-
"Zählanordnung zum Pulsperiodendauervergleich" Die Erfindung betrifft
eine in synchroner Technik arbeitende Anordnung zum Vergleich der Periodendauern
zweier Impulafolgen oder deren Vielfachen, wobei durch Auszählung der Periodendauer
der ersten Impulsfolge mit den Impulsen.einer zweiten Impulafolge das Verhältnis
der Periodendauer der ersten Impulsfolge zu der der zweiten Impulsfolge gebildet
wird.
-
Solche Anordnungen sind bekannt und werden zur digitalen Frequenzmessung
eingesetzt. In diesem Falle wird z. B. als erate Impulsfolge die Impulsfolge eines
quarzstabilisierten Zeitbasisgenerators benutzt, während die zweite Impulsfolge
die zu messende Impulsfolge ist. Mit einem Impuls der ersten Impulsfolge, dem Startimpula,
wird ein vor geöffnet, durch das die Impulse der zu messenden zweiten Impulsfolge
in den Zähler gelangen. Mit dem folgenden Impuls der ersten Impulsfolge, dem Stoppimpuls,
wird das Tor wieder gesperrt. Es gelangen keine Impulse der zweiten Impulsfolge
mehr in den Zähler.
-
Hatte der Zähler vor Beginn der Einzählung den Zählerstand 0, so ist
Jetzt im Zähler die Anzahl der Impulse der zweiten
Impulsfolge pro
Zeitintervall gespeichert. Bis zum Eintrefzen des nächsten Impulses der zweiten
Impulsfolge muß der Zähler wieder auf 0 gesetzt werden. So lange steht das Ergebnis
zur Weiterverarbeitung zur Verfugung, Es wird z. B. in einen Speicher übertragen.
Anordnungen, die in dieser Weise arbeiten, sind in Rohrbach: "Handbuch für elektrisches
Messen mechanischer Größen" (1967) auf den Seiten 431 und 485 beschrieben.
-
Bei diesen Anordnungen wird in jeder zweiten Periode der eraten Impulsfolge
eine Messung durchgefihrt. Jedes so gewonnene Ergebnis ist aufgrund der Ausmessung
der ersten Impulsperiode der Dauer T1 mit diskreten Zeitintervallen der Dauer T2
(T2 2 Impulsperiode der zweiten Impulsfolge) mit einem absoluten Fehler von + T2
behaftet. Werden die einzelnen Ergebnisse im Rahmen der Weiterverarbeitung summiert,
z.B. zur Gewinnung des integrals in einer Regelung, so summieren sich auch die absoluten
Fehler.
-
Eine andere Anordnung zum Vergleich der Periodendauer zweier Impulsfolgen
ist in der VDE-Buchreihe, J3and 8, "Digitale Signalverarbeitung in der Regelungstechnik"
anhand eines digitalen Netzreglers beschrieben. Die Arbeitsweise dieser Anlage wird
im folgenden kurz erläutert.
-
Um ein genügend hohes s Auflösungsvermögen von t 1 mHz bei der Frequenzmessung
zu gewährleisten, ist bei einer Meßzeit T = ioo ms eine Frequenzvervielfachung um
den Faktor 104 nötig.
-
Die vervielfachte Meßirequenz wird in einen Zähler der Kapazität 50.000
eingezählt, der bei Erreichen dieses Zählerstandawertes einen Impuls als Zeitmarke
abgibt. Beträgt die
Meßfrequenz genau 50 Uz, dann erscheint diese
Zeitmarke nach 100 ms, bei 48 Hz nach 104 ms und bei 51 Hz nach 98 ms. Diese veranderlichen
Zeitmarken werden mit einer festen Zeitmarke verglichen, die im Abstand der Meßzeit
T = 100 ms ab Zählbeginn von einer Zeitbasis geliefert wird. Diese Zeit zwischen
fester und veränderlicher Zeitmarke ist ein Naß für die Regelabweichung. Sie kann
z. B. durch Auszählen mit einer festen Frequenz in eine der Regelabweichung proportionale
Zahl umgewandelt und in weiteren Zählgeräten verarbeitet werden.
-
Bei negativer Regelabweichung kommt die variable vor der festen Zeitmarke.
Bei positiver Regelabweichung kommt die feste Zeitmarke vor der variablen, so daß
eine Vorzeichenbewertung der Zeitintervalle oder Impulssahlen gegeben ist. Jede
Me#-periode (Abtastperiode) beträgt bei dieser Anordnung 110 ms.
-
Sie Sie setzt sich zusammen aus der Zählzeit ioo ms +4 ms und einem
Sicherheitszeitintervall für die Weiterverarbeitung. In einer Sekunde wird daher
nur rund 9mal die Regelabweichung gebildet. Auch hier addieren sich die absoluten
Fehler Jeder Messung bei der Summierung der Ergebniase.
-
In der deutschen Auslegeschrift 1.218.510 ist eine Anordnung vorgeschlagen
worden, die diese Fehlererhöhung vermeidet. Dazu wird in jeder Periode einer kontinuierlichen
Zeitbasisimpulsfolge eine Messung durchgeSUhrt. Ein Impuls der Auszählimpulsfolge,
der während der für die Verarbeitung des Meßergebnisses und das Rücksetzen des Zählers
auf den Anfangswert notwendigen Sperrzeit am Zählereingang erscheint, wird mit speziell
für diesen Zweck vorgesehenen Kippstufen und Impulse gattern zwischengespeichert
und in der nächsten Meßperiode in den Zähler übernommen.
-
Der absolute Fehler der Summe der fortlaufenden Einzelmessung ist
damit gleich dem absoluten Fehler der Einzelmessungen.
-
Er ist wie vorher dem Betrage nach gleich der Periodendauer der Auszählimpulsfolge
I2.
-
Die in der obengenannten Auslegeschrift beschriebene Schaltungsanordnung
arbeitet in asynchroner Technik. Nachteilig an diesem Verfahren ist der Aufwand
an Ksonderten Mitteln zur Zwischenspeicherung des während der Meßzeit am Zähler
erscheinenden Impulses.
-
Zweck der Erfindung ist es, die genannten Nachteile der bekannten
Anordnungen zu vermeiden, insbesondere eine Anordnung anzugeben, welche mit den
bei synchroner Zähltechnik ohnehin erforderlichen Synchronisationsmitteln den in
die Sperrzeit fallenden Zählimpuls zwischenspeichert.
-
Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß in der zur Synchronisation
der Impulse der ersten Impulsfolge mit dem Taktpuls erforderlichen Synchronisationsstufe
in an sich bekannter Weise Mittel vorgesehen sind, um die Umschaltverzögerung von
einer Taktpulsperiode zwischen einer ersten und einer zweiten Kippstufe um eine
weitere Taktpulsperiode zu vergrößern, und daß mit der ersten synchronisierten Impulsfolge
koinzidente Impulse der ebenfalls mit dem Taktpuls synchronisierten zweiten Folge
den von der ersten Folge herrührenden Äusgangsimpuls auslöschen und die Verzögerungsvergrößerung
bewirken.
-
Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiels
beschrieben. Darin zeigen:
Fig. 1 eine gemäß der Erfindung gesteuerte
Synchronisationsstufe, Fig. 2 ein Diagramm der in der Schaltungsanordnung gemäß
Fig. 1 auftretenden Impulse.
-
In Fig. 1 ist der Logikplan einer gesteuerten Synchronisationsstufe
dargestellt.
-
Die Schaltungsanordnung enthält zwei bistabile Kippstufen FF1 und
FF2, ein Negationsglied N und zwei UND-Gatter G1 und G2. Vom Eingang ET gelangen
die kontinuierlich angebotenen Impulse des Taktpulses an die Schalteingänge der
bistabilen Kippstufen FF1 und FF2. Am Eingang E1 werden die Zählimpulse, am Eingang
E2 die negierten Sperrimpulse angeboten. Im Ruhezustand, der dadurch gekennzeichnet
ist, daß an dem Eingang E1 logisch "O" und an dem Eingang 2 logisch "L" liegt, d.h.
keine Impulse an den Eingängen E1 und E2 erscheinen, befinden sich die bistabilen
Kippstufen FF1 und FF2 in dem in der Figur angegebenen Schaltzustand. Ein am Eingang
E1 erscheinender Zählimpuls gelangt direkt an den Vorbereitungseingang Si der ersten
bistabilen Kippstufe FF1 und über das Negationsglied N an den Vorbereitungaeingang
§1 dieser Kippstufe. Je nach Phasenlage des Zihlimpulses zu den Taktimpulsen schaltet
unter Einhaltung einer vorgegebenen Vorbereitungszeit der erste oder zweite auf
die positive Flanke des Zählimpulses folgende Taktimpuls die bistabile Kippstufe
FF1 um. Das Zurückschalten in den Ruhezustand erfolgt entsprechend nach dem Ende
des Zählimpulses.
-
In Fig. 2 sind die an dem Eingang E1 erscheinenden Zählimpulse in
der zeitlichen Reihenfolge ihres Erscheinens numeriert. Da der Ausgang C der ersten
bistabilen Kippstufe BF1 mit dem Vorbereitungseingang S2 der zweiten bistabilen
Kigppstufe FF2 und der Ausgang C1 der ersten bistabilen Kippstufe FF1, solange am
Eingang E2 logisch "L" liegt, üher das UND-Gatter G1 mit dem Vorbereitungaeingang
S2 der zweiten bistabilen Kippstufe FF2 verbunden sind, wird die zweite bistabile
Kippstufe FF2 jeweils um eine Taktpulsperiode gegen den Umschaltzeitpunkt der ersten
bistabilen Kippstufe FF1 verzögert umgeschaltet. Da die Ausgangssignale des ersten
UND-Gatters G1 nur zur Vorbereitung der zweiten bistabilen Kippstufe FF2 benötigt
werden, ist es selbstverständlich möglich, das erste UND-Gatter G1 durch konjunktiv
verknüpfte Vorbereitungseingänge zu ersetzen. Durch die Bildung der konåunktiven
Verknüpfung C1 2 E2 in dem zweiten UND-Gatter G2 erhält man am Ausgang s zu den
gemäß Fig. 2 mit 1, 2, 4 und 5 bezifferten Eingangsimpulsen die zugehörigen synchronisierten
Auagangsimpulse. Zeitlich liegen diese Impulse in der jeweils ersten Taktpulsperiode,
die der positiven Flanke der Eingangszählimpulse folgt. Erscheint am Eingang §2
ein Sperrimpuls gemäß Fig. 2, so werden für die Dauer des Sperrimpulses das Signal
am Vorbereitungseingang S2 der zweiten bistabilen Kippstufe FF2 und das Ansgangssignal
am ausgang A logisch on. Das Umschalten der zweiten bistabilen Kippstufe FF2 aus
ihrer Ruhelage erfolgt daher um zwei Taktpulsperioden gegen den Umschaltzeitpunkt
der ersten bistabilen Kippstufe FF1 verzögert. Das Zurückschalten der bistabilen
Eippstufe PF2 in die Ruhelage erfolgt wie oben beschrieben eine Taktpulsperiode
nach dem Zurückschalten der ersten bistabilen Kippstufe FF1.
-
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, liegt der mit 3 (Zeile A) bezeichnete
synchronisierte Zählimpuls im Gegensatz zu den übrigen Zählimpulsen in der zweiten
Taktpulsperiode, die der positiven Flanke des dritten Eingangszählimpulse-s (Zeile
E1) folgt. Der zum dritten Eingangszählimpuls gehörende synchronisierte Impuls erscheint
wie gewünscht in die dem Sperrimpuls folgende Periode der Impulsfolge am Eingang
verschoben. Am Eingang E2 erscheinende Sperrimpulse, die in einer anderen als der
beschriebenen Phasenlage zu den Eingangszählimpulsen liegen, beeinflussen die oben
beschriebene Synchronisation der Zählimpulse mit dem Taktpuls nicht.
-
Patentansprüche: