DE10332247A1 - Narrow band transmission link ultrasonic variable delay measurement procedure for plastic manufacture uses cross correlation of transmitted and reference path signals - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur variablen Laufzeitbestimmung an schmalbandigen Übertragungsgliedern mit den im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Merkmalen.The The invention relates to a method for variable transit time determination on narrow-band transmission links with the features mentioned in the preamble of claim 1.
Es ist allgemein bekannt, die Laufzeit von breitbandigen Übertragungsgliedern mittels Korrelation zu bestimmen. Dabei wird an den Eingang des breitbandigen Übertragungsglieds ein Signal gelegt, vorzugsweise ein weißes Rauschen, und durch Korrelation des gleichzeitig aufgenommenen Ein- und Ausgangssignals wird die Impulsantwort des Übertragungsgliedes ermittelt. Aus der so bestimmten Impulsantwort lässt sich die Laufzeit des Signals bestimmen.It is generally known, the duration of broadband transmission links to determine by correlation. It is at the input of the broadband transmission element put a signal, preferably a white noise, and by correlation the simultaneously recorded input and output signal is the Impulse response of the transmission element determined. From the thus determined impulse response, the duration of the signal can be determine.
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Nachteilig ist, dass diese Verfahren nur für breitbandige Übertragungsglieder geeignet sind. In der Technik werden aber verstärkt schmalbandige Übertragungsglieder eingesetzt, da diese gegenüber breitbandigen Übertragungsgliedern beispielsweise eine bessere Empfindlichkeit, einen höheren Trenneffekt sowie eine bessere Signalverstärkung aufweisen. Oder verwendete Übertragungsglieder weisen von vornherein aus physikalischen Gründen schmalbandige Eigenschaften auf. Schmalbandige Übertragungsglieder haben aber die Eigenart, dass sie nach dem Eintreffen des Impulses im wesentlichen auf ihrer Resonanzfrequenz schwingen. Die Amplitude erreicht erst eine gewisse Zeit nach dem Eintreffen des Impulses ihr Maximum und schwingt dann längere Zeit nach. Der Einsatz der bekannten Kreuzkorrelationstechnik liefert dementsprechend sehr breit gefächerte Impulsantworten mit nur schwach ausgeprägten Maxima, wodurch die Bestimmung der Laufzeit unsicher wird. Dadurch ist der notwendige Nutz-Störsignalabstand sehr groß, entweder muss mit unpraktikabel großen Schallleistungen gesendet werden, oder das Ergebnis wird aufgrund der auftretenden Störsignale verfälscht. Durch die Auswertung über die Kreuzkorrelationsfunktion geraten zunächst nur sehr kleine Anteile der Störsignale in die Auswertung. Durch die sehr geringen Steigungen im Bereich der Maxima können aber auch diese sehr geringen Anteile wieder recht große Auswirkungen zeitigen.adversely is that these procedures only for broadband transmission links are suitable. In the art but increasingly narrow-band transmission elements used, as these over broadband transmission links for example, a better sensitivity, a higher separation effect as well as a better signal amplification exhibit. Or used transfer elements have from the outset for physical reasons narrow-band properties on. Narrow-band transmission links but have the peculiarity that they are after the arrival of the impulse vibrate essentially at its resonant frequency. The amplitude only reaches a certain time after the arrival of the impulse their maximum and then oscillates for a long time to. The use of the known cross-correlation technique provides accordingly very broad Impulse responses with only weak peaks, causing the determination the term becomes uncertain. This is the necessary useful-Störsignalabstand very large, either has to be sent with impractically large sound powers be, or the result is due to the interference occurring falsified. By the evaluation over the Cross-correlation function initially only very small proportions the interference signals in the evaluation. Due to the very low slopes in the area the maxima can but even these very small proportions again quite big impact time.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur variablen Laufzeitbestimmung an schmalbandigen Übertragungsgliedern zu schaffen, mit dem eine Verfälschung des Ergebnisses durch Störsignale und durch die resonanten Eigenschaften des Übertragungssystems weitestgehend vermieden werden kann.Of the Invention is based on the object, a method for variable Runtime determination to provide narrow-band transmission elements, with that a falsification of the result due to interference signals and by the resonant properties of the transmission system as far as possible can be avoided.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.These The object is achieved by the characterizing features of claim 1 solved.
Dabei durchläuft ein breitbandiges Eingangssignal sowohl eine Messstrecke als auch eine dazu parallel angeordnete Referenzstrecke, die bis auf die Laufzeit eine ähnliche Übertragungsfunktion aufweist wie die Messstrecke, bevor beide Ausgangssignale einem gemeinsamen Kreuzkorrelator zugeführt werden. Durch Kreuzkorrelation der beiden Signale wird ein phasentreues, aber im Frequenzumfang reduziertes Abbild der Impulsantwort eines Laufzeitgliedes ermittelt, dessen Laufzeit infolge der Phasentreue die Differenz der Laufzeiten von Mess- minus Referenzstrecke ist. Die gesuchte Laufzeit kann somit als Summe aus der bestimmten Differenz und der bekannten Laufzeit der Referenzstrecke ermittelt werden.there goes through a broadband input signal both a measuring section and a reference path arranged parallel to it, except for the Running time has a similar transfer function like the measuring section, before both output signals are common Cross correlator supplied become. By cross-correlation of the two signals, a phase-true, but in the frequency range reduced image of the impulse response of a delay element whose duration is due to the phase fidelity the difference the transit times of measuring minus reference distance is. The searched Term can thus be calculated as the sum of the difference and the difference known term of the reference distance can be determined.
Die für die einwandfreie Funktion notwendige, an die Messstrecke angepasste Übertragungsfunktion der Referenzstrecke wird durch Fouriertransformation der Impulsantwort eines mit einer bekannten Laufzeit aufgegebenen Eingangssignals ermittelt.The necessary for proper functioning, adapted to the measuring section transmission function of the reference path is determined by Fourier transformation of the impulse response of a discontinued with a known propagation time input signal.
Eine Variante sieht vor, dass die Referenzstrecke auch durch Faltung des Eingangssignals mit der vorgenannten Impulsantwort realisiert werden kann. Der Korrelator ebenso wie die anderen Teile des Aufbaus können in jeder beliebigen Technik realisiert werden. Der Korrelator kann also z. B. wahlweise als Hard- oder Software, im Falle der Hardware wahlweise digital oder analog, diskret oder integriert, verwirklicht werden.A Variant provides that the reference distance also by folding realized the input signal with the aforementioned impulse response can be. The correlator as well as the other parts of the structure can be realized in any technique. The correlator can So z. B. optionally as hardware or software, in the case of hardware optional digital or analogue, discrete or integrated, be realized.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich die Laufzeit eines Signals an schmalbandigen Übertragungsgliedern mit einer ausreichenden Genauigkeit ermitteln. Verfälschung des Ergebnisses durch Störsignale und durch die auftretenden Eigenschwingungen des Übertragungssystems werden durch das jetzt auch für schmalbandige Übertragungsstrecken nutzbare Korrelationsverfahren weitestgehend vermieden.By the inventive method can be the duration of a signal to narrow-band transmission elements with a determine sufficient accuracy. Falsification of the result by noise and by the occurring natural oscillations of the transmission system by now also for narrowband transmission links usable correlation methods largely avoided.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben, sie werden in der Beschreibung zusammen mit ihren Wirkungen erläutert.Further advantageous embodiments are described in the subclaims, they are explained in the description together with their effects.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher beschrieben. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:The The invention will be described in more detail with reference to an embodiment. In the corresponding Drawings show:
In
Im Korrelator erfolgt durch Kreuzkorrelation des einen Eingangssignals des Gesamtaufbaus, das einerseits die Messstrecke und andererseits die Referenzstrecke passiert hat, die Berechnung der Impulsantwort. Die Impulsantwort stellt ein phasentreues, aber im Frequenzumfang reduziertes Abbild der Impulsantwort eines Laufzeitgliedes dar, dessen Laufzeit die Differenz der Laufzeiten von Mess- minus Referenzstrecke ist. Aus diesem reduzierten Abbild der Impulsantwort wird die Differenz der Laufzeiten bestimmt, wobei die gesuchte Laufzeit für das schmalbandige Übertra gungsglied als Summe aus der bestimmten Differenz und der bekannten Laufzeit der Referenzstrecke ermittelt wird.in the Correlator is done by cross-correlation of the one input signal of the overall structure, on the one hand the measuring section and on the other the reference distance has passed, the calculation of the impulse response. The impulse response is in phase, but in the frequency range reduced image of the impulse response of a delay element, whose transit time is the difference between the transit times of the measurement minus the reference distance is. From this reduced image of the impulse response becomes the difference the maturities determined, the sought term for the narrow-band transmission link as the sum of the determined difference and the known duration of the Reference distance is determined.
Um
die Referenzstrecke entsprechend auslegen zu können, ist es erforderlich,
vor dem eigentlichen Messvorgang die benötigte Übertragungsfunktion der Referenzstrecke
zu ermitteln. In der
Die so in ihrem Übertragungsverhalten festgelegte Referenzstrecke wird bei dem oben beschriebenen Verfahren zum Bestimmen der Laufzeit an schmalbandigen Übertragungsgliedern eingesetzt.The reference path thus determined in its transmission behavior is used in the above-described method for determining the transit time at narrowband transmission links puts.
Alternativ wird durch Faltung des bekannten Eingangssignals mit der vorgenannten Impulsantwort der Messstrecke das Ausgangssignal der Referenzstrecke gebildet. Die Referenzstrecke wird bei dieser Realisierung also gar nicht mehr benötigt, sie stellt nur noch eine Modellvorstellung zur Beschreibung des Verfahrens dar.alternative is achieved by convolution of the known input signal with the aforementioned Impulse response of the measuring path the output signal of the reference path educated. The reference distance is in this realization so no longer needed, it only provides a model for the description of the Process dar.
Als breitbandige Eingangssignale eignen sich grundsätzlich alle Signale, die auch zur Bestimmung der Impulsantwort breitbandiger Übertragungsglieder mittels Kreuzkorrelation eingesetzt werden. Bevorzugt wird dabei ein sogenanntes weißes Rauschen, ein statisches Signal mit einer über der Frequenz gleichverteilten Amplitude.When broadband input signals are basically all the signals that are too for determining the impulse response of broadband transmission elements by means of Cross correlation can be used. Preference is given to a so-called white Noise, a static signal with an equal distribution over the frequency Amplitude.
Die Berechnung der Faltung und der Korrelation bei der Ermittlung der Referenzstrecke sowie bei der Laufzeitbestimmung erfolgt alternativ zur direkten Bestimmung nach den Definitionsgleichungen mittels der bekannten Standardalgorithmen der schnellen Faltung und der schnellen Korrelation auf der Basis der schnellen Fouriertransformation und ihrer inversen Funktion. Dabei entfallen bei der Berechnung direkt aufeinander folgende schnelle Fouriertransformation und inverse Funktion, deren Wirkungen sich mathematisch aufheben. Durch dieses Vorgehen kann die Rechnung ggf. stark beschleunigt werden.The Calculation of convolution and correlation in the determination of the Reference distance as well as the transit time determination takes place alternatively for the direct determination according to the definition equations by means of the known standard algorithms of fast convolution and fast Correlation on the basis of fast Fourier transformation and their inverse function. In this case, the calculation does not apply directly consecutive fast Fourier transform and inverse Function whose effects cancel each other mathematically. Because of this If necessary, the invoice can be greatly accelerated.
Die jeweilige Referenzstrecke und/oder der Korrelator werden entweder als elektronische Baugruppe oder nach Abtastung und analog/digitaler Umsetzung von Ein- und Ausgangssignal der Messstrecke als Algorithmen in einem Elektronenrechner gebildet, wobei das Eingangssignal alternativ mit geeigneten Algorithmen im Rechner erzeugt und über Digital/Analog-Umsetzer dem Eingang der Messstrecke zugeführt werden kann. Ggf. können dabei sich in ihrer Wirkung aufhebende, direkt aufeinander im Signalweg folgende Analog-/Digital- und Digital-/Analog-Umsetzungen entfallen.The respective reference path and / or the correlator become either as an electronic module or after sampling and analog / digital conversion of input and output signal the measuring section formed as algorithms in an electronic computer, where the input signal alternatively with appropriate algorithms in the Computer generated and via digital / analog converter can be supplied to the input of the measuring section. Possibly. can do it Ineffective in their effect, directly on each other in the signal path The following analog / digital and digital / analogue conversions are omitted.
In
der
Eine
konkrete Anwendung findet der beschriebene Algorithmus bei der Bestimmung
der Laufzeit einer akustischen Strecke, an deren Ein- und Ausgang
sich resonante, also schmalbandige elektroakustische Wandler befinden.
Die Übertragungsfunktionen
der beiden Wandler stellen jeweils ein Filter dar, zwischen denen
sich die nur durch eine Laufzeit beschriebene akustische Strecke
befindet. Da die Reihenfolge hintereinanderliegender Zweitore für die Gesamtübertragungsfunktion
ohne Belang ist, wird das modellierte Filter in zwei Teilfilter
zerlegt, die entsprechend der
Claims (11)
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---|---|---|---|
DE2003132247 DE10332247A1 (en) | 2003-07-11 | 2003-07-11 | Narrow band transmission link ultrasonic variable delay measurement procedure for plastic manufacture uses cross correlation of transmitted and reference path signals |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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Family
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DE2003132247 Ceased DE10332247A1 (en) | 2003-07-11 | 2003-07-11 | Narrow band transmission link ultrasonic variable delay measurement procedure for plastic manufacture uses cross correlation of transmitted and reference path signals |
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DE (1) | DE10332247A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109541310A (en) * | 2018-11-30 | 2019-03-29 | 成都德辰博睿信息技术有限公司 | A kind of signal processing method and device |
EP3851656A1 (en) * | 2020-01-16 | 2021-07-21 | IAV GmbH | Method and device for evaluating measured values determined during the actual operation of a vehicle |
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2003
- 2003-07-11 DE DE2003132247 patent/DE10332247A1/en not_active Ceased
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