DE3702991C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ereignis-Meßeinrichtung gemäß dem Ober­ begriff des Anspruches 1.

Bei gattungsgemäßen Einrichtungen wird das jeweils aufeinanderfolgende Auftreten des zu messenden Ereignisses durch einen Impuls gekenn­ zeichnet, und die Messung erfolgt durch Summation der Impulse. Ein typisches Beispiel ist die Messung eines zurückgelegten Weges, wobei die Relativbewegung durch Lieferung eines Impulses pro Wegeinheit erfaßt und das Meßergebnis digital in einer Längeneinheit, beispiels­ weise in km erfaßt und gegebenenfalls angezeigt wird. Die Anpassung zwischen der Empfindlichkeit des Aufnehmers und der Auflösung des Meß- bzw. Anzeigegerätes erfolgt über eine Teilerschaltung zur Herab­ setzung der vom Ereignis-Impulsgeber gelieferten Pulsfolge; vgl. z.B. SIEMENS-Baustein 4502 (Tachometerzähler-Vorteiler). Soll etwa das Wegstrecken-Meßergebnis um eine (Längen-) Einheit ansteigen, wenn aufgrund des zurückgelegten Weges der Ereignisimpulsgeber 5000 Impulse geliefert hat, dann wird vom Vorteiler die resultierende Teilerzahl 5000 benötigt.

Soll dieselbe Meß- und Anzeigeeinrichtung bei unveränderter Ereignis­ impuls-Folge jedoch für die Weglängen-Erfassung in einer anderen Maßeinheit eingesetzt werden, dann ist die Teilerzahl entsprechend zu ändern. Wenn die unterschiedlich möglichen Maßeinheiten nicht in ganzzahligem Verhältnis zueinander stehen, ist für die Division eine komplexe Rechenschaltung erforderlich, weil einfache auf Zähler­ funktion basierende Teilerschaltungen nur ganzzahlige Teilerzahlen liefern.

Für einen Wechsel einer Wegstrecken-Anzeige von angelsächsischen Meilen auf km würde die erforderliche Teilerzahl aber beispielsweise 3107,13398, oder für eine wahlweise Messung in SM und in km 2699,784 betragen, also jeweils nur als unechter bzw. gemischter Bruch darstellbar sein.

Für eine ähnliche Problematik, nämlich eine Preisanzeige in Abhängigkeit von unterschiedlichen Tarifen für die gleiche Ereignisfolge, ist es aus der DE-OS 23 60 587 bekannt, für nicht-ganzzahlige Teilerverhältnisse, zur Meß-Anpassung mittels der Teilerschaltung, auf eine einfache Zählstufe zurückzugreifen, die nicht einfach mit den Ereignisimpulsen beauftragt wird, sondern mit einem Vielfachen der einlaufenden Ereignisimpulse unter abschließendem Aufsummieren nur der Übertragsimpulse am Ende der Zählkapazität dieses Zählers. Das von solchem Modulo-Zähler aufzuzählende Vielfache der einlaufenden Ereignisimpulse ist bestimmt durch den Quotienten aus dem Modulo-Zählvolumen und dem aktuell für die Meß-Anpassung erforderlichen Teilungsfaktor der Teilerschaltung. Dieser Quotient ergibt zwar normalerweise keine ganze Zahl; dennoch wird zur Vervielfachung der einlaufenden Ereignis-Impulse diejenige ganze Zahl genommen, die dem rechnerischen Quotienten am nächsten liegt. Da am Ende der Zählkapazität des Modulo- Zählers die über den Modulo-Zählimpuls überschüssigen Zähleinheiten als Anfangs-Zählstellung wirken (also beispielsweise die Einer bei einem Zählvolumen von zehn), geht der bei der Bestimmung des Vielfachen in Kauf genommene Fehler in das Meßwert-Summierergebnis desto weniger ein, je größer die Anzahl der einlaufenden Ereignisimpulse ist. Man wird also für genaue Messungen auch schon über kurze Meßintervalle eine möglichst hohe Ausgangs-Impulsfrequenz des Ereignis-Impulsgebers anstreben, was aber einen entsprechend hohen schaltungstechnischen Aufwand für die störungssichere Erzeugung und Verarbeitung der hochfrequenten Ereignisimpulsfolge bedingt.

In Erkenntnis dieser Gegebenheiten liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung gattungsgemäßer Art zu schaffen, die ohne großen rechentechnischen Aufwand eine genaue Ereignis-Messung unabhängig von der Spanne auch dann ermöglicht, wenn ein nicht- ganzzahliges Verhältnis zwischen Ereignis-Pulsfrequenz und Meßanzeige- Pulsfrequenz gegeben ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die gattungsgemäße Einrichtung gemäß dem Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 ausgelegt ist.

Diese Lösung beruht auf der Erkenntnis, daß auch Teilerverhältnisse, die gemischte Brüche darstellen, durch einfache Zählvorgänge mit einer nicht von der Meß-Spanne, sondern nur vom Zähler-Aufwand abhängigen Genauigkeit realisierbar sind, wenn für die Messung nicht nur die Ausgangsimpulse einer Zählschaltung aufsummiert werden; sondern wenn statt dessen die Zählschaltung als Reihenschaltung mehrerer Modulo-Zählstufen realisiert wird, mit Aufsummieren sämtlicher hinter den einzelnen Stufen auftretender Modulo- oder Übertrags-Zählimpulse. Jede dieser Molulo-Zählstufen der Reihenschaltung für sich liefert dann zwar nur eine ganzzahlige, nämlich die gegenüber der benötigten nächsthöhere Teilerzahl; der Bruchteilsüberschuß gegenüber der tatsächlich angestrebten Teilerzahl wird aber bereits in der nachfolgenden Modulo-Zählstufe mit berücksichtigt und geht somit nicht verloren, ohne daß es der Vervielfachung der Ergebnis-Eingangsimpulse für eine möglichst genaue Annäherung des nicht-ganzzahligen Teilerverhältnisses bedarf. Daraus also resultiert, daß es nur eine Frage des Aufwandes, nämlich der Anzahl der hintereinander geschalteten und jede gesondert abgefragten Modulo-Zählstufen ist, die angestrebte resultierende Teilerzahl beliebig genau anzunähern und damit beispielsweise die Umwandlung zwischen unterschiedlichen Maßeinheiten beliebig genau durchzuführen, also mit der gleichen Meß- und Anzeigeeinrichtung die Meßgröße in einer vorgegebenen Maßeinheit beliebig genau zu bestimmen. Die Dimensionierung, nämlich das Zählvolumen, der einzelnen Zählstufen ergibt sich aus einer (unten näher dargestellten) Differenzen- Approximation. Diese kann abgebrochen, die Anzahl individuell in Serie geschalteter Zählstufen also begrenzt werden, wenn der resul­ tierende Fehler zwischen der tatsächlich realisierten und der (auf­ grund der Maßeinheiten-Umrechnungsfaktoren) rechnerisch angestrebten Teilerzahl für die anstehende Meßaufgabe hinreichend klein geworden ist.

Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung ist bei Meßgeräten zur Wegstrecken-Messung gegeben, die je nach Einsatzfall in unterschiedlichen Dimensionen (Maßeinheiten) anzeigen sollen. Beispielsweise werden Kraftfahrzeuge einheitlich mit Impuls­ gebern und Summierzählern zu inkrementaler Messung der zurückgelegten Wegstrecke ausgestattet; wobei die Anzeige der Messung auf dem europäischen Festland in km, bei Betrieb des Kraftfahrzeuges im angelsächsischen Kulturkreis aber in Meilen erfolgen soll. Da das Verhältnis der anzuzeigenden Größen nicht-ganzzahlig (also ein un­ echter Bruch) ist, würde die einfache Umschaltung eines auf Zähler­ basis arbeitenden Vorteilers zu erheblichen, nicht mehr zulässigen Rundungsfehlern in der Wegstreckenanzeige führen; weshalb in der Praxis der erhebliche apparative Aufwand für die mathematische Um­ rechnung mittels einer Quotienten-Rechenschaltung getrieben werden muß. Nach der erfindungsgemäßen Lösung braucht aber nun für eine Umstellung des Anzeige-Maßstabes nur das Zählvolumen der einzelnen Zählstufen angepaßt zu werden, so daß mit einer einfachen Folge von Zählschaltungen eine beliebig genaue Anpassung an die rechnerisch erforderliche Teilerzahl für die Wegstreckenanzeige in der neuen Maßeinheit erzielbar ist.

Zusätzliche Alternativen und Weiterbildungen sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen und, auch unter Berücksichtigung der Darlegungen in der Zusammen­ fassung, aus nachstehender Beschreibung eines in der Zeichnung unter Beschränkung auf das Wesentliche stark abstrahiert skizzierten be­ vorzugten Realisierungsbeispiels zur erfindungsgemäßen Lösung. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt im Blockschaltbild die Untersetzung der Ereignisimpulsfolge durch eine Kette von Teilerstufen, deren Ausgangssignale parallel in eine Übergabeschaltung und von dort seriell an den Summierzähler weitergegeben werden; mit numerischer Angabe der Teilerfaktoren und des resultierenden Anzeigefehlers für den Beispielsfall einer Meßgrößen-Umschaltung von Seemeilen auf Kilometer, wie sie etwa in Zusammenhang mit kartografischen Aufgaben von Interesse ist.

Ein Ereignisimpulsgeber 12 liefert eine ereignisabhängige Anzahl x von Impulsen, wobei das Ereignis etwa die zurückgelegte Wegstrecke eines Land- oder Wasserfahrzeuges ist. In einem Summierzähler 13 wird das Ereignis in einer vorgegebenen Dimension gemessen, und in einem diesem gegebenenfalls nachgeschalteten Anzeigegerät 14 kann das gemessene Ereignis - vorzugsweise zusammen mit der der Messung zugrundegelegten Dimension - optisch dargestellt werden. Zwischen dem Ereignisimpulsgeber 12 und dem Summierzähler 13 ist in der Praxis regelmäßig eine Teilerschaltung 15 vorgesehen, so daß sich der vom Summierzähler 13 ermittelte Meßwert y als Quotient aus Ereignis-Impulszahl x als dem Dividenden und resultierender Teilerzahl n der Schaltung 15 als dem Divisor ergibt.

Im in der Zeichnung angegebenen Zahlenbeispiel liefert der Ereignis- Impulsgeber 12 über eine Wegstrecke von einer SM x = 5000 Impulse, die in der Teilerschaltung 15 auf y = 1 Ansteuerimpuls(e) für den Summierzähler 13 untersetzt werden, damit dieser um die Einheit von einer SM weiterschaltet bzw. das nachgeschaltete Anzeigegerät 14 die (weiterhin) zurückgelegte Wegstrecke von einer SM anzeigt.

Wenn jedoch der gleiche Ereignisimpulsgeber 12 und der gleiche Summier­ zähler 13 dafür eingesetzt werden sollen, die Fahrtstrecke nicht in SM (fette Dimensionsangabe im Anzeigegerät 14), sondern in km (feine Dimensionsangabe im Anzeigegerät 14) zu messen und darzu­ stellen, dann muß die Teilerzahl n der Teilerschaltung 15 entsprechend dem Umrechnungsfaktor zwischen km und Seemeilen geändert werden. Dieser gegebene Umrechnungsfaktor bedingt, daß nicht erst nach x = 5000 Impulsen (für die SM-Anzeige), sondern nun schon nach x = 2699,784 Impulsen der Summierzähler 13 bzw. sein Anzeigegerät 14 um eine Einheit (nun in der Dimension "Kilometer") weiterschalten soll.

Eine Teilerschaltung 15 der hier in Betracht gezogenen Art ist üblicher­ weise als modulo-n-Zähler aufgebaut; also als ein Zähler, der bei Erreichen seiner Zählkapazität n einen Ausgangsimpuls als Zählimpuls z an den Summierzähler 13 abgibt und bei weiterer eingangsseitiger Impulsansteuerung wieder von vorne zu zählen beginnt. Wenn jedoch, wie im vorliegenden Beispiel, die Impulsfrequenzuntersetzung zwischen Ereignisimpulsgeber 12 und Summierzähler 13 anstelle einer ganzen Zahl einen gemischten Bruch bedingt, wäre wie erwähnt für diese definierte Untersetzung üblicherweise eine komplette Dividier-Rechen­ schaltung erforderlich, weil sich sonst (bei Berücksichtigung allein des ganzzahligen Untersetzungsanteils) der bei der Modulo-Untersetzung unberücksichtigt bleibende Bruchteil über ein größeres Meßintervall (beispielsweise eine sehr lange Wegstrecke) zu einem unzulässig großen Fehler aufsummieren würde. Nachteilig ist jedoch, daß eine Rechenschaltung zur Durchführung der Division bei erheblichem apparativem Aufwand eine dennoch nicht vernachlässigbare Rechenzeit bedingt, was wiederum eine hohe Auflösung des Meßergebnisses hindert.

Deshalb ist nach vorliegender Erfindung die Teilerschaltung 15 nicht als Rechenwerk ausgebildet, sondern durch eine Reihenschaltung her­ kömmlicher Modulo-Zählstufen 16. i realisiert, deren einzelne Zähl­ impulse zi auf den Summierzähler 13 geschaltet sind. Wie in der Zeichnung durch das Einstell-Symbol angedeutet, sind die einzelnen Zählstufen 16. i auf veränderbare Zählkapazitäten vorgebbar, wenn die resultierende Teilerschaltung 15 für bestimmte Dimensionsum­ schalt-Optionen entsprechend unterschiedlichen resultierenden Teiler­ zahlen n realisierbar sein soll.

Wegen der sehr unterschiedlich möglichen Teilerzahlen ni der einzelnen Zählstufen 16. i ist nicht auszuschließen, daß einige der Zählimpulse zi gleichzeitig oder einander überlappend ausgegeben werden. Um sicherzustellen, daß dennoch alle auftretenden Zählimpulse zi vom Summierzähler 13 erfaßt werden, ist eine Übergabeschaltung 17 vorgesehen, die die Funktion eines Parallel-Serien-Wandlers hat. Sie kann deshalb beispielsweise einfach als Schieberegister realisiert sein, in das während eines Arbeitszyklus die Zählimpulse zi eingelesen und am Ende des Arbeitszyklus seriell an den Summierzähler 13 ausgelesen werden. Der Arbeitszyklus und das Auslesen des Schieberegisters können aus dem Impulsgeber 12 gesteuert sein; zur Verdeutlichung ist in der Zeichnung jedoch hierfür eigens eine autark arbeitende Steuerschaltung 18 vorgesehen, die periodisch das Schieberegister zum Auslesen und Löschen ihres akkumulierten Inhalts einmal umlaufen läßt.

Die Funktion der Reihenschaltung der Zählstufen 16. i und der Summierung ihrer einzelnen Zählimpulse zi ist eine resultierende Teilerzahl n , wie in der Zeichnung angegeben, also darstellbar als Quotient einer Produktsumme und eines Produkts mit Teilerzahlen ni. Anschaulich gesprochen bedeutet das, daß jede der als Modulu-ni-Zähler realisierten Zählstufen 16. i zwar nur ihren ganzzahligen Beitrag zur resultierenden Teilerzahl n liefern kann, daß aber der darin dann enthaltene über­ schießende Bruchteil von den nachfolgenden Zählstufen 16. i + ... mit erfaßt und somit insgesamt berücksichtigt wird. Daraus resultiert, daß die Quotientenbildung umso genauer an das Meßgrößen-Verhältnis angepaßt wird, der resultierende Fehler f gegenüber dem mathematisch exakten Divisionsergebnis also umso kleiner wird, je mehr solcher Zählstufen 16. i innerhalb der Teilerschaltung 15 hintereinander geschaltet und über die Übergabeschaltung 17 auf den Summierzähler 13 ausgelesen werden. Mit gesteigerter Anforderung an die Genauigkeit des Meßergebnisses braucht also lediglich die tatsächlich erzielte, resultierende Teilerzahl n weitergehend an die rechnerisch ermittelte, geforderte Teilerzahl angeglichen zu werden, wozu lediglich eine größere Anzahl entsprechend dimensionierter Zählstufen 16. i vorzugeben ist. Es besteht deshalb ein direkter Zusammenhang zwischen geforderter Genauigkeit und dazu erforderlichem technischem Realisierungsaufwand, also zwischen Genauigkeit und stetig damit anwachsenden Kosten. Beim zahlenmäßigen Ausführungsbeispiel ergibt sich aber zufällig, daß schon die Serie der angegebenen beiden Zählstufen 16.1 und 16.2 eine resultierende Teilerzahl n ergibt, die mit der benötigten Teiler­ zahl n praktisch übereinstimmt, daß also der resultierende Fehler f schon zu Null wird.

Die Bestimmung der einzelnen Teilerzahlen ni der Zählstufen 16. i ist ebenfalls in der Zeichnung angegeben. Die erste Zählstufe 16.1 ist auf ein Zählvolumen n 1 entsprechend dem nächsthöheren ganzzahligen Anteil gegenüber der angestrebten, als gemischter (dezimaler) Bruch darstellbaren Teilerzahl n vorgegeben. Die nachfolgende Zählstufe 16.2 hat ein Zählvolumen n 2, das dem nächsthöheren ("+1") ganzzahligen Anteil ("INT") des Kehrwertes des Produktes aus der tatsächlich vorangegangenen Teilerzahl n 1 und der Differenz der Kehrwerte aus vorangehend angestrebter (n) und tatsächlich gegebener (n 1) Teilerzahl entspricht; u.s.f. für gegebenenfalls erforderliche weitere Zählstufen 16. i.

Die Realisierung der erfindungsgemäßen Einrichtung ist, wie darge­ stellt, mit wenigen Standard-Bausteinen der digitalen Schaltungs­ technik möglich und deshalb besonders geeignet zur vollständigen Integration als universeller Vorteiler für bestimmte Aufgaben vor­ stehend umrissener Art. Sollte ohnehin ein Mikroprozessor, z.B. für eine Aufbereitung von Ereignisdaten, verfügbar sein, dann kann auch dieser die Zähl- und Ausgabefunktionen der beanspruchten Lösung übernehmen.

Claims (4)

1. Ereignis-Meßeinrichtung mit einem Ereignis-Impulsgeber (12), der über eine als Zähler aufgebaute Teilerschaltung (15) einen Summierzähler (13) für die Meßwertausgabe mit Zähler-Übertrags-Impulsen (zi) speist, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilerschaltung (15) aus einer Reihenschaltung von mehreren Molulo-Zählstufen (16. i) besteht und zwischen dem Summierzähler (13) und der Teilerschaltung (15) eine Übergabeschaltung (17) für sämtliche Modulo-Zählimpulse (zi) der Zählstufen (16. i) vorgesehen ist.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergabeschaltung (17) als Parallel-Serien-Wandler ausge­ legt ist.

3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Summierzähler (13) ein Anzeigegerät (14) nachgeschaltet ist.

4. Meßeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählstufen (16. i) individuell auf unterschiedliche Zähl­ volumina zur Abgabe ihrer Zählimpulse (zi) umstellbar sind.