DE2820362A1

DE2820362A1 - Vorrichtung zur lieferung eines elektrischen signals mit einer im wesentlichen zur frequenz eines eingangssignals proportionalen groesse

Info

Publication number: DE2820362A1
Application number: DE19782820362
Authority: DE
Inventors: Brian William Tumber
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1977-05-14
Filing date: 1978-05-10
Publication date: 1978-11-23
Also published as: ES469472A1; IT7823331A0; IT1113177B; FR2390770A1; JPS53141563A

Description

Lucas Industries Limited

Gfreat Kin: Street

ÖB-J3irmingham 9. Mai 1978

Vorrichtung zur Lieferung eines elektrischen Signals mit einer im wesentlichen zur Frequenz eines Eingangssignals proportionalen größe

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Lieferung eines elektrischen Signals mit einer im wesentlichen zur Frequenz eines Eingangssignals proportionalen G-röße, und hauptsächlich betrifft sie einen Frequenz/Spanmuigs-Umwandler.

Erfindiuigsgemäß ist eine Vorrichtung zur Lieferung eines elektrischen Signals mit einer im wesentlichen zur ¥is -quenz eines Ein^angssignals proportionalen G-röße, die gekennzeichnet ist durch Impulszählmittel mit einem Zeitimpulsgeber zur Erzeugung von Impulsen in bestimmten regelmäßigen Abständen und mit einem Digitalzähler, eine Steuerschaltung, der das Eingangssignal zugeleitet wird und die so eingerichtet ist, daß die Impulszählmittel derart gesteuert werden, daß der Digitalzähler die Zahl der von dem Zeitimpulsgeber während sukzessiver Zeiten erzeugten Impulse zählt, wobei diese jeweils umgekehrt proportional zur Frequenz des Eingangssignals sind, und einen Digital/Analog-Umwandler zum Umwandeln der Zahl der vom Digitalzähler in jeder der Zeiten gezählten Impulse in ein elektrisches Signal.

Vorzugsweise ist der Digital/Analog-Umwandler so einge-

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richtet, daß er ein elektrisches Signal erzeugt, dessen Größe im wesentlichen umgekehrt proportional zur gezählten Zahl ist.

Am vorteilhaftesten wird eine "bestimmte Stromstärke vom Ausgang des Digital/Analog-Umwandlers abgenommen, wobei die Spannung an einem Eingang zum Umwandler im wesentlichen umgekehrt proportional zu der gezählten Zahl ist.

Vorteilhafterweise ist der Digital/Analog-Umwandler mit einem Rückkopplungskreis eines Verstärkers mit hohem Verstärkungsfaktor verbunden.

Zweckmäßigerweise weist der Digitalzähler einen Zählerkreis und einen Speicherkreis auf, und die Steuerschaltung ist zweckmäßigerweise so eingerichtet, daß ein Signal am Ende jeder der Zeiten erzeugt wird, das eine Transferierung der von dem Zählerkreis gezählten Zahl zum Speicherkreis bewirkt, wobei der Speicherkreis mit einem Digitaleingang des Digital-Analog-Umwandlers verbunden ist.

Vorteilhafterweise ist die Steuerschaltung so eingerichtet, daß der Digitalzähler am gleichen Punkt in jeder Periode des Eingangssignals gestartet und um eine Zeit 1 später gestoppt wird, derart, daß T weniger als und etwa gleich 1/i¹ ist, wobei ¥ die Frequenz des Eingangs signals ist.

Vorzugsweise werden die vom Zeitimpulsgeber erzeugten Impulse dem Digitalzähler nur während jeder der genannten Zeiten zugeleitet, und vorzugsweise ist die Steuerschaltung so eingerichtet, daß ein Signal zum Rückstellen des Digitalzählers nach dem Ende jeder der genannten Zeiten erzeugt wird.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand eines Ausführungs-

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beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung sind:

yig· 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung nach der Erfindung in der Form eines Frequenz/Spannungs-Umwandlers, und

Fig. 1 bis 5 schematische Oarsteilungen, die die Fluktuation von elektrischen Signalen mit der Zeit an betreffenden Punkten in der Vorrichtung nach Pig. 1 zeigen.

(femäß der Darstellung in Fig. 1 weist der Frequenz/Spannungs-Umwandler allgemein eine Steuerschaltung 10 auf, der ein oszillierendes Signal mit der Frequenz F₁ als ein Eingang zugeleitet wird, ferner einen Zeitimpulsgeber 11, der eine Folge von Impulsen in regelmäßigen Abständen und mit einer Frequenz F₂ erzeugt, einen Digitalzähler 12 mit einem Zählerkreis 13 und einem Speicherkreis 14 und einen Digital/Analog-Umwandler 15, der in einen Rückkopplungskreis eines Verstärkers 16 mit hohem Verstärkungsfaktor eingeschaltet ist.

Das oszillierende Signal, das als ein Eingang desr Steuerschaltung 10 zugeleitet wird, ist in Fig. 2 dargestellt. Dieses Signal wird von der Steuerschaltung 10 verarbeitet, die aus ihm drei Ausgangssignale A, B und 0 erzeugt. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, ist das Signal A eine Spannung, die sich während einer Zeit T₁ auf einer logischen 0 befindet, die an einem bestimmten Punkt in jeder Periode des Eingangssignals beginnt (im vorliegenden Fall immer dann, wenn dao Eingangssignal ein Maximum erra?eicht), und die während einer Zeit Tp danach eine logische 1 bildet, wobei die Zeit T₂ umgekehrt proportional zur Frequenz F₁ des Eingangssignals ist. Das Signal A hat damit die Form einer Rechteckwelle, deren Periode T₁ + T₂ gleich der Periode t (= 1/F₁) des Eingangssignals ist, deren Impulsabeta3tverhältnis T₂ZT₁ be-

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trägt. Das Signal B (siehe Pig. 4) besteht aus einem Spannungsimpuls, der am Ende jeder Zeit T₂ erzeugt wird. Das Signal G (siehe Pig. 5) besteht aus einem Spannungsimpuls, der zu Beginn jeder Zeit T₂ erzeugt wird.

Das Signal A wird einem Eingangsanschluß einer UND-Torschaltung 17 mit zwei Eingängen zugeleitet, und deren anderem Eingangsanschluß wird der Ausgang des Zeitimpulsgebers 11 zugeleitet. Der Ausgang der MD-Torschaltung 17 wird als ein Eingang an den Zeählerkreis 13 angelegt. Durch diese Anordnung zählt der Zählerkreis 13 die Impulse, die vom Zeitimpulsgeber 11 erzeugt werden, wenn sich das Signal A auf einer logischen 1 befindet, d.h. während jeder Zeit T₂, jedoch nicht, wenn da.s Signal A eine logische 0 darstellt, d.h. während jeder Zeit T^. Die Signale B und G werden beide in den Digitalzähler 12 gegeben. Das Signal bewirkt mit jedem seiner Impulse zu dieser Zeit ein Transferieren der vom Zählerkreis 13 gezählten Zahl zum Speicherkreis 14, und das Signal 0 dient bei jedem seiner Impulse zum Rückstellen des Zählerkreises 13 auf Null. Die Zeitgabe der Impulse der Signale B und G iä.st derart, daß die Zahl der vom Zeitimpulsgeber 11 erzeugten und vom Zählerkreis 13 in jeder Zeit T₂ erzeugten Impulse zum Speicherkreis am Ende dieser Zeit transferiert wird, und der Zählerkreis 13 wird zu Beginn der nächsten Zeit T₂ in Vorbereitung auf die Vornahme der nächsten Zähloperation zurückgestellt.

Die vorstehend beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt. Wenn die vom Digitalzähler 12 gezählte Zahl vohöi Impulsen in der Zeit T₂ D beträgt, gilt:

D = P₂ . T₂ (1)

Wenn, wie im vorliegenden Pail, die Zeit T^ sehr viel kleiner als die Zeit T₂ ist, derart, daß die Zeit T₂ weniger

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als und etwa gleich der Zeit t (= 1/P₁) des osillierenden iiingangssignals ist, -;ilt:

und folglich aus Gleichung (1):

V/eil Pp konstant ist, ist die Zahl der vom Digitalzähler in jeder Zeit ¹Up gezählten Impulse im wesentlichen iumgekehrt proportional zur frequenz P₁ des Eingangssignals während dieser Zeit.

Die Zahl D, die vom Zählerkreis 13 in jeder Zeit ^r£p gezählt wird, wird im Speicherkreis 14 gespeichert und als ein Digitalein°:an; in den Di^ital/lnalog-ümwandler 15 eingegeben. Der Umwandler 15 hat die folgende Transfercharalcteristik:

I₀ = K₁ . V₁ . D (4)

Darin sind I_Q die Ausgangsstronstärke des Umwandlers, Vj dessen Eingangsspannung und K₁ eine Konstante. Der Umwandler 15 ist, wie vorstehend erwähnt, mit dem Rückkopplungskreis des Verstärkers 16 verbunden, und eine konstante Stromstärke I₁ wird vom Verstärker 16 abgenommen. Die Eingangsimpedanz des Verstärkers ist hoch, und deshalb gilt:

¹I a ¹O

Aus Gleichung (4) gilt deshalb:

I₁ ti K₁ . V₁ . D

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Indem D aus Gleichung (2) eingesetzt wird:

_v
^{# V}I '

Folglich:

ir U

Dabei Ist Kp eine Konstante, die gleich 1../(K,. . IV,) ist. Deshalb ist die Spannung V_T im wesentlichen proportional zur Frequenz I\ des Eingangssignals.

Es ist evident, daß die vorstehend beschriebene Vorrichtung effektiv die Frequenz des Eingangssignal bei jeder Periode deshalb mißt und folglich jede Änderung in der Frequenz des Eingangssignals sofort in der Spannung Y₁ ihren Fiederschlag findet„

Wenn sich die Frequenz F.. ändert, ändert sich die vom Digitalzähler 12 in jeder Periode gezählte Zahl D entsprechend, und diese Zahl wird in den Umwandler 15 gegeben und erzeugt damit eine Änderung in der Spannung Vj.

Die vorstehend beschriebene Vorrichtung kann vorteilhaft benutzt v/erden, um die Änderungen in der Drehzahl einer rotierenden Welle zu überwachen, beispielsweise der Antriebswelle eines Triebwerks.

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AO

Leerseite

Claims

PATENTANWALT S BÜRO

SCHUMANNSTR. 97 · D-4OOO DÜSSELDORF

Telefon: (0211) 683346 Telex: 08586513 cop d

PATENTANWÄLTE:
Dipl.-Ing. W. COHAUSZ · Dipl.-Ing. R. KNAUF · Dr.-Ing., Dipl.-Wirtsch.-Ing. A. GERBER · Dipl.-Ing. H. B. COHAUSZ

Lucas Industries Limited
Great Kin;·; Street

uiam 9. Mai 1973

■Ansprüche

ι 1.1 Vorrichtung zur Lieferung eines elektrischen Signals mit einer im wesentlichen zur frequenz eines sifcnals proportionalen Größe, ρ; e k e η η zeichnet durch Impulszählmittel mit einem Zeitimpulsgeber (11) zur Erzeugung "von Impulsen in "bestimmten regelmäßigen Abständen und mit einem Digitalzähler (12), eine Steuerschaltung (10), der das Eingangssignal zugeleitet wird und die so eingerichtet ist, daß die Impulsζählmittel derart gesteuert werden, daß der Digitalzähler (12) die Zahl der von dem Zeitimpulsgeber (11) während sukzessiver Zeiten erzeugten Impulse zählt, wobei/je- /diese weils umgekehrt proportional zur Frequenz (i?.) des Eingangssignals sind, und einen Digital/Analog-Umwandler (15) zum Umwandeln der Zahl der vom Digitalzähler (12) in jeder der Zeiten gezählten Impulse in ein elektrisches Signal.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h gekennzeichnet , daß der Digital/Analog-Umwandler (15) so eingerichtet ist, daß er ein elektrisches Signal erzeugt, dessen Größe im wesentlichen umgekehrt proportional zur gezählten Zahl ist.

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BAD ORiGlNAL
3. Vorrichturi ·; nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß eine bestimmte Stromstärke τοπ Aus-;an; des .üi';ital/Analor;-ümv;andlers (15) abgenommen wird, wobei die Spannun-'-; am iiin^anr; dieses Umwandlers (15) in vresentlichen umgekehrt proportional zu der gezählten Zahl ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der M"ital/Analo";-Umwandler mit dem Üückkopplun;skx"eiG eines Verstärkers (16) mit hohem Verstärkungsfaktor verbunden ist und die Aus.r^anTsspannundes Verstärkers (16) an den Eingang des Umwandlers (15) an^;;ele.^r"t wird·
5. Vorrichtmr: nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch =■; e k e η η zeichnet, daß der Di yitalsähler (12) einen Zählerkreis (13) und einen Speicherkreis (14) aufweist und die Steuerschaltun;· (10) so eingerichtet ist, daß ein Si :nal am 3in.de jeder der Zeiten erzeugt wird, das eine Transferierun-τ der vom Zählerkreis (13) gezählten Zaiil zum SpeicherkreL s (14) bewirkt, wobei der Speicherkreis (14) mit einem l)i/;italein^r:an^r; des Di^ital-Analog-Umv;andlers (15) verbunden ist.
b. Vorrichtun;; nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (10) so eingerichtet ist, daß der Difiitalzähler (12) am 'ileichen i^unkt in jeder Periode des Eingangs signals gestartet und um eine Zeit I¹ später gestoppt wird, derart, daß ϊ weniger als und etwa gleich 1/I¹ ist, wobei Έ die Prenuenz des iJinr-an^ssirnals ist.
7. Vorrichtun,·; nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Zeitimpulsgeber (11) Impulse in den Zähler (12) nur während der Zeit ΐ eingibt

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BAD OHi

und die ,Steuerschaltung (1ü) go eingerichtet ist, daß ein Signal aura Rückstellen des Di^italzählers (12) nach dem Ende ^eder der genannten Zeiten erzeugt wird.
8. Vorrichtung nach ,Anspruch 7, ^ e k e η η zeichnet durch eine UWD-Torschaltuns (17), von der ein Singan-T die Zeitimpulse vom Zeit impulsgeber (11) und der andere Eingang von der Steuerschaltung (10) ein Ein^aji^ssi;^::nal mit der Dauer T erhalten, wobei der Aus^an^ der IMD-üJorschaltunp; (17) mit dem Zähler verbunden ist.

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