DE965946C - Elektronischer Impulszeitmesser, insbesondere zur Untersuchung von in der Fernsprechwaehltechnik auftretenden Impulsreihen auf Gleichmaessigkeit - Google Patents

Description

Um das reibungslose Arbeiten von impulsgesteuerten Schaltanlagen gewährleisten zu können, besteht häufig die Notwendigkeit, nicht nur Einzelimpulse zu prüfen, sondern auch Impulsserien auf die Dauer der Impulse und der zwischen den Impulsen liegenden Pausen zu untersuchen. Im Laufe der Zeit wurden mehrere Geräte zum Messen von Impulsserien entwickelt, die nach verschiedenen Prinzipien arbeiten.

Bei einem dieser bekannten Geräte steuert ein Stromstoßrelais ein Schreibsystem, das auf einem fortlaufenden Papierstreifen die Dauer der Impulse · und der dazwischenliegenden Pausen markiert. Durch Verwendung zweier solcher Schreibsysteme kann man zwei unabhängige Impulsserien vergleichen. Als Nachteile dieses Gerätes sind die beschränkte Genauigkeit von bestenfalls + 2 ms, die umständliche. Auswertung des beschriebenen Papierstreifens und der laufende Papierverbrauch zu nennen.

Ein anderes Gerät, der sogenannte Schleifenoszillograph, wird wegen seiner Größe und seiner teueren Betriebsweise nur in Laboratorien benutzt. Dabei werden die Impulse, mittels gesteuertem

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Lichtstrahl auf lichtempfindliches Papier gezeichnet, das, bevor man die Aufzeichnung auswerten kann, erst entwickelt werden muß.

Beim Nummernscheibenpriifgerät werden die Impulse auf ein integrierendes Meßinstrument und auf einen Frequenzmesser gegeben. Bei konstanter Amplitude ist der Ausschlag des integrierenden Instrumentes ein Maß für die mittlere Impulslänge, während die Anzeige des Frequenzmessers erkennen läßt, wieviel Impulse in einer Sekunde ankommen. Bei diesem Verfahren kann man die einzelnen Impulse nicht miteinander vergleichen und auch die Zahl der angekommenen Impulse nicht feststellen.

Bei einem weiteren bekannten Gerät verursachen die ankommenden Impulse eine Änderung der Spannung eines Kondensators. Vergleicht man diese geänderte Spannung mit einer festen Spannung, so kann man daraus ersehen, ob die Dauer der Impulsserie eine bestimmte Zeitdauer nicht überschreitet. Die Anzahl der Impulse, die Dauer der einzelnen Impulse und der dazwischenliegenden Pausen kann dabei aber nicht bestimmt werden.

Ähnlich wie das zuletzt beschriebene Gerät arbeitet ein anderer sogenannter »Impulszeit- und Verzerrungsmesser«. Durch die Impulse werden die Ladungen von zwei Kondensatoren geändert. Die Ablesung erfolgt durch Potentiometerabgleich mit einem magischen Auge. Auch hier lassen sich weder Zahl noch Dauer der einzelnen Impulse bestimmen.

Es ist auch ein Verfahren zum Messen des Zeitabstandes von elektrischen Impulsen bekannt, bei dem beide Flanken der sägezahnförmigen Kippspannung zum Erzeugen der Zeitmaßstäbe auf dem Bildschirm der Braunschen Röhre herangezogen werden. Bei diesem bekannten Verfahren werden beide Flanken der sägezahnförmigen Kippspannung zur Ablenkung ausgenutzt. Der Hinlauf ergibt sich aus dem Anstieg des Sägezahnes und der Rücklauf aus dem Abfall des Sägezahnes. Während der Rücklauf in den Kathodenstrahloszillographen normalerweise nicht sichbar ist, wird er bei dem bekannten Verfahren dazu ausgenutzt, daß der Elektronenstrahl gegenüber dem Hinlauf verschoben und dabei aufgehellt wird, so daß der Rücklauf sichtbar wird. Es werden aber keine Impulsbreiten gemessen, sondern der Abstand von Impulsen wird dadurch bestimmt, daß die zu messenden Impulse auf die F-Platten so gegeben werden, daß ein Impuls während des Rücklaufes eine zusätzliche Auslenkung bewirkt und der andere Impuls während des Hinlaufes markiert wird.

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Impulszeitmesser, insbesondere zur Untersuchung von in der Fernsprechwähltechnik auftretenden Impulsreihen auf Gleichmäßigkeit, bei dem der Elektronenstrahl einer mit ausreichender Nachleuchtdauer ausgebildeten Elektronenstrahlröhre während der Dauer eines Impulses in einer bestimmten Richtung, beispielsweise vom linken Rand des Leuchtschirmes nach rechts, abgelenkt wird. Erfindungsgemäß wird durch von dem Impuls beeinflußte Mittel der Elektronenstrahl während der Dauer einer Pause zwischen zwei Impulsen mit der gleichen Geschwindigkeit wie bei der Dauer eines Impulses, aber in entgegengesetzter Richtung, beispielsweise also vom rechten Rand nach links, abgelenkt und jeweils am Ende jedes Impulses und jeder Pause um einen bestimmten konstant bleibenden Wert senkrecht zur Schreibrichtung, beispielsweise von oben nach unten, derart verschoben, daß auf dem Schirm der Elektronenstrahlröhre sowohl die gemessenen Impulse für sich als auch die gemessenen Pausen für sich untereinander stehen. Es wird also nicht der Rücklauf des Elektronenstrahles ausgenutzt, wie er bei dem Rückkippen einer Kippstufe entsteht (abfallende Flanke des Sägezahnes), sondern es handelt sich um einen gesteuerten zeitproportionalen Vorlauf mit der gleichen Geschwindigkeit in entgegengesetzter Richtung, so daß bei der Betrachtung der Eindruck entsteht, daß es ein Rücklauf im üblichen Sinne sei. Der elektronische Impulszeitmesser nach der Erfindung zeichnet also die Dauer der Impulse und der dazwischenliegenden Pausen ihrer Reihenfolge nach auf. Richtet man die Schalung so ein, daß die Kippzeiten sowohl während der Aufzeichnung der Impulsdauer als auch während der Aufzeichnung der Pausendauer dem Sollwert der Summe aus Impuls- und Pausendauer entsprechen, so ist der Abstand zwischen den Enden der Linien, deren Längen ein Maß für die Dauer der Impulse und Pausen sind, ein Maß für die Geschwindigkeit, mit der der Impulsgeber arbeitet. Man sieht also leicht ob der Impulsgeber, beispielsweise ein Nummernschalter, zu schnell oder zu langsam läuft. Bei ausreichender Nachleuchtdauer des' Leuchtschirmes der Kathodenstrahlröhre kann eine von der Größe des Vorschubs nach jedem Impuls und jeder Pause abhängige Zahl von Impulsen und Pausen aufgezeichnet und ausgewertet werden. Die beispielsweise in der Fernsprechtechnik bei der Prüfung von Nummernschaltern auftretende Zahl von Impulsen kann ohne Schwierigkeiten aufgezeichnet werden. Da das Bild auf dem Schirm einer lang nachleuchtenden Röhre bis zu 80 Sekunden stehenbleibt, kann man ohne Anwendung sonstiger Hilfsmittel, wie z. B. lichtempfindlichen Papiers, die Impulslängen und Pausenlängen miteinander vergleichen. Durch Verändern des Vorschubs nach jedem Impuls und nach jeder Pause kann die Zahl der Impulse und Pausen, die auf dem Schirm aufgezeichnet werden können, variiert werden. Da sich auch die Kippzeiten leicht ändern lassen, können Impulse von praktisch beliebig langer Dauer mit ausreichender Genauigkeit, beispielsweise mit etwa ι % der Kippzeit, aufgezeichnet werden.

Für verschiedene Zwecke, z. B. wenn die Impuls- oder Pausenlängen in Abhängigkeit irgendeiner Größe aufgetragen werden sollen, ist es zweckmäßig, die Dauer der Impulse und Pausen nicht durch waagerechte, sondern beispielsweise durch lenkrechte Strecken auszudrücken. Für solche Fälle kann der elektronische Impulszeitmesser nach der Erfindung in der Weise ausgebildet werden, daß

das Ablenksystem so umschaltbar ist, daß die Richtung der Aufzeichnungen geändert werden kann, also beispielsweise um 90, 180 oder 270⁰ gedreht werden kann.

In Sonderfällen ist es erwünscht, nur die Impulse oder nur die Pausen zu zeichnen. Man kann dann die Aufzeichnung entweder der Pausen oder der Impulse dadurch unterdrücken, daß man den entsprechenden Teil der Schaltung abschaltet.

Oft ergibt sich auch die Notwendigkeit, zwei Impulsserien miteinander zu vergleichen. Hierzu kann eine Kathodenstrahlröhre mit zwei Strahlsystemen verwendet werden oder ein elektronischer Schalter, bei dem immer zwei Impulse der beiden Serien untereinander geschrieben werden, so daß sie sich leicht vergleichen lassen.

An Ha.nd der Abbildungen wird im folgenden die Erfindung näher erläutert.

Hat die Schaltanordnung 1 der Abb. 1 beispielsweise einen Impuls aufgenommen, so wird durch das dabei einsetzende Rückkippen und den sofortigen Vorlauf der Schaltanordnung (Miller-Integrator) 3 ein Meßvorgang eingeleitet; das Ende des Impulses bringt die Kontakte 2 und 5 in die andere Lage. Mit dem Beginn des Umschlagens wird ein erneutes Rückkippen und sofortiger Vorlauf des Miller-Integrators 3 eingeleitet. Die Schaltanordnung 4, an die der Kontakt 5 die X-Platte der Braunschen Röhre 6 angeschaltet hat, sorgt dafür, daß der Vorlauf jetzt in entgegengesetzter Richtung erfolgt. Während der Umschlagzeit des Kontaktes 5 hat der Elektronenstrahl keine bestimmte Lage, da an der einen Z-Platte das Potential fehlt. Nach ungefähr 1 ms ist der Kontakt umgelegt und das Rückkippen der Kippstufe beendet; der Strahl springt in einigen μβ in die Stellung, die dem Ausgangspunkt der aufzuzeichnenden Pause entspricht. Durch die Schaltanordnung 7 wurde der Elektronenstrahl während der Umschlagzeit des Kontaktes 2 in senkrechter Richtung um einen bestimmten Betrag verschoben, so daß bei dem Vorlauf von rechts nach links die Pause in die Lücken zwischen den Impulsen geschrieben wird.

Der Beginn des nächsten Impulses veranlaßt über die Schaltanordnung 1 wieder das Umlegen der Kontakte 2 und 5, so daß nach dem sofortigen Rückkippen und erneutem Vorlauf, diesmal von links nach rechts, der nächste Impuls aufgezeichnet wird. Das wiederholt sich, bis nach dem letzten Impuls die letzte Pause, da sie sehr lang ist, 'vom rechten Rand der Braunschen Röhre bis zum linken Rand geschrieben wird. Es interessiert hier nicht die Impulsform, sondern die Impulsdauer und die Zeit, die zwischen den Impulsen liegt. Beide Zeiten werden durch den zeitproportionalen Vorlauf einmal von links nach rechts und einmal von rechts nach links gleichartig aufgezeichnet.

Auf diese Weise entstehen Schirmbilder, von denen Beispiele in Abb. 2 gezeigt sind. Solche Bilder kommen beispielsweise bei Prüfung von Nummernschaltern in der Fernsprechtechnik vor. Wenn die Kippzeiten der Schaltanordnungen 3 und 4 dem Sollwert der Summe aus Impuls- und Pausendauer T entsprechen, dann ergibt sich bei richtigem Lauf des Impulsgebers das Bild der Abb. 2 a. Je ein Impuls und eine Pause füllen die gesamte Kippzeit aus. Bei zu schnellem Lauf des Impulsgebers entstehen Lücken, wie es in Abb. 2 b gezeigt ist; bei zu langsamem Lauf entstehen Überlappungen (Abb. 2c). Die Breite der Lücken bzw. der Überlappungen sind ein Maß dafür, um wieviel der Impulsgeber zu schnell oder zu langsam läuft. Auch Kontaktprellungen machen sich auf dem Leuchtschirm in unscharfen Anfängen der Impulsaufzeichnungen bemerkbar (Abb. 2 d).

Die Abb. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung des elektronischen Impulszeitmessers nach der Erfindung.

Die zu messenden Impulse werden entweder über einen Impulskontakt direkt auf ein Telegrafenrelais A gegeben, oder, wenn hochohmige Anschaltung erwünscht ist, zuerst über die Röhre 12 verstärkt. Die Röhre 12, eine Raumladegitterröhre, hat eine negative 'Gittervorspannung von mehr als 10 Volt. Es fließt erst ein Anodenstrom, wenn die Gittervorspannung gegen ο Volt geht. Da die Kennlinie sehr steil ansteigt, tritt keine nennenswerte Verzerrung auf, und das Meßobjekt wird nicht belastet. Während der Umsohlagzeit des Telegrafenrelais (Kontakt a¹¹ geöffnet) wird den Steuergittern der Röhren 8, 9 und 10 ein positiver Impuls zugeführt. Dieser bewirkt bei der Röhre 8 eine kürzzeitige Entsperrung (bei geschlossenem aⁿ-Kontakt fließt nänlich kein Strom), so daß der Kondensator C₈ an der Anode negativer aufgeladen wird. Es entsteht damit an der Anode der Röhre 8 eine Treppenspannung, die den Elektronenstrahl am Schirm -der Braunschen Röhre 5 bei jedem Umschlagen des Telegrafenrelais A um einen bestimmten Betrag, der durch das Potentiometer P_s am Schirmgitter der Röhre 8 einstellbar ist, in vertikaler Richtung, beispielsweise von oben nach unten, verschiebt. An den Steuergittern der Röhren 9 und 10 leitet der Impuls das Kippen ein. Im Ruhezustand lag, bewirkt durch den Spannungsteiler zwischen Anode und Kathode der Röhre 10 und Erde, am Gitter der Röhre 10 eine so hohe negative Spannung, daß kein A/iodenstrom fließen konnte. Die Röhre 9 dagegen führte maximalen Strom, welcher am Arbeitswiderstand R₉ der Anode einen großen Spannungsabfall hervorrief. Durch den positiven Impuls wird die Röhre 10 entsperrt. Der entstehende negative Impuls an der Anode wirkt am Bremsgitter der Röhre 9 und sperrt diese. Die Spannung an der Anode der Röhre 9 springt auf den Größtwert und bewirkt durch die Übertragung auf das horizontale Ablenkplattenpaar der Braunschen Röhre 6 die Auslenkung des Elektronenstrahls, beispielsweise nach links. Der Elektronenstrahl ist auf dem Schirm der Braunschen Röhre während des Umspringen« nicht sichtbar, da der negative Impuls am Bremsgitter der Röhre 9 gleichzeitig den Wehneltzylinder der Kathodenstrahlröhre negativ macht und damit den Strahl unterdrückt. Nach dem Umschlagen des Telegrafenrelais beginnt der Vorlauf und damit der Meß-

Vorgang. Durch den Wegfall der negativen Spannung am Bremsgitter der Röhre 9 beginnt hier Anodenstrom zu fließen. Der Anodenstrom kann aber nicht sofort auf seinen maximalen Wert ansteigen, da von der Anode her zum Steuergitter durch den Kondensator C₉ eine Rückwirkung erfolgt (Millerintegrator). Es entsteht ein linearer Stromanstieg-, der an der Kathodenstrahlröhre eine zeitproportionale Auslenkung des Elektronenstrahles bewirkt.

Die Kippzeit und damit der Maßstab kann durchdas Potentiometer P₉ am Steuergitter verändert werden. Ist der Impuls beendet und beginnt die Pause, so erfolgen die gleichen Vorgänge, wie oben beschrieben, bevor der Elektronenstrahl die ganze Breite des Schirmes überschrieben hat. Da der a^r-Kontakt aber inzwischen betätigt worden ist, wird das Potential für die waagerechte Ablenkung von der Anode der Röhre 11 bestimmt. Diese ist als Phasenumkehrröhre mit starker Gegenkopplung geschaltet, so daß hier keine Verstärkung erfolgt, sondern das Anodenpotential der Röhre 9 um i8o° gedreht wird. Durch diese Schaltungsanordnung wird erreicht, daß der Elektronenstrahl beim Impuls in entgegengesetzter Richtung wie bei der Pause ausgelenkt wird. Auf diese Weise ergeben sich Schirmbilder, wie sie in Abb. 2 aufgezeichnet sind. Diese bleiben, je nach der verwendeten Kathodenstrahlröhre, bis zu 80 Sekunden stehen. Vor Beginn einer neuen Messung muß der Kondensator C₈ an der Anode der Röhre 8 mittels einer Drucktaste entladen werden, damit die Aufzeichnung des neuen Bildes wieder am Rande des Leuchtschirmes, beispielsweise oben, beginnt.

Durch die Anwendung des Impulszeitmessers nach der Erfindung lassen sich die in der Fernsprechwähltechnik auftretenden Impulse einfacher als bisher untersuchen. Mit einem Blick kann die Zahl der Impulse, die Länge der einzelnen Impulse, die Länge der einzelnen Pausen, das daraus resultierende Impulsverhältnis, die daraus resultierende Frequenz der Impulsfolge und die Gleichförmigkeit der einzelnen Vorgänge beurteilt. werden. Da es sich um relativ langsame Vorgänge handelt (Impulsdauer etwa 60 ms, Pausendauer etwa 40 ms), spielt die Zeit, die notwendig ist, um am Ende jedes Impulses oder jeder Pause zuerst den Elektronenstrahl an den entgegengesetzten Rand des Leuchtschirmes auszulenken, keine Rolle.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Elektronischer Impulszeitmesser, insbesondere zur Untersuchung von in der Fernsprechwähltechnik auftretenden Impulsreihen auf Gleichmäßigkeit, bei dem der Elektronenstrahl einer mit ausreichender Nachleuchtdauer ausgebildeten Elektronenstrahlröhre während der Dauer eines Impulses in einer bestimmten Richtung, beispielsweise vom linken Rand des Leuchtschirmes nach rechts, abgelenkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß durch von dem Impuls beeinflußte Mittel der Elektronenstrahl während der Dauer einer Pause zwischen zwei Impulsen mit der gleichen G schwindigkeit wie bei der Dauer eines Impulses, aber in entgegengesetzter Richtung, beispielsweise also vom rechten Rand nach links, abgelenkt und jeweils am Ende jedes Impulses und jeder Pause um einen bestimmten konstant bleibenden Wert senkrecht zur Schreibrichtung, beispielsweise von oben nach unten, derart verschoben wird, daß auf dem Schirm der Elektronenstrahlröhre sowohl die gemessenen Impulse für sich als auch die gemessenen Pausen für sich untereinander stehen.
2. 2. Elektronischer Impulszeitmesser nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablenksystem der Kathodenstrahlröhre derartig umschaltbar ist, daß die Schreibrichtung geändert werden kann, beispielsweise um 90, 180 und 270⁰.
3. 3. Elektronischer Impulszeitmesser nach Anspruch ι oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil der Schaltung, der während der Dauer des- Impulses den Elektronenstrahl steuert, und der Teil, der während der Dauer der Pause den Elektronenstrahl steuert, unabhängig voneinander abschaltbar sind.
4. 4. Elektronischer Impulszeitmesser nach Anspruch ι oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenksysteme einer Zweistrahl-Kathodenstrahlröhre von zwei unabhängigen Impulsserien gesteuert werden.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschriften Nr. 835 130, 848 179; Term an und Petit: »Electronic Measurements«, 1952, S. 258.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen