DE1100990B - Einrichtung zur analog-digitalen Umwandlung von 2 verschiedenen Werten einer Messgroesse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur analogdigitalen Umformung von 2" verschiedenen Werten einer Meßgröße mit Abtastbahnen, auf denen zugeordnete Kombinationen von Elementen im binären Code dargestellt sind, und mit photoelektrischen Mitteln zur Erzeugung von durch die jeder Winkelstellung zugeordneter Elementkombinationen bestimmten elektrischen Ströme.

Es sind bereits Umwandlungseinrichtungen bekannt, die in dieser Weise aufgebaut sind. Diese Einrichtungen besitzen bewegliche Codierungsorgane in Form eines codierten Sektors, einer codierten Scheibe oder eines codierten Gitters, die an der Zeigerachse eines Meßgerätes angebracht sind. Die lichtempfindlichen Elemente sind radial angeordnet. Diese bekannten Einrichtungen haben jedoch einige durch ihren Aufbau bedingte Nachteile. Das Gewicht der Einrichtung ist verhältnismäßig groß, da die Codierungsorgane beweglich sind, was sich auf die Achsen der drehbaren Teile nachteilig auswirkt. Die Genauigkeit der Arbeitsweise wird beeinträchtigt. Durch die Erhöhung des Trägheitsmomentes verringert sich die Eigenfrequenz des Gerätes. Der Abstand zwischen zwei Bahnen kann nicht geringer gemacht werden als der Durchmesser eines lichtempfindlichen Elementes, wodurch der Dimensionierung der codierten Sektoren enge Grenzen gesetzt sind. Die Herstellung der Skalenscheibe ist verhältnismäßig umständlich.

Eine andere bekannte Einrichtung mit ähnlichem Aufbau hat die gleichen Nachteile. Die Einrichtung besteht aus einer Glasscheibe, die ein Muster von abwechselnd transparenten und lichtundurchlässigen Flächen trägt, die in konzentrischen Ringen angeordnet sind. Eine oder mehrere Photozellen sind über einen radialen Schlitz auf das Muster gerichtet angeordnet und können um den Mittelpunkt der ringförmigen Flächen geschwenkt werden. Auf der anderen Seite der Glasscheibe befindet sich eine Lampe.

Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zur analogdigitalen Umwandlung von 2" verschiedenen Werten einer Meßgröße, bei der die beschriebenen Nachteile vermieden sind. Diese Einrichtung besitzt η konzentrisch angeordnete, jeweils aus einer Folge von abwechselnd der Ziffer »0« und der Ziffer »1« zugeordneten Elementen bestehenden Abtastbahnen in einer solchen Anordnung, daß jeder der umzuwandelnden Meßgröße entsprechenden Winkelstellung auf den verschiedenen Bahnen zugeordnete Kombination von Elementen der gegebene Wert im reflektierten binären Code darstellt. Ferner sind photoelektrische Mittel zur Erzeugung von hinsichtlich ihrer Intensität durch die jeder Winkelstellung zugeordnete Elementekombination bestimmten elektrischen Ströme vorgesehen.

Die Erfindung besteht darin, daß die Abtastbahnen

Einrichtung zur analog-digitalen

Umwandlung von 2ⁿ verschiedenen

Werten einer Meßgröße

Anmelder:

Compagnie Industrielle
des Telephones Soc. An., Paris

Vertreter: Dipl.-Ing, H. Leinweber, Patentanwalt,
München 2, Rosental 7

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 19. Februar 1957

Henri Soubies-Camy, Meudon, Seine-et-Oise

(Frankreich),
ist als Erfinder genannt worden

von abwechselnd lichtempfindlichen Elementen und elektrisch leitenden Elementen gebildet werden und auf der Skalenscheibe eines die umzuwandelnde Meßgröße anzeigenden Zeigermeßinstruments angeordnet sind und daß diese Bahnen mit ihrem einen Ende an einem Pol dieser Spannungsquelle derart angeschlossen

sind, daß unter der Einwirkung der Widerstandsveränderung der lichtempfindlichen Elemente durch die Schattenwirkung des sich einstellenden Zeigers die abgegriffene Gesamtspannung den Wert der Meßgröße im reflektierten binären Code darstellt.

Durch den vom Zeiger auf ein lichtempfindliches Element geworfenen Schatten wird der Widerstand dieses Elementes und infolgedessen der Gesamtwiderstand der Bahn, auf der er sich befindet, im Vergleich zu dem mit der Bahn in Reihe liegenden Widerstand beträchtlich vergrößert. Der Schatten des Zeigers auf einem leitenden Element ist dagegen ohne Einfluß auf den Widerstand dieses Elementes und folglich auf den Gesamtwiderstand der Bahn, deren Teil er ist.

Dieser Gesamtwiderstand bleibt sehr klein im Vergleich zu dem in Reihe mit der Bahn geschalteten Widerstand. Man kann also die Spannungen auf den Ausgangselektraden auf die Ziffern 0 und 1 der codierten Zahl, die die Zeigerstellung auf der Skalenscheibe kennzeichnet, abstimmen.

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Die Erfindung ist an Hand der Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel erläutert. In den Zeichnungen stellen dar:

Fig. 1 die Skalenscheibe des erfindungsgemäßen Meßgerätes, , :_ ■

Fig. 2 den elektrischen Aufbau der Bahnen,

Fig. 3 a die vergrößerte Ansicht von Bahnabschnitten, die für eine Übersetzung in Art_t des natürlichen binären Code angeordnet siritl,

Fig. 3 b eine vergrößerte Ansicht von Bahnabschnitten, die für eine Übersetzung im reflektierten binären Code gemäß der Erfindung angeordnet sind.

Fig. 1 stellt die Anordnung der Bahnen für η — 6 dar, was 2⁶ = 64 verschiedenen Kombinationen entspricht, die die Zwischenräume von 0 bis 63 darstellen. Die sechste Bahn entspricht der »Ziffer« der höchsten Ordnung der codierten Zahl und weist jeweils eine Trennungsliriie zwischen zwei Elementen verschiedener Art (einem lichtempfindlichen Element j und einem leitenden Element x); die zu der /-ten Ziffer verwendete Bahn der Ordnung/ besitzt2^e—p Trennungslinien die erste Bahn enthält als 32 Demarkationslinien.

Die lichtempfindlichen Elemente werden in der Zeichnung durch eine punktierte Fläche dargestellt, ■die leitenden Elemente durch eine gestrichelte Fläche; auf jeder Bahn haben die leitenden und die lichtempfindlichen Elemente jeweils die gleiche Länge, abgesehen von den auf den beiden Enden der fünf ersten Bahnen gelegenen lichtempfindlichen Elementen, die halb so lang sind wie die anderen Elemente derselben Bahn. Mit C₀ ist eine gemeinsame Elektrode, an die •ein Ende von allen Bahnen angeschlossen ist, und mit C₁ bis C₆ sind getrennte Elektroden bezeichnet, die ■entsprechend an das andere Ende jeder Bahn angeschlossen sind; 100 ist der Zeiger des Gerätes, 101 und 102 sind dessen Ränder; die Breite dieses Zeigers ist etwa gleich der halben Länge eines der Elemente, das nicht an den Enden der ersten Bahn, zu der es gehört, liegt.

In Fig. 2 sind die an die sechs Bahnen P₁ bis P₆ geschalteten elektrischen Kreise dargestellt; die gemeinsame Elektrode C₀ isfemit dem positiven Pol der Stromquelle E verbunden, deren anderer Pol geerdet ist; die Widerstände P₁ bis R₆ sind zwischen die Ausgangselektroden C₁ bis C₆ der verschiedenen Bahnen und Erde geschaltet. Der Wert dieser Widerstände muß im Vergleich zum Wert, den der Widerstand der entsprechenden Bahn annimmt, wenn eines von den lichtempfindlichen Elementen mindestens teilweise vom Zeiger verdeckt wird; gering sein, und er muß im "Vergleich zum Wert, den'der Widerstand annimmt, wenn sich der Zeiger über einem ihrer leitenden Elemente befindet, groß sein. ^i!

Nachstehend wird die Arbeitsweise der Einrichtung ■erläutert. Als Beispiel werden die Fälle betrachtet, die in den Fig. 3 a und 3 b dargestellt sind, in denen der Zeiger das fünfzehnte und sechzehnte Quantifikationsintervall überdeckt. Dank der Anordnung der Elemente nach einem reflektierten binären Code gibt es niemals zwei Trennungslinien zwischen verschiedenartigen Elementen, von denen die^i;eine in der Verlängerung der anderen liegt. "-·'"'

Im reflektierten binären^:Gode mit sechs Zeitpunkten wird 15 als 001000 geschrieben; nun erkennt man aber aus Fig. 3 b, daß sieh der¹ Zeiger, wenn er teilweise oder ganz das fünfzehnte Intervall bedeckt, über einem lichtempfindlichen Element der sechsten Bahn P₆, einem lichtempfindlichen -Element der fünften Bahn P₅, einem leitenden Element der vierten Bahn P₄ und licht- -■ empfindlichen Elementen der dritten, zweiten und ersten Bahn befindet. Dies entspricht also der Kombination 001000; folglich wird der Widerstand jeder der Bahnen P₆, P₅, P₃, P₂, P₁ im Vergleich zum entsprechenden Reihenwiderstand erhöht sein, während der Widerstand der Bahn P₄ klein sein wird. Man wird also an den Elektroden C₆, C₅, C₃, C₂, C₁ geringe Spannung haben, während man an der Elektrode C₄ eine Spannung nahe derjenigen der Stromquelle E

ίο haben wird.

Wenn der Zeiger teilweise oder ganz den sechzehnten Zwischenraum bedeckt, wirft er seinen Schatten auf lichtempfindliche Elemente der Bahnen P₆, P₃, P₂, P₁ und auf leitende Elemente der Bahnen P₅ und P₄.

Dies entspricht der Kombination 011000, d.h. der Zahl 16 im reflektierten binären Code. Es liegt also an den Elektroden C₆, C₃, C₂, C₁ ein sehr schwaches Potential und an den Elektroden C₅, C₄ ein verhältnismäßig hohes Potential.

ao Für den dazwischenliegenden Fall, bei dem der Zeiger das fünfzehnte und sechzehnte Quantifikationsintervall überdeckt, erkennt man, daß die Bahn P₄ allein leitend bleibt und die entsprechende Codezahl also 001000 geschrieben wird wie bei dem vorher betrachteten Intervall 15. Daraus ergibt sich also ein Fehler durch Fehlen einer Einheit. In anderen Fällen kann das Überdecken dagegen einen Überschreitungsfehler hervorrufen, der ebenfalls auf eine Einheit beschränkt ist. Diese Fehlerbegrenzung rührt im allgemeinen daher, daß im reflektierten binären Code zwei aufeinanderfolgende Zahlen durch Merkmalskombinationen dargestellt werden, die sich nur durch den Wert einer einzigen Ziffer voneinander unterscheiden.

Sogar in dem natürlichen binären Code ist es nicht anders, wenn der Durchgang durch die Flächen 15 und 16 sich durch die gleichzeitige Umkehrung der fünf letzten Ziffern ausdrückt, um den codierten Ausdruck 00000 herauszuarbeiten, der dem Wert Null der gemessenen Größe entspricht.

Diese Betrachtung zeigt die Notwendigkeit, den reflektierten binären Code zu verwenden, um große Codefehler zu vermeiden.
. Um die Einrichtung nach der Erfindung praktisch auszuführen, ist es offensichtlich erforderlich, lichtempfindliche Elemente zu benutzen, deren Widerstand sehr viel kleiner ist, wenn sie belichtet sind, als wenn sie nicht belichtet sind. Hierfür kann man vorteilhaft Cadmium-Sulfid-Elemente verwenden, mit denen man ein Verhältnis der Widerstandswerte bis zu 1000 erhalten kann.

Die in Reihe mit den Bahnen geschalteten Widerstände, beispielsweise P₁... P₆, können regelbar sein, wodurch womöglich das Altern der lichtempfindlichen Zellen ausgeglichen werden kann. Sie können auch durch Thermistanzen gebildet werden, um den Ausgleich der Wirkungen der Temperaturveränderung auf die lichtempfindlichen Elemente sicherzustellen. Jedoch sind diese Ausgleichseinrichtungen nicht unerläßlich, um das korrekte Arbeiten der erfindungsgemäßen Einrichtung durch »alles oder nichts« in Verbindung mit logischen Kreisen bekannten Typs zu sichern, denn die Genauigkeit des Codierens hängt da nur von der Zahl der Momente des Codes ab, während in den analogen Systemen die Genauigkeit von Faktoren mit unbestimmter Veränderung abhängt, z. B. Speise- oder Heizspannungen, Umgebungstemperatur usw.

Die Einrichtung nach der Erfindung kann zur Fernmessung jeder Große, die durch Verschieben eines Zeigers an einer Skalenscheibe gemessen wird, ver-

wendet werden, und zwar kann diese Verschiebung in einer Drehung oder einer geradlinigen Bewegung bestehen.

Die Einrichtung kann auch folgende Verwendungen erfahren:

Sie kann als Maschinentelegraf benutzt werden: Hierbei wird jedes Quantifikationsintervall für einen abweichenden Befehl herangezogen.

In Telegrafensystemen kann sie als Generator von codierten Signalen, gekennzeichnet durch eine Gruppe von Ziffern oder Buchstaben, verwendet werden.

In Systemen mit automatischer Regelung kann die erfindungsgemäße Einrichtung zum Übertragen von Werten der einzustellenden Größe in einem Code verwendet werden, der direkt mit dem verglichen werden kann, der den vorgegebenen Wert überträgt.

In Systemen mit automatischer Umschaltung kann die Einrichtung als Kreislauf verteil er Verwendung finden. Der Zeiger der Vorrichtung wird in permanenter Rotierungsbewegung angetrieben, wodurch die sukzessive Aussendung der verschiedenen Kombinationen des Codes und die Einschaltung von verschiedenen Organen für jede dieser Kombinationen bewirkt wird.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Einrichtung zur analog-digitalen Umwandlung von 2" verschiedenen Werten einer Meßgröße mit μ konzentrisch angeordneten, jeweils aus einer Folge von abwechselnd der Ziffer »0« und der Ziffer »1« zugeordneten Elementen bestehenden Abtastbahnen, in einer solchen Anordnung, daß die jeder der umzuwandelnden Meßgröße entsprechenden Winkelstellung auf den verschiedenen Abtastbahnen zugeordnete Kombination von Elementen den gegebenen Wert im reflektierten binären Code darstellt, und mit photoelektrischen Mitteln zur Erzeugung von hinsichtlich ihrer Intensität durch die jeder Winkelstellung zugeordnete Elementekombination bestimmten elektrischen Strömen, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastbahnen von abwechselnd lichtempfindlichen Elementen und elektrisch leitenden Elementen gebildet werden und auf der Skalenscheibe eines die umzuwandelnde Meßgröße anzeigenden Zeigermeßinstruments angeordnet sind und daß diese Bahnen mit ihrem einen Ende an einem Pol einer Gleichspannungsquelle angeschlossen sind und mit ihrem anderen Ende über einen Widerstand am anderen Pol dieser Spannungsquelle liegen, derart, daß unter der Einwirkung der Widerstandsänderung der lichtempfindlichen Elemente durch die Schattenwirkung des sich einstellenden Zeigers die abgegriffene Gesamtspannung den Wert der Meßgröße in reflektiertem binärem Code darstellt.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   IRE Transactions on Instruments, Juni 1956, S. 168 bis 173;

   Proceedings of the IRE, 1952, S. 1573 bis 1583;
   Proceedings of the National Electronics Conference, VoI VIII vom 29/30. 9. und 1. 10. 1952, S. 639/640;
   Electronics, Juni 1956, S. 146 bis 149.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen