DE2712813A1

DE2712813A1 - Digitale einrichtung zur einstellung der spannung an kondensatoren (digitale einstellung von rc-zuendern)

Info

Publication number: DE2712813A1
Application number: DE19772712813
Authority: DE
Inventors: Edward J Golden; Robert A Sliwa
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1976-04-02
Filing date: 1977-03-23
Publication date: 1977-11-03
Also published as: FR2346765B1; US4065709A; JPS52120600A; JPS5651367B2; FR2346765A1; GB1534237A

Description

Digitale Einrichtung zur Einstellung der Spannung an Kondensatoren (digitale Einstellung von RC-Zündern)

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur digitalen Spannungseinstellung an Kondensatoren, besonders für die digitale Einstellung von Widerstandskapazitätszündern (RC-Zündern). !

Insbesondere betrifft die Erfindung die digitale Einstellung j

wovon Zündern dieser Art, bei Änderungen der Taktgabe infolge von

Kapazitätsabweichungen korrigiert werden.

Anlagen können Zünder für eine Auslösung der Zeitverzögerung brauchen. Die Zünder können Widerstandskapazitätszünder (RC-Zünder) sein, wobei Kondensatoren die erforderliche Zeitverzögerungsfunktion erfüllen. Beispielsweise können solche An-

I lagen Raketen oder andere Waffengattungen sein. Die Zündkon- ;

densatoren entladen nach dem Zünden der Waffe oder bei Auf-

schlag, um eine Zeitverzögerung zu gewähren, nach welcher die ^: Waffe explodiert. Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung sollen j die Zünder digital voreingestellt und Vorrichtungen vorgesehen j

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werden, um Änderungen der Zeitbestimmung in Folge von Abweichungen der Kapazitätswerte vom Nennwert zu korrigieren.

Erfindungsgemäß arbeitet eine Einrichtung nach dem Grundsatz, daß die Spannung an einem Kondensator linear mit einem am Kondensator anliegenden Stromimpuls ansteigt. Am Ende des Stromimpulses bleibt die Spannung am Kondensator konstant und ist gleich dem Wert des durch die Kapazität des Kondensators dividierten Wertes des Stromimpulses. In der erfindungsgemäßen Anlage gelangt ein einziger Stromimpuls in entgegengesetzten

Konden jator

Richtungen an jeden^eines Zündkondensatorpaares, wobei die entsprechenden Kapazitätswerte durch Messung der Spannungen an den

unter

Kondensatorenν Verwendung eines Analog-Digitalumsetzers bestimmt werden, dessen Ausgangssignal einem Rechner zur Errechnung der Kapazitätswerte eingespeist wird. Nach Bestimmung der Kapazitätswerte gibt ein Impulsfolgemultiplikator die richtige j Anzahl von Impulsen zur Einstellung der Spannungen an den Zündkondensatoren ab. Das Verhältnis der Spannungen bestimmt die Zündzeit.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Zündeinstellungsvorrichtung zu schaffen, welche die digitale Einstellung von RC-Zündern gestattet und Änderungen der Taktgabe oder Zeitbestimmung infolge von Abweichungen der Kapazitätswerte von den Nennwerten korrigiert. Weiter soll erfindungsgemäß ein Stromimpuls an einen Kondensator angelegt werden, und sein Kapazitätswert durch Messung der Spannung am Kondensator durch Verwendung eines Analog-Digitalumsetzers ermittelt werden. Das digitale Ausgangssignal dient zur Errechnung der Kapa-

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zitat des Kondensators. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung soll der errechnete Kapazitätswert dazu dienen, Stromimpulse in Gegenrichtung zu zwei Zündkondensatoren einzuspeisen und die richtige Impulszall zu erzeugen, um die Spannungen an den Kondensatoren einzustellen, wobei das Verhältnis dieser Spannungen die Zündzeit bestimmt.

Die Erfindung ist nachstehend näher erläutert. Alle in der Be-Schreibung enthaltenen Merkmale und Maßnahmen können von erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Es sei ausdrücklich bemerkt, daß die Zeichnung lediglich als Beispiel dienen, nicht aber als Grenze für den Rahmen der Erfindung. Die Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels der Erfindung zeigen:

Fig. 1 und 2 Kurvenbilder der Spannungs- und Stromänderungen an einem erfindungsgemäß eingesetzten Kondensator.

Fig. 3 ein Blockschaltbild der aufbaumäßigen Auslegung der erfindungsgemäßen Bausteine.

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines allgemein in Fig. 3 darge- \

i stellten Berstimpulsgebers. I

Nach den Fig. 1 und 2 steigt die Spannung (V-.) am Kondensator linear in Abhängigkeit von einem Stromimpuls U_DC) · Am Ende des Stromimpulses bleibt die am Kondensator anliegende Spannung konstant. Die sich ergebende Spannung (V_DC) am Kondensator lautet dann wie folgt: _

V - ^DC
^VDC T^

worin C die Kapazität des Kondensators ist. Dieses Verhältnis |

wird in dem Buch Peskin, Edward: Transient & Steady State Ana-j

-8- ^j

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lysis of Electric Networks (Untersuchung des Einschwing- und stabilen Zustands elektrischer Netzwerke), D. Van Nostrand Co., Inc., Princeton, N.J. S. 196 - 199 untersucht.

So kann die Kapazität durch Anlegen eines einzelnen Stromimpulses an einen Kondensator in digitaler Form ermittelt werden, indem die Spannung am Kondensator unter Verwendung eines Analog-Oigitalumsetzers gemessen wird. Nachdem der Kapazitätswert bekannt ist, kann die richtige Impulszahl bestimmt und eingesetzt werden, die von einem Impulsfolge-Multiplikator erforderlich ist^!, um Spannungen in entgegengesetzte Richtungen an zwei Kondensatoren einzustellen, so daß diese als Zünderbauteile arbeiten. Das Verhältnis der Spannungen an den Kondensatoren bestimmt die Zündzeit.

Die in Fig. 3 gezeigte erfindungsgemäße Einrichtung wird von einem Rechner, einer MikroZentraleinheit oder einem logischen Sortierer 2 gesteuert. Die Kondensatoren 4 und 6 können in einer RC-Zündvorrichtung einer Anlage eingebaut sein, die nach einer vorgegebenen Zeitspanne beaufschlagt werden muß.Beispielsweise können die Kondensatoren in die Zündvorrichtung einer Rakete oder anderer Waffen eingebaut sein und sollen vor dem Beginn der Zündfolge entladen sein.

Die Zündfolge kann beim Abfeuern der Waffe oder bei deren Aufschlag auf ein Ziel nach allgemein bekanntem Muster gestartet werden.

Ein anhand der Fig. 4 näher zu beschreibender Berstimpulsgeber 8 ist im wesentlichen eine durch einen Taktgeber gesteuer-

Impulsen te logische Schaltung, die eine feststehende Anzahl von/ _g_

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abgibt, wenn sie durch ein Ausgangssignal des Rechners 2 beauf- j schlagt wird. Die feste Anzahl von Impulsen hängt von der ge- ' wünschten Genauigkeit sowie davon ab, ob ein binärer oder ein binär codierter digitaler Dezimalimpulsfolgemultiplikator wie i die digitalen Impulsfolgemultiplikatoren Io und 12 verwendet werden. Zu Erläuterungszwecken seien die digitalen Impulsfolgemultiplikatoren Io und 12 als digitale, in Kaskadenschaltung angeordnete Impulsfolgemultiplikatoren betrachtet, wodurch sich eine Genauigkeit von 2~⁸ und eine erforderliche Impulszahl von 256 ergibt.

Die digitalen Impulsfolgemultiplikatoren Io und 12 sind Vorrichtungen, welche eine Anzahl von Ausgangsimpulsen als Produkt der mit einer vorgegebenen Digitalzahl muliplizierten Eingangsimpulse abgeben. Die digitalen Impulsfolgemultiplikatoren Io und 12 können herkömmliche Vorrichtungen sein, wie sie durch die RCA Corporation mit der Marke RCA CD 4o89 gefertigt werden.

Wie bereits erwähnt, sind die digitalen Impulsfolgemultiplikatoren Io und 12 in Kaskadenschaltung angeordnet, so daß das Ausgangssignal für die digitale Impulsfolge durch den digitalen ; Impulsfolgemultiplikator 12 erzeugt wird. Der digitale Impulsfolgemultiplikator 12 steuert die Stromquellen 14 und 16. Diese

j erzeugen ihrerseits Ausgangsströme, welche das Produkt einer mit der Eingangsspannung (V_1n) multiplizierten Konstante (A) sind. Die Stromquelle 14 erzeugt einen positiven Ausgangsstrom (+I_Q), während die Quelle 16 einen negativen Ausgangsstrom (-Iy) abgibt, Die Stromquellen 14 und 16 können von herkömmlicher Art sein.

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Der Ausgang der Stromquelle 14 gelangt an einen Schalter 18 mit Arbeitskontakt, und der Ausgang der Stromquelle 16 liegt an einem Schalter 2o mit Arbeitskontakt an. Der Schalter 18 mit Arbeitskontakt ist mit einem Schalter 22 mit Arbeitskontakt, und der Schalter 2o mit einem Schalter 24 mit Arbeitskontakt verbunden.

Die Schalter 22 und 24 sind an einen Verstärker 26 mit hoher Eingangsimpedanz angeschlossen, der einen Analog-Digitalumsetzer 28 steuert. Das Ausgangssignal des Analog-Digitalumsetzers 28 liegt am Rechner 2 an, wie nachstehend näher erläutert wird.

Obwohl die Schalter 18, 2o, 22 und 24 zu Erläuterungszwecken des Relais gezeigt sind, sei bemerkt, daß diese Schalter in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung herkömmliche Halbleitermultiplex-Schalter sind. Der Verstärker 26 kann ein beliebiger, herkömmlicher Rechenverstärker mit hoher Eingangsimpedanz und der Analog-Digitalumsetzer 28 ebenfalls eine herkömmliche Schaltung sein.

Zur Beschreibung der Betriebsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung sei bemerkt, daß der Rechner 2 Ausgangssignale in einer bestimmten Reihenfolge abgibt, um: die Arbeitskontaktschalter 18, 2o, 22 und 24 zu schließen, den Analog-Digitalumsetzer 28 anzuschalten und zu löschen, Berstimpulsgeber 8 zu beauf-

schlagen, sowie um die digitalen Impulsfolgemultiplikatoren Io !

und 12 in bekannter Weise zu löschen.

Der Arbeitsablauf der erfindungsgemäßen Einrichtung kann beginnen, wenn der Rechner 2 die Eingangssignale für die Impuls- ,,

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'■ folgemultiplikatoren Io und 12 auf das Digitalwort oooooool

(siehe Fig. 3) einstellt. Der Rechner 2 löscht den Analogi
\ Digitalumsetzer 28, schließt den Schalter 18, steuert den Impulsgeber 8 an und dadurch liegt ein Einzelimpuls beispielsweise am Eingang der Stromquelle 14 an, wodurch sich am Kondensator 4 eine Stromrechteckwelle ergibt. Wie bereits vorstehend bemerkt, erzeugt der Strom eine Analogspannung von der Form

¹DC

^VDC

Dann öffnet der Rechner 2 den Schalter 18 und schließt den Schalter 22. Dadurch gelangt die am Kondensator 4 anliegende Analogspannung über den Verstärker 26 mit hoher Eingangsimpedanz an den Analog-Digitalumsetzer 28. Jetzt beaufschlagt der Rechner 2 den Analog-Digitalumsetzer 28, der die anliegende Analogspannung in eine im Rechner 2 gespeicherte Digitalzahl umsetzt. Dieser verwendet die gespeicherte Zahl zur Berechnung des genauen Kapazitätswertes der zur Korrektur der in Kaskadenschaltung angeordneten Impulsfolgemultiplikatoren Io und 12 dient. Der Rechner 2 öffnet den Schalter 22, wodurch die korrigierten Daten an die Impulsfolgemultiplikatoren gelangen, und schließt den Schalter 18.

Dann steuert der Rechner 2 den 3erst impulsgeber 8 an, der seinerseits die Kaskadenschaltung der Impulsfolgemultiplikatoren Io und 12 beaufschlagt, um eine Anzahl von Impulsen zu erzeugen, die gleich ist der Anzahl der mit 256 multiplizierten Eingangssignale der digitalen Impulsfolgemultiplikatoren. Dies bewirkt, daß die Stromquelle 14 eine gleiche Anzahl von Stromimpulsen

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j abgibt, wodurch am Kondensator 4 eine am Eingang des Impuls- : folgemultiplikators eingestellte zahlproportionale Spannung ' anliegt. Obwohl der 3etrieb der erfindungsgemäßen Einrichtung im Hinblick auf eine am Kondensator 4 anliegende positive Spannung beschrieben wurde, ergibt sich die gleiche Betriebsweise, wenn durch Beaufschlagung der Stromquelle 16 sowie durch das öffnen und Schließen der Schalter 2o und 24 eine negative Spannung am Kondensator 6 anliegt. Wenn beispielsweise angenommen wird, daß die erfindungsgemäße Einrichtung in einer Waffe dient, die zur Auslösung in einer vorgegebenen Flugzeit gezündet wird, ist das Verhältnis der Spannungen an den Kondensatoren 4 und 6 der Flugzeit proportional.

Fig. 4 zeigt den in Fig. 3 allgemein dargestellten BerstUnpulsgeber 8 in weiteren Einzelheiten. Er kann einen herkömmlichen Oszillator 3o umfassen, der ein Rechtecksignal abgibt. Ein herkömmlicher Flipflop 32 mit Anschalt- und Löschklemmen S und R wird durch ein Ansteuerungssignal vom Rechner 2 beaufschlagt, wie vorstehend anhand der Fig. 3 beschrieben worden ist. Die Ausgangssignale des Flipflops 32 und des Oszillators 3o gelangen

des an ein NAND-Tor 34. Der Ausgangsimpuls NAND-Tores 34 liegt an

einem herkömmlichen Digitalzähler 36 an, welcher den Ausgangsimpuls durch 256 teilt, wobei das Ausgangssignal des Zählers . der Löschklemme R des Flipflops 32 anliegt. Der Berstimpulsgeber ; 8 arbeitet so, daß ein Impulsstoß an der Ausgangsklemme des NAND-Tores 34 erzeugt wird, dasiüber eine Leitung 37 an den Impulsfolgemultiplikator Io gelangt.

-13- :

Außer dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel sind noch weitere möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Auch können verschiedene Änderungen zum Entwurf und der Anordnung der Bauteile gemacht werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

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Claims

1.J Digitalanlage zur Einstellung der Spannung an Kondensatoren, dadurch gekennzeichnet, daß sie folgende Baugruppen umfaßt: Stromquellen (14, 16) zur Versorgung der Kondensatoren (4, 6) mit Stromimpulsen sowie um anfangs einen einzelnen Stromimpuls an die Kondensatoren (4, 6) anzulegen, Umsetzer (28), um die an den Kondensatoren (4, 6) anliegende Analogspannung in Abhängigkeit von dem Einzelstromimpuls in ein entsprechen- i des digitales Ausgangssignal umzusetzen, einen Rechner (2), der in Abhängigkeit vom digitalen Ausgangssignal die Kapazi- j tat der Kondensatoren (4, 6) berechnet und ein entsprechendes digitales Ausgangssignal erzeugt, eine Impulsquelle (8) zur Abgabe einer festen Anzahl von Impulsen sowie mit dem Rechner (2) und der Impulsquelle (ö) verbundene Multiplizierschaltungen (lo, 12) zur Multiplikation der festen Impulszahl der Impulsquelle (8) mit dem digitalen Ausgangssignal des Rechners (2) sowie zur Abgabe einer Folge von Impulsen, ferner dadurch, daß die Stromquellen (14, 16) an Multiplikations-schaltungen (lo, 12) geführt sind und in Abhängigkeit

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ORIGINAL INSPECTED

von deren Ausgangsimpulsfolge eine entsprechende Folge von
Stromimpulsen den Kondensatoren (4, 6) zuführen, um die an ^:

den Kondensatoren (4, 6) anliegende Spannung einzustellen.

2. Digitalanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Rechner (2) ein erstes Ausgangssignal zur Löschung des
Umsetzers (28) abgibt, daß er ein zweites Ausgangssignal zur ' Beaufschlagung des Umsetzers (28) abgibt, um die an den Kon- j

densatoren (4, 6) anliegende Analogspannung in ein entspre- ι

j chendes digitales Ausgangssignal umzusetzen, ferner dadurch, j daß der Rechner (2) ein drittes Ausgangssignal zur Ansteuerung der Impulsquelle (8) abgibt, um eine feste Anzahl von Im- '

pulsen zu erzeugen und daß er auch ein viertes Ausgangssig- ' nal zur Löschung der Multiplizierschaltungen (lo, 12) erzeugt, um die feste Impulszahl der Impulsquelle (8) mit dem digi- j talen Ausgangssignal des Rechners (2) zu multiplizieren und ^! schließlich dadurch, daß das erste, zweite, dritte und vierte j Ausgangssignal in einer vorgegebenen Arbeitsfolge erzeugt \

ι werden. ;

3. Digitalanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß '

die Impulsquelle (8) zur Erzeugung einer festen Anzahl von ' Impulsen die folgenden Bausteine umfaßt: einen Oszillator ! (3o) zur Abgabe eines Rechteckausgangssignals, einen Flipflop (32) mit Ansteuerungs- und Löschklemmen (RS), dessen Ansteuerungsklemme (S) an den Rechner (2) geführt ist, um vom
dritten Ausgangssignal des Rechners beaufschlagt zu werden,

wodurch auch die Impulsquelle (8) beaufschlagt wird, ferner

verbundenes NAND-Tor (34)
ein mit dem Oszillator (3o) und dem Flipflop (32JW das in

Abhängigkeit von den Ausgangssignalen des Flipflops einen

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AusgangsImpuls erzeugt, und schließlich eine mit dem NAND-Tor (34) verbundene Einrichtung (36) zur Herabtellung des AusgangsImpulses des NAND-Tores (34) um eine vorgegebene Zahl sowie zur Erzeugung eines entsprechenden Ausgangssignals, ferner dadurch, daß die Löschklemme (R) des Flipflops (32) an die Teilerschaltung (36) geführt und durch deren Ausgangssignal gelöscht wird und schließlich dadurch, daß die feste Impulszahl in einem Impulsstoß am Ausgang des NAND-Tors (34) erzeugt wird.

4. Digitalanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren (4, 6) einen ersten (4) und einen zweiten (6) Kondensator umfassen sowie dadurch, daß die Stromquel-

• len (14, 16) eine erste (14) Stromquelle umfassen, um Strom-

! impulse in einer Richtung an den ersten Kondensator (4) ge-

; langen zu lassen, sowie eine zweite Stromquelle (16), um

Stromimpulse in Gegenrichtung an den zweiten Kondensator ! (6) zu führen.

■

5. Digitalanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

j sie die folgenden Bausteine umfaßt: einen ersten zwischen die erste Stromquelle (14) und den ersten Kondensator (4) geschalteten Arbeitskontaktschalter (18) sowie einen zweiten zwischen die zweite Stromquelle (16) und den zweiten Kondensator (6) geschalteten Arbeitskontaktschalter (2o) sowie dadurch, daß der Rechner (2) der Reihenfolge nach den ersten und zweiten Schalter mit Arbeitskontakten (18, 2o) schließt, wodurch die Stromimpulse der ersten Stromquelle (14) in der einen Richtung und die Stromimpulse der zweiten Stromquelle

(16) in der Gegenrichtung der Reihenfolge nach an den ersten ;

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und zweiten Kondensator (4, 6) gelangen.

6. Digitalanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie die folgenden Bausteine umfaßt: einen dritten zwischen den ersten Kondensator (4) und den Umsetzer (28) geschalteten Arbeitskontaktschalter (22) sowie einen vierten zwischen den zweiten Kondensator (6) und den Umsetzer (28) geschalteten Arbeitskontaktschalter (24), ferner dadurch, daß der Rechner (2) der Reihenfolge nach den ersten Schalter (18) öffnet und den dritten Schalter (22) schließt und den zweiten Schalter j (2o) öffnet sowie den vierten Schalter (24) schließt, wodurch die entsprechenden am ersten und zweiten Kondensator (4, 6) ;'

anliegenden Spannungen der Reihenfolge nach dem Umsetzer (28) j

ι zugeführt werden. i

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