DE2704317A1

DE2704317A1 - Gangmessgeraet fuer uhren

Info

Publication number: DE2704317A1
Application number: DE19772704317
Authority: DE
Inventors: Wladyslaw Stawiski
Original assignee: Portescap SA
Current assignee: Portescap SA
Priority date: 1976-02-02
Filing date: 1977-02-02
Publication date: 1977-08-18
Also published as: DE2704317C3; DE2704317B2; US4083222A; CH608683B; CH608683GA3

Description

DR. JOCHEN PAGENBERG

LLVl. HARVARD UNIVERSITY · RECHTSANWALT 9 7 Π A *3 1

SALILEIPLAT2 1 TELEFON (089) 9625 36-38 MÜNCHEN 80 TELEX 522791 IUSCO D DEUTSCHLAND TELEGRAMM lUSCONSULT

DA-1083

Priorität:

2. Februar 1976

Schweiz

Nr. 1282/76

PORTESCAP

16 5, rue Numa-Droz

LA-CHAUX-DE-FONDS / Schweiz

Gangmessgerät für Uhren

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gangmessgerät für Uhren, welches eine Empfangsvorrichtung für die von einer zu kontrollierenden Uhr erzeugten Signale, eine an die Empfangsvoriichtung angeschlossene Impulsfilter- und Impulsformerschaltung zur Erzeugung von Messimpulsen und eine Vergleichsvorrichtung zum Vergleichen der Wiederholungsfrequenz der Messimpulse mit der konstanten Wiederholungsfrequenz von Eichimpulsen eines Eichoszillators und zum Bestimmen des Ganges der zu kontrollierenden Uhr aufweist.

Bei Gangmessgeräten für Uhren entsteht das Problem, vor der eigentlichen Messung alle eventuellen Störsignale zu beseitigen, welche durch Nebengeräusche der Uhr oder andere zusätzliche von der Empfangsvorrichtung aufgenommene Geräusche entstehen. Solche Störsignale treten nicht mit der zu messenden Frequenz auf

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und führen daher zu völlig falschen Messergebnissen.

In bekannten Messgeräten dieser Art ist eine Filteranordnung zur Trennung von Nutz- und Störsignalen vorgesehen, welche für einen gewissen sehr beschränkten Frequenzbereich ausgelegt ist oder von Hand auf den Frequenzbereich, der ungefähr dem Gang der zu messenden Uhr entspricht, eingestellt werden muss. Eine bekannte Filterschaltung erzeugt zu diesem Zweck eine bestimmte Sperrzeit im Signalverarbeitungskreis, d.h.,dass alle Signale, die innerhalb der Sperrzeit auftreten, nicht in Betracht gezogen werden. Die notwendige Einstellung eines solchen Filterkreises für einen bestimmten Frequenzbereich ist jedoch ein bedeutender Nachteil, der die Verwendung des Gerätes einschränkt und kompliziert macht. Ferner wird dadurch die Wirksamkeit der Geräuschbeseitigung verringert, da ein verhaltnismassig grosser Spielraum zwischen der Sperrzeit und der erwarteten, zu messenden Periode vorhanden sein muss.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Gangmessgerät für Uhren zu schaffen, bei dem sich die Filterschaltung automatisch auf die zu messende Frequenz einstellt und damit eine Einstellung von Hand für verschiedene Nennfrequenzen unnötig macht. Insbesondere besteht die Aufgabe darin, einen weiten Frequenzbereich mit dieser Anordnung zu erfassen und Frequenzen von mechanischen Uhren von etwa 1 Hz bis zu solchen von elektronischen Uhren von etwa 32 kHz messbar zu machen.

Es ist ferner Aufgabe der Erfindung,ein Gerät der oben erwähnten Art zu schaffen, das eine einfache und zuverlässige Filterschaltung besitzt, mit welcher Störsignale in hohem Masse ausgeschieden werden können.

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Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels hervor, welches in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht ist. Es zeigen

Figur 1 das Gesamtschema eines erfindungsgemässen Gangmessgeräts,

Figur 2 das Blockschema der Impulsfilter- und Impulsformerschaltung des Geräts von Figur 1, und die

Figuren 3A und 3B die Signalformen an verschiedenen Punkten der Schaltungsanordnung von Figur 2 für zwei verschiedene Gangfrequenzen.

Das in Figur 1 dargestellte Gangmessgerät für Uhren weist eine Empfangsvorrichtung 1 von bekannter Art auf, um die von einer zu kontrollierenden Uhr erzeugten Signale aufzunehmen. Die Ausgangssignale der Empfangsvorrichtung werden über einen Verstärker 2 einer Impulsfilter- und Impulsformerschaltung 3 zugeführt, welche genauer im Zusammenhang mit Figur 2 beschrieben wird. Das Ausgangssignal der Schaltung 3 ist eine Reihe von Messimpulsen y , deren Periode ein Mass für den effektiven Gang der Uhr darstellt. Wie Figur 1 zeigt, werden die Pulse^ vorzugsweise weiter in einer geschlossenen Schleifenanordnung 4,6,7,8,9,10 verarbeitet, welche einen Hilfsoszillator 4, einen regelbaren Frequenzteiler 6 mit Einstellmitteln 7, einen festen Frequenzteiler 8, eine Phasenvergleichsvorrichtung 9, und einen Filterkreis 10 aufweist. Diese Anordnung ist ähnlich der im Schweizer Patent Nr,573 625 beschriebenen und liefert ein Mess-Signal am Ausgang des Oszillators 4, das eine zur Wiederholungsfrequenz der Messimpulse proportionale Frequenz besitzt.

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Die Frequenz des Mess-Signals kann in üblicher Weise dadurch bestimmt werden, dass man die Schwingungen eines Eichoszillators während eines von der Messfrequenz abhängigen Zeitintervalls zählt. Im Schema von Figur 1 wird das Mess-Signal weiter in einem festen Freauenzteiler 5 geteilt und dann einem ersten Eingang einer logischen Torschaltung 15 zugeführt, deren zweiter Eingang mit einem von einem Eichoszillator erzeugten Signal konstanter Frequenz beaufschlagt wird.

Eine zählvorrichtung 12, die drei Zähldekaden a,b,c aufweist, ist an den Ausgang des Tores 15 angeschlossen und ein Speicher ist zwischen den Ausgang der genannten Dekaden und eine Anzeigevorrichtung 14 geschaltet. Bekannte Schaltungen zur Rückstellung auf O und zur übertragung gespeicherter Werte sind in Figur 1 schematisch durch die Einheiten 18, 16 und 17 angedeutet. Es kann jedoch in dem vorliegenden Gerät jede bekannte Messvorrichtung verwendet werden, die geeignet ist, die Frequenz des Ausgangssignals des Oszillators 4 zu messen.

Figur 2 zeigt ein detailliertes Schema der Impulsfilter- und Impulsformerschaltung 3, die im erfindungsgemassen Gangmessgerät verwendet wird.

Die verstärkten Uhrensignale, die am Ausgang des Verstärkers auftreten, sind mit_v bezeichnet. Sie werden zunächst einer Eingangs-Impulsformerstufe 31 zugeführt, beispielsweise einem Schmitt-Trigger, welche Ausgangspulse (-> von konstanter Höhe liefert, deren Dauer der Zeitdauer entspricht, während der die Signale QC eine vorgegebene Schwelle überschreiten. Eine Flip-Flop-Schaltung 32 ist mit ihrem ersten Eingang S an den Ausgang von 31 angeschlossen. Ein erster Ausgang Q der Schaltung 32, an dem

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ein Ausgangssignal £ entsteht, ist vorzugsweise an eine Ausgangsimpulsformerstufe 37 angeschlossen, die durch einen monostabilen Multivibrator gebildet wird. Am Ausgang der Schaltung 37 entstehen Messpulsefvon vorgegebener Dauer,deren Frequenz die zu messende Frequenz darstellt.

Ein zweiter Ausgang Q der Flip-Flop-Schaltung 32 ist über eine Kopplungsdiode und eine Integrationsschaltung 36 mit einem Eingang eines Differenzverstärkers 33" verbunden. Die Integrationsschaltung 36 wird durch einen Widerstand R¹ und einen Kondensator C gebildet, wobei ein Entladewiderstand R» R¹ parallel zu C geschaltet ist. Der Ausgang des Verstärkers 33" ist an die Steuerelektrode eines Transistors 33' angeschlossen, dessen Leitungspfad in Serie mit dem Kondensator C und einer Spannungsquelle liegt. Der Emitter des Transistors 33' ist über einen Widerstand mit einem zweiten Eingang des genannten D:'fferenzverstärkers 33" verbunden. Die Anordnung 33', 33" bildet einen Stromgenerator, der als Ganzes mit 33 bezeichnet ist und durch die von der Integrationsschaltung 36 gelieferte Spannung X-gesteuert wird.

Die am Kondensator C auftretende Spannung t wird einem ersten Eingang einer Vergleichsschaltung 35 zugeführt, die durch einen Differenzverstärker 35 gebildet· wird, dessen zweiter Eingang an eine Bezugsspannungsquelle u_,„_ angeschlossen ist. Der Ausgang

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der Vergleichsschaltung ist mit einem zweiten Eingang R der Flip-Flop-Schaltung 32 verbunden. Ein Entladekreis 34 für den Kondensator C wird durch einen Transistor gebildet, dessen Leitungspfad parallel zu C liegt und dessen Steuerelektrode über eine logische ODER-Schaltung 38 mit dem Ausgang Q der Flip-Flop-Schaltung 32 und mit dem Ausgang der Schaltung 31 gekoppelt ist.

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Die Funktionsweise der Schaltungsanordnung von Figur 2 wird anhand der Figuren 3A und 3B beschrieben, wobei Figur 3A den Fall einer Uhr mit relatif niederer Frequenz darstellt und Figur 3B den Fall einer Uhr höherer Frequenz. Die Uhrensignale -X- haben beispielsweise die in Zeile oC der Figuren 3A und 3B dargestellte Form, welche etwa der Form der akustischen Signale entspricht, die von einem mechanischen Uhrwerk erzeugt werden. Während die eigentlichen Uhrensignale eine der Uhrenfrequenz entsprechende Periodizität aufweisen, werden im allgemeinen auch nicht^periodische Nebengeräusche und Störsignale von ausserhalb der Uhr von der Empfangsvorrichtung 1 ebenfalls aufgenommen oder in ihr erzeugt. Die Zeile Λ zeigt die Impulse die,wie weiter oben beschrieben, von der Impulsfonnerschaltung 31 erzeugt werden. Es ist daraus ersichtlich, dass diese Impulse noch immer unerwünschte Impulse enthalten, die ebenfalls die Eingangsschwelle überschritten. Die Vorderflanke jedes Impulses fij löst über die ODER-Schaltung 31 und die Steuerelektrode des Transistors 34 die Entladung des Kondensators C aus, wobei der Entladekreis eine sehr kurze Zeitkonstante besitzt. Die Spannung ό fällt daher steil auf 0 ab und unmittelbar danach erlaubt der neuerliche Sperrzustand des Transistors 34 die Ladung des Kondensators C durch den vom Stromgenerator 33 gelieferten Ladestrom. Die Spannung 0 steigt praktisch linear an, bis ein darauffolgender Impuls fh den Kondensator erneut entlädt. Wenn das Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen relativ kurz ist, erreicht die Kondensatorspannung nicht das durch die Bezugsspannung u_REF der Vergleichsschaltung 35 bestimmte Bezugsniveau. Ist jedoch das genannte Zeitintervall genügend lang, so übersteigt die Spannung Γ die Schwelle u und ein Signalimpuls wird von der Schaltung 35 an den Eingang R des Flip-Flop 32 abgegeben, wodurch der Ausgang Q in den O-Zustand versetzt wird, wie in Zeile £ der Figuren 3A und 3B dargestellt.

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In der Schaltung von Figur 2 wird der Kondensator C durch das am Ausgang Q beim Oberschreiten von u durch o~ erzeugte

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Signal entladen, bevor der nächste Impuls <'3> auftritt. Dies ist eine bevorzugte Massnahme, die nicht für die grundsätzliche Funktion der Schaltung notwendig ist. D.h., dass die Schaltung auch ohne Verbindung von Q zum Entladekreis 34 arbeitet, wobei dann der Ausgang von 31 direkt ohne Tor 38 mit der Steuerelektrode von 34 verbunden ist. Es ist jedoch von Vorteil, besonders bei hohen Frequenzen, bei denen die Entladezeit nicht mehr vernachlässigbar klein ist, den Kondensator C beim Erreichen des Niveaus u_n„_ zu entladen und ihn im entladenen Zustand zu halten, bis

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die Ladung mit dem Auftreten der Vorderflanke des nächsten Impulses Λ wieder beginnt.

Vorausgesetzt dass der Stromgenerator 33 den Kondensator mit einer geeigneten Zeitkonstante auflädt, wie später beschrieben wird, liefert die Schaltung von Figur 2 an Q ein Ausgangssignal £ , in dem die Vorderflanke des 1-Zustandes synchronisiert ist mit der Vorderflanke des ersten Impulses (h , der nach einem relativ langen Zeitintervall auftritt, während die anderen Impulse β , welche in kürzeren Abständen erscheinen, keine Auswirkung auf €L haben. Die aufeinanderfolgenden Vorderflanken der Pulse £ spiegeln daher die Periodizität der Uhrensignale wieder und das derart erzeugte Mess-Signal ist praktisch frei von Zusatzgeräuschen oder störenden Nebensignalen, welche diese Periodizität nicht besitzen.

Die Wirksamkeit der Störimpulsausscheidung ist umso grosser, je kurzer das Zeitintervall zwischen einer Hinterflanke und der folgenden Vorderflanke des 1-Zustandes von £1 gemacht werden kann. In der erfingungsgemässen Anordnung wird das an ü auftretende Signal, welches zu £ komplementär ist und sich daher in dem fraglichen Intervall im 1-Zustand befindet, in der Schaltung 36 integriert. Dies bedeutet, dass die Steuerspannung jL· am Ausgang

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des Integrators proportional zu der Länge und zur Wiederholungsfrequenz des genannten 1-Zustandes an Q ist. Da der Stromgenerator 33 durch den Spannungswert "¹C- gesteuert wird und einen mit steigendem >C zunehmenden Ladestrom liefert, wird die Zeitkonstante der Ladung des Kondensators C automatisch geändert,und zwar insbesondere der Frequenz der Messimpulse angepasst. Die verschiedenen Niveaus der Steuerspannung Xi entsprechend den Figuren 3A und 3B und die entsprechenden Steigungen der Sägezahn-Signale ύ veranschaulichen diesen Zusammenhang. Die beschriebene Steuerschleife verleiht der Schaltung de facto das Verhalten eines monostablilen Multivibrators, dessen Periode automatisch an die Frequenz des Eingangssignals angepasst wird. Die Steuerschleife reagiert dabei mit einer gewissen Trägheit infolge der Integration der Steuerimpulse in der Schaltung 36.

Die automatische Steuerung der Sperrzeit, die in der beschriebenen Impulsfilterschaltung erreicht wird, erlaubt es, dieses Filter über einen weiten Bereich von Messfrequenzen ohne Einstellung von aussen zu verwenden. In einer praktischen Ausführungsform reicht dieser Bereich von 1 Hz bis 32 kHz. .

In dem beschriebenen Impulsfilter kann der Füllfaktor des Multivibrators, d.h. im vorliegenden Fall das Verhältnis der Dauer des 1-Zustands von £ in Bezug auf die gesamte Periode, Werte von 95% erreichen. Wie oben erwähnt, führt dies zu einer entsprechend hohen Selektivität des Filters, da nur Geräuschsignale, die im Restintervall auftreten, die Messung beeinflussen können.

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Die letzte Zeile der Figuren 3A und 3B zeigt die Impulse "γ , welche am Ausgang des in Figur 2 vorgesehenen monostabilien Multivibrators 37 entstehen. Dieser Multivibrator wird durch die Vorderflanke der den 1-Zustand von £- darstellenden Impulse gesteuert und liefert Pulse Ϋ von konstanter Höhe und Dauer, welche einfach in den nachfolgenden Stufen des Geräts von Figur 1 oder in ähnlichen Frequenzmessvorrichtungen verarbeitet werden können.

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Claims

Patentansprüche

Ij Gangmessgerät für Uhren, welches eine Empfangsvorrichtung (1) für die von einer zu kontrollierenden Uhr erzeugten Signale, eine an die Empfangsvorrichtung angeschlossene Impulsfilter- und Impulsformerschaltung (3) zur Erzeugung von Messimpulsen (<5 bzw. V) und eine Vergleichsvorrichtung (12, 13, 14, 15) zum Vergleichen der Wiederholungsfrecjuenz der Messimpulse mit der konstanten Wiederholungsfrequenz von Eichimpulsen eines Eichoszillators (11) und zum Bestimmen des Ganges der zu kontrollierenden Uhr aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Imnulsfilter- und Imnulsformerschaltung (3) eine an die Empfangsvorrichtung (1) angeschlossene Eingangsimpulsformerstufe (31) zur Erzeugung von Ausgangspulsen (β ) konstanter vorgegebener Höhe und einer Dauer, die dem Zeitintervall entspricht, während dessen ein entsprechendes ührensignal (<*- ) eine vorgegebene Schwelle überschreitet, eine Flip-Flop-Schaltung (32), deren einer Eingang (S) an den Ausgang der Eingangsimpulsformerstufe (31) angeschlossen ist und deren einer Ausgang (Q) die genannten Messimpulse (£ ) abgibt, einen Kondensator ;C) , eine Stromgeneratorschaltung (33) zur Erzeugung eines von der Grosse einer der Sr.romgeneratorschaltung zugeführten Steuerspannung (JC ) abhängigen Ladestromes für den Kondensator (C), einen Entladekreis (34) für den Kondensator (C) mit einem Steuereingang, der zumindest mit dem Ausgang der Eingangsimpulsformerstufe (31) wenigstens indirekt verbunden ist, wobei die Entladezeitkonstante dieses Kreises klein im Vergleich zur Ladezeitkonstante des Kondensators ist, eine Vergleichsschaltung (35) zum Vergleich der Kondensatorspannung (<T ) mit

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einer vorgegebenen Referenzspannung und zur Erzeugung eines Kippsignals an einem zweiten Eingang (R) der Flin-Flop-Schaltung (32) sobald die KondensatorsDannung (^ ) die Referenzspannung überschreitet, sowie eine Integrationsschaltung (36) aufweist, deren Eingang von einem zweiten Ausgang (Q ) der Fiin-Flop-Schaltung (32) aus gespeist wird und deren Ausgang die genannte Steuerspannung (Xl ) für die Stromgeneratorschaltung (33) liefert.
2. Gangmessgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es eine logische ODER-Schaltung (37) aufweist, deren erster Eingang an den Ausgang der Eingangsimpuls formerstufe (31) , deren zweiter Eingang an den zweiten Ausgang (Q ) der Flip-Flop-Schaltung (32) und deren Ausgang an den Steuereingang des Entladekreises (34) angeschlossen ist.
3. Gangmessgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromgeneratorschaltung (33) ein steuerbares Halbleiterelement (33 ') mit einem Leitungspfad von veränderlichem Widerstand aufweist, welcher in Serie mit dem Kondensator (C) und einer Spannungsquelle geschaltet ist, wobei eine Steuerelektrode des Halbleiterelements an den Ausgang eines Differenzverstärkers (33") angeschlossen ist, an dessen einem Eingang die Gesamtspannung des Kondensators (C) und des Halbleiterelements (33') liegt und an dessen anderem Eingang die Ausgangsspannung des Integrators (3) liegt.
4. Gangmessgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichsschaltung (35) einen Differenzverstärker aufweist, dessen einer Eingang an einer konstanten Referenzspannung liegt, dessen anderer Eingang an der Spannung des Kondensators (C) liegt und dessen Ausgang an den zweiten Eingang (R) der Flip-Flop-Schaltung (32) angeschlossen ist.

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