DE3012186C2 - Zeitmeßverfahren und Vorrichtung zu seiner Durchführung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung des Zeitabstandes zwischen jeweils zwei nacheinander erscheinenden Zeitrrarkensignalen gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 bzw. 11.

/.üs der US-PS 31 33 189 ist ein Verfahren zur Zählung von eine feste Folgefrequenz besitzenden elektrischen Impulsen während eines fest vorgebbaren Zeitintervalls bekannt, wobei Anfang und Ende dieses Zeitintervalls durch einen elektrischen Start- bzw. Stopimpuls definiert sind. Da die Zählimpulse mit den Start- und Stopimpulsen nicht synchronisiert sein sollen, kann ohne weitere Maßnahmen ein Zählfehler von ± 1 auftreten, was bei kleinen Zählraten zu einer unerwünschten Ungenauigkeit des Zählergebnisses führt. Zur Beseitigung dieses Problems wird nach dem Stand der Technik der die Abzahlung der Zählimpulse durch einer Hauptzähler freigebende Start-Impuls und der diese Abzählung beendende Stop-Impuls nicht nur der Steuerschaltung fir den Hauptzähler, sufdern auch jeweils einem eigenen Verarbeitungskanal zugeführt, der dazu dient, durch eine analoge Multiplikation den Zeitraum zwischen dem betreffenden Impuls und dem jeweils nächstfolgenden Zählimpuls um einen fest vorgegebenen Multiplikationsfaktor zu dehnen. Die während der gedehnten Zeiträume auftretenden Zähiimpulso werden durch Hilfszähler abgezählt und die v.i erhaltenen Hilfszählwerte dienen zur Korrektur des im Hauptzähler enthaltenen Hauptzählwcrtns.

in der US-PS 31 33 189 wird darauf hingewiesen, daß es möglich ist, mit Hilfe dieses Verfahrens Zeitintervalle aiiszumessen, wenn die feste Folgefreqtien/. cKt

Zählimpulse bekannt ist. Erzeugt man diesem Hinweis folgend das oben erwähnte Start- und Stopsignal also nicht, wie in Fig. 2 der US-PS 31 33 189 dargestellt, mit Hilfe einer Zeitgeberschaltung, sondern führt statt dessen zwei irgendwo herstammende Zeitmarkensigna-Ie. deren zeitlicher Abstand gemessen werden soll, den beiden Verarbeitungskanälen der bekannten Schaltung zu, und legt man an die Zählimpulseingänge dieser Schaltung das eine bekannte Impulsfolgefrequenz besitzende Ausgangssignal eines Oszillators, so ergibt sich ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung der in den Oberbegriffen der Ansprüche I bzw. I 1 niedergelegten Art.

Bei dem bekannten Verfahren bzw. der bekannten Vorrichtung wird jedoch davon ausgegangen, daß immer nur der Zeitabstand zwischen genau zwei nacheinander folgenden Zeitmarkensignalen gemessen werden soll, die überdies auf zwei getrennten Leitungen erscheinen, so daß sie ohne weiteres in die beiden

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eingespeist werden können.

Nun treten aber sehr häufig Anwendungsfälle auf. bei denen nicht nur zwei, sondern eine ganze Reihe von Zcitmarkensignalen entweder auf getrennten oder aber auch auf einer einzigen Leitung nacheinander erscheinen und entweder sämtliche Zeitabstände aller unmittel-■ir aufeinanderfolgender Zeitmarkensignale und/oder

liebig herausgegriffener Paare von Zeitmarkcnsignalen von Interesse sind. Zur Bewältigung derartiger Meß· und Auswerteaufgaben ist das oben beschriebene Zeitmeßverfahren nicht geeignet.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die es mit einem möglichst geringen technischen Aufwand ermöglichen, eine beliebige Anzahl von Zeitabständen zwischen beliebig herausgegriffenen Zeitmarkensignalen einer ganzen Reihe von derartigen Signalen mit hoher Genauigkeit und großem Auflösungsvermögen zu messen.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die in den Ansprüchen 1 (Verfahren) und 11 (Vorrichtung) niedergelegten Merkmale vor.

Gemäß der Erfindung ist also für den allgemeinsten Fall vorgesehen, daß die Abzählung der Schwingungsperioden des freilaufenden Oszillators beim Auftreten des ersten Zeitmarkensignals der auszumessenden Signalreihe bereits läuft. Zwar kann mit dieser Abzählung auch hier erst unmittelbar nach dem Auftreten des ersten Zeitmarkensignals der auszumessenden Reihe beispielsweise mit einem der hierauf folgenden Nulldur~hgänge der Oszillatorschwingung begonnen werden, wobei dann die Analogmeßschaltung die zugehörige Feinzeitmessung bis zu diesem nulldurchgang durchführen muß, doch stellt dies lediglich den spätest möglichen Zeitpunkt dar, und es ist ohne weiteres möglich, mit der Zählung der Oszillatorimpulse bereits bei einem der auszumessenden Zeitmarkenreihe vorausgehenden und mit dieser Reihe ansonsten zeitlich nicht korrelierten Vorbereitungssignal zu beginnen. Allerdings ist dabei zu beachten, daß die von der zeitlichen Länge der auszumessenden Impulsreihe abhängende Zählkapazität des die Oszillatorschwingungen abzählenden Zählers um so größer sein muß, je früher mit der Zählung vor dem ersten Zeitmarkensignal begonnen wird.

Auch ist es gemäß der Erfindung nicht mehr erforderlich, daß der Zähler zu Beginn der Zählung der Oszillatorschwingungen auf einem bestimmten Zählerstand insbesondeie auf dem Zählerstand Null gebracht worden ist, obwohl letzteres für eine optimale Ausnutzung der vorhandenen Zählerkapazität von Vorteil ist.

Gemäß der Erfindung wird dann die Abzahlung der Oszillatorschwingungen nicht wie beim Stand der Technik nach dem Erscheinen des zweiten Zeitmarkensignals abgebrochen, sondern es wird lediglich zu diesem Zeitpunkt der momentan erreichte Zählerstand ausgelesen und zwischengespeichert, ohne daß dadurch die weiterlaufende Zählung in irgendeiner Weise beeinflußt wird. Dieser Auslese- und Zwischenspeichervorgang wird bei jedem weiteren Zeitmarkensignal wiederholt, so daß am Ende der Signalreihe eine Vielzahl von Zählerständen zur Verfügung steht, von denen jeder einem bestimmten Zeitmarkensignal zugeordnet ist.

Interessiert nun der Zeitabstand zwischen zwei

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niigt es zur Gewinnung des Grobmeßwertes, die beiden zugehörigen Zählerstände voneinander zu subtrahieren und die Differenz mit dem Kehrwert der sehr genau bekannten Schwingungs- bzw. Impulsfolgefrequenz des

:". vorzugsweise quarzgesteuerten Oszillators zu multiplizieren.

Da es gemäß der Erfindung ohne weiteres möglich ist, die Zählerstände sämtlicher Zeitmarkensignale in der eben ber.i'.riebenen Weise zu verarbeiten, können die

i'i Grobmeßwerte der Zeitabstände beispielsweise auch sämtlicher unmittelbar aufeinanderfolgender Zeitmarkensignale berechnet werden.

Parallel zu der eben geschilderten Auslesung, Speicherung und Verarbeitung der Zählerstände zu

s- Grobmeßwerten wird auch für jedes Zeitmarkensignal der zugehörige Feinmeßwert, d. h., der zeitliche Abstand beispielsweise der Vorderflanke dieses Signals bis zum Ende der Oszillatorschwingung ausgemessen, nach der der zugehörige Zählerstand ausgelesen wird.

»ι Erhält man also z.B. für das μ-te Zeitmarkensignal den Zahlerstand η_μ und den Feinmeßwert At^ und für das unmittelbar darauf folgende (/i+l)-te Zeitmarkensignal die entsprechenden Werte η_{μ +} \ und Δί_{μ +} \, so gilt für den Grobmeßwert, wenn Ω die Periodendauer des

j"i Oszillators ist:

und fur den exakten Zeitabsland dieser beiden Zeitin murkensignale

A T₁₁ „ . ι = A T₁, _μ ,,0+Al₁₁-Ai₁₁,,. (..)

Ensprechend gilt für den Zeitabstand zwischen dem (//+l)-ten und dem (p + 2)-ten Zeitmarkensignal:

,,-Δί_μ¥2. (3)

Für den Abstand zwischen dem ersten und dem letzten der drei eben genannten Zeitmarkensignale folgt aus den Gleichungen (2) und (3):

ι = Δ Τ_μ__μ + ;ο+Α Τ_{μ+] μ}^₂

-At₁₁,, + At₁₁₊^-At_{11 + 2}.

Aus Gleichung (4) entnimmt man unmittelbar, daß die exakten Zeitabstände unmittelbar aufeinanderfolgender

Zeitmarkensignale gemäß der Erfindung zur Bildung der Zeitabstände weiter auseinander liegender Zeitmarkensignale addiert werden können, ohne daß sich hierbei die im wesentlichen in den Feinzeitmeßwerten Δ i_f, enthaltenen Meßfehler uufsummieren. was darauf zurückzuführen ist, daß aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens der Endpunkt einer jeden vorausgehenden Zeitabstandsmessung exakt mit dem Anfangspunkt der nachfolgenden Zeitabstandsmessung zusammenfällt.

Anders ausgedrückt, erhält man mich dann, wenn man mehrere ZeitabstandsmeQwerte summiert, für den sich aus diesen einzelnen Summanden zusammensetzenden Gesamtzeitabstand exakt denselben Grobmeßwert wie man ihn auch durch Differenzbildung zwischen den Zählwerten erhalten würde, die dem den aufsummierten Zeitraum einleitenden bzw. abschließenden Zeitmarkensignal zugeordnet sind; zu diesem Grobmeßwert treten l;inn noch die beiden zu den eben genannten Zeitmarkensignaien gehörenden Veinrneüwerte in der eben beschriebenen Weise hinzu.

Bevorzugterweise erfolgen die Analogmessiingen zur Gewinnung dieser Feinmeßwerte mit Hilfe von Zeit/Amplituden-Wandlerschaltungen, die nach Triggerung durch ein Start-Signal ein in seiner Amplitude mit der Zeit stetig und monoton anwachsendes und somit ein Maß für die seit dem Start-Signal verstrichene Zeit bildendes analoges Ausgangssignal liefern.

Bei einer solchen Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung handelt es sich im wesentlichen um einen zunächst im entladenen Zustand gehaltenen Kondensator, der, beginnend mit dem der Zeit/Ampliiuden-Wandlerschaltung zugeführten Start-Signal, vermittels einer Konstantstromquelle so lange aufgeladen wird, bis ein entsprechendes Stop-Signal den Aufladevorgang beendet. Da die am Kondensator abfallende Spannung nach einer kurzen nichtlinearen Anlaufphase mit der Zeit linear ansteigt, stellt der am Ende des Meßvorgangs erhaltene Wert dieser Spannung ein gutes Analogmaß für die zwischen Start- und Stop-Signal verstrichene Zeit dar.

Gemäß dem Stand der Technik wird jedes der beiden Zeitmarkensignale, deren Abstand bestimmt werden soll, zur analogen Verarbeitung einem eigenen Kanal zugeführt, der jeweils eine gesonderte Multiplizierschaltung zur Dehnung des Zeitabstandes zwischen dem betreffenden Zeitmarkensignal und dem nächstfolgenden, zur Zählung dienenden Teil der Oszillatorschwingung enthält. Obwohl nun bei dem erfindungsgemäßen Verfahren im Regelfall die Zeitabstände nicht nur von zwei, sondern einer Vielzahl von aufeinanderfolgenden Zeitmarkensignalen ausgemessen werden sollen, ist bei einer besonders bevorzugten Variante dieses Verfahrens vorgesehen, daß die Analogmessungen für die Gewinnung der Feinmeßwerte sämtlicher Zeitmarkensignale mit ein und derselben Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung durchgeführt werden. Die Analogmeßschaltung umfaßt also nur noch einen einzigen Meßkanal, in den sämtliche der Reihe nach erscheinenden Zeitmarkensignale eingespeist werden. Dies hat neben einer erheblichen Verringerung des für die Durchführung des erfindungsgemäßen Zeitmeßverfahrens erforderlichen schaltungstechnischen Aufwandes den Vorteil, daß die beim Stand der Technik auftretenden und die Meßgenauigkeit verschlechternden Laufzeitunterschiede in den getrennten Verarbeitungskanälen sowie schwankungs- bzw. driftbedingte Unterschiede in den Multiplikationsfaktoren entfallen.

F,s wird also nicht nur der zur Bestimmung der einzelnen Zeitabstände erforderliche Schaltungsaufwand erheblich verringert, sondern auch die Meßgenauigkeit wesentlich gesteigert.

Fis ist besonders günstig, wenn die Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung jeweils durch das betreffende Zeitmarkensignal gestartet, durch einen hierauf folgenden Nulldurchgang der Oszillatorschwingung angehalten und nach Speicherung der so gewonnenen Ausgangsamplitude als Feinmeßwert zurückgesetzt wird und wenn der nach diesem Nulldurchgang erhaltene Zählwert zur Bestimmung des GrobmeDwertes herangezogen wird. Werden die zwischen zwei Zeitmarkensignalen liegenden Oszillatorperioden durch Abzählung der in diesem Zeitraum auftretenden Oszillator-Halbperioden erfaßt, so ist vorzugsweise vorgesehen, daß zum Anhalten der Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung der erste nach dem jeweiligen Zeitmarkensignal auftretende Nulldurchgang der Oszülatorschwingung Verwendung findet.

Werden dagegen nur ganze Oszillatorperioden abgezählt, so ist vorgesehen, daß zum Anhalten der Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung der erste nach dem jeweiligen Meßfühlersignal auftretende, in vorgegebener Richtung erfolgende Nulldurchgang der Oszülatorschwingung Verwendung findet.

Da die üblichen Zeit/Amplituden-Wandlerschaltungen über längere Zeiten hinweg Drifterscheinungen aufweisen können, wobei sich die jeweils innerhalb bestimmter Zeitspannen nach dem Start-Signal erreichte Ausgangsamplitude ändert, ist gemäß einer beson ders bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, daß die Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung zwischen den Zeitabstandsmessungen immer wieder dadurch nachgeeicht wird, daß sie durch einen Nulldurchgang oder Oszülatorschwingung gestartet und durch einen nachfolgenden Nulldurchgang der Oszülatorschwingung angehalten wird und daß der so erhaltene Eichmeßwert der Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung mit dem zwischen diesen beiden Nulldurchgängen der Oszillatorschwingungen liegenden Zeitraum verglichen wird.

Dadurch, daß die im allgemeinen nicht die Langzeitkonstanz eines Quarzes besitzende Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung mit Hilfe des Quarzes ständig nachgeeicht wird, erhält das gesamte Zeitmeßverfahren dieselbe Genauigkeit und Langzeitkonstanz wie der Quarz, ohne daß an die übrigen Teile der erfindungsgemäßen Vorrichtung in dieser Hinsicht irgendwelche besonderen Forderungen gestellt werden müßten. Da auch über sehr lange Zeit hinweg sehr genau schwingende Quarze kostengünstig zur Verfügung stehen, liefert das erfindungsgemäße Verfahren eine außerordentlich preiswerte und dennoch extrem genau arbeitende Zeitmeßvorrichtung.

Wie bereits erwähnt, weisen die üblichen Zeit/Amplituden-Wandlerschaltungen überdies die Eigenschaft auf, daß die Amplitude jedes Ausgangssignais erst nach einer gewissen Anlaufzeit nach jedem Start-Signal linear mit der Zeit anwächst, während unmittelbar nach dem Start-Signal eine mehr oder weniger starke Nichtlineariiät vorhanden ist. Da der freilaufende Oszillator mit den Zeitmarkensignaien in keiner Weise synchronisiert ist, ist es ohne weiteres möglich, daß zwischen dem die Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung startenden Zeitmarkensignal und dem nächsten, zum Anhalten verwendeten Nulldurchgang der Oszülatorschwingung ein so kurzer Zeitraum liegt, daß die Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung im nichtlinearen

Bereich arbeitet bzw. daß der nichtlineare Teil einen wesentlichen Beitrag zum Gesamtmeßwert liefert, was zu einer Verfälschung des so gewonnenen Feinmeßwertes führen kann.

Um hier zu noch besser reproduzierbaren und genaueren Ergebnissen zu gelangen, sieht die Erfindung vor, daß das Anhalten der Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung durch ^Hen entsprechenden Nulldurchgang der Oszillatorschwingung bei jeder Zeitabstandsmessung und bei jeder Eichmessung mit einer vorbestimmten zeitlichen Verzögerung erfolgt und daß die Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung nach jeder dieser Messungen durch ein schaltungsintern erzeugtes Start-Signal gestartet und durch ein gleichzeitig mit diesem Start-Signal erzeugtes, ebenfalls der vorbestimmten zeitlichen Verzögerung unterworfenes Stop-Signal wieder angehalten wird und daß der so gewonnene Korrekturwert von dem vorausgehend gewonnenen Zeitmeßwert subtrahiert wird.

Durch diese Maßnahmen wird also zunächst die Zeitspanne, während derer die Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung bei jeder Feinmessung und auch bei jeder Eichmessung arbeitet, um einen vorgegebenen Zeitraum verlängert, der so gewählt ist, daß er mit Sicherheit größer ist als der Zeitraum, während dessen die Amplitude des Ausgangssignals der Zeit/Amplitudenwandlerschaltung in nichtlinearer Weise anwächst. Sofort nachdem der so gewonnene Meßwert zwischengespeichert ist, wird die Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung auf den Ausgangszustand zurückgesetzt und dann durch ein intern erzeugtes Start-Signal neu gestartet. Gleichzeitig mit diesem Start-Signal wird auch ein Stop-Signal intern erzeugt und der Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung auf dem gleichen Weg zugeführt, auf dem sie bei den eigentlichen Zeitmessungen das vom Nulldurchgang der Oszillatorschwingung herrührende Stop-Signal erhält.

Dieses gleichzeitig mit dem intern erzeugten Start-Signal erzeugte Stop-Signal erfährt auch also die obenerwähnte Verzögerung, so daß die Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung trotz der gleichzeitigen Erzeugung der beiden Signale für einen Zeitraum arbeitet, der dieser Verzögerung (und eventuell zwischen Start- und Stoppleitung vorhandenen Laufzeitunterschieden, die bei der eigentlichen Zeitmessung in gleicher Weise vorhanden sind) entspricht. Es wird somit ein Korrekturwert erzeugt, mit dessen Hilfe exakt die in der gerade vorausgegangenen Zeitmessung enthaltenen Laufzeitdifferenzen und Nichtlinearitäten erfaßt werden. Dieser Korrekturwert wird von dem noch zwischengespeicherten Zeit-Feinmeßwert oder Eichmeßwert abgezogen. Die Differenz stellt einen Meßwert dar, wie man ihn mit einer ideal linear arbeitenden und ohne Laufzeitdifferenzen angesteuerten Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung erhalten würde und ist somit für eine weitere Verarbeitung optimal geeignet. Da die Korrekturwerte immer sofort unmittelbar nach der zu korrigierenden Messung gewonnen werden, wird auch der Einfluß von an dieser Stelle eventuell auftretenden Langzeitdriften eliminiert

Vorzugsweise findet ein Oszillator mit rechteckförmigem Ausgangssignal Verwendung, wobei an die Stelle der Nulldurchgänge der Oszillatorschwingung die Durchgänge der Impulsflanken durch einen vorgegebenen Spannungspegel treten.

Eine zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe geeignete Zeitmeßvorrichtung nut den im Oberbegriff des Anspruchs 11 zusammengefaßten Merkmalen ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß eine den Zähler spätestens beim Auftreten des ersten Zeitmarkensignals freigebende und frühestens nach dem Auftreten des letzten Zeitmarkensignals der -, auszumessenden Signalreihe anhaltende Steuerschaltung vorgesehen ist, und daß die Analogschaltung eine einzige, für sämtliche Zeitmarkensignale die Feinmeßwerte bestimmende Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung umfaßt. Es werden also durch die erfindungsgemäß in ausgebildete Steuerschaltung für den die Schwingungen bzw. Impulse des freilaufenden quarzgesteuerten Oszillators abzählenden Zähler die Voraussetzungen dafür geschaffen, daß dieser Zähler seinen Zählbetrieb bereits vor, spätestens aber unmittelbar nach dem r, Eintreffen des ersten Zeitmarkensignals aufnimmt und in unveränderter Weise so lange fortsetzt, bis das letzte Zeitmarkensignal einer ganzen Reihe solcher Signal·, eingetroffen und der zugehörige Zählwert erfaßt und ausgelesen ist.

_>o Bei einer speziellen, bevorzugten Ausfühiuiigsfunii ist die Steuerschaltung für den Zähler gemäß Anspruch 12 ausgebildet, was dazu führt, daß der Zähler tatsächlich erst unmittelbar nach dem Eintreffen des ersten Zeitmarkensignals gestartet wird. Hierdurch ergibt sich der Vorteil einer optimalen Ausnutzung der durch die Stufenzahl des Vorwärtszählers gegebenen Zählkapazität. Es ist vorteilhaft, zwischen das den Zähler steuernde Flipflop und das dieses Flipflop ansteuernde »Start-Monoflop« noch ein Verzögerungsglied zu schalten, um sicherzustellen, daß· auch in den Fällen, in denen das erste Zeitmarkensignal in einem Zeitraum auftritt, in dem der frei laufende quarzgesteuerte Oszillator gerade einen positiven Ausgangsimpuls abgibt, vom Zähler nicht bereits dieser, sondern erst der α nächste positive Ausgangsimpuls mitgezählt wird.

Die Auslösung des Auslesens des nach dem Auftreten eines Zeitmarkensignals jeweils erreichten Zählerstandes erfolgt vorteilhafterweise gemäß Anspruch 14 mit Hilfe eines UND-Gatters, das einerseits durch Abfrage ■»η des (^Ausgangs des Startmonoflops erkennt, daß ein unmittelbar auf das Eintreffen eines Zeitmarkensignals folgender Zeitraum vorliegt und das ande! jrseits erst dann einen Auslesebefehl an die den Zählerstand weiter verarbeitende Rechenschaltung abgibt, wenn es über seinen zweiten Eingang festgestellt hat, daß der quarzgesteuerte Oszillator seinen ersten auf das Zeitmarkensignal folgenden positiven Ausgangsimpuls erzeugt, wodurch sichergestellt wird, daß der diese positiven Ausgangsimpule abzählende Vorwärtszähler so einen definierten Zählerstand erreicht hat.

Die Ansteuerung der in dem vorzugsweise einzigen Analogmeßkanal der erfindungsgemäßen Zeitmeßvorrichtung enthaltenen Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung erfolgt vorteilhafterweise gemäß Anspruch 15 über ein »Setz«-Flipflop, dessen (^-Ausgang mit dem Starteingang der Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung verbunden ist und das erst dann zurückgesetzt wird, wenn die Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung ihren Meßvorgang beendet hat und der von ihr dabei . erzeugte Ausgangssignalwert weiterverarbeitet worden ist Durch das Zurücksetzen dieses »Setz«-Flipflops wird die Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung wieder in ihren Ausgangszustand zurückgebracht, in dem sie für den Beginn einer neuen Feinzeitmessung bereit ist Das Anhalten der Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung erfolgt vorteühafterweise nach Ansprach 16 durch ein »Rücksetz«-Flipflop, das nur dann gesetzt werden kann, wenn das »Setz«-Flipflop gesetzt ist und ihm ein

Stoppsignal zugeführt wird, das entweder von der nächsten auf das Zeitmarkensigr.al folgenden, steigenden Oszillatorimpulsflanke oder von einer Start-Stop-Steuerung stammen kann, deren Funktion und Aufbau im folgenden noch erläutert wird. Von besonderer Bedeutung ist in diesem Zusammenhang, daß das Anhalten der Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung durch das »Rücksetzw-Füpflop nicht unmittelbar, sondern über ein Verzögerungsglied mit einer vorgegebenen Zeitkonstante erfolgt, die so gewählt ist, daß sie mit Sicherheit größer als derjenige Zeitraum ist, in dem das Ausgangssignal der Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung in nichtlinearer Weise anwächst.

Bei der eben erwähnten Start-Stop-Steuerung handelt es sich um eine Schaltungsanordnung, die gemäß Anspruch 17 aufgebaut und ansteuerbar ist. Sie dient bei Ansteuerung ihres einen Triggereingangs dazu, durch die Abgabe von Start- und Stoppsignalen, deren zeitlicher Abstand genau einer Oszillatorhalb- bzw.

von entspricht und von denen das Start-Signal der Zeit/Amplituuen-Wandlerschaltung auf dem gleichen Weg wie die Zeitmarkensignale und das Stop-Signal auf dem gleichen Weg wie die bei der Feinzeitmessung zum Anhalten dienenden steigenden Oszillatorimpulsflanken zugeführt wird, die Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung immer wieder mit Hilfe des äußerst genau schwingenden quarzgesteuerten Oszillators nachzueichen.

Daneben ist die Start-Stop-Steuerung dann, wenn sie an ihrem anderen Triggereingan? angesteuert wird, in dir Lage, auf ihren Ausgangsleitungen exakt gleichzeitig ein Start- und ein Stoppsignal abzugeben. Auch diese Signale werden der Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung auf den eben beschriebenen Wegen zugeführt, so daß die Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung genau für einen Zeitraum arbeitet, der der Verzögerung des obenerwähnten Verzögerungsgliedes entspricht. Bei dieser Ansteuerung der Start-Stop-Steuerung wird also ein KoiTekturwert erzeugt, der es ermöglicht, den nichtlinearen Anfangsverlauf des Ausgangssignals der Zeit/ Amplituden-Wandlerschaltung sowie eventuell zwischen der Start- und der Stoppleitung vorhandene Laufzeitunterschiede zu kompensieren.

Diese Korrekturwerterzeugung erfolgt gemäß Anspruch 18 zweckmäßigerweise immer unmittelbar nach einer Feinzeitmessung bzw. einer Eichwertmessung, damit diese Werte sofort korrigiert werden können und eventuelle Drifterscheinungen im nichtlinearen Teil des Ausgangssignals der Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung keine Rolle spielen.

Zwar ist es möglich, die von der Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung abgegebenen analogen Meß-, Eich- und Korrekturwerte jeweils für sich zu digitalisieren und erst dann weiter zu verarbeiten. Bevorzugt ist jedoch gemäß Anspruch 19 vorgesehen, daß der Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung in paralleler Anordnung zwei Analogspeicher (Sample-and-Hold-Schaltungen) nachgeschaltet sind, die so angesteuert werden, daß immer die eine den von der Zeit/Amplituden-Wand- ierschaltung erzeugten Feinzeitmeßwert bzw. Eichmeßwert speichert, wahrend die andere den unmittelbar danach erzeugten Korrekturwert aufnimmt Da gemäß Anspruch 21 bevorzugterweise die Ausgänge dieser beiden Analogspeicher mit den Eingängen eines differenzbüdeiiden Gliedes, beispielsweise eines Diffe- renzverstlrkers, verbunden sind, erscheint am Ausgang dieses differenzbUdenden Gliedes immer dann, wenn der zu dem jeweiligen MeB- bzw. Eichwert gehörende

Korrekturwert erzeugt worden ist, der korrigierte analoge Meß- bzw. Eichwert, der unmittelbar dem Eingang eines Analog/Digital-Wandlers zugeführt und von diesem in eine digitale Form umgesetzt wird.

Schließlich ist nach Anspruch 22 vorteilhafterweise vorgesehen, daß immer dann, wenn der Analog/Digitalwandler die Umsetzung des ihm zugeführten analogen, korrigierten Meß- bzw. Eichwertes in eine digitale Form beendet hat, ein Befehlssignal an die Rechenschaltung geht, das diese Schaltung veranlaßt, den Dateninhalt des Analog/Digital-Wandler-Ausgangspuffers abzufragen und einer weiteren Verarbeitung zuzuführen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichⁿung beschrieben; in dieser zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer besonders bevorzugten, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Zeitmeß-Schaltung und

Fig. 2 ein das Arbeiten wesentlicher Teile der

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Die in F i g. 1 dargestellte Zeitmeßschaltung erhält die ZeitmarkenMgnale, deren Abstände ausgemessen werden sollen am Eingang E, von wo sie an den einen Eingang eines ODER-Gatters 1 gelangen, das sie an den einen Eingang eines UND-Gatters 2 weiterleitet, dessen zweiter Eingang über eine Leitung 3 mit dem (^-Ausgang eines Sperr-Flipflops 5 verbunden ist.

Der Rücksetz-Eingang des Sperr-Flipflops 5 ist über eine Diode 6 mit dem einen Anschluß eines mit seinem anderen Anschluß an der Systemmasse liegenden Widerstandes und mit dem einen Anschluß eines mit seinem anderen Anschluß an der Versorgungsspannung liegenden Kondensators 8 verbunden. Diese Schaltungsanordnung sorgt dafür, daß das Sperr-Flipflop 5 nach dem Einschalten der gesamten Schaltungsanordnung zunächst zwangsläufig zurückgesetzt wird, so daß an seinem (^-Ausgang eine logische Null erscheint und das UND-Gatter 2 sowie eine Reihe von weiteren mit der Leitung 3 verbundenen UND-Gattern zunächst so lange gesperrt ist, bis die ^:n die Schaltungsanordnung mit einbezogene Rechenschaltung 10, die im vorliegenden Fall von einem Mikroprozessor gebildet wird, betriebsbereit ist und über eine Leitung 12 einen die gesamte Schaltungsanordnung in einen def-iierten Ausgangszustand bringenden Rücksetzimpuls abgibt.

Dieser Rücksetzimpuls gelangt auch an den Takteingang eines Steuerflipflops 9, dessen Dateneingang Dmit dem Q-Ausgang von Flipflop 5 verbunden ist und daher zu diesem Zeitpunkt auf einer logischen 1 liegt. Daher wird durch den vom Mikroprozessor 10 kommenden Steuerimpuls das Steuerflipflop 9 gesetzt, so daß an seinem Q-Ausgang eine logische 1 erscheint, die an den Takteingang des Sperr-Flipflops 5 gelangt und dieses setzt. Das Sperr-Flipflop bleibt während des ganzen weiteren Betriebsablaufes der Schaltungsanordnung im gesetzten Zustand, so daß die von ihm über die Leitung 3 angesteuerten UND-Gatter 2,28 und 47 im folgenden für die an ihren jeweils anderen Eingang angelegten Signale als durchlässig betrachtet werden können.

Die an den Eingang E der Zeitmeßschaltung angelegten Zeitmarkensignale gelangen also über das ODER-Gatter 1 und das UND-Gatter 2 an den Takteingang eines Setz-Flipflops 15, dessen Dateneingang D permanent mit der positiven Versorgungsspannung verbunden ist, so daß das Setz-Flipflop 15 aufgrund des Taktsignals gesetzt wird und an seinem <?-Äusgang eine logische 1 erscheint Diese logische 1 wird einerseits an den Starteingang der Zeit/Amplitu-

den-Wandlerschaltung 16 gelegt, die sorbit beginnt, an ihrem Ausgang eine mit der seit dem Eintreffen des Zeitmarkensignals verstrichejien Zeit monoton anwachsende Spannung abzugeben. Außerdem gelangt die vom Q-Ausgang des Setzflipflops 15 abgegebene logische 1 an den Dateneingang eines Stop-Flipflops 18, das somit vorbereitet ist, an seinem (^-Ausgang eine logische 1 abzugeben, sobald es an seinem Takteingang ein entsprechendes Steuersignal erhälL

Da gegenwärtig von einem Zeitraum die Rede ist, der ι ο unmittelbar nach dem Eintreffen eines Zeitmarkensignals am Eingang E liegt, muß dieses Steuersignal von dem quarzgesteuerten Oszillator 20 kommen, der mit dem Takteingang des Stoppflipflops 18 über das UND-Gatter 21, das ODER-Gatter 27 und das π UND-Gatter 28 verbunden ist

Da, wie oben bereits erwähnt, das vom Sperr-Flipflop 5 über die Leitung 3 angesteuerte UND-Gatter 28 einfach als durchlässig für die an seinem zweiten Eingang angelegten Signale betrachtet werden kann, ist 2n die einzige Bedingung für die Ansteuerung des Stopp-Flipflops 18 durch den Oszillator 20, d-.Q das UND-Gatter 21 an seinem zweiten Eingang eine logische 1 aufweist, die es über die Leitung 23 von einem Start-Monoflop 24 erhält, das mit seinem Takteingang :s am Eingang E der Schaltungsanordnung liegt und somit lurch jedes neu hereinkommende Zeitmarkensignal triggert wird.

Die Länge der vom Start-Monoflop 24 an seinem Q-Ausgang auf die Leitung 23 abgegebenen positiven in Impulse ist so gewählt, daß sie wenigstens etwas größer als eine Vollperiode des Oszillators 20 ist. Hierdurch wird erreicht, daß tatsächlich nur diejenige steigende Oszillatorimpulsflanke zum Stop-Flipflop 18 gelangt, die unmittelbar auf ein eintreffendes Zeitmarkensignal J5 folgt.

Außerdem gelangt der vom Start-Monoflop 24 über die Leitung 23 abgegebene Impuls über das ODER-Gatter 25 an den Rücksetzeingang einer Start-Stop-Steuerung 26, deren Funktion im folgenden noch genauer -»n erläutert wird.

Zunächst wird weiterhin die Situation betrachtet, daß, wie oben beschrieben, das Setz-Flipflop 15 und das Start-Monoflop 24 durch ein am Eingang E erschienenes Zeitmarkensignal gesetzt bzw. getriggert worden sind und daß daher einerseits die Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung 16 arbeitet, und andererseits am Dateneingang des Stop-Flipflops 18 eine logische 1 anliegt. Das über die Leitung 23 vom Q-Ausgang des Start-Monoflops 24 angesteuerte Gatter 21 läßt den nächsten positiven Ausgangsimpuls des Oszillators 20 durch, der über das ODER-Gatter 27 und das UND-Gatter 28 an den Takteingang des vorbereiteten Stopp-Flipflops 18 gelangt und mit seiner steigenden Flanke dieses Flipflop setzt. Die hierauf am Q-Ausgang des Stopp-Flipflops 18 erscheinende logische 1 gelangt mit der durch das Verzögerungsglied 30 vorgegebenen Verzögerungszeit τ einerseits an den Stoppeingang der Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung 16, die damit angehalten wird und an ihrem Ausgang ein Spannungssignal m> abgibt, dessen Amplitude ein Maß für die zwischen dem Start- und dem Slop-Signal verstrichene Zeit darstellt. Weiterhin gelangt das Ausgangssignal des Verzögerungsgliedes 30 an den Takteingang eines Monoflops 31, dessen positiver Ausgangsimpuls jeweils an einen tr> Eingang der UND-Gatter 33 und 34 gelegt ist.

Diese beiden Gatter werden über eine Leitung 35 bzw. ein ODER-Gatter 37 und dessen Ansteuerleitungen 38 und 71 von einer Ablaufsteuerung 40 angesteuert, die als Johnson-Zähler ausgebildet ist, und im vorliegenden Fall acht Ausgänge besitzt, von denen maximal einer eine logische 1 abgibt, während alle anderen auf logisch 0 liegen.

Durch den beim Eintreffen des Zeitmarkensignals vom Start-Monoflop 24 abgegebenen Impuls ist diese Ablaufsteuerung 40 über das ODER-Gatter 41 zurückgesetzt worden, so daß zunächst keiner seiner benutzten Ausgänge eine logische 1 zeigt Ober das Verzögerungsglied 43 und das ODER-Gatter 45 wurde der Ausgangsimpuls des START-Monoflops 25 jedoch auch auf den Takteingang eines Trigger-Monoflops 46 gelegt, das über das als ständig offen zu betrachtende UND-Gatter 47 ein Taktsignal an den Takteingang der Ablaufsteuerung 40 weitergegeben hat, so daß diese im gegenwärtig betrachteten Zeitpunkt an ihrem Ausgang Qi eine logische 1 abgibt

Dieses Signal gelangt über die Leitung 38 und das ODER-Gatter 37 an das UND-Gatter 34, so daß dieses Gatter den vom Monoflop 31 abgegebenen Impuls durchläßt, während das UND-Gatter 33 über die zum ODER-Gatter 58 führende Leitung 35 gesperrt ist, da das ODER-Gatter 58 mit den Ausgängen Q₂ und Q₆ der Ablaufsteuerung 40 verbunden ist, die zu diesem Zeitpunkt beide eine logische Null aufweisen.

Der vom Steuer-Monoflop 31 in dem unmittelbar nach dem Auftreten eines Zeitmarkensignals am Eingang fliegenden, durch das Ausgangssignal Q\ der Ablaufsteuerung 40 gekennzeichneten Zeitraum abgegebene Ausgangsimpuls wird also nur durch das UND-Gatter 34 weitergegeben und steuert den als SampIe-and-Hold-Schaltung ausgebildeten Analogspeicher 48 so an, daß dieser über die Leitung 49 den zu diesem Zeitpunkt am Ausgang der Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung 16 anliegenden und den Feinmeßwert des betreffenden Zeitmarkensignals darstellenden Spannungswert übernimmt.

Während des eben beschriebenen Zeitraums hat der vom Start-Monoflop 24 abgegebene und durch das Verzögerungsglied 43 verzögerte Impuls über die Leitung 51 dann, wenn es sich um das erste Zeitmarkensignal der auszumessenden Reihe handelt, auch das Zähler-Steuerflipflop 52 gesetzt, so daß der Zähler 53 mit dem Abzählen der ihm über die Leitung 54 vom Oszillator 20 zugeführten Impulse begonnen hat. Das vom Gatter 21 aufgrund des Ausgangsimpulses des Start-Monoflops 24 beim Auftreten der ersten steigenden Oszillatorimpulsflanke nach dem Zeitmarkensignal abgegebene Steuersignal wurde außerdem über die Leitung 57 der Interrupt-Anforderung des Mikroprozessors to zugeleitet, der daraufhin über das UND-Gatter 55 einen Lesebefehl an den Zähler 53 abgegeben hat, so daß ihm über den gemeinsamen Daten-Bus der nach der interessierenden steigenden Oszillatorimpulsflanke im Zähler enthaltene Zählerstand zugeführt worden ist. Alle diese Abläufe ereignen sich, wie gesagt, während der Zeit Qi, die dadurch beendet wird, daß der Ausgangsimpuls des Steuer-Monoflops 31 über das Verzögerungsglied 56 an das ODER-Gatter 45 und von diesem an das Trigger-Monoflop 46 gelangt, das nun die Ablaufsteuerung 40 auf die Zeit Q₂ weiterschaltet.

Außerdem werden durch das vom Verzögerungsglied 56 abgegebene Signal das noch immer gesetzte Setz- Flipflop 15 und das Stop-Flipflop 18 zurückgesetzt, wodurch auch die Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung 16 in ihren Ausgangszustand zurückgebracht und für den nächsten Meßvorgang vorbereitet wird.

Durch das Takten der Ablaufsteuerung 40 erscheint an deren Ausgang Q₂ eine logische 1, die über das ODER-Gatter 50 und die Leitung 35 einerseits an den Eingang E1 der Start-Stopp-Steuerung 26 und andererseits an den zweiten Eingang des UND-Gatters 33 gelegt wird, das somit für den gesamten, nun beginnenden Zeitraum Q₂ geöffnet bleibt

Die Ansteuerung der Start-Stop-Steuerung 26 über den Eingang Ei bewirkt, daß die Start-Stop-Steuerung 26 über ihre beiden Ausgänge genau gleichzeitig jeweils ein Signal abgibt. Das am Start-Ausgang abgegebene Signal gelangt über die Leitung 59 an den zweiten Eingang des ODER-Gatters 1 und von diesem über das zur Zeit offene UND-Gatter 2 an den Setzeingang des Setz-Flip-Flops 15, das über seinen Q-Ausgang die Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung 16 startet und das Stop-Flip-Flop 18 für den Empfang eines Stopimpulses vorbereitet. Dieser Stopimpuls kommt ebenfalls von der Start-Stop-Steuerung 26 über das ODER-Gatter 28 und das zur Zeit offene UND-Gatter 28, so daß also das Stop-Fiipfiop 18 praktisch gleichzeitig mit dem Start-Flipflop 15 gesetzt wird. Da das Ausgangssignal des Stop-Flipflops 18 aber durch das Verzögerungsglied um die Zeit r verzögert an die Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung 16 gelangt, arbeitet letztere für einen entsprechenden Zeitraum und erzeugt an ihrem Analogausgang eine Signalspannung, die aufgrund der speziellen Wahl von r im wesentlichen den nichtlinearen Anfangsteil eines jeden Meßsignals kennzeichnet und darüber hinaus auch eventuell vorhandene Laufzeitunterschiede auf den Wegen von den ODER-Gattern 1 bzw. 27 zur Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung 16 beinhaltet.

Auf der Leitung 49 erscheint also ein Korrekturwert, der nun durch den vom Steuer-Monoflop 31 abgegebenen Impuls, der über das geöffnete UND-Gatter 33 an den Analogspeicher 60 gelangt, in letzteren eingeschrieben wird. Da in diesem Zeitraum Q₂ die Ablaufsteuerung 40 sowohl auf ihrem Ausgang Q\ als auch auf ihrem Ausgang Q₅ eine logische Null abgibt, die über die Leitungen 38 bzw. 71 an das ODER-Gatter 37 gelangen, ist das UND-Gatter 34 gesperrt, so daö der den während der vorausgehenden Zeit Q\ gewonnenen Feinmeßwert enthaltende Analogspeicher 48 nicht angesteuert wird. ..-,

Wie am Ende der Zeit Q\ wird auch jetzt der vom Monoflop 31 abgegebene Ausgangsimpuls über das Verzögerungsglied 56 einerseits zum Zurücksetzen an das Setz-FIipflop 15 und das Stop-Flipflop 18 und andererseits über das ODER-Gatter 45 an den ■-,<> Takteingang des Trigger-Monoflops 46 gelegt, das die Ablaufsteuerung 40 auf die Zeit Q₁ weiterschaltet.
■ Die somit am Ausgang Q₃ erscheinende logische I gelangt über das ODER-Gatter 36 und die Leitung 67 einerseits an den START-Eingang des Analog/Digital- v, Wandlers 65, der an seinem Analogeingang die von dem Differenzverstärker 62 abgegebene Signalspannung erhält, die einem korrigierten Zeit-Feinmeßwert des empfangenen Zeitmarkensignals entspricht, wie er mit einer ideal linear arbeitenden und ohne Laufzeitunter- ho schiede angesteuerten Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung 16 gewonnen worden ware.

Sobald der Analog/Digital-Wandler 65 diese analoge Signalspannung digitalisiert hat, gibt er über seinen FNDl--Ausgang ein Signal ab, das durch das vermittels 1,-. der auf der Leitung 67 im Zeitraum Q_s erscheinenden logischen 1 aufgesteuerte UND-Gatter 68 an die Interrupt-Anforderung des Mikroprozessors 10 gelangt und diesen veranlaßt, über das UND-Gatter 69 den Puffer-Enable-Eingang des Analog/Digital-Wandlers 65 anzusteuern, so daß der korrigierte Feinzeitmeßwert in digitaler Form über den gemeinsamen Daten-Bus an den Mikroprozessor 10 weitergegeben wird.

Die eben beschriebenen Vorgänge laufen so rasch ab, daß das vom ODER-Gatter 36 abgegebene Signal über die Leitung 67 auch an einen der Eingänge des ODER-Gatters 45 gelegt werden kann, so daß das Trigger-Monoflop 46 getaktet wird und die Ablaufsteuerung 40 auf den Ausgang Q_A weiterschaltet. Die hier erscheinende logische 1 wird lediglich dazu benutzt, über das ODER-Gatter 25 die Start-Stop-Steuerung 26 wieder in ihren Ausgangszustand zurückzuversetzen und über das ODER-Gatter 45 und das Trigger-Monoflop 46 die Ablaufsteuerung 40 auf die Zeit Q₅ weiterzuschalten.

Die somit am Ausgang Q₅ erscheinende logische 1 gelangt über die Leitung 71 einerseits an den Eingang £2 der Start-Stop-Steuerung 26 und andererseits an den einen der beiden Eingänge des ODER-Gatters 37, das diese logische 1 an das UND-Gatter 34 weitergibt, so daß dieses Gatter während des nun folgenden Zeitraums Q₅ geöffnet bleibt

Die Ansteuerung der Start-Stop-Steuerung 26 über den Eingang £2 führt dazu, daß die Start-Stop-Steuerung 26 zunächst über die Leitung 59 ein Startsignal abgibt, das mit den über die Leitung 72 an die Start-Stop-Steuerung 26 gelangenden Impulsen des Oszillators 20 zeitlich genau korreliert ist und beispielsweise exakt einer steigenden Flanke eines solchen Oszillatorimpulses entspricht. Durch dieses Startsignal wird über das ODER-Gatter 1 und das Setz-FIipflop 15 wieder die Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung 16 in Betrieb genommen. Anders als bei der zur Zeit Q₂ erfolgenden Ansteuerung der Start-Stop-Steuerung 26 über den Eingang El wird nunmehr das Stop-Signal aber nicht gleichzeitig, sondern später als das Start-Signal abgegeben, und zwar so, daß auch das Stop-Signal exakt beispielsweise mit einer steigenden Impulsflanke des Oszillators 20 zusammenfällt. Dieses Stop-Signal gelangt ebenfalls über das ODER-Gatter 27. das Stop-Flipflop 18 und das Verzögerungsglied 30 an die Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung 16, die somit an ihrem Ausgang ein Signal liefert, dessen Amplitude durch den sehr genau bekannten Abstand der beiden von der Start-Stop-Steuerung 26 weitergeleiteten Oszillatorimpulsflanken und die hierzu addierte Verzögerungszeit τ des Verzögerungsgliedes si festgelegt ist.

Zur Nacheichung der Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung 16 wird dieses Ausgangssignal über die Leitung 49 an die beiden Analogspeicher 48 und 60 gelegt, von denen allerdings nur der Speicher 48 durch den Ausgangsimpuls des Monoflops 31 über das geöffnete UND-Gatter 34 zum Einlesen angesteuert wird. Das UND-Gatter 33 ist über die Leitung 35 gesperrt, da im gegenwärtigen Zeitraum Q₅ weder am Ausgang Q₂ noch am Ausgang Q₆ der Ablaufsteuerung 40 eine logische I anliegt,

Der el. ich das Verzögerungsglied 56 weitergegebene Ausgangsimpuls des Steuer-Monoflops 31 setzt in der beschriebenen Weise die Flipflops 15 und 18 zurück und schaltet über das ODER-Gatter 45 und das Trigger-Monoflop 46 die Ablaufsteuerung auf die Zeit Q* weiter.

Die somit am Ausgang Q* erscheinende logische I gelangt über das ODER-Gatter 58 auf die Leitung 35 und löst somit die gleichen Steuerfunktionen aus, wie sie

oben bereits im Zusammenhang mit der Zeit Qi beschrieben wurden. Es wird also wieder ein der Verzögerungszeit τ entsprechender Korrekturwert der Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung 16 erzeugt und in den Analogspeicher 60 eingelesen. Die Weiterschaltung der Ablaufsteuerung 40 erfolgt wieder über den Ausgangsimpuls des Steuermonoflops 31, so daß dann am Ausgang Qj eine logische 1 erscheint.

Diese logische 1 gelangt über das ODER-Gatter 36 auf die Leitung 67 und löst dort die gleichen Funktionen aus, wie dies oben für die Zeit Qs beschrieben wurde. Es wird nunmehr der am Ausgang des Differenzverstärkers 62 erscheinende korrigierte Eichwert für die Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung 16 in den Analog/ Digital-Wandler 65 eingelesen, von diesem digitalisiert und an den Mikroprozessor weitergegeben.

Da die am Ausgang Qi erschienene logische 1 über die Leitung 67 auch an das ODER-Gatter 45 weitergegeben wird, wird durch das Trigger-Monoflop 46 die Ablaufsteuerung 40 auf die Zeit Qs weitergeschaltet Die am entsprechenden Ausgang erscheinende logische i gelangt über das ODER-Gatter 41 unmittelbar an den Rücksetzeingang der Ablaufsteuerung 40, so daß diese in ihren Bereitschaftszustand zurückgesetzt wird, in dem an keinem der Ausgänge Qi bis Qb eine logische 1 vorhanden ist. Damit ist die gesamte Schaltungsanordnung bereit, das nächste Zeitmarkensignal zu empfangen.

Die wesentlichsten zur Bildung der interessierenden Zeitabstände und zur Durchführung der Korrektur- und jo Eichwertbilduiig erforderlichen Vorgänge werden nun nochmals anhand von F; g. 2 im .·inzelnen erläutert.

In der obersten Zeile E sind beispielsweise drei Zeitmarkensignale einer Signa'; ".ihe wiedergegeben, deren Zeitabstände ΔΤ\ und ΔΤι ausgemessen werden » sollen.

In der zweiten Zeile zeigt F i g. 2 die am Ausgang des ODER-Gatters 1 erscheinenden Impulse. Dies sind zunächst einmal die drei jeweils den Signalen E zugeordneten Impulse, deren steigende Flanken auf- 4» grand der Gatterlaufzeit um s gegen die steigenden Flanken der Zeitmarkensignale verzögert sind, doch ist diese Verzögerung — anders als in F i g. 2 dargestellt — außerordentlich klein und spielt auch bei einer angestrebten sehr hohen Meßgenauigkeit keine Rolle, da sie über die kurzen Zeiten Δ 7Ί bzw. Δ Ti als konstant angenommen werden kann.

Zur Ermittlung von ΔT\ und ΔΤ2 ist es also ohne Fehler möglich, die Zeitabstände der steigenden Flanken der in Rede stehenden Impulse am Ausgang des 5n Gatters 1 zu messen.

Das Zeitmarkensignale über das Start-Monoflop 24, die Leitung 23 und das Gatter 21 auch an den Mikroprozessor 10 gelangen, kann durch diesen aus dem Zähler 53 der nach dem ersten dieser drei Impulse erreichte Zählwert ausgelesen werden.

Gemäß Fig.2, in deren dritter Zeile von oben die Rechtecksimpulse des Oszillators 20 dargestellt sind, ist dies der Zählwert/7 +2.

In entsprechender Weise werden nach dem zweiten fto Zeitmarkensignal aus dem Zähler 20 der Zählwert n + 6 und nach dem dritten Zeitmarkensignal der Zählwert n+ 10 ausgelesen.

Somit erhält man für die interessierenden Zeitabstände Δ 7*i und Δ 7j die Grobmeßwerte b3

Man sieht, daß aufgrund der hierangenommenen Tatsache, daß zwischen den einzelnen Zeitmarkensignalen nur wenige Oszillatorimpulse auftreten, diese Grobmeßwerte nicht geeignet sind, um den vorhandenen Unterschied zwischen ΔΤ\ und ΔΤ₂ sichtbar zu machen.

Daher wird gleichzeitig mit der steigenden Flanke eines jeden einem Zeitmarkensignal entsprechenden Ausgangsimpulses des Gatters 1 die Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung 16 gestartet, deren Ausgangssignal, wie in der untersten Zeile von Fig.2 dargestellt, zunächst in nichtlinearer Weise, spätestens aber nach der Zeit r streng proportional mit der Zeit anwächst.

Die auf die steigenden Flanken der den Zeitmarkensignalen zugeordneten Impulse am Ausgang des Gatters 1 jeweils unmittelbar folgenden steigenden Impulsflanken des Oszillators 20 sind in F i g. 2 mit den Zählwerten /7+2, n+6 und /7+10 gekennzeichnet und besitzen von den ersteren die als Zeit-Feinmeßwerte interessierenden Zeitabstände Δ U, Δίι und Δί^. Die eben genannten steigenden Impulsflanken des Oszillators 20 werden über die Gatter 21, 27 und 28 und das Stop-Flipflop 18 an das Verzögerungsglied 30 gegeben, das, wie in der zweiten Zeile von unten in F i g. 2 dargestellt, mit der vorbestimmten Verzögerungszeit r einen Stopbefehl an die Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung 16 weiter gibt.

Somit stehen am Ausgang der Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung 16 zu den Zeiten Δ u + r, Δ ti + r und Ats + T die Amplituden A\, Ai und A3 zur Verfugung, die jeweils in die zuvor gelöschte erste Sample-and-Hold-Schaltung 48 eingegeben werden, worauf die Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung 16 auf ihren Ausgangspegel zurückgesetzt wird.

Mit der jeweils nächsten fallenden Oszillatorimpulsflanke erzeugt nun die über ihren Eingang E 2 von der Ablaufsteuerung 40 aktivierte Start-Stop-Steuerung 26 gleichzeitig einen Start- und einen Stop-lmpuls.

Der Start-Impuls erscheint am Ausgang des Gatters 1 praktisch ohne Verzögerung, wie dies in Zeile 2 der Fig.2 dargestellt ist und bewitkt das in der untersten Zeile dieser Figur dargestellte erneute Ansteigen des Ausgangssignals der Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung 16.

Der Stop-lmpuls durchläuft die Verzögerungsschaltung 30 und erscheint mit der Verzögerung τ an deren Ausgang. Nach jeder Meßwerterfassung wird also die Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung nochmals für die Zeit τ in Betrieb gesetzt, was zur Erzeugung der in der untersten Zeile der Fig.2 ebenfalls dargestellten Korrekturwerte <xi, xi und 0.3 führt.

Diese Korrekturwerte werden jeweils in die zweite Sample-and-Hold-Schaltung 60 eingegeben und durch den Differenzverstärker 62 von den in der ersten Sample-and-Hold-Schaltung 48 jeweils gerade enthaltenen Meßwerten A\ bzw. Ai bzw. Ai subtrahiert, so daß nach den Gleichungen
Α]-<Χ\=*ΔΑι Ai- oti = Δ Ai

in den Analog/Digitalwandler 65 die zu den interessierenden Zeit-Feinmeßwerten &t\, Δ ti und ZW3 streng proportionalen Amplitudenwerte eingegeben werden. Hieraus kann der Rechner 10 dann die Zeit-Feinmeßwerte bestimmen und gemäß den Gleichungen

die gesuchten Zeitabstände Δ 7Ί und Δ 7j berechnen.

Es sei hier nochmals darauf hingewiesen, daß sich die so gewonnenen Zeitabstände AT\, OTj,... aufsummieren lassen, ohne daß es zu einer Summierung der

Meßfehler kommt. Aus den beiden obigen Gleichungen folgt nämlich

AT₁ +AT₁+■■ = A T_u,+ A i\- A h_ + A TG + A t_: - A h,

Man sieht, daß hier mit Ausnahme von At\ sämtliche mit Meßfehlern behaftete Feinzeitmeßwerte Ah, Au ... herausfallen, so daß sich ihre Fehler nicht summieren können.

Die die Messung der Korrekturwerte «ι, <%2, «3 . · ■ einleitenden intern erzeugten Start-Impulse müssen nicht unbedingt in der dargestellten Weise zeitlich mit den fallenden Oszillatorimpulsflanken korreliert sein, die unmittelbar auf die die Aufnahme der Meßwerte A_t, Ai, A3 beendenden steigenden Oszillatorimpulsflanken folgen. Wesentlich ist nur, daß sie so rechtzeitig nach der jeweils vorausgegangenen Meßwerterfassung erzeugt werden, daß der durch sie erhaltene Korrekturwert «ι, »2, Oii... ein vernünftiges Maß für den im 7 !gehörigen Meßwert enthaltenen, im wesentlichen nichtlinearen Anteil darstellt Außerdem muß dafür gesorgt sein, daß die Korrekturwerterfassung abgeschlossen ist, bevor die nächste Meßwert- bzw. Eichwerterfassung beginnt.

Weiterhin ist in Fig.2 eine im Zeitraum AT\ stattfindende Eichwerterfassung zum Nacheichen der Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung 16 mit Hilfe des Quarzoszillators 20 dargestellt.

Zu diesem Zweck erzeugt die über den Eingang El von der Ablaufsteuerung 40 getriggerte Start-Stop Steuerung 26 zunächst einen Start-Impuls, der exakt mit dem Ausgangssignal des Oszillators 20 synchronisiert ist. In F i g. 2 ist dies der dritte Impuls von links in der Zeile ODER 1.

Ebenso exakt mit dem Osziilatorsignal synchronisiert gibt die Start-Stop-Steuerung 26 um eine vorgegebene Anzahl von Oszillatorhalb- oder -vollperioden verzögert ein Stop-Signal über das ODER-Gatter 27 ab. Ir. F i g. 2 ist der einfacheren Darstellung halber angenommen, daß der Stop-Impuls genau eine Quarz-Halbperiode nach dem Start-Impuls erzeugt wird. Er durchläuft ebenfalls das Verzögerungsglied 30, so daß also die Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung nach der Zeit Ω/2 + τ angehalten wird; an ihrem Ausgang liegt dann ein Signal mit der Amplitude A fan, das wie ein normaler Zeitmeßwert zunächst in der ersten Sample-and-Hold-Schaltung 48 zwischengespeichert wird. Hierauf wird durch Ansteuerung des Eingangs El der Start-Stop-Steuerung 26 in der gleichen Weise, v»ie dies oben für die Zeitmeßwerte beschrieben wurde, ein Korrekturwert <XE erzeugt, so daß der Differenzverstärke- 62 den eigentlich interessierenden Eichwert AAc erzeugen kann, der dann ebenfalls digitalisiert und vom Rechner 10 weiter verarbeitet wird.

Jedesmal, wenn zwischen aufeinanderfolgenden Zeitmarkensignalen eine genügend große Anzahl von Oszillatorimpulsen auftritt, ist es innerhalb des betreffenden Zeitraumes ermöglich, eine Nacheichung der Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung 16 in der eben beschriebenen Weise vorzunehmen, so daß die gesamten Zeitabstandsmessungen letztlich mit der Genauigkeit und Langzeitkonstanz des quarzgesteuerten Oszillators durchgeführt werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (22)

Patentansprüche:

1. Zeitmeßverfahren, bei dem der Zeitabstand zwischen jeweils zwei nacheinander erscheinenden Zeitmarkensignalen durch vorzeichenrichtige Summation eines durch Multiplizieren der Anzahl der während dieses Zeitraumes aufgetretenen Schwingungsperioden eines frei laufenden Oszillators mit der Periodenlänge des Oszillators gewonnenen Grobmeßwertes und die zeitliche Lage der Signale bezüglich der Oszillatorschwingungen darstellender, jeweils über einen analogen Verarbeitungsschritt erhaltener Feinmeßwerte berechnet wird, wobei der analoge Verarbeitungsschritt aus einer analogen Messung des Zeitabstandes zwischen dem betreffenden Zeitmarkensignal und einem nachfolgenden, zur Abzählung verwendeten Teil der Oszillatorschwingung besteht dadurch gekennzeichnet, daß die spätestens beim Auftreten des ersten ZeitmarkenMgnals einer aus mehr als zwei nacheinander erscheinenden Zeitmarkensignaien bestehenden Signalreihe begonnene Abzählung der Oszillatorschwingungen ohne Unterbrechung fortgesetzt und der nach jedem Auftreten eines weiteren Zeitmarkensignals erreichte Zählwert ausgelesen und gespeichert wird und daß zur Berechnung des Grobmeßwertes für den Zeitabstand zweier beliebiger Zeitmarkensignale der nach dem früheren der beiden Zeitmarkensignale erreichte Zählwert von dem nach dem späteren der beiden Zeitmarkensignale erreichten Zählwert subtrahiert wird.

2. Verfahren nach Anspruc\ 1, dadurch gekennzeichnet, daß der frei leufende Oszillator quarzgesteuert ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Analogmessungen zur Gewinnung der Feinmeßwerte mit Hilfe von Zeit/Amplituden-Wandlerschaltungen durchgeführt werden, die nach Triggerung durch ein Start-Signal 4n ein in seiner Amplitude mit der Zeit stetig und monoton anwachsendes und somit ein Maß für die seit dem Start-Signal verstrichene Zeit bildendem Ausgangssignal liefern.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Analogmessungen für die Gewinnungder Feinmeßwerte sämtlicher Zeitmarkensignale mit ein und derselben Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung durchgeführt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn- ίο zeichnet, daß die Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung jeweils durch das betreffende Zeitmarkensignal gestartet, durch einen hierauf folgenden Nulldurchgang der Oszillatorschwingung angehalten und nach Speicherung der so gewonnenen Ausgangsamplitu- ϊ^Γ> de als Feinmeßwert zurückgesetzt wird und daß der nach diesem Nulldurchgang erhaltene Zählwert zur Bestimmung des Grobmeßwertes herangezogen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn- m> zeichnet, daß ziim Anhalten atr Zeit/Amplitutlen-Wandlerschaltung der erste nach dem jeweiligen Zeitmarkensignal auftretende Nnlldurchgan;* der Os/.illatorschwingung Verwendung findet.

7. Verfahren nach Anspruch 5, ladurch gekenn· ί^; zeichnet, daß zum Anhalten der Zeit/A.mplitwdrr

W;incllerschalti]t"!^ der ers'c nach Hern j<?w;'!i.:;i:n ^f!op (24) und den Set/ringt

/f.iiiii.iri-:rrisi!'.h:!l iiiifin'liMulc. in liner vrir i;-?go':)e- ..iiii.iruci !"^!'"'i Πί_;)Π< ;>'· (¹J?)

nen Richtung erfolgende Nulldurchgang der Oszillatorschwingung Verwendung findet.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung zwischen den Feinzeitmessungen immer wieder dadurch nachgeeicht wird, daß sie durch einen Nulldurchgang der Oszillatorschwingung gestartet und durch einen nachfolgenden Nulldurchgang der Oszillatorschwingung angehalten wird und daß der so erhaltene Eichmeßwert der Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung mit dem zwischen diesen beiden Nulldurchgängen der Oszillatorschwingung liegenden Zeitraum verglichen wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Anhalten der Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung durch den entsprechenden Nulldurchgang der Oszillatorschwingung bei jeder Feinzeitmessung und bei jeder Eichmessung mit einer vorbestimmten zeitlichen Verzögerung erfolgt und daß die Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung nach jeder dieser Messungen durch ein schaltungsintern erzeugtes Startsignal gestartet und durch ein gleichzeitig mit diesem Startsignal erzeugtes, ebenfalls der vorbestimmten zeitlichen Verzögerung unterworfenes Stopsignal wieder angehalten wird und daß der so gewonnene Korrekturwert von dem vorausgehend gewonnenen Zeitmeßwert bzw. Eichmeßwert subtrahiert wird.

10. Verfahren nach einem dei Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Oszillator mit rechteckförmigem Ausgangssignal Verwendung findet, wobei an die Stelle der Nulldurchgänge der Oszillatorschwingungen die Durchgänge der Impulsflanken durch einen vorgegebenen Spannungspegel treten.

11. Zeitmeßvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit einem frei laufenden Oszillator, einem zur Erfassung von Grobmeßwerten die Schwingungsperioden des Oszillators abzählenden Zähler, einer zur Erfassung von Feinzeitmeßwerten die zeitliche Lage der Zeitmarkensignale bezüglich der Oszillatorschwingungen verarbeitenden Analogschaltung, einer aus den Grob- und Feinmeßwerten die interessierenden Zeitabstände berechnenden Rechenschaltung und einer Ablaufsteuerung, dadurch gekennzeichnet, daß eine den Zähler (53) spätestens beim Auftreten des ersten Zeitmarkensignals freigebende und frühestens nach dem Auftreten des letzten Zeitmarkensignals der auszumessenden Signalreihe anhaltende Steuerschaltung (52) vorgesehen ist und daß die Analogschaltung eine einzige, für sämtliche Zeitmarkensignale die Feinmeßwerte bestimmende Zeit/ Amplituden-Wandlerschaltung (16) umfaßt.

12. Zeitmeßvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (52) ein Flipflop ist, dessen Q- bzw. ^-Ausgang mit dem Freigabe- bzw. Sperreingang des Zählers (53) verbunden ist, dessen Sttzeingang durch den Ausgangsimpuls eines durch die Zeitmarkensignale getriggerten »Start«-Monoflops (24) und dessen Rückset/einganp durch die dar. Ende der Zeitmarkensignalreihe feststellende Rechenschaltung (10) ansteuerbar i',t.

13. Zeitmeßverfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daft zwischen das »St«rt«-Mono-

.Ic?? ι!cπ

Zrhlcr (53) ■■pingsf/ücd

(43) geschaltet ist

14. Zeitmeßvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem (^-Ausgang des »Start«-Monoflops (24) ein UND-Gatter (21) verbunden ist, dessen zweiter Eingang die Ausgangssignale des Oszillators (20) erhält und dessen Ausgang an die Rechenschaltung (10) ein Befehlssignal zum Auslesen des momentan im Zähler (53) enthaltenen Zählwertes liefert

15. Zeitm"3vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Start-Eingang der Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung (16) mit dem (^-Ausgang eines »Setz«-Flipflops

(15) verbunden ist, dessen Setzeingang durch die Ausgangssignale eines ODER-Gatters (1) ansteuerbar ist, dessen einem Eingang die Zeitmarkensignale zugeführt sind

16. Zeitmeßvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopeingang der Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung (16) über ein Verzögerungsglied (30) mit dem Q-Ausgang eines »Rüeksetzw-Flipfiops (18) verbunden ist, dessen Dateneingang (D) am Q-Ausgang des »üetz«-Flip- pflops (15) liegt und dessen Takteingang durch die Ausgangssignale eines ODER-Gatters (27) ansteuerbar ist, dessen einer Eingang mit dem Ausgang des jeweils das erste nach dem Auftreten eines Zeitmarkensignals erscheinende Oszillatorausgangssignal durchlassenden UND-Gatters (21) verbunden ist

17. Zeitmeßvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine zwei Triggereingänge (E 1, E2), einen Takteingang und zwei Signalausgänge (START, STOP) aufweisende, bei Ansteuerung des einen Triggereingangs (Ei) auf beiden Ausgängen (START, STOP) genau gleichzeitig jeweils ein Signal und bei Ansteuerung des anderen Triggereingangs (E2) auf den beiden Ausgängen (START, STOP) nacheinander und mit den am Takteingang anliegenden Signalen zeitlich streng korrelierte Ausgangssignale abgebende Start-Stop- Steuerung (26) vorgesehen ist, deren einer Ausgang (START) mit dem zweiten Eingang des die Zeitmarkensignale empfangenden ODER-Gatters (1) und dessen anderer Ausgang (STOP) mit dem zweiten Eingang des das »Stop«-Flipflop (18) ansteuernden ODER-Gatters (27) verbunden ist und an deren Takteingang die Ausgangssignale des Oszillators (20) anliegen.

18. Zeitmeßvorrichtung nach Anspruch 17, da durch gekennzeichnet, daß der zweite Triggereingang (El) der Start-Stop-Steuerung (26) durch die Ablaufsteuerung (40) zwischen den Feinzeitmessungen zur Durchführung einer Eichmessung für die Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung (16) und der erste Triggereingang (E 1) der Start-Stop-Stcuerur.g (26) durch die Ablaufsteuerung (40) nach jeder Feinzeitmessung und nach jeder Eichmessung zu einer Korrekturwertmessung für die Zeit/Amplituden- Wandlerschaltung (16) ansteuerbar ist.

19. Zeitmeßvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ausgang der Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung (16) in paralleler Anordnung die Eingänge von zwei Anaiogspei- chern (4·, 60) nachgeschaltet sind, die zur Übernah me des von der Zeit/Amplituden-Wandlerschaltung

(16) abgegebenen Signals durch ein Monoflop (3!) ansteuerbar sind, das durch das Ausgaiigssign;i! i)er>

dem »Rücksetz«-Flipflop (18) nachgeschalteten Verzögerungsgliedes (30) triggerbar ist.

20. Zeitmeßvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß dem Steuereingang des einen Analogspeichers (48) das Ansteuersignal des Monoflops (31) über ein UND-Gatter (34) zuführbar ist, an dessen zweiten Eingang ein Freigabesignal der Ablaufsteuerung (40) zumindest am Ende einer jeden Feinzeitmessung und am Ende einer jeden Eichwertmessung anliegt, und daß dem Steuereingang des anderen Analogspeichers (60) das Ansteuersignal des Monoflops (31) über ein UND-Gatter (33) zuführbar ist, an dessen zweiten Eingang ein Freigabesignal der Ablaufsteuerung (40) immer gleichzeitig mit dem Ansteuersignal des ersten Triggereingangs (Ei) der Start-Stop-Steuerung (26) anliegt.

21. Zeitmeßvorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des einen Analogspeichers (48) mit dem positiven Eingang und der Ausgang des anderen Anale. Speichers (60) mit dem negativen Eingang eines d'.fffrenzbüdenden Gliedes (62) verbunden ist, dessen Ausgang mit dem Analogeingang eines Analog/Digital-Wandlers (65) verbunden ist.

22. Zeitmeßvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechenschaltung (10) durch die Ablaufsteuerung (40) nach jeder Korrekturwertmessung zur Übernahme des am Digitalausgang des Analog/Digital-Wandlers (65) erscheinenden, korrigierten, digitalisierten Fein-bzw. Eichmeßwertes ansteuerbar ist.