DE2842450A1 - Verfahren zur hochaufloesenden und hochgenauen zeitmessung - Google Patents
Verfahren zur hochaufloesenden und hochgenauen zeitmessungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur hochauflösenden
und hochgenauen Zeitmessung unter Verwendung von genauen Quarzoszillatoren mit rechteckförmigen Ausgangs
Signalen.
Eine hochauflösende Zeitmessung konnte bisher mit den
Verfahren und Anordnungen des Standes der Technik allein nach dem sogenannten "Time-to-amplitude-conversion-Prinzip"
durchgeführt werden. Bei wenig hoher Auflösung wurden Zähler verwendet, die über das Startsignal gestartet und
über das Stopsignal angehalten wurden. Nur mit einem sehr großen Aufwand an Schaltelementen usw. war es möglich, die
Zählfrequenz und damit die Zeitauflösung bis etwa 5-lOnsec
zu erreichen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und die
beiden Verfahren - einmal mit Start-Stop-Zähler und das anderemal nach dem "Time-to-amplitude-conversion-Prinzip"
in einer zweikanaligen Zeitmeßeinrichtung so miteinander zu verknüpfen, daß einerseits die Zeitauflösung bis in
den Bereich von 2O-5Opsec möglich ist und andererseits
nahezu beliebig große Start-Stop-Zeitdifferenzen mit
dieser Auflösung von 2O-5Opsec ermöglicht werden, wobei
ein absolut genauer Quarzoszillator mit rechteckförmigem Ausgangssignal die entsprechend genaue Zeitbasjs darstellt.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 aufgeführten Maßnahmen gelöst. Weitere Einzelheiten sind in den übrigen
Patentansprüchen aufgeführt und ein Ausführungsbeispiel beschrieben und gezeichnet.
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Es zeigen:
Fig. 1 bis Fig. 4 das zusammengehörige Schaltbild Fig. 5 ein Diagramm des Meßprinzips
Ehe auf die Meßschaltung im Detail eingegangen wird, soll ein zusammenfassender Überblick über das erfindungsgemäße
Verfahren gegeben werden.
Die eingangs aufgeführte Aufgabe wird prinzipiell dadurch gelöst, daß entsprechend dem in Fig, 5 dargestellten
Meßprinzip zur Messung der Zeitdifferenz zwischen der Anfangsflanke
des rechteckförmigen Startsignals (beispielsweise eines TTL-Signals) und der Anfangsflanke des ebenfalls
rechteckförmigen Stopsignals (beispielsweise eines TTL-Signals) unter Zuhilfenahme des rechteckförmigen Ausgangssignals
(beispielsweise eines TTL-Signals) eines freilaufenden Quarzoszillators drei Zeitmessungen zur Ermittlung
der Zeitdifferenzen tA,n.Tn, und tE automatisch
ablaufen, also eine dreiteilige Echtzeitmessung durchgeführt wird.
Verwendet man einen freilaufenden Quarzoszillator mit
einer Frequenz von beispielsweise 2OMHz, so betragen die
zu messenden Zeitdifferenzen t& und tE maximal 50ns.
Eine Zeitauflösung von 25ps würde also in dem angeführten Beispiel lediglich eine Dynamik von 1 : 2000 für die
beiden Zeitmeßschaltungen zur Ermittlung der Zeitdifferenzen t^ und tjj erfordern. Die Messung der nahezu beliebig
großen Zeitdifferenz (η.Τς,) braucht man nun nur
noch als sogenannte Grobmessung durchzuführen, indem man die Periodendauer Tn der Frequenz des freilaufenden
Quarzoszillators als hochgenaue Zeitbasis benutzt und
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mittels eines Zählers die Anzahl η der der Anfangsflanke
(A0) bis zur Anfangsflanke (An) folgenden Anfangsflanken
des Ausgangsignals des Quarzoszillators zählt.
Hat man nun die Ergebnisse für die Messung der Zeitdifferenzen t^ und tjj. gespeichert, so braucht man nur noch
durch Addition und Subtraktion den Ausdruck At=tj^+n.TQ-tE
zu bilden, um einen ziemlich genauen ersten Meßwert £t
für die gewünschte Zeitdifferenz zwischen der Anfangsflanke des Start- und der Anfangsflanke des Stopsignals
zu erhalten.
Die Messung der Zeitdifferenzen t^ und t-ß wird in dem
erfindungsgemäßen Verfahren mittels einer zweikanaligen Meßschaltung durchgeführt, indem tA im Startkanal I
mittels der Zeit-Amplituden-Wandler-Schaltung TAC-A (1Oa) und tE im Stopkanal II mittels der nahezu identischen
Zeit-Amplituden-Wandler-Schaltung TAC-E (lla) ermittelt
werden. Da selbst bei völlig identischem Aufbau des Start- und des Stopkanals diese hinsichtlich ihrer
Eigenlaufzeiten unterschiedlich altern und driften, muß
der erhaltene, erste Meßwert 4t um die Nullablage zwischen
dem Start- und dem Stopkanal, also um den Wert korrigiert werden, der sich ergibt, wenn man von intern über eine
Einrichtung zur Ablaufsteuerung und die Null-Oder (18)
und (19) möglichst gleichzeitig ein Start- und ein Stopsignal erzeugt. Die zur Messung von tA und tE verwendeten
Zeit-Amplituden-Wandler-Schaltungen (1Oa) und (Ha) setzen die zu messende Zeit in eine analoge Spannung um.
Bedingt durch das Altern und durch die Temperaturabhängigkeit der in den Schaltungen (10a) und (Ha) verwendeten
Bauelemente ändern sich die Umsetzungsfaktoren. Für eine verläßliche, hochgenaue Zeitmessung muß also
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dem oben beschriebenen Meßzyklus ein Eichzyklus folgen, während dem den Schaltungen (1Oa) und (lla) von einer
"Schaltung zur Erzeugung quarzgenauer Start-Stop-Zeitdifferenzen" (21) quarzgenau gegeneinander versetzte
Start- und Stopsignale zugeführt und die Meßergebnisse digitalisiert und in einem Mikrocomputer oder Mikroprozessor
mit dem Sollwert verglichen und durch Division des jeweiligen Istwertes durch den der Periodendauer Tg
der Quarzoszillator-Frequenz entsprechenden digitalen Sollwert der jeweilige digitale Korrekturfaktor SA und
Sg für die Umsetzungsfaktoren der Zeit-Amplituden-Wandler-Schaltungen
(10a) und (Ha) ermittelt und zur Korrektur der beim eben abgelaufenen oder beim nächsten Meßzyklus
erhaltenen digitalen Zeitdifferenzen tj^p bzw. tgo verwendet
wird.
Eine hochgenaue zuverlässige Zeitmeß-Anordnung muß also letztlich aufgrund unterschiedlichen Alterns und unterschiedlichen
Temperatur-Verhaltens der verwendeten Bauelemente selbsteichend und selbstkorrigierend sein.
Deshalb startet die Anfangsflanke des von außen kommenden
Startsignals nicht nur die eigentliche, oben beschriebene, dreiteilige Echtzeitmessung, sondern auch die Ablaufsteuerung
(20), welche zur Abwicklung einen vollständigen Meß- und Eichzyklus abht automatisch nacheinander ablaufende
Zeitabschnitte Ql bis Q8 definiert.
Die Anfangsflanke eines von außen kommenden, am Start-Eingang
des dem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechenden Meßschaltungs-Beispiels eintreffenden Startsignals, beispielsweise
eines TTL-Signals, löst, detalliert be-
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trachtet, folgendes aus. Die anfangsflanke des Startsignals startet im Startkanal I, gebildet aus den Schaltungselementen
18,37,22,35,24,1Oa bis l0j,12 und 14, die erste dreiteilige mit dem Index M bezeichnete Eichtzeitmessung
des Meßzyklus, und zwar zunächst die Messung der Zeitdifferenz t^M zwischen der Anfangsflanke des
Startsignals und der dieser zunächst folgenden Anfangsflanke (A0) des Äusgangssignals des freilaufenden Quarzoszillators
(16). Dazu werden über das Null-Oder (18) das Start-Flip-Flop (37) im Startkanal I und das Stop-Enable-Flip-Flop
(39) im Stopkanal II gesetzt. - Der Einsatz des Start-Flip-Flop (37) ermöglicht die Verwendung
nahezu beliebig breiter rechteckförmiger Start-Signale.
Die Verwendung des Stop-Enable-Flip-Flop (39)
läßt grundsätzlich über die Gatter (40) und (41) nur dann ein Stop-Signal zur Wirkung kommen, wenn vorher ein
Start-Signal eingetroffen ist. - Das Flip-Flop (37) startet nun über das Start-Oder (22) im Startkanal I die
Zeit-Amplituden-Wandler-Schaltung TAC-A (10a) und bereitet dem Dateneingang D des Zähler-Enable-Synch-A-Flip-Flbp
(35) so vor, daß die nächste Anfangsflanke (A0) des
Äusgangssignals des freilaufenden Quarzoszillators (16)
das Flip-Flop (35) setzt und damit über das Stop-Oder (24) und die Verzögerungsschaltung (lob) die Zeit-Amplituden-Wandler-Schaltung
(10a) gestoppt wird. Das gesetzte Flip-Flop (35) schaltet außerdem den Vorwärts/Rückwärts-Zähler
(17), der bei rückgesetzter Ablaufsteuerung (20) auf Vorwärtszählen
geschaltet ist, auf Zählen-Enable, so daß lückenlos an die Messung von t^M die Messung ntt-Tg, also
das Zählen der der Anfangsflanke (A0) bis zur Anfangsflanke (An) folgenden Anfangsflanken des Ausgangssignals
des Quarzoszillators (16) erfolgt.
Inzwischen hat die Startsignal-Anfangsflanke den monostabilen
Multivibrator (30) getriggert, die vom Einschal-
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ten der Meßschaltung her irgendwie gesetzte Ablaufsteuerung (20) ist über das Oder-1 (31) und die Schaltung
zur Erzeugung quarzgenauer Start-Stop-Zeitdifferenzen
(21) ist über das Oder-2 (34) zurückgesetzt und die Endflanke des von (30) erzeugten Impulses hat über den
Inverter-1 (32) und das Takt-UND-1 (33) die Ablaufsteuerung
(20) auf Ql geschaltet. Damit ist die Steuerleitung über die Gatter (10g) und (1Of) freigeschaltet
und der vom monostabilen Multivibrator (lOc) kommende, über die Anfangsflanke (Ao) bzw. das Setzen von Flip-Flops
(35) erzeugte Impuls schaltet den Analogspeicher (beispielsweise einen Sample (Hold-Baustein) S/H-AM (lOd)
auf Speichern des von der Zeit-Amplituden-Wandler-Schaltung (10a) kommenden zeitproportionalen analogen Spannungswertes
UM=Uv-a.t£M' wobei Uv die Versorgungsspannung
und a den analogen Umsetzungsfaktor der TAC-A-Schaltung
(10a) darstellen. Damit ist das Messen und Abspeichern der Zeitdifferenz (tÄM) beendet.
Irgendwann trifft nun das von außen kommende rechteckförmige Stop-Signal (beispielsweise ein TTL-Signal) am
Stop-Eingang der dem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechenden Meßschaltung ein. Liegt zu diesem Zeitpunkt
auch das von außen kommende Zeitfenstersignal an, so gelangt
die Anfangsflanke des Stop-Signals im Stopkanal II,
gebildet aus den Schaltungen 19,42,41,40,39,38,23,36,25,
11a bis Hj, 13,15, über das Null-Oder (19), die Verzögerungsschaltung
(42) und das durch das Zeitfenstersignal freigestaltete Stop-ÜND-1 (41) zum Takt-Eingang
des Stop-Flip-Flop (38) und setzt dieses. - Wie im Startkanal
I das Start-Flip-Flop (37), so ermöglicht auch das Stop-Flip-Flop (38) die Verarbeitung nahezu beliebig
breiter, rechteckförmiger Stop-Stignale. - Das Setzen des
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Stop-Flip-Flop (38) startet über das Start-Oder (23)
die Zeit-Amplituden-Wandler-Schaltung (lla) bzw. die
Messung der Zeitdifferenz (tEM) zwischen der Anfangsflanke des von außen kommenden Stop-Signals und der
dieser folgenden Anfangsflanke (An) des Ausgangssignals
des freilaufenden Quarzoszillators (16). Die Anfangsflanke
(An) setzt nun das Zähler-Disable-Synch-E-Flip-Flop
(36) dessen Ausgang (Q) über das Stop-Oder (25) und die Verzögerungsschaltung (Hb) die Zeit-Amplituden-Wandler-Schaltung
(Ha) stoppt und den monostabilen Multivibrator (lic) triggert. Damit beendet die Anfangsflanke (An) des Ausgangssignals des freilaufenden Quarzoszillators
(16) nicht nur die Messung der Zeitdifferenz (^Em)/ sondern schaltet auch über das Flip-Flop (36)
den Vorwärts/Rückwärts-Zähler (17) auf Disable und das Zählen bis einschließlich zur Anfangsflanke (An), also
die Ermittlung der Zeitdifferenz (nM.To) ist ebenfalls
abgeschlossen. Der vom Ausgang (Q) des S/H-Mono-E (lic)
nun kommende Impuls gelangt über die Gatter (Hg) und (Hf), welche über die in Stellung Ql geschaltete Ablaufsteuerung
(20) frei geschaltet sind, zum Steuer-Eingang des Analogspeichers S/H-EM (lld) und veranlaßt wie
bei der Zeitdifferenz-Messung t^jj im Startkanal I die
Speicherung des zeitproportionalen analogen Spannungswertes üM=Uv-e.tEM. Außerdem setzt der vom Ausgang (Q)
des S/H-Mono-E kommende und durch den Inverter (46) invertierte Impuls die Flip-Flops (37), (38) und (39)
zurück, wodurch der Start- und der Stopkanal auf Empfangsbereitschaft
neuer über die Null-Oder (18) und (19) kommender Start- und Stopsignale geschaltet wird.
Die Endflanke dieses invertierten Impulses taktet, nun über das Takt-üND-1 (33) die Ablaufsteuerung (20) auf
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(Q2), falls das Merk-Flip-Flop (29) nicht gesetzt ist. Damit ist der Zeitabschnitt (Ql) zur Durchführung der
ersten dreiteiligen, mit dem Index M bezeichneten Echtzeitmessung sowie das Abspeichern der zeitproportionalen
analogen Spannungswerte in den Analogspeichern (iod) und (lld) beendet und der Zeitabschnitt (Q2) beginnt. Ist
allerdings das Merk-Flip-Flop (29) über den Meßschaltungs-Eingang (Komp.) gesetzt worden, weil beispielsweise das
durch Kurvenformung entstandene rechteckförmige Start-
und/oder Stopsignal entweder von dem analogen Ausgangssignal eines übersteuerten Verstärkers oder von einem
stark gestörten Analogsignal abgeleitet wurde und ein die Spannungshöhe überwachender Komparator angesprochen hat,
so bleibt auch nach Rücksetzen des Flip-Flop (29) die Ablaufsteuerung (20) rückgesetzt, und die Meßschaltung
wartet auf die nächsten, von außen kommenden Start- und Stopsignale.
Mit dem Takten der Ablaufsteuerung (2O) auf (Q2) beginnt
auch der Zeitabschnitt (Q2), in welchem die Nullablage zwischen dem Start- und Stopkanal mit der prinzipiell
gleichen dreiteiligen jetzt mit dem Index M bezeichneten Echtzeitmessung wie beim Zeitabschnitt (Ql) ermittelt
wird, indem die Anfangsflanke von (Q2) die Verzögerungsschaltung (43) durchläuft und über die Null-Oder (18)
und (19) gleichzeitig ein Start- und ein Stopsignal erzeugt. Nun läuft alles weiter wie beim Zeitabschnitt
(Ql) ab, mit dem einzigen unterschied, daß die in zeitproportionale
analoge Spannungen (Uv-a.tAN) bzw. (üv-et-gjj)
durch die Zeit-Amplituden-Wandler-Schaltungen (10a) und (lla) umgewandelten Zeitdifferenzen (tAN) bzw.
(tEN) in den Analogspeichern (1Oe) und (He) abgespeichert
werden und das über die (Q2) getaktete Ablaufsteuerung
(20) der Vorwärts/Rückwärtszähler (17) auf Rückwärts-
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zählen geschaltet ist. Der vom monostabilen Multivibrator (lic) erzeugte Impuls setzt wieder die Flip-Flops
(37), (38) und (39) zurück und taktet über das Takt-UND-1 (33) die Ablaufsteuerung (20) auf (Q3), und
der Meßzyklus ist beendet, und die Analogspeicher (lOd) und (1Oe) bzw. (lld) und (lie) enthalten nun die zeitproportionalen
analogen Spannungswerte (Uv-a.tAn) und
(Uv-a.tAjj) bzw. (Uv-e.tEfj) und (Uv-e.tEjg). Der Analogausgang
des Speichers (lOe) ist mit dem positiven Eingang, der des Speichers (Iod) mit dem negativen Eingang
eines Differenz-Verstärkers (12) verbunden. Der Ausgang
von (12) liefert also die Spannungsdifferenz (Uäm-Uän)=
(üv-a.tAN)-(uv-a.tAM)=a.(tAM-tÄN)=a.^tÄ, also die mit
dem analogen Umsetzungsfaktor (a) der Zeit-Amplituden-Wandler-Schaltung
(1Oa) multiplizierte Zeitdifferenz AtA. Im Stopkanal II sind die Analog-Ausgänge der
Speicher (lie) und (lld), wie eben für den Startkanal I beschrieben, mit dem positiven und dem negativen Eingang des Differenz-Verstärkers (13) verbunden, dessen
Ausgang nun die Spannungsdifferenz (UEM-UEN) = (Uv-e . tgjj) ~
(Uv-e.tEM)=e.(tEM-tEN)=e.AtE, also die mit dem analogen
Umsetzungsfaktor (e) der Zeit-Amplituden-Wandler-Schaltung
(lla) multiplizierte Zeitdifferenz ΔtE liefert.
Außerdem beträgt am Ende des Zeitabschnitts (Q2) der Zählerstand des Vorwärts/Rückwärts-Zählers (17) (njj-njj) ,
was einer Zeitdifferenz von (nM-nN).Tg entspricht, wobei
(Tq) die hochgenaue Periodendauer der Frequenz des freilaufenden, den Zähler (17) taktenden Quarzoszillators
darstellt. Im Falle der Messung kleiner Start-Stop-Zeitdifferenzen oder im Falle der Ermittlung der Nullablage
zwischen dem Start- und dem Stopkanal wird sich öfter die Signal-Konstellation ergeben, daß die der Anfangsflanke des Startsignals folgende Anfangsflanke (Ao) des
Ausgangssignals des freilaufenden Quarzoszillators (16)
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erst dem inzwischen bereits eingetroffenen Stopsignal folgt.
In diesem Fall wird der Zähler (17) während der in den Zeitabschnitten (Ql) und (Q2) ablaufenden, mit dem Index
M und N bezeichneten Echtzeitmessungen überhaupt nicht getaktet und der Zählerstand von (17) bleibt Null (njj=o
bzw. nN=o).
Mit dem Takten der Ablaufsteuerung (20) auf Stellung
(Q3) beginnt nun auch der Zeitabschnitt (Q3) und damit die Digitalisierung der zeitproportionalen analogen
Spannungsdifferenzen (UAM~UAN) =a.4tjsl bzw. (Uem"üEn) =e ·
fitE und die Weiterverarbeitung dieser Digitalwerte sowie
des Zählerstandes (njj-njf) mittels eines Mikroprozessors
(26). Mit dem Takten der Ablaufsteuerung (20) auf Stellung (Q3) läuft folgendes ab:
Das Q3-Signal gelangt über das ODER-3 (48)zu den Analog-Digital-Wandlern
(14) und (15), deren Analog-Eingänge mit den Analog-Ausgängen der Differenzverstärker (12)
und (13) verbunden sind und startet über die A/D-Wandler-Eingänge, Start-W., die Umwandlung der analogen Spannungsdifferenzen (ÜÄM-UAN)=a.£ tA und (UEM-ÜEN)=e.& tE in die
entsprechenden Digitalwerte Δ tÄD undAtEj). Gleichzeitig
bewirkt das Q3-Signal über die ünterbrechungsanforderung
(27) einen Programm-Interrupt im Mikroprozessor (26), und der Mikroprozessor (26) adressiert über das Lese-UND-Z
(54) den Daten-Ausgangspuffer des Zählers (17) und liest
die den Zählerstand (nM-nN) repräsentierenden Daten Ql
bis Qm. Inzwischen sind die A/D-Wandlungen beendet, und die A/D-Wandler-Ausgänge, Wandig, beendet, veranlassen
über die Int.-2-ÜND (51) und Int.-3-UND (49) und die
Unterbrechungs-Anforderung (27) den Mikroprozessor (26) die den Digitalwert A tAD bzw. ^tED darstellenden und in
den Daten-Ausgangspuffern der A/D-Wandler (14) bzw. (15)
gespeicherten Daten Ql bis Qn zu lesen. Dazu werden die
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Daten-Ausgangspuffer über die Gatter, Lese-UND-A (55)
bzw. Lese-UND-E (53) und die A/D-Wandler-Eingänge, Ausg.-Puffer-Enbl., vom Prozessor (26) adressiert. Ob die
nun im Mikroprozessor bzw. dessen Speicher stehenden Digitalwerte Δ^β, &tED und (nM-njg) sofort weiterverarbeitet
und über die Anzeigeeinheit (28) als der korrigierte und skalierte bzw. geeichte digitalte Zeitmeßwert
£ tKorr_D=SÄ. AtAD+Sö . (nM-nN) -SE .β tED zur Anzeige
gebracht werden, oder ob dies später während des Zeitabschnitts Ql geschieht, während welchem ja sowieso
die digitalen Skalierungs- bzw. Eichfaktoren S^ und SE
für den gerade laufenden Meß- und Eichzyklus ermittelt werden, hängt von der Aufgabenstellung und damit von
dem im Mikroprozessor (26) eingespeicherten Programm ab. Falls nach Eintreffen eines von außen kommenden
Start- und Stopsignals möglichst schnell ein geeichter, die Start-Stop-Zeitdifferenz darstellender digitaler
Meßwert A^orr d benötigt wird, müssen die im vorausgegangenen
Meß- und Eichzyklus ermittelten digitalen Skalierungs- bzw. Eichfaktoren SÄ und Sg für den gerade
laufenden Meßzyklus, und zwar für die Multiplikationen SÄ.^tAD und SE.ßtED verwendet werden. Ist also der digitale
Meßwert At^orr.D vom Mikroprozessor (26) über
das Lade-UND (58) in den Daten-Eingangspuffer (Dl bis
Dp) der Anzeige-Einheit (28) eingeschrieben worden, so taktet anschließend der Mikroprozessor (26) über das
Takt-üND-2 (56), das Takt-ODER (44), und den monostabilen Multivibrator (45) die Ablaufsteuerung (2O) auf
Stellung Q4 und der Zeitabschnitt Q4 bzw. der Eichzyklus
beginnt.
Das Q4-Signal setzt den Vorwärts/Rückwärtszähler {17)
für den nächsten Meßzyk'lus zurück, schaltet die Gatter (loh) und (lOj) bzw. (llh) und (Hj) zur Steuerung der
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Analogspeicher (lOe) bzw. (lie) frei und löst über
den Eingang Eich-1 der Schaltung zur Erzeugung quarzgenauer Start-Stop-Zeitdifferenzen (21) gleichzeitig
ein Eich-Start-und ein Eich-Stop-Signal aus, welche sowohl dem Start-Oder (22) und Stop-Oder (24) im
Startkanal I als auch dem Start-Oder (23) und Stop-Oder (25) im Stopkanal II zugeführt werden. Der am Ausgang
der Zeit-Amplituden-Wandler-Schaltung (1Oa) bzw. (lla) erhaltene zeitproportionale analoge Spannungswert (üv-a.tEichN) bzw. (Uv-e.tEichN) stellt die Nullablage
zwischen dem Eingang des Start-Oder (22) und dem Eingang des Stop-Oder (24) im Startkanal bzw. die Nullablage
zwischen dem Eingang des Start-Oder (23) und dem Eingang des Stop-Oder (25) im Stopkanal dar und wird, wie
beim Meßzyklus beschrieben, in den Analogspeichern (1Oe) bzw. (lie) festgehalten. Die Endflanke des vom monostabilen
Multivibrator (lic) erzeugten Impulses taktet die Ablaufsteuerung (20) über das Takt-UND-1 (33) auf
Q5, womit der Zeitabschnitt Q5 beginnt und über das Oder-2. (34) die Schaltung (21) wieder zurückgesetzt
wird. Über das Takt-Oder (44), den monostabilen Multivibrator (45) und das Takt-UND-1 (33) wird nun die Ablaufsteuerung
(20) auf Q6 weitergetaktet und der Zeitabschnitt Q6 beginnt.
Das Q6-Signal leitet über den Eich-2-Eingang von Schaltung
(21) den zweiten Eichabschnitt ein und schaltet die Steuer-Gatter (1Of) und (lOg) bzw. (Hg) und (Hf)
für die Analogspeicher (lOd) bzw. (lld) frei. Die Schaltung (21) zur Erzeugung quarzgenauer Start-Stop-Zeitdifferenzen
gibt daraufhin korreliert mit dem Ausgangssignal des freilaufenden Quarzoszillators (16) ein
Eich-Start- und ein Eich-Stop-Signal auf dieselben Start-
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Oder und Stop-Oder-Eingänge wie beim während Q4 durchgeführten
ersten Eichschritt, wobei diesmal die Anfangsflanke des Eich-Stop- gegenüber der des Eich-Start-Signals
quarzgenau um eine Periodendauer (Tq) zeitversetzt erzeugt wird. Nach Messung dieser quarzgenauen
Zeitdifferenz mittels der Zeit-Amplituden-Wandler-Schaltungen
(1Oa) bzw. (lla) und Abspeichern der Meßwerte in Form der analogen Spannungswerte (Uv-a.ΐΕ^α^Μ)
bzw, (Uv-e.t^ichM^ erhält man über die Differenzverstärker
(12) bzw. (13) die zeitproportionalen Spannungs-Differenzen (UEich_AM-üEich_ÄN)=a.AtEichA bzw. (UEich_
EM-11EiCh-EN5 =e-AtEichE- Diese Spannungswerte stellen
den um die jeweilige Nullablage zwischen dem Start- und dem Stop-Eingang (des Start-Oder (22) bzw. (23) und des
Stop-Oder (24) bzw. (25))verminderten, dem jeweiligen
Zeit-Spannungs-Umsetzungsfaktor a bzw. e entsprechenden
Ist-Wert dar. Die Endflanke des von (lic) erzeugten Impulses beendet den Zeitabschnitt Q6 und schaltet die Ablaufsteuerung
(20) auf Stellung Q7, und es beginnt der Zeitabschnitt (Q7).
Der Zeitabschnitt (Q7) dient der Digitalisierung der
Istwerte, dem Soll-Ist-Wert-Vergleich und der Ermittlung der daraus gewonnenen digitalen Skalierungs- bzw. Eichfaktoren
SÄ bzw. SE. Dazu werden, wie schon beim Zeitabschnitt
(Q3) beschrieben, die zeitproportionalen Spannungsdifferenzen (UEich-AM-UEich_ÄN) bzw. (UEich_EM-uEich-EN^
über die durch das ODER-3 gestarteten Analog-Digital-Wandler
(14) bzw. (15) in die entsprechenden Digital-Werte AtEich-AD bzw. At^ich-ED umgesetzt und
nach beendeter Wandlung über die Gatter Int.-4-UND (52) bzw. Int.-5-UND (50) und die ünterbrechungsanforderung
(27) vom Mikroprozessor (26) zur Weiterverarbeitung übernommen. Beim folgenden Soll-Ist-Wert-Vergleich
werden die digitalen Istwerte^ tEich-ÄD bzw.
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durch den der Periodendauer Tq der Quarzfrequenz entsprechenden,
im Mikroprozessor abgespeicherten digitalen Sollwert Sq dividiert. Die Quotienten stellen nun die
neuen digitalen Skalierungs- bzw. Eichfaktoren SA bzw.
SE dar, mit welchen die beim Meßzyklus (Zeitabschnitte
Ql und Q2) erhaltenen zeitproportionalen Digitalwerte AfcAD bzw. ΔtED multipliziert werden müssen, um den
exakten digitalen Zeitmeßwert Δ^-^ , also den Ausdruck
(SA.^tftD+(nM-nN).Sq-Se.&tED) bilden und anzeigen
zu können. Am Ende des Zeitabschnitts (Q7) taktet der Mikroprozessor (26) über das Takt-ÜND-3 (57) und die
Schaltungen (44), (45) und (33) die Ablaufsteuerung (20)
auf Stellung Q8, und das Q8-Signal setzt über das Oder-1
(31) die Ablaufsteuerung (20) zurück, und die nächste
Messung der Zeitdifferenz zwischen der Anfangsflanke
eines von außen kommenden Start-Signals und der Anfangsflanke eines ebenfalls von außen kommenden Stop-Signals
kann ablaufen.
Ob der Eichzyklus und die Ermittlung der Skalierungsbzw. Eichfaktoren S^ und SE nach jedem Meßzyklus durchgeführt
wird, hängt im wesentlichen von dem Temperatur- und Strömungsverhalten der beim Messen herrschenden Umwelt
ab. Der Einsatz eines Mikroprozessors (26) ermöglicht jedenfalls über das eingegebene Programm eine optimale
Anpassung- an Meßgenauigkeit und/oder Meßgeschwindigkeit.
Zu den Verzögerungsschaltungen (lob) bzw. (lib) im Startbzw.
Stopkanal ist noch anzumerken, daß diese jeweils dem Stop-Eingang der Zeit-Amplituden-Wandler-Schaltungen
(10a) bzw. (lla) vorgeschaltet sind, um die Zeit-Amplituden-Wandler-Schaltungen
(lOa) und (Ha) immer in ihrem linearen Kennlinienbereich betreiben zu können.
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Das beschriebene erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel
wurde schaltungsmäßig unter dem Gesichtspunkt einer möglichst raschen Ermittlung eines genauen und digitalen
Meßwertes für die Zeitdifferenz zwischen den Anfangsflanken der von außen eintreffenden Start- und Stop-Signale,
also einer möglichst raschen Ermittlung des Digitalwertes'AtKorr.D=SA<AtAD + (nM"V· S(fSliAtED,
ausgelegt. Steht zwischen dem Eintreffen zweier aufeinander folgender Start-Stop-Signal-Paare genügend Zeit
für die Meßsignal-Verarbeitung zur Verfügung, so kann unter Beibehaltung des erfindungsgemäßen Meßprinzips
die Anzahl der in der Meßsignal-Verarbeitung im Ausführung sbeispiel benötigten Schaltungselemente, wie
Anzahl der Analogspeicher, der Differenzverstärker und der Analog-Digital-Wandler, reduziert, und damit auch
der Platzbedarf, die Stromaufnahme und die Bauteile-Kosten des erfindungsgemäßen Zeitmeßgerätes verringert
werden. Je nach dem, ob mehr oder weniger Zeit zulässig ist, ergeben sich für die Meßsignal-Verarbeitung
zwei weitere, im folgenden kurz beschriebene Schaltungs-Varianten.
Die erste Variante enthält anstelle der vier Analogspeicher (10 d, 10 e, 11 d, 11 e) nur noch die beiden Analogspeicher
(1Od und 11 d), und benötigt nicht mehr die Differenzverstärker
(12 und 13) sowie die Steuer-Gatter (10 f bis 10j bzw. 11 f bis 11 j). Außerdem ist nun der Q-Ausgang des
monostabilen Multivibrators (11 c) nicht mehr über dem Inverter (46) mit dem Takt-ünd-1 (33) sondern mit den Eingängen
, Start^W., der Analog- Digitalwandler (14 und 15)
verbunden. Jedesmal nach Abspeichern der zeitproportionalen, analogen Spannungswerte beim Meß- und beim Eichzyklus wird
also der entsprechende Digitalwert ermittelt und vom Microcomputer (26) übernommen. Die Bildung der zeitproportionalen,
analogen Spannungsdifferenzen (U^ - U^) bzw. (UEM - U EN)
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mittels der Differenzverstärker (12) bzw. (13) erfolgt
nun mittels des Mierοcomputers bzw. Microprozessors (26). Das in den Computer (26) eingegebene Programm, sowie die
Beschaltung der ünterbrechungsanforderung (27) mit den zugehörigen Und-Gattern (49,50,51,52) muß lediglich geändert
werden. Die Ablaufsteuerung (20) kann nun immer über die Gatter (56) oder (57) durch den Computer (26)
weiter getaktet werden.
Die zweite Variante enthält zwar noch die beiden Analogspeicher (10 d) und 11 d) jedoch nur noch einen der beiden
Analog-Digital-Wandler, also entweder die Schaltung (14) oder die Schaltung (15). Diese Anordnung ermöglicht eine weitere
Senkung des Strombedarfs und der Bauteilekosten. Hinzu kommen lediglich zwei Analogschalter mit zugehöriger Ansteuerlogik
zum wechselseitigen Verbinden der beiden Analog-Ausgänge der Speicher (1Od) und (11 d) mit dem Analog-Eingang
des einzigen Analog-Digital-Wandlers. Natürlich müssen auch hier Programm- und Interrupt-Struktur entsprechend
angepaßt werden.
Zusammenfassend kann über die drei beschriebenen Schaltungs-Versionen
der Meßsignal-Verarbeitung folgendes festgestellt werden.
Die ausführlich beschriebene Version des Ausführungsbeispiels (Eig. 1, Fig. 2, Fig. 3, Fig. 4) ermöglicht die schnellste
Ermittlung des digitalen Meßwertes AL , nach Eintreffen der beiden zugehörigen Start- und Stop-Signale. Die B*e verarbeitbare
Anzahl von Start-Stop-Signal-Paaren pro Zeiteinheit ist also hier am größten. Dafür sind hier auch Bauteile- und
Kostenaufwand, sowie der Raum- und Strombedarf am größten.
Die erste Variante hilft Kosten, Platz und Strom sparen, läßt allerdings eine geringere Anzahl von verarbeitbaren Stärt-Stop-Signal-Paaren
zu.
- 27 -
030016/0151
Die zweite Variante erfordert den geringsten Bedarf an Kosten, Platz, und Strom, hat allerdings auch die
geringste Folgerate von verarbeitbaren Start-Stop-Signal-Paaren zur Folge.
Für die Ermittlung des digitalen Meßwertes,&tv n,
kann anstelle des Microcomputers bzw. Microprozessors (26) auch ein Microcomputer oder beliebig großer Rechner
eingesetzt werden. Man muß nur die Rechner-Ansteuerung entsprechend anpassen.
030016/0151
eerseite
Claims (7)
- 284245QVerfahren zur hochauflösenden und hochgenauenZeitmessungPatentansprücheIj/ Verfahren zur hochauflösenden und hochgenauen Zeitmessung unter Verwendung eines hochgenauen Quarzoszillators mit rechteckförmigem Signal-Ausgang dadurch gekennzeichnet, daß ein Startkanal und ein Stopkanal gebildet wird, wobei dem Startkanal das rechteckförmige Startsignal und das rechteckförmige Ausgangssignal des freilaufenden Quarzoszillators zugeführt werden und in diesem Startkanal die Zeitdifferenz (tA) zwischen der Anfangsflanke des Startsignals und der dieser folgenden Anfangsflanke (A0) des Oszillator-Ausgangssignals mittels einer Zeitamplitudenwandlerschaltung in eine zeitproportionale Analogspannung umgewandelt und in Analogspeichern (S/H-AM und S/H-AN) gespeichert wird und dem Stopkanal das Stopsignal und das Ausgangssignal des freilaufenden Quarzoszillators zugeführt werden, wobei die Zeitdifferenz (tE) zwischen der Anfangsflanke des rechteckförmigen Stopsignals und der dieser folgenden Anfangsflanke (An) des Quarzoszillator-Ausgangssignals gemessen wird und ebenfalls in eine zeitproportionale Analogspannung umgesetzt und in Analogspeichern (S/H-EM und S/H-EN) gespeichert wird und mittels eines Vorwärts/Rückwärtszählers die Anzahl (n) der Anfangsflanken des Ausgangssignals des freilaufenden Quarzosziallators, welche der Anfangsflanke (A0) folgen bis zur Anfangsflanke (An), welche dem irgendwann eintreffenden Stopsignal folgt, zählt und diese dreiteilige Echtzeitmessung während eines Meßzyklus automatisch wiederholt wird, indem intern gleichzeitig je ein rechteckförmiges Start- und Stopsignal030016/0161erzeugt werden und das so erhaltene Ergebnis von dem der ersten dreiteiligen Echtzeitmessung subtrahiert wird und nun diese Differenz das gewünschte Meßergebnis, also die Zeitdifferenz zwischen den Anfangsflanken der von außen kommenden Rechtecksignale, Start und Stop, darstellt und digitalisiert und gespeichert bzw. angezeigt wird, und dem Meßzyklus automatisch ein Eichzyklus folgt,- der wie beim Meßzyklus aus zwei dreiteiligen Echtzeitmessungen besteht, wobei intern unter Verwendung des freilaufenden Quarzoszillators quarzgenau gegeneinander versetzte Start- und Stopsignale erzeugt werden.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, a) daß ein Startkanal aus dem Null-Oder, aus dem Start-Flip-Flop, aus der Zeit-Amplituden-Wandler-Schaltung (TAC-A) mit dem zugehörigen Start-Oder, dem Zähler-Enable-Synch-A-Flip-Flop, dem Stop-Oder und der Verzögerungsschaltung (A), aus zwei mit dem Ausgang der TÄC-A-Schaltung verbundenen Analogsignal-Speichern (S/H-AM und S/H-AN), mit dem zugehörigen monostabilen Multivibrator (S/H-Mono-A) und den Steuer-Gattern (AM-UND, AM-Oder und AN/UND, AN-ODER), aus einem Differenzverstärker, der an die Analog-Ausgänge der Speicher (S/H-AM und S/H-AN) angeschlossen ist und aus einem bipolaren Analog-Digital-Wandler (A/D-W-A) gebildet wird und diesem Startkanal das rechteckförmige Startsignal und das rechteckförmige Ausgangssignal des freilaufenden Quarzoszillators zugeführt werden, b) daß ein Stopkanal ähnlich dem Startkanal aus den Schaltungselementen (NuIl-ODER, Verzögerung-STOP, STOP-Enable-Flip-Flop, STOP-UND-2, STOP-UND-I, STOP-Flip-Flop), der Zeit-Amplituden-Wandler-Schaltung (TAC-E), aus den Schaltungselementen (START-ODER, Zähler-Disable-Synch-E-Flip-Flop, STOP-ODER, Verzögerung E), den Analogsignal-Speichern (S/H-EM und S/H-EN) dem monostabilen Multi-030016/0161vibrator ( s/H -MONO-E) , den Steuergattern (EM-UND, EM-ODER, EN-UND, EN-ODER), dem Differenzverstärker (E) und bipolaren Analog-Digital-Wandler (A/D-W-E) gebildet wird und diesem Stopkanal das rechteckförmige Stopsignal, das NuIl-ODER-Ausgangssignal des Startkanals, das Zeitfenstersignal und wie im Startkanal das rechteckförmige Ausgangssignal des freilaufenden Quarzoszillators zugeführt werden, c) daß der Enable-Eingang eines Vorwärts/ Rückwärts-Zählers mit dem Ausgang des Zähler-Enable-Synch-A-Flip-Flop des Startkanals, sein Disable-Eingang mit dem Ausgang des Zähler-Disable-Synch-E-Flip-Flop des Stopkanals und sein Takt-Eingang ebenfalls mit dem rechteckförmigen Ausgangssignal des freilaufenden Quarzoszillators verbunden werden, d) daß also in einer einzigen Echtzeitmessung automatisch drei Zeitdifferenzmessungen durchgeführt werden und zwar, daß zuerst mittels der Zeit-Amplituden-Wandler-Schaltung (TAC-A) im Startkanal die Zeitdifferenz (t^) zwischen der Anfangsflanke des Startsignals und der dieser Flanke unkorreliert folgenden nächsten Anfgagsflanke (A0) des Ausgangssignals des freilaufenden Quarzoszillators gemessen und die dabei gewonnene Analogspannung in den Analogspeichern (S/H-AM bzw. S/H-AN) abgespeichert wird, daß außerdem die Anfangsflanke (Ao) des freilaufenden Quarzoszillator-Ausgangssignals das Zähler-Enable-Synch-A-Flip-Flop im Startkanal setzt und damit den Vorwärts/Rückwärts-Zähler auf Zählen-Enable schaltet, e) daß dann dieser Vorwärts/Rückwärts-Zähler die Anzahl (n-1), der Anfangsflanken des Quarzoszillator-Ausgangssignals, die zwischen der Anfangsflanke A0 und der Anfangsflanke des irgendwann eintreffenden STOP-Signals liegen, sowie die der Stopsignal-Anfangsflanke zunächst folgende Anfangsflanke (An) des Quarzoszillator-Ausgangssignals zählt und damit der Zählerstand eine Zeitdifferenz repräsen-03Ö016/01S1tiert,die η mal der Periodendauer (Tq) der Quarzoszillatorfrequenz entspricht, und daß die Quarzoszillator-Anfangsflanke (An), das Zähler-Diable-Synch-E-Flip-Flop setzt und damit ein weiteres Zählen des Vorwärts/Rückwärtszählers verhindert (Zähler-Disable), f) daß durch eine dritte Messung mittels der Zeit-Amplituden-Wandler-Schaltung (TAC-E) im Stopkanal die Zeitdifferenz (tE) zwischen der Anfangsflanke des Stopsignals und der dieser Flanke unkorreliert folgenden nächsten Anfangsflanke (An) des Quarzoszillator-Ausgangssignals ermittelt wird und die dabei gewonnene Analogspannung in den Analogspeichern (S/H-EM bzw. S/H-EN) abgespeichert wird.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Echtzeitmessung, während welcher automatisch die drei Zeitdifferenzmessungen (tA> , (η·Τς>) und (tE) durchgeführt werden, zur Eliminierung von unterschiedlichen Eigenlaufzeiten, unterschiedlichem Altern und Driften der beiden Start- und Stopkanäle, automatisch zweimal hintereinander ablaufen und einen vollständigen Meßzyklus bilden, wobei a) die erste Echtzeitmessung den Index M erhält und die eigentliche Zeitdifferenz^ tM=tAM+nM.Tg-tEM zwischen der Anfangsflanke des Startsignals und der Anfangsflanke des Stopsignals ermittelt und die t^ji bzw. tgj^ entsprechenden Analogspannungen in den Analogspeichern (S/H-AM) bzw. (S/H-EM) abgespeichert werden und der Vorwärts/Kcükwärtszähler auf vorwärtszählen geschaltet ist, wobei b) die zweite Echtzeitmessung den Index N erhält und dadurch eingeleitet wird, daß nach Abspeichern der Analogspannungswerte für die Zeitdifferenz tAM und tg^ automatisch über die beiden genügend schnellen Null-Oder im Start- und im Stopkanal noch einmal und diesmal gleichzeitig intern Start und Stop erzeugt werden und so die Null-Zeitdifferenz030016/01B1jjj. TQ-tgjg, zwischen dem Start- und. dem Stopkanal ermittelt wird und die t&u bzw. tEN entsprechenden Analogspannungen in den Analogspeichern (S/H-AN) bzw. (S/H-EN) abgespeichert werden und der Vorwärts/Rückwärts-Zähler diesmal auf Rückwärtszählen geschaltet ist und nun die wahre noch nicht skalierte Zeitdifferenz ^t zwischen der Anfangsflanke des rechteckförmigen Startsignals und der Anfangsflanke des rechteckförmigen Stopsignals ermittelt wird, indem die Differenz der beim Meßzyklus erhaltenen Zeitdifferenzen & t{i undAtfi, also der Ausdruck Δ tM- Λ tN= (tAM+nM.TQ-tEM)-(tAN+nN.TQ-tEN)=(tAM~tAN)+(ηΜ-ηυ)-Tq-(tEM~tEN) gebildet, und die Differenzen /± tA= (tAM-tAN) bzw. ^tE=(tEM-tEN) durch die Differenzverstärker (Diff.-Verst.-A im Startkanal bzw. (Diff.-Verst.-E) im Stopkanal, die Differenz (njfl-njj) , durch den Zählerstand des Vorwärts/Rückwärts-Zählers realisiert werden und weiterhin die als Analogspannungen (UAM-UAN) bzw. (Uem~uEn) an äen Aus9ängen der Differenzverstärker anstehenden Zeitdifferenzen^ tA bzw.^tE den bipolaren Analog-Digital-Wandlern (A/D-W-A) im Start- und (a/d-W-E) im Stopkanal zugeführt und vorzeichengerecht in einen bipolaren Digital-Wert At^D bzw. Δ tED umgewandelt werden und im weiteren Ablauf die endgültige wahre digitale Zeitdifferenz£t^ zwischen der Anfangsflanke des Startsignals und der Anfangsflanke des Stopsignals mittels eines Mikro-Computers bzw. Mikro-Prozessors berechnet wird, indem der Reihe nach der Digitalwert A.tAD, dargestellt durch die Bits Ql bis Qn im Ausgangspuffer des Analog-Digital-Wandlers (A/D-W-A), mit dem Skalierungsfaktor SA, der Digitalwert (nM~njj) , dargestellt durch die Bits Q4iu>Qm im Ausgangspuffer des Vorwärts/Rückwärts-Zählers, mit dem Skalierungsfaktor Sq und der Digitalwert 4 tgE), dargestellt durch die Bits Q 1 bis Qn im Ausgangspuffer des Analog-Digital-Wandlers (A/D-W-E), mit dem030Ö16/01S1Skalierungsfaktor SE multipliziert werden und indem durch anschließende Addition und Subtraktion der endgültige wahre und skalierte digitale Meßwert Δ tD=/|taD . S^+ (nM-nN) . SQ-ÄtEp.Sj; erhalten und in ein anzeigegerechtes Bitmuster umgesetzt und in den Eingangspuffer (Dl bis Dp) der Anzeigeeinheit geladen und angezeigt wird.
- 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß automatisch nach jedem einzelnen oder beliebigen Meßzyklus zur Eichung der Skalierungsfaktoren S^ und Sg, also zur ständigen oder gelegentlichen überprüfung der ümsetzungsfaktoren der Zeitamplituden-Wandler-Schaltungen (TAC-A) und (TAC-E), ein Eichzyklus bestehend aus zwei Echtzeit-Messungen, durchgeführt wird, indem über eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung quarzgenauer START-STOP-Zeitdifferenzen fest korreliert zum Ausgangssignal des freilaufenden Quarzoszillators bei der ersten E chtzeitmessung das Eich-Startsignal den beiden Start-Oder im Start- und Stopkanal und das quarzgenau zeitlich versetzte Eich-Stopsignal den beiden Stop-Oder im Start- und Stopkanal zugeführt wird und bei der zweiten Echtzeitmessung außer der gleichzeitigen Erzeugung des Eich-Start- und Eich-Stopsignals dasselbe geschieht und nun mittels der Analog-Digital-Wandler (A/D-W-A und A/D-W-E) die Digitalwerte ÄtEj^cj1_aD und Δtgich-ED erzeugt werden und im weiteren Ablauf diese Digitalwerte vom Mikrocomputer abgerufen und mit dem der Periodendauer (Tg) der Quarzoszillator-Frequenz entsprechenden digitalen Sollwert Sq verglichen bzw. durch den Sollwert Sq dividiert werden und somit die Skalierungs- oder Eichfaktoren S^ undS S SE als die Quotienten SÄ=_—Q und Sg=—Q berech-AtEich-AD AtEich-EDnet werden und diese Eichfaktoren SA und SE immer wieder neu ermittelt werden.03Ö016/01B12-8 4 2 4OT
- 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß jedes von außen am Start-Eingang der startbereiten Zeitmeßeinrichtung eintreffende Startsignal eine Einrichtung zur Ablaufsteuerung startet, durch die während eines vollständigen Meß- und Eichzyklus acht Zeitabschnitte (Q 1 - Q 8} definiert werden, und zwar: a) der Zeitabschnitt für die unkorrigierte Zeitmessung (ATM=tAM+nji.TQ~ tEM), also für den eigentlichen Meßschritt Q 1, b) der Zeitabschnitt für die Ermittlung des Zeitmeß-Korrekturwertes, also der Nullablage (ÄtN=tAN+nN*TQ~tEN^ zwischen dem Start- und dem Stopkanal der Zeitmeß-Einrichtung sowie der Bildung der korrigierten Zeitdifferenz (4tKorr^=^TM-ATn= (tAM-tAN) + (nM-nu) -TQ- CtEM-111EN) =AtA+ (nM-nN) .Tg-AtE) , wobei die Zeitdifferenz (4tÄ= (tAJy[-taN) ) bzw. {itE= (tEM~tEN) ) als zeitproportionale, analoge Spannungsdifferenzen (UAm~Uän) bzw. (Uem-Uejj) mittels zweimaligem Einsatz der Zeit-Amplituden-Wandler-Schaltungen (TAC-A) bzw. (TAC-E), mittels der Analogspeicher (S/H-AM und S/H-AN) bzw. (S/H-EM und S/H-EN) und der Differenzverstärker (Diff.-Verst.-A) bzw. (Dif f.-Vers t.-E) und die Differenz (nn-njg) als Zählerstand eines Vorwärts/Rückwärts-Zählers erhalten werden, also der Zeitabschnitt für die Korrektur der Zeitmessung Q 2, c) der Zeitabschnitt für die Digitalisierung, Skalierung und Abspeicherung bzw. Anzeige der korrigierten analogdigital-gemischten Zeitdifferenz AtKorr>, wobei die in Form zeitproportionaler, analoger Spannungsdifferenzen (üam-uAn) bzw. (Uem-Uen) erhaltenen Zeitdifferenzen (AtA) bzw. (ÄtE) mittels der Analog/Digital-Wandler (A/D-W-A) bzw. (A/D-W-E) in die Digitalwerte (A^-AD^ bzw. (Atgo) umgesetzt und nun in einem Mikrocomputer bzw. Mikroprozessor der Reihe nach die Digitalwerte (AtAD) bzw. (AtED) und (nM-nN) mit den digitalen Skalierungs- bzw. Eichfaktoren (SA), (Sg) und (Sq) multipliziert und vorzeichenrichtig addiert werden0300 16/01 S1und das auf diese Weise erhaltene korrigierte und skalierte Zeitmeß-Ergebnis (&tKorl-0=AtAD. SA+ (nM-nN) .Sg-AtEE).SE) abgespeichert oder zur Anzeige gebracht wird, also der Umwandlungs- und Umrechnungsschritt Q 3, d) der Zeitabschnitt für die Einleitung der Eichung der im Start- und Stopkanal verwendeteten Zeit-Amplituden-Wandler-Schaltungen (TÄC-A) bzw. (TAC-E) durch Erzeugung quarzgenau gegeneinander zeitversetzter Start- und Stopsignale an den Eingängen der Start-Oder (22 und 23) und Stop-Oder (24 und 25) im Start- und Stopkanal unter Zuhilfenahme der Periodendauer (Tg) der Frequenz des freilaufenden Quarzoszillators und durch Messen dieser quarzgenauen Zeitdifferenz (Tq) mittels der Zeit-Amplituden-Wandler-Schaltungen (TAC-A) und (TAC-E) und durch Speichern der erhaltenen analogen Spannungswerte (ÜEich-AM) un<^ (uEich-EM) in den Analogspeichern (S/H-AM) und (S/H-EM), also für die Durchführung eines Eichschrittes-1, Q 4, e) der Zeitabschnitte für das Rücksetzen des Eichschrittes-1 und die Vorbereitung des Eichschrittes-2, Q 5, f) der Zeitabschnitt für die Ermittlung der jeweiligen Nullablage zwischen den jeweiligen Eingängen des Start-Oder und Stop-Oder sowohl der TAC-A-Gesamtschaltung (22,24, Verzögerungsschaltung-A, TAC-A) als auch der TAC-E-Gesamtschaltung (23,25, Verzögerungsschaltung-E, TAC-E) durch Erzeugung gleichzeitiger Start- und Stopsignale an den Eingängen der Start-Oder (22,23) und Stop-Oder (24,25) und Abspeichern der erhaltenen Analogspannungen (UEich_AN) und (ÜEich-EN) in den Analogspeichern (S/H-AN) und (S/H-EN) sowie für die Bildung der korrigierten zeitproportionalen, analogen Spannungsdifferenzen (üg^p^.,«- üEich-AN) und (uEich-EM-uEich-EN) mittels der Differenz-Verstärker (Diff.-Verst.-Ä) und (Diff.-Verst.-E), also der Zeitabschnitt für den Eichschritt-2, Q 6,030016/0151— Q _g) der Zeitabschnitt zur Ermittlung der Skalierungs- bzw. Eichfaktoren SA und SE der Zeit-Amplituden-Wandler-Schaltungen (TAC-A) und (TAC-E) als die neuen digitalen Multiplikations- bzw. Skalierungsfaktoren beim Zeitabschnitt (Q 3) der nächsten Zeitmessung, wobei mittels der Analog-Digital-Wandler (A/D-W-A) und (A/D-W-E) die zeitproportionalen, analogen Spannungsdifferenzen (UEick_AM-ÜEich und (ÜEich-EM-UEich-EN) in die digitalen Werte (tEich-AD) und (tEich-ED^ umgewandelt werden und als Ist-Werte mit dem im Mikrocomputer bzw. Mikroprozessor gespeicherten, der Periodendauer CCq) der Quarzoszillator-Frequenz entsprechenden, digitalen Sollwert Sq verglichen werden und die neuen Skalierungs- bzw. Eichfaktoren (SA) undSO S(-l als die Quotienten (SA= — ) und (SE=~^ ) er-tEihAD tihmittelt werden, also der Zeitabschnitt zur Ermittlung der Multiplikationsfaktoren (SA) und (SE), Q 7, h) der Zeitabschnitt zur Rücksetzung der Einrichtung zur Ablaufsteuerung, Q 8.
- 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeich net, daß die Zeitmeß-Einrichtung außer den Eingängen für Start und Stop zur Überwachung des beispielsweise durch Kurvenformung entstandenen, rechteckförmigen Stopsignals mit zwei weiteren Eingängen (Komp.) und (Zeitfenster) versehen ist, a) wobei im Falle des von einem übersteuerten Verstärker kommenden Analogsignals und des von diesem Analogsignal abgeleiteten, rechteckförmigen Stopsignals dieses Stopsignal nicht zur Wirkung kommt, weil das zu hohe, durch Übersteuerung eines Verstärkers erhaltene Analogsignal einen Komparator schaltet, dessen Ausgangssignal dem zusätzlichen Eingang (Komp.) der Zeitmeßeinrichtung zugeführt wird und über das Merk-Flip-Flop (29) die durch- 10 -03 0016/0151das Startsignal bereits gestartete Einrichtung zur Ablaufsteuerung wieder zurücksetzt, b) wobei im Falle eines von einem stark verrauschten und/oder gestörten Analogsignal durch Kurvenformung abgeleiteten, rechteckförmigen Stopsignals dieses Stopsignal nur dann zur Wirkung kommt bzw. nur dann eine Zeitdifferenzmessung zwischen der Anfangsflanke des Startsignals und der Anfangsflanke des Stopsignals zustande kommt, wenn das erwartete Stopsignal während des durch das Zeitfenster-Signal definierten Zeitbereiches eintrifft bzw. während das entsprechende Zeitfenster-Signal am Eingang (Zeitfenster) der Zeitmeßeinrichtung anliegt.
- 7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß aufgrund einer Änderung des im Mikrocomputer bzw. Mikroprozessor verwendeten Verarbeitungsprogramms während eines vollständigen Meß- und Eichzyklus a) im Zeitabschnitt Q3 nur die Digitalisierung der zeitproportionalen analogen Spannungsdifferenzen (üÄM-üaN) bzw. (UEM-üEN) sowie die Übernahme der diesen Werten entsprechenden Digitalwerte ÄtÄD bzw. AtED un<ä des Zählerstandes (njj-njj) des Vorwärts/ Rückwärtszählers durch den Mikroprozessor erfolgen und b) erst im Zeitabschnitt Q7 nach Ermittlung der Skalierungsbzw. Eichfaktoren SA bzw. SE der korrigierte und skalierte Zeitmeßwert AtKorr>D=AtÄD.SA+(nM-nN) .Sg-AtED.SE unter Verwendung dieser gerade erhaltenen Eichfaktoren SÄ und SE berechnet und gespeichert bzw. angezeigt wird.- 11 -030016/01S1
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