DE2018434A1 - - Google Patents

Description

IBM Deutschland Internationale Büro-Maschinen Gesellschaft mbH

Böblingen, 8. April 1970 lo/du

Anmelderin:

International Business Machines Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen:

Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin:

Docket KI 968 015

Automatische Impulsabstand-Messung.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur automatischen Messung des Zeitintervalls zwischen jeweils zwei elektrischen Impulsen (Start- bzw. Stopimpuls) durch Zählung frequenzkonstanter Zeitimpulse eines Haupt-Oszillators, mit einem Zähler für die während des Zeitintervalls auftretenden Zeitimpulse, mit wenigstens einem Nonius-Oszillator etwas abweichender Frequenz zur Interpolation der Differenz zwischen dem Zeltintervall und den gezählten Zeitimpulsen und mit weiteren Zählern für kleinere Zeiteinheiten.

Eine solche Meßeinrichtung ist z.B, durch das USA-Patent 2 665 bekannt. In ihr steuern Start- und Stopimpuls während des zu messenden Zeitintervalls die Zeitimpiilse eines dauernd laufenden Haupt-Oszillators in einen ersten Zähler für die entsprechenden (großen) Zeiteinheiten. Die Zeltdifferenz zwischen dem Startimpuls und dem folgenden ersten Zeltimpuls wird interpoliert mittels eines

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ersten Nonius-Oszillators mit einer gegenüber dem Haupt-Oszillator etwas höheren Impulsfrequenz. Der Startimpuls startet diesen ersten Nonius-Oszillator und gibt für dessen Nonius-Impulse den Weg in einen zweiten Zähler für die zu interpolierenden kleinen Zeiteinheiten frei. Die Zählung dieser Nonius-Impulse wird beendet, sobald ihre Phasengleichheit mit den Impulsen des Haupt-Oszillators erreicht und durch einen Koinzidenzkreis ermittelt ist. Entsprechend wird die Zeitdifferenz zwischen dem letzten gewählten Zeitimpuls und dem folgenden Stopimpuls interpoliert mittels eines zweiten dem ersten frequenzgleichen Nonius-Oszillators, der durch den Stopimpuls gestartet wird. Die Zählung dieser Nonius-Impulse erfolgt in demselben zweiten Zähler und wird durch den Stopimpuls eingeleitet und wieder durch den Koinzidenzkreis bei Phasengleichheit mit den Zeitimpulsen' beendet. Die kleinste interpolierbare Zeiteinheit entspricht der einfachen Perioden-Differenz von Haupt- und Nonius-Oszillator.

Wenn das kleinste mögliche aller su messenden Zeitintervalle größer ist als die beim Interpolieren der Zeitdifferenz zwischen dem Startimpuls und dem folgenden Zeitimpuls bis zur Phasengleichheit auftretende größtmögliche Anzahl von Nonius-Impulsen, so kann gemäß dem USA-Patent 2 665 411 der zweite Non'us^Oszillator eingespart und nur der erste Nonius-Oszillator ein zweites Mal auch zur Interpolation der Zeitdifferenz zwischen dem letzten gezählten Zeitimpuls und dem Stopimpuls verwendet werden. In diesem E'all ist für die Messung der genannten Zeitdifferenz am Schluß des Zeitintervalls ein getrennter dritter Zähler vorgesehen.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Meßeinrichtung der genannten Art zn schaffen, die auch ohne die vorstehend genannte Vorbedingung einer Mindestdauer des zu messenden Zeitintervalls mit nur einem einzigen Wonius-Oszillator auskommt und darüber hinaus eine mehrstufige Interpolation nach in Größenordnungen (z.B. Dezimalstellen) gestaffelten Zeiteinheiten ssu ermöglichen.

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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Haupt-Oszillator erst am Anfang jedes zu messenden Zeitintervalls durch das Start-Signal - vorzugsweise mittels eines bistabilen Kippkreises - gestartet wird, daß der einzige Nonius-Oszillator erstmals erst am Ende des Meßintervalls durch das Stopsignal zur ersten Stufe einer mehrstufigen Interpolation gestartet und bei Phasengleichheit der Nonius-Impulse mit den Zeitimpulsen durch das Ausgangs-Signal eines Phasengleichheit-Anzeigers zunächst abgeschaltet, jedoch nach einer Verzögerung dieses Signals um ein ungerades Vielfaches einer halben Zeitimpulsperiode - vorzugsweise um 1 1/2 Zeitimpulsperioden und mittels eines Verzögerungskreises - erneut gestartet wird zur zweiten Interpolationsstufe gleicher Art und daß nach deren Beendigung durch den Phasengleichheit-Anzeiger von letzterem der Nonius-Oszillator für weitere Interpolationsstufen entsprechend verzögert startbar ist.

Die dem Zeitintervall entsprechenden Zeitimpulse des Haupt-Oszillators werden über eine Steuerstufe in einem ersten Zähler gezählt und die während der aufeinanderfolgenden Interpolationsstufen erzeugten Nonius-Impulse des Nonius-Oszillators werden über weitere, durch eine Ringschaltung nacheinander wirksam gemachte Steuerstufen in weiteren Zählern gezählt als Zeiteinheiten abnehmender Größenordnung.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes anhand von Zeichnungen genauer beschrieben. Von letzteren sind

Fign. 1+2: Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung;

Fig. 3: Anordnungsskizze für Fign. 1+2;

Fig. 4: Schaltbild des Phasengleichheit-Anzeigers in Fig. 1;

Fign. 5A-Q: Spannungs-Zeit-Diagramme für verschiedene Punkte

der Schaltung nach Fign. 1,2 bzw. 4. 009846/1130

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Das im Blockschaltbild nach Fig. 1 und 2 in der Anordnung nach Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung ermittelt Zeitintervalle, deren Anfang durch die Vorderflanke eines positiven Startsignals auf der Eingangsleitung 111 und deren Ende durch die Vorderflanke eines positiven Stopsignals auf der Eingangsleitung 112 gegeben 1st.

Das Startsignal schaltet über einen bistabilen Kippkreis (Flip-Flop) 110 den 1. (Haupt-)Oszillator 30 ein und öffnet eine Steuerstufe 20 für den verzögerten Durchlaß der vom Oszillator 30 gelieferten Rechteck-Zeitimpulse gemäß Fig. 5C zum 1. Zähler 10.

Das Stopsignal sperrt die Steuerstufe 20 für den weiteren Durchlaß der Zeltimpulse zum Zähler 10, schaltet gleichzeitig den 2. (Nonius-) Oszillator 31 für die erste Interpolation der Zeitdifferenz zwischen dem letzten Zeitimpuls innerhalb des Meßintervalls und dem Stopimpuls ein und öffnet eine Steuerstufe 21 für den verzögerten Durchlaß der vom Oszillator 31 erzeugten Rechteck-Nonius-Impulse etwas höherer Frequenz laut Fig. 5D zum 2. Zähler 11, der sie als Zeiteinheiten der nächstniedrigeren Größenordnung zählt.

Die Phasen der Zeit- und der Nonius-Impulse werden laufend durch einen Phasengleichheit-Anzeiger 32 verglichen, der bei jeder auftretenden Phasengleichheit den Nonius-Oszillator 31 stoppt und die Steuerstufen 21 bis 23 für den Durchlaß von Nonius-Impulsen zu den sie als Zeiteinheiten mit gestaffelter, abnehmender Größenordnung zählenden Zählern 11 bis 13 sperrt sowie über einen Verzögerungskreis 33 und eine jeweils um eine Stufe weitergeschaltete Ringschaltung 34 den Nonius-Oszillator 31 verzögert wieder einschaltet und die nächste Steuerstufe 22, 23 für den Durchlaß der Nonius-Impulse öffnet. In Fig. 1 und 2 sind nur drei Interpolationsstufen mit den Steuerstufen 21 bis 23 und den Zählern 11 biß 13 gezeichnet. Es können jedoch, wie aus der noch zu beschreibenden Wirkungsweise hervorgeht, noch weitere, vor der gezeichneten letzten einzufügende Interpolationsstufen vorgesehen werden. Der Meßwert des

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gesuchten Zeitintervalls ergibt sich als Summe der in allen Zählern gezählten Zeiteinheiten von abnehmend gestaffelter Größenordnung.

Die Steuerstufen 20 bis 23 bestehen aus der Reihenschaltung eines Torkreises 60 bis 63, der von einem bistabilen Kippkreis (Flip-Flop) 50 bis 53 gesteuert wird, eines weiteren Torkreises 80 bis 83, der von einem monostabilen Multivibrator 70 bis 73 gesteuert wird, sowie - mit Ausnahme der Steuerstufe 23 - eines ODER-Kreises 100 bis 102, dessen zweiter Eingang von einem UND-Kreis 90 bis 92 gespeist wird. Der bistabile und der monostabile Kippkreis 50 bis 53 bzw. 70 bis 73 jeder Steuerstufe werden gleichzeitig mit dem diese steuernden Oszillator 30 bzw. 31 eingeschaltet; während der erste Torkreis 60 bis 63 dadurch sofort geöffnet wird, wird gleichzeitig der zweite Torkreis 80 bis 83 für die Dauer des ersten Oszillatorimpulses gesperrt und dadurch dessen unvollständiger Durchlaß und infolgedessen unsichere Zählung durch den Zähler 10 bis 13 verhindert* Der ODER-Kreis 100 bis 102 und der UND-Kreia 90 bis 92 dienen dazu, diese unterdrückte Zählung am Anfang des folgenden Interpolations-Zählvorganges nachzuholen.

Fig. 4 zeigt genauer die Schaltung des Phasengleichheit-Anzeigers 32 nach Flg. 1. über die Eingangsleitungen 113 und 114 werden einem ÜND-Kreie 115 die Rechteckimpulse des Haupt-Oszillators 30 und des Nonius-Oszillators 31 mit etwas unterschiedlicher Frequenz und meistens zunächst auch unterschiedlicher Phasenlage zugeführt. Nur während der Zeit, in der sich die beiden positiven Impulse überlappen, liefert der UND-Kreis 115 positive Ausgangsimpulse gleichzeitig an zwei parallel geschaltete Integrierkreise, einen Ziffern** Integrierkreis und einen Analog-Integrierkreis.

Der Ziffern-Integrierkreis besteht aus einem monostabilen Multivibrator 120, der durch einen an seinem O-Eingang wirksamen positiven Auegangsimpuls des ÜND-Kreises 115 in seinen unstabilen 0-Zustand versetzt wird, der etwa die Dauer einer Impulsperiode des Haupt-OtziIlatore 30 hat. Solange in diesen Abständen positive Im-

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pulse am O-Eingang des monostabilen Kippkreises 120 auftreten, ist dessen O-Ausgang positiv und macht den 1-Eingang eines bistabilen Kippkreises 121 positiv, wodurch letzterer in den 1-Zustand kippt und an seinem O-Ausgang 122 negative Spannung liefert.

Der Analog-Integrierkreis besteht aus einer Diode 130 und einer ihr nachgeschalteten RC-Ableitung zur Erde aus einem Kondensator 133 und einem zu ihm parallelen Widerstand 134 in dem einen Eingangskreis eines Differenzverstärkers 132, dessen Ausgang mit dem O-Eingang des bistabilen Kippkreises 121 verbunden ist. Am zweiten Eingang 136 des Differenzverstärkers 132 liegt eine Spannungsquelle 135 mit einstellbarer positiver Spannung. Die positiven .Ausgangsimpulse des UND-Kreises 115 laden über die Diode 130 den Kondensator 133 entsprechend ihrer Länge auf. Zusammen mit dem Widerstand 134 ermittelt oder integriert der Kondensator 133 die positiven Ausgangsimpulse des UND-Kreises 115 und führt ihren zeitlichen Mittelwert dem Eingang 131 des DifferenzVerstärkers 132 zu. So lange, wie infolge von positiven Ausgangsimpulsen des UND-Kreises 115 die Kondeneatorspannung und somit die Spannung am Verstärkereingang 131 höher positiv ist als die am Verstärkereingang 136 eingestellte, let die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 132 negativ und wird positiv, sobald die Spannung am Eingang 131 gleich oder kleiner wird als die am Eingang 136. Diese positive Ausgangsspannung des Verstärkers 132 kippt den bistabilen Kippkreis 121 in seinen 0-Zustand zurück und macht seinen O-Ausgang 122 wieder positiv.

Die Wirkungsweise der Meßeinrichtung nach Fig. 1, 2 und 4 wird nachstehend anhand von Spannungsdiagrammen Fig. 5A bis Q genauer erläutert. Die den Anfang des zu messenden Zeitintervalls To (Fig. 5A) darstellende Vorderflanke eines positiven Startsignals auf der Leitung 111 kippt die bistabilen Kippkreise 110 und 50 in den 1-Zustand und üen aonostabilen Kippkreis 70 vorübergehend in den Q-Zustandf se daß die in Fig. Sk gezeigte Spannung am I-Ausgang den Kippkreis€3 HO einen positiven Anstieg 150 aufweist, der aeiseaseite den Kaupfe^ösaillator 30 startet» Letzterer ersseixcrfc nim e;:-¹

Fig. 5C fortlaufend positive Rechteckimpulse 160 bis 171 bis zum Ende der Messung. Der monostabile Kippkreis 70 erzeugt an seinem 1-Ausgang nach Fig. 5J einen, mit dem Startsignal beginnenden negativen Impuls von der Länge etwa einer Impulsperiode des Haupt-Oszillators 30, wodurch der Torkreis 80 der Steuerstufe 20 bis
zur Rückflanke des ersten Oszillatorimpulses 160 oder noch kurz
danach für den Durchlaß dieses Impulses gesperrt wird. Wenn im
genannten Zeitpunkt der monostabile Kippkreis 70 automatisch in
seinen 1-Zustand zurückkehrt, öffnet er den Torkreis 80, der nun nach Fig. 8K den folgenden Oszillatorimpuls 161 durchläßt, der
nun über den schon vorher vom bistabilen Kippkreis 50 geöffneten Torkreis 60 und den ODER-Kreis 100 der Steuerstufe 20 den Zähler 10 in die Stellung 1 fortschaltet.

In dem nach Fig. 5 angenommenen Beispiel wird das zu messende Zeitintervall To zwischen dem 2. und 3. Oszillatorimpuls 161 bzw. (Fig. 5C) durch die. Vorderflanke eines positiven Stopsignals auf der Leitung 112 beendet. Dadurch wird in der Steuerstufe 20 der
bistabile Kippkreis 50 wieder in den 0-Zustand gekippt und somit der Torkreis 60 für den Durchlaß weiterer Oszillatorimpulse gesperrt, und gleichzeitig wird in der Steuerstufe 21 der bistabile Kippkreis 51 nach Fig. 5B in den 1-Zustand und der monostabile
Kippkreis 71 vorübergehend nach Fig. 5L in den 0-Zustand gekippt sowie über den ODER-Kreis 43 der Nonius-Oszillator 31 gestartet, der nun nach Fig. 5D Rechteckimpulse 180, 181... etwas höherer Frequenz als der Haupt-Oszillator 30 erzeugt.

Von der Dauer der zu messenden Zeitintervalle hängt die Wahl der Impulsfrequenz der beiden Oszillatoren 30 und 31 ab; sie kann im kHz-Bereich liegen oder für kürzere Zeitintervalle im MHz-Bereich oder noch höher. Als Beispiel wurde für das Meßintervall To nach

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Fig. 5A ein Wert von 245 ns (Nanosekunden, 10 Sek.) angenommen und dementsprechend für den Haupt-Oszillator 30 eine Impulsfrequenz von .10 MHz (Mega-Hertz) bzw. eine Impulsperiode von 100 ns. Nach dem bereits bekannten Nonius-Vörfahre: *ird d-sa MeSintervall To,

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die sogenannte Echtzeit, zunächst durch Zählung der in sie fallenden ganzen Impulsperioden - im vorliegenden Fall 2 von je 100 ns des Haupt-Oszillators 30 grob gemessen. Die Feinmessung (Interpolation) der Restzeit Tl (Fig. 5D, E) zwischen dem Ende des 2. Zeitimpulses 161 und der Vorderflanke des Stopsignals erfolgt anschließend im sogenannten Zeitdehnungsbereich durch Zählung der mit dem Stopsignal einsetzenden ganzen Impulsperioden des Nonius-Oszillators 31 bis zur Phasengleichheit mit den Haupt-Oszillator-Impulsen. Die Impulsfrequenz des Nonius-Oszillators 31 im Verhältnis zu der des Haupt-Oszillators 30 bestimmt die kleinste, durch die genannte erste Zählung der bis zur Phasengleichheit auftretenden Nonius-Impulse 180, 181... meßbare Interpolations-Zeiteinheit, also die Auflösung der Interpolation, und zwar ist diese gleich der einfachen Periodendifferenz von Haupt- und Nonius-Oszillator. Je größer diese Periodendifferenz und somit die Feinmeß-Zeiteinheit ist, desto schneller tritt Phasengleichheit von Zeitimpulsreihe und Nonius-Impulsreihe ein. Umgekehrt, je kleiner die Periodendifferenz ist, nach einer desto größeren Impulszahl tritt erst Phasengleichheit ein und desto genauer ist bereits die erste Interpolation.

Wenn bei einer Impulsfrequenz von 10 MHz des Haupt-Oszillators die des Nonius-Oszillators 31 zu 11,1 MHz gewählt wird, so sind die entsprechenden Periodendauern 100 ns bzw. 90 ns und ihre der kleinsten interpolierbaren Zeiteinheit entsprechende Differenz 10 ns oder 1/10 der Impulsperiode des Haupt-Oszillators 30. Wird die Impulsfrequenz des Nonius-Oszillators 31 dagegen zu 10,1 MHz und somit seine Impulsperiode zu 99 ns gewählt, so beträgt die Periodendifferenz und somit die kleinste interpolierbare Zeiteinheit 1 ns. Zwecks bequemer und einigermaßen maßstäblicher Darstellbarkeit der Spannungs-Zeit-Diagramme in Fig. 5 wird als Beispiel der erstgenannte Fall einer Nonius-Frequenz von 11,1 MHz und somit einer Auflösung von 10 ns == 1/10 Haupt-Oszillatorperiode angenommen .

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Der vom Stopsignal in der Steuerstufe 21 eingeschaltete bistabile Kippkreis 51 öffnet zwar den Torkreis 61, jedoch sperrt gleichzeitig der monostabile Kippkreis 71 mit seinem negativen 1-Impuls 200 (Fig. 5L) den Torkreis 81 kurzzeitig für den Durchlaß des ersten Nonius-Impulses 180 und bereitet mit seiner 0-Ausgangsspannung den UND-Kreis 90 in der Steuerstufe 20 vor für den Durchlaß eines einzigen Korrekturimpulses zum Zähler 10. Der erste Nonius-Impuls 180 (Fig. 5D) und der Zeitimpuls 162 (Fig. 5C) überlagern sich im UND-Kreis 115 (Fig. 4) des Phasengleichheit-Anzeigers 32 (Fig. 1), der dadurch nach Fig. 5E vom Beginn'des Zeitimpulses 162 ab Koinzidenzimpulse 190 bis 193 abnehmender Breite erzeugt. Der erste Koinzidenzimpuls 190 schaltet den monostabilen Kippkreis 120 (Fig. 4) im Ziffernintegrierzweig gemäß Fig. 5G ein, der seinerseits den bistabilen Kippkreis 121 (Fig. 4) umschaltet und an dessen 0-Ausgang 122 nach Fig. 5H ein negatives Ausgangssignal 215 veranlaßt. Dieses Ausgangssignal wird nach Fig. 1 invertiert und gelangt über den vorbereiteten UND-Kreis 90 (Fig. 5M) und den ODER-Kreis 100 der Steuerstufe 20 in den Zähler 10 als Korrekturimpuls 201 (Fig. 5K), der den zuvor für den Zähler 10 gesperrten ersten Zeitimpuls 160 (Fig. 5C) nachträglich ersetzt. Durch die automatische Rückkehr des monostabilen Kippkreises 71 (Fig. 1) der Steuerstufe 21 in seinen 1-Zustand, also die Beendigung seines negativen Ausgangsimpulses 200 (Fig. 5L) wird auch der Korrekturimpuls 201 (Fig. 5K) beendet und gleichzeitig der Torkreis 81 (Flg. 1) der Steuerstufe 21 für den Durchlaß der Nonius-Impulse 181 bis 183 (Fig. 5N) über den Torkreis 61 und den ODER-Kreis 101 in den Zähler 11 geöffnet.

Von den immer schmaler werdenden Koinzidenzimpulsen 190 bis 193 nach Fig. SE aus dem UND-Kreis 115 (Fig. 4) des Phasengleichheit-Anzeigers 32 ist der letzte bereits so schmal/ daß er den unstabilen O-Zustand des monostabilen Kippkreises 120 nicht aufrechterhalten kann. Der Kippkreis 120 kehrt infolgedessen kurz danach automatisch wieder in »einen stabilen 1-Zustand zurück und liefert wieder ein negatives Signal 211 (Fig. 5G) an den 1-Eingang des bistabilen Kippkreises 121, das dessen Verriegelung im !-Zustand

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beendet. Zu Beginn der Koinzidenzimpulse 190 bis 193 hatte der erste Impuls 190 gleichzeitig mit der Betätigung des monostabilen Kippkreises 120 auch den Kondensator 133 im Analog-Integrierzweig über die Diode 130 positiv aufgeladen, so daß die Spannung am Eingang 131 des Differenzverstärkers 132 die positive Spannung am Verstärkereingang 136 überstieg und der Verstärker eine negative Ausgangsspannung 215 (Fig. 5H) lieferte. Dadurch wurde die Verriegelung des bistabilen Kippkreises 121 im O-Zustand aufgehoben, so daß er durch das gleichzeitig entstandene positive Ausgangssignal 210 (Fig. 5G) des monostabilen Kippkreises 120 in den 1-Zustand gekippt werden konnte. Nach dem ersten Koinzsidenzimpuls 190 floß ein Teil der von ihm erzeugten positiven Kondensatorladung über den Widerstand 134 ab, wurde dann von dem schmaleren nächsten Koinsidenzimpuls 191 nur zvm Teil wieder ergänzt, danach über den Widerstand 134 erneut teilweise entladen und so fort, so daß eiae trepp@nähnlich@, iiit abnehmender Stufenhöhe im Mittel abfallende positive Spannung aa Kondensator 133 entstand. Die Kondensatorspanniaag_ff sugleisli Spaasrang am ¥©rstärkereingang 131, ist der Einfachheit halbsr in Fig«, SF als glatte Sägezahnspannung dargestellt. föFüsm ei© krnsz naeh dem !©taten Koinzidenzimpuls 193, unä zwar im 2©itpraikt üqk g©aaö©a Phas@ngleichh.eit von Nonius-Impulses (Fig. 5D) und ^©itispaisan (Fig. SC) _s auf die gleiche Höhe wie dl© entsprechend jasti®S"es Spaaaung am Verstärker eingang 136 abgefallen ist, so wird aaek Fig, 5H die vorher negative Vsrstärkerausgangs= apaaansig 215 uiader positiv 21S nnä Hi©eht durch Ausschaltung öse bistabilen Kippkraise© 123. d©©si@a Äosgaiagsspannung 122 ebenfalls positiv»

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Ringschaltung 34 aus der Ruhestellung 1 In den Zustand 2, in dem am Ausgang ihrer Stufe 2 positive Spannung erscheint. Diese schaltet über die Ausgangsleitung 41 in der Steuerstufe 22 den bistabilen Kippkreis 52 ein (Fig. 51), der nun den Torkreis 62 öffnet, sowie den monostabilen Kippkreis 72 ein, der mit seinem negativen Ausgangsimpuls 230 (Fig. 50) den Torkreis 82 sperrt und gleichzeitig den UND-Kreis 91 (Fig. 1) in der Steuerstufe 21 vorbereitet für den Durchlaß eines einzelnen Korrekturimpulses in den Zähler 11, und startet ferner über den ODER-Kreis 43 (Fig. 1) den Nonius-Oszillator 31 erneut für einen zweiten InterpolationsVorgang.

Hier setzt die Erfindung ein. Die Zeitdifferenz T2 zwischen dem Ende des letzten zuvor im Zähler 11 gezählten Nonius-Impulses 183 und dem Zeitpunkt der genauen Phasengleichheit von Nonius- und Zeitimpulsen - der durch die zweite gestrichelte Senkrechte von links in der Fig. 5 gekennzeichnet ist - stellt den schon um den Auflösungsfaktor 10 gedehnten Zeitrest dar, der kleiner ist als die kleinste im Zähler 11 zählbare, einer vollen Nonius-Impulsperiode entsprechenden (gedehnten) Zeiteinheit von D \ ns. Er wird erfindungsgemäß nicht vernachlässigt, sondern ebenfalls interpoliert durch erneute Anwendung des vorstehend für den Zeitrest Tl beschriebenen Interpolationsverfahrens auf den Zeitrest T2, wobei sich erneut ein Auslösungsfaktor 10, also eine Gesamtauflösung von 10·10=100 ergibt, so daß beim zweiten Interpolationsvorgang in dem erneut gedehnten Zeitmaßstab eine volle Nonius-Impulsperiode den Wert von 1 ns hat. Der dafür erforderliche erneute Start des Nonius-Oszillators 31 setzt einen ausreichenden zeitlichen Abstand vom vorhergegangenen Stoppen voraus, so daß alle Schaltelemente des Oszillators mit Sicherheit den Ruhezustand erreicht haben. Außerdem muß der neue Startpunkt des Nonius-Oszillators 31 genau denselben Abstand T2 von der Rückflanke eines geeigneten Zeitimpulses, z.B. 166 in Fig. 5C, haben, wie der Phasengleichhelts-Zeitpunkt von der Vorderflanke des Zeitimpulses 165, so daß also die dazwischenliegende Verzögerung des Verzögerungs«

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kreises 33 zweckmäßig ein ungerades Vielfaches einer halben Zeitimpulsperiode, vorzugsweise 1 1/2 Zeitimpulsperioden, betr igt«

Die nach Fig. 5D neu gestarteten Nonius-Impulse 184 bis 188 werden mit den Zeitimpulsen 167 bis 171 wieder im UND-Kreis 115 (Fig. 4) des Phasengleichheit-Anzeigers 32 überlagert, wodurch nach Fig. 5E Koinzidenzimpulse 194 bis 198 mit abnehmender Impulsbreite entstehen. Der erste Koinzidenzimpuls 194 schaltet sofort mittels des monostabilen Kippkreises 120 (Fig. 5G) den bistabilen Kippkreis 121 ein, der auf der Ausgangsleitung 122 nach Fig. 5H negative Spannung erzeugt. Letztere wird invertiert und gelangt über den vorbereiteten UND-Kreis 91 (Fig. 1) und den ODER-Kreis der Steuerstufe 21 als Korrekturimpuls 231 (Fig. 5P) in den Zähler 11, der dadurch nach der Zählung der Nonius-Impulse 181 bis 183 (Fig. 5N) nun auf den Zählerstand 4 gebracht wird entsprechend der zweiten Dezimalstelle 4 des angenommenen Meßwertes 245 ns des zu messenden Zeitintervalls.

Nach der automatischen Rückkehr des monostabilen Kippkreises 72 (Fig. 2) in seinen bistabilen 1-Zustand, d.h. nach Beendigung seines negativen Ausgangsimpulses 230 und des Korrekturimpulses 231 (Fig. 50, P), läßt der Torkreis 82 die dem unterdrückten Zeitimpuls 184 folgenden Zeitimpulse 185 bis 188 (Fig. 5Q) zum 3. Zähler 12 durch. Wie schon bei der ersten Interpolationsstufe beschrieben, erzeugen die Koinzidenzimpulse 194 bis 198 (Fig. 5E) am Kondensator 133 (Fig. 4) im Analogintegrierzweig des Phasengleichheit-Anzeigers 32 eine im Mittel abfallende positive Ladespannung in der vereinfachten Darstellung nach Fig. 5F. Der Zeitpunkt ihres Abfalls auf den am Verstärkereingang 136 (Fig. 4) eingestellten Spannungswert bestimmt die genaue Phasengleichheit von Zeit- und Nonius-Impulsen (Fig. 5C bzw. D), die durch die letzte gestrichelte Senkrechte in Fig. 5 gekennzeichnet ist. Nachdem schon kurz vorher der monostabile Kippkreis 120 (Fig. 4) beim letzten, zur Aufrechterhaltung seines instabilen O-Zustandes nicht mehr ausreichenden, sehr schmalen Koinsidenzirnpuls 198 (Fig. 5E) automatisch in seinen stabilen 1-Zustand zurückgekehrt war und seine

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positive Ausgangsspannung 212 (Fig. 5G) beendet, wurde kurz danach im Phasengleichheitszeitpunkt die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 132 (Fig. 4) und des bistabilen Kippkreises 121 auf der Leitung 122 nach Fig. 5H wieder positiv. Durch diese positive Ausgangsspannung des Phasengleichheit-Anzeigers 32 (Fig. 1) wird der Nonius-OsziIlator 31 gestoppt und über die Leitung 122 in der Steuerstufe 22 (Fig. 2) der bistabile Kippkreis 52 wieder ausgeschaltet (Fig. 51) und dadurch der Torkreis 62 wieder gesperrt. Gleichzeitig schaltet in der schon beschriebenen und deshalb nicht mehr diagrammäßig in Fig. 5 erläuterten Weise die positive Spannung auf der Leitung 122 über den Verzögerungskreis 33 die Ringschaltung 34 verzögert in die nächste, z.B. letzte Stellung N fort. Ihre positive Ausgangsspannung startet über die Leitung und den ODER-Kreis 43 (Fig. 1) den Nonius-Oszillator 31 abermals zur Interpolation des letzten Zeitrestes T3, öffnet zugleich in der letzten Steuerstufe 23 durch Einschaltung des bistabilen Kippkreises 53 und des monostabilen Kippkreises 73 den Torkreis 63 bzw, sperrt den Torkreis 83 kurzzeitig und bereitet den UND-Kreis 92 in der Steuerstufe 22 vor für den Durchlaß des (letzten) Korrekturimpulses in den Zähler 12. Dieser Korrekturimpuls wird wie die vorhergehenden ausgelöst durch den ersten Koinzidenzimpuls des Phasengleichheit-Anzeigerβ 32 und dessen dadurch erzeugte negative Ausgangsspannung auf der Leitung 122, die über einen Inverter den zweiten Eingang des vorbereiteten UND-Kreises 92 beaufschlagt. Der Korrekturimpuls ersetzt nachträglich den bei der zweiten Interpolation unterdrückten ersten Nonius-Impuls 184 und bringt den Zähler 12 auf den der letzten Dezimalstelle 5 des Zeitintervall-Meßwertes 245 ns entsprechenden Zählerstand 5.

Die dritte Interpolation wird wieder durch ein positives Auagangssignal des Phasengleichheit-Anzeigers 32 auf der Leitung 122 beendet, das über den am anderen Eingang vorbereiteten UND-Kreis (Fig. 2) sowie dessen Ausgangsleitung 45 als positives Signal für das Ende der Messung, das auch zur Auslösung weiterer Maßnahmen z.B. zur Entnahme und Auswertung der Meßergebnisse in den einzelnen

Zählern benutzt werden kann, den bistabilen Kippkreis 110 (Fig. 1)

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wieder ausschaltet. Das Ende 151 (Fig. 5A) von dessen positiver Ausgangsspannung bewirkt auch die Abschaltung des Haupt-Oszillators 30 laut Fig. 5C. Die positive Ausgangsspannung des Phasengleichheit-Anzeigers 32 auf Leitung 122 schaltet ferner in der Steuerstufe 23 (Fig. 2) den bistabilen Kippkreis 53 wieder aus und sperrt dadurch den Torkreis 63; ferner schaltet sie über den Verzögerungskreis 33 die Ringschaltung 34 aus der Stellung N in die nicht beschaltete und daher wirkungslose Ruhestellung 1 zurück.

Das dritte Interpolationsergebnis für die Restzeit T3, also die vierte Dezimalstelle der Intervallzeit, kann, z.B.. für Aufrundungszwecke, im Zähler 13 gebildet werden oder es kann darauf und somit auch auf den Zähler 13 ganz verzichtet werden. Umgekehrt ist theoretisch auch die Interpolation zusätzlicher Dezimalstellen mittels weiterer, an der Unterbrechungsstelle in Fig. 2 einfügbarer Steuerstufen möglich. Ebenso ist auch die schon besprochene Anwendung eines größeren Auflösungsfaktors, z.B. 100, für jede Interpolationsstufe möglich. Begrenzt werden diese Möglichkeiten jedoch durch die damit verbundenen erhöhten Genauigkeitsanforderungen an die Oszillatoren, die zu diesem Zweck quarzgesteuert sein können, und insbesondere an den Phasengleichheit-Anzeiger, der zu diesem Zweck nach Fig. 4 bereits zwei parallele Integrierkreise, einen Ziffern- und einen Analog-Integrierzweig, enthält.

Q09846/113Q Docket KI 969 015

Claims (5)

1. - 15 -

   PATENTANSPRÜCHE

   Einrichtung zur automatischen Messung des Zeitintervalls zwischen jeweils zwei elektrischen Impulsen durch Zählung frequenzkonstanter Zeitimpulse eines Haupt-Oszi^lators, mit einem Zähler für die während des Zeitintervalls auftretenden Zeitimpulse, mit einem Nonius-Oszillator etwas abweichender Frequenz zur Interpolation der Differenz ,zwischen dem Zeitintervall und den gezählten Zeitimpulsen und mit weiteren Zählern für kleinere Zeiteinheiten, dadurch gekennzeichnet, daß der Haupt-Oszillator (130) erst am Anfang jedes zu messenden Zeitintervalls (To) durch das Start-Signal - vorzugsweise mittels eines bistabilen Kippkreises (110) - gestartet wird, daß der einzige Nonius-Oszillator (231) erstmals erst am Ende des Meßintervalls (To) durch das Stopsignal zur ersten Stufe einer mehrstufigen Interpolation gestartet und bei Phasengleichheit der Nonius-Impulse mit den Zeitimpulsen durch das Ausgangssignal eines Phas gleichheit-Anzeigers (32) zunächst abgeschaltet, jedoch nach einer Verzögerung dieses Signals um ein ungerades Vielfaches einer halben Zeitimpulsperiode - vorzugsweise um 1 1/2 Zeitimpulsperioden und mittels eines Verzögerungskreises (33) - erneut gestartet wird zur zweiten Interpolationsstufe gleicher Art und daß nach deren Beendigung durch den Phasengleichheit-Anzeiger (32) von letzterem der Nonius-Oszillator (31) für weitere Interpolationsstufen entsprechend verzögert startbar ist.
2. 2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Zeitintervall (To) entsprechenden Zeitimpulse des Haupt-Oszillators (30) über eine Steuerstufe (20) in einem ersten Zähler (10) gezählt werden und daß die während der aufeinanderfolgenden Interpolationsstufen erzeugten Nonius-Impulse des Nonius-Oszillators (31) über

   ■ 0.098 467 t 130

   Docket KI 968 015

   weitere, durch eine Ringschaltung (34) nacheinander wirksam gemachte Steuerstufen (21, 22, 23) in weiteren Zählern (11, 12, 13) gezählt werden als Zeiteinheiten abnehmender Größenordnung.
3. 3. Meßeinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweils erste Zeit- bzw. Nonius-Impuls nach dem Einschalten des Haupt-Oszillators (30) bzw. Nonius-Oszillators (31) für die Zählung im zugehörigen Zähler (IO bis 13) durch einen monostabilen Multivibrator (70 bis 73) in der vorgeschalteten Steuerstufe (20 bis 23) unterdrückt und vor Beginn des nächsten Zählvorganges - unter Steuerung durch den Multivibrator (71 bis 73) der dem folgenden Zähler (11 bis 13) vorgeschalteten Steuerstufe (21 bis 23) - durch einen Korrekturimpuls wieder ersetzt wird.
4. 4. Meßeinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasengleichheit-Anzeiger (32) einen Ziffern-Integrierkreis in Form eines monostabilen Multivibrators (120) und einen Analog-Integrierkreis in Form der Parallelschaltung eines Kondensators (133) und eines Widerstandes (134) sowie eines Schwellenwert-Differenzverstärkers (132, 135) enthält.
5. 5. Meßeinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4., dadurch gekennzeichnet, daß der Haupt-Oszillator (30) am Ende der letzten Interpolationsstufe durch die letzte Steuerstufe (23) z.B. über einen UND-Kreis (44) und den bistabilen Kippkreis (110) gestoppt wird.

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   Docket KI 968 015

   ι Le

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