DE3313749A1

DE3313749A1 - Digitaler zeitgeber und verfahren zur abgabe eines signals

Info

Publication number: DE3313749A1
Application number: DE19833313749
Authority: DE
Inventors: John W. 72204 Little Rock Ark. Perry
Original assignee: BEI Electronics Inc
Current assignee: BEI Electronics Inc
Priority date: 1982-04-19
Filing date: 1983-04-15
Publication date: 1983-10-27
Also published as: GB2118746A; FR2525358B1; CA1206234A; JPS58195180A; KR840004834A; IT8320673A0; FR2525358A1; GB2118746B; IT1161047B; US4577561A; GB8310478D0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf digitale Zeitgeberschaltungen und betrifft insbesondere einen digitalen Zeitzünder. Bisher war es üblich, für elektronische Zeitzünder eine Zeitgeberschaltung aus RC-Gliedern zu benutzen. Da diese normalerweise von der Batterie gespeist wurden, war der Raumbedarf und das Gewicht groß und die Kosten hoch und außerdem noch die Lagerzeit begrenzt. Ferner mußten die RC-Glieder präzise sein und ihre Werte ziemlich lange unverändert halten. Um genaue Ergebnisse zu erzielen, war außerdem ein umständlicher Temperaturausgleich nötig. Die Anforderungen der RC-Glieder in Zeitgeberschaltungen stellten bisher große Probleme bei der Konstruktion elektronischer Zeitzünder dar.

In neuerer Zeit wurde in US-PS 3 502 02^ ein analoger Zeitzünder vorgeschlagen. Hierbei handelt es sich um einen Zünder ohne Batterie mit einem großen Kondensator, der nicht nur die Energie für die Zeitgeberschaltung sondern auch für den Betrieb des Zünders bei Beendigung des Steuerungszyklus liefert. Dieser Zünder arbeitet mit einer Zeitgeberschaltung, die gegenüber der Kapazität des großen Kondensators ziemlich unempfindlich ist und einen Ausgleich für Abweichungen der in der Zeitgeberschaltung benutzten kapazitiven und resistiven Bauelemente von Standardwerten ermöglicht. Dieser Ausgleich erfolgt durch Spannungen, die unmittelbar vor dem Abschuß des Flugkörpers oder Geschosses zugeführt werden.

Aus der genannten Patentschrift geht ferner eine Einrichtung hervor, die den als Energielieferanten eingesetzten Kondensator im Zünder auflädt und Informationen über die gewünschte Laufzeit des Zünders liefert. Dazu ist eine Eindrahtverbindung und Spannungen von entgegengesetzter Polarität nötig. Mit Laufzeit ist diejenige Zeitspanne gemeint, die zwischen dem Abschuß des Flugkörpers oder Geschosses und dem Zünden der Sprengkapsel vergeht.

Trotz des Fortschritts, den das genannte Patent bringt, hat

der darin offenbarte Zeitzünder von Natur aus eine Laufzeitgenauigkeit, die von der Präzision gewisser seiner Bauelemente abhängt. Diese Genauigkeit bei der Zeitgebung nimmt insgesamt bei zunehmender Laufzeit des Zünders ab. Außerdem ist es bei zunehmender Laufzeit denkbar, daß höhere Werte für die RC-Glieder nötig sind, um eine annehmbare Genauigkeit für die entsprechende Zeitspanne zu erhalten.

Ferner beruht die Genauigkeit des analogen Zünders entweder auf ausdrücklicher Kenntnis der Werte der resistiven und kapazitiven Bauelemente im Zünder oder wird durch ein Meß- oder Kompensationsschema der Zeit einstellmechanismus schaltung erhalten. Solche Kompensationstechniken erfordern exaktes Messen und komplizierte Einstellschaltungen zum Berechnen und Einstellen der Laufzeit des Zünders. Trotzdem kann für andere Auswirkungen beispielsweise Temperaturdrifts nicht ohne weiteres ein Ausgleich erzielt werden.

Zu der nicht ohne weiteres auszugleichenden Ungenauigkeit des analogen Zünders trägt hauptsächlich auch noch ein Kondensatordefekt bei, der als dielektrische Absorption bezeichnet wird. Dieser Effekt ist bei längeren Zünderlaufzeiten mit Kondensatoren hoher Werte sehr stark ausgeprägt. Dielektrische Absorptionsauswirkungen sind bei einer direkten Kapazitätmessung nicht offenkundig. Sie können auch nicht ohne weiteres durch die herkömmlichen Einsteller ausgeglichen werden. Mit "Einsteller" ist hier äußerer Zubehör gemeint, der dem Zünder Laufzeitinformationen liefert, die innerhalb des Einstellers anhand bekannter Parameter des Zeitzünders und von von außerhalb diktierter Anforderungen an die Flugzeit berechnet werden.

Ein weiterer Nachteil des erwähnten bekannten Zünders betrifft die bipolare Art der Ladehandschrift, d.h. des Signals, mit dessen Hilfe dem Energiespeicherkondensator die Energie zum Betreiben des Schaltkreises geliefert wird, und der an die Zeitgeberschaltung selbst gelieferten Laufzeitinformation.

Dieses bipolare Signal schließt ein einfaches Signal.-multi.plexen aus, das' es ermöglichen würde, sowohl das Laden und Einstellen des Zünders als auch das Abfeuern der Rakete von demselben Signaldraht aus zu veranlassen.

Die Schwierigkeiten bekannter Zeitzünder werden mit der Erfindung eines digitalen Zeitzünders überwunden, der ein Ausgangssignal in einem gewählten, exakten Zeitabstand nach dem Auftreten eines Startsignals und in Übereinstimmung mit Zeitabs tandsdaten liefert, die in einem Einstellsignal enthalten sind. Diese Vorrichtung weist einen Oszillator, eine Steuereinrichtung und einen Zähler auf. Der Oszillator liefert ein Taktsignal,' dessen Taktfrequenz eine Serie von Taktimpulsen aufweist. Die Steuereinrichtung spricht auf das Einstellsignal und das Taktsignal an und liefert ein Akkumulierungssignal, welches ein Intervall des Taktsignals enthält, dessen Länge in Übereinstimmung mit den Intervalldaten des Einstellsignals bestimmt ist. Die Steuereinrichtung liefert ein Abwärtszählsignal, welches vom Startsignal ausgelöst wird und dessen Frequenzrate zur Taktsignalfrequenz proportional ist.

Der Zähler spricht auf das Abwärtszählsignal und das Akkumuli er ungs signal an und zählt die Anzahl der im Akkumulierungssignal enthaltenen Taktimpulse, um eine Zeitzählung zu liefern. In Abhängigkeit von dem Abwärtszählsignal zählt der Zähler von der Zeitzählung abwärts mit einer Geschwindigkeit, die von der Frequenz des Abwärtszählsignals bestimmt ist. lAfenn die Zählung des Zählers Null erreicht, wird der Ausgangsimpuls geliefert.

Die vorstehende Vorrichtung dient zum Durchführen eines Verfahrens an einem digitalen Zeitzünder, bei dem eine Taktfrequenz erzeugt wird, die eine Serie von Taktimpulsen aufweist, die im Taktsignal während eines von im Einste11signal enthaltenen Zeitintervalldaten bestimmten Intervalls vorhandenen Taktimpulse gezählt werden, um eine Zeitzählung zu erhalten, von der Zeitzählung mit einer Geschwindigkeit abwärts gezählt

wird, die zu der Taktfrequenz proportional ist, von der sie abgeleitet ist, und ein Ausgangsimpuls geliefert wird, wenn die Zählerzählung Null erreicht.

Dieser digitale Zeitzünder kommt mit digitalen logischen Schaltkreiselei-enten aus, die wenig Strom verbrauchen und geringe Kosten verursachen. Eine Batterie ist nicht nötig. Die ganze Leistung für den Zeitzünder wird von einem geladenen Kondensator geliefert. Exakte Laufzeiten werden mit einer Einfachdrahtverbindung an den Zeitzünder unter Verwendung eines Einpolaritätssignals sowohl zum Laden des Zünders als auch zum Einstellen der Zeit erreicht. Folglich kann derselbe Draht auch zum Steuern des Abfeuerns des Plugkörpers oder Geschosses oder für die Auswahl verschiedener Arbeitsweisen bei Verwendung der entgegengesetzten Polarität benutzt werden. Darüberhinaus nimmt die prozentuale zeitliche Ungenauigkeit des digitalen Zeitzünders allgemein mit zunehmender Zünderlaufzeit ab, was den digitalen Zeitzünder gemäß der Erfindung besonders geeignet macht für exakte Langstreckenabschüsse.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen digitalen Zeitzünder zu schaffen, der selbst über lange Laufzeiten hinweg eine hohe prozentuale zeitliche Genauigkeit hat und über einen einzigen Draht geladen und eingestellt werden kann.

Dieser digitale Zeitzünder soll insbesondere über einen einzigen Draht aufladbar und einstellbar sein, und vorzugsweise auch mit einem Multiplexsystem vereinbar sein, welches einen einzigen Draht zum Einstellen des Zünders und zum Zünden des Raketentriebwerks hat.

Die für diesen digitalen Zeitzünder nötigen Bauelemente brauchen nur geringe Toleranzforderungen zu erfüllen.

Der digitale Zeitzünder kann unter Verwendung einer einzigen Spannungspolarität aufgeladen und eingestellt werden, und insbesondere sind auch keine präzisen Spnnnungsworte für den exakten

Laufzeitbetrieb nötig.

Bei dem digitalen Zeitzünder gemäß der Erfindung wird ein Intervall eines Taktsignals von willkürlicher Frequenz herangezogen, um eine Zeitzählung innerhalb eines Zählers festzulegen. Außerdem wird ein zum Taktsignal proportionales und von diesem abgeleitetes Signal benutzt, um die Zeitzählung des Zählers abwärtszuzählen, wobei der zum Abwärtszählen der Zeitzählung nötige Zeitabstand der gelieferte präzise Zeitabstand ist.

Bei dem digitalen Zeitzünder gemäß der Erfindung wird Zeitabstandsinformation, die eine Zeitspanne enthält, in eine binäre Zählung umgewandelt, die dann abwärtsgezählt wird. Dabei braucht die Quantität der binären Zählung nicht direkt in den gewünschten, einzurichtenden Zeitabstand übersetzbar zu sein.

Der digitale Zeitzünder hat den Vorteil, daß kein präziser, absoluter Frequenzbezug nötig ist. Ferner bestehen keine kritischen Zeiterfordernisse in der Darstellung der Zeitabstandsdaten innerhalb der Lade/Einstellhandschrift. Ferner nimmt die Genauigkeit dieses digitalen Zeitzünders bei zunehmender Laufzeit zu. Schließlich ist der digitale Zeitzünder mit bestehenden Einstellern analoger Zeitzünder vereinbar.

Im Folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Erfindung in Anwendung an einem Bestimmungssystem;

Fig. 2 ein vereinfachtes Schema der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 3 eine graphische Darstellung der zum Vorbereiten des erfindungsgemäßen digitalen Zeitzünders benutzten Lade/Einstellhandschrift;

Fig. k eine vereinfachte schematische Ansicht eines alter-

nativen Ausführungsbeispiels der Erfindung; Fig« 5 eine graphische Darstellung der zum Vorbereiten des in Fig. h gezeigten Ausführungsbeispiels benutzten Lade/Einstellhandschrift.

Anhand von Fig. 1 soll die Funktion des digitalen Zeitzünders innerhalb eines Bestimmungssystems erläutert werden. Der digitale Zeitzünder liefert einen Ausgangsimpuls in einer vorherbestimmten Zeitspanne nach dem Abschuß eines Geschosses oder einer Rakete. Dieser Ausgangsimpuls wird an ein Sprengstoffpaket 12, insbesondere an eine darin enthaltene Sprengkapsel 14- angelegt. Seine Leistung und Laufzeitinformationen erhält der digitale Zeitzünder von einem Einsteller l6. Der Einsteller 16 enthält typischerweise Schaltkreise, die den verschiedenen, im Zeitpunkt des Abschusses vorherrschenden Bedingungen Rechnung tragen, Entfernungs- und andere Informationen vom Benutzer empfangen und auf der Grundlage dieser Informationen die Zeitspanne errechnen, die nötig ist, um den Sprengstoff in der nötigen Entfernung und Höhe zu zünden.

Das vom Einsteller gelieferte Signal enthält auch den Spannungsverlauf, in der elektrischer Strom an die Schaltkreise des Zünders übertragen wird. Die Kombination von Zeitdaten und stromverläufon zu einem einzigen Signal führt zu einem stromverlauf, der eine bestimmte "Handschrift" hat. Diese Handschrift der Stroirverläufe des Einstellers ist für gewisse Ausführungsbeispiele der Erfindung in den Fig. 3 und 5 dargestellt. Das vom Einsteller gelieferte Signal kann unterschiedlich bezeichnet werden, z.B. als Lade/Einstellsignal oder als Einstellersignal, wobei klar ist, daß es sich immer um das gleiche Signal handelt. Dem digitalen Zeitzünder 10 wird von einem Schalter 40 ein Signal geliefert, welches den tatsächlichen Abschuß der Rakete öder des Geschosses wiedergibt und den digitalen Zeitzünder anweist, mit dem Zeitablauf zu beginnen. Als Schalter 4o kann ein Trägheitsschalter dienen, der einen Teil der Schaltung des digitalen Zeitzünders bildet.

Anhand von Fig. 2 sollen die Schaltkreise des digitalen Zeitzünders im einzelnen beschrieben werden. Insgesamt kann die Funktion des digitalen Zeitzünders in drei getrennte Funktionsbereiche aufgeteilt werden, nämlich den eines Oszillators 18, eines Zählers 20 und einer Steuerschaltung 22. Der Oszillator 18 kann entweder ein kristallgesteuerter Oszillator sein, dessen Frequenz im Großenordnungsbereich von einigen Tausend Kilohertz liegt. Andererseits kann der Oszillator }.8 aber auch ein beliebiger bekannter Oszillator sein, beispielsweise ein mit einem piezokeramischen Element arbeitender piezokeramischer Oszillator, z.B. von der CSA/CSB-Serie, wie CSB200 der Murata Corporation aus Marietta, Georgia. Weder ist es nötig, daß der Oszillator eine präzise absolute Frequenz hat, noch ist es nötig, Präzisionsbauelemente für den Oszillator zu verwenden. Der Oszillator liefert ein Taktsignal über eine Leitung 19 an die Steuerschaltung 22. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung beträgt die Oszillatorfrequenz 200 kHz.

Der Zähler 20 kann ein binärer Zähler sein, der die Anzahl der in einem Impulsstrom enthaltenen Impulse zählen und zu einer Zeitzählung akkumulieren und von der Zeitzählung entsprechend einer angelegten Frequenzrate abwärtszählen kann.

Zur Steuerschaltung 22 gehört ein Dekodierer 2k_t der aus dem Ladesignal Laufzeitinformationen extrahiert, Gatter 26 und 28, die dem Zähler 2 0 Aufwärts- und Abwärtszählsignale liefern, eine "Dividiere durch N"-Schaltung, kurzgesagt eine Divisionsschaltung 30, die ein Abwärtszählsignal liefert, welches zur Oszillatorfrequenz proportional ist, und eine Vorbereitungs-Tiogikschaltung 32, die den Dekodierer 24 und den Zähler vorbereitet.

Insgesamt wird das Lade/Einstellsignal dem Dekodierer 24· über eine Leitung 36 zugeführt. Dies Signal ist in Fig. 3 gezeigte

Als Energiespeicherkondensator dient ein Kondensator 3k, der mit dem Ladesignal aufgeladen wird und während der Zeitzünderlaufzeit allen Bauelementen innerhalb des digitalen Zeitzünders Strom liefert.

Der positive Teil des Lade/Einstellsignals enthält das Aufladezeitintervall und wird zum Aufladen des als

Energiespeicher "benutzten Kondensators 3k herangezogen, während der Nullspannungsanteil (t, bis tp) die Laufzeitinformation trägt.

Der Dekodierer Zk extrahiert die Laufzeitinformation und liefert über eine Leitung 38 einen Aufwärtszählimpuls an das Gatter 26. Dieser Aufwärtszählimpuls hat im wesentlichen die gleiche Dauer wie das Intervall der Nullspannung innerhalb des Ladesignals. Das andere Eingangssignal für das Gatter 26 wird über eine Leitung 23 vom Oszillator 18 geliefert. Wenn also der Aufwärtszählimpuls in der Leitung 38 ansteht, wird das Signal von Oszillator 18 durch das Gatter 26 geleitet (aber nut urgsksärrter Polarität) im das Akkuraulierungssignal zu bilden, welches dann dem Aufwärtszähleingang des Zählers 20 zugeführt wird. Der Zähler 20 zählt die Anzahl der dann im Akkumulierungssignal vorhandenen Impulse, um eine binäre Zeitzählung zu liefern.

Die Vorbereitungs-Logikschaltung 32 hat die Aufgabe, den Dekodierer 2k und den Zähler 20 für den Empfang der Laufzeitinformation bzw. des Akkumulierungssignals vorzubereiten. In einem beliebigen unkritischen Zeitpunkt nach dem anfänglichen Anlegen des Lade/Einstellsignals an die Leitung Ja und in Abhängigkeit von einer positiven Spannung in der +V-Leitung liefert die Vorbereitungs-Logikschaltung 32 einen Voreinstellimpuls an den Zähler 20 und einen Räumimpuls an den Dekodierer Zk, Zu einem beliebigen Zeitpunkt danach erscheint die Laufzeitinformation im Lade/Einstellsignal. Diese Information wird dann vom Dekodierer Zk weiterverarbeitet, um den Aufwärtszählimpuls abzuleiten und das Akkumulierungssignal zu erzeugen, anhand dessen die binäre Zeitzählung vom Zähler 20 geliefert wird.

Wenn der Aufwärtsζählimpuls in der Leitung 38 fehlt, stehen am Ausgang des Gatters 26 keine Impulse an, so daß es zu keiner weiteren Zunahme der Zeitzählung kommt. So liefert der Zähler 20 eine binäre Zeitzählung, die die Anzahl der in einem Zeitintervall vorhandenen Impulse wiedergibt, wobei das Zeitintervall von der in der Lade/Einstellhandschrift enthaltenen Laufzeitinformation bestimmt ist. Der digitale Zeitzünder wird so mit Laufzeitinformation vorbereitet.

Nach dem Start der Rakete oder des Geschosses schließt der Schalter 40. Der Schalter ko kann, wie gesagt, ein Trägheitsschalter sein, der sich schließt, wenn das Geschoß in Bewegung gesetzt wird. Damit liegt an einem der Eingänge des Gatters 28 eine Spannung entsprechend' logisch eins. Das andere Eingangssignal für das Gatter 28 wird von einem Skalierungszähler bzw. der Divisionsschaltung 30 geliefert. Das Eingangssignal für die Divisionsschaltung 30 wird vom Oszillator 18 über die Leitung 19 angelegt. Damit hat das Ausgangssignal der Divisionsschaltung 30 eine Frequenz, die zur Oszillatorfrequenz proportional ist, von der sie abgeleitet ist. Wenn z.B. der Divisor N = I, wäre der Ausgang der Divisionsschaltung 30 die Oszillatorfrequenz', wenn umgekehrt N = 1000, hätte das Ausgangssignal der Divisionsschaltung eine Frequenz von l/l000 der Oszillatorfrequenz. Wenn der Schalter ^O geschlossen wird, gibt das Gatter 28 das Ausgangssignal der Divisionsschaltung 30 an den Abwärtszähleingang des Zählers weiter (aber rait ungeliährter Rüarität). Damit wird die im Zähler 20 enthaltene Zeitzählung mit einer von der Divisionssehaitung 30 bestimmten Rate und proportional zur Oszillatorfrequenz abwärtsgezählt. Auf diese Weise wird zum Abwärtszählen der Zeitzählung dasselbe Signal benutzt, welches zum Errichten der Zeitzählung herangezogen wurde, oder ein Signal, welches direkt proportional dazu ist. Damit heben sich jegliche Ungenauigkeiten der Oszillatorschaltung auf.

Diese Verwendung des Oszillatorsignals ist funktionell ana-

log zur Verwendung eines Trägersignals bei Nachrichtenübertragungssystemen. In diesem Fall dient das Trägersignal lediglich als Mittel zum Übertragen der gewünschten Information zwifichen zwei Punkten, während das Trägersignal entfernt wird, wenn das Signal am Empfangsende weiterverarbeitet wird. Ähnlich werden durch die Benutzung eines zur Oszillatorfrequenz proportionalen und von dieser abgeleiteten Signals beim Abwärtszählen von der Zeitzählung im Zähler 20 die Auswirkungen des Oszillatorsignals beim Aufwärtszählen oder Errichten der Zeitzählung wirksam aufgehoben.

Wenn die Zählung innerhalb des Zählers 20 Null erreicht, wird ein Impuls an eine Treiberstufe 42 angelegt, die dann einen Ausgangsimpuls liefert, der einen ausreichend großen Energiegehalt hat, um die Sprengkapsel 14 im Sprengstoffpaket 12 zu zünden. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Zählerimpuls erzeugt, wenn das letzte Bit der Zeitzählung ausgezählt wird, und ein Leihimpuls breitet sich durch den Zähler 20 zur Ausgangsleitung 21 aus. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist als Treiberstufe 42 ein regenerativer Sehalter vorgesehen, dessen Anordnung es möglich macht, einen Ausgangsimpuls zu erzeugen, dessen Impulsbreite ausreicht, um eine angemessene Energiemenge an die Sprengkapsel 14 zu liefern, damit die Detonation gewährleistet ist.

Unter Hinweis auf die Schaltung im Innern des Dekodierers 24 soll nun erläutert werden, wie die Laufzeitinformation aus der Lade/Einstellhandschrift extrahiert wird. Das vom Einsteller l6 über die Leitung 36 gelieferte Signal wird über eine Diode 43 in den Dekodierer 24 eingegeben.

Die Anode der Diode 43 ist mit einem Ende eines Widerstandes 44, beiden Eingängen eines NAND-Gatters 46, der Kathode einer Diode 48 und dem Takteingang eines D-Flipflops 50 verbunden. Der Widerstand 44 ist mit seinem anderen Ende geerdet. Der Ausgang des NAND-Gatters 46 ist mit dem S toi leingang eines D-Flipflops 52 verbunden.

Der Ausgang des D-Flipflops

52 ist mit dem Einstelleingang des D-Flipflops 50 über einen Kondensator 54 verbunden. Mit der Verbindungsstelle zwischen dem Kondensator 54 und dem Einsteileingang des D-Flipflops ist ein Ende eines Widerstands 56 verbunden, dessen anderes Ende geerdet ist. Die D-Eingänge beider D-Flipflops 52 und 50 sind geerdet ebenso vie der Tfeäcteiigang des Flipflcp 52. Der tegarg des D-Flip£lc£s 50 ist rrit der leitung 38 verbunden, die den Aufwärtszählimpuls an das Gatter liefert. Es sei darauf hingewiesen, daß Leitung 3 3 von der Vorbereitungsschaltung 32 die Rückstelleingänge der D-Flipflops 50 und 52 verbindet.

Beim anfänglichen Anlegen des Lade/Einstellsignals wird an die Eingänge des NAND-Gatters 46 und den Takteingang des D-Flipflops 50 eine positive Spannung angelegt. Während dieser Zeit wird der Kondensator 34, der mit der Anode der Diode 48 verbunden ist, aufgeladen. Das Ausgangssignal des NAND-Gatters 46 hat ebenso wie die Ausgangssignale der D-Flipflops 50 und 52 niedriges Niveau während dieser Zeit. Zu einem beliebigen Zeitpunkt nach dem Beginn des Lade/Einstellsignals wird die Leitung 36 über den Einsteller 16 geerdet. Dies entspricht dem Zeitpunkt ti in Fig. 3. Beim Absinken des Niveaus der Leitung 36 ändert sich das NAND-Gatter 46 auf hohes Niveau und liefert dem Einsteileingang des D-Flipflops 52 eine logische 1. Dadurch nimmt das Ausgangssignal des D-Flipflops 52 ein hohes Niveau an. Dieser Übergang zu hohem Niveau wird von der Kombination aus Kondensator 54 und Widerstand 56 differenziert, um dem Einstelleingang des D-Flipflops 50 einen Impuls in positiver Richtung zur Verfügung zu stellen. Gleichzeitig wird dem Takteingang des D-Flipflops 50 eine abfallende Flanke präsentiert, da dieser Eingang über die Diode 43 mit der die Ladungshandschrift liefernden Leitung 36 verbunden ist. Diese negative Flanke am Takteingang bewirkt, daß der positive Impuls am Einstelleingang den Ausgang des D-Flipflops auf eine logische 1 einstellt. Dies Geschehnis stellt den Beginn des Aufwärtszählimpulses dar, der an das Gatter 26 angelegt wird, um das Akkumulierungssignal zu initialisieren, anhand dessen

η-

die Zeitzählung erhalten wird.

Im 2eitpunkt t2 gemäß Fig. 3 nimmt die Ladeleitung 36

wieder hohes Niveau an. Damit erhält der Takteingang des D-Flipflops 50 eine positive Flanke, was dann bewirkt, daß das Ausgangssignal des D-Flipflops 50 niedriges Niveau annimmt. Diese logische Null wird an das NAND-Gatter 26 über Leitung 38 angelegt, womit eine weitere Übertragung des Oszillatorsignals an den Zähler 2 0 unterbunden wird. Der von der Diode kj gelieferte Aufwärtszählimpuls erlaubt es also f, daß die das Ladesignal führende Leitung 36 negativ wird, was in einem Multiplexsystem mit Einfachdraht anzeigt, daß die Rakete zu brennen beginnt.

Grundsätzlich wird die maximal mögliche Laufzeit von der Anzahl in Kaskade geschalteter Zähler bestimmt, zu denen der Zähler 20 gehört, sowie von der Speicherkapazität des Kondensators 3k. Der Kondensator ^k sollte so bemessen sein, daß er nicht nur genügend Energie für den Betrieb der restlichen Schaltkreise des Zünders während der nötigen Zünderlaufzeit sondern auch genügend Energie am Ende dieser Zeitspanne hat, um die Sprengkapsel zu zünden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird unter Verwendung rein digitaler Schaltkreise ein Präzisionszeitabstand dadurch gewonnen, daß zunächst die Oszillatorfrequenz während eines bestimmten Zeitintervalls gezählt wird, um eine akkumulierte Zeitzählung zu erhalten, daß zweitens im Zähler von der akkumulierten Zählung mit einer Rate abwärtsgezählt wird, die proportional zur Oszillatorfrequenz ist, von der sie abgeleitet ist» und daß dann ein Ausgangssignal geliefert wird, wenn die Zählung Null erreicht.

Fig. k zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches zur Verwendung mit Einstellern analoger Zeitzünder geeignet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die in Fig« 5 gezeigte Lade/Einstellhandschrift verwendet, wobei auf

deren bipolare Natur hingewiesen wird. Zusätzlich ist eine getrennte Leitung 57 vorgesehen, über die den Schaltkreisen ein Aufladesignal zugeführt wird. Anders als bei

dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel sind zwei Leitungen nötig, eine zum Übermitteln von Ablaufzeitinformationen und die andere für die Zufuhr von Energie.

Der einzige andere Unterschied zwischen diesem Ausführungsbeispiel und dem zuerst beschriebenen liegt in der Dekodiererschaltung, die bei diesem alternativen Ausführungsbeispiel stark vereinfacht ist. Anhand von Fig. k ist klar, daß der Laufzeiteingang über eine Diode 58 und eine Pufferschaltung 6o an das Gatter 26 gelangt. Die Diode 58 ist vorgesehen, damit nur der positive Anteil des Signals zum Gatter 26 gelangt, denn dieser enthält die Laufzeitinformation. Mit anderen Worten, der positive Anteil des Signals ist der Aufwärtszählimpuls. Im übrigen ist die Arbeitsweise dieser Schaltung in Abhängigkeit von der Laufzeitinformation und nach Schließen des Schalters ko ebenso wie beim vorherbeschriebenen Ausführungsbeispiel. Wie zuvor liefert die Vorbereitungs-Logikschaltung 32 ein Voreinstellsignal an den Zähler 20 in Abhängigkeit vom anfänglichen Anlegen einer Spannung an dem als Energiespeicher eingesetzten Kondensator 3^· Allerdings wird bei diesem Ausführungsbeispiel das Ladesignal über eine andere Leitung als das Einstellsignal übertragen. Typischerweise wird das Ladesignal zuerst an den Kondensator Jk angelegt, und zwar über eine Aufladeleitung 57 und eine Diode 59. Dadurch

wird die Vorbereitungs-Logikschaltung veranlaßt, den Zahler 20 voreinzustellen. Innerhalb von 5 bis 8 Millisekunden ab dem Anstehen des Ladesignals an Leitung 57 legt der Einsteller, siehe Fig. 5· an die Leitung 36 ein Einsteilsignal an, um mit der Akkuraulierung der Zeitzählung im Zähler 20 zu beginnen. Da in der Leitung 36 die Diode 58 vorgesehen ist, wird nur der positive Anteil, t, bis einschließlich t^, des Lade/Einstellsignals an den Dekodierer 2k weitergegeben. Die negativen Anteile werden von den Schaltkreisen des Zünders ignoriert.

Das ermöglicht es, das Lade/Einstellsignal in einer MuItiplexanordnung zu verwenden, bei der nach der Zufuhr der Zeitabstandsdaten eine Umkehr der Polarität in der Leitung für den Start der Rakete benutzt werden kann.

Zusammenfassend ist zu sagen, daß mit dem digitalen Zeitzünder gemäß der Erfindung mehrere der bei bekannten Zeitzündern auftretenden Probleme gelöst werden. Wichtig ist es, daß es bei der Erfindung nicht nötig ist, Werte der Bauelemente im Voraus zu kennen oder Präzisionsbauelemente zu haben, ehe exakte Zeitabstände erreichbar sind. Im Gegensatz zu bekannten Zeitzündern nimmt außerdem die Genauigkeit des Zeitzünders gemäß der Erfindung mit zunehmenden Laufzeitspannen zu. Im Fall der Erfindung wird das Signal des Oszillators auf analoge Weise zu einem Trägersignal in Nachrichtenübertragungssystemen benutzt. So heben sich die im Osζillatorsignal innewohnenden Ungenauigkeiten auf. Die Steuerschaltung 22 bietet Dekodierfähigkeiten, die es ermöglichen, eine einzige Leitung zum Empfang von Ladung und Laufzeitinformationen zu benutzen. Dadurch wird der Aufbau des Bestimmungssystems stark vereinfacht.

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Claims

Priorität: 19. April 1982 - USA - Serial No. 369 749

Patentansprüche

/UL/ Digitaler Zeitgeber, der in einem ausgewählten und präzisen Zeitintervall naoh dem Auftreten eines Startsignals und in Übereinstimmung mit Zeitintervalldaten, die in einem Lade/ Einstellsignal enthalten sind, ein Ausgangssignal liefert, gekennzeichnet durch

- einen Oszillator, der ein Taktsignal mit einer Serie von Taktimpulsen liefert;

- eine Steuereinrichtung, die auf das Lade/Einstellsignal, das Startsignal.und das Taktsignal anspricht und ein Akkumuli er ungssignal liefert, welches einen Zeitintervall des Taktsignals enthält, dessen Länge in Übereinstimmung mit den Lade/ Einstellsignal-Zeitintervalldaten bestimmt ist, und ein Abwärtszählsignal liefert, welches vom Startsignal ausgelöst wird und eine von der Taktsignalfrequenz abgeleitete Frequenzrate hat, und

- einen Zähler, der auf das Abwärtszählsignal und das Akkumuli er ungssignal anspricht und die Anzahl Taktimpulse im Akkumuli er ungssignal zählt, um eine Zeitzählung zu schaff en^ und

auch von der Zeitzählung in Übereinstimmung mit der Frequenzrate des Abwärtszählsignals abwärtszählt und ein Ausgangssignal liefert, wenn die Zählung einen vorherbestimmten Zählzustand erreicht.
2. Digitaler Zeitgeber nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß das Lade/Einstellsignal ein Aufladeintervall enthaltend daß der Zeitgeber eine Energiespeichereinrichtung aufweist, die die im Stellsignal- Aufladungs-Intervall gelieferte Energie speichert und der Vorrichtung die gesamte Betriebsenergie liefert.
3. Digitaler Zeitgeber nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator ein kristallgesteuerter Oszillator ist.
4. Digitaler Zeitgeber nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Lade/Einstellsignal -Z ei tint ervall daten von einem Teil des Lade/Einsteilsignals bestimmt sind, der ein vorherbestimmtes Spannungsniveau hat, welches sich vom Rest des Lade/Eins teilsignals unterscheidet, und daß die Steuereinrichtung ein Gatter aufweist, welches auf einen Aufwärtszählimpuls und das Taktsignal anspricht und das Akkumulierungssignal liefert, wobei das Taktsignal immer dann in das Akkumulierungssignal eingeschlossen wird, wenn das Lade/Einstellsignal das vorherbestimmte Spannungsniveau hat, und der Aufwärtszählimpuls von den Zeitintervalldaten abgeleitet ist, sowie einen skalierurgszähler, der auf das Taktsignal und das Startsignal anspricht und das Abwärtszählsignal liefert, welches zum Taktsignal in Übereinstimmung mit einem vorherbestimmten Verhältnis proportional ist.
5. Digitaler Zeitgeber nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler ein Aufwärts-Abwärts-Zähler ist.
6. Digitaler Zeitgeber nach Anspruch U-,

dadurch gekennzeichnet, daß das vorherbestimmte Verhältnis des Skalierungszählers 1000:1 ist.
7. Digitaler Zeitgeber nach Anspruch 1 und k,

dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung einen Dekodierer aufweist, der Zeitintervalldaten vom Lade/Einsteilsignal ableitet.
8. Digitaler Zeitgeber nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß eine Treiberstufe vorgesehen ist, die auf das Ausgangssignal anspricht und einen Ausgangsimpuls von hoher Energie liefert.
9. Digitaler Zeitgeber nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, daß die Treiberstufe ein regenerativer Schalter ist.
10. Verfahren zur Abgabe eines Ausgangssignals in einem ausgewählten und präzisen Zeitintervall nach dem Auftreten eines Startsignalsundinübereinstimmung mit Zeitintervalldaten, die innerhalb eines Einstellsignals geliefert werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Taktfrequenz zur Verfügung gestellt wird, die eine Serie von Taktimpulsen enthält, daß die Taktimpulse während eines von den Zeitintervalldaten bestimmten Intervalls gezählt werden, um eine Zeitzählung zu schaffen, daß von der Zeitzählung in Abhängigkeit von dem Startsignal mit einer Rate abwärtsgezählt wird, die zur Taktfrequenz proportional ist, und daß das Ausgangssignal geliefert wird, wenn die Zählung Null erreicht.
11. Verfahren nach Anspruch 10,

dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitintervalldaten einen Teil des Einstellsignals aufweisen, der ein vorherbestimmtes Spannungsniveau hat, und daß beim Zählen des Taktimpulses auch der Teil des vorherbestimmten Spannungsniveaus innerhalb des Einstellsignals detektiert wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10,

dadurch gekennzeichnet, daß beim Abwärtszählen zum Ableiten der Abwärtszählrate die Taktfrequenz durch eine vorherbestimmte ganze Zahl dividiert wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12,

dadurch gekennzeichnet, daß die Taktfrequenz durch 1000 dividiert wird.
14. Digitaler, Eindrahtzeitgeber_f der in einer ausgewählten und präzisen Zeitspanne nach dem Auftreten eines Startsignals in Übereinstimmung mit in einem Lade/Einsteilsignal enthaltenen Zeitintervalldaten einen Ausgangsimpuls liefert,

gekennzeichnet durch einen Kristalloszillator, der ein Taktsignal liefert, eine Detektoreinrichtung, die die Zeitintervalldaten von dem Einstellsignal ableitet und einen Aufwärtszählimpuls liefert, dessen Breite von den Zeitintervalldaten bestimmt ist, eine Gattereinrichtung, die auf den Aufwärtszählimpuls und das Taktsignal anspricht und ein Akkumulierungssignal liefert, welches das Taktsignal enthält, sobald der Aufwärtszählimpuls vorhanden ist, eine Frequenzteilereinrichtung, die auf das Startsignal und das Taktsignal anspricht und ein Abwärtszählsignal liefert, welches durch das Startsignal ausgelöst wird und eine Frequenz hat, die zur Taktfrequenz proportional ist, von der sie abgeleitet ist, und einen binären Aufwärts-Abwärts-Zähler, der auf das Akkumulierungssignal und das Abwärtszählsignal anspricht und die Anzahl der im Akkumulierungssignal vorhandenen Impulse zur Schaffung einer Zeitzählung zählt und ferner bei Beginn des Abwärtszählsignals von der Zeitzählung mit der Abwärtszählsignalrate abwärtszählt und den Ausgangsimpuls liefert, wenn die Zählung Null erreicht.
15· Digitaler Zeitgeber nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichne t, daß das Lade/Einstell-

signal ein Leistungssteigerungsintervall enthält, um der Vorrichtung Energie zuzuführen, und daß der Zeitgeber einen Kondensator aufweist, der die Energie vom Leistungssteigerungsintervall speichert und dessen Kapazität ausreicht, um genügend Energie zu speichern, die die gesamte Betriebsleistung für den Zeitgeber liefert, einschließlich der Energie für den Ausgangsimpuls von hoher Energie.
16. Digitaler Zeitgeber nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher ein Kondensator ist.
17. Digitaler Zeitgeber nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß das Startsignal von einem Schalterschließvorgang geliefert wird.
18. Digitaler Zeitgeber nach Anspruch 17,

dadurch gekennzeichne t, daß der Schalterschließvorgang von einem Trägheitsschalter geliefert wird.
19· Digitaler Zeitgeber nach Anspruch 1 und k, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung das Lade/Einstellsignal auf einer einzigen Leitung empfängt.

2 0. Digitaler Zeitgeber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Taktintervalls, welches in das Akkumulierungssignal eingeschlossen ist, im wesentlichen der Länge desjenigen Teils des Lade/ Einstellsignals gleich ist, der das vorherbestimmte Spannungsniveau hat.

21, Digitaler Zeitgeber nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitintervalldaten die Länge desjenigen Teils des Lade/Einstellsignals mit vorherbestimmtem Spannungsniveau aufweisen, und daß ein Dekodierer vorgesehen ist, der die Länge des Teils von vorherbestimmtem Spannungsniveau detektiert und den Aufwärtszählimpuls

liefert, der im wesentlichen die gleiche Breite hat wie die detektierte Länge.

22. Digitaler Zeitgeber nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine Vorbereitungseinrichtung aufweist, die auf das Lade/ Einstellsignal anspricht und innerhalb eines vorherbestimmten Zeitintervalls nach Anlegen des Lade/Einstellsignals die Steuereinrichtung zurückstellt und den Zähler voreinstellt.

23. Digitaler Zeitgeber nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichne t, daß das Lade/Einsteilsignal dem Zeitgeber über eine Ladeleitung und eine von der Ladeleitung gesonderte Einstelleitung zugeführt wird, und daß die Steuereinrichtung auf das Signal der Einstelleitung anspricht und für den Zähler das Akkumulierungssignal liefert, und daß eine Energiespeichereinrichtung vorgesehen ist, die auf das Signal der Ladeleitung anspricht und die im Ladeleitungssignal gelieferte Energie speichert und die gesamte Betriebsenergie für die Vorrichtung liefert.

2*K Digitaler Zeitgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lade/Einstellsignal positive und negative Spannungsniveaus enthält, und daß die Steuereinrichtung einen Gleichrichter enthält, der das Lade/Einstellsignal empfängt und der Steuereinrichtung zur Weiterverarbeitung nur die Teile des Lade/Einstellsignals mit positivem Spannungsniveau zuführt.

25. Digitaler Zeitgeber nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitintervalldaten im Einstelleitungssignal ein bestimmtes Intervall positiver Spannung aufweisen, und daß die Steuereinrichtung einen Dekodierer enthält, der aus dem Einstelleitungssignal die Länge des positiven Spannungsintervalls ableitet, und daß das von der Steuereinrichtung gelieferte Akkumulierungssignal ein In-

tervall des Taktsignals enthält, dessen Länge im wesentlichen der Länge des positiven SpannungsIntervalls qleich ist.

26. Digitaler Zeitgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator ein piezokeramisch gesteuerter Oszillator ist.