DE1947605B2

DE1947605B2 - Verfahren zur digitalen Quadratur des Verhältnisses einer variablen Meßfrequenz zu einer konstanten Grundfrequenz, insbesondere zur Gewichtsmessung mit Saitenwaagen

Info

Publication number: DE1947605B2
Application number: DE1947605A
Authority: DE
Inventors: Alfred Dr.-Ing. 7500 Karlsruhe Schief
Original assignee: August Sauter 7470 Albstadt GmbH
Current assignee: August Sauter 7470 Albstadt GmbH
Priority date: 1969-09-19
Filing date: 1969-09-19
Publication date: 1980-04-17
Also published as: SE360471B; FR2062919A2; DE1947605C3; IT951554B; BE756157A; NL7012335A; DE1947605A1; US3662159A; FR2062919B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur digitalen Quadratur des Verhältnisses einer variablen Meßfrequenz fx zu einer konstanten Grundfrequenz fxo mit Hilfe einer konstanten Bezugsfrequenz fo, insbesondere zur Gewichtsmessung mit Saitenwaagen unter Verwendung von drei Zählwerken, von denen nach gleichzeitigem Zählbeginn einem ersten Zählwerk, dem sogenannten Meßzähler, ei* i Folge elektrischer Impulse Ix mit einer zur Meßfrequenz fx proportionalen Meßimpulsfrequenz Fx für die Zählzeit (T\ + T₂) aus zwei Zählphasen zugeführt wird, von denen die erste Zählphase durch Voreinstellung eines zweiten Zählwerks, des sogenannten Grundzeitzählers, festgelegt ist, dem eine Folge elektrischer Bezugsimpulse Io mit einer zur Grundfrequenz fo proportionalen Bezugsimpulsfrequenz Fo zugeführt wird, während gleichzeitig ein drittes Zählwerk, der sogenannte Steuerzähler, die über die eine Impulsfolge überzählige Anzahl Tt(Fx- Fo) von Impulsen der anderen Impulsfolge zählt und die Dauer der sich anschließenden, zweiten Zählphase durch Einzählen von Impulsen der anderen Impulsfolge in den Steuerzähler bis zu einem Zeitpunkt festgelegt wird, in dem sich der in der ersten Zählphase erreichte Zählerstand des Steuerzählers auf einen vorbestimmten Zählwert geändert hat, nach Patent 17 66 781.

Aufgrund physikalischer Gesetze erhält man bei Messungen häufig ein periodisches Signal der Frequenz fx, die der Wurzel einer gesuchten physikalischen Größe X proportional ist. Es gilt also

fx = Fxo ■ [X

wobei Fxo eine Konstante ist. Um ein zur Größe X direkt proportionales Ergebnis zu gewinnen, das beispielsweise für eine Anzeige verwendet werden kann, ist das Quadrat der Frequenz fx zu bilden. Ein Beispiel für diesen Vorgang stellt die Saitenwaage dar, bei der die Eigenfrequenz einer schwingenden Saite proportional der Wurzel der die Saite spannenden Kraft ist. In diesem Fall besteht die physikalische Größe beispielsweise aus einer die Saite vorspannenden Kraft und dem die Saite zusätzlich spannenden Gewicht auf der Waagschale, das die Meßgröße darstellt. Die Konstante Fxo nimmt dann beispielsweise den Zahlenwert der Meßfrequenz fx ,in, den man für den Wert Null der Meßgröße erhält.

Das Haupipatcnt geht davon aus, daß das Ergebnis der Zählung einer Zahl von periodisch mit der Frequenz fx aufeinanderfolgenden Ereignissen proportional der Frequenz fx und der Zählzeit ist. Wird die Zählzeit ihrerseits proportional der Frequenz fx gemacht, so ist

das Ergebnis proportional dem Quadrat der Frequenz fx.

Das grundsätzliche Verfahren zur Durchführung dieser digitalen Quadratur ist dem Hauptpatent zu entnehmen. Dort ist auch ein Vorschlag für die "> praktische Durchführung dieses Verfahrens gemacht Dieses in der Praxis anwendbare Verfahren nach dem Hauptpatent weist jedoch Verfahrensschritte auf, die in der praktischen Realisierung einen beträchtlichen elektronischen Aufwand erforderlich machen. ι η

Aufgabe der Erfindung ist es, das grundsätzliche Verfahren nach dem Hauptpatent für die praktische Durchführung zu vereinfachen.

Das wird erfindungsgeinäß dadurch erreicht, daß nach Zählbeginn die Meßimpulsfrequenz Fx über ein η erstes Und-Tor an den Meßzähler und über ein zweites Und-Tor an den Vorwärtseingang des Steuerzählers gegeben wird, dessen zweitem, den Rückwärtseingang darstellenden Eingang über ein driites Und-Tor die Bezugsünpulsfrequenz Fo zugeführt wird, die außerdem über ein viertes Und-Tor an den Grundzeitzähler gelangt, der von Null bis zu einer voreingestellten Zahl zählt und so die Zeitdauer der ersten Zählphase festlegt, während welcher ein Ausgangssignal des Grundzeitzählers an das zweite und das vierte Und-Tor gegeben ist und diese während der ersten Zahlphase offenhält, daß der während der ersten Zählphase erreichte Zählerstand des Steuerzählers in der dadurch in ihrer Zeitdauer festgelegten zweiten Zählphase mit der Bezugsimpulsfrequenz Fo bis auf Null abgebaut wird μ und daß am Ende dieser Zeitdauer das bis dahin durch ein Ausgangssginal des Steuerzählers offen gehaltene erste Und-Tor gesperrt wird. Dieses Verfahren ist hinsichtlich der einzelnen Verfahrensschritte vereinfacht Entsprechend genügt auch ein verminderter elektronischer Bedarf zu seiner praktischen Durchführung. Außer den in jedem Fall erforderlichen drei Zählern wi "den nur vier gewöhnliche Und-Tore benötigt Es fällt insbesondere auf, daß für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens der nach dem Hauptpatent für die zweite Zählphase erforderliche Frequenzteiler nicht mehr erforderlich ist.

Die Bezugsfrequenz Fo kann gleich derjenigen Meßfrequenz fxo gewählt sein, die Jem Wert Null der Meßgröße entspricht Dadurch wird den Erfordernissen ^ des Waagebetriebes besonders Rechnung getragen. Der die Meßfrequenz erzeugende Oszillator und der die Bezugsfrequenz erzeugtxle Oszillator können nämlich unter diesen Umständen identisch aufgebaut sein. Einflüsse von Alterung, Temperatur, Schwerkraft, >o Schwingungen der Unterlage usw. wirken sich so auf beide Oszillatoren gleich aus und können nicht zu einer Verfälschung des Meßergebnisses führen.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. v> In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigt die einzige Figur die erfindungsgemäße für die digitale Frequenzquadratur verwendete Schaltung.

Bei Zählbeginn, also zu Beginn der Messung, wird mi eine von einem Meßoszillator stammende Spannung oder eine entsprechende MeBimpulsfrequcnz über ein Und-Tor Ui einen Meßzähler M zugeführt. Außerdem wird eine von einem Hilfsoszillator stammende Spannung einer festen F jquenz b/.w. eine entsprechen- hi de feste Bezugsimpulsfrequenz Fo über ein Und-Tor i/4 einem Grundzeitzähler G zugeführt, der an seinem Ausgang vom Beginn 1. r Messung an so lange ein Signal abgiDt, bis eine voreingestellte Zahl von Perioden Zg erreicht ist Die dazu benötigte Zeit 71 (erste Zählphase) ist gegeben durch

71 = -ψ
Fo

Durch das vom Ausgang des Grundzeitzählers G abgegebene Signal wird während der Zeit Ti über das Und-Glied i/4 der Eingang des Grundzeitzählers G sowie über ein Oder-Glied O 1 und ein Und-Güed i/3 der Rückwärtseingang R eines Steuerzählers 5 für die Vergleichsfrequenz Fo geöffnet. Gleichzeitig ist der Vorwärtseingang V des Steuerzählers 5 über ein Und-Glied i/2 für die Meßfrequenz Fx geöffnet Setzt man voraus, daß

Fx > Fo

ist so erhält man im Steuerzähler am Ende der ersten Zählphase, also nach der Zeit T i, den Zählerstand

ZS = 71 (Fx-Fo)

Nach Ablauf der Zeit Ti gibt der GrundzeitLähler kein Signal mehr ab. Das Und-Tor i/2 wird also für die Meßfrequenz Fx gesperrt während das Und-Tor i/3 und damit der Rückwärtseingang R des Steuerzählers S weiterhin durch ein vom Steuerzähler 5 abgegebenes Signal über das Oder-Tor OX für die Vergleichsfrequenz Fo offengehalten wird. Der Steuerzahler S gibt an seinem Ausgang so lange ein Signal ab, bis er wieder den Zählerstand Null erreicht hat. Da vorausgesetzt wurde, daß Fx> Fo ist, ist ZSsicher nicht negativ. Es ist jedoch am Anfang der Messung nicht gewährleistet daß zuerst eine Zählung im Vorwärtseiiigang Kdes Steuerzählers 5 erfolgt. Um eine vorzeitige Schließung des Und-Tores i/3 wegen einer zuerst stattfindenden Zählung im Rückwärtseingang und einer damit verbundenen Löschung des Ausgangssignals des Steuerzählers zu vermeiden, wurde das Oder-Glied O 1 vorgesehen, über das ?m Beginn der Messung ein eindeutiges Signal vom Ausgang des Grundzeitzählers G an das Und-Tor i/3 gelegt wird. Gleichzeitig werden ebenso eindeutige Verhältnisse auch für das Und-Tor Ui geschaffen, das dem MeQzähler M vorgeschaltet ist Soba'.d am Steuerzähler 5 der Zählerstand Null erreicht ist, an seinem Ausgang also kein Signal mehr auftritt, wird das Und-Tor Ui gesperrt. Die zum Abbau des Zählerstandes ZS mit der Frequenz Fo erforderliche Zeit TI (zweite Zählphase) beträgt

T--, ^ZS ^l ,τ- τ- . τ-,

Tl = -=r- = ■ Fx -Fo) = Ti

Fo Fo

Fo

Am eingang des Meßzählers M liegt über das Und-Glied U i während der gesamten Zeit 71 + 7? die Meßfrequenz Fx. Der erreichte Zählerstand ist

Zm = (71 + 72) · Fx

= 71

Fx

Fo

Fx = '-L-

Fo

Fx²

Er ist somit proportional zum Quadrat der Frequenz Fxund damit proportional zur Größe ,V.

Der elektronische Aufwand kann noch weitei verkleinert werden, wenn stau des Umsetzens der Meßfrequenz fx und der Bezugsfrequenz to in Impulsfrequenzen Fx, Fo diese Frequenzen fx, /b direkt als Spannungen an die Schaltung gegeben werden Ons Verfahren arbeitet dann gleicherweise. Zwei lnipulstransformatorcn sind aber zusätzlich eingespart.

Hierzu I Blatt /.eiuhninmen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur digitalen Quadratur des Verhältnisses einer variablen Meßfrequenz fx zu einer konstanten Grundfrequenz fxo mit Hilfe einer konstanten Bezugsfrequenz fo, insbesondere zur Gewichtsmessung mit Saitenwaagen unter Verwendung von drei Zählwerken, von denen nach gleichzeitigem Zählbeginn einem ersten Zählwerk, dem sogenannten Meßzähler, eine Folge elektrischer Impulse Ix mit einer zur Meßfrequenz fx proportionalen Meßimpulsfrequenz Fx für die Zählzeit (Ti+ T₂) aus zwei Zählphasen zugeführt wird, von denen die erste Zählphase durch Voreinstellung eines zweiten Zählwerks, des sogenannten Grundzeitzählers, festgelegt ist, dem eine Folge elektrischer Bezugsimpulse Io mit einer zur Grjndfrequenz fo proportionalen Bezugsfrequenz Fo zugeführt wird, während gleichzeitig ein drittes Zählwerk, der sogenannte Steuerzähler, die über die eine Impulsfolge überzählige Anzahl Tx(Fx-Fo) von Impulsen der anderen Impulsfolge zählt und die Dauer der sich anschließenden zweiten Zählphase durch Einzählen von Impulsen der anderen Impulsfolge in den Steuerzähler bis zu einem Zeitpunkt festgelegt wird, in dem sich der in der ersten Zählphase erreichte Zählerstand des Steuerzählers auf einen vorbestimmten Zählwert geändert hat, nach Patent 1766781, dadurch gekennzeichnet, daß nach Zählbcginn die Meßfrequenz (Fx)über ein erstes Uno-Tor (U 1) an den Meßzähler (M) und über ein zweites UrJ-Tor (112) an den Vorwärts-Eingang f VJdes Steuerzählers ("^gegeben wird, dessen zweitem, den Rückwärtseingang (R) darstellenden Eingang über ein drittes Und-Tor (U3) die Bezugsfrequenz (Fo) zugeführt wird, die außerdem über ein viertes Und-Tor (i/4) an den Grundzeitzähler (C) gelangt, der von Null bis zu einer voreingestellten Zahl zählt und so ά\ζ Zeitdauer (Ti) der ersten Zählphase festlegt, während welcher ein Ausgangssignal des Grundzeitzählers an das zweite und das vierte Und-Tor (U 2, UA) gegeben ist und diese während der ersten Zählphase offenhält, daß der während der ersten Zählphase erreichte Zählstand des Steuerzählers (S) in der dadurch in ihrer Zeitdauer (T2) festgelegten zweiten Zählphase mit der Bezugsfrequenz (Fo) bis auf Null abgebaut wird und daß am Ende dieser Zeitdauer das bis dahin durch ein Ausgangssignal des Steuerzählers ^offengehaltene erste Und-Tor (U I) gesperrt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsfrequenz (Fo) gleich derjenigen Meßfrequenz (fxo) gewählt ist, die dem Wert Null der Meßgröße entspricht.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßfrequenz (Fx) über das zweite Und-Tor (U2) an einen Vorwärtseingang evades Steuerzählers (^gegeben wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsfrequenz (Fo) über das dritte Und-Tor (UI) an einen Rückwärtseingang (R) des Steuerzahlers (S) gege ben wird.

5. Verfahren nach einem drr Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerzähler (S) während der gesamten Zähldauer (T\ + Tj) ein

Ausgangssignal erzeugt, das zum Offenhalten des ersten und dritten Und-Tores (UX, L/3) verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erhalt definierter Startbedingungen für den Zählvorgang die Ausgangssignale des Grundzeitzählers (G) und des Steuerzählers (S) über die beiden Eingänge eines Oder-Tores (Oi) dem ersten und dritten Und-Tor (U 1, UZ) zugeführt werden.