DE1171651B - Koordinatenwandler - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: G06f

Deutsche Kl.: 42 m -14

Nummer: 1171651

Aktenzeichen: N 21754IX c / 42 m

Anmeldetag: 26. Juni 1962

Auslegetag: 4. Juni 1964

Die Erfindung bezieht sich auf einen Koordinatenwandler zur Umwandlung von rechtwinkligen Koordinaten in Polarkoordinaten.

Solche Wandler werden z. B. in Analogrechenmaschinen zur Durchführung von Navigations- und ähnlichen Berechnungen verwendet.

Zweck der Erfindung ist, einen Koordinatenwandler eingangs erwähnter Art zu schaffen, der außer seiner besonderen Einfachheit noch durch seine kurze Ansprechzeit gekennzeichnet ist.

Der Koordinatenwandler nach der Erfindung wird dadurch gekennzeichnet, daß er einen aus einer Induktivität und einem Kondensator bestehenden Schwingungskreis und Mittel zum Anregen zweier um 90° phasenverschobener Eigenschwingungen des Schwin- ¹S gungskreises, deren Amplituden den Rechteckkoordinaten entsprechen, einen Spitzenwertdetektor zum Detektieren des Spitzenwertes der durch die zwei Eigenschwingungen zusammengesetzten Gesamtschwingung des Schwingungskreises und ein Phasen- ^ao meßwerk zum Messen der Phase der Gesamtschwingung enthält.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt teilweise in einem Blockschema ein Ausführungsbeispiel eines Koordinatenwandlers nach der Erfindung,

F i g. 2 zeigt ein Koordinatenkreuz und Fig. 3 zeigt einige Spannungszeitdiagramme zur Erläuterung des in Fig. 1 dargestellten Beispiels.

Das in Fig. 1 dargestellte Beispiel enthält einen Verteilschalter 1 mit einem Schaltarm 2 und drei mit dem Schaltarm zusammenwirkende Kontakte 3, 4 und 5. In der Praxis ist der Verteilschalter 1 vorzugsweise elektronisch ausgebildet, wobei die Funktion des Schalters jedoch dieselbe ist. Der Schalter kann unter der Steuerung einer nicht dargestellten Steuerschaltung nacheinander die Kontakte 3, 4 und 5 über den Schaltarm 2 und den Widerstand 6 mit dem Eingang eines durch den Widerstand 7 gegengekoppelten Gleichspannungsverstärker 8 verbinden. Der Ausgang des Verstärkers 8, der eine sehr geringe Impedanz hat, ist mit einem aus einem Kondensator 9 und einer Induktivität 10 zusammengesetzten Schwingungskreis verbunden, der in diesem Fall ein Reihenresonanzkreis ist.

In dem Schwingungskreis werden zwei über 90° in Phase verschobenen Eigenschwingungen erzeugt, Koordinatenwandler

Anmelder:

N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken, Eindhoven (Niederlande)

Vertreter:

Dr. rer. nat. P. Roßbach, Patentanwalt,

Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Als Erfinder benannt:

Johannes Abraham Brakel, Hilversum

(Niederlande)

Beanspruchte Priorität:

Niederlande, vom 30. Juni 1961 (266 556)

stand am Punkt P, wobei die Koordinaten durch X₁ und Y₁ bezeichnet werden. Der Leitstrahl R des Punktes P bis zum Ursprung O des Achsenkreuzes wird durch die in F i g. 2 angegebene Formel als Funktion der Koordinaten des Punktes P bedingt. Die Formel deutet an, daß das Quadrat des Leitstrahls gleich der Summe der Quadrate der Rechteckkoordinaten ist. Die in dem Schwingungskreis erzeugten Eigenschwingungen setzen eine bestimmte Schwingung zusammen, deren Amplitudenquadrat gleich der Summe der Quadrate der Amplituden der zwei zusammensetzenden Eigenschwingungen ist. Die Amplitude oder der Spitzenwert der Gesamtschwingung ist somit proportional zum Leitstrahl. Die Gesamtschwingung wird von dem Verbindungspunkt 11 zwischen dem Kondensator 9 und der Induktivität 10 her über einen Trennverstärker 12 einem durch eine Diode 13 und einen Kondensator 14 gebildeten Spitzenwertdetektor zugeführt. Der Kondensator 14 lädt sich bis zum Spitzenwert der Gesamtschwingung, so daß eine zum Leitstrahl proportionale Spannung am Ausgang des Detektors zur Verfügung kommt. Diese Information kann darauf auf nicht weiter dargestellte Weise verarbeitet werden, worauf der Kondensator 14 über den Widerstand 15 und den Schalter 16 entladen wird. Die Phase der Gesamtschwingung des Schwingungs-

kreises ist von dem Verhältnis zwischen den Ampli-

deren Amplituden zu den Rechteckkoordinaten eines 50 tuden der zusammensetzenden Eigenschwingungen abGegenstandes proportional sind. Fig. 2 zeigt ein hängig und ist außer einer Konstante gleich dem rechtwinkliges Achsenkreuz X-O-Y mit einem Gegen- Winkel zwischen dem Leitstrahl nach Punkt P in

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Claims (2)

1. 3 4

   Fig. 2 und einer Koordinatenachse. Die Phase der stand 29 des Schwingungskreises ab. Der Konden-Gesamtschwingung wird auf die nachfolgende Weise sator 9 entlädt sich über die Induktivität 10 und die gemessen. Die Gesamtschwingung wird über einen sehr geringe Ausgangsimpedanz des Gleichspannungs-Verstärker 17 einem Spitzenbegrenzer 18 zugeführt Verstärkers 8, wodurch eine Eigenschwingung des und darauf durch die Differenzierschaltung 19 diff eren- 5 Schwingungskreises angeregt wird und die Energie des ziert. Das Ausgangssignal der Schaltung 19 besteht Kondensators periodisch von dem Kondensator nach aus Impulsen, die mit den Nulldurchgängen der Ge- der Induktivität und von der Induktivität nach dem samtschwingung zusammenfallen. Die negativen Im- Kondensator fließt. Diese Eigenschwingung ist in pulse werden durch den Impulsselektor20 selektiert. Fig. 3a durch die Kurve 1 (Y) angedeutet, welche Die Phasenmessung beruht darauf, daß die Impulse io die Spannung des Punktes 11 des Schwingungskreises einer Impulsquelle zwischen einem festen Zeitpunkt gegen Erde von dem Zeitpunkt angibt, an dem der und z. B. dem ersten Ausgangsimpuls des Impuls- Schaltarm 2 mit dem Kontakt 4 verbunden wird. Die selektros 20 gezählt werden. Zu diesem Zweck ist eine Amplitude der Schwingung ist gleich Y₁. Nach einem bistabile Kippschaltung 21 vorgesehen, die an einem Viertel einer Periode der Eigenschwingung, an festen Zeitpunkt in den Stand 1 gebracht wird und die ¹S welchem Zeitpunkt die Spannung am Kondensator darauf einen Schalter 22 schließt, der die Impulse Null ist und alle Energie des Schwingungskreises in einer Impulsquelle 23 einer Zählschaltung 24 zuführt. der Induktivität gespeichert ist, wird der Schaltarm 2 Der erste Impuls des Impulsselektors 20 bringt die mit dem Kontakt 5 verbunden. Infolgedessen wird die Kippschaltung 21 in den Stand 2, worauf der Schalter Spannung der Quelle 26 mit entgegengesetzter Polari-22 geöffnet wird. Die Lage der Zählschaltung 24 ent- ²⁰ tat in Reihe mit dem Kondensator und der Induktivität spricht dann der Phase der Gesamtschwingung, so daß wirksam, so daß eine zweite Eigenschwingung anan den Ausgängen der Zählschaltung 24 der Winkel geregt wird.

   zwischen dem Leitstrahl und einer Koordinatenachse Diese Schwingung ist in F i g. 3 a durch die

   abgelesen werden kann. Diese Information kann dar- Kurve 2 (X) angedeutet, welche die Spannung am auf auf nicht weiter beschriebene Weise verarbeitet ³S Punkt 11 des Schwingungskreises gegen Erde für diese

   werden, worauf die Zählschaltung in die Ruhelage Eigenschwingung von dem Zeitpunkt i₀ angibt, an dem

   gebracht wird, indem ein Schalter 28 geschlossen wird. der Schaltarm 2 mit dem Kontakt 5 verbunden wird.

   Die geschilderte, schnelle Phasenmessung hat den Die Amplitude der Schwingung ist gleich X₁. Die

   Vorteil, daß eine sehr kurze Ansprechzeit des Koordi- durch die zwei Eigenschwingungen gebildete Gesamtnatenwandlers erzielt wird. ³° schwingung wird durch die Kurve 3 angedeutet.

   Das Anregen von zwei über 90° phasenverschobe- Fig. 3b zeigt das Ausgangssignal des Spitzennen Eigenschwingungen eines Schwingungskreises begrenzers 18 und 2>c das Ausgangssignal der Diffekann auf verschiedene Weise durchgeführt werden, renzierschaltung 19. Der Impulsselektor 20 selektiert wobei sowohl ein Reihenresonanzkreis als auch ein daraus die negativen Impulse. Der Spitzenwert der Ge-ParaUelresonanzkreis benutzt werden kann und wobei ³⁵ samtschwingung wird auf die bereits geschilderte das Anregen der zwei Eigenschwingungen sowohl Weise bestimmt. Die Phase kann dadurch gemessen gleichzeitig als auch nacheinander oder über ein werden, daß die Impulse der Impulsquelle 23 zwischen Viertel einer Periode einander gegenüber verschöbe- dem festen Zeitpunkt t₀ und dem nächstfolgenden Ausnen Zeitpunkten stattfinden kann. Ohne daß die Er- gangsimpuls des Impulsselektors 20 oder daß die Imfindung auf eine besondere Anregungsweise der Eigen- ° _pulse zwischen dem über eine Periode der Eigenschwingungen beschränkt werden soll, wird an Hand schwingung gegenüber t₀ verschobenen Zeitpunkt und des Beispiels ein Verfahren etffcfert, das praktische dem nächstfolgenden Impuls des Impulsselektors 20 Vorteile hat. gezählt werden. Zu diesem Zweck wird die Kipp-Der Kontakt 3 des Schalters 1 ist mit einer Gleich- ₄₅ schaltung 21 an dem Zeitpunkt t in die Lage 1 gespannungsquelle 25 verbunden, deren Klemmspannung bracht. Der Zeitunterschied zwischen dem Zeitpunkt t_t gleich der Koordinate Y₁ des PunktesP in Fig. 2 ist. _und dem nächstfolgenden Impuls des Impulsselektors Der Kontakt 5 des Schalters 1 ist mit einer Gleich- 20 ist Null, wenn X₁ Null ist, und ist ein Viertel der Spannungsquelle 26 verbunden, deren Klemmspan- Periode der Eigenschwingung, wenn Y₁ Null ist. Das nung-Z₁ entgegengesetzt gleich der Koordinate Z_{1 50} angegebene Zeitintervall entspricht folglich dem des Punktes P ist. Winkel α zwischen dem Leitstrahl nach dem Punkt P

   Unter der Steuerung einer nicht dargestellten in F i g. 2 und der Y-Achse.

   Steuerschaltung wird der Schaltarm 2 mit dem Kon- Ein praktischer Vorteil des beschriebenen Koorditakt 3 verbunden und die Schalter 16, 27 und 28 natenwandlers besteht darin, daß die beiden Eigenwerden geschlossen. Der Schalter 28 bringt die Zähl- ₅₅ schwingungen mit Hilfe eines einzigen gegenschaltung 24 in die Ruhelage und der Schalter 16 ent- gekoppelten Gleichspannungsverstärkers erzeugt werlädt den Kondensator 14. Der Schalter 27 schaltet den können.

   einen Widerstand 29 parallel mit der Induktivität 10, Der beschriebene Koordinatenwandler ermöglicht,

   wodurch der Schwingungskreis stark gedämpft wird. sowohl den Spitzenwert als auch die Phase der Ge-

   Der Kondensator 9 lädt sich durch den Gleichspan- 6o samtschwingung innerhalb einer ganzen und einer

   nungsverstärker 8, der die Polarität des zugeführten viertel Periode der Eigenschwingung zu bestimmen,

   Signals umkehrt, bis zur Spannung — Y₁. Der Punkt so daß die Ansprechzeit kurz ist. Bei einer Frequenz

   bei dem Kondensator deutet die gewählte positive der Eigenschwingung von 500Hz ist die Ansprech-

   Seite des Kondensators bei einer positiven Spannung zeit von der Größenordnung von 2,5 msec, an. Nachdem sich der Kondensator 9 aufgeladen hat, 65

   öffnen sich die Schalter 16, 27 und 28, worauf der Patentansprüche:

   Schaltarm 2 über den Kontakt 4 mit Erde verbunden 1. Koordinatenwandler zur Umwandlung von

   wird. Der Schalter27 schaltet den Dämpfungswider- Rechteckkoordinaten in Polarkoordinaten, da-

   durch gekennzeichnet, daß der Wandler einen durch eine Induktivität und einen Kondensator gebildeten Schwingungskreis sowie Mittel zum Anregen von zwei über 90° phasenverschobenen Eigenschwingungen des Schwingungskreises, deren Amplituden den Rechteckkoordinaten entsprechen, einen Spitzenwertdetektor zum Detektieren des Spitzenwertes der durch die zwei Eigenschwingungen gebildeten Gesamtschwingung des Schwingungskreises und ein Phasenmeßwerk zum Messen der Phase der Gesamtschwingung enthält.
2. 2. Koordinatenwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das Mittel vorgesehen sind, durch welche der Kondensator bis zu einer der Rechteckkoordinaten entsprechenden Gleichspannung aufgeladen und der Kondensator darauf über die Induktivität entladen wird, wodurch eine Eigenschwingung angeregt wird, und Mittel, durch welche nach einem Viertel einer Periode der Eigenschwingung von dem Zeitpunkt des Anregens der ersten Eigenschwingung an in Reihe mit dem Kondensator und der Induktivität eine Quelle mit einer der anderen Rechteckkoordinate entsprechenden Gleichspannung geschaltet wird, wodurch die zweite Eigenschwingung angeregt wird.

   3. Koordinatenwandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Messen der Phase der Gesamtschwingung eine Zählschaltung zum Zählen der Impulse einer Impulsquelle zwischen einem festen Zeitpunkt und einem Nulldurchgang der Gesamtschwingung vorgesehen ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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