DE1524315C3 - Schaltung zum Erzeugen der ersten Verteilungsfunktion für die Amplitude eines auf einen ergodischen Prozeß zurückgehenden Wechselspannungssignals - Google Patents

Description

F₁(Jt₀) = P(—oo ^Jt₁(Z) <; X₀) funktion von Amplituden des gemessenen Signals

_r kontinuierlich, d. h. stufenlos, im ganzen Bereich

1 Γ gewonnen werden kann und daß zudem die Schaltung

= ^hm — I ⁶ l*i W ~ %l^di äußerst empfindlich und genau ist.

{ 5 Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher

j_^ O_{0 ;} erläutert. Es zeigt

Fig. 1 das Blockschaltbild eines Ausführungs-

wobei die Funktion S[X₁(O- x₀] folgendermaßen beispiels der erfindungsgemäßen Schaltung und

definiert ist: F i g. 2 die Schaltung von F i g. 1 mit einem zur

.... r μ ι ^- η ¹⁰ Verstärkung des zu untersuchenden Signals dienen-

/^lturlx»^W *^oJ^^U den Analysator.

^s[^xi(t)~ ^χο\$ — ν Nach Fig. 1 wird das zu untersuchende Signal

O für [x (t) — χ ] > O einem Eingang 1 eines Summierglieds 2 zugeführt,

¹ ° ' dessen anderer Eingang an eine Gleichspannungs-

Diese Gleichung drückt im Grunde genommen den »5 quelle 3 einer stufenlos veränderbaren Gleichspan-Zeitmittelwert eines Rechteck-Signals von konstanter nung angeschlossen ist. Das Ausgangssignal des Amplitude gleich 1 mit einer Dauer, die für jedes X₀ Summierglieds 2 wird in eine einzige amplitudendurch Schneiden von X₁Q) mit dem Wert X₀ definiert empfindliche Kippstufe 4 eingespeist. Der Zeitmittelist, aus. wert des Ausgangssignals der Kippstufe 4 wird mit Wenn die Zeitmittelwertbildung in der endlichen ao Hilfe einer Einrichtung 5 zur Bildung des Zeitmittel-Zeit T durchgeführt wird, gilt wertes gemessen und angezeigt

^. Nach der Schaltung in F i g. 2 wird das zu unter-

J, \ Γ suchende Signal zunächst mittels eines Analysators

^fit(^x ₀) = — / S[X₁U) - X₀]dt . wie z. B. der Fa. Brüel & Kjaer, Typ 2112 (8), ver-

^T J as stärkt, dessen maximale Ausgangsspitzenspannung

⁰ 45 V beträgt; durch Einschalten von Bandfiltern

mit kann die erste Verteilungsfunktion sowohl für den

r ρ ( \ — η e \ ganzen Bereich der akustischen Frequenzen als auch

um e_{1 T} \x₀) — P₁(X₀) _{für einzelne} z_{onen m} der Breite von einer drittel

-^^-*" °° 30 bzw. einer ganzen Oktave gemessen werden, und für ergodische Prozesse Das verstärkte Wechselspannungssignal wird aus r rc ( \ nt w — η <*em Analysator 8 über einen Trennkondensator 6 lim \t!(*„) r (x_o)i-v _den Eingängen 1 des Summiergliedes 2 zugeführt, T-+ °° · das mit der einzigen Kippstufe 4, die hier ein Tran-Aus den letzten Gleichungen geht hervor, daß die 35 sistor-Schmitt-Trigger mit einem Eingangswiderstand Meßgenauigkeit mit wachsender Integrationszeit Γ ^on 0,5 Ω'ist ,verbunden ist. Zwei Eingange 9 des ansteigt Summiergheds 2 werden über eine Trenndrossel 7 Ohne an der Richtigkeit des Ergebnisses etwas zu "f. £er stabilisierten Gleidispannungsquelle 3 mit ändern, kann man die speziell vorliegende Realisie- Gleichspannung E₀ von O bss 90 V gespeist. Fur rung X₁(O in eine beliebige Amplitudenebene um x_s «° ^o = 90 V gelangt man zu einem Zustand, der prakgleichsinnig transponieren. ¹^ ^* Amplitude x₀ = - oo, fur E₉ = 45 V der , Amplitude X₀ = 0 und fur E₀ = OY praktisch der F(.^xo) ~ ^F(^xo~^xs)· Amplitude X₀=+^ entspricht. Die rechteckige ^aJ, Die daraus resultierende Funktion Ausgangsspannung der Kippstufe 4 wird mit der Ein-

/ / \ _ / \ ι 45 richtung 5 zur Bildung des Zeitmittelwerts gemessen

^xi V) — ^χι\β) + ^xs (z.B. Drehspulinstrument, Pegelschreiber der Fa.

wird dem Eingang der amplituden- bzw. spannungs- Brüel & Kjaer, usw.).

empfindlichen Kippstufe mit kurzer Zeitkonstanten Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen zugeführt, die nach Überschreiten einer bestimmten Schaltung besteht darin, daß die erste Verteilungs-Amplitude X₁' = X₁, getriggert oder gesetzt und nach 5° funktion im ganzen Bereich des zu untersuchenden Sinken unter diese Amplitude (plus dem Wert ihrer Signals kontinuierlich gefunden wird, wobei die Hysterese) wieder in den Ruhestand rückgesetzt Schaltung äußerst empfindlich und genau ist. Die wird. Durch Messen des Mittelwertes des Ausgangs- Schaltung hat wenige Bauteile bzw. -gruppen, ihre signals der Kippstufe bekommt man für jedes x_s Abmessungen sind klein, und ihre Bedienung ist eineinen der Punkte der Verteilungsfunktion 55 fach. Mit der erfindungsgemäßen Schaltung kann

man die erste Verteilungsfunktion von beliebigen

ι * elektrischen Signalen im akustischen Frequenzbereich

F₁(X₁₁-X₃) = — I S[x_t(t) + x_s — X_p]dt messen (Lärm in der technischen Akustik, phonia-

T J irische Signale, Signale der musikalischen Akustik,

⁰ . 6o Signale von Schwingungsfühlern, Signale dynami-

und nach Verschiebung in Richtung der Achse χ scher Beanspruchung, z. B. tensometrische Signale).

die eigentlich gesuchte erste Verteilungsfunktion Durch Verkürzung der Umschaltzeiten der Kipp-

F (x ") a; F (x ) ^stu^^e * können mit der erfindungsgemäßen Schaltung

^{1 0}^ ⁰^" stufenlos, kontinuierlich die Kurven der ersten Ver-

Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen 65 teilungsfunktion auch von Signalen höherer Frequenz

Schaltung besteht darin, daß die erste Verteilungs- (Ultraschall- und Radiosignale) gemessen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1 2

Wechselspannungsamplitude mit einer Gleichspan-Patentanspruch: nung einstellbarer Größe überlagert und das so entstehende Signal einer amplitudenbewertenden Kippschaltung zum Erzeugen der ersten Vertei- stufe zugeführt wird. Eine solche Anordnung vermag lungsfunktion für die Amplitude eines auf einen ₅ jedoch lediglich eine Klassierung üblicher Art mit ergodischen Prozeß zurückgehenden Wechsel- diskreten Stufen zu ermöglichen, wobei noch weiter Spannungssignals, bei der das zu untersuchende der Nachteil zu verzeichnen ist, daß die Klassier-Signal in einer amplitudenempfindlichen Kipp- frequenz ein Mehrfaches der höchsten Signalfrequenz stufe mit einer stabilisierten Gleichspannung in sein muß, was den erforderlichen Aufwand erheblich Beziehung gesetzt wird, dadurch gekenn- ₁₀ vergrößert.

zeichnet, daß sie eine einzige Kippstufe(4) Ausgehend von diesem'Stande der Technik liegt

enthält, deren Eingang an den Ausgang eines daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine einzigen Summiergliedes (2) angeschlossen ist, Schaltung anzugeben, die mit Hilfe einer einzigen das seinerseits an einem Eingang das zu unter- Kippstufe eine 'stufenlose Bestimmung der ersten suchende Wechselspannungssignal und an einem _i5 Verteilungsfunktion der Amplituden eines auf einen zweiten Eingang eine stufenlos veränderbare ergodischen Prozeß zurückgehenden Wechselspan-Gleichspannung zugeführt erhält, und deren Aus- nungssignals ermöglicht.

gang mit einer Einrichtung (S) zur Bildung eines Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Schal-

Zeitmittelwertes verbunden ist. tung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß

ao dadurch gelöst, daß sie eine einzige Kippstufe enthält, deren Eingang an den Ausgang eines einzigen Summiergliedes angeschlossen ist, das seinerseits an einem

_: Eingang das zu untersuchende Wechselspannungs-

signal und an einem zweiten Eingang eine stufenlos

»5 veränderbare Gleichspannung zugeführt erhält, und

deren Ausgang mit einer Einrichtung zur Bildung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung eines Zeitmittelwertes verbunden ist. zum Erzeugen der ersten Verteilungsfunktion für die Die zufälligen oder stochastischen Wechselspan-

Amplitude eines auf einen ergodischen Prozeß zu- nungssignale, deren Amplitudenverteilung untersucht rückgehenden Wechselspannungssignals, bei der das 30 werden soll, rühren regelmäßig von sogenannten zu untersuchende Signal in einer amplitudenempfind- »ergodischen« Prozessen her. Man versteht darunter liehen Kippstufe mit einer stabilisierten Gleichspan- solche Prozesse, bei denen man den Scharmittelwert nung in Beziehung gesetzt wird. für einen bestimmten Zeitpunkt von gleichartigen

Zur Ermittlung der ersten Verteilungsfunktion zufälligen oder stochastischen Signalen (z.B. von ist es bekannt, den in ein elektrisches Wechselspan- 35 gleichartigen Rauschquellen wie Dioden) durch den nungssignal umgeformten, zu untersuchenden Prozeß Zeitmittelwert über einen langen Zeitraum eines beauf dem Schirm eines Elektronenstrahloszillographen liebigen dieser Signale (also z. B. von einer beliebigen abzubilden. Durch Messung der Lichtintensität mit- dieser Rauschquellen) ersetzen kann. Auf der Austels eines Photo-Elektronenvervielfachers mit hori- nutzung dieses auch Ergodensatz genannten physikazontalem Schlitz bei sukzessiver stufenweiser Relativ- 40 lischen Zusammenhangs beruht die erfindungsgemäße bewegung zwischen Schlitz und Signal in vertikaler Schaltung, d. h., die Erfindung ist aus der physika-Richtung, wobei durch den Photo-Elektronenverviel- lischen Interpretation der ersten Verteilungsfunktion fächer nacheinander Kondensatoren geladen werden, von statistisch stabilen ergodischen Signalen abgederen Spannung mit einem Elektronenvoltmeter ge- leitet.

messen wird, kann man eine Treppenapproximation 45 Die erfindungsgemäße Schaltung realisiert also der Verteilungsfunktion der Amplituden bestimmen. ein neuartiges Meßprinzip mit jeweils für sich her-Diese Lösung weist jedoch neben der Treppenappro- kömmlichen Schaltungsbestandteilen, ximation vor allem den Nachteil einer geringen Emp- Die prinzipielle erste Wirkungsweise der erfin-

findlichkeit (bedingt durch den Elektronenstrahl- dungsgemäßen Schaltung ist folgende: Oszillographen und dem Photo-Elektronenverviel- 5° Die Verteilungsfunktion F (*₀) eines zufälligen oder fächer) und Meßgenauigkeit auf, was sich aus der stochastischen Signals X = x(t) ist durch die Wahrmehrfachen Umformung des Signals von elektrischer scheinlichkeit P dafür definiert, daß die Amplitude in Lichtenergie und umgekehrt erklärt. des zufälligen Signals X kleiner oder höchstens gleich

Es ist weiterhin bekannt, zur selbsttätigen Bestim- dem Wert X₀ ist:

mung der ersten Verteilungsfunktion der Amplit- 55 F(x) = P (—00KX <x).

tuden von Wechselspannungssignalen eine Schaltung

mit einer Anzahl von Kippstufen zu verwenden. Es folgt aus dieser Definition, daß die Funktion

Diese Kippstufen sind auf unterschiedliche Ampli- F(x₀) ^mit wachsendem Argument*,, ansteigt oder tuden eingestellt, so daß sich durch Messung der zumindest konstant bleibt, aber niemals sinkt und Kippzeiten der einzelnen Kippstufen eine Stufenlinie 60 ausschließlich reelle Werte aufweist: gewinnen läßt, die eine Näherung für die erste HmF(Ar) = O limF(*) = l

Verteilungsfunktion darstellt. Diese Lösung erfordert _° , °

jedoch eine verhältnismäßig große Zahl von Kipp- ^x°~* x_g-*-roo

stufen, wenn die Verteilungsfunktion einigermaßen Für durch ergodische Prozesse entstehende Signale,

genau ermittelt werden soll. 65 bei denen der Scharmittelwert durch den Zeitmittel-

In der Zeitschrift »Elektronik« von 1964 ist auf wert ersetzt werden kann, kann man für die speziell den S. 19 bis 22 ein Klassiergerät beschrieben, bei vorliegende Realisierung X₁ (t) des zufälligen Signals dem in einem Summierglied eine zu klassierende x(t) schreiben: