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Schaltungsanordnung zur Kontrolle des zeitlichen Abstandes elektrischer
Signale Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung, insbesondere zur Kontrolle
mechanischer Vorgänge, deren Bewegung in elektrische Signale umgesetzt wird und
die ein Steuersignal liefert, solange die über zwei Kanäle eintreffenden Signale
einen bestimmten zeitlichen Abstand unterschreiten.
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Es sind Schaltungen bekannt, die elektrische Signale in Gleichspannungen
umwandeln. Eine solche Schaltung ist in der Literatur unter der Bezeichnung »Ladediodenschaltunge<
bekanntgeworden. Die Ladediodenschaltung erzeugt eine Gleichspannung, deren Größe
vom zeitlichen Abstand der Eingangssignale bestimmt wird. Die Gleichspannung ist
um so größer, je kleiner die Signalabstände sind.
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Es sind weiterhin Schaltungsanordnungen bekannt, bei denen der Ausgang
einer Ladediodenschaltung auf den Eingang eines Schwellwertgebers (z. B. Schmitt-Trigger)
geführt ist. Der Schwellwertgeber liefert ein Gleichspannungssignal, solange die
am Eingang anliegende Gleichspannung einen bestimmten Wert überschreitet bzw. die
auf den Eingang der Ladediodensehaltung geführten Signale einen bestimmten zeitlichen
Abstand unterschreiten.
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Weiterhin sind sogenannte Oder-Schaltungen bekannt, die ein Ausgangssignal
abgeben, solange an einem von mehreren Eingängen ein Eingangssignal anliegt.
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Der Ladediodenschaltung haftet wie jeder Gleichrichterschaltung der
Nachteil an, daß einmal die Eingangssignale eine konstante Höhe besitzen müssen
und daß erst eine Vielzahl Signale eintreffen müssen, bis sich der Endwert der Gleichspannung
eingestellt hat. Das bedeutet, daß das Steuersignal vor allem dann mit einer großen
zeitlichen Verzögerung erscheint, wenn der Endwert der Gleichspannung nur wenig
über der Auslöseschwelle des Schwellwertgebers liegt.
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Ein weiterer Nachteil ist der, daß besonders dann, wenn im Anschluß
an sehr kurze zeitliche Abstände der Eingangssignale diese plötzlich einen zeitlichen
Abstand besitzen, der nur wenig unter dem vorgegebenen Kriterium liegt, die Ladediodenschaltung
sehr große Zeiten benötigt, bis sich der neue Wert der Gleichspannung eingestellt
hat, wodurch das Steuersignal ebenfalls sehr stark verzögert beendet wird.
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Weiterhin besitzt die von der Ladediodenschaltung abgegebene Gleichspannung
durch die wirksame Auf- und Entladezeitkonstante eine Welligkeit, wodurch ein bestimmter
Spannungsbereich existiert, in dem der Schwellwertgeber im Rhythmus der Welligkeit
ausgelöst wird. In diesem Übergangsbereich gibt die Schaltungsanordnung keine eindeutige
Aussage darüber, ob die Eingangssignale den vorgegebenen zeitlichen Abstand unterschreiten.
Der Übergangsbereich läßt sich einengen durch die Verwendung eines Schwellwertgebers
mit einer großen Hysteresis.
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Das bedeutet jedoch, daß große Unterschiede zwischen den zeitlichen
Abständen der Eingangssignale bestehen, bei denen das Steuersignal erscheint und
bei denen es wieder beendet wird. Eine weitere Möglichkeit ist, die Integrationszeitkonstante
der Ladediodenschaltung sehr groß auszulegen. In diesem Fall steigen die beschriebenen
zeitlichen Verzögerungen, mit denen das Steuersignal erscheint und beendet wird,
beträchtlich an. Auf Grund der mit größer werdendem Eingangssignalabstand größer
werdenden Welligkeit lassen sich insbesondere mit Halbleiterbauelementen arbeitende
Ladediodenschaltungen für den hier beschriebenen Zweck kaum noch verwenden, wenn
die Schaltungsanordnung bei Signalabständen .r 10(i ms ansprechen soll.
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Bei verschiedenen mechanischen Vorgängen, deren Bewegungen in elektrische
Signale umgesetzt werden, erscheinen die Signale in Abhängigkeit der Bewegungsrichtung
über zwei getrennte Kanäle. Dabei besteht oft die Forderung, daß die Schaltungsanordnung
kein Steuersignal abgeben darf, wenn über beide Kanäle abwechselnd Signale erscheinen
(pendeln um einen Punkt durch Erschütterung usw.).
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Eine Bewegungskontrolle mit Hilfe zweier Ladediodenschaltungen mit
nachgeschaltetem Schwellwertgeber, wobei die Ausgänge der Schwellwertgeber auf eine
Oder-Schaltung geführt sind, ist nicht möglich,
da die verzögert
auftretenden Ausgangssignale der Schwellwertgeber bei Richtungswechsel eine Unterbrechung
des Steuersignals bewirken.
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Zweck der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zu schaffen,
die ein Steuersignal liefert, sobald die Eingangssignale einen bestimmten zeitlichen
Abstand unterschreiten.
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Bei der Zuführung der Eingangssignale darf kein Steuersignal erscheinen,
wenn über die beiden Kanäle abwechselnd ein Eingangssignal zugeführt wird.
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Die Schaltungsanordnung soll auch für große zeitliche Abstände verwendbar
sein, und die auftretenden Verzögerungen sollen den doppelten Wert der vorgegebenen
Signalabstände nicht überschreiten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung
zu schaffen, die sich zur richtungsabhängigen Bewegungskontrolle solcher mechanischen
Vorgänge eignet, derenBewegung durch entsprechende Einrichtungen in elektrische
Signale umgesetzt wird. Die Schaltungsanordnung soll gegenüber den bisher bekannten
Schaltungsanordnungen mit einer wesentlich kürzeren zeitlichen Verzögerung ansprechen.
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Bei der Schaltungsanordnung zur Kontrolle des zeitlichen Abstandes
elektrischer Signale, die über zwei Kanäle übertragen werden, die insbesondere zur
Kontrolle von mechanischen Vorgängen dient, deren Bewegungen in elektrische Signale
umgesetzt werden, erfolgt erfindungsgemäß die Zuführung der zu kontrollierenden
elektrischen Signale jeweils auf die parallelgeschalteten Impulseingänge einer ersten
und zweiten bistabilen Kippstufe.
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Dabei wird die erste bistabile Kippstufe jeweils durch die Signale
des Kanals I in den Zustand »0« und durch Signale des Kanals II in den Zustand »1«
geschaltet. Die Verbindung der beiden Steuereingänge der zweiten bistabilen Kippstufe
mit je einem Ausgang der ersten bistabilen Kippstufe bewirkt, daß bei Wechsel der
Signale von einem Kanal auf den anderen das erste Signal nur die erste bistabile
Kippstufe umkippt und erst das zweite Signal die zweite bistabile Kippstufe in den
Zustand »1« schaltet.
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Ein Ausgang der zweiten bistabilen Kippstufe ist mit dem Steuereingang
einer dritten bistabilen Kippstufe verbunden und verhindert ein Rückstellen der
dritten bistabilen Kippstufe in den Zustand »0«, solange sich die zweite bistabile
Kippstufe im Zustand »1« befindet. Der zweite Ausgang der zweiten bistabilen Kippstufe
ist mit dem Impulseingang der dritten bistabilen Kippstufe verbunden. Dadurch wird
die dritte bistabile Kippstufe in den Zustand »1« geschaltet, wenn die zweit bistabile
Kippstufe vom Zustand »0« in den Zustand »1« kippt.
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Der Ausgang einer astabilen oder monostabilen Kippstufenanordnung
ist mit den Impulseingängen der zweiten und dritten bistabilen Kippstufe verbunden.
Diese Ausgangsimpulse der astabilen bzw. monostabilen Kippstufenanordnung schalten
jeweils die zweite bistabile Kippstufe in den Zustand »0«, die Nullstellung der
dritten bistabilen Kippstufe erfolgt erst dann, wenn an deren Impulseingang ein
Impuls anliegt und die zweite bistabile Kippstufe sich bereits im Zustand »0« befindet.
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An einem Ausgang der dritten bistabilen Kippstufe wird ein Signal
zur Auslösung von Steuerfunktionen entnommen. Bei Verwendung einer monostabilen
Kippstufenanordnung ist deren Impulseingang mit dem Ausgang eines Generators, deren
Steuereingang mit dem Ausgang der zweiten bistabilen Kippstufe und deren Ausgänge
mit je einem Impulseingang der zweiten und dritten bistabilen Kippstufe verbunden.
Dadurch wird die monostabile Kippstufenanordnung durch einen Generator nur dann
ausgelöst, wenn sich die erste bistabile Kippstufe im Zustand »1« befindet. Beim
Kippen in den metastabilen Zustand bewirkt die monostabile Kippstufe die Rückstellung
der zweiten bistabilen Kippstufe und beim Zurückkippen in den Ruhezustand die Rückstellung
der dritten bistabilen Kippstufe, falls sich zu diesem Zeitpunkt die zweite monostabile
Kippstufe bereits im Zustand »0« befindet. Zur Realisierung von großen zeitlichen
Abständen kann auch die monostabile Kippstufenanordnung aus mehreren monostabilen
Kippstufen bestehen. Dabei löst jede monostabile Kippstufe beim Zurückkippen in
den Ruhezustand die nachfolgende Kippstufe aus.
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Der Ausgang der ersten monostabilen Kippstufe ist dabei mit dem Impulseingang
der ersten bistabilen Kippstufe und der der letzten monostabilen Kippstufe mit dem
Impulseingang der zweiten bistabilen Kippstufe verbunden.
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Für besondere Anwendungsfälle können die Kippzeiten der monostabilen
bzw. astabilen Kippstufenanordnungen auch einstellbar ausgelegt werden.
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Damit die zeitlichen Toleranzen kleinerwerden, können die Synchroneingänge
der astabilen Kippstufenanordnungmit denEingangskanälenverbundenwerden.
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Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ermöglicht es, den zeitlichen
Abstand elektrischer Signale zu kontrollieren, wobei die Verzögerung, mit der das
Steuersignal gelöscht und erzeugt wird, gegenüber bisher bekannten Schaltungen um
ein Vielfaches kleiner ist. Auch lassen sich die zeitlichen Abstände, auf die die
Schaltung anspricht, leicht variieren. Es sind gegenüber den bisher bekannten Schaltungsanordnungen
größere zeitliche Abstände realisierbar.
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Die Schaltungsanordnung läßt sich beispielsweise zur Bewegungskontrolle
von Waagen verwenden, was bisher größtenteils nur mechanisch erfolgte, wobei außer
einem relativ großen Aufwand auch ein hoher Verschleiß auftrat.
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Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Bewegungskontrolle
der Waagen in Dosiereinrichtungen wird eine beträchtliche Senkung der Verarbeitungszeiten
erzielt.
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Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher
erläutert werden. In der Zeichnung zeigt F i g. 1 das Prinzipschaltbild einer Schaltungsanordnung
zur Kontrolle des zeitlichen Abstandes elektrischer Signale, F i g. 2 das Schaltbild
der verwendeten bistabilen Kippstufen, F i g. 3 das Zustandsdiagramm der bistabilen-Kippstufen,
F i g. 4 das Schaltbild der verwendeten monostabilen Kippstufenanordnung.
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Die in F i g. 2 gezeigte bistabile Kippstufe kippt in den Zustand
»0«, wenn. am Impulseingang 1 einpositives Signal anliegt und der Steuereingang
2 ein Potential von etwa 0 V besitzt. Liegt am Steuereingang 2 eine negative Spannung
entsprechender
Größe an, wird das am Impulseingang 1 eintreffende
poitive Signal von der nachfolgenden Diode nicht übertragen, und die bistabile Kippstufe
kippt nicht. Analog dazu kippt die bistabile Kippstufe in den Zustand »1 «, wenn
am Impulseingang 3 bzw. 4 ein positives Signal eintrifft und der Steuereingang 5
bzw. 6 ein Potential von etwa 0 V besitzt.
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Befindet sich die bistabile Kippstufe im Zustand »0«, liegt am Ausgang
7 eine negative Spannung und am Ausgang 8 eine Spannung von etwa 0 V an.
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Die Signale der zu messenden Kanäle werden auf die Eingänge 9 und
10 der Schaltungsanordnung der F i g. 1 geführt. Vom Eingang 9 gelangen sie zu den
Impulseingängen 4 und vom Eingang 10 zu den Impulseingängen 1 bzw. 3 der bistabilen
Kippstufen 11 und 12.
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Es wird angenommen, daß sich die bistabilen Kippstufen 11 und 12 im
Zustand »0« befinden.
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Ein am Eingang 9 eintreffendes positives Signal kippt die bistabile
Kippstufe 11 in den Zustand »1«. Die bistabile Kippstufe 12 verbleibt im Zustand
»0«, da deren Impulseingang 4 durch die vom Ausgang 7 der bistabilen Kippstufe 11
auf den Steuereingang 6 der bistabilen Kippstufe 12 geführte negative Spannung gesperrt
ist.
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Erst beim Eintreffen eines zweiten Signals am Eingang 9 liegt der
Steuereingang 6 der bistabilen Kippstufe 12 auf etwa 0 V, und diese Stufe wird über
den Impulseingang 4 in den Zustand »1« gekippt.
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Befindet sich die bistabile Kippstufe 11 im Zustand »1« und die bistabile
Kippstufe 12 im Zustand »0«, so bewirkt ein am Eingang 10 eintreffendes positives
Signal ein Kippen der bistabilen Kippstufe 11 in den Zustand »0« (über Impulseingang
1). Die bistabile Kippstufe 12 verbleibt in dem Zustand »0«, da deren Impulseingang
3 durch die vom Ausgang 8 der bistabilen Kippstufe auf den Steuereingang 5 der bistabilen
Kippstufe 12 geführte negative Spannung gesperrt ist.
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Hier bewirkt ebenfalls erst ein zweites am Eingang 10 eintreffendes
Signal ein Kippen der bistabilen Kippstufe 12 in den Zustand »1 «.
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Das bedeutet, daß bei am Eingang 9 und 10 abwechselnd eintreffenden
Signalen die bistabile Kippstufe 11 jeweils zwischen dem Zustand »0« und »1« pendelt,
während die bistabile Kippstufe 12 im Zustand »0« verbleibt.
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Treffen die Signale nur am Eingang 9 ein, so bewirkt jedes Signal
ein Kippen der bistabilen Kippstufe 12 in den Zustand »1 «, falls sich diese und
die bistabile Kippstufe 11 beim Eintreffen des Signals im Zustand »0« befinden.
Die astabile Kippstufenanordnung 13 gibt über den Ausgang 14 dauernd positive Impulse
ab, deren zeitlicher Abstand die Größe tA besitzt. Diese Impulse sind auf die Impulseingänge
1 der bistabilen Kippstufen 12 und 15 geführt, so daß sich diese Kippstufen im Zustand
»0« befinden, solange an den Eingängen 9 und 10 keine Signale eintreffen. Befindet
sich die bistabile Kippstufe 15 im Zustand »0«, gibt die Schaltungsanordnung über
den Ausgang 16 eine negative Spannung ab. Sobald die bistabile Kippstufe 12 durch
am Eingang 9 oder 10 eintreffende Signale in den Zustand »1« kippt, erhält die bistabile
Kippstufe 15 am Ausgang 7 der bistabilen Kippstufe 12 einen positiven Spannungssprung
auf dem Impulseingang 4 und kippt ebenfalls in den Zustand »1«. Dabei erscheint
am Ausgang 16 eine Spannung von etwa 0 V. Der nächste von der astabilen Kippstufenanordnung
13 ankommende positive Impuls kippt die bistabile Kippstufe 12 über den Impulseingang
1 in den Zustand »0«. Die bistabile Kippstufe 15 verbleibt im Zustand »1«,
da deren Impulseingang 1 über den Steuereingang 2 noch gesperrt ist.
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Befindet sich die bistabile Kippstufe 12 bei Eintreffen des nächsten
von der astabilen Kippstufenanordnung 13 abgegebenen Impulses noch im Zustand »0«,
kippt dieser die bistabile Kippstufe 15 ebenfalls in den Zustand »0«.
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Besitzen die am Eingang 9 oder 10 eintreffenden Signale
einen Abstand < tA, liegt am Ausgang 16 eine Spannung von etwa 0 V an.
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Ist der Abstand der Signale > tA, liegt am Ausgang 16 eine
negative Spannung an, die zum Teil kurzzeitig auf etwa 0 V absinken kann.
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F i g. 3 zeigt eine übersieht, wie sich die Schaltzustände der bistabilen
Kippstufen bei unterschiedlicher Ansteuerung über die Eingänge 9 und
10
ändern.
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Besitzen die am Eingang 9_ bzw. 10 eintreffenden Signale einen zeitlichen
Abstand, der nur wenig unter tA liegt, so spricht die Schaltungsanordnung nach zwei
oder mehreren Eingangssignalen an. Dies ist vom zeitlichen Abstand der am Eingang
9 bzw.10 anliegenden positiven Signale und den von der astabilen Kippstufenanordnung
13 über den Ausgang 14 abgegebenen potiven Impulsen abhängig. Eine kleinere Toleranz
bezüglich des Ansprechens der Schaltungsanordnung erhält man, indem vom Eingang
9 und 10 die Signale auf die astabile Kippstufenanordnung
13 zur Synchronisierung gegeben werden. Ein eindeutiges Ansprechen nach jeweils
zwei Eingangssignalen ist möglich, wenn an Stelle der astabilen Kippstufenanordnung
13 eine monostabile Kippstufenanordnung nach F i g. 4 mit der Kippzeit tA Verwendung
findet. Die Ein- und Ausgänge der monostabilen Kippstufenanordnung sind dabei wie
folgt angeschlossen: Auf den Impulseingang 17 werden aus einem zusätzlichen Generator
positive Impulse mit einem Abstand << tA gegeben. Der Steuereingang 18 ist
mit dem Ausgang 7 der bistabilen Kippstufe 12 verbunden. Der Ausgang 19 ist auf
den Impulseingang 1 der bistabilen Kippstufe 12 und der Ausgang 20 auf den Impulseingang
1 der bistabilen Kippstufe 15 geführt. Das Diodentor der monostabilen Kippstufenanordnung
ist geöffnet, wenn sich die bistabile Kippstufe 12 in Stellung »1« befindet. Die
monostabile Kippstufenanordnung schaltet die bistabile Kippstufe 12 beim Kippen
in den metastabilen Zustand in den Zustand »0«, während die bistabile Kippstufe
15 den für die Rückstellung erforderlichen Impuls beim Zurückkippen der monostabilen
Kippstufenanordnung in den Ruhezustand erhält. Dabei erfolgt wiederum nur dann eine
Rückstellung der bistabilen Kippstufe 15, wenn sich die bistabile Kippstufe 12 zu
diesem Zeitpunkt im Zustand »0« befindet. Für die Schaltungsanordnung sollten möglichst
monostabile Kippstufenanordnungen mit einem großen Verhältnis von Kippzeit zu Totzeit
eingesetzt werden.
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Sollen die Schaltungsanordnungen nach F i g. 1 bei relativ großen
zeitlichen Abständen ansprechen, so kann die monostabile Kippstufenanordnung aus
mehreren monostabilen Kippstufen Verwendung finden. Dabei steuert jede monostabile
Kippstufe beim Zurückkippen jeweils die nachfolgende an, und die
bistabile
Kippstufe 12 erhält auf den Eingang 1 einen positiven Impuls; wenn die letzte monostabile
Kippstufe der Kette zurückkippt.
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Teilweise ist eine Variation des zeitlichen Impulsabstatides der Eingangssignale,
auf dem die Schaltungsanordnung anspricht, erforderlich. lies läßt sich realisieren,
indem die Kippzeit der astabilen bzw. monostabilen Kippstufe verändert wird.