DE2118472B2

DE2118472B2 - Schaltungsanordnung zur Gewinnung periodischer Signale aus dem Rauschen

Info

Publication number: DE2118472B2
Application number: DE19712118472
Authority: DE
Inventors: Klaus 7500 Karlsruhe Knoll
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-04-16
Filing date: 1971-04-16
Publication date: 1974-03-21
Also published as: DE2118472C3; DE2118472A1

Description

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Die Erfindung wird an Hand vor, zwei Figuren die Ausfuhrungsbeispiele als Blockschaltbilder zeilen naher erläutert.

Fi g. 1 zeigt einen Frequenzanalysator, und

Fig. 2 zeigt eine Schaltung, mit der aus einem Rauschsignal ein aus η Frequenzen bestehendes periodisches Signal wiedergewonnen werden kann.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sei vorausgeschickt, daß bei ihr folgende formelmäßige Zusammenhänge ausgenutzt werden:

Werden in einer Multiplizierschaltung als Faktoren das Spektrum

U_n- sin

· t+q>„)

η — l

und eine reine Sinusschwingung U₀ -sinω_ο· t von einem frequenzvariablen Oszillator zugeführt und wird dann das Produkt über einen Tiefpaß geschickt, so wird folgende Ausgangsspannung des Tiefpasses erhalten:

u = i,_m± ; y L/„.sir

Daraus ergibt sich:

ί/ = O wenn ω,, φ ω_Β

C/ = ¹Zi-U₀-U_n- cosφ_π wenn ω_π = ω₀

Eine Ausgangsspannung entsteht also nur, wenn

1. das Spektrum eine Schwingung mit derselben Frequenz wie der Oszillator enhält,

2. die Phasenverschiebung zwischen der entsprechenden Schwingung des Spektrums und der Oszillatorschwingung ungleich 90° ist.

F i g. 1 zeigt eine Schaltung, mit der ein in einem Rauschsignal enthaltenes harmonisches Signal bzw. eine harmonische Komponente eines beliebigen Signals sowohl nach der Amplitude als auch nach seiner Frequenz festgestellt werden kann. Zwei Multiplizierschaltungen 1 und 2 wird parallel ein Rauschsignal zugeführt. Gleichzeitig wird ein Signal eines frequenzvariablen Oszillators 3 über einen steuerbaren Phasenschieber 4 und einem diesen nachgeschalteten konstanten Phasenschieber 5 den beiden Multiplizierschaltungen 1 und 2 derart aufgegeben, daß die beiden Teilsignale für die beiden Multipliiierschaltungen 1 und 2 einen Phasenunterschied von 90° aufweisen. Die doppelte Multiplikation des Rauschsignals in zwei Multiplizierschaltungen mit um 90° gegeneinander phasenverschobenen Teilen eines Sinussignals ist notwendig, um eine Spannung zu gewinnen, die proportional der Amplitude des gesuchten Signals aus dem Rauschspektrum ist, denn es muß der Phasenwinkel φ_η zwischen Oszillator und gesuchtem Signal aus der Rauschspannung konstant gehalten werden. Dies geht aus den vorstehend genannten Gleichungen hervor. In der Multiplizierschaltung 2 wird im ausgeregelten Zustand der Winkel φ_η zu Null in der Multiplizierschaltung 1 zu 90°. Die Ausgangsspannung der Multiplizierschaltung 1 wird einem Tiefpaß 6 zugeführt, dessen Ausgangsspannung wiederum den einen Eingang eines Spannungsvergleichers 7 beaufschlagt. Der andere Eingang des Spannungsvergleichers liegt an Nullpotential. Die Ausgangsspannung des Spannungsvergleichers 7 ist mit einem Steuereingang des Phasenschiebers 4 ver-•fd/.

bunden. Der Tiefpaß 6 muß als Ausgangsspannung die Spannung Null haben, wenn die vorstehenden formelmäßigen Zusammenhänge gelten sollen. Ist dies nicht der Fall, so gibt der Spannuagsvergleicher 7 so lange eine Regelspannung für den gesteuerten Phasen-

schieber 4 ab, bis die genan'iten Phasenbedingungen erfüllt sind. Dabei hat der ges». uerte Phasenschieber 4 natürlich keinen Einfluß auf die gegenseitige Phasenbeziehung der Ausgangsspannung des konstanten Phasenschiebers 5. Er verschiebt diese Ausgangsspannungen sozusagen parallel. Einem der Multiplizieischaltung 2 nachgeschaketen Tiefpaß 8 ist eine GleichsDannung zu entnehmen, die der Amplitude des gesuchten Signals am Rauschspektrum proportional ist. In einer dritten Multiplizierschaltung 9 wird diese Spannung mit einer der Teilspannungen des Konstantphasenschiebers 5 multipliziert. Das Produkt ist eine rauschfreie Sinusspannung, die in Phase und Frequenz gleich und in der Amplitude proportional dem gesuchten Signal im Rauschspektrum ist.

Um ein in einem Rauschspektrum enthaltenes periodisches Signal beliebiger Kurvenform zu gewinnen, muß eine Schaltungsanordnung vorgesehen werden, die die Schaltung nach Fig. 1 /z-mr! anwendet. Eine derartige Schaltung ist in Fig. 2 schematisch

4v dargestellt. Mit ihr wird jede der η Oberwellen, die im Rauschspektrum enthalten ist, nach Betrag und Phase erfaßt. Dazu sind η Schaltungsanordnungen 10 vorgesehen, die bis auf die Speisung mit dem frequenzvariablen Oszillator 3, der nur für die oberste der Schaltungsanordnungen 10 vorgesehen ist, mit der Schaltung nach Fig. 1 übereinstimmen. Die Ausgangsspannung des frequenzvariablen Oszillators 3 wird auch einem Frequenzvervielfacher 11 zugeführt, der die weiteren η Schaltungsanordnungen 10 mit Oberwellen der im frequenzvariablen Oszillator 3 eingestellten Sinusspannung speist. Die Ausgangsspaniiungen der einzelnen η Schaltungsanordnungen 10, die den dritten Multiplizierschaltungen jede dieser Schaltungsanordnungen entnommen werden, sind an die Eingänge einer additiven Überlagerungsschaltung 12 angeschlossen. Dem Ausgang dieser Schaltung ist ein aus dem Rauschspektrum gewonnenes allgemein periodisches Signal entnehmbar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

ι 2 Rauschspektrum ein periodisches Signal gewonnen Patentansprüche: werden. Diese Aufgabe äst beispielsweise von Bedeutung wenn aus einem verrauschten Meßsignal Trig-

1. Schaltungsanordnung zur Gewinnung peri- gerimpulse für einen Elektroneristrahloszülographan, odischer Signale aus dem Rauschen mit einer der 5 mit dem das verrauschte Meßsignal dargestellt wer-Anzahl der zu analysierenden Frequenzen ent- den soll, gewonnen werden müssen,
sprechenden Anzahl von Analysatoren mit jeweils Aus der USA.-Patentschnft 3 045 180 ist ein Frezwei parallel mit einem Rauschsignal beauf- quenzanalysator bekannt, bei dem das zu anaiysieschlagten und mit je einem Teil eines als Refe- rende Signal zwei Multipliziereinnchtungen zugeführt renzsignal dienenden Ausgangssignals eines fre- :o ist. Gleichzeitig sind den Multiphziereinricn'ungen quenzvariablen OszUlat-rs von gegeneinander zwei frequenzgleiche Referenzschwingungen auf gejeweils um 90° versunkener Phasenlage be- geben, die einen gegenseitigen Phasenunterschied von schickten Multipiikatijusschaltur.gen und zwei 90° aufweisen. Die Ausgänge der Multipuziereinnchden Multiplikationsschaltungen nachgeschalteten tungen sind an Tiefpaßfilter angeschlossen. Die Tief-Tiefpaßfiltern, wobei die Referenzsignale — ab- 15 pa^ßlter beaufschlagen einen Koordinatenumwandler, gesehen von der Grundwelle — durch Verviel- der an einem Ausgang die Amplitude der aus der anafachung der Frequenz des Oszillators gewonneu lysierten Funktion gewonnenen Schwingung und am sind, dadurch gekennzeichnet, daß in anderen Ausgang deren Phasenwinkel liefert Nach jedem Analysator an einen der Tiefpässe (6) ein der USA.-Patentschrift können mehrere solcher Fre-SpannungsvergHcher (7) und an den anderen (8) 20 quenzanalysatoren gleichzeitig die in einem komeine dritte Multiplikationsschaltung (9) ange- plexen Signal enthaltenen harmonischen Schwingunschlossen ist und die Ausgangsspannung des gen zurückgewinnen. Die dazu benötigten verschie-Spannungsvergleichers (7) einem steuerbaren denen Referenzfrequenzen werden dabei aus einem Phasenschieber (4) für das Ausgangssignal des Oszillator mit Hilfe der Frequenzvervielfachung abfrequenzvariablen Oszillators (3) im Sinne einer 25 geleitet.

Regelung auf verschwindende Ausgangsspannung Dem bekannten Stand der Technik gegenüber soll

des Spannungsvergleichers (7) aufgegeben ist und die Erfindung die Aufgabe lösen, aus einem verdaß der zu dem Teil des Ausgangssignals des fre- rauschten Signal ein darin enthaltenes periodisches quenzvariablen Oszillators (3) im Regelkreis des Signal dadurch wiederzugewinnen, daß die harmoni-Spannungsverg'eichers (7) um 90° phasenver- 30 sehen Komponenten des periodischen Signals durch schobene Teil des Ausgangssignals auch an die Frequenzanalyse aus dem verrauschten Signal herdritte Multiplikationsschfiltung O) gelegt ist und ausgezogen und zum gesuchten periodischen Signal daß mehrere gleichartige derartige Analysatoren zusammengesetzt werden.

mit den Ausgängen ihrer dritten Multiplikations- Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einer

schaltung (9) auf die Eingänge einer additiven 35 Schaltungsanordnung zur Gewinnung periodischer Si-Überlagerungsschaltung (12) geschaltet sind. gnale aus dem Rauschen mit einer der Anzahl der zu

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, da- analysierenden Frequenzen entsprechenden Anzahl durch gekennzeichnet, daß der frequenzvariable von Analysatoren mit jeweils zwei parallel mit einem Oszillator (3) mit einer automatischen Konstant- Rauschsignal beaufschlagten und Eint je einem Teil Frequenz-Regelung für die jeweils eingestellte 40 eines als Referenzsignal dienenden Ausgangssignals Frequenz ausgerüstet ist. eines frequenzvariablen Oszillators von gegeneinander jeweils um 90° verschobener Phasenlage beschickten Multiplikationsschaltungen und zwei den Multiplikationsschaltungen nachgeschalteten "lefpaß-

45 filtern, wobei die Referenzsignale — abgesehen von der Grundwelle — durch Vervielfachung der Frequenz des Oszillators gewonnen sind, dadurch gelöst, daß in jedem Analysator an einen der Tiefpässe tin Spannungsvergleicher und an den anderen eine 5° dritte Multiplikationsschaltung angeschlossen ist und die Ausgangsspannung des Spannungsvergleichers

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungs- einem steuerbaren Phasenschieber für das Ausgangsanordnung zur Gewinnung periodischer Signale aus signal des frequenzvariablen Oszillators im Sinne dem Rauschen. einer Regelung auf verschwindende Ausgangsspan-

Aus der französischen Patentschrift 1 564 552 ist 55 nung des Spannungsvergleichers aufgegeben ist und ein Analysator für ein Leistungsspektrum bekannt, daß der zu dem Teil des Ausgangssignals des frebei dem zwei Multiplikationsschaltungen parallel mit quenzvariablen Oszillators im Regelkreis des Spandem zu analysierenden Leistungsspektrum beauf- nungsvergleichers um 90° phasenverschobene Teil schlagt sind und außerd^o»n mit je einem Teil eines des Ausgangssignals auch an die dritte Multiplika-Ausgangssignals eines frequenzvariablen Oszillators 60 tionsschaltung gelegt ist und daß mehrere gleichvon gegeneinander jeweils um 90° verschobener artige derartige Analysatoren mit den Ausgängen Phasenlage versorgt sind. Die Ausgangsspannungen ihrer dritten Multiplikationsschaltung auf die Einder Multiplikationsschaltungen sind an je ein Tief- gänge einer additiven Überlagerungsschaltung gepaßfilter angeschlossen. Die Tiefpaßfilter beaufschla- schaltet sind.

gen ihrerseits Quadrierschaltungen und diese wie- 65 Zweckmäßig ist der frequenzvariable Oszillator mit derum eine Additionsschaltung. einer automatischen Regelung auf konstante Fre-

Dem Bekannten gegenüber soll nach der Erfindung queiiz für die jeweils eingestellte Frequenz auskein Leistungsspektrum analysiert, sondern aus einem gerüstet.