DE2147532C3 - Verfahren zur Bestimmung der Umhüllenden und Modulationstiefe wechselnder Signalgrößen - Google Patents
Verfahren zur Bestimmung der Umhüllenden und Modulationstiefe wechselnder SignalgrößenInfo
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- DE2147532C3 DE2147532C3 DE2147532A DE2147532A DE2147532C3 DE 2147532 C3 DE2147532 C3 DE 2147532C3 DE 2147532 A DE2147532 A DE 2147532A DE 2147532 A DE2147532 A DE 2147532A DE 2147532 C3 DE2147532 C3 DE 2147532C3
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Bestimmung der Umhüllenden und Modulationstiefe einer wechselnden Signalgröße. Man benutzt diese
Verfahren in der Meß- und Öbertragungrtechnik zur
Verwertung von Signalen, bei denen die Punkte für den oberen und unteren Teil der Umhüllenden, die Maxima-
und Minimawerte, oder eine mathematische Kombination dieser Werte, wie z. B. die Modulationstiefe, die
gewünschte Information bilden.
Ein Verfahren, mit dem einmalig der Modulationsgrad gemessen wird, ist bekannt und beschrieben in
Fricke, Pungs »Meßtechnik der kontinuierlichen Modulationsverfahren«, Karlsruhe 1969, Seiten 26 bis
28. Dieses Verfahren kann nur angewendet werden, wenn der Modulationsgrad über viele Wechselungen
des Signals konstant bleibt Ein kontinuierliches Folgen des Modulationsgrades ist mit diesem Verfahren nicht
möglich.
Eine bekannte Methode zur kontinuierlichen Ermittlung der Maxima und Minima ist eine vollständige
Aufzeichnung der wechselnden Signalgröße mit einem Schreiber. Man kann dann die Maxima und Minima vom
Schrieb ablesen. Durch die Verbindung einerseits der Maxima und andererseits der Minima kann man die
beiden Umhüllenden der wechselnden Signalgröße zeichnen. Wenn die Schwankungen der Signalgröße mit
so geringem Abstand aufgezeichnet werden, daß die hin- und hergehenden Linien einander berühren, findet
man die Umhüllenden als Grenzlinie zwischen wohl und nicht beschriebener Oberfläche. Man benötigt bei dieser
Methode einen Schreiber, der so schnell ist, daß er eier wechselnden Signalgröße ohne Verzögerung folgt.
Der schnelle Schreiber kann mit einem Verfahren, das aus den Maximal- und Minimalwerten die Umhüllenden
bildet, vermieden werden. Die bekannte Methode zur Bestimmung der von den Maxima gebildeten Umhüllenden
ist die Spitzengleichrichtung, bei der die wechselnde Signalgröße über einen Gleichrichter (Diode) zu einem
Integrationsglied geführt wird. Das Integrationsglied besteht in seiner einfachsten Form aus der Parallelschaltung
eines Kondensators mit einer Kapazität C und eines Widerstandes mit einem Widerstandswert R. Das
Produkt R-C muß so gewählt werden, daß die Schwankungen der Signalgröße ausreichend gedämpft
werden, aber die Änderungen in der Umhüllenden nicht gedämpft werden. Eine genaue Bestimmung der
Umhüllenden ist bei dieser Methode nur möglich, wenn die Schwankungen der Signalgröße eine bedeutend
höhere Frequenz besitzen als die Änderungen in der Umhüllenden.
Die Erfindung löst die Aufgabe, die Umhüllenden bzw. eine mathematische Funktion der Umhüllenden
auch dann unmittelbar und kontinuierlich zu -egistrieren, wenn die Frequenz der Signalschwankungen relativ
wenig größer ist als die Frequenz der Änderungen in der Umhüllenden.
Die Aufgabe, die Umhüllende der Maxima eines wechselnden Eingangssignals kontinuierlich zu registrieren,
wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Maximumbestimmer dem Eingangssignal folgt, bis ein
Spitzenwert erreicht ist und diesen Spitzenwert festhält; daß ein Minimumerkenner ein logisches Signal (Schaltsignal
z. B. »an-aus«) abgibt, nachdem das Eingangssignal durch ein Minimum gegangen ist; daß durch das
erwähnte logische Signal (Schaltsignal) des Minimumerkenners zunächst der vom Maximumbestimmer festgehaltene
Spitzenwert an einen Meßwertspeicher, ζ. Β. einen Haltekreis (sample/hold module), abgegeben wird,
und am Ausgang erscheint dann der Maximumbestimmer auf Null zurückgesetzt und anschließend freigegeben
wird, um dem veränderlichen Eingangssignal wieder zu folgen, bis das nächste Maximum erreicht wird und
dieser neue Wert an Stelle des Vorhergehenden in den Meßwertspeicher gegeben wird, wenn der Minimumerkenner
das nächste Minimum erkannt hat.
Das im vorigen Absatz beschriebene Verfahren hat den Nachteil, daß das folgende Maximum nicht im
Meßwertspeicher gespeichert wird Devor das nächste Minimum erkannt wird. Das nächste Maximum kann
unmittelbar nach dem Auftreten dieses Maximums im Meßwertspeicher gespeichert werden, wenn zusätzlich
ein Maximumerkenner ein logisches Signal (Schaltsignal) abgibt, wenn das wechselnde Eingangssignal durch
ein Maximum gegangen ist. Dieses logische Signal leitet ein, daß der vom Maximumbestimmer festgehaltene
Spitzenwert an den Meßwertspeicher abgegeben wird.
Die Zurücksetzung des Maximumbestimmers auf einen Nullwert kann sowohJ vom logischen Signal des
Maximumerkenners als vom logischen Signal des Minimumerkenners eingeleitet werden. Das logische
Signal des Minimumerkenners leitet wieder die Freigabe des Maximumbestimmers ein.
Das in den vorigen zwei Absätzen beschriebene Verfahren kann ohne ein getrenntes Element für den
Meßwertspeicher, wie z. B. einen Haltekreis, zustande kommen, wenn statt dessen ein zweiter Maximumbestimmer
und ein Größtwengüed angewendet wird. Dieses Größtwertglied wählt den höchsten momentanen
Wert an den Ausgängen der beiden Maximumbestimmer und gibt diesen Wert am Ausgang ab. Das
logische Signal des Minimumerkenners setzt auf einen Nullwert zurück und gibt zum Folgen des Eingangssignals
frei abwechselnd den ersten Maximumbestimmer bei einem Minimum und den zweiten Maximumbestimmer
beim folgenden Minimum. Die Rücksetzung auf einen Nullwert der Maximumbestimmer kann auch von
einem zusätzlichen Maximumerkenner eingeleitet werden.
Die in den vorigen drei Absätzen beschriebenen Verfahren können geeignet gemacht werden, um die
Umhüllende der Minima eines eingeführten Signals von wechselnder Größe kontinuierlich zu bestimmen, durch
einen Minimumbestimmer an die Stelle eines Maximumbestimmers,
einen Maximumerkenner an die Stelle eines Minimumerkenners, einen Minimumerkenner an die
Stelle eines Maximumerkenners und ein Kleinstwertglied an die Stelle eines Größtwertgliedes zu setzen.
Eine zweite Möglichkeit, um das Verfahren für die Bestimmung der Umhüllenden der Minima geeignet zu
machen, ist die Einsetzung eines Signalumkehrers vor dem Eingang und nach dem Ausgang. Auf die selbe
Weise kann ein Verfahren zur Bestimmung der Umhüllenden der Minima in ein Verfahren zur
Bestimmung der Umhüllenden der Maxima umgewandelt werden.
Ein Verfahren, das sowohl die Umhüllende der Maxima als die Umhüllende der Minima bestimmt, wird
zusammengesetzt aus einem Verfahren, das die Umhüllende der Maxima bestimmt, und aus einem
Verfahren, das die Umhüllende der Minima bestimmt. Wenn in beiden der zusammengesetzten Verfahren
einei. Minimumerkenner bzw. Maximumerkenner benutzt wird, kann ein Minimumerkenner bzw. ein
Maximumerkenner weggelassen werden und der Übrigbleibende für das Bestimmen der beiden Umhüllenden
verwendet werden.
Eine mathematische Kombination der Maxima und Minima eines wechselnden Signals, z. B. die Modulationstiefe,
gegeben durch den Quotienten aus Differenz Maximum Minimum und Summe Maximum Minimum,
wird gebildet, wenn das Verfahren zur Bestimmung der s Umhüllenden der Maxima und Minima von einem
Rechenelement gefolgt wird, das die genannte mathematische Operation mit den Umhüllenden ausführt.
Wenn das Verfahren, das die Umhüllenden der Maxima und Minima bestimmt, zwei getrennte Elemente für die m
Speicherung des Maximumwertes und des Minimumwertes besitzt, kann eines der Speicherelemente
weggelassen werden. Das Rechenelement wird dann vor das übriggebliebene Speicherelement geschaltet
und empfängt direkt die Signale von den Ausgängen des ι s Maximum- und Minimumbestimmers. Der Wert im
Speicherelement wird erneut durch das logische Signal (Schaltsignal) des Minimumerkenners oder des Maximumerkenners
unmittelbar bevor der Maximum- und/oder Minimumbestimmer, eingeleitet vom gleichen
logischen Signal, zurückgesetzt werden. Der Wert im Speicherelement ist der Wert am Ausgang.
Der Maximumerkenner in einem der oben beschriebenen Verfahren kann auf einfache Weise mit einem
Komparator verwirklicht werden. Der Komparator 2s vergleicht das wechselnde Eingangssignal mit dem Wert
am Ausgang eines Maximumbestimmers, der dem Eingangssignal folgt, bis ein Spitzenwert erreicht ist, und
der diesen Spitzenwert festhält. Wenn im Gerät zur Durchführung des Verfahrens schon ein Maximumbe-Stimmer
anwesend ist, kann dieser hierzu mit benutzt werden. Der Komparator gibt unterschiedliche logische
Signale (Schaltsigriale) ab, wenn der Ausgang des Maximumbestimmers gleich dem wechselnden Eingangssignal
ist und wenn der Ausgang des Maximumbe-Stimmers höher als das wechselnde Eingangssignal ist.
Auf gleiche Art wird der Minimumerkenner gebaut. Eine einstellbare positive Rückkoppelung vom Ausgang
zum Eingang des Komparators eliminiert den Einfluß von hochfrequentem Rauschen auf den Schaltprozeß im
Komparator. Der beschriebene Maximumerkenner kann einem Maximumbestimmer einverleibt werden,
der aus einem Kondensator besteht, der vom Ausgang eines Komparators über eine Dicke geladen wird. Der
Komparator vergleicht das Signal über den Kondensator mit dem wechselnden Eingangssignal und besitzt
einen Rückkoppelkreis mit einer Diode. Der Rückkoppelkreis ist so lange wirksam, als der Kondensator
geladen werden muß, um dem wechselnden Eingangssignal auf eine stabile Weise und ohne Überschuß zu
folgen. Die Diode im Rückkoppelkreis sperrt aber jeden Strom, wenn das Eingangssignal seinen Extremwert
erreicht hat, wodurch der Komparator an seinem Ausgang das normale Signal von einer hohen Spannung,
die der Spannung beim Laden entgegengesetzt ist,
abgibt Die Spannung auf dem Kondensator bildet das Ausgangssignal des Maximumbestimmers, und die
Spannung am Ausgang des Komparators bildet das Ausgangssignal des einverleibten Maximumerkenners.
In gleicher Weise kann ein Minimumerkenner einem Minimumbestimmer einverleibt werden.
Wenn vom wechselnden Eingangssignal von vornherein feststeht, daß es zwischen jedem Maximum und
Minimum an einem vorher festgesetzten Signalwert vorbeigeht, kann statt eines Minimuru- und/oder
Maximumerkenners ein Komparator benutzt werden, der ein logisches Signal (Schaltsignal) abgibt, wenn das
wechselnde Eingangssignal an dem vorher festgesetzten Signalwert vorbeigeht. Ein Tiefpaßfilter, in dem das
wechselnde Eingangssignal eingeführt wird, kann zur Erzeugung eines solchen vorher festgesetzten Signalwertes verwendet werden. Das Tiefpaßfilter läßt die
schnellen Schwankungen des Eingangssignals nicht durch und gibt an seinem Ausgang den mittleren Wert
des wechselnden Eingangssignals ab, der als der vorher festgesetzte Signalwert benutzt wird.
Eine weitere Möglichkeit eines Maximumerkenners besteht aus einem Differentiator und einem Komparator.
Der Komparator gibt ein logisches Signal (Schaltsignal) ab, wenn das Ausgangssignal des Differentiators
den Wert Null niedergehend passiert. Ein Minimumerkenner wird von einem Differentiator und
Komparator gebildet, wobei der Komparator ein logisches Signal abgibt, wenn das Ausgangssignai des
Differentiators den Wert Null aufwärts passiert.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden
nähcer beschrieben. Es zeigt
Fig. la das Blockdiagramm eines Verfahrens zur kontinuierlichen Bestimmung der Punkte für den oberen
Teil der Umhüllenden, der Maxima, eines Eingangssignals wechselnder Größe,
Fig. Ib das Blockdiagramm eines Verfahrens zur kontinuierlichen Bestimmung der Punkte für den
unteren Teil der Umhüllenden, der Minima, eines Eingangssignals wechselnder Größe,
Fig. Ic das Blockdiagramm eines Verfahrens, das
kontinuierlich die Punkte für den oberen und unteren Teil der Umhüllenden, der Maxima und Miima, eines
Eingangssignals wechselnder Größe bestimmt und hieraus eine mathematische Kombination der Maxima
und Minima, wie z. B. die Modulationstiefe, ermittelt,
F i g. 2a die Schaltung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Blockdiagramm in F i g. Ib,
F i g. 2b den zeitlichen Verlauf der Signalspannungen in der Schaltung, die in F i g. 2a angegeben ist,
F i g. 2c eine Schaltung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Blockdiagramm in Fig. Ic. Die
Schaltung entsteht durch geringe Änderung der Schaltung, die in Fig. 2a gezeigt wird. Die Kurven in
F i g. 2b gelten auch für die Schaltung in F i g. 2c,
F i g. 3a und 4a zwei weitere Schaltungen, die gemäß des Verfahrens im Blockdiagramm Ic kontinuierlich die
Punkte für den oberen und unteren Teil der Umhüllenden, die Maxima und Minima, eines Eingangssignals
wechselnder Größe bestimmen und hieraus eine mathematische Kombination der Maxima und Minima,
wie z. B. die Modulationstiefe, ermitteln,
F i g. 3b den zeitlichen Verlauf der Signalspannungen in der Schaltung gemäß F i g. 3a,
F i g. 4b den zeitlichen Verlauf der Signalspannungen in der Schaltung gemäß F i g. 4a,
F i g. 5 die Schaltung eines Maximumbestimmers mit einem einverleibten Maximumerkenner.
Die in den Figuren verwendeten Symbole sind, soweit
in der DIN-Norm 40 700, Blatt 14 und 18 vorhanden, dieser entlehnt
In Fig. la folgt der Maximumbestimmer 1 dem wechselnden Eingangssignal, bis ein Spitzenwert erreicht ist und hält diesen Spitzenwert fest Der
Minimumerkenner 6 gibt ein logisches Signal (Schaltsignal) ab, nachdem das Eingangssignal durch ein
Minimum gegangen ist Dieses logische Signal leitet über die Leitungen 7 die folgenden drei Handlungen ein:
Zuerst wird der vom Maximumbestimmer 1 festgehaltene Spitzenwert an einen Meßwertspeicher 3, z. B. einen
Haltekreis (smaple/hold module), abgegeben. Diese
Handlung wird über die Leitung 8 durch ein Pulssignal, das während seiner Länge Atn den Haltekreis (sample/
hold module) im Einspeicherungszustand (sample mode) hält, ausgeführt. Der gespeicherte Wert wird am
Ausgang 4 abgegeben. Zweitens wird der Maximumbestimmer 1 auf einen Nullwert zurückgesetzt. Diese
/weite Handlung wird über die Leitung 9 durch ein Signal mit einer Zeitverzögerung von Aty, nachdem der
Minimumerkenner das Minimum festgestellt hat, ausgefhrt. Die Zeit At, muß größer sein als Atv. Drittens
wird der Maximumbestimmer 1 freigegeben, um dem veränderlichen Eingangssignal wieder zu folgen, wenn
das um At, verzögerte Signal auf der Leitung 9 wieder
zu seinem Anfangswert zurückkehrt. Jetzt folgt der Maximumbestimmer t wieder dem wechselnden Eingangssignal,
damit er das nächste Maximum messen kann, das an die Stelle des vorhergehenden Maximums
in den Meßwertspeicher 3 eingespeichert wird, wenn das nächste Minimum vom Minimumerkenner 6 erkannt
ist.
Das in Fi g. Ib gezeigte Verfahren, um die Umhüllende
der Minima zu bestimmen, wirkt in der gleichen Weise als das in F i g. 1 a gezeigte Verfahren, jedoch der
Maximumbestimmer 1 wird ersetzt durch einen Minimumbestimmer 2 mit der logischen Eingangsleitung
10, und der Minimumerkenner 6 wird durch einen Maximumerkenner 5 ersetzt.
Das Verfahren in Fig. Ic ist eine Kombination der
Verfahren, die in F ig. la und Ib gezeigt werden. Die
Nummern beziehen sich auf die gleichen Elemente als in den Fig. la und 1 b. Im Meßwertspeicher 3 ist zusätzlich
ein Rechenelement aufgenommen, das die gewünschte mathematische Kombination der Maxima aus 1 und der
Minima aus 2, z. B. die Modulationstiefe, bildet. Der Ausgang des Rechenelement ist mit dem Haltekreis in
3 verbunden. Die Funktion der Signale über die Leitungen 8 und 10 ist dieselbe wie bei dem Verfahren
gemäß Fig. Ib. Das Signal über die Leitung 9 setzt den
Maximurtbestimmer 1 zurück auf einen Nullwert und gibt den Maximumbestimmer 1 frei, um dem wechselnden
Eingangssignal wieder zu folgen, nachdem der Minimumerkenner 6 ein Minimum festgestellt hat.
Fig. 2a gibt die Ausarbeitung des Blockdiagramms, das in F i g. 1 a abgebildet ist. F i g. 2b gibt den zeitlichen
Verlauf der Signalspannungen. Der Minimumbestimmer 2 besteht aus einem Maximumbestimmer P und zwei
Signalumkehrern U, die vor und nach dem Element P geschaltet sind. Die Minima des eingehenden Signals χ
sind die Maxima beim umgekehrten Signal * wie man in F i g. 2b sieht. Das Element Pgibt an seinem Ausgang Pa
den Maximalwert des Eingangssignals Pe ab, solange als am logischen Eingang PX das Signal 0 liegt. Sobald am
logischen Eingang Pl das Signal 1 liegt, wird das Signal am Ausgang Pa auf das Signal am Eingang Pr, hier eine
Spannung von — r, zurückgestellt Der Meßwertspei-
cher 3 ist ein Haltekreis S, der an seinem Ausgang 5a
eine Spannung gleich der Spannung am Eingang Se abgibt, solange als am logischen Eingang 5/das Signal 1
liegt Verspringt das logische Eingangssignal von 1 nach 0, dann bleibt die Ausgangsspannung konstant auf der
beim 1-0-Übergang vorhandenen Eingangsspannung, bis das logische Eingangssignal von 0 nach 1 zurückgeht.
Elemente wie P und S sind an sich bekannt und ausführliche Schaltbilder dieser Elemente findet man auf
Seite 43 von »Handbook and catalog of operational amplifiers 1969«, herausgegeben von Burr Brown
Research Corporation, Tucson, Arizona, USA, aber Anwendung solcher Elemente in Verfahren zu dem
Zweck, wie hier beschrieben, sind nicht bekannt. Der Maximumerkenner 5 besteht aus einem Komparator
K 1 und einem Analog-Digital-Schalter A. Über dem Komparator ist mit Hilfe des Koeffizientenpotentiometers
λ eine positive Rückkopplung angebracht, die ein stabiles Durchschalten des Komparators bewirkt. Die
notwendige Größe von α wird von der Größe des vorhandenen Rauschsignals auf dem zu verwertenden
Meßsignal bestimmt. Der Komparator K 1 vergleicht den Wert des umgekehrten Eingangssignals χ mit dem
Wert des Signals a 1 am Ausgang des Maximumbestimmers
P, der an seinem Eingang Pe das wechselnde Eingangssignal χ aufnimmt. Das Rückstellsignal a 9 für
diesen Maximumbestimmer P wird von einem zweiten Komparator Kl über einen Anaiog-Digitai-Schaiier A
und einen Invertor Liabgegeben. Der zweite Komparator
K 2 vergleicht das Eingangssignal χ mit dem Signal a 2. K 2 hat wie K 1 eine positive Rückkoppelung über
einen Koeffizientenpotentiometer λ. Das Pulselement Lp gibt einen Puls der Länge Atp ab, wenn das Signal a 5
von 0 nach 1 verändert. Das Verzögerungselement Ld verzögert über eine Zeit At1 die Änderung des Signals
a 5 von 0 nach 1. Der Zyklus wird folgender Weise durchlaufen: Das Signal a 5 schaltet von 0 nach 1, wenn
der erste Komparator K 1 feststellt, daß das Eingangssignal χ ein Maximum erreicht hat. Signal a 8 gibt einen
1 Puls mit der Länge Δ tp an den Haltekreis (smaple-hold
module) S ab. Der letzte Minimumwert, der am Ausgang des Minimumbestimmers 2 anwesend ist, wird in dem
Element S gespeichert und am Ausgang 4 abgegeben. Nach einer Zeit Al, geht das Signal a 10 von 0 nach 1.
Das Signal a 2 wird auf einen Nullwert — r zurückgesetzt.
Das Signal a 6 geht von 1 nach 0, wenn die Summe der Signale a 2, χ und ar am Eingang des zweiten
Komparators K 2 negativ wird. Dann geht das Signal a 9 von 0 nach 1, wodurch das Signal a 1 auf den Nullwert
— r zurückgesetzt wird. Jetzt wird die Summe der Signale a l,7und ar negativ, und das Signal a 5 geht von
1 nach 0. Dann geht das Signal a 10 von 1 nach 0. Das Signal a 6 geht von 0 nach 1, wenn der zweite
Komparator K 2 feststellt, daß das Eingangssignal χ ein Minimum erreicht hat. Das Signal a 9 geht von 1 nach 0
und gibt den Maximumbestimmer Pmit Ausgangssigna! a 1 frei, um dem Eingangssignal χ bis zum nächsten
Maximum zu folgen. Jetzt beginnt der Zyklus wieder von vorne.
Das Gerät, das mit Hilfe der Fig. 2a und 2b erklärt wurde, kann mit wenig Änderungen auch zum
kontinuierlichen Bestimmen einer mathemct'schen Kombination der Maxima und Minima eines wechselnden
Eingangssignals χ benutzt werden. Die Signale a 2 und a 1 werden zu einem Element F geführt (siehe
F i g. 2c), das die mathematische Kombination von Maximum und Minimum bildet Der Haltekreis S ist
nicht mit dem Ausgang des Minimumbestimmers 2 aber mit dem Ausgang des Elementes F verbunden. Um die
so entstandene Schaltung in Übereinstimmung mit dem Blockdiagramm in Fig. Ic zu bringen, wird der
Maximumerkenner 5 in Fig.2a in die folgenden getrennten Blöcke gespalten: Ein Maximumbestimmer
1, der aus einem Element Pbesteht; ein Minimumerkenner 6, der aus dem Komparator K 2 und dem
Analog-Digital-Schalter A besteht; und der übrigbleibende Maximumerkenner 5, der den Komparator K 1
und den zugehörenden Analog-Digital-Schalter A umfaßt Der logische Umkehrer Li wird den logischen
Leitungen 7 zugefügt Der Zyklus zwischen zwei
Maxima verläuft genauso wie bei der Schaltung in Fig. 2a, so daß die Kurven in F i g. 2b auch für die
Schallung in F i g. 2c gültig sind.
Ein Beispiel für ein Gerät, das kontinuierlich die Umhüllenden der Maxima und der Minima und eine
mathematische Kombination der Maxima und Minima bestimmt, geben die F i g. 3a und 3b. In der in Fig. 3a
abgebildeten Schaltung sind der Maximum- und MinimumerkennerS und 6genauso wie in der in Fig. 2c
angegebenen Schaltung aufgebaut. Der Unterschied mit der Schaltung in Fig. 2c ist, daß die Maxima und
Minima in zwei getrennten Elementen 51 und 52 des
Meßwertspeichers 3 gespeichert werden, wodurch das Maximum und Minimum getrennt und kontinuierlich an
den in Fig. 3a mit Max und Min gekennzeichneten ,5
Ausgängen zugänglich sind. Weiter wurde ein anderer Ablauf des Zyklus mit einer anderen logischen
Schaltung 7 gewählt, wodurch die zur Verfügung stehende Zurückstellzeit für den Miniumbestimmer 2
vergrößert wird.
Man sieht den durchlaufenen Zyklus in F i g. 3b. Wenn der Maximumerkenner 5 ein Maximum feststellt, geht
über £>81 ein 1-Impuls mit der Länge Atp zum Element
51, und das Maximum wird gespeichert. Na^h Ablauf
der Zeit Διν kippt die bistabile Schaltung 71 um, worauf 2$
über b 9 der Maximumbestimmer 1 zurückgestellt wird und über b 10 die Zurückstellung des Minimumbestimmers
2 beendet wird, wodurch dieser das nächste Minimum bestimmen kann. Wenn der Minimumerkenner
6 dieses Minimum feststellt, geht über />82 ein 1-Impuls mit der Länge Atp zum Element 52, und das
Minimum wird gespeichert. Nach Ablauf der Zeit Atv
kippt die bistabile Schaltung 71 zurück, worauf über b 10 der Minimumbestimmer 2 zurückgestellt wird und über
b9 die Zurückstellung des Maximumbestimmers 1 beendet wird, wodurch dieser das nächste Maximum
bestimmen kann. Nachdem der Maximumerkenner 5 dieses Maximum festgestellt hat, beginnt der Zyklus von
neuem.
Die Fig.4a und 4b zeigen ein zweites Beispiel eines
Gerätes, das die Umhüllende der Maxima und Minima und eine mathematische Kombination der Maxima und
Minima bestimmt. Bei diesem Beispiel sind keine Elemente 5im Meßwertspeicher benutzt. Die Speicherfunktion
wird von den Elementen P (siehe Fig.4a)
übernommen. Diese Elemente P haben die gleichen Eigenchaften wie die vorher besprochene^ Elemente P
außer dem Unterschied, daß das Element Pam Ausgang die invertierte maximale Spannung abgibt. Das Element
P kann also z. B. aus einem Element P imd einem
nachgeschalteten Umkehrer bestehen. Die Maximum- und Minimumerkenner 5 und 6 enthalten jetzt zweimal
die Schaltung, die in den; Maximum- und Minimumerkenner der vorhergehenden Beispiele anwesend war.
Das Kleinstwertglied min. gibt an seinem Ausgang den Wert der im mathematischen Sinne kleinsten Eingangsgröße (DIN 40 700, Blatt 18, Nr. 27).
Der Ablauf des Zyklus wird in F i g. 4b gezeigt Der
Zyklus erstreckt sich über zwei Perioden der wechselnden Signalgröße x. Wenn die Signalgröße ein Maximum
erreicht, kippt einer der beiden Komparatoren im Maximumerkenner 5 um. Welcher der beiden hängt von
der vorhergehenden Situation ab. Wir nehmen an, daß nach einem bestimmten Maximum der Komparator in
der Teilschaltung 51 kippt Das Signal CSi aus dem Analog-Digit al-Schalter geht von 1 nach 0. Über die
Schaltung 7 wird der Ausgang C12 zurückgestellt auf eine Spannung +r, und die Zurückstellung von C 23
wird beendet, wodurch an C23 das nächste Minimum bestimmt werden kann. Fi g. 4b zeigt nicht die Signale
C12 und C23. sondern die umgekehrten Signale ΓΪ2
und C23. Das Gleiche gilt für die Signale C11 und C24.
Nachdem der Komparator in der Teilschaltung 63 das nächste Minimum festgestellt hat, wird über die logische
Schaltung 7 der Ausgang C24 zurückgestellt und die Zurückstellung von C12 beendet, so daß an C12 das
nächste Maximum bestimmt werden kann. Das nächste Maximum wird vom Komparator in der Teilschaltung
52 festgestellt, wonach über die logische Schaltung 7 der Ausgang CM zurückgestellt wird und die Zurückstellung
des Ausganges C24 beendet wird und an diesem Ausgang das nächste Minimum bestimmt werden kann.
Der Komparator in der Teilschaltung 64 stellt dieses Minimum fest und bewirkt, daß über die Schaltung 7 der
Ausgang C23 zurückgestellt wird und die Zurückstellung des Ausganges C11 beendet wird, so daß an diesem
Ausgang das nächste Maximum bestimmt werden kann. Wenn die Teilschaltung 51 dieses nächste Maximum
feststellt, beginnt der Zyklus von vorne.
Aus der Beschreibung des Zyklusjehen wir, daß beim letzten Beispiel die Elemente P abwechselnd die
Funktion der Teile 1 bzw. 2, nämlich Maximum- bzw. Minimumbestimmer, und des Teiles 3, nämlich Meßwertspeicher,
erfüllen. Während das eine Element Pdas vorhergehende Maximum (bzw. Minimum) festhält,
bestimmt das andere Element P das nächste Maximum (bzw. Minimum).
In Fig. 5 wird ein Maximumbestimmer mit einem einverleibten Maximumerkenner gezeigt. Der Maximumbestimmer
besteht aus einem Kondensator C mit einem Bufferverslärker B. Der Ausgang des vom
Verstärker A geformten Komparators ladet über die
Diode D 5 den Kondensator C auf. Der Komparator vergleicht das Signal d\ auf dem Kondensator C mit
dem wechselnden Eingangssignal χ. Das Signal d\ bildet den Ausgang des Maximumbestimmers. Solange
die Summe der Signale d\ und ~x negativ ist, sorgt der
Rückkoppelkreis, der aus der Diode D6 und den Widerständen Re 1 und Re 2 besteht, für einen stabilen
Ladeprozeß des Kondensators C, aber wenn das Eingangssignal χ einen Spitzenwert erreicht, wird die
Summe d 1 und x" positiv, und die Diode D 6 verhindert
jeden Strom durch den Rückkoppelkreis. Jetzt ändert sich das Signal d5 von einem negativen Wert nach
einem stark positiven Wert gleich der Zener-Diodcnspannung ZD. Das Signal D 5 ist das Ausgangssignal des
einverleibten Maximumerkenners. Die in F i g. 5 angegebenen Widerstandswerte sind nur Beispiele. Andere
Werte sind möglich.
Die Erfindung wurde mit gutem Erfolg bei einer Meßapparatur für die optische Modulationsübertragungsfunktion
angewendet. Bei dieser Apparatur wird ein Streifenbild mit einem Spalt, hinter dem sich ein
Photomultipiier befindet, abgetastet. Die Modulationstiefe der Streifen ändert sich schon über wenige
Streifen, so daß kein großer Unterschied zwischen der Frequenz der Modulationstiefenänderungen und der
Streifenfrequenz besteht Durch eine unregelmäßige Abtastbewegung des Spaltes relativ zu den Streifen ist
außerdem das Photomultipliersignal unregelmäßig in seiner Form und nicht konstant in der Frequenz. Jedoch
die Maxima und Minima des Photomultipliersignals kommen mit den Maxima und Minima der Lichtintensität bei den Streifen überein und werden mit dem
beschriebenen Verfahren verarbeitet
Hierzu 9 Blatt Zeichnungen
Claims (9)
1. Verfahren zur kontinuierlichen Bestimmung der Punkte für den oberen Teil der Umhüllenden, der
Maxima, eines Eingangssignals wechselnder Größe, dadurch gekennzeichnet, daß ein Maximumbestimmer
dem Eingangssignal folgt bis ein Spitzenwert erreicht ist und diesen Spitzenwert
festhält, daß ein Minimumerkenner ein logisches Signal abgibt, nachdem das Eingangssignal durch ein
Minimum gegangen ist, daß durch das logische Signal des Miniumerkenners zunächst der vom
Maximumbestimmer festgehaltene Spitzenwert an einen Meßwertspeicher, z. B. Haltekreis, abgegeben
wird und am Ausgang erscheint, dann der Maximumbestimmer auf Null zurückgesetzt und anschließend
freigegeben wird, um dem veränderlichen Eingangssignal
wieder zu folgen, bis das nächste Maximum erreicht wird und dieser neue Wert an Stelle des
Vorhergehenden in den Meßwertspeicher gegeben wird, wenn der Minimumerkenner das nächste
Minimum erkannt hat.
2. Verfahren nach Anspruch 1 zur kontinuierlichen Bestimmung der Punkte für den oberen Teil der
Umhüllenden, der Maxima, eines Eingangssignals wechselnder Größe, dadurch gekennzeichnet, daß
ein zusätzlicher Maximumerkenner ein logisches Signal abgibt, nachdem das Eingangssignal durch ein
Maximum gegangen ist, daß durch das logische Signal des Maximumerkenners der vom Maximumbestimmer
festgehaltene Spitzenwert an einen Meßwertspeicher, z. B. Haltekreis, abgegeben wird
und am Ausgang erscheint, daß durch das darauffolgende logische Signal des Minimumerkenners der
Maximumbestimmer auf Null zurückgesetzt und anschließend freigegeben wird, um dem veränderlichen
Eingangssignal wieder zu folgen, bis das nächste Maximum erreicht wird und dieser neue
Wert an Stelle des Verhergehenden in den Meßwertspeicher gegeben wird, wenn der Maximumerkenner
das nächste Maximum erkannt hat.
3. Verfahren nach Anspruch 1 zur kontinuierlichen Bestimmung der Punkte für den oberen Teil der
Umhüllenden, der Maxima, eines Eingangssignals wechselnder Größe, dadurch gekennzeichnet, daß
ein zusätzlicher Maximumerkenner ein logisches Signal abgibt, nachdem das Eingangssignal durch ein
Maximum gegangen ist, daß durch das logische Signal des Maximumerkenners zunächst der vom
Maximumbestimmer festgehaltene Spitzenwert an einem Meßwertspeicher, z. B. Haltekreis, abgegeben
wird und am Ausgang erscheint, dann der Maximumbestimmer auf Null zurückgesetzt wird, daß durch
das darauffolgende logische Signal des Minimumerkenners der Maximumbestimmer freigegeben wird,
um dem veränderlichen Eingangssignal wieder zu folgen, bis das nächste Maximum erreicht wird und
dieser neue Wert an Stelle des Vorhergehenden in den Meßwertspeicher gegeben wird, wenn der
Maximumerkenner das nächste Maximum erkannt hat.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3 zur kontinuierlichen Bestimmung der Punkte für den
oberen Teil der Umhüllenden, der Maxima, eines <>? Eingangssignals wechselnder Größe, dadurch gekennzeichnet,
daß die Funktion des Meßwertspeichers gebildet wird durch Anwendung zweier Maximumbestimmer und eines Größtwertgliedes,
das den höchsten momentanen Wert der beiden Maximumbestimmer wählt und diesen Wert am
Ausgang erscheinen läßt, daß durch das logische Signal des Minimumerkenners oder des zusätzlichen
Maximumerkenners abwechselnd einer der beiden Maximumbestimmer auf Null zurückgesetzt wird
und danach durch das logische Signal des Minimuraerkenners freigegeben wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4 zur kontinuierlichen Bestimmung der Punkte für den
unteren Teil der Umhüllenden, der Minima, eines Eingangssignals wechselnder Größe, dadurch gekennzeichnet,
daß bei den in den Ansprüchen 1 bis 4 angegebenen Verfahren der Maximumbestimmer
durch einen Minimumbestimmer, der Minimumerkenner durch einen fvlaximumerkenner, der Maximumerkenner
durch einen Minimumerkenner und d2s Größtwertglied durch ein Kleinstwertglied
ersetzt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4 zur kontinuierlichen Bestimmung der Punkte für den
unteren Teil der Umhüllenden, der Minima, eines Eingangssignals wechselnder Größe, dadurch gekennzeichnet,
daß zusätzlich ein Signalumkehrer vor dem Eingang und nach dem Ausgang geschaltet
wird.
7. Verjähren nach Anspruch 5 zur kontinuierlichen Best:mmung der Punkte für den oberen Teil der
Umhüllenden, der Maxima, eines Eingangssignals wechselnder Größe, dadurch gekennzeichnet, daß
zusätzlich ein Signalumkehrer vor dem Eingang und nach dem Ausgang geschaltet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 7 und nach Anspruch 5 oder 6 zur kontinuierlichen
Bestimmung der Punkte für den oberen und unteren Teil der Umhüllenden, der Maxima und Minima,
eines Eingangssignals wechselnder Größe, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn beide der zusammengesetzten
Verfahren einen Maximumerkenner bzw. Minimumerkenner benutzen, ein Maximumerkenner
bzw. ein Minimumerkenner weggelassen wird und der Übrigbleibende für das Bestimmen der beiden
Umhüllenden verwendet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, das kontinuierlich die Punkte für den oberen und unteren Teil der
Umhüllenden, die Maxima und Minima, eines Eingangssignals wechselnder Größe bestimmt und
hieraus eine gewünschte mathematische Funktion der Maxima und Minima, wie z. B. die Modulationstiefe ermittelt, dadurch gekennzeichnet, daß hierzu
eine an sich bekannte mathematische Beziehung zwischen Maxima und Minima benutzt wird, indem
von den beiden Meßwertspeichern einer weggelassen wird und ein Rechenelement dem übriggebliebenen
Meßwertspeicher vorgeschaltet wird, das direkt die Signale des Maximum- und Miniumbestimmers
empfängt, die gewünschte mathematische Beziehung ausführt und das Ergebnis an den Meßwertspeicher
abgibt, nachdem der Maximum- und/oder Miniumerkenner ein logisches Signal abgegeben
haben und bevor durch dieses logische Signal der Maximum- bzw. Miniumbestimmer auf Null zurückgesetzt
wird.
Priority Applications (3)
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US00290174A US3789306A (en) | 1971-09-20 | 1972-09-18 | Apparatus for defining continually the envelope of the maxima, the minima and/or modulation depth of a varying input signal |
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