DE2246660A1

DE2246660A1 - Analog-ditigal-umsetzer

Info

Publication number: DE2246660A1
Application number: DE19722246660
Authority: DE
Inventors: James Edward Batz
Original assignee: Northern Illinois Gas Co
Current assignee: Northern Illinois Gas Co
Priority date: 1971-11-19
Filing date: 1972-09-22
Publication date: 1973-05-24
Also published as: CA993109A; JPS4860647A; BE791513A; FR2160558A1; US3766544A; IT965279B; GB1398533A

Description

NORTHERN ILLINOIS GAS COMPANY
East-West Tollway at Route 59
Aurora« Illinois, 60507, V.St.A.

Analog-Digital-Umsetzer

Die Erfindung bezieht sich auf einen Analog-Digital-Umsetzer und insbesondere auf einen Umsetzer mit einem elektrostatischen Codierer zur Erzeugung binär codierter Signale, die Winkelstellungen einer Welle entsprechen.

In der Patentanmeldung P 21 58 324.4- ist ein Analog-Digital-Umsetzer mit einem kontaktlosen Codierer beschrieben, der abhängig von der Stellung einer Welle Signale elektrostatisch von einem Signalgenerator an mehrere Signalerkennungsschaltungen ankoppelt, damit binär codierte logische Wörter erzeugt werden, die der Winkelstellung der Welle entsprechen.

Der Codierer enthält ein drehfest mit der Welle verbundenes Erregerglied, ein Kopplungsglied zum Ankoppeln von Signalen mit unterschiedlichen Phasen von dem Signalgenerator an das an der Welle befestigte Erregerglied und ein Codierglied mit mehreren Fühlerelementen zum Empfang von an das Codierglied von dem Erregerglied angekoppelten Signalen. Das Erregerglied enthält zwei

Schw/Ba

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Anregungselemente, die die selektive Ankopplung von ' Signalen an die FUhlerelemente des Codierglieds derart bewirken, daß bei einer Drehung des Erregerglieds mit der Welle Signale der einen Phase an gewisse FUhlerelemente und Signale der anderen Phase an andere Fühlerelemente angekoppelt werden.

Die Fühlerelemente sind einzeln an Eingänge einer zugehörigen Signalerkennungsschaltung angeschlossen, die die Phasen der an ein entsprechendes Element angekoppelten Signale durch Vergleich dieser Signale mit einem Bezugssignal feststellt. Jede Signalerkennungsschaltung gibt entsprechend der Feststellung von Signalen der einen oder der anderen Phase, die an ein zugehöriges FUhlerelement angekoppelt sind, Ausgangssignale mit dem logischen Signalwert 1 oder Ausgangssignale mit dem logischen Signalwert 0 ab. Die Serien der Ausgangssignale mit den Signalwerten 1 und 0 , die von den Signalerkennungsschaltungen geliefert werden, bilden logische Wörter, die der Winkelstellung der Welle entsprechen.

Der in der oben erwähnten Patentanmeldung beschriebene Codierer arbeitet zwar zufriedenstellend, doch erfordert der hier beschriebene elektrostatische Codierer nach der Erfindung weniger Signalfühlerelemente , so daß sich eine Verringerung der Zahl der zur Bestimmung der Winkelstellung einer Welle erforderlichen Signalerkennungsschaltungen ergibt. Überdies sind die Signalkopplungselemente des hier beschriebenen Codierers einfacher aufgebaut und leichter auszurichten, als die Signalkopplungselemente des Codierers nach der oben erwähnten Patentanmeldung, wodurch der Zusammenbau des Codierers vereinfacht wird. Die Verwendung der verbesserten Signalkopplungselemente führt zu einem elektrostatischen Codierer, der kleinere Abmessungen aufweist, und

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somit besser für Anwendungsfälle geeignet ist, bei denen Raumbeschränkurigen von Bedeutung sind, wie es beispielsweise in vorhandenen Gebrauchsmeßgeräten der Fall ist, bei denen Wellencodierer zur Ermöglichung einer Meßgeräte fernablesung verwendet werden.

Mit Hilfe der Erfindung wird ein Analog-Digital-Umsetzer geschaffen, der einen elektrostatischen Codierer zum selektiven Koppeln von Signalen unterschiedlicher Phasen

von einerSignalquelle an eine Ausgangsschaltung in Ab-

hängigkeit von der Winkelstellung einer Welle enthält, so daß dadurch. mehrere aus mehreren Bits bestehende Ausgangscodes geliefert werden, von denen jeder einer anderen vorbestimmten Stellung der Welle entspricht.

In einer Ausführungsform der Erfindung enthält der Codierer ein Anregungsglied,das auf einer Oberfläche mehrere AnregungsSegmente aufweist. Jedes Anregungssegment entspricht einer der anzuzeigenden Wellenstellungen. Ferner enthält der Codierer ein Signalkopplungsglied mit einem AbtastflUgel, der sich parallel zu der Oberfläche des Anregungsglieds erstreckt, sowie einen drehfest mit der Welle verbundenen Kopplungszylinder, der den Abtastflügel derart dreht, daß er bei jeder vorbestimmten Wellenstellung über einem anderen Anregungssegment liegt.

Der Kopplungszylinder mit dem Abtastflügel dreht sich mit einem gewissen Abstand innerhalb eines Ausgangssignalr Abtastzylinders, der an eine Ausgangssignal-Feststellungsschaltung angeschlossen ist.

An eine Gruppe von Anregungssegmenten wird ein Satz von Anregungssignalen einschließlich von Signalen mit unterschiedlichen Phasen angelegt. Wenn die Anregungssignale einem Anregungssegment zugeführt v/erden, das sich unter dem Abtastflügel befindet, werden diese Signale über das Signalkopp-

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lungsglied und dem Ausgangssignal-Abtastzylinder an die Ausgangsschaltung angekoppelt. Die Ausgangsschaltung» die an den Ausgangssignal-Abtastzylinder angeschlossen ist, liefert normalerweise ein Ausgangssignal mit Massepotential. Die Ausgangsschaltung liefert jedoch ein Ausgangssignal einer ersten Polarität, wenn Signale der ersten Phase über den Abtastflügel an die Ausgangsschaltung angekoppelt werden, und sie liefert AusgangssignaJfe dner zweiten Polarität, wenn Signale einer zweiten Phase über den Abtastflügel an sie angekoppelt werden.

Der Satz von Anregungssignalen wird aufeinanderfolgend weitergeschaltet, so daß er verschiedenen Gruppen von AnregungsSegmenten zugeführt wird, wodurch ein aus mehreren Bits bestehender Ausgangscode von der Ausgangsschaltung geliefert wird, wobei für jede vorbestimmte Stellung der Welle ein anderer, aus mehreren Bits bestehender Code erzeugt wird.

Bei dem Codierer nach der Erfindung wird nur ein Stellungsfühler in Form des Abtastflügeis und des zugehörigen Zylinders verwendet, der sich mit der Welle so dreht, daß der Abtastflügel bei jeder anzuzeigenden Wellenstellung über einem anderen Anregungssegment liegt. Zur Feststellung der bei der selektiven Erregung der Anregungssegmente an den Abtastflügel angekoppelten Signale ist somit nur eine Ausgangsschaltung erforderlich, wodurch die Zahl der zwischen der Signalkopplungsvorrichtung und der Ausgangsschaltung angeschlossenen Signalleiter auf.ein Minimum verringert wird. Da die Signalverdrahtung zu den Änregungssegmenten den Hauptteil der Verdrahtung des Codierers ausmacht, ist es überdies einfacher, die Pignale mit großen Signalwerten führenden Leitern gegen die Signalkopplungselemente und die Ausgangsschaltung abzuschirmen, so daß die Auswirkungen von Streusignalkopplungen ainimalisiert

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werden. Außerdem gestattet die Verringerung der Zahl der Signalabtaster auf einen Abtaster pro Welle eine größere Freiheit bei der Ausführung der Abtasterverdrahtung.

Durch die Verwendung eines einzigen Stellungsabtasters können breitere Toleranzen für die Abmessungen des Abtastflügels realsiert werden, und die Ausrichtung des Signalkopplungsglieds bezüglich der Anregungssegmente und des Ausgangssignal-Abtastzylinders Vfird vereinfacht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnungdargestellt. Darin zeigen;

Fig,1 eine schematische Darstellung eines Analog-Digital-Umsetzers mit einem elektrostatischen Codierer nach der Erfindung,

Fig.2 einen Schnitt durch den elektrostatischen Codierer von Fig.1,

Fig.3 eine schematische Darstellung der logischen Schaltung zur sequentiellen Anlegung vnn Anregungssignalen an die Anregungssegmente des elektrostatischen Codierers,

Fig.4 ein Diagramm/ in dem die Folge dargestellt ist, in der die Anregungssignale an die Anregungssegmente des Codierers.angelegt werden, und

Fig.5 den Verlauf derSignale, die an die Ausgangsabtastschaltung des Codierers gelangen_c wenn sich der Abtastflügel über verschiedenen Anregungssegmenten befindet.

Eine schematische. Darstellung des nach der Erfindung ausgebildeten Analog-Digital-Umsetzers .ist in Fig«1 dargestellt« Der Analog-Digital-Umsetzer enthält einen Codierer 20 zum Umsetzen der analogen Stellungen einer Welle 21 in binär

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codierte Signale über eine Ausgangsschaltung 60. Beispielsweise kann die Welle 21 mit einem Skalenzählwerk eines Gebrauchsmeßgeräts in Verbindung stehen, das mehrere Skalenscheiben, beispielsweise die Skalenscheibe 23 , zur Anzeige der gemessenen Mengen einer verwendeten Größe enthält. In einem solchen Anwendungsfall sind am Umfang der Skalenscheibe 23 im Abstand voneinander zehn Ziffern 0 bis 9 angebracht. Ein von der feile 21 getragener Zeiger 24 liefert eine visuelle Anzeige der Winkelstellung der Welle 21, so daß eine gemessene Menge angezeigt wird.

Der Codierer 20 enthält ein Anregungsglied 30 mit mehreren Anregungssegmenten A bis J, einen an die Ausgangsschaltung 60 angeschlossenen Signalabtaster 62 und ein relativ zum Anregungsglied 30 drehbar an der Welle 21 befestigtes Signalkopplungsglied 40. Das Signalkopplungsglied 40 bewirkt eine selektive Ankopplung : von Signalen mit verschiedenen Phasenlagen, die an die Anregungssegmente A bis J angelegt sind, an den Signalabtaster 62 in Abhängigkeit von der Winkelstellung der Welle 21.

Das Anregungsglied 30 besteht aus einer Scheibe 31 aus isolierendem Material,auf der in Umfangsrichtung inAbstand voneinander auf einer gemeinsamen Fläche 32 zehn keilförmige Anregungssegmente A bis J angebracht sind. Jedes der aus elektrisch leitendem Material bestehenden Anregungssegmente erstreckt sich über eine Winkelbreite, die kleiner als 36° ist, so daß nebeneinanderliegende Segmente, beispielsweise Segmente A und B einen Abstand voneinander aufweisen. Die Segmente A bis J haben etwa die gleiche Oberfläche.

Die Anregungssegmente A bis J sind jeweils an Ausgänge 5OA bis 5OJ einer Anregungsschaltung 50 angeschlossen, die einen Signalgenerator 51 mit Ausgängen zur Erzeugung von Signalen

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mit einer ersten Phase Φ1 und einer zweiten Phase Φ 2 enthält. Die Anregungsschaltung 50 enthält außerdem eine Signalverteilungsschaltung 52, die nacheinander Signale mit der Phase φ1 an eines der Anregungssegmente und Signale mit der Phase Φ 2 an zwei andere Anregungssegmente anlegt. Der Satz von Anregungssignalen wird dann nacheinander gemeinsam zu weiteren Gruppen der Anregungssegmente fortbewegt, wie unten noch genauer erläutert wird.

Wie" Fig·2 zeigt, ist ein aus elektrisch leitendem Material bestehende^* Kopplungszylinder 41 an derWelle 21 befestigt, wobei er mit Hilfe eines Isolatormaterials 44 elektrisch von der Welle isoliert ist. Die gesamte ä&s dem Kopplungszylinder 41 und der Welle 21 bestehende Anordnung dreht sich innerhalb des als Hohlzylinder ausgebildeten Signalabtasters 62. Der aus elektrisch leitendem Material bestehende Signalabtaster 62 ist an einer Platte 65 aus isolierendem Material befestigt. Die isolierende Platte 65 enthält einen Ausgangsleiter 66, der bei spielsweise mit Hilfe eines Lötmetalls elektrisch angeschlossen ist. Der Ausgangsleiter 66 ist ferner an die Ausgangsschaltung 60 (Fig.1) angeschlossen^, damit Signale, die über das Signalkopplungsglied 40 an den Signalabtaster 62 angekoppelt werden, zur Ausgangsschaltung 60 gelangen.

Die isolierende Platte 65, die den Ausgangsleiter 66 trägt, ist von der die Anregungssegmente A bis J tragenden isolierenden Scheibe 31 durch eine weitere isolierende Platte 67 getrennt, die mit einer Schicht aus Abschirmmaterial 68 versehen ist. Das Abschirmmaterial dient dazu, den Signalabtaster 62 und den Ausgangsleiter 66 gegen die einen hohen Signalwert aufweisenden Signale abzuschirmen, die an die Anregungssegmente A bis J auf der Scheibe 31 angelegt sind. Somit werden nur an den Kopplungs" zylinder 41

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oder an den AbtastflUgel 43 angekoppelte Signale ihrerseits wieder an den Signalabtqster 62 angekoppelt*

Die aus der Welle 21 und dem Kopplungszylinder 41 bestehende Anordnung des Signalkopplungsglieds 40 ist mit Hilfe einer (nicht dargestellten) Vorrichtung innerhalb des als Zylinder ausgebildeten Signalabtasters 62 angebracht; diese Vorrichtung ist dabei so mit der Welle 21 verbunden»daß sich a\n Teil der Außenwand 45 des Kopplungszylinders 41 mit einem Teil der Innenwand 64 des Signalabtasters 62 überlappt. Die Wände des Kopplungszylinders und des Slgnalabtasters 62 sind unter Bildung eines Spalts 69 Im Abstand voneinander angebracht, damit eine Signalkopplung zwischen dem Kopplungszylinder 41 und dem Signalabtaster 62 ermöglicht wird. Außerdem stellt die Welle 21 das Signalkopplungsglied bezüglich der Anordnung auf den isolierenden Platten 31, 67 und 65 so ein, daß ein vor bestimmter Abstand zwischen der Oberfläche des AbtastflUgels 43 und der Oberfläche 32 der Scheibe 41 aufrechterhalten wird, damit eine Signalkopplung zwischen den Anregungssegmenten A bis J und dem AbtastflUgel 43 ermöglicht wird.

Die Winkelstellung des Abtastflügels 43 und demgemäß die WinlfiLsteilung der den AbtastflUgel 43 drehenden Welle 21 werden durch selektive Anregung von Signalen mit verschiedenen Phasen an Gruppen von AnregungsSegmenten A bis J und durch überwachung der an den Signalabtaster 62 angekoppelten Ausgangssignale bestimmt. Die an die Anregungssegmente angelegten Signale werden Über das Signalkopplungsglied 40 an den Signalabtaster 62 angekoppelt, wenn sich der AbtastflUgel 43 über einem Anregungssegment befindet·

Die Art und Weise, in der die Anregungssignale an die Anregungssegmente A bis J angelegt werden, wird nun beschrieben.

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Fig.3 zeigt eine schematische Darstellung der Signalverteilungsschaltung 52, die Signale aus dem Signalgenerator 51 selektiv an die Anregungssegmente A bis J des Anregungsglieds 30 anlegt. Die Signalverteilungsschaltung 52 enthält mehrere UND-Gatter 71 bis 80 mit jeweils zwei Eingängen, sowie mehrere ODER-Gatter 91 bis 95$ von denen jedes die Ausgänge von zwei zugehörigen UND-Gattern zusammenfaßt. Jeweils zwei UND-Gatter , beispielsweise die UND-Gatter 71 und 72 , und ein zugehöriges ODER-Gatter, beispielsweise das ODER-Gatter 91 dient als Auswählschaltung, die jeweils dann wirksam ist, wenn eines der UND-Gatter 71 und 72 eines Paars zum Durchschalten von Signalen der Phase φ1 oder der Phase φ 2 zu einem der Anregungssegmente, beispielsweise zum Anregungssegment A bei den UND-Gattern 71 und72 und dem ODER-Gatter 91 ausgelöst ist. Das Anregungssegment A ist über den Leiter 5OA an den Ausgang des ODER-Gatters91 angeschlossen.

Es sei bemerkt, daß in Fig.3 zwar nur fünf Paare von UND-Gattern, beispielsweise die UND-Gatter. 71 und 72 und ein zugehöriges ODER-Gatter 91 , dargestellt sind, doch sind zur säektiven Anlegung von Signalen der Phase φ1 oder der Phase φ2 an die zehn Anregungssegmente A bis J über die entsprechenden Leiter 5OA bis 50J zehn solche Sätze von Gattern vorgesehen. Auf diese Weise werden beispielsweise beim Auslösen des UND-Gatters 71 Signale der Phase φ 1 über das ODER-Gatter 91 und den Letter 5OA an das Anregungssegment A angelegt, während bei der Auslösung des UND-Gatters 72 Signale der Phase φ 2 über das ODER-Gatter 91 und den Leiter 5OA an das Anregungssegment Λ angelegt werden.

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Die UND-Gatter 71 bis 80 werden von Auslösesignalen betätigt, die von einem Zähler 70 geliefert werden, der an seinen Ausgängen CO bis C9 eine Zählung bis 10 ausführt.

Demgemäß besitzt das UND-Gatter 71 einen ersten Eingang, der an den das Signal der Phase φ 1 abgebenden Ausgang des Signalgenerators 51 angeschlossen ist, sowie einen zweiten Eingang, der an den Ausgang CO des Zählers 70 angeschlossen ist. Der erste Eingang des zugehörigen UND-Gatters 72 ist an den das Signal derPhase φ 2 abgebenden Ausgang des Signalgenerators 51 angeschlossen. Die Ausgänge C8 und C2 des Zählers70 sind über ein ODER-Gatter 81 an einen zweiten Eingang des UND-Gatters angeschlossen. In gleicher Welse sind die ersten Eingänge der UND-Gatter 73, 75, 77 und 79 an den das Signal der Phase φ1 abgebenden Ausgang des Signalgenerators 51 angeschlossen, während die zweiten Eingänge direkt an die Ausgänge C1, C2, C8 bzw. C9 des Zählers 70 angeschlossen sind. Die UND-GaJbter 74, 76, 78 und 80 sind mit ihrem ersten Eingang mit dem das Signal der Phase Φ2 abgebenden Ausgang des Signalgenerators 51 verbunden, und die zweiten Eingänge dieser Gatter sind mit den Ausgängen der ODER-Gatter 82, 83, 84 bzw. 85 verbunden. Jedes der ODER-Gatter bis 85 hat zwei Eingänge, die an verschiedene Paare von Ausgängen des Zählers 70 angeschlossen sind, wie in Flg.3 gezeigt ist.

Wenn der Zähler 70 läuft und nacheinander an den Ausgängen CO bis C9 Auslösesignale erzeugt, werden Signale der Phase φ bei Jedem Zählerstand an ein anderes der Anregungssegmente A bis J und Signale der Phase φ 2 an zwei weitere Anregungssegmente angelegt, wie in Fig.4 dargestellt ist. Das Diagramm von FIg.4 gibt die Phasen der bei jedemZählerstand des

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Zählers 70 an die Anregungssegmente angelegten Anregungseignale an. Wenn beispielsweise die Winkelstellung der Welle 21 abgelesen werden soll, wenn sich der Zähler 70 auf dem Zählerstand O befindet, wird das UND-Gatter 71 vom Signal am Ausgang CO so geschaltet, daß es Signale der Phase φ 1 vom Signalgenerator 51 über das ODER-Gatter 91 und den Leiter 5OA zum Anregungssegment A durchläßt. In gleicher Weise werden die UND-Gatter 76 und 78 ebenfalls von dem über die ODER-Gatter 83 und 84 gelieferten Signal so geschaltet, daß die Signale der Phase φ2 über die ODER-Gatter 93 und 94 und die Leiter 5OC und 501 zu den Segmenten C und I durchlassen, wie in der ersten Zeile des Diagramms von Fig.4 dargestellt ist.

Wenn der Zähler 70 zum Zählerstand 1 weiter schaltet, wird das UND-Gatter 73 so geschaltet, daß es über das ODER-Gatter 92 und den Leiter 5QB Signale der Phase Φ1 zum Anregungssegment B weiterleitet. Während des Zählerstands 1 werden außerdem Signale der Phase: <f>££iber entsprechende Gatter zu den Anregungssegmenten J und D geleitet, wie in der zweiten Zeile von Fig.4 dargestellt ist. Wenn der Zähler 70 zum Zählerstands weiterschaltet, gelangen Signale der Phase φ zum Anregungssegment C und Signale der Phase Φ2 zu. den Anregungssegmenten A und E , wie aus der Zeile 3 von Fig.4 zu erkennen ist. Somit werden beim Fortschalten des Zählers selektiv Signale an die Anregungssegmente A bis J in der oben beschriebenen Weise angelegt, so daß sich das in den Zeilen bis 9 von Fig.4 angegebene Muster von Anregungssignalen ergibt.

Zur Erläuterung der Art und Weise,in der Signale von den Anregungssegmenteri A bis J an die Ausgangsschaltung 60 angekoppelt werden, sei angenommen, daß dem Anregungssegment A

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Signale der Phase <f>1 und dem Anregungssegmenten I und C Signale der Phase φ 2 zugeführt werden.

Wenn sich der Abtastflügel 43 nach Fig.5 in der Mitte über dem Anregungssegment A befindet/ wird ein Signal der Phase φ 1 mit großer Amplitude (das einen logischen Signalwert 1 darstellt) an den Signalabtaeter 62 angekoppelt. Ein Signal mit positiver Amplitude wird an den Signalabtaster62 angekoppelt, wenn sich der AbtastflUgel 43 um etwa 72° dreht und von einer Stellung über dem Anregungssegment J in eine Stellung über dem Anregungssegment B bewegt. Wie Fig.5 zu entnehmen ist, wird ein den logischen Signalwert 1 anzeigendes Signal im Verlauf von etwa 54° der Drehung des Abtastflügels 43 geliefert.

Wenn sich der Abtastflügel 43 andrerseits in der Mitte über den AnregungsSegmenten I oder C befindet, wird ein Signal der Phase Φ 2 mit großer Amplitude (das dem logischen Signalwert 0 entspricht) an den Signalabtaster 62 angekoppelt, wie in Fig.5 dargestellt ist, und es wird ein den logischen Signalwert 0 anzeigendes Signal im Verlauf einer Drehung von etwa 54° des Abtastflügels bezüglich des Anregungssegments I oder des Anregungssegments C geliefert.

Wenn sich der AbtastflUgel über der Mitte, des Anregungssegments J befindet,wird nach Fig.5 ein Signal der Phase φ2 mit kleiner Amplitude an den Signalabtaster 62 angekoppelt. Dies ergibt sich aus der Unsymmetrie, die sich daraus ergibt, daß Signale der Phase φ 2 an die zwei Anregungssegmente I und C angelegt werden, während Signale der Phase Φ1 nur an das eine Anregungssegment A angelegt werden. Obgleich die vom Anregungssegment A an den Abtastflügel 43 angekoppelten Signale der Phase Φ1 die

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vom Änregungssegment I an den Abtastflügel gekoppelten Signale der Phase φ2 aufheben, werden Signale der Phase 4>2 direkt an den ^opplungszylinder 41 durch statische Kopplung vom Anregungssegment C angekoppelt, so daß sich ein Signal der Phase<f>2 mit kleiner Amplitude ergibt, das an. den Signalabtaster 62 angekoppelt wird. Folglich tritt der Nullzustand des inFig.5 dargestellten Signalverlaufs dann auf, wenn sich der Abtastflügel 43 im Uhrzeigersinn aus der Stellung, in der er über der Mitte des.Anregungssegments J liegt, gegen das Anregungssegment A bewegt hat.

Es sei ferner darauf hingewiesen, daß auf dem Kopplungszylinder 41 Signale der Phase φ 2 mit niedriger Amplitude gekoppelt werden, wenn sich der Abtastflügel im vorliegenden Beispiel über den nicht angeregten Segmenten D bis H befindet. Demgemäß kann die Ausgangsschaltung 60 eine mit einer Schwellwertschaltung ausgestattete Amplitudenfeststellungsschaltung sein, die nur auf Signale anspricht, deren Amplitude größer als die Amplitude eines Signals ist, das von statischen Kopplungseffekten verursacht wird. ■·■■·.

Ausgangsschaltung :

Die von den angeregten Anregungssegmencen an den Abtastflügel 43 oder den Kopplungszylinder 41 angekoppelten Signale werden ihrerseits an den Signalabtaster 62 angekoppelt,' der über den Ausgang 66 an die Ausgangsschaltung 60 angeschlossen ist. Die Ausgangsschaltung 60 enthält einen Feldeffekttransistor Q1, der als nichtinvertierender Verstärker geschaltet ist. Die Gate-Slektrode des Feldeffekttransistors Q1 ist über den Ausgangsleiter 66 mit dem Signal-

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abtaster 62 verbunden. Außerdem ist die Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors Q1 über die Seri^sebaltung aus den Widerständen R1, R2 und R3 an eine Spannung»- quelle -V angeschlossen,Zwischen dem YerlJbdyngspunkt der Y/ider stände Rt und R2 und Masse ist ein Kondensator Ct eingeschaltet. Die Source-Elektrode des.Feldeffekttransistors Q1 ist mit Masse verbunden. Die Drain-Elektrode des Feldeffekttransistors Q1 steht über den Widerstand R3 mit der Spannungsquelle -V in verbindung.

Der Ausgang des von dem Feldeffekttransistor gebildeten Verstärkers kann an der Drain-Elektrode des Feldeffekttransistors Q1 mit einer verstärkenden Begrenzerschaltung verbunden sein, damit die Anregungssignale weiter verstärkt und die Amplituden der verstärkten Signale begrenzt werden, so daß sich rechteckförmige Ausgangssignale ergeben. Die Ausgangsschaltung 60 liefert ein positives,-'rechteckförmiges Ausgangssignal, das dem logischen Signalwert entspricht, wenn Signale der Phase 4I ^an die Ausgangsschaltung 60 angekoppelt werden, sowie ein auf Maseepotential liegendes Ausgangssignal, das dem log!sehen Signalwert 0 entspricht, wenn Signale der Fliese 4 2 an die Ausgangsschaltung 60 angekoppelt werden.

Arbeitsweise des Codierers t

Für die Darstellung der Arbeitsweise des Codierers sei angenommen, daß sich der Abtastflügel 43 in der in Fig.1 dargestellten Stellung befindet, in der er fiber dem Anregungssegment I liegt. Nach Fig.3 befindet sich bei der Einleitung des Lesevorgangs der Zahler 70 auf de» Zählerstand 0. Demnach wird am Ausgang CO ein Signal zum Betätigen der UND-Gatter 71» 76 und 78 geliefert. Folglich werden dem Anregungssegment A Signale der Phase

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und den Anregungssegmehten I und C Signale der Phase 4> 2 zugeführt, wie in Fig.4 dargestellt ist. Da sich der Abtastflügel 43 über dem Anregungssegment I befindet, werden Signale der Phase <ß 2 an die Ausgangsschaltung 60 angekoppelt, die ein Ausgangssignal mit dem Signalwert liefert.

Wenn der Zähler 70 die Zählerstände 1 bis 5 durchläuft, wird der Satz der Anregungssignale nacheinander an die Anregungssegmentgruppen JBD, ACE, BCF, CEG und DFH angelegt, wie in Fig.4 gezeigt ist. Da sich der Abtastflügel 43 nicht in der Nähe der Anregungssegmente dieser Gruppen befindet, bewirken statische Kopplungsn von Signalen der Phase <f> 2 ein Ausgangs signal mit dem Signalwert 0 der Ausgangsschaltung 60.

Wenn der Zähler 70 den Zählerstand 6 erreicht, gelangen Signale der Phase <J>1 an das Anregungssegment G und Signale der Phase <j>2 an die Anregungssegmente E und I, Da sich der Abtastflügel 43 im vorliegenden Beispiel über dem Anregungssegment I befindet, werden erneut Signale der Phase ^2 an die Ausgangsschaltung 60 angekoppelt, so daß ein Ausgangssignal mit dem Signalwert 0 erzeugt

Beim Zählerstand 7 werden an das Anregungssegment H Signale der Phase φ1 und an die Anregungssegmente F und J Signale der Phase <j>2 angekoppelt. Dementsprechend v/erden die vom Anregungssegment H an den Abtastflügel 43 angekoppelten Signale der Phase Φ1 von den Signalen der Phase <j)2 aufgehoben, die vom Anregungssegment J an den Abtastflügel 43 angekoppelt werden, und die Ausgangsschaltung 60 liefert ein auf Massepotential liegendes. Ausgangssignal.

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Wenn der Zähler 70 zum Zählerstand 8 weiterschaltet, gelangen an das Anregungssegment I Signale der Phase φ1 und an die Anregungssegmente G und A Signale der Phase <|>2. In diesem Zeitpunkt werden vom Anregungssegment I Signale der Phase φ 1 an den AbtastflUgel 43 angekoppelt und zur Ausgangsschaltung 60 weitergegeben, die ein Ausgangssignal mit dem logischen Signalwert 1 erzeugt.

Beim Zählerstand 9 legt die Signalverteilungsschaltung an das Anregungssegment J Signale der Phase φ1 und an die Anregungssegmente H und B Signale der Phase d>2. Da von den Anregungssegmenten H und J Signale der Phase ,$,1 bzw. der Phase 4>2 an den Abtastflügel 43 angekoppelt v/erden, 1st das an die Ausgangsschaltung 60 gelangende resultierende Ausgangssignal ein Signal der Phase φ2 mit kleiner Amplitude, so daß die Ausgangsschaltung ein auf Massepotential liegendes Ausgangssignal erzeugt.

Wenn der Zähler dann den Zählerstand 0 erreicht, wird von der Ausgangsschaltung 60 ein Ausgangssignal mit.dem logischen Fignalwert 0 erzeugt, da an das dem AbtastflUgel 43 benachbarte Anregungssegment I Signale der Phaseφ 2 angelegt werden.

Somit liefert die Ausgangsschaltung 60 bei den Zählerständen 6, 8 und 0 des Zählers 70 Ausgangssignale mit den logischen Signalwerten 0, 1 bzw. 0. Diese von der Ausgangsschaltung 60 gelieferte Folge von logischen Signalwerten zeigt die Position des AbtastflUgels und dementsprechend die V/inkelstellung der V.'elle 21 an. Es sei bemerkt, daß die aus mehreren Bits bestehende Folge von Signalverten 0 und 1 geliefert wird, um zu gewährleisten, daß der von der Ausgangsschaltung gelieferte Signalwert als Folge einer Erregung der entsprechenden Anregungssegmente

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und nicht als Ergebnis einerStreusignalkopplung auftritt. Somit wird die Stellungsanzeige immer von einem oder von zwei Bits mit dem Signalwert 1 angegeben, die von der Ausgangsschaltung 60 geliefert werden. Für Jede der zehn Ziffernstellungen der Kelle 21 wird eine andere Folge aus mehreren Bits geliefert.

Der Stand'des Zählers 70 zeigt an, welchem Anregungssegment Signale der Phase 4,1 zugeführt werden. Daher kann die Stellung des Abtastflügels 43 und demgemäß die Stellung der Welle 21 dadurch bestimmt werden, daß das die Erscheinungszeit der von der Ausgangsschaltung 60 gelieferten Ausgangssignalfolge mit dem Stand des Zähltrs 70 vergliehen wird. Im vorliegenden Beispiel erscheint somit der Signalwert 1 in der aus mehreren Bits bestehenden Ausgangssignalfolge dann, wenn der Zähler 70 den Zählerstand 8 erreicht hat, was anzeigt,daß der AbtastflUgel 43 über dem der Ziffernstellung 8 entsprechenden Anregungssegment I liegt.

Wenn der hier beschriebene Codierer 20 zum Umwandeln der Winkelstellungen einer V/elle eines Skalenzählwerks eines Gebrauchsmeßgeräts verwendet wird, entspricht eine Ziffernstellung einer Position zwischen zwei nebeneinanderliegenden Ziffern auf der Meßgerätskalenscheibe. Somit ist der in Fig.1 dargestellte Zeiger 24, der von der V/elle 21 getragen wird, zwischen den Ziffern 8.und 9 der Skalenscheibe 23 dargestellt. Eine solche Position entspricht der Ziffernstellung 8. Jedes der Anregungssegmente A bis J entspricht einer Ziffernstellung, und es ist bezüglich der Skalenscheibe 23 so angeordnet, daß die axiale Mittellinie eines gegebenen Anregungssegments zwischen zwei Ziffern auf der Skalenscheibe 23 liegt. Beispielsweise liegt .die axiale Mittellinie des Anregungssegments I zwischen den Ziffern 8

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und 9 auf der Skalenscheibe 23.

Da der geliefer+e aus mehreren Bits bestehende Ausgangscode anzeigt, daß der AbtastflUgel 43 über dem Anregungssegment I liegt, gibt der Zeiger 24 somit den Ablesewert einer 8 an.

Als weiteres Beispiel se*, angenommen, daß sich der Abtastflügel 43 in der Mitte zwischen zwei benachbarten Anregungssegmenten, beispielsweise den AnregungsSegmenten E und F befindet, so daß der Zeiger 24 auf die Ziffer 5"zeigt, wie inFig.1 mit gestrichelten Linien angegeben ist. Das säektive Anlegen der Anre<rungsSignaIe der Phasen <J>1 und <J> 2 an die Gruppen von Anregungssegmenten erfolgt wieder so, wie es in dem Diagramm von Fig.4 gezeigt ist. Im Verlauf der Zählerstände 0 und 1 werden an die Ausgangsschaltung 60 nur Signale der Phase 4>2 mit kleiner Amplitude angekoppelt, so daß die Ausgangsschaltung ein Signal mit dem logischen Signalwert 0 abgibt. Wenn der Zähler 70 den Zählorstand 2 erreicht, werden die nach Fig.4 dem Anregungssegment E zugeführten Signale der Phase 4>2 an die Ausgangsschaltung 60 angekoppelt, die ein Ausgangssignal mit dem Signalwsrt 0 erzeugt. In gleicher Yeise werden die im Verlauf des Zählerstands 3 an das Anregungssegment F angelegten Signale der Phase ψ 2 über den Abtastflügel 43 an die Ausgangsschaltung 60 angekoppelt, so daß diese ein weiteres Ausgangssignal mit dem Signalwert 0 abgibt.

Wenn der Zähler den Zählerstand 4 erreicht, werden an das Anregungssegment E Signale der Phase 4>1 angelegt, während an die Anregungssegmente C und G Signal'. derPhase 4>2 gelangen, Folglich werden über den .'btastflUgel 43 Signale der Phase 4>1 an die Ausgangsschaltung 60 angekoppelt, die ein Ausgangssignal mit dem logischen Signalwert 1 erzeugt. Anschließend

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v/erden im. Verlauf des Zählerstands 5 an das Anregungssegment F angelegte Signale der Phase 4>1 über den Abtastflügel 43 wieder an die Ausgangsschaltung 60 angekoppelt, die ein weiteres Ausgangssignal mit dem Signalwert 1 abgibt. Y/ährend der zahlerstände 6 oder 7 verursachen die an die Anr&gungssegmente E bezw.F angelegten Signale der Phase 4>2 die Abgabe von Ausgangssignalen mit dam Signalwert 0 durch die Ausgangsschaltung 60.

Somit liefert die Ausgangsschaltung im Erlauf der Zählerstände 4 und 5 zwei aufeinanderfolgende Signale mit dem Signalwert 1, während im Verlauf der Zählerstände 3 und 6 Ausgangssignale mit dem Signalwert 0 erzeugt werden. Diese Folge von logischen Signalwerten zeigt an, daß sich der AbtastflUgel 43 zwischen zwei benachbarten Anregungssegmenten, im vorliegenden Beispiel zwischen den AnregungsSegmenten E und F befindet, die den Ziffernstellungen 4 bzw. 5 entsprechen. Folglich muß der Ablesewert auf vier abgerundet oder auf fünf aufgerundet werden. Ein Verfahren zur Verarbeitung der von der Stellung einer Welle abgeleiteten Information zur Erzeugung einer Abrungung von Meßgeräteablesedaten ist in der Patentanmeldung P 22 02 621.7 beschrieben.

Der hier beschriebene elektrostatische Codierer 20 liefert mehrere, aus mehreren Bits bestehende .^usgangswörter, von denen Jedes einer anderen Ziffernstellung der Welle 21 entspricht. Der Codierer 20 liefert ferner aus mehreren Bits bestehende Ausgangswörter, die Stellungen zwischen den anzuzeigenden Ziffernstellungen entsprechen, so daß ein eindeutiger Code für die Ziffernstellungen der "eile entsteht.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

Analog-Digital-Umsetzer, gekennzeichnet, durch einen Codierer zur Erzeugung eines unterschiedlichen Satzes von Ausgangssignalen für jede von mehreren vorbestimmten WinkelStellungen Aner Welle , eine .Anregungseinrichtung mit mehreren Anregungssegmenten, die Jeweils einer anderen der vorbestimmten WinkelStellungen entsprechen, Signalkopplungseinrichtungen mit einem Signalkopplungsglied, das drehfest mit der Welle verbunden ist, so daß es bei Jeder Wellenstellung über, anderen Anregungssegmenten liegt, Ausgangseinrichtungen, eine Einrichtung zum Anlegen von Anregungssignalen an Jedes der Anregungssegmente in einer vorbestimmten Folge, wobei dieSignalkopplungseinrichtungen die Anregungssignale von den den Signalkopplungsgliedern benachbarten Anregungssegmenten zu den Ausgangseinrichtungen koppeln, und eine in denAusgangseinrichtungen vorhandene Anordnung, die abhängig von an sie angekoppelten Anregungssignalen einen Satz von der Winkelstellung der Welle entsprechenden Ausgangssignalen liefert.

2, Analog-Digital-Umsetzer, gekennzeichnet durch einen Codierer zur Erzeugung eines unterschiedlichen Satzes von Ausgangssignalen für jede von mehreren vorbestimmten WinkelStellungen einer Welle, Anregungseinrichtungen mit mehreren Anregungs-Segmenten aus elektrisch leitendem Material, von denen jedes einer anderen vorbestimmten Stellung der Welle entspricht, Signalverteilungseinrichtungen zum Anlegen von Anregungssignalen an mehrere Gruppen von Anregungssegmenten in einer vorbestimmten Folge, Ausgangseinrichtungen, Signalkopplungseinrichtungen mit einem Signalkopplungsglied aus elektrisch leitendem Material, das mit der Welle drehfest derart verbunden ist, daß es bei jeder Wellenstellung über einem Anregungssegment

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. einer anderen Gruppe der mehreren Gruppen von Anregungselementen liegt, wobei die Signalkopplungseinrichtungen Anregungssignale von dem dem Signalkopplungsglied benachbarten Anregungssegment in einer vorbestimmten Folge entsprechend der Winkelstellung der Welle zu den Ausgangseinrichtungen koppeln , und eine in den Ausgangseinrichtungen enthaltene Anordnung, die in Abhängigkeit von an sie angekoppelten Anregungssignalen einen der Winke !stellung der Welle entsprechenden Satz von Ausgangssignalen liefert.

3. Umsetzer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Signalverteilungsschaltung vorgesehen ist, die einen Signalgenerator zur Erzeugung von AnregungsSignalen einer ersten und einer zweiten Phase enthält.

4. Umsetzer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die SignalVerteilungsschaltung .Schalteinrichtungen, mit mehreren Gatterschaltungen enthält, von denen jede zwischen dem Signalgenerator und dnem unterschiedlichen Anregungssegment eingefügt ist, und daß Steuereinrichtungen vorgesehen sind, die die Gatterschaltungen in einer vorbestimmten Folge derart selektiv auslösen, daß im Verlauf von aufeinanderfolgenden Zeitintervallen Anregungssignale an eine unterschiedliche Gruppe von Anregungssegmenten gelangen.

5_# Umsetzer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregungseinrichtungen ein Anregungsglied enthalten, und daß die Anregungssegmente auf einer Oberfläche des Anregungsglieds in einer einzigen ringförmigen Spur angeordnet sind.

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6. Umsetzer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Γ.ehalteinrichtung derart steuerbar ist, daß Signale der ersten Phase an ein erstes Anregungssegment Jeder Gruppe und Signale der zweiten Phase, an zwei weitere Anregungssegmente Jeder Gruppe angelegt werden,wodurch Jedesmal dann, wenn das Signalkopplungsglied des ersten Anregungssegment benachbart liegt, Signale der ersten Phase auf das Signalkopplungsglied gekoppelt werden, daß Signale der zweiten Phase an das Kopplungsglied angekoppelt werden, wenn das Signalkopplungsglied dem zweiten Anregungssegment benachbart ist, und daß an das Signalkopplungsglied Signale beider Phasen gekoppelt werden, wenn das Signalkopplungsglied einen zwischen dem ersten und dem zweiten Anregungssegment liegenden Segment benachbart ist«

7· Analog-Digital-Umsetzer , gekennzeichnet durch einen Codierer zur Erzeugung eines unterschiedlichen Satzes von Ausgangssignalen für Jede von mehreren Winkel-· Stellungen einer Welle,Anregungseinrichtungen mit einem Anregungsglied, das mehrere Anregungssegmente aus elektrisch leitendem Material enthält, die auf einer Oberfläche in einer einzigen ringförmigen Spur angeordnet sind, eine Signalverteilungseinrichtung zum Anlegen von Erregungssignalen mit unterschiedlichen Phasen an mehrere Gruppen der Anregungssegmente in einer vorbestimmten Folge, ein Signalabtastglied aus elektrisch leitendem Material und eine Oignalkopplungseinrichtung mit einem ^ignalkopplungsglied aus elektrisch leltendemMaterial, das drehfest mit der Welle derart verbunden ist, daß es in Jeder V.'ellenstellung über einem Anregungssegment einer anderen Gruppe der Anregungssegmentgruppen liegt, wobei die Signalkopplungseinrichtung Anregungssignale mit unterschiedlichen Phasen von dem Signalkopplungsglied benachbarten Anregungselementen in einer Folge entsprechend der Winkelstellung der Welle koppelt.

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8. Umsetzer nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Codierer eine Ausgangsschaltungsanordnung enthält, die an das Signalabtastglied angeschlossen ist, und auf an das Signaläbtastglied angekoppelte Signale einer ersten Phase derart anspricht, daß sie ein erstes Ausgangssignal erzeugt, und auf Signale einer zweiten Phase so anspricht, daß sie.ein zweites Ausgangssignal erzeugt, so daß ein der Winkelstellung der ¥elle entsprechender Satz von Ausgangssignalen an der Ausgangsschaltungsanordnung erzeugt wird, wenn die Anregungssignale aufeinanderfolgend an die Anregungssegmente · angelegt werden. .

9. Umsetzer nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß das Signalabtastglied einen ersten Hohlzylinder mit einem ersten Durchmesser enthält, und daß die Signalkopplungseinrichtung einen zweitenZylinder mit einem kleineren Durchmesser als der erste Durchmesser enthält, der innerhalb des ersten Zylinders im Abstand von diesem drehbar angebracht ist, wobei sich wenigstens ein Teil der Außenwand des zweitenZylinders und wenigstens ein Teil der Innenwand des erstenZylinders überlappen, damit eine r-ignalkopplung zwisehen den Zylindern erfolgen kann.

10. Umsetzer nach Anspruch 9_f dadurch gekennzeichnet, daß zwischen das Anregungsglied und den das Signalabtastglied bildenden Zylinder eine elektrostatische Abschirmeinrichtung eingefügt ist, die die' elektrostatische Kopplung zwischen den Anregungssegmenten und demZylinder auf ein Minimum verringert.

11. Umsetzer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der /nregungssegmente ein ebenes Element enthält, und daß das Signalkopplungsglied ein flaches Flügelglied enthält, das mit. dem zweitenZylinder elektrisch verbunden ist

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und parallel zu den Anregungssegmenten auf der Oberfläche des Anregungsglieds vom zweiten Zylinder absteht.

12. Umsetzer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverteilungsanordnung Einrichtungen tür Abgabe von Anregungssignalen einer ersten Phase an einem.ersten Ausgabund zur Abgabe von Anregungssignalen einer zweiten Phase an einem zweiten Ausgang enthält und da0 Schalteinrichtungen vorgesehen sind, die Signale der ernten Phase an eines der Anregungssegmente jeder Örnpft in der vorbestimmten Folge und Anregungssignale der Zweiten Phase an zv/ei v/eitere Anregungssegmente jedii* in der vorbestimmten Folge anlegen.

13. Umsetzer nach Anspruch 12, dadurch g-ekeniiZ6lÖh1ie*if

die Signalverteilungsschaltung Steuereinrichtungen enthält, die die Sehalteinrichtungen derart steuert!* daß diese Anregungssignale selektiv an die Gruppen der vorbestimmten Folge anlegen.

14. Umsetzer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß

die Schalteinrichtungen mehrere Gattersoh&ltungen enthalten, die mit einem Eingang jeweils an den ersten Ausgang des Signalgenerators und mit dem zweiten Eingang an den zweiten Ausgang des Signalgenerators angeschlossen sind, daß ein Ausgang der Gatterschaltungen Jeweils an ein anderes Anregungssegment angeschlossen ist, üftd daß mehrere Auslöseeingänge der Gatterschaltungen an Ausgänge der Steuereinrichtungen angeschlossen sind.

15. Analog-Digital-Umsetzer _T. gekennzeichnet durch einen Codierer zur Erzeugung von 20 Ausgangswörtern entsprechend der Codierung für zehn Ziffernstellungen einer Welle lind zehn Stellungen zwischen den Ziffernstellungen, wobei der Codierer

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ein Anregungsglied mit ^O auf einer Oberfläche in einer einzigen ringförmigen Spur angeordneten Anregungssegmenten enthält, von denen jedes einer unterschiedlichen Ziffernstellung entspricht, eine Signalverteilungsanordnung zum Anlegen von AnregungsSignalen an unterschiedliche Gruppen aus drei der Anregungselemente in einer aus wenigstens 10 Schritten bestehenden Folge, Ausgangseinrichtungen und Signalkopplungseinrichtungen mit einem Signalkopplungsglied, das drehbar mit der Welle derart verbunden ist, daß es bei Jeder Ziffernstellung der Welle über einem anderen der Anregungssegmente liegt, so daß mit den Schritten der Folge, mit denen Anregungssignale an das dem Signalkopplungsglied benachbarten Anregungssegment angelegt werden, an die Ausgangseinrichtungen angekoppelt werden.

16. Umsetzer nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverteilungsanordnung Einrichtungen zur Abgabe von Signalen einer ersten und einer zweiten Phase und Einrichtungen zum Anlegen der Signale der ersten Phase an eines der Anregungssegmente jeder Gruppe in der Folge und zum Anlegen von Signalen der zweiten Phase an zwei andere Anregungssegmente jeder Gruppe in der Folge enthält.

17. Umsetzer nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß

eine erste'Folge von Signalen der ersten Phase und der zweiten Phase zur Anzeige.jeder Ziffernstellung an die Ausgangseinrichtungen angekoppelt ist und daß eine zweite Folge von Signalen der ersten Phase und der zweiten Phase zur Anzeige sron Stellungen zwischen zv/ei benachbarten Ziffern Stellungen an die Ausgangseinrichtungen angekoppelt ist.

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18. Analog-Digital-Umsetzer , gekennzeichnet durch einen Codierer zur Erzeugung eines unterschiedlichen Satzes von /usgangssignalen für jede von.mehreren vorbestimmten Yfinkelstellungen einer Welle, eine Tiihlschaltereinrichtung, die auf eine Gruppe von ^Schaltungen Zugriff hat, mit Auswähleinrichtungen zur gleichzeitigen Auswahl mehrerer der Schaltungen und zur Anlegung von Anregungssignalen an ausgewählte mehrere Schaltungen, Folgeeinrichtungen zur Fortschaltung der Ausv/ähleinrichtungen zur aufeinanderfolgenden Auswahl einer anderenMehrzahl der Schaltungen, eine drehfest mit der l'elle verbundene Abtasteinrichtung zur Bewegung zu mehreren unterschiedlichen Stellungen und eine Einrichtung zur Erzeugung eines Satzes von Ausgangssignalen der von der Mehrzahl von Schaltungen abhängt, die an der Stelle, an der sich die Abtasteinrichtung befindet, erregt werden.

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