DE2943301C2 - Meßanordnung für den Gang eines elektronischen Zeitmeßgerätes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßanordnung für den Gang eines elektronischen Zeitmeßgerätes, das auf ein Abfragesignal hin eine Welle aussendet, bestehend aus Impulszügen, wobei die Meßanordnung Einrichtungen zum Erfassen dieser Welle, an die Erfassungseinrichtungen angeschlossene Recheneinrichtungen zum Liefern einer repräsentativen Größe für den Gang des Zeilmeßgerätes sowie eine Anzeigeeinrichtung für diese Größe umfaßt.

Ein derartiges Zeitmeßgerät (Uhr) ist in einer am 24. November 1978 hinterlegten schweizerischen Patentanmeldung beschrieben.

Elektronische Meßanordnungen für den Gang einer elektronischen Uhr mit Analoganzeige sind bekannt, wobei die Uhr einen Schrittmotor aufweist, das magnetische Streufeld der Motorwicklung erfaßt wird, und in genauer Weise die Zeit gemessen werden kann, die zwischen zwei Antriebsimpulsen verstreicht Diese Anordnungen liefern die gewünschte Messung, wenn die Uhr mit einem Frequenzteiler mit festem Teilungsverhältnis ausgestattet ist, eignet sich jedoch nicht für die Messung des Ganges einer Uhr mit einem Frequenzteiler, dessen Teilungsverhältnis einstellbar ist, also gerade solche Uhren, wie sie in der obenerwähnten schweizerischen Patentanmeldung beschrieben werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diesen ίο Nachteil zu beheben.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den beanspruchten Lösungsmerkmalen nach dem Patentanspruch 1.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind is den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Zeichnung stellt ein Atsfuhrungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dar.

F i g. 1 zeigt das Blockdiagramm des Ausführungsbeispiels und

F i g. 2 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise der Schaltung nach F i g. 1.

Zur Vereinfachung der Beschreibung werden in ihrem Text die nachfolgenden Abkürzungen verwendet:

Logikpegel 0 oder 1:
Flip-Flop D:

monostabiler Multivibrator:
Vorwärti/Rückwärts-Zähler:
Verriegelungsdekoder

(Latch Decoder Driver):
Rücksetzung auf Null (Reset):
Eingang (Ausgang) Xa der
Komponente X:

»0«bzw. »1« FF

MONO CPT

LDD RAZ

Eingang (Ausgang) Xa

Ferner soll unter der Bezeichnung »Quarz-Sekunde« eine Zeitdauer verstanden werden gleich einer Sekunde der wirklichen Zeit, multipliziert mit dem Quotienten der Nennfrequenz und der tatsächlichen Frequenz der Quarz-Schwingungen in der betrachteten Uhr. •*o Eine elektronische Meßanordnung gemäß der Erfindung ist schematisch in F i g. 1 dargestellt.

Ein Aufnehmer 1, der beispielsweise von einer Spulenwicklung auf einem Joch aus Material hoher magnetischer Permeabilität besteht, ist an die Eingänge ⁴S 2a und 2b eines Pulsformverstärkers 2 angeschlossen. Der Ausgang 2cdes letzteren ist mit den Steuereingängen 3a und 4a der MONO 3 bzw. 4 verbunden.

Der Ausgang 30 ist einerseits mit dem Steuereingang 5a eines wiederauslösbaren MONO 5 verbunden und andererseits mit dem Takteingang 6CK eines FF6. Der Ausgang 3Q ist mit dem Eingang 7a eines UND-Gatters 7_verbunden, dessen anderer Eingang Tb am Ausgang SQ liegt. Der letztere ist außerdem mit dem Eingang 6D

verbunden.

Der Ausgang 5Q liegt am Eingang 6RAZ von FF6.

Der Ausgang 8a eines Präzisionsoszillators 8 ist mit dem Eingang 9a eines UND-Gatters 9 verbunden, dessen anderer Eingang 9b am Ausgang 6Q liegt.

Der Eingang 10a eines UND-Gatters 10 ist mit dem Ausgang 6Q verbunden; der andere Eingang iOb liegt am Ausgang AQ.

Die Ausgänge 9c und 10c sind mit den Eingängen 11 a bzw. 11 b eines ODER-Gatters 11 verbunden.

Der Umschaltkontakt 12c eines Umschalters 12 ist

^b5 mit dem Eingang 4RAZ von MONO 4 verbunden. Die Eingangsklemme 12a dieses Umschalters ist mit der negativen Klemme (Null Volt) einer hier nicht dargestellten Stromversorgungsquelle verbunden, wäh-

rend die Eingangsklemme 126 an deren positiver Klemme (+ V? liegt.

Der Ausgang Tc ist einerseits mit dem Vorwähleingang i5PR eines FF15 verbunden und andererseits mit den Eingängen 16RAZ und ISRAZ von 3 Vorwärts-Rückwärts-Zählern 16, 17 bzw. 18 sowie mit den Verriegelungseingängen X9LE, 20/ E, 21LF und 22LE von vier Verriegelungsdekodern 19,20,21 bzw. 22. Der Ausgang lic ist mit dem Takteingang 16CK verbunden.

Der Ausgang 15Q liegt am Eingang 15D, uhd der Ausgang 15Q liegt an den Steuereingängen für dit Zählrichtung 16UD, \7UDund 18i/Dsowie am Eingang 22D. Die Übertragungsausgänge 16CO und 17CO sind mit den Takteingängen 17CK bzw. 18CK verbunden.

Die binären Ausgänge 16a bis 16c/sind einerseits mit den entsprechenden BCD-Eingängen 19a bis 19c/ verbunden und andererseits mit entsprechenden Eingängen 23a bis 23d eines NICHT-O D ER-Gatters 23.

Die Binärausgänge 17a bis YId sind einerseits mit den jeweiligen BCL>-Eingängen 20a bis 2Od verbunden und andererseits mit zugeordneten Eingängen 24a bis 24d eines NICHT-ODER-Gatters 24.

Die Binärausgänge 18a bis 18c/sind einerseits mit den jeweiligen BCD-Eingängen 21 a bis 21 d und andererseits mit zugeordneten Eingängen 25a bis 25c/ eines NICHT-ODER-Gatters 25 verbunden.

Die Ausgänge 23e, 24e und 25e liegen an den Eingängen 26a,266bzw. 26ceines UND-Gatters 26. Der Ausgang 26c/des letzteren liegt am Takteingang 15CK.

Die sieben Steuerausgänge 19e sind mit den sieben Segmenten einer Anzeigestelle 27 für die Zehntel;, inheiten verbunden. Die sieben Steuerausgänge 2Oe sind mit den entsprechenden sieben Segmenten einer Anzeigestelle 28 für die Einheiten verbunden. Die sieben Steuerausgänge 21 esind mit den entsprechenden sieben Segmenten einer Anzeigestelle 29 für die Zehnereinheiten verbunden. Die Steuerausgänge 22e sind mit den entsprechenden Segmenten einer Anzeigestelle 30 für die Vorzeichen »—« oder» + « verbunden.

Die Funktionsweise der Meßanordnung gemäß F i g. 1 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf das Signaldiagramm gemäß Fig.2 beschrieben, und zu Beginn soll der Fall betrachtet werden, daß der Gang einer Uhr mit Sperrung gemessen wird, wie sie beispielsweise in der Fig. 1 der obenerwähnten schweizerischen Patentanmeldung dargestellt ist.

Bei einer solchen Uhr wird die Einstellung der Frequenz des Ausgangssignais vom Teiler realisiert durch periodische Unterdrückung oder Sperrung einer bestimmten Anzahl N von Impulsen am Eingang einer oder mehrerer Stufen des Teilers. Der Einstellkreis wird derart ausgebildet, daß eine Einheit dieser Zahl N mindestens näherungsweise einer Korrektur des Gangs der Uhr um 0,1 s/Tag entspricht.

Eine solche Anordnung wird verwendet in Uhren, deren Oszillator mit einer reellen Frequenz arbeitet, die höher ist als seine Nennfrequenz.

Zur Messung des Gangs einer solchen Uhr muß der Umschalter 12 in Position 126— 12c gebracht werden. Das Potential der positiven Klemme der Versorgungsspannung entsprechend dem Logikpegel »1« wird demgemäß an den Eingang 4RAZ gelegt, so daß der MONO4 arbeiten kann.

Der Aufnehmer 1 empfängt das magnetische Signal ausgehend von dem Streumagnetfeld der Schrittmotor- μ wicklung der Uhr (hier nicht dargestellt), welche auf ein Anfragesignal anspricht rum Erzeugen eines Meßsignals, das Impulszüge umfaßt. Das Signal wird in ein Spannungssignal umgeformt und verstärkt und geformt durch den Verstärker 2. Das Signal 2c vom Ausgang des letzteren ist in Fig.2 dargestellt und ist analog dem Meßsignal, ausgehend von dem Magnetfeld der Uhr. Dieses Signal 2c besteht aus periodischen Impulszügen. Die Periode dieser Impulszüge ist gleich einer Quarz-Sekunde, und die Zahl der Impulse in jedem Impulszug ist gleich der Zahl N, die oben definiert wurde.

Die erste positive Flanke jedes Impulszuges von Signal 2c löst den MONO 3 aus, der an seinem Ausgang 3Q einen Impuls mit einer Dauer von beispielsweise 600 mS liefert. Die positive Flanke jedes Impulses von Signal 2c löst außerdem den MONO 4 aus, dessen Eingang 4RAZ inaktiviert ist durch das Signal »1«, geliefert vom Umschalter 12, und der an seinem Ausgang 4Q einen Impuls mit einer Breite von beispielsweise 2 mS liefert für jeden Impuls des Meßsignals.

Der Ausgang 5O" fällt von »1« auf »0« bei der positiven Flanke des ersten Impulses des am Ausgang 3Q erscheinenden Signals und bleibt auf »0«, während beispielsweise 1,5 s, d. h. während einer Zeit, die länger ist als eine Quarz-Sekunde.

Vor dem eisten Impuls des Signais 2c, lieft der Ausgang 7c auf »1« infolge der Tatsache, daß die Signale 3Q und 6(p beide auf »1« liegen. Daraus folgt, daß die Ausgänge der Zähler CPT'16 bis 18 auf »0« liegen und der Ausgang 15Q des FF15 auf »1«. Sobald das Signal 3Q auf »0« fällt, fällt auch der Ausgang 7c auf »0«. Infolgedessen gelangt der_Ausgang 7c auf »1« immer dann, wenn die Signale 3Q und 6Q" gleichzeitig auf »1« liegen.

Der FFS reagiert nicht auf den ersten Impuls des Signals 3 ζ) wegen der Tatsache, daß das Signal 5^ noch auf »1« liegt, wenn die positive Flanke des Signals 3Q seinen Takteingang 6CK erreicht, und sein Ausgang 6Q bleibt demgemäß auf »0«. Vom zweiten Impuls des Signals 3Q ab jedoch kippt der FF6 bei jeder positiven Flanke dieses Signals. Sein Ausgang 6Q nimmt demgemäß alternierend die Zustände »1« und »0« an, jeweils während einer Quarz-Sekunde.

Immer dann, wenn der Ausgang 60 auf »1« liegt, läßt das Gatter 9 das Signal mit der Frequenz 864 kHz durch, das vom Ausgang des Quarz-Oszillators 8 kommt. Es erscheint demgemäß am Ausgang 9c eine bestimmte Anzahl von Impulsen mil dieser Frequenz während jeder Periode des Meßsignals.

Klarstellend ist anzumerken, daß die Frequenz von 864 kHz eine Anzahl von Impulsen pro Sekunde liefert, identisch der Zahl von Zehntelsekunden während eines Tages. Die Differenz zwischen dieser Zahl 864 000 und der Zahl der Impulse, die von dem Gatter 9 während einer Quarz-Sekunde übertragen wird, ist demgemäß gleich dem Gang der gemessenen Uhr, ausgedrückt in Zehntelsekunden pro Tag, ohne Berücksichtigung jedoch der Korrektur, die an dem Teilungsverhältnis ihres Frequenzteilers vorgenommen wird. Wenn demgemäß das Gatter 9 863 993 Impulse während einer Quarz-Sekunde durchläßt, bedeutet dies, daß die Uhr um ⁷/io Sekunden pro Tag vorgeht, solange ihr Frequenzteiler mit dem nominellen Teilungsverhältnis arbeitet.

Sobald demgegenüber der Ausgang 6Q auf »1« liegt, erscheint das Signal 4Q am Ausgang 10c, welches von Impulsen gebildet wird, deren Zahl gleich ist der Zahl, die im Speicherkreis für die Teilungsverhältniseinstellung des Teilers der betrachteten Uhr enthalten ist.

Der Ausgang lic liefert ein Signal entsprechend dem Ergebnis der logischen Addition der Signale, die an den Ausgängen 9c und 10c stehen. Dieses Signal, das an den Takteingang 16CK angelegt wird, besteht demgemäß aus einem Impulszug mit der Frequenz von 864 kHz mit einer Dauer von einer Quarz-Sekunde, gefolgt von einer Zahl von Impulsen identisch mit der Zahl von Impulsen, die unterdrückt werden aus den Impulsen, welche von dem Oszillator während eines Teilungszyklus bei dem normalen Betrieb der Uhr abgegeben werden. Dieses Signal enthält demgemäß die Information bezüglich des Ganges der Uhr in der Form 864000 (1 -ε) +Ν Impulse in jeder Periode des Signals 16CK, wobei ε der Frequenzfehler des Quarzes der gemessenen Uhr ist relativ zur Nennfrequenz und N die Zahl der unierdrückten Impulse ist innerhalb eines Teilungszyklus dieser Uhr.

Die Gatter 23 bis 26 und der FF15 bilden einen Steuerkreis für die Zählrichtung der Zähler CPTiG bis 18. 2()

In dem Augenblick, wo die positive Flanke des ersten Impulses von Signal 16CK erscheint, fällt das Signal, das vom Ausgang 7c an den Eingang RAZder CPT16 bis 18 geliefert wird von »1« auf »0«, und das Steuersignal für die Zählrichtung 15Q derselben CPTliegt bei »1«; der C/T16 zählt demgemäß bei jedem Impuls um eine Einheit aufwärts. Bei der neunten positiven Impulsflanke fällt der Ausgang 16CO von »1« auf »0«, und beim zehnten Impuls gelangt er wieder von »0« auf »1«, womit der Zähler CPT Ώ um eine Einheit aufwärts geschaltet wird. Entsprechendes gilt für die folgenden Impulse: Nach je 10 einlaufenden Impulsen am Eingang des CPT erscheint ein Impuls an seinem Ausgang. Die CPTM und 18 arbeiten ebenso wie der CPT16 mit Ausnahme der Tatsache, daß der Ausgang des CPT18 nicht verwendet wird.

Die Zustände der Ausgänge 16a bis 16c/, 17a bis Md und 18a bis 18c/ repräsentieren demgemäß dauernd die Zahl der empfangenen Impulse am Eingang 16CK (solange die Eingänge \6UD, MUD und i8UD auf »1« liegen). Diese Zahl ist eine dezimal kodierte Binärzahl (BCD), d. h. daß der Zustand der Ausgänge !62 bis 16d, Ma bis Md und 18a bis 18c/ in'Binärform jeweils die Ziffer der Einheiten, Zehner und Hunderter dieser Zahl wiedergibt welche demgemäß zwischen 000 und 999 variieren kann.

Sobald der Eingang 16CK den tausendsten Impuls empfängt, gelangen sämtliche Binärausgänge der drei CPT von »1001« auf »0000«, d.h. von 9 auf 0 in Dezimalform. In diesem Augenblick liegen die Ausgänge 23e, 24e und 25e sämtlich auf »1«, und der Ausgang des Gatters 26 liefert einen Impuls an den Takteingang des FF15, der kippt und damit die Eingänge \6UDbis iSUDvon »1« auf »0« umschaltet

Von diesem Zeitpunkt an bewirkt jeder am Eingang 16CK ankommende Impuls nicht mehr eine Aufwärtszählung, sondern eine Abwärtszählung der CfT 16 bis 18. Sobald der Eingang 16CK den 2000sten Impuls empfangen hat, gelangen die Binärausgänge der CPT von »0001« auf »0000« und ein Impuls am Eingang 15CK läßt erneut den FF \5 kippen, was wiederum den Zustand »1« an den Eingängen 16UD bis iSUD herbeiführt, und die CPT beginnen erneut vorwärts zu zählen, womit sich der Vorgang wiederholt

So werden durch alle geradzahligen Impulstausender es (von 0 bis 999, von 2000 bis 2999 etc.) die C/T16 bis 18 von den an dem Eingang ISCK ankommenden Impulsen vorwärts gezählt, und von allen ungeradzahligen ' Inipulstausendern (von 1000 bis 1999, von 3000 bis 3999 etc.) rückwärts gezählt.

Die LDD 19, 20 und 21 empfangen die Information des Zählstandes der Zähler 16, 17 und 18 an ihren Eingängen 19a bis 19c/, 20a bis 20c/bzw. 21 a bis 21 d.

Diese Information wird von den LDD gespeichert, sobald ihre Eingänge LE von »0« auf »1« gelangen. Die Kodierkreise transformieren die gespeicherte Information derart, daß Anzeigeelemente 27 bis 29, die an den Ausgängen 19ebis 21 e angeschlossen sind, angesteuert werden. Der LDD22 steuert das Anzeigeelement 30 für die Vorzeichen » — « bzw.» + «. Wenn sein Eingang 22D auf »0« liegt, zeigt das Element 30 das Zeichen » + «, und wenn sein Eingang auf »1« liegt, wird das Zeichen » —« angezeigt.

Wenn der Ausgang 6O wieder auf »0« fällt am Ende einer Quarzsekunde, die kürzer ist als eine wirkliche Sekunde, weil ja die reelle Frequenz des Oszillators der Uhr höher liegt als ihre Nennfrequenz, hat der Eingang 16CK beispielsweise 863 991 Impulse empfangen. In diesem Augenblick ist der Inhalt der Zähler »009«, weil im Bereich von 863 000 bis 864 000 der Ausgang 15Q von FF15 bei »0« liegt, und werden die Zähler abwärts gezählt

Der Eingang CK 16 empfängt danach die Impulse, die in einem Impulszug des Signals enthalten sind, d. h. im vorliegenden Beispiel fünf Impulse, was den Zählstand der CPTauf »004« bringt. Sobald der Ausgang 7c dann auf »1« gelangt, gelangen auch die Eingänge 19£.£bis 22Lf sowie i6RAZ bis l&RAZ ebenfalls auf »1«, was zunächst die Speicherung des Zustands der Ausgänge der CPT16 bis 18 in den LDD19 bis 21 bewirkt, und infolgedessen die Anzeige des Zählstandes dieser Zähler durch die Anzeigeelemente 27 bis 29, sowie unmittelbar danach die Rücksetzung auf »0« der Ausgänge der CPT16 bis 18. Der Eingang 22D steht auf »0«, und das Anzeigeelement 30 zeigt das Zeichen +. In diesem Beispiel läßt sich demgemäß ein Vorgehen von ⁴/io Sekunde pro Tag für die gemessene Uhr ablesen.

Wenn der Eingang 16CK beispielsweise eine Gesamtzahl von 864 005 Impulsen während eines Zählzyklus empfangen hätte, so hätte die Anzeige » — 005« angezeigt was ein Nachgehen von Vio Sekunde pro Tag bei der gemessenen Uhr bedeuten würde.

Für die Messung des Ganges einer elektronischen Uhr mit Analoganzeige, die einen Frequenzteiler mit festem Teilungsverhältnis aufweist wird der Umschalter 12 in Position 12a—12c umgelegt Der Eingang 4RAZ des MONO 4 ist dann ständig auf »0«, und damit liegen auch die Ausgänge 4Q und 10c ständig auf »0«. Infolgedessen empfängt der Eingang 16CK des Zählers 16 ausschließlich das Signal 9c der F i g. 2. Das an die Eingänge des Verstärkers 2 gelangende Signa! wird bei solchen Uhren im allgemeinen von alternierend positiven und negativen Impulsen gebildet die voneinander um eine Sekunde im Abstand liegen, und der Verstärker 2 wird so angesteuert daß er nur positive Impulse liefert, indem die negativen Impulse dieses Impulspaares in positive Impulse umgesetzt werden.

Die CPT16 bis 18 zählen die Impulse der Frequenz 864 kHz während der Dauer, welche zwei Impulse des Signals 2c trennen, d. h. während einer Quarz-Sekunde.

Wenn der Oszillator 8 genau 864 000 Impulse während einer Quarz-Sekunde liefert, zeigen die Anzeigeelemente einen Wert Null an, d.h. daß die Gangabweichung der Uhr Null beträgt.

Wenn die Quarz-Sekunde von der durch den Oszillator 8 definierten Sekunde abweicht werden die

Anzeigeelemente den Wert und das Vorzeichen der Gangabweichung der Uhr relativ zur Zeitbasis der Meßanordnung anzeigen.

Die oben beschriebene Anordnung kann selbstverständlich auch für die Gangmessung von Uhren verwendet werden, die mit einer abweichenden Einrichtung zur Übertragung des Meßsignals ausgestat-

tet sind. Es genügt dann, den induktiven Aufnehmer 1 durch einen an die Art des Meßsignals angepaßten Aufnehmer zu ersetzen, und wenn das letztere z. B. ein akustisches Signal ist, das von einem Weckwerk übertragen wird, so wird der Aufnehmer 1 durch ein Mikrophon ersetzt. Der Verstärker 2 ist natürlich an den verwendeten Aufnehmer anzupassen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Meßanordnung für den Gang eines elektronischen Zeitmeßgerätes, das auf Abfragesignal hin eine aus Impulszügen bestehende Welle aussendet, während die Meßanordnung eine Einrichtung zum Erfassen dieser Welle, eine an die Eifassungseinrichtung angeschlossene Recheneinrichtung zum Liefern einer repräsentativen Größe für den Gang des Zeitmeßgerätes sowie eine Anzeigeeinrichtung für diese repräsentative Größe umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtung Schaltkreise umfaßt zum Erzeugen einer ersten Impulszahl, die repräsentativ ist für die Periode der !mpulszüge. Schaltkreise zum Erzeugen einer zweiten Impulszahl, die repräsentativ ist für den Inhalt der Impulszüge, sov.ie Schaltkreise zum Kombinieren der ersten und zweiten Impulszahlen und zum Erzeugen der repräsentativen Größe.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkreise zum Erzeugen der ersten Impulszahl einen Schaltkreis zum Erzeugen eines ersten Signals, dessen Dauer repräsentativ ist für die Periode der Impulszüge, einen Oszillatorschaltkreis zum Erzeugen eines zweiten Signals mit einer Bezugsfrequenz, sowie einen Schaltkreis zum Kombinieren der ersten und zweiten Signale umfassen.

3. Anordnung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkreise zum Erzeugen der zweiten Impulszahl Schaltkreise zum Dekodieren des Inhalts der Impulszüge umfassen.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechnerschaltkreise einen Vorwärts-Rückwärtszähler (16, 17, 18) umfassen, der an die Kombinationsschaltkreise angeschlossen ist, sowie einen Steuerschaltkreis umfassen, der an dem Zähler angeschlossen ist zum Ändern von dessen Zählrichtung in Abhängigkeil von bestimmten Zuständen seiner Ausgänge.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichturig ein induktiver Aufnehmerist.

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung ein akustisch-elektrischer Wandler ist.