeicher) über die zwei NICHT-Und-Schaltungen 95 und 96. Die ersten zwei Flip-Flops 89 und 90 werden über die vom Q-Ausgang des Flip-Flops 86 ausgehende Leitung über zwei NICHT-Und-Torschaltungen 93 und 94 gelöscht.

Der vierte Flip-Flop 92 bildet den Hauptanzeigespeicher. Wenn eine logische 1 am Q-Ausgang des Flip-Flop 92 erscheint, so wird die Anzeige freigegeben, so daß sie die in dem MOSTEK-Pufferspeieher gespeicherten Digitalwerte anzeigt.

Der Anzeigezählvorgang wird ausgelöst durch den 0-1-übergang des Ausganges Q des Flip-Flops 91. Dadurch wird das Flip-Flop 92 und der Hauptzähler 100 zurückgestellt.

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Nachstehend sollen die Schieberegister-Pufferspeicher beschrieben werden.. Flip-Flops 97, 98 und 99 dienen jeweils als Vorderkante-ge trigger te Pufferspeicher für die drei Schieberegisterspeicher 89 r 90 und. 91.

Sie speichern das Vorhandensein eines Überganges bis zur Rückstellung durch den synchronen "monostabilen¹¹ Impuls, welcher von einem Flip-Flop 114 über eine NICHT-Und-Schaltung 116 gebildet wird.

Der Hauptzähler 1OO ist ein Teilerverhältnis 2¹⁴-Zähler (f 2¹⁴), welcher bei den Teilerverhältnissen 2⁸ und 2⁶ (f 2⁸ und f 2⁶) abgreift, um jeweils 128 Zyklen und 32 Zyklen zu zählen. Dieser Zähler bestimmt die Länge des Anschlagvorganges (32 Zyklen), des Abhörvorganges (128 Zyklen), des dritten Anschlag-Mitnahme-Prüfvorganges (128 Zyklen) und die Digitalanzeigezeit (gemeinsam mit dem Zähler 106, 2¹⁷ bei 10⁵ Hertz-Zyklen χ 1,3 Sekunden).

Der richtige Abgriff wird gewählt durch NICHT-Und-Torschaltungen 110 und 111, die ihrerseits gesteuert werden vom Abhörausgang (Q) des Haupt-Flip-Flöps.

Die Frequenz des Eingangssignals des Zählers 110, gleich ob es sich um das Ausgangssignal 01 während des Abhörvorganges und des Anschlagvorganges oder um das 10 Hertz-Signal während der Anzeigetaktsteuerung handelt, wird gesteuert durch die drei NICHT-Und-Torschaltungen 103, 104 und 105, die ihrerseits gesteuert werden durch den Hauptanzeigespeieher 92.

Der Hauptzähler 100 wird von der monostabilen Hauptschaltung 114 über die NICHT-ünd-Torschaltung 116 in derselben Weise zurückgestellt wie die Schieberegister-Pufferspeicher 97, 98 und 99.

Das Haupt- bzw. Master-Flip-Flop 115 ist geschaltet als Zähler mit dem Teilerverhältnis 2, dessen Ausgänge bestimmen, ob die Schaltung sich in einem Abhör- oder Anschlagbetriebszustand be-

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findet. Wenn Q eine logische 1 ist, so befind* sie sich in einem Abhörbetriebszustand, wenn Q eine logische 1 ist, so befindet sie sich in einem Anschlagbetriebszustand. Die von Q und Q ausgehenden Leitungen wählen den geeigneten Abgriff des Hauptzählers 110 über NICHT-Und-Torschaltungen 110 und 111. Ein übergang von 0 zu 1 bei Q triggert das monostabile Mitnahmeindikatorelement 87, 88 (siehe Fig. 7).

Das Flip-Flop 115 ist ebenfalls verantwortlich für die Durchschaltung des 32-Zyklen-Anschlagsignals zum Anschlagtreiber 18-Leistungsverstärker über die NICHT-Und-Schaltung 101 und einen Inverter 102.

Die monostabile Hauptschaltung umfaßt Flip-Flops 113 und 114. Wenn der durchgeschaltete 2 -Abgriff aus dem Zähler 100 oder der durchgeschaltete Teilerverhältnis 2 -Abgriff aus dem Zähler 100 oder aus irgendeinem der Schieberegister-Pufferspeicher 97, 98 und 99 einen übergang von jeweils 0-1, 0-1 oder 1-0 ausführt, so wird der übergang während eines 10 Hertz-Zyklus verzögert, und es wird ein monostabi!artiger Impuls während zwei 10 Hertz-Zyklen an den Q-Ausgängen der Schaltungen 113 und 114 erzeugt.

Die drei Triggerübergänge werden durch die NICHT-Und-Torschaltung 112 odermäßig kombiniert.

Der monostabile Impuls stellt den Hauptzähler 100, den Zähler 106 und die Schieberegister-Pufferspeicher 97, 98 und 99 zurück. Er bringt das Flip-Flop 115 zum Kippen, wodurch das Flip-Flop die Schaltung aus dem Anschlagbetriebszustand in den Abhörbetriebszustand umschaltet und umgekehrt.

D-Typ-Flip-Flops 117 und 118 bilden eine monostabile Schaltung, welche ähnlich arbeitet wie das nonostabile Mitnahmeindikatorelement (Flip-Flops 87, 88, Fig. 7). Sie wird getriggert durch einen 0-1-übergang am Q-Ausgang der Schaltung 91, welcher nach dem dritten Mitnahmevorgang auftritt. Ihr Ausgangsimpuls stellt den Hauptzähler 100 zurück, wodurch sie vorbereitet wird zur Ausfüh-

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rung des 128-Zyklen-Mitnahmeüberprüfungsvorganges. Dieser Impuls wird in der NICHT-ünd-Torschaltung 116 odermäßig geschaltet, wodurch ein Rückstellirapuls für den Zähler 100 gebildet wird, ohne daß das Flip-Flop 115 in den Anschlagbetriebs zustand gekippt wird.

Nachfolgend soll die Versetzung der monostabilen Schaltung in den Anfangszustand beschrieben werden. Wenn die Anzeigezeit von 1,3 Sekunden verstrichen ist, so geht der Ausgang des Zählers 106 von 0 auf 1, wodurch der Ausgang Q des Auslöse-Flip-Flops von 1 auf 0 geht, synchron mit der Vorderkante des Signals aus dem 10 Hertz-Oszillator. Die 0 am Ausgang Q stellt den Ausgang Q des Flip-Flops 91 von 0 auf 1 zurück und die Ausgänge Q der Schaltungen 89 und 90 von 1 auf 0, über die Torschaltungen 93, 94, 95 und 96. Dieser 0- und 1-übergang des Q-Ausgangs der Schaltung 91 kippt den Schieberegister-Pufferspeicher 99 von 1 auf 0, wodurch ein, übergang von 0 auf 1 an der monostabilen Haupt schaltung 113, 114 bewirkt wird. Der Impuls aus der monostabilen Hauptschaltung stellt die Zähler 100 und 106 und die Schieberegister-Pufferspeicher 97, 98 und 99 zurück, wodurch der Ausgang des Zählers 106 aiaf 0 zurückgestellt wird, wodurch bei der nächsten Vorderkante des 10 Hertz-Signals eine 1 zum Flip-Flop 107 geführt wird und die Schaltung zurückversetzt wird in einen AnschlagbetJiiebszuötanä mittels des Impulses aus der monostabilen Hauptschaltü&g, leslcher den Q-Ausgang der Schaltung 115 auf 1 kippt. Die gesamte Schaltung würde in den Anfangszustand versetzt.

Der 100 Zykien-Anzeigezähler, welcher in Fig. 9 gezeigt ist, liefert eine ΐ am Q-Äusgang des Flip-Flops 119 für zwei D-Typ-Flip-Flops. Der Übergang von 0 auf 1 des Q-Ausganges der Schaltung 91 stellt ebenfalls den Zähler 100 für einen 128 Zyklen-Mitnahmeüberprüfungsvorgang zurück. Diese 1 wird durch die Vorderkante des Signals mit unbekannter Frequenz aus der phasenstarren Schleife 1 (01) zum Q-Äusgang des Flip-Flops 120 durchgestellt. Diese 1 wird verwendet, um die MOSTEK-Zähler mit dem Teilerverhältnis

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10 auszulösen, wodurch die MOSTEK-Zähler mit der Vorderkante des Signals mit unbekannter Frequenz synchronisiert werden.

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Die 1 vom Q-Ausgang der Schaltung 120 wird zu einer O am Q-Ausgang der Schaltung 121 nach einer willkürlichen Zeitverzögerung,

5 die bestimmt wird durch die Phasenlage des 10 Hertz-Oszillators. Diese winzige Verzögerung verhindert einen eventuellen Eilzustand, der den Verlust des ersten Zyklus bei dem 100 Zyklen-Zählvorgang bewirken würde.

Die Zähler 122 und 123 mit dem Teilerverhältnis 10 zählen gemeinsam 100 Zyklen des Signals 01. Der/Vorgang wird ausgelöst durch das Signal am Q-Ausgang der Schaltung 121 und wird beendet, wenn diese den Q-Ausgang des Speicher-Flip-Flops 124 auf den Wert einer logischen 1 kippen. Wenn der Q-Ausgang der Schaltung 124 einen Übergag von 0 zu 1 bei der hundertsten Zählrate macht, so wird die 1 bei V_g zum Q-Ausgang der Schaltung 124 durchgestellt. Der übergang von 0 zu 1 bewirkt, daß der Überführungseingang des MOSTEK-Zählers die Zählrate in dem Zähler mit dem Teilerverhält-

nis 10 in die internen Pufferregister überführt. Der Inhalt dieser Register wird angezeigt, wenn und sobald der Q-Ausgang des Hauptanzeigespeichers 92 die Austastung der MOSTEK-Anζeigeschaltung nach einem erfolgreichen 128 Zyklen-Mitnahmeüberprüfungsvorgang entfernt.

Der gesamte 100 Zyklen-Anzeigezähler wird während eines Anschlagsignals am Q-Ausgang der Schaltung 115 zurückgestellt.

Bei der Stromversorgung-Einschaltfolge wird eine RC-Schaltung wirksam, welche während einer kurzen Zeitspanne eine logische 1 erzeugt, um die Logikeinrichtungen zur Versetzung in den Anfangszustand mit den Flip-Flops 107, 113, 114 und 115 zu erregen.

Der in Fig. 10 dargestellte MOSTEK-Zähler 125 ist eine p-Kanal-FET-LSI-Schaltung, die bei der MOSTEK Corporation erhältlich ist. Die Schaltung beginnt mit dem Zählvorgang des 10 Hertz-Eingangssignals aus dem Kristalloszillator, wenn ein Steuersignal am Q-Ausgang der Schaltung 120 in ihren vier Zählern mit dem Teilerverhältnis 10 gebildet wird. Beim Auftreten eines Steuer-

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signals am Q-Ausgang der Schaltung 124 wird der Inhalt dieser Zähler zu den internen Pufferregistern des MOSTEK-Zählers übertragen. Wenn bei Vorhandensein eines Steuersignals am Q-Ausgang der Schaltung 92 die Austastung entfernt wird, nachdem ein erfolgreicher 128 Zyklen-MitnahmeüberprüfVorgang stattgefunden hat, so wird der Inhalt der Register angezeigt, indem diese dekodiert werden in Form von numerischen Sieben-Segment-Auslesewerten, die von der höchsten bis zur niedrigsten Ziffer abgetastet werden. Es wird eine digitale LED-Anzeigeeinrichtung verwendet, da diese nur eine niedrige Betriebsleistung benötigt, was zur inneren Sicherheit der Meßvorrichtung beiträgt.

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Claims (13)

1. Patentansprüche

   .) Anordnung zum Messen der Eigenfrequenz eines gespannten Drahtes durch Anschlagen des Drahtes mittels einer Spule, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Beaufschlagung der Spule (16) mit gegebener Frequenz während einer ersten Zeitspanne, eine von Hand einstellbare Einrichtung (22) zum Wählen der Frequenz zur Beaufschlagung der Spule (16), eine an die Spule (16) angeschlossene Einrichtung zur Ermittlung der Vibration des Drahtes oberhalb einer gegebenen Amplitude während einer zweiten Zeitspanne, eine an die Einrichtung zur Ermittlung der Vibration angeschlossene Einrichtung zum Aufspüren der Frequenz der ermittelten Vibrationen innerhalb eines gegebenen Bereiches der gegebenen Frequenz, eine an die Aufspüreinrichtung angeschlossene Einrichtung zur Ermittlung des Aufspürzustandes,

   eine die Beaufschlagungseinrichtung und die Aufspüreinrichtung verbindende Einrichtung zur Bestimmung, in Abhängigkeit von der Einrichtung zum Ermitteln des Aufspürvorganges, ob die gegebene Frequenz die von Hand gewählte Frequenz oder die aufgespürte Frequenz sein soll, während einer nachfolgenden ersten Zeitspanne und eine Einrichtung (27) zum Anzeigen der aifgespürten Frequenz.
2. 2. Meßanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine an die Einrichtung zur Bestimmung und an die Anzeigeeinrichtung angeschlossene Einrichtung zur Steuerung der Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen der aufgespürten Frequenz, wenn ein Aufspürzustand während wenigstens zwei aufeinanderfolgender zweiten Zeitspannen ermittelt worden ist.
3. 3. Meßanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung eine erste Einrichtung zum Zählen einer festen Zahl von Zyklen der aufgespürten Frequenz, eine Einrichtung zur Erzeugung eines Taktimpulses, eine zweite Einrichtung

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   zum Zählen des Taktiiepulses, bis die erste Zähleinrichtung die feste Zahl erreicht, und eine Einrichtung zum Anzeigen der endgültigen Eählrate der zweiten Zähleinrichtung aufweist.
4. 4. Meßanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigesteuereinrichtung eine Einrichtung zur Erregung der ersten und zweiten Zähler, wenn der Aufspürzustand während drei aufeinanderfolgender zweiten Zeitspannen ermittelt worden ist, und eine Einrichtung zur Erregung der Anzeigeeinrichtung für die endgültige Zählrate, wenn der Aufspürzustand während wenigstens der festen Zahl der Zyklen der aufgespürten Frequenz aufrechterhalten wird, aufweist.
5. 5. Meßanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufspüreinrichtung eine erste Phasenverriegelungsschalfcong mit einem spannungsgesteuerten Oszillator aufweist und die Handwähleinrichtung die Mittenfrequenz des spannungsgesteuearten Oszillators steuert.
6. 6. Meßanordnung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine mit der ersten Phasenverriegelungsschaltung verbundene Einrichtung zum Speichern der aufgespürten Frequenz zum Anlegen als die gegebene Frequenz während der nachfolgenden ersten Zeitspanne, wenn diese Frequenz von der Bestimmungseinrichtung ausgewählt worden ist.
7. 7. Meßanordnung nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch eine mit dem spannungsgesteuerten Oszillator verbundene Einrichtung zum Abtrennen des spannungsgesteuerten Oszillators von der Phasenverriegelungsschaltung während der ersten Zeitspanne, wodurch der spannungsgesteuerte Oszillator die gegebene Frequenz für die Beaufschlacjungseinrichtung während der ersten Zeitspanne liefert und während der zweiten Zeitspanne einen Teil der Aufspüreinrichtung bildet,
8. 8. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufspüreinrichtung eine zweite Phasenver-

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   riegelungsschaltung zum genauen Aufspüren eines wesentlich grösseren Frequenzbereiches als der der ersten Phasenverriegelungsschaltung aufweist und die Ermittlungseinrichtung für den Aufspürzustand mit der ersten und zweiten Phasenverriegelungsschaltung verbunden ist zur Ermittlung, ob die erste Phasenverriegelungsschaltung die Vibrationsfrequenz aufspürt.
9. 9. Meßanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht und die Spule entfernt von der Meßvorrichtung angeordnet sind und die Vibrationsermittlungseinrichtung einen an die Spule angeschlossenen Verstärker zur überwachung der Spule während der zweiten Zeitspanne, ein Filter in Reihe mit dem Verstärker und einen Schwellendetektor in Reihe mit dem Filter aufweist.
10. 10. Vorrichtung zum Messen der Eigenfrequenz eines gespannten Drahtes, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum magnetischen Anschlagen des Drahtes,

    eine Einrichtung zum Ermitteln von mechanischer Vibration des Drahtes,

    eine an die Vibrationsermittlungseinrichtung angeschlossene Phasenverriegelungsschaltung zum Aufspüren mechanischer Vibration in einem gegebenen Frequenzband um eine gewählte Frequenz herum, einen spannungsgesteuerten Oszillator, eine an den spannungsgesteuerten Oszillator angeschlossene Einrichtung zum Verbinden des spannungsgesteuerten Oszillators mit der Anschlageinrichtung während einer ersten Zeitspanne und zum Verbinden des spannungsgesteuerten Oszillators mit der Phasenverriegelungsschaltung zur Aufspürung während einer zweiten Zeitspanne und

    eine an den spannungsgesteuerten Oszillator angeschlossene Einrichtung zur Anzeige der aufgespürten Frequenz.
11. 11. Meßvorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine

    an den spannungsgesteuerten Oszillator angeschlossene Einrichtung zur Einstellung der gewählten Frequenz von Hand und eine an den spannungsgesteuerten Oszillator angeschlossene Einrichtung zur

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    ,-T

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    Speicherung der aufgespürten Frequenz der ermittelten mechanischen Vibration während der zweiten Zeitspanne zur Verwendung
    als gewählte Frequenz während einer nachfolgenden ersten Zeitspanne. -
12. 12. Meßvorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine an die Pihasenverriege lungs schaltung angeschlossene Einrichtung zur Ermittlung, ob die Phasenverriegelungsschaltung sich im Aufspürungszustand befindet und eine an die Aufsptirermittlungseinrichtung angeschlossene Einrichtung zur Erregung der Speichereinrichtung.
13. 13. Meßvorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine an die Aufspürermittlungseinrichtung angeschlossene Einrichtung zum Verhindern der Erregung der Anzeigeeinrichtung, bis eine
    Aufspürung während drei aufeinanderfolgender zweiten Zeitspannen ermittelt worden ist.

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