-
Gruppenwechselsperre mit zwei übertragungskanälen für bidirektionale
Impulszähler In der industriellen Meßtechnik werden häufig zur Bestimmung physikalischer
Größen, die als Impulsfolgen darstellbar sind, Einrichtungen benötigt, die mit beliebiger
Genauigkeit eine Differenzbildung von Impulsfolgen gestatten. Es sind Koinzidenzsperren
bekannt, die verhindern, daß innerhalb einer bestimmten Zeitspanne, beispielsweise
über zwei Kanäle je ein Impuls durchkommt, so daß an eine nachgeschaltete Einrichtung
immer nur ein Signal innerhalb der vorgegebenen Zeitspanne gelangen kann. Des weiteren
sind Einrichtungen bekannt, die eine zeitliche Verschiebung der Impulse in der Weise
bewirken, daß innerhalb einer vorbestimmten Zeit nur jeweils der Impuls eines Kanals
an der nachgeschalteten Einrichtung ankommt. Ferner sind Einrichtungen bekannt,
die Impulse, welche abwechselnd auf beiden Kanälen ankommen, löschen, so daß dadurch
verhindert wird, daß ein angeschlossener bidirektionaler Impulszähler fortlaufend
einen Schritt in der positiven und anschließend einen Schritt in der negativen Zählrichtung
ausführt.
-
Ein zu häufiger Wechsel der Zähleinrichtung ist nämlich aus folgenden
Gründen nachteilig. Der bidirektionale Impulszähler ist in üblicher Weise mit einer
den Zählstand anzeigenden Vorrichtung versehen. Mit dem Pendeln des Zählstandes
pendelt auch das Ergebnis der Anzeigevorrichtung. Dieses Flattern, das unter Umständen
mit einer relativ hohen Frequenz erfolgen kann, stört im praktischen Betrieb erheblich.
Hinzukommt, daß mit der Häufigkeit des Wechsels der Zählrichtungen die Wahrscheinlichkeit
für eine Fehlzählung anwächst. Darüber hinaus ist zu beachten, daß bidirektionale
Impulszähler nur ein begrenztes Auflösungsvermögen haben. und daher die Häufigkeit
des Richtungswechsels nicht so groß sein darf.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wechselsperre so aufzubauen,
daß die Häufigkeit des Richtungswechsels noch kleiner als bei den bekannten Wechselsperren
ist. Darüber hinaus soll die Wechselsperre so ausgebildet sein, daß sie in gewissen
Fällen unmittelbar eine Differenzbildung ermöglicht. Dies ist insbesondere dann
von Bedeutung, wenn, um physikalische Größen durch Impulsfolgen darzustellen, elektromechanische
Geber verwendet werden. Dabei treten Schwierigkeiten insofern auf, als Drehschwingungen
und Vibrationen eine Modulation der Impulse in einer oder in beiden Impulsfolgen
bewirken. Ist der modulationsfreie Mittelwert der Frequenz der einen Impulsfolge
stets größer als der der anderen, so ergibt sich eine positive Frequenzdifferenz,
so daß bei einer anschließenden Digital-Analog-Wandlung für Anzeigezwecke od. dgl.
nur ein einziger Wandler erforderlich ist. Wenn dagegen infolge von Phasenmodulation
bzw. statistischer Verteilung der -Impulse vorübergehend auch negative Frequenzdifferenzen
auftreten, ist ein zweiter Digital-Analog-Wandler erforderlich. Das würde den doppelten
Aufwand bedeuten und bei der Messung zusätzliche Fehler mit sich bringen: Es ist
daher das Ziel der vorliegenden Erfindung, diese Schwierigkeiten mit Sicherheit
zu vermeiden.
-
Die Erfindung betrifft eine Gruppenwechselsperre mit zwei Übertragungskanälen
für bidirektionale Impulszähler und zur Differenzbildung von Impulsfolgen und besteht
darin, daß zur Unterdrückung gleicher Impulsgruppen in beiden Kanälen die Eingangsimpulsfolgen
des einen bzw. anderen Kanals e1 bzw. e2 eine bidirektionale Zählkette aus bistabilen
Gliedern 50 ... 5n in der einen oder anderen Zählrichtung steuern
und daß das ausgesteuerte letzte bzw. erste bistabile Glied 5 n bzw. 50 der
Zählkette über je ein Zeitverzögerungsglied 3 bzw. 4 je ein in jedem Kanal befindliches
Konjunktionsglied 1 bzw. 2 für den Durchgang der zugehörigen Eingangsimpulsfolgen
zum Kanalausgang öffnen.
-
Es ist ein bidirektionaler Ringzähler bekannt, der einmal eine der
Anzahl der Zählschritte gleiche Zahl von bistabilen Speichergliedern, zum anderen
UND-Glieder aufweist, die das bidirektionale Verhalten des Zählers gewährleisten.
Durch diesen bekannten Zähler kann jedoch die von der erfindungsgemäßen Gruppenwechselsperre
hervorgebrachte Wirkung der Unterdrückung von gleichen Impulsgruppen nicht erreicht
werden. Jeder Richtungswechsel hat eine Änderung im Zählergebnis zur Folge. Gerade
dieses soll jedoch durch die erfindungsgemäße Wechselsperre vermieden werden. Der
Zähler ist somit nicht in der Lage, die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt,
zu erfüllen. Die andersartige Wirkungsweise
geht auch daraus hervor,
daß der bekannte Zähler in jedem Fall die Differenz zwischen den Impulsen, die auf
den beiden Kanälen eintreffen, bildet. Die erfindungsgemäße Gruppenwechselsperre
bildet diese Differenz nicht unbedingt. Es können je nach Häufigkeit der Eingangsimpulsfolgen
sowohl am oberen Ausgang als auch am unteren Ausgang Impulse auftreten, deren Differenz
erst in dem nachgeschalteten Differenzzähler bestimmt wird. Die erfindungsgemäße
Gruppenwechselsperre besitzt quasi zwei »Anschläge«, wobei der eine Anschlag der
Speicherstellung des ersten bistabilen Elementes und der andere Anschlag .der Speicherstellung
des letzten bistabilen Elementes zugeordnet ist. Nur wenn diese Anschläge erreicht
werden, können auf den zugeordneten Kanal Impulse übertragen werden. Auch hier zeigt
sich noch ein Unterschied im Verhalten der erfindungsgemäßen Schaltung zum bekannten
Differenzzähler. Ist bei der Wechselsperre einmal ein Anschlag erreicht, d. h. ist
entweder das erste oder das letzte bistabile Element in Speicherstellung, so bleibt
das betreffende Element in Speicherstellung, wenn weitere Impulse auf dem zugeordneten
Kanal eintreffen. Beim Differenzzähler wird jedoch das betreffende Speicherelement
beim Eintreffen eines Impulses wieder gelöscht und das nächste Element in Zählstellung
gebracht.
-
An Hand des in der F i g.1 dargestellten Ausführungsbeispieles wird
der Aufbau der erfindungsgemäßen Anordnung und unter Hinzunahme des Impulsdiagramms
in F i g. 2 die Wirkungsweise der Erfindung näher erläutert.
-
In dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel der F i g. 1 sind die
beiden Eingangsimpulsfolgen e1 und e2 an die Eingänge einer aus bistabilen Elementen
50, 51... 5 n aufgebauten bidirektionalen Zählkette gelegt.
Die beiden Eingangsimpulsfolgen bestimmen über die Eingänge der bidirektionalen
Zählkette die Zählrichtung. Jede der beiden Impulsfolgen liegt außerdem an dem einen
von zwei Eingängen eines Konjunktionsgliedes. Die Impulsfolge e1 beaufschlagt das
Konjunktionsglied 1 und die Impulsfolge e2 das Konjunktionsgl'ied 2. Der jeweils
zweite Eingang der beiden Konjunktionsglieder 1 und 2 wird über je ein Zeitglied
3 bzw. 4 gesteuert, wodurch der Durchgang von Impulsen der Folge e 1
bzw.
e2 am jeweils ersten Eingang bestimmt wird. Das Zeitglied 3 ist an den zweiten Eingang,der
Konjunktionsstufe 1 und das Zeitglied 4 an den zweiten Eingang der Konjunktionsstufe
2 geschaltet. Das Zeitglied 3 wird vom letzten bistabilen Element 5 n
und
das Zeitglied 4 vom ersten bistabilen Element 50 der bidirektionalen Zählkette
gesteuert. Die Ausgangsimpulsfolge a1 des einen Kanals wird vom Ausgang des Konjunktionsgliedes
1, die Ausgangsimpulsfolge a2 vom Ausgang des Konjunktionsgliedes 2 abgenommen.
Die bistabilen Elemente 50, 51 ... 5n der bidirektionalen Zählkette können
beispielsweise aus steuerbaren Elementen mit innerer Mitkopplung wie Glimmlampen,
Kaltkathodenröhren, Stromtoren oder » steuerbaren Gleichrichtern usw. oder aus je
zwei steuerbaren Elementen mit äußerer Mitkopplung bestehen. Diese aus zwei mitgekoppelten
Gliedern bestehenden bistabilen Elemente sind in Form von bistabilen Multivibratoren
mit Röhren oder Transistoren in der Technik geläufig.
-
Die Wirkungsweise der bistabilen Elemente wird im folgenden durch
ihre Speicherwirkung beschrieben. Die bistabilen Elemente sollen also als bistabile
Speicher mit je zwei Speicherzellen aufgefaßt werden. Im Ausführungsbeispiel der
F i g. 1 sind diese Speicherzellen mit 50502, 511/512 ... 5n1/5n2 bezeichnet.
Befindet sich ein bistabiles Element mit innerer Mitkopplung oder ein solches aus
zwei -inversen steuerbaren Gliedern bestehendes mit äußerer Mitkopplung in stromführendem
Zustand, so enthält die entsprechende Speicherzelle 501, 511 ...
5n1
die Information L, während die anderen Speicherzellen 502, 512
... 5 n 2,die Information 0 aufweisen. Die gleiche Belegung der Speicherzellen
liegt vor, wenn bei einem bistabilen Element mit zwei gleichartigen steuerbaren
Gliedern und äußerer Mitkopplung das eine dieser Glieder stromführend und das andere
gesperrt ist.
-
Bidirektionale Zählketten aus bistabilen Elementen werden im :allgemeinen
so aufgebaut, daß sich eines der Elemente in dem einen der beiden möglichen Zustände
befindet und die übrigen n-1 Elemente in dem anderen Zugtand. Der Zustand, in dem
sich immer nur eines der bistabilen Elemente befindet, ist der Ausnahmezustand,
während derjenige der übrigen n-1 Elemente der Normalzustand ist. Die bidirektionale
Zählkette arbeitet in der Weise, d'aß ein bistabiles Element, das sich im Ausnahmezustand
befindet, jeweils die beiden benachbarten bistabilen Elemente vorbereitet. Kommt
dann auf dem einen Eingang des vorbereiteten nachfolgenden bistabilen Elementes
ein Impuls der Folge e1 an, so geht dieses in den Ausnahmezustand über, während
gleichzeitig dasjenige, das sich im Ausnahmezustand befindet, in den Normalzustand
übergeht. Tritt edoch ein Impuls der Folge c2, d. h. ein Impuls der' anderen Zählrichtung
auf, so wird das vorhergehende bistabile Element in den Ausnahmezustand überführt.
Auch in diesem Falle wird das vorher im Ausnahmezustand befindliche bistabile Element
in den Normalzustand überführt. Wenn an dem die eine Zählrichtung festlegenden Eingang
der Zählkette laufend Impulse der Impulsfolge e 1 eintreffen, dann wandert der Ausnahmezustand
schrittweise zum nächsten bistabilen Element. Kommen danach Impulse der Eingangsimpulsfolge
e2 an den anderen gemeinsamen Eingang, dann wandert der Ausnahmezustand in der entgegengesetzten
Richtung der Reihe nach von einem bistabilen Element zum anderen. Treffen ständig
auf,dem einen oder anderen Eingang ununterbrochen Impulse ein, ßo wandert der Ausnahmezustand
in einer Zählrichtung nur bis zum bistabilen Element 5 n bzw. in der anderen
Zählrichtung bis zum ersten bistabilen Element 50. Ist der eine oder :andere Endzustand
erreicht, so wird der nächstkommende Impuls der gleichen Richtung als Ausgangsimpuls
abgegeben.
-
Bei der Darstellung des Impulsdiagramms nach F i g. 2 wurde die Zählkette
willkürlich auf fünf (n=4) bistabile Elemente 50, 51, 52, 53, 54 festgelegt. Die
Eingangsimpulsfolge e1 und die Eingangsimpulsfolge e2 sind auf einer Zeitachse getrennt
voneinander aufgetragen. Die mit 5 bezeichnete Darstellung gibt den Zustand der
Zählkette in einem betrachteten Zeitintervall wieder. Am Anfang befindet sich das
bistabile Element 54 im Ausnahmezustand und bleibt es auch, bis nach den beiden
ersten Impulsen der Folge e1. Mit dem ersten Impuls der Folge e2 springt der Ausnahmezustand
in der Zählkette wieder auf das bistabile Element 53
über. Der kurz
danach an ,die Zählkette kommende Impuls der Folge e1 bewirkt, daß der Ausnahmezustand
erneut auf das bistabile Element 54 übergeht und auch in diesem Zustand beim nächsten
Impuls der Impulsfolge e1 bleibt. Der .danach eintreffende Impuls der Folge e2 überf'ü'hrt
die Zählkette wieder in den Zustand, in dem sich das bistabile Element 53 im Ausnahmezustand
befindet. Nach dem nächsten Impuls der Folge e1 -geht das bistabile Element 54 wieder
in den Ausnahmezustand. Beide darauffolgenden Impulse der Folge e2 überführen der
Reihe nach die bistabilen Elemente 53 und 52 in den Ausnahmezustand. Die nachfolgenden
beiden Impulse der Dreiergruppe der Impulsfolge e1 bringendie Zählkette erneut in
.den Anfangszustand zurück, der auch beim dritten Impuls der Eingangsimpulsfolge
e 1 dieser Dreiergruppe erhalten bleibt. Die darauf am zweiten Eingang der bidirektionalen
Zählkette ankommneden vier Impulse der Impulsfolge e2 bewirken ein Wandern des Ausnahmezustandes
vom bistabilen Element 54 über die Elemente 53, 52 und 51 zum bistabilen Element
50. Die hierauffolgenden vier Impulse der Impulsreihe e 1
bringen den Ausnahmezustand
wieder Schritt für Schritt zum bistabilen Element 54 zurück. Dieser Zustand der
Zählkette bleibt auch bei dem letzten dargestellten Impuls der Folge e1 unverändert.
In der mit 3 bezeichneten Zeile des Impulsdiagramms der F i g. 2 ist der Zustand
des Zeitgliedes 3 in Abhängigkeit von der Zeit aufgetragen. Das Zeitglied 3 führt
den Zustand L, wenn das letzte bistabile Element 5 n sich im Ausnahmezustand befindet,
und hat den Zustand 0, wenn sich das bistabile Element 54 im Normalzustand
befindet. Allerdings folgen die Zustandsänderungen am Zeitglied 3 gegenüber dem
Auslöseimpuls mit einer Zeitverschiebung, die in der mit 3 bezeichneten Zeile des
Impulsdiagramms durch T gekennzeichnet ist. Wenn sich das Verzögerungsglied 3 im
Zustand L befindet, dann liegt bereits an dem einen Eingang des Konjunktionsgliedes
1 ein Signal an, und das Konjunktionsglied ist damit so vorbereitet, daß Impulse
der Eingangsimpulsfolge e 1, die am anderen Eingang des Konjunktionsgliedes 1 ankommen,
am Ausgang des Konjunktionsgliedes Impulse der Folge a1 bewirken. Diese Ausgangsimpulsfolgeal
ist .ebenfalls zeitabhängig in der vorletzten Zeile des Impulsdiagramms der F i
g. 2 aufgetragen. Die dargestellten fünf Impulse bilden die Differenz der beiden
Impulsfolgen e1 und e2 innerhalb der betrachteten Zeitspanne. In dieser betrachteten
Zeitspanne traten in der Impulsfolge e1 dreizehn Impulse auf, während auf dem Kanal
der Impulsfolge e2 nur acht Impulse auftraten. Die Differenz der beiden Impulsfolgen
beträgt, wie aufgezeigt, fünf Impulse.
-
Die letzte mit 4 bezeichnete Zeile des Impulsdiagramms zeigt den Zustand
des Zeitgliedes 4 während der betrachteten Zeitspanne. Auch das Zeitglied
4
weist eine Verzögerung .der Zustandsänderung gegenüber dem Auslöseimpuls
auf. Nach dem letzten Impuls der Vierergruppe der Eingangsimpulsfolge e 2 in Zeile
5 des Impulsdiagramms ist der Ausnahmezustand auf das erste bistabile Element 50
der bidirektionalen Zählkette übergegangen und hat über das Verzögerungsglied 4
das Konjunktionsglied 2 für den Impulsdurchgang vorbereitet. Jeder weitere, in der
Impulsfolge e2 ankommende Impuls würde als Ausgangssignal e2 am Ausgang der Konjunktionsstufe
2 auftreten.. Da im aufgeführten Beispiel kein weiterer Impuls der Eingangsimpulsfolge
e 2 ankommt, wandert -der Ausnahmezustand mit jedem Impuls der Eingangsimpulsfolge
e 1 von einem bistabilen Element der Zählkette zum anderen wieder in Richtung
auf das letzte bistabile Element hin. Innerhalb der betrachteten Zeitspanne kommt
es somit nicht zu einem Ausgangsimpuls am Ausgang a 2.
-
Dieses im allgemeinen gewünschte Ergebnis einer echten Differenzbildung
ergibt sich immer dann, wenn die Anzahl der bistabilen Elemente um mindestens 1
größer ist, als die Anzahl der aufeinanderfolgenden Impulse eines Kanals.