DE2619888A1

DE2619888A1 - Zeitmessgeraet

Info

Publication number: DE2619888A1
Application number: DE19762619888
Authority: DE
Inventors: Roger Buehler; Christian Faivre
Original assignee: Les Fabriques dAssortiments Reunies SA FAR
Current assignee: Les Fabriques dAssortiments Reunies SA FAR
Priority date: 1975-05-16
Filing date: 1976-05-05
Publication date: 1976-11-18
Also published as: US4086521A; DE2619888B2; JPS51141671A; CH637675A4; CH600413B5

Description

LES FABRIQUES"D'ASSORTIMENTS REUNIES Le Locle / Schweiz

Zeitmessgerät

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zeitmessgerät mit einem Motor, dessen Winkellage mit einer elektronischen Vorrichtung überwacht wird, die eine Zeitbasis aufweist, die Bezugsimpulse abgibt, und einen Aufwärts—Abuärtszähler, der ein Phasensignal abgibt, das die Phasendifferenz zwischen den Bezugsimpulsen und den Flotorimpulsen, die die Winkellage des Motors darstellen, kennzeichnet.

In den bekannten Zeitmessgeräten dieser Art ist ein Aufwärts-Abwärtszähler vorhanden, der einerseits die Bezugsimpulse zählt, die ein Generator mit stabiler Frequenz abgibt, und anderseits die flotorimpulse davon abzählt, die für die Winkellage des Motors darstellend sind. Wenn die Differenz dieser Aufwärts- und Abwärtszählung einen gewissen Schwellwert überschreitet, bewirkt ein vom Aufwärts-Abwärtszähler abgegebenes Signal, dass dBr Motor beschleunigt oder verzögert wird, damit die Anzahl dBr Bezugsimpulse und die Anzahl der Motorimpulse wieder ins Gleichgewicht kommen. Bei den bekannten Systemen können daher die Aenderungen der Drehgeschwindigkeit beträchtlich sein. De nach verwendetem Motor und Steuersystem kann die Geschwindigkeit stark ansteigen, um darauf wieder schnell zu fallen, so dass sich bei der Anzeige der Sekundenzeiger eher sprungweise als regelmässig bewegt.

Die Verwendung eines Aufwärts-Abwärtszähler führt weiter zu folgendem Nachteil: Wenn ein Motorimpuls gleichzeitig mit einem Bezugsimpuls am Ein- : gang des Aufwärts-Abwärtszählers eintrifft, wird einer der beiden Impulse nicht gezählt, was Synchronisationsfehler ergibt, die sich in Gangfehler das Zeitmessgerätes umsetzen,, die mehrere Sekunden pro Tag erreichen können.

RJ/I9 591 8 0 8 8 4 7/092©

Fall 79

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Bei einem Zeitmessgerät dieser Art ist diBs aber nicht zulässig«

Es ist daher ein Zweck der vorliegenden Erfindung, diese zwei Nachteile zu umgehen. Das erfindungsgemässe Zeitmessgerät zeichnet sich aus durch:

a) eine Vorrichtung, welche erlaubt, die Geschwindigkeit des Rotors zwischen zwei Grenzgeschwindigkeiten zu halten, wobei der Abstand dieser Geschwindigkeiten beliebig klein gewählt werden kann; und

b) eine Antikoinzidenzschaltung, welche erlaubt, dem Aufwärts-Abwärts-Zähler alle Motorimpulse und alle Bezugsimpulse zuzuführen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Die Fig. 1 ein Blockschere des erfindungsgamässen Zeitmessgerätes;

Die Fig. 2 anhand von Diagrammen die Arbeitsweise der Anzikoinzidenzschaltung; und

Die Fig. 3 die Aenderungen der Matorgeschwindigkeit einerseits bei bekannten Systemen und anderseits beim erfindungsgemässen System.

Das Zeitmessgerät in Fig. 1 weist eine Schaltung 1 auf, die mit einem Quarz einen frequenzstabilen Impulsgenerator bildet. Darauf folgt eine Teilerschaltung 3, die aus mehreren Teilerstufen besteht und von welcher zwei Impulszüge A und B abgenommen werden. Der Motor wird schematisch durch seine Spule 4 dargestellt, die mit einer an nasse G gelegten Flittelanzapfung versehen ist. Die Rückkopplungschleife zum Betrieb des Motors weist eine Schaltung 5 zur Impulsformung der flotorimpulse C auf, die darstellend sind für die Geschwindigkeit und die Winkellage des Motors, ferner ein NAND-Tor 6, über welches die flotorimpulse C laufen müssen, bevor sie an einen Inverter gelangen, der die Schleife schliesst. Die Impulse B, deren Frequenz ein Mehrfaches jener der Motorimpulse betragen soll, lassen einen Zähler 8 vorrücken,

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' welcher über drei Ausgänge, an welchen die Signale L_ft, L^ und L_ erscheinen, und über einen Rückstelleingang R verfügt. Die Signale L- und L_ sind Im— pulse, die bei gewissen Zuständen des Zählers B erscheinen und die Grenzwerte (untere Grenze: L-; obere Grenze L„) der Drehgeschwindigkeit des Motors darstellen, nämlich eine obere Geschwindigkeit U_ und eine untere Geschwindigkeit V_. Die Signale L₅ und L_ gelangen an eine logische Schaltung 9, an welche auch das Phasensignal P des Aufwärts-Abwärtszählers 29 angelegt ist. Die Schaltung 9 besteht im wesentlichen aus drei NAND-Toren 91, 93 und 94, wobei das erste Tor das Signal L_ und das Phasensignal P des Zählers 29.erhält, das zweite Tor 93 das Signal L_ und das invertierte Phasensignal P erhält und das dritte Tor 94 die Ausgangssignale der ersten beiden Tore erhält. Die Arbeitsweise der logischen Schaltung 9 wird anhand der nachfolgenden Wahrheitstabelle erklärt:

4	^Ls	P η	Ausgang log. Schaltung 9
0	0	0	0
0	0	1	0
0	1	0	1
0	1	1	0
1	1	0	1
1	1	1	1

Das Ausgangssignal der Schaltung 9 ist gleich den Signalen L und L , wenn diese gleich sind, wenn diese Signale jedoch ungleich sind, erscheint das invertierte Signal P am Ausgang der Schaltung 9.

Der Ausgang der Schaltung 9 ist mit dem Eingang Cl eine 3K-Flip-Flops 1Q verbunden. Die Eingänge D und K der Schaltung 10 sind mit dem Potential +V

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bezui. mit Hasse G verbunden. Die Ausgänge Q und Q speisen die Eingänge 3 und K eines zweiten 3K-Flip-Flops 11, dessen Ausgang Q das NANQ-Tor 6 steuert. Die Rotorimpulse C gelangen nach erfolgter Normierung in einem Impulsformer C1F1 als Impulse C an den Rückstelleingang R des Zählers 8 und an den Eingang Cl des Flip-Flops 11. Die vom Zähler B abgegeben Signale L. bestehen aus einem Impuls, der immer dann erscheint, wean der Zähler z.B. den Zustand "1" erreicht. Dia Signale L stellen den ersten Flip-Flop 10 zurück.

Die Impulse C stellen daher den Zähler 8 mit einer Frequenz zurück, die abhängig ist von der Drehzahl des Motors. Zwischen diesen Rückstellungen zählt der Zähler 8 die Impulse. Die Anzahl der aufgezählten Impulse ist abhängig von der Drehgeschwindigkeit des Motors. Die Signals L_ und L_T sind Harken, die die beiden Grenzgeschwindigkeiten \/_ς und V angeben. Dia obige Uahrheits— tabelle zeigt, dass für Geschwindigkeiten grosser als V„ (weder I__T noch L_ können erscheinen) der Flip-Flop 10 nicht kippt, ebensowenig der Flip-Flop Der Ausgang Q des letzteren bleibt auf Null und blockiert das NAND-Tor 6, was den Antrieb dss Flotors unterbindet, so dass dieser langsamer wird. Unterhalb yon U_T { sowohl L als auch L_T können erscheinen) kippt der Flip-Flop und speichert diese Information, welche über den Flip-Flop 11 an das NAND-Tor 5 in dem Zeitpunkt abgegeben wirdj in welchem ein Impuls C eintrifft, der das Ende der Messperiode markiert. Das NAND-Tor 6 öffnet und der Motor wird angetrieben und beschleunigt sich. Wenn sich die Geschwindigkeit zwischen U_c und V befindet, erscheint nur L„ und der Antrieb des Motors wird durch das Signal P bestimmt.

Um die gleichzeitige Ankunft von Flotorimpulsen und Bezugsimpulsen beim Aufwärts-Abwärtszählsr 29 zu verhindern, ist eine Antikoinzidenzschaltung 12 vorgesehen, an weiche sowohl die Impulse A und B als auch die Plotorimpulse C angelegt werden. Die Schaltung 12 weist eine erste Impulsformerschaltung

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P1F2 auf, an welche die Impulse A angelegt sind und deren Ausgangsimpulse A¹ derart gekürzt sind, dass sie die gleiche Länge wie die Impulse B aufweisen (siehe Fig. 2). Diese Impulsformerschaltung MF2 kann aus einer Differenzierschaltung bestehen. Die umgeformten Impulse A¹ und die Impulse B werden an ein NOR-Tor 13 angelegt. Wenn angenommen wird, dass die Impulse A¹ und B ein recht genaues Frequanzuerhältnis haben, erscheinen am Ausgang des MOR-Tores 13 Impulse D mit der gleichen Frequenz wie jene des Signales B, wobei jedoch in regelmässigen Intervallen, d.h. mit der Frequenz des Signales A¹ (oder A), jeweils einer der Impulse unterdrückt ist, wie das Signal D in Fig. 2 es zeigt. Die Impulse D und die Motorimpulse C sind an ein UND-Tor 14 angelegt, dessen Ausgangssignal ein aus NDR-Toren 151 und 152 bestehendes Speicherelement 15 betätigen» Wegen des Tores 14 kann die Betätigung des Speicherelementes 15 nur dann stattfinden, wenn ein Fiotorimpuls C¹ mindestens teilweise mit einem Impuls D zusammenfällt. Das Speicherelement 15 kann durch die ansteigenden Flanken der Impulse D zurückgestellt werden, und zwar mit Hilfe eines Inverters 16 und eines Differenziergliedes 17. Die Zeitkonstante der Schaltung 12 ist sehr kurz, anderseits verhindert ein durch die notorimpulse C gesteuertes NOR-Tor 18 die Rückstellung.des Speicherelementes 15, bevor der Motorimpuls C, der dessen Betätigung bewirkt, beendet ist. Die Flotorimpulse C und das Ausgangssignal Ξ15 des Speicherelementes 15 (Ausgang des Tores 152) liegen an einem NOR-Tor 19 an, dessen Ausgangssignal über einen Inverter 20 ein zweites Speicherelement 21 betätigen kann, das aus NOR-Toren 211 und 212 besteht. Die abfallenden Flanken der Impulse D könnsn über • eine Differenzierschaltung 22 mit sehr kurzer Zeitkonstante die Rückstellung des zweiten Speicherelementes 21 bewirken. Diese Rückstellung kann wegen eines durch das Ausgangssignal des Inverters 20 gesteuerten NOR-Tores 23 nur dann stattfinden, wenn der Motorimpuls C beendet ist und das erste

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Speicherelement 15 zurückgestellt ist, und zwar wegen des Tores 19. Die Impulse gelangen weiter an ein FJAr-JD-Tor 24, das durch das Ausgsngssignal des Tores 19 gesteuert wird. Dieser Durchgang ist den gleichen Bedingungen unterworfen uiie die Rückstellung des Speicherelementes 21. Die durch das MAND-Tor 24 gefilterten Impulse passieren anschliessend ein NDR-Tor 25, das durch den Ausgang S21 des Speicherelementes 21 (Ausgang des Tores 211) gesteuert wird. Ran erhält dann die Impulse UD. Ein WDR-Tor 26 legt entweder die vom EJOR-Tor 25 kommenden Impulse oder dia von einem NOR-Tor 27, das die Impulse B und die Impulse D erhält, kommenden Impulse an ein Verzögerungsglied CR an. Wie durch Vergleich der Signale B und D in Fig, 2 leicht festgestellt werden kann, gibt das Tor 27 Impulse ab, die die Dauer der Impulse B aufweisen und in die Löcher im Signal D fallen. Dieses Diagramm zeigt weiter, dass die Flotorimpulse C* durch einige Impulse D ersetzt sind. Diese Impulse können nicht mit den vom Tor 27 abgegebenen Bezugsimpulsen zusammenfallen. Die Verwendung von zwei Speicherzellen drängt sich auf wegen der Zufälligkeit des Augenblicks, in welchem ein Motorimpuls C bezogen auf den Impulszug D auftritt. In bestimmten Fällen muss vermieden werden, dass am Ausgang der Schaltung 12 Teilimpulse erscheinen. Dies wird durch die Speicherzelle 15 erreicht, die als Hilfsspeicher bezeichnet werden könnte und über das Tor das Tor 24 steuert. Ueber einen Inverter 28 steuern die invertierten (UD¹) Ersatzmotorimpulse UD einen Steuereingang K des Aufwärts-Abusrtszählers Dieser Steuereingang steuert die Aufwärts- oder Abwsrtszählung eines am Eingang E anliegenden Impulses, jenachde'm dieses Signal "0" oder "1" ist. Der Ausgang P des Aufwärts-Abwärtszählers 29 ist eines der Ausgangsbits, das ebenfalls an die logische Schaltung 9 angeschaltet wird.

Es sei beispielsweise angenommen, dass der Rotor pro Umgang zwei Impulse C oder C abgebe, in welchem Falle er zwei Magnete besitzt, und dass seine

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Drehzahl bei richtiger Arbaitsweise acht Umdrehungen pro Sekunde betrage. Die Impulse A sollen eine Frequenz, die als Bezug dient, uon 16 Hz haben und für die Impulse B kann eine Frequenz von 128 Hz gewählt werden. Der Zähler 8 zählt die Impulse, die zwischen den Motorimpulsen C erscheinen. Im Falle, dass der Rotor mit der richtigen Drehzahl dreht erscheinen acht Impulse B zwischen zwei Impulsen C¹. Es sei angenommen, dass der Impuls L_c erscheine, nachdem der Zähler sechs Impulse B registriert hat, und dass der Impuls I__T erscheine, nachdem der Zähler zehn Impulse registriert hat. Wenn der Motor zu rasch dreht und z.B. nur fünf Impulse B zwischen zwei Rotorimpulsen C erscheinen, werden weder L„ noch L_T erscheinen. In der Schaltung 9 werden die Ausgänge der NAND-Tore 91 und 93, auf welchen L_q bezw. L ankommen, eine "1" aufweisen, die an ein drittes NAND-Tor 94 gelangt, dessen Ausgang "0" bleibt, unabhängig vom Zustand des Ausganges P des Aufwärts-Abwärtszählers 29. Am Eingang C1 des Flip—Flops 10 erscheint kein Impuls, dieser kippt nicht und sein Ausgang Q weist eine "D" auf, bis der zweite Impuls C am Eingang C1 des Flip-Flops 11 erscheint. Der Ausgang Q des letzteren ist daher auf "0", was das NAND-Tor 6 blockiert, die Impulse C können nicht mehr passieren, die Speisung des Rotors wird unterbrochen und dieser wird verlangsamt.

Uerin der Motor zu langsam dreht und zwischen zwei Impulsen C mehr als zehn Impulse B vorhanden sind, erscheinen sowohl L_ als auch L . Unabhängig vom Zustand des Ausganges P des Aufwärts-Abwärtszählers 29 wird einer der Ausgänge der Tore 91 und 93 eine "0" aufweisen. Dadurch wird der Ausgang Q von Flip-Flop 10 auf "1" gehen. Beim zweiten Impuls C lässt der Flip-Flop 11 eine " '" 7U oeinetn Ausgang U durch, wodurch das NAND-Tor 6 geöffnet wird. Ar iipb'jfi.i.jlse C können zum Rotor gelangen, welcher sich beschleunigt.

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'dann die Anzahl der zwei Impulsen C erscheinenden Impulse B zwischen sechs und zehn liegt, wird nur L„ erscheinen, wie auch der Ausgang der Schaltung 9 entweder auf "Q" bleiben wird, uenn P auf Null ist, oder auf "1" wechseln wird im Moment des Anstiegs von L_ auf "1", wenn P auf "1"

3 η

ist. Das Signal L stellt, uenn nötig, am Anfang jedes Messzyklus den Flip-Flop 10 zurück.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dass das Signal D dem invertierten Signal B . entspricht, bei dem jeder achte Impuls unterdrückt ist. Der erste gezeigte Impuls C betätigt die Speicherzelle 15 (s15) nicht, ueil er in die Lücke in den Impulsen D fällt. Für die nachfolgenden Hotorimpulse C ist zu berücksichtigen, dass die Speicherzelle 15 alle Impulse UD blockiert bis einer auf den Anfang eines Impulses D fällt.

Die Flip-Flops 10 und 11 können als Speicherschaltung betrachtet werden, wenn man annimmt, dass sie das Messresultat bis zum Ende der Messperiode speichern, bevor es am Ende des Zyklus zum NAND-Tor 5 durchgelassen wird.

Es ist ersichtlich^ dass bsi der Regelung des Motors, die Vorrichtung hauptsächlich die Drehgeschwindigkeit des Rotors berücksichtigt. Beim gewählten .■umer lachen Beispiel wird diese Geschwindigkeit zweimal pro Umgang gemessen. Ein eventueller Fehler, der durch das Signal P hereingebracht wird, kann sich lediglich auf die Gaschuindigkeitsgrenzuerte auswirken, die man für einen regelrnässigen Lauf der Zeiger klsin wählen kann. Um diesen Vorteil darzustellen, zeigt Fig. 3 gestrichelt (Kurve 40) die Aenderung der flotorgeschwindigkait V in Funktion der Zsit bsi einem bekannten System. DIb ausgezogene Kurve 41 zeigt dagegen die Variation der Wotorgeschuiindigkeit * bei einem erfindungsgemässen Zeitmessgerät. Der Geschuindigkeitswert V_Q stellt die ideale Geschwindigkeit dar, während V_g und V_T die dem Motor auferlegten Geschwindigkeitsgrenzen sind.

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Bei bekannten Systemen kann die Motorgeschwindigkeit in weiten Grenzen tarieren, die obere Grenze ist gegeben durch die mechanischen Reibungen in den Motorlagern, während die untere Grenze praktisch der Stillstand ist. Diese Tatsache ergibt den bereits erwähnten Nachteil, dass der Benutzer des Zeitmessgerätes diese Variationen feststellen kann bei der Beobachtung des Sekundenzeigers, weiter den Nachteil, dass, ωεηη die Geschwindigkeit unter sine gewisse Grenze fällt, der Motor nicht mehr starten kann, uas zum Stillstand des Zeitmessgerätes führt.

Beim erfindungsgemässen Zeitmessgerät wird, wenn die Motorgeschwindigkeit den Wert V erreicht, die Speisung des Motors unabhängig vom Zustand des Aufwärts-Abwärtszählers unterbrochen und die Geschwindigkeit verkleinert sich, um schliesslich unter U„ zu fallen. In diesem Moment wird, wenn der Zähler gefüllt ist, der Motor wieder eingeschaltet und seine Geschwindigkeit überschreitet wieder V , worauf der Motor erneut abgeschaltet wird, so dass man kleine Schwingungen oder eina Stabilisation um U^ erhält, solange der Aufwärts-Abwärtszähler im gleichen Zustand ist. Sobald der Zähler nicht mehr v/oll ist und die Motorgeschwindigkeit unter V fällt, wird die Motorspeisung unterbrochen und seine Geschwindigkeit fällt gegen V_. Sobald dieser Grenzwert \l unterschritten wird, wird der Motor unabhängig vom Zustand des Aufwärts-Abwärtszählers wieder eingeschaltet. Man erhält so in gleicher Art Schwingungen um die Geschwindigkeit V , solange der Zustand des Zählers sich nicht ändert. Der Uebergang zum Niveau V erfolgt, wenn der Zähler voll ist.

Der durch den Aufwärts-Abwärtszähler 29 bewirkte Phasenfehler hat daher nur einen Einfluss auf die Geschwindigkeitsgrenzwerte.

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Es ist leicht einzusehen, dass, wenn die in Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebene Schaltung integriert werden soll, diese gewisse Aenderunnen erfahren kann. Die RC-Schaltungen, welche als Differezierschaltungen arbeiten, werden durch andere Schaltungen ersetzt, um die Verwendung von externen Kondensatoren in der integrierten Schaltung zu vermeiden. Das Gleiche gilt für die Impulsformerschaltung RF1 und die Verzögerungsschaltung CR. Die im Beispiel angegebenen Frequenzen können geändert werden. Weiter kann die Vorrichtung an unterschiedliche flotortypen angepasst werden.

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Claims

Patentansprüche:

Iy Zeitmessgerät mit einem Motor, dessen Winkellage mit einer elektronischen Vorrichtung überwacht wird, welche eine Zeitbasis zur Abgabe von Bezugsimpulsen, und einen Aufwärts-Abwärtszähler aufweist, der ein Phasensignal abgibt, das kennzeichnend ist für die Phasendifferenz zwischen dan Bezugsimpulsen und riotorimpulsen, die die Winkellage des Motors darstellen, gekennzeichnet durch

a) eine Begrenzungsvorrichtung (8, 9), welche erlaubt, je nach Zustand des Aufwärts-Abwärtszählers (29) die Drehgeschwindigkeit des Motors entweder auf einem Maximalwert (\/_ς) oder auf einem Minimalwert (V,) zu halten, wobei der Abstand zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert beliebig klein gewählt werden kann, und

b) eine Antikoinzidenzschaltung, welche verhindert, dass der Aufwärts-Abwärtszähler gleichzeitig einen Bezugsimpuls und einen Motorimpuls erhält.
2. Zeitmessgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungsvorrichtung (8, 9) einen Geschwindigkeitszähler (b) aufweist, welcher Geschwindigkeitssignala (L₃, L^) an eine logische Schaltung abgibt, welche auch die Phasensignale erhält, wobei die logische Schaltung derart ausgelegt ist, dass sie an eine Speicherschaltung (1D, 11) überträgt:

a) die Phasensignale im Falle, dass die Motorgeschwindigkeit zwischen den genannten Maximal- und Minimalwertan liegt, und

b) die Geschwindigkeitssignale im Falle, dass die Motorgeschwindigkeit j grosser als der Maximalwert oder kleiner als" der Minimalwert ist.

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3. Zeitmessgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Geschuindigkeitszähler (b) ein Binärzähler ist, der durch die Motorimpulse (C) auf Null zurückgestellt wird und Impulse (B) zählt, deren Frequenz ein Vielfaches der Gezugsimpulse (A) ist, wobei dieser Zähler zwei Geschwindigkeitssignale (L_q, L) für zmsi bestimmte Zustände liefert.

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