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Diskriminator für mechanische Bewegungsrichtungen Die Erfindung bezieht
sich auf einen Diskriminator für mechanische Bewegungsrichtungen. Der neue Diskriminator
ist dadurch gekennzeichnet, daß zwei einander versetzte, von den mechanischen Bewegungen
abgeleitete Impulsreihen je einer Schmitt-Triggerstufe zugeleitet und die differenzierten
negativen und positiven Ausgangsimpulse der einen Schinitt-Triggerstufe entsprechend
mit den beiden um 1800 unterschiedlichen Ausgangsspannungen der anderen Schmitt-Triggerstufe
zusammen an je eine der jeweiligen Bewegungsrichtungsanzeige zugeordnete Ausgangsstufe
geführt werden, vor denen eine die Ausgangsspannungen der zuletzt genannten Schmitt-Triggerstufe
unterdrückende Schwellenvorrichtung liegt.
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Der Diskriminator nach der Erfindung zeichnet sich durch äußerst
geringe Totzeiten zwischen dem Richtungswechsel aus, d.h., die Anzeige folgt den
Richtungswechseln momentan, da nur die Ansprechzeit der Schmitt-Tnggerstufen, die
die für mechanische Richtungsänderungen erforderliche Zeit bei weitem unterschreitet,
zu berücksichtigen ist.
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Vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten für eine solche Einrichtung
ergeben sich bei der Obere wachung von Durchgängen, Transportstraßen und Förderbändern
sowie für die elektrische Anzeige mechanisch sich einpendelnder Vorgänge, z. B.
Zeigerstellungen einer Waage.
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Die Zeichnung stellt Ausführungsbeispiele dar.
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Es zeigt Fig. 1 eine Abtastanordnung mit einer Lochscheibe, Fig. 2
bis 5 Impulsdiagramme, Fig. 6 ein Blockschema, Fig. 7 eine Schaltungsanordnung des
neuen Diskriminators, Fig. 8 eine Transistor-Schaltungsanordnung, Fig. 9 ein Impulsdiagramm
für die Schaltung nach Fig. 8.
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Das Prinzip des Diskriminators läßt die Anordnung nach Fig. 1 erkennen.
Eine Scheibe 1 ist um ihre Achse 2 drehbar angeordnet. Diese Scheibe ist am Rande
mit zwei Lochreihen 3 und 4 versehen, die gegeneinander um eine halbe Lochbreite
versetzt sind. Der Abstand der Löcher 3' bzw. 4' einer Reihe untereinander beträgt
mindestens eine Lochbreite.
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Auf einer Seite der Scheibe 1 sind übereinander zwei Lampen 5 und
5' angeordnet, denen je eine Lochreihe 3 bzw. 4 gegenübersteht. Auf der anderen
Seite der Scheibe 1 befindet sich auf gleicher Höhe je eine lichtempfindliche Zelle
6 bzw. 7, von der mittelbar oder unmittelbar eine Schmitt-Triggerstufe
angesteuert
werden kann. Die Abtastanordnung, die sowohl rotierende als auch längsverlaufende
Impuls reihen aufnehmen kann, ist nicht auf lichtoptische Vorrichtungen beschränkt.
Mit gleichem Vorteil sind auch magnetisch-induktive oder mechanisch-elektrische
Abtastanordnungen anwendbar wesentlich ist nur, daß den Schmitt-Triggerstufen geeignete
Eingangsspannungen angeliefert werden.
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Nach Fig. 6 werden die Impulse der Schmitt-Triggerstufe 8 in KanalI
von der zweiten Anode 9 (Fig. 7) abgegriffen und durch CR-GliederlO bzw.
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11 differenziert. Die Impuls spannungen der Schmitt-Triggerstufe 12
des Kanals II werden von den Anoden 13 und 14 (Fig. 7) beider Röhrensysteme abgenommen.
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Die Ansprechzeitpunkte der beiden Schmitt-Triggerstufen 8 und 12
sind entsprechend der Lage der einzelnen Lochreihen 3 und 4 in der Scheibe 1 gegeneinander
versetzt. Die bei 10 und 11 differenzierten Impulse werden an den Spannungsteilern
17 und 18 mit den von den Anoden 13 und 14 abgeleiteten rechtecktörmigen Spannungen
zusammen geführt, nachdem jeweils die entsprechenden polarisierten Impulse durch
die Gleidirichter 15 bzw. 16 unterdrückt werden.
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Je nach Drehrichtung A oder B erhält man aus KanalI sowie aus den
beiden Ausgängen des Kanals II die in Fig. 2 bzw. 3 dargestellten Impulsfolgen.
Die für die weiteren Betrachtungen wichtigen Impulse sind in den Figuren schraffiert
dargestellt.
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Wenn man nun negative Impulse aus Kanal 1 nur zu den Impulsen am
Ausgang des ersten Röhrensystems von Kanal II addiert, so kann eine Addition mit
gleichen Vorzeichen bei DrehrichtungA stattfinden.
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Addiert man andererseits positive Impulse aus Kanal 1 nur zu den
Impulsen vom zweiten Röhrensystem des Kanals II, dann erfolgt eine entsprechende
Addition bei Drehrichtung B.
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In den genannten Fällen entstehen Impulsfolgen, wie sie Fig. 4 zeigt.
Von diesen Impuls summen wird der Sockelimpuls, wie erwähnt, mit Hilfe vorgespannter
Dioden abgeschnitten. Die Summenimpulse, wie sie außerdem aus einem negativen Impuls
mit einem positiven Sockelimpuls und umgekehrt entstehen können, bleiben unter dem
Abschneidepotential der vorgespannten Dioden. Eine besondere Betrachtung erfordert
die Richtungsumkehr. Im Beispiel nach Fig. 1 kann die Scheibe 1 in jeder beliebigen
Stellung ihre Drehrichtung wechseln. Grundsätzlich bestehen für die Lage des Umkehrpunktes
drei Möglichkeiten, die in Fig. 5 als Impulsfolge-Zeit-Diagramm dargestellt sind.
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Für den Fall a entsteht die Beleuchtungsfolge in den Kanälen I bzw.
II: I hell, II hell, I dunkel, II dunkel Umkehr.
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II hell, I hell, II dunkel, I dunkel.
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Vor- und Rückwärtsimpuls entstehen aus den Summen der jeweils gleichzeitig
erscheinenden schraffiert dargestellten Impulse.
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Für den Fall b lautet die Beleuchtungsfolge in den Kanälen I und
II: I hell, II hell, I dunkel Umkehr.
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I hell, II dunkel, I dunkel.
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Vor- und Rückwärtsimpuls entstehen auch hier aus der Addition von
jeweils zwei der schraffierten Impulse in den Kanälen 1 und II. Da der Kanal II
jedoch auch für den Umkehrzeitpunkt angesprochen bleibt, können Vor- und Rückwärtsimpuls
theoretisch beliebig nahe aneinanderrücken, d. h. die Zeit 8 beliebig klein werden.
In der hier beschriebenen Anordnung wird 8 in der Größenordnung von Mikrosekunden
breit, da anderenfalls der Schmitt-Trigger seine Lage nicht verändert. In mechanischen
Systemen ergeben sich überdies in der Nähe des Richtungsumkehrpunktes relativ kleine
Bewegungsgeschwindigkeiten wegen der Massenträgheit, so daß 8 wesentlich durch die
auftretende Beschleunigung und den Weg gegeben ist, der an den Abtastorganen eine
Ausgangsspannungsänderung erzeugt, die den Schmitt-Trigger in eine andere Lage kippt.
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Für den Fall c ist die Beleuchtungsfolge in den Kanälen I und II:
I hell, II hell Umkehr.
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II dunkel, I dunkel.
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Zu keinem Zeitpunkt erscheinen Impulse aus Kanal 1 und Kanal II gleichzeitig.
Infolgedessen entsteht kein Ausgangsimpuls.
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Die Darstellung der Impulsfolgen gilt für den Drehrichtungsübergang
A - B (von links nach rechts) und von rechts nach links für den Richtungsübergang
R - A. Statt der Fotozellen können auch zwei Fotoleiter verwendet werden, die den
Vorteil haben, daß keine zwischengeschalteten Verstärker- oder Formierungsstufen
mehr notwendig sind.
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Wie bereits beschrieben, werden jeweils im Falle des gleichen Vorzeichens
des differenzierten Impulses und des Rechteckimpulses der Summenimpuls in Höhe des
Sockelimpulses mittels der Dioden 15 und 16 abgeschnitten. Um die Schmitt-Triggerstufe
12 des Kanals II möglichst nicht zu belasten und um eine weitgehende Unterdrückung
der Sockelimpulse zu erreichen, erfolgt das Zusammenführen der
Spitzen- und Rechteckimpulse
relativ hochohmig über die Widerstandskette 17 sowie die Widerstandskette 18. Infolge
dieser Hochohmigkeit sind die so gewonnenen Ausgangsimpulse nicht belastbar. Deshalb
ist der Ausgang au mit einer Anodenbasisstufe 19 versehen. Der Impuls vom Ausgang
b11 wird mit der Anodenverstärkerstufe 20 verstärkt und um 1800 gedreht. Damit liefern
beide Ausgänge negative Impulse.
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Die Dioden 21 und 22 sind nicht unbedingt erforderlich. Sie dienen
jedoch dazu, die Restspannungen in den Ausgangskanälen zu reduzieren.
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Mit der Diode 23 wird das Anodenpotential von 13 im leitenden Zustand
auf einer vorgegebenen Höhe festgehalten. Damit wird dieses Potential weitgehend
unabhängig von der Röhrenalterung.
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Zur Abtastung reicht unter Umständen auch nur eine Lochreihe aus.
Die räumliche Versetzung der Impulse kann hierbei ohne Schwierigkeiten durch eine
entsprechende Justierung der Abtastorgane erreicht werden. Wenn die abzutastenden
Löcher oder Gegenstände relativ große Abmessungen gegenüber einer Lichtschranke
haben, so kann die Abtastung z. B. mit zwei nebeneinander angeordneten Lichtquellen
am Einzelstück erfolgen. Eine solche Anordnung ist besonders geeignet für die Erfassung
selbststrahiender Gegenstände, z. B. Glühteile. In diesem Fall sind die sonst erforderlichen
Lampen überflüssig.
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Statt der beschriebenen Röhren können auch Transistoren angewendet
werden. Jedoch ist dabei eine abgewandelte Art der Schaltung vorteilhaft, deren
Schema die Fig. 8 zeigt. Mit 5 und 5' sind wieder die Lampen bezeichnet, hinter
denen sich die Scheibe 1 bewegt. Die Lichtaufnehmer 6 und 7 bestehen je aus einer
Fotodiode 23 bzw. 23' und einer Transistorstufe 24 bzw. 24', die an die Schmitt-Triggerstufe
25 bzw. 25' angeschlossen sind. Hinter diesen Schmitt-Triggerstufen kann je eine
weitere, nicht gezeichnete, Transistorstufe vorgesehen sein, denen monostabile Kippstufen
27 und 28 im Kanal I folgen. Die Ausgänge der Schmitt-Triggerstufe 25' und der Multivibratorstufe27
sind einem Und-Tor 30, die Ausgänge der Multivibratorstufe 28 und der genannten
Schmitt-Triggerstufe einem Und-Tor 29 zugeführt. Statt der monostabilen Kippstufen
können auch einfache Differenzierglieder vorgesehen sein.
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Im einfachsten Falle braucht nur ein Differenzierglied hinter die
Schmitt-Triggerstufe 25' geschaltet zu werden, während die Ausgänge der Schmitt-Triggerstufe
25 unmittelbar auf die Und-Tore geschaltet werden.
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Der Impuls des KanalsII bereitet ein Und-Tor vor, während jeweils
die positive Flanke des Impulses aus KanalI den monostabilen Multivibrator anstößt.
Erscheinen die Impulse in der zeitlichen Folge Kanal II, Kanal 1, so ist das Und-Tor
29 vorbereitet, und der Impuls aus dem monostabilen Multivibrator 28 erscheint am
Ausgang des Und-Tores. Bei der zeitlichen Folge Kanal 1, Kanal II erscheint der
Impuls aus dem monostabilen Multivibrator 28, bevor das Und-Tor 29 durch den Impuls
aus Kanal II freigegeben wurde, und das Tor bleibt gesperrt. Die gleichen Vorgänge
gelten für eine umgekehrte zeitliche Folge, also für die Rückwärtszählung, wenn
statt des direkten Impulses aus Kanal 1 der invertierte Impuls verwendet wird. Der
invertierte Impuls kann entweder durch den Abgriff
vom ersten Kollektor
26 der Schmitt-Triggerstufe 25 des Kanals 1 oder mit Hilfe einer Inverterstufe aus
dem normalen Ausgangsimpuls vom zweiten Kollektor 26' gewonnen werden.
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Das in Fig. 8 dargestellte Impulsschema zeigt das Auftreten der Impulse
an den einzelnen Stufen.