DE3304205A1 - Digitalisiertes abgriffsystem - Google Patents

Description

Digitalisiertes Abgri ffsystem

Die Erfindung betrifft ein Abgriff system, das zur Verwendung mit einer Trägheitsnavigationsanordnung vorgesehen ist, und insbesondere ein digitalisiertes Abgriffsystem mit einem Kippgenerator zur Verwendung mit einem Trägheitssensor einer Trägheitsnavigationsanordnung.

Das digitalisierte Abgriffsystem gemäß der Erfindung soll ein digitalisiertes Fehlersignal aus den Abgriffelementen von üblichen Trägheitssensoren, d. h. von Kreiseln und Beschleunigungsmessern, erzeugen. Der digitale Fehler kann dann in eine Mikrocomputerschaltung eingegeben werden, in der eine Fangschleifenstabilisierung vorgenommen wird»

Die konventionellen Trägheitssensoren sind entweder mit veränderlichen Induktiv!täts- oder veränderlichen Kapazitäts-Fehlerabgriffen versehen, welche aus zwei diametral einander gegenüberliegenden Elementen bestehen. Der Lagefehler des Sensors führt zu Luftspaltänderungen, die die Reaktanz eines Elements erhöhen und die seines Gegenelements verringern.

Das vorbekannte Abgriffsystem, durch das ein Abgriffehler™ signal erzeugt wird, weist in Reihe geschaltete Abgriffelemente auf und regt jedes Ende der Kombination mit einer unterschiedlichen Polarität eines abgeglichenen Trägersignals an, das auf Erde bezogen ist. Ein auf Erde bezogenes Fehlersignal tritt dann an der Verbindungsstelle der AbgriffeIemente auf. Dieses Signal wird üblicherweise auf einen Trägerverstärker und dann auf einen durch einen Referenzträgerstrom angeregten Demodulator gegeben, dessen Ausgang analog zum Lagefehler in dem Sensor ist.

Las vorbekannte Abgriffsystem enthält für diese Sensoren Fangschleifen, für die die obige Schaltung und die Verwendung eines Analog/Digital-Umsetzers zwischen dem Analogfehlersignal und dem digitalen Eingang des datenverarbeitenden Gerätes erforderlich ist. Der hauptsächliche Nachteil liegt bei dem vorbekannten Abgriffsystem in dem Umfang des benötigten Schaltungsaufbaus, der eine Referenzansteuerungsquelle, einen Ansteuerungsumformer, einen Vorverstärker, einen Demodulator und einen normalen Analog/ Digital-Umsetzer erfordert.

Ein weiterer Nachteil des vorbekannten Abgriffsystems ist die Empfindlichkeit des digitalen Ausgangs gegenüber Offset des Demodulators und des Analog/Digital-Umsetzers.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein digitalisiertes Abgriffsystem für die Verwendung mit einem CPrägheitssensor einer Trägheitsnavigationsanordnung zu schaffen, bei dem der Umfang und die Zahl der Elemente sowie die Größe und der Preis des Schaltungsaufbaus minimiert sind. Die Erfindung zielt weiterhin darauf ab, ein digitalisiertes Abgriffsystem zur Anwendung mit einem Trägheitssensor eines !Erägheitsnavigationssystems zu schaffen, bei dem die Empfindlichkeit gegenüber Verstärker-Off set minimiert ist.

Diese Aufgabe ist durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemaßen Abgriffsystems sind in den Patentansprüchen 2 bis 10 gekennzeichnet.

Erfindungsgemäß weist ^as digitalisierte Abgriffsystem zum Abtasten der relativen Lage zweier beabstandeter Abgriffelemente einen Relaxationsoszillator, der nacheinander ein Abgriffelement auswählt und die Schwingfrequenz des ausgewählten Abgriffelements bestimmt, einen Datenumsetzer, der die Periode der Schwingfrequenz des ausgewählten Abgriffelements mißt, und eine Logikschaltung auf, die die Periodendifferenz mißt und einen digitalen Ausgang zur digitalen Darstellung der Periodendifferenz als Maß für die relative Lage der beiden Abgriffelemente besitzt.

Verglichen mit der Empfindlichkeit des digitalen Ausgangs ^5 vorbekannter Abgriffsysteme gegenüber einer Meßwertverschiebung bzw. Offset des Demodulators und des Analog/Digital-TJmsetzers ist die erfindungsgemäße Schaltung im wesentlichen unempfindlich gegen eine Verstärker-Offsetspan-

nung.
20

Wie sich aus einem nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ergibt, wird der oben erwähnte Umfang des Schaltungsaufbaus durch Verwendung eines Relaxationsoszillators, der an die Abgriffelemente angeschlossen ist, eines Datenumsetzers, der mit dem Relaxationsoszillator verbunden ist und einer Logikschaltung verringert, die an den Datenumsetzer angeschlossen ist und einen Ausgang besitzt, der eine digitale Darstellung der Abgrifflage liefert.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind den übrigen Ansprüchen und dem anschließenden Beschreibungsteil zu entnehmen, in dem ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert wird. Es zeigen:

- ίο -

Figur 1 ein Blockdiagramm eines digitalisierten Abgriff

systems gemäß der Erfindung; 5

Figur 2 eine schematische Darstellung eines Sensorschal tungsabschnittes des Systems in Figur 1;

Figur 3 ein Blockdiagramm eines Steuerkreisabschnittes ' Systems in Figur 1 ; und

Figur 4A und Figur 4B schematische Darstellungen zweier Teile des Steuerkreisabschnittes in Figur 3·

^ 5 In Figur 1 ist ein digitalisiertes Abgriffsystem 10 dargestellt. Das digitalisierte Abgriffsystem 10 weist eine Trägheitsmeßeinheit 12 und eine Schaltungsanordnung 14 für das Digitalisieren des Abgriffs auf.

I_n Figur 1 enthält die Trägheitsmeßeinheit 12 einen ersten Kreisel bzw. Trägheitssensor 16 und einen zweiten Kreisel bzw. Trägheitssensor 18. Der erste Kreisel 16 besitzt eine erste Abgriffanordnung 20 und eine zweite Abgriffanordnung 22. Die Abgriffanordnung 20 weist ein erstes Abgriffelement 24 und ein zweites Abgriffelement 26 auf. Die Abgriffanordnung 22 besitzt ein erstes Abgriffeleiaent 28 und ein zweites Abgriffelement 30. Der zweite Kreisel 18 weist eine erste Abgriffanordnung 32 und eine zweite Abgriffanordnung 34 auf. Die Abgriffanordnung 32 besitzt ein erstes Abgriffelement 36 und ein zweites Abgriffelement 38. Die Abgriffanordnung 34 weist ein erstes Abgriffelement 40 und ein zweites Abgriffelement 42 auf. Ein vorbekannter Kreisel, wie beispielsweise der Kreisel 16 und der Kreisel 18, ist in der US-PS 3 354 726 von W. J. Krupick und S. Cimera, die auf den gleichen Zessionar wie diese Erfindung übertragen ist, dargestellt und beschrieben.

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Wie in Figur 1 gezeigt, weist die Schaltungsanordnung für das Digitalisieren des Abgriffs eine Sensorschaltung 44, eine Steuerschaltung 46 und eine Datenübertragungsleitung 48 auf.

In Figur 2 ist die Sensorschaltung 44 dargestellt. Die Sensorschaltung 44 enthält einen Hochgeschwindigkeits-Differentialverstärker 50, einen Multiplexer 52 und einen Doppelzähler 54, welcher einen Sensorkanalzähler™ teil 56 und einen Sensorindexzählerteil 58 aufweist. Die Sensorschaltung 44 enthält auch eine Inverteranordnung 60, einen Komparator 62 und eine Doppelmultivibratoreinheit 64, die einen ersten monostabilen Multivibrator 66 und einen zweiten monostabilen Multivibrator 68 aufweist« Die Sensorschaltung 44 enthält auch ein Steuerflipflop 70, ein Verstärkernetzwerk 72, ein Multivibrator- und Komparatoreingangsnetzwerk 74, ein Referenzwiderstandsnetzwerk 76 und ein Trimmwiderstandsnetzwerk 78.

Ein Relaxationsoszillator wird durch die Anordnung des zuvor erwähnten Verstärkers 50, des Multiplexers 52, des Komparators 62, des Verstärkernetzwerks 72, des Eingangsnetzwerks 74 und des Referenzwiderstandsnetzwerks 76 gebildet. Eine Logikschaltung enthält die Anordnung des zuvor erwähnten Sensorkanalzählerteils 56, des Sensorindexzählerteils 58, der Inverteranordnung 60, des Multivibrators

64 und des Steuerflipflops 70.
30

In Figur 3 ist die Steuerschaltung 46 dargestellt. Die Steuerschaltung 46 enthält einen Steuerperiodenzähler 80, einen Steuerkanalzähler 81, einen Torimpulsgenerator 82 und einen getasteten Zähler 83. Die Steuerschaltung 46 enthält auch einen Taktgeber 84, vorzugsweise einen quarz-

gesteuerten temperaturkompensierten Taktgeber, eine Übertragungs- und Rücksetzsteuerschaltung 85 und einen Datenverarbeiter 87.

Ein Datenumsetzer wird durch die Anordnung des zuvor erwähnten Torimpulsgenerators 82, des getasteten Zählers und des Taktgebers 84- gebildet. Ein zusätzlicher Abschnitt ^O der logischen Schaltung enthält die Anordnung des Steuerperiodenzählers 80, des Steuerkanalzählers 81, der Übertragungs- und Riicksetzsteuerschaitung 85 und des Datenverarbeiters 87·

In den Figuren 4A und 4-B weist der Steuerperiodenzähler 80 ein Schieberegister A4, ein Gatter AI5B und einen Ripple-Zähler A9A auf.

Der Steuerkanalzähler 81 enthält die Flipflops von A1, . das Gatter A8B und den Ripple-Zähler A9B. Der Torimpulsgenerator 82 enthält die Flipflops von A10. Der getastete Zähler 83 weist das Gatter AI5D und die Ripple-Zähler A14, AI3A, AI3B und A12A auf. Der Hochfrequenztaktgeber. 84 enthält das Teil A20. Die Ubertragungs- und Rücksetzsteuerschaltung 85 enthält die Flipflops von A2, das Gatter A8D und das Schieberegister A7. Der Datenverarbeiter 87 weist den Ripple-Zähler AI9, die Ausgangsdatenschieberegister AI7 und A18, die zeitbestimmenden und steuernden Flipflops A16, A22, A24, A25, die 64 Bit Schieberegister A29, A30, den vierfach-i-aus-2-Wähler A28 und den Addierer/Subtrahierer A27 auf.

Jedes der oben mit A bezeichneten Teile besitzt entsprechende Stifte, die mit 1, 2, 3» usw., wie in den Fig. 4A und 4B gezeigt, markiert sind. Es ist darauf hinzuweisen,

daß eine Schnittlinie nn der Bodenseite von Figur 4A zu einer Schnittlinie an der Oberseite von Figur 4B paßt; somit werden nur fünf Leitungen entlang der gemeinsamen Schnittlinie unterbrochen.

Die Abgriffschaltung 14, die zur Versorgung von N Datenkanälen dient, weist die Sensorschaltung 44 und die Steuerschaltung 46 auf, wie in Figur 1 dargestellt. Die Sensorschaltung 44 enthält:

a) die 2N identischen Präzisionswiderstände des Netzwerks 76, die in Reihe mit 2N einzelnen Abgriffelementen 24, 26, 28, 30, 36, 38, 40, 42 mit einer gemeinsamen Steuerung 90 und einer gemeinsamen Erde geschaltet sind;

b) den 2N Kanalmultiplexer 52, der in Abhängigkeit von. einem digitalen Auswahlcode nacheinander die nicht geerdete Seite jedes Abgriffelements zur Übertragung auf den Komparator 62 auswählt;

c) den Differentialkomparator 62, dessen einer Eingangsanschluß mit dem Multiplexerausgang verbunden ist, und dessen anderer Eingang an einem Widerstandsteiler, der zwischen der Steuerung und der Widerstand/Abgriffmatrix und Erde angeordnet ist, liegt;

d) den Verstärker 50, dessen Ausgang die Ansteuerung für die Widerstand/Abgriffmatrix liefert und dessen Eingang von dem Komparatorausgang gespeist wird, und der für Leistungsverstärkungen und Pegelverschiebung des Komparatorsignals nach Bedarf sorgt;

e) den Indexzähler 58, der auf einen Impuls aus der Steuerschaltung 46 auf der Datenübertragungsleitung 48 erhöht wird und einen Erhöhungsimpuls an den Kanalzähler % abgibt;

f) den Kanalzähler 56» der nach jedem Ausgangsimpuls aus dem Indexzähler 58 um einen Zähler vorrückt, und der 2N Binärstufen besitzt und dessen Ausgang den Auswahlcode an den Multiplexer 52 liefert.

Das Steuerschaltungsblockdiagramm ist in Figur 3 dargestellt. Die Steuerschaltung 46 enthält (a) einen Steuer- ^ 5 periodenzähler 8O₁ der durch jeden Impuls auf der Datenübertragungsleitung geschaltet wird und eine vorbestimmte Zahl von Schwingungsperioden zur Messung auswählt;

(b) einen Kanalzähler 81, der durch einen Ausgang des Periodenzählers geschaltet und zur Erzeugung eines Impulses auf der Datenübertragungsleitung, welcher jeder Kanalmessung folgt, und eines Doppelimpulses verwendet wird, welcher jeder vollständigen Sequenz von Kanalmessungen folgt;

(c) ein Torimpulsgenerator 82, der Datenübertragungsieitungsimpulse und einen Ausgang von dem Periodenzähler abnimmt und an seinem Ausgang ein Zeitgatter erzeugt; (d) einen getasteten Zähler 83, der die Impulse während des Zeitgatters, von dem die Impulse abgeleitet werden, zählt; (e) einen Hochfrequenztaktgeber 84; (f) eine Übertragungsund Rücksetzsteuerschaltung 85, die am Ende jeden Zeitgatters zunächst einen Übertragungsimpuls zur Vornahme einer Datenübertragung von dem getasteten Zähler und dann einen Hücksetzirapuls zum Rücksetzen des getasteten Zählers liefert; (g) einen Datenverarbeiter 87, der bei Empfang des Übertragungsimpulses digitale Daten von dem getasteten Zähler abnimmt und nacheinander den Lagefehler jedes Sensors be-

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rechnet, indem er die Differenz der beiden passenden Datenworte ingänge von dem getasteten Zähler erzeugt, und diese Fehlerberechnungen zur Eingabe auf die digitalen Filter in den Sensorfangschleifen formatiert.

Der detaillierte Aufbau der Sensorschaltung 44 und der Steuerschaltung 46, beispielsweise hinsichtlich der Leiter und Widerstände, wird nachfolgend erläutert, und deren Wirkungsweise wird im Anschluß daran erklärt.

Wie in Figur 2 dargestellt ist, weist der Verstärker 50 der Sensorschaltung 44- eine invertierende Eingangsleitung ^5 86, eine nicht invertierende Eingangsleitung 88 und eine Ausgangsleitung 90 auf.

Der Multiplexer 52 weist eine positive Versorgungsleitung 92, eine negative Versorgungsleitung 94, eine erste Erdungsleitung 96, eine zweite Erdungsleitung 98, eine erste Auswahlcodeleitung 100, eine zweite Auswahlcodeleitung 102, eine dritte Auswahlcodeleitung 104, zahlreiche Signaleingangsleitungen 106, 108, 110, 112, 114, 116, 118, 120 und eine Ausgangsleitung 121 auf.

Der Kanalzähler 56 weist eine Takteingangsleitung 122, Ausgangsstifte 124, 126, 128, die jeweils an den Leitungen 100, 102, 104 liegen, und eine Rücksetzleitung IJO auf. Der Indexzähler 58 weist eine Eingangsleitung 132, Ausgangsleitungen 154, 136 und eine Rücksetzleitung 138 auf.

Die Inverteranordnung 60 enthält einen ersten Inverter 140, einen zweiten Inverter 142 und einen dritten Inverter 144. Der erste Inverter 140 besitzt eine Eingangslei-

tung 146 und eine Ausgangsleitung 148. Der zweite Inverter 142 weist eine Eingangsieitung I50 und eine Ausgangsleitung 152 auf. Die Eingangsleitungen 146 und I50 sind parallel geschaltet. Die Ausgangsleitungen 148 und I52 sind auch parallel geschaltet, um eine ausreichende Aussteuerung an die Datenübertragungsleitung 48 und das Netzwerk (A8) zu liefern. Der dritte Inverter 144 besitzt eine Eingangsleitung 154 und eine Ausgangsleitung I56. Die Eingangsleitung 154 empfängt den niedrigstwertigen signifikanten Bit (LSB) des Indexzählers 58 auf der Leitung 136. Der Ausgang auf der Leitung 156, der an der Takteingangsleitung 122 liegt, wird im logischen Eins-Zustand auf +5"V gebracht.

Die Inverteranordnung 60, die Ausgangsleitungen 148 und 152 werden über den Widerstand 158 und die Ausgangsleitung 156 über den Widerstand 160 auf +5"V gebracht. Der Komparator 62 weist eine invertierende Eingangsleitung 162, eine nicht invertierende Eingangsleitung 164, eine wahre Ausgangsleitung 166 und eine komplementäre Ausgangsleitung 168 auf.

Der erste Multivibrator 66 besitzt eine Takteingangsleitung 170, eine positive Q-Ausgangsleitung 172, eine negative Q-Ausgangsleitung 174 und eine Zeitsteuereingangsleitung 176. Der zweite Multivibrator 68 weist eine Takteingangsleitung 178, eine negative Q-Ausgangsleitung 180, und eine Zeitsteuereingangsleitung 182 auf. Der Steuerflipflop ist ein J-K-Flipflop, der eine J-Eingangsleitung 184, die geerdet ist, eine K-Eingangsleitung 186, die an +5"V liegt, eine Takteingangsleitung 188, eine Q-Ausgangsleitung 19O und eine Voreinstelleitung 192 besitzt.

Das Verstärkernetzwerlc 72 enthält einen ersten Hochschaltwiderstand 194 und einen zweiten Hochschaltwiderstand 196, welche die Ausgangsleitungen 166 und 188 des Komparators 62 auf +5"V bringen. Das Netzwerk ^2 enthält auch einen dritten Widerstand 198, einen vierten Widerstand 200, einen fünften Widerstand 202 und einen sechsten Widerstand 204. Die Widerstände 198, 200, 202 und 204 sind derart angeordnet, daß der Verstärker 50 eine invertierte Verstärkung des wahren Ausgangs des Komparators 62 liefert.

Wie in Figur 2 dargestellt, weist das Eingangsnetzwerk 74 einen Widerstand 206 und einen Kondensator 208 auf, die die Breite des Ausgangsimpulses des Multivibrators 66 steuern. Das Netzwerk 74 enthält weiterhin einen Widerstand 210 und einen Kondensator 212, welche die Breite des Ausgangsimpulses des Multivibrators 68 steuern. Ferner enthält das Netzwerk 74 einen ersten Widerstand 214 und einen zweiten Widerstand 216, die eine Teilung des Ausgangssignals des Verstärkers 50 zur Aufgabe auf die nicht invertierende Eingangsleitung 164 des Komparators 62 bilden. Das Netzwerk 74 besitzt weiterhin einen Kondensator 218, der parallel zu dem zweiten Widerstand 216 zur Bildung eines HP-PiIters geschaltet ist. Das Netzwerk 74 besitzt auch einen Kondensator 220, der als HP-Filter für den MuI-tiplexerausgang 121 dient, welcher auch an der invertierenden Eingangsleitung 162 des Komparators 62 liegt.

Das EeferenzwiderstandGnetzwerk 76 enthält acht hochstabile Widerstände 222, 224, 226, 228, 250, 252, 254 und 256. Das Trimmwiderstandsnetzwerk 78 enthält acht ausgewählte Widerstände 258, 240, 242, 244, 246, 248, 250, 252, die durch Trimmen eingestellt werden, und acht Nebenschlußtrimmwiderstände 254, 256, 258, 260, 262, 264, 266, 268, die

W i «,

ebenfalls während des Trimmens eingestellt werden. Das iErimmwiderstandsnetzwerk 78 ist derart angeordnet, daß jedes Abgriffelement, z. B. das Element 24, mit Strom aus dem Ausgang des Verstärkers 50 über den hochstabilen Widerstand 222, den Reihentrimmwiderstand 238 und den Nebenschlußtrimmwiderstand 254- über die Kombination der obigen beiden Widerstände 222 und 238 gespeist wird. 10

Die Abgriffdigitalisierung des Abgriffsystems 10 erfolgt über unabhängige sequentielle Messungen der von den zwei diametral gegenüberliegenden Spulenkernen gelieferten Induktivitäten, beispielsweise der Standardabgriffelemente 24, 26 des Kreisels 20, und Bestimmung des Kreisellagefehlers proportional zu der Differenz dieser Messungen* Die Induktivitätsmessung wird durch Aufgeben einer Kernimpedanz (primär L) auf einen astabilen Multivibrator 64- vorgenommen, dessen Schwingfrequenz eine direkte Punktion von R/L ist, wobei R ein hochstabiler Widerstand, beispielsweise 222, ist, der in Reihe mit dem Abgriffkern 24 angeordnet ist. Die Periode der Multivibratorschwingung (direkt proportional zu L) wird durch Torsteuerung eines Hochfrequenz takt es in einen Zähler (64· MHz bei der vorliegenden Schaltungsanordnung) gemessen. Zunächst wird ein Abgriffelement mit der Induktivität L^ durch den Multiplexer ausgewählt und eine digitale Messung der resultierenden Schwingungsperioden vorgenommen. Danach wird das Gegenelement des Abgriffelements mit der Induktivität L2 ausgewählt und eine ähnliche Messung gemacht. Der Unterschied dieser beiden digitalen Messungen wird anschließend berechnet und wird zu einem Maß für die Abgrifflage. Auf diese Weise ist der durch die Abgriffschaltungsanordnung 14- abgetastete Fehler proportional zu (L/j-Lp), wobei L^ und Lo die entsprechenden Induktivitäten

der gegenüberliegende" Spulenkerne einer Abgriffanordnung sind. Der Fehler, der durch das normale vorbekannte analoge System abgetastet wird, ist direkt proportional zu (L^- I^Vd^+Lp). Da (L^|+Lp) für kleine Winkelfehler im wesentlichen konstant ist, erzeugen das erfindungsgemäße System und das Analogsystem im wesentlichen dieselbe Fehlerantwort bzw.. dasselbe Fehleransprechverhalten. 10

Die Abgriffschaltungsanordnung 14 ist, wie in Figur 1 gezeigt, im vorliegenden Fall abgetrennt, wobei die Sensorschaltung Λ4 sich auf der Plattform befinden soll und über eine Datenübertragungsleitung 48 an der Steuerschaltung 46 angeschlossen ist, die von der Plattform, auf der die Kreisel 16 und 18 montiert sind, entfernt angeordnet ist. Bei der vorliegenden Konzeption sollen die Versorgungsgleichspannungen (+_ 10 bis +_ 15"V ), die von der Sensorschaltung 44 benötigt werden, auf der Plattform zur Verfügung stehen. Eine Gleichspannung von +5V wird ebenfalls benötigt.

Die Sensorschaltung 44 ist schematisch in Figur 2 dargestellt. Sie besteht im wesentlichen aus einem frei schwingenden Multivibrator mit gebündelten Rückführbahnen von den acht Spulenkernen 24, 26, 28, 30, 36, 38, 40, 42 eines vierachsigen Systems, einem Kanalzähler 56, der Impulse aus der Steuerschaltung 46 empfängt und das Schalten des Multiplexers und die Komponenten einer Datenübertragungsleitung 48 steuert, welche* die obigen Impulse aus der Steuerschaltung übermittelt, und der auch Impulse zu der Steuerschaltung 46 bei den negativ werdenden Schwingamplituden des Multivibrators 64 sendet. Zum Frequenzabgleich und Nullung des Abgriffs sind die Widerstände in Reihe mit den Spulenkernen reihenweise und in Nebenschluß

trimmbar. Hochleistungsbauelemente werden bei dem Multivibrator 64 und der Datenübertragungsleitung 48 verwendet, um Zitterstörungen zu minimieren und scharfe Vorderflanken für ein großes Auflösungsvermögen der Periodenmessung in der Steuerschaltung 46 zu liefern. Die Steuerschaltung 46 ist schematisch in Figur 3 dargestellt. Sie enthält:
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Datenübertragungsverbindungsbauelemente für die Kommunikation mit der Sensorschaltung 44;

einen Kanalzähler 81, der dem Kanalzähler 56 der Sensorschaltung 44 folgt und einen Kanalζahlerrücksetz-15

impuls erzeugt, der zu der Sensorschaltung 44 über die Datenübertragungsleitung 48 zur geeig-netsten Synchronisierung beider Zähler gesendet wird;

einen Periodenzähler 80, der die Periodenzahl der Multivibratorschwingungen bestimmt, die für jede Spulenkernauswahl zu zählen sind;

einen getasteten Zähler 83, der die Gesamtzeit zählt, die für die Periodenzahl der gewählten Schwingung erforderlich ist. Der getastete Zähler enthält ein 16 Bit Ausgangsschieberegister A17, A18, auf das der getastete Zählerausgang parallel übertragen wird und von dem diese Datenserie zu Speicherschieberegistern in einem Datenverarbeiter 87, wie nachfolgend noch beschrieben wird, verschoben werden;

einen 64 MHz-Quarzoszillator 84, der als Taktgeber für den getasteten Zähler und als Referenz dient, von der verschiedenartige Schiebeimpulszüge erzeugt werden;

einen Datenverarbeiter 87, der vier 64 Bit Speicherschieberegister A29, A3O enthält, die seriell die Ausgangsdaten des getasteten Zählers, wie sie erzeugt werden, speichern und diese Daten in 64 Bit Datenfolgen nach jedem Abfrageimpuls ausgeben. Der Datenverarbeiter 87 enthält einen Seriensubtrahierer A27, der die 64 Bit Datenfolgen aufnimmt und Subtraktionen der letzten B-Spulenkernmessungen von den letzten A-Spulenkernmessungen vornimmt und ein 64 Bit Fehlerdatenwort nach jeder Abfrage liefert. (Eine Abgriffseinheit besteht aus zwei diametral-gegenüberliegenden Spulen bzw. Kernen A und B). Der Datenverarbeiter weist auch eine Rückwärtszählkette, die Frequenzen von 64 MHz bis 25O KHz liefert, und verschiedenartige Folgesteuerungsund Verschiebeimpulserzeugungsschaltkreise auf.

Der wesentliche Zweck der Steuerschaltung 46 liegt in der Messung der Schwingungsperiode des Multivibrators, wenn dieser jeden Abgriffkern "abtastet". Die Schwingungsfrequenz wird am oberen Ende durch parasitäre Effekte in den Kernen und an dem unteren Ende durch Leistungseinflüsse begrenzt. Bei den in der Prototypschaltungsanordnung verwendeten Kreiseln wird eine günstige Mittelerde bei Frequenzen zwischen 50 und 75 KHz erreicht.

Nach jeder Periodenmessung wird in der Steuerschaltung ein Impuls erzeugt und über die Datenübertragungsleitung 48 auf die Sensorschaltung 44 übertragen, welche dann ihren Kanalzähler 56 vorschiebt und den Multiplexer 52 veranlaßt, auf den nächsten abzutastenden Kern zu schalten. Ersichtlich kann die Periodenmessung des neuen Kerns nicht vor der nächsten Überschneidung des Multivibratorausgangs beginnen, und es ist auch einige Zeit erforder-

lich, um die getasteten Zählerdaten in das Ausgangsschieberegister umzuspeichern und den Zähler zurückzustellen* Demzufolge ist ein "Haushaltungs"-Intervall vorgesehen, und die nächste Periodenmessung beginnt auf der nächsten negativ werdenden Schwingamplitude des DAD-Multivibrätors* Dies ermöglicht relativ langsame Übergänge des Multiplexers und schafft genügend Zeit, um die Effekte der "Anfangsbedingungen" des Multivibrators zu beseitigen.

Die Steuerschaltung 46 ist zur Ausführung von Messungen eines Kerns jeden Abgriffs pro Abfrageimpuls ausgelegt. Messungen der gegenüberliegenden Kerne dieser Abgriffe werden bei abwechselnd folgenden Abfrageimpulsen vorgenommen*

Ein Verbindungsdraht schema, wie oben in Figur 4A gezeigt, ermöglicht die Auswahl der bei Jedem Kernabtästen zu messenden Zahl von Perioden des Multivibrators, d. h. 4, 8, 16 oder $2. Durch Einstellen der nominellen Multivibratorfrequenz, Auswahl der Referenztaktgeberfrequenz und dieser Periodenauswahl ist ein sehr großer Bereich des Fehlerauflösungsvermögens verfügbar. Eine genaue Erklärung der Wirkungsweise der Sensorschaltung 44 wird nachfolgend in den Abschnitten a) bis e) dargelegt.

a) Das Schaltschema der Sensorschaltung 44 ist in Figur 2 dargestellt. Der Komparator des Multivibrators wird durch einen Breitbandgegentaktverstärker 50 gepuffert.

Dieses Puffern ist erforderlich, um die Ausgangspegel auf Null Volt zu zentrieren und genügend Strom zur Steuerung aller acht Kerne zu liefern*

b) Die Datenübertragungsleitung ist in dem Schaltschema rechts dargestellt. Ausgangsimpulse werden auf

die Übertragungsverbindung von den beiden oberen Invertern der Inverteranordnung 60 aufgegeben. Der Empfänger für die Datenübertragungsleitung ist ein monostabiler Multivibrator 66, der positive und negative Impulse von einer MikrοSekunde (positive auf der Leitung 1??, negative auf der Leitung 174) bei jeder negativ werdenden Schwingungsamplitude auf der Datenübertragung^leitung erzeugt· Er reagiert dadurch sowohl auf die "Sende"-als auch "Empfangs"-Impulse. Der monostabile Multivibrator 68, der in sechs Mikrosekunden wieder triggerbar ist, wird an den abfallenden Planken des positiven Impulses von 66 getriggert. Immer wenn 68 inaktiv

d. h. in seinem nicht getriggerten Zustand ist, hält er den Indexzähler 53 in dessen Meksetζzustand.

c) Der Multiplexer 52 weist eine Leitung 121 für seinen Ausgang auf. Die Kanalwahl wird durch den EingangscQde auf den Leitungen 100, 102, 104 bestimmt, der von dem Kanalwähler 56 geliefert wird. Dieser Zähler wird jedesmal erhöht, wenn der erste Bit des Indexzählers 58 auf den "1"-Zustand geht. Dies erfordert erkennbar einen Impuls von 66, während 68 aktiv ist, d. h. wenn zwei Datenübertragungsimpulse in weniger als sieben Mikrasekunden nacheinander auftreten. Ein Negativimpuls von einer MikroSekunde wird über die Datenübertragungsleitung 48 bei jeder negativ werdenden Schwingung des Multiplexerausgangs (die normalerweise alle 12-18 Mikro-Sekunden auftreten.) über. 62, 70, 60 "gesendet". Somit kann es nur zu einem Schalten des Multiplexers kommen, wenn ein "empfangener" Impuls aus der Steuerschaltung 46 mit dem "gesendeten" Impuls verschachtelt ist.

* V ρ,

d) Es ist auch festzuhalten, daß der Kanalwähler 56 jedesmal zurückgesetzt wird, wenn das zweite Bit des Index-Zählers 48 in den "1"-Zustand geht. Dies erfordert, daß eine Folge von drei Impulsen auf der Datenübertragungsleitung 48 mit einem maximalen Impulsabstand von sieben MikroSekunden auftreten.

e) Die Steuerschaltung 46 ist für die Aussendung eines Impulses von einer MikroSekunde auf der Datenübertragungsleitung 48 in einer Folge von 3,5 bis 4,5 MikroSekunden auf den Multiplexerübergang ausgelegt, der ein Kernmeßintervall abschließt, wodurch der Multiplexer 52 zu dem

^5 nächsten Kern vorgerückt und für das nächste Kernmeßintervall eingestellt wird. Nach acht aufeinanderfolgenden Vorrückungen des Multiplexers 52 (zwei Abfrageimpulse) wird ein zusätzlicher Ein-Mikrosekundeimpuls, der dem Schaltimpuls nach vier Mikrosekunden folgt, auf die Sensorschaltung 44 aufgegeben, um deren Kanalzähler 56 zurückzusetzen, wodurch eine Kanalfolgeverriegelung gewährleistet ist.

Eine genaue Erläuterung der Wirkungsweise der Steuerschaltung 46 wird nachfolgend in den Abschnitten a) bis f) vorgenommen.

a) Die primären Funktionen der Steuerschaltung 46 sind:

1) Steuerung der Schaltung des Kanalzählers 56 und damit der Multiplexerwahl in der Sensorschaltung 44.

2) Digitale Messung der Zeit, die für eine oder mehrere Perioden der Multivibratorschwingung während der Auswahl eines bestimmten Kerns der Kreiselabgriffelemente benötigt wird.

b) Diese digitalen Zeitmessungen können dann seriell oder parallel in einen nicht dargestellten Rechner eingegeben werden. Der Rechner kann die Unterschiede bei der Periode zwischen der Schwingung bei einem Kern eines Abgriffs.und seinem diametral gegenüberliegenden Gegenkerns bestimmen, d. h. eine digitale Berechnung der Abgriff lage jeder Achse.
10

c) Die Steuerschaltung 46 weist die Schaltungsanordnung auf, die für die Berechnung der Lagefehler und Erzeugung eines seriellen 64- Bit Fehler-"wortes" (16 Bits pro Achse) für die Auswertung durch einen digitalen Da-

'5 tenverarbeiter (nicht dargestellt) erforderlich ist, welcher in Abhängigkeit von den Lagedaten digitale Befehle an Drehmomentverstärker (nicht dargestellt) erzeugen könnte, welche in der geschlossenen Schleife

vorgesehen sind.
20

d) Das Schaltschema der Steuerschaltung 46 ist in den Figuren 4A und 4B dargestellt. Die Teilenummern des Herstellers, z. B. 54LS164, für Teil A4 eines Prototyps des Ausführungsbeispiels sind in den Figuren 4A und 4B gezeigt. Es folgt eine Übersicht über die Steuerfolge:

1) Die negativ werdende Flanke des Abfrageimpulses (die unten rechts in Figur 4B eingegeben wird) setzt ein Flipflop A21B, das seinerseits das Flipflop A25A setzt. Dieses bereitet A25B zum Setzen für die nächste negative Schwingungsamplitude des inneren 1 MHztaktgebers vor (abgeleitet von dem 64 ΓΊΗζ-Oszillator A20 und der Rückzählkette Δ19 und A12B).

2) A25B wird für eine Mikrosekunde gesetzt, dann rückgesetzt. Dieser "S'i'ART"-Impuls (der bei A25B Stift 2 auftritt) beginnt Ablauffolgen in den Teilen der in

Figur 4Β gezeigten Schaltung, die die Datenausgabefunktion vornimmt. Zunächst wird der Datensammelabschnitt behandelt.

3) Der START-Impuls setzt die Flipflops A1A und A1B zurück. Der A1 Α-ζΓ- Aus gang, der logisch "1" wird, beseitigt das unmittelbare Setzen der Flipflops A1OA und A1OB. Der Α1Α-Φ-Ausgang beseitigt über das NAND-Gatter A8A die Rücksetzung auf dem Nullperiodenzähler A11A und nimmt ein direktes Rücksetzen bei A1ÖA vor, wodurch A1OB auf das Rücksetzen beim nächsten negativen Impuls aus dem Datenübertragungsleitungsnetzwerk (linke obere Ecke in Figur 4A) vorbereitet wird.

4) Das Rücksetzen von A1OB findet statt, wenn der DAD-MuItivibratorausgang in den negativen Bereich schwingt, wodurch ein negativer Impuls auf der Datenübertragungsleitung erzeugt wird. Dieser Impuls weist eine sehr schnelle Abfallzeit auf, und A1OB ist ein derart schnell arbeitendes Flipflop, daß das Zeitsteuergatter an seinem Q-Ausgang (Stift 7) eine minimale Störung bezogen auf den Zustandswechsel des Multivibrators aufweist. Dieser Ausgang schaltet das NAND-Gatter AI5D in Arbeitslage, welches den 64 MHz-Takt in den 16 Bit Tastzähler A14, AI3 und A12A tort.

5) Neben dem Starten des Zählvorgangs beseitigt das Rücksetzen von A10B auch die Rücksetzung von dem Periodenzähler A9A und entfernt die direkte Rücksetzung von A1OA.

6) Jeder Impuls der Datenübertragungsleitung stellt den Verzögerungszeitgeber A4, der ein mit 1 MHz getaktetes 8 Bit Schieberegister ist, auf Null. Hierdurch gehen die Ausgänge an den Stiften 11 und 13 unmittelbar auf "0", kehren jedoch zu dem ^W1"-Zustand

jeweils nominell 6 und 8 Mikrosekunden zurück, wobei sie den Impulsen der Datenübertragungsleitung folgen. Wenn der Stift 13 auf "1" zurückkehrt, wird der Periodenzähler A°/A über A15B geschaltet. Die zu messende Periodenzahl des Multivibrators wird über die Schaltdrahtanordnung oben auf der Seite ausgewählt. Wenn beispielsweise acht Perioden gewünscht werden, wird der Stift 14· durch Schaltdraht mit dem Stift 9 verbunden, wobei der erstere von dem Periodenzähler A9A kommt und der letztere der Taktgebereingang zu A1OA ist. Auf diese Weise wird acht Mikrosekunden nach dem siebten Datenübertragungsleitungsimpuls nach dem Start der Messung der Periode A1OA gesetzt, wobei A1OB zum Setzen vorbereitet wird, und diese Periodenmessung des Kanals durch den nächsten Impuls der Datenübertragungsleitung beendet.

7) Auf das Setzen von A1OB wird das Gatter AI5D gesperrt und die Gatterzählung hört auf. Der Periodenzähler A9A wird auf Null gestellt und A1OA wird über das Gatter A8A zurückgesetzt. Ebenfalls wird der Kanalzähler A9B über das Gatter A8B erhöht, und das Flipflop A2A wird gesetzt. Das Flipflop A2B wird bei der nächsten negativ werdenden Schwingungsamplitude des 1 MHz-Taktgebers gesetzt und eine Mikrosekunde später rückgesetzt. Während es gesetzt ist, wird die Information aus dem Gatterzähler in die 16 Bit Schieberegister A18 und AI7 über die Verbindung der Stifte 1 dieser Vorrichtungen ("Laden") von A2B-Q eingegeben. Das A2B-^-Signal wird in 8 Bit FolgeSteuerschieberegister A7 geschoben, das mit 1 MHz getaktet wird. Die Ausgänge dieses Registers sind an den Stiften 6, 10 und I3 jeweils

4, 5 und 8 Mikrosekunden einsetzende positive Impulse von einer MikroSekunde, die der Übertragung der Torzählerdaten zu dem 16 Bit Register folgen.

8) Der Ausgangsimpuls an dem Stift 6 von A7 veranlaßt das Rücksetzen des Gatterzählers (positiver Impuls an AI3A, A13B und A12A, negativer Impuls an A14 über Gatter AI5C). Dieser Impuls wird auch auf die Leistungs-NOR-Gatter A3C und A3D geleitet, um einen Datenübertragungsieitungsimpuls für das Erhöhen des Kanalzählers in der DAD-ßensorschaltung und das Vorwärtsschalten seines Multiplexers zu erzeugen. Die verwendete NOR-Gatteranordnung dient dazu, die hohe Stromansteuerung zu liefern, die auf der 75 Ohm-Datenübertragungsleitung benötigt wird.

9) Der negative Impuls, der zum Rücksetzen des Torzählerabschnitts A14 verwendet wird, setzt auch den Flipflop A16A zurück. Dies gibt das Kippen des JFlipflops A16B frei, der mit zwei MHz getaktet wird.

Wenn 16 positive Impulse an dem A16B-Q-Ausgang erzeugt worden sind, veranlaßt der Zähler A11B das Setzen von A16A und den Abbruch der Impulsfolge. Diese Impulsfolge verschiebt die Daten in die 16 Bit Schieberegister AI7 und A18, die zuvor von dem Gatterzähler eingegeben worden sind, zu den Eingängen des Doppel- 64 Bit-Schieberegister A30 in dem "Datenausgabe "-Abschnitt der DAD-Steuerschaltung, wie in Figur 4B gezeigt. Hierdurch werden die ersten Daten der Kanalmessung übertragen. Wie dies in dem "Datenausgabe "-Abschnitt gemacht wird, wird später erläutert. Es wird hier mit der Beschreibung weiterer Ablauffolgen fortgefahren, welche in dem "Datensammel"-Abschnitt hervorgebracht werden.

10) Im obigen Abschnitt 9) wurde festgestellt, daß der Kanalzähler A9B am Ende der ersten Meßperiode erhöht wurde. Weiterhin wurde festgestellt, daß nominell vier MikroSekunden später ein positiver Impuls von einer Mikrosekunde an dem Stift 6 des Folgesteuerschieberegisters A7 auftrat, und daß der Stift 10 bei diesem Bauteil am Ende des positiven Impulses an dem Stift 6 "1" werden würde. Weiterhin wurde ebenfalls bereits festgestellt, daß der "START"-Impuls das Flipflop A1B rückgesetzt hatte. Falls der "CH4"-Ausgang (Stift 9) des Kanalzählers nicht auf einen "O"-Pegel geht, wenn der Kanalzähler am Ende einer spezifischen Messung der Periode erhöht wird (was A1B setzen würde), wird das NAND-Gatter A8D ein Rücksetzen von A7 veranlassen, das unmittelbar dem Auftreten von "1" an seinem Stift 10 folgt. Insofern wird verhindert, daß der Stift 13 weiter unten im Schieberegister den "1"-Pegel erreicht, wenn das Verschieben fortgesetzt wird; von daher wird kein Impuls auf die Datenübertragungsleitung durch die NOR-Gatter AJA und A3D infolge eines Signals an dem Stift AI3 von A7 aufgeprägt.

11) Wenn die Meßsequenz eines bestimmten Kanals mit dem Setzen des Flipflops A1OB und dem Vorrücken des Kanalzählers A9B endet, wird der Flipflop A10A, wenn der "CH2"-Ausgang (Stift 10) des Kanalzählers nicht einen "1"-Pegel erreicht (was den Flipflop A1A setzen würde), über das NAND-Gatter A8A rückgesetzt. Demzufolge ist A10B zur Rücksetzung bei dem nächsten negativen Impuls von der Datenübertragungsleitung vorbereitet. Wenn dieser auftritt, folgt eine weitere Messung, Datenübertragung und Ausschiebesequenz.

12) Möglicherweise geht am Ende eines Meßzyklus und der zugeordneten Erhöhung des Kanalzählers A9B sein "CH 2"-Ausgang (Stift 10) auf einen "0"-Pegel, wodurch der Flipflop A1A gesetzt wird, der den torenden Flipflop A1OB in dem Setzzustand hält. Jeder folgende negative Impuls auf der Datenübertragungsleitung aufgrund negativ werdender Schwingungsampli- tuden wird nicht das Rücksetzen des Flipflops A1OB veranlassen, wenn nicht der Flipflop A1A durch einen "START"-Impuls, der von einer Abfrage herrührt, zurückgesetzt worden ist.
1J) Der demzufolge nach einem einleitenden Zyklus zu erwartende Ablauf besteht darin, daß vier "Kanal"-, "Achsen"- oder "Kern"-Messungen sich aus jedem empfangenen Abfrageimpuls ergeben. Nach jeder Messung sendet die Steuerschaltung einen Impuls auf der Datenübertragungsleitung zu der Sensorschaltung, die den Multiplexer der Sensorschaltung zu dem nächsten Kern vorschiebt. Jede Abfrage rückt die Kanalzähler sowohl in der Sensorschaltung als auch in der Steuerschaltung um vier Zähler vor. 14) Der "CH 4"-Ausgang (Stift 9) des Kanalzählers A9B der Steuerschaltung ändert sich bei allen acht Zäh-

um,

lern,'"die er vorgeschoben wird, von "1" auf "Q". Somit wird am Ende der letzten Periodenmessung von wechselnden Abfrageimpulsen der Flipflop A1B gesetzt und die Unterdrückung des Impulses am Stift 13 von A7, wie oben bei (10) diskutiert, nicht stattfinden. Somit erscheint an diesem Anschluß unter diesen Bedingungen ein positiver' Impuls von einer MikroSekunde vier MikroSekunden nachdem der "Schalt"-Impuls an dem Stift 6 von A7 erzeugt worden ist. Der Impuls an dem Stift I3 wird über die

NOR-Gatter A3A -jnd A3D auf die Datenübertragungsleitung gegeben und dient dazu, den Kanalzähler 56 in der Sensorschaltung auf Null zu stellen, wodurch sowohl in der Sensor- als auch in der Steuerschaltung eine Verriegelung geschaffen und die Folge der Ausgangsdaten sichergestellt wird, welche einem Abfrage impuls folgen.

15) Nun zurück zu der Reaktion des "Datenausgabe"-Abschnitts auf den "START"-Iinpuls, der von A25B auf ein Abfrageimpuls hin erzeugt wird. Der negative oder START-Impuls, der an A25B-3 (Stift 2) erzeugt wird, setzt die Flipflops A25A, A24B, A22A und A21B rück. Der positive START-Impuls, der an A25B-Q (Stift 3) erzeugt wird, liefert einen Takt an das Flipflop A24A. Wenn sich der Zustand des "CH 4"-Ausgangs des Kanalzählers A°/B seit dem letzten START-Impuls geändert hat, was normalerweise der Fall ist, ändert A24A seinen Zustand. Eine Änderung des Zustandes A24A schaltet die vier Ausgänge des Wählers A28 auf ihre wechselseitigen Quellen. Die Wirkungsweise des Wählers wird später erläutert. 16) Der START-Impuls an A25B-££ (Stift 2) setzt auch den Flipflop A24B zurück, der seinerseits das unmittelbare Rücksetzen eines 8 Bit Zählers A23 beseitigt, wodurch er dessen Schalten durch den aufgebrachten ein MHz-Takt ermöglicht. Wenn der achte Bit dieses Zählers auf "1" geht, wird der Flipflop A24B wieder i_n einen Set ζ zustand" getaktet, wodurch 1-ri.ederum der Zähler direkt zurückgesetzt wird. Dieser Vorgang veranlaßt die Erzeugung einer Impulsreihe von 64· positiven Impulsen mit 500 KHz an dem Ausgang (Stift 3) des ersten Bits des 8 Bit Zählers. Der fünfte Bit dieses Zählers geht am Ende jedes sechzehnten posi-

tiven Impulses der 64-Impulsreihe auf "0", und wird zum Setzen des Flipflops A21A verwendet, der seinerseits ein direktes Rücksetzsignal an den Flipflop A22B legt. Der A22B-Q-Ausgang (Stift 8) ist der "Übertrag"-Eingang (Stift 3) des Addierers A27.

17) Der START-Impuls an A25B-^ (Stift 2) legt auch ein direktes Rücksetζsignal an den Flipflop A22A an.

Wenn dieses Rücksetzen beseitigt ist, folgt der Ausgang A22A-Q (Stift 5) der Form der 64-Impulsreihe, die an A23A, Stift 6, erzeugt wird, eilt jedoch um • eine halbe MikrοSekunde nach, da er seinen Zustand auf den positiv werdenden Schwingungsamplituden des Ein-MHz-Taktgebers ändert, während die Impulsreihe ihren Zustand auf den negativ werdenden Schwingungsamplituden desselben Taktgebers ändert. Dieser verzögerte Takt wird auf den Übertrag-Flipflop A22B, die 64 Bit Schieberegister A29A und A29B und auf einen der 64 Bit Schieberegister A30A oder A30B, in Abhängigkeit von dem Zustand des Wählers A28 gegeben.

18) Der Addierer A27 ist zur Durchführung des für die Messung der Abgrifflage erforderlichen Subtraktionsvorgangs vorgesehen, wobei die in dem getasteten Zähler saldierten Differenzen der Zählwerte für gegenüberliegende Kernprüflinge ein Maß für diese Lage darstellen. Bezeichnet man einen Kern des einen Abgriffs als Kern A und den anderen als Kern B, und stellen die Zahlen X und Y die Ausgänge des getasteten Zählers für diese Kernprüflinge dar, so ist der digitalisierte Lagefehler (X-Y).

19) Die Reihenfolge des Datenflusses in die 64 Bit Schieberegister ist wie folgt: Nach einem gegebenen Abfrageimpuls wird der Wähler A28 in den Zustand "0" gebracht, wobei die unteren Eingänge an seinen

vier Wählern an den Wählerausgängen auftreten. Dies veranlaßt das Einschieben (zunächst LSB) der Daten, die während des Prüfens der Abgriffelemente 1A₁ 2A, JA und 4A erzeugt werden, in A3OA, ein 64 Bit Schieberegister, wenn sie in 16 Bit Reihen von dem 16 Bit Schieberegister A17/A18 ausgegeben werden. Anschließend an den nächsten Abfrageimpuls wird der Wähler A28 in den Zustand 1 gebracht, in dem die oberen Eingänge zu dem Selektor Ausgänge sind, und die Daten in A3OA werden in A29A, einen weiteren 64 Bit Schieberegister und in den "X"-Eingang (Stift 8) des Addierers A27 in eine ununterbrochene 64 Bit Eeihe geschoben. Im Anschluß an den nächsten Abfrageimpuls kehrt der Wähler 28 in den Zustand "O" zurück, und die Daten in A29A werden in den '^"-Eingang des Addierers A27 ebenfalls in einer 64 Bit Reihe geschoben. Auf diese.Weise empfängt der "Χ"~ Eingang des Addierers bei abwechselnden Frageimpulsen "neue" und "alte" Daten von den Α-Kernen der Kreiselabgriffe. In ähnlicher Weise empfängt der "Y"-Eingang (Stift 2) des Addierers "alte" und "neue" Daten von den B-Kernen der Kreiselabgriffe.

Da der Übertrageingang am Anfang jeder 16 Bit Datenreihe gesetzt wird, d. h., am Anfang der Datenausgabe Jeden Kanals, vollzieht der Addierer die Funktion (X+X+1) oder (X-Y). Die direkte Folge der Aus^angsdaten für aufeinanderfolgende Abfrageimpulse beträgt dauer (A_NEU - B^),· (A^ - B^), (A^ - B_ALT), usw.

20) Demzufolge tritt das niedrigstwertige Bit der Lage der Achse +1 an dem "Daten"-Ausgangsstift 5 von A27 auf, sobald der Zustand des Wählers A28 sich auf einen Abfrageimpuls folgend ändert. Eine Mikrose-

künde später wird ein positiver Schiebeimpuls auf den "SP'^Ausgang gegeben. Der Datenempfänger muß dann Daten bei den positiv werdenden Schwingungsamplituden des "SP"-Ausgangs aufnehmen. Eine halbe Mikrosekunde nach jedem positiven Schiebeimpuls wird der Übertrag-Flipflop A22B getaktet und nimmt den Zustand des Signals an, das an dem C ARR I_n-

gang (Stift 4) des Addierers A27 erscheint. Der A22B-^-Ausgang (Stift 8) wird dann als der CARRY_n ^-Eingang zu dem Addierer benutzt. Gleichzeitig mit dem Abtasten des Ubertrag-Flipflops A22B werden Daten entsprechend ihrer Wahl in die 64 Bit Schieberegister A29A, A29B und A30A oder A3OB geschoben, wobei der nächste Datenbit in den Addierer A27 tritt. Die Datenverschiebung und der nachfolgende Subtraktionsvorgang können bis zu 0,6 Mikrosekunden zur Stabilisierung benötigen, was immer noch ein Minimum von 0,9 MikroSekunden für die Datenanstiegszeit in der Seriendatenleitung und der Empfängerprogrammierung zuläßt, ehe der nächste "SP"-Impuls diese Daten in den Empfänger taktet.

e) Die logischen Verbindungen der Flipflops A21B und A25A, die hier eingesetzt werden, sind so ausgelegt, daß sie am Ende jeder Meßfolge sowohl eine Selbst.abfrage als auch eine externe Abfrage erlauben. Zur Selbstabfrage wird der Ausgang von AI5-6 mit dem "INT"-Eingang verburiden, der an A22B-12 liegt. Dies liefert 6 bis 7 Mikro Sekunden nach der Vorderflanke jedes Datenleitungsimpulses einen Abfrageimpuls. Falls zu dieser Zeit die Datenverschiebung aus dem 16 Bit Register AI7/AI8 nicht stattfindet, wird der Flipflop A22B rückgesetzt und auf den Flipflop A25A ein Taktimpuls gegeben. Falls

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der Flipflop A1A zu. diesem Zeitpunkt in dem Setzzustand ist, wird ein "START"-l"rapuls erzeugt, und es folgt ein Meßzyklus. Mit dieser Verbindung wird demzufolge ein "START" normalerweise 6 bis 7 Mikrosekunden nach der ersten negativ werdenden Schwingungsamplitude des DAB-Multivibratorausgangs, die dem Abschluß eines Vierkanalmeßzyklus folgt, erzeugt. (Die Datenverschiebung aus dem 16 Bit Schieberegister AI7/AI8 ist 18,5 his 19»5 Mikrosekunden nach der letzten negativ werdenden Schwingungsamplitude des Multivibrators in einem Meßzyklus abgeschlossen. Während dieses Intervalls wird der Multivibrator üblicherweise durch eine nachfolgende negativ werdende Schwingungsamplitude gehen). Zur "Selbst"-Abfrage findet daher ein neuer Meßzyklus jede (4-N+5) Periode des schwingenden Multivibrators statt, wobei N die Zahl der Schwingungsperioden ist, die zur Messung der Induktivität eines Kerns ausgewählt wird. Wenn beispielsweise N als 8 gewählt wird und eine einzelne Schwingungsdauer nominell 15 Mikrosekunden beträgt, würde der nominelle Abfrageintervall (4*8+5) bzw. 37 Perioden sein, d. h. 555 Mikrosekunden, was eine effektive Abfragegeschwindigkeit von 1802 Hz erzeugt. Für externe Abfragung werden Impulse auf den "INT"-Anschluß aus einer externen Quelle gegeben. Sollte die Frequenz der externen Quelle die oben nominell bezifferten 1802 Hz übersteigen, tritt ein "Rückwärtszählen" bzw. eine ImpulsfrequenzunterSetzung auf, in der nur für jeden zweiten, dritten usw. Impuls der Impulsquelle eine Umsetzung stattfindet.

f) Es ist festzuhalten, daß andere Umsetzungsfolgen als die, für die diese Steuerschaltung ausgelegt wurde,

durchführbar sind, daß sich jedoch die ausgewählte Steuerschaltung minimalen Anforderungen an Hardware, an Leistung und an Schaltungsverbindung nähert.

Eine andere Ausführungsform für Trägheitsvorrichtungen mit kapazitiven Abgriffen gemäß der Erfindung kann durch Modifizieren der in Figur- 2 dargestellten Multivibratorteile von einem Widerstands-Induktivitäts-Oszillator (BL-Oszillator) zu einem Widerstands-Kapazitäts-Oszillator (HC-Oszillator) geschaffen werden.

Leerseite

Claims (9)

·» *· .. .— .. ., λ λ λ j 'ρ η γ PATENTANWALT ** DIPL. ING. WOLF I). OEI)EKOVKN 08. Februar 1983 2/Ha TKE SINGER COMPANY, Stamford, Connecticut 06904, USA Patentansprüche

1.) Digitalisiertes Abgriffsyπtem, insbesondere für Ttägheitsnavigationsgeräte, mit mindestens einem Paar im Abstand voneinander angeordneter Abgriffelemente, deren relative Lage ermittelt wird, um ein entsprechendes Ausgangssignal abzugeben,
gekennzeichnet durch

a) einen Relaxationsoszillator (50, 52, 62, ?2, 74, 76), welcher nacheinander mit den beiden Abgriffelementen (24, 26; 28, 30; 36, 38; 40, 42) verbindbar ist, so daß die resultierende Schwingfrequenz eine Funktion des Luftspaltes und somit der Lage des jeweils angeschlossenen Abgriff elements ist,

b) einen Datenumsetzer (82, 83, 84), welcher zur Schwingfrequenzperiodenmessung mit dem Relaxationsoszillator (50, 52, 62, 72, 74, 76) verbunden ist, und

c) eine logische Schaltung (48,56,58,60,64,70,80,81,85,87) welche zur Abgabe eines digitalen, der Schwingfrequenzperiodendifferenz als Maß für die relative iage der beiden Abgriffelemente (24, 26; 28, 30; 36, 38; 40, 42) entsprechenden Ausgangssignals mit dem Datenumsetzer (82, 83» 84) verbunden ist.

2. Abgriffsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Relaxationsoszillator

al) ein Bezugswiderstandsnetzwerk (76) mit einem Widerstand (222; 224; 226; 228; 230; 232; 234; 236) je Abgriffelement (24; 26; 28; 30; 36; 38; 40; 42), welcher mit dem Abgriffelement verbunden ist,

a2) einen Vergleicher (62) mit einer negativen Rückkopplungsleitung (164), einer positiven Rückkopplungsleitung (162), einer ersten Ausgangsleitung (166), welche mit dem Bezugswiderstandsnetzwerk (76) zum Treiben desselben und der Abgriffelemente (24, 26; 28, 30; 36, 38; 40, 42) verbunden ist, und einer zweiten Ausgangsleitung (168), welche mit der logischen Schaltung ( 48,56,58,60,64,70,80,81,85,87) verbunden ist,

a3) ein Multivibrator- und Vergleichereingangsnetzwerk (74) mit einem Teiler (214, 216), welcher eingangsseitig mit dem Bezugswiderstandsnetzwerk (76) und ausgangsseitig mit der negativen Rückkopplungsleitung (164) des Vergleichers (62) verbunden ist, und

a4) einen Multiplexer (52) aufweist, welcher mit den Abgriffe lementen (24, 26; 28, 30; 36, 38; 40, 42), der positiven Rückkopplungsleitung (162) des Vergleichers (62) und der logischen Schaltung (48, 56, 58, 60, 64, 70, 80, 81, 85, 87) verbunden ist und die Abgriffelemente nacheinander anschließt.

3. Abgriff system na^li Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleieher (62) über einen Hochgeschwindigkeitsdifferenzverstärker (50) und ein mit demselben verbundenes Verstärkernetzwerk (72) mit dem Bezugswiderstandsnetzwerk (76) verbunden ist, wobei die erste Ausgangsleitung (166) des Vergleichers (62) mit dem Verstärkernetzwerk (72) zum Treiben des Hochgeschwindigkeitsdifferenzverstärkers (50) und der Teiler (214, 216) des Multivibrator- und Vergleichereingangsnetzwerkes (74) eingangsseitig mit dem Hochgeschwindigkeit sdifferenzverstärker (50) verbunden ist.

4. Abgriffsystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennze ichnet, daß der Datenumsetzer

b1) einen Tastimpulsgenerator (82), welcher mit dem Relaxationsoszillator (50, 52, 62, 72, 74, 76) verbunden ist und ein Tastintervall vermittelt,

b2) einen getasteten Zähler (83), welcher mit dem Tastimpulsgenerator (82) verbunden ist und von demselben gesteuert wird, und

b3) einen Oszillator (84) aufweist, welcher mit dem getasteten Zähler (83) verbunden ist und Taktimpulse zu Zeitbezugszwecken liefert. 30

5· Abgriffsystem nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (84) kristallgesteuert und temperaturkompensiert ist.
35

6. Abgriffsystem nach einem der Ansprüche 1 Ms 5, dadurch gekennzeichnet, daß die logisehe Schaltung

c1) einen Sensorkanalzähler (56) mit einem Takteingang (122) und einem an den Relaxationsoszillator bzw. dessen Multiplexer (52) angeschlossenen Auswahlsignalausgang (124, 126, 128),

c2) einen Sensorperiodenzähler (58) mit einem Ausgang (136),

^5 c3) eine Inverteranordnung (60) mit einem ersten Teil (144), welcher eingangsseitig mit dem Ausgang (136) des Sensorperiodenzählers (58) verbunden ist sowie mit dessen niedrigstwertigem Bit beaufschlagt wird und ausgangsseitig mit dem Takteingang (122) des Sensorkanalzählers (56) verbunden ist sowie diesen beaufschlagt, und mit einem zweiten Teil (140, 142), welcher ausgangsseitig mit dem Datenumsetzer bzw. dessen Tastimpulsgenerator (82) verbunden ist, und

c4) ein Steuerflipflop (70) aufweist, welches eingangsseitig mit dem Relaxationsoszillator bzw. dessen Vergleicher (62) verbunden und von demselben beaufschlagbar ist sowie ausgangsseitig mit dem zweiten Teil (140, 142) der Inverteranordnung (60) verbunden ist und denselben beaufschlagt.

7. Abgriffsystem nach Anspruch 6,

gekennzeichnet durch ein Datenverbindungsglied (48) mit einer einzigen Leitung zur Kommunikation zwischen dem Relaxationsoszillator bzw. dessen Verglei-

eher (62) und dem Datsuumsetzer bzw. dessen Tastimpulsgenerator (82) und durch einen Multivibrator (64), wobei der zweite Teil (140, 142) der Inverteranordnung (60) ausgangsseitig mit dem Datenverbindungglied (48) verbunden ist, der Multivibrator (64) eingangsseitig mit dem Datenverbindungsglied (48) verbunden ist und von demselben beaufschlagt wird und das Steuerflipflop (70) an einem weiteren Eingang (192) mit dem Multivibrator (64) verbunden ist und von demselben beaufschlagt wird.

8. Abgriffsystem nach Anspruch 6 oder 7» dadurch gekennzeichnet, daß die logische Schaltung

c5) einen Steuerperiodenzähler (80), welcher eingangsseitig mit dem Steuerflipflop (70) bzw. dem Datenverbindungsglied (48) und ausgangsseitig mit dem Datenumsetzer bzw. dessen Tastimpulsgenerator (82) verbunden ist,

c6) einen Steuerkanalzähler (81), welcher eingangssei-

tig mit dem Steuerperiodenzähler (80) verbunden ist ^5 und ausgangsseitig einen Synchronisationsimpuls rückkoppelt,

c7) eine Obertragungs- und Rücksetzsteuerschaltung (85), welche eingangsseitig mit dem Datenumsetzer bzw. dessen Tastimpulsgenerator (82) verbunden ist, und

c8) einen Datenprozessor (87) aufweist, welcher eingangsseitig mit der Übertragungs- und Rücksetzsteuerschaltung (85) verbunden ist. 35

9. Abgriffsystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Paar von Abgriffelementen (24, 26; 28, 30; 36, 38; 40, 42)an einem Trägheitssensor (16; 18) eines Trägheitsnavigationsgerätes zur Erfassung der Drehung desselben vorgesehen ist.