DE69116367T2

DE69116367T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Impulserzeugung

Info

Publication number: DE69116367T2
Application number: DE1991616367
Authority: DE
Inventors: Tadashi Nakanuma
Original assignee: KOGA ELECTRONICS CO
Current assignee: KOGA ELECTRONICS CO
Priority date: 1991-10-09
Filing date: 1991-10-09
Publication date: 1996-06-20
Anticipated expiration: 2011-10-10
Also published as: DE69116367D1

Description

Diese Erfindung betrifft eine Technik elektrischer Impulserzeugung gemäß der Anderung verschiedener physikalischer Größen, wie die Lageänderung eines liniar oder krurrimlinig bewegten Gegenstands oder die Winkeidrehung eines Drehteus. Genauer gesagt, betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Serie von Impulsen entsprechend der Änderung einer physikalischen Größe, so daß es durch Zählung der Impulse möglich ist, den Änderungsbetrag der physikalischen Größe zu erfahren.
Es ist ein Instrument bekannt, das Codierer zur Erzeugung elektrischer Pulse gemäß der Änderung der Lage oder des Drehwinkels eines Gegenstands bezeichnet wird. Es gibt zwei Arten von Codierern, von denen einer ein Rotationstyp ist während der andere ein liniarer Typ ist. Ersterer erzeugt Impulse entsprechend der Änderung des Drehwinkels, während der letztere Impulse entsprechend einer liniaren Versetzung erzeugt, und beide zu regelmäßigen Intervallen in Richtung der Drehung bzw. der liniaren Versetzung kalibriert, so daß elektrische Impulse entsprechend der Anzahl der Kalibriermarkierungen erzeugt werden, die nach einer Drehung oder nach einer Versetzung erzeugt worden sind.
Die Kalibrierung geschieht auf verschiedene Weise, beispielsweise auf mechanischem, optischen oder magnetischen Wege. Als Kalibriermarkierungen sind nach dem Stand der Technik feststehende, regelmäßige Intervalle vorgesehen. Um die Systeme oder Instrumente, die diese Codierer verwenden, stabil arbeiten zu lassen, ist es erforderlich, daß die Kalibrierung feststehend ist. Beim Codierer des rotierenden Typs muß die Anzahl der Kalibriermarkierungen eine ganze Zahl sein, um die Stetigkeit über einen Bereich von mehr als 360º zu gewährleisten.
Der herkömmliche Codierer hat folgende Nachteile.
In den herkömmlichen Codierern ist die Anzahl der Impulse, die pro Umdrehung oder nach Zurücklegen einer Einheitsentfernung (die nachstehend als Impulsdichte oder Auflösungsvermögen bezeichnet wird) festgelegt, wenn die Instrumente hergestellt sind, und diese können später nicht mehr geändert werden. Obwohl mit einem Codierer, der eine hohe Impulsdichte aufweist, eine schnelle Arbeitsweise möglich ist, wird es wegen der schnellen Bewegung schwierig, eine letztliche Positionierung durchzuführen, wobei eine Wahrscheinlichkeit des Darüberhinausschießens oder der Gefahr der Kollision mechanischer Teile oder Elemente gegeben ist. Obwohl es leicht ist, mit einem eine geringe Impulsdichte aufweisenden Codierer einen gewünschten Punkt zu orten, erfordert es eine lange Zeit für das Instrument, einer großen Entfernung zurückzulegen oder eine gewünschte Strecke kann nicht mit einer einzigen Operation abgeschlossen werden, mit dem Ergebnis, daß die Verwendbarkeit des Instruments eingeschränkt ist. Folglich wird in der Praxis die Impulsdichte eines Codierers entsprechend seiner Verwendung auf einen Nittelwert eingestellt. Da jedoch die Impulsdichte festgelegt ist, kann die Betriebsfähigkeit des Gerätes nicht verbessert werden.
Zur Beseitigung dieses Fehlers sind verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden:
a) Eines der Verfahren ist die Verwendung einer elektronischen Schaltung zur Multiplikation der Anzahl von Impulse mit einer ganzen Zahl, um so die scheinbare Impulsdichte anzuheben. Jedoch fehlt es der sich ergebenden Impulsezüge an der Stetigkeit, d. h., selbst wenn der Codierer langsam bewegt wird, werden die multiplizierten Impulse nicht gleichmäßig erzeugt, sondern einige von Ihnen treten gehäuft auf, so daß eine von diesen Impulsen gesteuerte Maschine stoßartig bewegt wird oder es kommt leicht zu Vibrationen.
b) Ein anderes Verfahren besteht darin, die Impulse durch eine ganze Zahl zu teilen, um die Impulsdichte herabzusetzen. Dieses Verfahren erfordert ebenfalls eine elektronische Schaltung zur Impulsteilung mit dem Ergebnis, daß die Herstellkosten des Codierers ansteigen.
Da die Kalibrierung der bekannten Qodierer feststehend ist, tritt leicht ein Flattern beim Betrieb auf, und es entstehen Fehlimpulse, mit dem Ergebnis fehlerhaften Betriebs des ganzen Systems, in dem der Codierer enthalten ist.
Aus dem Dokument US- A- 4 007 357 ist beispielsweise ein gattungsmäßiges Gerät bekannt, das Mittel zur Feststellung relativen Winkelsversatzes eines Steuerrades oder einer Lenkwelle offenbart.
In der Anordnung nach dem Stand der Technik wird die absolute Winkelstellung in ein elektrisches Signal transformiert, das die absolute Winkelstellung unter Verwendung eines Wandlers anzeigt. Dieses erzeugte elektrische Signal wird dann an eine Einrichtung geliefert, die zur Transformation des elektrischen Signals eingerichtet ist, indem die absolute Stellung in ein elektrisches Signal umgesetzt wird, das die relative Position anzeigt und dann an einen Vergleicher liefert. Der Vergleicher erzeugt ein Ausgangssignal, wenn das Anzeigesignal der relativen Winkelstellung größer bzw. kleiner als ein vorbestimmtes Bezugsspannungssignal ist, welches die Feststellgenauigkeit bestimmt. Das Vergleicher-Ausgangssignal wird dann an einen Zähler angelegt, dessen Zählwert den Betrag der Versetzung anzeigt.
Zur Erzeugung eines Signals, das den relativen Winkelversatz der Anordnung nach dem Stand der Technik anzeigt, benutzt ein Rückkoppelmittel. Das heißt, das Vergleicher-Ausgangssignal wird über einen Zähler und einen D/A- Wandler zurück zum ersten Eingangsanschluß eines Subtrahierers geleitet, so daß die Ausgangsspannungsdifferenz des Subtrahierers zwischen dem ersten Eingangsanschluß und einem zweiten Eingangsanschluß, an dem das gewandelte Spannungssignal anliegt, das die absolute Position anzeigt, zu Null wird.

ZUSANMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Nach der Erfindung wird der Änderungsbetrag einer physikalischen Größe, wie die Lage oder der Winkel, in eine entsprechende elektrische Größe umgesetzt, sagen wir in eine Spannung (eine analoge Größe), und jedesmal, wenn die elektrische Größe um einen vorbestimmten Bezugs- oder Einheitsbetrag ansteigt oder abfällt, wird ein elektrischer Impulse erzeugt, so daß es möglich ist, den Änderungsbetrag der physikalischen Größe durch die Anzahl der elektrischen Impulse, die erzeugt worden sind, auszudrücken.
Fig. 2 zeigt einen Graph, bei dem das Ausgangssignal 6 eines physikalische Größe/Spannung- Wandlers ausgedruckt wird, wobei der Versatz einer physikalischen Größe längs der Abzesse und die Spannung längs der Ordinate aufgetragen wird. Jedesmal wenn das Ausgangssignal um einen vorbestimmten Bezugsbetrag R ansteigt oder abfällt, wird ein Impuls 9 erzeugt, so daß der Betrag des Anwachsens oder Abfallens der Versetzung durch die Anzahl der erzeugten Impulse 9 ausgedrückt werden kann. Durch Änderung der Größe des Bezugsbetrages R ist es möglich, die Anzahl der Impulse 9 für einen Einheitsbetrag der Änderung der physikalischen Größe zu ändern (d. h., die Impulsdichte oder das Auflösungsvermögen).
Nach der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Erzeugung elektrischer Impulse gemäß der Änderung einer physikalischen Größe vorgeschlagen, mit den Verfahrensschritten: Umsetzen der physikalischen Größe in ein zugehöriges erstes elektrisches Signal und Vergleichen des ersten elektrischen Signals mit einem Bezugssignal und Erzeugen eines Ausgangsimpulses, nur dann, wenn die Differenz zwischen dem ersten elektrischen Signal und dem Bezugssignal größer als ein vorbestimmter Bezugsbetrag ist, das gekennzeichnet ist durch den Verfahrensschritt: Erzeugen des Bezugssignals durch Abtasten und Halten des Wertes des ersten elektrischen Signals jedesmal, wenn der Ausgangsimpuls erzeugt wird.
Darüber hinaus wird nach vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Impulse vorgeschlagen, mit einem Wandlermittel zur Umsetzung einer physikalischen Größe in ein zugehöriges ersten elektrisches Signal und mit einem Impulserzeugungsmittel zum Vergleich des ersten elektrischen Signals mit einem Bezugssignal und Erzeugen eines Ausgangsimpulses nur dann, wenn die Differenz zwischen dem ersten elektrischen Signal und dem Bezugssignal größer als ein vorbestimmter Bezugsbetrag ist, die gekennzeichnet ist durch Abtast- und Haltemittel, die den Wert des ersten elektrischen Signals immer dann abtasten und halten, wenn der Ausgangsimpuls erzeugt wird, wodurch das Bezugssignal gebildet wird.
Durch Abzählen der Anzahl von Ausgangsimpulsen ist es möglich, den Änderungsbetrag zu erfassen, und durch Änderung des Bezugsbetrages R ist es möglich, die Intervalle oder die Dichte der Ausgangsimpulse zu ändern, wodurch das Auflösungsvermögen verändert wird. Die physikalische Größe kann entweder ansteigen oder abfallen.
Insbesondere haben die Systeme nach der Erfindung vier grundlegende Konstruktionen.
1) Das System der ersten Konstruktion umfaßt:
a) eine Wandlereinrichtung zur Umsetzung einer physikalischen Größe in ein entsprechendes erstes elektrisches Signal;
b) eine Abtast- und Halteeinrichtung zur Abtastung und zum Halten des Wertes des ersten elektrischen Signals jedesmal, wenn sich das erste Signal um einen vorbestimmten Bezugsbetrag geändert hat;
c) eine Impulserzeugungseinrichtung zum Vergleich des Abtast- und Haltewertes des ersten elektrischen Signals in der Abtast- und Halteeinrichtung mit dem ersten elektrischen Signal aus der Wandlereinrichtung zur Erzeugung eines elektrischen Ausgangsimpulses, wenn die Differenz zwischen dem Abtast- und Haltewert und dem ersten elektrischen Signal den vorbestimmten Bezugsbetrag erreicht hat; und
d) Mittel zum Anlegen des elektrischen Ausgangsimpulses an die Abtast- und Halteeinrichtung, wodurch die Abtast- und Halteeinrichtung veranlaßt wird, den Abtast- und Haltewert vom ersten elektrischen Signal zu ersetzen, das dann von der Wandlereinrichtung erzeugt wird.
(2) Das System der zweiten Konstruktion umfaßt die Komponenten a), b), c) und d) des Systems der ersten Konstruktion mit der Wandlereinrichtung a), die eine Vielzahl von Wandlern enthält, die abhängig von der gleichen physikalischen Größe in unterschiedlichen, stetigen Bereichen arbeiten, um die physikalische Größe in ein zugehöriges ersten elektrisches Signal umzusetzen; und des weiteren umfaßt das System eine Vergleichseinrichtung, die das erste elektrische Ausgangssignal aus einem jeden Wandler mit einem vorbestimmten Grenzwert vergleicht, sowie eine Auswahleinrichtung zur Umschaltung von einem Wandler, dessen erstes elektrisches Signal den Grenzwert erreicht hat, auf den nächsten Wandler, dessen erstes elektrisches Signal noch nicht den Grenzwert erreicht hat, um so den elektrischen Ausgangsimpuls aus der Impulserzeugungseinrichtung auszuwählen, der von dem ersten elektrischen Signal aus dem nächsten Wandler veranlaßt wurde.
(3) Das System der dritten Konstruktion umfaßt die Mittel a), b), c) und d) des Systems der ersten Konstruktion mit der Impulserzeugungseinrichtung C), die so aufgebaut ist, daß sie jedesmal einen Impuls erzeugt, wenn die Differenz zwischen dem Abtast- und Haltewert des ersten elektrischen Signals in der Abtast- und Halteeinrichtung b) und der ersten elektrischen Signaländerung in sowohl ansteigender als auch abfallender Richtung den Bezugsbetrag erreicht hat.
(4) Das System des vierten Aufbaues umfaßt die Komponenten des Systems der zweiten Konstruktion mit der Impulserzeugungseinrichtung c), die so konstruiert ist, daß sie jedesmal einen Impuls erzeugt, wenn die Differenz zwischen dem Abtast- und Haltewert des ersten elektrischen Signals in der Abtast- und Halteeinrichtung b) und dem sich sowohl in ansteigender als auch in abfallender Richtung ändernden ersten elektrischen Signal den Bezugsbetrag erreicht hat.
Wenn sich die physikalische Größe ändert, beispielsweise die Position eines Objektes, arbeitet in dem System der ersten Konstruktion die Wandlereinrichtung a) in Abhängigkeit von der Änderung, um ein entsprechendes elektrisches Signal anzulegen, beispielsweise eine Spannung an die Abtast- und Halteeinrichtung b), um in dieser gehalten zu werden. Jedesmal, wenn der Pegel der Eingangsspannung für die Abtast- und Halteeinrichtung sich um einen vorbestimmten Bezugswert geändert hat, ersetzt die Abtast- und Halteeinrichtung ihren gehaltenen Spannungspegel durch einen neuen Pegel, der dann die anliegende Spannung ersetzt, so daß sich der Pegel der von der Abtast- und Halteeinrichtung gehaltenen Spannung schrittweise ändert. Die Impulserzeugungseinrichtung c) vergleicht den Pegel der von der Abtast- und Halteeinrichtung gehaltenen Spannung mit dem Spannungspegel aus der Wandlereinrichtung und erzeugt jedesmal einen Ausgangsimpuls, wenn die Differenz zwischen zwei Spannungspegeln einen vorbestimmten Bezugswert erreicht hat. Der Ausgangsimpuls wird unmittelbar an die Abtast- und Halteeinrichtung angelegt, welche den Pegel auf der dann gehaltenen Spannung durch denjenigen der angelegten Spannung ersetzt. Der Ausgangsimpuls wird an einem Ausgangsanschluß des Systems abgegriffen. Da sich die Position des Gegenstands ändert, wird die obige Operation wiederholt, so daß eine Serie von Impulsen am Ausgangsanschluß auftritt. Die Impulse können von einem externer Zähler gezählt werden, so daß die Position oder der Betrag der Versetzung des Objektes durch den Zählwert dargestellt werden kann.
Das System der zweiten Konstruktion umfaßt eine Vielzahl von Untersystemen, beispielsweise zwei Untersysteme der ersten Konstruktion in Parallelschaltung, so daß bei einer physikalischen Größe, deren Änderungen in Angriff zu nehmen sind, bevor der Bereich der Wandlereinrichtung von einem der Untersystem abgedeckt ist, die Operation entweder von dem einem oder dem anderen Untersystem ubernommen wird, das den angrenzenden Bereich abdeckt, so daß die Stetigkeit der Operation sichergestellt ist.
Das System der dritten Konstruktion ist zum Einsatz für den Umstand eingerichtet, daß eine physikalische Größe sowohl mit positiver als auch negativer Richtung zu verarbeiten ist, d. h., daß es Ansteigen und Absinken gibt. Wenn bei den von der Impulserzeugungseinrichtung erzeugten Impulsen Versetzungen in positiver oder negativer Richtung auftreten, ist es möglich, die Summe der Versetzungen in beiden Richtungen zu erfassen. Wenn die von den Impulserzeugungs- Untersystemen erzeugten Impulse bei einer Versetzung in negativer Richtung auftreten, werden sie von den Impulsen abgezogen, die von der Erzeugungseinrichtung bei einer Versetzung in positiver Richtung auftreten, so daß es möglich ist, die Versetzung von einer Bezugsposition aus zu erfassen.
Das System der vierten Konstruktion ist in der Lage, die Operationen der Systeme der zweiten und dritten Konstruktion auszuführen.
In allen obigen Systemen der ersten bis vierten Konstruktion ist es durch Änderung des vorbestimmten Bezugswertes für das elektrische Ausgangssignal der Wandlereinrichtung möglich, die Dichte der Ausgangsimpulse auf der Impulserzeugungseinrichtung zu ändern und folglich auch die Auflösung des Systems.
Wenn eine physikalische Größe mit Änderungen zu tun hat und sich folglich das erste elektrische Signal der Wandlereinrichtung in seiner Geschwindigkeit auf einen niedrigeren als einen vorbestimmten Wert ändert, sollte eine derartige Änderung nicht als beabsichtigte Änderung angesehen werden, sondern als eine ungewollte, auf welch letztere das System nicht reagieren sollte. Hierzu ist die Abtast- und Halteeinrichtung so eingerichtet, daß der von ihr gehaltene Wert stetig so geändert wird, daß er sich dem ersten elektrischen Signal der Wandlereinrichtung annähert, das an die Abtast- und Halteeinrichtung angelegt wird, um dadurch die Differenz zwischen dem Haltenwert der Abtast- und Halteeinrichtung und dem ersten elektrischen Signal davon abzuhalten, aus der Umsetzeinrichtung den Bezugswert zu erreichen, um folglich zu vermeiden, daß die Impulserzeugungseinrichtung Ausgangsimpulse erzeugt. Mit anderen Worten, das System wird unempfänglich für die langsame Änderung der zu verarbeitenden physikalischen Größe gehalten.
Es gibt verschiedene physikalische Größen, die von den Systemen nach der Erfindung verarbeitet werden können, beispielsweise die Lage, der Winkel, die Temperatur, Feuchtigkeit, Gewicht, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Helligkeit, Durchlässigkeit oder andere optische Eigenschaften; Strahlungsdichte, elektrische Feldstärke, Flußdichte, Konzentrationen, pH- Wert, und Verhältnisse von Komponenten chemischer Lösungen, Durchlässigkeit, Flußgeschwindigkeit, Druck, Frequenz usw..
In der nachstehenden Beschreibung wird die Versetzung beispielhaft abgehandelt.
Als Mittel zum Umsetzen einer Versetzung in eine entsprechende elektrische Größe wird üblicherweise ein Potentiometer verwendet. Beliebige andere Einrichtungen zum Umsetzen von Änderungen der Lage oder des Winkels in zugehörige elektrische Signale können ebenfalls verwendet werden. Geeignete Elemente oder Einrichtungen zur Umsetzung anderer physikalischer Größen in entsprechende elektrische Größen können ebenfalls verwendet werden.
Bei den Codierern nach dem Stand der Technik erfolgt die Kalibrierung digital, mit Markierungen, die zu festgelegten regelmäßigen Intervallen angebracht sind. Die Systeme nach der vorliegenden Erfindung können eine gewünschte Kalibrierung aufweisen, die für spezielle Anwendungen geeignet ist, mit einem gewünschten Betrag der Versetzung für einen Ausgangsimpuls. Mit anderen Worten, die Kalibrierung der Systeme nach der Erfindung geschieht analog.
Die Codierer des umlaufenden Typs nach der Erfindung können eine Impulsdichte beispielsweise von 100, 200 oder 500 Impulsen pro Umdrehung aufweisen. Die Dichte kann auch 101, 102, 103, 499 oder 501 Impulse pro Umdrehung betragen. Die Anzahl der Impulse pro Umdrehung kann einen Teilwert sein, beispielsweise 345 Impulse für zwei Umdrehungen.
Nach der Erfindung ist es möglich, eine gewünschte Impulsdichte pro Einheitsbetrag der Versetzung zu erzielen. Das Instrument nach der Erfindung kann ohne Kalibrierung hergestellt sein, um die Positionen anzuzeigen, zu der die Impulse erzeugt werden, so daß später diese auf eine gewünschte Impulsdichte gesetzt werden können, die für die besondere Anwendung geeignet ist. Im Ergebnis ist es möglich, in die Impulsdichte während der Benutzung des Instruments in freier Weise zu ändern.
Wenn sich das Instrument entlang einer Srecke zu bewegen hat, um einen Zielpunkt zu erreichen, erfolgt zuerst eine Verschiebung über den größten Teil des Weges mit einer Impulsdichte hohen Wertes, und wenn sich das Instrument dem Zielpunkt nähert, wird die Impulsdichte reduziert, und letztlich ortet das Instrument den Zielpunkt mit der geringsten Impulsdichte. Somit kann das Instrument nach der Erfindung schneller und gleichmäßiger messen als herkömmliche Instrumente mit einer festen Impulsdichte.
Nach der Erfindung ist es möglich, eine physikalische Größe in eine andere physikalische Größe zu wandeln und die Größe mittels eines geeigneten Detektors festzustellen, um einen zugehörigen Impuls zu erzeugen.
Nach der Erfindung können zwei oder mehr Systeme kombiniert werden, um eine zwei- oder dreidimensionale Versetzung festzustellen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines Systems der ersten Konstruktion nach der Erfindung;
Fig. 2 ist ein Graph zur Erläuterung des Prinzips der Erfindung;
Fig. 3 ist ein Blockschaltbild eines Systems der zweiten Konstruktion nach der Erfindung;
Figuren 4 (a) und 4 (b) sind Graphe zur Erläuterung der Arbeitsweise des Systems der in Fig. 3 dargestellten zweiten Konstruktion;
Fig. 5 ist ein Blockschaltbild einer modifizierten Form des Systems der zweiten Konstruktion nach der Erfindung;
Fig. 6 ist ein Blockschaltbild einer anderen modifizierten Form des Systems der zweiten Konstruktion nach der Erfindung;
Fig. 7 ist ein Blockschaltbild eines Systems der dritten Konstruktion nach der Erfindung;
Fig. 8 ist ein Graph zur Erläuterung der Arbeitsweise des Systems der dritten Konstruktion nach der Erfindung;
Fig. 9 ist ein Blockschaltbild zweier Vergleicher mit einer einzigen gemeinsamen Potentialdifferenz- Einstelleinrichtung;
Fig. 10 ist ein Blockschaltbild eines Systems der vierten Konstruktion nach der Erfindung;
Fig. 11 ist ein Blockschaltbild einer modifizierten Form des Systems der vierten Konstruktion nach der Erfindung;
Fig. 12 ist ein Blockschaltbild einer anderen modifizierten Form des Systems der vierten Konstruktion nach der Erfindung;
Fig. 13 ist ein Blockschaltbild eines Vergleichers, der in in den Systemen nach der Erfindung verwendet wird;
Fig. 14 ist ein Blockschaltbild eines Beispiels der Abtast- und Halteschaltung, die in den Systemen nach der Erfindung verwendet werden;
Fig. 15 ist ein Blockschaltbild eines weiteren Beispiels der Abtast- und Halteschaltung;
Fig. 16 ist ein Graph zur Erläuterung der in Fig. 14 dargestellten Schaltung;
Fig. 17 ist ein Graph zur Erläuterung der in Fig. 15 dargestellten Schaltung; und
Figuren 18 (a), (b), (c) und (d) zeigen in schematischer Weise die Wandler, die in den Systemen nach der Erfindung verwendet werden.

BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSBEISPIELE NACH DER ERFINDUNG

In Fig. 1 der Zeichnung ist ein System der ersten Konstruktion nach der Erfindung gezeigt, das zur Versetzung in einer einzigen Richtung eingerichtet ist; dargestellt sind: ein Wandler 1, eine Abtast- und Halteschaltung 2 (wird nachstehend als Signalhalter oder Halter bezeichnet), und eine Impulserzeugungseinrichtung, das aus einem Vergleicher 3 und einem Differenzierer 4 besteht. Der Wandler 1 kann ein Potentiometer des bekannten Drehtyps sein, das eine physikalische Größe, beispielsweise einen Betrag 5 der Versetzung in eine zugehörige Spannung umsetzen kann, die als erstes elektrisches Signal 6 erzeugt wird (wird als Versetzungssignal bezeichnet), um sowohl an den Signalhalter 2 als auch an den Vergleicher 3 angelegt zu werden.
Die Abtast- und Halteeinrichtung oder der Signalhalter 2 hält den Pegel des Versetzungssignals 6 (wird nachstehend als Haltewert bezeichnet) zur Zeit des Ausgangsimpulses aus dem Differenzierer 4 und wird an den Halter 2 angelegt und gibt ein an den Vergleicher 3 anzulegendes Haltewert- Signal 7 ab.
Der Vergleicher 3 vergleicht das Versetzsignal 6 aus dem Wandler 1 mit einem Bezugssignal, d. h. mit dem Haltesignal 7 aus dem Signalhalter 2, und erzeugt ein Ausgangsimpulssignal 8 nur dann, wenn das Versetzsignal 6 das Haltewert- Signal 7 um eine vorbestimmte Spannung übersteigt (wird als Bezugsbetrag oder -wert R bezeichnet).
Das Ausgangsimpulssignal 8 aus dem Vergleicher 8 wird an den Differenzierer 4 angelegt, der ein Ausgangsimpulssignal 9 erzeugt, das an einen nicht dargestellten externen Impulszähler anzulegen ist und auch an den Signalhalter 2 als Zeitsignal, um den Pegel des von dem Signalhalter 2 gehaltenen Bezugssignals 7 zu veranlassen, durch den Pegel des zu dieser Zeit am Signalhalter 2 anstehenden Versetzsignals 6 ersetzt zu werden.
Die obige Operation des Systems ist graphisch in Fig. 2 dargestellt. In dem Maß, wie das Versetzsignal 6 aus dem Wandler 1 ansteigt, um einen Pegel einer vorbestimmten Spannung R (den Bezugswert) zu erreichen, beispielsweise 1 Millivolt höher als das Haltewert- Signal 7 des Signalhalters 2, erzeugt der Vergleicher ein Ausgangsimpulssignal 8. Mit anderen Worten, das Ausgangssignal 8 aus dem Vergleicher 3 geht auflogisch "1". Der Differenzierer 4 formt die Kurvenform des Signals 8 und erzeugt ein Impulssignal 9. Das Impulssignal 9 veranlaßt den Signalhalter 2 die Spannung (das Haltewert- Signal) 7 zu ersetzen, das es gehalten hat, bis dann die Ausgangsspannung (das Versetzsignal) 6 zu dieser Zeit hervorgerufen wird. Mit anderen Worten, die Eingangsspannung zu dieser Zeit wird ein neues Bezugssignal oder bzw. gehaltener Wert des Signalhalters 2, woraufhin die Differenz zwischen den Pegeln der Signale 6 und 7 zu Null werden, die Spannungsdifferenz wird auf Null gehalten, so daß das Signal 8 von logisch "1" auf "0" geändert wird.
Da das Versetzsignal 6 ansteigt, wird die obige Operation wiederholt, mit dem Ergebnis, daß der Differenzierer 4 eine Serie von Impulsen 9 erzeugt, deren Anzahl dem Betrag des Versatzes entspricht. Die Impulse 9 können von einem Impulszähler 9 gezählt werden, und der gezählte Wert kann als Betrag der Versetzung auf einer Anzeige dargestellt werden.
Da ein einziger Wandler in dem System gemäß Fig. 1 verwendet wird, setzt der Durchmesser des Widerstands eines Potentiometers des Drehtyps oder des Längentyps des Widerstands eines liniaren Potentiometers für den effektiven Bereich des Versatzes eine Grenze. Der Bereich kann unter Verwendung einer Vielzahl von Wandlern aufgeweitet werden. Ein typisches Potentiometers des Drehtyps hat ein effektiven Meßwinkel von 250º bis 350º. Wie in Fig. 18 (a) dargestellt, können zwei Drehpotentiometer r&sub1; und r&sub2; gemeinsam auf einer Achse montiert werden und um 180º voneinander versetzt sein, jeweils mit ihren Schleifern S&sub1; und S&sub2; auf einer gemeinsamen Achse in der gleichen Winkelstellung befestigt. Wie in Fig. 18 (b) dargestellt, können zwei Drehpotentiometer r&sub1; und r&sub2; auch auf einer gemeinsamen Achse A mit gleicher Winkelstellung aufgereiht werden, mit ihren jeweiligen Schleifern S&sub1; und S&sub2; auf der Achse um 180º zueinander versetzt. Es ist auch möglich, die Drehpotentiometer r&sub1; und r&sub2; Seite an Seite eines Paares paralleler Achsen A&sub1; und A&sub2; anzuordnen, wobei ihre Gleitabgriffe S&sub1; und S&sub2; auf den Achsen A&sub1; bzw. A&sub2; befestigt sind, 180º gegeneinander versetzt, wie in Fig. 18 (c) dargestellt. Ein Zahnradpaar G&sub1; und G&sub2; sind auf den Achsen A&sub1; bzw. A&sub2; angeordnet mit einem Ritzeltrieb G, das die Zahnräder G&sub1; und G&sub2; kämmen läßt, so daß die Drehbewegung des Getriebes G gleichzeitige Bewegung der Zahnräder G&sub1; und G&sub2; verursacht. Fig. 18 (d) zeigt ein abweichendes Ausführungsbeispiel, bei dem ein einziger Drehwiderstand r mit einem Paar von Schleifern S&sub1; und S&sub2; verwendet wird, die auf einer Achse A konzentrisch mit dem Winkel des Widerstandes und winkelmäßig um 180º gegeneinander versetzt und elektrisch voneinander isoliert sind.
Da die Versetzsignale 8 und 6' von den Wandlern 1 und 1' bei dem oben erwähnten Wandlern außerhalb ihrer Gleitabgriffe S&sub1; und S&sub2; um 180º voneinander versetzt sind, wie in Fig. 4a dargestellt, ist es möglich, diese so anzuordnen, daß vor dem Ausgangssignal aus dem Potentiometer r&sub1; und r&sub2; ein wirksamer Bereich hervorgeht, wobei das Ausgangssignal aus dem einen in den Bereich des anderen übergeht. Wenn die Drehwinkel der Potentiometer einen wirksamen Winkelbereich aufweisen, der kleiner ist als zuvor erwähnt, können drei oder mehr Potentiometer verwendet werden, die einen durchgehenden Bereich von 360º aufweisen.
Wenn Potentiometer des liniaren Typs verwendet werden, indem viele dieser so angeordnet werden, wie es die Art und Weise verlangt, daß das Ende der Abschnitte jeweils an den des anderen angrenzt, überlappen sich die Wandlerelemente untereinander und schalten von einem Element zum anderen um, so daß es möglich ist, die gesamte Entfernung der zu messenden Versetzung abzudecken.
Wenn die liniare Bewegung durch geeignete Mittel, wie durch ein Getriebe in eine Drehbewegung umgesetzt wird, kann anstelle eines liniaren Codierers ein Drehcodierer verwendet werden, um die liniare Versetzung zu messen.
Fig. 3 zeigt ein System des Aufbaues nach der Erfindung, bei dem zwei derartiger oben erwähnter Wandler verwendet werden. Das System von Fig. 3 umfaßt ein erstes und zweites Untersystem und eine Steuerschaltung. Das erste Untersystem umfaßt einen Wandler 1, einen Signalhalter 2, einen Vergleicher 3 und einen Differenzierer 4. Diese Schaltungskomponenten und ihre Eingangsund Ausgangssignale 5, 6, 7, 8 und 9 sind die gleichen wie die entsprechenden Komponenten und Signale des Systems von Fig. 1. In gleicher Weise umfaßt das zweite Untersystem einen Wandler 1', einen Signalhalter 2', einen Vergleicher 3' und einen Differenzierer 4'. Diese Schaltungskomponenten und ihre Eingangs- und Ausgangssignale 5', 6', 7', 8' und 9' sind die gleichen zugehörigen Komponenten und Signale in den oben erwähnten ersten Untersystem, mit Ausnahme, daß die Phasen der Signale 6', 7' 8' und 9' gegeneinander um 180º entsprechend der zugehörigen Signale 6, 7, 8 und 9 in dem ersten Untersystem versetzt sind. Die Arbeitsweise des ersten und zweiten Untersystems ist im wesentlichen die gleiche wie bei dem System in Fig. 1, so daß keine weitere Erläuterung hierzu gegeben wird.
Die Steuerschaltung umfaßt einen ersten und zweiten Wähler 10 und 11 zur Auswahl eentweder des ersten oder des zweiten Untersystems, einen Obergrenzen- Signalgenerator 12, einen Vergleicher 13 ein UND- Glied AN&sub1; und ein Auswahlbefehl- Signalgenerator 14 in Form eines Flipflop.
Der Wähler 10 wählt entweder eines der Ausgangssignale 9 des Differenzierers 4 des ersten Untersystems oder das Ausgangssignal 9' des Differenzierers 4' des zweiten Untersystems, abhängig davon, ob das Ausgangssignal (d. h., daß Auswahlbefehlssignal) 19 des Auswahlsignalgenerators 14 auf logisch "1" oder "0" steht, und erzeugt ein zugehöriges Ausgangssignal 15. In dem System von Fig. 1 wird der Haltewert des Signalhalters 2, d. h., der Pegel des Versetzsignals 6, durch das Ausgangssignal 9 aus dem Differenzierer 4 ersetzt. In dem System nach Fig. 3 werden die gehaltenen Werte der Signalhalter 2 und 2' des ersten und zweiten Untersystems durch das Ausgangssignal 15 des Wählers 10 ersetzt, d. h., durch das Ausgangssignal 9 oder 9' des Differenzierers 4 oder 4'.
In der Steuerschaltung wählt der Wähler 11 die Versetzsignale 6 oder 6' aus demjenigen Untersystem, welches der Wähler 10 in überstimmung mit dem Ausgangssignal 14 des Auswahlbefehlssignalgenerator 14 auswählt. Der Obergrenzen- Signalgenerator 19 legt an den Vergleicher ein Ausgangssignal (oberes Grenzsignal) 17 mit einem Pegel entsprechend dem des Versetzsignals 6 oder 6' an, das der Versetzung kurz vor Überschreiten des effektiven Arbeitsbereichs entspricht (d. h., der Obergrenze des effektiven Arbeitsbereichs des Wandlers 1 oder 1').
Der Vergleicher 13 vergleicht das Ausgangssignal aus dem Wähler 11 mit dem Obergrenzensignal 17, und wenn das Signal 16 den Pegel des Signals 17 erreicht hat, wie in Fig. 4b dargestellt, dann legt der Vergleicher 13 ein Ausgangssignal 18 (ein Signal mit logisch "1") an einen der beiden Eingänge des UND- Gliedes AN&sub1; mit einem vorbestimmten Wert an, bevor der effektiven Arbeitsbereichs des Wandlers 1 oder 1' überschritten ist.
Wenn das nächste Ausgangsimpulssignal 15 des Wählers 10 bei an einem der beiden Eingänge des UND- Gliedes anliegendem "1"- Signal 18 an den anderen Eingang des UND- Gliedes AN&sub1; angelegt wird, erzeugt es ein Ausgangssignal 36, das an den Auswahlbefehl- Signalgenerator 14 anzulegen ist, der erkennt, daß die obere Grenze des wirksamen Arbeitsbereichs des dann arbeitenden Untersystems, d. h., das erste (1 - 4) erreicht worden ist, und kehrt den logischen Zustand des Ausgangssignals 19 um, woraufhin die Wähler 10 und 11 arbeiten, um das zweite Untersystem (1'-4') auszuwählen, so daß das Ausgangssignal 9' des Differenzierers 4' das Ausgangssignal 15 des Wählers 10 wird.
Im Betrieb arbeiten das erste und das zweite Untersystem abwechselnd, wenn die Versetzung ansteigt, so daß das Signal 9 oder 9' als Ausgangsimpulssignal 15 erzeugt wird. Da das Signal 9 oder 9' in gleicher Weise wie im System nach Fig. 1 erzeugt wird, folgt in dieser Hinsicht keine weitere Erläuterung, jedoch die Arbeitsweise des Umschaltens vom ersten zum zweiten Untersystem wird weiterhin anhand der Figuren 3, 4a und 4b detailliert für den Fall erläutert, daß der effektive Arbeitsbereich des ersten Untersystems überschritten ist. Fig. 4b ist eine vergrößerte Ansicht des in Fig. 4a eingekreisten Bereichs.
Das Versetzsignal 6 des ersten Untersystems, das von dem Auswahlbefehlssignal (ein logischer O- Zustand) 19 aus dem Auswahlbefehl-Signalgenerator 14 ausgewählt wurde, wird als Signal 16 an den Vergleicher 13 durch den Wähler 11 angelegt. Wenn der Pegel des Eingangssignals 18 den des oberen Grenzsignals 17 aus dem Obergrenz- Signalgenerator 12 erreicht hat, erzeugt der Vergleicher 13 ein Ausgangssignal 18, das anzeigt, daß die obere Grenze des effektiven Arbeitsbereichs des Wandlers erreicht ist, und legt ein Signal 18 an den Eingang des UND- Gliedes AN&sub1; an. In dem Maß, wie die Versetzung weiter ansteigt, wächst das Versetzsignal 6, bis das nächste Impulssignal 9 erzeugt wird, woraufhin der Wähler 10 nun das erste Untersystem (1-4) auswählt, das Signal 9 als das Signal 15 ausgibt, das an den anderen Eingang des UND- Gliedes AN&sub1; anzulegen ist. Nun sind beide Eingänge des UND-Gliedes AN&sub1; auf "1"- Pegel, so daß das UND- Glied AN&sub1; ein Ausgangssignal 36 erzeugt, welches den Auswahlbefehl- Signalgenerator veranlaßt, dessen Ausgangssignal von "0" auf "1" zu wechseln, wodurch die Wähler 10 und 11 aus dem ersten und zweiten Untersystem umgeschaltet werden, wodurch der Betrieb mit dem Versetzsignal 6' weitergeführt wird.
Während das erste Untersystem gearbeitet hat, wird das Ausgangsimpulssignal 15 an den Signalhalter 2' und an den Signalhalter 2 angelegt, um den gehaltenen Wert des Signalhalters 2' zu ersetzen, so daß die Stetigkeit des Ausgangssignals 15 beibehalten wird, trotz der Umschaltung von dem einen auf das andere Untersystem.
Fig. 5 zeigt eine Modifizierung des Systems von Fig. 3 in Übereinstimmung mit Fig. 3, wobei sowohl das erste als auch das zweite Untersystem über einen Vergleicher 3, 3' und einen Differenzierer 4, 4' verfügen. In der Anordnung von Fig. 5 wird ein Wähler 10 mit den Ausgängen des Signalhalters 2 und 2' verbunden, um die Schaltungsanordnung durch einen einzigen Vergleicher 3 und einen einzigen Diffenzierer 4 für sowohl das erste als auch das zweite Untersystem zu vereinfachen. Die Arbeitsweise des Systems nach Fig. 5 ist aus der Beschreibung des System der Fig. 3 leicht zu verstehen, so daß weitere Erläuterungen hierzu fortgelassen werden.
Fig. 6 zeigt eine zweite Abwandlung des System von Fig. 3. In dem System von Fig. 6 ist ein Wähler 11 mit den Ausgängen des Wandlers 1 und 1' verbunden, um die Schaltungsanordnung zu vereinfachen, mit einem einzigen Signalhalter 2 einem einzigen Vergleicher 3 und einem einziger Differenzierer 4 für das erste und zweite Untersystem. In dem System von Fig. 6 wird das Ausgangssignal 9 aus dem Differenzierer 4 durch eine Verzögerungsschaltung 21 an den Signalhalter 2 angelegt, um das in dem Halter 2 gehaltene Signal zu ersetzen.
In den Systemen der Figuren 3 und 5 werden die gehaltenen Werte der Halter 2 und 2' in dem Moment ersetzt, wo das Ausgangssignal 9 (15) erzeugt wird. In dem System nach Fig. 6 legt die Verzögerungsschaltung 21 das Ausgangssignal 9 aus dem Differenzierer 4 als ein verzögertes Signal 20 an den Signalhalter 2 zum Ersetzen des gehaltenen Wertes. Diese Anordnung stellt sicher, daß beim Veranlassen des des Wählers 11 zum Umzuschalten von einem der Wandler 1 und 1' auf den anderen nur nach dem Versetzsignal 6 oder 6' aus dem neue ausgewählten Wandler 1 oder 1' das Ausgangssignals 19 aus dem Auswahlbefehl- Signalgenerator 14 an den Signalhalter 2 angelegt wird, um in diesem als neues Haltesignal gehalten zu werden, wobei der Vergleicher 3 den neue gehaltenen Pegel des Versetzungssignals 6 oder 6' und des nachfolgenden Pegels von diesem vergleicht. Wenn der Ausgangsimpuls 9 des Differenzierers 4 an den Signalhalter 2 angelegt wurde, ohne die Verzögerungsschaltung zur Erneuerung des Pegels des Versetzsignals passiert zu haben, angenommen 6 gehalten vom Halter 2, und dann der Wähler zur Auswahl eines anderen Wandlers umgeschaltet wurde, sagen 1', würde das ersetzte Signal vom Halter 2 mit H- Pegel des Versetzsignals 6 des zuvor Wandlers 1 gehalten werden, bevor die Umschaltung vom Wandler 1 auf den Wandler 1' erfolgte, so daß der L- Pegel des Signals 6' des neu7erlich ausgewählten Wandlers 1' verglichen würde mit dem H- Pegel des Signals 6 des vorigen Wandlers 1. Selbst wenn unter dieser Bedingung das Versetzsignal 6' durch den Bezugswert verändert wird, würde der Pegel des Signals 6' nicht den H- Pegel des Signals 6 erreichen, der nun von dem Halter 2 gehalten wird, so daß der Differenzierer 4 keinen Ausgangsimpuls 9 erzeugen würde.
Aufgrund der Verzögerungsschaltung 21 wird eine längere Zeit benötigt, um den Haltesignalpegel des Halters 2 zu ersetzen, woraus eine verminderte Genauigkeit bei der Erzeugung von Impulszügen entsteht. Dieser Nachteil jedoch wird durch Vereinfachung der ganzen Schaltungsanordnung aufgehoben.
Die obigen Systeme sind für eine größer werdende Versetzung eingerichtet. Fig. 7 zeigt ein System nach der Erfindung, das sowohl für anwachsende als auch geringer werdene Versetzungen eingerichtet ist. Das System nach Fig. 7 ist eine Modifikation des Ausführungsbeispiels von Fig. 1, und ist so eingerichtet, in der Lage zu sein, sowohl zu arbeiten wenn die Versetzung größer wird als auch wenn sie kleiner wird. In Fig. 7 bedeuten gleiche Bezugszeichen wie in Fig. 1 gleiche Komponenten, die in gleicher Weise arbeiten wie in Fig. 1, und jene Komponenten, die bei kleiner werdender Versetzung arbeiten und dann die Signale erzeugen, werden dann durch Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen, jedoch mit einem Nachsatz a gegenüber jenen zugehörigen Komponenten versehen, die bei größer werdender Versetzung arbeiten und dann die Signale mit den Komponenten erzeugen.
In Fig. 7 ist zusätzlich zu dem Vergleicher 3 ein weiterer 3a vorgesehen, um das Versetzsignal 6 aus dem Wandler 1 mit Haltewert- Signal 7 aus den Signalhalter 2 zu vergleichen. Wenn das Versetzsignal 6 gegenüber dem Haltewert- Signal 7 um eine vorbestimmte Spannung abgefallen ist, oder wenn die Differenz zwischen den Signalen 6 und 7 einen vorbestimmten Bezugswert R erreicht hat, erzeugt der Vergleicher 3a ein Ausgangssignal 8a, welches ein Differenzierer 4a empfängt, um ein Impulssignal 9a abzugeben. Ein ODER- Glied OR&sub1; ist mit seinen Eingängen mit den Ausgängen des Differenzierers 4 bzw. 4a verbunden. Wenn das ODER- Glied OR&sub1; das Ausgangssignal 9 oder 9a empfängt, legt es ein Ausgangssignal 23 an den Signalhalter 2, um den Haltewert zu ersetzen.
Die Arbeitsweise des Systems von Fig. 7 wird nun anhand Fig. 8 und auch anhand Fig. 7 beschrieben. Unabhängig davon, ob die Versetzung größer oder kleiner wird, hält der Signalhalter 7 den Pegel des Versetzsignals 6, der zu der Position D der Versetzung gehört, wenn der vorherige Impulse 9 oder 9a erzeugt wurde. Wenn der Vergleicher 3 oder 3a das Anwachsen oder Abfallen des Versetzsignals 6 feststellt, zu der eine vorbestimmte Spannungsdifferenz (Bezugswert) R gehört, erzeugt der Vergleicher ein Ausgangssignal 9 oder 9a zur Position d oder -d der Versetzung, so daß der Differenzierer 4 oder 4a ein Ausgangsimpuls 9 oder 9' erzeugt, der an einen nicht dargestellten Impulszähler und auch an das ODER-Glied OR&sub1; angelegt wird.
Um den Vergleicher 3 und 3a einen gleichen Bezugswert R zu verleihen, kann eine einzige Einrichtung 26 zur Einstellung einer Potentialdifferenz (Bezugswertes) sowohl mit den Vergleichern 3 als auch 3a verbunden werden, wie in Fig. 9 dargestellt.
Fig. 10 zeigt ein System der vierten Koristruktion nach der Erfindung mit den Funktionen der Systeme der Figuren 3 und 7. Das System von Fig; 10 enthält insbesondere zwei Untersysteme, von denen beide in Fig. 7 dargestellt sind, und arbeitet abhängig von der Versetzung in entgegengesetzten Richtungen, sowie mit Mitteln zur Erzeugung alternativer Arbeitsweisen der beiden Untersysteme. Wenn das Versetzungssignal 6 oder 6' den oberen oder unteren Grenzwert erreicht, wird eine Umschaltung von dem einen zum anderen Untersystem durchgeführt, das bis zu dem anderen hin gearbeitet hat.
Die Signale aus den zugehörigen Komponenten der beiden Untersysteme sind um 180º voneinander in der Phase versetzt und sind mit den gleichen Bezugszeichen mit oder ohne einen Strich (Strich) versehen. Jene Ausgangssignale, die als Versetzungsverminderung erzeugt werden, sind mit den gleichen Bezugszeichen und mit Nachstellzeichen a versehen, wie jene Signale, die erzeugt werden, wenn die Versetzung größer wird. Ein UND- Glied AN&sub2;, das einen Aquivalent zu dem UND- Glied AN&sub1; ist, empfängt das Ausgangssignal 15a aus dem Differenzierer 4a oder 4'a, und das Ausgangssignal 18a oder 18'a aus dem Vergleicher 13a oder 13'a durch den Wähler 50 und legt dessen Ausgangssignal an einen Auswahlbefehl- Signalgenerator 14 durch ein ODER- Glied OR&sub2; an.
Die Arbeitsweise des Systems von Fig. 10 ist eine Kombination der Arbeitsweisen der in den Figuren 3 und 7 dargestellten Systeme und läßt sich leicht aus der Beschreibung ihrer jeweiligen Arbeitsweisen verstehen, so daß hier eine vereinfachte Beschreibung genügen soll.
Der Wähler 50 erzeugt ein Ausgangssignal 15 als Betrag 5 oder 5' der gestiegenen Versetzung und ein Ausgangssignal 15a als Betrag der verminderten Versetzung. Wenn die Versetzung ansteigt oder abfällt, erhöht oder vermindert sich das Ausgangssignal 6 oder 6' aus dem Wandler 1 oder 1' bis zum oberen oder unteren Grenzwert, woraufhin der Auswahlbefehl- Signalgenerator 14 ein Auswahlbefehlsignal 19 erzeugt, um den Wähler 50 zu veranlassen, von dem Betrieb des einen Untersystems auf den Betrieb des anderen umzuschalten.
Fig. 11 zeigt eine erste Abwandlung des Systems von Fig. 10. In Fig. 11 ist ein Wähler 11 vorgesehen, durch den die Ausgangssignale 6 und 6' des Wandler 1 und 1' an die Vergleicher 13 und 13a angelegt werden, so daß die Vergleicher 13 und 13'a in Fig. 10 fortgelassen werden können. Der Wähler 51 in Fig. 11 entspricht dem Vergleicher 50 in Fig. 10, mit der Ausnahme, daß die Ausgänge 18 und 18a des Wählers 13 und 13a direkt mit dem UND- Gliedern AN&sub1; bzw. AN&sub2; verbunden sind, ohne durch den Wähler 51 zu laufen. Die Arbeitsweise des Systems von Fig. 11 läßt sich leicht aus der Beschreibung zum System von Fig. 10 verstehen, so daß keine weiteren Erläuterungen gegeben werden.
Fig. 12 zeigt eine zweite Abwandlung des Systems von Fig. 10. In Fig. 12 sind die Vergleicher 3', 3'a, 13' und 13'a und die Differenzierer 4' und 4'a in Fig. 10 fortgelassen worden, und die Ausgangssignale (Haltewert- Signale) 7 und 7' aus dem Signalhalter 2 und 2' werden an die Vergleicher 3 und 3a durch einen Wähler 52 angelegt, der die Funktion des Wählers 10 in Fig. 11 eischließt. Die Arbeitsweise des Systems von Fig. 12 läßt sich auch leicht verstehen, so daß sie nicht weiter zu erläutern ist.
In den vorstehenden Ausführungsbeispielen wurde das Intervall zwischen Ausgangsimpulsen 9 (9a, 9', 9'a), d. h., der Betrag der Versetzung (oder der Bezugswert R), der zu der Zeit auftritt, zu der der vorherige Impuls erzeugt wurde, bis zur Zeit, bei der der gegenwartige Impuls erzeugt wird, wird auf einen vorbestimmten Wert gesetzt, so daß die Systeme eine feste Impulsdichte oder eine feste Auflösung aufweisen. Indem man das oben erwähnte Intervall variabel gestaltet, ist es möglich, eine variabele Impulsdichte zu erzielen. Bis hierhin können alle Vergleicher 3, 3', 3a und 3'a einen Vergleicher 24 enthalten, einen Addierer 25 und eine Einrichtung zur Einstellung der Potentialdifferenz (des Bezugswertes R), wie in den Figuren 9 und 13 dargestellt.
In dem System, bei dem die Vergleicher 3 (3') und 3a (3'a) zur Versetzung in beiden Richtungen, sowohl zum Ansteigen als auch zum Absinken vorgesehen sind, ist eine gemeinsame Bezugswert- Einstellvorrichtung für beide Vergleicher 3 (3') und 3a (3'a), vorgesehen wie in Fig. 9 dargestellt, um keinen Unterschied in der Empfindlichkeit für Versetzungen in der ansteigenden und in der absinkenden Richtung aufkommen zu lassen. In allen Fällen muß die Einrichtung 26 über eine variable Ausgangsspannung verfügen, damit eine variable Empfindlichkeit erzielt wird.
Verschiedene Typen variabeler Bezugswert- Einstelleinrichtungen können verwendet werden, wie ein Potentiometer, mit dem der Einstellbezugswert oder die Potentialdifferenz manuell abhängig von den Änderungen äußerer Bedingungen eingestellt werden, oder eine Einrichtung, bei der eine gewünschte Potentialdifferenz mit einem D/A-Wandler eingestellt werden kann, der von einer externen elektronischen Einrichtung oder von einem Computer gesteuert wird.
In den obigen Anordnungen haben die Signalhalter 2 und 2' die Funktion, den Pegel der Spannung genau beizubehalten, entsprechend der Versetzung des vorigen Ausgangsimpulses 9 (9', 9a, 9'a, 15 oder 15a), der bis zur nächsten Impulerzeugung erzeugt wurde. In diesem Codierertyp tritt manchmal eine unbeabsichtigte Versetzung auf, und es ist wünschenswert, daß das Instrument unempfindlich gegenüber derartigen unbeabsichtigten Versetzungen ist. Derartige Versetzungen, auf die das Instrument unempfindlich reagieren sollte, treten üblicherweise bei niedriger Geschwindigkeit auf.
Gemäß der Erfindung ist es möglich, das Instrument unempfindlich gegenüber Versetzungen machen, die bei geringer Geschwindigkeit auftreten, indem für jeden der Signalhalter 2 und 2' eine Abtast- und Halteschaltung verwendet wird (wird nachstehend als S/H- Schaltung bezeichnet), die zusammengesetzt ist aus einem Kondensator 32, Operationsverstärkern 33 und 34 und aus einem Schaltkreis 31, wie in Fig. 14 dargestellt. Der Schaltkreis 31 wird üblicherweise als eine elektronische Schaltung verwendet. Solange kein erneuertes Befehlssignal 9 (15, 20, 23) an den Signalhalter 2 (21) angelegt wird, bleibt der Schalter 31 geöffnet, so daß die Anschlußspannung des Kondensators 32 durch den Operationsverstärker 34 als Ausgangssignal 7 (7') abgenommen wird. Wenn das Signal 9 (15, 20, 23) an den Umschalter 31 angelegt wird, schließt der Umschalter, so daß das Eingangsversetzsignal 6 (6') aus dem Wandler 1 (1') an den Kondensator 32 durch Operationsverstärker 33 und den geschlossenen Schalter 31 geleitet wird, um den Kondensator 32 aufzuladen, woraufhin der Pegel des Versetzsignals 6 (6') vom Halter 2 (2') und die Anschlußspannung des Kondensators 32 das Ausgangshalte-Wertsignal 7 (7') des Halter 2 (2') wird. Diese Operation, die Abtastung genannt wird, ist graphisch in Fig. 16 dargestellt. Das Erneuerungsbefehlsignal 9 (15, 20, 23), das das Ausgangsignal aus dem Differenzierer 4 (4a', 4', 4'a) ist, hat eine Impulsbreite, die verglichen mit dem Intervall zwischen den Ausgangsimpulsen 9 vernachlässigbar gering ist, so daß die Abtastoperation plötzlich abgeschlossen ist und keine Auswirkung auf die Arbeitsweise des ganzen Systems hat.
In der S/H- Schaltung von Fig. 14 ist der Schalter 31 entweder vollständig offen oder gänzlich geschlossen.
Fig. 16 zeigt auf graphischen Wege die Beziehung der Geschwindigkeit der Versetzung und der Änderung des Versetzungssignals 6 (6') und des Haltewert-Signals 7 (7') des Signalhalters 2 (2'). Immer wenn die Differenz zwischen dem Signal 6 (6'), das ein Ansteigen ist, und das Signal 7 (7') den Bezugswert R erreicht, wird ein Ausgangsimpuis 9 erzeugt. Wenn die Geschwindigkeit der Versetzung, d. h., die Neigung der Kurve 6 (6') in Fig. 16 abfällt, wächst das Intervall zwischen den Impulsen 9 an.
Um das System gegenüber Versetzungen unempfindlich zu machen, die bei geringer Geschwindigkeit auftreten, ist ein Widerstand 35 über den Schalter 31 der S/H- Schaltung vorgesehen, die den Signalhalter 2 (2') bildet, wie es in Fig. 15 dargestellt ist, wodurch der Schalter 31 leitend gehalten wird, selbst wenn er geöffnet ist. Zu dem Zeitpunkt, zu dem Umschalter 31 geschlossen wird, lädt das Versetzungssignal 6 (6') den Kondensator 32 auf den Pegel der Eingangsspannung (so daß der Haltewert des Signalhalters 2 (2') ersetzt wird) in einem Moment, wie in der Anordnung von Fig. 14. Selbst während der Schalter 31 offen steht, wird der Kondensator 32 allmählich durch den Widerstand 35 geladen, so daß die Anschlußspannung oder das Signal 7 (7') ansteigt, wie durch die Kurve dargestellt, die zur rechten hin in Fig. 17 abfällt.
Angenommen wird, daß die Geschwindigkeit der Versetzung, zu der das System unempfindlich zur Einstellung gehalten werden sollte, z. B. eine Geschwindigkeit, daß nur ein Impuls alle 2 (2) Sekunden von der Kapazität des Kondensators 32 erzeugt wird, und der Widerstandwert des Widerstands 35. Die Geschwindigkeit der Versetzung wird nachstehend als Versetzungsunempfindlichkeitsgeschwindigkeit bezeichnet. Es wird angenommen, daß eine Versetzung mit einer Geschwindigkeit von zehn (10) Impulsen 9 auftritt, die pro Sekunde erzeugt werden. Das System arbeitet normal, d. h., daß Ausgangs-Haltewert- Signal 7 (7'), auf dem Signalhalter 2 (2') ändert sich allmählich mit dem Versetzungssignal 6 (6'). Da die Änderung des Signals 6 (6') größer ist als diejenige des Signals 7 (7'), erreicht die Differenz zwischen den Pegeln der beiden Signale gegenwärtig den Bezugswert R, woraufhin ein Ausgangsimpuls 8 (9) erzeugt wird. Die Bedingung hält an, bis ein Impuls Pn erzeugt wird, wie in Fig. 17 dargestellt.
Es wird angenommen, daß die Versetzung auf eine Gewschwindigkeit verlangsamt ist, die einen Impuls 9 alle fünf (5) Sekunden liefert. Selbst wenn eine Versetzung aus der Position zu einer Position auftritt, bei der der Ausgangsimpuls Pn erzeugt wurde, bei der der nächste Ausgangsimpuls zur Erzeugung erwartet wird, da die Änderung (oder das Ansteigen) des Eingangsversetzsignals 6 (6') durch Laden des Kondensators 32 durch den Widerstand 35 mit der gleichen Geschwindigkeit begleitet ist, analog zur Änderung des Eingangssignals, ist die Anschlußspannung des Kondensators 32, d. h., das Haltewert- Signal 7 (7') des Signalhalters 2 (2'), welches das Versetzungssignal 6 (6') ist, mit Änderungen (oder Anstiegen) zu vergleichen, um so den Pegel des Eingangssignals 6 (6') zu erreichen, wie auf der rechten Seite des Impulses Pn in Fig. 17 dargestellt, und der Vergleicher 3 (3') wird kein Ausgangssignal 8 erzeugen. Mit anderen Worten, das System bleibt unempfindlich gegenüber jeglicher Versetzung, die bei niedriger Geschwindigkeit auftritt.
Es mag verschiedene Änderungen und Abwandlung zu der zuvor beschriebenen Anordnungen geben. Beispielsweise kann im System von Fig. 10 einer der Signalhalter 2 und 2' ersetzt werden, wie im System von Fig. 6, mit erforderlichen Änderungen der Schaltung.
In den Anordnungen der Figurgen 5, 6, 10, 11 und 12 werden abwechselnd zwei Untersysteme betrieben. Drei oder mehr Untersysteme können ebenfalls verwendet werden.
In den dargestellten Ausführungsbeispielen handelt es bei der physikalischen Größe des Systems um die Lage. Es ist möglich, jegliche andere physikalische Größe zu verarbeiten.
Gemäß der Erfindung ist es möglich, die Änderung der Impulsdichte oder des Auflösungsvermögens des Systems in stetiger Weise zu ändern, und dieses in einen passenden Wert für eine spezielle Anwendung zu versetzen.
Lediglich nach Auftreten einer Versetzung aus der Position, bei der der vorherige Ausgangsimpuls zu einer Position erzeugt wurde, bei der der nächste Impuls zu erzeugen ist, kann ein Ausgangsimpuls erzeugt werden, so daß kein Flattern auftreten wird.
Bei dem herkömmlichen Drehcodierer mit einer Drehplatte, auf dem Kalibrierungsmarkierungen gedruckt oder in anderer Weise gebildet sind, ist mechanische Präzision gefordert. Die Erfindung erfordert keine derartigen Drehplatten oder Abstufungen. Auch wird keine mechanische Präzision oder Maßhaltigkeit gefordert, so daß das Instrument nach der Erfindung einfach ist und günstig herzustellen ist, und es treten keine Fehler durch Abrieb oder durch Abnutzung aufgrund langen Gebrauchs an mechanischen Teilen auf.
Das Gerät nach der Erfindung kann als Einrichtung zur anfänglichen Bewegungslehre und Positionslehre verwendet werden oder zur graphischen Verarbeitung für Eingabeinformationen über Positionen für einen Roboter oder einen einen Computer, wie bei einem CAD- System, einer Maus, einem Tastaturball usw. Die Erfindung kann angewendet werden zum Wählen oder zur Einstellung verschiedener Meßinstrumente, Steuerungen, bei Kommunikationseinrichtungen usw..
Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Impulsen aufgrund der Änderung einer physikalischen Größe, wobei jedesmal ein elektrischer Impuls erzeugt wird, der Wert der physikalischen Größe abgetastet und gehalten wird; und jedesmal, wenn sich die physikalische Größe um einen vorbestimmten Bezugsbetrag in Hinsicht auf den Abtast- und Haltewert desselben verändert, wird ein elektrischer Ausgangsimpuls erzeugt, um den Abtast- und Haltewert durch den Wert der physikalischen Größe zu ersetzen, der zu dieser Zeit auftritt; und die obigen Operationen werden wiederholt, um eine Serie von Ausgangsimpulsen zu erzeugen, deren Anzahl mit dem Betrag der Änderung der physikalischen Größe übereinstimmt. Durch Abzählen der Anzahl von Ausgangsimpulsen ist es möglich, Kenntnis über den Betrag der Änderung zu erhalten, und durch Änderung des Bezugsbetrages ist es möglich, das Intervall oder die Dichte der Ausgangsimpulse zu ändern, wodurch sich das Auflösungsvermögen verändert.

Claims

1. Verfahren zur Erzeugung elektrischer Impulse gemäß der Änderung einer physikalischen Größe (5), mit den Verfahrensschritten:

Umsetzen der physikalischen Größe (5) in ein zugehöriges erstes elektrisches Signal (6), und

Vergleichen des ersten elektrischen Signals (6) mit einem Bezugssignal (7) und Erzeugen eines Ausgangsimpulses (9) nur dann, wenn die Differenz zwischen dem ersten elektrischen Signal (6) und dem Bezugssignal (7) größer als ein vorbestimmter Bezugsbetrag (R) ist, gekennzeichnet durch den Verfahrensschritt

Erzeugen des Bezugssignals (7) durch Abtasten und Halten des Wertes des ersten elektrischen Signals (6) immer dann, wenn der Ausgangsimpuls (9) erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bezugsbetrag (R) variabel ist, so daß die Dichte der erzeugten Ausgangsimpulse (9) variabel ist.

3. Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Impulse, mit einem Wandlermittel (1) zur Umsetzung einer physikalischen Größe (5) in ein zugehöriges ersten elektrisches Signal (6) und mit einem Impulserzeugungsmittel (3, 4) zum Vergleich des ersten elektrischen Signals (6) mit einem Bezugssignal (7) und zum Erzeugen eines Ausgangsimpulses (9) nur dann, wenn die Differenz zwischen dem ersten elektrischen Signal (6) und dem Bezugssignal (7) größer als ein vorbestimmter Bezugsbetrag (R) ist, gekennzeichnet durch Abtast- und Haltemittel (2), die den Wert des ersten elektrischen Signals (6) immer dann abtasten und halten, wenn der Ausgangsimpuls (9) erzeugt wird, wodurch das Bezugssignal (7) gebildet wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Wandlermittel eine Vielzahl von Wandlern (1, 1') enthält, die abhängig von der gleichen physikalischen Größe (5, 5') in verschiedenen stetigen Meßbereichen arbeiten, um die physikalische Größe (5, 5') in ein zugehöriges erstes elektrisches Signal (6, 6') umzusetzen; und daß des weiteren Vergleichsmittel (13) zum Vergleich des ersten elektrischen Signals (6, 6') aus jedem der Wandler (1, 11) mit einem vorbestimmten Grenzwert (17) vorgesehen sind sowie Auswahlmittel (10, 11, 14, AN1) zum Umschalten von demjenigen der Wandler (1, 1'), dessen elektrisches Signal (6, 61) den Grenzwert (17) erreicht hat, auf den nächsten der Wandler (1, 1'), dessen erstes elektrisches Signal noch nicht den Grenzwert (17) erreicht hat, um so den Ausgangsimpuls (9, 9') aus dem von dem Ausgangsimpuls (9, 9') durch den nächsten der Wandler (1, 1') verursachten Impulserzeugungsmittel (3, 3', 4, 4') auszuwählen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Impulserzeugungsmittel (3, 4) so aufgebaut ist, daß immer dann ein Ausgangsimpuls (9) erzeugt wird, wenn die Differenz zwischen dem Bezugswert (7) des ersten elektrischen Signals (6) in dem Abtast- und Haltemittel (2) und dem ersten elektrischen Signal (6) sich entweder in Richtung einer Zunahme oder einer Abnahme ändert, und den Bezugsbetrag (R) erreicht hat.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Bezugsbetrag (R) variabel ist.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtast- und Haltemittel (2, 2') Mittel zur Änderung des Bezugswertes (7) des ersten elektrischen Signals (6, 6') aus dem Wandlermittel (1, 1') enthält, um sich dem daran angelegten ersten elektrischen Signal (6, 6') anzunähern, wenn die Änderungsgeschwindigkeit des ersten elektrischen Signals (6, 6') unter einem vorbestimmten Wert liegt.