NL8402314A - Opnemer of omzetter. - Google Patents

Description

ï r Ca ' Lx 845096/Mm/dw

Opnemer of omzetter 4

Er bestaan opnemers of omzetters voor zeer veel grootheden, waarmede de te meten grootheid in een andere grootheid, meestal een elektrische stroom of spanning, kan worden omgezet, welke laatste geschikt is om te worden afgevoerd en voor weergave of berekening te worden 5 verwerkt.

Een bezwaar van dergelijke opnemers is, dat de omzetting analoog geschiedt, terwijl voor verwerking een digitale vorm de voorkeur verdient, en dat de gevoeligheid dikwijls onvoldoende is.

De uitvinding beoogt deze nadelen op te heffen, en verschaft 10 een opnemer, die wordt gekenmerkt door een bistabiele trap met een voor de te meten grootheid gevoelig onderdeel, door middelen voor het periodiek in een metastabiele toestand brengen van deze bistabiele trap, door met tenminste een uitgang van deze trap verbonden middelen voor het gedurende een bepaalde tijd tellen van het aantal omslagen vanuit de 15 metastabiele toestand naar de ene of de andere zijde, en door middelen voor het aangeven van deze teluitkomst.

In de metastabiele toestand wordt de omslag, wanneer de keten zuiver symmetrisch is, bepaald door de steeds aanwezige ruis, zodat, daar ruis een toevalsverschijnsel is, over een voldoende lange meetperio-20 de het aantal omslagen naar de ene zijde gelijk zal zijn aan dat naar de andere zijde. Zodra een asymmetrie ontstaat, bijvoorbeeld doordat het gevoelige onderdeel van deze keten door een uitwendige invloed een verandering ondergaat, zal de verdeling van de omslagen van de 0,5 : 0,5-verhouding afwijken, totdat bij een bepaalde sterkte van de 25 uitwendige invloed de 1 : 0-verhouding is bereikt, zodat dan de opnemer verzadigd is. Dit verloop is van de sterkte van de uitwendige invloed afhankelijk. Wanneer het verband door ijking is vastgelegd, kan uit de telling van de omslagen de grootte van de te meten grootheid, die deze invloed uitoefent, worden bepaald. Naarmate het aantal omslagen 30 groter is, zal ook de nauwkeurigheid van de meting groter worden.

Hoewel er bistabièle ketens met een enkele tak bekend zijn, wordt meestal de voorkeur gegeven aan bistabiele ketens met twee takken, die met een gemeenschappelijke voeding zijn verbonden, daar zulke ketens zü|ver symmetrisch kunnen worden gemaakt.

35 In de praktijk zalmeestal met een elektrische bistabiele keten 84 02 3 1 4- ’ 5i ' .<£ -2- worden gewerkt, die bij voorkeur als een geïntegreerde keten is uitge-voerd, daar dan de beide takken nauwkeurig symmetrisch kunnen worden gemaakt. Wanneer met een grote schakelfrequentie wordt gewerkt, zal binnen een korte tijd een zodanige meetstatistiek worden verkregen, 5 dat een nauwkeurige meting mogelijk wordt. Frequenties van de orde van grootte van 0,1 MHz zijn mogelijk gebleken, hetgeen een voldoende grondslag voor een betrouwbare statistiek vormt. Deze frequentie wordt daarbij beperkt door de omschakeltijd van de bistabiele trap.

Het. is voorts mogelijk door het toevoeren van een hulpstroom 10 of dergelijke in de zin van een evenwichtverstoring te beïnvloeden, hetzij om het evenwicht in te stellen, hetzij om een verschuiving op te heffen, dan wel op een als een voorinstelling dienende evenwichts-verschuiving teweeg te brengen, teneinde aldus de gewenste meetomstan-digheden te verkrijgen.

15 Een metastabiele toestand kan op verschillende wijzen tot stand worden gebracht, zoals door de voeding van de bistabiele trap kortstondig uit te schakelen, of door aan de of elke instelingang signalen van een bepaalde sterkte en duur aan te leggen.

Voor het benutte omslagversehijnsel vanuit de metastabiele toe-20 stand is een toevallige storing nodig, die door de steeds aanwezige ruis wordt verschaft. Wanneer deze ruis onvoldoende is, kan ook een kunstmatige ruis worden toegevoerd, bijvoorbeeld in de vorm van een sinus- of zaagtandstroom, waarvan de frequentie uiteraard zodanig ten opzichte van de omslagfrequentie moet zijn gekozen, dat een statistisch 25 betrouwbare uitkomst wordt verkregen.

Een aantal opnemers van deze soort kan tot een samenstel worden verenigd, dat is ingericht om de te meten grootheid in verschillende punten te bepalen, waarbij dan de in- en uitgangen van de bistabiele trappen in de vorm van een register zijn geschakeld, waarbij middelen 50 aanwezig zijn om de door de-standen van deze trappen voorgestelde getallen op geschikte tijdstippen uit te voeren.

Een dergelijk samenstel kan in het bijzonder worden gebruikt voor het vaststellen van de verdeling van een grootheid, waarbij elke trap al dan niet in de verzadiging wordt gedreven, waardoor een tweetallige 35 voorstelling van de verdeling wordt verkregen. De bistabiele trappen kunnen dan in het bijzonder in de vorm van een schuifregister met elkaar zijn verbonden.

8402314 Sé -3-

Oe uitvinding zal in het onderstaande nader worden toegelicht aan de hand"van een tekening; hierin toont: fig. 1 een schematische voorstelling van een bistabiele elektrische keten; en 5 fig. 2 een blokschema var. een volledige opnemerketen volgens de uitvinding.

In fig. 1 is een elektrische bistabiele keten in veralgemeende vorm voorgesteld. Deze omvat twee schakelonderdelen la en lb, in het bijzonder, zoals afgebeeld, transistoren, waarbij niet is aangegeven 10 waar de emissoren en collectoren zijn gelegen, daar dit van de aard van de transistoren afhangt, terwijl eventueel ook veldeffecttransistoren kunnen worden gebruikt.

Deze transistoren zijn elk tussen twee voedingsklemmen 2a en 3a resp. 2b en 3b geschakeld, welke klemmenparen met een op de gewenste 13 wijze gepoolde stroombron zijn verbonden, waarbij uiteraaard de klemmen 2 resp. 3 van de beide takkeionderling kunnen worden gekoppeld. Weerstanden 4a, 5a resp. 4b, 5b zijn tussen deze klemmen en de transistor la resp, lb aangebracht, welke weerstanden voor de geschikte spanningen aan de transistoren zorgen, waarbij overigens elk van de weerstanden, 20 behalve de weerstanden 4a en 4b, desgewenst kan worden gelaten.

Bijkomende weerstanden 6a en 6b zijn elk met de basis van de bijbehorende transistor la resp. lb verbonden, en zijndn een desbetreffende kruisverbinding opgenomen, die met een van de elektroden van de andere transistor is verbonden. Zonodig zijn weerstanden 7a en 7b aangebracht 25 om de basisspanning in te stellen, welke weerstanden anderzijds met klemmen 8 resp. 8b zijn verbonden, die bijvoorbeeld onderling of met de :klem 3a resp. 3b kunnen worden verbonden, afhankelijk van de optredende spanningsverdelingen.

Bijkomende aansluitingen 9a en 9b kunnen dienen voor het vaststel-30 len van de toestand van de bistabiele keten, en eventueel voor het toevoeren van een omslagsignaal.

De werking van een dergelijke ketenis bekend, en behoeft niet uitvoerig te worden beschreven. In de stabiele toestand is een van de transistortoren 1 geleidend, waarbij de spanningsval over de bijbehorende 35 weerstand 4 de basisovergang van de andere transistor 1 ondubbelzinnig in het kerende gebied houdt, terwijl bij omslag van de toestand de verandering van deze spanningen het omslaan ondersteunt.

8402314 -4- 1 * ' *.

Wanneer de keten zich echter in een metastabiele toestand bevindt,

J

bijvoorbeeld onmiddellijk nadat de voedingsspanning is aangelegd,of nadat door het aanleggen van geschikte spanningen aan de klemmen 9 de beide transistoren geleidend of kerend zijn gemaakt, en deze spanningen 5 vervolgens worden weggenomen, zal onmiddellijk daarna de keten naar een van de stabiele toestanden omslaan. Dit kan een gevolg zijn van een asymmetrie in de keten, terwijl bij een volkomen symmetrie ruisverschijnselen de omslag teweeg zullen brengen. In het laatste geval bestaat er geen voorkeur voor de ene of de andere toestand, zodat bij 10 een groot aantal omslagen 50 % van de omslagen naar de ene, en 50 ?ó ervan naar de andere zijde zullen optreden. In het eerste geval hangt het van de grootte van de asymmetrie en van de sterkte van de ruis af hoeveel omslagen naar de ene of naar de andere zijde zullen plaatsvinden. Vanaf een bepaalde asymmetrie speelt de ruis geen:rol meer, en zal steeds 15 omslag naar de ene zijde optreden.

Hiervan wordt nu volgens de uitvinding gebruik gemaakt. Er wordt bijvoorbeeld uitgegaan van een volledig symmetrische halfgeleiderketen, in het bijzonder een geïntegreerde keten. De voedingsspanning wordt een groot aantal malen uit- en ingeschakeld, en het aantal omslagen wordt 20 geteld. Fig. 2 toont een voorbeeld van een beginselschema, waarbij de aansluitingen 9a en 9b van een bistabiele keten 10 met telingangen 11a resp. 11b van een verschilteller 12 zijn verbonden. De bereikte telstand kan bij 13 worden afgenomen. Een voedingsingang 2 van de keten 10 is met een wisselstroombron 14 verbonden, bijvoorbeeld een hoogfrequent-25 bron^l die de voeding een groot aantal malen uit en in kan schakelen, bijvoorbeeld met een frequentie van de orde van grootte van 0,1 MHz, zodat in een korte tijd een.voldoende groot aantal omslagen kan worden bereikt om een betrouwbare statistiek te verkrijgen. Wanneer geen 0,5 : 0.,5-verdeling wordt verkregen, kan door het bijstellen van een 50 zijde, bijvoorbeeld met behulp van een hulpstroombron, deze evenwichtstoestand worden ingesteld, waarbij de totaaltelling nul is.

Wanneer nu een van de onderdelen 1, 4, 5, 6 en 7 voor een te meten verschijnsel gevoelig is, zoals bijvoorbeeld warmte, straling, elektrische of magnetische velden e.d., of een of meer bijkomende onder-55 delen in de keten zijn aartgebracht, die onder invloed van een dergelijk verschijnsel een stroom of spanning kunnen afgeven, zal bij het optreden van een dergelijk verschijnsel de symmetrie worden verstoord. Dit leidt tot een verschiltelling aan de uitgang 13, die een maat is voor de sterkte 8402314 * ïi Sc -5- van het verschijnsel. Het .verband tussen deze sterkte en de teluitkomst ✓ is niet noodzakelijkerwijs lineair, doch kan door ijking worden bepaald.

Het voordeel van deze wijze van werken is, dat zeer geringe sterkten met een grote nauwkeurigheid kunnen worden gemeten. Het meet-5 gebied wordt daarbij begrensd door die sterkte, die tot 100 % omslag in de ene zin leidt (verzadiging).

In plaats van het bepalen van een telverschil kan ook een hulp-stroom door de ene helft van de bistabiele keten worden gezonden, die de evenwichtsverstoring opheft, en tot een verschiltelling nul leidt.

10 De sterkte van deze stroom is dan een maat voor de sterkte van het gemeten verschijnsel, terwijl de telling rond het nulpunt het gevoeligst is.

Het is ook mogelijk in plaats van de natuurlijke ruis een kunstmatige ruis met een geschikte frequentie en sterkte in de keten in te 15 voeren, waarmede het meetgebied kan worden vergroot, doch uiteraard ten koste van de gevoeligheid.

Het is ook mogelijk een dergelijke keten als een geheugenonder-deel te gebruiken, dat door het verschijnsel tot verzadiging wordt gebracht, wanneer de keten zich in de andere stand bevindt, zodat uit 20 het al dan niet optreden van een omslag de bereikte stand kan worden vastgesteld.

In het bijzonder kan een stel van dergelijke ketens in verschillende punten naast elkaar worden opgesteld, zodat dan de toestandver-andering in de verschillende punten in digitale vorm kan worden weerge-25 geven, en bij het terugstellen van de verschillende ketens als zodanig wordt uitgevoerd. Een dergelijk samenstel kan ook in matrixvorm worden uitgevoerd, en bijvoorbeeld worden gebruikt als een beeldgeheugen.

In het geval van een tot verzadiging te brengen bistabiele trap is de symmetrie niet meer van belang, en kan ook met andere bistabiele 30 ketens dan die van de in fig. 1 afgebeelde symmetrische soort worden gewerkt.

35 8402314

Claims (11)

1. Opnemer öf omzetter voor een te meten grootheid, gekenmerkt door een bistabiele trap met een voor de te meten grootheid gevoelig onderdeel, door middelen voor het periodiek in een metastabiele toestand brengen van deze bistabiele trap, door met tenminste een uit— 5 gang van deze trap verbonden middelen voor het gedurende een bepaalde tijd tellen van het aantal omslagen vanuit de metastabiele toestand naar de ene of de andere zijde, en door middelen voor het aangeven van deze teluitkomst.

1 3* ^ /

2. Opnemer volgens conclusie l,met het kenmerk, dat 10 de bistabiele trap een symmetrische bistabiele keten jnet twee takken is, die met een gemeenschappelijke voeding zijn verbonden.

3. Opnemer volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de bistabiele trap een elektrische bistabiele keten is, die in het bijzonder als een geïntegreerde keten is uitgevoerd.

4. Opnemer volgens conclusie 3,met het kenmerk, dat deze is ingericht voor werking met een grote schakelfrequentie, i.h.b. van de orde van grootte van 0,1 MHz.

5. Opnemer volgens conclusie 3 of 4, gekenmerkt, door middelen voor het toevoeren van een hulpstroom of spanning in de zin 20 van een evenwichtsverstoring.

6. Opnemer volgens een van de conclusies 1..5, m e t het k e n m e r k,dat de metastabiele toestand teweeg wordt gebracht door de voeding van de bistabiele trap kortstondig uit te schakelen.

7. Opnemer volgens een van de conclusies 1..5, m e t het 25 kenmerk, dat de metastabiele toestand tot stand wordt gebracht door aan de of elke instelingang signalen van een bepaalde sterkte en duur aan te leggen.

8. Opnemer volgens een van de conclusies 1..7, gekenmerkt, door middelen voor het toevoeren van een kunstmatig ruis.

9. Samenstel van opnemers volgens een van de conclusies 1..8, ingericht voor het bepalen van de te meten grootheid in verschillende punten.

10. Samenstel volgens conclusie 9,met het kenmerk, dat de in- en uitgangen van de bistabiele trappen in de vorm van een 35 register zijn geschakeld, waarbij middelen aanwezig zijn om de door de standen van deze trappen voorgestelde getallen op geschikte tijd- 8402314 -2- l *?· -φ stippen uit te voeren.

11. Sarnenstel volgens conclusie 9 of 10, m e t het kenmerk, dat de verschillende bistabiele trappen zijn ingericht om in de verzadigde toestand te worden gedreven. 8402314