DE2711597A1

DE2711597A1 - Wandler zur erzeugung elektrischer signale, die eine funktion mehrerer verschiedener parameter sind

Info

Publication number: DE2711597A1
Application number: DE19772711597
Authority: DE
Inventors: Albert Lewis Fowler; Alan Graham Henderson; Alastair Kershaw Stevenson; David Martin Walker
Original assignee: Hughes Microelectronics Ltd
Current assignee: Hughes Microelectronics Ltd
Priority date: 1976-03-23
Filing date: 1977-03-17
Publication date: 1977-10-06
Also published as: JPS52114832A; FR2345849A2; US4092852A; IT1115273B; CA1084608A

Description

Die Erfindung betrifft einen Wandler zur Erzeugung elektrischer Signale, die eine Funktion mehrerer verschiedener Parameter sind.

Solche Parameter können z.B. Verschiebungen oder Temperaturen sein.

In der US-PS 3 942 002, die der deutschen Patentanmeldung P 24 33 295.4 entspricht, ist ein Wandler für Verschiebungen beschrieben, der beispielsweise zur Messung des Vakuums im Einlaßstutzen einer Verbrennungskraftmaschine Verwendung finden kann. Dieser bekannte Wandler weist ein durchscheinendes, bewegliches Teil auf, das in Abhängigkeit von dem zu überwachenden Parameter bewegt wird. Das bewegbare Teil weist einen Schlitz auf, durch den Licht von zwei Quellen tritt, und zwar in relativen Anteilen, die von der Lage des Schlitzes

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und damit des beweglichen Teils abhängen. Die Lichtquellen sind durch impulsförmige Wellenformen gespeist, wobei die Pulslänge aufeinanderfolgend sinus- bzw. kosinusförmig moduliert ist, wobei die sinusförmige und kosinusförmige Modulation die gleiche Frequenz haben. Das von dem Schlitz durchgelassene Licht trifft auf einen Detektor, der ein entsprechendes Signal erzeugt, dessen Phase ein Maß für die relativen Anteile des Lichts von den beiden Quellen in dem Gesamtlichtstrom ist, der auf den Detektor trifft, und so die Lage des Schlitzes angibt. Dieses Signal wird verstärkt und in eine Rechteckform umgeformt und dann durch ein Harmonischenfilter geführt, um so die Verunreinigung des Signals durch Harmonische der Frequenz der Speisequellensignale zu verringern. Das Filter bewirkt jedoch eine unerwünschte Phasenverschiebung und beeinträchtigt außerdem die Rechteckförmigkeit der Wellenform. Das Signal wird wieder zu einem Rechteck geformt und dann durch einen Schwellwertdetektor zur Störsignalverringerung geführt und dann in einen Zähler eingespeist, der Taktimpulse während der Zeitspanne jedes Impulses des Signals zählt, so daß der resultierende Zählwert, unter Vernachlässigung des Phasenfehlers, die Phase des Signals wiedergibt. Um die durch Harmonischenf ilterung usw. eingeführten Phasenfehler zu eliminieren, wird eine der Quellen so geschaltet, daß periodisch das von den beiden Quellen gelieferte Licht in Phase ist. Das Ausgangssignal des Zählers ist während solcher Zeitspannen ein Maß für den Phasenfehler. Durch Schalten des Zählers mit der Schaltgeschwindigkeit der Phase der geschalteten Lichtquelle derart,

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daß der Zähler abwechselnd ansteigt oder abnimmt, zeigt der Zählwert am Ende eines Anstiegs- und eines Abfallzyklus die gewünschte angeschlossene Phase an.

Dieser vorbekannte Wandler hat mehrere Nachteile. Einer besteht darin, daß er nur einen Verschiebungsparameter anzeigen kann, während es in der Praxis oft erforderlich ist, mehr als einen Parameter gleichzeitig zu überwachen, insbesondere dann, wenn die Arbeitsbedingungen einer Verbrennungskraftmaschine zu überwachen sind. Darüber hinaus können nicht alle Arbeitsparameter einer Verbrennungskraftmaschine ohne weiteres als Verschiebung dargestellt werden, und somit hat der vorbekannte Wandler ein begrenztes Anwendungsfeld und er ist nicht für ein kompliziertes Arbeitssystem wie beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine geeignet. Darüber hinaus ist die mit einer optischen Verschiebung arbeitende Abtasteinrichtung nicht zur Messung aller Arten von Verschiebungsparametern geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wandler der betreffenden Art zu schaffen, der für mehrere Parameter geeignet ist, die nicht notwendigerweise Verschiebeparameter sein müssen. Der zu schaffende Wandler soll für die Messung von Temperaturen, Gasströmungsgeschwindigkeiten und Sauerstoffanteilen eines gasförmigen Stromes geeignet sein. Er soll sich insbesondere zur Gesamtüberwachung der Arbeitsbedingungen bei einer Verbrennungskraftmaschine eignen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebene Lehre gelöst. Hiernach ist ein Wandler vorgesehen, der einen Signalgenerator

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aufweist, der erste und zweite Signalzüge mit der gleichen Frequenzcharakteristik bildet. Eine Steuereinrichtung dient zur Änderung der relativen Phasen der Signalzüge während aufeinanderfolgender Perioden oder Zeitspannen. Diese Zeitspannen haben z.B. eine gleiche Dauer, und während einer Zeitspanne sind die Signale in Phase, während sie während der nächsten Zeitspanne in Phasenquadraturbeziehung umgeschaltet sind. Die durch die Steuereinrichtung gebildeten beiden Signale werden in mehrere Abtasteinrichtungen eingespeist, die auf Parameter, wie beispielsweise Verschiebung, Temperatur oder Gasströmungsgeschwindigkeit ansprechen. Die Abtasteinrichtungen kombinieren selektiv die ersten und zweiten Signalzüge und bilden ein Summensignal, das während der ersten Periode oder Zeitspanne eine Bezugsphase und während der zweiten Periode eine Phase liefert, die ein Maß für den Parameter ist, der von der Einrichtung abgetastet wird. Eine Auswahleinrichtung dient zur Auswahl des Summensignals von den verschiedenen Abtasteinrichtungen, jeweils eines zu einer Zeit, und das ausgewählte Summensignal wird in einen Verarbeitungskreis eingespeist, der die Phase des ausgewählten Summensignals während der ersten und zweiten Perioden vergleicht und davon ein Phasenmeßsignal ableitet, das ein Maß für den abgetasteten Parameter und im wesentlichen frei von Fehlern ist. Bei Gebrauch des Wandlers liefert der Verarbeitungsschaltkreis eine Folge von Ausgangssignalen, die jeweils ein Maß eines der Parameter ist, der die von den verschiedenen Abtasteinrichtungen abgetastet werden. Alles des Wandlers, abgesehen von den Abtasteinrichtungen,

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läßt sich als integrierte Leiterplatte (LSI) in großem Maßstab herstellen, er kann mit Vorteil zur überwachung der Arbeitsbedingungen einer Verbrennungskraftmaschine verwendet werden, um Information für die Steuerung der Funkenzündung der Maschine zu liefern. Der Wandler ist somit billig zu fertigen, höchst zuverlässig und im Lauf sehr genau. Darüber hinaus kann er zur Überwachung einer großen Vielfalt von verschiedenen Parametern dienen, so daß er bei vielen verschiedenen Arten von Maschinen anwendbar und für die Messung verschiedener Arten von Parametern geeignet ist.

Die Abtasteinrichtungen für die Parameter weisen zweckmäßigerweise wenigstens eine Einrichtung auf, die erste und zweite Impedanzelemente enthält, die mit dem Ausgang für das Summensignal verbunden und in die die ersten und zweiten Signalzüge von der Steuereinrichtung eingespeist sind, wobei die Einrichtung ferner enthält Mittel zur Änderung der von den Impedanzelementen gebildeten Impedanz in Abhängigkeit von dem Wert eines der Parameter, um so die relativen Anteile der ersten und zweiten Signale zu steuern, die an dem Ausgang des Summensignals kombiniert sind, um so die Phase des Summensignals in Abhängigkeit von dem Wert des Parameters zu steuern. Eine solche Einrichtung kann Verschiebungen, Temperaturen oder Gasströmungsgeschwindigkeiten abtasten.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß wenigstens eine der Abtasteinrichtungen für die Parameter auf Verschiebungen anspricht und aufweist erste und zweite Spulen zur Aufnahme der ersten und zweiten Signale von der Regeleinrichtung, dritte und vierte Spulen, die zusammengeschaltet

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sind und so das Summensignal bilden, einen festen Schirm, in dem sich Ausnehmungen befinden, die Pfade für einen magnetischen Fluß zwischen den ersten und dritten Spulen bilden bzw. zwischen den zweiten und vierten Spulen, und einen in Abhängigkeit von dem genannten Parameter bewegten, beweglichen Schirm, in dem sich Ausnehmungen befinden, die so angeordnet sind, daß der bewegliche Schirmdie Flußpfade selektiv in Abhängigkeit von den relativen Stellungen des Schirmes abdeckt.

Der Wandler gemäß der Erfindung kann außerdem eine Abtasteinrichtung aufweisen, die auf eine Spannung anspricht, die z.B. von einem Zirkondioxidsauerstofftaster abgegeben ist, um so den Wandler z.B. auf den Sauerstoffanteil der Abgase einer Verbrennungskraftmaschine ansprechbar zu machen.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Wandlers gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ist ein detailliertes Blockschaltbild eines Gegentaktamplitudenmodulators gemäß Fig. 1,

Fig. 3 ist ein detailliertes Blockschaltbild eines Vektorsignalvervielfacher gemäß Fig. 1,

Fig. 4 ist ein detailliertes Blockschaltbild eines linearen Demodulators gemäß Fig. 1,

Fig. 5 verdeutlicht verschiedene Wellenformen, die von dem Wandler bei Betrieb abgegeben werden,

Fig. 6 ist ein Blockschaltbild einer anderen Abtasteinrichtung für Verschiebungen zur Verwendung

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AS 27 Vl 597

bei einem Wandler gemäß Fig. 1,

Fig. 7 ist ein Blockschaltbild einer Temperaturabtasteinrichtung zur Verwendung bei einem Wandler gemäß Fig. 1,

Fig. 8 ist ein Blockschaltbild einer anderen Temperaturabtasteinrichtung ,

Fig. 9 ist ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur

Abtastung von Gasströmungsgeschwindigkeiten, Fig. 10 ist ein Vektordiagramm, das die Ausgangswellenform verdeutlicht, die von der Abtasteinrichtung für Verschiebungen abgegeben wird,

Fig. 11 ist ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Ausgangssignals mit einer Phase, die die Größe einer Spannung anzeigt, die z.B. von einem Zxrkondioxidsauerstofftaster abgegeben wird,

Fig. 12 bis 14 sind Vektordiagramme, die die Funktion der

Schaltungsanordnung gemäß Fig. 11 verdeutlichen, Fig. 15 ist ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines Ausgangssignals, dessen Phase die Größe einer Eingangsspannung anzeigt.

In Fig. 1 ist ein Wandler dargestellt, der mehrere Abtasteinrichtungen 1 zur Abtastung von Verschiebungen aufweist, von denen jedoch nur eine dargestellt ist und die mit Signalen von einem Generator 2 gespeist sind. Ausgangssignale der Abtasteinrichtungen werden, jeweils nur eine zu einer Zeit, in einen

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Prozeßkreis 3 eingespeist, der allgemein in der in der zuvor genannten US-PS 3 942 002 beschriebenen Weise arbeitet. Die von dem Prozeßkreis 3 abgeleitete Verschiebeinformation wird in einem Speicher 4 zur weiteren Anzeige und Verarbeitung gespeichert.

Jede der Abtasteinrichtungen 1 weist vier gleiche Spulen L1 - L4 auf, zwischen denen ein beweglicher Schirm 5 angeordnet ist. Die Spulen L1 und L2 erhalten Signale von dem Generator 2 über einen Gegentaktmodulator 6 und induzieren jeweils Signale in den Spulen 3 und 4 in Abhängigkeit von der Lage des beweglichen Schirmes 5, der selektiv die Verknüpfung des magnetischen Flusses zwischen den Spulen L1 , L3 und L2, L4 steuert. Der Schirm 5 weist Löcher 5A auf, die in einer gegebenen Lage zu Löchern in einem festen Schirm 6A ausgerichtet sind und so Durchlässe zwischen den Spulen bilden, in denen der Fluß im wesentlichen eine gleiche seitliche Dichte hat. Eine Bewegung der Schirme weg von der vorgegebenen Lage bewirkt eine selektive Abdeckung der Durchlässe, wodurch das Verhältnis der Flußverknüpfung zwischen den Spulen L1, L3 und L2, L4 geändert wird. In einem typischen Fall sind drei Abtasteinrichtungen für Verschiebungen vorgesehen, und in einem solchen Fall kann der Wandler vorteilhafterweise dazu eingesetzt werden, elektrische Signale zu liefern, die eine Funktion der Betriebsparameter beispielweise einer Verbrennungskraftmaschine sind.

Beispielsweise kann der bewegliche Schirm 5 der Abtasteinrichtungen mit einer Vakuummembran verbunden sein, wobei

— 4
z.B. eine Verschiebung von 4 χ 10 mm (1/60000 eines Zolls)

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einem Unterdruck im Ansaugstutzen von 0 bis z.B. 6 50 mm entspricht. Außerdem kann der bewegliche Schirm 5 mit einem Temperaturausdehnungstaster verbunden sein, der über ein Kapillarrohr mit einer Betätigungsmembran gekoppelt ist, gegenüber der sich eine Hochdruckflüssigkeit unter dem Einfluß der Temperatur des Tastkolbens ausdehnt, wobei die Kapillarverbindung z.B.

-4 eine Bewegung der Membran von z.B. 4 χ 10 mm (1/60000 eines Zolls) für den typischen Temperaturbereich von -20 bis +120⁰C liefert. Außerdem kann der bewegliche Schirm 5 mit einem Getriebe zur Umwandlung des Winkels der Drosselklappe verbunden sein, die mit dem Gaspedal der Maschine verbunden ist, so daß

-4
wieder eine Verschiebung von 4x10 nun (1/60000 eines Zolls) der vollen Winkelbewegung entspricht.

Die EingangsspulenLi der Abtasteinrichtungen 1 erhalten digitale Signale, die aus einem gleichmäßigen Zug von Impulsen besteht, deren Länge sinusförmig moduliert ist, wobei die PuIslängenmodulationsfolge so gewählt ist, daß das Signal eine große sinusförmige Komponente enthält. Die an die Spule L2 angelegten Signale haben eine identische Wellenform wie die Signale der Spule L1, stehen jedoch in Phasenquadraturbeziehung und enthalten somit eine wesentliche kosinusförmige Komponente. Die Signalzüge für die Spulen L1, L2 werden durch Schalten innerhalb des Generators 2 gewonnen, und jeder Zug hat eine Wellenform der in Fig. 5A verdeutlichten Art, die der in den Fig. 3A der US-PS 3 942 002 entspricht.

Von dem Generator gelangen zwei Ausgangssignale über Leitungen 7 und 8 an den Gegentaktmodulator 6. Ein Ausgangssignal

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wird direkt von dem Generator auf die Leitung 7 abgeleitet und besteht aus einer pulslängenmodulierten Folge mit einer großen sinusförmigen Komponente. Das andere Ausgangssignal steht auf der Leitung 8 und kann direkt von der Leitung 7 oder der Leitung 7a durch Steuerung mittels eines elektronischen Schalters 9 abgeleitet werden. Leitung 6a ist mit der Leitung 6 über einen Schaltkreis 10, der eine 90"-Verschiebung bewirkt, verbunden. Das zur Einspeisung in die Spule L2 dienende Signal kann somit von einem sinusförmigen in ein kosinusförmig längenmoduliertes Signal umgeschaltet werden. Das in die Spule L1 eingespeiste Signal ist jedoch immer mit dem sinusförmigen Signal moduliert.

Vor der Einspeisung in die Spulen L1 und L2 dienen die Signale auf den Leitungen 7 und 8 zur Amplitudenmodulation eines Trägers, der eine hohe Frequenz in bezug zu der Pulslängenmodulation hat, um so die Größe der Spulen L1 und L2 zu verringern, die erforderlich ist, um Signale in den Spulen L3 und L4 zu induzieren. Die Amplitudenmodulation erfolgt durch einen Gegentaktmodulator 6, der Gruppen von hochfrequenten Taktimpulsen zu den Spulen L1, L2 der Tasteinrichtungen durchschaltet, wobei die Länge der Gruppen von

der Länge der Impulse der pulblängenmodulierten Signale auf den Leitungen 7 und 8 abhängt. Der Gegentaktmodulator wird nachfolgend im einzelnen unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben.

Die pulslängenmodulierten Signale von dem Generator 2 gelangen an den Modulator über Leitungen 7 und 8, und Taktim-

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pulse von einem Taktimpulsgenerator 11 gelangen als Träger an den Modulator. Der Modulator weist zwei im wesentlichen identische Schaltkreiselemente auf, die jeweils einer der Leitungen 7, 8 zugeordnet sind und von denen eines, das der Leitung 7 zugeordnet ist, nachfolgend genauer beschrieben wird. Das Schaltkreiselement weist ein UND-Gatter 12 mit zwei Eingängen und zwei NUND-Gatter 12a auf, deren Eingang jeweils mit Leitung 7 verbunden ist. Der Eingang des NUND-Gatters 12a erhält Taktimpulse mit der halben Frequenz des Taktimpulsgenerators über einen Frequenzteiler 13, der von dem Taktimpulsgenerator 11 für das System gespeist ist, während der andere Eingang des UND-Gatters 12 invertierte Taktimpulse von dem Frequenzteiler 13 über einen Inverter 14 erhält. Der Ausgang des NUND-Gatters 12a ist mit einem P-Kanal-MOS-Transistor 15 verbunden, während der Ausgang des Gatters 10 mit einem N-Kanal-MOS-Transistor verbunden ist. Die Speiseleitungen und Fußpunkte der Transistoren 15 und 16 sind miteinander in Serie zwischen positiven und negativen Schienen 17 und 18 geschaltet. Das Ausgangssignal der Schaltungselemente ist von der Verbindung zwischen den Transistoren 15 und 16 abgenommen und in eine Schiene 19 eingespeist, die mit der Spule L1 verbunden ist. Es ist ein identisches Schaltungselement vorgesehen, das Signale von der Leitung 8 erhält und ein Ausgangssignal an eine Leitung 20 liefert, die mit der Spule L2 verbunden ist.

Es sei nun der Betrieb des Schaltungselements beschrieben, das mit der Leitung 7 verbunden ist. Führt das Eingangs-

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signal von der Leitung 7 eine logische null (s. Fig. 5A), dann leiten beide Transistoren 15 und 16 nicht. Besteht das Eingangssignal auf der Leitung 7 jedoch aus einer logischen eins, so werden positive und negative Impulse zur Schiene 19 durchgeschaltet. Besteht das Eingangssignal auf Leitung 6 aus einer logischen eins und ist der Taktimpulsausgang vom Frequenzteiler

13 eine logische null, so ist das Ausgangssignal des Inverters

14 eine logische eins,und somit ist das Ausgangssignal des UND-Gatters 11 eine logische eins und der N-Kanal-Tranistor 16 bleibt leitend und hält die Schiene 19 auf der negativen Spannung; das Gatter 12a wird ebenfalls aktiviert, um den P-Kanal-Transistor 15 in einen nichtleitenden Zustand vorzuspannen. Ändert sich das Ausgangssignal des Frequenzteilers 13 in eine logische eins, so bleibt in gleicher Weise der P-Kanal-Transistor 15 leitend und der N-Kanal-Tranistor 16 bleibt nichtleitend, so daß dadurch die Schiene 19 auf positiver Spannung gehalten wird. Auf diese Weise werden Gruppen von Impulsen mit positiven und negativen Spannungsauswanderungen zu den Spulen L1 durchgeschaltet, wobei die Dauer der Gruppen von der Dauer der Impulse des Wellenzuges auf der Leitung 7 abhängt. Ein Beispiel der Wellenform auf der Schiene 19, die mit der an die Leitung 7 geführten Wellenform der Fig. 5A auftritt, ist in Fig. 5B gezeigt.

Das andere Schaltungselement arbeitet in der gleichen Weise und schaltet positive und negative Impulse zu der Leitung 20 in Übereinstimmung mit der Länge der Impulse auf Leitung 8 durch.

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Bei Betrieb bewirken die in die Spulen L1, L2 jeder Abtasteinrichtung gespeisten Signale jeweils die Induzierung von Signalen in den Spulen L3 und L4. Die Spulen L3 und L4 sind in Reihe geschaltet und liefern ein Summensignal S, das über einen Multiplexer 21 in einen Demodulator 22 eingespeist ist, der die Modulation entfernt, die durch den Modulator 10 bewirkt ist.

Vernachlässigt man nun für den Augenblick die Gegentaktamplitudenmodulation des Modulators 6, so können die auf den Leitungen 19 und 20 gebildeten Signale, wenn sie sich in Phasenquadratur befinden, jeweils in der Form 0₁, 0_ angegeben werden, wobei gilt

0₁ = A sin wt (S- = A cos wt

Darin ist w die Frequenz der Pulslängenmodulation. Dabei hat das Summensignal S^, das in den Spulen L3, L4 induziert wird, die Form

— A A

S = τ sin wt + — cos wt 1 m

Darin sind _1_- und m-Faktoren, die durch die Flußverkniffung zwischen den Spulen L1,L3 und L2, L4 und außerdem durch die Verschiebung des Schirmes 5 bestimmt sind. Das Vektordiagramm von S ist in Fig. 5 A dargestellt, aus der zu ersehen ist, daß S eine Phase ö'hat, die eine Funktion von m und λ_ ist, so daß das demodulierte Summensignal S, das von dem Demodulator

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22 erzeugt wird, eine Phase Θ hat, die eine Funktion der Lage des beweglichen Schirmes 5 ist. Aus der US-PS 3 942 002, die zuvor erwähnt ist, ergibt sich, daß dann, wenn die in die Spulen L1 und L2 eingespeisten Signale in Phase sind, das demodulierte Summensignal eine Bezugsphase liefert, die mit der die Lage kennzeichnenden Phase verglichen werden kann, um so ein Signal abzuleiten, das eine Funktion der Lage des Schirmes 5 und im wesentlichen unbeeinflußt von Phasenverschiebungen oder Störphasenfehlern ist, die in den Schaltkreisen des Wandlers auftreten können.

Ein Vergleich zwischen diesen beiden Phasen des demodulierten Signals erfolgt mittels eines Filters 23, eines einen Schwellwert oder ein Rechteck bildenden Kreises 24 und eines Zählers 25 in gleicher Weise, wie das in der zuvor beschriebenen US-PS beschrieben ist.

Exemplare der Summensignale von jeder der Abtasteinrichtungen werden aufeinanderfolgend durch den Multiplexer 21 in den Demodulator 22 eingespeist, so daß der Phasenvergleich aufeinanderfolgend für die verschiedenen Abtasteinrichtungen durchgeführt werden kann. Der Multiplexer wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 3 näher erläutert. Er enthält eine größere Zahl von Gattern, eines für jede Abtasteinrichtung 1, die durch entsprechende Schaltsignale gesteuert sind, die durch einen logischen Steuerkreis 26 geliefert werden.

In Fig. 3 sind drei solcher Gatter G1, G2 und GN dargestellt, von denen das Gatter G1 nachfolgend näher beschrieben wird. Das Gatter G1 weist einen P-Kanal und N-Kanal 27 bzw.

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auf/ deren Quellen die Summensignale der Spulen L3, L4 einer der Abtasteinrichtungen 1 erhalten. Die Auslässe der Transistoren sind mit einer Leitung 29 verbunden, die das Eingangssignal für den Demodulator 22 liefert. Das Gatter des Transistors 27 ist über einen Inverter 30 mit einer Leitung 31 verbunden, so daß der Transistor 28 geschaltet wird, wobei die Leitung 31 ein Schaltsignal von dem logischen Steuerkreis 26 erhält. Beispiele der Gattersignale für die Gatter G1 - GN sind in den Fig. 5D bzw. 5 F gezeigt. Nach Anlegen eines positiven Schaltsignals an die Leitung 31 werden die Transistoren 27, 28 leitend, so daß sie das Summensignal von den Spulen L3 und L4 zu dem Modulator 22 durchlassen. Die in die Spulen L1, L2 eingespeisten positiven und negativen Signale induzieren in den Spulen L3 und L4 ein positives und ein negatives Summensignal, und die Transistoren 27 und 28 lassen entsprechend positive und negative Anteile des Summensignals durch.

Der Demodulator 22 ist genauer in Fig. 4 gezeigt. Ein Eingangssignal von dem Multiplexer ist über einen Transformator 32 über eine Diagonale einer Brücke von vier Paaren von Schalttransistoren TR1 bis TR8 eingespeist. Ein Ausgangssignal von dem Demodulator wird in bezug zur Erde über der anderen Diagonalen der Brücke an Leitung 35 abgenommen. Jedes Paar von Transistoren weist einen P-Kanal-und einen N-Kanal-Transistor, z.B. TR1 und TR2,auf, und die Gatter der Transistoren TRI, TR2, TR6 und TR7 empfangen Taktimpulse von einem Teiler 33, der ein identisches Ausgangssignal von dem Taktimpulsgenerator ableitet wie der Frequenzteiler 13 des Modula-

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tors 10 (s. Fig. 2). DieGatter der anderen Transistoren sind mit einem Inverter 34 verbunden, der an den Ausgang des Teilers 33 angeschlossen ist. Ist das Ausgangssignal des Teilers 33 eine logische eins, so sind die Transistoren TR1, TR2, TR7 und TR8 leitend, so daß ein positiver Impuls, der in der Sekun-

über därspule des Transformators 32 induziert wird,/die leitenden Transistorpaare als positiver Impuls an die ausgehende Leitung 35 gelangt.Ist das Ausgangssignal des Teilers 33 eine logische null, so sind die anderen Transistoren, nämlich TR3, TR4, TR5 und TR6 leitend, so daß ein negativer Impuls, der gleichzeitig in der Sekundärwicklung des Transformators 33 induziert wird, gegensinnig auf die Leitung 35 gelangt, so daß ein positives Signal an dem Ausgang steht und dadurch die positiven und negativen Auswanderungen demoduliert werden, die den an die Spulen L1 und L2 angelegten Signalen aufgeprägt worden sind.

Betrachtet man wieder Fig. 1, so läuft das Ausgangssignal des Demodulators durch das Filter 23, um die Verunreinigungen des Ausgangssignals durch Harmonische zu verringern, die in dem Ausgangssignal des Demodulators verbleiben, und das Ausgangssignal des Filters ist zu dem Schwellwertkreis 24 geführt, der dazu dient, die Maximalamplitude des Signals zu normalisieren. Das Ausgangssignal des Schwellwertkreises schaltet Impulse von dem Taktsystem in dem Zähler 25, der unter der Kontrolle eines Signals von einem Kontrollsignalgenerator vorwärts- und rückwärtszählt und unter der Kontrolle eines elektronischen Schalters 37 vorwärts und rückwärts läuft, der die Einspeisung des Steuersignals in die Zähler steuert. Der Schalter wird durch

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ein zyklisches Steuersignal von dem logischen Steuerkreis 26 betätigt, so daß der Zähler für gleiche Perioden ansteigt oder abfällt, wobei das Steuersignal auch den elektronischen Schalter 37 steuert. Das Ausgangssignal des Zählers gelangt in den binären Speicher 4, dessen Information zur weiteren Verarbeitung oder Anzeige durch Steuerung des logischen Steuerkreises gelesen wird.

Bei Betrieb betätigt das Steuersignal, das in Fig. 5C dargestellt ist, den Schalter 9 zyklisch, so daß aufeinanderfolgend und für gleiche Zeitdauer phasengleiche und in Quadratur stehende Signale aufeinanderfolgend in die Spulen L1 und L2 eingespeist werden. Ein in Fig. 5D gezeigtes Gattersignal gelangt an das Gatter G1, so daß während des ersten Zyklus des Steuersignals die in den Spulen L3 und L4 der Tasteinrichtung 1 (Fig. 1) induzierten Signale in den Demodulator 22 gelangen und danach in den Zähler 25, nachdem sie in dem Filter- 23 und dem Schwellwertkreis 24 verarbeitet worden sind. Der Zähler steigt während der ersten Hälfte des Zyklus des Steuersignals an und sammelt so alle Zählwerte, die für die Phase des Summensignals kennzeichnend sind, während die Eingangssignale für die Spulen L1 und L2 in Phasenquadratur stehen. Wie sich aus der US-PS 3 942 002 ergibt, enthält der Zählwert wahrscheinlich Fehler aufgrund von Phasenstörungen und Phasenverzögerungen, die in den Schaltkreisen entstehen, und um solche unerwünschten Fehler zu vermeiden, fällt der Zähler 25 während der nächsten Halbperiode des Steuersignals wieder ab, so daß von dem akkumulierten Zählwert eine Zahl abgezogen wird, die für die

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unerwünschten Fehler kennzeichnend ist, wobei die Zahl selbst kennzeichnend ist für die Phase des Sununensignals, wenn die Eingangssignale der Spulen L1 und L2 in Phase sind. Am Ende des ersten Zyklus des Steuersignals ist der verbleibende Zählwert somit kennzeichnend für die Stellung des beweglichen Schirms Der Steuerkreis 26 sorgt dann für die Übertragung des verbleibenden Zählwertes in den Speicher.

Es wurde beschrieben, wie der Zähler unter der Steuerung des Signals gemäß Fig. 5C vorwärts- und rückwärtszählt, das Steuersignal für den Zähler kann jedoch aus Impulsen kürzerer Dauer bestehen, um Phasenverzögerungen in der Schaltung des Wandlers Rechnung zu tragen, und eine solche Anordnung ist näher in der zuvor beschriebenen US-PS beschrieben.

Während des zweiten Steuerzyklus ist das Gatter G1 geschlossen,und das Gatter G2 ist mittels eines Schaltsignals gemäß Fig. 5E geöffnet. In gleicher Weise wie zuvor beschrieben wird in dem Speicher 25 ein Zählwert gesammelt und in den Speicher übertragen, der kennzeichnend für die Stellung des Schirms 5 einer zweiten Abtasteinrichtung 1 (nicht dargestellt) ist.

In gleicher Weise wird während des dritten Zyklus des Steuersignals ein Signal gebildet und in den Speicher gebracht, das kennzeichnend für die Stellung des Schirms einer dritten Abtasteinrichtung ist, und dann wird während der vierten und nachfolgenden Zyklen des Steuersignals die Information in dem Speicher auf den neuesten Stand gebracht, so daß Änderungen in der Stellung des Schirms verfolgt werden können.

Wie bereits erwähnt, ist der beschriebene Wandler beson-

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ders geeignet für die Verwendung bei der überwachung der Arbeitsparameter einer Verbrennungskraftmaschine. Die Spulen der Abtasteinrichtung können sehr klein sein und billig hergestellt werden, da die Modulatorspeisung aus hochfrequenten Signalen (z.B. 1 MHz) besteht, wodurch sich die Größe der Spulen verringert. Darüber hinaus kann eine Abtasteinrichtung für Verschiebungen gemäß der zuvor beschriebenen Art so ausgebildet werden, daß sie zufriedenstellend über große Verschiebebereiche arbeitet, wie sie bei herkömmlichen Vakuum- und Temperatursensoren für eine Verbrennungskraftmaschine üblich sind. Darüber hinaus ist es durch Verschachtelung (Multiplex) der Signale von mehreren solchen Wandlern möglich, nur einen einzigen Zähler zu verwenden, der die Verschiebesignale für jede der Tasteinrichtungen liefert, was zu einer Verringerung der Kosten des Systems für jede Tasteinrichtung führt. Bei einem praktischen Anwendungsfall des zuvor beschriebenen Wandlers kann ein Verschiebesignal in einer Millisekunde verarbeitet werden, so daß jede Abtasteinrichtung alle drei Millisekunden überwacht werden kann.

Die Schaltung des Wandlers kann zweckmäßigerweise in integrierter Schaltungstechnik ausgeführt werden.

Der in Verbindung mit den Fig. 1 bis 5 beschriebene Wandler weist mehrere gleiche Abtasteinrichtungen zur Bestimmung der Verschiebung von verschiedenen Teilen auf, so daß der Wandler in seinem Speicher 4 Zählwerte sammelt, die ein Maß für die Verschiebung der verschiedenen Teile sind, so daß charakteristische Werte der Arbeitskraft der Verbrennungskraftmaschine gebildet sind.

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Um jedoch eine genauere Anzeige der Arbeitsbedingungen eines solchen Systems wie beispielsweise einer Verbrennungskraftmaschine zu sichern, mag es zweckmäßig sein, in dem Speicher 4 auch die Information über andere Parameter als die Verschiebeparameter zu speichern. Daher können auch andere als die mit Schiebespulen ausgerüsteten Abtasteinrichtungen für Verschiebungen gemäß Fig. 1 in dem Wandler enthalten sein. Diese Einrichtungen werden durch Signale von den Leitungen 19, 20 gemäß Fig. 1 gespeist und liefern Ausgangssignale, die in den Multiplexer 21 zur Verarbeitung in den Speicher 4 gespeist werden.

Nachfolgend werden mehrere Formen für Abtasteinrichtungen für den Wandler beschrieben.

In Fig. 6 ist eine weitere Form einer Abtasteinrichtung für Verschiebung gezeigt, die ein Potentiometer mit einem Schleifer 38 aufweist, der in Abhängigkeit von der abzutastenden Verschiebung entlang der Widerstandsbahn des Potentiometers bewegt wird. Der Schleifer 38 kann z.B. mit der Drosselklappenverbindung einer Verbrennungskraftmaschine gekoppelt sein.

Der Schleifer 38 teilt die Widerstandsbahn des Potentiometers in zwei veränderbare Widerstandselemente R₁ und R₂. Die pulslängenmodulierten Signale #L , ^₂, &i-^e ^aur den Leitungen 19 und 20 gemäß Fig. 1 gebildet werden, gelangen jeweils an Eingänge A1 und A2 von Fig. 6, und ein Ausgangssignal S wird bei B zwischen dem Schleifer 38 und Erdpotential abgenommen. Das Ausgangssignal S gelangt als Eingangssignal in den Multiplexer 21 gemäß Fig. 1. Sind jetzt die Signale von den Leitungen 19 und 20 in Phasenquadratur, so läßt sich zeigen, daß das

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Ausgangssignal S folgendermaßen bestimmt ist:

s - ' ♦ ²

oder S = K (R_ sin wt + R. cos wt) - (i) worin ist K = A (R₁R₃) ~¹

Ein Vektordiagramm von S ist in Fig. 10 gezeigt, aus der zu ersehen ist, daß S eine Phase & hat, das folgendermaßen bestimmt ist:

& = tan"¹ R₁

R~ 2

Somit hat das Ausgangssignal S eine Phase, die kennzeichnend für die relativen Werte von R₁ und R~ ist und somit auch kennzeichnend für die Verschiebung des Schleifers 38 entlang der Widerstandsbahn des Potentiometers.

Das Ausgangssignal S liefert somit nach Verarbeitung in dem Multiplexer 21, dem Demodulator 22, den Kreisen 23, 24 und eine Zahl in dem Speicher 4, die kennzeichnend für die Stellung des Schleifers 38 ist.

In Fig. 7 ist ein Temperaturtaster gezeigt, der in seiner Funktion der Anordnung gemäß Fig. 6 entspricht. Der Temperaturtaster weist einen Widerstand R₁ mit festem Wert auf sowie ein temperaturabhängiges Widerstandselement in Form eines Thermistors R₂/ der mit dem Widerstand R₁ in Reihe geschaltet ist. Eingangsleitungen von den Leitungen 19 und 20 gelangen an die Eingänge A₁ und A-, in genau der gleichen Weise, wie das in bezug

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auf Fig. 6 beschrieben ist. Somit ist die Phase ©-eines Ausgangssignals S das bei B in Fig. 7 steht, eine Funktion der Umgebungstemperatur der Umgebung, in der sich der Thermistor R₂ befindet. Gelangen somit die zuvor genannten pulslängenmodulierten Signale jeweils von den Leitungen 19 und 20 in die Eingänge A. und A₂ und wird die Phase Q- des Ausgangssignals durch den zuvor beschriebenen Prozeßkreis 3 festgestellt, so liefert der Prozeßkreis für den Speicher 4 ein Ausgangssignal, das kennzeichnend für die Temperatur der Umgebung ist, in der sich der Thermistor R₂ befindet. Die Anordnung eignet sich besonders für die Überwachung der Temperaturen der Ansaugluft einer Verbrennungskraftmaschine.

Es sind verschiedene Abwandlungen der Anordnung gemäß Fig. 7 möglich, und die Anordnung kann in der Weise abgewandelt werden, daß Parameter abgetastet werden, die nicht eine Temperatur sind, in^dem der temperaturabhängige Widerstand R~ durch ein Element ersetzt wird, das eine Impedanz hat, die sich in Abhängigkeit von dem Parameter, der nicht die Temperatur ist, ändert. Zum Beispiel können anstelle des Thermistors R₂ Widerstandselemente verwendet werden, die von einem magnetischen Feld, einer Spannung oder einer Stellung abhängen.

Eine andere Abwandlung des Tasters gemäß Fig. 2 ist in Fig. 8 gezeigt, er ist insbesondere für die Messung in elektronisch verseuchter Umgebung geeignet, beispielsweise in einem Fahrzeug, das von einer Verbrennungskraftmaschine angetrieben ist. Bei der Einrichtung gemäß Fig. 8 ist der variable Widerstand R₂, z.B. ein Thermistor, entfernt von dem Widerstand R₁

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angeordnet und mitteile eines Transformators T₁ mit dem Widerstand R. verbunden. Der Transformator hat eine Primärwicklung 39, die mit dem Widerstand R₁ in Reihe geschaltet ist, sowie eine Sekundärwicklung 40, die mit dem Thermistor R₂ parallel geschaltet ist. Die Eingangssignale 0* , i>L gelangen von den Leitungen 19 und 20 jeweils an die Eingänge A₁ und A„. Durch Verwendung einer geerdeten Abschirmung und durch Brückentechniken läßt sich die Schaltung so auslegen, daß nur das modulierte Eingangssignal (JL in die Primärwicklung gelangt und im wesentlichen alle elektrischen Störungen, die in den sich weit erstreckenden Leitungen zu dem Thermistor 2 induziert werden, gedämpft bzw. unterdrückt sind.

Die Anordnung gemäß Fig. 2 kann für die Messung von Geschwindigkeiten einer Gasströmung am Thermistor R„ abgewandelt werden, und eine solche abgewandelte Form ist in Fig. 9 gezeigt. Ein Gleichstrom fließt durch den Generator 2 und heizt diesen auf, die Kühlwirkung einer Gasströmung am Thermistor dient zur Messung der Geschwindigkeit der Gasströmung.

Der Thermistor wird mit einem Gleichstrom von einer Gleichstromquelle 41 gespeist, die durch einen Kondensator C. überbrückt ist. Der Gleichstrom bewirkt eine Erwärmung des Thermistors R₂» wodurch sein Widerstandswert beeinflußt wird. An dem Thermistor vorbeiströmendes Gas leitet Wärme von dem Thermi-

es

stör ab, so daß/durch Vergleich der Phase des Ausgangssignals bei B mit dem Wert des Heizstromes möglich ist, die Gasströmungsgeschwindigkeit am Thermistor zu messen. Eire solche Anordnung ist insbesondere für die Messung der Strömungsge-

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schwindigkeit von Luft in einer Verbrennungskraftmaschine geeignet.

Die Abtasteinrichtungen gemäß den Fig. 6 bis 10 sind gut zur Überwachung verschiedener unterschiedlicher Arbeitsparameter einer Verbrennungskraftmaschine geeignet, jedoch können nicht alle Arbeitsparameter einfach mit Elementen variabler Impedanz überwacht werden. Zum Beispiel ist es zweckmäßig, die Abgase einer Verbrennungskraftmaschine mittels eines dielektrischen Zirkondixoidtasters zu überwachen, der in Betrieb eine Ausgangsspannung in Abhängigkeit von einer Differenz in den Teildrücken von Sauerstoff auf gegenüberliegenden Seiten des Dielektrikums liefert. Ein solcher Taster kann zur Bildung einer Ausgangsspannung verwendet werden, die kennzeichnend für den Sauerstoffanteil eines Abgases ist, wie das in der GB-PS 1 441 660 beschrieben ist.

Nachfolgend wird eine Schaltungsanordnung zur Verarbeitung einer Spannung von einem Taster für den Multiplexer 21 in Fig. 1 beschrieben.

Die Schaltung gemäß Fig. 11 weist einen Eingang 41A auf, in den eine Spannung gelangt, die z.B. von einem Wandler mit einem dielektrischen Taster mit Zirkondioxid stammen. Die Spannung gelangt in einen Operationsverstärker 42, dessen Ausgangsspannung in einen Amplitudenmodulator 43 gelangt, der zwei MOS-Transistoren 44 enthält, die zwischen einer Sammelschiene 45 mit der Spannung -E Volt und dem Ausgang des zuvor genannten Operationsverstärkers 42 liegen. Die Gatter der Transistoren 44 werden mit dem gegentaktmodulierten Signal von

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der Schiene 19 in Fig. 1 gespeist.

Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 42 gelangt außerdem an einen invertierenden Verstärker, dessen Ausgang mit einem Amplitudenmodulator 4 7 verbunden ist. Modulator 4 7 entspricht dem Modulator 43 und weist zwei MOS-Transistoren auf, die zwischen der Sammelschiene 45 mit -E Volt und dem Ausgang des zuvor genannten invertierenden Verstärkers liegen und deren Gatter ein Signal von dem Gegentaktmodulator 6 der Fig. 1 auf Leitung 20 erhalten.

Die Ausgangssignale von den Modulatoren 43 und 4 7 gelangen jeweils in gleichwertige, in Serie geschaltete Widerstände R₁ und R„, und ein Ausgangssignal S wird an einer Klemme 4 9A zwischen den Widerständen und einer geerdeten Klemme 4 9b abgenommen. Bei Betrieb liefert der Operationsverstärker eine Ausgangsspannung V₁, die direkt proportional der der Klemme 41 zugeführten Spannung ist, während der invertierende Verstärker 46 eine Ausgangsspannung v~ erzeugt, die gleich der Spannung V₁ ist, jedoch ein entgegengesetztes Vorzeichen hat.

Somit ist V₁ = -v-.

Betrachtet man die Modulation des Amplitudenmodulators 43, so ist die Eingangsspannung V₁ für den Modulator bestimmt

V1 = (E + V₁)

Die Spannung V1 amplitudenmoduliert das Signal von der Leitung 19, das die Form sin wt hat. Somit hat das Ausgangssignal von dem Modulator die Form

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V1 sin wt = (E + ν.) sin wt

In gleicher Weise hat die Ausgangsspannung V2 des Modulators 47 die Form

(E + V₂) cos wt = (E-V₁) cos wt

Das an den Klemmen 49 stehende Ausgangssignal ist somit die Vektorsumme der Ausgangssignale der Modulatoren 43 und 47, und die Ausgangsspannung hat, wie das noch nachfolgend näher beschrieben wird, eine Phase, die eine Funktion des Wertes der Spannung V₁ ist. In dieser speziellen Schaltung ist der Verstärker 42 nun so ausgelegt, daß die maximale Spannungswandlung von V₁ sich zwischen -E und +E Volt erstreckt; somit erstreckt sich die Spannungswandlung von v~ zwischen +E und -E Volt.

Fig. 12 verdeutlicht die Vektorsumme der Modulatorausgangsspannungen an den Klemmen 49, wenn ν ihren Maximalwert hat. Aus dem Vorherigen ergibt sich

V₁ = E Volt V1 = 2E Volt und V2 = 0

Somit hat die Ausgangsspannung an der Klemme 4 9 die Form 2E sin wt.

Fig. 13 verdeutlicht die Vektorsumme an den Klemmen 49, wenn V₁ ihren minimalen Wert -E Volt hat. Jetzt gilt:

V1 = 0 und V2 = 2E Volt

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Somit hat die Ausgangsspannung auf der Schiene 19 die Form

2E cos wt.

Somit ist zu ersehen, daß die Phase des Ausgangssignals auf der Schiene 19 sich über 90° in Abhängigkeit von dem Wert von V₁ verschiebt und somit ein Ausgangssignal mit einer Phase liefert, das direkt von der Größe der Spannung abhängig ist, die an die Klemme 10 von dem Wandler gelegt ist.

Fig. 14 verdeutlicht den Zustand, in dem die Phase des Ausgangssignals sich mitten zwischen den extremen Positionen gemäß den Fig. 2 und 3 befindet. Dieser Zustand wird erreicht, wenn V₁=V₂=O ist, wobei dann die Ausgangssignale der Modulatoren 43 und 47 jeweils die Werte E sin wt und E cos wt haben.

Das Ausgangssignal an der Klemme 49 gelangt an den Multiplexer 21 gemäß Fig. 1, so daß in dem Speicher 4 ein Zählwert gesammelt wird, der charakteristisch für die Spannung ist, die an die Klemme 41 der Fig. 9 gelangt.

Wird ein Zirkondixoidtaster, der auf die Sauerstoffanteilen im Abgas einer Verbrennungskraftmaschine anspricht, an den Eingang 41 angeschlossen, so wird der Speicher mit einer Zahl gefüllt, die kennzeichnend für den Sauerstoffanteil des Abgases ist, wodurch der Wirkungsgrad der Verbrennung des Treibstoffes der Maschine angezeigt wird.

Eine weitere Ausführungsform der Schaltungsanordnung ist in Fig. 5 gezeigt. Bei dieser Anordnung werden die Bezugs- und Phasenquadratursignale von den Leitungen 19 und 20 an Gatter

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von Transistoren 50 und 51 gelegt, die mit Widerständen R3 und R4 zwischen Schienen 52 und 53 in Reihe geschaltet sind, von denen die Schiene 52 die Spannung 0 Volt und die Schiene 53 die Spannung -E Volt hat. Ein Differenzverstärker 54 ist mit seinem Ausgang mit einer Klemme 55 zwischen den Widerständen R§ und R4 verbunden. Der nichtinvertierende Eingang des Verstärkers erhält eine Spannung von ~E/₂ Volt, und eine Eingangsspannung von einem Taster (nicht dargestellt) gelangt an den invertierenden Eingang des Verstärkers.

Ausgangswiderstände R1 und R2, die den Widerständen mit gleicher Bezeichnung in Fig. 11 entsprechen, sind mit den Widerständen R3 und R4 über Kondensatoren C1 und C2 verbunden, die einen solchen Wert haben, daß die Frequenz w des Signals von den Leitungen 19 und 20 passieren kann. Ein vektorielles Ausgangssignal wird über den Widerständen R1 und R2 in gleicher Weise wie in Verbindung mit Fig. 11 beschrieben gebildet.

Die Schaltung arbeitet wie folgt. Das von der Leitung zum Transistor 50 gelangende Quadratursignal wird mit der Spannung moduliert, die zwischen 0 Volt und Klemme 55 gebildet wird. In gleicher Weise wird das von der Leitung 19 an den Transistor 51 gelangende Bezugssignal mit der Spannung moduliert, die zwischen Klemme 55 und -E Volt liegt. Die Größen dieser Spannungen hängen von der Größe der Spannung von dem Wandler ab. Diese Spannungen verursachen wechselnde Spannungen an den Widerständen R1 und R2 und damit die Erzeugung eines Ausgangssignals 49, dessen Phase von der Größe der Spannung von dem Wandler abhängt.

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Beispielsweise seien die folgenden Extremfälle betrachtet.

Ist die an den invertierenden Eingang des Verstärkers 45 angelegte Spannung so, daß die Spannung an der Klemme 55 des Verstärkerausgangs -E Volt ist, so ist die über dem Widerstand R3 abfallende Spannung E Volt und die über dem Widerstand R4 abfallende Spannung 0 Volt. Somit ist das Ausgangssignal 49 in Phasenquadratur mit dem Bezugsspeisesignal.

Wenn die an den invertierenden Eingang des Verstärkers gelangende Spannung so ist, daß die Spannung an der Klemme 45 des Verstärkerausgangs 0 Volt ist, so ist die Spannung über dem Widerstand R3 0 Volt und die über dem Widerstand R4 ist E Volt. Somit ist das Ausgangssignal auf der Leitung 19 in Phase mit dem Bezugsspeisesignal.

Somit kann die Phase des Ausgangssignals auf der Leitung 19 zwischen 0 und 90° ir. Abhängigkeit von der Wandlerausgangsspannung geändert werden. Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 kann somit so abgewandelt werden, daß unterschiedliche Abtasteinrichtungen verwendet sind, so daß in dem Speicher Information eingespeichert werden kann, die z.B. den Betriebsparametern einer Verbrennungskraftmaschine entspricht. Die Information in dem Speicher 4 kann in eine Verarbeitungseinrichtung (nicht dargestellt) eingegeben werden, um Regelsignale zur Regelung der Funkenzündung der Maschine zu bewirken. Der Wandler gemäß der Erfindung läßt sich jedoch vielfältig anwenden, z.B. zur Eingabe von Betriebsparametern in den Speicher 4 von entfernt liegenden Anlagen wie beispielsweise einer Klimaanlage, so daß der Betrieb des Systems in einer Zentrale gesteuert werden kann.

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Bei der in bezug auf die Zeichnung beschriebenen Schaltungsanordnung werden die Abtasteinrichtungen mit Signalen 0₁, 0₉

die

gespeist, die Impulszüge sind,/sinus- und cosinusförmig moduliert sind. Es können jedoch auch andere Signale der gleichen Frequenz verwendet werden, die wiederholt in Phase oder außer Phase geschaltet werden. Die pulslängenmodulierten Signale gemäß Fig. 1 haben jedoch den Vorteil, daß das Ausgangssignal S von den Abtasteinrichtungen direkt in den Verarbeitungskreis 3 als digitale Zahl eingespeist werden kann, ohne daß es erforderlich ist, eine Analog/Digitalwandlung des Signals vorzunehmen .

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ι 39 Le e rs e

ite

Claims

Patentansprüche

Λ .)Wandler zur Erzeugung elektrischer Signale, die eine Funktion mehrerer verschiedener Parameter sind, gekennzeichnet durch

a) einen Signalgenerator zur Erzeugung erster und zweiter Signale mit gleicher Frequenzcharakteristik,

b) eine Regeleinrichtung zur Erzeugung erster und zweiter Phasenbeziehungen zwischen den ersten und zweiten Signalen jeweils während erster und zweiter Zeitspannen,

c) mehrere Abtasteinrichtungen für die Parameter, wobei die Abtasteinrichtungen jeweils die ersten und zweiten Signale in relativen Anteilen kombinieren, die vom Wert eines der Parameter abhängen, um so ein Summensignal von den ersten und zweiten Signalen abzuleiten,

^SL/K 709840/0768

d) eine Auswahleinrichtung für das Summensignal zur aufeinanderfolgenden Auswahl von Summensignalen an den verschiedenen Abtasteinrichtungen für die Parameter, und durch

e) eine Einrichtung, die von dem Summensignal aus der Auswahleinrichtung beeinflußt wird und ein Phasenmeßsignal erzeugt, das die Phasendifferenz des während der ersten und zweiten Zeitspannen gebildeten und ausgewählten Summensignals anzeigt, wodurch aufeinanderfolgend mehrere Ausgangssignale abgeleitet werden, die jeweils von einem Parameter abhängig sind.
2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Abtasteinrichtungen für die Parameter auf Verschiebungen anspricht und aufweist

a) erste und zweite Spulen zur Aufnahme der ersten und zweiten Signale von der Regeleinrichtung,

b) dritte und vierte Spulen, die zusammengeschaltet sind und so das Summensignal bilden,

c) einen festen Schirm, in dem sich Ausnehmungen befinden, die Pfade für einen magnetischen Fluß zwischen den ersten und dritten Spulen bilden bzw. zwischen den zweiten und vierten Spulen, und

d) einen in Abhängigkeit von dem genannten Parameter bewegten, beweglichen Schirm, in dem sich Ausnehmungen befinden, die so angeordnet sind, daß der bewegliche

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Schirm die Flußpfade selektiv in Abhängigkeit von den relativen Stellungen des Schirmes abdeckt.
3. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Abtasteinrichtungen für die Parameter aufweist

a) einen Ausgang für ein Summensignal,

b) erste und zweite, an den Ausgang für das Summensignal angeschlossene Impedanzelemente, die so angeschlossen sind, daß sie jeweils die ersten und zweiten Signale von der Regeleinrichtung erhalten, und

c) Mittel zur Änderung der von wenigstens einem der Impedanzelemente dargestellten Impedanz in Abhängigkeit von dem Wert eines der Parameter, um so die relativen Anteile der in dem Ausgang für das Summensignal kombinierten Signale zu steuern.
4. Wandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung auf Verschiebungen anspricht und ein Potentiometer mit einer Widerstandsbahn aufweist, an deren gegenüberliegenden Enden die ersten und zweiten Signale angelegt sind, sowie einen Schleifer, der mit dem Ausgang für das Summensignal verbunden ist und sich in Abhängigkeit von der Verschiebung über die Widerstandsbahn bewegt.
5. Wandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung auf Temperaturen anspricht und daß das erste Element eine elektrische Impedanz darstellt, die sich mit der Temperatur ändert.

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6. Wandler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element ein Thermistor ist.
7. Wandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element entfernt von dem zweiten Element angeordnet ist und einen Transformator mit Primär- und Sekundärwicklungen aufweist, wobei die Primärwicklung mit dem Ausgang für das Summensignal und die Primärwicklung mit dem ersten Element verbunden ist.
8. Wandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung auf Strömungsgeschwindigkeiten anspricht und daß das erste Impedanzelement eine Impedanz ist, die von ihrer Temperatur abhängt, wobei die Einrichtung Mittel zur Hindurchleitung eines elektrischen Heizstromes durch das erste Element aufweist, wodurch das Phasenmeßsignal die Strömungsgeschwindigkeit im Bereich des ersten Elements anzeigt.
9. Wandler nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen Transformator mit einer Primär- und einer Sekundärwicklung, wobei die Primärwicklung mit dem Ausgang für das Summensignal und die Sekundärwicklung mit dem ersten Element verbunden ist, und durch eine Wechselstromquelle, die mit dem genannten ersten Element verbunden ist und den Heizstrom liefert.
10. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Abtasteinrichtungen für die Parameter auf die Größe einer Spannung anspricht und aufweist eine Modulations-

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einrichtung zur Modulation der Amplitude des ersten Signals von der Regeleinrichtung in Abhängigkeit von der Größe der genannten Spannung, wobei weiter vorgesehen ist eine Kombinationseinrichtung zur Kombination des modulierten ersten Signals mit dem zweiten Signal, um so das Summensignal zu erzeugen.
11. Wandler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationseinrichtung die Amplitude des zweiten Signals in Abhängigkeit von der Größe der genannten Spannung moduliert, wobei die Modulation der ersten und zweiten Signale durch die Modulationseinrichtung gegensinnig erfolgt.
12. Wandler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombinationseinrichtung aufweist einen Ausgang für ein Summensignal, erste und zweite Impedanzelemente mit festen Werten, die mit dem genannten Ausgang verbunden sind und so jeweils die modulierten ersten und zweiten Signale erhalten.
13. Wandler nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen Operationsverstärker mit einem Eingang für die genannte Spannung und einem Transistor zur Modulation des Ausgangssignals des Verstärkers mit dem ersten Signal von der Steuereinrichtung.
14. Wandler nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch einen invertierenden Verstärker, der mit dem Operationsverstärker verbunden ist, und durch einen Transistor zur Modulation eines Ausgangssignals von dem invertierenden Verstärker mit dem zweiten Signal von der Steuereinrichtung.

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15. Wandler nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch dritte und vierte Impedanzelemente, die summierend miteinander und parallel mit den ersten und zweiten Elementen verbunden sind, durch Mittel zur Zuführung der ersten und zweiten Signale jeweils an die dritten und vierten Elemente, und durch einen Operationsverstärker, der an den genannten Verbindungspunkt ein Signal in Abhängigkeit von der genannten Spannung liefert, um so die relativen Anteile der ersten und zweiten Signale zu steuern, die an die erstai und zweiten Impedanzelemente geführt sind.
16. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgenerator erste und zweite Signale mit einer Wellenform liefert, die aus einer regelmäßigen Impulsfolge besteht, wobei die Länge der Impulse sinusförmig moduliert ist, während die Steuereinrichtung eine Phasenquadratur zwischen den Modulationen der ersten und zweiten Signale während der ersten Zeitspanne bewirkt, wobei die Steuereinrichtung Phasengleichheit der Modulationen während der zweiten Zeitspanne bewirkt.
17. Wandler nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch einen Generator zur Erzeugung von Taktimpulsen mit einer vorbestimmten Frequenz, durch einen Modulator, der von dem genannten Generator gesteuert ist und die ersten und zweiten Signale mit der Frequenz der Taktimpulse amplitudenmoduliert, und durch einen Demodulator, der mit den Taktimpulsen des Generators gespeist ist und das Summensignal demoduliert.
18. Wandler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Spei-

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eher zur Aufnahme mehrerer Phasenmessungssignale, die von den verschiedenen Parametern abhängen.
19. Wandler nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch einen Taktimpulsgenerator und einen Zähler für von der Selektionseinrichtung ausgewählte Summensignale und zur Vorwärtszählung der Taktimpulse des Impulsgenerators, während Impulse in dem ausgewählten Summensignal während der ersten Zeitspanne gebildet sind, und durch eine Zähleinrichtung, die die Taktimpulse von dem Impulsgenerator rückwärts zählt, während Impulse in dem zweiten Summensignal während der zweiten Zeitspanne gebildet sind, wodurch das Phasenmeßsignal in dem Zählwert besteht, der in der Zähleinrichtung nach der Vorwärts- und Rückwärtszählung verbleibt.
20. Integriertes Leiterplättchen zur Erzeugung von Ausgangssignalen, die von mehreren verschiedenen Parametern abhängen, die durch mehrere Abtasteinrichtungen für die Parameter abgetastet sind, wobei das Leiterplättchen aufweist

a) einen Signalgenerator zur Erzeugung von zwei Signalen, die jeweils eine regelmäßige Folge von Impulsen darstellen, deren Länge sinusförmig moduliert ist,

b) eine Steuereinrichtung zur Bildung einer Phasenquadraturbeziehung zwischen den genannten Modulationen der Signale während mehrerer aufeinanderfolgender gleicher ersten Zeitspannen, wobei die Steuereinrichtung so ausgebildet ist, daß die genannten Modulationen wäh-

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rend einer Mehrzahl von zweiten Zeitspannen phasengleich sind, die gleich einer entsprechenden der ersten Zeitspanne sind und dieser folgen,

c) eine Ausgangseinrichtung zur Einspeisung der von der Steuereinrichtung gebildeten Signale in mehrere Parametereinrichtungen, die jeweils die genannten Signale in relativen Anteilen kombinieren, und zwar in Abhängigkeit von dem Wert jeweils eines der Parameter, um so ein Summensignal zu liefern, dessen Phase dem Wert des Parameters während der ersten Zeitspanne entspricht, eine

d) Summensignalauswahleinrichtung zur aufeinanderfolgenden Auswahl eines der Summensignale, die von den verschiedenen Parameterabtasteinrichtungen gebildet sind,

e) einen Taktimpulsgenerator und

f) eine Zähleinrichtung, die von der Steuereinrichtung gesteuert und von dem Summensignal gesteuert ist, das von der Auswahleinrichtung ausgewählt ist, wobei die Zähleinrichtung die Taktimpulse von dem Generator während Impulsen vorwärtszählt, die in dem ausgewählten Summensignal während einer der ersten Zeitspannen gebildet werden, und darüber hinaus so ausgebildet ist, daß sie die Taktimpulse während Impulsen in dem ausgewählten Summensignal zurückzählt, die während einer der genannten zweiten Zeitspannen gebildet werden, so daß aufeinanderfolgend eine Vielzahl von Restzählwerten in dem Zähler gebildet wird, von denen jede Restzählung dem Wert eines der Parameter entspricht.

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