DE1073225B

DE1073225B - Analog Digital-Wandler

Info

Publication number: DE1073225B
Application number: DE1958I0014254
Authority: DE
Inventors: Berkeley Calif Joseph I uongo Cedar Grove N J und Dorsey Davidoff (V St A)
Original assignee: International Standard Electric Corporation, New York, N Y (VStA)
Priority date: 1957-01-17
Filing date: 1958-01-16
Publication date: 1960-01-14
Also published as: FR1199280A; BE564035A; US2996703A; CH363177A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Übersetzung analoger Informationen in digitale, insbesondere auf die Anzeige der Einstellung von Umdrehungszählwerken durch elektrische Impulse. Analog-Digital-Wandler dieser Art sind bekannt. Es treten jedoch besondere Schwierigkeiten für den Fall auf, daß bei fortlaufendem Antrieb des Zählwerkes oder der Anzeigescheibe plötzlich ein Übergang von positiven zu negativen Ausgangswerten notwendig wird.

Bei den Anwendungen treten sehr häufig Sonderfälle auf, die ihre Ursache in Unstetigkeiten der anzuzeigenden Funktion haben, z. B. der Fall, daß die anzuzeigende Information als Drehwinkel einer Welle übertragen wird und beim Überschreiten eines bestimmten Bezugspunktes die Zählrichtung des Auswertegerätes umgekehrt werden soll, während die genannte Welle ihre Drehrichtung beibehält. Eines der bekanntesten Beispiele dieser Art tritt bei der Navigation auf. Fliegt beispielsweise ein Flugzeug von Kalifornien nach Japan, so kreuzt es den 180. Längengrad. Während des Fluges ändern die Meßinstrumente des Flugzeugs ihre Meßwerte kontinuierlich in der gleichen Richtung. Nähert sich das Flugzeug dem 180. Längengrad, so wachsen zunächst die Anzeigewerte für die Länge von 178 über 179 auf 180°, und nach Überschreiten der Datumsgrenze nehmen die Anzeigewerte wieder ab von 180 über 179 auf 178° usw. Während also die Analogeinstellungen an der Abtriebswelle eines Meßgerätes sich kontinuierlich in der gleichen Richtung verändern, muß das entsprechende Anzeige- oder Auswertgerät seine Zählrichtung umkehren, sobald einmal der Ausgangs wert 180'° erreicht ist. Eine einfache Möglichkeit, eine derartige Ablesung zu bewirken, besteht darin, die Ziffernräder eines Zählwerkes mit zwei zueinander komplementären Sätzen von Ziffern zu versehen, von denen jeweils der eine durch eine Schiebeblende abgedeckt ist. Bemerkt nun der Beobachter, daß er die andere Hemisphäre erreicht hat, so verschiebt er einfach die Abdeckung, um die richtige Ablesung zu erhalten. Auch verschiedene andere mechanische Anordnungen beruhen auf dem Grundgedanken, die Räder eines Umlaufzählwerkes mit zwei Ziffernsätzen zu versehen, um bei gleicher Antriebsrichtung des Zählwerkes das Ergebnis positiver oder negativer Zählungen ablesen zu können.

Bei der Entwicklung elektronischer Meßgeräte und Registrierverfahren, beispielsweise beim automatischen Kursschreiber für Flugzeuge, treten die gleichen Probleme auf, nur muß jetzt auch für eine automatische Lösung Sorge getragen werden. Für Meßgeräte und Analogrechner sind Analog-Digital-Wandler bekannt, in denen die Einstellung eines mechanisch oder elektrisch angetriebenen Zählwerkes über Kontaktstücke und Abfühlbürsten elektrisch abgegriffen wird.

Analog - Digital -Wandler

Anmelder:

International Standard

Electric Corporation,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt,
Stuttgart-Zuffenhausen, Hellmuth-Hirth-Str. 42

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 17. Januar 1957

Joseph Luongo, Cedar Grove, N. J.,

und Dorsey Davidoff, Berkeley, Calif. (V. St. Α.),

sind als Erfinder genannt worden

Die bekannten Anordnungen dieser Art sind jedoch nur für eine Zählrichtung ausgelegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Analog-Digital-Wandler zu schaffen, der unabhängig von der Antriebsrichtung die Auslieferung positiver oder negativer Zahlen gestattet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe so gelöst, daß die von Abfühlbürsten abgetasteten Coderäder eines Umdrehungszählwerkes auf der einen Seite für den Abgriff der regulären Ziffern und auf der anderen Seite für den Abgriff der komplementären Ziffern ausgelegt sind und daß das Coderad für den niedrigsten Stellenwert die Umschaltung der Ablesung von positiven zu negativen Ausgangswerten dadurch steuert, daß über auf der einen Seite der Coderäder angebrachte, sich teilweise überlappende Steuersegmente ein Umschaltstromkreis vorbereitet und beim Nulldurchgang des Coderades für den niedrigsten Stellenwert geschlossen oder geöffnet wird.

Weitere Merkmale des Erfindungsgegenstandes sind dem Unteranspruch zu entnehmen.

Bei dem Coderad für den höchsten Stellenwert ist nur eine Seite mit einem entsprechenden Coderaster zu belegen, und zwar, die eine Hälfte für positive und die andere Hälfte für negative Ausgangswerte. Wenn das Zählwerk angetrieben wird und das Coderad für den höchsten Stellenwert sich dem negativen Ausgangswert nähert — entweder den negativen Werten dicht unter Null oder einer großen negativen Zahl (z. B. — 180°) —, so übernimmt das Coderad des nächstniedrigeren Stellenwertes die Steuerung, um die Um-

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schaltung auf negative Ausgangswerte seinerseits vorzubereiten. In gleicher Weise steuert dieses Coderad wiederum das Coderad mit nächstniedrigerem Stellenwert usw., bis schließlich die Steuerung der Umschaltung· von positiver zu negativer Ablesung durch das Coderad für den niedrigsten Stellenwert erfolgt.

Wenn das Coderad für den niedrigsten Stellenwert den Bezugspunkt Null überschreitet, wird die Steuerung für die Umschaltung wirksam, und das ganze Zählwerk, also der vollständige Satz von Coderädern, wird von da an auf der negativen Seite (der Rückseite) abgelesen. Es wird hier im folgenden von »positiven« und »negativen« Werten gesprochen. Man könnte diese jedoch genausogut als Werte erster bzw. zweiter Art bezeichnen. Allgemein können Analog-Digital-Wandler nach der Erfindung in verschiedenen Fällen angewendet werden. Bei dem eingangs erwähnten Beispiel — Flug Kalifornien—Japan — handelte es sich um die Umkehr der Zähleinrichtung. An Stelle der Umkehr der Zählrichtung kann auch ein einfacher Funktionssprung registriert werden, z. B. ... 178, 179, 180, (-180), -179, -178 .. ., oder es kann, wie beispielsewise beim Flug Deutschland—USA., allein ein Vorzeichenwechsel auftreten: ... 2, 1, 0, (-0), -1, -2 ...

An Hand eines Ausführungsbeispiels sei die Erfindung im folgenden näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt einen Analog-Digital-Wandler nach der Erfindung. Die gestrichelt gezeichnete Antriebswelle 18 betreibt die Coderäder 21, 22 und 23. Mit zunehmendem Drehwinkel der Antriebswelle mögen wachsende Ausgangswerte angezeigt werden. Erreicht der Drehwinkel einen bestimmten Grenzwert, so sollen bei weiterer Vergrößerung des Drehwinkels abnehmende Ausgangswerte angezeigt werden. Die einzelnen Coderäder 21, 22 und 23 sind miteinander durch Übersetzungsgetriebe 19 und 20 verbunden. Die Übersetzungsverhältnisse sind so gewählt, daß nach zehn Umdrehungen von Rad C das Rad B eine Umdrehung ausgeführt hat und daß nach sechsunddreißig Umdrehungen von B das Radyi eine vollständige Umdrehung erfähr_;t. Die Rückseiten der Räder 22 und 23 sind mit 24 und 25 bezeichnet und ebenfalls in der Figur dargestellt. Das Rad 21 wird durch die Steuerbürsten 26 abgefühlt, ebenso die Räder 22 und 23 durch die Steuerbürsten 27, 28 und 29. Die Lesebürsten für die Oberseiten der drei Räder sind mit 30, 31 und 32 bezeichnet, die Lesebürsten für die Rückseiten der Räder mit 33 und 34. Obwohl in der Zeichnung für die Abtastung der Ausgangswerte die einzelnen Sektoren mit Ziffern bezeichnet sind, können selbstverständlich auch codierte Ausgangswerte über eine der Anzahl der Codeelemente entsprechende Anzahl von Lesebürsten abgegriffen werden.

Aus Gründen der Anschaulichkeit sei angenommen, daß die Antriebswelle 18 durch das Längenmeßgerät eines Kursschreibers auf einem Flug von Kalifornien nach Japan angetrieben wird. Es sei weiter angenommen, daß das Zählwerk die Stellung 178,9° Länge erreicht hat. Fliegt das Flugzeug nun weiter in Richtung Japan, so dreht sich die Antriebswelle, wie durch Pfeile in der Figur angedeutet, und das Coderad C überschreitet einen Punkt, bei dem die Bürste 32 das Segment O des Rades C erreicht. Zu dieser Zeit bewegt sich das Coderad B über die Bürste 31, und diese erreicht das Segment mit der Nummer 9. In diesem Augenblick ergibt sich die Ablesung 179,0° Länge. Bei weiterer Fortsetzung des Fluges und entsprechender Drehung der Antriebswelle erreicht schließlich das Coderad A- einen Punkt, in dem die Lesebürste 30 von dem positiven Segment 17 auf das negative Segment 17 übergeht. Bevor jedoch das Coderad A diese Winkelstellung erreicht hat, schleift die Bürste 35 auf dem Ringsegment 36, wodurch eine leitende Verbindung zu dem Schaltpunkt 37 geschaffen wird, die eine Stromkontrolle auslöst; und zwar wird in der Stellung 0° folgender Stromkreis geschlossen: von der Bürste 35 zur Bürste 52 über das gemeinsame Segment 42 und das Verbindungssegment 41 zur

ίο Bürste 40, von dort über die Verbindungspunkte 39, 38, 37 zum Schalter 45 a, vom Schalter 45 a zurück über den Verbindungspunkt 45 zur Bürste 44. Die Verbindung der Bürsten 44 und 35 erfolgt durch das Ringsegment 36. Wenn dieser Stromkreis zustande kommt, schaltet der Schalter 45 a die Ablesung der Bürsten 30, 31 und 32 auf die Auswerteschaltung 46. Es ist klar, daß, sobald sich das Coderad mit dem größeren Stellenwert dem Trennwert zwischen positiver und negativer Ablesung nähert, die Steuerung der Stromkontrolle von dem Coderad A auf das Coderad mit nächstniedrigerem Stellenwert, also auf das Coderad B₁ übertragen wird. Wenn sich das Coderad B weiterdreht, bewegt sich die Bürste 46^ in Richtung des Segmentes 47 und schließt, wenn sie dieses Segment erreicht, einen parallelen Steuerstromkreis für die Stromkontrolle, wenn und nur wenn das Coderad C eine Verbindung zwischen den Bürsten 48 und 49 herstellt. Ist die Lesebürste 34 auf der Vorderseite des Coderades C zur Hälfte über das Kreissegment mit der Nummer 5 hinweggelaufen, so wird die Verbindung zwischen den Bürsten 48 und 49 hergestellt, und kurz danach verläßt die Bürste 40 des Coderades B das Segment 41, so daß der Stromkreis für die Stromkontrolle über eine Reihenschaltung gebildet wird, die vom Punkt 37 zum Punkt 38, zum Punkt 39, zum Punkt 49, über die Segmente 50 und 51 und über die Bürste 48 zurück zur Bürste 4k6A, sowie über das Segment 47, das Segment 42, die Bürste 52, die Bürste 35, das Segment 36, das Segment 43 und die Bürste 44 zum Verbindungspunkt 45 führt. Wenn sich nun das Coderad C weiterdreht und der Nullpunkt überschritten wird, verläßt die Bürste 48 das Segment 51, und der bisher zu den Punkten 37 und 45 geschlossene Stromkreis wird dadurch unterbrochen. Durch diese Unterbrechung wird wiederum die Stromkontrolle umgeschaltet von der Ablesung über die Bürsten 30, 33 und 34. Die Ablesung der Zählwerkeinstellung, beispielsweise durch Abtastung eines Coderasters, und deren Auswertung in einer Auswerteschaltung 46 wird als bekannt vorausgesetzt und hier nicht näher beschrieben.

Es ist klar, daß in dem betrachteten Beispiel bei Fortsetzung des Fluges nach Japan die Ablesung über die Rückseite der Coderäder eingeschaltet ist, d. h.

die Lesebürsten 33 und 34 wirksam bleiben und abnehmbare Ausgangswerte liefern. Ebenso folgt, daß, wenn das Coderad A sich der Nullstellung nähert, das Segment 53 mit der Bürste 54 Kontakt macht und damit einen ersten Schritt zum Aufbau eines geschlossenen Stromkreises über die wirksamen Steuerelemente auf den Oberseiten der Coderäder 21, 22 und 23 einleitet. Selbstverständlich kann die Anordnung auch für mehr als drei Coderäder ausgelegt werden, wobei alle Zwischenräder entsprechend dem Coderad B beschaffen sind.

Die Segmente sind so angeordnet, daß sie eine ausreichende Überlappung gewährleisten, um die richtige Übertragung der Drehung der Antriebswelle sicherzustellen. Wie die Zeichnung zeigt, ist das Verbindungssegment auf dem Coderad A leitend von dem

Punkt (0^ο+α/4) bis zum Punkt (180°—a/4), worin a einen Winkel bezeichnet, den ein Segment aus dem Coderad A sowie das N-Segment und das O-Segment einnehmen, die vom positiven Winkel a/2 bis zum negativen Winkel a/2 leitend sind. Die gleiche Anordnung der Segmente findet sich, wie aus der Zeichnung ersichtlich, auf dem Coderad B.

Claims

Patentansprüche:

1. Analog-Digital-Wandler zur Übersetzung analoger Informationen in digitale Ausgangsimpulse, insbesondere für Umdrehungszählwerke mit Coderädern und Abfühlbürsten, dadurch ge kennzeichnet, daß die Coderäder auf der einen Seite für den Abgriff der regulären Ziffern und auf der anderen Seite für den Abgriff der komplementären Ziffern ausgelegt sind und daß das Zähl-

rad für den niedrigsten Stellenwert die Umschaltung der Ablesung von positiven zu negativen Ausgangswerten dadurch steuert, daß über auf der einen Seite der Coderäder angebrachte, sich teilweise überlappende Steuersegmente ein Umschaltstromkreis vorbereitet und beim Nulldurchgang des Coderades für den niedrigsten Stellenwert geschlossen bzw. geöffnet wird.

2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von den Steuersegmenten des Coderades für den höchsten Stellenwert ein Verbindungssegment vom Winkel (0°+a/4) bis zum Winkel (180°—a/4) sowie das N-Segment vom Winkel +a/2 bis zum Winkel —a/2 leitend ist und daß der Winkel α kleiner gewählt ist als der den Ziffern +0 und —0 zugeordnete Winkelbereich des Coderasters.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen