DE1275914B - Unterwasser-Fernmesseinrichtung - Google Patents
Unterwasser-FernmesseinrichtungInfo
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- DE1275914B DE1275914B DEG45053A DEG0045053A DE1275914B DE 1275914 B DE1275914 B DE 1275914B DE G45053 A DEG45053 A DE G45053A DE G0045053 A DEG0045053 A DE G0045053A DE 1275914 B DE1275914 B DE 1275914B
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES #|# PATENTAMT
Int. Cl.:
G08c
AUSLEGESCHRIFT
Deutsche KL: 74b-1
Nummer: 1275 914
Aktenzeichen: P 12 75 914.7-35 (G 45053)
Anmeldetag: 26. Oktober 1965
Auslegetag: 22. August 1968
Die Erfindung bezieht sich auf Unterwasser-Fernmeßeinrichtungen mit mehreren voneinander räumlich
getrennten Meßanordnungen, deren Meßwerte auf ein entfernt liegendes Anzeige- bzw. Aufzeichnungsgerät
übertragen werden.
Es wurde bereits vorgeschlagen, die Richtung und die Geschwindigkeit von Wasserströmungen durch
mittels eines an einer Boje aufgehängten Wasserströmungsmeßgerätes zu messen. Dabei kann das
Meßgerät einen Magnetkompaß zur Festlegung einer Bezugsrichtung, einen Flügel zur Bestimmung der
Strömungsrichtung und einen Läufer zum Ermitteln der Strömungsgeschwindigkeit besitzen. Die Daten
aus dem Meßgerät können z. B. über eine Kabeloder eine Funkverbindung auf entfernt gelegene
Empfänger- und Anzeigegeräte übertragen werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zu schaffen, bei der die Daten mehrerer Wasserströmungsmeßgeräte
od. dgl., beispielsweise von acht Geräten, über eine gemeinsame Draht- oder Funkverbindung
störungsfrei übertragen werden.
Diese Aufgabe wird mit einer Fernmeßeinrichtung gelöst, die gemäß vorliegender Erfindung mehrere
Meßanordnungen mit jeweils folgenden Elementen aufweist: ein Meßwerte in Digitalform aufnehmendes
Schieberegister, Meßwertfühler, einen Steuerimpulse zählenden mehrstufigen Digitalzähler, der in
bestimmten Zählzuständen Steuerkreise derart umschaltet, daß die Meßwertfühler nacheinander abgefragt
werden, wobei die Steuerkreise, welche entsprechend den Taktimpulsen das Schieberegister verschieben,
und das Schieberegister aufeinanderfolgende digitale Ausgangsimpulse erzeugen, und daß die Ausgangsimpulse
mehrerer Meßanordnungen auf ein gemeinsames Anzeige- und Aufzeichnungsgerät übertragen
werden, wobei die Meßanordnung über einen gemeinsamen oder jeweils einen Takt- und Rückstellimpulsgenerator
angesteuert sind.
Die erfindungsgemäße Einrichtung ist einfach aufgebaut, wobei Nachteile und Mängel der bisher verwendeten
vergleichbaren, recht kompliziert aufgebauten Einrichtungen vermieden sind. Dies wird, wie
noch näher erläutert ist, unter anderem ferner dadurch erreicht, daß die Vorrichtung nach einem vorbestimmten
Zeitprogramm so arbeitet, daß die Steuersignale eines zentralen Impulsgebers und die
Datensignale der jeweiligen Meßwertfühler über dieselbe Übertragungsstrecke zeitlich nacheinander übertragen
werden.
So kann die Einrichtung der vorstehend erörterten Bauart so aufgebaut sein, daß beispielsweise Daten
für die Bezugsrichtung, die Strömungsrichtung und Unterwasser-Fernmeßeinrichtung
Anmelder:
Geodyne Corporation, Waltham, Mass.
(V. St. A.)
(V. St. A.)
Vertreter:
Dipl.-Ing. R. Müller-Börner
Dipl.-Ing. R. Müller-Börner
und Dipl.-Ing. H. H. Wey, Patentanwälte,
1000 Berlin, Podbielskiallee 68
1000 Berlin, Podbielskiallee 68
Als Erfinder benannt:
Kenneth E. Perry, Wayland, Mass. (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:
ao V. St. v. Amerika vom 26. Oktober 1964
(406 337)
(406 337)
die Strömungsgeschwindigkeit zusammen mit den Steuerimpulsen über dieselbe Ubertragungsstrecke
übermittelt werden.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Einrichtung so aufgebaut, daß sie sowohl mit den
Taktimpulsen synchrone als auch asynchrone Daten verarbeiten kann.
Weiterhin wird gemäß vorliegender Erfindung vorgeschlagen, die Meßwertfühler mittels eines Takt-
und Rückstellimpulsgenerators derart anzusteuern, daß die Daten nacheinander übertragen werden und
die Meßwertfühler zwecks Verringerung des Stromverbrauchs nur kurzzeitig mit Strom gespeist werden.
Die Erfindung ermöglicht es, die Anzahl der Meß-. wertfühler ohne weiteres zu erhöhen und das Impulsprogramm
in einfacher Weise zu verändern.
Für die Fertigung derartiger Einrichtungen ist es wichtig, daß handelsübliche Bauelemente, z. B. Feststoff-
bzw. Halbleiterelemente, verwendet werden können, wobei aus Gründen der Wirtschaftlichkeit,
des geringen Stromverbrauchs, der hohen Zuverlässigkeit, der Variationsfähigkeit sowie der Miniaturisierung
elektronische Baugruppen verwendet werden. Auch diese Voraussetzung wird vom Gegenstand der
Erfindung erfüllt.
Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung kann die Einrichtung
mehrere Meßwertfühler enthalten, die an ein Kabel
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angeschlossen sind, über welches die Steuersignale für die Meßwertfühler von einer zentralen Station
sowie die Meßdaten von den Meßwertfühlern zu der zentralen Station übertragen werden. Jede Meßanordnung
kann einen Kompaß zur Bestimmung der Bezugsrichtung, einen Flügel zur Ermittlung der Richtung
der Wasserströmung an dem jeweiligen Meßwertfühler gegenüber der Bezugsrichtung und einen
Läufer zur Ermittlung der Geschwindigkeit der Wasserströmung besitzen. Ferner ist ein Schieberegister
vorgesehen, welchem Daten des Kompaßmeßwertfühlers und des Flügelmeßwertfühlers zugeführt werden,
die digitalverschlüsselt sind und photoelektrisch übertragen werden. Die asynchronen Daten des
Flügehneßwertfühlers werden synchronisiert, um sie mit den Ausgangsimpulsen des Schieberegisters und
mit den Takt- sowie den Rückstellimpulsen des zentralen Impulsgebers zeitlich nacheinander übertragen
zu können. Ein Kabeltreiberkreis führt dem Kabel von Meßanordnungen verwendet werden. So läßt sich
beispielsweise die Anlage ohne weiteres auf sechzehn oder mehr Anordnungen erweitern. Das Kabel kann
bei Rückleitung durch das Wasser einen einzigen Lei ter oder beispielsweise zwei oder drei Leiter aufweisen.
Die Haupttaktgeber- und Rückstellimpulsgeneratoren 16 führen dem Kabel 10 Takt- und Rückstellimpulse
zu. Die Empfänger- und Anzeigekreise 18 empfangen die von den Meßgeräten gesendeten Datenimpulse
und zeigen diese an. Die mit den Blocks 16 und 18 veranschaulichten Schaltanordnungen können
an derselben Stelle oder an verschiedenen Stellen angeordnet sein. Die Wasserströmungsmeßgeräte
sind in üblicher Weise in Gehäusen untergebracht und können beispielsweise an Bojen befestigt
sein. Das Kabel kann von den Bojen bis zu einer an Land gelegenen Station verlaufen oder an
einen Fernmeßsender angeschlossen sein, der die Da-
Datenimpulse zu, die in ihrer Polarität der Polarität 20 ten mittels Funk oder in sonstiger geeigneter Weise
der Takt- und Rückstellimpulse entgegengesetzt sind. Ein von den Takt- und Rückstellimpulsen gesteuerter
mehrstufiger Digitalzähler bewirkt, daß die Daten in das Schieberegister eingelesen oder von diesem abgelesen
und zusammen mit den Daten des Läufermeßwertfühlers dem Kabeltreiberkreis zugeführt werden.
Es sind Steuerkreise, die auf bestimmte Impulse des Zählers ansprechen und bewirken, daß die Meßanordnungen
in zeitlicher Reihenfolge ihre Datenimpulse derart liefern, daß eine Interferenz mit den
Datenimpulsen der anderen Meßanordnungen oder mit den Takt- und Rückstellimpulsen vermieden wird,
vorgesehen.
Der Gegenstand der Erfindung ist nachstehend an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, welches
in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Fernmeßeinrichtung nach der Erfindung,
F i g. 2 ein detailliertes Blockschaltbild bestimmter 40 Lichtblitzen und Photozellen 32 und 34 die von den
Teile einer typischen Strömungsmeßstation nach der Kompaß- und Flügelfühlern erzeugten Analogdaten
zu einer entfernt gelegenen Meßstation überträgt.
Das mit dem Block 12 veranschaulichte Wasserströmungsmeßgerät entspricht allen Meßanordnungen,
so daß sich eine Beschreibung der anderen Meßgeräte erübrigt. Die Blocks 20, 22 und 24 stellen übliche
Meßwertfühler dar, welche die Meßdaten des Strömungsmeßgerätes ermitteln. Der Fühler 20 besteht
im wesentlichen aus einem Magnetkompaß zum Ermitteln der Bezugsrichtung des Meßgerätes. Der
Fühler 22 weist einen Flügel oder eine Fahne auf, der bzw. die sich nach der Richtung der Wasserströmung
an dem Meßgerät ausrichtet. Der Fühler 24 besteht aus einem von der Wasserströmung angetriebenen
Läufer oder einem Flügelrad, der bzw. das bei einer der Strömungsgeschwindigkeit entsprechenden Frequenz
Impulse erzeugt.
Diese Fühler sind mit an sich bekannten Analog-Digital-Kodierscheiben
26 bzw. 28 verbunden, die zusammen mit Einrichtungen 30 zur Erzeugung von
Erfindung,
F i g. 3 ein den Impulsplan der Einrichtung nach der Erfindung veranschaulichendes Diagramm,
F i g. 4 ein Schaltbild eines in der Einrichtung nach der Erfindung verwendbaren Takt- und Rückstellimpulsgenerators,
F i g. 5 ein Schaltbild der in der Einrichtung nach der Erfindung verwendeten Einrichtung zur Erzeugung
von Lichtblitzen,
F i g. 6 ein Schaltbild eines in der Einrichtung nach der Erfindung verwendbaren Kabeltreiberkreises,
Fig. 7A ein Blockschaltbild eines in der Einrichtung
nach der Erfindung zum Umformen der Läuferdaten verwendbaren Asynchron-Synchron-Umsetzers,
F ig. 7 B ein Impulsdiagramm, das die Arbeitsweise des Umsetzers (nach Fig. 7A) veranschaulicht,
F i g. 8 ein Schaltbild eines in der Einrichtung nach der Erfindung verwendbaren Energiespeise- und
Steuerkreises.
In F i g. 1 der Zeichnung ist mit 10 ein Kabel veranschaulicht, an das mehrere Wasserströmungsmeßanordnungen
angeschlossen sind. Nach einer typischen Ausführungsform sind acht derartige Meßanordnungen
vorhanden, von denen jedoch nur die mit 12 bezeichnete Anordnung Nr. 0 und die mit 14
bezeichnete Anordnung Nr. 7 dargestellt sind. Selbstverständlich kann eine kleinere oder größere Anzahl
in Digitaldaten umwandeln, welche in ein Schieberegister 36 eingelesen werden. Der Ausgang des
Schieberegisters ist mit dem Leitungsverstärker 38 verbunden, der über das Kabel 10, den Empfängerund
Anzeigekreisen 18 Datenimpulse liefert. Die mit den Taktimpulsen asynchronen Daten des Läuferfühlers
24 werden einem Asynchron-Synchron-Umsetzer 40 zugeführt, der ebenfalls mit dem Leitungs-
So verstärker 38 verbunden ist.
Die Einrichtungen zur Erzeugung der Lichtblitze, das Schieberegister und der Asynchron-Synchron-Umsetzer
werden von den Steuerkreisen 42 gesteuert und arbeiten nach einem bestimmten Programm. Die
Steuerkreise 42 wiederum werden über den Befehlszähler 44 angesteuert, der von Takt- und Rückstellimpulsen
aus den Generatoren 46 gespeist wird, wobei diese Taktimpulse gleichzeitig bestimmten Steuerkreisen
direkt zugeführt werden. Die Steuerkreise sind so angeordnet und ausgebildet, daß sie in Übereinstimmung
mit vorbestimmten Zählzuständen während bestimmter Intervalle des Befehlszählers arbeiten,
wobei die Meßanordnungen so gesteuert sind, daß sich die Wasserströmungsmeßgeräte nicht gegenseitig
beeinflussen. Die Impulse des Leitungsverstärkers werden zusammen mit den Steuerimpulsen der
Takt- und Rückstellimpulsgeneratoren 16 und mit den Datenimpulsen der übrigen Wasserströmungs-
meßgeräte zeitlich verschachtelt gesendet. Darüber hinaus weisen die Datenimpulse eine der Polarität
der Takt- und Rückstellimpulse entgegengesetzte Polarität auf, so daß sie in einfacher Weise mittels
geeigneter Kreise ausgesiebt werden können. Ein typischer Arbeitszyklus kann z. B. mit 256 Taktimpulsen
unterteilt sein. Der erste Taktimpuls trifft mit einem Rückstellimpuls zusammen, worauf 255
Taktimpulse folgen. Wie nachstehend noch näher erläutert, erzeugen während eines Arbeitszyklus, der
zwischen den einzelnen Rückstellimpulsen liegt, alle acht Strömungsmeßgeräte die Daten der Flügel-,
Kompaßläufermeßwertfühler, welche in dem betreffenden Intervall jeweils auftreten. Bei einer Taktimpulsfrequenz
von 100 Impulsen pro Sekunde beträgt die Dauer eines Arbeitszyklus 2,5 Sekunden.
Die Energiequelle 47 für die Meßgerätkreise wird mit Hilfe der Schaltung 49 so gesteuert, daß nur dann
Energie zugeführt wird, wenn am Kabel Impulse auftreten. Die Energiequelle liefert bei einer Ausgangsspannung
von +12 V einen Strom von 75 mA.
Das Blockschaltbild gemäß F i g. 2 veranschaulicht einzelne Schaltelemente einer Strömungsmeßanordnung.
Der Befehlszähler 44 besteht aus acht Flip-Flop-Stufen 48, die als achtstufiger Binärzähler geschaltet
sind. Formierte Taktimpulse K0 werden dem Eingang der ersten Stufe zugeführt und vom Zähler
in üblicher Weise gezählt. Alle acht Flip-Flop-Stufen weisen der Rückstellung dienende Eingänge auf, welchen
formierte Rückstellimpulse gleichzeitig zugeführt werden. Jede Flip-Flop-Stufe des Befehlszählers
besitzt zwei Ausgänge, beispielsweise die Ausgänge A1 und A1, die entsprechend den Schaltzuständen
des Zählers abwechselnd den Zustand »Ein« oder »Aus« einnehmen. Wie nachstehend noch näher erläutert,
wird gemäß der Erfindung in vorbestimmten Zählzuständen bestimmter Stufen der Arbeitsablauf
der Daten verarbeitenden Kreise zeitlich gesteuert.
Das Schieberegister 36 weist vierzehn Flip-Flop-Stufen SO auf, von denen sieben Stufen (F1 bis F7)
der Registrierung der Impulse des Meßwertfühlers 22 und die übrigen sieben Stufen (C1 bis C7) der Registrierung
der Impulse des Meßwertfühlers 20 dienen.
In bekannter Weise werden die jeweils gespeicherten Daten immer dann, wenn Verschiebeimpulse an
der Leitung 52 erzeugt werden, von Stufe zu Stufe verschoben, so daß die Daten nacheinander mit der
ersten Stufe C1 ausgelesen werden können.
Mittels der Photozellen 32 und 34 werden die Informationen in die jeweiligen Stufen des Schieberegisters
eingespeichert. Jede Photozelle ist einerseits mit der + 12-V-Sammelleitung 54 und andererseits
mit dem Eingang der entsprechenden Flip-Flop-Stufe, beispielsweise mit der Basis eines Flip-Flop-Transistors,
verbunden. Jede Photozelle kann über einen üblichen Lichtleiter mit einer vorbestimmten Digitalstelle
einer Kodierscheibe verbunden sein. Die Kodierscheiben werden von den Fühlern 20 bzw. 22 so
eingestellt, daß sie in Übereinstimmung mit einem zu übertragenden Binärkode den Lichtweg zwischen
dem Lichtblitzerzeuger 30 und den jeweiligen Lichtleitern sperren oder freigeben, wobei jeweils sieben
Bits für die Information der Fühler 20 bzw. 22 zur Verfügung stehen.
Der Lichtblitz, der beispielsweise eine Dauer von 50 Millisekunden hat, fällt hierbei auf die durch die
Kodierscheiben nicht gesperrten Photozellen, wodurch deren elektrischer Widerstand kurzzeitig von
vielen Megohm bis auf wenige Kiloohm vermindert wird. Jede mit einer belichteten Photozelle verbundene
Flip-Flop-Stufe wird hierdurch in den »Ein«- Zustand geschaltet. Nach Beendigung des Lichtblitzes
bauen die Photozellen wieder den großen Sperrwiderstand auf. Da hierfür einige Zehntelsekunden
erforderlich sind, muß das Verschieben der gespeicherten Daten um diesen Zeitraum verzögert werden.
α ο Wie nachstehend näher erläutert, wird dies dadurch erreicht, daß die Blitzauslösevorrichtung unmittelbar,
nachdem alle gespeicherten Daten aus dem Register geschoben worden sind, erregt werden. Bei einem
vollständigen Zyklus mit 256 Taktimpulsen und einer Taktfrequenz von 100 Impulsen pro Sekunde stehen
mehr als 2 Sekunden für die Regenerierung der Photozellen zur Verfügung.
Der Leitungsverstärker 38 liegt am Ausgang einer UND-Torschaltung 56, dessen Eingänge mit der
ersten Stufe des Schieberegisters und einem weiteren Ausgang der Verschiebeimpulssammelleitung 52 verbunden
sind. Wie nachstehend beschrieben ist, werden die negativen Ausgangsimpulse über den Gleichrichter
58 dem Kabel 10 zugeführt und zeitlich mit von dem Kabel übertragenen positiven Takt- und
Rückstellimpulsen verschachtelt.
Der Leitungsverstärker wird außerdem über eine weitere UND-Torschaltung 60 angesteuert, deren
Eingängen die Impulse K3 bzw. Impulse des Asynchron-Synchron-Umsetzers
40 zugeführt werden. Der Eingang des Umsetzers wird mittels eines vom Läufer 24 betätigten Schalters 62 gesteuert, der einen
Stromkreis zwischen der — 12-V-Sammelleitung 64 über den Widerstand 66 und Masse schließen kann.
Folglich ändert sich beim Schließen des Schalters das Potential des Einganges von — 12V auf Erdpotential.
Der Schalter 62 wird vom Läufer betätigt, welcher mit einer der Wasserströmungsgeschwindigkeit proportionalen
Drehzahl umläuft. Die vom Läufer erzeugten Impulse sind bezüglich der Taktimpulse
asynchron; sie werden mit Hilfe des Umsetzers 40 in Synchronimpulse umgewandelt, so daß sie bei der
Übertragung mit den übrigen Daten- und Steuerimpulsen zeitlich verschachtelt werden können. Die
UND-Torschaltungen 56 und 60 sowie die zusätzlichen UND-Torschaltungen 68, 70 und 72 entsprechen
den Steuerkreisen 42 nach Fig. 1.
Ein Satz aus drei zweipoligen Wechselkontaktkippschaltern S1, S2, S3 wählt die Ausgänge des Befehlszählers
44, welche den Betrieb jedes Strömungsmeßgerätes während eines Zeitintervalls bestimmen.
Alle Schalter haben zwei Bereiche, wobei die des ersten Schalters mit S1 a und S16, die des zweiten
Schalters mit S211 und S.2b und die des dritten Schalters
mit S3 a und S36 bezeichnet sind. Wie in der
Zeichnung angedeutet, sind die Bereichsschalter a und b jeweils mechanisch miteinander gekuppelt.
Über die α-Bereiche können wahlweise die Ausgänge der sechsten, siebenten und achten Stufe des Befehlszählers
ausgewählt werden, während die &-Bereichsschalter wahlweise die Ausgänge der zweiten, dritten
und vierten Stufe des Befehlszählers auswählen können. Bei jedem Strömungsmeßgerät befinden sich
diese Schalter in einer anderen Stellung; in der Schalterstellungstabelle in Fig. 2 sind typische
Schaltkombinationen dargestellt, wobei die im Schaltbild nach F i g. 2 dargestellten Schalter sich jeweils in
Nullstellung befinden sollen. Die Funktionsweise der
7 8
Steuerkreise während des Schaltvorganges ist nach- dagegen haben eine so große Amplitude, daß die
stehend beschrieben. Schaltzustände beider Kreise beeinflußt werden kön-
F i g. 4 zeigt einen Takt- und Rückstellimpulsgene- nen. Der Rückstellimpulskreis arbeitet wie folgt:
rator 46 zum Formieren der über das Kabel 10 über- Wird der Transistor 80 geöffnet, so wird das Potragenen
Takt- und Rückstellimpulse. Die Takt- 5 tential an der Basis des Transistors 90 mehr positiv,
impulse sind die von 0 auf +3 V ansteigenden posi- so daß der zuvor geöffnete Transistor gesperrt wird,
tiven Impulse, während die Rückstellimpulse die von wobei die Vorspannung durch die Diode 94 begrenzt
0 auf + 8 V ansteigenden positive Impulse sind. Die wird. Das Potential an dem Kollektor des Transistors
Anstiegs- und Abfallzeiten betragen beispielsweise 90 wird damit negativer, so daß am Ausgang 107
100 μεεϋ bei einem Taktimpulsarbeitszyklus von io entsprechend dem Rückstellimpuls am Eingang 86
50Vo. Den Rückstellimpuls- und Taktimpulsgenera- ein negativer Rückstellimpuls auftritt. Die Takttoren
sind die Schaltungen 74 und 76 zur Erzeugung impulse an der Klemme 86 erzeugen an dem Taktvon
Schwellwerten zugeordnet. Die Schaltung 74 ent- impulsausgang 109 negative Taktimpulse K0.
hält zwei PNP-Transistoren 78 und 80, deren Emit- F i g. 5 zeigt die Schaltung 30 zur Erzeugung der
ter über einen gemeinsamen Widerstand 82 mit der 15 Lichtblitze. Die den Meßwertfühlern 20 und 22 zu-
+ 12-V-Sammelleitung verbunden sind. Die Basis geordneten Blitzlampen sind mit 120 bzw. 124 bedes
Transistors 78 ist über den Widerstand 84 mit zeichnet. Der Kondensator 126 wird über den NPN-der
Eingangsklemme 86 des Kabels verbunden. Der Transistor 128 und über den Widerstand 130 aus der
Kollektor des Transistors 78 ist mit der — 12-V- + 12-V-Sammelschiene aufgeladen, wobei eine Elek-Sammelleitung
verbunden. Die Basis des Transistors 20 trode des Kondensators mit dem Emitter des Transi-
80 ist an eine +5-V-Stromquelle angeschlossen, stors 128 und seine andere Elektrode mit der
während sein Kollektor über einen Widerstand 88 mit — 12-V-Sammelleitung verbunden ist. Der Widerder
— 12-V-Sammelleitung verbunden ist. Die stand 132 und die Zenerdiode 134, die in Reihe zwi-Schwellwertschaltung
76 ist abgesehen von der Di- sehen den Sammelleitungen liegen, liefern an ihrem
mensionierung entsprechend aufgebaut, wobei die 25 Knotenpunkt ein geregeltes Potential für die Basis
Spannung an der Basis der zweiten Stufe des Kreises des Transistors 128, das beispielsweise Erdpotential
76 +1,5 V beträgt. sein kann. Der Kondensator 126 wird aufgeladen, bis
Der Kollektor des Transistors 80 ist mit der Basis das Potential an dem Emitter des Transistors 128 das
eines weiteren PNP-Transistors 90 verbunden, dessen Potential der Basis erreicht.
Emitter geerdet und dessen Kollektor über einen 30 Der Kondensator 126 wird über die Blitzlampen
Widerstand 92 mit der —12-V-Sammelleitung ver- und über den PNP-Transistor 136 entladen, der mit
bunden ist. Zwischen der Basis und dem Emitter ist seiner Basis über den Widerstand 138 mit der
eine Diode 94 angeordnet zur Begrenzung der ge- + 12-V-Sammelleitung verbunden und bis zum Aus-
gebenenfalls angelegten Vorspannung. Der Transi- lösen gesperrt ist. Die Basis des Transistors 136 ist
stör 96 des Taktimpulsgenerators ist mit einem 35 mit dem Emitter des PNP-Transistors 140 verbunden,
Widerstand 98 und einer Diode 100 in entsprechen- dessen Kollektor über den Widerstand 142 an die
der Weise verschaltet. Der Kollektor des Transistors — 12-V-Sammelleitung und dessen Basis über den
90 ist über den Kondensator 102 mit dem Knoten- Widerstand 143 an die 4- 12-V-Sammelleitung und
punkt zweier Widerstände 104 und 106 verbunden, über eine Zenerdiode 144 an den Kollektor eines
die zwischen der —12-V-Sammelleitung und Erde 4° PNP-Transistors 146 angeschlossen ist. Der Emitter
(bzw. Masse) einen Spannungsteiler bilden. Die Aus- des Transistors 146 ist geerdet, während sein Kollek-
gangsklemme 107, an welcher die Rückstellimpulse tor über den Widerstand 148 mit der — 12-V-Sam-
auftreten, ist mit diesem Punkt verbunden. Der KoI- melleitung verbunden ist. Die Basis des Transistors
lektor des Transistors 96 des Taktimpulsgenerators 146 ist über den Widerstand 150 an die — 12-V-
ist über einen Widerstand 108 geerdet und außerdem 45 Sammelleitung angeschlossen. Der Transistor 140 ist
mit der Ausgangsklemme 109, an welcher die Takt- normalerweise gesperrt, während der Transistor 146
impulse auftreten, verbunden. normalerweise geöffnet ist. Die Eingangsklemme 152,
Die Spannungen von +5 V und +1,5 V werden die mit dem Ausgang der UND-Torschaltung 68 nach
von einem Spannungsteiler zur Erzeugung der Vor- F i g. 2 verbunden ist, ist über den Kondensator 154
spannung erzeugt, welcher einen in Reihe mit einer 50 mit der Basis des Transistors 146 und über den
Zenerdiode 112 zwischen der +12-V-Sammelleitung Widerstand 156 mit der —12-V-Sammelleitung ver-
und Erde liegenden Widerstand 110 aufweist. Am bunden.
Knotenpunkt zwischen dem Widerstand 110 und der Das Potential am Eingang 152 ist so lange negativ,
Zenerdiode 112 tritt die Vorspannung von+5V auf. wie das Strömungsmeßgerät Datenimpulse abgibt.
Zwischen diesem Punkt und Erde in Reihe angeord- 55 Am Ende dieses Intervalls steigt das Potential bis auf
nete Widerstände 114 und 116 bilden einen Span- Erdpotential an, so daß der Transistor 146 gesperrt
nungsteiler, mit welchem die auftretende Vorspan- wird. Das Potential am Kollektor des Transistors 146
nung an dem parallelliegenden Kondensator 118 von nimmt einen so großen negativen Wert an, daß die
1,5 V erzeugt wird. Zenerspannung der Zenerdiode 144 überschritten
Der Transistor 78 des Kreises 74 zur Erzeugung 6° wird, so daß die Basis des Transistors 140 mehr
des Schwellwertes ist normalerweise geöffnet, wäh- negativ und dieser Transistor geöffnet wird. Das Po-
rend der Transistor 80 normalerweise gesperrt ist. tential am Emitter des Transistors 140 wird stärker
Entsprechend sind Transistoren des Kreises 76 ge- negativ, was bewirkt, daß der Transistor 136 geöffnet
öffnet bzw. gesperrt. Die Amplitude der Taktimpulse und der Kondensator 126 über die Blitzlampen 120
ist so groß, daß die Transistoren des Kreises 76 für 65 und 124 entladen und somit ein Lichtblitz erzeugt
die Dauer des Impulses gesperrt bzw. geöffnet wer- wird. Der vom Eingang 152 über den Kondensator
den, ohne jedoch den Schaltzustand der Transistoren 154 kommende positive Impuls tritt nur kurzzeitig
des Kreises 74 zu beeinflussen. Die Rückstellimpulse auf, so daß der Transistor 136 nur zum Entladen des
9 10
Kondensators 126 ausreichend lange geöffnet ist. Der Impuls erzeugt. Während des Intervalls, in welchem
Kondensator 136 wird erneut gesperrt, während der die Information des Meßwertfühlers 24 ausgelesen
Transistor 128 zum erneuten Aufladen des Konden- wird und welches durch das Auftreten einer negasators
geöffnet wird. Die Zeitkonstanten des Auflade- tiven Spannung an den ö-Bereichen der Schalter gekreises
bestimmen hierbei die Aufladezeit. 5 kennzeichnet ist, liefert der Kreis 72,4 jedesmal,
Der Leitungsverstärker 38 ist zusammen mit den wenn ein vom Ausgang A1 des Befehlszählers kom-UND-Torschaltungen
56 und 60 in F i g. 6 veran- mender negativer Impuls auftritt, einen negativen
schaulicht. Der Verstärker weist einen NPN-Transi- Ausgangsimpuls K1. Dies wiederholt sich bei jedem
stör 158 auf, dessen Emitter über Stabilisierungs- weiteren Taktimpuls. Der Impuls K1 wird dem Eindioden
160 an die — 12-V-Sammelleitung ange- io gang 6 des Flip-Flop-Kreises zugeführt, wodurch
schlossen und über den Widerstand 162 geerdet ist. sämtliche gespeicherten Daten vom Ausgang 10' des
Der Kollektor des Transistors 158 ist über Wider- Flip-Flop-Kreises 188 zum Ausgang 5 des Flip-Flopstände
164 und 166 an die + 12-V-Sammelleitung Kreises 190 verschoben werden. Mit Beendigung des
angeschlossen, während der Knotenpunkt zwischen Impulses^ tritt am Ausgangs des Flip-Flop-Kreises
den vorgenannten Widerständen über die Diode 58 15 190 ein Impuls R0 auf, der außerdem auf den Einmit
dem Kabel 10 verbunden ist. Die Basis des Tran- gang 8 des Kreises 72 B rückgekoppelt wird. Beim
sistors 158 ist mit der UND-Torschaltung über ein Auftreten eines negativen Impulses am Ausgang A1
Netzwerk verbunden, bestehend aus dem Reihen- des Zählers erzeugt der Kreis 72 B einen Ausgangswiderstand
168 und einem .RC-Glied, nämlich dem impuls K3, der die Flip-Flop-Kreise 188 und 190
Widerstand 172 und dem parallelliegenden Konden- 20 zurückstellt, den Impuls R1 und den Impuls R0 besator
170. Jede UND-Torschaltung enthält zwei Di- endet und das negative Potential am Eingang 8 des
öden 174 und 176, die zwischen den Eingängen und Kreises 72 B' aufhebt.
dem Widerstand 178 liegen, dessen anderes Ende an Aus F i g. 8 geht der Aufbau der 12-V-Strom-
die — 12-V-Sammelleitung angeschlossen ist. Der quelle 47 und des Steuerkreises 49 hervor. Die
Knotenpunkt zwischen den Dioden und dem Wider- 25 +12 V- und die — 12-V-Potentiale an der jeweiligen
stand ist über den Kondensator 180 und die Diode Sammelleitung werden mit zwei Batterien 192 und
182 mit dem Widerstand 168 verbunden, wobei der 194 erzeugt, deren positive und negative Anschlüsse
Knotenpunkt zwischen dem Kondensator 180 und geerdet bzw. an die betreffende Sammelleitung ander
Diode 182 über dem Widerstand 184 an die geschlossen sind. Der Steuerkreis weist ein Relais
— 12-V-Sammelleitung angeschlossen ist. Der Wider- 30 196 auf, dessen Spule 198 zwei Schalter 200 und 202
stand 184 ist mit der Diode 186 überbrückt. Mit steuert, welche im Stromkreis zwischen der Strom-Auftreten
eines Datenimpulses werden gleichzeitig quelle und den Sammelleitungen liegen. Das Relais
die Eingänge jeder UND-Torschaltung mit negativen 196 ist so gespeist, daß die Schalter den Stromkreis
Impulsen beaufschlagt. Fehlen diese negativen Im- schließen, wenn ein NPN-Transistor 204 geöffnet
pulse, sind die entsprechenden Dioden 174 und 176 35 wird. Der Kollektor des Transistors 204 ist über die
leitend, so daß ein positiver Impuls über den züge- Relaisspule 198 an die Plusklemme der Stromquelle
ordneten Kondensator 180 zur Basis des Transistors angeschlossen, während der Emitter geerdet ist. Die
158 gelangt. Basis des Transistors ist mit dem Knotenpunkt zweier
Der Kondensator 180 ist so bemessen, daß die zu- zwischen dem Emitter des NPN-Transistors 210 und
geordnete Diode 182 leitend wird und der Transistor 40 Erde liegender Widerstände 206 und 208 verbunden.
158 für eine durch die Parameter des i?C-Gliedes, Der Kollektor des Transistors 210 ist ebenfalls an die
das mit der Basis des Transistors verbunden ist, be- Plusklemme der Stromquelle angeschlossen, während
stimmte Zeitspanne geöffnet wird. Wenn der Tran- der Emitter über den Kondensator 212 geerdet ist.
sistor geöffnet ist, gelangt über die Diode 58 ein Die Basis des Transistors 210 ist über den Widernegativer Impuls zum Kabel 10. Wie der in F i g. 6 45 stand 214 an das Kabel 10 angeschlossen, über weldargestellte
Impulszug veranschaulicht, sichert die ches die positiven Taktimpulse zugeführt werden.
Erzeugung der negativen Ausgangsimpulse nach den Mit den Taktimpulsen wird der Transistor 210 ge-
Erzeugung der negativen Ausgangsimpulse nach den Mit den Taktimpulsen wird der Transistor 210 ge-
Eingangsimpulsen, welche den positiven Takt- öffnet, so daß der Kondensator 212 aufgeladen wird,
impulsen entsprechen, daß die Ausgangsimpulse mit wodurch der Transistor 204 leitend wird, das Relais
den Taktimpulsen am Kabeleingang zeitlich ver- 50 erregt und die Schalter 200 und 202 geschlossen werschachtelt
werden. den. Treten keine Taktimpulse über eine Zeitspanne
Fig. 7A zeigt den Asynchron-Synchron-Umsetzer auf, die zum Entladen des Kondensators212 über
40 und die UND-Torschaltung 72. Der Umsetzer die Widerstände 206 und 208 ausreicht, wird der
weist zwei Flip-Flop-Kreise 188 und 190 auf. Die Transistor 204 gesperrt, so daß das Relais abfällt und
UND-Torschaltung enthält zwei Koinzidenzkreise 55 die Speiseleitungsschalter geöffnet werden.
72^4 und 725. Der Eingang 1 des Kreises 72^ ist Das in Fig. 3 dargestellte Diagramm veranschau-
72^4 und 725. Der Eingang 1 des Kreises 72^ ist Das in Fig. 3 dargestellte Diagramm veranschau-
mit dem Ausgang Aa' des Befehlszählers verbunden, licht einen Arbeitszyklus der erfindungsgemäßen Einwährend
der Eingang 1 des Kreises 72 B mit dem richtung. Der Gesamtzyklus umfaßt 256 Taktimpulse,
Ausgang A1 des Befehlszählers verbunden ist. Der von denen der erste und der letzte zusammen mit
Eingang 2 jedes Kreises ist über den Taktimpuls- 60 einem Rückstellimpuls auftreten. Bei acht Meßgenerator
46 an die Taktimpulssammelleitung an- geräten steht somit für die Datenübertragung jedes
geschlossen, während die Eingänge 3, 4 und 5 jeweils Meßgerätes ein Intervall von zweiunddreißig Taktan
die ö-Bereiche der Schalter S1, S2 und S3 ange- impulsen zur Verfügung. Das erste Intervall ist mit 0
schlossen sind. bezeichnet. Es ist das Intervall zur Übertragung der
Schließt sich der dem Meßwertfühler 24 zugeord- 65 Meßwerte des Meßgerätes Nr. 0. Die dargestellten
nete Schalter 62, wird im Flip-Flop-Kreis 188 ein Intervalle sind in die mit C, R und V bezeichneten
Impuls gespeichert, der am Ausgang 3 des Flip-Flop- Abschnitte unterteilt, die für die Übertragung der von
Kreises 188 einen in Fi g. 7 B dargestellten negativen den Meßwertfühlern 20, 22 und 24 erzeugten Daten-
impulse zur Verfügung stehen. Die mit χ bezeichneten Abschnitte sind unbenutzt. In dem Diagramm
gemäß F i g. 3 sind die Buchstaben C, R und V mit zweistelligen Indices versehen. Mit der ersten Stelle
der Indexzahl ist das Meßgerät bezeichnet, während die zweite Stelle das Informationsbit bezeichnet, wobei
für die Daten des Fühlers 20 und des Fühlers 22 jeweils sieben Bits vorgesehen sind. Die in Binärkode
ausgedrückte Information ist durch einen bestimmten Impulszug gekennzeichnet, bei welchem in sieben
vorbestimmen Abschnitten der Impulsreihe Impulse vorhanden sind oder fehlen. Die Impulse des Meßwertfühlers
24 werden, sofern überhaupt solche auftreten, mit denjenigen der Meßwertfühler 20 und 22
zeitlich verschachtelt. Mit der Indexzahl der Buchstäben R, welche die dem Meßwertfühler 24 zugeordneten
Abschnitte bezeichnen, ist das jeweilige Meßgerät angegeben. Die Anzahl der Impulse des Meßwertfühlers
24 pro Zeiteinheit ist ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit.
Die von den Meßwertfühlern 20 und 22 erzeugten Impulse werden nur während des jedem Meßgerät
zugeordneten Intervalls übertragen, während die Impulse der Meßwertfühler 24 aller Meßgeräte während
des gesamten Intervalls für jedes Meßgerät zweimal übertragen werden. Der Abstand der vom
Meßwertfühler 24 übertragenen Impulse muß geringer sein als das kleinste Intervall zwischen den Impulsen,
die von den Meßwertfühlern 24 jeden beliebigen Meßgerätes erzeugt werden. Bei einer Taktfrequenz
von 100 Impulsen pro Sekunde beträgt diese Zeit etwas weniger als Ve Sekunde, was für die Messung
von Strömungsgeschwindigkeiten von annähernd 5 Knoten ausreicht. Am Ende jeden Intervalls werden
die entsprechenden Blitzlampen ausgelöst, wodurch neue Daten in das Schieberegister eingespeichert
werden.
Aus F i g. 2 geht hervor, daß die UND-Torschaltung 68 jedes Meßgerätes bei gegebenen, speziellen
Schaltzuständen der letzten drei Stufen des achtstufigen Befehlszählers geöffnet ist, wobei für jedes Meßgerät
ein besonderer Schaltzustand charakteristisch ist. Um den Schaltzustand der letzten drei Stufen zu
beeinflussen und die UND-Torschaltung 68 zu schließen, müssen mit den fünf ersten Stufen des Befehls-Zählers
32 Taktimpulse gezählt werden. Wird die Torschaltung gesperrt, werden die Steuerschaltungen
der Blitzerzeuger 30 des betreffenden Meßgerätes erregt. Während des Intervalls, in welchem die UND-Torschaltung
68 geöffnet ist, erzeugt die Torschaltung 70 jedesmal Verschiebeimpulse K2, wenn über
den Ausgang A1 des Zählers jeweils ein Impuls zugeführt
wird, d. h. bei jedem weiteren Taktimpuls. Somit kann also aus der ersten Stufe des Schieberegisters
36 bei jedem weiteren Taktimpuls ein Datenimpuls ausgelesen werden.
Zwischen diesen Datenimpulsen können dem Kabel vom Meßwertfühler 24 erzeugte Impulse zugeführt
werden. Da die UND-Torschaltung 72 nur unter vorbestimmten Bedingungen der zweiten, dritten
und vierten Stufe des Befehlszählers geöffnet ist, kann die UND-Torschaltung nur alle 16 (2*) Taktimpulse
einmal geöffnet werden. Folglich wird also bei 32 Taktimpulsen pro Intervall die UND-Torschaltung
zweimal geöffnet. Da sich die Wählschalter an den Eingängen der UND-Torschaltung für die
verschiedenen Meßgeräte in verschiedenen Stellungen befinden, kann gleichzeitig nur eine UND-Torschaltung
72 geöffnet sein. Darüber hinaus treten am Ausgang der UND-Torschaltung 60 Impulse auf, wenn
ein von der UND-Torschaltung (72) kommender Impuls K3 auftritt. Die Impulse K5 werden erzeugt, wenn
am Ausgang A1 des Zählers Impulse auftreten, so daß gewährleistet ist, daß die Impulse des Meßwertfühlers
24 mit den in Auswirkung der Impulse aus dem Ausgang A1 des Zählers erzeugten Impulse aus
dem Schieberegister zeitlich verschachtelt werden. Hierdurch wird verhindert, daß sich die Datenimpulse
der verschiedenen Meßgeräte und die Steuerimpulse der Takt- und Rückstellimpulsgeneratoren überschneiden.
Claims (13)
1. Unterwasser-Fernmeßeinrichtung mit mehreren voneinander räumlich getrennten Meßanordnungen,
deren Meßwerte auf ein entfernt liegendes Anzeige- bzw. Aufzeichnungsgerät übertragen
werden, dadurch gekennzeichnet, daß jede Meßanordnung (0 bis 7) folgende
Elemente aufweist: ein Meßwerte in Digitalfonn aufnehmendes Schieberegister (36), Meßwertfühler
(20, 22, 24), einen Steuerimpulse zählenden mehrstufigen Digitalzähler (44), der in bestimmten
Zählzuständen Steuerkreise (42) derart umschaltet, daß die Meßwertfühler (20,22,24) nacheinander
abgefragt werden, wobei die Steuerkreise (42), welche entsprechend den Taktimpulsen
das Schieberegister (36) verschieben, und das Schieberegister aufeinanderfolgende digitale Ausgangsimpulse
erzeugen, und daß die Ausgangsimpulse mehrerer Meßanordnungen auf ein gemeinsames
Anzeige- und Aufzeichnungsgerät übertragen werden, wobei die Meßanordnungen über einen gemeinsamen oder jeweils einen Takt-
und Rückstellimpulsgenerator (46) angesteuert sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zwischen den Meßwertfühlern
(20, 22) und dem Schieberegister (36) angeordneten Analog-Digital-Umsetzer.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Meßwertfühler (20) zur
Ermittlung der Bezugsrichtung jedes Meßgerätes und einen Fühler (22) zur Ermittlung der Wasserströmungsrichtung
gegenüber der Bezugsrichtung.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine Anordnung, mit welcher
die Ausgangsimpulse des Schieberegisters (36) mit den Taktimpulsen zeitlich verschachtelt werden.
5. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß
Datenimpulse und Taktimpulse entgegengesetzte Polarität haben.
6. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen
Meßwertfühler (24) zum Erzeugen von Impulsen mit einer der Wasserströmungsgeschwindigkeit an
jedem Meßgerät entsprechenden Frequenz.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Asynchron-Synchron-Umsetzer
(40) die Asynchronimpulse des Fühlers (24) in Impulse umsetzt, die zu den Taktimpulsen
synchron sind und in der Frequenz dem Meßwert entsprechen.
8. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen
Generator zum Erzeugen der Taktimpulse, welche Steuerkreisen (42) zugeführt werden, wobei eine
Übertragungsstrecke (10) vorgesehen ist, über welche die Taktimpulse und die mit diesen zeitlich
verschachtelten Datenimpulse gleichzeitig übertragen werden.
9. Einrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Analog-Digital-Umsetzer
mehrere mit den entsprechenden Stufen des Schieberegisters (36) verbundene Photozellen
(32,34), eine Lichtquelle (30), Vorrichtungen (26, 28) zum Abdecken der Photozellen in Übereinstimmung
mit einem gegebenen Digitalkode gegenüber der Lichtquelle (30) und einer Schaltanordnung
zum Zünden der Lichtquelle enthalten.
10. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkreise (42)
eine mit den Stufen (A1 bis A8) des mehrstufigen
Digitalzählers (44) verbundene UND-Torschaltung (68, 70, 72) aufweisen.
11. Einrichtung nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in das Schieberegister (36) die einem ersten Parameter
und die einem zweiten Parameter entsprechenden Daten eingelesen werden, und zwar
nur dann, wenn sich die Stufen des Registers in einem vorbestimmten, von dem vorgenannten
Zählzustand abweichenden Zustand befinden.
12. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß
die Meßgeräte (0 bis 8) an ein Kabel angeschlossen sind, über welches sie Impulse empfangen
und aussenden, wobei die Ausgangsimpulse der Meßgeräte nur dann dem Kabel (10) zugeführt
werden, wenn sich bestimmte Stufen des Zählers in einem vorbestimmten Zählzustand befinden,
der für das jeweilige Meßgerät charakteristisch ist.
13. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß
die Stromversorgung der Meßgeräte mittels der Takt- und Rückstellimpulse steuerbar ist.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
809 597/276 8.68 © Bundesdruckerei Berlin
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- 1965-10-26 NL NL6513854A patent/NL6513854A/xx unknown
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