DE2632379C2

DE2632379C2 - Regelschaltung zum Konstanthalten der Amplitude eines aufgrund eines wiederholt gesendeten Signals empfangenen Signals

Info

Publication number: DE2632379C2
Application number: DE2632379A
Authority: DE
Inventors: Alwin E. Claremont Calif. Brown; Willy J. Soenderborg Fick
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1975-08-07
Filing date: 1976-07-19
Publication date: 1982-09-23
Also published as: DK147958C; US4007428A; DE2632379A1; DK350276A; GB1551263A; DK147958B

Description

Die Erfindung betrifft eine Regelschaltung zum Konstanthalten der Amplitude eines aufgrund eines wiederholt gesendeten Signals empfangenen Signals, bei der das Empfangssignal über einen Verstärker mit steuerbarer Verstärkung einer Schwellwertschaltung zugeführt ist, deren Ausgangssignal bei Überschreitung des Schwellwertes auftritt und in Abhängigkeit von so einem mit dem Sendesignal zeitlich gekoppelten Tastimpuls einem die Verstärkung des Verstärkers steuernden Integrator zugeführt ist, wobei der Integrator bei Erhalt des Ausgangssignals der Schwellwertschaltung die Verstärkung verringert und anderenfalls erhöht.

Bei einer bekannten Regelschaltung dieser Art (US-PS 33 31030) wird das Ausgangssignal der Schwellwertschaltung dem Integrator über eine Torschaltung und eine bistabile Kippschaltung zugeführt, wenn dem Auftasteingang der Torschaltung der Tastimpuls zugeführt wird. Die Dauer und der Zeitpunkt des Auftretens des Tastimpulses sind so gewählt, daß das Ausgangssignal der Schwcllwcrtstufe etwa in der Mitte des Empfangssignals abgetastet wird. Wenn das f>5 Ausgangssignal der Schwellweristufe vorhanden ist, d. h. der Schwellwert überschritten wurde, wird die bistabile Kippschaltung beim Auftreten des Tastimpulses in den einen Zustand und bei Unterschreitung in den anderen Zustand gekippt. In dem einen Zustand der bistabilen Kippschaltung steuert der Integrator die Verstärkung des steuerbaren Verstärkers herunter und im anderen Zustand hoch, so daß die Verstärkungsänderung mit jedem Tastimpuls wechselt. Die Konstanz des Empfangssignals ist hierbei mangelhaft, weil die Verstärkung erst einige Zeit nach Überschreiten des Schwellwerts, etwa erst in der Mitte des Empfangssignals, heruntergesteueri wird. Die Verstärkung wird daher praktisch noch so lange erhöht, wie das Empfangssignal ansteigt. Das heißt, das Empfangssignal wird bis etwa zur Mitte hin übermäßig angehoben.

Ferner handelt es sich bei dem Sendesignal um ein Pilotsignal, das eigens zur empfangsseitiger. Verstärkungsregelung gesendet wird. Hierbei ist es möglich, für gleichbleibende Übertragungsverhältnisse, d. h. eine konstante Laufzeit des Pilotsignals, zu sorgen, um sicherzustellen, daß der Tastimpuls stets etwa in der Mitte des Empfangssignals auftritt Wenn die Laufzeit des Sendesignals jedoch zu Meßzwecken benutzt werden so", z. B. zur Geschwindigkeitsmessung einer Strömung mittels Ultraschall, liegen keine konstanten Übertragungsverhältnisse vor, so daß je nach der Laufzeit des Sendesignals vom Sender zum Empfänger weder eine Abtastung des Empfangssignals überhaupt noch in seiner Mitte sichergestellt wäre, da der Tastimpuls in zeitlich festem Abstand mit dem Sendezeitpunkt gekoppelt ist Dies kann zu einer noch schlechteren, gegebenenfalls einem völligen Ausfall der Verstärkungsregelung führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regelschaltung der gattungsgemäßen Art anzugeben, die für eine bessere Konstanz des Empfangssignals sorgt, insbesondere wenn die Laufzeit des Sendesignals vom Sender zum Empfänger als Meßgröße dient.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Tastimpuls während der Zeit, in der das Empfangssignal erwartet wird, und eine vorbestimmte Zeit länger andauert und die Zufük.r.ng des Au igangssignals der Schwellwertschaltung zum Integrator während der Abwesenheit des Tastimpulses unterbrochen ist.

Bei dieser Lösung ist zum einen sichergestellt, daß das Empfangssignal stets innerhalb der Dauer eines Tastimpulses auftritt, so daß unabhängig von der Laufzeit des Sendesignals stets eine Verstärkungsregelung erfolgt, wenn dies erforderlich ist. Zum anderen ist sichergestellt, daß die Verstärkung gleich von dem Augenblick an abnimmt, in dem der Schwellwert überschritten wird. Die Verstärkung v/ird weiterhin nicht nur solange verringert, wie das Empfangssignal den Schwellwert überschreitet, so daß während der gesamten Dauer der Schwellwertüberschreitung die Amplitude des Empfangssignals im Sinne einer Konstanthaltung heruntergeregelt wird, sondern die Verstärkung nimmt auch solange ab, wie der Tastimpuls auftritt, jedoch nicht länger. Dem Integrator verbleibt daher auch bei den Schweilwert sehr kurzzeitig überschreitenden Empfangssignalen hinreichend Zeit, die Verstärkung zu korrigieren, Andererseits wird die Verstärkung bis zum nächsten Empfangssignal nicht notwendigerweise so stark geändert, daß bereits mit dem Auftreten des nächsten Empfangssignals eine Änderung im entgegengesetzten Sinne erfolgen müßte. Auf diese Weise werden starke Schwankungen der Verstärkung vermiede,!.

Wenn die Regelschaltung, wie bei der gattungsgemä-

Ben Regelschaltung, in der Schweliwertstufe einen Differenzverstärker aufweist, ist vorzugsweise dafür gesorgt, daß dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers das Empfangssignal zugeführt ist und der Ausgang des Differenzverstärkers mit der Anode einer Diode verbunden ist, deren Katode mit dem nichtinvertierenden Eingang und über einen Widerstand mit Bezugspotential verbunden ist. Auf diese Weise erhält die Schwellwertschaltung auf einfache Weise ein bistabiles Kippverhalten, während die bekannte Regelschaltung hierzu eine Begrenzungsschaltung am Ausgang des Differenzverstärkers und zusätzlich eine bistabile Kippschaltung benötigt

Sodann kann der invertierende Eingang des Differenzverstärkers mit der Anode einer Diode und die Katode dieser Diode mit Bezugspotentip.I (Masse) verbunden sein. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß nur Empfangssignale der einen Polarität die Schwellwertschaltung auslösen können. Störsignale mit entgegengesetzter Polarität können die Schwellwertschaltung dagegen nicht zurückstellen.

Sodann kann der Differenzverstärker einen Freigabeeingang aufweisen, dem der Tastimpuls zufiHirbar ist. Hierbei vereinigt die Schwellwertschaltung auf einfache Weise sämtliche Funktionen eines Vergleichers, einer Kippschaltung und einer Torschaltung.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Sender-Empfänger-Anordnung mit einer erfindungsgemäßen Regelschaltung und

F i g. 2 ein Schaltbild einer Schwellwert- und Integrationsschaltung der Fig. 1.

Fig. 1 zeigt eine Sender-Empfänger-Anordnung für periodische und aperiodische Signale mit einem Sender 10, der entweder elektromagnetische Wellen, wie ein Radarsender, oder Ultraschallwellen, wie bei Echolotoder Ultraschall-Strömungsmeßgeräten, sendet. Dabei wird das im Sender 10 erzeugte elektrische Signal einem Wandler ode· einer Antenne 12 zugeführt und dort in ein Sendersignal in Form elektromagnetischer Wellen oder Ultraschallwellen umgewandelt und über eine in F i g. 1 gestrichelt dargestellte Übertragungsstrecke 14 übertragen. Das Sendesignal kann durch den Raum direkt auf einen Empfangswandler 16 übertragen oder von einer nicht dargestellten Vorrichtung reflektiert und dann vom Empfangswandler 16 aufgenommen werden. In jedem Fall werden die empfangem η Signale durch die Empfangsantenne oder den Empfangswandler in elektrische Signale umgewandelt und dann zur Verstärkung über einen Verstärker 18 üblicher Bauart mit veränderlicher Verstärkung geleitet. Die Verstärkung wird in Abhängigkeit von einem Steuersignal 40 geändert, das über eine Leitung 20 zugeführt wird. Das durch den Verstärker 18 verstärkte Empfangssignal 22 wird durch einen Umschalter 23 entweder über einen Hüllkurvendemodulator 24 oder direkt einer sperrbaren Schwellwertschaltung 32 zugeführt; es wird zusätzlich einer Auswcrteschaltung 43, beispielsweise der Meßschaltung eines Ultraschall-Slrömungsmessers zugeführt. Der Hüllkurvendemodulator 24 bewirkt eine Zweiweg-Gleichrichtung des Empfangssignals 22 in einen Gleichrichter 25, so daß das Empfangssignal in eine in diesem Falle negative Impulsenfolge 26 umgeformt wird. Der Demodulator 24 enthält auch ein Tiefpaßfilter 28, das die Hochfrequenzkomponenten aus der Impulsfolge 26 entfer.¹.·, so daß sich ein Hüllkurven-Signal 30 ergibt.

Das Signal 30 wird der Schwellwertschaltung 32 zugeführt, die, wenn sie durch einen Tastimpuls 42 vom Sender 10 aufgetastet ist und wenn ihr Schwellwerk überschritten wird, einen Ausgangsimpuls 34 einem Integrator 36 zuführt. Die Schwellwertschaltung kann eine einfache logische Schaltung aufweisen, die einen Ausgangsimpuls abgibt, wenn die Amplitude des Signals 30 einen vorbestimmten Schwellwert 38 (in negativer

ίο Richtung) überschreitet, wie noch erläutert wird. Beim Vorhandensein des Ausgangsimpulses 34 integriert der Integrator im positiven Sinn aufwärts, um das Steuersignal 40 für den Verstärker 18 zu erhöhen und dadurch dessen Verstärkung herabzusetzen. Umgekehrt integriert der Integrator 36 beim Fehlen des Impulses 34 abwärts, wodurch die Verstärkung des Verstärkers 18 erhöht wird. Der Ausgangsimpuls 34 bleibt bis zum Ende des Tastimpulses 42 vorhanden. Dies kann mittels einer üblichen logischen Schaltung oder vorzugsweise unter Verwendung der in F i g. 2 dargestellten Schaltung bewirkt werden.

Durch diese Regelschaltung wird coe Amplitude des Steuersignals 40 ständig, auch beim Vorhandensein des aperiodischen Sendeirnpulses, so geregelt, daß der Verstärker 18 Ausgangsimpulse mit konstanter Amplitude abgibt. Dabei wird die Verstärkung durch den Integrator 36 solange erhöht, auch wenn Sendesignale empfangen werden, bis ein Sendesignal mit einer Hüllkurve auftritt, deren Amplitude den Schwellwert 38 überschreitet. Danach integriert der durch den Ausgangsimpuls 34 betätigte Integrator 36 in der entgegengesetzten Richtung, so daß die Verstärkung des Verstärkers 18 vermindert wird. Diese abwechselnde Aufwärts-Abwärts-lntegration setzt sich fort, so daß die Amplitude des empfangenen Signals über einen langen Zeitraum im Mittel konstant bleibt.

Die Schwellwertschaltung 32 wird durch jeden Tastimpuls 42 aufgetastet. Sie kann daher nur in derjenigen Zeit ansprechen, in der ein Tastimpuls übertragen wird. Dies verhindert eine Überlastung der Schwellwertschaltung außerhalb der aktiven Sendezeit. Der Tastimpuls bestimmt die Dauer des Impulses 34.

Wenn der Umschalter 23 so geschaltet ist, daß der Demodulator 24 überbrückt wird, ergibt sich eine Abhängigkeit der Verstärkungsregelung von den Spitzenwerten des Signals 22 und nicht vom Durchschnittswert, wie es der Fall ist, wenn der Demodulator 24 eingeschaltet ist.

Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel nach

so F i g. 2 kann die Schwellwertschaltung mittels integrierter Schaltkreise ausgeführt sein. In Fi g. 2 wird das vom Tiefpaßfilter 28 kommende Signal 30, einem Eingangsanschluß 50 zugeführt, der über einen Widerstand 52 mit dem invertierenden Eingang eines Differenzverstärkers 54 verbunden ist. Dieser Differenzverstärker 54 ist als integrierter Schaltkreis mit bistabilem Kippverhaken ausgebildet. Hierfür ist sein Ausgang über eine Diode 56 mit dem nicht invertierenden Eingang und dieser über einen Widerstand 58 mit Miisse verbunden. Dem Differenzverstärke) 54 wird das Tastsignal 42 vom Sender 10 über einen Freigabeeingang 60 zugeführt. In gleicher Weise ist der invertierende Eingang übrr eine Diode 62 mit Masse verbunden.

Der Ausgang des Differenzverstärkers 54 ist über

^ft5 eine integrierende Reihenschaltung aus Widerstand 64 und Kondensator 05 mit Masse verbunden. Am Verbindungspunkt von Widerstand 64 und Kondensator 65 ist der nicht invertierende Eingang eines Operations-

Verstärkers 66 angeschlossen. Der Ausgang des Operationsverstärkers 66 ist über einen Kondensator 68 mit dem invertierenden !^:.ingang und dieser über einen Widerstand 70 mit Masse verbunden, um ihn gegen Schwingungen zu stabilisieren. Am Ausgang ist ein Widerstand 74 angeschlossen, über den das Verstärkungssteucrsignal 40 dem Verstärker 18 (K ig. I) zugeführt wird.

Im Betrieb erhöht der Differenz' erstärker 54 zwischen den Tastimpulsen 42 Sperr- oder Schutzimpulse über den Kreigabeeingang 60. die das Ausgangssignal des Dilfcienzvi-rslnrkers 54 unabhängig vom Eingangssignal 30 auf einen niedrigen (Ioi'im Ilen) Wer) umschalten. Wenn das Ausgangssignal niedrig ist. wird dem nicht invertierenden Hingang des Differenzveistär kers 54 keine Spannung zugeführt.

Wenn jedoch das Signal 30 oder 22 bei vorhandenem Tastimpuls 42 negativ anwächst, his die Amplitude oberhalb des Sehwellwcrts .38 (ί·Ίί.< I) liegt, kippt der Di'ferenzvcrstärkei 54, so dall sein Ausgangssigna! einen hohen Wert annimmt, d. Iv der Impuls 34 auftritt, der dem nicht invertierenden Hingang des Differenzverstärkers 54 zugeführt wird. Hierdurch wird das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 54 solange auf dem hohen Wer! gehalten, wie der Tastimpuls 42 vorhanden ist. Um sicherzustellen, daß unerwünschte r.ingangssignale entgegengesetzter Polarität, in diesem alle: positive Signale, den Differenzverstärker 54 nicht /urückscizon. verbindet die Diode 62 den invertierenden Hingang mit Masse. Auf diese Weise ist die höchste positive Eingang.sspannung am invertierenden Hingang durch den Durchlaßspannungsabfall der Diode 62 festcclegt. beispielsweise auf 0.7 V.

Der Differenzverstärker 54 gibt den Ausgangsimpuls 34 solange ab, bis er durch das Verschwinden des Tastimpulses 42 des Senders IO zurückgestellt wird. Solange der Tastimpuls 42 nicht vorhanden ist. haben negative Hingangssigruile keinen F.influlJ auf den ι Kippzustand des Differenzverstärkers 54. Wenn er gekippt wird, weil bei vorhandenem lastimpuls 42 die Verstärkung des Verstärkers 18 (Fig I) zu hoch wird, wird der positive Ausgangsimpiii: 34 erzeugt und der Integrator 36 gezwungen, in positiver oder Aufwärts-

Hi richtung zu integrieren, wodurch die Verstärkung des Verstärkers 18 abnimmt.

Wenn dagegen d.is Hingangssignal 30 des Differenz Verstärkers 54 zn klein ist. um ihn zu kippen, herrscht i\cr (logisch) niedrige Wert, hier etwa — 0.-1 V. am

ι ' Ausgang vor. Der Integrator 36 integriert in negativer oiler Abu ausrichtung, wodurch die Verstärkung des Verstärkers 18 anwächst. Wenn andere Arten von Schwcllwertschaliungen ohne negative Spannung benutzt werden, wird an den Widerstand 70 eine positive

·''· Spannung statt Masse gelegt.

Die Verstärkung des Verstärkers 18 wird kontinuierlich so gesteuert, daß die Amplitude des Signals 22 am Ausgang des Verstärkers 18 konstant bleibt, und zwar unabhängig von Ungcnauigkeiten in der Signalübertra-

-"' gungsstrecke und der Sender-und Empfängerschaltung. Der Tastimpuls 42 vom Sender stellt sicher, daß die Schwellwertschaltung nur in den gewünschten Zeiträumen an'orechen kann, in denen das Hmpfangssignal auftritt oder erwartet wird. Außerdem bestimmt der

'" Tastimpuis die Dauer des Impulses 34. Durch entsprechende Finstellung dieser Dauer kann die Betriebsdauer der Verstärkungsregelschaltung bestimmt werden. Die Schaltung ist insbesondere für aperiodische Sende- bzw. Empfangsimpulse geeignet.

Hierzu i Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Regelschaltung zum Konstanthalten der Amplitude eines aufgrund eines wiederholt gesendeten Signals empfangenen Signals, bei der das Empfangssignal über einen Verstärker mit steuerbarer Verstärkung einer Schwellwertschaltung zugeführt ist, deren Ausgangssignal bei Überschreitung des Schwellwertes auftritt und in Abhängigkeit von einem mit dem Sendesignal zeitlich gekoppelten Tastimpuls einem die Verstärkung des Verstärkers steuernden Integrator zugeführt ist, wobei der Integrator bei Erhalt des Ausgangssignals der Schwellwertschaltung die Verstärkung verringert und andernfalls erhöht, dadurch gekenn- is zeichnet, daß der Tastimpuls (42) während der Zeit, in der das Empfangssignal erwartet wird, und eine vorbestimmte Zeit länger andauert und die Zuführung des Ausgangssignals (34) der Schwellwertschaltung (32) zum Integrator (36) während der Abwesenbeu des Tastimpulses (42) unterbrochen ist

2. Regcischaitung nach Anspruch i, bei der die Schwellwertschaltung einen Differenzverstärker aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß dem invertierenden Eingang (—) des Differenzverstärkers (54) das Empfangssignal (30) zugeführt ist und der Ausgang des Differenzversiärkers (54) mit der Anode einer Diode (56) verbunden ist, deren Katode mit dem nicht-invertierenden Eingang ( + ) und über einen Widerstand (58) mit Bezugspotential verbunden ist.

3. Regel: ^haltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der invf-tierende Eingang (—) mit der Anode einer Diode (62) und die Katode dieser Diode (62) mit Bezugspo'ential verbunden ist.

4. Regelschaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzverstärker (54) einen Freigabeeingang (60) aufweist, dem der Tastimpuls (42) zuführbar ist.

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