DE2208310A1

DE2208310A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zur erzeugung einer impulsfolge konstanter impulsamplitude aus einer bivalenten signalfolge veraenderlicher signalamplitude der eine zeitlich veraenderliche gleichgroesse ueberlagert ist

Info

Publication number: DE2208310A1
Application number: DE19722208310
Authority: DE
Inventors: Uwe Militz; Uwe Unglaube; Norbert Dipl Ing Wefers
Original assignee: Nixdorf Computer AG
Current assignee: Nixdorf Computer AG
Priority date: 1972-02-22
Filing date: 1972-02-22
Publication date: 1973-09-13
Also published as: NL167062C; IT987015B; NL167062B; ATA154173A; DE2208310B2; JPS4898724A; AT329648B; FR2182855A1; NL7302472A; JPS5340305B2; DE2208310C3; GB1417735A; FR2182855B1; CH568685A5; SE394779B; CA991746A

Description

ΙΙΙΙΜ,Ο Μ-ΪΧΟΚΝ II·:UK

KAHL-IIEINZ SCHAUMBURG

!'ATKNTANWALT

Nixdorf Computer AG »München so

MAUEHKinCHERSTH. TELEFON (OSHJ 98 19 7»

4790 Paderborn 1N5 1272 D

Pontanusstr. 55

22. Febr. 1972

Verfahren und Schaltungsanordnung zur Erzeugimg Impulsfolge konstanter Impulsamplitude aus einer ten Signalfolge veränderlicher Signalamplitude, der eine zeitlich veränderliche Gleichgroße überlagert ist

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer Impulsfolge konstanter ImpulSamplitude aus einer bivalenten Signalfolge veränderlicher Signalamplitude, der eine zeitlich veränderliche Gleichgroße überlagert ist, durch Vergleich eines während der Signalübergänge zwischen den jeweiligen beiden Signalamplitudenwerten durchlaufenen Schwellenwertes mit der Signalfolge, insbesondere zur Auswertung optisch abgetasteter strichcodierter Informationen.

Ein Verfahren dieser Art ist insbesondere dann durchzuführen, wenn nicht reproduzierbare bivalente Signalfolgen

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auszuwerten Bind. Die Signalfolgen müssen hierzu aufbereitet und jeweils in eine Impulsfolge mit einem festen Signalpegel umgewandelt werden, der zur Weiterleitung auf logische Auswerteschaltkreise geeignet ist. Es handelt sich dabei meist um solche Signalfolgen, die auch ohne Taktsteuerung erzeugt werden und bei denen die zeitlich veränderliche Gleichgroße beispielsweise durch eine dauernd vorhandene schwankungsbehaftete Störung verursacht ist. Dies kann z.B. bei der Übertragung bivalenter Signalfolgen über einen Gleichstromkanal der Fall sein, dessen Ruhestrom nicht konstant gehalten werden kann. Störungen dieser Art äußern sich dann z.B. in einer Schwankung der Differenz zwischen den Maximal- und den Minimalwerten des Übertragenen Signals, Jedoch auch in einer wechselnden Höhe der absoluten Amplitudenwerte, die an sich aber nur zwei mögliche Zustände kennzeichnen sollen.

Sigjnalfolgen der hier betrachteten Art, die ggf. auch nicht reproduzierbar sind, werden beispielsweise bei der Abtastung stricheedierter Informationen erzeugt. Solche Informationen können auf einen Informationsträger magnetisch, optisch oder elektrostatisch bzw. dielektrisch aufgebracht sein und nach einem entsprechenden Prinzip gelesen werden. Dabei wird zweckmäßig eine Relativbewegung zwischen dem Informationsträger und einem Abtaster erzeugt, der im einfachsten Falle eine von Hand über den Informationsträger geführte Abtastsonde ist. Ebenso können Jedoch auch elektrische oder mechanische Abtasteinrichtungen vorgesehen sein, die die einzelnen Informationsspeicherplätze in vorgegebener Reihenfolge abtasten.

Wenn der Kontrast bzw. die Differenz zwischen dem Signalwert, den der informationslose Informationsträger liefert,

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und dem Signalwert, der durch das jeweils abgetastete Informationselement selbst erzeugt wird, nicht konstant ist, so entsteht eine Signalfolge, die die Kontrastschwankung in Form einer zeitlich veränderlichen Gleichgroße enthält. Bei elektrostatisch bzw. dielektrisch gespeicherten Informationen kann dies z.B. durch ungleichmäßige dielektrische Eigenschaften, bei optisch gespeicherten Informationen durch ungleichmäßige Reflexionseigenachaften des Jeweiligen Informationsträgers hervorgerufen werden. Durch weitere Ungleichmäßigkeiten der gespeicherten Informationselemente selbst können bei der Abtastung ferner Änderungen der Signalamplituden auch gegenüber den beiden vorgegebenen ausgezeichneten Werten auftreten.

Ein besonders wichtiges Anwendungsgebiet der Erzeugung von Impulsfolgen aus derart gespeicherten Informationen ist in Lesegeräten gegeben, mit denen strichcodierte Informationen optisch abgetastet werden können. Mit einem nach diesem Prinzip arbeitenden Lesegerät können beispielsweise auf Waren aufgebrachte Etiketten ausgewertet werden, indem ein besonders gestalteter Lesegriffel von Hand über das Jeweilige Etikett geführt wird und dabei dessen codierte Informationen bzw. an ihnen erzeugte Lichtrefl^ixionen abgetastet werden. Naturgemäß haben solche Informationsträger nicht immer einen gleichbleibenden Reflexionsgrad, da sie billig in Massenherstellung gefertigt werden. Ferner kann ihr Reflexionsvermögen durch äußere Einflüsse verschiedenster Art stellenweise oder insgesamt beeinträchtigt werden.

Bei allen vorstehend genannten Anwendungsarten derartiger Informationsauswertungen besteht ein gemeinsames Problem

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darin, daß bei der Überlagerung einer zeitlich, veränderlichen Gleichgröße und bei veränderlichen Amplitudenwerten der die Informationen enthaltenden Signalfolgen eine einwandfreie Ansteuerung nachfolgender logischer Schaltkreise, die nur genau definierte Signalzustände auswerten, nicht möglich ist. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn im Verlauf einer Signalfolge derart große Signalhubverluste auftreten, daß einzelne Signale einen zu geringen Störabstand gegenüber dem jeweiligen Bezugswert haben.

Es ist bereite bekannt, zur Auswertung nur den Wechselanteil der auszuwertenden Signalfolge kapazitiv auszukoppeln, jedoch versagen solche Schaltungsanordnungen, wenn die Signalfrequenz über einen größeren Bereich schwankt oder Störfrequenzen, die dem Signal- und dem Gleichanteil überlagert sind, im Frequenzbereich der Signalfolge liegen. Es ist denn beispielsweise nicht möglich, die Hochpaßzeitkonstante der kapazitiven Kopplung auf einen für alle Signale gleichermaßen geeigneten Wert einzustellen.

Es ist ferner bekannt, für eine Signalfolge einen zwischen zwei möglichen Signaiwerten liegenden konstanten Schwellenwert dadurch zu erzeugen, daß statistische Untersuchungen der Signalamplituden der jeweiligen Signalfolge durchgeführt werden und daraus nach Ende der Signalfolge der Schwellenwert festgelegt wird, um eine nachträgliche Unterscheidung der Signalwerte zu ermöglichen. Dieses Verfahren ist jedoch zur Auswertung nicht reproduzierbarer Signalfolgen und auch solcher Signalfolgen, bei denen die Amplitudenwerte und die überlagerte Gleichgröße in weiten Grenzen schwanken, nicht geeignet, da ein konstanter

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Schwellenwert dann nachträglich keine einwandfreie Trennung der Signalzustände mehr gewährleistet.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Erzeugung einer Impulsfolge konstanter Impulsamplitude aus Signalfolgen beschriebener Art anzugeben, welches auch bei großen Schwankungen der Signalamplitudenwerte zuverlässig arbeitet und die Erzeugung eines solchen Schwellenwertes ermöglicht, der die beiden möglichen Signalzustände laufend sicher trennt und so ihre Wiedergabe mit zwei bestimmten Ampli-uudenwerten sicherstellt.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art: xst zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsge/näß.derart ausgebildet, daß der vor einem S.gnalübergang jeweils vorhandene Signalamplitudenwert gespeichert und während der auf dei· Beglioi des SignalUbergangs folgenden Zeit als Maximal- tsvi, Maximalwert mit dem auf den Signalütergang folgenden, a^ü Minxmal- bzw. Maximalwert abgeleiteten Signalamplitudenwert die Erzeugung c-rnes als Schwellenwert für den nächstfolgenden SignalUt?;£;:ng verwendeten Mittelwertes steuert.

Mit diesem Verfahre; ist t,s ciöglicn, eine einwandfreie bivalente impulsfolge /coii^tanter Amplitude zu erzeugen, aeOii es wird ein Schwallenwert zur Unterscheidung der bcxden möglichen Aaiplitudenwerte erzeugt, der laufend den aktuellen Sign»^a.irpli-cudenwerten so angepaßt ist, •laß ein nahezu laeales Trennen zweier Signalzustände möglich ist.

Ausgangspunkt für die Erfindung ist die Forderung, den die Auswertung ermöglichenden Schwellenwert nicht erst

BAD ORIGtNAt

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nach der jeweiligen Signalfolge als konstanten und für die gesamte Signalfolge optimalen Wert auszurechnen, sondern ihn über möglichst kleine Elemente der Signalfolge veränderlich zu gestalten und somit den Schwankungen, die durch die überlagerte Gleichgröße verursacht werden, laufend anzupassen. Wenn man davon ausgeht, daß die Signalfolge selbst von der überlagerten Gleichgröße durch ein kapazitives Element getrennt werden könnte, so entspricht der ideale Verlauf eines die fehlerfreie Unterscheidung der beiden Signalamplitudenwerte ermöglichenden Schwellenwertes genau dem Verlauf der überlagerten Gleichgröße über der Zeit. Die Amplitudenwerte der Signalfolge pendeln nämlich um die überlagerte Gleichgröße, so daß ein Schwellenwert, der ihre einwandfreie Unterscheidung ermöglicht, analog der Gleichgröße in der Mitte¹ zwischen den jeweiligen Extremwerten verlaufen muß. Wenn man nun den vor einem SignalUbergang jeweils vorhandenen Signalamplitudenwert kurzzeitig speichert und aus ihm und dem auf den Signalübergang folgenden Signalamplitudenwert entgegengesetzten Vorzeichens einen Mittelwert bildet, so kann dieser Mittelwert als Schwellenwert für den folgenden SignalUbergang verwendet werden. Dadurch ergibt sich bei veränderlicher Gleichgroße ein stets wechselnder Schwellenwert, der gegebenenfalls für jeden Signalübergang eine andere Lage hat. Diese Art des Schwellenwertes kommt dem zuvor beschriebenen idealen Verlauf bereits sehr nahe, denn bei jedem SignalUbergang steht ein Schwellenwert zur Verfügung, der für den gerade vorher erfolgten Signalübergang der ideale Schwellenwert gewesen wäre. Das Idealverhalten des Schwellenwertes ist also gegenüber der Signalfolge zeitlich lediglich um ein Signalelement verschoben.

BAD ORIGINAL

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Im Rahmen einer Weiterbildung der Erfindung kann der gespeicherte Signalamplituder»wert vor der Erzeugung des Mittelwertes um einen vorbastimmten Betrag in Richtung des erstgenannten Signalüberganges geändert werden.

Durch diese zusätzliche Maßnahme wird erreicht, daß die Jeweiligen beiden Signalamplitudenwerte auch bei großen Signalhubschwankungen zuverlässig erkannt werden können, wenn beispielsweise ein Verlust des Signalhubes zwischen zwei Signalübergängen auftritt, der 50% übersteigt. Auf diese Weise entsteht gewissermaßen ein "Mitlaufen" des Schwellenwertes mit dem Signalverlauf, denn der Schwellenwert wird nach Jedem Signalübergang auf einen Wert eingestellt, der zwischen dem Mittelwert der bei dem SignalUbergang durchlaufenen Flanke und dem darauf folgenden Signalamplitudenwert liegt-. Wird der Schwellenwert gemeinsam mit dem Signalverlauf auf einen Komparator gegeben, so steht an dessen ,Ausgang auch bei sehr großen Signalhubschwankungen die ursprüngliche bivalent«? Information mit definierten Pegelwerten zur Verfügung,

Ein weiterer Vorteil eines mitlaufenden Schwellenwertes besteht darin, daß die Nachteile eines ggf. vorgesehenen Hysterese-Schaltverhaltens des verwendeten !Comparators weitgehend vermieden werden. Diese äußern sich normalerweise dadurch, d^ß -3er Schwelionwert am Komparator im Moment des Signalüuroülaiifs einen Sprung entgegen der Richtung des Signalverlaufs ausführt, wodurch infolge statischer Gegenläufigkeit zum Signal die Schwellenempfindlichkeit herabgesetzt wird. Abhängig von der- Größe der Änderung des jeweiligen Signalamplitudenwertes kann dieser Nachteil beseitigt werden.

BAD OBIGiNAL

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Zweckmäßig wird als Kriterium für den Beginn der Änderung des Jeweils gespeicherten Signalamplitudenwerte's das Durchlaufen des Schwellenwertes durch das Signal während eines Signalüberganges gewertet. Damit ist sichergestellt, daß der geänderte Signalamplitudenwert, welcher mit dem auf ihn jeweils folgenden Signalamplitudenwert einen Mittelwert bilden soll, zuverlässig für eine die Mittelwertbildung ermöglichende Zeit zur Verfügung steht. Vorteilhaft erfolgt die Speicherung des Jeweils geänderten Signalamplitudenwertes dann mindestens bis zum Ende des auf ihn folgenden Signalamplitudenwertes, so daß keine besonderen weiteren Speichervorrichtungen zur Speicherung des aus beiden Werten gebildeten Mittelwertes, also des jeweils neuen Schwellenwertes, bis zum nächsten Signal-Übergang erforderlich sind.

Das Verfahren nach der Erfindung kann derart weiter ausgebildet sein, daß die Signalamplitudenwerte einem Minimalwert- und einem Maximalwertspeicher zugeführt werden, deren SpeicherInhalte bei jedem Signalübergang einander um den vorbestimmten Betrag angenähert werden, der relativ zu der Differenz der Speicherinhalte bemessen ist. Kit dieser relativen Bemessung wird der wesentliche Vorteil erreicht, daß für alle möglichen Größen des Signalhubes die gleiche Wirksamkeit der Signaltrennung gewährleistet ist. Die für jeweils einen Signalamplitudenwert bereits beschriebene Änderung in Richtung des jeweils folgenden Signalüberganges wird bei dieser Weiterbildung der Erfindung im Rahmen einer gegenseitigen Annäherung also gleichzeitig für beide Signalamplitudenwerte durchgeführt, nämlich für den gespeicherten und den auf ihn jeweils folgenden. Zur Wirkung kommt die Annäherung je-

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doch jeweils nur bei dem gespeicherten Signalamplitudenwert, denn der auf ihn folgende aktuelle Signalamplitudenwert bestimmt in erster Linie den Speicherinhalt der für ihn vorgesehenen Speicherschaltung, Durch die relative Bemessung des Änderungsbetrages ist das Annäherungsverfahren allen Änderungen des Signalhubes angepaßt und somit bei allen Signalzuständen gleichermaßen wirksam. Ferner ist es möglich, für beide Speicherschaltungen ein und dieselbe Annäherungsschaltung zu verwenden und die beschriebene Änderung des jeweils gespeicherten Signalamplitudenwertes für beide möglichen Signalzustände universell mit einer Schaltung durchzuführen. Außerdem ergeben sich besonders vorteilhafte Eigenschaften bei stark abnehmendem Signalhub, wie anhand eines praktischen Anwendungsfalles noch beschrieben wird.

Der vorbestimmte relative Betrag bei Annäherung der beiden SpeicherInhalte zueinander kann in besonders einfacher Weise dadurch bemessen werden, daß die Annäherung für eine dem vorbestimmten relativen Betrag entsprechend bemessene Zeit und mit einer Zeitkonstanten, die höchstens gleich der kürzesten vorkommenden Zeit eines Signalüberganges ist, durchgeführt wird. Dadurch ist gewährleistet, daß für jeden Änderungsvorgang des jeweils gespeicherten Signalamplitudenwertes immer derselbe vorbestimmte relative Änderungsbetrag erzeugt wird. Außerdem verläuft diese Änderung praktisch parallel mit dem jeweiligen Signalübergang, so daß der den folgenden Schwellwert bestimmende Mittelwert innerhalb kürzestmöglicher Zeit nach dem Signalübergang zur Verfügung steht.

Bei der Auswertung bivalenter Signalfolgen z.B. in einem Etikettenleser wird meistens eine manuelle Abtastung mit-

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tele eines Lesegriffels durchgeführt. Es liegt Im Wesen einer solchen Art der Abtastung,'daß die durch eine jeweilige Abtastung gelieferte Signalfolge von der nächsten Signalfolge durch eine dazwischenliegende Signalpause und einen Signalverlauf mit im wesentlichen konstanter Signalamplitude getrennt ist, wobei diese Signalamplitude meist dem Reflexionsgrad des informationslosen Informationsträgers entspricht. Zur Auswertung solcher Signalfolgen kann das Verfahren nach der Erfindung derart welter ausgebildet sein» daß während jedes Signalverlaufs eine Annäherung beider SpeicherInhalte mit einer gegenüber der längsten möglichen Signalübergangezeit des auf den genannten Signalverlauf folgenden SignalUberganges größeren, jedoch gegenüber dem kürzesten vorkommenden Signalverlauf wesentlich kürzeren Zeitkonstante auf etwa übereinstimmende SpeicherInhalte sowie eine Verringerung des effektiven Speicherinhaltes des Minimalwertspeichers entgegen der Richtung des zu Beginn des Signalverlaufs stattfindenden SignalUberganges durchgeführt wird.

Diese besonderen Maßnahmen sind bei der Anwendung der Erfindung z.B. in einem Etikettenleser sinnvoll, da vor dem eigentlichen Lesevorgang der Schwellenwert für den ersten SignalUbergang zuverlässig festzulegen 1st, Jedoch zu dieser Zelt noch keine Information darüber vorliegt, wie groß der beim ersten SignalUbergang auftretende Signalhub sein wird. Der Schwellenwert für den ersten SignalUbergang muß also in einen Bereich gebracht werden, für den vorher zuverlässig bestimmt werden kann, daß auch bei kleinen Kontrastwerten des durch den ersten SignalUbergang gekennzeichneten Informationselemente eine sichere Erkennung möglich ist. Diese Bestimmung ist abhängig von

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Erfahrungswerten des Kontrastes bzw. des unterschiedlichen Reflexionsgrades freier und besetzter Stellen des Informationsträgers möglich. Entsprechend ist der Schwächungsgrad für den Speicherinhalt des Minimalwertspeichers zu bemessen.

Die lange Zeitkonstante ist erforderlich, damit der die im wesentlichen konstante Signalamplitude enthaltende Speicher beim ersten Signalübergang nicht dem Signal in starkem MaBe folgt, bevor der Schwellenwert durchlaufen wird. Die Annäherung der beiden Speicherinhalte mit grosser Zeitkonstante und die gleichzeitige Verringerung des einen effektiven Speicherinhalts in der genannten Weise bewirken ein langsames, von kurzzeitigen Störungen praktisch nicht beeinträchtigtes Einlaufen des als Schwellenwert gebildeten Mittelwertes beider Speie&erinhalte in den zuvor beschriebenen Bereich Andernfalls könnte der Speicherinhalt des in Betracht Ice* /»feilen Speichers auf einen dem Speicherinhalt des anderen Speichers entsprechenden Wert einlaufen und eine Mittelwertbildung in dem genannten Bereich wäre in der beschriebenen einfachen Art nicht möglich.

Nach dem Zeitraum des SignalVerlaufs mit im wesentlichen konstanter Signalamplitude wird die Annäherungsschaltung zweckmäßig wieder auf die kleinere Zeitkonstante umgeschaltet und die Verringerung des einen Speicherinhaltes unwirksam gemacht.

Weitere Einzelheiten der Funktionsmöglichkeiten einer erfindungsgemäßen Signalaufbereitung gehen aus der folgenden Erläuterung eines Ausführungsbeispiels, das die Anwendung in einem Etikettenleser betrifft, anhand der

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Figuren hervor. Es zeigen:

Fig. 1 eine Funktionsdarstellung einer Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Etikettenleser,

Fig. 2 einen typischen Signalverlauf bei der Abtastung strichcodierter Informationen mittels eines Lesegriffels ,

Fig. 3 den Verlauf des nach der Erfindung erzeugten Schwellenwertes und der mit ihm erzeugten Impulsfolge und

Fig. h den Verlauf des Schwellenwertes während eines vor der Abtastung strichcodierter Informationen liegenden Signalverlaufs mit im wesentlichen konstanter Signalamplitude.

Die im folgenden beschriebene Schaltungsanordnung zeigt zwar die Anwendung der Erfindung in einem Etikettenleser, in gleicher Weise ist diese Auswertung Jedoch auch für andere Arten der Informationsaufzeichnung geeignet, da der Lesevorgang selbst sowie die Umwandlung der durch ihn gewonnenen Größen in elektrische Signalfolgen keinen unmittelbaren Zusammenhang mit der Erzeugung von Impulsfolgen konstanter Impulsamplitude aus solchen Signalfolgen hat.

Fig. 1 zeigt das Funktionsbild einer Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung. Über einen Eingang 10 wird dem invertierenden Eingang eines Eingangsverstärkers 11 das von einem Lesegriffel bzw. von einem opto-elektrischen Wandler gelieferte Abtastsignal zugeführt, welches in eine Impulsfolge konstanter Impulsamplitude umzusetzen 1st, die am Ausgang 25 erscheinen soll. Der Eingangsverstärker 11 ist mittels eines Wider-

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Standes 12 gegengekoppelt, der von seinem Ausgang zu seinem invertierenden Eingang führt. Dem Verstärker 11 ist ein Komparator 13 nachgeschaltet, dessen zweitem Eingang der in noch zu beschreibender Weise erzeugte Schwellenwert als Referenzspannung zugeführt wird. Der Ausgang des !Comparators 13 ist über eine Regelschleife, die eine Schaltervorrichtung 15 und einen Regelwertspeicher 16 enthält, mit dem invertierenden Eingang des Eingangsverstärkers 11 verbunden. Die Aufgabe und Funktion dieser Regelschleife wird im folgenden noch eingehend beschrieben. Ferner ist der Ausgang des !Comparators 13 über ein UND-Glied 14 mit dem Ausgang 25 der Gesamtschaltung verbunden. Durch Vergleich des Schwellenwertes mit dem vom Eingangsverstärker 11 jeweils gelieferten Signalwert wird über das UND-Glied 14 immer dann eine ansteigende bzw. abfallende Impulsflanke abgegeben, wenn das Eingangssignal den Schwellenwert durchläuft.

Das Eingangssignal, das durch den Eingangsverstärker 11 als verstärktes und niederohmiges Spannungssignal geliefert wird, wird außerdem auf einen Maximalwertspeicher und einen Minimalwertspeicher 18 geführt, die durch eine Annäherungsschaltung 19 beeinflußt werden. Beide Speicher 17 und 18 steuern eine Mittelwertschaltung 21, die den Schwellenwert als Mittelwert der jeweiligen beiden Speicherinhalte an den invertierenden Eingang des !Comparators 13 liefert. Der Minimalwertspeicher 18 ist mit der Mittelwertschaltung 21 über eine Schwächungsschaltung 20 verbunden, die durch eine elektrische Stetarschaltung 24 ein- und ausgeschaltet werden kann. Die Steuerschaltung 24 bewirkt ferner eine Umschaltung der Annäherungsschaltung 19 zwischen einer kleinen und einer großen Zeitkonstante. Die Steuerschaltung 24 wird einerseits vom Aus-

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gangesignal am Ausgang 25, andererseits durch eine bistabile Schaltung 23 gesteuert, die durch das erste Auftreten eines Maximalwertes vorbestimmter GröBe im Maximalwertspeicher 17 gesetzt und erst nach Ende einer gesamten Signalfolge durch ein Normierungesignal an ihren RUckstelleingang 26 zurückgestellt wird. Die bistabile Schaltung 23 steuert ferner die Schaltervorrichtung 15 in der genannten Regelschleife, eine den invertierenden Eingang des_; Komparators 13 mit Erdpotential verbindende Schaltervorrichtung 22 und das UND-Glied 14 am Ausgang des !Comparators 13.

In Fig. 2 ist eine mögliche Signalfolge dargestellt, die ein Lesegriffel bei der Abtastung eines Etiketts an den Eingang 10 der in Fig. 1 gezeigten Schaltungsanordnung liefert. Diese Signalfolge ist hinsichtlich ihres zeitlichen Verlaufs in drei Abschnitte to, tp und tr eingeteilt. Der Abschnitt to entspricht dem in Fig. 1 gezeigten Ruhezustand der Schaltungsanordnung, in dem die als Ruhekontakte dargestellten Schaltervorrichtungen 15 und 22 geschlossen sind. Der Zeitraum tp kennzeichnet den Beginn der Abtastbewegung des Lesegriffels, und zwar diejenige Phase, in der der Lesegriffel auf ein Etikett aufgesetzt ist, jedoch noch keine Informationselemente abtastet. Der Zeitraum tr kennzeichnet dann die Informations· phse, in der der Lesegriffel über die Informationen hinweggeführt wird und einen bivalenten Signalverlauf liefert, der in eine Impulsreihe fester Pegelwerte umzusetzen ist.

Es ist zu erkennen, daß der Signalverlauf insgesamt zwei Reflexionswerte des Informationsträgers wiedergibt, die in durch die Verteilung der Informationen vorbestimmter

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Weise zwischen dem Zustand "weiß" und dem Zustand "schwarz" wechseln und somit unterschiedliche Signalamplitudenwerte E liefern. Diese Signalamplitudenwerte haben einen zeitlich veränderlichen Signalhub, solche Änderungen können durch Einflüsse der oben beschriebenen Art verursacht sein. Sie führen dazu, daß den Informationssignalen eine zeitlich veränderliche Gleichgröße überlagert ist, die in Fig. 2 durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist. Die Signalamplitudenwerte E pendeln um diese zeitlich veränderliche Gleichgröße. Ihre sichere Unterscheidung ist dann möglich, wenn dem Komparator 13 in der in Fig. gezeigten Anordnung neben dem Signalverlauf ein Schwellenwert zugeführt wird, der im Idealfall entsprechend der in Fig. 2 gestrichelt dargestellten Gleichgröße verläuft. Durch die Erfindung ist es möglich, einen Schwellenwert zu erzeugen, der diesem Idealen Verlauf sehr nahe kommt, so daß der in Fig, 1 gezeigten Anordnung nachgeschaltete logische Schaltungen ein:? Impulsfolge konstanter Impulsamplitude auswerten können, die die ursprünglichen Informationen exakt wiedergibt. Es sei darauf hingewiesen, daß die Informationen nicht unbedingt als schwarze Markierungen auf einem weißen Informationsträger angeordnet sein müssen, ebenso können auch beliebige andere Farben gewählt sein, da die Signalamplitudenwerte lediglich vom Kontrast der Informationselemente gegenüber dem Informationsträger abhängen.

In Fig. 3 ist der Zusammenhang der am Ausgang 25 der Auswerteschaltung gelieferten Impulsfolge E25 mit der aufzubereitenden Signalfolge E11 dargestellt. Anhand dieser Darstellung soll nun zunächst die Art der Signalaufbereitung mit der in Fig. 1 gezeigten Schaltung in der Informationsphase tr erläutert werden, in der die beiden

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Schaltervorrichtungen 15 und 22 durch ein Signal der bistabilen Schaltung 23 geöffnet sind, die Annäherungsschaltung 19 mit kleiner Zeltkonstante arbeitet und die Schwächlings schaltung 20 unwirksam ist.

Die Signale E11 des Eingangsverstärkers 11 werden dem nicht invertierenden Eingang des !Comparators 13 sowie dem Maximalwertspeicher 17 und dem Minimalwertspeicher 18 zugeführt. Der Maximalwertspeicher 17 habe dabei anfangs einen Speicherinhalt, der in Fig. 3 durch den Beginn der oberen gestrichelten Linie E17 dargestellt ist. Ebenso sei vorausgesetzt, daß der Minimalwertspeicher 18 durch vorherige Einspeicherung eines bestimmten Signalamplitudenwertes einen Speicherwert hat, der in Fig. 3 durch den Beginn der unteren gestrichelten Linie E18 dargestellt ist. Die mit beiden Speichern 17 und 18 verbundene Mittelwertschaltung 21 erzeugt den Mittelwert beider SpeicherInhalte E17 und E18 und liefert diesen Wert als Schwellenwert bzw. Referenzspannung an den invertierenden Eingang des !Comparators 13. Dieser Wert ist in Fig. 3 durch den Beginn der mittleren strichpunktierten Linie E21 dargestellt.

Der vorstehend beschriebene Ausgangszustand der beiden Speicher 17 und 18 und der Mittelwertschaltung 21 wird beibehalten, bis das vom Eingangsverstärker 11 gelieferte Signal E11 im Komparator 13 den Schwellenwert am Punkt A durchläuft. Der Komparator 13 schaltet dabei seinen Ausgangszustand z.B. von dem binären Wert L auf den binären Wert 0 um, wodurch eine abfallende Impulsflanke der Impulsfolge E25 am Ausgang des UND-Gliedes 14 erzeugt wird, die im unteren Teil der Fig. 3 zum Zeitpunkt A¹ dargestellt ist. Gleichzeitig wird durch diesen Vorgang für

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eine vorbestimmte Zeit ein Kriterium für die Einschaltung der Annäherungsschaltung 19 von der Steuerschaltung 2k geliefert, so daß die Annäherung bei!ei· Speicherinhalte E17 und E18 um einen errfc sprechend vorbestimmten relativen Betrag erfolgt, wie er it, rig, 3 dargestellt 1st. Diese Änderung der Speicherinhalte erfolgt für den Maximalwertspeicher 17 in der Richtung des Signalüberganges» sie ist in Fig. 3 durch eine entsprechende Nlve&uverringerung der oberen gestrichelten Linie F.17 dargestellt. Die Änderung des Speicher inhaltes EIS des Minimalwert"-Speichers 18 wirkt sich auf die nachfolgende Mittelwertbildung nicht aus, da in den Minimalwertspeicher 18 der aktuelle, auf den Signalübergang folgende winiiaale Signalamplitudenwert eingespeichert wird, der sich durch die abfallende Richtung des Signalübergangs ergibt* Bi* Annäherung erfolgt bezüglich des Speicherinhalts. E18 also nur probeweise, blis der Speicherinhalt 318 dvrc-b. -;ie;.\ aktuellen Signalamplltudenwort ^hvergrößert* wird vnü das Signal diesen Teil der Annähenmg

Sobald der aktuelle minimale Signalamplituden-^ert erreicht ist, erzeugt die Mittelvertschaltung 21 de/i Mittelwert E21 zwischen dem verringerten Speicherinhalt E17 des Maximalwertspeichere 17 und dem aktuellen Miriißiaiwert der Signalamplitude im MJ niaa&lwertjspeicher 18. Der Mittelwert E21 wird somit gegenüber dem Pegel dss Puiüctes A nach unten verlagert und liefert einen Schwellenwert an den Komparator 13, der eine Umschaltung de« Ausgsmgszustandes des Komparators 13 von seinem binlren Zustand zu seinem binären Zustand L bewirkt, sobald das Sigaal E11 diesen Schwellenwert beim nächsten Signalülbergaag im Punkt B durchläuft. Die damit verbundene Ausgaagssignaländerung ist im unteren Teil der Fig. 3 21» Zeit-

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punkt B' dargestellt. Mit diesem Durchlaufen des Schwellenwertes wird wiederum ein Kriterium für die kurzzeitige Virksamschaltung der Annäherungsechaltung 19 erzeugt, so daß diese die beiden Speicher Inhalte wieder um den vorbestimmten Betrag einander annähert. Die bereits beschriebenen Vorgänge wiederholen sich nun, jedoch entsprechend dem anders gerichteten SignalUbergang in entgegengesetzter Richtung. Im unteren Teil der Fig. 3 sind die weiteren, am Ausgang 25 erzeugten Impulse entsprechend den Durchläufen durch den jeweiligen Schwellenwert E21 an den Punkten C, D und E zu den Zeitpunkten C', D' und E* dargestellt.

Die ausreichende Wirkung der Schaltungsanordnung bei stark abnehmendem Signalhub kann dem in Fig. 3 gezeigten Verlauf für den Bereich B-C-D entnommen werden. Hier liegt beispielsweise eine Verringerung des Signalhubes vor, die den jeweiligen Betrag der Annäherung der Speicherinhalte übersteigt, so daß der Signalverlauf E11 den Speicherinhalt E18 nicht mehr erreicht. Die so auftretende Differenz der Signalhübe wird durch die Verringerung des Speicherinhaltes E18 bei jedem Signalübergang des Minimalwertspeichere 18 mit zwei Schritten praktisch erreicht. Zwischen den Punkten C und D ist zu erkennen, daß der aktuelle Miniaalwert der Signalamplitude E11 den gestrichelt dargestellten Verlauf E18 des Speicherinhaltes des Minimalwertspeichere 18 nicht erreicht, wodurch der Schwellenwert beibehalten wird, der zwischen den Punkten B und C erzeugt wurde. Trotz dieser vorübergehenden "Ungenaulgkeit" ist jedoch eine einwandfreie Erkennung der wechselnden Signalamplitude auch bei dem dargestellten hohen Signalhubverlust gesichert. Ebenso wäre bei entsprechend

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größerem Annäherungsgrad auch ein Erreichen einer noch geringeren Signalamplitude möglich. Daß der Annäherungsgrad infolge seiner relativen Bemessung mit abnehmendem Signalhub kleiner wird, ist aus den kleiner werdenden Stufen des Verlaufs E18 besonders deutlich zu erkennen.

Aus Fig. 3 ist außerdem zu ersehen, daß der Schwellenwert E21 eine "mitlaufende" Charatkeristik hat, d.h. er liegt zwischen dem Mittelwert des jeweils vorhergehenden Signalüberganges und dem darauf folgenden aktuellen Extremwert des Signals E11. Auf diese Weise wird erreicht, daß selbst große Signalhubverluste eine einwandfreie Erkennung wechselnder Signalzustände nicht verhindern können.

Das Ende der Signalfolge wird auf nicht dargestellte Weise in nachgeordneten logischen Schaltungen ggf. durch ein besonderes Informationselement erkannt und bewirkt die Erzeugung eines Normierungssignals, das dem Rückstelleingang 26 der bistabilen Schaltung 23 zugeführt wird. Dadurch werden die Schaltervorrichtungen 15 und 22 wieder geschlossen.

Dieser Zustand der Schaltungsanordnung ist für die Zeitphase to vorgesehen, die dem absolut signalfreien Zustand entspricht. Der zugehörige Signalverlauf ist in Fig. 4 dargestellt. In der Ruhepause to liegt kein Signal am Eingang 10 der Schaltungsanordnung. Die über die Schaltervorrichtung 15 und den Regelwertspeicher 16 verlaufende Regelschleife ist geschlossen. Ferner ist die Schaltervorrichtung 22 am invertierenden Eingang des Komparators 13 geschlossen und verbindet diesen Eingang mit Nullpotential. Die Schaltervorrichtung 22 hat die Aufgabe, die im folgenden zu beschreibenden Funktionen der Regelschleife durch ein Mitlaufen der Schwellenwert-

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erzeugung nicht zu sturen. Die Regelschleife kompensiert Drifterscheinungen und Offsetspannungen des Eingangsverstärkers 11, die größer sein können als der überlagerte Gleichwert der Abtastsignalfolge. Es sei bemerkt, daß als Schaltervorrichtung 13 und 22 vorzugsweise elektronisch arbeitende Schalter vorgesehen sind.

Wenn die Ausgangsgröße des Eingangsverstärkers 11 zu positiven Werten hin driftet, so wird der Ausgang des Komparators 13 ebenfalls einen positiven Zustand annehmen, der Jedoch infolge des in der Ruhephase to gesperrten UND-Gliedes 14 am Schaltungsausgang 25 nicht wirksam wird. Der positive Ausgangszustand des !Comparators 13 erzeugt eine positive Einströmung am invertierenden Eingang des Verstärkers 11, die wiederum an dessen Ausgang eine Änderung zu negativem Wert hin zur Folge hat, welche solange andauert, bis die Schalt schwelle des !Comparators 13 durchlaufen wird. Dieser schaltet dann seinen Ausgangszustand auf das entgegengesetzte Signal, wodurch eine negative Einströmung am invertierenden Eingang des Verstärkers 11 erfolgt, die wiederum eine Änderung des Zustandes am Verstärkerausgang zu positiven Werten hin zur Folge hat, bis die Schaltschwelle des !Comparators 13 erneut durchlaufen wird. In der Regelschleife entsteht also ein schwingungsartiger Vorgang derart, daß der Ausgangszustand des Eingangsverstärkers 11 entsprechend mit geringen Werten um die Schaltschwelle des Komparators 13 herumpendelt. Dieser Zustand ist in Fig. 4 durch eine Welligkeit des Signalverlaufs E11 während der Phase to dargestellt. Wenn zu einem späteren Zeitpunkt die Schaltervorrichtung 15 in der Regelschleife geöffnet wird, so hält der Regelwertverstärker 16 den zuvor erreichten Rege lwert, wodurch der Eingangsverstärker 11 dann während

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der Informationsphase tr den zuletzt erzeugten Regelwert an seinem Eingang behält. Diese Regelwertspeicherung ist hinsichtlich ihrer Dauer der verhältnismäßig kurzen Informationsphase tr angepaßt.

Zu Beginn der Vorphase tp_f in der der Lesegriffel auf den Informationsträger an informationsfreien Stellen aufgesetzt ist, erhält der Signalverlauf E11 einen Sprung zu einem Maximalwert hin, so daß der Maximalwertspeicher 17 an seinem Ausgang eine diesem ersten Signalhub proportionale Größe E17 liefert. Damit wird die bistabile Schaltung 23 angesteuert, so daß die Schaltervorrichtungen 15 und 22 zum Zeitpunkt t23 geöffnet werden und die Schaltungsanordnung bezüglich dieser Vorrichtungen in den bereits beschriebenen Schaltzustand gelangt. Allerdings ist noch die große Zeitkonstante der Annäherungsschaltung 19 eingeschaltet und die Schwächungsschaltung 20 wirksam. Die Umschaltung der Zeitkonstante in der Annäherungsschaltung 19 sowie die Abschaltung der Schwächungsschaltung durch die Steuerschaltung 2h erfolgt erst dann, wenn am Ausgang des UND-Gliedes 14 ein Impuls auftritt.

Während der Vorphase tp arbeitet die Annänerungsscharcung 19 mit einer relativ großen Zeitkonstante, die kleiner bemessen sein muß ale die kürzeste Zeitdauer der Vorphase betragen kann, jedoch nicht kleiner sein darf als die längste Zeitdauer dec ersten Signalüberganges der Informationsphase sein kann- Während der Vorphase tp läuft der Speicherinhalt E18 des Minimalwertspeichers 18 langsam auf den Wert ein, den auch der Maximalwertspeicher enthält. Dieser Wert wird jedoch durch die Schwächungsschaltung 20 effektiv verringert, so daß er beispielsweise

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nur zu 50% wirksam wird. Dieser Verlauf 1st In Flg. 4 durch die unterste gestrichelte Linie E18 dargestellt. Der langsame Anstieg dieser Linie entspricht der während der Vorphase tp zum Zeltpunkt t23 eingeschalteten großen Zeltkonstanten.

Die Schwächung des Speicherinhaltes des Minimalwertspeichere 18 erfolgt deshalb, well während der Vorphase tp der Schwellenwert als Mittelwert zwischen dem Speicherinhalt E17 des Maximalwertspeichers 17 und dem Speicherinhalt E18 des Minimalwert speichere 18 so festgelegt werden muß, daB er etwa in die Mitte der zu erwartenden ersten Flanke eines Signalüberganges fällt. Der so erzeugte Schwellenwert E21 ist in Fig. 4 strichpunktiert dargestellt. Seine Höhe ist entsprechend der vorstehenden Forderung bestimmbar, wozu ein Erfahrungswert einer maximal möglichen Kontrastverringerung bzw. eines entsprechenden Signalhubverlustes in Rechnung gesetzt werden kann.

Die große Zeitkonstante der Annäherungsschaltung 19 während der Vorphase tp hat zur Folge, daß während der Vorphase langsame Niveauänderungen des Signalverlaufs E11 nicht zu einem Durchlaufen des Schwellenwertes E21 fuhren. Außerdem wird der relativ kurzzeitige Signalübergang am Beginn der Informationsphase tr vor dem Durchlaufen des Schwellenwertes E21 kein schnelles Nachführen dee Speicherinhaltes E17 des Maximalwertspeichers 17 auf den nachfolgenden Minimalwert bewirken, weil sonst der Sehwellenwert E21 dem Signalverlauf E11 "davonlaufen" würde und nie durchlaufen werden könnte. In Fig. 4 ist ferner.eine kurzzeitige Störung des Signalverlaufe E11 dargestellt, die sich infolge der Annäherungsschaltung 19 in einem kurzzeitigen Absinken des Schwellenwertes E21 äußert,

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das vorteilhaft eine Erhöhung des Störabstandes bewirkt.

Am Beginn der Vorphase tp erfolgt ein Signalübergang von dem dargestellten hohen Signalamplitudenwert zu einem geringeren Signalamplitudenwert, wobei der effektive Speicherinhalt E18 des Minimalwertspeichers 18 diesem Signalabfall zunächst folgt. Dieser Effekt ist infolge der noch wirksamen Schwächungsschaltung 20 entsprechend verringert, wie es in Fig. 4 dargestellt ist. Der Schwellenwert E21 zeigt diesen Vorgang gleichfalls, jedoch ist die entsprechende Änderung durch die Mittelwertbildung zwischen den Werten E17 und E18 halbiert. Er wird dann durch den Signalübergang gekreuzt, der am Ausgang des UND-Gliedes 14 das Kriterium zur Wirksamschaltung der Steuerschaltung 24 liefert. Die Steuerschaltung 24 schaltet die Zeitkonstante der AnnäJaerungschaltung 19 vom hohen Wert auf den geringen Werfe und macht die Schwächungsschaltung 20 unwirksam. Der Speicherinhalt E18 des Minimalwertspeichers 18 läuft von diesem Zeitpunkt an genau mit der abfallenden Signalflanke, Durch die Umschaltung der Zeitkonstante macht sich die Annäherung durch eine entsprechend schnellere Absenkung des Speicherinhalts E1? bemerkbar, so daß £>r Mittelwert als Schwellenwert E21 den in Fig. 4 weiter dargestellten Verlauf erhält. Danach laufen die bereits für die Informationsphase tr beschriebenen Vorgänge wieder ab.

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Claims

Pa tentan Sprüche

Verfahren zur Erzeugung einer Impulsfolge konstanter Impulsamplitude aus einer bivalenten Signalfolge veränderlicher Signalamplitude, der eine zeitlich veränderliche Gleichgroße überlagert ist, durch Vergleich eines während der SignalUbergänge zwischen den jeweiligen beiden Signalamplitudenwerten durchlaufenen Schwellenwertes mit der Signalfolge, insbesondere zur Auswertung optisch abgetasteter strichcodierter Informationen, dadurch gekennzeichnet, daß der vor einem Signalübergang jeweils vorhandene Signalamplitudenwert gespeichert und während der auf den Beginn des Signalübergangs folgenden Zeit als Maximal- bzw. Minimalwert mit dem auf den Signalübergang folgenden, als Minimal- bzw. Maximalwert abgeleiteten Signalamplitudenwert die Erzeugung eines als Schwellenwert für den nächstfolgenden Signalübergang verwendeten Mittelwertes steuert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gespeicherte Signalamplitudenwert vor der Erzeugung des Mittelwertes um einen vorbestimmten Betrag in Richtung des erstgenannten SlgnalUberganges geändert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Kriterium für den Beginn der Änderung des jeweils gespeicherten Signalamplitudenwertes das Durchlaufen des Schwellenwertes durch das Signal während eines Signalüberganges gewertet wird.

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4. Verfahren nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Speicherung des jeweils geänderten Signalamplitudenwertes mindestens bis zum Ende des auf ihn folgenden Signalamplitudenwertes erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalamplitudenwerte einem Minimalwert- und einem Maximalwertspeicher zugeführt werden, deren Speicherinhalte bei jedem Signalübergang einander um den vorbestimmten Betrag angenähert werden, der relativ zu der Differenz der SpeicherInhalte bemessen ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Annäherung für eine dein vorbestimmten relativen Betrag entsprechend bemessene 2Ieit und mit einer Zeitkonstanten, die höchstens gleich der kürzesten vorkommenden Zeit eines Signalüberganges ist» durchgeführt *drd«
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, zur Aussiei-t-ung bi valenter Signalfolgen, denen jeweils ein Sigri&l'/f-?a mit im wesentlichen konstanter Signaiamplituäe v geht, dadurch gekennzeichnet, daß während jedes Signalverlaufs eine Annäherurig beider Speicher Inhalte mit einer gegenüber der längst:ac>£liel*en Signalübergongszeit des auf den genannten Gign?!verlauf folgenden Signalüberganges größeren, jedoch gegenüber dem kürzesten vorkommenden Signalvorlauf wesentlich kürzeren Zeitkonstante auf etwa überoinsti^mende Speie-herlnhälte sowie eine Verringerung des effektiven Speiejb.erInhaltes des Minimal wertspe.lchers entgegen öer Riclrfciixig des zu Beginn des Signalverlaofs stattfindenden Signal überganges durchgeführt %iru,

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8. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Signalfolge verstärkender Eingangsverstärker (11) vorgesehen ist, dem ein Komparator (13) nachgeschaltet 1st, dessen Referenzeingang mit einer Mittelwertschaltung (21) verbunden ist, die durch die gespeicherten Werte der Signalfolge gespeist wird, und daß eine zur Speicherung vorgesehene Speichervorrichtungen (17, 18) beeinflussende Annäherungsschaltung (19) vorgesehen ist, die durch die am Komparatorausgang auftretenden Signalübergänge jeweils für die dem vorbestimmten Annäherungsbetrag entsprechend bemessene vorbestimmte Zeit einschaltbar ist.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine vom Komparatorausgang zum Eingangsverstärker (11) führende Regelschleife vorgesehen ist, die einen Regelwertspeicher (16) und eine Schaltervorrichtung (15) zur Schleifenöffnung und Schleifenschliessung enthält, welche durch eine mit Auftreten eines ersten Signalamplitudenwertes im Maximalwertspeicher (17) angesteuerte bistabile Schaltung (23) geöffnet wird.
10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß eine durch die bistabile Schaltung (23) und durch die erzeugte Impulsfolge gesteuert· Steuerschaltung (24) vorgesehen ist, die am Beginn eines Signalverlaufs mit im wesentlichen konstanter Signalamplitude eine Umschaltung der Annäherungssohaltung (19) von der kleinen auf die große Zeitkonetante und die Einschaltung einer Schwächungsschaltung (20) bewirkt, die dem Minlmalwertspelcher (18) naehgeschaltet ist.

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11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzeingang des !Comparators (13) mit einer weiteren, durch die bistabile Schaltung (23) steuerbaren Schaltervorrichtung (22) verbunden ist, über die für signalfreie Zeiten Nullpotential an den Referenzeingang schaltbar ist.
12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem Rückstelleingang (26) der bistabilen Schaltung (23) ein mit Ende einer Signalfolge erzeugtes Normierungssignal zuführbar ist.

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