DE2048149C

DE2048149C - Verfahren zur Erfassung des zeitlichen Mittelwertes einer Messgrosse in Abhangig keit von deren Wirkungsdauer

Info

Publication number: DE2048149C
Application number: DE19702048149
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl Ing 8000 München Stumpner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Filing date: 1970-09-30
Publication date: 1972-03-02

Description

Die Erfindung hat ein Verfahren zur Erfassung des zeitlichen Mittelwertes einer Meßgröße in Abhängigkeit von deren Wirkungsdauer zum Gegenstand. Sie betrifft insbesondere ein Verfahren zur Erzeugung eines Signals in Abhängigkeit vom Überschreiten vorgegebener Werte von Mittelwert und Wirkungsdauer der Meßgröße. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise bei der überwachung automatisch arbeitender Einrichtungen der Fernmeldevermittlungstechnik erforderlich. Die erwähnte Meßgröße ist beispielsweise die Fehlerhäufigkeit, und die erwähnten vorgegebenen Werte von Mittelwert und Wirkungsdauer der Meßgröße sind beispielsweise Grenzwerte, bei denen die zu überwachende Einrichtung abgeschaltet und gegebenenfalls durch eine andere gleichartige Einrichtung ersetzt werden muß.

Zur Ermittlung des zeitlichen Mittelwertes einer Meßgröße wird diese bzw. ein proportionaler Teilbetrag mit dem Eingang eines Integrators verbunden. Das vom Ausgang des Integrators gelieferte zeitliche Integral der Meßgröße ist durch die Wirkungsdauer, d. h. die Dauer des Integrationsintervalls, zu dividieren und ergibt den gesuchten zeitlichen Mittelwert der Meßgröße. Soll die Erfassung des zeitlichen Mittelwertes in Abhängigkeit von unterschiedlichen Werten des Integrationsintervalls erfolgen, so muß die erwähnte Quo'-entenbildung zwischen Zeitintegral und Integrationsintervall kontinuierlich erfolgen. Hierzu ist offenbar ein erhtblichei apparativer Aufwand erforderlich, der noch dadurch vergrößert wird. daß die aus der kontinuierlichen Quotientenbildung resultierende Funktion zur Erzeugung des gewünschten Signals (z. B. eines Schaltbefehls zur Ersatzschaltung der zu überwachenden Einrichtung) mit den vorgegebenen Werten bzw. mit einer diese Werte verbindenden stetigen Kurve verglichen werden muß.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Erfassung des zeitlichen Mittelwertes einer Meßgröße in Abhängigkeit von deren Wirkungsdauer insbesondere zur Erzeugung eines Signals in Abhängigkeit vom überschreiten vorgegebener Werte von Mittelwert und Wirkungsdauer der Meßgröße anzugeben, das sich durch besondere Einfachheit auszeichnet und zu dessen Durchführung ein vergleichsweise geringer apparativer Aufwand erforderlich ist. Die Erfindung geht davon aus. daß die in Frage stehende Meßgröße wenigstens einem der gewünschten Art der Mittelwertbildung (/. B. arithmetischer oder quadratischer Mittelwert) angepaßten Integrator zugeführt wird, und ist dadurch gekennzeichnet, daß der Meßgröße eine intern gebildete Löschgröße überlagert ist und daß der Verlauf dieser Löschgröße in Abhängigkeit vom Augenblickswert der Meßgröße so gewählt ist. daß den genannten vorgegebenen Werten von Mittelwert und Wirkungsdauer der Meßgröße ein konstanter Speicherstand des Integrators entspricht, der das überschreiten der vorgegebenen Werte kennzeichnet. Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß durch das Erreichen des genannten konstanten Speicherstands des Integrators unmittelbar angezeigt ist, daß einer der vorgegebenen Werte von Mittelwert und Wir· kungsdauer der Meßgröße bzw. entsprechende Werte auf einer die vorgegebenen Werte miteinander verbindenden »Grerizwertkurve« überschritten worden 6$ ibt. Es ist kennzeichnend für das erftndungsgemäße Verfahren, daß zur Erzeugung eines Signals (z. B. eines Schaltbefehls zur Ersatzschaltung einer zu überwachenden Einrichtung) die Kenntnis des Integrationsintervalls, d. h. der Wirkungsduuer der Meßgröße, nicht erforderlich ist. Sollte indessen das Integrationsintervall bzw. der zeitliche Mittelwert der Meßgröße interessieren, bei welchem die genannte »Grenzkurve« überschritten worden ist, so genügt nach einer Weiterbildung der Erfindung ein einfacher Zeitmesser, der bei Beginn des Integrationsvorgangs eingeschaltet und durch das Signal wieder ausgeschaltet wird.das z. B. mittels eines geeigneten Diskriminator bei Erreichen des genannten konstanten dtr. vorgegebenen Werten von Mittelwert und Wirkungsdauer der Meßgröße entsprechenden Speicherstand des Integrators abgeleitet wird.

Im folgenden wird die Erfindung näher erläutert: Der Einfachheit halber wird davon ausgegangen, daß der verwendete Integrator ein linearer Speicher ist. obwohl die Erfindung selbstverständlich nicht auf die Verwendung linearer Speicher als Integrator beschränkt ist. Es wird ferner davon ausgegangen, daß die Löschgröße L(t) das entgegengesetzte Vorzeichen der Meßgröße F(t) hat und daß die Integration im Zeitpunkt f₀ beginne, in dem der Wert der Meßgröße F(D zum erstenmal den Wert der Löschgröße L(D übersteigt. Der zeitliche Mittelwert der Meßgröße F(D ist definitionsgemäß

F(D

i„ *

~ τ J

F(i)dt.

Werden dem Integrator die Meßgröße F(t) und die (negative) Löschgröße L(D zugeführt, so gilt für den am Ausgang des Integrators gemessenen Speicherstand SU). der ebenso wie die Meßgröße und die Löschgröße eine Funktion der Zeit ist.

Fit) - L(D =

dS(t)
df

bzw. nach Durchführung der Integration und Division durch das Intcgrationsintervall T

S(T) T

I₁, τ I

= I J [F(D - L(O] d/.

Die Löschgröße LU) ist erfindungsgemäß so gewählt, daß der Speicherstand S(T) für_verschiedene vorgegebene Werte des Mittelwertes F(t) und Wirkungsdauer, d. h. Integrationsintervall T der Meßgröße F{() einen konstanten Wert haben soll. Das erfindungsgemäß«: Verfahren ist besonders einfach, wenn nur zwei solcher Werte vorgegeben sind, beispielweise die Werte(F₁; T_t)und(F₂; T₁). Die Löschgröße kann nämlich in diesem Falle eine Konstante L₀ sein. Setzt man die vorgegebenen Werte (F₁; T₁) und (F₁; T₁) in die Gleichung (3) ein und bezeichnet man den Speicherstand des Integrators, der voraussetzungsgemäß bei beiden Werten gleich sein soll, mit S₀, so erhält man zwei Bestimmungsgleichungen:

I = F, - L₀

bzw.

T₁

" = F₁-L_n.

aus denen die Größen L₀ und S₁, ermiitelt werden können:

(5)

20% ·	30 s -	100% ·	0,35 s	= 28	lift»	"
	30 s -	0,35 s			(7)
					s .
100% 30 s -	- 20"/, - 0,35 s	• 0,35	s	.3"/,,

Setzt man umgekehrt diese Werte für L₀ und S₀ in die Gleichung (3) ein, so erhält man Gleichung

Fit) = L₁, +

(6)

Diese Gleichung (6) stellt die obenerwähnte »Grenzkurve« dar. d. h.. sie kennzeichnet alle jene Werte von Mittelwert und Wirkungsdauer der Meßgröße FUl denen der konstante Speicherstand S_n des Integrators entspricht, bei deren überschreiten also ein Signal abgegeben wird.

Soll die »Grenzkurve« durch mehr als zwei vorgegebene Werte von Mittelwert und Wirkungsdauer der Meßgröße verlaufen, so n:uß die Löschgröße L{tI in entsprechender Weise als eine geeignete F unk lion vom Augenblickswert der Meßgröße FU) gewählt werden. Eine andere Möglichkeit, den Verlauf der »Grenzkurve« so zu bestimmen, daß er durch mehr His zwei vorgegebene We'te von Mittelwert und Wirkungsdauer der Meßgröße verläuft, besteht darin, tine entsprechende Anzahl von Integratoren mit jeweils konstanten Löschgrößen parallelzuschalten und die Ausgänge ihrer zugeordneten bei jeweils konstantem Speicherstand wirksamwerdenden Diskriminatoren über ein Oder-Gatter miteinander zu verbinden. Das Ergebnis ist eine aus Hyperbel-Teilstücken zusammengese'zte »Grenzkurve«, die durch die gewünschten Punkte verläuft. Die Meßgröße, deren zeillicher Mittelwert zu erfassen ist. besteht häufig aus einer Folge von digitalen in einem festen Zeitraster auftretenden Binärimpulsen. Eine derartige Meßgröße kann ebenfalls dem erfindungsgemäßen Verfahren unterworfen werden, wenn ^H«e Löschgröße ebenfal's aus einer Impulsfolge besteht und wenn der Integrator als eine vorwärts und rückwärts zählende Zählkette ausgebildet ist. Falls die Löschgröße vom Augenblickswert der Meßgröße unabhängig sein kann, d. h.. wenn nur zwei Werte für die »Grenzkurve« von Mittelwert und Wirkungsdauer der Meßgröße vorgegeben sind, ist es möglich, diese Löschgröße durch einen einfachen Impulsteiler aus der Frequenz des Zeichentaktgebers zu erzeugen, der auch das Zeitraster für die Meßgröße liefert. ,

In der Zeichnung ist ein einfaches Anwendungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es handelt sich um eine Anordnung, die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Umschaltekriterium zur Ersatzschaltung einir zentralen Einrichtung der Fernvermittlungstechnik erzeugt. Als Umschaltebedingungen seien die beiden folgenden Grenzfalle definiert:

Mittlerer Zeichenfehler 100% langer als 350 ms und

mittlerer Zeichenfeder 20% langer als 30 s.

Geht man mit diesen Wertepuaran in die Gleichung (5), so erhält man

Die Meßgröße FUl die hier die Fehlerrate darstellt, liegt in digitaler Form vor. d. h.. es werden in einem festen Zeitraster Impulse abgegeben, falls gestörte Zeichen auftreten. Das feste Zeitraster wird von einem Zeichentaktgeber erzeugt, der im vorliegenden Beispiel die Taktfrequenz

Z = 100 Zeichen/s

haben möge.

Wenn man die Ergebnisse der Gleichung (7) mit dieser Taktfrequenz multipliziert und durch den dimensionslosen Wert 100% dividiert, so erhält man

L₀ = 19.06 Zeichen/s. S_n = 28.3 Zeichen.

Der Integrator ist entsprechend der Impulsform der Meßgröße und der Löschgröße als vorwärts- und rückwärtszählende Zählkette ausgebildet. Da die Zählkette nur ganzzahlige Integrationsergebnisse speichern kann, wird als Speicherstand S_n der Wert

S₀ = 28 Zeichen

festgesetzt. Diese Festsetzung erfordert eine Korrektur des Wertes der LöschgröOe L_n. Man erhält den Wert L₀ = 20 Zeichen/s, wenn man in Gleichung (4) die Werte S_n = 28 Zeichen. 7; = 0.35 s und F_x = 100 Zeichen/s einsetzt.

F i g. 1 zeigt als Blockschaltbild eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Sie besteht im wesentlichen aus einer Zählkette ZK. die aus bistabilen Kippstufen bestehen möge und der eine Dekodiereinrichtung D zugeordnet ist. mit deren Hilfe die Kettenstellung S₀ = 28 Zeichen dekodiert und in ein Umschaltesignal umgewandelt wird. Die Ansteuerung der als Integrator dienenden Zählkette ZK erfolgt mittels der Einrichtung A. Dieser Einrichtung A wird die Meßgröße FU) sowie erfindungsgemäß die Löschgröße LU) zugeführt. Die Löschgröße LU). die den konstanten Wert L₀ = 20 Zeichen/s hat. wird aus der Taktfrequenz des Zeichentaktgebers TG mittels eines Frequenzteilers FT abgeleitet, der die Taktfrequenz Z = 100 Zeichen/s im Verhältnis S: 1 teilt. An dem Ausgang Aus erscheint ein Umschaltesignal, wenn die Zählkette ZK die Kettenstellung S₀ = 28 Zeichen erreicht hat.

In F i g. 2 ist die vorstehend als »Grenzkurve« bezeichnete Umschalt-Charakteristik der Anordnung dargestellt.

Claims

Patentansprüche:

I. Verfahren zur Erfassung des zeitlichen Mittelwertes einer Meßgröße in Abhängigkeit von deren Wirkungsdauer, insbesondere zur Erzeugung eines Signals in Abhängigkeit vom Überschreiten vorgegebener Werte von Mittelwert und Wirkungsdauer der Meßgröße, bei dem die

Meßgröße wenigstens einem der gewünschten Art der Mittelwertbildung (z. 13. arithmetischer oder quadratischer Mittelwert) angepaßten Integrator zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßgröße [F(O] eine intern gebildete Löschgrößc [L(Z)] überlagert ist und daß der Verlauf dieser Löschgrößc in Abhängigkeit vom Augenblickswert der Meßgröße so gewählt ist. daß den genannten vorgegebenen Werten von Mittelwert und Wirkungsdauer der Meß- to größe ein konstanter Speicherstand des Integrators entspricht, der das überschreiten der vorgegebenen Werte kennzeichnet.
2. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß dem Integrator ein Diskriminator zugeordnet ist. mit dessen Hilfe aus dem genannten einheitlichen den vorgegebenen Werten von Mittelwert und Wirkungsdauer der Meßgröße entsprechenden Speicherstand ein Signal, insbesondere ein Schaltbefehl, abgeleitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß dem Integrator ein Zeitmesser zugeordnet ist. der bei Beginn des Integrationsvorganges eingeschaltet und durch das genannte Signal ausgeschaltet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorgabe nur zweier Werte von Mittelwert und Wirkungsdauer der Meßgröße die Löschgröße einen konstanten Wert hat.
5. Verfahren nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Meßgröße bei Vorgabe von mehr als zwei Werten von Wirkungsdauer und Mittelwert parallel mehreren Integratoren zusammen mit jeweils konstanten Löschgrößen zugeführt wird und daß mit Hilfe der den einzelnen Integratoren zugeordneten Diskriminatorcn über ein Oder-Gatter ein Signal, insbesondere ein Schaltbefehl. erzeugt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Meßgröße aus einer Folge von digitalen in einem festen Zeitraster auftretenden Binärimpulsen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Löschgröße ebenfalls aus einer Impulsfolge besteht und daß der Integrator eine vorwärts und rückwärts zählende Zählkette ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnunger

1 1 Π?