CH514127A - Verfahren zur digitalen Bestimmung des Quadrates des Verhältnisses einer variablen Messfrequenz zu einer konstanten Bezugsfrequenz - Google Patents

Description

      Verfahren    zur digitalen Bestimmung des Quadrates des Verhältnisses einer variablen Messfrequenz  zu einer konstanten Bezugsfrequenz    Das Hauptpatent bezieht sich auf ein Verfahren zur  digitalen     Bestimmung    einer Potenz des Verhältnisses  einer variablen Messfrequenz fx zu einer konstanten  Grundfrequenz fxo mittels Zählwerken und mit Hilfe ei  ner konstanten Bezugsfrequenz fo, wobei die Messfre  quenz f$     innerhalb    eines sich von der     Grundfrequenz     fxo bis zum n-fachen dieser Grundfrequenz erstrecken  den Frequenzbereiches variabel ist.

      Nach dem     Patentanspruch    I des Hauptpatentes ist  dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass eine  Folge elektrischer Messimpulse Ix mit einer zur     Mess-          frequenz    fx proportionalen Messimpulsfrequenz F$ er  zeugt wird und die Messimpulse Ix zwecks Zählung ei  nem ersten Zählwerk zugeführt werden, dass eine Folge  elektrischer Bezugsimpulse Io erzeugt wird, deren Fre  quenz Fo um das n-fache grösser als die zur Frequenz  fxo proportionale Grundfrequenz Fxo ist, und die Be  zugsimpulse Io zwecks Zählung einem zweiten Zählwerk  zugeführt werden,

   dass zur     Zählung    einem dritten Zähl  werk während einer ersten Phase die über die     Mess-          impulse    Ix überzähligen Bezugsimpulse Io und während  einer anschliessenden zweiten Phase die m-ten Im  pulse der Bezugsimpulsfolge zugeführt werden, und dass  nach     gleichzeitigem    Zählbeginn mit allen drei Zähl  werken beim dritten     Zählwerk    von der ersten Zähl  phase auf die zweite     Zählphase    geschaltet     wird,    wenn  die Bezugsimpulse Io des zählenden zweiten Zählwer  kes einen vorgegebenen, dem n-fachen einer frei gewähl  ten Konstanten K gleichen Zählwert     ZZ    gezählt hat,

    und das die Messimpulse Ix zählende erste Zählwerk  abgeschaltet     wird,    wenn das dritte Zählwerk einen dem  (n-1)-fachen der gewählten Konstanten K gleichen Zähl  wert     Zst    gezählt hat, worauf das erste Zählwerk eine  Impulszahl     Zm    anzeigt, welche mindestens angenähert  gleich dem Produkt aus der Konstanten K und dem  Quadrat des     Frequenzverhältnisses    Q ist.         Aufgrund    physikalischer Gesetze erhält man bei  Messungen häufig ein periodisches Signal der Frequenz       f_,    die der Wurzel einer gesuchten physikalischen Grösse  X proportional ist. Es gilt also  
EMI0001.0021     
    wobei     Fxo    eine Konstante ist.

   Um     ein    zur Grösse direkt  proportionales Ergebnis zu     gewinnen,    das beispielsweise  für eine     Anzeige    verwendet werden     kann,    ist das Qua  drat der     Frequenz    f$ zu bilden. Ein Beispiel für diesen  Vorgang stellt die Saitenwaage dar, bei der die     Einzel-          frequenz    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 S     aite     zusätzlich spannenden Gewicht auf der Waagschale,  das die Messgrösse darstellt.

   Die Konstante     Fxo    nimmt  dann beispielsweise den Zahlenwert der Messfrequenz     fx     an, den man für den     Wert    Null der Messgrösse darstellt.  



  Das Hauptpatent geht davon aus, dass das Ergeb  nis der Zählung einer Zahl von periodisch mit der Fre  quenz     fX    aufeinanderfolgenden Ereignissen proportional  der Frequenz     f%    und der Zählzeit ist. Wird die     Zählzeit     ihrerseits     proportional    der Frequenz     f$    gemacht, so ist  das Ergebnis proportional dem Quadrat der     Frequenz        f$.     



  Das grundsätzliche Verfahren zur     Durchführung     dieser digitalen Quadratur ist dem Hauptpatent zu ent  nehmen.     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 prakti  schen Realisierung einen beträchtlichen elektronischen  Aufwand erforderlich machen.  



  Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Ver  fahren zur digitalen     Bestimmung    des Quadrates des      Verhältnisses Q einer variablen Messfrequenz fx zu ei  ner konstanten Bezugsfrequenz fo mittels Zählwerken,  bei dem eine Folge elektrischer     Messimpulse        Ix    mit einer  zur Messfrequenz fx proportionalen Messimpulsfrequenz  Fx erzeugt wird und die Messimpulse IX zwecks Zäh  lung einem ersten Zählwerk zugeführt werden,     ferner     eine Folge elektrischer Bezeugsimpulse Io mit einer zur  Bezugsfrequenz fo, wobei man Fo  < _ Fx wählt, erzeugt  wird und diese Bezugsimpulse Io zwecks Zählung einem  zweiten Zählwerk zugeführt werden,

   ferner zur Zäh  lung einem     dritten    Zählwerk während einer ersten Zähl  phase die über die eine Impulsfolge     überzählige    Anzahl  von Impulsen der anderen Impulsfolge und während  einer     anschliessenden    zweiten Zählphase die Impulse  der Bezugsimpulsfolge zugeführt werden, wobei nach  gleichzeitigem     Zählbeginn    mit allen drei Zählwerken  beim dritten Zählwerk von der ersten auf die zweite  Zählphase geschaltet wird, wenn das zweite Zählwerk  einen vorgegebenen Zählwert     ZZ    erreicht hat, und das  die     Messimpulse    Ix zählende erste Zählwerk abgeschal  tet wird, wenn das dritte Zählwerk einen bestimmten  Zählwert erreicht hat,

   worauf das erste Zählwerk eine  Impulszahl ZM anzeigt, welche dem Quadrat des Fre  quenzverhältnisses Q proportional ist.  



  Die     Erfindung    besteht darin, dass nach Zählbeginn  die Messimpulse Ix über ein erstes Und-Tor an das  erste Zählwerk und über ein zweites Und-Tor an einen  Eingang des dritten Zählwerkes gegeben werden, dessen       zweitem    Eingang über ein drittes Und-Tor die Bezugs  impulse Io zugeführt werden, die ausserdem über ein       viertes    Und-Tor an das zweite Zählwerk gelangen, das  von Null bis zu einer voreingestellten Zahl zählt und so  die Zeitdauer der ersten Zählphase festlegt, für die ein  Ausgangssignal des zweiten Zählwerkes an das zweite  und das     vierte    Und-Tor gegeben ist und diese während  der ersten Zählphase offenhält,

   dass der während der  ersten Zählphase erreichte Zählerstand des dritten Zähl  werkes in der dadurch in ihrer Zeitdauer festgelegten  zweiten Zählphase durch die weiteren Bezugsimpulse Io  bis auf Null abgebaut wird und dass am Ende dieser  Zeitdauer das bis     anhin    durch ein Ausgangssignal des  dritten Zählwerkes offen gehaltene erste Und-Tor ge  sperrt und damit der Messzähler abgeschaltet wird.  



  Dieses Verfahren ist hinsichtlich der     einzelnen    Ver  fahrensschritte vereinfacht. Entsprechend genügt auch  ein verminderter elektronischer Bedarf zu seiner prak  tischen     Durchführung.    Ausser den in jedem Fall erfor  derlichen drei Zählern werden 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 der Grundfre  quenz fxo gewählt werden, also derjenigen Messfrequenz,  die dem     Wert    Null der Messgrösse entspricht. Dadurch  wird den     Erfordernissen    des Waagebetriebes besonders  Rechnung getragen. Der die Messfrequenz erzeugende  Oszillator und der die Bezugsfrequenz erzeugende Oszil  lator können nämlich unter diesen Umständen identisch  aufgebaut sein. Einflüsse von     Alterung,    Temperatur,  Schwerkraft, Schwingungen der Unterlage usw.     wirken     sich so auf beide Oszillatoren gleich aus und können  nicht zu einer Verfälschung des Messergebnisses führen.

           In    der Zeichnung ist ein Schaltungsbeispiel zur       Durchführung    des     erfindungsgemässen    Verfahrens ver  anschaulicht, und zwar zeigt die einzige Figur eine für  die digitale Frequenzquadratur verwendete Schaltung.  



  Bei Zählbeginn, also zu Beginn der Messung, wird  eine von einem Messoszillator stammende Folge elektri  scher Messimpulse h mit einer Messfrequenz fx propor  tionalen Messimpulsfrequenz F. über ein Und-Tor U1  einem Messzähler M zugeführt. Ausserdem     wird    eine  von einem Hilfsoszillator stammende Folge elektrischer  Bezugsimpulse Io mit einer festen Bezugsimpulsfrequenz  Fo über ein Und-Tor U4 einem Grundzeitzähler G zuge  führt, der an seinem Ausgang vom Beginn der Messung  an solange ein Signal abgibt, bis er einen vorgegebenen  Zählwert ZZ erreicht hat.

   Die dazu benötigte Zeit T1  (erste Zählphase) ist gegeben durch  
EMI0002.0028     
    Durch ein vom Ausgang des Grundzeitzählers A ab  gegebenes Signal wird während der Zeit T1 über das  Und-Tor U4 der Eingang des Grundzeitzählers G sowie  über ein Oder-Tor Ol und ein Und-Tor U3 der     Rück-          wärtseingang    R eines Steuerzählers S für die Bezugs  impulse Io offen gehalten. Gleichzeitig ist der Vorwärts  eingang V des Steuerzählers S über ein Und-Tor     U2        für     die Messimpulse IX geöffnet.

   Setzt man voraus, dass  Fx c Fo ist, so erhält man im Steuerzähler S am Ende  der ersten Zählphase, also nach der Zeit T1, den Zäh  lerstand  Zs = T1(Fx-Fo)        Nach Ablauf der Zeit T1 gibt der Grundzeitzähler G  an seinem Ausgang kein Signal mehr ab. Das Und-Tor       U2    wird also für die Messimpulse     I3        gesperrt,    während  das Und-Tor U3 und damit der Rückwärtseingang R des  Steuerzählers S weiterhin durch ein vom Steuerzähler S  abgegebenes Signal über das Oder-Tor Ol für die Be  zugsimpulse Io offengehalten wird. Der Steuerzähler S  gibt an seinem Ausgang solange ein Signal ab, bis er  wieder den Zählerstand Null erreicht hat. Da voraus  gesetzt wurde, dass Fx     #    Fo ist, ist der Zählerstand Z6  sicher nicht negativ.

   Es ist jedoch am     Anfang    der Mes  sung     nicht    gewährleistet,     dass    zuerst der     Vorwärtsein-          gang    V des Steuerzählers S durch Impulse angesteuert  wird.

   Um eine vorzeitige Schliessung des Und-Tores     U3     wegen einer zuerst stattfindenden     Amtsäusserung    des  Rückwärtseinganges R des Steuerzählers S und einer  damit verbundenen Löschung des     Ausgangssignales    des  Steuerzählers S zu vermeiden, wurde das Oder-Tor     0l     vorgesehen, über das zu     Beginn    der Messung ein ein  deutigen Signal vom     Ausgang    des     Grundzeitzählers    G  an das Und-Tor     U3    gelegt wird. Gleichzeitig werden  ebenso eindeutige Verhältnisse auch für das Und-Tor       U1    geschaffen, das dem Messzähler M vorgeschaltet ist.

    Sobald     am    Steuerzähler S der Zählstand Null erreicht  ist, an seinem Ausgang also kein Signal mehr auftritt,  wird das Und-Tor     U1        gesperrt.    Die zum Abbau des       Zählerstandes    Z, mit der     Bezugsimpulsfrequenz        Fo    er  forderliche Zeit     T2    (zweite Zählphase) beträgt  
EMI0002.0058     
      Am     Eingang    des Messzählers M liegt über das     Und-          Tor    Ui während der gesamten Zeit T1 +T2 die     Mess-          impulsfrequenz    Fx.

   Der erreichte Zählerstand ist  
EMI0003.0005     
    Er ist somit proportional zum Quadrat der     Messimpuls-          frequenz    Fx und damit proportional zur Messfrequenz  fx und zur Grösse X.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH , m <B>J</B> <B>4)</B> Verfahren zur digitalen Bestimmung des Quadrates des Verhältnisses Q einer variablen Messfrequenz fx zu einer konstanten Bezugsfrequenz fo mittels Zählwerken, bei dem eine Folge elektrischer Messimpulse Ix mit einer zur Messfrequenz f$ proportionalen Messimpulsfrequenz Fx erzeugt wird und die Messimpulse Ix zwecks Zählung einem ersten Zählwerk zugeführt werden, ferner eine Folge elektrischer Bezugsimpulse Io mit einer zur Be zugsfrequenz fo proportionalen Frequenz Fo, wobei man Fo G Fx wählt, erzeugt wird und diese Bezugsimpulse Io zwecks Zählung einem zweiten Zählwerk zugeführt werden,

   ferner zur Zählung einem dritten Zählwerk während einer ersten Zählphase die über die eine Im pulsfolge überzählige Anzahl von Impulsen der anderen Impulsfolge und während einer anschliessenden zweiten Zählphase die Impulse der Bezugsimpulsfolge zugeführt werden, wobei nach gleichzeitigem Zählbeginn mit al len drei Zählwerken beim dritten Zählwerk von der ersten auf die zweite Zählphase geschaltet wird, wenn das zweite Zählwerk einen vorgegebenen Zählwert Z erreicht hat, und das die Messimpulse IX zählende erste Zählwerk abgeschaltet wird,

   wenn das dritte Zählwerk einen bestimmten Zählwert erreicht hat, worauf das erste Zählwerk eine Impulszahl ZM anzeigt, welche dem Quadrat des Frequenzverhältnisses Q proportional ist, dadurch gekennzeichnet, dass nach Zählbeginn die Messimpulse Ix über ein erstes Und-Tor (U1) an das erste Zählwerk (M) und über ein zweites Und-Tor (U2) an einen Eingang (V) des dritten Zählwerkes (S) gegeben werden, dessen zweitem Eingang (R) über ein drittes Und-Tor (U3) die Bezugsimpulse Io zugeführt werden, die ausserdem über ein viertes Und-Tor (U4) an das zweite Zählwerk (G) gelangen, das von Null bis zu einer voreingestellten Zahl zählt und so die Zeitdauer (T1) der ersten Zählphase festlegt, für die ein Ausgangs signal des zweiten Zählwerkes (G)

   an das zweite und das vierte Und-Tor (U2 bzw. U4) gegeben ist und diese während der ersten Zählphase otfenhäit, dass der wäh rend der ersten Zählphase erreichte Zählerstand des dritten Zählwerkes (S) in der dadurch in ihrer Zeitdauer (T2) festgelegten zweiten Zählphase durch die weiteren Bezugsimpulse Io bis auf Null abgebaut wird und dass am Ende dieser Zeitdauer das bis dahin durch ein Aus gangssignal des dritten Zählwerkes (S) offen gehaltene erste Und-Tor (Ui) gesperrt und damit der Messzähler (M) abgeschaltet wird. UNTERANSPRÜCHE 1.

   Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass die Bezugsfrequenz fo gleich derjenigen Messfrequenz fxo gewählt ist, die dem Wert Null der Messgrösse entspricht. 2. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass die Messimpulse Ix über das zweite Und- Tor (U2) an einen Vorwärtseingang (V) des dritten Zählwerkes (S) gegeben werden. 3.

   Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass die Bezugsimpulse Io über das dritte Und-Tor (U3) an einen Rückwärtseingang (R) des drit ten Zählwerkes (S) gegeben werden. 4. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass das dritte Zählwerk (S) während der ge samten Zähldauer (T1 + T2) ein Ausgangssignal erzeugt, das zum Offenhalten des ersten und dritten Und-Tores (Ui bzw. U3) verwendet ist. 5.

   Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass zum Erhalt definierter Startbedingungen für den Zählvorgang die Ausgangssignale des zweiten Zählwerkes (G) und des dritten Zählwerkes (S) über die beiden Eingänge eines Oder-Tores (0l) dem ersten und dritten Und-Tor (U1 bzw. U3) zugeführt werden.