DD290946A5 - Schaltungsanordnung zur bestimmung des anfangszeitpunktes eines ultraschall-empfangssignales mittels autokorrelation - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Bestimmung des Anfangszeitpunktes eines Ultraschall-Empfangssignales mittels Autokorrelation. Anwendungsgebiet sind Ultraschall-Meszeinrichtungen nach dem Laufzeitverfahren, bei denen nur ein minimaler zeitlicher Fehler bezogen auf die angewandte Schallwellenperiodendauer zulaessig ist. Ziel der Erfindung ist die Verbesserung der Praezision von Ultraschall-Laufzeitmessungen und die Erweiterung des Einsatzgebietes. Die Aufgabe ist die praezise Bestimmung des Anfangszeitpunktes eines Ultraschall-Empfangssignales ohne besondere Anforderungen an die Ultraschallwandler und ohne besondere Betriebsweise der Ultraschall-Sender/Empfaenger. Erfindungsgemaesz ist die Laufzeitmessung in einem Laufzeitzaehler mit einer fortlaufenden Abspeicherung des mit einem Spannungskomparator gewonnenen binaeren Empfangssignales in einem RAM-Speicher verbunden. Die Laufzeitkorrektur beinhaltet das Rueckwaertstakten des Laufzeitzaehlers und dabei die Untersuchung des abgespeicherten Empfangssignales mit einem digitalen Vorzeichenkorrelator. Als Kriterium dient der Betrag des Anstieges der Polaritaetsautokorrelationsfunktion ueber eine Halbperiode des binaeren Empfangssignales.{Ultraschall-Empfangssignal; Bestimmung Anfangszeitpunkt; Autokorrelation; Ultraschall-Meszeinrichtungen; Laufzeitverfahren; praezisere Laufzeitmessungen; Erweiterung Einsatzgebiet; Spannungskomparatoren; RAM-Speicher; Vorzeichenkorrelator}

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet

Die Erfindung ist vorteilhaft für Ultraschall-Meßeinrichtungen nach dem Laufzeicverfahren anwendbar, bei denen nur ein minimaler zeitlicher Fehler bezogen auf die angewandte Schallwcüonperiodendauer zulässig ist und die den Einsatz robuster Ultraschallwandler erfordern.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannte Anordnungen für Ultraschall-Meßeinrichtungen bewerten das Ansprechen einer Trigger- bzw. Komparatorstufe im Empfangszweig als Anfangezeitpunkt des Ultraschall-Empfangssignales bzw. Ende der Ultraschall-Laufzeit (DD-WP 260570). Die vor dem Ansprechen der Triggerstufe vorliegenden Anteile des Empfangssignales werden dabei ignoriert. Um Störeinwirkungen auf die Schallstrecke zu eliminieren, wird eine Regelung der Sendesignalamplitude oder der Triggerschwelle angewandt (DD-WP 240081). Damit ist eine weitere Unoestimmtheit für das exakte Erfassen des Anfangszeitpunktes des Ultraschall-Empfangssignales verbunden. Bei bestimmten Meßaufgaben, z. B. Durchflußmessungen in Gasleitungen nach dem Laufzeit-Differenzverfahren, sind diese Unsicherheiten hinsichtlich des Empfangssignaleinsatzes nicht mehr va/nachlässigbar. Für diese Zwecke reicht die Genauigkeit dieser Verfahren nicht mehr aus. Eine bekannte Lösung zum exakten Erfassen des Anfangszeitpunktes eines Ultraschall-Empfangssignales geht von einem taktsynchronen Betrieb von Ultraschallsender und -empfänger aus (DD-WP 160329). Diese Betriebsweise ist mit besonderen Anforderungen an die Breitbandigkeit der eingesetzten Ultraschallwandler verbunden und läßt sich nicht in jedem Fall anwenden. Zum Beispiel ist der Einsatz solcher Wandler aus piezoelektrischer Polymerfolie In Gasleitungen nicht möglich.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Verbesserung der Präzision von Ultraschall-Laufzeitmessungen und die Erweiterung des Einsatzgebietes.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Anordnung zur präzisen Bestimmung des Anfangszeitpunktes eines Ultraschall-Empfangssignales, uuw aine besonderen Anforderungen an die Ultraschallwandler stell: und ohne besondere Betriebsweise der Ultraschall-Sender/Empfänger-Anordnung arbeitet.

Die Anordnung geht von der Anwendung eines digitalen Vorzeichenkorrelators aus. Dieser enthält zwei serielle Schieberegister A und B mit fester Bitlänge L sowie ein weiteres serielles Schieberegister M, mit dem die Bitlänge reduziert werden kann. Jedes Schieberegister besitzt unabhängige Taktleitungen. Zwischen zwei Schiebetakten des Schieberegisters A werden die beiden Schieberegister A und B miteinander bitweise EXKLUSIV-ODER-verknüpft und die Summe der Übereinstimmungen am Ausgang bereitgestellt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem die mit dem Sendeimpuls beginnende Laufzeitmessung in einem Laufzeitzähler mit einer fortlaufenden Abspeicherung des mit einem entsprechenden Spannungskomparator gewonnenen binären Empfangssignales in einem RAM-Speicher verbunden ist. Ein aus Spannungskomparator, Flipflop und anderen Elementen bestehender Teil der Anordnung beendet die Laufzeitmessung auf eine definierte Art und Weise, wenn das Empfangssignal ausreichend Amplitude aufweist. Aus der gleichzeitig mit ausgeführten Periodendauermessung des Empfangssignales im Periodendauerzähler werden Hilfsgrößen für die sich anschließende Laufzeitkorrektur gewonnen. Die Laufzeitkorrektur beinhaltet das Rückwärtstakten des Laufzeitzählers und dabei die Auswertung des im RAM-Speicher abgespeicherten binären Empfangssignales mit einem digitalen Vorzeichenkorrelator. Als Kriterium dient der Betrag des Anstieges der Polaritätsautokorrelationsfunktion über eine Halbperiode des binären Empfangssignales. Unterschreitet der Betrag des Anstieges der Polaritätsautokorrelationsfunktion über eine Halbperiode des binären Empfarjbsignales den zu Beginn der Laufzeitkorrektur als Bezugswert festgehaltenen Betrag des Anstieges der Polaritätsautokorrelationsfunktion wesentlich, theoretisch müßte er auf den halben Wert absinken, so entspricht der dann vorliegende Zählerstand des Laufzeitzählers der auf den Einsatz des Empfangssignales korrigierten Laufzeit.

Die erfindungsgemäße Anordnung zur Bestimmung des Anfangszeitpunktes eines Ultraschall-Empfangssignales mittels Autokorrelation ist dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Ablaufsteuerung zur Abgabe eines Sendeimpulses mit dem Sendeverstärker, dem Setzeingang des Laufzeitflipflop, den Rücksetzeingängen von Laufzeit- und Periodendauerzähler und über ein ODER-Gatter mit dem Rücksetzeingang des Halbperiodenzählers verbunden ist. Am Sendeverstärker ist der Ultraschallsender angeschlossen. Ein Ultraschallempfänger ist über eine Phasenumkehrstufe und ein Filter mit einem ersten Spannungskomparator und direkt mit einem zweiten Spannungskomparator verbunden. Der Ausgang des ersten Spannungskomparators führt an den Setzeingang eines ersten Flipflop, dessen Ausgang an ein UND-Gatter angeschlossen ist. Der andere Eingang des UND-Gatters ist mit dem Ausgang des zweiten Spannungskomparators, dem Takteingang des Periodenzählers und dem Dateneingang des RAM-Speichers verbunden. Am Ausgang des UND-Gatters ist der Setzeingang des zweiten Flipflops angeschlossen.

Der Ausgang des zweiten Flipflops ist zur Übertragung des Periodendauersignales mit dem Tor am Periodendauerzähler und dem Freigabeeingang der ersten Recheneinheit verbunden. Der invertierende Ausgang des zweiten Flipflops ist mit dem Rückstelleingang des Periodenzählers verbunden. Vom Datenausgang des Periodenzählers führt eine Leitung an die Rückstelleingänge vom ersten, zweiten und Laufzeitflipflop. Der Ausgang des Laufzeitflipflops liefert das Laufzeitsignal an das Tor am Laufzeitzähler. Der Zeitbasisgenerator ist mit den beiden Toren an Periodendauer- und Laufzeitzähler verbunden. Die Datenausgänge dr .= Periodendauerzählers sind mit der ersten Recheneinheit verbunden. Die erste Recheneinheit ist mit dem Freigabeeingang der zweiten Ablaufsteuerung verbunden und liefert an diese die Anzahl der maskierenden Bit und die Anzahl der nichtmaskierenden Bit, die der Bitanzahl pro Halbperiode entspricht. An den Anfangskomparator liefert die erste Recheneinheit die untere Grenze für die Anstiegsauswertung und an den Endekomparator die obere Grenze für die Anstiegsauswertung, weiterhin liefert sie die Bitanzahl pro Halbperiode an den Halbperiodenkomparator. Von der zweiten Ablaufsteuerung führt eine Leitung zur Übertragung eines Fertigmeldesignales an die erste Ablaufsteuerung, weiterhin ist die zweite Ablaufsteuerung mit dem Eingang des Schieberegisters M und dem zugehörigen Takteingang am Vorzeichenkorrelator verbunden. Von der ersten Ablaufsteuerung wird der Lesetaktimpuls an den Rückwärtstaktelngang des Laufzeitzählers und an den Takteingang des Halbperiodenzählers geliefert. Die Datenausgänge des Halbperiodenzählers sind mit Anfangskomparator,

Endekomparator, Halbperiodenkomparator und zweiter Recheneinheit verbunden. Die Ausgänge vom Anfangskomparator und Endekomparator führen an die zweite Recheneinheit. Der Ausgang des Halbperiodenkomparators führt an die erste Ablaufsteuerung und über das ODER-Gatter an den Rücksetzeingang des Halbperiodenzählers. Niederwertipe Datenausgänge des Laufzeitzählers sind als Adressenleitungen mit dem RAM-Speicher verbunden, weiterhin stellen alle Datenausgänge das korrigierte Laufzeitsignal für die weitere Verarbeitung zur Verfügung. Die erste Ablaufsteuerung ist über die Lese-Schreib-Steuerleitung mit dem RAM-Speicher verbunden. Der Datenausgang des RAM-Speichers führt an den Eingang des Schieberegisters A im Vorzeichenkorrelator und an das Tor vor dem Eingang des Schieberegisters B im Vorzeichenkorrelator. Von der ersten Ablaufsteuerung führt eine Schiebetaktleitung an einen Takteingang am Vorzeichenkorrelator und an das Tor vor einem weiteren Takteingang am Vorzeichenkorrelator sowie eine Torsteir'leitung an die beiden Tore am Vorzeichenkorrelator. Der Ausgang des Vorzeichenkorrelators ist mit der zweiten Recheneinhe /erbunden, deren Ausgang mit dem Anstiegskomparator und dem Bezugswertregister verbunden ist. Der Ausgang des Bezugswertregisters führt an den Anstiegskomparator, dessen Ausgang mit der ersten Ablaufsteuerung verbunden ist, die weiterhin ein Gültigkeitssignal abgibt. Von der ersten Ablaufsteuerung wird ein Ladeimpuls an das Bezugswertregister geliefert. Die gefundene Anordnung arbeitet wie folgt:

Die erste Ablaufsteuerung schaltet den RAM-Speicher in die Betriebsart .Schreiben" und gibt einen Sendeimpuls ab. Der Sendeimpuls führt über Sendeverstärker und Ultraschall-Sender zur Aussendung eines Ultraschall-Signales. Weiterhin setzt er Periodendauer-, Laufzeit- und I lalbperiodenzähler zurück. Das Laufzeitflipflop wird gesetzt, dadurch werden erstes und zweites Flipflop zurückgesetzt sowie das Laufzeitsignal aktiviert. Das Laufzeitsignal öffnet das Tor für Zeitbasisimpulse am Laufzeitzähler, womit die Laufzeitmessung einsetzt. Ausgänge des Laufzeitzählers bilden die Adresse des RAM-Speichers, der fortlaufend im Takt der Zeitbasisimpulse das an seinem Dateneingang anliegende binäre Empfangssignal abspeichert. Das am Ultraschall-Empfänger eintreffende Ultraschall-Signal gelangt als L-mpfangssignal über Phasenumkehrstufe und Filter an den ersten Spannungskomparator mit einer zur Störsignalunterdrückung gewählten Komparatorschwelle zur Bildung des Auslösesignales und gelangt weiterhin an den zweiten Spannungskomparator mit der Komparatorschwelfe Null zur Bildung des binären Empfangssignales. Vom ersten Impuls des Auslösesignales wird das erste Flipflop gesetzt, wodurch das zweite Flipflop zum Sotzen durch den nächsten Impuls des binäre Empfangssignales freigegeben wird. Mit dem Setzen des zweiten Flipflops beginnt der Periodendauerimpuls, der über das Tor am Periodendauerzähler die Periodendauermessung einleitet. Weiterhin wird der Periodenzähler für die Zählung von Perioden des binären Empfengssignales freigegeben. Erreicht der Periodenzähler einen festgelegten Zustand, so werden erstes, zweites und Laufzeitflipflop zurückgesetzt. In der Folge gehen Laufzeit- und Periodendauersignal in den inaktiven Zustand über, womit in den entsprechenden Zählern die Messung der Zeiten endet. Die Rückflanke c'es Periodendauersignales startet die erste Recheneinheit. In der ersten Recheneinheit werden aus dem Zählerstand des Periodenzählers

- die Bitanzahl N bezüglich der Signalspeicherung im RAM pro Halbperiode des binären Empfangssignales aus der Anzahl der gewählten Zeitbasisimpulse, die gleich der Anzahl der nichtmaskierenden Bit für die Einstellung der wirksamen Bitlänge des digitalen Vorzeichenkorrelators über dessen M-Register ist,

- die Anzahl maskierender Bit für die Einstellung dor wirksamen Bitlänge des digitalen Vorzeichenkorrelators als Differenz aus dessen Bitlänge L und der Bitanzahl pro Halbperiode N,

- die untere Grenze U für die Anstiegsauswertung der Polaritätsautokorrelationsfunktion mit einer festliegenden Konstante K gemäß U = K-N und

- die obere Grenze O für die Anstiegsauswertung der Polaritätsautokorrelationsfunktion gemäß O = N - U ermittelt. Die Gültigkeit der Werte übermittelt die erste Recheneinheit als Fertigmeldung an den Freigabeeingang der zweiten Ablaufsteuerung, die daraufhin die ihr übergebene Anzahl maskierender und nichtmaskierender Bits in das M-Register des Vorzeichenkorrelators einschiebt. Mit Beendigung dieses Vorganges erhält die erste Ablaufsteuerung von der zweiten Ablaufsteuerung ein Fertigmeldesignal. Die erste Ablaufsteuerung leitet daraufhin die Laufzeitkorrektur ein, die mit der Vorbereitung des Vorzeichenkorrelators und des Bezugswertregisters beginnt. Dazu wird der RAM-Speicher in die Betriebsart „Lesen" umgeschaltet, und die Tore am Daten- und Takteingang des B-Registers im Vorzeichenkorrelator werden geöffnet. Anschließend werden durch Ausgabe von Lesetaktimpulsen und Schiebetaktimpulsen sowie Auswertung des Ausganges des Halbperiodenkomparators zwei Halbperioden des im RAM-Speicher abgelegten binären Empfangssignales in das A- und B-Register des Vorzeichenkorrelators eingeschoben. Diesen Vorgang steuert maßgeblich der Halbperiodenzähler, der die Lesetaktimpulse mitzählt, in Verbindung mit dem Halbperiodenkomparator, der bei Erreichen einer Halbperiode den Halbperiodenzähler rücksetzt und diesen Zustand der ersten Ablaufsteuerung meldet. Nach dem zweiten Ansprechen des Halbperiodenkomparators werden von der ersten Ablaufsteuerung die Tore am Daten- und Takteingang des B-Registers im Vorzeichenkorrelator abgeschaltet. Die zweite Recheneinheit ermittelt den Betrag des Anstieges derPolaritätsautokorrelationsfunktion über jede Halbperiode des binären Empfangssignales. Dazu übernimmt sie beim Ansprechen des Anfangskomparators die aktuellen Werte von Halbperiodenzähler HZA und Vorzeichenkorrelator YA, ebenso verfährt sie beim Ansprechen des Endekomparators, wobei das Wertepaar HZE und YE übernommen wird. Nach dem Ansprechen des Endekomparators wird aus den vier Werten der Betrag des Anstieges der Polaritätsautokorrelationsfunktion

¹¹ I HZE-HZA I

ermittelt und am Ausgang der zweiten Recheneinheit ausgegeben. Nach dem dritten Ansprechen des Halbperiodenkomparators gibt die erste Ablaufsteuerung einen Ladeimpuls ab, der zur Übernahme des ermittelten Wertes für den Betrag des Anstieges der Polaritätsautokorrelationsfunktion in das Bezugswertregister führt.

Nach diesen Vorbereitungen läuft die Laufzeitkorrektur in der Weise ab, daß die erste Ablaufsteuerung fortlaufend Lesetaktimpulse und Schicbetaktimpulse abgibt und bei Ansprechen des Halbperiodenkomparators den Anstiegskomparator auswertet. Sobald der Anstiegskomparator der ersten Ablaufsteuerung eine wesentliche Unterschreitung des in der ausgewerteten Halbperiode des abgespeicherten binären Empfangssignales ermittelten Betrages der Polaritätsautokorrelationsfunktion gegenüber dem im Bezugswertregister festgehaltenen Anfangswert anzeigt, ist die Laufzeitkorrektur beendet.

Die erste Ablaufsteuerung gibt ein Gültigkeitssignal ab und kennzeichnet damit den aktuellen Zählerstand des Laufzeitzählers als korrigierten Laufzeitwert. Die erste Ablaufsteuerung leitet mit einsni Sendeimpuls und Umschaltung des RAM-Speichers in die Betriebsart „Schreiben" einen neuen Meßzyklus ein.

Ausführungsbeispiel

Die erfindungsgemäße Lösung soll anhand eines möglichen Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Figuren der Zeichnung näher erläutert werden.

In der Figur 1 wird die Schaltungsanordnung zur Bestimmung des Anfangszeitpunktes eines Ultraschall-Empfangssignales mittels'Autokorrelation dargestellt. Die Anordnung besteht aus einen Ultraschall-Sender 2 mit Sendeverstärker 1 zur Aussendung des Ultraschall-Signales 101, einem Ultraschall-Empfänger 3 zur Gewinnung des Empfangssignales 102, einem über Phasenumkehrstufe 4 und Filter 5 mit dom Ultraschall-Empfänger 3 verbundenen ersten Spannungskomparator 6 und einem direkt mit dem Ultraschall-Empfänger 5 verbundenen zweiten Spannungskomparator 7. Das Auslösesignal 104 führt vom ersten Sp" nungskomparator 6 an ein erstes Flipflop 8, dessen Ausgang an ein UND-Gatter 9 angeschlossen ist. Das UND-Gatter 9 ist weiterhin über das binäre Empfangssignal 103 mit dem zweiten Spannungskomparator 7, dem Periodenzähler 11 und dom RAM-Speicher 25 verbunden. Am UND-Gatter 9 ist das zweite Flipflop 10 angeschlossen. Das Periodendauersignal 106 führt vom zweiten Flipflop 10 an das Tor 14amPeriodendauerzähler 15 und an die erste Recheneinheit 16. Das zweite Flipflop 10 ist weiterhin mit dem Periodenzähler 11 verbunden. Ein Ausgang des Periodenzählers 11 führt an das erste Flipflop 8, das zweite Flipflop 10 und das Laufzeitflipflop 13. Der Ausgang des Laufzeitflipflops 13 liefert das Laufzeitsignal 105 an das Tor 23 am Laufzeitzähler 24. Der Zeitbasisgenerator 12 ist mit den Toren 14 und 23 verbunden. Die Datenausgänge des Periodendauerzählers 15 sind mit der ersten Recheneinheit 16 verbunden, von der ein Fertigmeldesignal 108 an die zweite Ablaufsteuerung 17 führt. Die erste Recheneinheit 16 ist zur Übergabe der Anzahl maskierender Bits 109 mit der zweiten Ablaufsteuerung 17 verbunden. Weiterhin ist sie zur Bereitstellung der Bitanzahl pro Halbperiods 110 mit der zweiten Ablaufsteuerung 17 und dem Halbperiodenkomparator 22, zur Bereitstellung der unteren Grenze 111 mit dem Anfangskomparator 20 und zur Bereitstellung der oberen Grenze 1.2 mit dem Endekomparator 21 verbunden. Von der zweiten Ablaufsteuerung 17 führen ein Fertigmeldesignal 113 zur ersten Ablaufsteuerung 32 sowie eine Taktleitung 121 und eine Bitleitung 122 zum M-Register im Vorzeichenkorrelator 28. Die erste Ablaufsteuerung 32 ist zur Übertragung des Lesetaktimpulses 107 mit dem Rückwärtszähltakteingang des Laufzeitzählers 24 und dem Zähltakteingang des Malbperiodenzählers 19 verbunden. Die Datenausgänge des Halbperiodenzählers 19 führen an Anfangskomparator 20, Endekomparator 21, Halbperiodenkomparator 22 und zweite Recheneinheit 29. Der Ausgang des Halbperiodenkomparators 22 ist mit der ersten Ablaufsteuerung 32 und über das ODER-Gatter 18 mit dem Rücksetzeingang des Halbperiodenzählers 19 verbunden.

Die Ausgänge von Anfangskomparator 20 und Endekomparator 21 führen an die zweite Recheneinheit 29. Die Datenausgänge des Laufzeitzählers 24 stellen in Verbindung mit dem Gültigkeitssignal 118 der ersten Ablaufsteuerung 32 das korrigierte Laufzeitsignal 119 für eine nachfolgende Anzeige oder weitere Verarbeitung zur Verfügung. Die niederwertigen Datenausgänge des Laufzeitzählers 24 sind als Adressenleitungen 120 mit dem RAM-Speicher 25 verbunden. Von der ersten Ablaufsteuerung 32 führt eine Lese-Schreib-Steuerleitung 114 an den RAM-Speicher 25. Der Datenausgang des RAM-Speichers 25 ist direkt mit dem Dateneingang des A-Schieberegisters im Vorzeichenkorrelator 28 und über das Tor 26 mit dem Dateneingang des B-Schieberegisters im Vorzeichenkorrelator 28 verbunden. Von der ersten Ablaufsteuerung 32 gelangt ein Schiebetakt 115 an den Takteingang des A-Schisberegisters im Vorzeichenkorrelator 28 und über das Tor 27 ebenso an den Takteingang des B-Schieberegisters im Vorzeichenkorrelator 28. Die Tore 26 und 27 sind weiterhin über eine Torsteuerleitung 116 mit der ersten Ablaufsteuerung 32 verbunden. Der Ausgang des Vorzeichenkorrelators 28 ist mit der zweiten Recheneinheit 29 verbunden, deren Ausgang an ^en Anstiegskomparator 31 und an das Bezugswertregister 30 führt. Der Ausgang des Bezugswertregisters 30 ist mit dem Anst egskomparator 31 verbunden, dessen Ausgang wiederum an die erste Ablaufsteuerung 32 führt. Von der ersten Ablaufsteuerung 32 wird ein Ladeimpuls 117 an das Bezugswertregister 30 geliefert.

Die Figur 2 zeigt die Zeitverläufe des Sendeimpulses 100, des Empfangssignales 102, des Auslösesignales 104, des binären Empfangssignales 103, des Laufzeitsignales 105, des Periodendauersignales 106, der berechneten Polaritätsautokorrelationsfunktion 123 zum binären Empfangssignal 103 und zur Veranschaulichung den hypothetischen Zeitverlaufeines korrigierten Laufzeitsignales 119.

Der von der ersten Ablaufsteuerung 32 ausgegebene Sendeimpuls 100 führt zum Beginn des Laufzeitsignales 105 und damit zur fortlaufenden Abspeicherung des binären Empfangssignales 103 im RAM-Speicher 25. Erreicht das Empfangssignal 102 eine Amplitude, die zum Ansprechen des ersten Spannungskomparators 6 ausreicht, wird mit dem nachfolgenden LOW/HIGH-Übergang des binären Empfangssignales 103 die Periodendauermessung mit dem Periodendauersignal 106 über eine im Periodenzähler 11 festliegende Anzahl von Perioden des binären Empfangssignales 103 ausgeführt. Mit Erreichen der festliegenden Anzahl von Perioden beendet der Periodenzähler 11 das Laufzeitsignal 105 und das Periodendauersignal 106. Aus dem Zählerstand des Periodendauerzählers 15 werden in der ersten Recheneinheit 16 folgende Hilfsgrößen ermittelt:

- die Bitanzahl pro Halbperiode 110 des binären Empfangssignales 103 bezüglich der Signalspeicherung im RAM-Speicher 25, die im Takt der Zeitbasisimpulse erfolgt

- die Anzahl der maskierenden Bit 109 für die Einstellung der wirksamen Bitlänge des Vorzeichenkorrelators 28

- die untere Grenze 111 und die obere Grenze 112 für die Auswertung des Anstieges der Polarrtätsautokorrelationsfunktion in der zweiten Recheneinheit 29.

Vorder eigentlichen Laufzeitkorrektur müssen noch die wirksame Bitlängedes Vorzeichenkorrelators 28 über dessen M-Register mit der zweiten Anlaufsteuerung 17 eingestellt werden, die Schieberegister A und B im Vorzeichenkorrelator 28 unter Kontrolle der ersten Ablaufsteuerung 32, des Halbperiodenzählers 19 und des Halbperiodenkomparators 22 aus dem RAM-Speicher 25 anfangsbelegt werden sowie das Bezugswertregister 30 nach Berechnung des Betrages des Anstieges der Polaritätsautokorrelationsfunktion in der zweiten Recheneinheit 29 belegt werden.

Die Laufzeitkorrektur beinhaltet dann das fortlaufende Auslesen des RAM-Speichers 25, die Berechnung des Betrages des Anstieges derPolaritätsautokorrelationsfunktion in der zweiten Recheneinheit 29 über Halbperioden des binären Empfangssignales 103 und die Auswertung des Anstiegskomparators 31 hinsichtlich einer wesentlichen Unterschreitung des aktuellen Betrages des Anstieges der Polaritäts-autokorrelationsfunktion gegenüber dem im Bezugswertregister 30 abgespeicherten Anfangswert. Bei Erreichen dieses Zustandes entspricht der aktuelle Inhalt des Laufzeitzählers dem korrigierten Laufzeitsignal 119.

Die gefundene Anordnung nat neben dem Vorteil, daß keine besonderen Anforderungen an die Ultraschallwandler bestehen, die vorteilhaften Eigenschaften, daß trotz unterschiedlicher Ausbreitungsbedingungen für das Ultraschallsignal mit ihren vielfältigen Auswirkungen auf den Verlauf der Einhüllendon der Empfangssignalamplitude stets präzise Laufzeitwerte ermittelt werden und dem Empfangssignal überlagerte Störpeaks keinen Einfluß auf die Korrektur haben.

Claims (1)

1. Schaltungsanordnung zur Bestimmung des Anfangszeitpunktes eines Ultraschall-Empfangssignales mittels Autokorrelation mit Sendeverstärker, Ultraschall-Sender und Ultraschall-Empfänger, dadurch gekennzeichnet,

   - daß eine erste Ablaufsteuerung (32) zur Abgabe eines Sendeimpulses (100) mit dem Sendeverstärker (1), dem Laufzeitflipflop (13), dem Periodendauerzähler (15), dem Laufzeitzähler (24) und über ein ODER-Gatter (18) mit dem Halbperiodenzähler (19) sowie zur Abgäbe eines Lesetaktimpulses (107) mit dem Rückwärts-Zähltakteingang des Laufzeitzählers (24) und dem Halbperiodenzähler (19) sowie über eine Lese-Schreib-Steuerleistung (114) mit dem RAM-Speicher (25) sowie zur Abgabe eines Schiebetaktes (115) direkt und über ein Tor (27) mit dem Vorzeichenkorrelator (28) sowie über eine Torstauerleitung mit dem Tor (26) und dem Tor (27) sowie zur Abgabe eines Ladeimpulses (117) mit dem Bezugswertregister (30) verbunden ist und ein Gültigkeitssignal (118) abgibt;

   - daß der Ultraschall-Empfänger (3) über eine Phasenumkehrstufe (4) und ein Filter (5) mit einem ersten Spannungskomparator (6), dessen Ausgang das Auslösesignal (104) an den Setzeingang eines ersten Flipflop (8) liefert, und direkt mit einem zweiten Spannungskomparator (7), dessen Ausgang das binäre Empfangssignal (103) an das UND-Gatter (9), den Periodenzähler (11) und den RAM-Speicher (25) liefert, zusammengeschaltet ist;

   - daß der Ausgang des ersten Flipflop (8) mit dem UND-Gatter (9) verbunden ist, dessen Ausgang an den Setzeingang des zweiten Flipflop (10) führt, dessen Ausgang wiederum das Periodendauersignal (106) an die erste Recheneinheit (16) und an das Tor (14) vordem Periodendauerzähler (15) liefert, während der invertierte Ausgang des zweiten Flipflop (10) mit dem Rückstelleingang des Periodenzählers (11), dessen Ausgang an die Rücksetzeingänge des ersten Flipflop (8), zweiten Flipflop (10) und Laufzeitflipflop (13) führt, verbunden ist;

   - daß der Ausgang des Laufzeitflipflop (13) das Laufzeitsignal (105) an das Tor (23) vordem Vorwärts-Zähltakteingang des Periodendauerzählers (24) liefert, während der Zeitbasisgenerator (12) mit dem Tor (14) und dem Tor (23) verbunden ist;

   - daß die Datenausgänge des Periodendauerzählers (15) an die erste Recheneinheit (16) führen und diese ein Fertigmeldesignal (108) an die zweite Ablaufsteuerung (17), die Anzahl der maskierenden Bit (109) an die zweite Ablaufsteuerung (17), die Bitanzahl pro Halbperiode (110) an die zweite Ablaufsteuerung (17) und den Halbperiodenkomparator (22), die untere Grenze (111) an den Anfangskomparator (20) sowie die obere Grenze (112) an den Endekomparetor (21) abgibt;

   - daß die zweite Ablaufsteuerung (17) über eine Fertigmeldesignalleitung (113) mit der ersten Ablaufsteuerung (32) sowie über eine Taktleitung (121) und eine Bitleitung (122) mit dem Vorzeichenkorrelator (28) verbunden ist;

   - daß die Datenausgänge des Halbperiodenzählers (19) an Anfangskomparator (20), Endekomparator (21), Halbperiodenkomparator (22) und zweite Recheneinheit (29) führen;

   - daß der Ausgang des Anfangskomparators (20) und der des Endekomparators (21) mit der zweiten Recheneinheit (29), der Ausgang des Halbperiodenkomparators (22) mit der ersten Ablaufsteuerung (32) und über das ODER-Gatter (18) mit dem Rückstelleingang des Halbperiodenzählers (19) verbunden ist;

   - daß die Datenausgänge des Laufzeitzählers (24) das korrigierte Laufzeitsignal (119) bereitstellen und der niederwertige Teil der Datenausgänge des Laufzeitzählers (24) als Adressenleitungen (120) an den RAM-Speicher (25) führen, dessen Datenausgang direkt und über das Tor (26) mit dem Vorzeichenkorrelator (28) verbunden ist;

   - daß die Ausgänge des Vorzeichenkorrelators (28^ an die zweite Recheneinheit (29) führen, deren Ausgänge mit dem Anstiegskomparator (31/ und dem Bezugswertregister (30) verbunden sind, während die Ausgänge des Bezugswertregisters (30) an den Anstiegskomparator (31) führen, dessen Ausgang mit der ersten Ablaufsteuerung (32) verbunden ist.