DE4225819A1 - Messschaltung zur verwendung bei der darstellung gemessener frequenzwerte - Google Patents
Messschaltung zur verwendung bei der darstellung gemessener frequenzwerteInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Meßschaltung
zur Verwendung bei der Darstellung gemessener Frequenzwerte
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 10
und betrifft insbesondere eine Meßschaltung zum Messen
einer Frequenz eines Eingangssignals und zu deren Darstellung
auf einem Anzeigegerät.
Verschiedene Meßgeräte zum Steuern des Betriebszustands
einer Maschine sind im Gebrauch. Zahlreiche dieser
Geräte benutzen einen Sensor zum Erzeugen eines elektrischen
Signals einer bestimmten Frequenz, um so die Messung
einer Arbeitsgeschwindigkeit oder z. B. der Drehzahl
einer Maschine durchzuführen. Der obige Sensor ist dazu
ausgelegt, das Meßergebnis auf einem Anzeigegerät darzustellen.
Geräte wie Geschwindigkeitsmesser von Fahrzeugen
oder Drehzahlanzeigegeräte eines Motors setzen eine
Frequenz eines Eingangssignals von einem Sensor in
einen analogen oder digitalen Anzeigewert um, indem sie
hierzu eine Meßschaltung verwenden, und stellen den Wert
auf einem Sichtanzeigegerät dar.
Meßschaltungen, die dazu ausgelegt sind, ein Signal
einem Anzeigegerät ansprechend auf eine Frequenz des
Eingangssignals zuzuführen, umfassen Schaltungen zum
Zählen der Anzahl von Zyklen in einer vorbestimmten
Zeitperiode und zum Umsetzen des Zählwerts in eine
Frequenz; auch gibt es Meßschaltungen, die mit einer
Funktion der Messung der Zeit eines Zyklus oder einer
Periode ausgerüstet sind und diese Zeit in eine Frequenz
umsetzen. Eine weitere solche Schaltung ist bekannt,
die eine Frequenz direkt in ein Spannungssignal umsetzt,
indem sie einen Frequenz/Spannungs-(F/V)-Umsetzer verwendet.
In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild gezeigt, das ein
Beispiel einer konventionellen Frequenz/Meßanzeigevorrichtung
zeigt. Ein Detektorimpulssignal 201 von einem
Geschwindigkeitsmesser oder einem Drehzahlanzeigegerät
und Bezugstaktimpulse 203 von einer Taktimpulsgeneratoreinrichtung
202 werden in eine Zyklusdetektoreinrichtung
204 gegeben. Die Zyklusdetektoreinrichtung 204
detektiert den Zyklus T des Detektorimpulssignals durch
Zählen der Anzahl von Bezugstaktimpulsen, die einem
Zyklus oder einer Periode eines Detektorimpulssignals
entsprechen. Eine arithmetische Einrichtung 206 berechnet
nicht nur eine Frequenz 1/T auf der Basis eines
Signals 205 mit einer Periode T, sondern bestimmt auch
durch Berechnen ein Ausgangssignal 209, das zu einer
Anzeigegerät-Ansteuereinrichtung 210 übertragen wird,
auf der Grundlage eines Parameters 208, der von einer
Speichereinrichtung 207 zugeführt wird. Die Anzeigegerät-
Ansteuereinrichtung 210 setzt das digitale Ausgangssignal
209 in ein Signal um, das für den Zweck der Ansteuerung
eines Anzeigegeräts 212, zu dem ein Ansteuersignal 211
ausgegeben wird, geeignet ist.
Das oben erwähnte konventionelle Meßgerät weist den
Nachteil auf, daß es einen komplexen Schaltungsaufbau
sowie komplexe Berechnungen für mathematische Divisionsoperationen
erfordert. Es ist erforderlich, bei Detektion
einer Frequenz eines Detektorimpulssignals, zunächst
einen Zyklus oder eine Periode Z zu berechnen und diese
dann in eine Frequenz 1/T umzusetzen. Darüber hinaus
zeigt die Kennlinie eines Anzeigegeräts, das zur analogen
Anzeige ausgelegt ist, häufig eine Streuung oder Dispersion,
die außerordentlich schwer zu korrigieren ist
und einer exakten Anzeige entgegensteht.
Bei Bedarf der Darstellung mehrerer gemessener
Werte wie im Fall eines Geschwindigkeitsmessers und
eines Drehzahlanzeigegeräts ist es gebräuchliche Praxis,
daß eine Meßschaltung Frequenzsignale entsprechend jedem
gegebenen gemessenen Wert verarbeitet, und es werden
verschiedene arithmetische Operationen darauffolgend
gemäß der Kennlinie und den Kenndaten jedes Anzeigegeräts
durchgeführt, bevor ein Ausgangssignal zum
Anzeigegerät übertragen wird. Werden also die Anzeigegeräte
sowohl eines Geschwindigkeitsmessers als auch
eines Drehzahlindikators angesteuert, so sind Meßschaltungen
unabhängig vorgesehen, und zwar eine für den
Geschwindigkeitsmesser und eine für den Drehzahlindikator.
Ein solcher Aufbau, bei dem mehrere Meßschaltungen
zur Ansteuerung mehrerer Anzeigegeräte erforderlich ist,
Bringt Schaltungen großen Umfangs sowie ansteigende
Produktionskosten mit sich. Folglich besteht ein Bedarf
an einer Meßschaltung mit einfacher Schaltungsauslegung,
die imstande ist, mehrere Darstellungs- oder Anzeigegeräte
mit einer einzigen Schaltung anzusteuern oder
anzutreiben.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
eine neue und nützliche Meßschaltung zur Verwendung
bei der Frequenzmeßdarstellung anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs
1 bzw. 10 gelöst.
Insbesondere ist die Meßschaltung der Erfindung imstande,
eine Darstellung zu liefern, während die Streuung
oder Dispersion der Anzeigegeräte durch einen einfachen
Schaltungsaufbau korrigierbar sind.
Ferner liefert die Erfindung eine Meßschaltung, die
mit Hilfe einer einzigen Filterschaltung imstande ist,
eine Filterverarbeitung entsprechend jedes mehrerer
Eingangsfrequenzsignale auszuführen.
Die oben genannten Eigenschaften werden durch eine
Meßschaltung erzielt, die dazu ausgelegt ist, eine Messung
durch Umsetzen einer Frequenz eines Eingangssignals
in ein Signal durchzuführen, das digitale Werte entsprechend
der Frequenz aufweist, und einen gemessenen Wert
auf einem Anzeigegerät darzustellen. Die Meßschaltung
umfaßt:
eine Taktimpulsgeneratorschaltung zum Erzeugen von Taktimpulsen mit einer Frequenz, die höher ist als die Frequenz des Eingangssignals;
eine Flankenerfassungsschaltung, die mit der Taktimpulsgeneratorschaltung verbunden ist und ein Flankendetektorsignal ausgibt, das synchron mit den Taktimpulsen ist, nachdem sie das Eingangssignal auf der Grundlage der Taktimpulse abgetastet hat;
eine Torschaltung, die mit der Flankenerfassungsschaltung verbunden ist und einen ersten Faktor ausgibt, wenn sie das Flankendetektorsignal von der Flankenerfassungsschaltung empfängt;
ein erstes digitales Filter, das mit der Torschaltung und der Taktimpulsgeneratorschaltung verbunden ist und ein Signal mit digitalen Werten ausgibt, wobei dieses Signal der Frequenz des Eingangssignals entspricht und durch den ersten Faktor bestimmt ist, wobei hierbei ein Zyklus oder eine Periode des Taktimpulssignals bei der Festlegung der Zeitsteuerung für die Abtastung verwendet wird.
eine Taktimpulsgeneratorschaltung zum Erzeugen von Taktimpulsen mit einer Frequenz, die höher ist als die Frequenz des Eingangssignals;
eine Flankenerfassungsschaltung, die mit der Taktimpulsgeneratorschaltung verbunden ist und ein Flankendetektorsignal ausgibt, das synchron mit den Taktimpulsen ist, nachdem sie das Eingangssignal auf der Grundlage der Taktimpulse abgetastet hat;
eine Torschaltung, die mit der Flankenerfassungsschaltung verbunden ist und einen ersten Faktor ausgibt, wenn sie das Flankendetektorsignal von der Flankenerfassungsschaltung empfängt;
ein erstes digitales Filter, das mit der Torschaltung und der Taktimpulsgeneratorschaltung verbunden ist und ein Signal mit digitalen Werten ausgibt, wobei dieses Signal der Frequenz des Eingangssignals entspricht und durch den ersten Faktor bestimmt ist, wobei hierbei ein Zyklus oder eine Periode des Taktimpulssignals bei der Festlegung der Zeitsteuerung für die Abtastung verwendet wird.
Die erfindungsgemäße Meßschaltung kann auch so ausgelegt
sein, daß sie eine Additionseinrichtung umfaßt,
die mit dem ersten digitalen Filter verbunden ist und
durch die ein Ausgangssignal der Toreinrichtung zu
einem dritten Faktor addiert wird, um das Ausgangssignal
des ersten digitalen Filters zu korrigieren, wobei die
Summe dem ersten digitalen Filter zugeführt wird. Ferner
kann die Meßschaltung hierbei umfassen:
eine Korrektureinrichtung, die mit der Additionseinrichtung verbunden ist und durch die der dritte Faktor, der entsprechend einem Ausgangssignal des ersten digitalen Filters variiert, zur Additionseinrichtung ausgegeben wird.
eine Korrektureinrichtung, die mit der Additionseinrichtung verbunden ist und durch die der dritte Faktor, der entsprechend einem Ausgangssignal des ersten digitalen Filters variiert, zur Additionseinrichtung ausgegeben wird.
Die Meßschaltung der Erfindung zum Umsetzen einer
Frequenz mehrerer Eingangssignale in ein Signal mit
digitalen Werten entsprechend jeder Frequenz und zur
selektiven Darstellung eines gemessenen Werts auf
einem Anzeigegerät umfaßt:
eine Taktimpulsgeneratorschaltung zum Erzeugen von Taktimpulsen mit einer Frequenz, die höher ist als die Frequenz der mehreren Eingangssignale;
mehrere Flankenerfassungsschaltungen, die mit der Taktimpulsgeneratorschaltung verbunden sind und ein Flankendetektorsignal synchron mit den Taktimpulsen nach Abtasten der mehreren Eingangssignale auf der Basis der Taktimpulse ausgeben;
eine Konversions- oder Umsetzungssteuerschaltung, die mit den mehreren Flankenerfassungsschaltungen und der Taktimpulsgeneratorschaltung verbunden ist und die mehreren Eingangssignale als mehrere Signale synchron mit den Taktsignalen ausgibt sowie sequentiell ein Selektionssignal entsprechend den mehreren Eingangssignalen bei jedem vorbestimmten Zyklus erzeugt und ausgibt, und zwar auf der Grundlage der Taktsignale;
eine Selektionsschaltung, die mit der Konversionssteuerschaltung verbunden ist, ein Eingangssignal der mehreren synchronen Signale empfängt und eines der synchronen Signale aus den mehreren synchronen Signalen auf der Grundlage des Eslektionssignals selektiert und ausgibt; und
ein erstes digitales Filter, das mit der Selektionsschaltung und der Taktimpulsgeneratorschaltung verbunden ist und ein Signal ausgibt, das digitale Werte aufweist, welches der Frequenz des Eingangssignals entspricht, die durch die Selektionsschaltung selektiert ist, und durch den ersten Faktor bestimmt ist, während ein Zyklus oder eine Periode des Taktimpulssignals für die Zeitsteuerung seiner Abtastoperation verwendet wird.
eine Taktimpulsgeneratorschaltung zum Erzeugen von Taktimpulsen mit einer Frequenz, die höher ist als die Frequenz der mehreren Eingangssignale;
mehrere Flankenerfassungsschaltungen, die mit der Taktimpulsgeneratorschaltung verbunden sind und ein Flankendetektorsignal synchron mit den Taktimpulsen nach Abtasten der mehreren Eingangssignale auf der Basis der Taktimpulse ausgeben;
eine Konversions- oder Umsetzungssteuerschaltung, die mit den mehreren Flankenerfassungsschaltungen und der Taktimpulsgeneratorschaltung verbunden ist und die mehreren Eingangssignale als mehrere Signale synchron mit den Taktsignalen ausgibt sowie sequentiell ein Selektionssignal entsprechend den mehreren Eingangssignalen bei jedem vorbestimmten Zyklus erzeugt und ausgibt, und zwar auf der Grundlage der Taktsignale;
eine Selektionsschaltung, die mit der Konversionssteuerschaltung verbunden ist, ein Eingangssignal der mehreren synchronen Signale empfängt und eines der synchronen Signale aus den mehreren synchronen Signalen auf der Grundlage des Eslektionssignals selektiert und ausgibt; und
ein erstes digitales Filter, das mit der Selektionsschaltung und der Taktimpulsgeneratorschaltung verbunden ist und ein Signal ausgibt, das digitale Werte aufweist, welches der Frequenz des Eingangssignals entspricht, die durch die Selektionsschaltung selektiert ist, und durch den ersten Faktor bestimmt ist, während ein Zyklus oder eine Periode des Taktimpulssignals für die Zeitsteuerung seiner Abtastoperation verwendet wird.
Die Erfindung ermöglicht, die Empfindlichkeit einer
Meßschaltung mit einem einfachen Aufbau einzustellen, der
die Einstellung des ersten Faktors mittels eines ersten
digitalen Filters erzielt, wobei das Filter dazu vorgesehen
ist, ein Ausgangssignal zu erzeugen, das durch Multiplikation
eines digitalen Werts entsprechend einer Frequenz
eines Eingangssignals durch den ersten Faktor gewonnen
wird. Auch die Einstellung des dritten Faktors,
die durch eine Schaltung mit einfacher Auslegung erzielt
wird, gestattet eine einfache Einstellung eines Offsets
einer Meßschaltung.
Darüber hinaus trägt eine Korrekturschaltung dazu bei,
einen Offsetwert entsprechend einem Ausgangssignal des
ersten digitalen Filters zu variieren, wodurch Fehlercharakteristiken
des Anzeigegeräts korrigiert werden. Das
Aufweisen einer Fähigkeit zur einfachen Korrektur von
Fehlercharakteristiken eines Anzeigegeräts unter Verwendung
einer Schaltung mit einer einfachen Auslegung stellt
sicher, daß die Korrektureinrichtung die Erzielung jedweder
Bedarfsweisen Korrekturcharakteristik gestattet. Infolgedessen
können spezialisierte Meßcharakteristiken oder
-kennlinien oder Hochpräzisionsmeßcharakteristiken einfach
vorgesehen werden.
Darüber hinaus ist die vorliegende Erfindung beispielsweise
durch ihre Fähigkeit gekennzeichnet, eine kostengünstige
Meßschaltung mit einfacher Auslegung zu realisieren, wobei
die Schaltung bei mehreren zu messenden Signalen eingesetzt
wird, da eine Selektion auf der Grundlage eines mehrerer
Signale, die zu messen sind, gemacht werden kann, so
daß eine einzige arithmetische Schaltung dies handhaben
kann.
Somit ist eine Schaltung geschaffen, die bei einfachem
Aufbau imstande ist, Streuung bzw. Dispersion der Kennlinie
und Kenndaten eines Anzeigegeräts zu korrigieren.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand der
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 ein Blockschaltbild, das das Prinzip
eines Beispiels einer konventionellen Frequenzmeß/Anzeigevorrichtung
darstellt;
Fig. 2 ein Blockschaltbild, das den Aufbau der
vorliegenden Erfindung umreißt;
Fig. 3 einen Teil eines Blockschaltbilds, das
die Meßschaltungen erster und zweiter Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung umfaßt;
Fig. 4 einen Teil eines Blockschaltbilds, das
die Meßschaltungen des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung umfaßt;
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines
Anzeigegeräts;
Fig. 6 ein Diagramm, das den Funktionsverlauf
eines Signals zeigt, das dem Anzeigegerät aus Fig. 5
zugeführt wird;
Fig. 7 ein Diagramm, das eine zeitliche Darstellung
der Funktion einer Flankenerfassungsschaltung
des Hauptteils der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 8 ein Diagramm, das die Konfiguration einer
Flankenerfassungsschaltung und einer Torschaltung des
Hauptteils der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 9 ein Blockschaltbild einer integrierenden
Filterschaltung aus Fig. 3;
Fig. 10 ein Diagramm, das die Anstiegscharakteristik
eines Ausgangssignals von einer integrierenden
Filterschaltung des Hauptteils der vorliegenden Erfindung
zeigt;
Fig. 11 ein Diagramm, das eine grafische Funktion
zeigt, die gewonnen wird, wenn eine Frequenz des
Eingangssignals aus Fig. 10 niedrig ist.
Fig. 12 ein Blockschaltbild einer Korrekturschaltung
des Hauptteils des ersten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung;
Fig. 13 ein Diagramm, das eine grafische
Funktion einer Meßkennlinie einer Meßschaltung zeigt,
in der die Korrekturschaltung der Fig. 12 eingesetzt
ist;
Fig. 14 ein Blockschaltbild einer Korrekturschaltung
des Hauptteils des zweiten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung;
Fig. 15 ein Diagramm, das den Funktionsverlauf
einer Korrekturcharakteristik einer Meßschaltung zeigt,
in der die Korrekturschaltung der Fig. 14 eingesetzt
ist;
Fig. 16 ein Blockschaltbild, das das Prinzip
des dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung
umreißt;
Fig. 17 ein Blockschaltbild, das eine Schaltung
des dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung
beschreibt;
Fig. 18 ein Blockschaltbild einer Konversionssteuerschaltung
des dritten Ausführungsbeispiels der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 19 ein Diagramm zum Beschreiben der Funktionsweise
des dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung;
Fig. 20 ein Diagramm zum Beschreiben der
Funktionsweise des dritten Ausführungsbeispiels der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 21 ein Diagramm zum Beschreiben der Funktionsweise
des dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung; und
Fig. 22 ein Diagramm zum Beschreiben der Funktionsweise
des dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung.
Die Beschreibung des Prinzips einer Meßschaltung
der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezug auf
das Blockschaltbild der Fig. 2 vorgenommen.
Eine Meßschaltung 300 der Fig. 2 ist so ausgelegt,
daß die Frequenz eines Eingangssignals 301 gemessen
wird, indem das Signal in ein Signal umgesetzt wird,
das digitale Werte aufweist, die mit dieser Frequenz
verknüpft sind; die gemessene Frequenz wird dann auf
einer Anzeigevorrichtung oder einem Anzeigegerät dargestellt.
Eine Taktimpulserzeugungseinrichtung 303 erzeugt
Taktimpulse 302, die eine höhere Frequenz als die
Frequenz des oben erwähnten Eingangssignals 301 aufweisen,
und führt die Taktimpulse einer Flankenerfassungseinrichtung
304 zu. Die Flankenerfassungseinrichtung
304 führt eine Abtastung des Eingangssignales 301
auf der Basis der Taktimpulse 302 durch und gibt ein
Flankendetektorsignal 305 aus, das synchron zu den
Taktimpulsen 302 ist. Eine Toreinrichtung 306 gibt
einen ersten Faktor 307 aus, wenn sie ein Flankendetektorsignal
305 von der Flankenerfassungseinrichtung 304
empfängt. Ein erstes digitales Filter 308 bestimmt
eine Abtastzeitsteuerung durch Bezugnahme auf den
Zyklus der Taktimpulse 302 und gibt ein digitales
Signal 309 entsprechend der Frequenz des Eingangssignals
301 aus. Das Ausgangssignal 309 vom ersten digitalen
Filter 308 weist einen Wert auf, der aus der Multiplikation
eines Signals, das digitale Werte entsprechend der
Frequenz des Eingangssignals aufweist, mit dem ersten
Faktor als ein Ergebnis der Eingabe des Ausgangssignals
307 von der Toreinrichtung 306 in das erste digitale
Filter 308 abgeleitet wird, wobei die Toreinrichtung
den ersten Faktor beim Empfang des Flankendetektorsignals
ausgibt. Die Einstellung dieses ersten Faktors
gestattet die Einstellung der Empfindlichkeit der Meßschaltung.
Eine Beschreibung des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels
der Erfindung wird nun unter Bezugnahme
auf die Fig. 3 und 4 gegeben. Die Fig. 3 und 4
sind Blockschaltbilder, die die Meßschaltung des ersten
und zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung
enthalten. Die obigen Ausführungsbeispiele
sind eine Meßschaltung für ein Tachometer, das zur
Anzeige einer Motordrehzahl verwendet wird.
Eine Meßschaltung 10 umfaßt eine Oszillatorschaltung
25 und eine Taktgeneratorschaltung 24, die einer
Taktimpulsgeneratoreinrichtung entspricht, ferner eine
Wellenformerschaltung 22, die eine Einrichtung zum
Formen einer Wellenform oder Kurvenform entspricht,
eine Flankenerfassungsschaltung 23, die einer Flankendetektoreinrichtung
entspricht, eine Torschaltung 36,
die einer Toreinrichtung entspricht, Korrekturschaltungen
27 und 37, die Korrektureinrichtungen entsprechen,
eine Addierschaltung 29, die einer Additionseinrichtung
entspricht, eine integrierende Filterschaltung
30, die dem ersten digitalen Filter entspricht, eine
integrierende Filterschaltung 40, die dem zweiten
digitalen Filter entspricht, und eine Antriebsschaltung
21, die einer Ansteuer- oder Antriebseinrichtung entspricht.
Anschlüsse bis von Leitungen, die in Fig. 3
rechts angezeigt sind, hängen mit Anschlüssen bis
der Leitungen zusammen, die ganz links in Fig. 4 angezeigt
sind. Der Unterschied zwischen dem ersten und
zweiten Ausführungsbeispiel besteht nur im Aufbau der
Korrekturschaltungen; dabei ist die Meßschaltung 10
des ersten Ausführungsbeispiels mit der Korrekturschaltung
27 ausgerüstet, und die Meßschaltung 10 des zweiten
Ausführungsbeispiels ist mit der Korrekturschaltung
37 ausgerüstet.
Die Bezugszahl 1 auf der ganz rechten Seite der
Fig. 4 repräsentiert eine Anzeigevorrichtung. In diesem
Ausführungsbeispiel wird ein Anzeigegerät mit
Kreuzspule verwendet.
Fig. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines
Anzeigegeräts 1, das in Fig. 4 dargestellt ist. Das
Anzeigegerät 1 nach Art einer Kreuzspule umfaßt ein
Paar Spulen, nämlich eine Sinusspule 2 und eine Kosinusspule
3, die unter einem mechanischen Kreuzungswinkel
von 90° bezüglich einander angeordnet sind. Ein
beweglicher Magnet 4 ist im von diesen Spulen 2 und 3
umgebenen Inenraum angeordnet; eine Zeigerachse 5 erstreckt
sich vom Mittelpunkt des bewegbaren Magneten 4
nach oben; ein Zeiger 6 ist am oberen Ende der Zeigerachse
5 befestigt. Eine (nicht dargestellte) Skalenscheibe
ist so angeordnet, daß sie den Bewegungsbereich
der Spitze des Zeigers 6 abdeckt. Das Anzeigegerät
1 ist beispielsweise auf dem Armaturenbrett des
Fahrersitzes eines Automobils angebracht. Der Zeiger 6
zeigt dem Fahrer die Motordrehzahl an.
Das Anzeigegerät 1 obiger Konfiguration arbeitet
so, daß der Sinusspule 2 und der Kosinusspule 3 Signale
zugeführt werden, die einen Pegel entsprechend einem
elektrischen Winkel A aufweisen, der von einer Sinusschwingung
11 und einer Kosinusschwingung 12 gebildet
ist, wobei diese Wellen oder Schwingungen eine Phasendifferenz
von 90° aufweisen, wie in Fig. 6 gezeigt ist.
Ansteuer- oder Antriebssignale mit einer solchen Phasendifferenz
werden von der Ansteuerschaltung 21, die in
Fig. 4 gezeigt ist, dem Anzeigegerät 1 auf der Grundlage
eines Signals AX zugeführt, das von der integrierenden
Filterschaltung 40 ausgegeben wird. Der Pegel des Signals
AX ist proportional zur Frequenz eines Eingangssignals S₁,
wobei der elektrische Winkel A, der oben erwähnt wurde,
durch das Signal AX bestimmt ist. Beispielsweise ist
der Pegel des digitalen Signals AX, wenn das Eingangssignal
S₁ 100 Hz beträgt, 100, und der elektrische Winkel
des Ansteuereingangssignals für das Anzeigegerät beträgt 90°.
Wenn das Eingangssignal S₁ 200 Hz beträgt,
der Pegel AX 200, und der elektrische Winkel
beträgt 180°. Der Drehwinkel des Zeigers 6 des Anzeigegeräts
1 entspricht diesem elektrischen Winkel, d. h.
Winkel in elektrischen Graden oder auch Phasenwinkel.
Folglich ist ein solcher Aufbau realisiert, daß der
Wert, der vom Anzeigegerät 1 angezeigt wird, proportional
zur Frequenz des Eingangssignals S₁ ist.
In diesem Ausführungsbeispiel wird das Eingangssignal
S₁, das eine der Motordrehzahl entsprechende
Frequenz aufweist, in die Meßschaltung 10 eingegeben.
Das Eingangssignal S₁ wird in das Ausgangssignal AX
umgesetzt, das eine Amplitude aufweist, die mit der
Frequenz des Eingangssignals S₁ verknüpft ist. Ferner
wird das Ausgangssignal AX durch die Ansteuerschaltung 21
in ein Signal umgesetzt, das in Abhängigkeit von der
Variation des Ausgangssignals AX eine Phasenvoreilung
oder eine Phasennacheilung aufweist, und dieses Signal
mit entweder einer Phasenvoreilung oder einer Phasennacheilung
wird dem Anzeigegerät zugeführt.
Das Eingangssignal S₁ ist ein Wechselspannungssignal
mit einer Frequenz f und wird von einem Tachometer
zugeführt, das mit einer rotierenden Welle eines
Motors verbunden ist. Das Signal S₁ wird in die Wellenformerschaltung
22 eingegeben, um so in eine angenähert
oder grob rechtwinklige Welle oder Schwingung umgesetzt
zu werden, wobei es anschließend nach der Umformung
der Flankenerfassungsschaltung 23 zugeführt wird. In
diesem Ausführungsbeispiel ist die Frequenz des Eingangssignals
S₁ auf 1 Hz gesetzt, wenn die Motordrehzahl
30 U/m beträgt.
Die Taktgeneratorschaltung 24 erzeugt Taktimpulse
Cp mit einer höheren Frequenz als der Frequenz f des
Eingangssignals S₁ auf der Grundlage eines Signals, das
in der Oszillatorschaltung 25 erzeugt wird. Diese Taktimpulse
Cp werden der Flankenerfassungsschaltung 23 zugeführt.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die Frequenz
der Taktimpulse Cp auf 8192 Hz festgesetzt, und der
elektrische Winkel A, der dem Anzeigegerät 1 zugeführt
wird, ist auf 90° festgelegt, wenn der Pegel
des Signals AX, der von der Meßschaltung 10 ausgegeben
wird, 1024 beträgt. Entsprechend ergibt die Drehzahl
9000 U/m (300 Hz) einen AX-Wert von 3072, und der
elektrische Winkel des Anzeigegeräts 1 beträgt 270°.
Die Flankenerfassungsschaltung 23 tastet das Eingangssignal
S₁ mittels der Taktimpulse Cp ab, die von
der Taktgeneratorschaltung 24 zugeführt werden, und
gibt ein Flankendetektorsignal aus, das synchron zu
den Taktimpulsen Cp ist.
Die Fig. 7 zeigt ein Zeitdiagramm des Eingangssignals
S₁, der Taktimpulse Cp und des Ausgangssignals
der Flankenerfassungsschaltung 23. Das Ausgangssignal
kann beim Anstieg eines Taktimpulses Cp, der unmittelbar
nachdem das Eingangssignal S₁, in der Wellenformerschaltung
22 geformt, auf einen Pegel H ansteigt, auf
einen hohen Pegel ansteigen, der im folgenden der
Einfachheit halber mit H angezeigt wird. Das Ausgangssignal
kann am Anstieg des nächsten Taktimpulses Cp
auf einen niedrigen Pegel (im folgenden der Einfachheit
halber mit L bezeichnet) abfallen. Infolgedessen wird
das Ausgangssignal nur während eines Zyklus vom Taktimpuls
auf H gehalten, wobei der Zyklus die Taktimpulse
Cp darstellt, die unmittelbar auf den Anstieg des
Eingangssignals S₁ folgen.
Die Torschaltung 26 ist beispielsweise aus logischen
UND-Gliedern aufgebaut und ist mit der Funktion
versehen, einen festgelegten Empfindlichkeitswert GX,
der dem zuvor erwähnten ersten Faktor 1 entspricht,
nur dann auszugeben, wenn ein Ausgangssignal von der
Flankenerfassungsschaltung 23 vorliegt. Dieser festgelegte
Empfindlichkeitswert GX ist ein Faktor zum Bestimmen
des Ausmaßes der Auslenkung des Zeigers 6 des
Anzeigegeräts 1 bezüglich des Variationsbereichs der
Frequenz f des Eingangssignals S₁.
Die Fig. 8 zeigt den Aufbau der Flankenerfassungsschaltung
23 und der Torschaltung 26, worin
logische Schaltungen eingesetzt sind. In Fig. 8 repräsentieren
die Bezugszahlen 71 und 72 D-Flipflops
und 73 bis 82 logische UND-Glieder. Die D-Flipflops
71 und 72 halten als einen Ausgangswert Q einen
D-Eingangswert beim Anstieg eines CK-Eingangssignals,
wobei ein QB-Ausgangssignal durch Umkehrung des Q-Ausgangs
abgeleitet wird.
Die Flankenerfassungsschaltung 23 und die Torschaltung
26 obigen Aufbaus weisen Anschlüsse 83 bis 85
auf, denen das Ausgangssignal S₁, die Taktimpulse Cp
und der festgelegte Empfindlichkeitswert GX zugeführt
werden. Der festgelegte Empfindlichkeitswert GX wird
vom Anschluß 86 nur dann ausgegeben, wenn weiter unten
beschriebene vorbestimmte Bedingungen vorliegen.
Im folgenden wird die Funktionsweise der Flankenerfassungsschaltung
23 und der Torschaltung 26 obigen
Aufbaus beschrieben. Während das dem Anschluß 83 zugeführte
Eingangssignal S₁ auf L liegt, beträgt das Q-Ausgangssignal
des Flipflops 71 L, wobei infolgedessen
das Q-Ausgangssignal des Flipflops 72 H ist und das
QB-Ausgangssignal dieses Flipflops auf L liegt. Infolgedessen
sind die der logischen UND-Schaltung 73
zugeführten Eingangssignale L und H. Das Ausgangssignal
hiervon ist L. Die Ausgangssignale der logischen UND-Schaltungen
75 bis 82 sind sämtlich L.
Wenn das Eingangssignal S₁ auf H ansteigt, gefolgt
von einem Anstieg des Taktimpulses Cp, ist das
Q-Ausgangssignal des Flipflops 71 auf H. Demgegenüber
ist, da der D-Eingang des Flipflops 72 beim Anstieg
des Taktimpulses Cp auf L bleibt, das Q-Ausgangssignal
dieses Flipflops L und das QB-Ausgangssignal dieses
Flipflops bleibt auf H. Infolgedessen sind die Eingangssignale
in die logische UND-Schaltung 73 beide auf H,
woraus ein Ausgangssignal dieser Schaltung von H
resultiert. Die logischen UND-Schaltungen 75 bis 82
geben auf den Anschluß 86 den festgelegten Empfindlichkeitswert
GX aus, der dem Anschluß 85 zugeführt
wird.
Am Anstieg des nächsten Taktimpulses Cp liegt der
Q-Ausgang des Flipflops 72 auf H, und der QB-Ausgang
dieses Flipflops liegt auf L, da das Eingangssignal S₁
auf H verbleibt und der Q-Ausgang des Flipflops 71 auf
H gehalten wird. Infolgedessen sind die Eingangssignale
in die logische UND-Schaltung 73 H und L. Das Schaltungsausgangssignal
ist L, und die Ausgangssignale der
logischen UND-Schaltungen 75 und 82 liegen sämtlich
auf L.
Ist anschließend das Eingangssignal S₁ H, bleiben
die Zustände der Flipflops 71 und 72 unverändert; die
Zustände der logischen UND-Schaltungen 73 bis 82 ändern
sich nicht. Geht das Eingangssignal S₁ auf L, so wird
das Q-Ausgangssignal vom Flipflop 71 L, und die Eingangssignale
in die logische UND-Schaltung bleiben auf L.
Dieser Zustand hält an, bis das Eingangssignal S₁ auf H
ansteigt. Danach wiederholen sich die zuvor erwähnten
Funktionsschritte selbst. Das heißt, die in der Zeittabelle
der Fig. 7 gezeigten Funktionsabläufe finden
statt, und es wird eine grobe Rechteckschwingung als
Flankendetektorsignal ausgegeben.
Während dieses Ausführungsbeispiel so ausgelegt
ist, daß eine Anstiegsflanke des Eingangssignals S₁
entsprechend dem Zyklus oder der Periode der Taktimpulse
Cp erfaßt wird, kann die Schaltung auch so ausgelegt
werden, daß sie eine ähnliche Funktion aufweist, die
den Vorteil einer Abfallflanke des Eingangssignals S₁
nutzt.
Da die Taktimpulse Cp, die von der Taktgeneratorschaltung
24 erzeugt werden, auf eine höhere Frequenz
als die Frequenz des Eingangssignals S₁ wie oben beschrieben
festgelegt sind, ist sichergestellt, daß die
Zyklen oder Perioden der Taktimpulse Cp, die jedem
Zyklus oder jeder Periode des Eingangssignals S₁
entsprechen, voneinander getrennt sind.
Die Flankenerfassungsschaltung 23 kann auch so
ausgelegt sein, daß das grobe Rechtecksignal, das in
den obigen Funktionschritten als das Flankendetektorsignal
gewonnen wird, bevor es ausgegeben wird,
bedarfsweise heruntergeteilt oder multipliziert wird,
und es wird eine Anzeigeverstärkung- oder -erweiterung
so festgelegt, daß sie auf die Teilungs- und Multiplikationsoperationen
abgestimmt ist.
Die Korrekturschaltungen 27 und 37 ermöglichen,
daß ein festgelegter Offsetwert QX bezüglich des Werts
AX variiert, der von der integrierenden Filterschaltung
40 ausgegeben wird, und gibt das Ergebnis eines Offsetwerts
PX, der dem dritten Faktor entspricht, aus. Mit
anderen Worten ist eine Konfiguration vorgesehen, in
der PX als eine Funktion von AX definiert wird. Dieser
Offsetwert PX korrigiert einen Anzeigefehler infolge
der dispersiven Eigenschaften des Anzeigegeräts 1. In
diesem Ausführungsbeispiel ist der festgelegte Offsetwert
auf QX=68 gesetzt, was einem Wert entspricht,
der mit dem elektrischen Winkel von grob 6° übereinstimmt.
Besteht kein Bedarf an einer Korrektur, indem man
den festgelegten Offsetwert QX variieren läßt, kann QX
unmodifiziert als PX ausgegeben werden. Für den Fall,
daß es möglich ist, eine Offseteinstellung (Nullpunkt-
Einstellung) des Anzeigegeräts 1 durch Drehen des
Zeigers 6 vom Anzeigegerät 1 bezüglich der Zeigerachse
5 vorzunehmen, besteht keine Notwendigkeit für
den festgesetzten Offsetwert QX.
Die Additionsschaltung 29 addiert Ausgangssignale
von der Torschaltung 26 und den Korrekturschaltungen
27, 37 und gibt die Summe als ein Signal Py aus.
Die Fig. 9 zeigt ein Blockschaltbild der integrierenden
Filterschaltung 30. Die integrierende Filterschaltung
30 umfaßt einen Addierer 31, der einer addierenden
Einrichtung entspricht, Multiplikatoren 32 und 33,
die einer ersten und zweiten Multiplikationseinrichtung
entsprechen, und einen einer verzögernden Einrichtung
entsprechenden Verzögerer 34. Die integrierende
Filterschaltung ist ein digitales Filter, das
den Zyklus der Taktimpulse Cp, die ihm von der Taktgeneratorschaltung
24 zugeführt werden, als Zeitsteuerung
bei den Abtastfunktionen benutzt.
Der Verzögerer 34 der integrierenden Filterschaltung
30 hält den Wert zurück, der bei der vorhergehenden
Abtastung gewonnen wurde; der Multiplikator
32 multipliziert den Wert mit einem positiven Wert a1
kleiner als 1; der Addierer 31 addiert das Ergebnis
zum Eingangssignal in der laufenden Abtastung, wobei
die Summe infolgedessen in den Verzögerer 34 eingegeben
wird.
Vorausgesetzt, daß bezüglich einer Zahl n, die
mit Fortschreiten der Abtastung aktualisiert wird, ein
Eingangssignal in den Addierer 31 x(n) ist, ein Eingangssignal
in den Verzögerer 34 y(n) ist, ein Multiplikationsfaktor
des Multiplikators 32 a1 ist, ein Ausgangssignal
vom Verzögerer 34 y(n-1) wird, kann y(n) ausgedrückt
werden durch:
y(n)=x(n)+a1 · y(n-1). (1)
In diesem Ausführungsbeispiel ist vorbestimmt, daß
a1=1023/1024.
In diesem Fall arbeitet die integrierende Filterschaltung
30 als Integrator und stellt eine integrierende
Filterschaltung dar, indem sichergestellt wird, daß der
Multiplikationsfaktor a1 des Multiplikators 32 im
folgenden Bereich liegt:
1<a1<0. (2)
Dies bedeutet, wenn das Signal Py bei y(n-1)=0
eingegeben wird, x(n) zum Signal Py wird und y(n)
zum Signal Py wird. Bis das Signal Py wieder eingegeben
wird, wird x(n) auf 0 gehalten, während y(n) allmählich
dadurch vermindert wird, daß es mit dem Faktor a1
multipliziert wird, wenn n bei jedem Zyklus des Taktsignals
Cp fortschreitend aktualisiert wird.
Wird das Eingangssignal Py wieder eingegeben, wird
x(n) zum Signal PX, wobei dieses Signal als ein x(n) zu
y(n) addiert wird, welches während der obigen Prozesse
eine Abnahme durchlaufen hat. Anschließend nimmt y(n)
ab, bis ein Signal Py erneut eingegeben wird, wie oben
beschrieben wurde.
Aus dem Obrigen geht hervor, daß ein Signal, wo
y(n) in einer schwebenden oder schwingenden Weise erhöht
und erniedrigt wird, von der integrierenden Filterschaltung
30 ausgegeben wird. Der Wert a1 bestimmt eine
Antwortcharakteristik der Meßschaltung 10 und kann wie
erforderlich innerhalb des Bereichs, der durch die obige
Gleichung (2) gegeben wird, festgesetzt werden. Der
Multiplikationsfaktor a2 vom Addierer 33, der dem zweiten
Faktor entspricht, kann bedarfsweise festgelegt
werden und wird tatsächlich so festgelegt, daß er einen
Wert annimmt, der für die Eingabe in die integrierende
Filterschaltung 40 in der nächsten Schaltungsstufe
geeignet ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist vorbestimmt,
daß
a2=1/1024.
Die Taktimpulse Cp, die der integrierenden Filterschaltung
30 zugeführt werden, stimmen mit den Taktimpulsen
Cp überein, die der Erfassungsschaltung 23
zugeführt werden. Wie bereits weiter oben erläutert,
wird die Frequenz der Taktimpulse Cp so gesteuert, daß
sie höher als die Frequenz des Eingangssignals S₁ ist.
Infolgedessen werden nur solche Zyklen der Taktimpulse
Cp, die der Anstiegsflanke entsprechen, als das Flankendetektorsignal
von der Flankenerfassungsschaltung 23
ausgegeben, die zum Erfassen der Anstiegsflanke des
Eingangssignals S₁ vorgesehen ist.
Wird die Anstiegsflanke des Eingangssignals S₁
von der Flankenerfassungsschaltung 23 nicht detektiert
und infolgedessen kein Flankendetektorsignal geliefert,
so fehlt ein von der Torschaltung 26 in die Addierschaltung
29 eingegebenes Eingangssignal, und es wird
nur der Offsetwert PX von den Korrekturschaltungen 27
und 37 eingegeben.
Wird die Anstiegsflanke des Eingangssignals S₁
von der Flankenerfassungsschaltung 23 erfaßt, so wird
der festgelegte Empfindlichkeitswert GX von der Torschaltung
26 in die Addierschaltung 29 gegeben. Dieser
festgesetzte Empfindlichkeitswert GX wird zum Offsetwert
PX von der Korrekturschaltung 27 hinzuaddiert und
der integrierenden Filterschaltung 30 zugeführt.
In diesem Ausführungsbeispiel wird die Frequenz
der Steuerimpulse Cp so gesteuert, daß sie 8192 Hz
beträgt. Angenommen, das Eingangssignal S₁ habe dieselbe
Frequenz f von 8192 Hz wie die Frequenz der Taktimpulse,
so gibt die Torschaltung 26 stets GX aus, da
das Flankendetektorsignal durch die Flankenerfassungsschaltung
23 bezüglich sämtlicher Zyklen oder Perioden
der Taktimpulse Cp erfaßt wird. Der Wert GX ist unter
Bezug auf diese Annahme festgelegt.
Da das Verhältnis von 300 Hz des Eingangssignals S₁
zum AX-Wert von 3072 in der oben erläuterten Weise vorgesehen
wird, kann konkret der Wert GX durch die folgende
Proportionalgleichung gewonnen werden:
300/8192=3072/GX
mit
GX=83886.
Entsprechend ist das Ausgangssignal Fp der
integrierenden Filterschaltung 30 so beschaffen, daß
der Offsetwert PX, der stets von den Korrekturschaltungen
27 und 37 ausgegeben wird, zum festgesetzten
Empfindlichkeitswert GX hinzuaddiert wird, wenn die
Anstiegsflanke des Eingangssignals S₁ erfaßt wird, und
die Summe wird durch den Multiplikationsfaktor a1 vermindert,
bis die nächste Anstiegsflanke des Eingangssignals
erfaßt wird.
Je höher die Frequenz des Eingangssignals S₁, je
kürzer ist der Zyklus der Variation des Ausgangssignals
Fp der integrierenden Filterschaltung 30 und je kürzer
ist die Periode zwischen dem Zeitpunkt, zu dem eine
Anstiegsflanke des Eingangssignals S₁ erfaßt wird, und
dem Zeitpunkt, zu dem die nächste Anstiegsflanke hiervon
erfaßt wird. Infolgedessen ist die Häufigkeit, mit der
y(n) vermindert wird, indem y(n) durch den Multiplikationsfaktor
a1 bei jedem Zyklus der Taktimpulse Cp
multipliziert wird, geringer, und der durchschnittliche
Pegel des Ausgangssignals Fp der integrierenden Filterschaltung
30 ist höher.
Demgegenüber gilt, je geringer die Frequenz des
Eingangssignals S₁, um so länger der Zyklus, um so höher
die Häufigkeit, mit der y(n) infolge des Multiplikationsfaktors
a1 herabgesetzt wird, und um so geringer
der durchschnittliche Pegel des Ausgangssignals Fp der
integrierenden Filterschaltung 30.
Auf diese Weise ist der durchschnittliche Pegel
des Ausgangssignals Fp der integrierenden Filterschaltung
30 definiert, indem zum stetig beibehaltenen, andauernden
Offsetwert PX der Wert addiert wird, der durch
Integration des intermittierenden oder diskontinuierlichen
Eingangssignals des festgesetzten Empfindlichkeitswerts
GX gewonnen wird, um diesem so eine Amplitude zu
verleihen, die proportional zum Eingangssignal S₁ ist.
Die integrierende Filterschaltung 40 in diesem
Ausführungsbeispiel weist denselben Aufbau wie das
Integrationsfilter 30 auf. Das das Ausgangssignal Fp
der integrierenden Filterschaltung 30 eine große Fluktuation
insbesondere dann zeigt, wenn die Frequenz des
Eingangssignals S₁ gering ist, woraus eine Welligkeit
oder ein Brumm entsteht, die zur Vibration oder
Schwingung des Zeigers 6 vom Anzeigegerät 1 führen,
ist der Auslegung die integrierende Filterschaltung 40
hinzugefügt, um durch Ausführen eines Filterprozesses
zur Eliminierung der Welligkeit diese Schwingung
oder Vibration zu verhindern.
Das Ausgangssignal AX von der integrierenden
Filterschaltung 40 wird nicht nur der Ansteuerschaltung
21 zum Ansteuern des Anzeigegeräts 1 zugeführt,
sondern auch den Korrekturschaltungen 27 und 37, nachdem
es, wie oben beschrieben, rückgekoppelt worden
ist.
Die grafische Darstellung der Fig. 10 zeigt die
Anstiegscharakteristik des Ausgangssignals AX der
integrierenden Filterschaltung 40 bezüglich der Frequenz
f des Eingangssignals S₁. In der Fig. 10 repräsentiert
die horizontale Zeitachse die Zeit in Sekunden
und die vertikale Achse repräsentiert die Motordrehzahl
in U/m. Die Kurven 91 und 92 repräsentieren f bzw. AX,
da diese beiden Werte auf eine Umdrehungszahl umgesetzt
sind. Aus der grafischen Darstellung geht hervor,
daß das Ausgangssignal AX der Eingangsfrequenz f mit
einer Zeitverzögerung von etwa 0,1 s über grob den
gesamten Drehzahlbereich folgt.
Die Fig. 11 zeigt eine grafische Darstellung,
die die Anstiegscharakteristik des Ausgangssignals
AX bezüglich der Frequenz f des Eingangssignals
zeigt, wenn die Frequenz des Eingangssignals S₁ in
einem außerordentlich niedrigen Bereich liegt. In
Fig. 11 repräsentiert die horizontale Achse die
Zeit in Sekunden und die vertikale Achse den Wert AX.
Die Kurven 93 und 94 repräsentieren f bzw. AX, da
diese beiden Werte auf AX-Pegel umgesetzt worden sind.
Der Teil der AX-Kurve 94, der eine leichte Welligkeit
aufweist, entspricht der zuvor erwähnten Welligkeit
oder dem Brumm.
Im folgenden wird der Aufbau der Korrekturschaltungen
27 und 37 erläutert. Die Fig. 12 zeigt ein
Blockschaltbild einer Korrekturschaltung, die in der
Meßschaltung 10 des ersten Ausführungsbeispiels der
vorliegenden Erfindung vorgesehen ist. Die Korrekturschaltung
27 der Fig. 12 ist so ausgelegt, daß sie
ermöglicht, daß die Meßcharakteristiken Mp in der in
Fig. 13 gezeigten Weise variieren.
Im allgemeinen zeigen viele analoge Anzeigegeräte
keinen Nullpunkt an, auch dann nicht, wenn ein Nullpunktsignal
von der Meßschaltung zugeführt wird, und
zwar infolge eines Fehlers in dem Anzeigegerät oder
als Wirkung einer Hysteresecharakteristik, die dem
Anzeigegerät eigen ist. Folglich wird, wie in Fig. 13
gezeigt ist, der Gradient der Meßkennlinie Mp so
gesteuert, daß er steil ist, wenn die Frequenz f des
Eingangssignals S₁ näher bei Null liegt als ein Punkt
fm, so daß das Signal, das dem Anzeigegerät 1 zugeführt
wird, wenn die Frequenz des Eingangssignals S₁ 0 ist,
unter dem Pegel Am liegt, der dem Nullpunkt entspricht,
wobei sichergestellt wird, daß der Zeiger 6 des Anzeigegeräts
1 den Nullpunkt anzeigt.
Der Zeiger 6 kann auch so ausgelegt sein, daß er
den Nullpunkt ohne Fehler anzeigt, indem eine mechanische
Stoppeinrichtung im Anzeigegerät 1 vorgesehen wird, so
daß der Zeiger 6 keinen Wert unter Null anzeigt.
In Fig. 13 gilt unter der Voraussetzung, daß:
das Ausgangssignal der Ansteuerschaltung 21 AX beträgt;
die Frequenz des Eingangssignals S₁ f beträgt;
die Empfindlichkeit der normalen Meßschaltung 10 K1 beträgt;
der Offset (der Ausgangssignalpegel AX, wenn die Frequenz f des Eingangssignals S₁ Null ist) Am beträgt;
der Faktor, der dazu vorgesehen ist, den Gradienten oder die Steigung der Meßkennlinie Mp steil zu machen, K2 beträgt;
die Kennlinie Mp im Bereich rechts von der Anschlußfrequenz fm, bei der der Gradient oder die Steigung der Meßkennlinie Mp geändert wird, durch
das Ausgangssignal der Ansteuerschaltung 21 AX beträgt;
die Frequenz des Eingangssignals S₁ f beträgt;
die Empfindlichkeit der normalen Meßschaltung 10 K1 beträgt;
der Offset (der Ausgangssignalpegel AX, wenn die Frequenz f des Eingangssignals S₁ Null ist) Am beträgt;
der Faktor, der dazu vorgesehen ist, den Gradienten oder die Steigung der Meßkennlinie Mp steil zu machen, K2 beträgt;
die Kennlinie Mp im Bereich rechts von der Anschlußfrequenz fm, bei der der Gradient oder die Steigung der Meßkennlinie Mp geändert wird, durch
Ax = K1 · f + Am (3)
gegeben ist
und die Kennlinie Mp im Bereich links der Anschlußfrequenz
fm durch
AX = K1 · f + K2 · AX (4)
gegeben ist,
daß, wenn alle obigen Faktoren erfüllt sind, das Ausgangssignal
AX als direktes Ergebnis der Gleichung (4)
zu
AX = K1 · f/(1 - K2) (5)
konvergiert.
Unter der Voraussetzung, daß
1 < K2 < 0 (6)
kann der Gradient der Kennlinie Mp links der Anschlußfrequenz
fm steil ausgebildet werden.
In diesem Ausführungsbeispiel entspricht der Wert
Am dem zuvor erwähnten QX und wird auf 68 gesteuert.
Es ist auch vorgesehen, daß der AX-Wert 3068, der
abgeleitet wird, wenn f des Eingangssignals 300 Hz
beträgt, zum Offset Am, nämlich 68, hinzuaddiert wird.
AX = 3072 + 68 = 3140.
Es wird folglich aus Gleichung (3) oben entnommen, daß
3140 = K1 · 300 + 68.
Folglich ist
K1 = 10,24.
Auflösen der Gleichungen (3) und (5) oben nach AX
und K2, nachdem die Werte für Am und K1 eingesetzt
worden sind, vorausgesetzt, daß die Anschlußfrequenz fm,
bei der der Gradient der Kennlinie Mp sich ändert, 20 Hz
beträgt und dieser Wert von fm mit f bezeichnet wird,
erhalten wir:
AX = 272,8
und
K2 = 1/4 (Hz).
Im Blockschaltbild der Fig. 12 ermittelt eine
Am-Bestimmungsschaltung 41, ob der Pegel des Ausgangssignals
AX, das von der integrierenden Filterschaltung 40
rückgekoppelt ist, höher oder niedriger als der Pegel ist,
der der Anschlußfrequenz fm des Eingangssignals S₁ entspricht,
bei welcher Frequenz der Gradient der Meßkennlinie
Mp sich ändern kann. Das Ergebnis der Bestimmung
wird einer Selektionsschaltung 42 zugeführt. Eine
Multiplikationsschaltung 43 multipliziert das Signal AX mit
dem oben erwünschten Faktor K2 und gibt das Produkt an die
Selektionsschaltung 42 aus.
Die Selektionsschaltung 42 zeigt eine Selektion des
festgesetzten Offsetwerts QX, der in der Selektionsschaltung
42 so festgesetzt ist, daß er Am entspricht,
an, wenn das Ausgangssignal von der obenerwähnten Am-
Bestimmungsschaltung 41 bestimmt, daß die Frequenz f
des Eingangssignals S₁, wobei dem Eingangssignal
der Pegel des Ausgangssignals AX entspricht, höher als
fm ist. Die Selektionsschaltung 42 zeigt eine Selektion
des Ausgangssignals von der Multiplikatorschaltung
43 an, wenn die Frequenz f geringer als fm ist.
Entsprechend gibt die Korrekturschaltung 27 den
festgesetzten Offsetwert QX, nämlich Am, als den Offsetwert
PX aus, wenn das Signal AX höher als der Pegel
ist, der der Frequenz fm entspricht. Ist das Signal
geringer, so gibt die Schaltung 27 den Offsetwert PX
aus, der durch Multiplizieren des Signals AX mit dem
Faktor K2 gewonnen wird. Das Ausgangssignal AX von
der integrierenden Filterschaltung 40 konvergiert auf
den Wert, der als Resultat davon gewonnen wird, daß er
zum Offsetwert PX hinzuaddiert wird. Entsprechend wird
die Kennlinie Mp der Meßschaltung 10 so sein, daß sie
der obigen Gleichung (3) entspricht, wenn die Frequenz
des Eingangssignals S₁ höher als fm ist; und Mp wird
die Kennlinie sein, die der Gleichung (4) oben entspricht,
wenn die Frequenz des Eingangssignals S₁
geringer als fm ist.
Der oben beschriebene Aufbau ist nicht die einzig
mögliche Ausführung, da die Meßkennlinien Mp durch
Variation der obigen Gleichungen auf vielfältige Weise
geändert werden können. Beispielsweise kann bei Bezeichnungen
von B1 als erster Offsetwert und B2 als zweiter
Offsetwert und Darstellung der Anschlußfrequenz, bei
der der Gradient der Meßkennlinie Mp sich ändern kann,
mit fm, die Kennlinie oder Charakteristik rechts von fm
ausgedrückt werden durch:
AX = K1 · f + B1 + B2. (7)
In ähnlicher Weise kann die Kennlinie Mp links von fm
durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden, wenn
der Offsetwert (der Wert des Ausgangssignals AX, wenn
die Frequenz f des Eingangssignals S₁ Null ist) eine
Funktion des Ausgangssignals AX ist.
AX = K1 · f + K2 · (AX - B2) + B2. (8)
Aus den Gleichungen (7) und (8) resultiert, daß
AX = K1 · f/(1 - K2) + B2, (9)
welches die Konvergenz der Meßkennlinie anzeigt. Eine
solche Konfiguration, in der der zweite Offsetwert B2
stets addiert wird, ist gleichermaßen praktikabel.
Die Fig. 14 zeigt ein Blockschaltbild einer Korrekturschaltung,
die in der Meßschaltung 10 des zweiten
Ausführungsbeispiels der Erfindung vorgesehen ist. Die
Korrekturschaltung 37 der Fig. 14 ist dazu ausgelegt,
eine Speicherschaltung 51 und eine Additionsschaltung 52
zu umfassen.
Im allgemeinen ist es schwierig, eine hohe Genauigkeit
in analogen Anzeigegeräten sicherzustellen, da
diese eine inhärente Nichtlinearität aufweisen. Das
Ausführungsbeispiel wird angewandt, wenn versucht wird,
einen Anzeigefehler infolge dieser Nichtlinearität eines
analogen Anzeigegeräts zu korrigieren.
Die Speicherschaltung 51 der Fig. 14 empfängt ein
Eingangssignal, das aus dem Ausgangssignal AX von der
integrierenden Filterschaltung 40 besteht, und gibt
ansprechend auf den Eingangswert AX einen Korrekturwert BX
aus, der vorab gespeichert ist. Ferner wird ein Korrekturwert
BX zum Offsetwert QX durch die Additionsschaltung 52
addiert, und die Summe wird als der Offsetwert PX ausgegeben.
Die Speicherschaltung 51 kann durch Speicherelmente,
die ohne weiteres zur Verfügung stehen, ausgelegt werden.
Auch kann sie bei Bedarf programmierbar ausgestaltet
sein oder durch einfache logische Schaltungen aufgebaut
sein.
Die Fig. 15 zeigt eine grafische Darstellung eines
Beispiels einer Fehlercharakteristik des Anzeigegeräts
bezüglich des Ausgangssignals AX von der integrierenden
Filterschaltung 40, sowie ein Beispiel einer Korrekturcharakteristik
der Korrekturschaltung 37, die zum
Korrigieren des Fehlers vorgesehen ist. Aus Fig. 15
geht hervor, daß ein solcher Fehler sehr einfach korrigiert
werden kann, indem eine Korrekturcharakteristik
62 vorgesehen wird, die die Umkehrfunktion der Fehlercharakteristik
oder -kennlinie bezüglich der Horizontalachse
darstellt, so daß erstere mit einer Funktion
ausgestattet ist, die letztere löscht.
Hier ist darauf hinzuweisen, daß, da AX zur
Korrekturschaltung 37 zurückgeführt wird und rekursiv
berechnet wird, bevor es konvergent gemacht wird, zum
Ausgangssignal AX, zu dem der Korrekturwert BX addiert
ist, ferner der Korrekturwert BX gemäß dem Ausgangssignal
AX, das ein Ergebnis der ersten Addition ist,
hinzuaddiert wird bzw. hiermit überlagert wird. Folglich
führt das Vorsehen einer Korrekturcharakteristik,
die die Umkehrung einer Fehlercharakteristik des Anzeigegeräts
ist, zu einem Fehler infolge der obigen
Überlagerung der Korrekturwerte. Um demnach eine verbesserte
Genauigkeit sicherzustellen, ist es das beste,
in der Speicherschaltung 51 eine Korrekturcharakteristik
vorzusehen, die einen Fehler infolge dieser Überlagerung
von Korrekturwerten zuläßt.
Es ist auch möglich, die Addierschaltung 52 wegzulassen,
indem der Korrekturwert BX entsprechend präpariert
wird, zu dem der festgelegte Offsetwert QX
in der Speicherschaltung 51 vorab addiert wird.
Auch ist es einfach, eine spezielle Meßcharakteristik
oder -kennlinie oder Hochpräzisionsmeßkennlinie
zu erzeugen, da jede Korrekturcharakteristik bedarfsweise
unter Verwendung der Korrekturschaltung 37 gewonnen
werden kann.
Die logischen Schaltungen, die die Meßschaltung 10
im obigen Ausführungsbeispiel darstellen, können durch
andere logische Schaltungen ersetzt werden, soweit sie
imstande sind, im wesentlichen dieselbe Funktion wie
im obigen Ausführungsbeispiel zu realisieren. Auch kann
jede der in den Blockschaltbildern der Fig. 3, 4, 9, 12
und 14 gezeigten Schaltungen, die zur obigen Meßschaltung
10 gehören, durch Mikrocomputer ausgelegt werden.
Im folgenden wird eine Meßschaltung zum Messen
der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs oder einer Motordrehzahl
angegeben, wobei diese Schaltung einen Geschwindigkeitsmesser
und ein Tachometer ansteuert. Die Fig. 16
ist ein Blockschaltbild, das das Prinzip dieses Ausführungsbeispiels
darstellt. In dieser Figur stellt
die Bezugszahl 101 eine Konversionssteuereinrichtung dar,
102 bezeichnet eine Selektionseinrichtung und 103 eine
Filterberechnungseinrichtung.
Mehrere Eingangssignale und Taktsignale einer
höheren Frequenz als die jeweiligen mehreren Eingangssignale
werden der Konversionssteuereinrichtung 101
zugeführt. Die Schaltung 101 gibt nicht nur die
mehreren Eingangssignale als zu den Taktsignalen synchrone
Signale aus, sondern erzeugt auf der Basis der
Taktsignale ein Selektionssignal und gibt dieses bei
jedem vorbestimmten Zyklus aus, das den mehreren synchronen
Signalen entspricht.
Die Selektionseinrichtung 102 empfängt das Eingangssignal,
das aus den mehreren synchronen Signalen
vom Ausgang der Konversionssteuereinrichtung 101 besteht,
und selektiert auf der Grundlage das Selektionssignal
vom Ausgang der Konversionssteuereinrichtung 101
eines der mehreren synchronen Signale und gibt dieses
aus.
Die Filterberechnungseinrichtung 103 empfängt
das Ausgangssignal, das aus einem synchronen Signal
besteht, das von der obenerwähnten Selektoinseinrichtung
102 ausgewählt worden ist, selektiert eine von
vorbestimmten Filterberechnungsprozessen auf der
Grundlage des Selektionssignals und gibt das Ergebnis
des selektierten Filterberechnungsprozesses aus, dam
das ausgegebene synchrone Signal unterworfen wird, das
von der Selektionseinrichtung 102 ausgewählt worden
ist.
Das Prinzip besteht darin, daß die Meßschaltung
100 dieses Ausführungsbeispiels eines mehrerer Eingangssignale
auf der Grundlage eines Selektionssignals
auswählt, das auf der Grundlage von Taktsignalen erzeugt
wird, und ein Ergebnis eines Filterberechnungsprozesses
entsprechend der Charakteristik des Eingangssignals
ausgibt. Auf diese Weise ist eine einzige Filterberechnungseinrichtung
imstande, die Messung mehrerer Eingangssignale
durchzuführen.
Die Fig. 17 zeigt ein Blockschaltbild einer Auslegung
dieses Ausführungsbeispiels. In dieser Figur
bezeichnen die Bezugszahlen 105a und 105b Flankenerfassungsschaltungen.
Die Flankenerfassungsschaltung
105a detektiert den Anstieg eines Fahrzeuggeschwindigkeitsimpulssignals
SP₁, das durch Formen des Fahrzeuggeschwindigkeitssignals
gewonnen wird, und gibt
dieses als Detektorsignal SP₂ aus. Die Flankenerfassungsschaltung
105b erfaßt den Anstieg eines Motordrehzahlimpulssignals
TM₁, das durch Formen des
Motordrehzahlsignals gewonnen wird, und gibt dieses
als Erfassungssignal TM₂ aus. Da die Auslegung und
Funktion der Flankenerfassungsschaltungen 105a und
105b dieselben wie die der Flankenerfassungsschaltung 23
aus dem vorhergehenden Ausführungsbeispiels sind,
wird auf die Beschreibung verzichtet.
Die ausgegebenen Erfassungssignale SP₂ und TM₂
von den Flankenerfassungsschaltungen 105a und 105b
werden der Konversionssteuerschaltung 106 zugeführt.
Diese erzeugt auf der Grundlage der Erfassungssignale
SP₂ und TM₂, die ihr zugeführt werden, Impulssignale,
die einschließen: Taktsignale SPCLK1 und SPCLK2
entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit; Taktsignale
TMCLK1 und TMCLK2 entsprechend der Motorumdrehung;
die Ausgangsselektionssignale SLU0 bis SLU3; und ein
Offsetsteuersignal SPTM gemeinsam mit Verstärkungssteuersignalen
GSP und GTM.
Die Fig. 18 zeigt ein Blockschaltbild des Aufbaus
einer Konversionssteuerschaltung. Diese Schaltung führt
eine Steuerung mit drei Betriebsmodi bezüglich einer
Operation aus, indem sie ein Berechnungsverfahren entsprechend
der Eingangssignale PRTM, RP und TFVC
selektiert, wie in Fig. 19 gezeigt ist.
In Fig. 18 repräsentiert 106a eine Gray-Codezählerschaltung,
die drei D-Flip-Flops 6a-1 bis
6a-3, Inverter 6a-4 bis 6a-6, logische NOR-Schaltungen
6a-7 bis 6a-9 und logische AND-Schaltungen
6a-10 bis 6a-15 umfaßt. 106b repräsentiert eine
Decodierschaltung, die aus drei T₀-8-Zeilen-Decodierschaltungen
6a-1 (aktiver H-Pegelausgang), Invertierern
6b-2 bis 6b-6, logischen OR-Schaltungen 6b-7 und
6b-8 und logischen AND-Schaltungen 6b-9 bis 6b-13,
logischen NOR-Schaltungen 6b-14 und 6b-15 und
logischen NAND-Schaltungen 6b-16 bis 6b-19 besteht.
106c repräsentiert eine Eingangssteuerschaltung, die
aus Eingangssteuerschaltungen 6c aufgebaut ist, die
aus zwei JK-Flipflops 6c-1 und 6c-2, Invertierern
6c-3 und 6c-4 und logischen NOR-Schaltungen 6c-5
und 6c-6 besteht.
106d repräsentiert eine Steuersignaleingangsschaltung,
die aus Invertierern 6d-1 und 6d-2 und
logischen AND-Schaltungen 6d-1 und 6d-2 besteht.
106e repräsentiert eine Taktsignaleingabeschaltung,
die aus Invertierern 6e1 bis 6e-3 besteht.
Die Zählerschaltung 106a erzeugt ein 3-Bitzählsignal,
dessen Zyklus in Fig. 20 mit 0→1→3→2
→6→7→5→4 angezeigt ist, auf der Grundlage
von Taktsignalen CLK mit einer Frequenz, die wesentlich
höher als die der Detektorimpulssignale SP₂ und
TM₂ ist, die der Frequenz entspricht, die zu messen
ist, wobei die Signale von der Taktsignaleingabeschaltung
106e zugeführt werden. Ein Signal, das aus
einer Umkehrung des Ausgangssignals Q vom D-Flipflop
6a-3 abeleitet wird, wird als Schaltsteuersignal
SPTM ausgegeben. Das Schaltsteuersignal SPTM
wird derart gesteuert, daß, wenn es auf dem H-Pegel
liegt, eine SP-Verarbeitung durchgeführt wird, und,
wenn es auf dem L-Pegel liegt, eine TM-Verarbeitung
durchgeführt wird. Auf diese Weise wird eine Mehrfachausnutzung
oder Aufteilung einer berechnenden
Schaltung realisiert.
Die Fig. 21 zeigt in Tabellenform zeitliche
Funktionsverläufe, die bei einem schnellen Antwortmodus
aufgenommen werden. Die Detektorimpulssignale
SP₂ und TM₂ werden auf J-Eingangsanschlüsse der
JK-Flipflops 6a-1 und 6a-2 bzw. auf die logischen
NOR-Schaltungen 6c-5 und 6c-6 gegeben. Diese
Detektorimpulssignale werden beim nächsten Taktsignal
gespeichert bzw. verriegelt und als Empfindlichkeitssteuersignale
GSP und GTM ausgegeben. Die Empfindlichkeitssteuersignale
GSP und GTM werden wieder
freigegeben (unlatched), wenn K-Eingänge der JK-
Flipflops 6a-1 bis 6a-3 beim Zählwert =0 aktivgeschaltet
werden, im Fall von GSP, und bei einem
Zählwert =6 im Fall von GTM. Festgesetzte Empfindlichkeitswerte
der Empfindlichkeitssteuersignale GSP
und GTM werden einmal pro jedem Impuls durch eine
Empfindlichkeitseinstellschaltung 8 zu den Filterverarbeitungsdaten
FX hinzugefügt. Die Decodierschaltung
6 erzeugt Selektionssignale in jedem Modus,
beispielsweise Signale wie die, die in Fig. 22
gezeigt sind.
Die weitere Beschreibung erfolgt wiederum unter
Bezug auf Fig. 17. Die Bezugszahl 110-1 der Fig. 17
repräsentiert eine erste Registerschaltung zum Messen
der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs; die Bezugszahl
110-2 repräsentiert ein zweites Register zum Messen
der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs. Beide sind aus
D-Flipflops aufgebaut. Diese D-Flipflops 110-1 und
110-2 empfangen Eingangssignale von synchronen Signalen
SPCLK1 und SPCLK2 als Taktsignale CLK1 und CLK2,
verriegeln das Eingangssignal DX und geben es als das
Ausgangssignal QX aus. Die Bezugszeichen 109-1 und
109-2 repräsentieren ein erstes bzw. zweites Register
für TM, die aus D-Flipflops bestehen und Eingangssignale
synchroner Signale TMCLK1 und TMCLK2 als
Taktsignale CLK1 und CLK2 empfangen, das Eingangssignal
DX verriegeln und es als das Ausgangssignal
QX ausgeben.
107 repräsentiert eine Offseteinstellschaltung
zum Addieren eines Offsets einer Messung und selektiert
entweder ein Offsetsignal OFFSSPX oder ein Offsetsignal
OFFSTMx auf der Grundlage des Selektionssignals
SPTM, wobei die Selektion zu einem Block niedrigeren
Bits des AX-Eingangs von der Korrekturschaltung 112
ausgegeben wird. Die Notation 108 repräsentiert
eine Empfindlichkeitseinstellschaltung, die die
Empfindlichkeit der Messung bestimmt und entweder das
Empfindlichkeitssteuersignal GSP oder das Empfindlichkeitssteuersignal
GTM auf der Grundlage des Selektionssignals
SPTM selektiert und die Selektion zu einem Block höherwertigen
Bits vom AX-Eingang der Korrekturschaltung
112 zuführt.
Der AX-Eingang der Korrekturschaltung 112
wird durch ein Korrektursignal FX repräsentiert, das
eine Summe von höheren und geringerwertigen Blöcken
ist, die durch die obenerwähnte Offseteinstellschaltung
107 sowie Empfindlichkeitseinstellschaltung 108
festgelegt werden. Die Selektionsschaltung 111 in der
nächsten Stufe ist beispielsweise aus Multiplexern
aufgebaut und selektiert eines der Eingangsimpulssignale
AX, BX, CX, DX auf der Grundlage eines
Selektionseingangssignals, das A, B, C oder D sein
kann; die Schaltung 112 ist mit Selektionsausgängen
SLUX (SLU0-3) der Konversionssteuerschaltung 106
verbunden, wobei die Selektion als das Ausgangsimpulssignal
OX ausgegeben wird.
Die Schaltung 112 selektiert entweder AX, BX,
CX oder DX auf der Grundlage eines Selektionseingangssignals,
das A, B, C oder D sein kann; die Schaltung
112 ist mit Selektionsausgängen SLUX (SLU0-3) verbunden,
wobei sie die Selektion als OX ausgibt.
BX wird auf 1/2048 umgesetzt und DX auf 1/1024
infolge einer Bitverschiebung entsprechend den Ausgängen
FVD9-2 und RVO10-2 von Registerschaltungen
19-2 und 110-2.
113 repräsentiert eine Filterberechnungsschaltung
und führt eine Berechnung durch, die von Selektionssteuersignalen
SIA und SIB der Konversionssteuerschaltung
116 auf die folgende Weise abhängt:
SIA: DX = BX + AX · 1023/1024 (1)
SIB: DX = BX + AX · 2047/2048 (2)
Im normalen Betriebsmodus von SP werden beispielsweise
eine Schnellantwort- oder Langsamantwort-
Verarbeitung in der aus Fig. 22 detailliert entnehmbaren
Weise durchgeführt. Vorausgesetzt, die Ausgangssignale
der Registerschaltungen 110-1 und 110-2 sind
FVD10-1 und FVS-2, wobei
FVD10-2 = FX + FDV10-2 · 1023/1024 (3)
FVD10-1 = FVD10-2/2048 + FVD10-1 · 2047/2048 (4)
ergibt sich auf diese Weise
als Ausgangssignal
A_SPX = FVD10-1/2048 (5)
welches das Ausgangssignal des Registers 110-1 und
das Fahrzeuggeschwindigkeitsausgangssignal ist, wobei
dieses als Ergebnis der Messung ausgegeben wird. Entsprechend
hat die Meßschaltung 100 der Erfindung eine
Wirkung, die virtuell äquivalent zu einer analogen FV-
Umsetzungsschaltung ist, und zwar infolge der obigen
Verarbeitungen der Detektorimpulssignale SP₂ und TM₂.
Dies bedeutet, wie im Fall des ersten und zweiten
Ausführungsbeispiels, daß das Ergebnis einer Messung
auf eine solche Weise gewonnen wird, daß eine Frequenz,
die gemessen wird, mit einem Wert multipliziert wird,
der einem festgelegten Empfindlichkeitswert entspricht
und zu einem Wert hinzuaddiert wird, der einem festgesetzten
Offsetwert entspricht. Ferner wird in einem
TM-Schnellantwortmodus, der in Fig. 22 gezeigt ist,
die folgende Berechnung bezüglich FVD9-1 und FVD9-2
durchgeführt, wobei diese FVD9-1 und FVD9-2 Ausgangssignale
der Registerschaltungen 9-1 und 9-2 sind und
wie folgt definiert sind:
FVD9-1 = FX + FVD9-2 · 1023/1024 (6)
FVD9-2 = FVD9-2/1024 + FVD-2 · 1023/1024 (7)
Auf diese Weise wird A_TMX=FVD9-4/2048, welches dem
Signal entspricht, das aus dem Register 9-1 ausgegeben
wird, und dem Motordrehzahlausgangssignal entspricht, als
Ergebnis der Messung ausgegeben. Es ist möglich, die
Geschwindigkeit der Anzeigeantwort durch Ausführen
einer mehrmaligen Berechnung der Gleichung (7) zu
erhöhen.
Im Null-Resetmodus ist es möglich, die Registerschaltungen
109-1 und 110-1 zwangsweise zurückzustellen,
indem ein Null-Resetsignal PW zum Zeitpunkt einer geringen
Spannung verwendet wird, so daß die Anzeige von
Null prompt und glatt wieder eingenommen wird.
Wie erläutert wurde, macht dieses Ausführungsbeispiel
möglich, mittels einer einzigen berechnenden
Schaltung 113 Filterverarbeitungen entsprechend Eingangssignalen
auszuführen, die zu zwei unterschiedlichen
Prozeßlinien oder -kreisen gehören. Dies eliminiert
die Notwendigkeit, mehrere gleiche Berechnungsschaltungen
vorzusehen, wodurch die Auslegung kostengünstiger
Meßschaltungen möglich ist.
Die Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsbeispiele
beschränkt, es sind hingegen zahlreiche Variationen
und Änderungen möglich, ohne vom Schutzumfang
der Erfindung abzuweichen.
Claims (18)
1. Meßschaltung zur Durchführung einer Messung durch
Umsetzen einer Frequenz eines Eingangssignals in ein
Signal, das digitale Werte entsprechend dieser Frequenz
aufweist, und zum Darstellen eines gemessenen Wertes
auf einem Anzeigegerät, aufweisend:
eine Taktimpulsgeneratoreinrichtung (303) zum Erzeugen von Taktimpulsen (302) mit einer höheren Frequenz als der Frequenz des Eingangssignals;
eine Flankenerfassungseinrichtung (304), die an die Taktimpulsgeneratoreinrichtung (303) angeschlossen ist und ein Flankendetektorsignal (305) synchron mit den Taktimpulsen (302) nach Abtasten des Eingangssignals (301) auf der Grundlage der Taktimpulse (302) ausgibt,
dadurch gekennzeichnet, daß die Meßschaltung ferner aufweist:
eine Toreinrichtung (306), die mit der Flankenerfassungseinrichtung (304) verbunden ist und einen ersten Faktor (307) ausgibt, wenn sie das Flankendetektorsignal (305) von der Flankenerfassungseinrichtung (304) empfängt;
ein erstes digitales Filter (308), das mit der Toreinrichtung (306) und der Taktimpulsgeneratoreinrichtung (303) verbunden ist und ein Signal (309) ausgibt, das digitale Werte aufweist, die der Frequenz des Eingangssignals (301) entsprechen, und durch den ersten Faktor (307) festgelegt ist, während ein Zyklus des Taktimpulssignals (302) bei der Zeitsteuerung seines Abtastvorgangs verwendet wird.
eine Taktimpulsgeneratoreinrichtung (303) zum Erzeugen von Taktimpulsen (302) mit einer höheren Frequenz als der Frequenz des Eingangssignals;
eine Flankenerfassungseinrichtung (304), die an die Taktimpulsgeneratoreinrichtung (303) angeschlossen ist und ein Flankendetektorsignal (305) synchron mit den Taktimpulsen (302) nach Abtasten des Eingangssignals (301) auf der Grundlage der Taktimpulse (302) ausgibt,
dadurch gekennzeichnet, daß die Meßschaltung ferner aufweist:
eine Toreinrichtung (306), die mit der Flankenerfassungseinrichtung (304) verbunden ist und einen ersten Faktor (307) ausgibt, wenn sie das Flankendetektorsignal (305) von der Flankenerfassungseinrichtung (304) empfängt;
ein erstes digitales Filter (308), das mit der Toreinrichtung (306) und der Taktimpulsgeneratoreinrichtung (303) verbunden ist und ein Signal (309) ausgibt, das digitale Werte aufweist, die der Frequenz des Eingangssignals (301) entsprechen, und durch den ersten Faktor (307) festgelegt ist, während ein Zyklus des Taktimpulssignals (302) bei der Zeitsteuerung seines Abtastvorgangs verwendet wird.
2. Meßschaltung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie ferner eine Wellenformereinrichtung (22) aufweist,
die eine Wellenform des Eingangssignals auf eine
grob rechteckförmige Form umsetzt, und daß
die Flankenerfassungseinrichtung (23) ein Flankendetektorsignal
synchron mit den Taktimpulsen nach
Erfassen einer Flanke des Eingangssignals ausgibt, das
durch die Wellenformereinrichtung (22) auf eine grob
rechteckige Form umgesetzt worden ist, wobei sie
die Abtastung auf der Grundlage der Taktimpulse durchführt.
3. Meßschaltung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das erste digitale Filter (30) umfaßt:
eine Verzögerungseinrichtung (34) zum Halten eines Eingangssignals einer vorhergehenden Abtastung;
eine erste Multiplikationseinrichtung (32), die das Eingangssignal der vorhergehenden Abtastung, das in der Verzögerungseinrichtung (34) gehalten wird, mit einem positiven Wert kleiner als 1 multipliziert;
eine Additionseinrichtung (31), die ein Ausgangssignal von der ersten Multiplikationseinrichtung (32) zu einem Eingangssignal einer gegenwärtigen Abtastung addiert und die Summe der Verzögerungseinrichtung (34) zuführt; und
eine zweite Multiplikationseinrichtung (33), die ein Ausgangssignal der Verzögerungseinrichtung (34) mit einem zweiten Faktor multipliziert und das Produkt ausgibt.
eine Verzögerungseinrichtung (34) zum Halten eines Eingangssignals einer vorhergehenden Abtastung;
eine erste Multiplikationseinrichtung (32), die das Eingangssignal der vorhergehenden Abtastung, das in der Verzögerungseinrichtung (34) gehalten wird, mit einem positiven Wert kleiner als 1 multipliziert;
eine Additionseinrichtung (31), die ein Ausgangssignal von der ersten Multiplikationseinrichtung (32) zu einem Eingangssignal einer gegenwärtigen Abtastung addiert und die Summe der Verzögerungseinrichtung (34) zuführt; und
eine zweite Multiplikationseinrichtung (33), die ein Ausgangssignal der Verzögerungseinrichtung (34) mit einem zweiten Faktor multipliziert und das Produkt ausgibt.
4. Meßschaltung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie eine Additionseinrichtung (29) aufweist, die
mit dem ersten digitalen Filter (30) verbunden ist und
zum Ausgangssignal der Toreinrichtung (26) einen dritten
Faktor zur Korrektur eines Ausgangssignals vom ersten
digitalen Filter (30) hinzuaddiert, wobei die Summe
dem ersten digitalen Filter (30) zugeführt wird.
5. Meßschaltung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie ferner eine Korrektureinrichtung (27, 37) aufweist,
die mit der Additionseinrichtung (29) verbunden
ist und den dritten Faktor, der gemäß einem Ausgangssignal
des ersten digitalen Filters variiert, zur Additionseinrichtung
(29) ausgibt.
6. Meßschaltung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Korrektureinrichtung (27) aufweist:
eine Bestimmungseinrichtung (41) zum Vergleichen des Ausgangssignals vom ersten digitalen Filter (30) mit einem vorbestimmten Wert;
eine Multiplikationseinrichtung (43), die das Ausgangssignal des ersten digitalen Filters (30) mit einem vierten Faktor multipliziert;
eine Selektionseinrichtung (42), die den dritten Faktor ausgibt, wenn die Bestimmungseinrichtung (41) ermittelt, daß das Ausgangssignal vom ersten digitalen Filter (30) größer als der vorbestimmte Wert ist, und das Ausgangssignal von der Multiplikationseinrichtung (43) selektiert und zur Additionseinrichtung (29) ausgibt, wenn das Ausgangssignal des ersten digitalen Filters (30) geringer als der vorbestimmte Wert ist.
eine Bestimmungseinrichtung (41) zum Vergleichen des Ausgangssignals vom ersten digitalen Filter (30) mit einem vorbestimmten Wert;
eine Multiplikationseinrichtung (43), die das Ausgangssignal des ersten digitalen Filters (30) mit einem vierten Faktor multipliziert;
eine Selektionseinrichtung (42), die den dritten Faktor ausgibt, wenn die Bestimmungseinrichtung (41) ermittelt, daß das Ausgangssignal vom ersten digitalen Filter (30) größer als der vorbestimmte Wert ist, und das Ausgangssignal von der Multiplikationseinrichtung (43) selektiert und zur Additionseinrichtung (29) ausgibt, wenn das Ausgangssignal des ersten digitalen Filters (30) geringer als der vorbestimmte Wert ist.
7. Meßschaltung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Korrektureinrichtung (37) eine Speichereinrichtung
(51) aufweist, die das Ausgangssignal des ersten
digitalen Filters auf einen vorbestimmten Wert korrigiert,
ferner eine Korrekturwertadditionseinrichtung (52), die
ein Ausgangssignal der Speichereinrichtung (51) zu diesem
dritten Faktor addiert, wobei die Summe von der Korrekturwertadditionseinrichtung
ausgegeben wird.
8. Meßschaltung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie eine Ansteuereinrichtung (21) aufweist, der das
Ausgangssignal vom ersten digitalen Filter (30) zugeführt
wird, um durch diese Einrichtung auf ein Signal
zur Ansteuerung des Anzeigegeräts (1) umgesetzt zu
werden.
9. Meßschaltung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie ferner ein zweites digitales Filter (40) aufweist,
das mit dem ersten digitalen Filter (30) verbunden
ist, wobei das digitale Filter zur Ausführung von
Filterprozessen bezüglich des Ausgangssignals des ersten
digitalen Filters (30) vorgesehen ist, wobei das Ausgangssignal
vom zweiten digitalen Filter (40) der Ansteuereinrichtung
(21) zugeführt wird und das Ausgangssignal
vom zweiten digitalen Filter (40) der Korrektureinrichtung
(27, 37) zugeführt wird.
10. Meßschaltung zum Umsetzen von Frequenzen mehrerer
Eingangssignale in ein Signal mit digitalen Werten entsprechend
jeder dieser Frequenzen und zur selektiven Darstellung
eines gemessenen Wertes auf einem Anzeigegerät,
aufweisend:
eine Taktimpulsgeneratoreinrichtung zum Erzeugen von Taktimpulsen mit einer höheren Frequenz als der Frequenz der mehreren Eingangssignale;
mehrere Flankenerfassungseinrichtungen, die mit der Taktimpulsgeneratoreinrichtung verbunden sind und ein Flankendetektorsignal synchron mit den Taktimpulsen nach Abtasten der mehreren Eingangssignale auf der Grundlage der Taktimpulse ausgeben,
dadurch gekennzeichnet, daß die Meßschaltung ferner aufweist:
eine Konversionssteuereinrichtung (101), die mit den mehreren Flankenerfassungseinrichtungen und der Taktimpulsgeneratoreinrichtung verbunden ist und auf der Grundlage der Taktsignale die mehreren Eingangssignale als mehrere Signale synchron mit den Taktsignalen ausgibt sowie sequentiell ein Selektionssignal entsprechend den mehreren Eingangssignalen zu jedem vorbestimmten Zyklus erzeugt und ausgibt;
eine Selektionseinrichtung (102), die mit der Konversionssteuereinrichtung verbunden ist und ein Eingangssignal empfängt, das aus den mehreren synchronen Signalen besteht, und eines der mehreren synchronen Signale auf der Grundlage des Selektionssignals selektiert und ausgibt;
ein erstes digitales Filter (103), das mit der Selektionseinrichtung (102) und der Taktimpulsgeneratoreinrichtung verbunden ist und ein Signal ausgibt, das digitale Werte aufweist, die der Frequenz des Eingangssignals entsprechen, das von der Selektionseinrichtung (102) selektiert worden ist, wobei die Werte durch den ersten Faktor bestimmt sind und die Ausgabe des Signals mit den digitalen Werten erfolgt, während ein Zyklus des Taktimpulssignals bei der Zeitsteuerung seines Abtastvorgangs verwendet wird.
eine Taktimpulsgeneratoreinrichtung zum Erzeugen von Taktimpulsen mit einer höheren Frequenz als der Frequenz der mehreren Eingangssignale;
mehrere Flankenerfassungseinrichtungen, die mit der Taktimpulsgeneratoreinrichtung verbunden sind und ein Flankendetektorsignal synchron mit den Taktimpulsen nach Abtasten der mehreren Eingangssignale auf der Grundlage der Taktimpulse ausgeben,
dadurch gekennzeichnet, daß die Meßschaltung ferner aufweist:
eine Konversionssteuereinrichtung (101), die mit den mehreren Flankenerfassungseinrichtungen und der Taktimpulsgeneratoreinrichtung verbunden ist und auf der Grundlage der Taktsignale die mehreren Eingangssignale als mehrere Signale synchron mit den Taktsignalen ausgibt sowie sequentiell ein Selektionssignal entsprechend den mehreren Eingangssignalen zu jedem vorbestimmten Zyklus erzeugt und ausgibt;
eine Selektionseinrichtung (102), die mit der Konversionssteuereinrichtung verbunden ist und ein Eingangssignal empfängt, das aus den mehreren synchronen Signalen besteht, und eines der mehreren synchronen Signale auf der Grundlage des Selektionssignals selektiert und ausgibt;
ein erstes digitales Filter (103), das mit der Selektionseinrichtung (102) und der Taktimpulsgeneratoreinrichtung verbunden ist und ein Signal ausgibt, das digitale Werte aufweist, die der Frequenz des Eingangssignals entsprechen, das von der Selektionseinrichtung (102) selektiert worden ist, wobei die Werte durch den ersten Faktor bestimmt sind und die Ausgabe des Signals mit den digitalen Werten erfolgt, während ein Zyklus des Taktimpulssignals bei der Zeitsteuerung seines Abtastvorgangs verwendet wird.
11. Meßschaltung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie ferner eine Wellenformereinrichtung zum Formen
der Wellenform der mehreren Eingangssignale in eine
grob rechteckige Welle aufweist, und daß die Flankendetektoreinrichtung
(105a, 105b) eine Flanke eines Eingangssignals,
das von der Wellenformereinrichtung auf
eine grobe Rechteckwelle umgeformt worden ist, erfaßt, diesbezüglich
mittels der Taktimpulse einen Abtastvorgang
ausführt und ein Flankendetektorsignal synchron mit
den Taktimpulsen ausgibt.
12. Meßschaltung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß das erste digitale Filter (113) aufweist:
eine Verzögerungseinrichtung (34) zum Halten eines Eingangssignals einer vorhergehenden Abtastung;
eine erste Multiplikationseinrichtung (32) zum Multiplizieren des Eingangssignals der vorhergehenden Abtastung, das in der Verzögerungseinrichtung (34) gehalten wird, mit einem positiven Wert kleiner als 1;
eine Additionseinrichtung (31) zum Addieren eines Ausgangssignals der ersten Multiplikationseinrichtung (32) zu einem Eingangssignal einer gegenwärtigen Abtastung und zur Eingabe der Summe hiervon in die Verzögerungseinrichtung (34); und
eine zweite Multiplikationseinrichtung (33) zum Multiplizieren eines Ausgangssignals der Verzögerungseinrichtung (34) mit einem zweiten Faktor und zur Ausgabe des Produkts.
eine Verzögerungseinrichtung (34) zum Halten eines Eingangssignals einer vorhergehenden Abtastung;
eine erste Multiplikationseinrichtung (32) zum Multiplizieren des Eingangssignals der vorhergehenden Abtastung, das in der Verzögerungseinrichtung (34) gehalten wird, mit einem positiven Wert kleiner als 1;
eine Additionseinrichtung (31) zum Addieren eines Ausgangssignals der ersten Multiplikationseinrichtung (32) zu einem Eingangssignal einer gegenwärtigen Abtastung und zur Eingabe der Summe hiervon in die Verzögerungseinrichtung (34); und
eine zweite Multiplikationseinrichtung (33) zum Multiplizieren eines Ausgangssignals der Verzögerungseinrichtung (34) mit einem zweiten Faktor und zur Ausgabe des Produkts.
13. Meßschaltung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie eine Additionseinrichtung (29) aufweist, die
mit dem ersten digitalen Filter (113) verbunden ist
und zum Ausgangssignal der Konversionssteuereinrichtung
(106) einen dritten Faktor zur Korrektur eines
Ausgangssignals von dem ersten digitalen Filter (113)
addiert, wobei die Summe dem ersten digitalen Filter
(113) zugeführt wird.
14. Meßschaltung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie ferner eine Korrektureinrichtung (27, 37) aufweist,
die mit der Additionseinrichtung (29) verbunden
ist und durch die der dritte Faktor, der entsprechend
einem Ausgangssignal von dem ersten digitalen Filter variiert,
zur Additionseinrichtung (29) ausgegeben wird.
15. Meßschaltung nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Korrektureinrichtung (27) umfaßt:
eine Bestimmungseinrichtung (41), die das Ausgangssignal vom ersten digitalen Filter (113) mit einem vorbestimmten Wert vergleicht;
eine Multiplikationseinrichtung (34), die das Ausgangssignal vom ersten digitalen Filter (113) mit einem vierten Faktor multipliziert; und
eine Selektionseinrichtung (42), die den dritten Faktor ausgibt, wenn die Bestimmungseinrichtung (41) ermittelt, daß das Ausgangssignal vom ersten digitalen Filter (113) größer als der vorbestimmte Wert ist, und das Ausgangssignal von der Multiplikationseinrichtung (43) selektiert und zur Additionseinrichtung (29) ausgibt, wenn das Ausgangssignal vom ersten digitalen Filter (113) geringer als der vorbestimmte Wert ist
eine Bestimmungseinrichtung (41), die das Ausgangssignal vom ersten digitalen Filter (113) mit einem vorbestimmten Wert vergleicht;
eine Multiplikationseinrichtung (34), die das Ausgangssignal vom ersten digitalen Filter (113) mit einem vierten Faktor multipliziert; und
eine Selektionseinrichtung (42), die den dritten Faktor ausgibt, wenn die Bestimmungseinrichtung (41) ermittelt, daß das Ausgangssignal vom ersten digitalen Filter (113) größer als der vorbestimmte Wert ist, und das Ausgangssignal von der Multiplikationseinrichtung (43) selektiert und zur Additionseinrichtung (29) ausgibt, wenn das Ausgangssignal vom ersten digitalen Filter (113) geringer als der vorbestimmte Wert ist
16. Meßschaltung nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Korrektureinrichtung (37) eine Speichereinrichtung
(51) umfaßt, die das Ausgangssignal vom ersten
digitalen Filter auf einen vorbestimmten Wert korrigiert,
ferner eine Korrekturwertadditionseinrichtung
(52), die zum Ausgangssignal von der Speichereinrichtung
den dritten Faktor addiert, wobei die Summe von
der Korrekturwertadditionseinrichtung ausgegeben wird.
17. Meßschaltung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie eine Ansteuereinrichtung (21) umfaßt, der das
Ausgangssignal vom ersten digitalen Filter (113) zugeführt
wird, um so auf ein Signal zur Ansteuerung des
Anzeigegeräts (1) umgesetzt zu werden.
18. Meßschaltung nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie ferner ein zweites digitales Filter (40) aufweist,
das mit dem ersten digitalen Filter (113) verbunden
ist und vorgesehen ist, um eine Filterverarbeitung
bezüglich des Ausgangssignals des ersten digitalen
Filters (113) durchzuführen, wobei ein Ausgangssignal
vom zweiten digitalen Filter (40) der Ansteuereinrichtung
(21) zugeführt wird und das Ausgangssignal des
zweiten digitalen Filters (40) der Korrektureinrichtung
(27, 37) zugeführt wird.
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