DE2216111C3 - Elektrische Schaltung zum Eliminieren von angefachten Schwingungskomponenten - Google Patents

Description

zugeführt wird.

7. Schaltung nach Anspruch ί>. dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang der zweiten Integrierschaltung (5) mit dem Abgriff für einen Eingang des Komparator (2) und dem Eingang der Summierschaltung (3, 4) eint· Invertierschaltung (6) vorgesehen ist.

S. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wandlersignal v„ einmal einer ersten Differenzierschaltung (9) zur Bildung des differenzierten Signals y'„ und einer Summierschaltung (11) zugeführt wird, das differenzierte Signal y„' einer zweiten Differenzierschaltung (10) zur Bildiingdes differenzierten Signals y„" undder Summierschaltung (11) zugeführt wird und das differenzierte Signal y_o" ebenfalls am Eingang der Summierschaltung (11) liegt.

9. Schaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Wandlersignal y„ durch den einstellbaren Faktor b verändert der Summierschaltung als Signal - by„ zugeführt wird.

10. Schaltung nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß das differenzierte Signal y durch den einstellbaren Faktor α veränder' der Summierschaltung als Signal - ay,' zugeführt wird.

11. Schaltung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis H), dadurch gekennzeichnet, daß dem Wandler (1) eine Folge eines Eingangssignals E₀ in Form einer senkrechten Anstiegs- und Abfallflanke mit sich anschließendem konstanten Verlauf zugeführt wird und der Analogrechner (3 bis 8 bzw. 7', 8', 9, 10, 11) hierbei bezüglich der Faktoren α und b abgestimmt wird, bis das Ausgangssignal Eden Verlauf des Eingangssignals E₁, aufweist.

12. Schaltung nach Anspruch 5, 6, y, 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die veränderbaren Faktoren α und b durch Potentiometer gebildet werden.

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltung zum Eliminieren von angefachten Schwingungskomponenten in von einem Wandler abgegebenen elektrischen Ausgangssignalen, wobei dem Wandler Eingangssignale zugeführt werden, die aus unterschiedlichen Frequenzen und Amplituden zusammengesetzt sind und die im Wandler in elektrische Ausgangssignale umgeformt werden, die Schwingungskomponenten aufweisen, die vom Eigenschwingungsverhalten des Wandlers herrühren.

Bei der Messung physikalischer Großen, beispielsweise von Druckänderungen, bedient man sich Geber, deren Meßsystem stets ein Eigenschwingungsverhalten aufweist. Um zu verhindern, daß das Eigenschwingungsverhalten des Gebers den vom Geber abgegebenen Meßwert beeinflußt, wird üblicherweise die Eigenfrequenz des Gebers so gewählt, daß die Frequenz der zu messenden physikalischen Größe wesentlich geringer ist. Auf diese Weise können die zu messenden physikalischen Größen den Geber nicht dazu anregen, in seiner Eigenfrequenz zu schwingen.

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ode versagt jedoch, wo sehr steile Ände-Ifllfcsef_{er zu messen}den physikalischen Größe aufinnigen i_sweise treten bei Messungen des Blut-

"geien ^Beib^ _{nahe dem} Herzen relativ rasche, d.h. Tänderungen auf. Diese steilen Druckän-⁰"\ _die Meßmembran des Gebers dazu ^K r Eiaenfrequenz zu schwingen. Um diese -&, in ^inr" jngzu halten, kann man am Geber eine

Störunge B Dämpfung vorsehen. Hierbei besteht ,„,sprechende w 5 ^ _q

? ?her η chTauf alle zu messenden Druckän- * « _{icht d}._h. _das Gebersy-

zu träge' "^{m den} Änderungen der zu Sh Göß idfi fl

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Sd zu träge "^m g

^em Jen phy Sischen Größe einwandfrei folgen "Tnnen Bd bestimmten Anwendungsfällen, ins-^{W k}nde ?'bd Blutdruckmessung im oder nahe dem besondere oei η _möglich, _den Geber auf

^HefZen' »nnteWdsezu verändern. _dic vorgenannte weise ζ«ι e

S^Äu betrachdenwcrte der Regelabweichung erfaßt werden, deren Übertragung vom Eigenschwingungsverhalten des Abtastgliedes nicht beeinflußt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, die durch das Eigen

schwingungsverhalten des Wandlers bedingte

Sctwingungskomponente im Ausgangssignal aes

Wandlers zu eliminieren und die im Übertragungsweg des Wandlers verlorengehenden hohen Frequenzen

wiederzugewinnen
^ ^. _{einer e},_{ektnschen Schallung} der eingangs gc-

nannten Art wird dies dadurch erreicht daß ein an sich bekannter der Schwingungsgieichung £ - y" f ay + by folgender Analogrechner vorgesehen

ist, der durch Einstellen der ™»«^η « "J* * _aS das Eigenschwingungsverhallen des Wandlers ab

stimmbar ist und Ausgangssignale a»g»^,^ sammen mit den Ausgangssignalen y_o des Wandlers einem Komparator zugeführt werden, dessen Ausgangssignale £ als zu den Eingangssignalen £ pro-,0 Jorfiontle Signale dem Eingang des Analogrechners

nur sehr

angeregt während der zweite Ana-

fen jedoch nicht ohne wesentl.che Meßwertverfal-Sung mittels elektrischer Schwmgkre.se ausgef ,Itcrt

einer Einrichtung zum Messen eines Nutzs,-dem ein Störsignal überlagert ,st werden Nutz

und Störsignal Wandlern zugeführt, die jewerts Filter an eine Integrationsscha tung angeschlosg tju »hai

_oport,_{ona) zu des} Wandlers ist.

W and ,er zu

bekannten Verlaufs dem 8 ^ _{sodann die Faktorcn a}

vorzug-

do⁸ch eventuelle durch ^^^KSS ten der Wandler bedingte Schwingungskornponcnt m Ausgangssignal der Wandler unberücksichtigt.

Um das Schwingungsverhalten eines Schw.ngungssystems nachbildbar zu machen, sind bereits Analog-S_hner bekannt, we.che^der S^wingungs^chu^

üb'eruagungsverhalten eines Gebers durch einen Rechner simuliert werden.

Es sind auch Regelkreise bekannt, welche u. a. ein Abmstglied und ein Korrekturglied enthalten. Durch das AbtastRlied wird eine Regelabweichung in penod sehenStänden abgetastet, so daß die abgetastete Regelabweichung einen treppenformigen Verlauf aufweist Im Korrekturglied wird die abgetastete Ro_g abweichung in eine für das Stellglied d„ Rege Lecke geeignete Stellgröße umgewandelt Das \ halten des Korrekturelieds folgt entweder cine Differential- oder einer Differenzengleichung. Das Koblern des E.immiercns angefachter. Schwujju,^ komponenten tritt hierbei n.cht au da .η' P^e"»™ⁿ. Ahd immer nur die augenblicklichen AmpUtu

_üsungsmögi,_chke,t _{ösungsmöglichkei}t

_AufUeten

1 *c! Ausführungsbeispielc werden nachfolgend an

^ Zeichnung erläutert. Es zeigt

Hand der ^e£h g ^^^ _Lüsungsmögi,_chke,t

F fc. 1 Je^ _ölchkeit

rig· und._g ^

^Sl8 _BS_r schaltung nach Fig. 1 stellt der ΒΙοΛ Idas

³⁵ _Gebcrsvstem dar. bei welchem es sich im gezeigten

^2}⁵¹^._ίηβη Druckgeber mit einer Flussigkei s-

F.1 um , nc J^ ^ _Gebersy5tem 1 wird

tra^ns™^is" . , _E beaufschlagt, wöbe, diese m t Dr ^»Βη^^ ^^ _und A 6c IJrucK g _{Das Gebersystem} l wa

speku u ma _e,_cklrische Signale y_o. Diese

Dru W«^ ^ ^ ^ verfälscht gegen-

_{Ver)auf der EingangS}s,gnale t und zwar

j Schwingungskomponenten,auf, die duren

6₅ wc,.., " _ngungsverhaltcn des Gebersystemsi

JSind. HierL, handelt es «ch in «^ Un«

_{um ged}ämpfte Schwingungen, d.e vom Eingangssigna

E_n angefacht werden und in denen die hohen Frequenzanteile von E_n untergehen. Das verfälschte Signal y„ wird einem Komparator 2 zugeführt. Am zweiten Eingang des Komparators liegt ein Signal y an. Dieses Vcrgleichs^ignal y wird wie folgt erzeugt: Vom Ausgang des Komparators 2 wird ein Signal £ abgegriffen. Dieses Signal £ wird an den Eingang einer Summierschaltung 3 gegeben. Die Summicrschaltung 3 erzeugt (ohne Berücksichtigung des Vorzeichens) ein Signal y". Dieses Signal y" wird einem Integrator 4 zugeführt, der ein Signal - y' bildet. Dieses Signal — y' wird abermals integriert in einem zweiten Integrator 5, so daß an dessen Ausgang ein Signal y liegt. Dieses Signal y wird dem zweiten Eingang des Komparators 2 zugeführt. Über eine Invertierschaltung 6 wird eine Zeichenumkehr des Vorzeichens des Signals y vorgenommen, so daß am Ausgang der Inverterschaltung ein Signal -y liegt. Dieses Signal — y wird in der Schaltung 8 mit dem veränderbaren Faktor h multipliziert, wobei das dann entstehende Signal - by am zweiten Eingang der Summierschaltung 3 liegt. Vom Ausgang der ersten Integrierschaltung 4 wird das Signal - y' abgegriffen und der Schaltung 7 zugeführt, wo es um den Faktor u multipliziert wird. Das sich ergebende Signal - ay' wird dem dritten Eingang der Summierschaltung 3 zugeführt. Im praktischen Ausführungsbeispiel können die Summierschaltung 3 und der Integrator 4 zusammengefaßt werden, da die Eingänge £, — ay' und

- by bereits den Summenwert y" darstellen, der zu integrieren ist. Bei den Schaltungen 7 und 8 handelt es sich vorzugsweise um Potentiometer, an denen der α-fache Betrag von - y' bzw. der fr-fachc Betrag von

— y abgegriffen wird.

Sind die veränderbaren Faktoren α und b entsprechend auf das Gebersystem 1 abgestimmt, dann tritt am Ausgang des Komparators 2 ein Signal E auf. das identisch ist mit dem physikalischen Eingangssignal E_n des Gebersystems 1. Dieses Signal £ enthält somit wieder die auf dem Übertragungsweg des Gebers verlorengegangenen hohen Frequenzanteile und ist von den störenden Schwingungen wieder befreit.

Die diesem elektrischen System zugrundeliegenden mathematischen Grundlagen sind folgende:

Zwischen dem Eingangssignal E_n und dem Ausgangssignal y„ des Gebersystems 1 herrscht folgende Beziehung

E_n = dryJdv + ady_o,dt + by„

In gleicher Weise wird über den Analogrechner 3 bis 8 die Beziehung hergestellt

E = d²y/dt² + ady/dt + by
= y" + ay' + by

Dies bedeutet also, daß der Analogrechner 3 bis 8 mit einem Eingangssignal E beaufschlagt wird, analog dem Signal E_n beim Gebersystem 1, und ein Ausgangssignal y abgibt, analog dem Ausgangssignal y„ des Gebersystems 1, wobei das Ausgangssignal y des Analogrechners der vorgenannten Gleichung genügt.

Werden nun die Faktoren α und b des Analogrechners 3 bis 8 so abgestimmt, daß das Signal y etwa gleich dem Signal y„ ist, ist gewährleistet, daß das Ausgangssignal E am Komparator gleich dem Eingangssignal E_n am Gebersystem 1 ist. Das Signal E kann somit registriert werden, ohne daß es verfälschende Schwingungskomponenten aufweist.

Um den erforderlichen Abgleich des Analogrechners 3 bis 8 bezüglich der Faktoren α und h im Hinblick auf das Gebersystem 1 vornehmen zu können, wird wie folgt vorgegangen: Das Gebersystem 1 wird mit einer Folge von Rechtecksignalen beaufschlagt. In Fig. 3 ist die Anstiegsflanke eines Rechtecksignals dargestellt. Die am Ausgang des Komparators 2 auftretenden Signale E werden beobachtet. Sodann werden die Faktoren α und b so weit verstellt, bis das Ausgangssignal E ebenfalls die Form einer Folge von Rechteckimpulsen aufweist, die also frei von verfälschenden Schwingungen sind, wie sie beim Signal y„ noch vorhanden sind. Die Verwendung von Rechteckimpulsen ist deshalb dienlich, da nach der Fouricr-Rcihe die hierbei auftretenden Rechtecksprünge ein breites Spektrum von Sinus-Schwingungen bis zu hohen Frequenzen enthalten.

Wie schon zuvor erwähnt, folgt der Analogrechner 3 bis 8 der Gleichung

/; = y + ay + by.
Bei der Eingangsschaltung 3 ist die Gleichung

y" = £ - by - ay'

verwirklicht.

Im Gegensatz zur Vergleichsschaltung nach Fig. 1 arbeitet die Schaltung nach Fig. 2 mit Differenzierschaltungen. Die zu messende physikalische Größe £„ wird im Wandlcrsystcm 1 verfälscht. Am Ausgang des Wandlcrsystems 1 tritt ein Wert y_n auf, der Schwingungskomponenten aufweist, die durch das Eigenschwingungsvcrhalten des Wandlersystcms 1 bedingt sind. Der Wert y„ wird einer Differenzierschaltung 9 zugeführt, an deren Ausgang das differenzierte Signal dyuit = y„'auftritt. Der Wert y_n' wird einer weiteren Differenzierschaltung 10 zugeführt, welche das Differenzial d^:y dr = y_n" bildet. Das Signal y„" liegt an einem der drei Eingänge der Summierschaltung 11. Vom Ausgang des Gebersystems 1 wird der Wert y,.

abgegriffen und in der Schaltung 8' mit dem Faktor h multipliziert. Der Wert by_n liegt als weiterer Eingang an der Summicrschaltung 11 an. Letztlich wird vom Ausgang der Differenzierschaltung 9 der Wert y,,' abgegriffen und in der Schaltung T mit dem Faktor <;

multipliziert. Das Signal ay_n' liegt als dritter Eingang an der Summierschaitung 11 an. Die summierten Werte by\_t, ayj und y_n" ergaben den Ausgangswert /■-der Summierschaltung 11. Wenn die Faktoren α und b in entsprechender Weise auf das Gebersystem 1 abgeglichc.i sind, dann ist der Verlauf des Ausgangssignals E identisch mit dem Verlauf des Eingangssignals £„. Die vorliegende Beschreibung der Schaltung nach Fig. 2 läßt eine eventuelle Vorzeichenumkehr unberücksichtigt. Im praktischen Ausführungsbeispiel liegt

am Ausgang der Schaltung 9 das Signal -y„'. Das Signal y_o" vom Ausgang der Schaltung 10 durchlauf eine Invertierschaltung, so daß am ersten Eingang dci Summierschaltung 11 das Signal - y_o" liegt. Der abgegriffene Wert y„, der mit dem Faktor b multiplizier

wird, durchläuft ebenfalls eine Invertierschaltung, se daß am dritten Eingang der Schaltung 11 das Signa

- by„ liegt. Nach Multiplikation mit dem Faktor ι liegt am zweiten Eingang der Schaltung 11 das Signa

- ay„. An den Eingängen der Schaltung 11 liegen so mit - y„ " und - ay_n und — by, so daß nach einer Vor

zeichenumkehr in der Summicrschaltung 11 am Aus gang der Wert + E liegt.

Der Abgleich des Systems nach Fig. 2 erfolgt ii

gleicher Weise wie beim System nach Fig. 1. Vor- pulsen aufweist.

zugsweise werden Einganggssignale E_n in Form von In beiden Fällen, d.h. sowohl beim

Rechteckimpulsen dem Gebersystem 1 zugefüiirt. Die Fig. 1 als auch beim System nach Fig. 2 Faktoren α und b werden so lange verändert, bis der tor α dämpfungsbestimmend und der F

Ausgangswert E ebenfalls die Form von Rechteckim- ₅ quenzbestimmend.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche: 22

1. Elektrische Schaltung zum Eliminieren von angefachten Schwingungskomponenten in von einem Wandler abgegebenen elektrischen Ausgangssignalen y_a, wobei dem Wandler Eingangssignale E₁₁ zugeführt werden, die aus unterschiedlichen Frequenzen und Amplituden zusammengesetzt sind und die im Wandler in elektrische Ausgangssignale y„ umgeformt werden, die Schwingungskomponenten aufweisen, die vom Eigenschwingungsverhalten des Wandlers herrühren, dadurch gekennzeichnet, daß ein an sich bekannter, der Schwingungsgleichung E = y" + ay' + by folgender Analogrechner (3 bis 8) vorgesehen ist, der durch Einstellen der Faktoren α und b auf das Eigenschwingungsver-Jialten des Wandlers (1) abstimmbar ist und Atisgangssignale y abgibt, die zusammen mit den Ausgangssignalen y_a des Wandlers (1) einem Komparator (2) zugeführt werden, dessen Ausgangssignale E als zu den Eingangssignalen £„ proportionale Signale dem Eingang des Analogrechners (3 bis 8) zugeführt werden.

2. Elektrische Schaltung zum Eliminieren von angefachten Schwingungskomponenten in von einem Wandler abgegebenen elektrischen Ausgangssignalen y_o, wobei dem Wandler Eingangssignale £„ zugeführt werden, die aus unterschiedlichen Frequenzen und Amplituden zusammengesetzt sind und die im Wandler in elektrische Ausgangssignale y_o umgeformt werden, die Schwingungskomponenten aufweisen, die vom Eigenschwingungsverhalten des Wandlers herrühren, dadurch gekennzeichnet, daß ein Analogrechner (7', 8', 9, 10, 11) vorgesehen ist, der von den Ausgangssignalen y₀ des Wandlers (1) beaufschlagt wird und zu den Eingangssignalen e_o proportionale Ausgangssignale E abgibt, die mindestens näherungsweise der Gleichung E = }'„' + ay_o' + by_o genügen und der durch Einstellen der Faktoren α und b auf das Eigenschwingungsverhalten des Wandlers (1) abstimmbar ist.

3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der an sich bekannte Analogrechner eine Summierschaltung (3) zum Summieren dreier Signale E, — ay' und — by aufweist, die ein Summensignal y" bildet, das einer ersten Integrierschaltung (4) zur Bildung des Integrals/y' eugeführt wird und dieses integrierte Signal·/' einer zweiten Integrierschaltung (5) zur Bildung des Integrals y zugeführt wird.

4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale E, - ay' und - by direkt der ersten Integrierschaltung (4) zur Bildung des Integrals y' = - / ( E- ay - by)dt zugeführt werden.

5. Schaltung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das integrierte Signal >·' durch den einstellbaren Faktor α verändert als Signal — ay' dem Eingang der Summierschaltung (3,

4) zugeführt wird.

6. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das integrierte Signal y durch den einstellbaren Faktor b verändert als Signal - by dem Eingang der Summierschaltung (3, 4) 111