DE2904815C2

DE2904815C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Bildung der Differenzfrequenz zweier Impulsfolgen

Info

Publication number: DE2904815C2
Application number: DE2904815A
Authority: DE
Inventors: Vladimir Viktorovi&ccaron; Kujby&scaron;ev Smy&scaron;ljaev; Eduard Aleksandrovi&ccaron; Zalesskij
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-02-10
Filing date: 1979-02-08
Publication date: 1982-12-16
Also published as: FR2417115A1; FR2417115B1; DE2904815A1; CA1134444A; JPS54130072A; JPS5760578B2; US4286220A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bildung der Differenzfrequenz zweier Impulsfolgen.

Die Erfindung kann in verschiedenen funktechnischen Einrichtungen verwendet werden. Am erfolgreichsten kann die Erfindung in Ultraschall-Impulsfrequenzdurchflußmessern zur Bildung geringer Frequenzdifferenzen zweier Impulsfolgen benutzt werden.

Infolge der Steigerung der Genauigkeit der Arbeitsmitteldurchflußmessung mit Hilfe von Ultraschalldurchflußmessern werden erhöhte Forderungen an das Auflösungsvermögen und die Informationssicherheit der Frequenzmischer und die Ausgangsbaugruppen der Durchflußmcsser gestellt.

Es ist ein Frequenzmischverfahren bekannt, bei dem man die Größe der Zeitintervalle zwischen Impulsen verschiedener Impulsfolgen, welche sich periodisch linear im Bereich von Null bis zu einem gewissen Maximalwert ändert, ermittelt. Nach dieser Periode urteilt man über die Periode der Differenzfrequenz und folglich über die Differenzfrequenz zweier Impulsfolgen.

Bekannt ist auch eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens, die ein Flipflop und einen Sägezahnspannungsgenerator, bestehend aus einem Kondensator und einer Entladungsstrecke, enthält (s. beispielsweise Brashnikov N. J. »Ultraschallverfahren«, Moskau, "> Leningrad, »Energia«, 1965, S. 167 — 169). Beim Eintreffen zweier Impulsfolgen an den Eingängen des FKpflops erhält man am Ausgang Impulse, deren Dauer gleich den Zeitintervallen zwischen den Impulsen verschiedener Folgen ist. Diese Impulse laden den Kondensator

W auf einen bestimmten Schwellenwert auf, während die Entladung über die Entladungsstrecke erfo'gt. Nach der Frequenz der Sägezahnspannungen urteilt man über die Differenzfrequenz der zwei Impulsfolgen.

Jedoch isi bei der bekannten Einrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens die Ausgabe von Fehlinformation über die Frequenzdifferenz, die bei einer geringen Differenzfrequenz durch die Phaseninstabilität der Impulsfolgen gegeneinander entsteht, möglich. Darüber hinaus müssen zur Sicherung der Funktionsfähigkeit der Einrichtung die auf ihre Eingänge gegebenen Impulsfolgen zeitlich distanziert sein, was zur Ausgabe von Fehlinformationen bei den reellen Durchflußmessern führt.

Bekannt ist ein weiteres Frequenzmischverfahren.

2> welches es gestattet, die Differenzfrequenz von mäanderförmigen Impulsfolgen zu gewinnen. Nach diesem Verfahren erhält man die infolge der allmählichen Änderung der Phasenverschiebung entstehende Differenzfrequenz durch Speicherung von Informatio-

>n nen über die Impulse der einen Folge beim Eintreffen der Impulse der zweiten Folge.

Die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens enthält ein taktgesteuertes D-Flipflop (s. beispielsweise Gutnikov V. S. »Integrierte Elektronik in Meßgeräten«,

>. Leningrad, »Energija«, 1974, S. 115- 117. Abb. 62a). Die zu vergleichenden Impulsfolgen werden jeweils auf den Informations- und den Takteingang gegeben. Am Flipflopausgang erscheinen Differenzfrcquenzsignale.

Der Anwendungsbereich des beschriebenen Verfah-

■t'i rens ist durch die Impulsform der Folgen begrenzt, da das Verfahren nur für mäanderförmige Impulse geeignet ist. Hierbei ist bei der Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ebenfalls möglich, daß Fehlinformationen ausgegeben werden.

⁴"' Bekannt ist ein Verfahren zur Bildung der Differenz frequenz zweier Impulsfolgen durch Vergleichen der einen Impulsfolge mit der anderen. Nach diesem Verfahren vergleicht man die Zahl der Impulse in beiden Folgen, wozu man den Zeitpunkt fixiert, wo die

'<> Impulszahl einen ganzen Wert erreicht hat, ab welchem man die entsprechende ganze Impulszahl von größerer Frequenz durchläßt, die als Maß für die Differenzfrequenz dient.

Bekannt ist auch eine Einrichtung zur Bildung der

"'"' Differenzfrequenz zweier Impulsfolgen, die dieses Verfahren realisiert, und die eine Einrichtung zum Vergleichen der einen Impulsfolge mit der anderen enthält. Die Vergleichseinrichtung ist auf der Grundlage eines Reversierzählers mit UND-Gliedern ausgeführt (s. beispielsweise Gutnikov V. S. »Integrierte Elektronik in Meßgeräten«, Leningrad, »Energija«, 1974, S. 115—117, Abb. 62b).

Der Zähler vergleicht die Impulszahl zweier Impulsfolgen der Frequenz f\ und /j. Sobald die Differenz in der Impulszahl einen ganzen Wert erreicht hat, wird durch eine der UND-Schaltungen der weitere Vergleich verhindert. Hierbei läuft eine entsprechende ganze Zahl nachfolgender Impulse von höherer Frequenz zum

Ausgang der Einrichtung. Bei Übereinstimmung der Impulse mit der Frequenz /, und /2 werden Funktionsstörungen beim Zähler beobachtet, was zur. Ausgabe von Fehlinformationen durch die Vorrichtung führt.

Da bei dem Vergleich zweier Impulsfolgen immer ein Moment der !mpuiskoinzidenz eintritt, was bei dem bekannten Verfahren zum Gewinnen der Differenzfrequenz zweier Impulsfolgen unzulässig ist, ist der Abwendungsbereich des Verfahrens begrenzt.

Die Einrichtung zum Vergleich der einen Impulsfolge mit der anderen, die auf der Grundlage eines Reversierzählers mit logischen UND-Gliedern ausgeführt ist, funktioniert nur bei zeitlicher Distanzierung der auf die Eingänge der Einrichtung gegebenen Impulse. Bei Impulskojnzidenz ist die Vergleichseinrichtung nicht arbeitsfähig, was zur Ausgabe von Fehlinformationen und zum Versagen der gesamten Vorrichtung führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bildung der Differenzfreqrenz zweier Impulsfolgen anzugeben, das bei verschiedenen zeitlichen Verhältnissen der Impulsfolgen realisierbar ist und nicht zur Ausgabe von Fehlinformationen führt, sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben, deren schaltungsgemäße Lösung recht einfach ist und die die Funktionsfähigkeit bei verschiedener Art der Impulsfolgenzuführung sichert.

Dies wird dadurch erreicht, daß man bei dem Verfahren zur Bildung der Differenzfrequenz zweier Impulsfolgen durch Vergleichen der einen Impulsfolge mit der anderen gemäß der Erfindung den Vergleich der einen Impulsfolge mit der anderen derart realisiert, daß man die Impulse der einen Folge in ungerade und gerade einteilt, aus der anderen Folge jeden zweiten Impuls abtrennt, dann die Koinzidenz jedes zweiten Impulses mit den geraden und ungeraden Impulsen prüft und nach Eintreten einer solchen Koinzidenz — die Koinzidenz jeweils mit den ungeraden und geraden Impulsen prüft und nach der Koinzidenzrate über die Differenzfrequenz urteilt.

Dies wird auch dadurch erreicht, daß bei der Einrichtung zur Bildung der Differenzfrequenz zweier Impulsfolgen, die dieses Verfahren realisiert und eine Einrichtung zum Vergleichen der einen Impulsfolge mit der anderen enthält, gemäß der Erfindung die Vergleichseinrichtung eine Trennstufe für gerade und ungerade Impulse, deren Eingang einen Eingang der Vorrichtung bildet, zwei UND-Glieder, deren eine Eingänge mit den Ausgängen der Trennstufe verbunden sind, ein ODER-Glied, das eingangsseitig an die Ausgänge der beiden erwähnten UND-Glieder angeschlossen ist, ein weiteres UND-Glied, dessen Ausgang einen Ausgang der Einrichtung bildet und das mit einem Eingang an das ODER-Glied gelegt ist, einen Impulsfrequenzteiler mit einem Teilungsverhälinis 1 :2. dessen Eingang als zweiter Eingang der Einrichtung dient und dessen Ausgang an den anderen Ausgang des UND-Gliedes gelegt ist, und ein an den Ausgang des dritten UND-Gliedes gelegtes Flipflop, dessen Ausgänge mit den anderen Eingängen der beiden ersten ' UND-Glieder verbunden sind und als weitere Ausgänge der Einrichtung dienen, umfaßt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Gewinnen der Differenzfrequeii/ zweier Impulsfolgen, das mit dieser Vorrichtung durchgeführt wird, gestattet es, die ' Ausgabe von Fehlinformationen bei Koinzidenz, und Phasenunsiabilität der Impulsfolgen zu vermeiden und das Auflösungsvermögen bei der Differenzfrequen/gewinnung zu erhöhen. Dies führt zur Erhöhung der Meßgenauigkeit der Geräte, insbesondere der Ultraschall-Impulsfrequenzdurchflußmesser.

Anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausfüh-' rungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 das Blockschema einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bildung der Differenzfrequenz zweier Impulsfolgen und

Fig. 2a, b, c, d, e, f und g Spannungsdiagramme, die die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung erläutern.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens zur Bildung der Differenzfrequenz zweier Impulsfolgen enthält eine Einrichtung zum ' Vergleichen der einen Impulsfolge mit der anderen, welche eine Trennstufe 1 (Fig. 1) für gerade und ungerade Impulse, deren Eingang als Eingang 2 der Einrichtung dient, einen Impulsfrequenzteiler 3 mit einem Teilungsverhältnis 1 :2, dessen Eingang als ' anderer Eingang 4 der Einrichtung dient, umfaßt. Die Vergleichseinrichtung umfaßt zwei UND-Glieder 5 und 6, deren Eingänge 7, 8 jeweils mit den Ausgängen 9, 10 der Trennstufe 1 verbunden sind, und ein ODER-Glied H, das mit seinen Eingängen 12,13 an die Ausgänge der ' UND-Glieder 5, 6 gelegt ist. Darüber hinaus enthält die Vergleichseinrichtung noch ein UND-Glied 14, dessen Ausgang einen der Ausgänge 15 der Einrichtung bildet und mit dem einen Eingang 16 an das ODER-Glied 11 und mit dem anderen Eingang 17 an den Teiler 3 gelegt ist, und ein Flipflop 18, das an den Ausgang des dritten UND-Gliedes 14, dessen Ausgänge 19, 20 jeweils mit den anderen Eingängen 21, 22 der beiden ersten UND-Glieder 5, 6 verbunden sind, angeschlossen ist. Die Ausgänge 19, 20 des Flipflops 18 bilden weitere Ausgänge 19, 20 der Einrichtung. Als Trennstufe 1 für die geraden und ungeraden Impulse und als Frequenzteiler 3 dienen Flipflops, jedoch können auch Sperrschwinger und andere funktechnische Einrichtungen verwendet werden.

Das Verfahren zur Bildung der Differenzfrequenz zweier Impulsfolgen, das in der beschriebenen Einrichtung durchgeführt wird, wird anhand der Arbeitsweise der Einrichtung erläutert und besteht gemäß der Erfindung in folgendem.

Auf den einen Eingang 4 (F i g. 1) der Einrichtung gibt

man eine Impulsfolge mit der Frequenz /i und auf den anderen Eingang 2 eine Impulsfolge mit der Frequenz f₂.

Aus der Impulsfolge /, (Fig. 2a) trennt man jeden

zweiten Impuls ab (F ig. 2b).

Die Impulse der Folge /2 (F i g. 2c) teilt man mit Hilfe der Trennstufe 1 in ungerade (Fig. 2d) und gerade (Fig. 2e)ein.

Liegt zum Beispiel am Ausgang 19 des Flipflops 18 ein hohes Potential an, so gelangen die einen Impulse, z. B. die ungeraden, vom Ausgang 9 der Trennstufe 1 zum Eingang 7 des UND-Gliedes 5. Da am Eingang 23 des UND-Gliedes 5 ein hohes Potential anliegt, gelangen die impulse über das UND-Glied 5 zum Eingang 12 des ODER-Gliedes ti und weiter zum Eingang 16 des UND-Gliedes 14. In dem UND-Glied 14 prüft man die Koinzidenz jedes zweiten durch den Teiler 3 abgetrennten, am Eingang 17 des UND-Gliedes 14 eintreffenden Impulses mit den ungeraden Impulsen.

Nach dem Eintreten dieser Koinzidenz steuert der Imp'.'s vom Ausgang 15 des UND-Gliedes 14 (F i g. 2f) das Flipflop 18 in den entgegengesetzten Zustand (Fig. 2g) um. Hierbei erscheint am Ausgang 20 des Flipflops 18 ein hohes Potential, das UND-Glied 6 wird

am Eingang 22 geöffnet, während das UND-Glied 5 am Eingang 21 gesperrt wird. Dabei gelangen die geraden Impulse vom Ausgang 10 der Trennstufe 1 zum Eingang 8 des UND-Gliedes 6, und vom Ausgang desselben zum Eingang 13 des ODER-Gliedes 11 und weiter zum Eingang 16des UND-Gliedes 14.

Auf diese Weise wird eine der zu vergleichenden Impulsfolgen nach jeder Impulskoinzidenz um eine halbe Periode verlagert, was wesentlich größer als die Impulsphasenunstabilität ist.

Die Häufigkeit der Koinzidenz jedes zweiten Impulses mit den ungeraden und geraden Impulsen am Ausgang 15 des UND-Gliedes ist der Modul der Differenzfrequenz (f\ — h) (Fig. 2). Hierbei erscheinen am Ausgang 19 und am Ausgang 20 des Flipflops 18 mäanderförmige Impulse mit einer Frequenz

(Fig. 2g).

Bei Impulsfrequenzdurchflußmessern, bei denen die Anwendung der Erfindung am zweckmäßigsten ist, ist die Frequenzdifferenz der beiden Impulsfolgen, die als Träger der Information über den Durchfluß gilt, klein. Hierbei wird folgende Bedingung erfüllt:

Darin sind:

T,m\, T_m,„ minimale und maximale Periode der Impulsfolgen,

Pm.«; τ min Impulsdauer der Folgen mit maximaler und minimaler Periode.

Diese Bedingung ermöglicht die periodische Verlagerung einer der zu vergleichenden Impulsfolgen um eine halbe Periode.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung gestatten die Gewinnung der Differenz naheliegender Frequenzen zweier Impulsfolgen, wobei die Ausgabe von Fehlinformationen, bedingt durch die Phaseninstabilität der Impulsfolgen gegeneinander, vermieden wird, was in Ultraschall-Durchflußmessern besonders wichtig ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Bildung der Differenzfrequenz zweier Impulsfolgen durch Vergleichen der einen I mpulsfolge mit der anderen, dadurch gekennzeichnet, daß die eine mit der anderen Impulsfolge derart verglichen wird, daß die Impulse der einen Folge in ungerade und gerade eingeteilt werden, aus der anderen Folge jeder zweite Impuls abgetrennt, dann die Koinzidenz jedes zweiten impulses mit den geraden und ungeraden Impulsen geprüft und nach Eintreten einer solchen Koinzidenz die Koinzidenz jeweils mit den ungeraden und geraden Impulsen geprüft und nach der Koinzidenzrate die Differenzfrequenz bestimmt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Einrichtung zum Vergleichen der einen Impulsfolge mit der anderen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtung folgende Bestandteile enthält: eine Trennstufe (1) für gerade und ungerade Impulse, deren Eingang einen Eingang (2) der Vorrichtung bildet, zwei UND-Glieder (5, 6), deren eine Eingänge (7, 8) mit den Ausgängen (9,10) der Trennstufe (1) verbunden sind, ein ODER-Glied (11), das mit seinen Eingängen (12, 13) an die Ausgänge der beiden erwähnten UND-Glieder (5, 6) gelegt ist, ein weiteres UND-Glied (14), dessen Ausgang einen Ausgang (15) der Vorrichtung bildet und das mit seinem Eingang (16) an das ODER-Glied (11) angeschlossen ist, einen Impulsfrequenzteiler (3) mit einem Teilungsverhältnis 1 : 2, dessen Eingang als zweiter Eingang (4) der Vorrichtung dient und dessen Ausgang an den anderen Eingang (17) des UND-Gliedes (14) gelegt ist, sowie ein an den Ausgang des dritten UND-Gliedes (14) gelegtes Flipflop (18), dessen Ausgänge (19, 20) mit den anderen Eingängen (21, 22) der beiden ersten UND-Glieder (5, 6) verbunden sind und als weitere Ausgänge (19,20) der Vorrichtung dienen.