Vorrichtung zum Umwandeln eines Informationssignals, insbesondere eines Messsignals, in eine die Grösse des Informationssignals kennzeichnende Gruppe von Impulsen Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Umwandeln eines Informationssignals, insbeson dere eines Messsignals, in eine die Grösse des Infor mationssignals kennzeichnende Gruppe von Impul sen, welche in einer Aufzeichnungsvorrichtung auf gezeichnet wird. Solche Vorrichtungen können z. B.
vorteilhaft in Kontroll- oder Messapparaturen zum unmittelbaren Aufzeichnen eines Messsignals im bi nären oder dezimalen Zahlensystem verwendet wer den.
Die Erfindung bezweckt eine Vorrichtung vom eingangs erwähnten Typ zu schaffen, welche sich durch einfachen Aufbau sowie durch genaue Auf zeichnung und durch eine weitgehende Beschränkung der Abhängigkeit von den Eigenschaften der ange wandten Elemente unterscheidet.
Die Vorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, d'ass ein als Schalter wirkender Im pulsmoduTator mit einem an diesen angeschlossenen Impulsgenerator vorgesehen ist, wobei die Ausgangs impulse des Impulismodulators der Kaskad'enschal- tung eines Tiefpassflters und eines Differenzerzeugers zugeführt werden, und an diesen Differenzerzeuger auch das Informationssignal angelegt wird, um ein Differenzsignal zu erzeugen, das den als Schalter wirkenden Impulsmodulator steuert,
und diese Vor richtung weiter mit einer Aufzeichnungsvorrichtung in Form einer Zählvorrichtung und mit einem Start- Stop-Kreis versehen ist, der beim Starten die Zähl vorrichtung an den Ausgangskreis des Impulsmodu- lators anschliesst und nach einer bestimmten Anzahl von Impulsen des Impulsgenerators vom Startzeit punkt an die Verbindung zwischen der Zählvor richtung und dem Ausgangskreis des Impulsmodu- lators selbsttätig unterbricht.
Es sei noch erwähnt, dass der als Schalter wir kende Impulsmodulator Impulse einer einzigen Po larität oder entgegengesetzter Polrarität liefern kann.
Ausführungsbeispiele der Erfindung und ihre Vorteile werden nachstehend anhand der Figuren näher erläutert.
Fig. 1 zeigt in einem Blockschaltbild eine Vor richtung nach der Erfindung.
Fig. 2 zeigt eines Ausführungsform einer Vor richtung nach der Erfindung.
Fig. 3 stellt eine Strom-Spannungskennlinie dar zur Erläuterung der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung, während Fig. 4 eine besonders einfache Vorrichtung nach der Erfindung veranschaulicht.
Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung nach der Er findung ist dazu eingerichtet, ein Mefsssign.al, das von einem Messgenerator 1 herrührt und'. in der Bandbreite von 0-2 Hz liegt, in eine die Grösse des Messsignals kennzeichnende Gruppe von Impulsen umzuwandeln, welche in einer Aufzeichnungsvorrichtung aufge zeichnet wird.
Zu diesem Zweck enthält die Vor richtung einen als Schaltvorrichtung wirkenden Im pulsmodufator 3 mit einem an d'ie'sen angeschlosse nen Impulsgenerator 4 zum Erzeugen von Impulsen mit einer Impulswiederholungsfrequenz von 25 kHz; weiter enthält die Vorrichtung einen Impulserneuerer 5, ein an dein Ausgangskreis des Impulserneuerers 5 angeschlossenes Tiefpassfilter 6 und einen darauf folgenden Differenzerzeuger 7, der mit dem Impuls mod'ulator 3 verbunden ist.
Das Tiefpassfilter besteht aus einem Reihenwiderstand und einem Querkond'en- sator und hat eine Grenzfrequenz, welche die höchste zu übertragende Signalfrequenz überschreitet, aber die Impulswiederholungsfrequenz unterschreitet. Die Grenzfrequenz des Tiefpassfilters beträgt zum Bei spiel 200 Hz.
Dem Differenzerzeuger 7 wird zusammen mit der Ausgangsspannung des Tiefpassfilters 6 das Mess- signal zum Erzeugen einer Differenzspannung zu- geführt, welche den als Schaltvorrichtung wirkenden Impulsmodulator 3 derart steuert,
dass in Anhängig keit von der Polarität des Differenzsignals die dem Impulsmodulator 3 zugeführten Impulse des Impuls generators durchgelassen oder unterdrückt werden. In der gezeigten Ausführungsform hat z.
B. ein posi tives Differenzsignal den Impulsmodulator 3 in die Durchlasslage gebracht, und die durchgelassenen Impulse werden zur weiteren Verarbeitung dem Im pulserneuerers 5 durch Sperrung des Tores 10 nach einem negativen Differenzsignal der Impulsmodülator gesperrt ist und keine Impulse durchgelassen werden.
Die gezeigte Vorrichtung enthält zur Aufzeich nung der Grösse des Messsignals ausser der Aufzeich- nungsvorrichtung 2 in Form eines Aufzeichnungs zählers vom dezimalen Typ auch einen Start-Stop- Kreis 8 mit einem Betätigungsschalter 9,
der bei Betätigung durch Freigabe .eines Tores. 10 den Auf- zeichnungszähler 2 an den Impulserneuerer 5 an- schliesst und die Verbindung zwischen dem Auf- zeichnungszähler 2 und dem Ausgangskreis des Im pulserneuerers 5 durch Sperrung des Tores 10 nach einer bestimmten Anzahl von Impulsen des Impuls- generators 4 vom Startzeitpunkt her unterbricht,
wo bei die Freigabe und die Sperrung des Tores 10 mittels einer bistabilen Kippschaltung 11 bewirkt werden. Die bistabile Kippschaltung 11 enthält zwei kreuzweise verbundene Transistoren 12, 13, wobei jeweils der Kollektorkreis des einen Transistors 12 bzw. 13 galvanisch mit der Basiselektrode des an deren Transistors. 13 bzw. 12 verbunden ist.
Über den Betätigungsschalter 9 ist an die Basiselektrode des Transistors 12 eine Steuerspannungsquell'e 14 angeschlossen, die bei Betätigung des Betätigungs schalters 9 mittels eines.
der Basllselektrode zuge führten positiven Impulses, das Umklappen der bi- stabilen Kippschaltung 11 von der Ruhelage in die Arbeitslage herbeiführt, wobei der Transistor 13 leitend und der Transistor 12 gesperrt ist.
Um dafür zu sorgen, dass das Tor 10 nach einer bestimmten Anzahl von Impulsen des Impulsgene- rators 4 gesperrt wird, ist die gezeigte Vorrichtung gleichfalls mit eihem Hilfszähler 15 vom dezimalen Typ versehen,
der über ein von der bistabilen Kipp- schallltung 11 gesteuertes Tor 16 mit dem Impuls- generator 4 verbunden ist und der nach einer be stimmten Anzahl von Impulsen des. Impulsgegera- tors 4 eine Stop-Spannung für die bistabile Kipp- schaltung 11 liefert.
Insbesondere liefert der Hilfs- zähler 15 in der gezeigten Ausführungsform nach 104 Impulsen des. Impulsgenerators 4 einen Ausgangs impuls positiver Polarität, der über die Leitung 17 der Basiselektrode des.
Transistors 13 zugeführt wird und somit das Umklappen der bistabilen Kippschal- tung 11 von der Arbeitslage in die Ruhelage her- beiführt, wobei der Transistor 12 leitend und der Transistor 13 gesperrt ist.
Wenn also in der gezeigten Vorrichtung der Betätigungsschalter 9 geschlossen wird, werden durch das Umklappen der bistabilen Kippschaltung 11 von der Ruhelage in die Arbeitslage die beiden Tore 10, 16 gleichzeitig freigegeben und werden die Impulse des Impulsmodulators 3 und des Impulsgenerators 4 dem Aufzeichnungszähler 10 bzw.
dem Hilfszähler 15 zugeführt, wobei die bistabile Kippschaltung 11 nach 104 Impulsen des Impulsgenerators 4 durch die Stop-Spannung des Hilfszählers 15 wieder in die Ruhelage umgeklappt wird und somit die beiden Tore 10, 16 wieder sperrt. Wie nachstehend näher erläutert wird, wird dabei die Grösse der Messspannung im Aufzeichnungszähler 2 nach dem dezimalen Zahlen system aufgezeichnet.
Wenn der gezeigten Aufzeichnungsvorrichtung ein Messsignal zugeführt wird, wird der Impulsmodu- lator 3 in einem von der Grösse des Messsignals ab hängigen Wechsel freigegeben und gesperrt und wer den dabei die im Impulsmodulator 3 durchgelassenen Impulse über den Impulserneuerer 5 dem Tiefpass- filter 6 zugeführt, wobei durch Glättung eine Gleich spannung entsteht,
welche proportional mi't der je Zeiteinheit dem Tiefpassfilter 6 zugeführten Anzahl von Impulsen ist. Ist das Messsignal grösser als die Ausgangsspannung des.
Tiefpassfilters 6, so dass die Differenzspannung eine positive Polarität aufweist, so lässt der Impulsmodulator 3 die vom Impuls generator 4 herrührenden Impulse, durch, und diese Impulse führen eine Vergrösserung der Ausgangs- spannung des Tiefpassflters 6 herbei, während um gekehrt, wenn das Messsignal kleiner als die Aus gangsspannung des Tiefpassfilters 6 ist,
der Impuls- modulator 3 durch die auftretende Differenzspan nung gesperrt wird und keine Impulse durchlässt, was eine Abnahme der Ausgangsspannung des Tiefpass- filters 6 zur Folge hat.
Die gezeigte Vorrichtung ist somit bestrebt, die Grösse der Ausgangsspannung des Tiefpassfilters 6 und die Grösse des Messsignals einander gleich zu machen,
da bereits die geringste Differenz zwischen diesen beiden Spannungen durch Freigabe oder Sper rung des Impulsmodulators 3 für die diesem Mod'u- lator zugeführten Impulse des Impulsgenerators 4 eine Korrektion der dann auftretenden Abweichung herbeiführt. In dieser Weise wird erzielt,
d'ass die An zahl von Ausgangsimpulsen je Zeiteinheit die Grösse des Messsignals sehr genau kennzeichnet. Die er zielte Genauigkeit beträgt sogar etwa 1103 oder weniger.
Zur Aufzeichnung der Grösse des Messsignals werden die am Impulsmodulator 3 auftretenden Impulse über den Impulserneuerer 5 dem Aufzeich nungszähler 2 zugeführt, der zu diesem Zweck bei Betätigung des Schalters 9 in der oben erläuterten Weise während 104 Impulse des Impulsgenerators 4 an den Ausgangskreis des Impulserneuerers 5 an geschlossen ist.
Infolge der Tatsache, d'ass die An- zahl von Impulsen des Impulsmodulators 3 je Zeit einheit genau proportional der Grösse des Messsignals ist, zeichnet der Aufzeichnungszähler 2 die Grösse dels Masssignals unmittelbar in einem dezimalen Zahlensystem auf.
Wenn angenommen wird, dass 104 aufgezeichnete Impulse im Aufzeichnungszähler 2 einem Messsignalwert von V Volt entsprechen, ent spricht ein einziger Impuls lV Volt und beträgt dar Messsignalwert bei N-Impulsen N 1V Vodt. In einem praktischen Ausführungsbeispiel,
bei dem 104 Im pulse einem Wert von 10 Volt entsprechen und der Aufzeichnungszähler 5876 Impulse aufzeichnet, be trägt der Messsignalwert 5,876 Volt, wobei dIe Tole ranz einige Einheiten im letzten Dezimal beträgt.
Die gezeigte Aufzeichnungsapparatur unerscheä- det sich nicht nur durch eine einfache Bauart und eine grosse Genauigkeit, sondern auch durch ihre weitgehende Unabhängigkeit von den angewandten Elementen, wenn nur dafür gesorgt wird, dass der Inhalt der vom ImpuTserneuerer 5 abgegebenen Im puls der erforderlichen Genauigkeit entspricht, das der Kreis zwischen dem Ausgang und dem Eingang des Impulsmodulators als ein Gegenkopplungskreis wirkt.
All diese Vorteile machen die beschriebene Apparatur für Anwendung in der Praxis besonders geeignet.
Statt der Anwendung von Dezimalzählern für den Aufzeichnungszähler 2 und den Hilfszähler 15 lassen sich gleichfalls binäre Zähler verwenden, wobei die Grösse des MesssignA vertes im binären Zahlen system aufgezeichnet wird:. Solche binären Zähl- vorrichtungen lassen sich z. B. vorteilhaft zur wei teren Verarbeitung der Massergebnisse in elektroni schen Rechenmaschinen anwenden.
Es sei noch erwähnt, d'ass in der gezeigten Vor richtung die Reihenfolge des Tiefpassfilters 6 und des Differenzerzeugers 7 ohne Bedenken umgekehrt werden kann.
Fig. 2 zeigt eine Abart der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung, wobei entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind.
Um einen besonders einfachen und empfind lichen Impulsmodulator zu erhalten, werden in dieser Vorrichtung zwei Zweipolelemente in Form von zwei Tunneldioden 18, 19 angewandt, welche, wie aus der 'in Fig. 3 dargestellten Strom-Spannungskennlinie hervorgeht, beim Überschreiten eines bestimmten kritischen Spannungswertes Vk einen negativen Widerstandswert aufweisen.
Die ungleichnamigen Elektroden der Tunneldioden 18, 19 sind mitein- under verbunden, und an diesen Verbindungspunkt sind über den Widerstand 20 bzw. 21 das Tiefpass- filter 6 und der Messsignalgenerator 1 angeschlbssen, wobei über einen Transformator 22 den anderen un gleichnamigen Elektroden die Impulse des Impuls- generators 4 zugeführt werden, welche die Einstellung der beiden Tunneldioden 18,
19 jeweils in Richtung ihres negativen Widerstandswertes verschiebt. Den Verbindungspunkt der Tunneldioden 18, 19 werden die Ausgangsimpulse des Impulsmodulators entnom men, welche über den Impulsverstärker 23 zur weiteren Verarbeitung dem Tiefpassfilter 6 zugeführt werden, wobei über das Tor 10 auch der Auf zeichnungszähler 2 an den Verbindungspunkt der Tunneldioden 18, 19 angeschlossen ist.
In einer Weise, die völlig mit dem bereits in Fig. 1 beschriebenen Vorgang identisch ist, werden je nach der Polarität des Differenzsignals, das in der gezeigten Vorrichtung durch die Differenz zwischen den über die Widerstände 21, 22 fliessenden Strömen gebildet wird, die vom Impulsgenerator 4 stammen den Impulse weitergegeben oder unterdrückt. Wird z.
B. zu einem bestimmten Zeitpunkt durch das dann auftretende Differenzsignal die Tunneldiode 19 in der Durchlassrichtung und die Tunneldiode 18 in der Sperrichtung vorgespannt, so wird ein über den Transformator 22 den Tunneldioden 18, 19 zu geführter Impuls zur Folge haben, dass die Tunnel- diode 19 jenseits der Spitze T der Strom-Spannungs- kennlinie,
insbesondere im flachen Gebiet<I>CD</I> ihrer Strom-Spannungskennlinie, und die TunneIdibde 18 im Gebiet diesseits der Spitze T eingestellt werden.
Beim Auftreten eines Impulses des. Impulsgenera- tors 4, der, wile oben bereits erwähnt wurde, die- Ein stellpunkte der beiden Tunneldioden 18, 19 gleich zeitig in Richtung der Negativwid#erstandskennlinie verschiebt,
wird nämlich die Einstellung der Tunnel diode 19 wegen ihrer Voreinstellung in der Durch lassrichtung zunächst der Strom-Spannungskenn- linie über die Spitze T nach kleineren Stromwerten folgen, wodurch die Tunneldiode 18 in. einem Punkt im Gebiet der Spitze T verriegelt wird.
Die beiden Tunneldioden 18, 19 bilden zusammen einen Spannungsteiler über dem Transformator 22, wobei der Wiederstand der Tunneld'iod'e 19, der vom Quotienten der zu ihrem Einstellpunkt im flachen Einstellgebiet CD gehörenden Spannungs- und Strom werte bedingt wird, um eine Grössenordnung grösser als der Wikiarstand der Tunneldiode 18 ist, der vom Quotilenten der zu ihrem Einstellpunkt für den kri- ,
tischen Wert Vk gehörenden Spannungs- und Strom werte bedingt wird, so dass der dem Transformator 22 zugeführte Impuls über den sehr niedrigen Wider stand der Tunneldiode 18 nach der Ausgangslei tung 24 weitergeleitet wird. Wenn die Tunneldiode 18 in der Durchlassnichtung und die Tunneldiode 19 in der Sperrichtung vorgespannt sind, wird dagegen dem Tiefpassfilter kein Impuls zugeführt.
Genau so wie anhand der Fig. 1 erörtert wurde, sind die Ausgangsimpulse des Impulsmodulators 3 bestrebt, nach Verstärkung und Polaritätsumkehrung im Impulsverstärker 23 über das Glättungsfilter 6, das Differenzsignal auf Null einzustellen,
wobei die Anzahl der je Zeiteinheit dem Impulsmodulator 3 entnommenen Impulse genau der Grösse des Mess- signa!Cs proportional äst. In dieser Vorrichtung er folgt die Aufzeichnung in der gleichen Weise wie in Fig. 1 beschrieben. Die Ausgangsimpulse des Im- pulsmodulators werden nämlich bei Betätigung des Schalters 9 während 104 Impulse des Impulsgene- rators 4 dem Aufzeichnungszähler 2 zugeführt.
Im Vergleich zu der in Fig. 1 gezeigten Vorrich tung unterscheidet sich die Vorrichtung nach Fig. 2 durch ihre<I>grosse</I> Empfindlichkeit (Unterschiede von 2 ,uA im Differenzsignal werden z.
B. noch bemerkt) und ausserdem durch ihre besonders grosse Einfach heit; es stellt sich heraus, dass in dieser Vorrichtung u. a. ein Impulserneuerer fortgelassen werden kann, da Verzerrungen in, den Ausgangsimpulsen des Im- pulsmodulators. 3 weitgehend' beschränkt sind. Bei der gezeigten Vorrichtung wirkt der Impulsmodulator 3 gleichzeitig als Impulserneuerer.
Fig. 4 zeigt eine wertere Vereinfachung der Vor- richtung nach der Erfindung.
Die denen der Fig. 2 entsprechenden Elemente sind in Fig. 4 mit den gleichen Bezugsziffern be zeichnet.
Wie anhand der Fig. 2 beschrieben wurde, wer den zum Erzeugen des Differenzsignals die vom Im puTsmodulator 3 stammenden Innpulse über einen als Phasenumkehrstufe wirkenden Verstärker 23 einem durch ein Vierpolnetzwerk gebildeten Tiefpassfilter zugeführt. Die beiden Funktionen - die Phasen- umkehrung und die Glättang - werden in der Vor- richtung nach Fig. 4 durch die <RTI
ID="0004.0051"> Anwendung eines an den Verbindungspunkt der Tunneldioden 18, 19 angeschlossenen Glättungsfilter vollführt, das aus. der Reihenschaltung eines Widerstandes 25 und einer Spule 26 besteht.
Am Verbindungspunkt dler Tunneldioden 18, 19 auftretende Impulse werden zur Glättang der Reihen schaltung des Widerstandes 25 und der Spule, 26 zugeführt, wobei infolge der bei Glättang der Impulse in der Spule 26 erzeugten entgegengesetzt gerichteten elektromotorischen Kraft ein Strom fliesst, der mit dem über den Reihenwiderstand 27 zugeführten Signalstrom das erwünschte Differenzsignal liefert.
In der gezeigten Ausführungsform ward das Mess- signal über den Reihenwiderstand 27 dem. Verbin- dungspunkt der Spule 26 und des Widerstandes 25 zugeführt.
Die Wirkungsweise der gezeigten Vorrichtung ist gleich der der Vorrichtung nach Fig. 3, wobei auch in diesem FaTI, die je Zeiteinheit am Verbindungs punkt der Tunneldioden 18, 19 auftretenden Im pulse genau der Grösse des Messsignals proportional sind, und die Aufzeichnung erfolgt in der gleichen Weise, wie sie bei den Vorrichtungen nach den Fig. 1 und 3 beschrieben ist.
Nachstehend werden von einer in der Praxis ein gehend geprüften Vorrichtung vom erwähnten Typ die folgenden Daten erwähnt: Tunneldioden 18, 19: Germanium-Tunneldioden mit einem Spitzenstrom von 5 mA, Widerstand 25: 120D Spule 26: 100 m11, Widerstand 27:
1 k2. Es .seii noch bemerkt, dass statt Tunneldioden auch andere Zweipolelemente mit Negativ-Widerstands- kennUnie angewandt werden können, z.
B. pnpn- Dioden. Weiter sei noch erwähnt, dass statt des von Hand betätigten Schalters 9 des Start-Stop-Kreises 8 in den betreffenden Vorrichtungen auch elektronisch gesteuerte Schalter Anwendung finden können, z. B. für selbsttätige Aufzeichnung von Messsignalen.