CN101438215A

CN101438215A - 用于采集信号的值的方法和装置

Info

Publication number: CN101438215A
Application number: CNA2007800164635A
Authority: CN
Inventors: 安德烈亚斯·博德
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2006-04-07
Filing date: 2007-02-21
Publication date: 2009-05-20
Also published as: US20100066412A1; JP2009532964A; EP2005266A1; EP1843230A1; WO2007115856A1

Abstract

本发明涉及用于减少采集信号(18)的待存储值(19－22)的量的方法和装置。如果信号(18)的值超出或者位于预定的值域(23－25)的边界，则将该值(19－22)进行存储，该值域的大小通过上边界值(27，30，34)和下边界值(28，31，33)确定。按照本发明，从所述值域(23－25)的预定起始大小(26，29，32)出发，在采集所述值期间改变所述值域(23－25)的大小，特别是连续地减小到零。

Description

用于采集信号的值的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于采集信号的值的方法，其中，如果信号的值超出或者位于预定的值域(其大小通过上边界值和下边界值确定)的边界，则将该值进行存储。此外，本发明还涉及一种用于采集信号的值的装置，其中，该装置具有控制器，该控制器被构造为：如果信号的值超出或者位于预定的值域(其大小通过上边界值和下边界值确定)的边界，则将该值进行存储。

背景技术

在对信号的值进行采集或者在对信号进行采样时，在许多应用中应该限制信号的待存储值或数据的量，以便减少为此所需要的存储需求。压缩方法使得这点成为可能。所存储的值或数据量被减少或者保持为极小，而不会损失在所采集和存储的值中所包含的关于该信号的重要信息。在此，通常要及时地记下信号的快速变化、在小变化中的精确值以及在信号中所包含的结构(例如，漂移、斜坡和噪声)。

在已知的技术方案中，在采集信号的值时按照固定的时间间隔存储这些值。此外，不存储处在特定值域内的值。由此可以如下地将所存储的值的数目保持为很小：仅仅存储信号的超过由该值域预定的最小改变的变化。值域的大小通过上边界值和下边界值来确定。在采集值的整个过程中该值域的大小保持不变。由此，只有在一个新的值相对于此前的值至少偏离该上边界值或下边界值时，才存储该新的值。只有当该新的待存储的值处于预定的值域之外，才进行该存储。这种值域也被称为死区(Totband)。

图1示出了一个带噪声的(verrauscht)、基本上正弦形式的信号1。在图1中示出了一个坐标系，其中相对于时间记录了信号1的波形。按照上面所描述的常规的方式对该信号1进行取样。在此，采集并存储了信号1的值。在图1中为所存储的值标注了方形的标记。作为示例，进一步标出了在信号1的变化中所采集并存储的值2、3和4。借助于预定的值域对这些值进行存储。在图1中以虚线示出了这些值域。在图1中进一步标出了值域5、6和7。这些值域按照它们在时间上的延伸描绘出矩形的面积。这些值域的大小通过它们在垂直、即纵坐标方向上的延伸给出。正如在图1中可以看出的那样，这种值域的大小分别随其时间变化而保持相同。在图1中用参考标记8标出了值域5-7的大小。通过信号1的变化确定了各个值域的时间上的延伸。各个值域在时间上的扩展是不同的。信号的所存储值确定下一个值域的位置。围绕该所存储的值对称地确定该下一个值域的上边界值和下边界值。因此，上边界值向上(即，按照正的纵坐标方向)离开该所存储的值的距离与下边界值向下(即，按照负的纵坐标方向)离开得一样远。在图1中值域5被对称地围绕值2设置。在按照图1的例子中，一直利用值域5对信号1进行采样，直到采集到一个处于值域5的边界之外或者之上的值。在图1中值3处示出了这种情况。因此存储该值3。在图1中用参考标记9标出了值域5在时间上的扩展。此时值3的位置被用作对于随后的值域6的出发点。相对于值3对称地确定值域6的上边界值和下边界值。一直利用值域6对信号1进行采样，直到采集到一个处于值域6的边界之外或者之上的值。在值4处是这种情况。存储值4。在图1中用参考标记10标出了值域6在时间上的扩展。值4被用作对于随后的值域7的出发点。随后，如同结合值2-4以及值域5-7所描述的那样，按照相同的方式进行对信号1的其它采样和采集，以及对信号1的其它值的存储。

在这种用于采集信号的值的方式中，出现的问题是：为了采集特别小的信号变化，必须将值域的恒定的大小设置为极其小。在诸如按照图1的带强烈噪声的信号的情况下，则要么压缩比不令人满意(即，存储了许多的数据)，使得为此所需的存储需求极大，要么通过所存储值不能足够精确地描绘信号波形。此外，在设置值域之前就必须考虑用于采集信号的值的参数，尽管待描绘的信号结构还未知。这点在压缩中同样会导致不充分的结果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，允许对信号的值进行采集，使得所存储的值的数目保持为极小，并且通过所存储的值足够精确地反映信号的结构。

上述技术问题是通过权利要求1和权利要求12的技术教导来解决的。

在方法方面，从值域的预定起始大小出发，在采集值的期间改变值域的大小。此外在装置方面，这样构造控制器：该控制器从值域的预定起始大小出发，在采集值的期间改变值域的大小。因此，根据本发明在采集值的期间动态地确定值域。该值域也被称为死区。在此该死区是可变的。由此，保证了在通过所存储的值良好地描绘信号的波形的同时，时常显著地减小了所存储的值的数量。

在本发明的一种优选的实施方式中，如果存储了一个值，则所述值域的大小在改变之后重新取得所述起始大小。由此，可以极其迅速地识别大的信号改变。

在另一种特别优选的实施方式中，减小、特别是连续地减小所述值域的大小。由此，可以极其迅速地、特别是立刻确定大的信号改变，并且此外同样地可以确定小的信号改变。缓慢的信号漂移以及斜坡就作为这样的信号改变而被识别并且被记录。此外，带强烈噪声的信号可以作为这样的信号改变被识别，而不需存储该带强烈噪声的信号的许多值。即使在带噪声的信号中也可以迅速地识别信号峰值。优选地，平均的信号改变越强烈，则可以越好地识别该信号改变。

优选地，即使在所述值域减小的情况下，如果直到该值域的预定最小大小，还没有采集到超出或者位于该减小的值域的边界的值，也将值进行存储。由此保证了，在预定最小大小的情况下也存储一个值，而不管该值是否处于值域的内部。由此可以更好地将实际的信号波形以及其改变反映在所存储的值中。

特别优选地，所述值域的预定最小大小为零。在这种情况下，在出现该最小大小时不再存在死区或者说值域。由此存储了信号的精确值。

在一种优选的实施方式中，在改变所述值域的大小时，对称地改变上边界值和下边界值。因此，按照相同的方式改变上边界值以及下边界值。

在另一种优选的实施方式中，按照一种线性函数改变所述值域的大小。这点保证了在迅速和精确地采集信号改变和存储信号改变之间特别良好的折中。

优选地，根据在前所存储的、特别是直接地在前所存储的信号的值来确定值域。这点同样保证了迅速同时精确地采集信号改变以及存储信号改变。

特别优选地，根据一个在目前为止所采集的信号的值的基础上所确定的预测值来确定值域。本发明的该实施方式保证了将值域与信号波形特别准确地协调。特别良好、准确和迅速地采集了信号变化。

优选地，预先给定一个在信号的预定第一时间范围中待存储值的特别的最大数目。由此可以保证，精确地确定并且充分利用为了存储信号的值所需要的存储器范围。该第一时间范围例如可以包括信号波形的特定的时间，在该特定时间中定期存储值。例如，由此可以指定所希望的待存储值的平均数量。

此外，优选地，根据在所述信号的预定第二时间范围中所存储的值，确定值域的起始大小。例如，该第二时间范围可以是特定数目的用于采集值的观察周期。起始大小优选地与目前为止采集和存储的信号变化匹配。这点使得可以更好和更迅速地采集信号改变。

附图说明

下面结合实施例以及附图对本发明及其优点作进一步说明。附图中：

图1示出了按照现有技术对信号的值进行采集的实例，

图2示出了用于采集信号的值的本发明的装置的实施例，

图3示出了在带强烈噪声的信号的情况下对值进行采集的实施例，

图4示出了在带噪声的信号中的信号峰值情况下对值进行采集的实施例，

图5示出了在带弱噪声的信号的情况下对值进行采集的实施例，

图6示出了在弱漂移的信号的情况下对值进行采集的实施例，

图7示出了在信号的强烈变化的情况下对值进行采集的实施例。

具体实施方式

图2示出了用于采集信号的值的本发明的装置11的实施例。该装置11包含：带有程序存储器13的控制器12，数据存储器14、输入接口15和输出接口16。装置的这些组件经过总线17互相连接。通过输入接口15将信号引入到装置11，该信号要被采样并且其值要被采集。在此，如果信号的值到达或者超过了所确定的值域的边界，则应该将这些值存储在数据存储器中。由此，通过与此前所采集和存储的值的比较应该确定并且存储该信号的变化。在此，该改变必要时应该足够大，以便将待存储的值的数量保持为极小，同时必要时还必须足够小，以便按照信号的结构在所存储的值中保持对其准确的描绘。为此，将信号送至控制器12，该控制器相应地处理该信号。同样地，通过输入接口15将用于信号处理的参数、特别是用于确定值域和其大小的参数，送至控制器12。这些参数连同在程序存储器13中存储的程序一起按照适当的方式控制控制器12。

按照本发明，改变用于存储信号的值的值域。因此该值域是可变的。图3示出了对信号18的值进行采集的实施例。信号18是带强噪声的、基本上为正弦形式的信号，在坐标系中相对于时间记录了其波形。借助于装置11对信号18进行采样。在此，处于所规定的可变值域边界之上或者之外的信号18的值被采集。这些值被存储在数据存储器14中。在图3中为所存储的值19、20、21和22加上了圆形的标记。此外，在图3中示出了值域23、24和25，它们按照其在时间上的延伸描绘出了用虚线标出的梯形面积。值域23-25的大小按照其各自在时间上的变化而改变。

在信号18的波形的时刻t1采集并且存储了值19。值19被用作对于在图3中所示出的采集信号18的值的起始点。值19的位置确定了随后的值域23的位置。值域23具有起始大小26，该起始大小通过上边界值27和下边界值28确定。在起始大小26中，上边界值27向上(即，按照正的纵坐标方向)离开所存储的值19的距离与下边界值28向下(即，按照负的纵坐标方向)离开得一样远。在图3中起始时围绕值19对称地设置值域23。在图3中通过一个垂直地在纵坐标方向上通过值19的双箭头示出了起始大小26。从起始大小26出发，值域23随后被减小。在此连续地按照预定的线性函数进行该减小。上边界值27随着时间变化按照线性函数以负的斜率降低，而下边界值28随着时间变化按照线性函数以正的斜率升高。在此，两个函数的斜率反向相等。上边界值27和下边界值28的改变是对称地进行。

通过减小值域23的大小，信号18在时刻t2出现在值域23的下边界值28上。在时刻t2采集和存储信号18的值20。在时刻t1和t2之间的时间范围内，信号18小于分别设定的上边界值27并且大于分别设定的下边界值28。因此，不存储位于该时间范围内信号18的任何值。对值20的存储导致确定下一个值域24。在此，该值域24首先取得与起始大小26相同的起始大小29。因此，在存储了一个新的值之后再次扩大了此前所减小的值域。特别是将其设置回到原始的起始大小。值20的位置决定了值域24的位置。该起始大小29是通过上边界值30和下边界值31确定的。在起始大小29中，上边界值30向上按照正的纵坐标方向离开所存储的值20的距离与下边界值31向下按照负的纵坐标方向离开得一样远。起始时对称地围绕值20设置值域24。通过一个垂直地在纵坐标方向上通过值20的双箭头示出了起始大小29。从起始大小29出发，值域24的大小随后被减小。在此连续地按照预定的线性函数进行该减小。值域24的改变类似于此前所描述的值域23的改变而进行。

通过减小值域24的大小，信号18在时刻t3出现在值域23的上边界值30上。在时刻t3采集和存储值21。在时刻t2和t3之间的时间范围内，信号18小于分别设定的上边界值30并且大于分别设定的下边界值31。因此，不存储位于该时间范围内信号18的任何值。对值21的存储导致确定下一个值域25。在此，该值域25取得与起始大小26和29相同的起始大小32。正如此前结合值域23和24所描述的那样，然后随着信号18在时间上的变化连续地按照线性函数减小值域的大小。

这样一直进行下去，直到信号18在时刻t4出现在值域25的下边界值33上。在时刻t4采集和存储值22。在时刻t3和t4之间的时间范围内，信号18小于分别设定的上边界值34并且大于分别设定的下边界值33。因此，不存储信号18位于值域25的该时间范围内的任何值。

通过减小值域23-25的大小，可以在带强烈噪声的信号18的情况下将待存储值的数量保持极其少。同时，保证了借助于所存储的值对噪声的良好描绘。

图4示出了在具有信号峰值36的带噪声的信号35情况下对值进行采集的实施例。如同前面在图3中一样，在图4中利用圆形的标记标出信号35的多个值。这些所标出的值由控制器12存储在数据存储器14中。例如，在图4中进一步示出了所存储的值37、38和39。在信号35的波形的时刻t5采集和存储了值37。该值37被用作对于在图4中所示出的采集信号35的值的起始点。值37的位置确定了随后的值域40的位置。值域40具有一个与按照图3的值域25-27的各个起始大小相同的起始大小，并且该起始大小通过上边界值和下边界值确定。正如前面结合图3所描述的那样，值域40的大小被减小。

信号35在时刻t6出现在值域40的上边界值上。在时刻t6采集和存储信号35在时刻t6具有的值38。在时刻t5和t6之间的时间范围内，信号35小于值域40分别设定的上边界值并且大于分别设定的下边界值。因此，不存储信号35位于该时间范围内的任何值。

值38的位置确定了随后的值域41的位置。值域41具有一个与值域40的起始大小相同的起始大小，并且该起始大小同样通过上边界值和下边界值确定。正如前面描述的其它值域那样，值域41的大小被减小。信号35在时刻t6附近的变化中具有一个迅速和强烈的上升，直到信号峰值36。信号峰值36构成了信号波形的转折点，在其之后信号迅速下降。这点导致信号35相当迅速地出现在值域41的下边界值上。这发生在时刻t7上。在时刻t7采集和存储信号35在时刻t7具有的值39。值39的位置确定了随后的值域的位置。对于信号35的其它的采集和存储类似于按照图3的情况进行。

在时刻t6和t7之间的时间范围极其短暂，因为信号35迅速地下降。根据本发明该强烈信号变化可以被快速采集。在此，将所存储的值的数量保持为很少，并且良好地采集噪声以及信号35的信号峰值36。

图5示出了在带弱噪声的信号42的情况下对值进行采集的实施例。通过为了采集信号42的值而减小所确定的值域43和44的大小，在这种情况下也保证了，借助于所存储的值45、46和47足够精确地描绘该很小的噪声。

可以将值域的大小减小到一个可以预定的最小大小，该最小大小优选地为零。因此，可以将值域的大小减小到值域已经不再存在的程度。然后，只要还存在信号，则精确地确定并存储其值。如果在对值域的减小中达到了其预定的最小大小，则控制器12控制对该信号的还存在的值进行存储。

图6示出了在弱漂移的信号48的情况下对值进行采集的实施例。信号48按照极其小的斜率轻微上升地变化。与按照图5的实施例类似，通过减小所确定的值域49和50，在此也保证了，借助于所存储的值51和52足够精确地描绘该信号48的微弱的漂移。为此，特别强烈地减小值域49的大小，直到信号48出现在值域49的一个从其起始大小出发已经被强烈地减小的上边界值上。信号48的随后存在的值52被存储。

图7示出了在信号53的强烈变化的情况下对值进行采集的实施例。信号53是一个按照大的斜率上升的强烈漂移的信号。对所确定的值域54、55和56的减小保证了，迅速地采集并且借助于所存储的值57、58、59和60描绘该信号53的该强烈的漂移。在值57-60的情况下，信号53分别出现在值域54-56的上边界值上。

在前面描述的实施例中，借助于线性函数改变值域的大小。同样可以按照其它合适的方式进行该改变。例如，也可以借助于指数函数进行该改变。此外，在所描述的实施例中对各个上边界值和下边界值的改变是对称地进行的。同样可以按照其它合适的方式进行该改变，使得它们不是反向相等。此外，特别地根据直接在前所存储的信号的值确定各个值域的位置。不过，也可以根据预测的未来的值来确定这些值域，这些预测的未来的值是在此前所采集的、反映了信号结构的信号的值的基础上所确定的。

Claims

1.一种用于采集信号(18；35；42；48；53)的值(19-22；37-39；45-47；51，52；57-60)的方法，其中，如果信号(18；35；42；48；53)的值(19-22；37-39；45-47；51，52；57-60)超出或者位于预定的值域(23-25；40，41；43；44；49，50；54-56)的边界，则将该值(19-22；37-39；45-47；51，52；57-60)进行存储，该值域的大小通过上边界值(27，30，34)和下边界值(28，31，33)确定，

其特征在于，从所述值域(23-25；40，41；43；44；49，50；54-56)的预定起始大小(26，29，32)出发，在对所述值(19-22；37-39；45-47；51，52；57-60)的采集期间改变所述值域(23-25；40，41；43；44；49，50；54-56)的大小。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果存储了一个值(19-22；37-39；45-47；51，52；57-60)，则所述值域(23-25；40，41；43；44；49，50；54-56)的大小在改变之后重新取得所述起始大小(26，29，32)。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，减小、特别是连续地减小所述值域(23-25；40，41；43；44；49，50；54-56)的大小。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，即使在所述值域(23-25；40，41；43；44；49，50；54-56)减小的情况下，到达了该值域(23-25；40，41；43；44；49，50；54-56)的预定最小大小，而还没有采集到超出或者位于该减小的值域(23-25；40，41；43；44；49，50；54-56)的边界的值(19-22；37-39；45-47；51，52；57-60)，也将值(19-22；37-39；45-47；51，52；57-60)进行存储。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述值域(23-25；40，41；43；44；49，50；54-56)的预定最小大小为零。

6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在改变所述值域(23-25；40，41；43；44；49，50；54-56)的大小时，进行对所述上边界值(27，30，34)和下边界值(28，31，33)的对称改变。

7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，按照一种线性函数对所述值域(23-25；40，41；43；44；49，50；54-56)的大小进行改变。

8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，根据所述信号(18；35；42；48；53)的在前所存储的、特别是直接地在前所存储的值(19-22；37-39；45-47；51，52；57-60)，确定所述值域(23-25；40，41；43；44；49，50；54-56)。

9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，根据一个在所述信号(18；35；42；48；53)的目前为止所采集的值(19-22；37-39；45-47；51，52；57-60)的基础上所确定的预测值，确定所述值域(23-25；40，41；43；44；49，50；54-56)。

10.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，预先给定一个在所述信号(18；35；42；48；53)的预定的第一时间范围中待存储的值(19-22；37-39；45-47；51，52；57-60)的特别的最大数目。

11.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，根据在所述信号(18；35；42；48；53)的预定的第二时间范围中所存储的值(19-22；37-39；45-47；51，52；57-60)，确定所述值域(23-25；40，41；43；44；49，50；54-56)的所述起始大小(26，29，32)。

12.一种用于采集信号(18；35；42；48；53)的值(19-22；37-39；45-47；51，52；57-60)的装置(11)，其中，所述装置(11)具有控制器(12)，该控制器被构造为：如果信号(18；35；42；48；53)的值(19-22；37-39；45-47；51，52；57-60)超出或者位于预定的值域(23-25；40，41；43；44；49，50；54-56)的边界，则将该值(19-22；37-39；45-47；51，52；57-60)进行存储，该值域的大小通过上边界值(27，30，34)和下边界值(28，31，33)确定，

其特征在于，所述控制器(12)还被构造为：其从所述值域(23-25；40，41；43；44；49，50；54-56)的预定起始大小(26，29，32)出发，在对所述值(19-22；37-39；45-47；51，52；57-60)的采集期间改变所述值域(23-25；40，41；43；44；49，50；54-56)的大小。