Elektrischer Signalumsetzer zur Umsetzung von Abtastwerten einer elektrischen Welle in Codegruppen von Zifferimpulsen oder umgekehrt Die vorliegende Erfindung betrifft einen Signal umsetzer.
Die Erfindung ist ähnlich der im Patent Num mer 364809 beschriebenen Einrichtung. In den in diesem Patent beschriebenen Einrichtungen werden Kippvorrichtungen mit zwei Zuständen, welche ma gnetisches Material mit einer praktisch rechteckför- migen Hysteresisschleife aufweisen, verwendet, um verschiedene Codierungseinrichtungen zu bilden zwecks Umsetzung von Abtastwerten einer Signal welle in Gruppen von Ziffernimpulsen, und zwar gemäss einem binären Code.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.
In der Zeichnung zeigt: die Fig. 1 ein Beispiel einer Codierungsschaltung, welche ein Ausführungsbeispiel des Erfindungs gegenstandes darstellt (in diesem Ausführungsbei spiel wird eine Amplitudenpressung erzeugt); die Fig.2 eine Hysteresiskurve zur Erläuterung der Arbeitsweise der Schaltung nach Fig. 1; die Fig. 3 eine Variante eines Teiles der Fig. 1 zur Erläuterung einer Variante der Codierungsschal tung;
die Fig. 4 ein Beispiel einer Schaltung zur De codierung der durch die Schaltung nach Fig. 1 er zeugten Codekombination und mit Mitteln zur Er zeugung einer komplementären Amplitudendehnung (Ausführungsbeispiel der Erfindung) und die Fig. 5 eine Variante eines Teiles der Fig. 4. In der in der Fig. 1 dargestellten Codierungs schaltung wird eine Amplitudenpressung als Teil des Codierungsvorganges erzeugt.
Zu Erläuterungszwek- ken wird angenommen, dass ein fünfziffriger binärer Code verwendet wird, welcher 32 verschiedene Am- plitudenpegel darstellen kann.
Die Fig. 1 ist in ähnlicher Weise gezeichnet wie die Fig. 1 des Patentes Nr. 364809, verwendet aber 31 Kerne, da für den Pegel Null kein Kern erfor derlich ist. Der Pegel Null entspricht dem Fehlen sämtlicher Ziffernimpulse.
Die Kerne bestehen aus einem magnetischen Ma terial, welches praktisch eine rechteckförmige Hyste- resisschleife aufweist, wie zum Beispiel Ferrit, wie dies im vorerwähnten Patent dargelegt wurde.
Die Fig. 1 zeigt jedoch nur 5 Kerne, nämlich die den Pegeln 1, 6, 15, 28 und 31 entsprechenden Kerne, und diese Kerne sind entsprechend bezeich net. Entsprechende Wicklungen aller Kerne, ein schliesslich der nicht gezeigten, sind in Reihe ge schaltet, und die Leiter zwischen den Kernen sind unterbrochen, um anzuzeigen, dass sie Wicklungen der nicht gezeigten Kerne enthalten.
Auf jedem Kern ist eine Vormagnetisierungswick- lung 51, eine Signalwicklung 52 und eine Ablese impulswicklung 53 vorhanden, die auf dem Kern Nr.1 bezeichnet sind, und ausserdem sind eine oder meh rere Zifferimpulswicklungen vorhanden, welche spä ter beschrieben werden. Die Wicklungen 52 und 53 auf allen Kernen sind in der gleichen Richtung ge wickelt, während die Vormagnetisierungswicklungen 51 alle in entgegengesetzter Richtung gewickelt sind.
Eine Gleichstromvorspannquelle 54, deren negative Klemme geerdet ist, liefert Vorspannstrom für alle Vormagnetisierungswicklungen in Serie, wobei der Strom in der Zeichnung abwärts vom Kern 31 zum Kern 1 fliesst. Eine Quelle 55 liefert eine zu codie rende Signalwelle an alle Signalwicklungen 52 in Serieschaltung, und es wird angenommen, dass die Signalwellenspannungen zwischen dem Wert Null und einer gewissen positiven Spannung V variiert.
Eine Quelle 56 liefert kurze positive Ablese- oder Abtastimpulse an alle Ableseimpulswicklungen 53 in Serieschaltung. Diese Ableseimpulse sollten eine Wiederholungsfrequenz aufweisen, welche minde stens gleich dem Doppelten der höchsten Frequenz komponente von Bedeutung in der Signalwelle ist.
Alle Wicklungen sind der Einfachheit halber zur Vermeidung einer überlastung der Zeichnung mit nur einer Windung dargestellt. Tatsächlich weisen diese Wicklungen aber verschiedene Windungszah- len auf, wie dies später noch erläutert wird.
Die Einrichtung ist so ausgebildet, dass sie der art arbeitet, dass, wenn der Abtastwert der Signal welle gleich oder grösser als der uzte Quantelungs- pegel, aber kleiner als der (m + 1)te Quantelungs- pegel ist, eine Flussänderung nur im mten Kern er zeugt wird, wenn ein Ableseimpuls auftritt.
Jeder der 31 Kerne ist mit einer oder mehreren Ziffernwick lungen 57 versehen, die in Reihe mit einem oder mehreren von fünf Zifferausgangsleitern geschaltet sind, welche ihrerseits in Reihe geschaltet sind mit fünf gleichen Amplitudenbegrenzern 58-62, die den Ziffern 1 bis 5 des Codes entsprechen. Die genann ten Ziffernleiter sind mit I bis V bezeichnet. In Ab hängigkeit von einem jeden Ableseimpuls wird ein Ziffernimpuls an jeden von einem oder mehreren der fünf Ausgangsleiter der Begrenzer abgegeben, und zwar in Übereinstimmung mit dem Code.
Selbst verständlich ist jeder der 31 Kerne mit einem Satz von Ziffernwicklungen versehen, gemäss dem Bild der gewählten Form des binären Codes. Vorzugs weise ist der zu wählende Code der sogenannte zy klische Permutationscode (vgl. hierzu das Patent Nr. 364809). Falls es erwünscht ist, die Ziffernimpulse nacheinander an einen einzelnen Leiter und nicht gleichzeitig an getrennte Leiter abzugeben, können die Begrenzer 58 bis 62 mit entsprechenden An zapfstellen eines Verzögerungsnetzwerkes 63 ver bunden sein, so dass die Ziffernimpulse in bekann ter Weise nacheinander an den Ausgangsleiter 64 abgegeben werden.
Falls die Ziffernwicklungen 57 alle in gleichem Sinne wie die Signal- und Ablese impulswicklungen gewickelt sind, ergeben sich an den Ausgängen der Begrenzer 58 bis 62 oder auf dem Leiter 64 positive Impulse.
Um in der Einrichtung nach Fig. 1 eine Ampli- tudenpressung vorzunehmen, sind die Quantelungs- bereiche so gewählt, dass sie mit zunehmender Signal amplitude des Abtastwertes zunehmen, so dass also der Schritt zwischen den Pegeln 30 und 31 ein ver hältnismässig grosses Vielfach des Schrittes zwischen den Pegeln 0 und 1 ist (wobei dieses Vielfach nicht notwendigerweise in Beziehung mit der Anzahl der Pegel steht, die durch den Code dargestellt werden können).
Eine gleichmässige Zunahme der Quante- lungsbereiche mit zunehmender Signalamplitude ist praktisch kaum durchführbar, so dass ein Kompro- miss gewählt wird, bei welchem die Quantelungs- bereiche in vier oder fünf Gruppen unterteilt sind, wobei die Bereiche in jeder Gruppe gleich, aber in aufeinanderfolgenden Gruppen grösser sind. Diese Stufung der Quantelungsbereiche wird erreicht durch zweckmässige Wahl der Windungszahl der Signal und Vormagnetisierungswicklungen 51 und 52 der 31 Kerne.
Die Ableseimpulswicklungen haben hin gegen alle die gleiche Zahl von Windungen, z. B. eine Windung.
Die Wahl der Anzahl der Windungen ist in der nachfolgenden Tabelle für jeden der 31 Kerne an gegeben. Ein positives Zeichen (-I--) zeigt an, dass die Wicklung geradeaus gewickelt ist, d.h. in dem für die Wicklungen 52 in der Fig. 1 angegebenen Sinn, und ein negatives Zeichen () zeigt an, dass die Wick lung entgegengesetzt gewickelt ist. Die Verteilung der Ziffernwicklungen auf dem Kern für den zykli schen Permutationscode ergibt sich ebenfalls aus der Tabelle. Diese Wicklungen können irgendeine ge wünschte Windungszahl aufweisen, solange diese für alle diese Wicklungen die gleiche ist, und das Vor handensein einer solchen Wicklung ist in der Tabelle durch ein Zeichen + angezeigt.
EMI0002.0051
<I>Tabelle</I>
<tb> Windungszahl <SEP> für <SEP> Wicklung
<tb> Kern <SEP> Signalpegel <SEP> Nr. <SEP> Ziffernwicklungen
<tb> Nr. <SEP> Nr.
<tb> 52 <SEP> 53 <SEP> 51 <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5
<tb> 1 <SEP> 1 <SEP> +32 <SEP> +1 <SEP> - <SEP> 1 <SEP> +
<tb> 2 <SEP> 2 <SEP> +32 <SEP> +1 <SEP> - <SEP> 2 <SEP> + <SEP> +
<tb> 3 <SEP> 3 <SEP> +32 <SEP> +1 <SEP> - <SEP> 3 <SEP> +
<tb> 4 <SEP> 4 <SEP> +32 <SEP> +1 <SEP> - <SEP> 4 <SEP> + <SEP> +
<tb> 5 <SEP> 5 <SEP> +32 <SEP> +1 <SEP> - <SEP> 5 <SEP> + <SEP> + <SEP> +
<tb> 6 <SEP> 6 <SEP> +16 <SEP> +1 <SEP> - <SEP> 3 <SEP> + <SEP> +
<tb> 7 <SEP> -8 <SEP> +16 <SEP> +1 <SEP> - <SEP> 4 <SEP> +
<tb> 8 <SEP> 10 <SEP> +16 <SEP> +1 <SEP> - <SEP> 5 <SEP> + <SEP> +
<tb> 9 <SEP> 12 <SEP> +16 <SEP> +1 <SEP> - <SEP> 6 <SEP> + <SEP> + <SEP> +
<tb> 10 <SEP> 14 <SEP> +16 <SEP> +1 <SEP> - <SEP> 7 <SEP>
+ <SEP> + <SEP> + <SEP> +
EMI0003.0001
Windungszahl <SEP> für <SEP> Wicklung <SEP> Ziffernwicklungen
<tb> Kern <SEP> Signalpegel <SEP> Nr.
<tb> Nr. <SEP> Nr. <SEP> 52 <SEP> 53 <SEP> 51 <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5
<tb> 11 <SEP> 16 <SEP> +16 <SEP> +1 <SEP> - <SEP> 8 <SEP> + <SEP> + <SEP> +
<tb> 12 <SEP> 18 <SEP> +16 <SEP> +1 <SEP> - <SEP> 9 <SEP> + <SEP> +
<tb> 13 <SEP> 20 <SEP> +16 <SEP> +1 <SEP> -10 <SEP> + <SEP> + <SEP> +
<tb> 14 <SEP> 22 <SEP> +16 <SEP> +1 <SEP> -11 <SEP> + <SEP> +
<tb> 15 <SEP> 24 <SEP> + <SEP> 4 <SEP> +1 <SEP> - <SEP> 3 <SEP> +
<tb> 16 <SEP> 32 <SEP> + <SEP> 4 <SEP> +1 <SEP> - <SEP> 4 <SEP> + <SEP> +
<tb> 17 <SEP> 40 <SEP> + <SEP> 4 <SEP> +1 <SEP> - <SEP> 5 <SEP> + <SEP> + <SEP> +
<tb> 18 <SEP> 48 <SEP> + <SEP> 4 <SEP> +1 <SEP> - <SEP> 6 <SEP> + <SEP> + <SEP> + <SEP> +
<tb> 19 <SEP> 56 <SEP> + <SEP> 4 <SEP> +1 <SEP> -
<SEP> 7 <SEP> + <SEP> + <SEP> +
<tb> 20 <SEP> 64 <SEP> + <SEP> 4 <SEP> + <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 8 <SEP> + <SEP> + <SEP> + <SEP> +
<tb> 21 <SEP> 72 <SEP> + <SEP> 4 <SEP> +1 <SEP> - <SEP> 9 <SEP> + <SEP> + <SEP> + <SEP> + <SEP> +
<tb> 22 <SEP> 80 <SEP> + <SEP> 4 <SEP> + <SEP> 1 <SEP> -10 <SEP> + <SEP> + <SEP> + <SEP> +
<tb> 23 <SEP> 88 <SEP> + <SEP> 4 <SEP> + <SEP> 1 <SEP> -11 <SEP> + <SEP> + <SEP> +
<tb> 24 <SEP> 96 <SEP> + <SEP> 1 <SEP> + <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 3 <SEP> + <SEP> + 25 <SEP> 128 <SEP> + <SEP> 1 <SEP> + <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 4 <SEP> + <SEP> + <SEP> +
<tb> 26 <SEP> 160 <SEP> + <SEP> 1 <SEP> + <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 5 <SEP> + <SEP> + <SEP> + <SEP> +
<tb> 27 <SEP> 192 <SEP> + <SEP> 1 <SEP> + <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 6 <SEP> + <SEP> + <SEP> +
<tb> 28 <SEP> 224 <SEP> + <SEP> 1 <SEP> + <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 7 <SEP> + <SEP> +
<tb> 29 <SEP> 256 <SEP> + <SEP> 1 <SEP> + <SEP>
1 <SEP> - <SEP> 8 <SEP> + <SEP> + <SEP> +
<tb> 30 <SEP> 288 <SEP> + <SEP> 1 <SEP> + <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 9 <SEP> + <SEP> +
<tb> 31 <SEP> 320 <SEP> + <SEP> 1 <SEP> + <SEP> 1 <SEP> -10 Nachstehend wird eine Erläuterung der Tabelle gegeben. Es wird angenommen, dass S der Fluss ist, der in irgendeinem der Kerne durch den Abtastwert der Signalwelle in einer einzelnen Windung der Signalwicklung 52 erzeugt wird, und dass B der Fluss ist, der in irgendeinem Kerne durch den Vorspann strom durch eine einzelne Windung der Vorspann wicklung 51 erzeugt wird.
Dann erzeugt für irgend einen gegebenen Kern, bei welchem die Signalwick lung s Windungen aufweist und die Vormagnetisie- rungswicklung b Windungen aufweist, ein Ablese impuls einen Ausgangsimpuls in der Ziffernwicklung des gegebenen Kernes, wenn sS <I>=</I> bB ist.
Mit v werde die Signalspannung bezeichnet, wel che gerade genügt, um aus dem Kern Nr. 1 einen Ziffernimpuls zu erzeugen. Der Quantelungsbereich vom Pegel 0 zum Pegel 1 ist gleich 1. Da die An zahl b der Vormagnetisierungswindungen auf dem Kern 1 bis 5 in Einheitsstufen von 1 bis 5 zunimmt, erkennt man, dass die Pegel 1 bis 5 Signalspannun gen von v bis 5v entsprechen. Im Fall des Kernes Nr. 6 wird die Anzahl s der Windungen der Signal wicklungen von 32 auf 16 halbiert, und b wird von 5 auf 3 = 6/2 geändert. Somit ist der Quantelungs- bereich vom Pegel 5 zum Pegel 6 wiederum gleich wie zuvor, nämlich v.
Für die Kerne 7 bis 14 ist je doch s nun 16 statt 32, und b nimmt in Einheits stufen zu wie zuvor, so dass die Quantelungsstufe 2v beträgt. Wenn der Kern Nr. 15 erreicht ist, wird s auf 4 herabgesetzt und b auf 12/4 = 3, so dass der Quantelungsbereich zwischen den Pegeln 14- und 15 wiederum 2v beträgt. Weiter aufbauend auf dem gleichen Prinzip erkennt man aus der Tabelle, dass die Quantelungsbereiche zwischen den Pegeln 15 und 24 den Wert 8v haben und die verbleibenden Quantelungsbereiche den Wert 32v. Somit ist der totale Bereich vom Pegel 0 zum Pegel 31 gleich 6v +9.(2v)+9.(8v)+7.(32v)=320v.
Da der Bereich zwischen den Pegeln 0 und 31 ohne Pressung 31v beträgt, folgt, dass die eingeführte Pres sung gleich 20 - 1o log (320/31)<I>-</I> db = etwa 20db ist.
In der Fig. 1 sind die in der Tabelle für die Wicklungen der gezeigten Kerne verwendeten Win- dungszahlen in den Kreisen angegeben.
Man erkennt, dass es nicht wesentlich ist, die besonderen, in der Tabelle angegebenen Windungs- zahlen zu verwenden. So könnten beispielsweise die Ableseimpulswicklungen 53 mehr als eine Windung aufweisen, in Abhängigkeit von der Amplitude der Ableseimpulse, solange diese Wicklungen alle die gleiche Windungszahl haben. Zweitens könnte die Windungszahl der Wicklungen 51 und 52 mit den gleichen oder verschiedenen ganzen Zahlen multipli ziert werden, solange der gleiche Multiplikator für alle Kerne im Falle jeder Art von Wicklung ver wendet wird.
Es ist selbstverständlich auch möglich, das Pressungsbild zu ändern. So könnten beispiels weise die Wicklungen 52 auf den Kernen 11 bis 16 mit 8 Windungen versehen sein, während die ent sprechenden Magnetisierungswicklungen 51 mit 4 bis 9 Windungen versehen sind. In allen Fällen wird aber darauf geachtet, dass der Quantelungs- bereich nahe dem Maximum der anzeigbaren Abtast- werte grösser ist als nahe dem Minimum.
Der Einfachheit halber wurde im vorstehenden angenommen, dass das Kernmaterial nur zwei Ma gnetisierungszustände mit einem unendlich steilen Übergang zwischen diesen Zuständen aufweist. Mit anderen Worten, es wird angenommen, dass die koer- zitive Kraft Null ist und dass der Übergang zwischen den beiden Zuständen an der Übergangsstelle durch eine vernachlässigbar kleine Veränderung des an gelegten Magnetfeldes erzeugt wird.
In der Praxis hat das Kernmaterial beinahe, aber nicht ganz, eine rechteckförmige Hysteresiskennlinie mit einer be trächtlichen Breite, wie dies aus der Fig.2 hervor geht, in welcher die Flüsse B auf der Ordinate und die entsprechenden angelegten Magnetfelder H auf der Abszisse aufgetragen sind.
Wenn angenommen wird, dass der Kern durch ein starkes negatives Magnetfeld gesättigt worden ist, welches hierauf zum Verschwinden gebracht wird, verbleibt der Kern in dem durch den Punkt 65 dar gestellten Zustand (falls es sich um einen Ringkern handelt). Mit H, sei die Koerzitivkraft bezeichnet, die nötig ist, um den Zustand des Kernes zum Punkt 66 zu verschieben, und h ist ein Zusatzfeld, welches nötig ist, um den Kern in den Zustand zu versetzen, der dem Punkt 67 entspricht.
Bei geeignetem Kern material ist h kleiner als H, Um die Kerne in der vorbeschriebenen Weise zu betreiben, wird vorzugsweise an jeden der Kerne ein zusätzliches positives Vormagnetisierungsfeld vom Werte H, angelegt, so dass beim Fehlen irgendeines anderen angelegten Feldes sich der Kern im Zustand befindet, der durch den Punkt 66 dargestellt ist.
Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass man jeden Kern mit einer zusätzlichen Vormagnetisie- rungswicklung versieht, die in der Fig. 1 für den Kern 1 mit 68 bezeichnet ist und die beispielsweise aus einer Windung besteht und auf allen Kernen geradeaus gewickelt ist, d. h. im gleichen Sinn wie die Ableseimpulswicklung 53. Die Wicklungen 68 auf allen Kernen sind in Reihenschaltung über einen Widerstand 69 mit der Quelle 54 verbunden, wobei der variable Widerstand 69 so eingestellt ist, dass das an jeden Kern angelegte Magnetfeld H,, ist.
Gemäss einer Variante könnte der zusätzliche Vorspannstrom den Ableseimpulswicklungen 53 durch geeignete Vorspannungen in der Ableseimpuls- quelle 56 zugeführt werden.
Man erkennt somit, dass der Strom in den Vor spannwicklungen 51 jeden Kern vorn Punkt 66 aus in der negativen Richtung vormagnetisiert. Das Vorma- gnetisierungsfeld H, welches der Einheitspegeldiffe- renz v entspricht, sollte, verglichen mit h, gross sein. Wenn der durch den Abtastwert der Signalwelle be dingte Fluss gerade gleich dem durch den Vorspann- Strom in der Wicklung 51 eines der Kerne beding ten Flusses ist, befindet sich der Kern wiederum in dem durch den Punkt 66 dargestellten Zustand.
In der Fig. 2 stellen die Punkte 69 und 70 den vormagnetisierten Zustand der Kerne 1 und 2 dar, wenn keine Signalwelle oder kein Ableseimpuls ge genwärtig ist, und diese Punkte befinden sich in einem Abstand (HL H,) und (2H,,-H,) auf der linken Seite der Ordinatenachse. Die vormagnetisierten Zustände der anderen Kerne sind durch andere nicht gezeigte Punkte dargestellt, welche weiter links liegen.
So ist beispielsweise aus der Tabelle ersichtlich, dass die Vormagnetisierung des Kernes Nr. 10 durch einen Punkt dargestellt ist, dessen Abstand von der Ordi- natenachse (7Hb-H,) beträgt.
Die durch die Quelle 56 gelieferten Leseimpulse sollten eine Amplitude aufweisen, welche ein Magnet feld vom Wert H,, erzeugt, und man erkennt, dass, wenn beispielsweise die Signalwellenamplitude einen solchen Wert aufweist, der Zustand des Kernes Nr. 2 durch einen zwischen den Punkten 66 und 69 (Fig. 2) gelegenen Punkt dargestellt wird, wenn die Signal welle vorhanden ist, der Zustand des Kernes durch einen Leseimpuls auf irgendeinen Punkt 71 auf dem oberen Zweig der Hysteresiskurve umgeschaltet wird, wodurch eine grosse Flussänderung erzeugt wird, so dass in den Ziffernwicklungen des Kernes Nr. 2 Ausgangsziffernimpulse erzeugt werden.
Wenn die Amplitude des Abtastwertes kleiner als der zu letzt genannte Wert ist, dann ist der Leseimpuls nicht imstande, den Zustand des Kernes auf einem Punkt auf dem oberen Zweig der Kurve zu verlagern, so dass keine Ausgangszif_fernimpulse erzeugt wer den. Wenn jedoch die Amplitude des Abtastwertes grösser als der letztgenannte Wert ist, so ist der Zu stand des Kernes bereits durch einen Punkt auf dem oberen Zweig der Kurve dargestellt, so dass der Lese impuls wiederum nicht in der Lage ist, eine genü gend grosse Flussänderung zu erzeugen, damit Aus gangsziffernimpulse auftreten.
Man erkennt, dass Ausgangsimpulse nur von demjenigen Kern erhal ten werden, für welchen die kombinierten Vorspann- und Signalwellenströme bewirken, dass der Kern einen Zustand annimmt, welcher durch einen zwi schen den Punkten 66 und 69 der Fig. 2 gelegenen Punkt dargestellt ist. Hier wie bei allen übrigen Aus führungsbeispielen wirken also die mit den Wick lungen versehenen Kerne als magnetische Kippvor richtungen mit zwei Zuständen.
Es ist zu erwähnen, dass, wenn die Amplitude des Abtastwertes etwas kleiner als die den Punkten 66 der Fig. 2 entsprechende Amplitude ist, die Ab tastwertamplitude während der Periode zwischen zwei Leseimpulsen genügend zunehmen kann, um den Zustand des Kernes über einen Punkt 66 hinaus zu verschieben, so dass es scheinen möchte, dass der Kern in irgendeinem unerwünschten Zeitpunkt ohne die Hilfe eines Leseimpulses umgeschaltet werden könnte.
Tatsächlich kann in diesem Falle eine ge wisse Flusszunahme im Kern auftreten, aber die Am- plitudenzunahme des Abtastwertes der Signalwelle ist so langsam, verglichen mit der durch einen Lese impuls bewirkten Änderung, dass die entsprechenden Ausgangsimpulse eine vernachlässigbare Amplitude aufweisen und durch die Begrenzer 58 bis 62 (Fig. 1) unterdrückt würden.
Wenn der Zustand des Kernes durch den Lese impuls auf einen Punkt auf dem oberen Zweig der Kurve umgeschaltet worden ist. muss dafür gesorgt werden, dass beim Verschwinden des Leseimpulses der Kern in einen Zustand zurückkehrt, welcher auf einem Punkt auf dem unteren Zweig dargestellt ist. Wie im Patent Nr. 364809 dargelegt, geschieht dies dadurch, dass man jedem Leseimpuls einen negativen Rückstellimpuls vorangehen oder nachfolgen lässt, dessen Amplitude den Wert überschreitet, welcher ein Feld vom Wert (2H,. -- h) erzeugt.
Die entspre chenden negativen Impulse, welche bei der Rückstel lung in den Ziffernwicklungen der Kerne erzeugt werden und nicht erwünscht sind, werden durch die Begrenzer 58 bis 62 (Fig. 1) eliminiert.
Wie im vorstehend erwähnten Patent dargelegt, erzeugt das kleine in der Fig. 2 dargestellte Feld h eine gewisse Unsicherheit an den Grenzen der Quan- telungsbereiche, aber diese Unsicherheit kann da durch vernachlässigbar gemacht werden, dass man H," verglichen mit<I>h,</I> gross wählt und dass man den sogenannten zyklischen Permutationscode verwendet.
Die in der Fig. 1 dargestellte Einrichtung ist für den Fall ausgelegt, in welchem die Signalwelle stets nur eine Polarität (z. B. die positive Polarität) auf weist und der Pegel positive Werte von 0 bis 31 annehmen kann. Die Einrichtung kann jedoch leicht abgeändert werden, um sowohl einen positiven als auch negativen Momentanwert einer bezüglich Erde nach beiden Seiten ändernden Signalwelle Rechnung zu tragen. Zu diesem Zweck können beispielsweise 31 zusätzliche Kerne vorgesehen werden, welche in der gleichen Weise mit Wicklungen mit den gleichen Windungszahlen versehen sind wie die Kerne 1 bis 31 der Fig. 1, jedoch mit den folgenden Änderungen: 1.
Die Vormagnetisierungswicklungen 51 sind in umgekehrtem Sinn gewickelt.
2. Es sind nun 6 Ziffernleiter vorhanden, die mit 6 Begrenzern verbunden sind, und ausserdem sind auf gewissen Kernen Wicklungen in übereinstim- mung mit einem sechsziffrigen Code vorhanden.
Entsprechende Wicklungen auf den zusätzlichen Kernen 1 bis 31 der Fig. 1 sind in Serie geschaltet. In diesem Fall ist es, jedoch nötig, einen Kern vorzusehen, welcher dem Pegel 0 entspricht, welcher der Zweck mässigkeit halber als Kern Nr. 0 bezeichnet wird, so dass gesamthaft 63 Kerne vorhanden sind.
Der Kern Nr. 0 sollte theoretisch keine Vorspannwicklung 51 haben, aber in der Praxis kann durch ein Störsignal beim Pegel 0 eine falsche Codierung entstehen, und es ist daher von Vorteil für den Kern 0, ihn mit einer geringen Vormagnetisierung zu versehen, welche einem Bruchteil des Einheitsquantelungsschrittes Hb entspricht und genügt, uni zu verhindern, dass ein Störsignal durch irgendeine Wirkung auf den Kern Nr. 0 zustande kommt.
Die Einrichtung wird besser verständlich anhand der Fig. 3, welche den ersten Kern 1 für positive Pegel und den ersten Kern 1A für negative Pegel und ausserdem den zwischen diesen Kernen liegen den Kern für den Pegel 0 zeigt. Die in der Fig. 3 nicht gezeigten Kerne 2-31 sind gemäss Fig. 1 an geordnet, und zwar in Verbindung mit den Elemen ten 54, 55, 56, 58 bis 64 und 69. Ausserdem ist ein nicht gezeigter sechster Begrenzer vorhanden, wel cher zwischen den nächsten Ziffernleiter und einer Anzapfstelle des Verzögerungsnetzwerkes 63 einge schaltet ist.
Die Kerne 1A bis 31A sind in umge kehrter Reihenfolge angeordnet wie die Kerne 1 bis 31.
Die Kerne 0 und 1A sind mit Signalwicklungen 52, Leseimpulswicklungen 53 und zusätzlichen Wick lungen 68 in der gleichen Weise versehen wie der Kern Nr. 1. Auf beiden Kernen 0 und 1A sind aus einer einzigen Windung bestehende Vormagnetisie- rungswicklungen 51 vorhanden, welche auf dem Kern 0 in derselben Richtung und auf dem Kern 1A in umgekehrter Richtung wie auf die Kerne 1 bis 31 gewickelt sind.
Um das kleine erforderliche Vor- magnetisierungsfeld für den Kern 0 zu erzeugen, ist ein Widerstand 72 in Reihe mit der Vormagnetisie- rungswicklung 52, und ein zweiter Widerstand 73 ist parallel zur Serieschaltung der Wicklung 51 und des Widerstandes 72 geschaltet. Durch geeignete Wahl der Werte der Widerstände 72 und 73 kann der durch die Wicklung 51 auf dem Kern 0 fliessende Vormagnetisierungsstrom so eingestellt werden, dass der gewünschte Bruchteil des Einheitsmagnetfeldes Hb erzeugt wird.
In diesem Falle kann der sechsziffrige zyklische Permutationscode (in ähnlicher Weise wie für den in der Tabelle für fünf Ziffern dargestellten Code) für Signalpegel ausgelegt werden, welche vom Pegel - 32 bis zum Pegel + 31 zunehmen, wobei der Pegel -32 dem Fehler, von Ziffernimpulsen entspricht und da her keine zugeordneten Kerne aufweist. In diesem Fall benötigt der Kern Nr. 1 eine Ziffernwicklung 57 in Reihe mit dem Ziffernleiter V, der Kern Nr. 0 zwei Ziffernwicklungen in Reihe mit den Leitern V und VI und der Kern Nr. 1A drei Ziffernwicklungen in Reihe mit den Leitern I, V und VI, wie dies in der Figur gezeigt ist.
Es ist zu erwähnen, dass die Wicklung 51 auf dem Kern Nr. 0 geradeaus , d. h. in derselben Richtung wie auf den Kernen 1 A bis 31A, gewickelt sein könnte. Falls dies erwünscht ist oder falls Stör signale vernachlässigbar sind, könnte diese Wicklung 51 zusammen mit den Widerständen 72 und 73 weg gelassen werden.
Die Fig. 4 zeigt ein Beispiel einer Decodierungs- einrichtung, welche so ausgebildet ist, dass sie mit der Codierungseinrichtung nach Fig. 1 zusammen arbeiten kann. Diese Decodierungseinrichtung ist da mit auch imstande, die nötige Amplitudendehnung vorzunehmen. Es sind 31 magnetische Kerne vor handen, von denen nur 8 gezeigt sind, nämlich die Kerne Nr. 1, 5, 6, 14, 15, 23, 24 und 31.
Es wird angenommen, dass die ankommenden Zif fernimpulse auf den Leiter 74 nacheinander eintref fen und einseitig gerichtet sind. Der Leiter 74 ist mit' einer Umsetzvorrichtung 75 verbunden, welche einen Verzögerungsleitungsverteiler enthält und ausserdem Vorrichtungen zur Abgabe eines positiven oder eines negativen Impulses an jeden der 5 Ziffernleiter I bis V.
Die Anordnung ist so gewählt, dass, wenn in einer Codekombination ein Ziffernimpuls vorhanden ist, die Vorrichtung 75 einen positiven Stromimpuls mit der Amplitude C an den entsprechenden Ziffern leiter abgibt, und wenn in der Kombination ein Zif fernimpuls fehlt, die Vorrichtung 75 einen negativen Stromimpuls mit der Amplitude C an den entspre chenden Ziffernleiter abgibt, so sind beispielsweise im Falle der Erzeugung der Codekombination durch Ansprechen des Kernes 24 in der Tabelle und Zu führen an die Vorrichtung 75 die von jener an die Leiter I bis V abgegebenen Impulse -C, -C, + C, -C, + C.
Jeder der 31 Kerne in Fig. 4 ist mit 5 Ziffern wicklungen 76-80 versehen, die alle die gleiche Win- dungszahl, beispielsweise eine Windung, aufweisen. Diese Wicklungen sind jedoch geradeaus oder im umgekehrten Sinne gewickelt, in Übereinstimmung mit dem in der Tabelle dargelegten Code. So sind beispielsweise im Falle des Kernes 24 der Fig. 4 die Wicklungen für die Ziffern 1 bis 5 umgekehrt, um gekehrt, geradeaus, umgekehrt, geradeaus gewickelt. Die der gleichen Ziffer auf allen Kernen entsprechen den Wicklungen sind in Reihe mit dem entsprechen den Leiter der Ziffernleiter I bis V zwischen die Vorrichtung 75 und Erde geschaltet.
Wie in der Fig. 1 sind einige der Verbindungen der Ziffernleiter unterbrochen, um anzuzeigen, dass andere Ziffern wicklungen oder Kerne vorhanden sind, die in der Figur nicht gezeigt sind.
Jeder Kern ist auch mit einer Vormagnetisierungs- wicklang 81 versehen, und alle Vormagnetisierungs- wicklungen haben die gleiche Windungszahl (bei spielsweise eine Windung) und sind umgekehrt ge wickelt. Die Wicklungen sind alle in Reihe mit einer Vorspannquelle 82 verbunden, deren negative Klemme geerdet ist. Die Anordnung ist so zu treffen, dass der Vormagnetisierungsstrom, der durch alle Vormagne- tisierungswicklungen fliesst, den Wert 4C aufweist, und zwar aus einem später noch zu erläuternden Grund.
Jeder der Kerne weist auch eine Ausgangswick lung 83 auf, welche geradeaus gewickelt ist. Die Ausgangswicklung auf jedem Kern hat die gleiche Windungszahl wie die Vormagnetisierungswicklung auf dem Kern der gleichen Nummer der Tabelle. Die Ausgangswicklungen sind in vier getrennte Gruppen in Reihe geschaltet, welche vier Gruppen die Wicklungen auf den Kernen 1 bis 5, den Kernen 6 bis 14, den Kernen 15 bis 23 und den Kernen 24 bis 31 umfassen. Unter Bezugnahme auf die Tabelle erkennt man, dass diese Gruppen von Kernen die jenigen sind, in welchen die Windungszahl der Signal wicklungen 52 der Codierungseinrichtung (Fig. 1) 32, 16, 4 bzw. 1 beträgt.
Die Gruppen von Ausgangswicklungen in Fig. 4 sind mit einem Bewertungsnetzwerk verbunden, wel ches einen geerdeten Nebenschlusswiderstand 84 und vier Reihenwiderstände 85-88 aufweist, die mit den Klemmen 85-89 verbunden sind. Eine Ausgangs klemme 93 ist mit der Verbindungsstelle des Wider standes 84 und der Widerstände 85-88 über einen Gleichrichter 94 verbunden.
Die vier Gruppen von Ausgangswicklungen sind mit den Klemmen 89 bis 92 verbunden. Der Gleich richter 94 ist so gepolt, dass er positive Impulse an die Ausgangsklemme 93 durchlässt und negative Im pulse sperrt.
Wenn mit R der Wert des Widerstandes 85 be zeichnet ist, dann haben die Widerstände 86, 87 und 88 die Werte R/2, R!8 und R/32. Es wird ange nommen, dass jeder dieser Widerstände den Wider stand der Ausgangswicklungen enthält, mit denen er verbunden ist.
Die Stromamplitude C jedes Ziffernimpulses, der durch die Vorrichtung 75 an einen der fünf Ziffern leiter abgegeben wird, sollte so gewählt sein, dass sie einen Fluss Hb in jedem Kern erzeugt, wo Hb grösser ist als 2 H, (Fig. 2).
Da die Kerne in Fig. 4 keine zusätzliche Vormagnetisierungswicklung aufweisen, ist es klar, dass die Quelle 82, welche einen Vor spannstrom von 4 C an die Vorspannwicklung 81 liefert, einen Vorspannfluss vom Wert 4 Hb in jedem Kern erzeugt, und der Kern befindet sich daher in einem Zustand, welcher einem Punkt auf dem unte ren Zweig der Hysteresiskurve der Fig. 2 entspricht, und zwar in einem Abstand 4H" auf der linken Seite der Ordinatenachse. Es wurde oben dargelegt,
dass die Ziffernwicklungen auf jedem Kern gerade aus oder umgekehrt in Übereinstimmung mit der Codekombination des entsprechenden Pegels gewik- kelt sind und dass die Ziffernimpulse den fünf Zif fernleitern I bis V in Übereinstimmung mit der Code kombination positiv oder negativ zugeführt werden. In dem Fall des Kernes, für welchen die Ziffern wicklungen in LUbereinstimmung mit der gleichen Codekombination wie die Ziffernimpulse angeordnet sind, erzeugt jede der fünf Wicklungen einen posi tiven Fluss H,, im Kern, so dass der gesamte Fluss <I>+ 5</I> Hb ist.
Dies lässt sich beispielsweise anhand des Kernes Nr.24 verstehen, dessen Ziffernwicklungen umgekehrt, umgekehrt, geradeaus, umgekehrt, ge radeaus gewickelt sind. Die Codekombination von Impulsen für den Pegel 24 ist -- + - +, so dass alle Ziffern derart wirken, dass sie einen positiven Fluss im Kern Nr. 24 erzeugen. Dies gilt jedoch für keinen anderen Kern. In jedem anderen Fall ist mindestens eine der Wicklungen im falschen Sinn gewickelt, um einen positiven Fluss zu erzeugen, so dass für jeden anderen Kern der Gesamtfluss kleiner als<I>-<B>"- 5H1,</B></I> ist.
Es folgt daraus, dass nur im Kern 24 der durch die Ziffernimpulse erzeugte Fluss den Vor spannfluss um den Wert Hr, überschreitet, so dass der Zustand dieses Kernes auf einen Punkt im oberen Zweig der Hysteresisschleife umgeschaltet wird und damit in der entsprechenden Ausgangswicklung ein Ausgangsimpuls erzeugt wird.
Man erkennt aus dieser Darlegung, dass ein Aus gangsimpuls nur von dem besonderen Kern erhal ten wird, der eine Kombination von Wicklungen aufweist, welche der Codekombination der ankom menden Ziffernimpulse entspricht.
Die Amplitude des Ausgangsstromimpulses ist proportional zur Windungszahl der Ausgangswick lung, welche, wie bereits erwähnt, die gleiche ist wie für die entsprechende Vormagnetisierungswicklung der Codierungseinrichtung (Fig. 1). Wenn man da her die ersten fünf Kerne in Fig. 4 betrachtet, wei sen die Ausgangsimpulse Stromamplituden auf, wel che proportional zu den ersten fünf Signalamplitu- denpegeln sind.
Wie jedoch unter Bezugnahme auf die Fig.l dargelegt wurde, ist der Quantelungs- bereich für die Kerne 6 bis 14 verdoppelt, so dass für diese Kerne in der Fig. 4 die äquivalente Ampli tude der Ausgangsimpulse verdoppelt werden muss.
In ähnlicher Weise muss die Stromamplitude der Ausgangsimpulse der Kerne 15 bis 23 mit 8 multi pliziert werden und diejenige der Ausgangsimpulse der Kerne 24 bis 31 mit 32. Diese Multiplikation wird bewerkstelligt durch das Bewertungsnetzwerk, da die Werte der Widerstände 85-88 umgekehrt pro portional zu den Werten 1, 2, 8 bzw. 32 sind. Es lässt sich leicht zeigen, dass mit dieser Anordnung die richtige Bewertung unabhängig vom Wert des Widerstandes 84 erhalten wird, falls nur der Wider stand 84 klein gegen R ist. Der Spannungsabfall am Widerstand 84 ist somit proportional der ur sprünglichen Signalamplitude, die jeder Kombina tion von Ziffernamplituden entspricht.
Der Gleichrichter 94 ist vorgesehen, um die unerwünschten negativen Ausgangsimpulse zu unter drücken, welche durch die Rückstellung der Kerne erfolgt, nachdem diese in Übereinstimmung mit der Codekombination umgeschaltet worden sind.
Selbstverständlich wird in Abhängigkeit von je der Kombination von Codeimpulsen an der Klemme 93 ein Ausgangsimpuls erzeugt, welcher den ent sprechenden Abtastwert der Signalwelle darstellt. Indem man die Ausgangsimpulse über ein (nicht gezeigte) Tiefpassfilter leitet, lässt sich die Signal welle in bekannter Weise wieder erzeugen.
Die Fig. 5 zeigt eine Variante des in der Fig. 4 gezeigten Bewertungsnetzwerkes. Dieses weist vier Transformatoren 95-98 auf, deren Primärwicklun gen je zwischen eine der Klemmen 89 bis 92 und Erde geschaltet sind und deren Sekundärwicklungen unter sich in Reihe zwischen Erde und den Gleich richter 94 geschaltet sind, welcher mit der Klemme 93 wie in Fig. 4 verbunden ist. Die Transformatoren 95 bis 98 haben aufwärts Übersetzungsverhältnisse, die den Zahlen 1, 2, 8 und 32 proportional sind, wodurch die Amplituden der von den vier Gruppen von Kernen kommenden Ausgangsimpulse gemäss den genannten Zahlen mul tipliziert werden.
Man erkennt, dass die Decodierungsvörrichtung nach Fig. 4 abgeändert werden kann, um positiven und negativen Regeln Rechnung zu tragen, indem man die Kerne, die unter Bezugnahme auf die Fig. 4 beschrieben werden, verdoppelt und zwei Bewer tungsnetzwerke vorsieht, nämlich eins für die posi tiven Pegel und das andere für die negativen Pegel. Bei der zweiten Gruppe von Kernen sind die Vor magnetisierungswicklungen geradeaus und nicht umgekehrt gewickelt, und selbstverständlich sind auf jedem Kern nicht fünf, sondern sechs Ziffernwick lungen vorhanden, und der Vormagnetisierungsstrom wird auf den Wert 5 C anstatt 4 C eingestellt.
Die sechs Ziffernwicklungen auf jedem Kern sind ge radeaus oder umgekehrt gewickelt gemäss der ent sprechenden Codekombination. Die Ausgangswick lungen für die zweite Gruppe von Kernen sind nicht geradeaus , sondern umgekehrt gewickelt. Die An lage eignet sich dann zur Decodierung der gemäss dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 codierten Signalwelle.
Es ist weiter zu erwähnen, dass in der in der Fig. 4 dargestellten Anordnung für einen Code von d Ziffern der aus der Quelle 82 den Vorspannwick- lungen 81 zugeführte Strom gleich (d-1)C sein sollte, wo C die Stromamplitude der Ziffernimpulse ist, die den Ziffernwicklungen 76-80 zugeführt wer den.
Im Falle der vorgehenden Ausführungsbeispiele wurde angenommen, dass der obere und der untere Zweig der Hysteresiskurve (Fig. 2) parallel zur H-Achse verlaufe. In der Praxis ist dieser Zustand nicht ganz erfüllt, und man erkennt, dass im Falle der Fig. 1 beispielsweise der den Wickulngen 53 zuge führte Leseimpuls tatsächlich eine Flussänderung in allen Kernen erzeugt, welche nicht umgeschaltet wer den, wobei die Änderung klein ist verglichen mit der Änderung in dem Kern, welcher umgeschaltet wird.
Es sind jedoch immer 15 nicht umgeschaltete Kerne vorhanden, welche eine bis fünf Ziffernwicklungen aufweisen, die je in Reihe mit einem Ziffernleiter liegen, so dass die kleine unerwünschte Flussänderung mit 15 multipliziert wird und einen unerwünschten Ziffernimpuls auf irgendeinem Ziffernleiter erzeugen kann, dessen Amplitude mit derjenigen eines tat sächlichen Ziffernimpulses vergleichbar ist, so dass es schwierig sein kann, den unerwünschten Impuls durch den entsprechenden der Begrenzer 58 bis 62 zu eliminieren. Falls dies der Fall ist, besteht eine Gegenmassnahme darin, auf jedem Kern in Reihe mit jedem Ziffernleiter eine (nicht gezeigte)
Ziffern- wicklung vorzusehen, welche umgekehrt gewickelt ist, und zwar immer dann, wenn keine Ziffernwick lung in der Tabelle angegeben ist. Durch diese Mass- nahme werden die unerwünschten Ziffernimpulse, die sich durch 15 der nicht umgeschalteten Kerne ergeben, durch diejenigen aufgehoben, die sich durch die anderen Impulse in der bereits beschriebenen Weise ergeben. Man erkennt, dass eine umgekehrte Ziffernwicklung auf dem umgeschalteten Kern keine Wirkung hat, da der entsprechende Ziffernimpuls negativ ist und durch den entsprechenden der Be grenzer 59 bis 62 eliminiert wird.
Wie aus den Figuren ersichtlich ist, sind die Kerne der Einfachheit halber als gerade Stäbe dar gestellt. In der Praxis verwendet man jedoch vorzugs weise Ringkerne, oder gemäss einer Variante konn ten die Wicklungen durch Fächer in einem Ferrit- block hindurchgeführt werden, wie dies im oben erwähnten Patent dargelegt ist.
Ein geeignetes Ferritmaterial für die Ringkerne oder den Ferritblock hat die folgende gewichtsmässige Zusammensetzung: Fe203 67,3 0/0 Mn0 22,60/0 Mg0 4,90/0 Zn0 5.2 % Die Ringkerne könnten auch aus Permalloy (eingetragene Marke) bestehen, welches gewichts mässig die folgende Zusammensetzung aufweist: Nickel 64,71110 Eisen 34,80/0 Mangan 0,5110