DE2600931B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Schwingungsamplitude der Un ruh einer Uhr - Google Patents

Description

2 I T₁ bzw. m- Ti-T₀

gezählv werden, wobei π und m größer oder gleich 1 sind, und daß die durch die beiden Zählungen erhaltenen Impulszahlen durcheinander dividiert werden, um den Quotienten

, _ /o/.t jn-n- T₀

Λ — ,-,

- fair

ι = I

' ^Ti

zu bilden, der den Zahlenwert des die Schwingungsamplitude darstellenden Winkels angibt

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Signalformungsschaltung (3) aufweist, welcher die Gangsignale der Uhr zugeführt werden und welche die Zeitintervalle ΔΤ, und 7o bestimmenden Zeitsignale liefert, daß sie einen Vergleichsimpulsgeber (4), sowie zwei Gruppen von an dessen Ausgang angeschlossenen Frequenzumsetzern (5, 7; 6) aufweist, wobei die eine Gruppe einen einstellbaren Frequenzumsetzer (7) enthält, der mit einer Vorwahlvorrichtung (8) für das Frequenzumsetzungsverhältnis entsprechend dem Wert des Hebungswinkels τ verbunden ist, und daß sie ferner eine logische Auswahl- und Verbindungsschaltung (9) aufweist, der einerseits die Zeitsignale und andererseits die beiden von den zv/ei Gruppen von Frequenzumsetzern gelieferten Zählimpulsfolgen zugeführt werden und an deren Ausgang zwei elektronische Zählvorrichtungen (10, 11) angeschlossen sind, die derart miteinander verbunden sind, daß am Ausgang der zweiten Zählvorrichtung eine dem Quotienten A entsprechende Anzahl Impulse geliefert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählimpulsfolge mit fester Wiederholungsfrequenz durch Teilung der Frequenz fo durch 22 · m erhalten wird und daß die Zählimpuls· folge mit den ν abhängiger Frequenz durch Teilung

35

40

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60 der Frequenz f₀ durch 7 - τ erhalten wird, wobei beide Impulsfolgen während Intervallen von

η ■ nt ■ To bzw. ^ 1 T₁

i= I

gezählt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Meßintervall n-m-T₀ die Intervalle ATi, welche eine gegebene Phase in bezug auf die Schwingung der Unruhe besitzen, ausgewählt werden, so daß die Amplitude für die entsprechende Drehrichtung der Unruhe gemessen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Meßintervall n-m-T-, mindestens zwei Intervalle ATi mit alternierenden Phasen in bezug auf die Schwingung der Unruhe ausgewählt werden, so daß der Mittelwert der Amplitude in den beiden Drehrichtungan der Unruhe gemessen wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der einstellbare Frequenzumsetzer ein Frequenzteiler ist, der eine Teilung durch 7 und durch τ vornimmt wobei der Wert von τ von der Vorwahlvorrichtung bestimmt wird, welche durch einen an den durch teilenden Frequenzteiler angeschlossenen Schalter gebildet wird, und daß der feste Frequenzumsetzer ein eine Teilung durch 2 · m ■ 11 durchführender Frequenzteiler ist

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die logische Auswahl- und Verbindungsschaltung eine Einstellvorrichtung zur Bestimmung der Zahlen m und π aufweist

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die logische Auswahl- und Verbindungsschaltung zwei Schalter aufweist, welche einerseits den festen Frequenzteiler zur Bestimmung der Zahl m und andererseits eine logische Schaltung (16, 17) steuern, welche an die Ausgänge des von τ abhängigen Frequenzteilers und der die Impulse A Ti liefernden Signalformungsschaltung angeschlossen ist, wodurch die Anzahl und die Phase der in die Messung eingehenden Impulse AT, festgelegt wird, und daß die Auswahl- und Verbindungsschahung ferner einen Frequenzteiler aufweist, der die von der Signalformungsschaltung gelieferten Impulse ΔΤ, empfängt und die Anzahl dieser Impulse bestimmt, welche das Meßintervall n-m-To bilden, sowie Mittel zur Erzeugung von Steuerimpulsen am Ende des Meßintervalls zur Sperrung des Ausgangs des festen Frequenzteilers und zur Rückstellung auf Null der Impulszähler.

65 Die Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Schwingungsamplitude der Unruh einer Uhr, wie es im Obergriff des Patentanspruchs 1 angeführt ist, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Es sind verschiedene Verfahren zur Messung der Schwingungsarfiplitude der Unruh bekannt. Soweit es sich dabei nicht um Verfahren handelt, bei denen die

Uhr geöffnet werden muß, um die Unruh einer optischen Abtastung zugänglich zu machen, und die im augemeinen nur im Laboratorium angewandt werden (sh. z. B. die Zeitschrift »Feingerätetechnik« 1/1968; S. 14—19), wird die Amplitudenmessung auf Grund der Ganggeräusche der Uhr durchgeführt Solche Verfahren sind beispielsweise in der Zeitschrift »Neue Uhrmacher-Zeitung«, 4/1&57, S. 11 —13 beschrieben und beruhen auf ^A.er Bestimmung der dem Durchlaufen des Hebungswinkels entsprechenden Zeitdauer. Es gilt nämlich, unter der üblichen Voraussetzung eines sinusförmigen Bewegungsablaufs bei der Schwingung der Unruh, folgende Beziehung zwischen der Schwingungsamplitude A der Unruh, den Hebung .»-Hkel der Unruh v, dem Zeitintervali /ITzwischsn ώ.-.. Zeitpunkten der Auslösung und des StoSes ίίΐ de· Hemmung, sowie der Kreisfrequenz ω der Uhr:

I = a S-- U ■ i^T)

¹⁵ ΔΤ<Το linearisierten Form der eingangs angegebenen Beziehung aus, welche folgende Form hat

wobei ω durch %. ersetzt wurde und To die Dauer der

Halbschwingung zwischen zwei Endpunkten der Unruhbewegung darstellt

Gemäß dem vorligenden Verfahren werden einerseits während eines Zeitintervalls 7ö oder eines Vielfachen n-m-To dieses Zeitintervalis Impulse einer Wiederholungsfrequenz

f - h

und andererseits während eines oder mehrerer Zeitintervalle Δ Γ* das heißt allgemein ausgedrückt während

Die Umwandlung dieser mathematischen Fu ;ktion in eine gleichwertige Funktion, die so aufgebaut ist, daß sie mit Hilfe von elektronischen Analogschaltungen gewonnen werden kann, welche nicht übermäßig kompliziert sind, macht es bei den bekannten Geräten notwendig, daß eine Nichtlinearität der Meßskala in Kauf genommen wird, welche die Meßgenauigkeit verringert

Aufgabe der Vorliegenden Erfindung ist es, diesen Nachteil zu vermeiden und ein für die Oberprüfung von Uhren in der Praxis geeignetes Meßverfahren zu liefern, weiches mit Hilfe einer relativ einfachen elektronischen Schaltungsanordnung durchgeführt werden kann und doch eine vollkommen lineare Anzeige des gemessenen Amplitudenwertes erlaubt

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, d?s Verfahren gemäß dem kennzeichnenden T~il des Patentanspruchs 1 durchzuführen. Bevorzugte Ausführungsformen einer dazu dienenden Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben, ebenso Ausgestaltungen des Verfahrens.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit Hilfe einer gänzlich digita! arbeitenden Me3vcrnchtung durchgeführt werden. Die Zählung von Impulsen, die aus einer folge vor. Vergleichsimpjlsen einer sehr genau konstanten Wiederholungsfrequenz abgeleitet werden können, die Möglichkeit der Verwendung von logischen Schaltungen zur Begrenzung der Zeitinterval-Ie der Zahlung und die eL-snialls digital durchfuhrbnre Quotientenbildung, erlauben nicht nur das "Erzielen einer sehr hohen Meßgenauigkeit mit vollkommener Linearität der Anzeige, sondern auch eine besonders einfache und wirtschaftliche Ausführung der Meßvor-

Wahl der Meßarten und der anzuzeigenden Größen erreicht wird.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen, die ein Ausführungsbeispiel einer erfin- eo dungsgemäßen Vorrichtung darstellen, näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein Vereinfachtes Blockschema der Vorrichtung und die

F i g. 2a, 2b und 2c ein detailliertes Schaltbild eines Teils der Vorrichtung nach F i g. 1.

Das Meßverfahren, cas der vorliegenden Vorrichtung zugrunde liegt, geht von der im Zeitintervall Δ Τ für

Impulse einer iViederholungsfrequenz

gezählt wobei letztere in diesem Fall umgekehrt proportional dem Wert des Hebungswinkels τ ist welcher für eine gegebene Uhr bekannt ist Durch Division der durch diese Zählungen erhaltenen Zahlen Ny und N_x, d. h. N,: N_x. erhält man eine Zahl die den Zahlenwert des Winkels A der Schwingungsamplitude der Unruh angibt wobei A in den gleichen Einheiten ausgedrückt ist wie der Hebungswinkel τ, d<*r in die Vorrichtung eingegeben wurde.

Im Schema von F i g. 1 bezeichnet 1 den Euigangsprnkt der elektrischen Signale, welche durch in bekannter Weise erfolgtes Auffangen der Ganggeräusche der Uhr erhalten werden, wobei ein nicht dargestelltes Mikrc-hon verwendet wires, das die Eigenschaft hat, die Ganggeräusehe in ausreichend verzerrungsarmer Form in elektrische Impulse umzuwandeln. Die Klemme 2 bezeichnet den Ausgang der eigentlichen Meßvorrichtung, welche den Meßwert A in Form einer entsprechenden Impuisanzahl liefert Dieser Wert wird dann mit Hilfe einer nicht dargestellten, an die Klemme 2 angeschlossenen Anzeigevorrichtung angezeigt Im Rahmen einer solchen Anzeigevorrichtung können insbesondere eine Zählung der Impulszahl A, eine Speicherung dieser Zahl, eine Wahl der Anzeigeart, beispielsweise eine Anzeige von Grad zu

-V^IOU, V\SZ1 <J £.U -J UUn YUI! IV £ΛΛ IV VT[OU TtTgCaCIlCfl sein, sowie eine eigentliche numerische oder analoge Anzeigevorrichtung, ζ. B. in Form einer Reihe von linear angeordneten Sr,nallämpehen. Die genannte und im weitesten Sinn zu verstehende Anzeigevorrichtung kann selbstverständlich auch von allen Arten von Datenverarbeitungsanlagen gebildet werden.

Die an der Klemme 1 auftretenden Sigralfc werden einer Impulsformerschaltung 3 zugeführt, die eine Folge von RechteckimpUiSen liefert, welche die Länge ATi haben und in einem Abstand 7o—Δ Ti entsprechend den obigen Definitionen aufeinanderfolgen. Die Impulse Δ Ti werden einer logischen Auswahl- und Verbindungs-

schaltung 9 zugeführt, deren Funktionsweise näher im Zusammenhang mit F ί g. 2b beschrieben wird.

Die Vorrichtung nach F ί g. 1 umfaßt ferner einen Impulsgeber 4 der Vergleichsimpulse sehr konstanter Wiederholungsfrequenz /Ό liefert Dieser Impulsgeber kann beispielsweise einen Quarzoszillator enthalten.

Die Impulse mit der Wiederholungsfrequenz k werden zwei Gruppen von Frequenzumsetzern 5 7 einerseits und 6 andererseits zugeführt Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, welche hier beschrieben «ird, wird die Division durch

22 7

der Frequenz f, ersetzt durch eine Division durch 22 in einem Frequenzteiler 6 und durch eine Division durch 7 in dem parallelen Kanal 5, 7. Dies erlaubt eine Vereinfachung, welche für die praktische Verwirklichung der Vorrichtung vorteilhaft ist

Die Division im Kanal 6 liefert daher eine Impulsfolge mit der Wiederholungsfrequenz

T-J?-

^h ~ m-22 '

wobei m einen Faktor, der größer oder gleich 1 ist darstellt und dessen Einführung später noch näher erläutert wird.

In dem parallelen Kanal führt ein Frequenzumsetzer 5 eine Teilung durch 7 durch und ein einstellbarer Frequenzteiler 7 teilt die erhaltene Frequenz weiter durch τ, so daß am Ausgang von 7 eine Impulsfolge entsteht weiche die Wiederholungsfrequenz

Λ =

f"

1- r

aufweist

Die Zahl v, die dem Wert des gegebenen Hebungswinkels entspricht wird in einer Vorwahlvorrichtung 8, welche an den einstellbaren Frequenzteiler 7 angeschlossen ist eingestellt Die beiden Impulsfolgen f_x und [j werden der logischen Schaltung 9 zugeführt welche zwei Zähler steuert, nämlich einen Impulszähler 10 und einen Impulsgruppenzähler 11. Die beiden Zähler sind in bekannter Weise derart miteinander verbunden, daß am Ausgang des Zählers 11 der Qotient N_y : N_x der in den beiden Zählern gewählten Impulszahlen erscheint

Die Schaltungsanordnung 9 ist somit so ausgebildet, daß sie einerseits dem Zähler 10 die N_x Impulse der Frequenz 4 die im betrachteten Zeitintervall Δ Ti oder in der Gesamtheit

dieser für die Messung betrachteten Intervalle auftreten, und andererseits dem Zähler 11 die N_y Impulse der Frequenz fy, die in einem Intervall n-m-To auftreten, zugeführt In diesem Fa3 stellt die Anzahl Impulse Λ die an der Klemme 2 auftreten die Meßgröße gemäß der oben angeführten Formel dar. Am Ende jedes Meßintervalls π-πι-To werden die Zähler auf Null zurückgestellt, und zwar von der Schaltung 9 aus über eine Verbindung 12.

Die Fig.2a, 2b und 2c stellen ein vereinfachtes Schaltschema einer Ausführungsform des Teils der Vorrichtung nach F i g. 1 dar, welcher die Blöcke 5 bis 11 umfaßt Die drei Teile der Schaltungsanordnung, die jeweils in den Fig.2a, 2b und 2c dargestellt sind, sind untereinander durch die gemeinsamen Leiter a, b, c, d, e, f und g verbunden. Die Schaltungsanordnung enthält mehrere logische Schaltkreise vom Typ TTL, wie sie beispielsweise von Texas Instruments erzeugt werden (sh. »The TTL Data Book, supplement to CC-401« von Texas Instruments. 19/3), wobei diese Teile in der Zeichnung jeweils durch Blöcke mit den entsprechen den Nummern bezeichnet sind und ihre Klemmen jeweils in gleicher Weise wie die im Handel erhältlichen Kreise nummeriert sind, d. h. von 1 bis 14 bzw. von 1 bis 16. Die Nummerierung der Klemmen steht selbstverständlich in keinerlei Beziehung zu den Bezugsziffern der übrigen in dieser Beschreibung verwendeten Teile. Einzelne TTL Kreise sind ferner etwas detaillierter darges""· um das Verständnis der Schaltungsanordnung zu er.eichtern.
V/ie F i g. 2a zeigt wird der Frequenzteiler 5, der die Impulsfolge der Frequenz &> durch 7 teilt mit Hilfe eines Kreises SN 7490 N gebildet ist während für den Fi equenzteiler 7, der die darauf folgende Teilung durch τ vornimmt zwei Kreise SN 74192 N verwendet werden, welche mit zwei die Vorwahlvorrichtung 8

so bildende Einstellvbr rh/inuug Z' und 8" verbunden sind. Die Vorrichtungen S' und 8" sind hier die in der einschlägigen Technik als binäre »multiswitch« bekannte Elemente ausgebildet unJ dienen zur Einstellung der Einer- bzw. der Zehnerwerte von τ. Ihre Klemmen sind

K in der üblichen Weise mit Ϊ, 2,4,8 bezeichnet

Der Ausgang des Frequenzteilers 5 ist an eine logische Schaltung 15' angeschlossen, weiche über die Schaltungsvorrichtung 9 (Leiter c) gesteuert wird und da<nit synchronisiert ist

Die Ausgangsimpulse des Frequenzteilers 7 erscheinen auf einem Leiter a, während ein Leiter b diesem Teiler am Ende jedes Meßintervalls einen Rückstellimpuls zuführt
Der Frequenzteiler 6 ist so ausgebildet daß er eine Teilung durch m · 22 ausführt wobei m gleich 1 oder 2 sein kann, um zwei verschiedene Messungen, wie später erklärt ausführen zu können. Zu diesem Zweck weist der Frequenzteiler 6 einen ersten Teiler auf, der einen Schaltkreis SN 74107 N benützt und je nach der

so Stellung eines Schalters 13 (F i g. 2b) eine Teilung durch 2 oder durch 4 ausführt Der Schalter 13 steuert 'srner über einen Leiter / Schaltkreise die zwischen Jen genannten ersten Frequenzteiler und einen zweiten, mit Hilfe eines Kreises SN 7492 N gebildeten und eine Teilung durch 11 ausführenden Frequenzteiler eingeschaltet sind. Der Ausgang e des Teilers durch 11 führt über eine logische Schaltung 15", die über einen Leiter d von der RfhaTtiinggannrHnnng 9 an«: gesteuert wird.
F i g. 2b zeigt das Schema der Schaltungsanordnung 9, weiche insbesondere zwei durch 2 teilende Frequenzteiler 23 aufweist, wobei diese beiden Frequenzteiler mit den Impulsen Δ Ti beaufschlagt werden und insbesondere die logische Schaltung 15" steuern, wodurch die Abgabe von Impulsen f_y an den Zähler 11 über die Verbindung e bestimmt wird. Die gezeigte Anordnung

' führt dazu, daßjür jede Gruppe von vier Impulsen Δ Ti die Impulse I₇ nur während den beiden letzten Intervallen T₀ durchgelassen werden.

bzw.

Die Anordnung 9 enthält ferner logische Kreise 16, nen Formel 17,18, durch welche die Weitergabe der Impulse 7„ an den Zähler 10 über den Leiter g so gesteuert wird, daß für die gleicht Gruppe von vier Impulsen ΔΤ; die Impulse T_x nur während der beiden ersten Impulse ΔΤ, und Δ Ti über den Leiter £·abgegebenen werden. Je nach der Stellung des Schalters 13 wird die Zählung während nur ;ines dieser Impulse oder während der beiden Impulse durchgeführt, d.h, daß entweder /7=1 oder λ =-=2 ist Im ersten Fall· erlaubt ein Schalter 19 den zu messenden Impuls, d. h. Δ 71 oder Δ Ti zu bestimmen. Die Stellung dieses Schalters 19 wirkt auf die logischen Kreise 18 über einen Impulsfonnerkreis 20 ein, der einen Teil eines Schaltkreises SN 74123 N in der gezeigten Weise enthält, sowie über Speicherkreise 21, 22, die mit Hilfe eines Schaltkreises SN 74107 N gebildet sind.

Die Information über den Stand des Schalters 19 wird den Kreisen 18 am Ende jeder Gruppe von vier Impulsen Δ Ti übermittelt, und zwar aufgrund eines Weitergabeimpulses, der vom Schaltkreis 22 abgeleitet wird und an der Klemme T_r der Fig.2b auftritt Auf diese Weise kann die Schwingungsamplitude der Unruhe in der einen oder in der anderen Bewegungsrichtung der Unruhe gemessen werden. Im Fall der Messung über ΔΤ1+ΔΤ2 bestimmt man dagegen den Mittelwert der Amplitude in den beiden Schwingungsrichtungen.

Die beiden Stellungen des Schalters 13, die es gestatten die Messung für eine oder für zwei Hebungen des Ankers durchzuführen, entsprechen in der allgemei-

/0

22m m- η· T₀

/0

7-T

/= ι

je einem der beiden folgenden Fälle:

η = 1, m = 2(1 Hebung)

η = 2, wj = 1 (2 Hebungen).

Die Tatsache, daß die Messung sich immer auf zwei aufeinanderfolgende Intervalle 7J bezieht (m ■ n=2) bewirkt, daß eine eventuelle Asymmetrie der Halbschwingungen 70 in den beiden Drehrichtungen der Unruhe nicht in die Messung eingeht

F i g. 2c zeigt die beiden Zähler 10 und 11 die jeweils aus drei Schaltkreisen SN 7450 N und bzw. SN 74192 N gebildet sind. Diese Figur zeigt ebenfalls den Anschluß der Leiter g und e, welche die zu zählenden Impulse liefern. Ein Leiter 12 liefert am Ende jedes Meßintervalls einen Rückstellimpuls für die Zähler, welcher in nicht dargestellter Weise vom Schaltkreis 23 abgeleitet wird und über den Leiter b dem Kreis 7 zugeführt wird. Ferner zeigt F i g. 2c die Ausgangsklemme 2, an der die Ausgangsimpulse A auftreten.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen ■» IM/295

Claims (1)

26 OO Patentansprüche:

1. Verfahren zur Messung der Schwingamplitude der Unruhe einer Uhr, bei dem die Ganggeräusche der Uhr aufgefangen und in elektrische Signale umgewandelt werden, die der Auslösung und dem Stoß in der Hemmung entsprechenden Signale ausgewählt werden, und aus diesen letzteren Signalen erste Meß-Signale gebildet werden, die das Zeitintervall (ATq zwischen einer Auslösung und dem darauffolgenden Stoß in der Hemmung darstellen, dadurch gekennzeichnet, das aus den genannten Signalen ferner zweite Meß-Signale gebildet werden, welche die Dauer T₀ der if Halbschwingung zwischen zwei Endpunkten der Unruhbewegung darstellen, daß aus Vergleichsimpulsen konstanter Wiederholungsfrequenz k zwei Zähiimpulsfolgen abgeleitet werden, wobei die eine Folge eine feste Wiederholungsfrequenz besitzt and die andere Folge eine dem Zahlenwert τ '*% Hebungswinkels der Unruh proportionale ou_r umgekehrt proportionale Wiederholungsfrequenz besitzt, die Impulse dieser beiden Folgen während Zeitintervallen von