DE2743410C3

DE2743410C3 - Verfahren zur zeitlichen Stabilisierung periodischer Abtastimpulse und Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2743410C3
Application number: DE2743410A
Authority: DE
Inventors: Wilfried Ing.(Grad.) 7853 Steinen Sartorius; Don John Rotrigo Prof. Dr.-Ing. 7860 Schopfheim Stock
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 1977-09-27
Filing date: 1977-09-27
Publication date: 1980-08-14
Also published as: FR2404340A1; IT7828150A0; BE870747A; DE2743410B2; FR2404340B1; IT1098960B; JPS5463659A; US4251777A; GB1575789A; DE2743410A1; SE7810103L; NL7808874A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs I angegebenen Art, sowie auf Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens.

Die Stroboskopie ist ein schon lange Zeit bekanntes und erfolgreich angewandtes Verfahren, um schnelle mechanische Vorgänge mit »zeitlicher Dehnung« sichtbar zu machen, damit Einzelheiten des Ablaufs studiert werden können. Eine elektronische Variante der Stroboskopie ist das Abtastverfahren (im angloamerikanischen Sprachgebrauch als »sampling«-Verfahren bezeichnet). Es wird in erster Linie bei Katodenstrahloszillographen angewendet, um periodisch wiederkehrende Signale sichtbar zu machen, deren Folgefrequenz größer als die höchste Ablenkfrequenz des Oszillographen ist. Zu diesem Zweck wird das darzustellende Signal in aufeinanderfolgenden Perioden jeweils durch Abtastimpulse abgetastet, deren Periode geringfügig größer als die Signalperiode (oder als ein Vielfaches der Signalperiod·^ H. Aus jeder Periode des wiederkehrenden Signal» wird also ein einziger Aotastwert entnommen, wobei die Abtastzeitpunkte in bezug auf den Beginn der Signalperiode gegeneinander geringfügig versetzt sind. Die nacheinander entnommenen Abtastwerte werden im Verlauf einer einzigen Ablenkung des Leuchtflecks des Oszillographen dargestellt, und ihre Aneinanderreihung ergibt ein Abbild einet Periode des periodisch wiederkehrenden Signals, jedoch mit einer Zeitdehnung, die der Anzahl der für die Wiedergabe einer Signalperiode verwendeten Abtastimpulse entspricht Die Wiedergabe erfolgt zwar nicht kontinuierlich, sondern in Form einer sich stufenweis; ändernden Kurve, doch ist das Abbild um so genauer, je größer die Anzahl der für die Wiedergabe verwendeten Abtastimpulse ist, je kleiner also die Zeitdifferenz zwischen der Signalperiode und der Abtastimpulsperiode ist Gleichzeitig ist auch die Zeitdehnung umso größer, je kleiner diese Zeitdifferenz ist Wenn beispielsweise zur Abtastung einer vollständigen Signalkurve in einem Abtastzyklus 10 000 Abtastimpulse verwendet werden, besteht das auf dem Bildschirm wiedergegebene Abbild der Kurve aus 10 000 Abtastwerten, die aus 10 000 aufeinanderfolgenden Perioden des Signals entnommen sind; die Wiedergabe erfolgt dann mit einer Zeitdehnung von 10 000 : 1. Die Periode dieser Abtastimpulse muß um '/io ooo größer sein als die Signalperiode.

Es besteht daher das Problem, Impulse zu erzeugen, deren Folgeperiode sich um eine genau bestimmte, sehr kleine Zeitdifferenz von einer sehr kurzen vorgegebenen Periode unterscheidet. Die praktisch angewendeten Zeitdifferenzen zwischen der Signalperiode und der Abtastimpulsperiode liegen in der Größenordnung von Picosekunden. Jede Abweichung der Zeitdifferenz von dem Sollwert hat zur Folge, daß die Abtastung der Signalperiode durch eine entsprechend kleinere oder größere Anzahl von Abtastimpulsen erfolgt, und demzufolge ist die Dauer der Signalabbildung um eine entsprechende Anzahl von Signalperioden größer oder kleiner. Der Abbildungsmaßstab oder Zeittransformationsfaktor ändert sich also in Abhängigkeit von Schwankungen der Zeitdifferenz zwischen Signalperiode und Abtastimpulsperiode.

Wenn es nur auf die Wiedergabe der Kurvenform des Signals ankommt, sind Änderungen des Abbildungsmaßstabs von untergeordneter Bedeutung. Wenn dagegen an der zeittransformierten Signalabbildung Zeitmessungen vorgenommen werden sollen, muß der Zeittransformationsfaktor mit der erforderlichen Genauigkeit stabilisiert werden.

Die Stabilisierung des Zeittransformationsfaktors bedeutet, daß die Abtastimpulsperiode, oder genauer die Zeitdifferenz zwischen Abtastimpulsperiode und Signalperiode, auf einem konstanten Wert gehalten werden muß. Die Erfüllung dieser Forderung stößt auf beträchtliche technische Schwierigkeiten, weil, die Messung und Regelung so kurzer Zeiten nicht oder nur mit sehr großem Aufwand möglich ist.

Aus der DE-OS 20 18 633 und der Zeitschrift »Elektronik« 1969, Heft 9, Seiten 261 bis 264, ist es zur Abtastung einmaliger Vorgänge bekannt, den abzutastenden einmaligen Impuls über eine Übertragungsleitung zu schicken, an die eine Vielzahl von Abtastschaltungen an gestaffelten Anschlußpunkten angeschlossen sind; die Abtastung erfolgt entweder durch einen an alle Abtastschaltungen gleichzeitig angelegten einzelnen Abtastimpuls oder durch zeitlich gestaffelte Abtastimpulse, die zeitlich nacheinander an die Abtastschaltungen angelegt werden. Auch im zweiten Fall besteht keine zeitliche Beziehung zwischen der Abtastimpulsperi^de und der Signalperiode, denn es gibt bei einmaligen Vorgängen keine Signalperiode. Daher besteht auch nicht das mit der Erfindung zu lösende Problem, die Abtastimpulsperiode zeitlich derart zu stabilisieren, daß sie sich um eine genau festgelegte, äußerst kleine Zeitdifferenz von der Signalperiode unterscheidet.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens, mit dem auf einfache Weise und mit geringem Aufwand eine gute Stabilisierung der Abtastimpulsperiode möglich ist, sowie von Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens. Diese Aufgabe wird durch c ·: im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung erfolgt die für die Regelung der Abtastimpulsperiode erforderliche Zeitmessung nicht an den sehr kurzen zu regelnden Signalen, sondern an den durch Abtastung erhaltenen zeitgedehnten Signalen, wobei als Zeitnormal die Laufzeit der Signale auf einer Meßstrecke bekannter Länge angewendet wird. Für die Zeitmessung wird die Tatsache ausgenutzt, daß der dem Durchlaufen der Meßstrecke entsprechende Abschnitt der Signalperiode bei vorgegebener Abtastimpulsperiode einer genau bestimmbaren Anzahl von Abtastungen in dem zeitgedehnten Signal entspricht. Durch Zählung der in diesen Abschnitt fallenden Abtastungen und Vergleich mit dem Sollwert kann daher festgestellt werden, ob die Abtastimpulsperiode den vorgegebenen Wert hat oder nicht. Die Zählung kann auf einfache Weise erfolgen, weil im System Signale vorhanden sind, die der Anzahl nach mit den Abtastungen übereinstimmen, insbesondere die Abtastimpulse selbst, oder auch die zu ihrer Erzeugung verwendeten Taktsignale, oder schließlich auch die abzutastenden Signale. Da diese Signale im Vergleich zu den zu regelnden Zeitdifferenzen eine verhältnismäßig große Periode haben und das Meßzeitintervall infolge der Zeitdehnung um ein Vielfaches größer als die wahre Laufzeit der Signale auf der Meßstrecke ist, können für die Zeitmessung, die Zählung und den Vergleich verhältnismäßig einfache elektronische Schaltungen verwendet werden; insbesondere können verfügbare integrierte Zähl- und Vergleichsschaltungen verwendet werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung ist im Anspruch 2 gekennzeichnet. Bei dieser Ausführungsforrn werden zwei Abtastschaltungen benötigt, deren Anschlußpunkte an der Übertragungsleitung die Meßstrecke definieren. Die Zeitmeßanordnung kann in diesem Fall besonders einfach ausgebildet sein, weil sie nur den Zeitabstand zwischen zwei an getrennten Eingängen anliegenden Signalen festzustellen braucht.

Bei einer anderen Ausführungsform der Anordnung, die im Anspruch 3 gekennzeichnet ist, wird nur eine Abtastschaltung benötigt, und es werden Reflexionen der Signale am Eingang und Ausgang einer in die Leitung eingefügten Meßstrecke ausgenutzt. In diesem Fall muß die Zeitmeßanordnung so ausgebildet sein, daß sie den Zeitabstand zwischen den vom Eingang und vom Ausgang der Meßstrecke verursachten Reflexionen feststellen kann.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 Zeitdiagramme zur Erläuterung des Prinzips der elektronischen stroboskopischen Abtastung,

F i g. 2 Zeitdiagramme zur Erläuterung der Auswirkung von Änderungen der Zeitdifferenz zwischen Signalperiode und Abtastimpulsperiode,

F i g. 3 das Schaltbild einer ersten Ausführungsform der Anordnung zur Stabilisierung der Abtastimpulsperiode,

-, F i g. 4 Zeitdiagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der Anordnung von F i g. 3,

F i g. 5 das Schaltbild einer zweiten Ausführungsform der Anordnung zur Stabilisierung der Abtastimpulsperiode und

ίο F i g. 6 Zeitdiagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der Anordnung von F i g. 5.

Zum besseren Verständnis der später beschriebenen Schaltungsanordnung wird zunächst an Hand der F i g. 1 und 2 das Prinzip der elektronischen stroboskopischen

!5 Abtastung erläutert.

Im Diagramm A von F i g. 1 sind Signale gleicher Kurvenform dargestellt, die sich mit der Periode T regelmäßig wiederholen. Es wird angenommen, daß die Folgefrequenz dieser Signale sehr groß ist, insbesondere wesentlich größer als die höchste Ablenkfrequenz der verfügbaren Oszillographen.

Um diese Signale dennoch auf einem Oszillographenschirm sichtbar machen zu können, werden sie periodisch durch Abtastimpulse abgetastet, die im Diagramm B dargestellt sind. Diese Abtastimpulse haben eine Periode T+At, die sich um eine kleine Zeitdifferenz At von der Periode T der Signale unterscheidet.

Mit Hilfe der Abtastimpulse des Diagramms B wird

jo aus jeder der aufeinanderfolgenden Signalkurven des Diagramms A ein Abtastwert entnommen, wobei die Lage der Abtastwerte von einer Periode zur folgenden um den Betrag At verschieden ist. Wenn also der erste Abtastwert mit dem Beginn der Signalperiode zusammenfällt, liegt der zweite Abtastwert um den Zeitabstand At nach dem Beginn der Signalperiode, der dritte Abtastwert um 2 At nach dem Beginn der Signalperiode usw.

Es ist zu bemerken, daß die Zeitdifferenz At in F i g. 1 der Deutlichkeit wegen übertrieben groß dargestellt ist; in Wirklichkeit ist diese Zeitdifferenz sehr klein. Sie beträgt beispielsweise Vioooo der Periode T, so daß die aufeinanderfolgenden Abtastwerte sehr nahe beieinander liegenden Punkten der Signalkurve entsprechen und entsprechend viele (beispielsweise 10 000) Abtastimpulse zur vollständigen Abtastung einer vollständigen Signalperiode erforderlich sind.

Die nacheinander erhaltenen Abtastwerte werden jeweils bis zum nächsten Abtastwert gespeichert und im

so Verlauf einer einzigen Ablenkung des Leuchtflecks auf dem Bildschirm des Oszillographen wiedergegeben, wie im Diagramm C dargestellt ist in Wirklichkeit verläuft die Kurve zwischen den Abtastwerten nicht stetig, sondern stufenförmig; wenn jedoch die Anzahl der Abtastpunkte ausreichend groß ist und diese genügend nahe beieinander liegen, wird die Kurve mit guter Annäherung getreu abgebildet

Da die Abtastpunkte in bezug auf eine Periode Γ des Echtzeitsignals im Abstand At und in bezug auf die Periode T' der Signalabbildung im Abstand T+At voneinander liegen, gilt für die Anzahl η der Abtastpunkte, die für eine vollständige Abbildung einer Signalperiode benötigt werden:

T = it Ii;

7' =

_γ+

Die Abbildung entspricht einer Zeittransformation mit dem

Zeittriiiisformationsfaktor k =

7" T + lf

"Tt

Infolge der Zeittransformation ist es möglich, sehr schnell ablaufende periodische Vorgänge auf einem wesentlich langsamer arbeitenden Oszillographen sichtbar zu machen, vorausgesetzt, daß eine genügend große Anzahl von Signalperioden für die Abtastung zur Verfügung steht.

Das Diagramm D von F i g. 1 zeigt ein bekanntes Verfahren zur Erzeugung von Abtastimpulsen, deren Periode sich um eine konstante Zeitdifferenz At von einer vorgegebenen Periode runterscheidet. Zu diesem Zweck werden zwei lineare Sägezahnspannungen SZ\ und SZi mit sehr unterschiedlicher Steigung erzeugt. Die Sägezahnspannung SZ\ hat die Periode T, und die Sägezahnspannung SZi hat eine sehr viel größere Periode. Die beiden Sägezahnspannungen werden an den Eingang eines Komparators angelegt, der jeweils bei Feststellung der Koinzidenz der ansteigenden Flanken die Erzeugung eines Abtastimpulses auslöst. Das Diagramm D läßt unmittelbar erkennen, daß die Koinzidenzzeitpunkte in den aufeinanderfolgenden Perioden der Sägezahnspannung 5Zi jeweils im Zeitabstand Δι, 2 At, 3 Al usw. nach dem Beginn der Periode liegen. Dies entspricht genau der gewünschten zeitlichen Lage der Abtastimpulse des Diagramms B.

Das Diagramm E von F i g. 1 zeigt eine andere Lösung zur Erzeugung der periodischen Abtastimpulse; diese Lösung ist Gegenstand der älteren Patentanmeldung P 27 29 331.8. Bei dieser Lösung werden anstelle der beiden linearen Sägezahnspannungen des Diagramms D zwei exponentiell ansteigende Sägezahnspannungen E\ und Ez an den Eingang des Komparators angelegt, der wiederum bei jeder Koinzidenz der exponentiell ansteigenden Flanken der beiden Sägezahnspannungen die Erzeugung eines Abtastimpulses auslöst. Die Sägezahnspannung E\ hat wieder die Periode T, und die Sägezahnspannung Ei hat eine sehr viel größere Periode. Es läßt sich mathematisch beweisen, daß auch in diesem Fall die Koinzidenzpunkte und somit auch die Abtastimpulse eine genau konstante Periode haben, die sich um ein gleichbleibendes Zeitintervall At von der Periode T des schnelleren Sägezahns unterscheidet. Der Vorteil dieser Lösung besteht darin, daß sich bei der Erzeugung exponentieller Sägezahnspannungen mit sehr viel geringerem Schaliungsaufwand eine genaue Einhaltung beliebig kleiner Zeitdifferenzen A t mit sehr großer Temperaturstabilität erzielen läßt.

Insbesondere können die für die Erzeugung der exponentiellen Sägezahnspannungen verwendeten Sägezahngeneratoren einfache ÄC-Schaltungen sein, die einen Kondensator enthalten, der in Reihe mit einem Ladewiderstand an einer Gleichspannung liegt und dem ein periodisch ausgelöster Entladekreis parallelgeschaltet ist.

Anhand von F i g. 2 soll gezeigt werden, wie sich eine Änderung der Zeitdifferenz A t zwischen der Signalperiode und der Abtastimpulsperiode auf die Abtastung des Signals auswirkt

Im Diagramm A von F i g. 2 ist in vereinfachter Form wieder eine Folge von Signalen gleicher Kurvenform dargestellt, die sich mit der Periode T regelmäßig wiederholen. Das Diagramm B zeigt eine Folge von Abtastimpulsen, deren Folgeperiode sich um eine kleine Zeitdifferenz At von der Periode T der Signale unterscheidet. Das Diagramm C zeigt die zeitgedehnte

ίο Signalkurve, die durch die periodische Abtastung der Signale des Diagramms A mit Hilfe der Abtastimpulse des Diagramms Verhalten wird. Zur Verdeutlichung ist die Zeitdifferenz At übertrieben groß dargestellt, so daß die Anzahl der Abtastungen, die für die vollständige Abtastung der Signalkurvenform durchgeführt wird, sehr klein ist; bei dem dargestellten Beispiel erfolgt die vollständige Abtastung der Signalkurve durch sieben Abtastungen, also im Verlauf von sieben aufeinanderfolgenden Signalperioden. Wie bereits zuvor erläutert wurde, ist in Wirklichkeit die Zeitdifferenz At sehr klein gegen die Signalperiode T, so daß die aufeinanderfolgenden Abtastwerte sehr nahe beieinanderliegen. Die Wiedergabe der zeitgedehnten Signalkurve erfolgt daher in Wirklichkeit mit einer sehr großen Anzahl von Abtastungen, die sich über eine entsprechend große Anzahl von aufeinanderfolgenden Signalperioden T erstrecken.

Das Diagramm D von F i g. 2 zeigt die Erzeugung der Abtastimpulse durch die Feststellung der Koinzidenzen zwischen zwei linearen Sägezahnspannungen, von denen die eine Sägezahnspannung die gleiche Periode T wie die abzutastenden Signale hat, während die andere Sägezahnspannung eine sehr viel größere Periode hat.

Im Diagramm E von Fig.2 sind die Signale des Diagramms A mit der Folgeperiode T nochmals dargestellt. Das Diagramm Fzeigt Abtastimpulse, deren Folgeperiode sich von der Folgeperiode Γ der Signale um eine Zeitdifferenz At' unterscheidet, die etwas größer als die Zeitdifferenz At der Abtastimpulse des Diagramms B ist. Wie das Diagramm H erkennen läßt, ergibt sich diese Änderung der Folgeperiode der Abtastimpulse daraus, daß die Steilheit der ansteigenden Flanke des langsamen Sägezahnsignals etwas vergrößert wird, so daß die Koinzidenzpunkte in jeder Periode etwas später als im Diagramm D auftreten.

Das Diagramm G zeigt die zeitgedehnte Signalkurve, die durch die Abtastung der Signale des Diagramms E mit den Abtastimpulsen des Diagramms Verhalten wird. Infolge der etwas größeren Abtastimpulsperiode wird zur vollständigen Abbildung der Signalkurve eine etwas kleinere Anzahl vor. Abtastungen benötigt; bei dem dargestellten Beispiel sind sechs Abtastungen zur vollständigen Abbildung der Signalkurve erforderlich. Das durch die Abtastung erhaltene zeitgedehnte Signal erstreckt sich also über fünf Folgeperioden T des abgetasteten Signals, und nicht mehr über sechs Folgeperioden, wie im Diagramm C

Zwar ist auch das zeitgedehnte Signal des Diagramms G von F i g. 2, ebenso wie das zeitgedehnte Signal des Diagramms Q eine getreue Abbildung des abgetasteten Signals, die umso genauer ist, je größer die Anzahl der verwendeten Abtastungen ist, doch ist die Dauer des Signals G um eine ganze Folgeperiode Tkleiner als die Dauer des Signals C Der Zeitmaßstab der Zeitdehnung ist also verschieden.

Diese Änderung des Zeitmaßstabs ist bedeutungslos, solange es sich nur darum handelt, die Kurvenform von sehr schnell ablaufenden periodischen Vorgängen

sichtbar zu machen. Wenn dagegen an dem zeitgedehnten Signal Zeitmessungen vorgenommen werden sollen, werden durch diese Änderungen des Zeitmaßstabs Meßfehler verursacht.

Ein Vergleich der Diagramme B und C mit den Diagrammen Fund G von Fig. 2 läßt erkennen, daß bereits sehr kleine Änderungen der Abtastimpulsperiode beträchtliche Meßfehler ergeben. Eine Änderung der Zeitdifferenz At, die eine einzige Abtastung mehr oder weniger bei der Abbildung der zeitgedehnten to Signalkurve zur Folge hat, ergibt einen Meßfehler von einer vollständigen Signalperiode 7^ Da die Zeitdifferenz At ihrerseits nur ein sehr kleiner Bruchteil der Abtastimpulsperiode T+At ist, muß die Abtastimpulsperiode mit außerordentlich großer Genauigkeit konstant gehalten werden, wenn genaue Zeitmessungen an dem zeitgedehnten Signal vorgenommen werden sollen. Diese Stabilisierung der Folgeperiode der Abtastimpulse ist besonders deshalb schwierig, weil es sich um außerordentlich kleine Zeiten handelt; die Größenordnung der Zeitdifferenz At liegt im Picosekundenbereich. Die Messung so kleiner Zeiten ist mit vertretbarem Aufwand nicht möglich.

Fig.3 zeigt eine Schaltungsanordnung, die eine genaue zeitliche Stabilisierung der Folgeperiode der für die elektronische stroboskopische Abtastung verwendeten Abtastimpulse ermöglicht.

Fig. 1 zeigt eine Signalquelle 10, welche die periodisch wiederkehrenden abzutastenden Signale liefert. An die Signalquelle 10 ist eine Übertragungsleitung 11 angeschlossen, über welche die Signale beispielsweise zu einem nicht dargestellten Verbraucher übertragen werden können. Falls eine solche Übertragungsleitung nicht ohnehin vorhanden ist, kann sie für den beabsichtigten Zweck zusätzlich vorgesehen werden; sie ist dann vorzugsweise reflexionsfrei abgeschlossen.

An zwei Punkten 12 und 13 der Übertragungsleitung 11, die in einem genau definierten Abstand L_m voneinander liegen, sind zwei Abtastschaltungen 14 bzw. 15 angeschlossen, welche die über die Übertragungsleitung 11 laufenden Signale in der zuvor geschilderten Weise elektronisch stroboskopisch abtasten. Zu diesem Zweck werden die beiden Abtastschaltungen 14 und 15 synchron durch Abtastimpulse gesteuert, die von einem Abtastimpulsgenerator 16 geliefert werden. Jede Abtastschaltung hai einen Signaleingang 17 bzw. 18, der an den entsprechenden Punkt 12 bzw. 13 der Übertragungsleitung 11 angeschlossen ist, einen Steuereingang 19 bzw. 20, der mit dem Ausgang des Abtastimpulsgenerators 16 verbunden ist, und einen Ausgang 21 bzw. 22. Die Abtastschaltungen sind an sich bekannte Momentanwertspeicher (auch »sample and hold« genannt), die auf einen an den Steuereingang angelegten Steuerimpuls hin den am Signaleingang anliegenden Momentanwert des Signals speichern und bis zum nächsten Steuerimpuls hin festhalten und am Ausgang zur Verfügung stellen. Zum besseren Verständnis ist jede Abtastschaltung in vereinfachter Form so dargestellt, daß sie einen Speicherkondensator C enthält, der über einen durch den Steuerimpuls betätigten Schalter 5 kurzzeitig mit dem Signaleingang verbunden werden kann. Bei jedem Abtastimpuls wird der Schalter S kurzzeitig geschlossen, so daß der Speicherkondensator C eine Ladespannung annimmt, die dem Momentanwert des am Signaleingang anliegenden Signals entspricht; nach dem Öffnen des Schalters S hält der Speicherkondensator C diese Ladespannung bis zum nächsten Schließen des Schalters 5 fest. Der Schalter 5 ist in Wirklichkeit natürlich ein elektronischer Schalter.

Wenn an den Steuereingang 19 der Abtastschaltung 14 Abtastimpulse der zuvor geschilderten Art angelegt werden, deren Folgeperiode sich von der Periode der über die Übertragungsleitung 11 übertragenen Signale um ein kleines Zeitintervall Al unterscheidet, erscheint somit am Ausgang 21 der Abtastschaltung 14 offensichtlich ein zeittransformiertes Signal, das aus den aufeinanderfolgenden Abtastwerten der am Punkt 12 abgetasteten Signale zusammengesetzt ist. In gleicher Weise erscheint am Ausgang 22 der Abtastschaltung 15 ein zeittransformiertes Signal, das aus den aufeinanderfolgenden Abtastwerten der am Punkt 13 abgetasteten Signale zusammengesetzt ist.

Die Ausgänge 21,22 der beiden Abtastschaltungen 14 bzw. 15 sind mit den beiden Eingängen 24 bzw. 25 einer Triggerschaltung 23 verbunden. Diese Triggerschaltung ist so ausgebildet, daß sie anspricht, wenn das ihrem Eingang 24 zugeführte Signal einen bestimmten Amplitudenwert erreicht, und daß sie wieder zurückgestellt wird, wenn das dem Eingang 25 zugeführte Signal den gleichen Amplitudenwert erreicht. Sie liefert am Ausgang 26 einen Rechteckimpuls, der im Zeitpunkt des Ansprechens beginnt und mit der Zurückstellung endet.

Der Ausgang 26 der Triggerschaltung 23 ist mit dem Steuereingang 28 einer Torschaltung 27 verbunden, die an ihrem Signaleingang 29 zu zählende Signale empfängt. Der Ausgang der Torschaltung 27 ist mit dem Zähleingang 31 eines Digitalzählers 30 verbunden, der durch ein an einen Rückstelleingang 32 angelegtes Signal auf Null zurückgestellt werden kann. Die Stufenausgänge 33 des Digitalzählers, an denen der jeweilige Zählerstand in digitaler Form zur Verfugung steht, sind mit den entsprechenden Eingängen einer Vergleichsschaltung 34 verbunden, die an einer zweiten Gruppe von Eingängen mit den Ausgängen 35 eines Sollwertspeichers 36 verbunden ist. Die Vergleichsschaltung hat einen Auslöseeingang 37 und ist so ausgebildet, daß sie einen Vergleich zwischen dem an den Ausgängen 33 des Digitalzählers 30 angezeigten Zählerstand und dem an den Ausgängen 35 des Sollwertspeichers 36 dauernd verfügbaren Soll-Zählerstand durchführt, wenn an ihren Auslöseeingang 37 ein Auslösesignal angelegt wird; sie liefert dann an ihren Ausgang 38 ein Signal, das die festgestellte Abweichung zwischen den miteinander verglichenen Zählerständen anzeigt.

Der Abtastimpulsgenerator 16 ist beispielshalber so dargestellt, daß er Abtastimpulse gemäß dem Verfahren erzeugt, das zuvor anhand des Diagramms £von F i g. 1 erläutert worden ist. Er enthält zu diesem Zweck zwei /?C-Sägezahngeneratoren 39 und 40, die Sägezahnspannungen mit exponentiell ansteigender Flanke und sehr unterschiedlicher Periode erzeugen. Der /?C-Sägezahngenerator 39 enthält einen Kondensator 41, der in Reihe mit einem Widerstand 42 zwischen der positiven Klemme + Ub einer Gleichspannungsquelle und Masse angeschlossen ist, und einen parallel zu dem Kondensator 41 liegenden Schalter 43, der durch einen schnellen Taktgenerator 44 periodisch betätigt wird. Wenn der Schalter 43 offen ist, wird der Kondensator 41 über den Widerstand 42 aufgeladen, wobei seine Klemmenspannung mit einer durch den Widerstandswert des Widerstands 42 und die Kapazität des Kondensators 41 bestimmten Zeitkonstante exponentiell ansteigt Wenn der Schalter 43 kurzzeitig geschlossen wird, wird der

Kondensator 41 schlagartig entladen. Die Klemmenspannung des Kondensators 41 ändert sich also gemäß der Kurve E\ im Diagramm £von F i g. 1 nach Art einer Sägezahnspannung, deren ansteigende Flanke einen exponentiellen Verlauf hat. Die Periode T dieser Sägezahnspannung wird durch den Taktgenerator 44 so bestimmt, daß sie mit der Periode der von der Signalquelle 10 gelieferten Signale übereinstimmt; zu diesem Zweck kann eine Synchronisation zwischen der Signalquelle 10 und dem Taktgenerator 44 vorgesehen sein, wie durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist.

Der RC-Sägezahngenerator 40 ist in völlig gleicher Weise aus einem Kondensator 45, einem Widerstand 46 und einem von einem Taktgenerator 48 betätigten Schalter 47 aufgebaut. Die Kapazität des Kondensators 45 und der Widerstandswert des Widerstands 46 sind jedoch so bemessen, daß die Ladezeitkonstante wesentlich größer als bei dem ÄC-Sägezahngenerator 39 ist; ferner ist die Periode der Betätigung des Schalters 47 durch den Taktgenerator 48 wesentlich größer als die Periode T.

Die Klemmenspannung des Kondensators 45 verläuft also entsprechend der Kurve £2 des Diagramms E von Fig. 1 in Form einer Sägezahnspannung mit exponentiell ansteigender Flanke, deren Anstieg wesentlich flacher ist als bei der Kurve £Ί.

Ferner ist der Widerstand 46 des zweiten Sägezahngenerators 40 so ausgebildet, daß er durch ein an einen Steuereingang 49 angelegtes Signal einstellbar ist. Durch dieses Signal kann somit die Ladezeitkonstante des zweiten Sägezahngenerators und dadurch die Steilheit der ansteigenden Flanke der Sägezahnspannung geändert werden.

Der Signaleingang 29 der Torschaltung 27 ist mit dem Ausgang des schnellen Taktgenerators 44 verbunden, so daß dem Zähleingang 31 des Digitalzählers 30 während der Öffnungszeit der Torschaltung 27 die vom Taktgenerator 44 gelieferten Signale mit der Folgeperiode Γ zugeführt werden. Der Ausgang des langsamen Taktgenerators 48 ist einerseits mit dem Rückstelleingang 32 des Digitalzählers 30 und andererseits mit dem Auslöseeingang 37 der Vergleichsschaltung 34 verbunden, so daß am Ende jeder Periode des langsamen Taktgenerators die Durchführung des Vergleichs ausgelöst und der Digitalzähler 30 wieder auf Null zurückgestellt wird. Der Steuereingang 49 ist mit dem Ausgang 38 der Vergleichsschaltung 34 verbunden.

Die Klemmen der Kondensatoren 41 und 45 sind mit den beiden Eingängen eines Komparators 50 verbunden, der so ausgeführt ist, daß er bei jeder Feststellung einer Koinzidenz zwischen seinen beiden Eingangssignalen einen Auslöseimpuls zu einem an seinen Ausgang angeschlossenen Abtastimpulserzeuger 51 schickt. Am Ausgang des Abtastimpulserzeugers 51 stehen somit die Abtastimpulse zur Verfugung, deren Periode sich um die festgelegte Zeitdifferenz Δ t von der Periode T der über die Übertragungsleitung 11 gehenden Signale unterscheidet, und die die Abtastschaltungen 14,15 steuern. Die gleichen Abtastimpulse können weiteren Abtastschaltungen zugeführt werden, die zur Abtastung der Signale an anderer Stelle dienen.

Die Funktionsweise der in Fig.3 dargestellten Schaltung soll anhand der Diagramme von Fig.4 erläutert werden, die den zeitlichen Verlauf von Signalen zeigen, die an verschiedenen Punkten der Schaltung von F i g. 3 auftreten. Diese Signale sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet wie die entsprechenden Schaltungspunkte in F i g. 3.

Das Diagramm A von F i g. 4 zeigt das am Ausgang 21 der Abtastschaltung 14 erhaltene zeittransformierte Signal, das sich nach Art einer Treppenkurve aus den aufeinanderfolgenden Abtastwerten der am Anschlußpunkt 12 abgetasteten Signale zusammensetzt. Dieses Signal hat die gleiche Kurvenform wie jedes der über die Übertragungsleitung 11 gehenden Signale, ist aber gegenüber diesen Signalen in einem durch den Zeittransformationsfaktor k gegebenen Verhältnis

iü zeitlich gedehnt.

Das Diagramm B von F i g. 4 zeigt das zeittransformierte Signal, das am Ausgang 22 der Abtastschaltung 15 erhalten wird. Dieses Signal stimmt mit dem Signal 21 überein und setzt sich aus den Abtastwerten zusammen, die aus den über die Leitung 11 gehenden Signalen am Anschlußpunkt 13 entnommen werden. Das Signal 22 ist gegenüber dem Signal 21 um einen Zeitabstand t'_m verzögert, der der Laufzeit t„, der Signale vom Anschlußpunkt 12 zum Anschlußpunkt 13, multipliziert mit dem Zeittransformationsfaktor k entspricht.

Der Abstand L_n, zwischen den Anschlußpunkten 12 und 13 definiert eine genau festgelegte Meßstrecke; wenn die Fortpflanzungsgeschwindigkeit ν der Signale auf der Übertragungsleitung 11 bekannt ist, läßt sich daraus die wahre Laufzeit der Signale zwischen den Anschlußpunkten 12 und 13 berechnen:

L_n,

Der Zeitabstand t'_m zwischen den beiden zeittransformierten Signalen 21 und 22 ist um den Zeittransformationsfaktor k gegenüber der Laufzeit t,„ gedehnt:

/,'„ = k ■ /„, =

T" -!- ti

If

Für die Abtastung des dem Durchlaufen der Meßstrecke entsprechenden Signalabschnitts werden n,„ Abtastpunkte benötigt, die durch die folgende Beziehung gegeben sind:

n,„ =

Ί,ι

Die gleiche Anzahl n_m von Abtastpunkten muß

natürlich auch in dem durch die Abtastung erhaltenen Zeitintervall t'„, vorhanden sein, das dem Zeitabstand zwischen den zeiltransformierten Signalen 21 und 22 entspricht. Dies ergibt sich aus der Beziehung:

T + Ii

k ■ i,„
T + \i

Ir

Bei bekannter und festgelegter Laufzeit l_m der Signale auf der Meßstrecke der Länge L_m besteht somit ein eindeutiger Zusammenhang zwischen der Anzahl n_m der Abtastpunkte, die in das Zeitintervall t'_m fallen, und der Zeitdifferenz At, um die sich die Abtastimpulsperiode

bo von der Signalperiode unterscheidet. Diese Tatsache wird bei der Schaltungsanordnung von F i g. 3 zur Regelung der Abtastimpulsperiode ausgenutzt.

Die Triggerschaltung 23 wird ausgelöst, wenn das zeittransformierte Signal 21 einen bestimmten Amplitudenwert erreicht, und sie wird zurückgestellt, wenn das zeittransformierte Signal 22 den gleichen Amplitudenwert erreicht. Am Ausgang der Triggerschaltung 23 erscheint somit der in F i g. 4 dargestellte Rechteckim-

puls 26, dessen Dauer, wie unmittelbar zu erkennen ist, genau dem Zeitintervall r'_ra entspricht.

Der Rechteckinipuls 26 bestimmt die Öffnungszeit der Torschaltung 27. Dem Digitalzähler 30 werden somit die Ausgangsimpulse des schnellen Taktgenerators 44 während eines Meßzeitintervalls der Dauer t'_m zugeführt.

Da für jeden Ausgangsimpuls des schnellen Taktgenerators 44 ein Abtastimpuls erzeugt wird, stimmt die Anzahl der vom Digitalzähler 30 während der Meßzeit t'm gezählten Impulse mit der Anzahl der Abtastungen überein, die während der Meßzeit t'_m an den über die Leitung 11 gehenden Signalen vorgenommen werden.

Wenn somit der Digitalzähler 30 am Ende der Meßzeit t'_m einen Zählerstand erreicht, der genau der zuvor errechneten Anzahl n_m von Abtastungen entspricht, ist dies ein Zeichen dafür, daß die Zeitdifferenz Δ t genau den vorgeschriebenen Wert hat.

Damit festgestellt wird, ob diese Bedingung erfüllt ist, ist in dem Sollwertspeicher 36 ein Zählerstand gespeichert, welcher der Anzahl n_m der Abtastpunkte entspricht. Die Vergleichsschaltung 34 vergleicht diesen gespeicherten Sollwert n_m mit dem vom Digitalzähler 30 am Ende der Meßzeit t'_m festgestellten Istwert. Wenn diese beiden Werte übereinstimmen, gibt die Vergleichsschaltung 34 kein Ausgangssignal ab, und die Einstellung des Taktimpulsgenerators 16 bleibt unverändert.

Wenn dagegen die Vergleichsschaltung 34 eine Differenz zwischen dem Sollwert n_m und dem vom Digitalzähler 30 gezählten Istwert feststellt, liefert sie ein Ausgangssignal, das die Abweichung nach Größe und Richtung anzeigt. Dieses Ausgangssignal wird an den Steuereingang 49 angelegt und wirkt auf den Widerstand 46 des langsamen Sägezahngenerators 40 ein. Durch Veränderung dieses Widerstands wird die Zeitkonstante des langsamen Sägezahngenerators 40 und damit die Abtastimpulsperiode verändert. Diese Änderung erfolgt im Sinne einer Verringerung des Ausgangssignals der Vergleichsschaltung 34.

Der gleiche Vorgang wiederholt sich nach jeder Periode des langsamen Taktgenerators 48, bis das Ausgangssignal der Vergleichsschaltung 34 zu Null geworden ist. Dadurch erfolgt eine ständige Regelung der Abtastimpulsperiode, durch welche die Zeitdifferenz Δ t auf dem vorgegebenen Wert gehalten wird.

Bei der Schaltungsanordnung von F i g. 3 erfolgt die Zählung der Abtastpunkte im Digitalzähler 30 durch die Zählung der Ausgangssignale des schnellen Taktgenerators 44. Es könnten jedoch auch andere Signale gezählt werden, deren Anzahl mit der Anzahl der Abtastpunkte zusammenfällt. Dies sind beispielsweise die am Ausgang des Taktimpulsgenerators 16 abgegebenen Taktimpulse selbst, oder auch die über die Signalleitung 11 übertragenen Signale, da in jeder Periode dieser Signale eine Abtastung erfolgt.

Der besondere Vorteil der mit der Schaltung von Fig.3 durchgeführten Regelung besteht darin, daß die Zeitmessung an den zeittransformierten Signalen vorgenommen wird, so daß weder die sehr kurze wahre Laufzeit der Signale auf der Meßstrecke noch die noch viel kürzere Zeitdifferenz At selbst gemessen werden müssen. Ferner erfolgt die Bildung des Regelsignals durch digitale Zählung von Signalen, die im System vorhanden sind, und deren Periode ebenfalls sehr groß gegen die zu regelnde Zeitdifferenz ist. Es ist dadurch möglich, Zeitdifferenzen At, die in der Größenordnung von Picosekunden liegen, mit sehr großer Genauigkeit konstant zu halten.

Bei der Schaltungsanordnung von Fig.3 ist die Meßstrecke L_n, durch den Abstand der Anschlußpunktc 12 und 13 der beiden Abtastschaltungen 14 und 15 au:

der Signalleitung 11 definiert. Die Meßstrecke kanr jedoch auch auf andere Weise auf der Signalleitung 11 festgelegt werden, wobei es dann möglich ist, mit einei einzigen Abtastschaltung auszukommen.

F i g. 5 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform dei

ίο Schaltung, bei der von dieser Möglichkeit Gebrauch gemacht ist.

Die Schaltungsanordnung von F i g. 5 enthält wiede; einen Teil der Bestandteile der Schaltungsanordnung von F i g. 3 in unveränderter Form; diese Bestandteile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 3 bezeichnet.

Dagegen ist bei der Anordnung von Fig.5 in die Übertragungsleitung 11 ein Leitungsabschnitt 60 eingefügt, dessen Wellenwiderstand Z_n, sich von dem Wellenwiderstand Za der Signalleitung 11 unterscheidet so daß am Eingang 61 der Meßstrecke und am Ausgang 62 der Meßstrecke jeweils ein Impedanzsprung besteht Der Leitungssbschnitt 60 bildet die Meßstrecke mit der Länge L_n,-An einem zwischen der Signalquelle 10 und dem Eingang 61 der Meßstrecke liegenden Anschluß punkt 63 ist eine Abtastschaltung 64 angeschlossen, die den gleichen Aufbau und die gleiche Funktionsweise wie die anhand von F i g. 3 erläuterten Abtastschaltungen 14 und 15 hat. Der Signaleingang 65 der Abtastschaltung 64

jo ist mit dem Anschlußpunkt 63 verbunden, der Steuereingang 66 empfängt die vom Taktimpulsgenera tor 16 abgegebenen Abtastimpulse, und der Ausgang 67 der Abtastschaltung 64 ist mit dem Eingang einer Triggerschaltung 68 verbunden. Der Ausgang der Triggerschaltung 68 ist mit dem Steuereingang 28 dei Torschaltung 27 verbunden.

Die Funktionsweise dieser Schaltung, soweit sie sich von der zuvor erläuterten Funktionsweise der Schaltung von F i g. 3 unterscheidet, soll unter Bezugnahme auf die Diagramme von F i g. 6 erläutert werden.

Infolge der Impedanzsprünge wird am Eingang 6 und am Ausgang 62 der Meßstrecke 60 jeweils ein Tei des Signals reflektiert, und dieser reflektierte Signaltei läuft auf der Leitung 11 von der Meßstrecke 60 zu Signalquelle 10 zurück. Die am Anschlußpunkt 63 angeschlossene Abtastschaltung 64 tastet außer den in der Vorwärtsrichtung übertragenen Signalen auch die reflektierten Signalteile ab. Je nach'dem Verhältnis dei Signaldauer T_s zu der Laufzeit t_m auf der Meßstrecke und dem Verhältnis des Wellenwiderstands Z_m dei Meßstrecke 60 zu dem Wellenwiderstand Zt, der Leitung ergeben sich verschiedene Möglichkeiten, die in den Diagrammen von F i g. 6 dargestellt sind.

Die Diagramme A bis D von F i g. 6 zeigen die am Ausgang der Abtastschaltung 64 erhaltenen zeittrans formierten Signale; es ist zu beachten, daß diese Signale abgesehen von dem geänderten Zeitmaßstab, die gleiche Form wie die über die Signalleitung 11 laufender Signale haben.

t>o Das Diagramm A zeigt die Verhältnisse für den Fall daß die Signaldauer T₅ kleiner als die Laufzeit t_m auf dei Meßstrecke ist, und daß der Wellenwiderstand Z_n, dei Meßstrecke größer als der Wellenwiderstand Z₀ dei Leitung ist. Die am Anschlußpunkt 63 angeschlossene

b5 Abtastschaltung 64 tastet zunächst den von dei Signalquelle 10 über die Übertragungsleitung 11 übertragenen direkten Impuls U der Dauer T₅ ab. Arr Ausgang der Abtastschaltung wird ein entsprechendei

zeittransformierter Impuls der Dauer T'_s erhalten.

Wenn der Impuls /</ am Eingang 61 der Meßstrecke ankommt, wird ein Teil davon in Form eines Impulses /_r, reflektiert, der zur Fignalquelle 10 zurückläuft und nach einer gewissen Verzögerungszeit, die vom Abstand zwischen dem Anschlußpunkt 63 und dem Eingang 61 der Meßstrecke abhängt am Anschlußpunkt 63 abgetastet wird und demzufolge mit der entsprechenden Zeittransformation im Ausgangssignal der Abtastschaltung erscheint. Da der Wellenwiderstand Z_m der Meßstrecke 60 größer als der Wellenwiderstand Z₀ der Leitung ist, hat der an der Stelle 61 reflektierte Impuls Ir \ die gleiche Polarität wie der direkte Impuls Id.

Wenn der über die Leitung 11 laufende direkte Impuls Id am Ausgang 62 der Meßstrecke ankommt, findet eine erneute Reflexion statt, wobei der nunmehr durch die Reflexion erhaltene Impuls /_r2 die entgegengesetzte Polarität hat. Der zweite reflektierte Impuls ί_Γ2 läuft über die Meßstrecke zurück und wird ebenfalls am Anschlußpunkt 63 abgetastet.

Es ist unmittelbar zu erkennen, daß der Zeitabstand zwischen den beiden am Anschlußpunkt 63 eintreffenden reflektierten Impulsen ein Maß für die Laufzeit der Impulse auf der Meßstrecke 60 ist. Dabei ist zu beachten, daß in diesem Fall der Zeitabstand dem zweimaligen Durchlaufen der Meßstrecke 60 entspricht. Für die Laufzeit t_m der Impulse auf der Meßslrecke 60 gilt somit die folgende Beziehung:

IL_n

f —

¹ »ι

wenn ν die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Signale auf der Leitung 11 ist.

Im zeittransformierten Signal ergibt sich daraus die zeittransformierte Meßzeit t'_m die um den Zeittransformationsfaktor £ gegenüber der Laufzeit t_m gedehnt ist. In gleicher Weise wie bei der Schaltungsanoidnung von Fig.3 kann wieder die Anzahl n_m der Abtastpunkte berechnet werden, die für die Abtastung des dem Zeitabstand zwischen den beiden reflektierten Signalen entsprechenden Signalabschnitts benötigt werden:

--'ir-

Durch Zählung der in der Meßzeit t'_m enthaltenen Abtastpunkte kann somit wieder die Regelung der Abtastimpulsperiode in gleicher Weise wie bei der Schaltung von F i g. 3 erfolgen.

Zu diesem Zweck muß die Triggerschaltung 68 der Schaltung von F i g. 5 so ausgebildet sein, daß sie einen Ausgangsimpuls liefert, dessen Dauer gleich dem Zeitabstand zwischen den beiden reflektierten Impulsen /r ι und Ir 2 ist.

Sie kann zu diesem Zweck beispielsweise so ausgebildet sein, daß sie durch die Vorderflanke des Impulses /_r ι ausgelöst und durch die Vorderflanke des Impulses hi zurückgestellt wird. Man erhält dann am Steuereingang 28 der Torschaltung 27 den im Diagramm £ von F i g. 6 dargestellten Steuerimpuls, der die Dauer t'_m hat. Der Digitalzähler 30 zählt dann die im Zeitintervall t'_m abgegebenen Impulse des schnellen Taktgenerators 44, und die Regelung kann aufgrund des festgestellten Zählerstandes in gleicher Weise wie bei der Schaltung von F i g. 3 erfolgen, vorausgesetzt, daß im Sollwertspeicher 36 ein Sollwert n_m gespeichert ist, der nicht dem einfachen, sondern dem doppelten Durchlaufen der Meßstrecke L_m entspricht.

Die Triggerschaltung 68 darf natürlich auf den direkten Impuls Id nicht ansprechen; dies kann durch geeignete Maßnahmen erreicht werden, beispielsweise durch eine zusätzliche Freigabeschaltung 69, welche

ίο durch das Ausgangssignal des langsamen Taktgenerators 48 erregt wird und die Triggerschaltung 68 erst mit einer gewissen Verzögerung nach dem Beginn jeder Meßperiode freigibt.
Das Diagramm B von F i g. 6 gilt für den Fall, daß die

is Signaldauer T₅, wie im Diagramm A, kleiner als die Laufzeit t_m ist, daß aber der Wellenwiderstand Z_n, der Meßstrecke kleiner als der Wellenwiderstand Z₀ der Leitung ist. Der einzige Unterschied besteht dann darin, daß nunmehr der erste reflektierte Impuls l_r\ die entgegengesetzte Polarität hat, während der zweite reflektierte Impuls l_r2 die gleiche Polarität wie der direkte Impuls /<jhat.

Die Diagramme C und D von F i g. 6 gelten für den Fall, daß die Signaldauer T₅ wesentlich größer als die Laufzeit t_m der Signale auf der Meßstrecke ist. In diesem Fall überlagern sich die reflektierten Signale am Anschlußpunkt 63 dem noch in der Übertragung befindlichen direkten Signal. Für den Fall, daß der Wellenwiderstand Z_m der Meßstrecke größer als der Wellenwiderstand Z₀ der Leitung ist, entsteht dadurch in dem an Anschlußpunkt 63 abgetasteten Signal eine vorübergehende Amplitudenerhöhung (Diagramm C) die im zeittransformierten Signal die Dauer t'_m hat. Wenn der Wellenwiderstand Z_n, der Meßstrecke kleiner als der Wellenwiderstand Zo der Leitung ist. wird die Amplitude des abgetasteten Signals durch das reflektierte Signal vorübergehend verringert (Diagramm D). Auch dieser Abschnitt verringerter Amplitude hat in dem zeittransformierten Signal wieder die Dauer t'm

In allen Fällen kann die Regelung der Abtastimpulsperiode in der zuvor beschriebenen Weise erfolgen, vorausgesetzt, daß die Triggerschaltung 68 so ausgebildet ist, daß sie jeweils den Zeitabstand zwischen den durch die Reflexionen am Eingang und am Ausgang der

4^r> Meßstrecke 60 verursachten Signaländerungen mißt und zum Steuereingang 28 der Torschaltung 27 ein Steuersignal liefert, dessen Dauer diesem Zeitabstand entspricht. Die Ausbildung solcher Triggerschaltungen oder anderer Zeitmeßanordnungen, welche die gleiche

so Funktion ausführen können, liegt im Bereich des Fachwissens.

F i g. 5 zeigt ferner eine bevorzugte Maßnahme zur Einstellung des die Ladezeitkonstante des langsamen Sägezahngenerators 40 bestimmenden Widerstands 46.

Dieser Widerstand ist durch mehrere in Serie geschaltete Teilwiderstände 46a, 46/»,... 46n gebildet, und jedem dieser Teilwiderstände ist ein Schalter 70a, 706, ... 70n parallelgeschaltet. Diese Schalter, die in Wirklichkeit natürlich elektronische Schalter sind,

eo können durch die binären Ausgangssignale an den Stufenausgänger 38a, 38t, ... 38n der Vergleichsschaltung 34 direkt gesteuert werden. Bei geeigneter Abstufung der /; Teilwiderstände ist dadurch eine stufenweise Einstellung des Gesamtwiderstands in

b5 2"—1 Stufen möglich.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur zeitlichen Stabilisierung periodischer Abtastimpulse für die elektronische stroboskopische Abtastung periodisch wiederkehrender Signale, wobei sich die Abtastimpulspenode von der Signalperiode um eine festgelegte kleine Zeitdifferenz unterscheidet, dadurch gekennzeichnet, daß die periodisch wiederkehrenden Signale über eine Übertragungsleitung übertragen werden, in die eine Meßstrecke bekannter Länge eingefügt ist, daß die über die Übertragungsleitung übertragenen Signale mit Hilfe der Abtastimpulse stroboskopisch abgetastet werden, daß die Anzahl der Abtastungen während des dem Durchlaufen der Meßstrecke entsprechenden Teils der durch die Abtastung erhaltenen zeittransformierten Signale gezählt und mit einem gegebenen Sollwert verglichen wird, und daß die Abtastimpulspenode im Sinne der Beseitigung der Abweichungen von einem vorgegebenen Vergleichsergebnis geregelt wird.

2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Abtastimpulsgenerator (16), der einen Steuereingang (49) für die Einstellung der Abtastimpulspenode aufweist, und mit einer Übertragungsleitung (11), über welche die abzutastenden periodisch wiederkehrenden Signale übertragen werden, gekennzeichnet durch zwei speichernde Abtastschaltungen (14, 15), die durch die jo Abtastimpulse synchron gesteuert werden und an zwei Punkten (12, 13) der Übertragungsleitung (11) angekoppelt sind, deren Abstand der Länge (L_m) der Meßstrecke entspricht, eine an die Ausgänge der beiden Abtastschaltungen (14, 15) angeschlossene s-> Zeitmeßanordnung (23), die ein Ausgangssignal liefert, das dem Zeitabstand zwischen zwei einander entsprechenden Punkten der zeitgedehnten Ausgangssignale der beiden Abtastschaltungen (Meßzeitintervall) entspricht, eine Zählanordnung (27,30), w die an ihrem Zähleingang (29) Signale empfängt, die in zeitlicher Beziehung zu den Abtastimpulsen stehen, und die durch das Ausgangssignal der Zeitmeßanordnung (23) so gesteuert wird, daß sie diese Signale während der Dauer des Meßzeitintervalls zählt, und durch eine Vergleichsanordnung (34), die den am Ende des Meßzeitintervalls erreichten Zählerstand der Zählanordnung (27, 30) mit einem Sollwert vergleicht und ein von der Abweichung abhängiges Regelsignal liefert, das dem Steuerein- >o gang (49) des Abtastimpulsgenerators (16) zugeführt wird.

3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Abtastimpulsgenerator (16), der einen Steuereingang für die Einstellung der τ, Abtastimpulspenode aufweist, und mit einer Übertragungsleitung (11), über welche die abzutastenden periodisch wiederkehrenden Signale übertragen werden, gekennzeichnet durch einen in die Übertragungsleitung eingefügten, die Meßstrecke bildenden wi Leitungsabschnitt (60), dessen Wellenwiderstand vom Wellenwiderstand der Übertragungsleitung verschieden ist, eine durch die Abtastimpulse gesteuerte speichernde Abtastschaltung (64), die an einer vor der Meßstrecke liegenden Stelle (63) an die Übertragungsleitung (11) angekoppelt ist, eine an den Ausgang der Abtastschaltung angeschlossene Zeitmeßanordnung (68), die ein Ausgangssignal liefert, das dem Zeitabstand zwischen den im zeitgedehnten Ausgangssignal der Abtastschaltung durch die Reflexionen an den Wellenwiderstandssprüngen erzeugten Signaländerungen (Meßzeitintervall) entspricht, eine Zählanordnung (27,30). die an ihrem Zähleingang (29) Signale empfängt, die in zeitlicher Beziehung zu den Abtastimpulsen stehen, und die durch das Ausgangssignai der Zeitmeßanordnung (68) so gesteuert wird, daß sie diese Signale während der Dauer des Meßzeitintervalls zählt, und durch eine Vergleichsanordnung (34), die den am Ende des Meßzeitintervalls erreichten Zählerstand der Zählanordnung (27, 30) mit einem Sollwert vergleicht und ein von der Abweichung abhängiges Regelsignal liefert, das dem Steuereingang des Abtastimpulsgenerators (16) zugeführt wird.

4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitmeßanordnung eine Triggerschaltung (23) enthält, die durch eine Flanke des Ausgangssignals der einen Abtastschaltung (14) ausgelöst und durch die entsprechende Flanke des Ausgangssignals der anderen Abtastschaltung (15) zurückgestellt wird und die einen Ausgangsimpuls liefert, dessen Dauer dem Zeitabstand zwischen Auslösung und Rückstellung entspricht.

5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitmeßanordnung eine Triggerschaltung (68) enthält, die durch eine infolge der Reflexion am Eingang (61) der Meßstrecke (60) erzeugte Flanke des im Ausgangssignal der Abtastschaltung (64) enthaltenen reflektierten Signalabschnitts ausgelöst und durch eine infolge der Reflexion am Ausgang (62) der Meßstrecke (60) erzeugte Flanke dieses Signalabschnitts zurückgestellt wird und die einen Ausgangsimpuls liefert, dessen Dauer dem Zeitabstand zwischen Auslosung und Rückstellung entspricht.

6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählanordnung (27, 30) einen Digitalzähler (30) enthält, dessen Zähleingang (31) mit dem Ausgang eine·· Torschaltung (27) verbinden ist, die an ihrem Signaleingang (29) die zu zählenden Signale empfängt und deren Steuereingang (28) an den Ausgang der Triggerschaltung (23; 68) angeschlossen ist.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, bei welcher der Abtastimpulsger.erator (16) zwei Sägezahngeneratoren (39,40) enthält, von denen der eine Sägezahngenerator (39) ein sich mit der Signalperiode wiederholendes schnelles Sägezahnsignal und der andere Sägezahngenerator (40) ein langsames Sägezahnsignal mit sehr viel größerer Periode erzeugt, sowie einen Komparator (50), dessen Eingänge mit den Ausgängen der beiden Sägezahngrneratoren (39, 40) verbunden sind und der bei jeder Feststellung einer Amplitudengleichheit der beiden Sägezahnsignale die Erzeugung eines Abtastimpulses auslöst, dadurch gekennzeichnet, daß der das langsame Sägezahnsignal erzeugende Sägezahngenerator (40) einen Steuereingang (49) für die Einstellung der Flankensteilheit des langsamen Sägezahnsignals aufweist, und daß das von der Vergleichsanordnung (34) abgegebene Regelsignal an den Steuereingang (49) des langsamen Sägezahnsignalgenerators (40) angelegt ist.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sägezahngenenuoren (39, 40) /?C-Sägezahngeneratoren mit unterschiedlichen

Zeitkonstanten sind, von denen jeder einen Kondensator (41; 45) enthält, der in Reihe mit einem Ladewiderstand (42; 46) an einer Gleichspannung liegt und dem ein periodisch ausgelöster Entladekreis (43; 47) parallelgeschaltet ist, und daß der Ladewiderstand (46) des langsamen ÄC-Sägezahngenerators (40) durch das an den Steuereingang (49) angelegte Regelsignal veränderbar ist

9. Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählanordnung (30) einen Rückstelleingang (32) hat, der mit dem Ausgang des langsamen Sägezahnsignalgenerators (40) zur Rückstellung am Ende jeder Sägezahnsignalperiode verbunden ist.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsanordnung (34) einen Auslöseeingang (37) hat, der mit dem Ausgang des langsamen Sägezahngenerators (40) zur Auslösung des Vergleichs an: Ende jeder Sägezahnsignalperiode verbunden ist.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähleingang (29) der Zählanordnung (27, 30) mit dem Ausgang des schnellen Sägezahnsignalgenerators (39) verbunden ist.

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähleingang (29) der Zählanordnung (27, 30) mit dem Ausgang des Abtastimpulsgenerators verbunden ist.

13. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß an den Zähleingang (29) der Zählanordnung (27, 30) die abzutastenden Signale angelegt sind.