DE2712303A1 - Schaltungsanordnung mit einem nichtlinearen uebertragungsglied mit totzone zur unterdrueckung des stoeranteils in verrauschten messignalen - Google Patents

Schaltungsanordnung mit einem nichtlinearen uebertragungsglied mit totzone zur unterdrueckung des stoeranteils in verrauschten messignalen

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Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen:
Berlin und München ~ VPA 77 P 3 5 1 D BRD
Schaltungsanordnung mit einem nichtlinearen übertragungsglied mit Totzone zur Unterdrückung des Störanteils in verrauschten Meßsignalen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Unterdrückung des Störanteils in verrauschten Meßsignalen unter Verwendung eines nichtlinearen Übertragungsglieds mit Totzone.
Bei der Messung von Prozeßgrößen setzt sich das Meßsignal häufig aus einem der Prozeßgröße entsprechenden Nutzsignal und einem überlagerten, höherfrequenten Störanteil zusammen, der, allgemein als Rauschen bezeichnet, beim Prozeßablauf, bei der Übertragung des Meßsignals oder bei der Messung selbst entsteht.
Wird ein derartiges verrauschtes Meßsignal einer Regeleinrichtung zugeführt, so täuscht der im Meßsignal enthaltene Störanteil der Regeleinrichtung Änderungen der Prozeßgröße vor, was zu erheblichen Verschlechterungen der Regelgüte oder zumindest zu einer unnötigen Beanspruchung der Stelleinrichtung führen kann.
Es besteht demgemäß die Aufgabe, verrauschte Meßsignale so aufzubereiten, daß der Störanteil unterdrückt wird, Änderungen des Nutzsignals jedoch unvermindert und unverzögert übertragen werden.
Eine bekannte Lösung dieser Aufgabe (DT-PS 24 12 641) besteht aus einer Schaltungsanordnung mit einem Verzögerungsglied erster Ordnung mit der Verstärkung 1 und einem nichtlinearen übertra-
Sp 4 Sei, 16.3.1977
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gungsglied mit Totzone. Das Meßsignal wird dem Verzögerungsglied aufgeschaltet. Die Differenz aus dessen Ausgangssignal und dem Meßsignal bildet das Eingangssignal des nichtlinearen Übertragungsglieds, dessen Ausgangssignal mit dem Ausgangssignal des Verzögerungsglieds summiert wird. Die Summe ist das Ausgangssignal der als nichtlineares Filter anzusprechenden Schaltungsanordnung, das den Änderungen des Eingangssignals praktisch unverzögert folgt. Nachteilig ist Jedoch, daß für eine gewisse Zeit nach der insbesondere sprunghaften Änderung des Nutzsignals auch das Störsignal abklingend übertragen wird.
Eine Lösung der obengenannten Aufgabe unter Vermeidung des Nachteils der bekannten Schaltungsanordnung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang eines Differenzglieds mit dem Meßsignal und dem Ausgangssignal der Schaltungsanordnung als Eingangsgrößen mit dem Eingang des nichtlinearen Übertragungsglieds mit einstellbarer Totzone und hoher Verstärkung im Durchlaßbereich verbunden ist und daß ein Summationsglied, dessen Eingänge mit den Ausgängen des Differenzglieds und des nichtlinearen Übertragungsglieds verbunden sind, ein Integrierglied mit einstellbarer Integrationszeit speist, dessen Ausgang das Ausgangssignal der Schaltungsanordnung führt.
Die Breite der Totzone des nichtlinearen Übertragungsglieds ist so einzustellen, daß sie gleich oder größer ist als die Amplitude des Störanteils, dieser also nicht übertragen wird. Durch entsprechende Einstellung der Integrationszeitkonstanten des Integrierglieds wirkt die Schaltungsanordnung bei konstantem Mittelwert des Eingangssignals als Verzögerungsglied erster Ordnung. Ändert sich der Mittelwert des Eingangssignals, d. h. also des Nutzsignals, wird das nichtlineare übertragungsglied für die in dem Differenzglied gebildete Differenz zwischen dem verrauschten Meßsignal und dem vom Rauschanteil befreiten, ihm entsprechenden Ausgangssignal der Schaltungsaoordnung durchlässig, die hohe Verstärkung des nichtlinearen Übertragungsglieds im Durchlaßbereich bewirkt eine starke Verringerung der Zeitkonstanten der als Verzögerungsglied erster Ordnung anzusehenden Schaltungsanordnung. Sie wirkt praktisch als Proportionalglied, ihr Ausgangssignal folgt so gut wie unverzögert dem dem Nutzsignal entsprechenden Mittelwert des Meßsignals am Eingang. Nach Änderungen des Mit-
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telwerts des Eingangssignals wird der Störanteil sofort wieder unterdrückt.
Zur Erläuterung der Erfindung sind in den Figuren 1 und 2 Ausführungsbeispiele dargestellt und im folgenden beschrieben.
1: Das verrauschte Meßsignal UQ ist das Eingangssignal der
Schaltungsanordnung. In dem Differenzglied 1 wird aus dem Meßsignal U und dem Ausgangssignal U der Schaltungsanordnung die
6 el
Differenz U0-U gebildet und parallel dem nichtlinearen Ubertragungsglied 2 mit einstellbarer Totzone und einem Summationsglied zugeführt. Die andere Eingangsgröße des Summationsglieds 3 ist das Ausgangssignal des nichtlinearen Übertragungsglieds 2. Die gebildete Summe wird in dem Integrierglied 4 mit einstellbarer Integrationszeit aufintegriert.
Durch entsprechende Einstellung der Totzone im nichtlinearen übertragungsglied 2 und der Integrationszeit im Integrierglied kann, wie bereits beschrieben, erreicht werden, daß der Störanteil des Meßsignals U sowohl bei sich langsam wie auch sich schnell ändernden Werten der gemessenen Prozeßgröße unterdrückt wird.
Ist die Amplitude des Störanteils nicht konstant sondern zeitlichen Änderungen unterworfen, so kann, wie in Figur 2 dargestellt, die Totzone des nichtlinearen Übertragungsglieds 2 in Abhängigkeit von der Rauschamplitude des Störanteils automatisch eingestellt werden.
Dazu wird die in Figur 1 dargestellte Schaltungsanordnung dahingehend erweitert, daß das Meßsignal Ue einem Hochpaß 5 zugeführt wird, welcher den höherfrequenten Störanteil des Meßsignals UQ ausfiltert und einem Spitzenwertdetektor 6 zuführt, dessen Ausgangssignal den wechselnden Amplituden des Störanteils folgt und die Totzonenbreite des nichtlinearen Übertragungsglieds 2 so steuert, daß die dem Störanteil entsprechende Differenz Ue-U bei konstantem oder sich langsam ändernden Mittelwert des Eingangssignals U_ nicht übertragen wird.
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Claims (2)

  1. s 77 P 3 5 1 O BRD
    Patentansprüche
    (i.7 Schaltungsanordnung zur Unterdrückung des Störanteils in verrauschten Meßsignalen unter Verwendung eines nichtlinearen Übertragungsglieds mit Totzone, dadurch gekennzeichnet , daß der Ausgang eines Differenzglieds mit dem Meßsignal und dem Ausgangssignal (U ) der Schaltungsanordnung
    el
    als Eingangsgrößen mit dem Eingang des nichtlinearen Übertragungsglieds (2) mit einstellbarer Totzone und hoher Verstärkung im Durchlaßbereich verbunden ist und daß ein Summationsglied (3)» dessen Eingänge mit den Ausgängen des Differenzglieds (1) und des nichtlinearen Übertragungsglieds (2) verbunden sind, ein Integrierglied (4) mit einstellbarer Integrationszeit speist, dessen Ausgang das Ausgangssignal (U.) der Schaltungsanordnung führt.
    Cl
  2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Hochpaß (5)» an dessen Eingang das Meßsignal (U@) liegt und dessen Auegangssignal (U.) dem Störanteil entspricht, ein dem
    el
    Hochpaß (5) nachgeschalteter Spitzenwertdetektor (6), dessen der Amplitude des Störanteils proportionales Ausgangssignal die einstellbare Totzone des nichtlinearen Übertragungsglieds (2) steuert.
    809839/0170
    ORIGINAL INSPECTED
DE19772712303 1977-03-21 1977-03-21 Schaltungsanordnung zur Unterdrückung des Störanteils in verrauschten Meßsignalen Expired DE2712303C3 (de)

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