DE2600931A1 - Verfahren und vorrichtung zur messung der schwingungsamplitude der unruhe einer uhr - Google Patents

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Schwingungsamplitude der Unruhe einer Uhr

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Schwingungsamplitude der Unruhe einer Uhr.

Bei den derzeit bekannten Geräten zur Messung der genannten Grosse, bei denen die Anzeige beispielsweise mit Hilfe einer mit einer Skalenteilung"versehenen Kathodenstrahlröhre erfolgt, die bei jeder Halbschwingung der Unruh einer zu kontrollierenden Uhr vom Lichtpunkt überstrichen wird, oder bei denen ein Drehspulinstrument verwendet wird, ist die Anzeige im allgemeinen nicht völlig linear. Die mathematische Funktion, welche die Beziehung zwischen der SchwingungSamplitude A der Unruh, dem Hebungswinkel der Unruh TT, dem Zeitintervall A Τ zwischen den Zeitpunkten der Auslösung und des Stosses in der Hemmung, sowie der Kreisfrequenz l£ der Uhr angibt, hat nämlich folgende Form :

^ = A sin (CO. Al )

2 '

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Die Umwandlung dieser Funktion in eine gleichwertige Funktion die so aufgebaut ist, dass sie mit Hilfe von elektronischen Analogschaltungen gewonnen werden kann, welche nicht übermässig kompliziert sind, macht es notwendig, dass eine Nichtlinearität der Messskala in Kauf genommen wird, welche die Messgenauigkeit verringert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diesen Naciteü zu vermeiden und ein Messverfahren zu liefern, welches mit Hilfe einer relativ einfachen elektronischen Schaltungsanordnung durchgeführt werden kann und doch eine vollkommen lineare Anzeige des gemessenen Amplitudenwertes erlaubt.

Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die Gang— geräusche der Uhr aufgefangen und in elektrische Signale umgewandelt werden, die der Auslösung und dem Stoss in der Hemmung entsprechenden Signale ausgewählt werden, aus diesen letzteren Signalen einerseits Signale gebildet werden, die das Zeitintervall Δ T. zwischen einer Auslösung und dem darauf folgenden Stoss in der Hemmung darstellen, und andererseits Signale gebildet werden, welche die Dauer T der Halbschwingung zwischen zwei Endpunkten der Unruhbewegung darstellen, dass aus Vergleichsimpulsen konstanter Wiederholungsfrequenz f zwei Zählimpulsfolgen abgeleitet werden, wobei die eine Folge eine feste Wiederholungsfrequenz besitzt und die andere Folge eine dem Zahlenwert "2Γ des Hebungswinkels der Unruh proportionale oder umgekehrt proportionale Wiederholungsfrequenz besitzt, die Impulse dieser beiden Folgen während Zeitintervallen von ^-— A T bzw.

?_ i

m.n.T gezählt werden, wobei η und m grosser oder gleich 1 sind, und dass die durch die beiden Zählungen erhaltenen Impulszahlen durcheinander dividiert werden um den Quotienten

f /ir m.n.T o' " c

A =

m.f /τ~ η

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zu bilden, der den Zahlenwert des die Schwingungsamplitude darstellenden Winkels angibt.

Das erfindungsgemässe Verfahren kann mit Hilfe einer gänzlich digital arbeitenden Messvorrichtung durchgeführt werden. Die Zählung von Impulsen, die aus einer Folge von Vergleichsimpulsen einer sehr genau konstanten Wiederholungsfrequenz abgeleitet werden können, die Möglichkeit der Verwendung von logischen Schaltungen zur Begrenzung der Zeitintervalle der Zählung und die ebenfalls digital durchführbare Quotientenbildung, erlauben nicht nur das Erzielen einer sehr hohen Messgenauigkeit mit vollkommener Linearität der Anzeige, sondern auch eine besonders einfache und wirtschaftliche Ausführung der Messvorrichtung, wobei trotzdem eine grosse Flexibilität in der Wahl der Messarten und der anzuzeigenden Grossen erreicht wird.

Eine erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung des obigen Messverfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Signalformungsschaltung aufweist, welcher die Gangsignale der Uhr zugeführt werden und welche die Zeitintervalle A T. und T bestimmenden Zeitsignale liefert, dass sie einen Vergleich impulsgeber, sowie zwei Gruppen von an dessen Ausgang angeschlossenen Frequenzumsetzern aufweist, wobei die eine Gruppe einen einstellbaren Frequenzumsetzer enthält, der mit einer Vorwahlvorrichtung für das Frequenzumsetzungsverhältnis entsprechend dem Wert des Hebungswinkels "£T verbunden ist, und dass sie ferner eine logische Auswahl- und Verbindungsschaltung aufweist, der einerseits die Zeitsignale und andererseits die beiden von den zwei Gruppen von Frequenzumsetzern gelieferten Zählimpülsfolgen zugeführt werden und an deren Ausgang zwei elektronische Zählvorrichtungen angeschlossen sind, die derart miteinander verbunden sind, dass am Ausgang der zweiten Zählvorrichtung eine dem Quotienten A entsprechende Anzahl Impulse geliefert wird-

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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen, die ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Vorrichtung darstellen, näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein vereinfachtes Blockschema der Vorrichtung und

die Figuren 2a, 2b und 2c ein detaillierteres Schaltbild eines Teils der Vorrichtung nach Fig. 1.

Das Messverfahren, das der vorliegenden Vorrichtung zugrunde liegt, geht von der im Zeitintervall Δ T linearisierten Form der Beziehung (1) aus, welche folgende Form hat

T
A = ^- * —

wobei Co durch — ersetzt wurde und T die Dauer der Halbschwingung zwischen zwei Endpunkten der Unruhbewegung darstellt.

Gemäss dem vorliegenden Verfahren werden einerseits während eine,e Zeitintervall T oder eines Vielfachen n.m.T dieses

ο of

Zeitintervalls Impulse einer Wiederholungsfrequenz f =_r_—;— und andererseits während eines oder mehrerer Zeitintervalle

η.

Λ Τ. , dass heist allgemein ausgedrückt während Impulse einer Wiederholungsfrequenz

f = ·—=- gezählt, wobei letztere in diesem Fall umgekehrt proportional dem Wert des Hebungswinkels *"C ist, welcher für eine gegebene Uhr bekannt ist. Durch Division der durch diese

Zählungen erhaltenen Zahlen N und N , d.h. N : N , erhält ³ y x' y χ

man eine Zahl die den Zahlenwert des Winkels A der Schwingungsamplitude der Unruhe angibt, wobei A in den gleichen Einheiten ausgedrückt ist, wie der Hebungswinkel T^,der in die Vorrichtung eingegeben wurde.

Im Schema von Fig. 1 bezeichnet 1 den Eingangspunkt der elektrischen Signale, welche durch in bekannter Weise erfolgtes Auffangen der Ganggeräusche der Uhr erhalten werden, wobei ein nicht dargestelltes Mikrophon verwendet wird, das die Eigen-

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■j

schaft hat, die Ganggeräusche in ausreichend verzerrungsarmer Form in elektrische Impulse umzuwandeln. Die Klemme 2 bezeichnet den Ausgang der eigentlichen Messvorrichtung, welche den Messwert A in Form einer entsprechenden Impulsanzahl liefert. Dieser Wert wird dann mit Hilfe einer nicht dargestellten, an die Klemme 2 angeschlossenen Anzeigevorrichtung angezeigt. Im Rahmen einer solchen Anzeigevorrichtung können insbesondere eine Zählung der Impulszahl A, eine Speicherung dieser Zahl, eine Wahl der Anzeigeart, beispielsweise eine Anzeige von Grad zu Grad, von 5 zu 5 oder von 10 zu 10 Grad vorgesehen sein, sowie eine eigentliche nummerische oder analoge Anzeigevorrichtung, z.B. in Form einer Reihe von linear angeordneten Signallämpchen. Die genannte und im weitesten -Sinn zu verstehende Anzeigevorrichtung kann selbstverständlich auch von allen Arten von Datenverarbeitungsanlagen gebildet werden.

Die an der Klemme 1 auftretenden Signale werden einer Impulsformerschaltung 3 zugeführt, die eine Folge von Rechteckimpulsen liefert, welche die Länge Δ. T.haben und in einem Abstand T - A^T- entsprechend den obigen Definitionen aufeinanderfolgen. Die Impulse Δ Τ. werden einer logischen Auswahl-und Verbindungsschaltung 9 zugeführt, deren Funktionsweise näher im Zusammenhang mit Fig. 2b beschrieben wird.

Die Vorrichtung nach Fig. 1 umfasst ferner einen Impulsgeber der Vergleichsimpulse sehr- konstanter Wiederholungsfrequenz f liefert. Dieser Impulsgeber kann beispielsweise einen Quarzoszillator enthalten.

Die Impulse mit der Wiederholungsfrequenz f werden zwei Gruppen von Frequenumsetzern 5, 7 einerseits und 6 andererseits zugeführt. Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform, welche hier

or ²²

beschrieben wird, wird die Division durch 1( - s— der Frequenz f ersetzt durch eine Division durch 22 in einem Frequenzteiler 6 und durch eine Division durch 7 in dem parallelen Kanal 5, Dies erlaubt eine Vereinfachung, welche für die praktische Verwirklichung der Vorrichtung vorteilhaft ist.

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Die Division im Kanal 6 liefert daher eine Impulsfolge mit der Wiederholungs frequenz f = —°— '

^¹ Υ m.22

wobei m einen Faktor, der grosser oder gleich 1 ist darstellt und dessen Einführung später noch näher erläutert wird.

In dem parallelen Kanal führt ein Frequenzumsetzer 5 eine Teilung durch 7 durch und ein einstellbarer Frequenzteiler 7 teilt die erhaltene Frequenz weiter durch "2Γ , so dass am Ausgang von 7 eine Impulsfolge entsteht, welche die Wiederholungsfrequenz _ ο

f =

x 7.7T
aufweist.

Die Zahl ¹^T , die dem Wert des gegebenen Hebungswinkels entspricht, wird in einer Vorwahlvorrichtung 8, welche an den einstellbaren Frequenzteiler 7 angeschlossen ist, eingestellt. Die beiden Impulsfolgen f und f werden der logischen Schaltung 9 zugeführt, welche zwei Zähler steuert, nämlich einen Impulszähler 10 und einen Impulsgruppenzähler 11. Die beiden Zähler sind in bekannter Weise derart miteinander verbunden, dass am Ausgang des Zählers 11 der Quotient N : N der in den beiden Zählern gezählten Impulszahlen erscheint.

Die Schaltungsanordnung 9 ist somit so ausgebildet, dass sie einerseits dem Zähler 10 die N Impulse der Frequenz f , die

X X

im betrachteten Zeitintervall A T.oder in der Gesamtheit

Il 1

J^ ** i dieser für die Messung betrachteten Intervalle aufi= 1

treten, und andererseits dem Zähler 11 die N Impulse der Frequenz f , die in einem Intervall n.m.T auftreten, zuführt. In diesem Fall stellt die Anzahl Impulse A die an der Klemme 2 auftreten die Messgrösse gemäss der oben angeführten Formel dar. Am Ende jedes Messintervalls n.m.T werden die Zähler auf Null zurückgestellt, und zwar von der Schaltung 9 aus über eine Verbindung 12.

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Die. Figuren 2a, 2b und 2c stellen ein vereinfachtes Schaltschema einer Ausführungsform des Teiles der Vorrichtung nach Fig. 1 dar, welcher die Blöcke 5 bis 11 umfasst. Die drei Teile der Schaltungsanordnung, die jeweils in den Figuren 2a, 2b und 2c dargestellt sind, sind untereinander durch die gemeinsamen Leiter a,b/C,d,e,f und g verbunden. Die Schaltungsanordnung enthält mehrere logische Schaltkreise vom Typ TTL, wie sie beispielsweise von Texas Instruments erzeugt werden (sh. "The TTL Data Book, supplement to CC-401" von Texas Instruments, 1973), wobei diese Teile in der Zeichnung jeweils durch Blöcke mit den entsprechenden Nummern bezeichnet sind und ihre Klemmen jeweils in gleicher Weise wie die im Handelerhaltlichen Kreise nummeriert sind, d.h. von 1 bis .14 bzw. von 1 bis 16. Die Nummerierung der Klemmen steht selbstverständlich in keinerlei Beziehung zu den Bezugsziffern der übrigen in dieser Beschreibung verwendeten Teile. Einzelne TTL Kreise sind ferner etwas detaillierter dargestellt um das Verständnis der Schaltungsanordnung zu erleichtern.

Wie Fig. 2a zeigt, wird der Frequenzteiler 5, der die Impulsfolge der Frequenz f durch 7 teilt/ mit Hilfe eines Kreises SN 7490 N gebildet ist, während für den Frequenzteiler 7, der die darauf folgende Teilung durch "C vornimmt, zwei Kreise SN 74192 N verwendet werden, welche mit zwei die Vorwahlvorrichtung 8 bildende Einstellvorrichtungen 8¹ und 8" verbunden sind. Die Vorrichtungen 8* und 8" sind hier die in der einschlägigen Technik als binäre "multiswitch" bekannte Elemente ausgebildet und dienen zur Einstellung der Einer- bzw. der Zehnerwerte von ΊΖΓ .Ihre Klemmen sind in der üblichen Weise mit 1, 2; 4, bezeichnet.

Der Ausgang des Frequenzteilers 5 ist an eine logische Schaltung 15' angeschlossen, welche über die Schaltungsvorrichtung 9 (Leiter c) gesteuert wird und damit synchronisiert ist.

Die Ausgangsimpulse des Frequenzteilers 7 erscheinen auf einem , Leiter a, währen ein Leiter b diesem Teiler am Ende jedes Mess-

Intervalls einen Rückstellimpuls zuführt.

Der Frequenzteiler 6 ist so ausgebildet, dass er eine Teilung durch m.22 ausführt, wobei m gleich 1 oder 2 sein kann, um zwei verschiedene Messungen, wie später erklärt, ausführen zu können. Zu diesem Zweck weist der Frequenzteiler 6 einen ersten Teiler auf, der einen Schaltkreis SN 74107 N benützt und je nach der Stellung eines Schalters 13 (Fig. 2b) eine Teilung durch 2 oder durch 4 ausführt. Der Schalter 13 steuert ferner über einen Leiter f Schaltkreise die zwischen den genannten ersten Frequenzteiler und einen zweiten, mit Hilfe eines Kreises SN 7492 N gebildeten und eine Teilung durch 11 ausführenden Frequenzteiler eingeschaltet sind. Der Ausgang e des Teilers durch 11 führt über eine logische Schaltung 15", die über einen Leiter d von der Schaltungsanordnung 9 aus gesteuert wird.

Fig. 2b zeigt das Schema der Schaltungsanordnung 9, welche isnbesondere zwei durch 2 teilende Frequenzteiler 23 aufweist, wobei diese beiden Frequenzteiler mit den Impulsen L· T. beaufschlagt werden und insbesondere die logische Schaltung 15" steuern, wodurch die Abgabe von Impulsen f an den Zähler 11 über die Verbindung e bestimmt wird. Die gezeigte Anordnung führt dazu, dass für jede Gruppe von vier Impulsen A T.

die Impulse f nur während den beiden letzten Intervallen T ^y ο

durchgelassen werden.

Die Anordnung 9 enthält ferner logische Kreise 16, 17, 18, durch welche die Weitergabe der Impulse f an den Zähler 10 über den Leiter g so gesteuert wird, dass für die gleiche Gruppe von vier Impulsen Λ T. die Impulse f nur während der beiden ersten Impulse Δ T₁ und Δ T über den Leiter g abgegeben werden. Je nach der Stellung des Schalters 13 wird die Zählung während nur eines dieser Impulse oder während der beiden Impulse durchgeführt, d.h., dass entweder η = 1 oder η = 2 ist. Im ersten Fall erlaubt ein Schalter 19 den zu messenden Impuls, d.h. Λ T. oder Δ T zu bestimmen. Die Stellung

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dieses Schlaters 19 wirkt auf die logischen Kreise 18 über einen Impulsformerkreis 20 ein, der einen Teil eines Schaltkreises SN 74123 N in der gezeigten Weise enthält, sowie über Speicherkreise 21, 22, die mit Hilfe eines Schaltkreises SN 74107 N gebildet sind.

Die Information über den Stand des Schalters 19 wird den Kreisen 18 am Ende jeder Gruppe von vier Impulsen Δ.Τ. übermittelt, und zwar aufgrund eines Weitergabeimpulses, der vom Schaltkreis 22 abgeleitet wird und an der Klemme T der Fig. 2b
auftritt. Auf diese Weise kann die Schwingungsamplitude der Unruhe in der einen oder in der anderen Bewegungsrichtung der Unruhe gemessen werden. Im Fall der Messung über A T + Δ.Τ
bestimmt man dagegen den Mittelwert der Amplitude in den
beiden Schwingungsrichtungen.

Die beiden Stellungen des Schalters 13. die es gestatten die Messung für eine oder für zwei Hebungen des Ankers durchzuführen, entsprechen in der allgemeinen Formel

f
ο

22m m.n.T
ο

A =

•f ⁿ

ο \ ΛΤ_±

i=l

je einem der beiden folgenden Fälle :

η = 1, m = 2 (1 Hebung)
bzw.

η = 2, m = 1 (2 Hebungen).

Die Tatsache, dass die Messung sich immer auf zwei aufeinanderfolgende Intervalle T bezieht (m.n = 2) bewirkt, dass eine eventuelle Asymmetrie der Halbschwingungen T in den beiden Drehrichtungen der Unruhe nicht in die Messung eingeht.

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Fig. 2c zeigt die beiden Zähler 10 und 11, die jeweils aus drei Schaltkreisen SN 7490 N und bzw. SN 74192 N gebildet sind. Diese Figur zeigt ebenfalls den Anschluss der Leiter g_ und e, welche die zu zählenden Impulse liefern. Ein Leiter 12 liefert am Ende jedes Messintervalls einen Rückstellimpuls für die Zähler/ welcher in nicht dargestellter Weise vom Schaltkreis 2 3 abgeleitet wird und über den Leiter b dem Kreis 7 zugeführt wird. Ferner zeigt Figur 2c die Ausgangsklemme 2,an der die Ausgangsimpulse A auftreten.

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Claims (8)

1. Patentansprüche

   .) Verfahren zur Messung der Schwingungsamplitude der Unruhe einer Uhr, dadurch gekennzeichnet, dass die Ganggeräusche der Uhr aufgefangen und in elektrische Signale umgewandelt werden, die der Auslösung und dem Stoss in der Hemmung entsprechenden Signale ausgewählt werden, aus diesen letzteren Signalen einerseits Signale gebildet werden, die das Zeitintervall A T. zwischen einer Auslösung und dem darauffolgenden Stoss in der Hemmung darstellen, und andererseits Signale gebildet werden, welche die Dauer T der Halbschwingung zwischen zwei Endpunkten der Unruhbewegung darstellen, dass aus Vergleichsimpulsen konstanter Wiederholungsfrequenz f zwei Zählimpulsfolgen abgeleitet werden, wobei die eine Folge eine feste Wiederholungsfrequenz besitzt und die andere Folge eine dem Zahlenwert f des Hebungswinkels der Unruh proportionale oder umgekehrt proportionale Wiederholungsfrequenz besitzt, die Impulse dieser beiden Folgen während Zeitintervallen von τς— » ™

   η ,

   bzw.

   m.n.T gezählt werden, wobei η und m grosser oder gleich 1 sind, und dass die durch die beiden Zählungen erhaltenen Impulszahlen durcheinander dividiert werden um den Quotienten

   f /tt" m.n.T ο " c

   A =

   m.f fC η

   zu bilden, der den Zahlenwert des die Schwingungsamplitude darstellenden Winkels angibt.
2. 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Signalformungsschaltung (3) aufweist, welcher die Gangsignale der Uhr zugeführt werden und welche die Zeitintervalle ^T. und T be stimmenden Zeitsignale liefert, dass sie einen Vergleichs-

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   impulsgeber (4), sowie zwei Gruppen von an dessen Ausgang angeschlossenen Frequenzumsetzern (5,7; 6) aufweist/ wobei die eine Gruppe einen einstellbaren Frequenzumsetzer (7) enthält/ der mit einer Vorwah!vorrichtung (8) für das Frequenzumsetzungsverhältnis entsprechend dem Wert des HebungswinkelsTTverbunden ist, und dass sie ferner eine logische Auswahl- und Verbindungsschaltung (9) aufweist, der einerseits die Zeitsignale und andererseits die beiden von den zwei Gruppen von Frequenzumsetzern gelieferten Zählimpulsfolgen zugeführt werden und an deren Ausgang zwei elektronische Zählvorrichtungen (10,11) angeschlossen sind, die derart miteinander verbunden sind, dass am Ausgang der zweiten Zählvorrichtung eine dem Quotienten A entsprechende Anzahl Impulse geliefert wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zählimpulsfolge mit fester Wiederholungsfrequenz durch Teilung der Frequenz f durch 22.m erhalten wird und dass die Zählimpulsfolge mit von ^- abhängiger Frequenz durch Teilung der Frequenz f durch 7.TT erhalten wird, wobei beide Impulsfolgen während Intervallen von n.m.T bzw. η

   \ /\ T gezählt werden
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Messintervall n.m.T die Intervalle Δ T., welche eine gegebene Phase in Bezug auf die Schwingung der Unruhe besitzen, ausgewählt werden, so dass die Amplitude für die entsprechende Drehrichtung der Unruhe gemessen wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem MessIntervall n.m.T mindestens zwei Intervalle A T.

   ο ι

   mit alternierenden Phasen in Bezug auf die Schwingung der Unruhe ausgewählt werden, so dass der Mittelwert der Amplitude in den beiden Drehrichtungen der Unruhe gemessen wird.

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6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der einstellbare Frequenzumsetzer ein Frequenzteiler ist, der eine Teilung durch 7 und durch TT vornimmt, wobei der Wert von *ZT von der Vorwahlvorrichtung bestimmt wird, welche durch einen an den durch teilenden Frequenzteiler angeschlossenen Schalter gebildet wird, und dass der feste Frequenzumsetzer ein eine Teilung durch 2.m.ll durchführender Frequenzteiler ist.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die logische Auswahl- und Verbindungsschaltung eine Einstellvorrichtung zur Bestimmung der Zahlen m und η aufweist.
8. 8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die logische Auswahl- und Verbindungsschaltung zwei Schalter aufweist, welche einerseits den festen Frequenzteiler zur Bestimmung der Zahl m und andererseits eine logische Schaltung (16, 17) steuern, welche an die Ausgänge des von ¹C* abhängigen Frequenzteilers und der die Impulse Δ Τ. liefernden Signalformungsschaltung angeschlossen ist, wodurch die Anzahl und die Phase der in die Messung eingehenden Impulse Δ T. festgelegt wird, und dass die Auswahl- und Verbindungsschaltung ferner einen Frequenzteiler aufweist, der die von der Signalformungsschaltung gelieferten Impulse /IT. empfängt und die Anzahl dieser Impulse bestimmt, welche das Messintervall n.m.T bilden, sowie Mittel zur Erzeugung von Steuerimpulsen am Ende des Messintervalls zur Sperrung des Ausgangs des festen Frequenzteilers und zur Rückstellung auf Null der Impulszähler.

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