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Titel: Auswertungsverfahren zeitveränderlicher Größen, z.B.
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einer statistischen Untersuchung der Zufalisprozesse und ein nach
diesem Verfahren arbeitender Korrelator Die Erfindung betrifft ein Auswertungsverfohren
zeitverönderlicher Größen, z. B. die Bestimmung des Mittelwertes der Produkte dieser
Größen in einem gegebenen Zeitintervall, welches besonders fUr Korrelatoren geeignet
ist und die nach diesem Verfahren arbeitende Korrelatoren, Die bisher bekannten
Auswertungsverfahren veränderlicher Größenr welche die Bildung des Produktes dieser
zweitverdnderlichen Größen erfordern, werden meist mit analogen Kultipliziergeröten
durch führt, welche mit verschiedenen physikalischen Erscheinungen die Produktabhängigkeit
approximieren. Die Tätigkeit dieser Multipliziergerdte ist entweder langsam oder
ziemlich ungenau und erfordern spezielle und deshalb auch teuere Multiplikationselemente.
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Für die Multiplikation langsam veränderlicher Größen werden meistens
Servomultipliziergerdte
oder Multipliziergertite mit zwei Quadratoren verwendet, welche ziemlich kompliziert
sind. Der gemeinsame Nachteil einer Verwendung der analogen Multipliziergerdte ist
die sehr komplizierte Umsetzung der Resultate auf den entsprechenden Zahlwert. Fur
eine genauere Multiplikation werden bisher meistens sehr teuere Zahlenimpulse-Multipliziergeröte
verwendet.
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Zur Beseitigung der meisten Mangel der bekannten Auswertungseinrich
tungen wird das erfindungsgemdße Auswertungsverfahren zeitverb.nderlicher Größen
ausgenutzt.
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Das Verfahren nach der Erfindung besteht darin, daß jede vonKden ausgewerteten
zeitveränderlichen Größen durch einen zweiwertigen Verlauf, ("ges - no " Signal)
einer Reihe kurzer Impulse oder ImpulslUcken ersetzt wird, deren Häufigkeit dem
augenblicklichen Pegel der ausgewerteten Größe entspricht, worauf die so gewonnenen
zweiwertigen Reihenverlöufe kurzer Impulse oder Impuislucken gegenseitig verglichen
werden0 Dieses erfolgt mit RUcksicht auf die Gleichzeitigkeit der Impulse oder Impulslucken
mittels einer logischen Einheit fUr Produkte und negative Summen, wobei die Impulszahl
oder die gesamte Impulsdauer auf dem Ausgang dieser Einheit dem Mittelwert des Produktes
der ausgewerteten Größen proportional ist.
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Der zweiwertige Reihenverlauf kurzer Impulse oder Impulslucken kann
vorteilhaft noch vor dem Vergleich mit der logischen Produkteneinheit mittels einer
Taktgeber-Impulsenreihe derart angeordnet werden, daß jeder Impuls oder jede Impulslucke
des zweiwertigen Verlaufes durch den nächstfolgenden Taktimpuls ersetzt wird.
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Schließlich können nach einem weiteren Anspruch der Erfindung die
zweiwertigen Impulse bei ihrer Umänderung in Taktgeber-Impulse bei einem positiven
Wert der veränderlichen Größe durch gerade Taktimpulse oder ungerade Taktimpulse
und bei einem negativen Wert durch ungerade Taktimpulse und gerade Taktimpulse des
Taktgebers ersetzt werden.
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Der Korrelator nach der Erfindung arbeitet noch der oben beschriebenen
Art und sein Prinzip besteht darin, daß mindestens ein unabhangiger Meßwertwandler
der untersuchten Größe auf die proportionale Frequenz fUr jeden Korrelatoreingang
und die Taktimpulsquelle an einen Korrelctionskreis angeschlossen sind, in welchem
jeder Impuls des Zweiwertsignals aus dem Ausgang des Meßwertwandlers durch einen
Impuls von Taktsignal ersetzt wird. Dabei sind die Ausgänge aus dem Korrektionskreis
entweder unmittelbar oder Uber ein Speicherelement, z.B.
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ein Schieberegister, an den Produktkreis und weiter an die Integrationseinrichtung,
zweckmäßigerweise an einen Zähler, angeschlossen.
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Zwischen den Ausgang des Meßwertwandlers und des Taktgebers und den
Eingang des Produktkreises ist ein Magnetbandgeröt fUr die Aufzeichnung und eine
Ruckfuhrung auf das ursprungliche Signal geschaltet.
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Schließlich ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung der
Meßwertwandler mit einem Indikator des positiven oder negativen Wertes der untersuchten
Größe versehen, wobei mit dem Ausgang dieses Indikators ein Korrektionskreis derart
gesteuert wird, daß die geraden Impulse des Steuersignals zum Ersatz der positiven
Werte der untersuchten Größe und die ungeraden Impulse des Steuersignals zum Ersatz
der negativen Werte der untersuchten Größe besti.it sind.
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Die Wirkung des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, daß die
Gewinnung des Produktes zeitveranderlicher Größen auf eine Durchführung der logischen
Operation vereinfacht wird. Die Eingangsbehandlung der ausgewerteten Größe ist sehr
oft bereits ein Teil des Fühlers oder beschränkt sich nur auf eine sehr einfache
Behandlung mit logischen Elementen, z. B. bei der Ausnützung der Signale aus den
Saitenabnehrern. Diese Behandlung kann auch bei iehrialiger Auswertung jeder Größe
nur einzel durchgefuhrt werden.
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Die Ausdrucksform der zeitverdnderlichen Größe mit einer zweiwertigen
Signal ist äußerst sparsam angesichts der Verwendungsmöglichkeit
eines
Schieberregisters fUr die sehr oft verlangte Zeitverspaltung einer der ausgewerteten
Größen. Das Auswertungsverfahren gemaß der Erfindung ist bedeutend einfacher als
bei den Analog-Systemen, wobei der Uberwiegende Teil der Rechnung numerisch ist.
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Der Vorteil des Korrelators gemäß der Erfindung besteht darin, daß
die Anzahl der gleichzeitig ausgewerteten Korrelationskoeffi zienten mit minimalen
Anforderungen an die Konstruktionseinrichtungen und ohne Rücksicht auf den numerischen
Berechnungscharakter erhöht werden kann. Der Korrelator hat eine hervorragende Funktionsstabilität
und hohe Genauigkeit.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung ist vor allem für statistische Analysatoren
bestimmt, mit ihren Eigenschaften aber und besonders mit dem einfachen Ubergang
von den analogen Angaben zu den numerischen Angaben und wieder zurück zu den analogen
Angaben auch für hybride Zähisysteme außerordentlich gut geeignet. Durch entsprechende
Wahl des Steuerverlaufes kann das Verfahren auch fUr diskret arbeitende Systeme
angewendet werden.
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Die verwendete Konstruktion des Korrelators ermöglicht es, ohne Konstruktionsschwierigkeiten
seinen Arbeitsbereich auf die Bestimmung der Wahrscheinlichkeitsmomente höherer
Ordnung zu erweitern. In vereinfachter Ausfuehrung kann der Korrelatorais Multipliziergerät
fUr analoge und hybride Berechnungssysteme dienen. Aus den Signalen, welche bei
der Koeffizienten-Auswertung der Charakteristiken höherer Ordnung verwendet werden,
können sehr leicht auch die statistischen Charakteristiken erster Ordnung abgeleitet
werden.
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Der Korrelator gemäß der Erfindung ist vor allem fUr die Einzweckeinrichtung
der Berechnungstechnik bestimmt0
Ein Beispiel der Auswertungsart
zeitverdnderlicher Größen ist in Fig. 1 bei der stufenweisen Verarbeitung verdnderlicher
Größen durch Integrations-Multiplikation ndher beschrieben.
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Ein Korrelator fUr die Verfolgung der Windwirkungen auf eine Baukonstruktion
ist in Fig. 2 dargestellt.
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Die im Diagramm in Fig. 1 dargestellten zeitverdnderlichen Größen
la und lb sind mit dem Frequenz-Meßwertumwandler in die Zweiwertsignale 2a und 2b
umgesetzt, in denen die Dichte der Impulse konstanter Breite der Amplitude der veränderlichen
Größe la und lb proportional ist. Die Zweiwertsignale 2a und 2b können mit einem
Produktenkreis verglichen werden, wobei der Verlauf 5 entsteht, bei dem der Impulswert,
bzw. die Wahrscheinlichkeit der Impulsentstehung, dem Produkt der zeitveränderlichen
Größen la und lb-proportional ist.
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Zur Erhöhung der Genauigkeit und Stabilität ist es vorteilhafter,
die zwei Wertverldufe 2a und 2b noch vor dem Vergleich mit der Produkten-Einheit
nach dem Taktgebersteuerkreis 3 derart anzuordnen, daß jeder Impuls des Zweiwertsignals
2a und 2b durch den nächstfolgenden Taktimpuls 3 ersetzt wird, wodurch die Zweiwertsignale
4a und 4b gewonnen werden. Der Ausgangsverlauf 6 entsteht als ein logisches Produkt
der aufbereiteten Zweiwertsignale 4a und 4b. Die Impulsdichte des Ausgangsverlaufes
6 ist dieselbe wie beim Verlauf 5 und ist proportional dem Produkt der Größen la
und lbg wobei aber die Stabilität der Proportionalitötskonstante nur von der Stobilìtat
der Umwandlung der multiplizierten Größen la und lb auf die Zweiwertsignale 2a und
2b abhängig ist.
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Der in Fig, 2 dargestellte Korrelator ermöglicht vor allem eine gleichzeitige
Auswertung der Autokorrelations-Koeffizienten der Eingangsgröße, z. B. der Windgeschwindigkeit
und der Ausgangsgröße, z; B. der Konstruktionsbewegung und die Querkoeffizienten
dieser Eingangs- sowie Ausgangsgröße, und zwar sowohl fUr die negativen, als auch
fUr die positiven Zeitverzögerungen.
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Die Eingangsgröße, z. Bo die Windgeschwindigkeit oder der Winddruck
wird unabhängig mit zwei Fühlern 12 gemessen, deren Ausgangssignal mittels Impulsformer
13 in einen Rechteclcverlauf umgeöndert und an die Magnetbondgerat-Eingange 16 angeschlossen
wird.
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Die Ausgangsgröße, z. B. die Bewegungsbeschleunigung der beobachteten
Konstruktion, wird unabhängig mittels zweier Saitenb#schleunigungsmessern gemessen,
welche an einen unabhängigen Meßwertwandler 14, mit einer der gemessenen Größe proportionalen
Frequenz angeschlossen sind, wobei die Konstruktion dieses Wandlers z. B. nach dem
techechoslovakischen Patent Nr. 135 864 durchgeführt werden kann. Aus dem Messwertwandler
können außer den Informationen von dem absoluten Wert der untersuchten Größe fUr
die beiden Beschleunigungsmesser auch die Informationen Uber ihre Polyritöt erhalten
werden. Bei dem identisch eingestellten Pegel des Nullwertes genugt nur eine Anzeige
fUr beide Beschleunigungsmesser 11 und der zugehörige Signalweg ist in der Zeichnung
strichpunktiert angegeben. Eine weitere Angabe, welche mit dem Magnetbandgerät 16
aufgezeichnet wird, ist das Steuerfrequenzsignal aus der Quelle 15, dem sogenannten
Frequenznormal.
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Der Korrelationsteil 17 enthält deshalb die Beschleunigungsmesser
11, die Fühler 12, die Formgebungskreise 13, den Meßwertwandler 14, die Steuerfrequenzquelle
15 und das Magnetbandgerat 16, was also das eigentliche Meßsystem darstellt, Mit
Rücksicht auf die theoretische Möglichkeit einer gleichzeitigen Untersuchung aller
gewünschten Koeffizienten ist es nicht notwenig, die Aufzeichnung auf dem Magnetbandgerdt
16 durchzufuhren. Die verwendete Aufzeichnungsform erfordert nur minimale Anforderungen
hinsichtlich der Qualität der Magnetbandaufzeichnung 16. Der Auswertungsteil 22
des Korrelators enthält außer dem Magnetbandgerät 16 die Korrektionskreise 18, das
Speicherelement, z. B. das Schieberegister 19 den Block der Produkt-Kreise 20 und
die Vielfach-Integrationseinrichtung 21. Der Korrektionskreis 18 gestaltet die zweiwertigen,
der gemessenen Größe
entsprechenden Verläufe in der Weise, daß die
Impulse dieser Verläufe durch die nächstfolgenden Taktimpulse ersetzt und je nach
dem Zustand des Signals, dessen Weg strichpunktiert bezeichnet ist, als Ersatz die
ungeraden oder die geraden Impulse des Taktgebers verwenden. Dem positiven Werte
des Produktes entsprechen dann die Impulse, welche auf dem Ausgang der Produktkreise
20 gewonnen werden, die einer Verspötung um gerade Taktperiodenzahl entsprechend.
Dem negativen Werte des Produktes entsprechen dann die Impulse welche auf dem Ausgang
der Produktkreise 20 gewonnen werden, die einer Verspötung um eine ungerade Taktperiodenzahl
entsprechen0 Das Schieberegister führt eine definierte stufenweise Zeitverzögerung
eines dem Ausgangswert entsprechenden Signals durch.
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Das vielfache Ausgangssignal aus dem Schieberregister 19, welches
den einzelnen Zeitverzögerungswerten der Größe nach entspricht, wird dann mittels
logischer Produktkreise 20 mit dem zeitlich unverzögerten Signal derjenigen Größe
verglichen, deren Korrelation festgest llt wird. Die Impulszahl in der Zeiteinheit,
auf dem Ausgang der Produktkreise 20, ist ein Maß der durch den Korrelator festgestellten
Korreiations-Koeffizienten und kann mittels analoger oder numerischer Integrationseinrichtungen
21 ausgewertet werden.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein System mechanischer
Zahler der elektrischen Impulse mit den vorgeschalteten binarben Teilern verwendet.