DE2028731A1 - Schaltungsanordnung zur meßtechnischen Bestimmung zeitlicher Mittelwerte - Google Patents

Schaltungsanordnung zur meßtechnischen Bestimmung zeitlicher Mittelwerte

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Description

  • Schaltungsanordnung zur meßtechnischen Bestimung zeitlicher Mittelwerte Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur meßtechnischen Bestimmung zeitlicher Mittelwerte elektrischer Signale abgeleitet von stochastischen oder deterministischen Prozessen0 Einrichtungen zur Messung zeitlicher Mittelwerte elektrischer Vorgänge sind bekannt. Sie sind teils elektromech'anisch, beispielsweise £ür die spezielle Anwendung der Leitungsmessung in Form des klassischen Wattineters und aller seiner Varianten, teils elektronisch ausgeführt. Unter den modernen elektronischen Verfanren seien die analoge Berechnung mittels prozeßrechner und das Time-Division-Verfahren als repräsentativ erwähnt.
  • Die zeitliche Mittelwertsbildung nach elektromechanischen Prinzipien ist nur in sehr beschränktem Frequenzbereich möglich (bis einige kHz) und durch schlechte elektrische Eigenschaften (geringe Empfindlichkeit, hoher Leistungsverbrauch, etc.) gekennzeichnet.
  • Den bekannten elektronischen Verfahren ist die Bildung der Funktionswerte und anschließende Mittlung über die Zeit gemeinsam. Daraus ergibt sich der Nachteil'entsprechend dem Abtasttheorem die Eingangssignale doppelt so schnell abtasten zu müssen als der höchsten noch zu verarbeitenden Signalfrequenzkomponente entspricht.
  • Die zu verarbeitenden Frequenzen werden damit sehr hoch und vergrößern den Schaltungsaufwand. Weitere Schwierigkeiten ergeben sich, wenn man die mittlere Produktbildung auf mehrere Signalfunktionen erweitern will. Beim Time-Division-Verfahren kommt der Nachteil noch hinzu, daß man die Inkommensurabilität der Frequenzkomponenten von Eingangs- und Vergleichsspannung immer gewährleisten muß, so daß die klasse der zu verarbeitenden Signale sehr eingeschränkt wird.
  • Die gegenständliche Erfindung vermeicet die Funktionswertbildung und anschließende Mittelung und den dadurch bedingten nachteiligen Aufwand, erweitert den Anwendungsbereich erheblich und ermöglicht die Messung zeitlicher Mittelwerte und verallgemeinerter Größen in neuer und vorteilhafter Weise.
  • Zu diesem Zweck werden in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung relative Impulshäufigkeiten in binären Zufallsfolgen den Amplitudenwerten der elektrischen Signale zugeordnet und die gewünschten Ausgangsfunktion mit Hilfe logischer Netzwerke nach den Gesetzen der Wahrscheinlichkeitsrechnung gefunden.
  • Der zeitliche Mittelwert eines Produktes von m Signalen s1 (t)...
  • ... sm (t) ist in Glg. (1) definiert. Für stochastische Prozesse können die Signale si (t), i = 1,2 ..m, nicht mohr funktionell beschrieben werden, sondern müssen durch ihre Verteilungsfunktionen gekennzeichnet werden.
  • Damit ist die mathematische Auswertung der Glg (1) erheblich erschwert. Für. fast alle technischen Vorgänge mit stochastischem Charakter läßt sich der zeitliche Mittelwert in Glg. (1) mittels des Ergodentheorems berechnen. Dieses Theorem beinhaltet die Identitat von zeitlichen und statistischen Mittelwerten (Scharmittelwerten) bei ergodischen Prozessen, so daß die Mittelung über die Zeit jener über das Ensemble gleichwertig ist. Damit sind zeitliche Mittelwerte im Zusammenhang mit dem Ergodentheorem zu einem wichtigen Werkzeug bei der mathematischen beschreibung stationärer stochastischer Prozesse geworden. Bei stochastischen Prozessen sollte gemäß Glg. (1) die zeitliche Mittelung theoretisch über unendlich lange Zeit erfolgen, in der Praxis ist dies jedoch nicht realisierbar. Die Messung von zeitlichen Mittelwerten stochastischer Prozesse ist daher mit unvermeidbaren Fehlern verbunden. Die Abschätzung dieser Fehler ist möglich und zeigt, daß die Erwartungswerte von Mittelwerten bei endlicher und unendlicher Mittelungzeit gleich sind. Die Streuung des Meßfehlers nimmt mit der Wurzel aus der Mittlungszeit ab. Im Falle der gegenständlichen Erfindung bedeutete das die Anpassung der verwendeten Taktifrequenz fT an die erforderliche Meßgenauigkeit der Schaltungsanordnung: die Tektfrequenz muß bei steigender Genauigkeit erhöht werden. Die zeitliche Mittelung ist in der Praxis immer eine gleitende Mittelung. Anschaulich ausgedrückt bedeutet das, daß das Zeitfenster 2T des Mittelungsvorganges der Dauer nach konstant ist, jedoch steitig über den mittelnden Zeitvorgang geschoben wird. Für stationäre stochastische Prozesse ergibt sich dabei kein zusätzlicher Fehler. Die Dauer 2T des Mittelungsvorganges beeinflußt direkt die Einstellzeit der Anzeige.
  • Dieser Umstand wirkt sich aber bei elektromechansichen Verfahren genauso aus wie bei elektrischen, so daß mit dem Verfahren der gegenständlichen Erfindung die Einstellzeiten klassischer Meßgeräte erreicht werden. Die dargelegten Zusammenhänge gelten für periodische Vorgänge in gleicher Weise.
  • Um die Funktion der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung besser verständlich machen zu können, soll die Erläuterung der Mittelwertsbildung auf zwei Signalfunktionen s1 (t) und s2 (t) beschränkt werden. Für m=2 geht Glg. (1) in die Beziehung (2) über und ist in dieser Form in der Literatur als Kreuzkorrelationsfunktion für den Argumentwert Null bekannt. Die Bedeutung der Größe #12 (0) wird anschaulicher, wenn man s1 (t) als Spannung und s2 (t) als Strom auffaßt und #12 (0) dann als mittlere Leistung interpreitert.
  • Die Glg. (2) ilt für Stochastische und deter;rinistische Signale in gleicher Weise. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung wertet das Integral von Glg. (1) mittels der aus Mathematik bekannten Monte-Carlo-Methoden aus. Die Monte-Carlo-Methoden ermöglichen die Durchführung von Rechenoperationen an Hand mathematischer Analogen zu den Ergebnissen der Wahrscheinlichkeitstheorie. Im konkreten Fall der Leistungsmessung werden den Momentanwerten der beiden Signalfunktionen relative Häufigkeiten zugeordnet, die man entsprechend dem Multiplikationstheorem der Wahrscheinlichkeitstheorie konjunktiv verknüpft. Diese Verknüpfung liefert eine Folge resultierender Verbundereignisse in Form von Null- und Eins-Entscheidungen deren relative Häufigkeiten für stationäre Signal funktionen dem mittleren Produkt der beiden Signalfunktionen entspricht. Die logische Struktur der elektronischen Realisierung dieser erfindungsgemäßen Überlegung ist in Form eines Ausführungsbeispiels der Schaltungsanordnung in Fig. 1 erläutert und zeigt zwei prinzipiell gleichartig aufgebaute Kanäle 1 und 2. Die Wirkungsweise eines solchen Kanals sei z.B.
  • an Hand ccs Kanals 1 erläutert. Kanal 1 enthält einen getasteten Amplitudendiskriminator 8a, der zu bestimmten Taktzeitpunkten tk die der Taktgenerator 9 festlegt, das Eingangssignal s1 (t) mit einer gleichverteilten Rauschspannung, die der Generator 10a liefert, vergleicht und die logische Entscheidung Eins abgibt, wenn die Signalspannung s1 (t) größer als die Rauschspannung r1 (t) ist. Andernfalls liefert der Amplitudendiskriminator 8a die 10-gische Entscheidung Null. Aus Gründen der leichteren Pealisierbarkeit des Amplitudendiskriminators ist es zweckmäßig der Signal- und der Reuschspannung eine Gleichspannung zu überlagern, so daß im Amplitudendiskriminator nur Größen gleicher Politarität vergleichen werden. Man wird die Eingangsspannungen des Amplitudendiskriminators so vorspannen, daß ihre Momentanwerte den Aussteuerbereich des Amplitudendiskriminators nie überschreiten. Verarbeitet der Amplitudendiskriminator Eingangsspannungen bis zum Maximalwert R1, so wird man die Signalspannung s1 (t) und die Rauschspannung mit dem Gleichspannungswert R1/2 vorspannen. Der einfachren Schreibweise wegen wird im folgenden die vorgespannte Rauschspannung nit r1 (t) bezeichnet.
  • Der Amplitudendiskriminator 8a gibt zu den Taktzeitpunkten logische Entscheidungen ab, die eine Zufallsimpulsfolge Z1 bilden, wenn man beispielsweise einer logischen Eins einen Impuls und einer logischen Null eine Impulslücke zuordnet. Die Spannung (s1 (t) + R1 / 2) repräsentiert die Eingangsspannung des Amplitudendiskriminators 8a. Man kann zeigen, daß die Wahrscheinlichkeit für einen Impuls in Z1 zum Zeitpunkt tk dem Momentanwert der vorgespannten Signalspannung (s1 (tk) + R1/2) = s1k direkt proportional ist. Dies läßt. sich am einfachster an Hand zweier Grenzfälle einer konstanten Spannung S1 verdeutlichen. Ist nämlich die Spannung 5;' so groß, daß sie die Rauschspannung r1 (t) jederzeit übersteigt, so wird der Amplitudendiskriminator 8a zu den Taktzeitpunkten nur logische Eins-Entscheidungen liefern und die Folge Z1 wird nur aus Impulsen bestehen. Die Wahrscheinlichkeit für einen Impuls in Z1 ist daher Eins. Ist hingegen S1 so klein, daß S1 immer kleiner höchstens gleich r1 (t) ist, so wird der Amplitudendiskriminator 8a zu den Taktzeitpunkten nur logische Null-Entscheidungen liefern und die Folge Z1 keine Impulse sondern nur Impulslücken enthalten. Die Wahrscheinlichkeit für einen Impuls in Z1 ist dann Null. Hätte S1 einen konstanten zwischen den obigen Grenzen liegenden Wert, so gibt es eine bestimmte von der Größe abhängige Anzahl von Eins- bzw. Null-Entscheidungen des Amplitudendiskriminators. Die Anzahl der Eins-Entscheidungen zur Gesamtzahl der logischen Entscheidungen des Amplitudendiskriminators in einem bestimmten Beobachtungsintervall gibt die relative Häufigkeit der Impulse in der Folge Z1 an. Diese relative Häufigkeit fällt und steigt mit dem Wert S1. Bei länger werdendem Beobachtungsintervall geht die relative Häufigkeit stetig in ihre entsprechende Wahrscheinlichkeit über.-Die Messung der Wahrscheinlichkeit für einen Impuls in Z1 kann dadurch erfolgen, daß man mit Z1 ein Flip-Flop steuert, das durch einen Impuls gesetzt und durch eine Impulslücke gelöscht wird. Die Ausgangsspannung des Flip-Flop bildet ein Binärsignal dessen zeitlicher Mittelwert bei genügend langer Mittelung ein Maß für die Wahrscheinlichkeit eines Impulses in Z1 ist und mit einem trägern Drehspuiinstrument direkt angezeigt werden kann, Die Wahrscheinlichkeit für einen Impuls in Z1 p (Z1: =1) hängt außer vorn Weit S1 noch von der Wahrscheinlichkeitsdichtenfunktion für r1 (t) nämlich p(r1) ab und läßt sich für eine Rauschspannung mit Gleichverteilung aus dem Integral in Glg. (3) mit p(r1) = 1/R1 = .const berechnen. Das Integral ergibt den Wert S1/R1 und läßt den linearen Zusammenhang zwischen S1 und der Wahrscheinlichkeit für einen Impuls.in Z1 zu den einzelnen Taktzeitpunkten erkennen. Ersetzt man in Glg. (3) S1 durch Slk, den Momentwert des vorgespannten Signals im Takt zeitpunkt tk, so gilt Glg. (4) Wird die Vergleichsspannung des Amplitudendiskriminators 8a mit der Signalspannung s1 (t) gesteuert, so ändert sich die Wahrscheinlichkeit für einen Impuls in ; zum Zeitpunkt tk proportional dem Wert Sik. Mißt man in einem solchen Fall den Mittelwert der Ausgangsspannung eines mit Z1 gesteuerten Flip-Flop in der oben beschriebenen Weise, erhält man nach Glg. (5) eine mittlere relative Häufigkeit P1N, die für genügend großes N mit Meßgenauigeit in die mittlere Wahrscheinlichkeit für einen Impuls in Z1 übergeht. Damit ergibt sich im Grenzfall unendlich langer Mittelung für pa nach Glg. (6) der Zeitmittelwert der vorgespannten Signalfunktion s1 (t). Dieser Wert ist-bis auf eine Konstante der Zeitmittelwert des Signals s1 (t). Dieser Zusammenhang gilt sowohl für determinitische als auch für statistische Signale s1 (t). Ergänzend sei darauf hingeweissen daß jeder Amplitudenwert eines stationären stochastischen Signales in einem genügend langen Beobachtungsintervall mit einer seiner Wahrscheinlichkeit entsprechenden relativen Häufigkeit wiederkehrt. Die Mittelung in Glg. (5) erstreckt sich über diere relativen Häufigkeiten.
  • Der Kanal 2 in Fig. 1 liefert in analoger Weise durch Vergleich einer Rauschspannung r2 (t) mit einer vorgespannten Signalspannung s2 (t) eine binäre Impulsfolge z2. Da die Zufallsprozesse r1 (t) und r2 (t) als statistisch unabhängig vorausgesetzt wedren, sind auch die Zufallsimpulsfolgen Z1 und Z2 voneinander statistisch unabhängig. Verknüpft man die Folgen Z1 und Z2 mittels eines logischen Netzwerkes 11 konjunktiv zu einer neuen Folge Z, so gilt nach dem Multiplikationstheorem der Wahrscheinlichkeitstheorie, daß die Wahrscheinlichkeit für einen Impuls in Z gleich dem Produkt der Wahrscheinlichkeitn für einen Impuls in Z1 bzw.
  • in Z2 ist. Die Messung dieser Wahrscheinlichkeit erfolgt für stationäre Prozesse s1 (t) und s2 (t) durch eine Zeitmittelung der Ausgangsspannung eines Flip-Flops 12, das mit der Folge Z angesteuert wird. Der Wert dieser Wahrscheinlichkeit ist ein Maß für die Kreuzkorrelationsfunktion an der Stelle Null #12 (0) aus Glg. (2). Eine kurze Überlegung zeigt, daß eine antivalente Verknüpfung der binären Folgen Z1 und Z2 der konjuktiven vorzuziehen ist, weil dabei die linearen Mittelwerte der Signale herausfallen, die durch ihre Vorspannungen bedingt sind. Die Messung von #12 (0) nach dem oben beschriebenen Verfahren soll daher gleich für den Fall der antivalenten Verknüpfung näher erläutert werden.
  • Bezeichnet man die Wahrscheinlichkeit für eine Null- bzw. Eins-Entscheidung zum zeitpunkt tk in der Folge Z1 mit P1k (0) bzw.
  • P1k (1), so läßt sich mit analogen Bezeichnungen der entsprechenden Wahrscheinlichkeiten in Z2 und Z für eine antivalente Verknüpfun der Folgen Z1 iind 12 zu z das Gleichungssystem (7) anschreiben. Aus der Glg. (4) und den Momentanwerten Sik=Ri/2+ + Si (tk) für (i= 1,2) ergibt sich für die Wahrscheinlichkeiten der Glg. (7) das Gleichungssystem (8) Die Messung der Wahrscheinlichkeit für einen Impuls in der Folge Z in der vorhin beschriebenen Weise führt auf den Wert P(1), der im Grenzfall unendlich langer Mittelung in Form der Glg. (9) angegeben werden kann, und bis auf eine Konstante #12 (0) proportional ist. Damit kann die Leistungsmessung auf eine einfache Messung der Wahrscheinlichkeit in Form einer Zeitmittelung eines Binär-Signals zurückgeführt werden und daher ohne zusätzlichen Aufwand auch digital mittels elektrischer Zählschaltungen vorgenommen werden.
  • Zur Messung der Schein-Wirk- oder Blindleistung sinusförmiger Größen wird sl (t) und S2 (t) den entsprechenden Komponenten zugeordnet.
  • Der aus Fig. 1 ersichtliche Aufwand kann unter bestimmten Voraussetzungen reduziert werden. So kann man statt der gleichverteilten Rauschspannungen Sägezahnspannungen beliebiger Frequenzen verwenden, wenn ihre Frequenzen untereinander und mit den Frequenzkoinponenten der zu verarbeitenden Signale inkommensurabel bzw. ihre entsprecnenden zeitlich veränderlichen Amplituden nicht korreliert sind. Sägezahnfunktionen sind periodische Vorgänge mit gleichverteilter Amplitude und liefern daher unter den obigen Voraussetzungen die selben Ergebnisse wie gleichverteilte Zufallsspannungen.
  • Die logische Struktur von Fig.1 kann zur Auswertung allgemeiner Zeitmittelwertsbildungen in Form der Glg. (1) erweitert werden.
  • Es ist dazu nur erforderlich, wie Fig.2 zeigt, für jede zu verarbeitende Signalfunktion si(t), i = 1,2,...m, einen zu Kanal 1 bzw. 2 analogen Kanal vorzusenen und die binären Ausgangsfolgen Zi (i = 1,2, ... m) im Netzwerk 11' zu einer resultierenden Folge Z' zu verknüpfen. Die Messung der Wahrscheinlichkeit für ein Impulsereignis in Z' gibt einen zu #1...m (o) proportionalen Wert.
  • Als weiteres Beispiel einer Anwendung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sei die Messung von Wurzelwerten aus zeitlichen Mittelwerten erklärt.
  • Zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der dazu erforderlichen Schaltungsanordnung sei die Erklärung auf die Messung des Effektivwertes einer Signalfunktion beschrankt. Der E£fektivwert eines Signals s(t) ist der Wurzelwert aus seinem quadratischen Mittelwert in Form der Glg. (10) proportional. Im allgemeinen Fall verschiedener Signale s1(t) und s2(t) liefert Glg. (11) eine dem Effektivwert entsprechende Größe U12eff. In Evidenz zu Glg. (9) wird die Bestimmung der Größe U12eff auf die Messung einer Wahrscheinlichkeit P3 (1), die der Beziehung (12) genügt, zuntckgeführt. Die logische Struktur zur Realisierung dieser Messung zeigt Fig.3. Eine Schaltungsanordnung 14 bestehe aus den beiden Kanälen 1 und 2 der Fig. 1 liefert die binären Zufallsfolgen Z1 und Z2, die im logischen Netzwerk 16a zur resultierenden Ausgangsfolge Z verknüpft werden, deren zeitlicher Mittelwert der Wahrscheinlichkeit P(1) entspricht. Eine dazu analoge Schaltungsanordnung 15 besteht aus zwei Kanälen 3 und 4 und liefert die binäre Zufallsfolgen Z3 und Z4, Die Folgen Z3 und Z4 werden im Netzwerk 16b zur resultierenden Folge 2'' antivalent verknüpft. Die Eingangsspannung UR der Kanäle 3 und 4 erzeugt eine Regelschaltung 13, die von den Spannungsmittelwerten der Folgen Z" und Z angesteuert wird, Der Spannungsmittelwert der Impulsfolge Z fungiert dabei als Führungsgröße, Jener von Z" als Regelgröße. Die Regelschaltung 13 erzeugt eine Stellgröße UR die an die Kanäle 3 und 4 zurückgeführt wird und durch die Regelschaltung 13 solange nachgeführt wird, bis Führungs- und Regelgröße gleich groß sind. Der Aufbau der Anordnung läßt erkennen, daß die Wahrscheinlichkeiten für ein Impulsereignis in den Folgen Z3 und Z4 gleich groß sind. Dieser Wahrscheinlichkeitswert sei mit p3(1) bezeichnet. nach dem Multiplikationstheorem der Wahrscheinlichkeitstheorie erfüllt dieser Wert P3(1) die Glg. (12) wobei P(1) die relative Impulshäufigkeit in Z" ist. Damit entspricht P3(1) dem Wurzelvert von P(1). Mißt man- die Wahrscheinlichkeit p3(1), ergibt sie einen der Größe U12eff proportionalen Wert. Ergänzend sei erwähnt, aaß bei Identität der Signalspannungen s1(t) und s2(t) die Größe P3(1) den Effektivwert dieser Signalspannung angibt.
  • eine weitere Anwendung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist in Fig. 4 dargestellt und besteht in der Messung von Quotienten zeitlicher Mittelwerte. Die Anordnung in Fig. 4 beschränkt sich der Einfachheit halber auf den Anwendungsfall der Messung des Quotienten linearer Mittelwerte zweier Signalfunktionen s1(t) und s2(t). Der Kanal 1 liefert eine binäre Zufallsfolge Z1, die nach einer zeitlichen Mittelung als Führungsgröße die Regelschaltung 13' steuert. Dic Kanäle 2 und 3 liefern die Folgen Z2 und Z3, die im logischen fletzwerk 17 zu einer resultierenden Folge Z verknüpft werden. Der zeitliche Mittelwert von Z fungiert als Regelgröße der Regelschaltung 13'. Die Stellgröße UA' wird als Eingangsspannung an den kanal 3 rückgeführt unc solange nach geregelt bis die Impulshäufigkeiten in den Folgen Z1 und Z gleich sind. Die !;essung der relativen Impulshäufigkeiten in der Folge Z3 liefert dann nach dem schon erwähnten Multiplikations theoren der Wahrscheinlichkeitstheorie eine der Quotienten der linearen Mittelwerte von s1(t) und s2(t) proportionale Größe.
  • Die Struktur d-r Schaltungsanordnung in Fig.4 kann für beliebig viele Signalfunktionen entsprechend erweitert werden.
  • In der statischen Signaltheorie spielt der Korrelations koeffizient 9 in Form der Glg. (13) eine wichtige Rolle, so daß seine Messung mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung in Fig. 5 kurz erläutert werden soll. Aus den Eingangssignalen s1(t) und s2(t) werden in Ahalogie zu der in Fig. 1 dargestellten Signalverarbeitung drei binäre Zufallsfolgen Z1, Z2 und Z3 entsprechend #12(0), #11(0) und #22(0) abgeleitet.
  • Die zeitlichen Mittelwerte der Folgen Z und Z1 fungieren als Führungsgrößen der Regelschaltungen 13 und 13'. Die Regelgröße für den Regler 13 liefert eine Anordnung 15, in Verbindung mit dem logischen Netzwerk 18d, deren Wirkungsweise im Zusammenhang mit der Wurzelwertmessung schone beschrieben wurde. Die Regelgröße für den Regler 13' wird aus der Folge Z4 abgeleitet, die aus den binären Zufallsfolgen der Kanäle 6 und 7 durch logische Verknüpfung im Netzwerk 18e resultiert. Die Eingangssignale der Kanäle 6 und 7 bilden dabei die Stellgrößen UK und U'R. Die Regekschaltung 13 verändert dabei ihre Stellgröße UM solange bis die relative Impulshäufigkeit in der Zufallsfolge Z"R jener von Z gleich ist. Der Kanal 6 liefert dann eine Zufallsfolge mit einer dem Wurzelvert proportionalen relativen Impulshäufigkeit. Andererseits verändert die Regelschaltung 13' ihre Stellgröße U'R solange bis die relative Impulshäufigkeit in Z4 jener in Z1 gleich und damit dem Wert #12(0) proportional ist.
  • Damit liefert der Kanal 7 eine Zufallsfolge in der Impulse mit -einer # proportionalen relativen Häufigkeit auftreten.
  • Als letzte Anwendung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sei die Messung zeitlicher Mittelwerte funktional transformierter Signalfunktionen erwäfint. Mit Hilfe wahrscheinlichkeitstheoretisctler Überlegungen läßt sich zeigen, daß ein Kanal 1, dessen Wirkungsweise in Fig. 6 dargestellt ist, eine binäre Zufalisfolge Z1 liefert, deren relative Impulshäufigkeit dem zeitlichen Mittelwert des mit der Amplitudenverteilungsfunktion F(X) der Schwellenspannung x(t) transformierten Eingangsfunktion s(t) entspricht..
  • Bezüglich des mathematischen Hintergrundes dieser Überlegung sei auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen. Diese Zusammenhänge gelten auch für einen periodischen Prozeß x(t)-, wobei sich dann dessen Amplitudenverteilungsfunktion F(x) in Form seiner Umkehrfunktion (X)-1 angeben läßt. Die Messung des linearen Mittelwertes des mit (X)-1 funktionaltransformierten Eingangssignals wird, in der schon erwähnten Weise, auf die Messung der relativen Impulshäufigkeit in der Zufallsfolge Z1 zurückgeführt. Aus der Darstellung in Fig.6 ist eine Erweiterung dieser Schaltungsanordnung auf mehrere Eingangssignale und mehrere Funktionaltransformationen evident.
  • Die Ausführungen über die Messung zeitlicher Mittelwerte seien mit einem Hinweis auf die Möglichkeit abyeschlossen, den Aufwand an signalverarbeitenden Kanälen bei der Bildung allgemeiner zeitlicher Mittelwerte zu reduzieren, Dies sei am Beispiel der Schaltungsanordnung in Fig. 2 erklärt. Dabei werden die Entscheidungen, des Raumvielfaches der m Kanäle in Fig. 2 durch ein Zeitvielfach an Entscheidungen eines einzigen Kanals ersetzt.
  • Es werden dazu die m Null-Eins-Entscheidungen in den Zufallsfolgen Z1 bis Zm in einem bestimmten Taktzeitpunkt nicht gleichzeitig getroffen, sondern nach dem Zeitmultiplexverfahren hintereinander durch serielles Umtasten der Eingangssignale s1(t) bis sm(t) auf nur einen Kanal. Es entsteht am Ausgang dieses Kanals nur eine, binäre Zufallsfolge, aus der mittels eines Schalternetzwerkes die m parallel ablaufenden Zufallsfolgen Z1 bis Zm abgeleitet und,in der in Fig.2 dargestellten Weis.e logisch verknüpft werden. Soll die ImpulsÇolgefrequenz der m Zufallsfolgen Z1 bis Zm beim Zeitmultiplexverfahren die gleiche sein wie beim Raumvielfachverfahren, muß die Signalverarbeitung beim Ze,itmultiplexverfahren mit einer m-mal so großen Taktfrequenz als beim Raumvielfachverfahren erfolgen. Wegen der hohen Taktfrequenz und der komplizierten Tastnetzwerke am Eingang und Ausgang der Schaltungsanordnung wird das Zeitmultiplexverfahren nur in Sonderfällen dem Raumvielfachverfahren vorzuziehen sein.

Claims (7)

Patentansprüche
1. Schaltungsanordnung zur meßtechnischen Bestimmung zeitlicher Mittelwerte elektrischer Signale abgeleitet von stochastischen oder deterministischen Prozessen, dadurch gekennzeichnet, daß relative Impulshäufigkeiten in binären Zufallsfolgen den Amplitudenwerten der elektrischen Signale zugeordnet werden und die gewünschten' Ausgangsfunktionen mit Hilfe logischer Netzwerke nach den Gesetzen der Wahrscheinlichkeitsrechnung gefunden werden.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudenwerte der Signale mit synchron getasteten gleichverteilten Zufallsprozessen durch Amplitudendiskrimina toren verglichen werden.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellenspannungen der synchron getasteten Amplitudendiskriminatoren mit Prozessen gesteuert werden, deren Amplitudenverteilungsfunktionen den auf die Eingangssignale anzuwendende Funktionaltransformationen entsprechen, wobei an den Ausgängen des logischen Netzwerkes Spannungen entstehen, die der Messung zeitlicher Mittelwerte der funktionaltransformierten Eingangssignale dienen.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Anordnung von zwei oder mehreren getasteten Amplitudendiskriminatoren, deren Schwellenspannungen durch voneinander statistisch unabhängige gleichverteilte Zufallsprozesse gesteuert werden, wobei an den Eingängen der Amplitudendiskrimina toren die zu verarbeitende Signale liegen und einem logischen Netzwerk an dessen Ausgängen Spannungen entstehen, die der Messung zeitlicher Mittelwerte von Produkten zweier oder mehrerer gleicher oder verschiedener Eingangssignale dienen.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Anordnung von drei oder mehreren getasteten Amplitudendiskriminatoren und wenigstens einem logischen Netzwerk an dessen Ausgänge Spannungen entstehen, von denen eine als Regelgröße eine andere als Führungsgröße einer Regelschaltung fungiert, wobei die Stellgröße der Regelschaltung als Eingangsspannung an den gestasteten Amplitudendiskriminator rückgeführt wird, dessen Ausgangs spannung zvr Messung der Quotienten aus zeitlichen Mittelwerten zweiter oder mehrerer Eingangssignale dient.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet, durch wenigstens ein logisches Netzwerk, wobei die Stellgröße der Regelschaltung als Eingangsspantlung an zwei Amplitunendiskriminatoren rückgeführt wird, deren Ausgangsspannungen zur Messung der Wurzelwerte aus zeitlichen Mittelwerten eines oder mehrerer Eingangssignale dienen.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet, durch eine Anordnung von sieben getasteten Amplitudendiskriminatoren, einem logischen Netzwerk und zwei Regelschaltungen, wobei die eine Stellgröße als Eingangsspannung an zwei Amplitudendiskriminatoren und die andere Stellgröße als Eingangsspannung an jenen Amplitudendiskriminator rückgeführt wird, dessen Ausgangsspannung zur Messung der Korrelationskoeffizienten zweier verschiedener Eingangssignale dient.
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