DE1046376B - Integrationseinrichtung - Google Patents

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Einrichtung zur Integration elektrischer Signale.

Die erfindungsgemäße Integrationseinrichtung kann vor allem in der praktischen Mathematik für Rechenmaschinen, die wenigstens teilweise nach dem Analogieverfahren arbeiten, eine vorteilhafte Anwendung finden. Bei solchen Maschinen ergibt sich die Notwendigkeit, ein Signal derart zu integrieren, daß die das Integral der gegebenen Funktion darstellende Spannung den Änderungen des Eingangssignals mit großer Genauigkeit und insbesondere ohne vorübergehende Abweichungen folgt.

Ein elektronisch arbeitender Integrator besteht im wesentlichen aus einem das Eingangssignal χ aufnehmenden Verstärker mit hohem Verstärkungsgrad und aus einem Widerstand R. Der Ausgang dieses Verstärkers ist über eine Kapazität C mit dem Eingang verbunden. Unter diesen Bedingungen ist das Ausgangssignal y bis auf eine Konstante gleich dem Integral über das Eingangssignal χ und hat dien Wert Integrationseinrichtung

Anmelder:

S. E. A. Societe d'Electronique

et d'Automatisme,
Courbevoie, Seine (Frankreich)

Vertreter: Dipl.-Ing, E. Prinz, Patentanwalt,
München-Pasing, Bodenseestr. 3 a

Beanspruchte Priorität:
Frankreich, vom 15. April 1953

^γ~ R-C-p "'

wenn ρ die komplexe Kreisfrequenz des Eingangssignals bedeutet. Ferner ist es bekannt, daß ein derartiger Integrator dann einen besonders guten Wirkungsgrad hat, wenn er in einem Bereich maximaler Änderung von y betrieben wird, der z. B. dem Intervall zwischen den durch die Zeitkonstante RC des Integrators gegebenen Grenzen seines Betriebsbereichas entspricht, und. wenn, die Kapazität C immer dann kurzgeschlossen wird, wenn das Signal y die eine oder die andere dieser Grenzen erreicht. Das Signal y ist damit gelöscht, und durch Aufheben des Kurzschlusses kann der Integrator wieder in den Betriebszustand versetzt werden. Bei einer derartigen Einrichtung genügt es, die Anzahl der Fälle, in denen dieser Prozeß durchlaufen wurde, zu zählen, um in jedem Augenblick den Wert des Integrals über das Eingangssignal zu ermitteln. Auf diese Weise läßt sich nämlich eine elektrische Spannung gewinnen, die den tatsächlichen Wert dieses Integrals darstellt, wenn die Ausgangsspannung des Integrators, das Signal y, zu einer genau bekannten Spannung, dem hier mit % bezeichneten Signal (i — 0, ± 1, ± 2,. . .), addiert wird. Letztere ändert sich sprungweise oder in Stufen um je eine Halbamplitude des obenerwähnten, vorher festgelegten Variationsbereiches im einen oder anderen Sinne.

Die Erzeugung und Änderung dieser Spannung können von demselben Zähler bewirkt werden, der dazu dient, die Zahl der Überschreitungen der einen oder anderen Grenze des Variationsbereiches durch das Integrator-Ausgangssignal als eine Funktion der Eingangssignaländerung festzustellen.

Derartige Integratoren haben jedoch den Nachteil, daß der durch das Kurzschließen der Kapazität sowie das Aufheben dieses Kurzschlusses bedingte Umschaltvorgang im Hinblick auf die Nutzbarmachung des das Integral über das Eingangssignal darstellenden Signals eine nicht vernachlässigbare Zeit in Anspruch nimmt. Zudem können sich durch die Unterbrechung der Integration mit der Zeit durch Anhäufung Fehler in der Größe des das Integral darstellenden Signals ergeben, und zwar immer dann, wenn die Änderung des Eingangssignals in diesen Unterbrechungsperioden nicht mit konstanter Geschwindigkeit erfolgt.

Diese Nachteile werden durch die Integrationseinrichtung nach der Erfindung dadurch vermieden, daß zwei Integratoren gleicher Zeitkonstante vorgesehen sind. Die Ausgänge dieser Integratoren, denen das zu integrierende Eingangssignal gleichzeitig zugeführt wird, sind über einen Umschalter an eine Ausgangsleitung für das integrierte Signal angeschlossen. Dieser Umschalter bewirkt, daß jeweils immer nur einer der beiden Integratoren mit der erwähnten Ausgangsleitung verbunden ist. Weiterhin sind Einrichtungen vorgesehen, um über den einen oder anderen dieser Integratoren Vorgänge zur Abänderung ihres Ausgangssignals in dem Fall zu bewirken, in dem

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dieses Signal, wie oben erwähnt, eine der vorher festgelegten Grenzen überschreitet. Diese Vorgänge müssen in bezug auf die Tätigkeit des Umschalters zeitlich so erfolgen, daß das abgenommene Signal auch in den vorher geschilderten Umschaltintervallen in jedem Augenblick den richtigen Wert hat.

Die Integratoren sind ferner so aufgebaut und angeordnet, daß an Stelle einer Rückstellung jedes der beiden Integratoren auf Null der Spannungspegel ihrer Ausgangssignale derart geändert wird, daß zu keinem Zeitpunkt die Integration des Eingangssignals unterbrochen wird, sondern vielmehr die Wiederinbetriebnahme des einen oder anderen Integrators über die Ausgangsleitung mit einem Spannungswert des Ausgangssignals erfolgt, der dem tatsächlichen Wert des Überschusses über die Schranke gleich ist, den das erwähnte Signal ergeben würde, wenn die Wirksamkeit seines Integrators nicht durch die ihm eigene Zeitkonstante beschränkt wäre. Das heißt, es müssen Einrichtungen vorgesehen sein, um die den Integratoren eigene Zeitkonstante während des Zeitintervalls einer Umschaltung zu verändern, indem ihnen eine ihrer eingeprägten Spannung gerade entgegengerichtete, vorher festgelegte Hilfsspannung zugeführt wird, um den Spannungspegel des Ausgangssignals plötzlich und im gewünschten Sinne zu ändern. Hierauf folgt dann ohne Unterbrechung der Tätigkeit der Integratoren eine Wiederaufnahme des normalen Integrationsprozesses.

Nachstehend werden nun die wesentlichen Merkmale und Eigenschaften einer derartigen Integrationseinrichtung an Hand der Zeichnungen im einzelnen näher beschrieben.

Fig. 1 gibt ein Prinzipschaltbild einer Integrationseinrichtung der bekannten Art wieder, von dem

Fig. 2 das ideale,

Fig. 3 das tatsächliche Betriebsdiagramm zeigt;

Fig. 4 zeigt ein zum Schaltbild der Fig. 1 gehöriges Diagramm, um den optimalen Grad möglicher Korrektur des Diagramms von Fig. 3 ersichtlich zu machen;

Fig. 5 stellt eine Abänderung des Schaltbildes von Fig. 1 dar, bei der in Übereinstimmung mit der Erfindung der Spannungspegel der Ausgangs signale für den Integrator geändert wird; sie dient dazu, die Rückstellung auf Null bei der Schaltungsanordnung nach der Fig. 1 zu ersetzen;

Fig. 6 zeigt das Betriebsdiagramm dieser Abänderung;

Fig. 7 gibt ein Schaltbild einer Integrationseinrichtung wieder, die auf dem Prinzip der Fig. 5 beruht und sämtliche erfindungsgemäßen Verbesserungen enthält; .

Fig. 8 zeigt das Betriebsdiagramm für die Einrichtung nach Fig. 7.

Eine bekannte Einrichtung der erwähnten Art enthält nach Fig. 1 eine Schaltung 1 zur Spannungsintegration, die das zu integrierende Signal an ihrer Eingangsklemme 11 aufnimmt und das Integrationsergebnis bei Punkt 16 abgibt, und zwar einerseits an eine Leitung 17, die über einen Ausschaltekontakt 9 zu einer Sumjniervorrichtung 6 führt und das endgültige Signal an die Leitung 12 abgibt, andererseits an einen Spannungsdiskriminator 2 mit zwei Ansprechgrenzen entgegengesetzter Polarität, der ein polarisiertes Relais 3 steuert. Ein reversibler Zähler 4 legt mittels eines Umsetzers 5 eine entsprechend seinem eigenen Zustand stufenweise sich ändernde Spannung an den Eingang der Summiervorrichtung 6. Durch einen Umschaltkontakt 7 kann das polarisierte Relais 3 den Kondensator 15 kurzschließen. Dieser Kondensator verbindet innerhalb des Integrators 1 den Ausgang des Gleichstromverstärkers 14 hohen Verstärkungsgrades mit seinem Eingang, wohin das an Klemme 11 angelegte Signal über den zwischengeschalteten Widerstand 13 gelangt. Das Relais 3 besitzt noch einen Umschalter 8 mit drei Kontakten: Ruhekontakt, Arbeitskontakt oben und Arbeitskontakt unten (bezogen auf die Zeichnung); dieser Umschalter steuert das Eingabewerk 10 für den Zähler 4. Der erwähnte, in der Verbindung 17 zwischen dem Ausgang des Integrators 1 und dem Eingangs widerstand 18 der Summiervorrichtung 6 liegende Kontakt 9 wird ebenfalls vom Relais 3 betätigt. Die Summiereinrichtung besteht in bekannter Weise aus einem über einen Widerstand 20 gegengekoppelten Gleichstromverstärker 19 mit hohem Verstärkungsgrad. Der Widerstand 20 ist mit den Widerständen der Eingangs-Mischschaltung der Summiervorrichtung 6 größengleich. Der Mischkreis enthält noch einen Widerstand 22, der mit der die umgesetzte Spannung des Zählers 4 führenden Leitung 23 verbunden ist. Diese letztere Spannung wird von dem Umsetzer 5 ständig, jedoch je nach dem Fortschreiten des Integrations-Vorganges in verschiedener Höhe geliefert.

Der Zähler 4 und der Umsetzer 5 können in bekannter Weise elektronisch oder aus Relais aufgebaut sein. Die Umsetzerspannungen sind hierbei nach Höhe und Richtung (Polarität) der Anzeige des Zählers proportional, und zwar mittels Addition genau festgelegter Spannungen.

Die bekannten elektronischen Zähler bestehen aus einer Kette von bistabilen Kippstufen. Diese Kette ist für zwei Fortschreitrichtungen, Addition und Subtraktion (Vorwärtslauf und .Rücklauf), eingerichtet,

" so daß die Zählkette bei Eintreffen jedes Arbeitsimpulses an der ersten Kippstufe im einen oder anderen Sinne fortschreitet, je nachdem, ob gleichzeitig ein Additionssignal (Vorwärtslauf) oder Subtraktionssignal (Rücklauf) ankommt; z. B. ist jede Kippstufe der Kette derart an den symmetrischen Betätigungseingang der folgenden Stufe angeschlossen, daß die zwei Anoden ihrer paarweise angeordneten Röhren über Kreuz mit diesem Eingang verbunden sind. Als

4-5 Zwischenglieder sind im Normalzustand gesperrte Torschaltungen eingeschaltet, und mit jedem Zählimpuls ist ein Freigabesignal für das eine oder andere dieser beiden Torschaltungen gekoppelt. Die letzte Zählstufe ist im übrigen zur Anzeige des Vorzeichens der eingegebenen Größe eingerichtet und der Ausgang der vorletzten Stufe, also der letzten Ziffernkippstufe, mit dem Eingang der ersten Stufe verbunden.

Um für den Fall eines solchen Zählers die durch das polarisierte Relais 3 im Schaltbild der Fig. 1 bewirkte Steuerung zu erläutern, ist die Eingabeschaltung des Zählers bei 10 genauer dargestellt. Der Anker des Umschalters 8 ist z. B. mit dem positiven Pol einer Batterie 24 verbunden. Der Ruhekontakt dieses Umschalters ist über einen Widerstand 28 negativ vorgespannt und über einen Kondensator 25 und ein \^Terzögerungsglied 26 mit dem Betätigungseingang 27 des Zählers 4 verbunden. Wenn der Umschalter 8 sich in Ruhestellung befindet, führt sein Ruhekontakt positive Batteriespannung. Sobald sich dieser Ruhekontakt öffnet, sinkt sein Potential plötzlich, und diese Änderung wird in Gestalt eines negativen Impulses verzögert auf den Betätigungseingang 27 des Zählers 4 übertragen.. Andererseits sind die beiden Arbeitskon-

takte des Umschalters 8 (obere und untere Stellung)

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an die Betätigungseingänge von monostabilen Kipp- Grenze + 0 bzw. — 0, so ist das Gleichgewicht am stufen (Univibratoren) 29 und 30 angeschlossen, Punkt 34 gestört, und die Spannung an diesem Punkt deren· Ausgänge über die Leitungen 31 bzw. 32 zum wird positiv bzw. negativ, folglich die am Ausgang Zähler 4 führen. Die auf diesen Leitungen herrschen- des Verstärkers 35 negativ bzw. positiv. Das polariden Potentiale steuern den Zustand der zwei vorher 5 sierte Relais 3 wird im einen oder anderen Sinne beerwähnten Torschaltungen. Im Ruhezustand der bei- tätigt, in Übereinstimmung mit der Polarität des den Univibratoren 29 und 30 werden die Leitungen 31 Ausgangssignals y vom Integrator 1. und 32 auf niedrigen Potentialen gehalten, wodurch Sobald die Spannung am Punkt 33 zwischen die

beide Torschaltungsgruppen gesperrt sind. Wenn nun Schranken + 0 und — 0 zurückkehrt, stellt sich am beispielsweise der Anker auf den oberen Kontakt in io Punkt 34 der Gleichgewichtszustand wieder her, und seine Arbeitsstellung umgelegt ist, wird der Uni- das Relais 3 wird entregt; seine Schaltkontakte kehvibrator 29 durch Anlegen der positiven Spannung ren in ihre Ruhelage zurück.

der Batterie 24 betätigt und legt unter kurzzeitiger Wenn jeder Umschaltvorgang in unendlich kurzer

Änderung seines Betriebszustandes ein hohes Poten- Zeit erfolgte, würde das Diagramm der Fig. 2 die tial an Leitung 31, wodurch alle Elemente der einen 15 Arbeitsweise eines derartigen Integratorsystems ver-Torschaltungsgruppe geöffnet werden, z. B. diejenigen sinnbildlichen: Betrachtet man z.B. den Anfangsder Additionsvorrichtung. Die Verhältnisse liegen zustand, für den an Klemme 11 die Spannung Null umgekehrt, wenn der Umschalter 8 auf seinen unteren liegt, folglich auch am Punkt 16, so befindet sich Arbeitskontakt umgelegt ist: die andere Fortschreit- Relais 3 in Ruhestellung. Umschalter 7 wie auch 8 richtung wird im Zähler freigegeben. ^ao nehmen die Mittellage ein, Kontakt 9 ist geschlossen

Bei jedem im einen oder anderen Sinne ausgeführ- und legt die Leitung 17 an den Eingangswiderstand ten Schritt des Zählers 4 ändert die vom Umsetzer 5 18 der Summiervorrichtung 6. Der Zähler 4 steht auf abgegebene umgesetzte Spannung sich im einen oder Null, und Umsetzer 5 gibt an der Ausgangsleitung 23 anderen Sinne um eine vorbestimmte Spannungs- die Spannung Null weiter.

stufe. Der Umsetzer 5 ist so eingerichtet, daß er die ^a5 Legt man Kemme 11 ein negatives Signal χ belie-Spannung Null abgibt, wenn der Zähler auf Null biger Änderungsgeschwindigkeit, so wird sich das steht. Der Wert einer Spannungsstufe des Umsetzers Ausgangssignal y am Punkt 16 entsprechend dem ist so bemessen, daß er mit einem bestimmten Span- Zeitintegral über besagtes Eingangssignal χ verännungspegel des Integrator-Ausgangssignals überein- dern, jedoch offenbar im positiven Sinne, da ja der stimmt, und wird später näher angegeben. 30 Verstärker 14 die Polarität umkehrt. Der Punkt, wel-

Es sind auch noch andere Schaltungen von Zählern eher die Ausbildung dieser Spannung bildlich dar- und Umsetzern möglich. Ihre Anpassung an die Be- stellt (Bildpunkt), verläuft demnach mit veränderdürfnisse einer Schaltung gemäß Fig. 1 oder der wei- Hcher Geschwindigkeit entlang der Strecke OA auf ter unten beschriebenen Schaltungen dürfte aus der der geradlinigen Kennlinie in Fig. 2. Bei Erreichen vorhergehenden Darstellung mit genügender Deut- 35 von A entspricht dieser Punkt der Ordinate + 0, der lichkeit hervorgehen. oberen Grenze, welche für den Diskriminator 2 einen

Ebenso ist es klar, daß bezüglich des Aufbaues des Einsatzpunkt bedeutet, und der Richtleiter 41 sperrt. Amplituden-Diskriminators 2 mit zwei Ansprech- An den Verstärker 35 wird hierdurch eine negative grenzen auf verschiedene bekannte Formen zurück- Spannung gelegt; durch Umkehrung der Polarität gegriffen werden kann. In Fig. 1 ist eine einfache 40 gibt er eine positive Spannung an Relais 3 weiter, das Schaltung dargestellt, die zwei Begrenzungswege mit seine Anker anzieht, beispielsweise nach oben. Hier-Dioden oder anderen Richtleitern enthält. Sie erhalten mit schließt es den Integrator 1 kurz, trennt dessen bei Punkt 33 das Ausgangssignal des Integrators 1 Ausgang 16 von der Summiervorrichtung 6 ab und und führen gemeinsam zum Eingang 34 eines Ver- beaufschlagt den Zähler 4 mit einem Arbeitsimpuls, stärkers 35, dessen Ausgangsspannung an die Wick- ^4S Der Zähler gelangt in Stellung n= +1. Durch den lung des polarisierten Relais 3 weitergeleitet wird. Je Umsetzer 5 wird die Spannung einer Stufeneinheit nach der Richtung dieser Ausgangsspannung wird (gleich + 0) an Leitung 23 gelegt. Letzteres fällt zeitdieses Relais nach der einen oder anderen Seite hin Hch mit dem Abfallen des Relais 3 zusammen, weil aus der Mittellage ausgelenkt und legt seine Anker ja das Signal am Punkt 33 auf Null zurückgegangen an die entsprechenden Umschaltkontakte. 50 ist. Der Kurzschluß des Integrators wird aufgehoben

Jedes Begrenzungsglied besteht aus zwei in Reihe ge- und Kontakt 9 wieder geschlossen. Der Betriebszuschalteten Widerständen, die im betrachteten Fall unter stand ist wiederhergestellt, so daß eine Integration sich und innerhalb beider Begrenzutigsglieder gleich entlang der Kennlinie O¹^¹ erfolgen kann. Jedoch ist groß sein mögen. Es sind dies die Widerstände 36, 37 die Übertragungskennlinie vom Eingang 11 auf den und 38, 39. An der Verbindungsstelle der Wider- 55 Ausgang 12 jetzt AB, denn die Spannungsstufe + 0 stände 36, 37 ist ein Richtleiter 40 mit seiner Anode des Umsetzers 5 ist eingeschaltet, angeschlossen. Seine Kathode erhält eine Bezugsspan- Im weiteren Verlauf des Prozesses ergibt sich

nung — 0/2. An der Verbindungsstelle der Wider- obiger Zustand abermals, sobald der Bildpunkt des stände 38, 39 ist ein Richtleiter 41 mit seiner Kathode Spannungsverlaufs am Integrator-Ausgang 16 den angeschlossen, dessen Anode eine Bezugsspannung 60 Punkt A¹ erreicht; dieselben Umschalt- und Zählvor- + (9/2 erhält. Diese beiden Richtleiter sind leitend gänge werden ausgelöst. Der Zähler 4 ist in Stellung und erzeugen infolgedessen wegen der entgegengesetzt η = +2 gerückt, seine Umsetzerspannung an Leitung gerichteten Spannungen — 0/2 und + (9/2 am Punkt 23 hat die Größe 2 0. Integrator 1 ist nach Rückstel-34 die Spannung Null, solange die Spannung am lung auf Null wieder eingeschaltet, und der Bildpunkt Punkt 33, das ist die Spannung des Ausgangssignals y 65 seines Betriebsverhaltens wird nun der Übertragungsvom Integrator 1, entweder + 0 nicht überschreitet kennlinie O²A² folgen, womit sich dann die Gesamtida sonst Richtleiter 41 sperrt, sobald diese Spannung kennlinie durch Summieren der zwei Kennlinien O²A² + 0 erreicht) oder —0 nicht unterschreitet (da sonst und A\A\ ergibt, usw.

Richtleiter 40 sperrt, sobald die Spannung —0 er- Wenn jetzt z.B. im Verlauf des zweiten Arbeits-

reicht). Überschreitet das Ausgangssignal y die 7° zyklus des Integrators, in dem der Bildpunkt der

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Kennlinie O¹^i¹ folgt, das an der Klemme 11 liegende den Eingang des Verstärkers 14 ersetzt werden. Diese Eingangssignal seine Polarität umgekehrt hätte, so vorbestimmte Spannung ist gleich einer Spannungswürde besagter Bildpunkt rückläufig geworden sein, stufe 0 oder niedriger, jedoch bezüglich der der Kabis er Punkt O¹ erreicht und dann überschritten hätte. pazität 15 zugeführten Signalspannung von entgegen-Erreicht das Ausgangssignal y den Wert — 0, so 5 gesetzter Polarität. Sie wird über eine zwischenwird Relais 3 erregt, aber seine Anker legen sieh in geschaltete Zusatzkapazität angelegt, die demnach die die untere Stellung. Infolgedessen wird Zähler 4 eine Zeitkonstante des Integrators vorübergehend abwan-Einheit zurückzählen, damit seinen Zählerstand und delt, jedoch ohne für diese Zeitdauer den Integrationsdie Umsetzerspannung an Leitung 23 auf Null zu- prozeß zu unterbrechen.

rückstellen, der Wert der Spannung am Punkt 16 io Fig. S zeigt das Schaltbild dieser Anordnung. Die wird auf Null zurückgehen, während der Bildpunkt auf den Integrator 1 und seinen Steuerkreis bezügdann der Strecke OC der Übertragungskennlinie des liehen Bestandteile sind nicht einzeln wiedergegeben Systems folgt. Es erübrigt sich, für diesen Fall eines und können z. B. der Fig. 1 entnommen werden. Eine Eingangssignals positiver Polarität die Erläuterung Zusatzkapazität 42 ist an den Eingang des Verstärfortzuführen, denn er bedeutet genau die Umkehrung 15 kers 14 des Integrators 1 angeschlossen. Diese Kapades Falles eines Eingangssignals negativer Polarität. zität ist normalerweise kurzgeschlossen, wenn sich

Die einzige, in jedem Falle für die endgültige Span- ein Umschalter 47 im Ruhezustand befindet. Dieser

nungsliöhe am Ausgang 12 gezogene Grenze liegt bei Umschalter 47 wird vom Relais 3 betätigt. An seinen

der Stufenzahl des Zählers 4. Arbeitskontakten, oben bzw. unten in der Zeichnung»

Da aber zwischen dem Augenblick, in dem das Re- 20 liegen die vorbestimmten Spannungen + et bzw. — ct.

lais 3 erregt wird, und dem, in welchem die Umschal- Wenn also der Kontaktarm 47 von Relais 3 in dem

ter 7 und 8 und der Unterbrecher 9 umklappen, ein Sinne betätigt wird, daß er sich an seinen oberen

angebbarer Zeitraum verstreicht, steigt die Ausgangs- Kontakt anlegt, wird eine Spannung + α für die Zeit

spannung am Punkt 16 in Wirklichkeit noch etwas des Ansprechens des Relais 3 vorübergehend an die

weiter an, und so kann nach Fig.3 z.B. für den ersten 25 Kapazität 42 gelegt, die sie an den Eingang des Ver-

oben beschriebenen Arbeitszyklus das Ausgangs- stärkers 14 weiterleitet. Im umgekehrten Fall wird

signal y des Integrators 1 den Wert +<5 erreichen, in- die Spannung —α an diese Kapazität 42 gelegt, wenn

dem es der Verlängerung AD des im Betriebsbereich der Kontaktarm 47 in die untere Stellung gelangt,

gelegenen Teiles der Übertragungskennlinie des Greift man auf die für Fig. 1 angenommenen Bedin-

Systems folgt. Nun erst öffnet sich Kontakt 9, Zäh- 3° gungen zurück, so ist also diese Spannung der an der

ler 4 tritt in Tätigkeit (mit einer weiteren, jedoch Kapazität 15 herrschenden entgegengesetzt, jedoch

vergleichsweise als vernachlässigbar anzusehenden nur vorübergehend, da sie zusammenbricht, sobald

Verzögerung), die Spannung am Ausgang 12 fällt auf Kontaktarm 47 seinen Arbeitskontakt verläßt, um in

+ Θ zurück und hält sich dort bis zur Wiederauf- die Ruhelage zurückzukehren. Man könnte a = 0

nähme der Tätigkeit des Integrators 1. Diese Wieder- 35 wählen, aber dies muß nicht sein,

aufnahme erfordert jedoch ein ebenfalls beträchtliches Betrachtet man in Fig. 6 ein Überschreiten der

Zeitintervall, nämlich die Abfallverzögerung der Re- Schranke + 0 durch den Wert des Ausgangssignals y

laisanker nach Entregung des Relais 3. Daraus folgt von Integrator 1, so führt der Arbeitsablauf dieser

insgesamt eine Verschiebung O¹OJ in Fig. 3 und mit- Anordnung dazu, daß ausgehend von Punkt D, dem

hin ein Fehler EF zwischen der idealen Übertragungs- 40 von der relativen Änderung des Ausgangssignals y

kennlinie AB und der tatsächlichen Übertragungs- während der Haltezeit des Relais 3 abhängigen Ordi-

kennlinie EG des zweiten Arbeitszyklus des Inte- natenwert Ö, das Ausgangssignal plötzlich absinkt und

grators 1. Es ist ersichtlich, daß diese Fehler sich von dann wieder auf Punkt H des Teiles O¹A¹ der Über-

einem Arbeitszyklus des Integrators zum anderen an- tragungskennlinie ansteigt. In dem Augenblick, in

haufen. 45 welchem das Relais 3 abfällt, also Kontakt 9 sich

In dem Fall, in welchem das Eingangssignal und schließt, hat die integrierte Spannung am Punkt 16 damit die Änderungsgeschwindigkeit des Ausgangs- den Wert O]K, der sich dann zu dem seit dem Zeitsignals im wesentlichen konstant bleibt, kann man punkt D vom Umsetzer 5 an Leitung 23 gelegten eine mittlere Korrektur (Fig. 4) anbringen. Es wer- Spannungswert + 0 addiert. Nach der Unterbrechung den dann Spannungsstufen des Umsetzers 5 ein- 5° erhält folglich die Spannung am Ausgang 12 den Orgeführt, welche nicht mehr gleich +0 sind (oder — 0 dinatenwert 0\J, und der Bildpunkt schreitet auf der im umgekehrten Fall), sondern gleich + σ (höher als Geraden JA] in Verlängerung des Geradenstückes OA + 0) bzw. —σ (niedriger als —0), derart, daß von weiter. Die Änderungsgeschwindigkeit des eintreffen-Punkt D an der Pegel am Ausgang 12 gleich dem den Signals während des betrachteten Zeitintervalls Wert dieser Stufe ist (oder einem ganzen Vielfachen 55 ist hierbei nicht von Belang.

davon) und diese Regelung für den ganzen weiteren Zwischen den Punkten D und / ist der Spannungs-

Arbeitsablauf gilt, solange der Änderungssinn des wert am Ausgang 12 imer noch fehlerhaft, da er auf

Eingangssignals gleichbleibt. Man kann diesen Wert +0 verharrt. So ist es angebracht, die Schaltung

der Spannungsstufe so wählen, daß sie die Differenz nach Fig. 5 zur Beseitigung dieser Diskontinuität zu

EF der Fig. 3 ausgleicht, so daß die beiden Abschnitte 60 vervollständigen.

OA und EG in Fig. 4 in gegenseitiger Verlängerung Nach der Erfindung werden die Verbindungsstücke,

aneinandergefügt werden. Die Diskontinuität würde wie DJ, D₁J₁, D₂J _% in Fig. 8, mit Hilfe eines zweiten

sich demnach auf das Stück DF der Kennlinie be- Integrators 51 nach Fig. 7 ausgefüllt, welcher zugleich

schränken. Diese Teilkorrektur ist indessen in allen mit dem Integrator 1 die an Klemme 11 angelegte

Fällen, in denen die Änderungsgeschwindigkeit des 65 Eingangsspannung erhält.

Eingangssignals groß ist, nicht mehr ausreichend. Dieser zweite Integrator ist ebenso aufgebaut wie

Deshalb ist gemäß einem Merkmal der Erfindung der erste: An den Serienwiderstand 53 schließt sich vorgesehen, daß der Kurzschluß und die Wiederfrei- ein Verstärker hohen Verstärkungsgrades 54 an, der gäbe der Kapazität 15 des Integrators 1 durch kurz- durch Verbindung seines Ausgangs mit seinem Einzeitiges Anlegen einer vorbestimmten Spannung an 70 gang über die Kapazität 55 gegengekoppelt ist. Die

Zeitkonstatite RC dieses Integrators 51 ist mit derjenigen des Integrators 1 identisch gewählt.

Dieser zweite Integrator ist ebenfalls mit einer Korrekturschaltung versehen, die aus der Hilfskapa- zität 52 und dem Umschalter 57 besteht. Die Kapazität 52, die vorzugsweise mit der Kapazität 42 in der Korrekturschaltung des Integrators 1 größengleich \st, ist so lange kurzgeschlossen, als sich der Umschalter 57 in Ruhestellung befindet, und erhält eine Spannung — β oder +/?, je nachdem sich dieser Umschalter in der Zeichnung in seiner linken oder rechten Stellung befindet. Man kann je nach Bedarf α=/?=(9 wählen oder auch nicht. In der graphischen Darstellung der Fig. 8 ist beispielsweise α = β < Θ.

Die Steuerung dieses zweiten Integrators weicht jedoch von derjenigen des ersten ab. Sie geschieht z. B. mit Hilfe eines zweiten polarisierten Relais 63, das an den Ausgang 61 des Diskriminators 2 über ein Verzögerungsglied 62 angeschlossen ist. Ferner tritt ein Kontakt 68 dieses Relais 63 jetzt an die Stelle von Kontakt 8 des Relais 3, um den reversiblen Zähler 4 zu steuern.

Die Ausgänge der beiden Integratoren führen auf die Eingänge zweier elektronischer Schalter 64 bzw. 65, deren einer sich immer im umgekehrten Zustand wie der andere befindet. Jeder elektronische Schalter kann z. B. aus einer Pentode bestehen, deren Steuergitter mit einem Integratorausgang verbunden ist. Die Steuerung dieser elektronischen Schalter 64 und 65 wird durch eine bistabile Kippschaltung 66 bekannter Art bewirkt, die zwei getrennte Betätigungseingänge besitzt. Einer dieser Eingänge ist mit den Kentakten eines Umschalters 59, der einen Bestandteil des polarisierten Relais 3 darstellt, und der andere Eingang mit den Kontakten eines Umschalters 69 verbunden, der zum polarisierten Relais 63 gehört. Die Kippstufe 66 wird z. B. durch eine gemeinsame Batterie 60 betätigt, d. h. jedesmal gekippt, wenn einer der Kontakte 59 oder 69 geschlossen wird.

Wenn also die Ausgangsspannung des Integrators 1 eine der vorher festgelegten Grenzen + Θ erreicht, tritt das Relais 3 in Tätigkeit und legt die Kontakte 59 und 47 um. Sobald der Kontakt 59 in Arbeitsstellung ist und damit gleichzeitig auch Kontakt 47 (Punkt D in Fig. 8, während die Erregung des Relais schon in Punkte stattgefunden hatte), wird der elektronische Schalter 64 gesperrt, der elektronische Schalter 65 aber geöffnet. Der Ausgang des Integrators 1, dessen Spannung sich längs DK in Fig. 8 ändert, hat keine Verbindung mehr mit der Summiervorrichtung 6. Vorher folgten die beiden Integratoren 1 und 51 dem gleichen Stück OAD der Übertragungskennlinie für M = O, wobei η die Stufe des Ausgangssignals des Umsetzers 5 bedeutet.

Die Ausgänge der elektronischen Schalter 64 und 65, die beispielsweise an ihren Bremsgittern gesteuert werden, sofern es sich um Pentoden handelt, sind gemeinsam über die direkte Verbindung 67 an den Widerstand 18 der Summiervorrichtung 6 angeschlossen. Da der Integrator 51 normal weiterarbeitet, steigt auf dieser Leitung 67 die Spannung entsprechend dem Abschnitt DJ der Kennlinie weiter an. Bei 0] erregt sich Relais 63 seinerseits, nachdem Relais 3 abgefallen ist und der Integrator 1 daraufhin sofort wieder entlang der Kennlinie O¹A¹ in Tätigkeit treten konnte. Kontakt 69 geht in Arbeitsstellung, Kippstufe 66 fällt in ihren ersten Zustand zurück, folglich wird der elektronische Schalter 64 geöffnet und 65 gesperrt. Die Spannung auf der Leitung 67 entspricht also zu diesem Zeitpunkt der Strecke 0] K.

Kontakt 68 kommt nun in Arbeitsstellung, Umsetzer 5 gibt die Spannung + Θ auf Leitung 23 ab, und demnach entspricht die Spannung am Ausgang 12 genau der Ordinate des Punktes / und wächst entlang der Kennlinie/D₁. Kommt dagegen Kontakt 57 in Arbeitsstellung, so· wird der Integrator 51 seinerseits einer Korrektur unterzogen und legt nach Durchlaufen des Kurvenstückes IK¹ seinen Arbeitspunkt auf den Kennlinienabschnitt O¹A¹D¹ usw.

Die gesamte Übertragungskennlinie der Integriereinrichtung nach Fig. 7 wird also durch die Gerade OADID₁I₁D₂J₂.. . der Fig. 8 wiedergegeben. Sie setzt sich offenbar im Fall einer umgekehrten Polarität des an Klemme 11 gelegten Signals geradlinig ins negative Gebiet fort. In dieser Kennlinie stammen die Stücke OD₁ ID₁, I₁D₂ usw. vom Integrator 1 und die Ergänzungsstücke DI, D₁I₁ vom Integrator 51.

Zum einwandfreien Arbeiten genügt es, nur das für das Ansprechen von Relais 63 vorgesehene Verzögerungsglied 62 in jedem Fall ausreichend zu bemessen, so daß der Bildpunkt des Integrators 1 in der graphischen Darstellung nach Fig. 8 den geraden Abschnitt seiner Kennlinie noch vor Ansprechen des Relais 63 erreicht und daß ferner der Integrator 51 Zeit findet, seinerseits diesen Abschnitt seiner Kennlinie zu erreichen, bevor sich etwa ein erneutes Ansprechen des Relais 3 ergibt.

Die Erfindung kann verschiedene Abänderungen erfahren. So ist es beispielsweise bei einer Schaltung mit zwei Integratoren möglich, den Betriebszustand der Integratoren zu wechseln, wenn sich das Vorzeichen der Spannungsänderung an ihren Ausgängen umkehrt. Das läuft lediglich darauf hinaus, daß beispielsweise am Schalter 47 nur die Spannung +α, am Schalter 57 aber die Spannung —α anliegt. Beide Ausgänge führen dann zum Diskriminator 2. Die Relais 3 und 63 werden in diesem Fall nicht mehr, wie angegeben, stets in ein und derselben Reihenfolge gesteuert, sondern wahlweise nacheinander, in Abhängigkeit von der Polarität des Diskriminator-Ausgangssignals. Jedes Relais ist hierbei an Punkt 61 über je einen Richtleiter angeschlossen, der nur die Spannung der erwünschten Polarität durchläßt, und erhält noch einen Kontakt für die Erregung des anderen Relais mit vorher festgelegter Verzögerung. Jedes Relais weist somit zwei Erregungskreise auf, die vom Ausgangssignal des erwähnten Diskriminators ausgewählt werden.

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Integration elektrischer Signale, insbesondere für Rechenmaschinen, die wenigstens teilweise nach dem Analogieverfahren arbeiten, unter Verwendung eines elektronischen Integrators, der aus einem Verstärker mit hohem Verstärkungsgrad besteht, welcher das zu integrierende Signal über einen Serienwiderstand aufnimmt und dessen Ausgang über eine Kapazität mit seinem Eingang verbunden ist, ferner eines Diskriminators, der, wenn das Ausgangssignal des Integrators bestimmte Grenzen überschreitet, eine Vorrichtung betätigt, welche den Integrator auf Null zurückstellt, sowie eines Zählers, der die Anzahl dieser Rückstellungen zählt, dadurch gekennzeichnet, daß zwei elektronische Integratoren (1, 51) von gleicher Zeitkonstante, denen das zu integrierende Eingangssignal gemeinsam zugeführt wird und die je für sich mit Einrichtungen zur Rückstellung auf Null versehen sind, sowie ein Diskriminator (2) vorgesehen sind, der von der

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Ausgangsspaniiung mindestens eines Integrators gespeist wird und Umschalter (47, 57, 5.9, 69) betätigt, welche die Integratoren abwechselnd nacheinander auf Null zurückstellen, wenn das Ausgangssignal eine der festgelegten Grenzen übersehreitet, sowie bewirken, daß jeweils immer nur einer der beiden Integratoren mit der Äusgangsleitung (12) verbunden ist, an welcher das integrierte Signal abgenommen wird, derart, daß das abgenommene Signal auch in den Umschalt-Intervallen den richtigen Wert hat.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsklemmen der beiden Integratoren je mit dem Eingang eines elektronischen Schalters (64, 65) verbunden sind, wobei die Ausgänge dieser beiden elektronischen Schalter an eine gemeinsame Ausgangsleitung (67) angeschlossen sind, während zwei der Umschalter (59, 69) bewirken, daß jeweils ein elektronischer Schalter geschlossen und der andere geöffnet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungspegel der Ausgangssignale der beiden Integratoren durch zwei der Umschalter (47, 57) derart geändert wird, daß die den Integratoren eigene Zeitkonstante während des Zeitintervalls einer Umschaltung verändert und gleichzeitig am Eingang des jeweils abgeschalteten Verstärkers (14, 54) eine seiner Integrationsspannung entgegengerichtete, vorher festgelegte Hilfsspannung zugeführt wird.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Umschalter (47, 57) mit je einem Zusatzkondensator (42, 52) verbunden sind, deren andere Beläge an den Ver-Stärkereingang des jeweiligen Integrators angeschlossen sind, so daß bei Betätigung eines Umschalters (47, 57) dem Verstärkereingang des betreffenden Integrators die Hilfsspannung über den betreffenden Zusatzkondensator (42, 52) zugeführt wird.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der genannten Umschalter (47, 57) ein Schalter mit mittlerer Ruhelage des Ankers und zwei Arbeitskontakten ist und an seinen Arbeitskontakten gleich große, aber entgegengesetzt gerichtete HilfsSpannungen (α, β) liegen, deren Wert höchstens gleich dem Grenzwert für einwandfreies Arbeiten des Integrators ist, und daß die beiden Umschalter (47, 57) je nach der Polarität des vom Diskriminator (2) abgegebenen Signals den einen oder anderen Arbeitskontakt schließen.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltmittel zumindest ein polarisiertes elektromechanisches Relais (3) umfassen, das zumindest einen Umschalter (47) für die Rückstellung des einen Integrators (1) und zumindest einen Umschalter (59) für die gleichzeitige Abtrennung des Ausgangs dieses Integrato >rs (1) von der gemeinsamen Ausgangsleitung und gleichzeitig für die Herstellung der Verbindung vom Ausgang des anderen Integrators (51) zu dieser Ausgangsleitung und ferner mindestens eine weitere Gruppe derartiger Umschalter (57, 69-J für eine demgegenüber verzögerte Rückstellung des anderen Integrators (51) und dessen Abtrennung unter gleichzeitiger Wiederverbindung des ersten Integrators (1) mit der gemeinsamen Ausgangsleitung betätigt.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Umschaltergruppe (57, 69) aus einer Kontaktgruppe desselben polarisierten Relais (3) besteht, die jedoch gegenüber der ersten Kontaktgruppe in Schließen und Öffnen verzögert ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Umschaltergruppe (57, 69) von einem zweiten polarisierten Relais (63) betätigt wird, das im Vergleich zum ersten Relais (3) mit zeitlicher Verzögerung erregt und entregt wird.

9. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei polarisierte Relais vorgesehen sind, deren jedes mit einer entsprechenden Kontaktgruppe versehen ist und über Richtleiter entgegengesetzter Durchlaßrichtungen von dem Diskriminator-Ausgangssignal betrieben wird, das durch seine Polarität die Richtung einer Überschreitung des Integrationsbereiches anzeigt, sowie daß jedes Relais mit zusätzlichen Kontakten für die gegenüber der Zeit seines eigenen Anziehens verzögerte Betätigung des anderen Relais versehen ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine bistabile Kippstufe (66) als Speicherrelais für die wahlweise Verbindung der Integratorausgänge mit der gemeinsamen Ausgangsleitung vorgesehen ist und daß zwei der genannten Umschalter (59, 69) für die Steuerung dieser Kippstufe vorgesehen sind, die ihrerseits vom Diskriminator-Ausgangssignal folgeweise und ohne zeitliche Überlappung gesteuert werden.

11. Einrichtung nach Anspruch 1, bei der im Zuge der gemeinsamen Ausgangsleitung ein Summierverstärker liegt, der das integrierte Ausgangssignai und die vom Umsetzer des Zählers gelieferte Spannung addiert, wobei der Zähler jedesmal um einen Schritt vo<r- oder rückwärts sehreitet, wenn der Diskriminator anspricht, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler (4) jedesmal dann in einer Richtung, welche durch die Polarität des vom Diskriminator (2) gelieferten Signals bestimmt ist, weiterrückt, wenn der zweite Integrator im Verlauf eines Arbeitszyklus wieder in seinen Betriebszustand versetzt wird.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler (4) durch einen- zusätzlichen Umschaltkontakt (68) betätigt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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