DE19604980C1 - Data reduction of analog signal obtained by sample and hold and A-D conversion - Google Patents

Data reduction of analog signal obtained by sample and hold and A-D conversion

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DE19604980C1
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Franz Dr Ing Hillenbrand
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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12—Analogue/digital converters
    • H03M1/20—Increasing resolution using an n bit system to obtain n + m bits
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

The signal detection method uses a sample-and-hold circuit for providing sampled values fed to an A/D converter , before processing using limit values to provide an approximation of the signal characteristic. The processing device has upper and lower limit values (Won, Wun) provided by addition and subtraction of a tolerance value to an original analogue signal value (Po), with 2 different functions used to provide respective signal approximations (G1n, G2n) for each sample value, the successive approximation functions compared to provide the signal characteristic.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erfassen eines analogen elektrischen Signals mit Datenreduktion, bei dem das analoge Signal mittels einer Abtast-Halte-Schaltung abgetastet wird, die Abtastwerte in einem nachgeordneten Analog-Digital-Wandler gewandelt werden und in einer an den Analog-Digital-Wandler angeschlossenen Bearbeitungseinrichtung die gewandelten Abtastwerte in Beziehung zu Grenzwerten gesetzt werden.The invention relates to a method for detecting a analog electrical signal with data reduction, in which the analog signal sampled by means of a sample and hold circuit the samples in a downstream analog-to-digital converter be converted and in one to the analog-to-digital converter connected processing device the converted Samples can be related to limit values.

Die Arbeitsweise eines bekannten Verfahrens dieser Art ist in der Fig. 1 schematisch - ohne schaltungstechnische Details - dargestellt. Bei diesem bekannten Verfahren wird ein analoges elektrisches Signal S1 in zeitlich äquidistanten Abständen abgetastet, und die Abtastwerte werden mittels eines Analog- Digital-Wandlers in digitale Werte umgesetzt. Die digitalisierten Werte werden mit Grenzwerten verglichen, die sich durch stufenweise Erhöhung um jeweils einen fest vorgegebenen Toleranzwert δ ergeben. Die Fig. 1 läßt erkennen, daß das Signal S1 auf diese Weise im Zeitbereich zwischen 0 und t1 durch einen einzigen Wert 0, im Zeitbereich zwischen t1 und t2 durch einen einzigen Wert δ und im Zeitbereich zwischen beispielsweise t4 und t5 durch einen einzigen Wert 4.δ approximieren läßt. Es ergibt sich dann das in Fig. 1 durch eine Treppenkurve dargestellte, datenreduzierte Signals S1′. Die Datenreduktion ist dabei mittels eines Interpolationsverfahrens nullter Ordnung durchgeführt mit dem Ergebnis, daß die Datenreduktion klein ist.The method of operation of a known method of this type is shown schematically in FIG. 1 without any circuit details. In this known method, an analog electrical signal S1 is sampled at equidistant intervals, and the sampled values are converted into digital values by means of an analog-to-digital converter. The digitized values are compared with limit values which result from a gradual increase in each case by a predetermined tolerance value δ. Fig. 1 shows that the signal S1, δ in this way in the time range between 0 and t1 by a single value 0 in the time range between t1 and t2 by a single value and in the time range between, for example, t4 and t5 by a single value 4 .δ approximates. This then results in the data-reduced signal S1 'shown in FIG. 1 by a staircase curve. The data reduction is carried out by means of a zero order interpolation method, with the result that the data reduction is small.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Erfassen eines analogen elektrischen Signals mit Datenreduktion anzugeben, mit dem sich ein analoges elektrisches Signal mit vergleichsweise sehr hoher Datenreduktion erfassen läßt.The invention has for its object a method for Acquisition of an analog electrical signal with data reduction specify with which an analog electrical signal with comparatively very high data reduction can be recorded.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäßTo solve this problem, one of the methods described in the introduction specified type according to the invention

  • - ausgehend von einem Ausgangswert des analogen Signals als Basispunkt zu nachfolgenden, gewandelten Abtastwerten des analogen Signals in der Bearbeitungseinrichtung durch Addition und Substraktion einer festen Toleranzgröße jeweils ein oberer und jeweils ein unterer Grenzwert gebildet,- Starting from an output value of the analog signal as Base point for subsequent, converted samples of the  analog signal in the processing device by addition and subtraction of a fixed tolerance size upper and lower limits are formed,
  • - mit Funktionen eines vorgegebenen Typs werden von dem Basispunkt ausgehende Approximationsfunktionen einer ersten Art bezüglich jedes Abtastwertes derart gebildet, daß die jeweils folgende Approximationsfunktion gleich oder kleiner als die jeweils vorangehende ist und zum Zeitpunkt des jeweiligen Abtastwertes einen höchstens dem jeweiligen oberen Grenzwert entsprechenden Funktionswert aufweist und gleichzeitig mit Funktionen desselben vorgegebenen Typs von dem jeweiligen Basispunkt ausgehende Approximationsfunktionen einer zweiten Art bezüglich jedes Abtastwertes derart gebildet werden, daß die jeweils folgende Approximationsfunktion gleich oder größer als die jeweils vorangehende ist und zum Zeitpunkt des jeweiligen Abtastwertes einen mindestens dem jeweiligen unteren Grenzwert entsprechenden Funktionswert aufweist;- with functions of a given type are from the Basis point outgoing approximation functions of a first Kind formed with respect to each sample such that the the following approximation function is the same or smaller than the previous one and at the time of the respective sample value at most the respective one has the upper limit corresponding function value and simultaneously with functions of the same predetermined type of the respective base point Approximation functions of a second kind with respect to each Samples are formed such that the respective following approximation function equal to or greater than that is previous and at the time of each Sample at least the respective lower one Limit value has corresponding functional value;
  • - die jeweils gleichzeitig bezüglich eines Abtastwertes gebildeten Approximationsfunktionen der ersten und zweiten Art werden jeweils dahingehend untersucht, ob die Approximationsfunktion der zweiten Art vollständig kleiner als die jeweils zugeordnete Approximationsfunktion der ersten Art ist, und- each with respect to one sample approximation functions of the first and second Kind are examined in each case whether the Approximation function of the second type completely smaller than the respectively assigned approximation function of first type is, and
  • - bei einer Feststellung, daß die Approximationsfunktion der zweiten Art größer als die der ersten Art ist, wird der vor der Feststellung zuletzt erfaßte Abtastwert des analogen elektrischen Signals als neuer Basispunkt und die zu dem zuletzt erfaßten Abtastwert gehörende Approximationsfunktion der ersten oder zweiten Art als dem analogen Signal zwischen dem jeweiligen Basispunkt und dem jeweils zuletzt erfaßten Abtastwert angenäherte, datenreduzierende Funktion weiterverwendet.- If it is found that the approximation function of the second type is larger than that of the first type, the front will be the most recently detected sample of the analog electrical signal as a new base point and that to the approximation function belonging to the last sampled value of the first or second kind as the analog signal between the respective base point and the last recorded Approximate sample, data reducing function further used.

Es ist zwar bekannt (Deutsche Offenlegungsschrift DE 32 10 650 A1), eine Signal-Kompression vorzunehmen, jedoch erfolgt die bekannte Signal-Kompression unter Verwendung von logarithmischen Kennlinien zur Umsetzung eines analogen Signals in ein Digitalsignal gemäß einer in mehreren Wertebereichen des analogen Signals durch die Geraden angenäherten pseudologarithmischen Kennlinie. Dabei wird die Durchführung von besonders einfachen und damit schnell ablaufenden Rechenvorgängen dadurch ermöglicht, daß die Wertebereiche des analogen Signals nach ein- oder mehrfachen Zweierpotenzen eingeteilt werden. Demzufolge wird das analoge Signal mehreren Verstärkern mit unterschiedlichen, nach mehreren Zweierpotenzen (Grobstufen) gestuften Verstärkungsgraden zugleich zugeführt. Von einer Grobstufe wird nur jeweils das analoge Signal, dessen Amplitude innerhalb eines vorgegebenen Amplitudenbereichs liegt, an den Eingang eines Analog-Digital-Wandlers angelegt. Zur Bildung der die pseudologarithmischen Kennlinie annähernden Geraden wird der Wert des Ausgangssignals des Analog-Digital-Wandlers durch vorgegebene Quotienten geteilt und um vorgegebene Summanden vermehrt. Bei diesem bekannten Verfahren wird also eine Kompression der Wortbreite der digitalen Signale erreicht, während bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das analoge elektrische Signal selbst durch Approximationsfunktionen angenähert wird und dadurch das Signal durch relativ weinige Stützpunkte über der Zeit dargestellt werden kann.It is known (German Offenlegungsschrift DE 32 10 650 A1) to carry out a signal compression, but this is done known signal compression using logarithmic characteristics for converting an analog signal into a digital signal according to one of several value ranges of the  analog signal approximated by the straight line pseudologarithmic characteristic. Doing so of particularly simple and therefore fast-running Calculation processes in that the value ranges of the analog signal after single or multiple powers of two to be grouped. As a result, the analog signal becomes several Amplifiers with different, after several powers of two (Coarse steps) graded degrees of reinforcement supplied at the same time. From a coarse stage only the analog signal, whose Amplitude within a given amplitude range is applied to the input of an analog-digital converter. To form the approximation of the pseudologarithmic characteristic The value of the output signal of the analog-digital converter is straight divided by given quotients and around predetermined summands increased. In this known method becomes a compression of the word width of the digital signals achieved, while in the inventive method analog electrical signal itself through Approximation functions is approximated and thereby the signal represented by relatively few bases over time can be.

Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß mit ihm eine hochgradige Datenreduktion relativ schnell und vergleichsweise einfach durchgeführt werden kann, wodurch auch die Möglichkeit geschaffen ist, sehr schnell ablaufende Vorgänge bzw. Signale gut bezüglich ihres grundsätzlichen Verlaufs erkennen und auswerten zu können.The main advantage of the method according to the invention is that with it a high level data reduction can be carried out relatively quickly and comparatively easily can, which also creates the possibility, very much  fast-running processes or signals are good with regard to their to be able to recognize and evaluate the fundamental course.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können als Funktionen des vorgegebenen Typs unterschiedliche Funktionen verwendet werden. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn als Funktionen des vorgegebenen Typs Geraden verwendet werden, weil sich bei einem Einsatz derartiger Funktionen die Datenreduktion schaltungstechnisch vergleichsweise einfach durchführen läßt.In the method according to the invention, functions of different functions can be used. It has proven to be particularly advantageous if Functions of the given type straight lines are used because data reduction when using such functions Circuitry can be carried out comparatively easily.

Als besonders vorteilhaft wird es erachtet,It is considered to be particularly advantageous

  • - wenn bei Verwendung von Geraden als Funktionen eines vorgegebenen Typs eine den Basispunkt des analogen Signals und den oberen Grenzwert des nächst folgenden Abtastwertes einschließende erste Approximationsgerade der ersten Art gebildet und gleichzeitig eine den Basispunkt und den unteren Grenzwert einschließende erste Approximationsgerade einer zweiten Art erzeugt wird,- if when using straight lines as functions one given type the the base point of the analog signal and the upper limit of the next sample including first approximation lines of the first kind formed and at the same time a the base point and the lower one First approximation line including a limit value second type is generated
  • - die erste Approximationsgerade der ersten Art dahingehend untersucht wird, ob ihr Funktionswert zum Zeitpunkt des Auftretens eines nächst folgenden weiteren Abtastwertes größer als der durch Addition der festen Toleranzgröße gebildete, weitere obere Grenzwert zu diesem Zeitpunkt ist, und bei einem Funktionswert größer als der obere Grenzwert eine den Basispunkt und diesen oberen Grenzwert einschließende weitere Approximationsgerade der ersten Art gebildet wird und bei einem Funktionswert kleiner als der weitere obere Grenzwert die erste Approximationsgerade beibehalten wird, die erste Approximationgerade der zweiten Art gleichzeitig dahingehend untersucht wird, ob ihr Funktionswert zum Zeitpunkt des Auftretens des nächst folgenden weiteren Abtastwertes kleiner als der durch Subtraktion der festen Toleranzgröße gebildete, weitere untere Grenzwert zu diesem Zeitpunkt ist, und bei einem Funktionswert kleiner als der untere Grenzwert eine den Basispunkt und den unteren Grenzwert einschließende weitere Approximationgerade der zweiten Art gebildet wird und bei einem Funktionswert größer als der weitere untere Grenzwert die erste Approximationsgerade der zweiten Art beibehalten wird, und bei einer Feststellung, daß die Approximationsgerade der zweiten Art größer als die der ersten Art ist, der vor der Feststellung zuletzt erfaßte Abtastwert des analogen elektrischen Signals als neuer Basispunkt und die zu diesem Abtastwert gehörende Approximationsgerade der ersten oder zweiten Art als dem analogen Signal zwischen dem jeweiligen Basispunkt und dem jeweils zuletzt erfaßten Abtastwert angenäherte, datenreduzierende Funktion weiterverwendet wird.- The first approximation line of the first kind it is examined whether their function value at the time of the Occurrence of a next following further sample value larger than the one formed by adding the fixed tolerance, is further upper limit at this time, and at a function value greater than the upper limit one Base point and others including this upper limit Approximation line of the first kind is formed and at a function value less than the other upper limit the first approximation line is retained, the first approximation line of the second kind simultaneously is examined whether their functional value at Time of the next occurrence of the next one Sample less than that by subtracting the fixed Tolerance size formed, further lower limit to this Time is, and with a function value smaller than that lower limit one the base point and the lower Further approximation line including the limit value second type is formed and larger for a function value than the further lower limit the first Approximation line of the second type is maintained, and  in the event of a finding that the approximation line of the second type is larger than that of the first type, before the Finding last acquired sample of the analog electrical signal as a new base point and to this Approximation line belonging to the sample of the first or second type as the analog signal between each Base point and the most recently acquired sample value Approximate, data-reducing function continues to be used becomes.

Der besondere Vorteil dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Funktionen des vorgegebenen Typs einfach zu erzeugen sind und daß die Gewinnung der datenreduzierenden Funktion ebenfalls relativ einfach ist.The particular advantage of this embodiment of the The inventive method is that the functions of the specified type are easy to generate and that the Obtaining the data-reducing function is also relative is simple.

Als besonders vorteilhaft wird auch die Verwendung von Polynomen dritter Ordnung als Funktionen des vorgegebenen Typs angesehen, weil mit derartigen Funktionen eine noch erheblich weitergehende Datenreduktion als bei einer Verwendung von Geraden erzielbar ist. Allerdings ist bei einer Verwendung von Polynomen dritter Ordnung der Aufwand zur Gewinnung eines datenreduzierten Signals höher.The use of. Is also particularly advantageous Third order polynomials as functions of the given type viewed because with such functions a still significant more extensive data reduction than when using Straight lines can be achieved. However, when using Third order polynomials the effort to obtain a data-reduced signal higher.

Diesbezüglich erscheint es vorteilhaft, daßIn this regard, it appears advantageous that

  • - bei Verwendung von Polynomen dritter Ordnung als Funktionen eines vorgegebenen Typs eine mit der Steigung des analogen Signals im Basispunkt durch den Basispunkt verlaufende Extrapolationsgerade gebildet wird,- when using third-order polynomials as functions of a given type one with the slope of the analog Signals in the base point through the base point Straight line is formed,
  • - durch Differenzbildung mit der Extrapolationsgeraden aus den Werten des analogen Signals eine Differenzkurve gebildet wird,- by forming the difference with the extrapolation line from the Values of the analog signal formed a difference curve becomes,
  • - aus dem jeweiligen Abtastwert und der Steigung des analogen Signals bei diesem Abtastwert Approximations-Differenzkurven einer ersten und einer zweiten Art gebildet werden, wobei- from the respective sample value and the slope of the analog Signals at this sample approximation difference curves a first and a second type are formed, wherein
  • - zur Sicherstellung, daß die nächst folgende Approximations-Differenzkurve der ersten Art jeweils kleiner als die vorangehende und die nächst folgende Approximations-Differenzkurve der zweiten Art jeweils größer als die vorangehende Approximations-Differenzkurve ist, bei der Approximations-Differenzkurve der ersten Art der Funktionswert der jeweiligen Approximations-Differenzkurve und ein extrapolierter Wert der vorangehenden Approximations-Differenzkurve sowie der obere Grenzwert und bei der Approximations-Differenzkurve der zweiten Art der Funktionswert der jeweiligen Approximations-Differenzkurve und ein extra polierter Wert der vorangehenden Approximations-Differenzkurve sowie der untere Grenzwert miteinander verglichen werden und jeweils der kleinste Wert bezüglich der Approximations-Differenzkurve der ersten Art und der größte Wert bezüglich der Approximations-Differenzkurve der zweiten Art ausgesucht wird,- to ensure that the next approximation difference curve follows of the first type is smaller than that previous and next approximation difference curve the second type larger than that preceding approximation difference curve is at  Approximation difference curve of the first kind of Function value of the respective approximation difference curve and an extrapolated value from the previous ones Approximation difference curve as well as the upper limit and in the approximation difference curve of the second type of Function value of the respective approximation difference curve and an extra polished value from the previous ones Approximation difference curve and the lower limit are compared with each other and the smallest value regarding the approximation-difference curve of the first kind and the largest value in terms of the approximation difference curve the second type is selected
  • - bezüglich jedes Abtastwertes der kleinste Wert der Approximations-Differenzkurve der ersten Art mit dem größten Wert der Approximations-Differenzkurve der zweiten Art verglichen wird und bei der Feststellung, daß der kleinste Wert größer als der größte Wert ist, der vor der Feststellung zuletzt erfaßte Abtastwert des analogen Signals als neuer Basispunkt und die zu diesem Abtastwert gehörende Approximations-Differenzkurve der ersten oder zweiten Art unter Berücksichtigung der Extrapolationsgeraden als dem analogen Signal zwischen dem jeweiligen Basispunkt und dem jeweils zuletzt erfaßten Abtastwert angenäherte, datenreduzierende Funktion weiterverwendet wird.- the smallest value of each sample Approximation difference curve of the first type with the largest Value of the approximation difference curve of the second kind is compared and upon finding that the smallest value is greater than the greatest value is the last recorded before the determination Sampling value of the analog signal as the new base point and the approximation difference curve associated with this sample of the first or second kind taking into account the Extrapolation line as the analog signal between the respective base point and the last recorded Approximate sample, data reducing function will continue to be used.

Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kommt dem angepaßten Ermitteln der jeweiligen Steigung eine große Bedeutung zu; so kann die tatsächliche Steigung bei kurzzeitigen Störungen auf dem zu erfassenden Signal stark verfälscht sein. Um unter anderem dadurch mögliche Fehler bei der Datenreduktion zu vermeiden, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in vorteilhafter Weise zur Ermittlung der Steigung des analogen Signals bei dem jeweiligen Abtastwert eine Differenzbildung mit mehreren jeweils benachbarten Abtastwerten vorgenommen.In this embodiment of the method according to the invention comes the adapted determination of the respective slope great importance too; so the actual slope at short-term interference on the signal to be detected strong be adulterated. To avoid possible errors Avoiding the data reduction is in the inventive Advantageously method for determining the slope of the analog signal at the respective sample value Difference formation with several adjacent samples performed.

Als besonders vorteilhaft wird es in diesem Zusammenhang angesehen, wenn die Anzahl der zur Differenzbildung jeweils herangezogenen Abtastwerte in Abhängigkeit von der Krümmung der Approximationsfunktion bestimmt wird.It is particularly advantageous in this context viewed when the number of each for difference formation  used samples depending on the curvature the approximation function is determined.

Zur Erläuterung der Erfindung ist inTo explain the invention is in

Fig. 2 ein Diagramm zur Erklärung der grundsätzlichen Wirkungsweise eines mit Geraden als Approximationsfunktionen arbeitenden Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, in FIG. 2 shows a diagram for explaining the basic mode of operation of an exemplary embodiment of the method according to the invention working with straight lines as approximation functions, in

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Fig. 2 und in Fig. 3 shows an embodiment of an arrangement for performing the method of FIG. 2 and in

Fig. 4 ein Diagramm zur Erklärung der Wirkungsweise eines mit Polynomen dritter Ordnung als Approximationsfunktionen arbeitenden Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. FIG. 4 shows a diagram for explaining the mode of operation of an embodiment of the method according to the invention working with third-order polynomials as approximation functions.

In Fig. 2 ist über der Zeit t der Verlauf eines mit Datenreduktion zu erfassenden, analogen elektrischen Signals S2 dargestellt, das dem Signal S1 gemäß Fig. 1 entspricht; bei dem analogen elektrischen Signal kann es sich beispielsweise um eine Spannung u handeln. Zur Erfassung des Signals S2 unter Datenreduzierung werden als Approximationsfunktionen Geraden verwendet, die von einem Wert Po des Signals S2 als Basispunkt ausgehen. Dabei werden als Approximationsfunktionen einer ersten Art Geraden G1n einer ersten Art benutzt, die von dem Bezugspunkt Po bis zu oberen Grenzwerten Won verlaufen, die jeweils durch Addition einer festen Toleranzgröße Δ zu den zum jeweiligen Abtastzeitpunkt T1 bis T7 gebildeten Abtastwerten A1 bis A7 erzeugt sind. So ist eine erste Gerade G11 der ersten Art dadurch gebildet, daß durch den Basispunkt Po und den oberen Grenzwert Wo1 eine Gerade gezogen ist. Geraden G2n einer zweiten Art als Approximationsfunktionen einer zweiten Art werden dadurch gebildet, daß von den jeweils gewonnenen Abtastwerten A1 bis A7 unter Bildung unterer Grenzwerte Wun die Toleranzgröße Δ substrahiert wird. Auf diese Weise ist nach Abtastung des Abtastwertes A1 zunächst eine erste Gerade G21 der zweiten Art mittels Basispunktes Po und unterem Grenzwert Wu1 gebildet. FIG. 2 shows the course of an analog electrical signal S2 to be recorded with data reduction, which corresponds to the signal S1 according to FIG. 1; the analog electrical signal can be a voltage u, for example. In order to acquire the signal S2 with data reduction, straight lines are used as approximation functions which assume a value Po of the signal S2 as the base point. In this case, approximation functions of a first type of lines G1n of a first type are used which extend from the reference point Po to upper limit values Won, which are each generated by adding a fixed tolerance variable Δ to the sample values A1 to A7 formed at the respective sampling time T1 to T7. A first straight line G11 of the first type is formed in that a straight line is drawn through the base point Po and the upper limit value Wo1. Straight lines G2n of a second type as approximation functions of a second type are formed by subtracting the tolerance variable Δ from the sample values A1 to A7 obtained in each case with formation of lower limit values Wun. In this way, after sampling sample A1, a first straight line G21 of the second type is first formed by means of base point Po and lower limit value Wu1.

Zum Abtastzeitpunkt T2 werden wiederum ein oberer Grenzwert Wo2 und ein unterer Grenzwert Wu2 mit dem Abtastwert A2 und der Toleranzgröße Δ gebildet; anschließend wird überprüft, ob der Funktionswert der Geraden G11 zum Zeitpunkt T2 größer als der obere Grenzwert Wo2 ist. Trifft dies zu, wie es im dargestellten Beispiel der Fall ist, dann wird für die weitere Abwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der Geraden G12 weitergearbeitet. Entsprechend wird hinsichtlich der Geraden G21 der zweiten Art geprüft, ob ihr Funktionswert zum Abtastzeitpunkt T2 kleiner als der untere Grenzwert Wu2 ist. Trifft dies zu - wie im dargestellten Beispiel -, dann wird die zweite Gerade G22 der zweiten Art weiterbenutzt.At the sampling time T2, an upper limit value Wo2  and a lower limit value Wu2 with the sample value A2 and the Tolerance variable Δ formed; it is then checked whether the Function value of the straight line G11 at time T2 is greater than that upper limit is Wo2. Is this true, as it is in the illustrated example is the case, then for the further Execution of the method according to the invention with the straight line G12 continued to work. Correspondingly with regard to the straight line G21 of the second type checked whether their functional value at Sampling time T2 is less than the lower limit value Wu2. If this is the case - as in the example shown - then continues to use the second straight line G22 of the second type.

Zum Abtastzeitpunkt T3 wird in entsprechender leise vorgegangen; es ergibt sich, daß zu diesem Zeitpunkt die Gerade G12 einen Funktionswert besitzt, der größer als der obere Grenzwert Wo3 ist, so daß die Gerade G13 weiterverwendet wird. Bezüglich des unteren Grenzwertes Wu3 ergibt sich, daß die durch ihn gelegte Gerade G23 zum Zeitpunkt T3 einen kleineren Funktionswert als der untere Grenzwert Wu3 hat, so daß mit der Geraden G22 weitergearbeitet wird.At the time of sampling T3 becomes correspondingly quiet proceeded; it turns out that at this point the straight line G12 has a function value that is greater than the upper one Limit is Wo3, so that straight line G13 continues to be used. With regard to the lower limit value Wu3, it follows that the straight line G23 laid by him at time T3 a smaller one Has the function value as the lower limit value Wu3, so that with the Straight G22 is continued.

Aufgrund einer entsprechenden Überprüfung wird auch zum Abtastzeitpunkt T4 die durch den oberen Grenzwert Wo4 gelegte Gerade G14 weiterbenutzt und nach Überprüfung des unteren Grenzwertes Wu4 weiterhin die Gerade G22 verwendet. Entsprechendes gilt für die Verhältnisse zum Abtastzeitpunkt T5. Die Überprüfung ergibt hier, daß daß mit der Geraden G15 und der Geraden G22 weiter zu arbeiten ist.Based on a corresponding review, the Sampling time T4 is the one set by the upper limit value Wo4 Just continued to use G14 and after checking the lower one Limit Wu4 continues to use line G22. The same applies to the conditions at the time of sampling T5. The check here shows that with the straight line G15 and the straight line G22 has to be continued.

Die praktizierten Kriterien führen dazu, daß hinsichtlich des Abtastzeitpunktes T6 mit den geraden G15 und G22 weiter zu arbeiten ist.The criteria used lead to the fact that Sampling time T6 with the even G15 and G22 further is working.

Hinsichtlich des Abtastzeitpunktes T7 ergibt sich, daß die Gerade G15 der ersten Art beibehalten werden muß, während wegen des unteren Grenzwertes Wu7 eine neue in der Fig. 2 der besseren Übersichtlichkeit nicht dargestellte neue Gerade gebildet wird. Diese Gerade liegt oberhalb der Geraden G15, was als Kriterium für die Beendigung des Approximationsvorganges für diesen Abschnitt des Signals S2 angesehen wird. Es wird demzufolge die Gerade G15 als eine dem Signal S2 zwischen dem Basispunkt Po und dem Abtastzeitpunkt T6 angenäherte Funktion erkannt und als datenreduzierende Funktion weiterverarbeitet. Der Abtastwert A6 zum Zeitpunkt T6 wird als neuer Basispunkt für eine datenreduzierende Erfassung des anschließenden Abschnitts des Signals S2 benutzt. Es ist damit eine Interpolation erster Ordnung des Signals S2 durchgeführt.With regard to the sampling time T7, it follows that the straight line G15 of the first type must be maintained, while a new straight line, which is not shown in FIG. 2 for better clarity, is formed because of the lower limit value Wu7. This straight line lies above the straight line G15, which is regarded as a criterion for ending the approximation process for this section of the signal S2. Accordingly, the straight line G15 is recognized as a function approximated to the signal S2 between the base point Po and the sampling time T6 and is further processed as a data-reducing function. The sample value A6 at time T6 is used as a new base point for data-reducing detection of the subsequent section of the signal S2. An interpolation of the first order of the signal S2 is thus carried out.

Zur Durchführung des in Fig. 2 in prinzipieller Weise dargestellten Verfahrens ist eine Schaltungsanordnung geeignet, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist. Der Schaltungsanordnung wird an einer Eingangsklemme 1 das analoge elektrische Signal S2 zugeführt, das über eine Abtast-Halte-Schaltung 2 einem Analog-Digital-Wandler 3 zugeführt wird.A circuit arrangement as shown in FIG. 3 is suitable for carrying out the method shown in principle in FIG. 2. The circuit arrangement is supplied with the analog electrical signal S2 at an input terminal 1, which is fed to an analog-digital converter 3 via a sample and hold circuit 2 .

An einen Ausgang 4 des Analog-Digital-Wandlers 3 ist eine Bearbeitungseinrichtung B angeschlossen. Diese Einrichtung enthält eingangsseitig eine erste Summierschaltung 5, in der zu dem jeweiligen Abtastwert A1 bis A7 (vgl. Fig. 2) die Toleranzgröße Δ addiert wird. Außerdem wird der ersten Summierschaltung 5 mit negativem Vorzeichen eine Ausgangsgröße y eines Speicherbausteins 6 zugeführt, der eingangsseitig am Ausgang 4 des Analog-Digital-Wandlers 3 liegt. Der Speicherbaustein 6 speichert bis zu einer Ansteuerung an seinem Steuereingang 7 den Abtastwert des Signals zum Zeitpunkt 0, also den Wert des Basispunktes Po. In einer der ersten Summierschaltung 5 nachgeordneten Rechenschaltung 8 wird mittels einer der Zeitdifferenz zwischen dem Abtastzeitpunkt (T1) und dem Zeitpunkt 0 entsprechenden Meßgröße durch Quotientenbildung die Steigung der ersten Geraden G11 der ersten Art ermittelt; entsprechend wird bezüglich der weiteren Geraden G12 bis G17 vorgegangen. Eine der jeweiligen Steigung der Geraden Gin entsprechende Meßgröße Ms wird in einem nachgeordneten Speicher 9 für eine vorgegebene Zeit T gespeichert, so daß in einem nachgeschalteten Differenzbildner 10 eine Meßgröße Md gebildet wird, die angibt, ob die Steigung der jeweils später gebildeten Geraden G1n der ersten Art kleiner als die der unmittelbar zuvor gebildeten Geraden derselben Art ist. In einem nachgeordneten Komparator 11 mit eingestellter Schwelle 0 wird ein Steuersignal St1 dann erzeugt, wenn die neu errechnete Steigung größer als die bisher ermittelte ist. Durch das Steuersignal St1 wird der Speicher 9 blockiert; er übernimmt nicht das jeweils zuletzt angebotene Signal Ms.A processing device B is connected to an output 4 of the analog-digital converter 3 . On the input side, this device contains a first summing circuit 5 , in which the tolerance variable Δ is added to the respective sample value A1 to A7 (cf. FIG. 2). In addition, the first summing circuit 5 with a negative sign is supplied with an output variable y of a memory module 6 , which is located on the input side at the output 4 of the analog-digital converter 3 . The memory module 6 stores the sample value of the signal at time 0, that is to say the value of the base point Po, until it is activated at its control input 7 . In a computing circuit 8 arranged downstream of the first summing circuit 5, the gradient of the first straight line G11 of the first type is determined by means of a measured variable corresponding to the time difference between the sampling time (T1) and the time 0 by forming a quotient; the same procedure is followed for the further straight lines G12 to G17. A measured variable Ms corresponding to the respective slope of the straight line Gin is stored in a downstream memory 9 for a predetermined time T, so that a measured variable Md is formed in a downstream difference generator 10 , which indicates whether the slope of the straight line G1n of the first formed later Type is smaller than that of the straight lines of the same type formed immediately before. A control signal St1 is generated in a downstream comparator 11 with the threshold 0 set when the newly calculated slope is greater than the previously determined slope. The memory 9 is blocked by the control signal St1; it does not take over the last offered signal Ms.

In entsprechender Weise wird bezüglich der Geraden G2n der zweiten Art vorgegangen, indem in einer weiteren Summierschaltung 12 der jeweilige Abtastwert A1 bis A7, der Wert zum Basispunkt und die Toleranzgröße Δ (letztere mit negativem Vorzeichen) addiert werden. In einer der Rechenschaltung 8 entsprechenden weiteren Rechenschaltung 13 wird wiederum die Steigung der jeweils gebildeten Geraden G2n der zweiten Art bestimmt, und es wird mittels eines weiteren Speichers 14, eines weiteren Differenzbildners 15 und eines weiteren Komparators 16 überprüft, ob die Steigung der jeweils nachfolgend gebildeten Geraden G2n der zweiten Art größer als die der jeweils zuvor gebildeten Geraden dieser Art ist. Gegebenenfalls wird weitere Speicher zur Abspeicherung des neuen Steigungswertes freigeschaltet.A corresponding procedure is followed with regard to the straight line G2n of the second type by adding the respective sample value A1 to A7, the value to the base point and the tolerance variable Δ (the latter with a negative sign) in a further summing circuit 12 . In a further computing circuit 13 corresponding to the arithmetic circuit 8 , the slope of the straight line G2n of the second type formed in each case is again determined, and it is checked by means of a further memory 14 , a further difference former 15 and a further comparator 16 whether the slope of the respectively subsequently formed one Straight line G2n of the second type is larger than that of the respective previously formed straight line of this type. If necessary, additional memories are released to store the new slope value.

Die Ausgänge 17 und 18 der beiden Speicher 9 und 14 sind mit Eingängen eines Komparatorbausteins 19 verbunden, der an seinem Ausgang 20 dann ein Ausgangssignal As abgibt, wenn die Ausgangsgröße des weiteren Speichers 14 größer als die des ersten Speichers 9 ist, was im angenommenen Beispiel beim Abtastwert A7 (vgl. Fig. 2) der Fall ist. Das Ausgangssignal As bewirkt eine Steuerung des Speichers 6 dahingehend, daß dieser nunmehr den gerade aktuellen Abtastwert A6 (vgl. Fig. 2) übernimmt, wodurch für einen weiteren Abschnitt des Signals S2 ein neuer Basispunkt festgelegt ist. Beim Auftreten des Ausgangssignals As wird der Abtastwert A6 in nicht dargestellter Weise zur weiteren Speicherung übernommen und bildet mit dem Basispunkt Po die angenäherte, datenreduzierende Funktion für diesen Abschnitt des analogen Signals S2.The outputs 17 and 18 of the two memories 9 and 14 are connected to inputs of a comparator module 19 , which then outputs an output signal As at its output 20 when the output size of the further memory 14 is larger than that of the first memory 9 , which in the assumed example is the case with the sample value A7 (cf. FIG. 2). The output signal As controls the memory 6 in such a way that it now takes over the current sample A6 (cf. FIG. 2), as a result of which a new base point is defined for a further section of the signal S2. When the output signal As occurs, the sample value A6 is adopted for further storage in a manner not shown and forms the approximate, data-reducing function for this section of the analog signal S2 with the base point Po.

Eine im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 2 und 3 noch weitergehende Datenreduktion läßt sich erreichen, wenn zur Datenreduzierung Polynome dritter Ordnung verwendet werden. Dabei wird davon ausgegangen, daß zu einem beliebigen Abtastzeitpunkt von dem analogen elektrischen Signal S3, das in der Fig. 4 einen dem Signal S2 gemäß Fig. 2 entsprechenden Verlauf hat, außer dem Wert auch die Steigung der den zeitlichen Verlauf des Signals S3 beschreibenden Kurve bekannt bzw. ermittelt ist. Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Polynomen dritter Ordnung wird aus der den Verlauf des Signals S3 wiedergebenden Kurve eine Differenzkurve D gebildet, indem von dieser Kurve eine Extrapolationsgerade E abgezogen wird. Diese Extrapolationsgerade E ist dadurch gewonnen, daß durch einen Basispunkt Ro mit der Steigung der Kurve S3 in diesem Punkt eine Gerade gelegt wird. Die Differenzkurve D wird durch ein Polynom dritter Ordnung angenähert, wie im folgenden näher erläutert wird.A further reduction in data compared to the exemplary embodiment according to FIGS. 2 and 3 can be achieved if third-order polynomials are used for the reduction of data. It is assumed that at any sampling time of the analog electrical signal S3, which in FIG. 4 has a curve corresponding to the signal S2 according to FIG. 2, in addition to the value, the slope of the curve describing the time curve of the signal S3 is known or determined. When carrying out the method according to the invention with third-order polynomials, a difference curve D is formed from the curve representing the course of the signal S3 by subtracting an extrapolation line E from this curve. This extrapolation line E is obtained by laying a line at this point through a base point Ro with the slope of curve S3. The difference curve D is approximated by a third-order polynomial, as will be explained in more detail below.

Ein Polynom dritter Ordnung läßt sich in allgemeiner Weise durch die nachstehende Beziehung (1) beschreiben:A third order polynomial can be written in a general way describe by the following relationship (1):

y(t) a₀ + a₁·t + a₂·t² + a₃·t³ (1)y (t) a₀ + a₁ · t + a₂ · t² + a₃ · t³ (1)

Dieses Polynom soll mindestens im Bereich des Basispunktes Ro einen weitgehend der Kurve S3 angenäherten Verlauf aufweisen, so daß a₀ = y(0) und a₁ = y′(0) gilt, wobei y′(0) die Steigung am Basispunkt Ro angibt. Mit diesen Größen ist die Extrapolationsgerade E beschrieben. Es ergibt sich dann für die Differenzkurve D die Approximationsfunktion y*(t) gemäß folgender Beziehung (2):This polynomial should be at least in the area of the base point Ro have a course largely approximated to curve S3, so that a₀ = y (0) and a₁ = y ′ (0), where y ′ (0) is the slope indicates Ro at the base point. With these sizes it is Extrapolation line E described. It then results for the Difference curve D the approximation function y * (t) according to following relationship (2):

y*(t) = y(t) - a₀ - a₁·t = t² · (a₂ + a₃·t) (2)y * (t) = y (t) - a₀ - a₁ · t = t² · (a₂ + a₃ · t) (2)

Die verschiedenen Approximationsfunktionen y*(t) unterscheiden sich demzufolge hinsichtlich der Koeffizienten a₂ und a₃ voneinander. Durch Ermitteln der Koeffizienten a₂ und a₃ sind entsprechend dem Vorgehen bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 2 und 3 Approximationsfunktionen y*n(t) der ersten Art in der Weise zu bilden, daß jede folgende Funktion kleiner als die jeweils vorher gebildete Funktion ist; entsprechend werden Approximationsfunktionen der zweiten Art derart gebildet, daß jede weitere Funktion dieser Art jeweils größer als die vorangehend gebildete Funktion ist.The different approximation functions y * (t) therefore differ from each other with regard to the coefficients a₂ and a₃. By determining the coefficients a₂ and a₃, approximation functions y * n (t) of the first type are to be formed in accordance with the procedure in the exemplary embodiment according to FIGS. 2 and 3 in such a way that each subsequent function is smaller than the respectively previously formed function; Correspondingly, approximation functions of the second type are formed in such a way that each further function of this type is larger than the previously formed function.

Konkret wird zur Bildung der beiden Koeffizienten a₂ und a₃ angenommen, daß zum jeweiligen Abtastzeitpunkt der jeweilige Abtastwert yi und die Steigung yi′ der Kurve S3 zum Abtastzeitpunkt ti ermittelt und damit bekannt ist; aus diesen lassen sich unter Berücksichtigung der Extrapolationsgeraden E die entsprechenden werte der Differenzkurve D ermitteln. Für Letztere können dann a₂ und a₃ aufgrund folgender Beziehungen (3a) und (3b) bestimmt werden:Specifically, to form the two coefficients a₂ and a₃, it is assumed that the respective sample value y i and the slope y i 'of the curve S3 at the sample time t i are determined at the respective sampling time and are thus known; The corresponding values of the difference curve D can be determined from these, taking into account the extrapolation line E. For the latter, a₂ and a₃ can then be determined on the basis of the following relationships (3a) and (3b):

y*i = a2i·t² + a3i·t³ (3a)
y*i′ = 2·a2i·t + 3·a3i·t² (3b)y * i = a 2i · t² + a 3i · t³ (3a)
y * i ′ = 2 · a 2i · t + 3 · a 3i · t² (3b)

Daraus erhält man die Gleichungen (4a) und (4b):The equations (4a) and (4b) are obtained from this:

a3i·t³ = t·y*′i - 2·yi* (4a)a 3i · t³ = t · y * ′ i - 2 · y i * (4a)

a2i·t² = -t·y*′i + 3·y*i (4b)a 2i · t² = -t · y * ′ i + 3 · y * i (4b)

Daraus wiederum ergibt sich die Beziehung (5):This in turn gives the relationship (5):

y*i = a₂·t²/3 + y*′i·t/3 (5)y * i = a₂ · t² / 3 + y * ′ i · t / 3 (5)

Da für eine stetig kleiner werdende Funktionenfolge y*n(t) zumindest der Folgekoeffizient a2i+1 kleiner als der entsprechende Koeffizient a2i der vorangehenden Funktion oder gleich groß wie dieser Koeffizient sein muß, ergibt sich aus Gleichung (5) der maximal mögliche Zielwert y*i+1 bei gegebener Steigung die Gleichung (6)Since, for a function sequence y * n (t) that is becoming smaller and smaller, at least the sequence coefficient a 2i + 1 must be smaller than the corresponding coefficient a 2i of the preceding function or the same as this coefficient, equation (5) gives the maximum possible target value y * i + 1 for a given slope equation (6)

y*i+1,max = a2i·t²i+1/3 + y*′i+1·ti+1/3 (6)y * i + 1, max = a 2i · t² i + 1/3 + y * ′ i + 1 · t i + 1/3 (6)

Es ist nun zu überprüfen, ob die Approximationskurve y*n+1(t) unterhalb der vorangehenden Approximationsfunktion y*in(t) liegt. Dies geschieht in der Weise, daß die vorangehende Approximationsfunktion bis zum nächsten Abtastzeitpunkt ti+1 unter Gewinnung eines Extrapolationswertes y*i+1/i extrapoliert wird; außerdem wird noch der zum Abtastzeitpunkt ti+1 mit dem Abtastwert und der Toleranzgröße Δ gebildete obere Grenzwert Gi+1 herangezogen, und es wird unter Mitberücksichtigung des Wertes y*i+1,max der kleinste Wert ausgesucht. Mit diesem kleinsten Wert werden die neuen Koeffizienten a2i+1 und a3i+1 bestimmt.It must now be checked whether the approximation curve y * n + 1 (t) lies below the previous approximation function y * in (t). This is done in such a way that the preceding approximation function is extrapolated until the next sampling time t i + 1 to obtain an extrapolation value y * i + 1 / i ; In addition, the upper limit value G i + 1 formed at the sampling time t i + 1 with the sample value and the tolerance variable Δ is also used, and the smallest value is selected taking into account the value y * i + 1, max . With this smallest value the new coefficients a 2i + 1 and a 3i + 1 are determined.

Hinsichtlich der Approximationsfunktionen der zweiten Art wird entsprechend vorgegangen. Aus den jeweils sich ergebenden Werten y*i+1,min, y*i+1/i und y*i+1 - Δ wird hierbei der maximale Wert ausgesucht und mit dem minimalen Wert der jeweils zugeordneten Approximationsfunktion der ersten Art verglichen. Ist der maximale Wert größer als der minimale Wert, dann wird die so gefundene Approximationsfunktion der ersten oder der zweiten Art unter Berücksichtigung der Extrapolationsgeraden E als diesem Abschnitt des Signals S3 angenäherte, datenreduzierte Funktion weiterbehandelt. Der Abtastzeitpunkt ti definiert einen neuen Basispunkt für den datenreduzierend zu erfassenden neuen Abschnitt des Signals S3.The same procedure is followed with regard to the approximation functions of the second type. The maximum value is selected from the respectively resulting values y * i + 1, min , y * i + 1 / i and y * i + 1 - Δ and compared with the minimum value of the respectively assigned approximation function of the first type. If the maximum value is greater than the minimum value, the approximation function of the first or the second type found in this way is further processed, taking into account the extrapolation line E as a data-reduced function approximated to this section of the signal S3. The sampling time t i defines a new base point for the new section of the signal S3 to be recorded in a data-reducing manner.

Die Steigungen können aus den Differenzen mehrerer aufeinanderfolgender Abtastwerte ermittelt werden, um kurzzeitige Störungen des Verlaufs des Signals S3 nicht auf die datenreduzierende Erfassung des Signals durchschlagen zu lassen. Die Anzahl der zur Ermittlung der Steigung erfaßten Abtastwerte wird zweckmäßigerweise von der Krümmung, also der zweiten Ableitung der Approximationsfunktion nach der Zeit, abhängig gemacht.The slopes can be made up of the differences of several successive samples are determined in order short-term disturbances of the course of the signal S3 not on the data-reducing detection of the signal strike through to let. The number of those recorded to determine the slope Samples are expediently derived from the curvature, ie the second derivation of the approximation function over time, made dependent.

Claims (8)

1. Verfahren zum Erfassen eines analogen elektrischen Signals mit Datenreduktion, bei dem
  • - das analoge Signal mittels einer Abtast-Halte-Schaltung abgetastet wird,
  • - die Abtastwerte in einem nachgeordneten Analog-Digital-Wandler verarbeitet werden und
  • - in einer an den Analog-Digital-Wandler angeschlossenen Bearbeitungseinrichtung die gewandelten Abtastwerte in Beziehung zu Grenzwerten gesetzt werden,
1. A method for detecting an analog electrical signal with data reduction, in which
  • the analog signal is sampled by means of a sample and hold circuit,
  • - The samples are processed in a downstream analog-to-digital converter and
  • the converted sample values are set in relation to limit values in a processing device connected to the analog / digital converter,
dadurch gekennzeichnet, daß
  • - ausgehend von einem Ausgangswert des analoge Signals als Basispunkt (Po) in der Bearbeitungseinrichtung (B) durch Addition und Substraktion einer festen Toleranzgröße (Δ) jeweils ein oberer und jeweils ein unterer Grenzwert (Won, Wun) gebildet wird,
  • - mit Funktionen eines vorgegebenen Typs von dem Basispunkt (Po) ausgehende Approximationsfunktionen einer ersten Art (G1n) bezüglich jedes Abtastwertes (A1 bis A7) derart gebildet werden, daß die jeweils folgende Approximationsfunktion (z. B. G12) gleich oder kleiner als die jeweils vorangehende (z. B. G11) ist und zum Zeitpunkt (z. B. T2) des jeweiligen Abtastwertes (z. B. A2) einen höchstens dem jeweiligen oberen Grenzwert (z. B. Wo2) entsprechenden Funktionswert aufweist und gleichzeitig mit Funktionen desselben vorgegebenen Typs von dem jeweiligen Basispunkt (Po) ausgehende Approximationsfunktionen einer zweiten Art (G2n) bezüglich jedes Abtastwertes (A1 bis A7) derart gebildet werden, daß die jeweils folgende Approximationsfunktion (z. B. G22) gleich oder größer als die jeweils vorangehende (z. B. G21) ist und zum Zeitpunkt (z. B. T2) des jeweiligen Abtastwertes (z. B. A2) einen mindestens dem jeweiligen unteren Grenzwert (z. B. Wu2) entsprechenden Funktionswert aufweist,
  • - die jeweils gleichzeitig bezüglich eines Abtastwertes (z. B. A2) gebildeten Approximationsfunktionen der ersten und zweiten Art (z. B. G12, G22) jeweils dahingehend untersucht werden, ob die Approximationsfunktion der zweiten Art (z. B. G22) vollständig kleiner als die jeweils zugeordnete Approximationsfunktion der ersten Art (z. B. G12) ist, und
  • - bei einer Feststellung, daß die Approximationsfunktion der zweiten Art (z. B. G27) größer als die der ersten Art (z. B. G27) ist, der vor der Feststellung zuletzt erfaßte Abtastwert (z. B. A6) des analogen elektrischen Signals (S2) als neuer Basispunkt (P1) und die zu dem zuletzt erfaßten Abtastwert (z. B. A6) gehörende Approximationsfunktion der ersten oder zweiten Art (z. B. G15; G22) als dem analogen Signal (S2) zwischen dem jeweiligen Basispunkt (Po) und dem jeweils zuletzt erfaßten Abtastwert (z. B. A6) angenäherte, datenreduzierende Funktion weiterverwendet wird.
 characterized in that
  • - starting from an output value of the analog signal as a base point (Po) in the processing device (B), an upper and a lower limit value (Won, Wun) is formed by adding and subtracting a fixed tolerance variable (Δ),
  • - Approximation functions of a first type (G1n) with respect to each sample value (A1 to A7) starting from the base point (Po) are formed with functions of a predetermined type such that the respectively following approximation function (e.g. G12) is equal to or less than that in each case is the preceding one (e.g. G11) and at the time (e.g. T2) of the respective sample value (e.g. A2) has a function value that corresponds at most to the respective upper limit value (e.g. Wo2) and at the same time with functions of the same given type of approximation functions of a second type (G2n) starting from the respective base point (Po) with respect to each sample value (A1 to A7) are formed in such a way that the respectively following approximation function (e.g. G22) is equal to or greater than the respectively preceding (e.g. G21) and at the time (e.g. T2) of the respective sample value (e.g. A2) has a function value corresponding at least to the respective lower limit value (e.g. Wu2),
  • - The approximation functions of the first and second types (e.g. G12, G22) formed at the same time with respect to a sample value (e.g. A2) are each examined to determine whether the approximation function of the second type (e.g. G22) is completely smaller than the respectively assigned approximation function of the first type (e.g. G12), and
  • - If a determination is made that the approximation function of the second type (e.g. G27) is greater than that of the first type (e.g. G27), the last recorded sample value (e.g. A6) of the analog electrical signal Signals (S2) as a new base point (P1) and the approximation function of the first or second type (e.g. G15; G22) belonging to the last sampled value (e.g. A6) as the analog signal (S2) between the respective Base point (Po) and the most recently acquired sample value (e.g. A6) approximate, data-reducing function is used further.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß
  • - als Funktionen des vorgegebenen Typs Geraden (G1n, G2n) verwendet werden.
2. The method according to claim 1, characterized in that
  • - be used as functions of the specified straight line type (G1n, G2n).
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß
  • - bei Verwendung von Geraden (G1n, G2n) als Funktionen eines vorgegebenen Typs eine den Basispunkt (Po) des analogen Signals (S2) und den oberen Grenzwert (Wo1) des nächstfolgenden Abtastwertes (A1) einschließende erste Approximationsgerade der ersten Art (G11) und gleichzeitig eine den Basispunkt (Po) und den unteren Grenzwert (Wu1) einschließende erste Approximationsgerade einer zweiten Art (G21) erzeugt wird,
  • - die erste Approximationsgerade der ersten Art (G11) dahingehend untersucht wird, ob ihr Funktionswert zum Zeitpunkt (T2) des Auftretens eines nächstfolgenden weiteren Abtastwertes (A2) größer als der durch Addition der festen Toleranzgröße (Δ) gebildete, weitere obere Grenzwert (Wo2) ist und bei einem Funktionswert größer als der obere Grenzwert (Wo2) eine den Basispunkt (Po) und diesen oberen Grenzwert (Wo2) einschließende Approximationsgerade der ersten Art (G12) gebildet wird und bei einem Funktionswert kleiner als der weitere obere Grenzwert die erste Approximationsgerade beibehalten wird, die erste Approximationgerade der zweiten Art (G11) gleichzeitig dahingehend untersucht wird, ob ihr Funktionswert zum Zeitpunkt (T2) des Auftretens des nächstfolgenden weiteren Abtastwertes (A2) kleiner als der durch Subtraktion der festen Toleranzgröße (Δ) gebildete, weitere untere Grenzwert (Wu2) zu diesem Zeitpunkt (T2) ist, und bei einem Funktionswert kleiner als der untere Grenzwert (Wu2) eine den Basispunkt (Po) und den unteren Grenzwert (Wu2) einschließende weitere Approximationgerade der zweiten Art (G22) gebildet wird und bei einem Funktionswert größer als der weitere untere Grenzwert die erste Approximationsgerade der zweiten Art beibehalten wird, und
  • - bei einer Feststellung, daß die Approximationsgerade der zweiten Art (G27) größer als die der ersten Art (G15) ist, der vor der Feststellung zuletzt erfaßte Abtastwert (A6) des analogen elektrischen Signals (S2) als neuer Basispunkt (P1) und die zu diesem Abtastwert (A6) gehörende Approximationsgerade der ersten oder zweiten Art (G15, G22) als dem analogen Signal zwischen dem jeweiligen Basispunkt (Po) und dem jeweils zuletzt erfaßten Abtastwert (A6) angenäherte, datenreduzierende Funktion weiterverwendet wird.
3. The method according to claim 2, characterized in that
  • - When using straight lines (G1n, G2n) as functions of a given type, a first approximation line of the first type (G11) including the base point (Po) of the analog signal (S2) and the upper limit value (Wo1) of the next sample value (A1) and at the same time a first approximation line of a second type (G21) including the base point (Po) and the lower limit value (Wu1) is generated,
  • - The first approximation line of the first type (G11) is examined to determine whether its function value at the time (T2) of the occurrence of a subsequent further sample value (A2) is greater than the further upper limit value (Wo2) formed by adding the fixed tolerance variable (Δ) and with a function value greater than the upper limit value (Wo2) an approximation line of the first type (G12) including the base point (Po) and this upper limit value (Wo2) is formed and with a function value smaller than the further upper limit value maintain the first approximation line the first approximation line of the second type (G11) is simultaneously examined to determine whether its function value at the time (T2) of the occurrence of the next further sample value (A2) is smaller than the further lower limit value formed by subtracting the fixed tolerance variable (Δ) Wu2) at this time (T2), and with a function value smaller than the lower Gr value (Wu2), a further approximation line of the second type (G22) including the base point (Po) and the lower limit value (Wu2) is formed and the first approximation line of the second type is maintained if the function value is greater than the further lower limit value, and
  • - In the event of a determination that the approximation line of the second type (G27) is greater than that of the first type (G15), the sample value (A6) last recorded before the determination of the analog electrical signal (S2) as the new base point (P1) and the Approximation line of the first or second type (G15, G22) belonging to this sample (A6) is used further as a data-reducing function approximated to the analog signal between the respective base point (Po) and the respectively last sampled value (A6).
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß
  • - als Funktionen des vorgegebenen Typs Polynome dritter Ordnung verwendet werden.
4. The method according to claim 1, characterized in that
  • - Third-order polynomials are used as functions of the specified type.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß
  • - bei Verwendung von Polynomen dritter Ordnung (y(t)) als Funktionen eines vorgegebenen Typs eine mit der Steigung des analogen Signals im Basispunkt (Ro) durch den Basispunkt (Ro) verlaufende Extrapolationsgerade (E) gebildet wird,
  • - durch Differenzbildung mit der Extrapolationsgeraden (E) aus den Werten des analogen Signals (S3) eine Differenzkurve (D) gebildet wird,
  • - aus dem jeweiligen Abtastwert (y₁) und der Steigung des analogen Signals (S3) bei diesem Abtastwert (yi) Approximations-Differenzkurven (yi*) einer ersten und einer zweiten Art gebildet werden, wobei
  • - zur Sicherstellung, daß die nächst folgende Approximations-Differenzkurve (yi+1*) der ersten Art jeweils kleiner als die vorangehende (yi) und die nächst folgende Approximations-Differenzkurve der zweiten Art jeweils größer als die vorangehende Approximations-Differenzkurve ist, bei der Approximations-Differenzkurve (yi*) der ersten Art der Funktionswert der jeweiligen Approximations-Differenzkurve und ein extrapolierter Wert (yi+1/i*) der vorangehenden Approximations-Differenzkurve (yi*) sowie der obere Grenzwert (Gi+1) und bei der Approximations-Differenzkurve der zweiten Art der Funktionswert der jeweiligen Approximations-Differenzkurve und ein extra polierter Wert der vorangehenden Approximations-Differenzkurve sowie der untere Grenzwert miteinander verglichen werden und jeweils der kleinste Wert bezüglich der Approximations-Differenzkurve der ersten Art und der größte Wert bezüglich der Approximations-Differenzkurve der zweiten Art ausgesucht wird,
  • - bezüglich jedes Abtastwertes der kleinste Wert mit dem größten Wert verglichen wird und
  • - bei der Feststellung, daß der kleinste Wert größer als der größte Wert ist, der vor der Feststellung zuletzt erfaßte Abtastwert des analogen Signals als neuer Basispunkt und die zu diesem Abtastwert gehörende Approximations-Differenzkurve der ersten oder zweiten Art unter Berücksichtigung der Extrapolationsgeraden als dem analogen Signal zwischen dem jeweiligen Basispunkt und dem jeweils zuletzt erfaßten Abtastwert angenäherte, datenreduzierende Funktion weiterverwendet wird.
5. The method according to claim 4, characterized in that
  • when using third-order polynomials (y (t)) as functions of a given type, an extrapolation line (E) running with the slope of the analog signal in the base point (Ro) through the base point (Ro) is formed,
  • a difference curve (D) is formed by forming the difference with the extrapolation line (E) from the values of the analog signal (S3),
  • - From the respective sample (y₁) and the slope of the analog signal (S3) at this sample (y i ) approximation difference curves (y i *) of a first and a second type are formed, wherein
  • to ensure that the next approximation difference curve (y i + 1 *) of the first type is each smaller than the previous one (y i ) and the next approximation difference curve of the second type is larger than the previous approximation difference curve, for the approximation difference curve (y i *) of the first type, the function value of the respective approximation difference curve and an extrapolated value (y i + 1 / i *) of the preceding approximation difference curve (y i *) and the upper limit value (G i +1 ) and in the case of the approximation difference curve of the second type, the function value of the respective approximation difference curve and an extra polished value of the preceding approximation difference curve and the lower limit value are compared with one another and in each case the smallest value with respect to the approximation difference curve of the first type and the largest value is selected with regard to the approximation difference curve of the second type,
  • - the smallest value with respect to each sample value is compared with the largest value and
  • - When determining that the smallest value is greater than the largest value, the sample value of the analog signal last recorded before the determination as the new base point and the approximation difference curve of the first or second type belonging to this sample value, taking into account the extrapolation line as the analog one Signal between the respective base point and the most recently acquired sample approximate, data-reducing function is used further.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß
  • - zur Ermittlung der Steigung des analogen Signals bei dem jeweiligen Abtastwert eine Differenzbildung mit mehreren jeweils benachbarten Abtastwerten vorgenommen wird.
6. The method according to claim 5, characterized in that
  • - To determine the slope of the analog signal for the respective sample value, a difference is formed with several respectively adjacent sample values.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß
  • - die Anzahl der zur Differenzbildung herangezogenen Abtastwerte in Abhängigkeit von der Krümmung der Approximationsfunktion bestimmt wird.
7. The method according to claim 6, characterized in that
  • - The number of sampled values used for forming the difference is determined as a function of the curvature of the approximation function.
DE19604980A 1996-02-04 1996-02-04 Data reduction of analog signal obtained by sample and hold and A-D conversion Expired - Lifetime DE19604980C1 (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE3210650A1 (en) * 1981-03-26 1982-10-14 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Signal compression circuit

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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