DE2448779C3

DE2448779C3 - Circuit arrangement for interference level suppression with measurement signals

Info

Publication number: DE2448779C3
Application number: DE19742448779
Authority: DE
Inventors: Paul IngXgrad.) 5628 Heiligenhaus; Hinnemann Egon Ing.(grad) 4307 Kettwig; Mengelkamp Bernhard Ing. Flormann (grad.); Eisner, Arno, 5628 Heiligenhaus
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB Training Center GmbH and Co KG
Filing date: 1974-10-12
Publication date: 1977-12-01

Description

4040

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Störpegelunterdrückung bei Meßsignalen mit einem Integrationsverstärker und einem Differenzglied, in dem das rückgeführte Ausgangssignal mit dem Eingangssignal verglichen wird.The invention relates to a circuit arrangement for suppressing interference levels in measuring signals an integration amplifier and a differential element, in which the fed back output signal with the Input signal is compared.

Aus der deutschen Patentschrift 21 18 812 ist eine Einrichtung zur Bildung des Mittelwertes bei statistisch auftretenden Ereignissen bekanntgeworden, die folgenden Aufbau hat: Das Meßsignal wird einem Differenzierglied zugeführt, das ein Auswerteglied beaufschlagt. In diesem Auswerteglied wird festgestellt, ob die Änderung des Eingangssignals Null oder von Null verschieden ist. Dem Auswerteglied sind über getrennte Ausgänge zwei Funktionsglieder nachgtüchaltet, von denen jeweils eines angesteuert wird. Das eine Funktionsglied bildet die Funktion x=f(t), das andere die FunktionA device for forming the mean value for statistically occurring events has become known from the German patent specification 21 18 812, which has the following structure: The measurement signal is fed to a differentiating element which acts on an evaluation element. This evaluation element determines whether the change in the input signal is zero or different from zero. The evaluation element is followed by two function elements via separate outputs, one of which is controlled each time. One functional element forms the function x = f (t), the other the function

wobei Ue das Eingangssignal ist. Die Werte von χ werden über ein Differenzglied einem Integrationsglied verkleinert und bei x=f(t) vergrößert wird. Dem variablen Integrationsglied wird das Eingangssignal U_E zugeführt An seinem Ausgang wird das Ausgangssignal Ua erzeugt. Das Differenzierglied, das Auswerteglied und die Funktionsglieder liegen mit dem Differenzglied in einem Rückkopplungskreis der Meßanordnung.where Ue is the input signal. The values of χ are reduced via a differential term of an integration term and are increased at x = f (t) . The input signal U _{E is} fed to the variable integration element. The output signal Ua is generated at its output. The differentiating element, the evaluation element and the functional elements are located with the differential element in a feedback circuit of the measuring arrangement.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel tritt an die Stelle des Differenziergliedes ein weiteres Differenzglied, in dem die Differenz zwischen Eingangssignal U_k- und Ausgangssignal Ua gebildet wird.In a second exemplary embodiment, the differentiating element is replaced by a further differential element in which the difference between the input signal U _k - and the output signal Ua is formed.

In der bekannten Schaltung wird also bei großen Änderungen der Eingangsgröße eine kleine und bei kleinen Änderungen eine große Zeitkonstante selbsttätig eingestellt. In jedem denkbaren Betriebsfall ist also eine endliche Zeitkonstante vorhanden. Das bringt den Nachteil mit sich, daß sich der Anzeigewert bei einem Sprung in der Eingangsgröße nach einer esFunktion dem neuen Wert langsam anpaßt, so daß jeweils der angezeigte Wert vom Meßwert mehr oder weniger abweichtIn the known circuit, when there are large changes in the input variable, there is a small and with small changes automatically set a large time constant. So in every conceivable operating case a finite time constant is available. This has the disadvantage that the display value for a The jump in the input variable after an es function slowly adapts the new value so that the displayed value deviates more or less from the measured value

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Störpegelunterdrückung bei Meßsignalen dahingehend zu verbessern, daß der angezeigte Wert dem sich ändernden Eingangssignal sehr viel schneller folgt, wobei statisch bedingte Schwankungen völlig unterdrückt werden.The invention is based on the object of suppressing the interference level in the case of measurement signals to improve that the displayed value follows the changing input signal much faster, static fluctuations are completely suppressed.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Signaldifferenz einer Schwellwertstufe zugeführt ist, die eine der Rauschbreite entsprechende progressive Übergangszone aufweist, so daß sich das dem Integrationsverstärker zugeführte Ausgangssignal der Schwellwertstufe auf einen Mittelwert einstellt.According to the invention, this object is achieved in that the signal difference is fed to a threshold value stage which has a progressive transition zone corresponding to the noise width, so that the sets the output signal of the threshold value stage fed to the integration amplifier to a mean value.

Das bedeutet in der Praxis, daß das Ausgangssignal der Schaltung sprungartig, d. h. mit großer Steilheit, dem sich ändernden Eingangssignal folgt. Die Kurve der Eingangsgröße, die durch viele statistisch bedingte Störimpulse einen sehr unruhigen Verlauf zeigt, wird praktisch ohne Anzeigeverzögerung völlig geglättet. Wenn sich das Eingangssignal nur geringfügig ändert, wird die Schwellwertstufe sofort durch die Statistikimpulse auf den neuen Mittelwert gesetzt. Das Ausgangssignal ergibt dann eine Kurve mit treppenartigen Änderungen.In practice this means that the output signal of the circuit abruptly, i. H. with great steepness, the changing input signal follows. The curve of the input quantity, which is statistically determined by many Interfering impulses show a very uneven course, is completely smoothed with practically no display delay. If the input signal changes only slightly, the threshold level is immediately set by the statistics pulses set to the new mean. The output signal then gives a curve with a staircase Changes.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Blockschaltbilder gemäß Fig. 1—4 der Zeichnung erläutert. Fig. 5 zeigt eine Meßwertregistrierung mit und ohne die neuartige Anordnung.Embodiments of the invention are illustrated using the block diagrams according to FIGS. 1-4 of the drawing explained. Fig. 5 shows a measured value registration with and without the novel arrangement.

Einander entsprechende Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided with the same reference symbols.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Integrationsverstärker bezeichnet, der als Miller-Integrator geschaltet ist. Dem Integrationsverstärker ist eine Schwellwertstufe 2 vorgeschaltet, die von einem Dil'ferenzglied 3 beaufschlagt wird. Mit Eist der Eingang, mit A der Ausgang bezeichnet. Vom Ausgang A ist eine Rückkopplungsleitung zum Differenzglied 3 geführt. Das am Eingang E anstehende, verrauschte Meßsignal wird im Differenzglied 3 mit dem um 180° phasengedrehten Ausgangssignal verglichen. Die Differenz Se zwischen Eigangs- und Ausgangssignal beaufschlagt die symmetrische Schwell-In Fig. 1, 1 denotes an integration amplifier which is connected as a Miller integrator. The integration amplifier is preceded by a threshold value stage 2, which is acted upon by a dil'ference element 3. E is the input, A is the output. A feedback line is routed from output A to differential element 3. The noisy measurement signal present at input E is compared in differential element 3 with the output signal phase-rotated by 180 °. The difference Se between the input and output signals affects the symmetrical threshold

wertstufe 2, die eine progressive Kennlinie aufweist. Diese Kennlinie S.A = f(S_e) zeigt in den äußeren Bereichen eine hohe Verstärkung in den mittleren, abgeknickten Bereichen eine kleinere Verstärkung und im inneren Bereich eine gegen Null gehende Verstärkung. Im letztgenannten Bereich fällt die Kennlinie praktisch mit der Abszisse zusammen. Das Ausgangssignal Sa der Schwellwertstufe steuert den Integrationsverstärker 1 aus. value level 2, which has a progressive characteristic. This characteristic curve SA = f (S _e ) shows a high gain in the outer areas, a smaller gain in the middle, bent areas and a gain tending towards zero in the inner area. In the latter area, the characteristic practically coincides with the abscissa. The output signal Sa of the threshold stage controls the integration amplifier 1.

Liegt die Signaldifferenz 5t innerhalb der sieilen Kennlinienbereiche, so gleicht sich das Ausgangssignal des Integrationsverstärkers 1 sehr schnell weitgehend dem Eingangssignal Se an. In diesem Fall ist die Zeitkonstante Täußerst klein.If the signal difference 5t lies within the steady characteristic curve ranges, the output signal of the integration amplifier 1 very quickly largely equates to the input signal Se . In this case the time constant T is extremely small.

Wenn die Signaldifferenz S_E innerhalb der mittleren Bereiche liegt, wird die Zeitkonstante T groß. Das AusgangssJgnal paßt sich also nur langsam den geringfügigen Änderungen des Eingangssignals an. Sehr kleine Signaldifferenzen Sfwerden praktisch nicht mehr übertragen, so daß sich eine sehr stetige Anzeige ergibt.When the signal difference S _{E is} within the middle ranges, the time constant T becomes large. The output signal therefore only adapts slowly to the slight changes in the input signal. Very small signal differences Sf are practically no longer transmitted, so that the result is a very steady display.

Der Schleusenbereich der Schwellwertstufe 2 (geneigte Teile der Kennlinie) wird ebenso groß gewählt wie die Signalbreite des Störpegels. Bei sprunghaften Änderungen des Meßsignals läuft das zur Anzeige, Registrierung oder Regelung verwendete Ausgangssignal quasi unverzögert dem Eingangssignal bis auf den halben Schleusenbereich nach. Innerhalb des inneren Schleusenbereiches werden die Störsignale (Rauschpegel) mit einer großen Zeitkonstante T bedämpft und somit sehr wirksam unterdrückt.The lock area of threshold level 2 (inclined parts of the characteristic curve) is selected to be just as large as the signal width of the interference level. In the event of sudden changes in the measurement signal, the output signal used for display, registration or control follows the input signal almost instantaneously up to half the lock area. Within the inner lock area, the interfering signals (noise level) are attenuated with a large time constant T and thus suppressed very effectively.

Wenn sich das Meßsignal langsam nach der einen oder anderen Richtung ändert, überschreiten die überlagerten Störsignale, deren Größe und Häufigkeit statistisch bestimmt ist, den Schwellwert, so daß das Ausgangssignal schrittweise auf das neue Niveau angehoben oder abgesenkt wird. Die Anzeige wird also nicht durch die innerhalb des Schleusenbereiches große Zeitkonstante ungünstig beeinflußt. Die Schaltungsanordnung arbeitet auch dann noch einwandfrei, wenn man die Zeitkonstante T innerhalb des inneren Schleusenbereiches gegen <» gehen läßt.If the measurement signal changes slowly in one direction or the other, the superimposed interfering signals, the size and frequency of which is statistically determined, exceed the threshold value, so that the output signal is gradually raised or lowered to the new level. The display is therefore not adversely affected by the large time constant within the lock area. The circuit arrangement also works properly if the time constant T is allowed to go towards <»within the inner lock area.

In Fig. 2 ist außer den in Fig. 1 genannten Bausteinen ein Hochpaß 4 vorgesehen, der die Störimpulse vom Eingang £auf die Schwellwertstufe 2 überträgt. Diese wird hierdurch so angesteuert, daß sich ihr Schleusenbereich automatisch dem Störpegelbereich anpaßt. Mit dieser Maßnahme wird der Meßwert iioch genauer übertragenIn Fig. 2, in addition to the blocks mentioned in Fig. 1, a high-pass filter 4 is provided, which the Transmits interference pulses from input £ to threshold level 2. This is controlled so that automatically adjusts its lock area to the interference level range. With this measure, the measured value I transferred even more precisely

In F i g. 3 ist an die Stelle des Hochpasses 4 (F i g. 2) ein Funktionsgeber 5 gesetzt, durch weichen der Schleusenbereich in der Schwellwertstufe 2 entsprechend dem Meßwert gesteuert wird. Diese Schaltungsanordnung ist angebracht, wenn zwischen Meßsignal und Rauschpegel ein funktioneller Zusammenhang besieht, wie dies in der Kernstrahlungsmeßtechnik der Fall ist.In Fig. 3, a function generator 5 is set in place of the high-pass filter 4 (FIG. 2), through which the Lock area in threshold level 2 is controlled according to the measured value. This circuit arrangement is appropriate if there is a functional relationship between the measurement signal and the noise level looks at how this is the case in nuclear radiation measurement technology.

Die Schaltungsanordnung nach F i g. 4 enthält sowohl einen Hochpaß 4 als auch einen Funktionsgeber 5, die beide die Schwellwertstufe 2 ansteuern.The circuit arrangement according to FIG. 4 contains both a high-pass filter 4 and a function generator 5, the both control threshold level 2.

Durch diese Koppelung der Systeme nach F i g. 2 und 3 erhält man ein noch günstigeres Übertragungsverhalten. This coupling of the systems according to FIG. 2 and 3 you get an even more favorable transmission behavior.

In F i g. 5 ist ein Meßwert M in Abhängigkeit von der Zeit r aufgezeichnet. Die obere Kurve K\ stellt einen in üblicher Technik verstärkten lonisationskammerstrom dar. Man erkennt, daß die Registrierung durch das statistisch bedingte Rauschen ein sehr unruhiges Aussehen erhält. Die Kurve K₂ verläuft praktisch gerade und parallel zur Zeitachse, solange der Meßwert konstant ist.In Fig. 5, a measured value M is recorded as a function of time r. The upper curve K \ represents an ionization chamber current that is amplified in conventional technology. It can be seen that the registration takes on a very restless appearance due to the statistical noise. The curve K ₂ runs practically straight and parallel to the time axis as long as the measured value is constant.

Zur Zeit ti macht der Meßwert einen Sprung und läuft dann nach einer e-Funktion in einen neuen, konstanten Wert ein. Es ist sehr gut zu erkennen, daß die Kurve K.2 verzögerungslos den Meßwertverlauf folgt. Im oberen Bereich der Kurve K₂ erkennt man, daß das Ausgangssignal treppenstufenförmig auf die neuen Werte gesetzt wird.At time ti the measured value makes a jump and then runs into a new, constant value according to an exponential function. It can be seen very clearly that curve K.2 follows the course of the measured values without delay. In the upper area of curve K _{2 it} can be seen that the output signal is set to the new values in the form of steps.

Die Kurven K\ und K₂ wurden in Ordinatenrichtung versetzt aufgezeichnet, um ihren Verlauf besser vergleichen zu können.The curves K 1 and K ₂ were recorded offset in the ordinate direction in order to be able to compare their course better.

Die neuartige Schaltungsanordnung ist nicht nur vorteilhaft für die analoge oder digitale Meßwertanzeige und Meßwertregistrierung, sondern sie bringt außergewöhnliche Verbesserungen in nachgeschaheten Regelkreisen.The novel circuit arrangement is not only advantageous for the analog or digital display of measured values and measurement registration, but it brings extraordinary improvements in looked after Control loops.

Außerdem kann man bei Meßeinrichtungen mit radioaktiven Strahlen und Strahlenempfängern erheblich kleinere Präparatstärken verwenden, so daß die Strahlenschutzaufwendungen leichter und billiger zu gestalten sind.In addition, one can considerably increase in measuring devices with radioactive rays and radiation receivers Use smaller preparation strengths, so that the radiation protection expenditure is easier and cheaper too are designed.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Circuit arrangement for Störpegelunterdriik- S reduction in measurement signals with an integration amplifier and a differential element in which the fed back output signal is compared with the input signal, characterized in that the signal difference (Se) is fed to a threshold level (2) which has a corresponding noise width has progressive transition zone, so that the output signal (S ^ of the Schwdlwertstufe (2) fed to the integration amplifier (1) is set to a mean value

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the Schwefiwertstufe (2) via a high-pass filter (4) from the noisy signal of the input (E) is controlled so that the transition zone of the threshold stage (2) adapts to the interference level range

3. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the threshold value stage (2) over a function generator (5) is controlled by the noisy signal of the input f £ ^

4. Circuit arrangement according to Claim 2 and 3, characterized in that the threshold value stage (2) both via a high-pass filter (4) and via a function generator (5) from the noisy signal of the input ^ is activated.

5. Circuit arrangement according to Claim 1 to 4, characterized in that the progressive characteristic curve of the threshold level (2) outer areas of high gain, middle areas of low gain and has an interior region of zero gain.

supplied whose time constant τ is controlled as a function of χ in such a way that this time constant at