DE2215813A1 - Einrichtung zur Abgabe eines die Winkelgeschwindigkeit oder -beschleunigung darstellenden Digitalsignals - Google Patents

Description

MÜNCHENS

Dt.- ING. H. FINCKt MOLLERSTR. 31

DIPL.-ING. H. iOHt on

DIPL.-ING. S. 3TAIdIiI

Mappe 9059
Case F. 197?

Beschreibung

zum Pat ei%e such

der Firma FIAT Societa per Azioni, Turin/Italien

betreffend

Einrichtung zur Abgabe eines die Winkelgeschwindigkeit oder -beschleunigung darstellenden Digitalsignals

Priorität: 30. März 1971 - Italien

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Abgabe eines eine Winkelgeschwindigkeit oder -beschleunigung darstellenden Digitalsignals.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer einfachen Schaltungsanordnung der erwähnten Art von hoher Empfindlichkeit innerhalb eines weiten Wertebereiches der zu messenden Funktion·

Erfindungsgemäß wird eine Einrichtung der erwähnten Art geschaffen, welche gekennzeichnet ist durch einen auf die Winkelgeschwindigkeit ansprechenden Fühler zur Erzeugung eines die Winkelgeschwindigkeit darstellenden Pulses» einen Impulszähler mit zwei Eingängen von entgegengesetztem Vorzeichen, von deren einer

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seitens des Ausganges des Fühlers beaufschlagt ist, und eine Verzögerungsschaltung, welche ebenfalls seitens des Ausgangssignals des Fühlers beaufschlagt ist, wobei die verzögerten Impulse an dem Ausgang der Verzögerungsschaltung zu dem anderen Eingang des Impulszählers geführt sind, so daß im Betrieb der Einrichtung nach einer anfänglichen Verzögerung infolge der Verzögerungs schaltung die Ausgangsgröße des Impulszählers die algebraische Summe der Impulse an den beiden Eingängen seit dem Beginn des Betriebes darstellt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung können so ausgebildet werden, daß ein Digitalsignal entsprechend den augenblicklichen Werten einer Winkelgeschwindigkeit oder -beschleunigung oder wahlweise ein Analogsignal proportional dem Digitalsignal abgegeben wird, um ein Betätigungselement zu steuern.

Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Einrichtung so ausgebildet, daß bei Anwendung als Beschleunigungsmesser oder Vinkelbeschleunigungswandler Ausgangssignale abgegeben werden, welche sowohl beim Absolutwert als auch dem Vorzeichen der Beschleunigung entsprechen, d.h. Beschleunigungen oder Verlangsamungen darstellen.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einrichtung in Blockschaltbilddarstellung,

Fig. 2 einen Bestandteil der Einrichtung nach Fig. 1, teils in Blockschaltbilddarstellung, teile in Schältbilddarstellung ,

Fig. 3> 3a Impulsdiagramme zur Veranschaulichung der Wellenform eines Signals innerhalb eines Teils der erfindungsgemäßen Einrichtung, wenn sich diese in Betrieb befindet,

Fig. 4, 4-a, 5i 5a, 5b Schaubilder zur qualitativen Veran-

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schaulichung des Betriebes der Einrichtung gemäß Pig. bei Erzeugung von Signalen entsprechend einer konstanten bzw. einer linearen variablen Winkelgeschwindigkeit,

Fig. 6 den Betrieb der Einrichtung als Beschleunigungsmesser zur Anzeige der augenblicklichen Beschleunigungswerte, in Schaubilddarstellung,

Pig. 7 einen einfachen Digital/Analog-Wandler zur Anwendung in Verbindung mit Ausführungsbeispielen nach der Erfindung, in Schaubilddarstellung.

Die Erfindung umfaßt einen auf eine Winkelgeschwindigkeit ansprechenden Wandler 1, beispielsweise eine Schallradanordnung, und einen umkehrbaren Impulszähler 2, Zwischen dem Wandler 1 sowie dem Zähler 2 ist eine monostabile Triggerschaltung 3 vorgesehen, welche das seitens des Wandlers 1 erzeugte Signal so abwandelt, daß dieses als Eingangsgröße für den Zähler 2 geeignet ist. Der Trigger 3 ist vorzugsweise nach Art von Fig. ausgebildet und umfaßt einen induktiven Differentialverstärker AP in Verbindung" mit einem Widerstands/Kapazitäts-Netzwerk R zur Umwandlung eines Rechteck-Eingangssignals SI, wie es in Fig. 3 veranschaulicht ist, in eine Reihe von Steuerimpulsen SU in zeitlichem Zusammenfall mit der vorlaufenden Kante jeder Welle des Eingangssignals SI, wie dies in Fig. 3a veranschaulicht ist. Die durch die monostabile Triggerschaltung 3 erzeugten Impulse SU werden direkt einem Eingang 4 des Zählers 2 und indirekt über eine Verzögerungsschaltung eines zweiten Eingangs 6 des Zählers 2 zugeführt.

Das Verzögerungsnetzwerk umfaßt einen Quadrupol 5 in T-Schaltung, welcher durch einen Oszillator 7 gesteuert ist. Die beiden Eingänge 4, 6 des Zählers 2 sind so angeordnet, daß die an einem Eingang ankommenden Impulse entgegengesetzt zu den Impulsen sind, die an dem anderen Eingang ankommen, so daß

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im Ergebnis die Impulse entgegengesetzte Vorzeichen aufweisen und die an dem Eingang 4 eingehenden Impulse zu dem Ausgangssignal des Zählers addiert werden, während an dem Eingang 6 ankommende Impulse von dem Ausgangssignal des Zählers abgezogen werden. Der Ausgang 8 des Zählers 2 steht in betriebsmäßiger Verbindung mit einem Ziffernanzeiger 9 sowie einer Schaltung 10 zur direkten Auswertung des Ausgangssignals.

Die Schaltung 10 umfaßt einen Digital/Analog-Wandler 11, dem eine Schwellwertschaltung 12 zugeordnet ist, die beispielsweise als Triggerschaltung ausgebildet sein kann, deren Ausgang an einem Leistungsverstärker 13 liegt, der einen Verbraucher 14 beaufschlagt. Der Digital/Analog-Wandler 1st vorzugsweise von einfachem Aufbau, beispielsweise gemäß Fig. 7, und umfaßt eine Reihe von Eingängen I.., Ig...., Ijj entsprechend jedem numerischen Signal und liegt über Widerstände an einem einzigen analogen Ausgang UA.

Der Betrieb der Schaltung ändert sich entsprechend dem Anwendungszweck, wie nachfolgend näher erläutert wird.

Bei Anwendung als Tachometer zur Messung der Winkelgeschwindigkeit kann die Schaltung eine konstante oder veränderliche Winkelgeschwindigkeit messen. Bei Anwendung zur Messung einer konstanten Winkelgeschwindigkeit entsprechend einer konstanten Impulsfrequenz f seitens des Ausgangs des monostabilen Triggers 3 gemäß Fig. 4 kann das Digitalsignal an dem Ausgang des Zählers 2 gemäß Fig. 4a dargestellt werden. Aus diesem Schaubild ist ersichtlich, daß die Linie, welche die digitale Ausgangsgröße des Zählers 2 darstellt, einen anfänglichen ansteigenden Teil entsprechend der Verzögerungszeit t_Q des Verzögerungsnetzwerkes 5 aufweist. An dem Ende des Zeitpunktes t_Q bleibt das digitale Ausgangssignal konstant, wie dies durch die horizontale Linie A-B veranschaulicht ist,

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Die Schaltung arbeitet im Sinne der Erzeugung dieser Ausgangsgröße in folgender Weise. Während des Zeitintervalls t^ summiert der Zähler 2 die an dem Eingang 4 eingehenden Impulse, so daß die Ausgangsgröße ein Digitalsignal ist, das von dem Wert 0 bis zu dem Wert A ansteigt. An dem Ende des Verzögerungsintervalls t_Q ist die Ausgangsgröße des Zählers 2 die algebraische Summe der an den Eingängen 4» 6 ankommenden Impulse, welche, da im vorliegenden Fall so viele Impulse an dem Eingang 4 wie an dem Eingang 6 ankommen, konstant auf dem Wert A verbleiben. Daher ändert sich die numerische Ausgangsgröße nicht, wie dies durch die horizontale linie A-B veranschaulicht ist.

Wenn sich die Winkelgeschwindigkeit ändert, kann die Ausgangsgröße der monostabilen Triggerschaltung beispielsweise entsprechend Pig. 5 vorliegen, aus welcher ersichtlich ist, daß bei dem dargestellten Beispiel die Frequenz f der Impulse linear mit der Zeit steigt. In diesem Fall entspricht die Kurve, welche die numerische Ausgangsgröße des Zählers 2 darstellt, dem Kurventyp gemäß Fig. 5a. Tatsächlich integriert der Zähler in wirksamer Weise die Differenz zwischen den Impulsen, die den beiden Eingängen 4, 6 zugeführt wurden. Fig. 5b zeigt die Kurven, welche die Suramen der Impulse darstellen, die an den beiden Eingängen 4, 6 des Zählers ankommen. Diese sind mit a bzw. b bezeichnet. Die Kurven ergeben sich durch die Gleichungen:

fdt = K J tdt = K t²

K (t - t₀)²

Daher kann die numerische Ausgangsgröße des Zählers folgen-

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dermaßen wiedergegeben werden:

a - b = -Ktt + Kt ²

ο j) ^

Dies entspricht einer Funktion vom Typ f^t + kj .

Nach dem Zeitpunkt t_Q entsprechend der durch das Verzögerungsnetzwerk 5 eingeführten Verzögerung wird die numerische Ausgangsgröße daher durch eine gerade Linie dargestellt, deren Steigung proportional der Beschleunigung ist, wobei deren augenblicklicher Wert der V/inkelgeschwindigkeit entspricht.

V/ie sich aus den Schaubildern gemäß Pig. 4a, 5a ergibt, fallen in beiden oben erwähnten Fällen an dem Ende des Verzögerungsintervalls ±q die Kurven entsprechend den Funktionen an dem Eingang und Ausgang des Zählers zusammen, was angibt, daß der Zähler eine numerische Anzeige der Winkelgeschwindigkeit erzeugt. Die entsprechende Zahl wird an dem Anzeiger 9 wiedergegeben.

Auf V/unsch kann das numerische Signal des Zählere verwendet werden, um ein Betätigungselement 14 zu steuern, Indem der Digital/Analog-Wandler 11 sowie die Triggerschaltung 12 in der oben erwähnten Weise vorgesehen werden.

Die Schaltung kann auch als Beschleunigungsmesser verwendet werden. In diesem Fall zeigt das numerlBohe Signal an dem Ausgang des Zählers 2 den augenblicklichen Wert der Beschleunigung an, wie dies nachfolgend erläutert wird. Zu diesem Zweck wird ein Steuerimpuls des Oszillators 7 verwendet, um den Zähler 2 zurückzustellen, welcher auf diese Weise periodisch von Null ausgehend erneut startet, um eine Reihe aufeinanderfolgender Ausgangesignale zu erzeugen. Fig. 6 zeigt

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eine typische Gruppe von AusgangsSignalen seitens des Zählers zur Durchführung des Betriebes dieser Art. Hierbei ist ersichtlich, daß in jedem. Zeitintervall der Dauer t~ das Signal einen Maximalwert V , V¹ , V" erreicht, wobei jeder Wert dem Beschleunigungswert in dem besonderen Intervall der Dauer t_Q entspricht.

Die Länge der Zeitintervalle t_Q bestimmt den Grad der Genauigkeit der Anzeige der Beschleunigung, welcher durch das Instrument gewährleistet wird. Insbesondere wird mit längerer Dauer des Intervalls tQ der Annäherungsgrad an den tatsächlichen augenblicklichen Wert der Beschleunigung größer, welcher durch die numerischen Signale V an dem Ausgang des Zählers 2 gegeben wird. Tatsächlich kann die 'Beschleunigung sehr schnelle Änderungen in dem Zeitintervall erfahren, welche durch das Instrument nicht aufgezeichnet werden.

Wenn andererseits das Intervall t_Q sehr kurz ist, tritt der entgegengesetzte Nachteil auf, daß das Instrument allen augenblicklichen Änderungen der Beschleunigung folgt, so daß keine irgendwie geartete Gesamtannäherung an den allgemeinen Wert der Beschleunigung vorliegt. Diese Annäherung ist oftmals von größerem Nutzen als die tatsächlichen augenblicklichen Beschleunigungswerte.

Bei Anwendung als Beschleunigungsmesser kann die Schaltung auch zur Lieferung eines Signals ausgebildet werden, welches sowohl Beschleunigungen als auch Verlangsamungen darstellt. Zu diesem Zweck kann ein gewählter Übergang des Digitalsignals als Steuersignal verwendet werden. Daher kann beispielsweise die Ausgangsgröße des Zählers die nachstehende Folge von Beschleunigungsbits enthalten, wenn eine positive Beschleunigung angezeigt wird:

( 0-1-2-3-4 ),

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wogegen die nachstehende Folge von Bits eine Verlangsamung wiedergibt:

Im zweiten Fall kann der Übergang von 0-9 verwendet werden, um ein negatives Steuersignal zu triggern, so daß die Ausgangsgröße abgewandelt wird, um die nachstehende Folge abzugeben:

Indem auf diese Weise eine negative Beschleunigung oder Verlangsamung wiedergegeben wird, kann diese von dem Anzeiger 9 leicht abgelesen werden.

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Claims (9)

1. Patentansprüche

   inrichtung zur Abgabe eines die Winkelgeschwindigkeit oder -beschleunigung darstellenden Digitalsignals, gekennzeichnet durch einen Fühler (1, 3) zur Erzeugung eines die Winkelgeschwindigkeit darstellenden Pulses, einen Impulszähler (2) mit zwei Eingängen (4, 6) von entgegengesetztem Vorzeichen, von denen einer (4) seitens der Ausganges des Fühlers (1) beaufschlagt ist, und eine Verzögerungsschaltung (5), welche ebenfalls seitens des Ausgangssignals des Fühlers beaufschlagt ist, wobei die verzögerten Impulse an dem Ausgang der Verzögerungsschaltung zu dem anderen Eingang. (6.). des Impulszählers ^{& B &} nach, einer ^ir^nglichen/

   geführt sind, so daß im Betrieb der Einrichtung/Zeitverzögerung (t_Q) infolge der Zeitverzögerungsschaltung (t_Q) die Ausgangsgröße des ImpulsZählers die algebraische Summe der Impulse an den beiden Eingängen (4,6) seit dem Beginn des Betriebes darstellt.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsschaltung ein Quadrupol (5) in T-Schaltung ist, welcher durch einen Oszillator (7) gesteuert ist.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2 zur Anwendung al3 Tachometer, dadurch gekennzeichnet, daß der Quadrupol der Verzögerungsschaltung (5) durch d.as Ausgangssignal des Oszillators (7) an dem Ende des Verzögerungsintervalls (t_Q) zu entsperren ist, wobei während dieses Zeitintervalls der Inpulszähler (2) die Impulse summiert, welche unmittelbar von dem Winkelgeschwindigkeitsfühler (1, 2) zugeführt werden, so daß die Ausgangsgröße des ImpulsZählers (2) ein Digitalsignal ist, dessen Wert nach dem Verzögerungsintervall (^q) den augenblicklichen Wert der Winkelgeschwindigkeit darstellt.

   - 10 -

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4. 4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1,2 zum Betrieb als Beschleunigungsmesser, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungsschaltung (5) zur Erzeugung eines Rückstellimpulses zwecks Rückstellung des Impulszählers (2) an dem Ende jedes aufeinanderfolgenden VerzögerungsIntervalls (t_Q) ausgebildet ist, so daß die Ausgangsgröße des Impulszählers (2) ein Digitalsignal ist, welches die „aufeinanderfolgenden Beschleunigungswerte (V , v^: , V" ) in jedem aufeinanderfolgenden Verzögerungs· Intervall (t^) darstellt.
5. 5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelgeschwindigkeitsfühler (1, 3) eine monostabile Triggerschaltung (1, 3) in Verbindung mit dem Ausgang eines Winkelgeschwindigkeitswandlers (1) umfaßt, um das Ausgangssignal (Sl) des Wandlers (1) in einen Steuerpuls (SU) umzuwandeln.
6. 6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4, 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine gewählte Folge von Bits des digitalen Ausgangssignals ansprechende Elemente zur Erzeugung einer Anzeige des Vorzeichens der Beschleunigung vorgesehen sind.
7. 7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß Elemente (10) zur unmittelbaren Auswertung des digitalen Ausgangssignals der Einrichtung vorgesehen sind,
8. 8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (10) einen Digital/Analog~Wandler umfaßt, dessen Ausgang an einer Schwellwertschaltung (12) liegt, die mit einem an einem Verbraucher (14) liegenden Leistungsverstärker (13) verbunden ist.
9. 9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, gekennzeichnet durch eine Anzeigeeinrichtung (9) zur Schaffung einer visuellen numerischen Anzeige der Ausgangsgröße des Zählers.

   Pur Firma FIAT Societa per Azioni;

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