DE1285540B - Schaltungsanordnung zum Untersetzen der Folgefrequenz von elektronischen Impulsen fuer Vor- und Rueckwaertszaehlung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum in bestimmten Grenzen veränderbaren Untersetzen der Folgefrequenz von elektrischen Impulsen für Vor- und Rückwärtszählung.

Bekannte Untersetzungsvorrichtungen sind so ausgebildet, daß sie eine Anzahl von Eingangsimpulsen in eine kleinere Anzahl von Ausgangsimpulsen umwandeln, wobei einige Eingangsimpulse systematisch unterdrückt werden und die restlichen Impulse als Ausgangsimpulszug an den Ausgang gegeben werden. Die bekannten Impulsuntersetzerschaltungen arbeiten jedoch nur mit Impulsfolgen, deren Impulszeichen monoton anwachsen, sind also nicht beliebig umkehrbar. Wenn auf eine angezeigte Impulszahl eine kleinere Zahl folgt, so muß die Vorrichtung zunächst zurückgesetzt werden und kann erst danach auf die gewünschte kleinere Zahl gebracht werden.

Unmittelbar umkehrbare Impulsuntersetzerschaltungen werden jedoch dringend benötigt, z. B. bei Entfernungs- oder Verschiebungs-Meßsystemen in der Art von die Interferenzstreifen zählenden optischen Interferometer. Die Interferenzstreifen erscheinen als Änderungen in der Lichtintensität, wobei jede ganze Änderungsperiode in Abhängigkeit von der Wellenlänge des verwendeten Lichts einer Bewegung von etwa dem zwei- bis dreimillionsten Teil eines Zentimeters entspricht. Die auf photoelektrischem Wege gemessenen Interferenzstreifen erzeugen elektrische Impulse, die durch äußerst schnelle elektronische Zähler gezählt werden.

Da eine Bewegung in beiden Richtungen, d. h. auf einen Bezugspunkt zu und von einem Bezugspunkt fort, auftreten kann, ist der Zähler für Vorwärts- und Rückwärtszählung eingerichtet, wobei seine Zählrichtung durch eine die Bewegungsrichtung bestimmenden Vorrichtung gesteuert wird. Die richttungsbestimmende und steuernde Vorrichtung arbeitet im wesentlichen verzögerungsfrei, um einen Zählverlust oder eine falsche Zählung auf Grund unvermeidbarer Vibrationserscheinungen der Interferometerteile zu vermeiden. Der Zähler macht eine laufende Aufstellung der reinen Streifenzählung während der Bewegung, deren räumliche Länge gemessen werden soll und die z. B. die Bewegung eines Maschinenteils sein kann, und gibt die gezählte, die räumliche Bewegung in Einheiten der Wellenlänge des Lichts darstellende Zahl wieder. Für die meisten Zwecke muß die wiedergegebene Zahl in praktischere Einheiten umgewandelt werden, z. B. in Zentimeter oder Millimeter. Dies kann mit Hilfe einer vorgegebenen Umwandlungstabelle geschehen. Eine derartige Umwandlung ist langwierig, den menschlichen Irrtümern unterworfen und zusätzlich dadurch erschwert, daß sich die Wellenlänge des Lichts mit dem atmosphärischen Druck ändert.

Eine Impulsuntersetzung könnte auch durch konventionelle Digitalrechner vorgenommen werden, da sie nur einfache arithmetische Operationen erfordert. Jedoch braucht auch der schnellste Digitalrechner zum Multiplizieren von zwei vielziffrigen Zahlen eine beträchtliche Zeit und kann daher nicht zeitgleich arbeiten, d. h., er muß diese Summe beispielsweise am Ende einer Bewegung auf Befehl ausrechnen. Daher ist auch der einfachste, die erforderlichen Rechenoperationen ermöglichende Digitalrechner unzweckmäßig.

Bekannte Dualzähler sind aus einer Reihenschaltung von jeweils eine Speicherstufe bildenden Flip-Flops aufgebaut, wobei jede Stufe halb so oft umschaltet wie die vorhergehende Stufe und doppelt so oft wie die nachfolgende Stufe. Derartige Dualzähler bilden daher echte Untersetzer. Bei solchen Dualzählern ist es bekannt, beide Ausgänge einer jeden, durch ein Flip-Flop gebildeten Stufe über getrennte, als Schalter wirksame Torschaltungen an den Eingang der nachfolgenden Stufe anzuschalten. Sperrt man bei dieser Schaltung den einen oder anderen durch Torschaltungen gebildeten Weg, so ergibt sich ein Zähler, der aufwärts und abwärts zählen kann. Von diesem bekannten Dualzählerprinzip macht die Erfindung Gebrauch, und zwar identisch in Form eines umkehrbaren Akkumulatorzählers, der die Ausgabe- oder Auslesevorrichtung des Untersetzers versorgt.

An sich bekannt sind auch Anordnungen zur Impulsuntersetzung einer festen Eingangsimpulsfolgefrequenz mit Hilfe einstellbarer Wahlschalter, bei der die einlaufenden Impulse je Dekade einer nach dem anderen einem System von UND- und ODER-Gattern zugeführt werden. Derartige Torschaltungen finden ganz allgemein insbesondere in der Digitaltechnik als Schalter Verwendung, da sie rein elektronisch gesteuert werden und praktisch energielos arbeiten. Selbstverständlich finden auch bei der Untersetzungsvorrichtung gemäß der Erfindung diese bekannten Torschaltungen Verwendung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Untersetzungsvorrichtung für eine Zählanzeige in der Art einer Impulsuntersetzerschaltung zu schaffen, die einen sehr schnellen vor- und rückwärtszählenden Zähler nach beiden Richtungen hin betätigen kann. Zur Anpassung der erfindungsgemäßen Vorrichtung an Meßgeräte, ζ. B. Meßinterferometer, soll der Untersetzungsfaktor in bestimmten Grenzen veränderbar sein, um bestimmte, beim Messen auftretende physikalische Bedingungen, z. B. den Barometerdruck, kompensieren zu können.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Kombination folgender an sich bekannter Merkmale:

a) ein umkehrbarer Dualzähler mit bei Tastung durch einen Eingangsimpuls ihren stabilen Zustand ändernden bistabilen Stufen, die jeweils einen Impuls an den ersten ihrer zwei Ausgänge bei Zustandsänderung im einen Sinne und an den zweiten Ausgang bei Zustandsänderung im anderen Sinne durchlassen;

b) der Zählrichtung entsprechend getastete Zählrichtungssteuerschaltungen, die bei Zählung in der einen Richtung zwischen den einzelnen bistabilen Stufen liegende Torschaltungen tasten und dabei den ersten Ausgang jeder Stufe an den Eingang der nachfolgenden Stufe anschließen, und die bei Zählung in der anderen Richtung zwischen den einzelnen bistabilen Stufen liegende weitere Torschaltungen steuern und dabei den zweiten Ausgang jeder Stufe an den Eingang der nachfolgenden Stufe anschließen;

c) Schaltelemente zum Verbinden der ersten Ausgänge einer ausgewählten Gruppe von Stufen mit einem ersten Hauptausgang und zum Verbinden der zweiten Ausgänge der Gruppe mit einem zweiten Hauptausgang; und

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d) UND-Torschaltungen, die zwischen die Schalt- 20 Binärziffem ergeben würde, wodurch eine Ge-

elemente und die beiden Hauptausgänge einge- nauigkeit von 1 pro 2-° oder angenähert 1 pro MiI-

schaltet sind und von den Zählrichtungssteuer- Honen geschaffen würde.

Schaltungen gesteuert, die Stufengruppen von Für dieses Beispiel werden bistabile Schaltungen

den zugehörigen Hauptausgängen trennen. 5 verwendet, die bei Anlegen eines positiv verlaufenden

Eingangsimpulses von einem stabilen Zustand in den

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vor- anderen übergehen, auf negative Eingangsimpulse jegesehen, daß die die ausgewählte Gruppe von Zäh- doch nicht ansprechen. Es wird ferner angenommen, lerstufen mit den Hauptausgängen verbindenden daß jede Zustandsänderung einer bistabilen Schaltung Schaltelemente den Hauptausgängen jeweils zugeord- io einen positiv verlaufenden Impuls abhängig vom Zunete Akkumulatorleitungen und die Ausgänge der stand, in den die Schaltung wechselt, an einer ihrer ausgewählten Gruppe mit den zugehörigen Akkumu- Ausgangsklemmen erzeugt. In der Zeichnung ist der latorleitungen verbindende Leitungselemente sind; obere Teil einer jeden bistabilen Schaltung mit 0 und daß die Ausgänge der die für den Untersetzungs- der untere Teil mit 1 bezeichnet. Wenn eine Schalfaktor einflußreichsten Binärstellen liefernden Zähler- 15 tung von ihrem Zustand 1 in ihren Zustand 0 wechstufen abhängig von den vorgesehenen Werten dieser seit, erscheint ein positiver Impuls an ihrer oberen Binärstellen des Untersetzungsfaktors direkt an die Ausgangsklemme. Wenn die Zustandsänderung von 0 ihnen zugeordneten Akkumulatorleitungen gelegt auf 1 erfolgt, erscheint ein positiver Impuls an der sind, und daß die Ausgänge der darauffolgenden, die unteren Ausgangsklemme.

für den Umwandlungsfaktor weniger einflußreichen ao Die oben beschriebenen Eigenschaften sind für ge-Binärstellen liefernden Zählerstufen über Schalter an wisse Ausführungen bekannter bistabiler Schaltungen die ihnen zugeordneten Akkumulatorleitungen gelegt charakteristisch und bedürfen keiner genaueren Ersind, wobei die weniger einflußreichen Binärstellen läuterung. Die Schaltungen weisen Differenzierkreise durch Betätigung der Schalter veränderbar sind. für die Impulsformung auf, und sie können, wenn Zur Kompensation von Eingabefehlern kann erfin- 25 notwendig, auch mit Gleichrichterdioden zum Sperdungsgemäß das Untersetzungsverhältnis der Vor- ren der Impulse falscher Polarität versehen sein, richtung durch einen den Schaltzustand der Schalter Selbstverständlich können auch andere Arten von steuernden Sollwert-Steller in bestimmten Grenzen bistabilen Schaltungen, z. B. solche, die auf negative veränderlich sein. Dieser Sollwert-Steller kann erfin- Impulse ansprechen, Verwendung finden,
dungsgemäß ein Binärregister oder ein Analog-Digi- 30 Die Torschaltungen 9 bis 12, 17 bis 21 und alle in tal-Konverter sein, dessen digitales Ausgangssignal ähnlicher Weise verwendeten Torschaltungen können über das Binärregister den Schaltzustand der Schal- »UND«- oder »Koinzidenz«-Gatter sein. Jede Torter steuert. schaltung besitzt zwei Eingangsklemmen und eine Die Erfindung soll im folgenden beispielsweise an Ausgangsklemme und wirkt in bekannter Weise so, Hand der Zeichnung näher beschrieben werden. Die 35 daß es an einen an eine ihrer Eingangsklemmen an-Zeichnung zeigt in einem schematischen Blockdia- gelegten Impuls entweder sperrt oder zu seiner Ausgramm eine bevorzugte Ausführungsform der Erfin- gangsklemme durchläßt, je nach dem Wert des an dung. ihre andere Eingangsklemme angelegten Steuer-Die in der Zeichnung dargestellten Eingangsan- signals. In diesem Beispiel sperren die Torschaltunschlüsse 1 und 2 dienen zur Aufnahme der vorwärts- 40 gen, wenn das Steuersignal bezüglich einem Bezugsbzw, rückwärtszählenden Impulse von beispielsweise potential, ζ. B. der Erde, negativ ist, und sind leitend, einem Meßinterferometersystem. Die Ausgangsklem- wenn das Steuersignal gleich dem Bezugssignal ist.
men 3 und 4 für die vorwärts- und rückwärtszählen- Die den Ausgang der Nullseite einer bistabilen den Impulse sind mit den zugehörigen Eingängen Schaltung an den Eingang der nachfolgenden Schaleines umkehrbaren Akkumulatorzählers 5 verbun- 45 tung anlegenden Torschaltungen 9,10,16,17 und 18 den, der mit einer Ausgabe- oder Auslesevorrichtung, sind die Vorwärtsgatter. Die Steuereingangsklemmen vorzugsweise mit Dezimalanzeige versehen ist. Der aller Vorwärtsgatter sind mit einer Steuerleitung 22 restliche Teil der in der Zeichnung dargestellten Vor- des vorwärtszählenden Kreises verbunden. Die Torrichtung stellt die Vorrichtung zum Untersetzen der schaltungen 11,12,19 usw. sind Rückwärtsgatter; sie Folgefrequenz von Impulsen dar. 50 sind in ähnlicher Weise an eine Steuerleitung 23 des Eine Reihe von bistabilen Schaltungen 6, 7 und 8 rückwärtszählenden Kreises angeschlossen. Auch die sind über Torschaltungen 9, 10 des Vorwärtszähl- erste Stufe des Binärzählers besitzt ein Vorwärtskreises, im folgenden kurz Vorwärtsgatter genannt, gatter 24 und ein Rückwärtsgatter 25, die vor der und Torschaltungen 11, 12 des Rückwärtszählkreises, bistabilen Schaltung 6 liegen.

im folgenden Rückwärtsgatter genannt, in bekannter 55 Die Steuerleitungen 22 und 23 sind mit zugehöri-Weise kaskadegeschaltet. Sie bilden die Anfangs- gen Ausgangsklemmen einer »Flip-Flop«-Schaltung stufen eines umkehrbaren oder vorwärts-rückwärts- 26 verbunden. Die »Flip-Flop«-Schaltung 26 kann im zählenden Dualzählers, der aus beliebig vielen, in wesentlichen gleich den bistabilen Schaltungen 6, 7 ähnlicher Weise kaskadegeschalteten Stufen bestehen usw. aufgebaut sein, mit der Ausnahme, daß eine kann. Die letzten drei Stufen mit den bistabilen Schal- 60 Differenzierschaltung der Ausgangssignale fehlt und tungen 13, 14 und 15 und deren zugehörigen Tor- daß die oberen und unteren oder Null- und Einsschaltungen 16 bis 21 sind ebenfalls dargestellt. Die Seiten getrennte, mit den Eingangsanschlüssen 1 Zahl der Stufen ist gleich der gewünschten Zahl der bzw. 2 verbundene Eingangsklemmen aufweisen. Die für den Umwandlungsfaktor maßgeblichen Binär- Eingangsanschlüsse 1 und 2 sind ebenfalls über Verziffern bzw. -stellen. Wird die erfindungsgemäße 65 zögerungskreise 27 und 28 mit den Eingangsklemmen Vorrichtung zusammen mit dem Meßinterferometer des Vorwärtsgatters 24 bzw. Rückwärtsgatters 25 vergemäß älterem Vorschlag des Anmelders verwendet, bunden. Die Verzögerungskreise verzögern das Anso wäre eine Zahl von 20 Binärstufen geeignet, die legen eines Eingangsimpulses an das erste Gatter 24

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oder 25 so lange, bis das »Flip-Flop« 26 von einem quelle bestehen. Bei Verwendung der erfindungsge-Zustand in den anderen gewechselt ist. mäßen Vorrichtung mit der obenerwähnten Art von Zum Zweck der Erläuterung wird angenommen, Interferenzstreifen zählenden Interferometersystemen daß der gewünschte Umwandlungsfaktor zwischen ist jedoch die Vorrichtung wie im folgenden beschrie-0,625 und 0,750 liegt, d. h., er ist wenigstens Vs, aber 5 ben ausgebildet und dient zum automatischen Korrigeringer als ³A. In Binärform ausgedrückt ist der Um- gieren des Untersetzungfaktors. Wandlungsfaktor 0.101..., d.h. 72 + Vs+ einer Angenommen, der Sollwert des gewünschten Unter-Reihe von anderen hier nicht aufgeführten negativen Setzungsfaktors ist als Dezimalzahl 0,637258. Die Potenzen von 2. Die ersten drei bestimmenden Binär- gleichwertige Binärzahl ist bei ungefähr gleichem Geziffern nach dem Binärkomma sind 1, 0 und 1, deren io nauigkeitsgrad .0,10100011001000110101. Die sechs Maßgeblichkeit für den Umwandlungsfaktor von maßgeblichen Dezimalziffern bestimmen den Um-Stelle zu Stelle absinkt. · " Wandlungsfaktor bis auf ein Millionstel genau, und Die erste und maßgeblichste Ziffer 1 wird über die die zwanzig maßgeblichen Binärziffern bestimmen: ihn' Verbindungsleitungen 29 und 30 der 1- und 0-Aus- auf 1: 2²⁰ oder auf 1:1048 576 genau. Demgemäß gangsklemmen der ersten Binärstufe 6 an die Akku- 15 weist die Untersetzungsvorrichtung eine Gesamtzahl mulatorleitungen 31 bzw. 32 angelegt. Die dritte Zif- von zwanzig Stufen 6, 7, 8 ... 13, 14, 15 auf, wobei fer, ebenfalls eine 1, wird über die Verbindungs- jede Stufe eine entsprechende Stelle der Binärziffern leitungen 33 und 34 von den Ausgängen der dritten darstellt. Die erste, dritte, siebente, achte, elfte, fünf-Stufe 8 an die Akkumulatorleitungen 31 und 32 an- zehnte, sechzehnte, achtzehnte und zwanzigste Stufe gelegt. Für die zweite Stufe 7, deren zugehörige Bi- 20 ist an die Akkumulatorleitung 31 und 32 angeschlosnärzjffer des Umwandlungsfaktors 0 ist, sind keine sen, alle anderen Stufen haben keine Verbindung zu Verbindungsleitungen zu den Akkumulatorleitungen den Akkumulatorleitungen.

vorgesehen. Wird das beschriebene System mit einem Inter-Die darauffolgenden Festwert-Binärziffern des Un- ferometersystem der oben erwähnten Art betrieben, tersetzungsfaktors werden in ähnlicher Weise einge- 25 können die Eingangsimpulse entweder an den Eingeben, indem man abhängig von der dort vorgesehe- gangsanschluß 1 oder den Eingangsanschluß 2, jenen Ziffer (1 oder 0) die Ausgänge der zugehörigen doch nicht an beide gleichzeitig angelegt werden, (hier nicht gezeigten) Binärstufen mit den Akkumu- Jeder an den in Vorwärtsrichtung zählenden Kreis latorleitungen verbindet oder nicht verbindet. Die angelegte Impuls stellt eine Zähleinheit dar, d. h. ein Leitungen 31 und 32 .sind über Gatter 41 bzw. 42 30 Viertel der Wellenlänge des Lichtes, und wird durch und Ausgangsklemmen 3 und 4 mit den Eingangs- Vergrößerung des Abstandes zwischen einem bewegklemmen für Vorwärts- und Rückwärtszählung des liehen Teil und einem Bezugspunkt des Interfero-Akkumulatorzählers 5 verbunden. Die Steuerein- meters ausgelöst, während jeder an den rückwärtsgangsklemmen der Torschaltungen 41 und 42 sind zählenden Kreis angelegte Impuls eine Einheit bei mit den zugehörigen Steuerleitungen 22 und 23 ver- 35 Entfernungsabnahme darstellt. Die Impulsfolgefrebunden. quenz hängt von der Geschwindigkeit der Bewegung Die 1- und 0-Ausgangsklemmen der letzten Binär- ab und kann zwischen 0 und beispielsweise stufe 15 sind an die Akkumulatorleitungen 31 und 32 6 000 000 Hz liegen.

über Torschaltungen 35 bzw. 36 angeschlossen. Die Nimmt man zunächst an, daß die Entfernung unmittelbar davorliegenden Stufen 14 und 13 sind, 4° monoton kleiner wird, so erscheint eine Impulsfolge wie gezeigt, in ähnlicher Weise über Torschaltungen an dem Eingangsanschluß 1. Der erste dieser Impulse 37, 38 und 39, 40 an die Leitungen 31 und 32 ange- setzt das »Flip-Flop« 26, wenn es nicht schon gesetzt schlossen. Einige davorliegende Stufen, die hier nicht ist, und legt die Steuerleitung 23 des rückwärtszähgezeigt sind, können nötigenfalls in derselben Weise !enden Kreises auf negatives Potential und die Steuerüber Torschaltungen an die Leitungen 31 und 32 an- 45 leitung des vorwärtszählenden Kreises auf Erdgeschlossen werden. Diese Anordnung ermöglicht es, potential. Dadurch werden die Zwischenstufen-Gatdaß die letzteren, am wenigsten maßgeblichen Binär- ter in 9-12 und 16-21 für das Vorwärtszählen der Biziffern des Untersetzungsfaktors geändert werden, um närkette gesetzt, die Vorwärtsgatter 24 und 41 leidiesen in relativ kleinen Grenzen korrigieren zu tend, und die Rückwärtsgatter 25 und 42 gesperrt, können. 5° Der erste die erste Binärstufe 6 über das Verzöge-Die Eingangssteuerklemmen eines jeden Torschal- rungsglied 27 und das Gatter 24 erreichende Impuls tungspaares, wie 35 und 36> die eine veränderliche bewirkt, daß diese Stufe aus ihrem Anfangszustand 0 Ziffernstufe, z. B. 15, mit den Akkumulatorleitungen oder 1 in den anderen Zustand 1 oder 0 wechselt, verbinden, sind, wie gezeigt, durch eine zugehörige Dieser Wechsel führt zu einem positiv verlaufenden Ziffernsteuerleitung, z. B. 43, zusammengeschlossen. 55 Ausgangsimpuls von der Seite 1, wenn der Anfangs-In der Zeichnung sind zwei weitere, mit den verän- zustand 0 war, oder von der Seite 0, wenn der Anderlichen Zählerstufen 14 bzw. 13 verbundene fangszustand 1 war. In beiden Fällen erzeugt die Ziffernsteuerleitungen 44 bzw. 45 gezeigt. Andere Folge vorwärtsgezählter Eingangsimpulse positiv ver-Ziffernsteuerleitungen für vorhergehende, hier nicht laufende Ausgangsimpulse abwechselnd an den 0-gezeigte veränderliche Zählerstufen sind allgemein 60 und 1-Ausgangsklemmen; jeder andersartige Eindurch das Bezugszeichen 46 angedeutet. gangsimpuls löst einen Impuls über die Verbindungs-Die Ziffernsteuerleitungen 43 bis 46 können an leitung 29 auf die Akkumulatorleitung 31 aus, und eine einen geeigneten Sollversteller bildende Vorrich- jeder abwechselnde Zwischenimpuls ergibt einen Imtung angeschlossen sein, die den Werten der ent- puls über die Verbindungsleitung 30 auf der Akkusprechenden Ziffern des Umwandlungsfaktors ent- 65 mulatorleitung 32 des rückwärtszählenden Kreises, sprechende Steuerspannungen liefert. Eine solche Die auf die Akkumulatorleitung 31 aufgegebenen Vorrichtung könnte beispielsweise einfach aus einer Impulse werden über das Vorwärtsgatter 41 an den Reihe handbetätigter Schalter und einer Gleichstrom- Akkumulatorzähler 5 angelegt. Die auf der Akkumu-

latorleitung 32 befindlichen Impulse werden von dem Rückwärtsgatter 42 gesperrt. Daher sperrt die erste Binärstufe 6 genau die Hälfte der einlaufenden Impulse und läßt die andere Hälfte zum Akkumulatorzähler durch. Die gesperrten Impulse werden jedoch durch das Zwischengatter 9 zur zweiten Binärstufe 7 geleitet. Keiner dieser Impulse wird an den Akkumulator gegeben, da weder die Leitung 31 noch die Leitung 32 mit der zweiten Stufe verbunden ist. Die Hälfte der Impulse wird durch das Zwischengatter 10 zur dritten Binärstufe 8 geleitet.

Die Stufe 8 sperrt wieder die Hälfte der sie erreichenden Impulse und leitet ähnlich der ersten Stufe die restliche Hälfte zum Akkumulatorzähler. Die gesperrten Impulse durchlaufen wie vorher ein weiteres Zwischengatter im vorwärtszählenden Kreis und werden an die folgende, nicht gezeigte Stufe angelegt. Die ersten drei Stufen lassen also Va + Vs oder Vs der einlaufenden Impulse zum Akkumulatorzähler 5 durch.

Die darauffolgenden Stufen arbeiten in ähnlicher Weise. Jede Stufe nimmt jeweils die Hälfte der die vorhergehende Stufe erreichenden Impulse auf und läßt die Hälfte oder keine der aufgenommenen Impulse an den Akkumulator durch. Durch die beschriebenen Verbindungsleitungen zu den Akkumulatorleitungen wird eine Gesamtzahl von Impulsen an den Akkumulator gelegt, die niemals von dem Produkt aus Umwandlungsfaktor 0,637258mal der Gesamtzahl der einlaufenden Impulse um mehr als eine Impulszählung oder eines pro 2²⁰ mehr oder weniger abweicht. Beispielsweise ergibt eine Gesamtzahl von acht Eingangsimpulsen fünf Ausgangsimpulse; eine Gesamtzahl von tausend Eingangsimpulsen erzeugt 637 Ausgangsimpulse; eine Million Eingangsimpulse ergeben 637258 Ausgangsimpulse. In jedem Fall liegt die Zahl der Ausgangsimpulse innerhalb einer Einheit von 0,637258mal der Zahl der einlaufenden Impulse. Eine Gesamtzahl von einigen Millionen Eingangsimpulsen könnte eine Gesamtzahl von Ausgangsimpulsen ergeben, die von der richtigen Anzahl um einige Einheiten, aber nie um mehr als eine Einheit pro 2²⁰ Einheiten abweicht.

Die Zählung im Akkumulatorzähler 5 läuft so lange fort, wie aufeinanderfolgende Impulse an den Eingangsanschluß 1 des vorwärtszählenden Kreises und keine Impulse an den Eingangsanschluß 2 des rückwärtszählenden Kreises angelegt werden. Wenn kein Eingangsimpuls mehr anliegt, bleibt der Akkumulator 5 auf der momentanen Zählanzeige stehen, bis er zurückgesetzt wird oder weitere Impulse empfangen werden. Ist die Vorrichtung in der Praxis an ein Meßinterferometer angeschlossen, so tritt ein vollständiger Ruhezustand kaum auf, da das bewegliche Meßelement selbst in praktisch stationärem Zustand auf Grund der üblichen zufälligen Vibrationserscheinungen nahezu stets in Bewegung ist. Die Vibrationsbewegung kann sich über einen Bereich von einigen oder vielen Interferenzstreifenzählungen erstrecken und macht sich in kurzen vorwärts- oder rückwärtsgezählten Impulsstößen an den Eingangsanschlüssen 1 und 2 bemerkbar.

Der erste rückwärts zu zählende Impuls setzt das »Flip-Flop« 26 zurück, sperrt alle Vorwärtsgatter und macht alle Rückwärtsgatter leitend. Er wird an die erste Binärstufe 6 über das Verzögerungselement 28 und das Gatter 25 angelegt. Die Arbeitsweise der Vorrichtung bei diesem und weiteren aufeinanderfolgenden rückwärts zu zählenden Impulsen entspricht ihrer Arbeitsweise in Vorwärtszählrichtung mit der Ausnahme, daß die in den Zwischenstufen übertragenen Impulse von den Seiten 1 der Binärstufen und die Akkumulatorimpulse von den Seiten 0 der gewählten Binärstufen abgenommen werden und daß die dem Akkumulatorzähler 5 zugeführten Impulse über die Leitung 32 und das Gatter 42 auf die Klemme 4 des rückwärtszählenden Kreises laufen.

xo Die Zahl der an der Ausgangsklemme 4 des rückwärtszählenden Kreises anliegenden Impulse richtet sich in derselben Weise wie bei der Vorwärtszählung nach der Anzahl der an der Eingangsklemme 2 des rückwärtszählenden Kreises angelegten Impulse. Eine Reihe von acht rückwärts zu zählenden, an den Anschluß 2 angelegten Impulsen ergibt fünf Impulse an der Ausgangsklemme 4, und der in dieser Weise angesteuerte Akkumulator 5 zieht fünf Impulse von seinem vorherigen Zählerstand ab; eine Reihe von

ao tausend an den Anschluß 2 angelegten Impulsen zieht 637 von der Akkumulatorzähleranzeige ab, usw.

Die obenerwähnten zufälligen Impulsstöße werden im wesentlichen im Augenblick ihres Erscheines gezählt, wobei jede Änderung je nach Fall zur Zählas anzeige addiert oder subtrahiert wird. So bleibt die Gestamtzählanzeige stets innerhalb der Genauigkeit von einem Impuls oder einem Millionstel des richtigen Wertes größer oder kleiner als dieser. Die mit dem Akkumulatorzähler 5 verbundene Wiedergabevorrichtung kann genügend träge sein, wie beispielsweise bei Verwendung von Glühlampen oder elektromechanischen Anzeigeelementen, so daß sie schnellen Zähleränderungen nicht folgen kann. In diesem Fall scheidet die Ausgabevorrichtung die bedeutungslosen Hochfrequenzschwankungen aus und zeigt die kurzzeitige Durchschnittsanzeige. Dies ist für eine Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Meßinterferometer wünschenswert, da dies zu einer Anzeige führt, die die Vibrationserscheinungen unberücksichtigt läßt.

Um eine automatische Korrektur des Umwandlungsfaktors vorzunehmen, werden die laufenden Werte der letzten paar, beispielsweise sieben Binärziffern des Umwandlungsfaktors in einem Register,

z. B. einem umkehrbaren Binärzähler 47 gespeichert. Der Registerzähler 47 umfaßt eine Reihe von ähnlich den oben beschriebenen Schaltungen 6, 7, 8 usw. über Vorwärts- und Rückwärtsgatter kaskadegeschalteten bistabilen Schaltungen.

Es soll hier angenommen werden, daß in jeder bistabilen Schaltung ein Punkt ist, der ein negatives Potential aufweist, wenn die Schaltung in ihrem Nullzustand ist, und dessen Potential 0 ist, d. h. auf Referenz- oder Erdspannung, wenn sich die Schaltung im Zustand 1 befindet. Wenn solche Ausgangspunkte bei einer besonderen Konstruktion der bistabilen Schaltungen nicht vorhanden sind, können sie in bekannter Weise durch Relais oder andere Schaltelemente geschaffen werden, die durch die zugehörigen bistabilen Schaltungen gesteuert werden. Der Ausgangspunkt der am wenigsten einflußreichen Ziffernstufe des Zählerregisters 47 ist mit der Ziffernsteuerleitung 43 verbunden; die Ausgangspunkte der folgenden Stufen sind mit den Ziffernsteuerleitungen 44, 45 und 46 verbunden.

Wenn die den Umwandlungsfaktor korrigierenden Signale in digitaler oder Impulsform vorlägen, könnten sie direkt in geeigneter Weise an das Zähler-

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register 47 angelegt werden. Im vorliegenden Fall ist das Korrektur-Eingangssignal ein analoges Signal, z. B. eine durch einen elektromechanischen Fühler erzeugte und beispielsweise den Barometerdruck darstellende Spannung. Hier bildet das Zählerregister 47 einen Teil eines Analog-Digital-Konverters, zu dem auch ein Vergleicher 48, Gatter 49 und 50, ein Impulsoszillator 51 und ein Digital-Analog-Konverter

52 gehören.

Der Digital-Analog-Konverter 52 ist in bekannter Weise ausgebildet und kann digitale Eingangssignale parallel aufnehmen, d. h. über eine Vielzahl von Eingangsklemmen, von denen jede mit einem zugehörigen Ausgang des Zählerregisters 47 verbunden ist. Der Digital-Analog-Konverter erzeugt auf der Leitung 53 ein analoges Ausgangssignal in Form einer Spannung, deren Größe bzw. Amplitude der laufend in Binärziffernform im Zählerregister 47 gespeicherten Zahl entspricht. Eine Ausführung eines solchen Digital-Analog-Konverters ist ein Spannungsteiler, der aus einer Reihe von miteinander verbundenen, nach Binärwerten abgestuften Widerständen gebildet ist. Jeder Widerstand ist durch einen Öffner eines zugehörigen Relais überbrückt, wobei das Relais durch eine Binär-1 in der zugehörigen Stufe des Registerzählers 47 erregt wird.

Der Vergleicher 48 ist in bekannter Weise ausgebildet, nimmt das analoge Ausgangssignal des Konverters 52 über die Leitung 53 und das analoge Korrektursignal über die Leitung 54 auf, und erzeugt ein Ausgangssignal für die Steuerung der Gatter 49 und 50 auf einer seiner Ausgangsleitungen 55 und 56 abhängig davon, welches Eingangssignal größer ist. Der Vergleicher 48 kann beispielsweise einfach aus einer Spannungsquelle und einem Differentialrelais aufgebaut sein. In diesem Fall erhält die Leitung 55 ein Signal, wenn das Eingangssignal auf der Leitung

53 größer ist, und ein Signal erscheint in der Leitung 56, wenn das Eingangssignal in der Leitung 54 größer ist. Die Leitungen 55 und 56 sind an die Steuereingangsklemmen der Gatter 49 und 50 angeschlossen, die die vorwärts- bzw. rückwärtszählenden Eingänge des Zählers 47 ansteuern.

Die Signaleingangsklemmen der Gatter 49 und 50 sind über einen Schalter 57 mit dem Impulsoszillator 51 verbunden. Der Oszillator 51 erzeugt kontinuierlich Impulse unter einer beliebigen, geeigneten Impulsfolgefrequenz innerhalb des Taktganges des Zählers 47.

Zum einfacheren Erklären wird zunächst angenommen, daß sich der Umwandlungsfaktor direkt proportional zur Änderung der über die Eingangsleitung 54 angelegten Spannung ändern soll, d. h., wenn die genannte Spannung 0 ist, sollen die letzten sieben Binärziffern des Umwandlungsfaktors 0 sein; wenn die Spannung auf ihrem maximal zulässigen Wert ist, sind die letzten sieben Ziffern 1. Da der Sollwert des Umwandlungsfaktors als eine Binärzahl von 0,10100011001000110101, entsprechend der Dezimalzahl 0,637258 angenommen wurde, be- ΐο deutet dies, daß der Faktor innerhalb des Bereichs 0,10100011001000000000 (dezimal 0,637207) bis 0,10100011001001111111 (dezimal 0,637326) variiert werden soll.

Der Schalter 57 kann, wie gezeigt, als Kontakt ausgebildet sein und momentan dann geschlossen werden, wenn der Umwandlungsfaktor korrigiert werden soll, beispielsweise direkt vor Beginn einer Abstandsmessung. Wenn der Schalter geschlossen ist, läuft der Ausgangsimpuls des Oszillators 51 zu den Signaleingängen der Vorwärts- und Rückwärtsgatter 49 und 50.

Wenn die Spannung auf der Ausgangsleitung 53 des Digital-Analog-Konverters 52 von der Spannung auf der Leitung 54 um mehr als einen kleinen Schwellenwert abweicht, erregt der Vergleicher 48 die entsprechende seiner Ausgangsleitungen 55 bzw. 56, betätigt dadurch das dieser zugeordnete Gatter 49 bzw. 50 und leitet Impulse auf den in Vorwärtsoder Rückwärtsrichtung zählenden Eingang des Registerzählers 47. Diese Impulse werden zu der Registerzählanzeige addiert oder von ihr subtrahiert, um die Zählanzeige an die auf der Leitung 54 liegende Spannung anzupassen. Sobald diese Anpassung erreicht ist, werden beide Gatter 49 und 50 gesperrt, und die Steuerleitungen 43 bis 46 bleiben in der gleichen Weise erregt und liefern die erforderlichen Werte für die zugehörigen Ziffern des Umwandlungsfaktors.

Der Größen- bzw. Maßstabsbeiwert oder die Proportionalitätskonstante zwischen der Änderung des Umwandlungsfaktors und der Änderung der Umgebungsbedingung, z. B. des Barometerdrucks, der den Umwandlungsfaktor ändert, wird durch den in bekannter Weise ausgebildeten Fühler und den Digital-Analog-Konverter 52 bestimmt. Wenn aus irgendeinem Grunde, z. B. auf Grund konstruktiver Zweckmäßigkeit, die Korrektur umgekehrt proportional und nicht direkt proportional zum analogen Eingangssignal der Leitung 54 vorgenommen werden soll, können die Rückkopplurigsverbindungen von den anderen Seiten der Binärstufen des Zählerregisters 47 an den Konverter 52 geführt werden, wodurch eine komplementäre Beziehung zwischen dem analogen Eingangssignal . und der Registerzählung geschaffen wird.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum in bestimmten Grenzen veränderbaren Untersetzen der Folgefrequenz von elektronischen Impulsen für Vor- und Rückwärtszählung, gekennzeichnet durch die Kombination folgender an sich bekannter Merkmale:

a) ein umkehrbarer Dualzähler mit bei Tastung durch einen Eingangsimpuls ihren stabilen Zustand ändernden bistabilen Stufen (6, 7, 8... 15), die jeweils einen Impuls an den ersten ihrer zwei Ausgänge bei Zustandsänderung in einem Sinne und an den zweiten Ausgang bei Zustandsänderung im anderen Sinne durchlassen;

b) der Zählrichtung entsprechend getastete Zählrichtungssteuerschaltungen (26, 22, 23), die bei Zählung in der einen Richtung zwischen den einzelnen bistabilen Stufen liegende Torschaltungen (11,12... 21) tasten und dabei den ersten Ausgang jeder Stufe an den Eingang der nachfolgenden Stufe anschließen und die bei Zählung in der anderen Richtung zwischen den einzelnen bistabilen Stufen liegende weitere Torschaltungen (9, 10... 18) steuern und dabei den zweiten Ausgang jeder Stufe an den Eingang der nachfolgenden Stufe anschließen;

c) Schaltelemente (31, 29, 33...) zum Verbinden der ersten Ausgänge einer ausgewählten Gruppe (6, 8 ... 15) von Stufen mit einem ersten Hauptausgang (3) und zum Verbinden der zweiten Ausgänge der Gruppe mit einem zweiten Hauptausgang (4); und

d) »UNÜÄ-Torschaltungen (41, 42), die zwischen die Schaltelemente (31, 29, 33 ...) und die beiden Hauptausgänge eingeschaltet sind und von den Zählrichtungssteuerschaltungen gesteuert, die Stufengruppen von den zugehörigen Hauptausgängen (3 bzw. 4) trennen.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die ausgewählte Gruppe (6, 8...) von Zählerstufen mit den Hauptausgängen (3, 4) verbindenden Schaltelemente den Hauptausgängen jeweils zugeordnete Akkumulatorleitungen (31, 32) und die Ausgänge der ausgewählten Gruppe einzeln mit den zugehörigen Akkumulatorleitungen verbindende Leitungselemente (29, 30, 33, 34, 35 bis 40...) sind; daß die Ausgänge der die für den Untersetzungsfaktor einflußreichster Binärstellen liefernden Zählerstufen (6, 7, 8 .. ) abhängig von den vorgesehenen Werten (binär 1 oder 0) dieser Binärstellen des Untersetzungsfaktors direkt an die ihnen zugeordneten Akkumulatorleitungen (31 bzw. 32) gelegt sind; und daß die Ausgänge der darauffolgenden, die für den Umwandlungsfaktor weniger einflußreichen Binärstellen liefernden Zählerstufen (... 13, 14, 15) über Schalter (35 bis 40...) an die ihnen zugeordenten Akkumulatorleitungen (31 bzw. 32) gelegt sind, wobei die weniger einflußreichen Binärstellen durch Betätigung der Schalter veränderbar sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Untersetzungsverhältnis der Vorrichtung durch einen den Schaltzustand der Schalter (35 bis 40...) steuernden Sollwertsteller (47...) in bestimmten Grenzen veränderlich ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter (35 bis 40...) Torschaltungen sind und daß der Sollwertsteller (47 ...) zum Betätigen dieser Schalter ein Binärregister ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwertsteller ein Analog-Digital-Konverter (48, 47, 52, 51) ist, dessen digitales Ausgangssignal über das Binärregister (47) den Schaltzustand der Schalter (35 bis 40 ...) steuert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen