DE1498137B2 - Verfahren und Anordnung zum Interpolieren - Google Patents

Description

auf Phasenteilerstufen gegeben werden, deren ausge-

glichene Gegentaktausgänge mit einem Kosinus- bzw.

65 Sinuspotentiometer verbunden sind. Die Potentio-

Die Anmeldung betrifft ein Verfahren und Anord- meter werden an äquidistanten Wickelabständen ab-

nung zum Interpolieren des Teilungsintervalls einer gegriffen, so daß eine dekadische Unterteilung der

Teilung unter Verwendung von mehreren aus bei der Meßwerte möglich ist.

Die genannten Vorrichtungen erfordern einen verhältnismäßig hohen konstruktiven und elektronischen Aufwand. Sie setzen in allen Fällen reine Sinus- und Kosinussignale voraus und sind hinsichtlich der Zahl der Unterteilungen prinzipiellen Grenzen unterworfen. ;,.;■ ■...'■'

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das praktisch. unbegrenzte, auch nichtlineare Interpolationsschritte innerhalb einer Signalperiode zuläßt, wobei die gewonnenen fotoelektrischen Abtastsignale keiner weiteren Umformung bedürfen. Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens sollte mit einfachen elektronischen Bauelementen herzustellen sein:

Diese Aufgabe wird von einem Verfahren der eingangs erwähnten Art durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst. Weitere Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 4 angegeben. Einrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnen sich durch die in den Ansprüchen 5 bis 7 aufgeführten Merkmale aus.

Die Erfindung beruht auf folgendem: Es sei zunächst angenommen, daß das Informationssignal sinusförmig ist und daß das beispielsweise um 90° gegen dieses verschobene erste Hilfssignal ebenfalls vorliegt. Für jeden Punkt innerhalb einer Periode ist ein bestimmtes Spannungsverhältnis gegeben, oder anders ausgedrückt, jeder Periodenpunkt ist durch einen bestimmten Quotienten der Momentanwerte der beiden Spannungen bestimmt. Bekanntlich läßt sich nun der Absolutwert einer Spannung durch eine Widerstandsgröße darstellen. Schaltet man nun, wie in Fig. 1 dargestellt, die Quellen der genannten Signale e_v e₂ mit einem Spannungsteiler R₁, R₂ zu einer Brücke zusammen, so ergibt sich zwischen den Punkten P, P' dieser Zusammenschaltung eine Spannung U mit ebenfalls sinusförmigem Verlauf, wobei. der Augenblickswert dieser Spannung vom Spannungsteilerverhältnis und vom Phasenwinkel der beiden eingespeisten Spannungen abhängig ist. Wählt man das Verhältnis der Widerstände gleich dem Verhältnis, der Signalspannungen für einen bestimmten Phasenwinkel φ₀, so geht die Spannung U an der Stelle <p₀ durch Null. Das heißt, dieser Phasenwinkel ist durch die Wahl des Widerstandsverhältnisses des Spannungsteilers bestimmbar. Schaltet man zu dem genannten Spannungsteiler weitere Spannungsteiler U₁, R₂; R₁", R₂" usw. mit untereinander unterschiedlichen Widerstandsverhältnissen parallel, so sind durch diese weitere Phasenwinkelwerte bestimmt.

Wie leicht einzusehen ist, ist durch ein bestimmtes Widerstandsverhältnis A₁AR₂ nicht nur ein Nulldurchgang der Spannung U für den Phasenwinkel φ₀, sondern auch ein solcher für den Phasenwinkel φ₀ +π charakterisiert Um diese Doppeldeutigkeit auszuschließen, ist es sinnvoll, als Interpolationsstellen solche Stellen zu definieren, an denen die Spannung U mit gleicher, z. B. negativer Steigungsrichtung durch Null geht. Dann aber liefern die beiden Spannungen e_v e₂ nur in einem Quadranten Interpolationswerte. Um nun auch in den übrigen Quadranten Interpolationswerte zu erhalten, erzeugt man aus den beiden Spannungen e_v e₂ zu diesen im Gegentakt laufende Spannungen — e_v —e₂ und verknüpft diese untereinander und mit der Signalspannung sowie der ersten Hilfsspannung in der oben beschriebenen Weise.

Der besondere Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, daß die zu verarbeitenden Signale nicht sinüsfötr. mig zu sein brauchen. Sie müssen vielmehr lediglich ΐ die folgenden, technisch leicht zu realisierenden Bedingungen erfüllen: a) sie müssen gleiche Periodendauer aufweisen, b) das Verhältnis ihrer Amplituden muß konstant sein und c) muß bei jeder Änderung

' der Information sich mindestens eine der Spannungen ändern. Bei Einhaltung dieser Bedingungen können selbst noch Signale mit trapezförmigem Kurvenverlauf nach dem neuen Verfahren interpoliert werden. Soweit die vorgenannten Forderungen nicht verletzt werden, können sogar die Signale -e_v e.₂ voneinander unterschiedliche Kurvenf örmen aufweisen.
^:t In Fig. 2 ist als Beispiel eine Anordnung gezeigt, mit der eine Zehnerinterpolation gemäß dem oben beschriebenen Verfahren durchgeführt werden kann. Da es lediglich auf das Widerstandsverhältnis zweier Widerstände ankommt, lassen sich hier auch mit größeren Toleranzen behaftete Potentiometer als Spannungsteiler verwenden. Das hat den Vorteil, daß die Lagen der Interpolationsstellen exakt eingestellt werden können, ohne daß dazu Präzisionsbauteile notwendig sind. Die Anzeige der Interpolationsstellen, d.h. der zugeordneten Phasenwinkel φ, soll digital erfolgen. Um dies zu erreichen, verwendet man mit Vorteil als Spannungsdiskriminatoren Triggerstufen (F i g. 3), die ihrerseits Anzeigegeräte steuern. Diese Trigger 30 bis 39 werden an die Selektionspunkte des Widerstandsnetzwerkes 20 gelegt und so vorgespannt, daß sie beim Nulldurchgang der Spannungen U ihre Schaltzustände ändern. Wie in F i g. 4 gezeigt, ergeben sich längs einer Signalperiode in Abhängigkeit vom Phasenwinkel φ an den Triggerstufen sich überlappende Schaltzustände. Jeweils die Hälfte der vorhandenen Trigger führen gleichzeitig ein Ausgangssignal. Um zu einer eindeutigen Aussage zu gelangen, "werden die Triggerausgänge mittels UND-Gattern 40 bis 49 logisch verknüpft. Die dabei zugrunde gelegte Verknüpfungsbedienung heißt: Die Ziffer η wird dann und nur dann angezeigt, wenn der Trigger T_n gekippt, d.h. leitfähig ist, der Trigger T_n+1 dagegen nicht gekippt ist und sperrt. Diese Bedingung tritt für jede anzuzeigende Ziffer innerhalb einer Signalperiode genau einmal auf. In Fig. 3 ist das gezeigte Triggerfeld nach dieser Bedingung verknüpft. Die Ausgänge der UND-Gatter sind über Treiberstufen 50 bis 59 mit zehn Anzeigelampen 60 bis 69 verbunden. .

Es sei nun angenommen, daß der Trigger 35 gerade leitend geworden ist. Ebenfalls in leitendem Zustand sind die Trigger 30 bis 34. Der Trigger 35 unterscheidet sich von diesen aber dadurch, daß sein Nachbar 36 nicht gekippt und daher nicht leitend ist. Es wird also gemäß der aufgezeigten Bedingung die Ziffer 5

angezeigt. -..,·'.:'..- . '■.-.-.,·

Mit dem Bezugszeichen 23 ist ein Schalter bezeichnet, mit dem die Triggereingänge gegenüber den Netzwerkausgängen zyklisch vertauscht werden können. Dadurch ist es möglich, jede beliebige Stelle q>_Q in der Anzeige auf Null zu setzen.

Soll die Grobzählung der Perioden sowohl vorwärts als auch rückwärts möglich sein (dies ist beispielsweise bei der Ablesung eines Maßstabes notwendig, da sich derselbe ja im Hinblick auf einen Bezugspunkt in zwei zueinander gegenläufige Meßrichtungen bewegen kann), so gewinnt man das erste Hilfssignal in gleicher Weise wie das Informationssignal, also beispielsweise durch fotoelektrische Ab-

tastung einer um ¹U Periode gegen die Abtaststelle für das Informationssignal versetzten Stelle der Meßteilung.

Es ist vorteilhaft, die Synchronisation des in vollen Perioden registrierenden Zählers und des Interpolators dadurch zu gewährleisten, daß man den Zähler in Abhängigkeit von einem oder mehreren Ziffernsprüngen (z. B. 0 nach 9 bzw. 9 nach 0 bei Zehnerinterpolation oder 15 nach 16 bzw. 16 nach 15, 30 nach 31 bzw. 31 nach 30, 45 nach 46 bzw. 46 nach 45, 59 nach 0 bzw. 0 nach 59 bei einer speziellen Sechziger-Interpolation) der Interpolatoranzeige steuert.

Das beschriebene Verfahren, das eine Unterteilung der Signalperiode in eine gewünschte, auch ungerade

Anzahl von Interpolationspunkten möglich macht, läßt sich vorteilhafterweise auch zur. Frequenzvervielfachung anwenden. Beispielsweise können die Ausgangsspannungen der in Fig. 3 gezeigten UND-Gatter nach Differentiation über bekannte Summierungsschaltungen auf eine einzige Signalleitung zusammengefaßt werden, die dann eine den Interpolationsschritten entsprechende Impulsfolge führt. Hierbei kommt der Vorteil des Verfahrens, daß nämlich zu seiner Durchführung relativ einfache Mittel benötigt werden, zum Tragen.

Bildet man die Widerstandsnetzwerke als Steckeinheiten aus, so erhält man ein vielseitiges, wenig aufwendiges Gerät, das absolut sicher arbeitet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

ι 2 Patentansprüche· fotoelektrischen Abtastung der Teilung gewonnenen Signalen abgeleiteten und in ihrer gegenseitigen Phase

1. Verfahren zum Interpolieren des Teilungs- verschobenen elektrischen Signalen, wobei die abgeintervalls einer Teilung unter Verwendung von leiteten Signale gleiche Periode sowie konstantes mehreren aus bei der fotoelektrischen Abtastung 5 Amplitudenverhältnis haben und bei jeder Teilungsder Teilung gewonnenen Signalen abgeleiteten verschiebung mindestens eines dieser Signale seinen und in ihrer gegenseitigen Phase verschobenen Momentanwert ändert und bei dem der interpolierte elektrischen Signalen, wobei die abgeleiteten Si- Wert digital angezeigt wird.

gnale gleiche Periode sowie konstantes Amplitu- Aus der optischen Präzisions-Längen- oder -Windenverhältnis haben und bei jeder Teilungsver- io kelmeßtechnik ist es bekannt, durch Gegeneinanderschiebung mindestens eines dieser Signale seinen verschieben korrespondierender Elemente, z. B. Momentanwert ändert und bei dem der inter- zweier Gitter, in einer bestimmten Ebene periodische polierte Wert digital angezeigt wird, dadurch Helligkeitsschwankungen zu erzeugen, die visuell gekennzeichnet, daß unmittelbar aus min- oder auf fotoelektrischem Wege beobachtet werden, destens einem der bei der fotoelektrischen Ab- 15 Die Anzahl der an einem Punkt der Ebene durchlautastung anfallenden, nicht streng sinusförmigen fenden Helligkeitsmaxima und -minima sind ein Maß elektrischen Signale vier in ihrer Phase gegenein- für den Verschiebeweg der beiden korrespondierenander verschobene, in ihrer Kurvenform ähnliche, den Elemente relativ zueinander. Will man neben der aber nicht notwendig gleiche Signale gebildet wer- Größe des Verschiebeweges auch die Richtung der den, daß diese Signale paarweise auf benachbarte 20 Verschiebung erfahren, so kann man zwei um ¹A der Zweige von aus ohmschen Widerständen be- Hell-Dunkel-Periode gegeneinander in Verschiebestehenden Brückenschaltungen zugeführt werden, richtung versetzte fotoelektrische Empfänger anorddaß jeweils das Verhältnis der in einer dieser _neil) deren Ausgangsspannungen durch ihre gegen-Brückenschaltungen in benachbarten Zweigen seitige Phasenlage die Verschieberichtung anzeigen, enthaltenen Widerstände gleich dem Verhältnis ₂₅ Das Auflösevermögen dieser bekannten Anordder Augenblickswerte zweier dieser Signale für nungen ist durch die Gitter-Konstante der Maßstäbe einen bestimmten Punkt des Teilungsintervalls ge- begrenzt. Es hat daher nicht an Versuchen gefehlt, wählt wird, so daß diesem Punkt des Teilungs- beispielsweise durch geschickte optische Strahlfühintervalls der Nullabgleich dieser Brückenschal- _{rung und} elektrische Maßnahmen die Signalperioden tung entspricht, und daß nach einer Verschiebung _{30 pro} Rasterperiode zu vervielfachen,
der Teilung relativ zum fotoelektrischen Abtast- So ist durch die deutsche Auslegeschrift 1177 353 organ durch Abfrage die Brückenschaltung ermit- _eme Anordnung bekanntgeworden, bei der zum Betelt wird, deren Zustand dem Nullabgleich am stimmen der Lageänderung eines bewegten Objektes nächsten ist. mindestens zwei nebeneinanderliegende, relativ zu-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- ₃₅ einander bewegte Gitter vorgesehen sind, die beide kennzeichnet, daß bei der Abtastung der Teilung zusätzlich relativ zu einem dritten Gitter bewegt werzwei gegeneinander um =£180° verschobene Si- _den, dessen Teilung die beiden erstgenannten Gitter gnale gewonnen werden, von denen eines zur überdeckt. Man erhält durch diese Maßnahme zwei Zählrichtungssteuerung verwendet wird. frequenzmodulierte, phasenverschobene Signale. Die

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ₄₀ Phasenverschiebung wird in Phasendiskriminatoren gekennzeichnet, daß zusätzlich mindestens eines bestimmt und ist ein Maß für die Lageänderung des dieser Signale direkt abgefragt wird. Objektes. Das Auflösungsvermögen ist durch die

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- noch meßbare Phasenverschiebung begrenzt. .
kennzeichnet, daß gleichzeitig mit der digitalen Gemäß der deutschen Patentschrift 1266001 ist Anzeige eine Zählung erfolgt. ■ _{45 eme} Vorrichtung zur Erhöhung der Meßgenauigkeit

5. Einrichtung zur Durchführung des Verfah- vorgeschlagen worden, bei der mindestens drei in rens nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeich- _{ihrer Phase um} j_{e 120}° gegeneinander verschobene net, daß jedem Abfragepunkt (P₁, P ; P₂, P ; ...) fotoelektrische Signale vorausgesetzt werden. Diese der Brückenschaltungen (R₁, R₂; R₁, R₂; ...) Signale werden zunächst in einer Differenzschaltung eine Triggerstufe (30 bis 39) zugeordnet ist und _{50 so urü}g_ef_ormt; daß ein reines, dreiphasiges Drehdaß die Ausgänge dieser Triggerstufen über Spannungssystem mit drei Wechselspannungssignalen UND-Gatter (40 bis 49) verkoppelt sind derart, gleicher Amplitude und konstanter Phasenverschiedaß jeweils nur für eine Brückenschaltung eine _{bung entsteht} Dieses Drehspannungssystems wird Anzeige (60 bis 69) erfolgen kann. durch eine geeignete Widerstandsschaltung und mit

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge- _{55 Hilfe} geeigneter Polaritätsdiskriminatoren in eine kennzeichnet, daß mechanisch-elektrische Abfra- Mehrzahl von Binärsignalen umgewandelt. Die Anger vorgesehen sind. zaiil der erreichbaren Binärsignale hängt von der An-

7. Einrichtung zur Durchführung des Verfah- _{zahl der} fotoelektrischen Primärsignale ab.

rens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, Weiter ist aus der belgischen Patentschrift 622 110

daß Mittel bekannter Art zur Nullstellung des _6o eine Meßvorrichtung bekannt, die zwei um 90° gegen-

Anzeigegerätes unabhängig vom Augenblickswert einander phasenverschobene fotoelektrische Abtast-

der Abtastsignale vorgesehen sind. signale verwendet, die jeweils über Verstärkerstufen