DE3422805C1 - Schaltungsanordnung zur Messung der Zeitdifferenz zwischen Impulsen - Google Patents

Description

• Da durch die Schaltvorrichtung 1 bewirkt wird, daß an dem Ausgang 107 der jeweils zeitlich erste Impuls und an dem Ausgang 108 der zeitlich spätere Impuls auftritt, erzeugt das Flip-Flop 201 unabhängig von der Impulsfolge an den Eingängen 101 und 102 Torsignale, deren Breite der Zeitdifferenz zwischen den nacheinander eintreffenden Signalen entspricht. Diese Torsignale werden dann mit Hilfe des UND-Gatters 202, des Taktgenerators 203 und des Zählers 204 ausgezählt.
• Die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung 1 soll im Zusammenhang mit dem Impulsdiagramm nach Fig. 2 näher erläutert werden: Am Eingang 101 und damit am Flip-Flop 103 möge während eines ersten Zeitabschnitts T 1, der in F i g. 2A) mit 300 bezeichnete Impuls und im Zeitabschnitt T2 der mit 301 bezeichnete Impuls eintreffen. Am Eingang 102 der Schaltvorrichtung 1 und damit am Flip-Flop 104 mögen während der Zeitabschnitte T1 und T2, die in F i g. 2B) mit 302 und 303 bezeichneten Impulse auftreten. Die Aufgabe der Schaltungsvorrichtung ist es, während des Zeitabschnitts T 1 die Zeitdifferenz zwischen den Impulsen 300 und 302 und während des Zeitabschnitts T2, die Zeitdifferenz zwischen den Impulsen 303 und 301 zu bestimmen. Dabei gelangt während des Zeitabschnitts T1 der erste Impuls 300 an den Eingang 101 und während des Zeitabschnitts T2 der zeitlich erste Impuls 303 an den Eingang 102.
• An dem Ausgang des vorzugsweise flankengesteuerten Flip-Flops 103 ergeben sich die in den F i g. 2C) und 2D) dargestellten Impulse bzw. Signale 304, 305, 306 und 307.
• Die Fig. 2E) und 2F) zeigen die Signalverhältnisse an den Ausgängen 107 und 108 der Schaltvorrichtung 1.
• Sowohl während des ersten Zeitabschnitts T1 als auch während des zweiten Zeitabschnitts T2 erscheint am Ausgang 107 der das (flankengesteuerte) Flip-Flop 201 der Zählvorrichtung 2 setzende Impuls 308 bzw. 309.
• Am Ausgang 108 der Schaltvorrichtung 1 hingegen erscheint jeweils zeitlich später der das Flip-Flop 201 zurücksetzende Impuls 310 bzw. 311. Am Ausgang des Flip-Flops 201 treten dann die in F i g. 2G) dargestellten Torsignale 312 und 313 der Breite T3 und F i g. 4 auf, die mit Hilfe des Zählers 204 als Zeitmeßsignale ausgezählt werden.
• Die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung 1 hat sich unter anderem besonders bei der Ausmessung von Impulsflanken einzelner Impulse bewährt. Eine entsprechende Schaltungsvorrichtung, wie sie bei der Messung von Ultraschallechoimpulsen verwendet werden kann, zeigt F i g. 3. Das entsprechende auszumessende Echosignal ist in F i g. 4 dargestellt.
• In F i g. 3 sind mit 1,2 und 3 wiederum die Schaltvorrichtung, die an sich bekannte Zählvorrichtung und die Taktsteuerung bezeichnet. Die Taktsteuerung ist sowohl mit der Schaltvorrichtung 1 als auch mit einem Sichtgerät 4 und einem Sender 5 zur Triggerung dieser Einheiten verbunden. Der Sender 5 erzeugt elektrische Spannungsimpulse, die einem elektro-akustischen Wandler 6 zugeführt werden. Dieser Wandler erzeugt dann entsprechende Ultraschallimpulse, die in ein Werkstück 7 gelangen, von dessen Rückwand 70 reflektiert werden, wiederum in den Wandler 6 gelangen und in entsprechende elektrische Impulse umgewandelt werden. Nach Verstärkung dieser Impulse in einem Verstärker 8 werden sie in einem Gleichrichter 9 gleichgerichtet und einerseits dem Sichtgerät 4 und andererseits einer Schaltungsanordnung 10 zugeführt.
• Die Schaltungsanordnung 10 besteht im wesentlichen aus zwei Komparatoren 11 und 12 und zwei variablen Widerständen 13 und 14. Der Ausgang des Gleichrichters 9 ist jeweils mit einem Eingang der Komparatoren 11 und 12 verbunden. An dem jeweils zweiten Eingang der Komparatoren liegt eine Spannung U 1, U2, die mit Hilfe der Widerstände 13, 14 von einer Spannungsquelle Uabgeleitet wird. Die Ausgänge der Komparatoren 11, 12 sind mit den Eingängen 101 und 102 der Schaltvorrichtung 1 (Fig. 1) verbunden.
• Im folgenden soll auf die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung 10 mit Hilfe des in F i g. 4 dargestellten Ultraschallrückwandechosignals 314 näher eingegangen werden: Die Widerstände 13 und 14 sollen zunächst so eingestellt sein, daß die Referenzspannung U 1 am Komparator 11 kleiner ist als die Referenzspannung U2 am Komparator 12. Dann ergibt sich am Ausgang des Komparators 11 immer dann ein Signal, wenn das Echosignal 314 den Wert U 1 überschreitet. Am Ausgang des Komparators 12 hingegen ergibt sich ein Signal, wenn das Echosignal 314 den Wert U2 überschreitet. In dem geschilderten Fall gelangt also der zeitlich erste Signalwert stets an den Eingang 101 der Schaltungsvorrichtung.
• Würde man hingegen U2< U1 wählen (nicht dargestellt), so würde der zeitlich erste Signalwert über den Eingang 102 an die Schaltungsvorrichtung 1 gelangen.
• In der Praxis hat es sich nun als vorteilhaft erwiesen, bei der Auswertung der Echosignale, einer der beiden Spannungen (z. B. U1) unverändert zu lassen und nur die zweite Spannung zu variieren und zwar sowohl auf Spannungswerte U2< U1 als auch auf Spannungswerte U2< Ul. Für den jeweils vorgegebenen Wert IU2-U1( soll dann der entsprechende Zeitdifferenzwert lt 1 - t 2 möglichst genau gemessen werden. Da es für die erfindungsgemäße Schaltung unwichtig ist, an welchem Eingang der Schaltvorrichtung das erste Signal und an welchem Eingang das zweite Signal auftritt, kann die vorstehend beschriebene Aufgabe problemlos gelöst werden.
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Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Schaltungsvorrichtung zur Messung der Zeitdifferenz zwischen an zwei verschiedenen Eingängen der Vorrichtung auftretenden Impulsen, mit einer Start/Stopp-Eingänge aufweisenden Zählvorrichtung und einer zwischen der Zählvorrichtung und dem Eingang der Schaltungsvorrichtung angeordneten Schaltvorrichtung, die unabhängig davon, an welchem Eingang der Schaltungsvorrichtung ein erster Impuls auftritt, diesen Impuls bzw. ein von ihm ausgelöstes Signal an den Starteingang der Zählvorrichtung und den nächsten am anderen Eingang auftretenden Impuls bzw. ein von diesem ausgelöstes Signal an den Stoppeingang der Zählvorrichtung legt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltvorrichtung (1) ein ODER-Gatter (105) und ein UND-Gatter (106) aufweist, deren Eingänge jeweils über Halteglieder (103, 104) mit den Eingängen (101, 102) der Schaltungsvorrichtung verbunden sind, und daß der Ausgang des ODER-Gatters (105) mit dem Starteingang (107), der Zählvorrichtung (2) und der Ausgang des UND-Gatters (106) mit dem Stoppeingang (108) der Zählvorrichtung (2) verbunden sind.
2. 2. Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteglieder (103, 104) Flip-Flops umfassen, deren jeweiliger Setzeingang mit jeweils einem Eingang (101, 102) der Schaltungsvorrichtung verbunden ist und deren Rücksetzeingänge mit einer Überwachungszeiträume (T 1, T2) bestimmenden Taktsteuerung (3) verbunden sind.
3. 3. Verwendung der Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 in Ultraschall-Anlagen und -Geräten.

   Die Erfindung betrifft eine Schaltungsvorrichtung zur Messung der Zeitdifferenz zwischen an zwei verschiedenen Eingängen der Vorrichtung auftretenden Impulsen, mit einer Start/Stopp-Eingänge aufweisenden Zählvorrichtung und einer zwischen der Zählvorrichtung und dem Eingang der Schaltungsvorrichtung angeordnete Schaltvorrichtung, die unabhängig davon, an welchem Eingang der Schaltungsvorrichtung ein erster Impuls auftritt, diesen Impuls bzw. ein von ihm ausgelöstes Signal an den Starteingang der Zählvorrichtung und den nächsten am anderen Eingang auftretenden Impuls bzw.

   ein von diesem ausgelöstes Signal an den Stoppeingang der Zählvorrichtung legt Schaltungsanordnungen zur Messung der Zeitdifferenz zwischen an zwei verschiedenen Eingängen einer Anordnung auftretenden Impulsen, durch Setzen und Rücksetzen eines Flip-Flops und Auszählung des Torsignals sind seit langem bekannt z. B. DE-PS 2842450. In der Regel können diese bekannten Schaltungsanordnungen allerdings nur dann eingesetzt werden, wenn das zeitlich zuerst eintreffende Signal sicher an den Setzeingang und das zeitlich später ankommende Signal an den Rücksetzeingang des Flip-Flops gelegt wird. Bei vielen Anwendungsfällen ist es aber nicht bekannt, an welchem Eingang der Schaltungsanordnung das erste Signal und an welchem Eingang das zweite Signal auftreten wird.

   Aus der EP 53 487 Al ist ferner eine Schaltungsvorrichtung bekannt, die zur Messung der Zeitdifferenz zwischen zwei periodisch auftretenden Signalen dient.

   Mit Hilfe einer speziellen Flip-Flop-Schaltung wird erreicht, daß die Zeitdifferenzmessung auch dann möglich ist, wenn nicht festlegbar ist, an welchem Eingang der Schaltungsanordnung das erste Signal und an welchem Eingang das zweite Signal auftreten wird. Nachteilig bei dieser bekannten Schaltungsvorrichtung ist aber die Beschränkung auf sich periodisch wiederholende Signale.

   Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsvorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit der es auf einfache Weise möglich ist, auch bei nicht periodischen Signalen eine absolute Zeitdifferenzmessung durchzuführen.

   Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Schaltvorrichtung ein UND-Gatter und ein ODER-Gatter aufweist, deren Eingänge jeweils über Halteglieder mit den Eingängen der - Schaltungsvorrichtung verbunden sind, und daß der Ausgang des ODER-Gatters mit dem Starteingang der Zählvorrichtung und der Ausgang des UND-Gatters mit dem Stoppeingang der Zählvorrichtung verbunden sind.

   Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe von Figuren beschrieben: Es zeigt Fig.1 das Prinzipschema einer möglichen Ausbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, Fig. 2 ein Fig. 1 zugeordnetes Signaldiagramm zur Erläuterung der Funktionsweise, F i g. 3 ein Ultraschallprüfgerät, in dem die erfindungsgemäße Schaltung zum Ausmessen von Ultraschallechos verwendet wird, und Fig.4 ein typisches Ultraschallecho, bei dem die Form der ansteigenden Flanke mit Hilfe der Vorrichtung gemäß F i g. 3 gemessen werden soll.

   Die in F i g. 1 dargestellte Schaltungsvorrichtung besteht aus einer Schaltvorrichtung 1, einer dieser Schaltvorrichtung nachgeschalteten und an sich bekannten Zählvorrichtung 2 und einer Taktsteuerung 3.

   Die Schaltvorrichtung 1 (und damit auch -die Schaltungsvorrichtung) besitzt die Eingänge 101 und 102, sowie diesen Eingängen nachgeordnete Flip-Flops 103, 104, wobei die Eingänge 101, 102 mit den Setzeingängen der zugeordneten Flip-Flops 103, 104 verbunden sind und wobei die Reseteingänge der Flip-Flops 103, 104 mit einem Taktsignal beaufschlagt werden, das sich in vorgegebenen Zeitspannen T1, T2 wiederholt und von der Taktsteuerung 3 erzeugt wird. Die Ausgänge der Flip-Flops 103, 104 sind jeweils sowohl mit den beiden Eingängen eines ODER-Gatters 105 als auch eines UND-Gatters 106 verbunden, deren Ausgänge die Ausgänge 107 und 108 der Schaltvorrichtung 1 bilden.

   An den Ausgängen 107, 108 ist die an sich bekannte Zählvorrichtung 2 angeschlossen. Diese Zählvorrichtung besteht beispielsweise aus einem Flip-Flop 201, dessen Setzeingang mit dem Ausgang 107 und dessen Reseteingang mit dem Ausgang 108 verbunden ist. Dem Flip-Flop 201 ist ein UND-Gatter 202 nachgeschaltet, an dessen zweitem Eingang ein Taktgenerator 203 liegt.

   Dem UND-Gatter 202 ist ein Zähler 204 nachgeordnet.