DE2849182A1

DE2849182A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zur daempfungsmessung, insbesondere zur ermittlung der daempfungs- und/oder gruppenlaufzeitverzerrung eines messobjektes

Info

Publication number: DE2849182A1
Application number: DE19782849182
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl Ing Blaess
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-11-13
Filing date: 1978-11-13
Publication date: 1980-05-14

Description

Verfahren und Schaltungsanordnung zur Dämpfungsmessung,
insbesondere zur Ermittlung der Dämpfungs- undloder Grupenlaufzeitverzerrung eines Meßobjektes.
(Zusatz zu Patent - Patentanmeldung P 27 24 991.8) Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dämpfungsmessung, insbesondere zur Ermittlung der Dämpfungsverzerrung und/oder der Gruppenlaufzeitverzerrung eines Meßobjektes, dem ein Testpuls zugeführt und seine durch das Meßobjekt verursachte Verformung (Pulsantwort) ausgewertet wird, wobei mit Hilfe der Fourier-Analyse die Pulsantwort in Harmonische zerlegt sowie die einzelnen Frequenzkomponenten hinsichtlich ihrer Amplituden und ggf. ihrer Phasenbeziehung zueinander bestimmt werden und durch Einarbeiten der entsprechenden Werte des ursprünglich gesendeten Testpulses die Dämpfungsmessung und ggf. Gruopenlaufzeitmessung durchgeführt wird, und wobei der Testpuls aus einer Reihe bezüglich ihrer Amplitude und Anfangsphase vorgegebener Schwingungen unterschiedlicher Frequenz besteht und nach folgender Formel gebildet wird wobei An die Amplitude und #n die phase jeweils einer bestimmten Frequenz n.f bedeutet und die so gebildeten einzelnen Harmonischen bekannter Amplitude durch Überlagerung zum Testpuls zusammengesetzt sind, insbesondere nach Patent - (Patentanmeldung P 27 24 991.8).
Aus der Zeitschrift "Electronic Engin eering" August 1966, Seiten 516 bis 519 ist ein Verfahren für die Messung der Übertragungsfunktion mit Hilfe von kurzen Impulsen bekannt. Ausgehend von der Erkenntnis, daß eine #-Funktion mit undendlich schmalen Impulsen in der Fourieranalyse eine Verteilung der Harmonischen mit konstanter Amplitude bei allen Frequenzen (bis unendlich) liefern würde, wird in der Praxis ein möglichst kurzer Impuls verwendet, der für seine Spektralkomponenten allerdings nur eine #### Funktion ergibt. Eine Folge derartiger schmaler Impulse wird auf das Meßobjekt gegeben und empfangsseitig wird die Kurvenform des durch die Übertragung veränderten Impulses nach Abtastung aufgezeichnet und einer Fourieranalyse unterworfen. In gleicher Weise ist auch vor der Übertragung eine Abtastung des Sendeimpulses durchzuführen und auch dieses Ergebnis wird gespeichert und ebenfalls einer Fourieranalyse unterworfen.
Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß eine zweifache Anfzeichnung sowohl des Sendeimpulses als auch des verzerrten empfangenen Impulses durchgeführt werden muß.
Außerdem ist erforderlich, daß beide Impulsformen der Fourieranalyse unterworfen werden. Bei der Messung an Übertragungsstrecken ergibt sich dabei das Problem, daß die Fourieranalyse für den Sendeimpuls an der Emp- fangstelle nicht direkt zur Verfügung steht. Es muß also entweder eine entsprechende zusätzliche Übertragung der sendeseitigen Spektralanalyse zur empfangsseitigen Meßstelle vorgenommen werden oder es wird umgekehrt die empfangsseitige Spektralanalyse zur Sendeseite zurückübertragen. Dabei ergibt sich neben dem großen Aufwand ein Nachteil dadurch, daß jeglicher Übertragungsfehler unmittelbar das Meßergebnis beeinflußt. In das Meßergebnis gehen weiterhin die Fehler sowohl bei der sendeseitigen als auch bei der empfangsseitigen Fourieranalyse mit ein.
Es ist auch zu beachten, daß die bei derartigen Impulsen auftretenden unendlich vielen Harmonischen #### Funktion) sehr breite Frequenzbänder belegen und zu Störungen führen können, wenn in bestimmten Kanälen gemessen werden soll, während in benachbarten Kanälen eine normale Nachrichtenübertragung stattfindet. Schließlich ist es noch für den praktischen Betrieb von Nachteil, daß die Phasen der einzelnen Harmonischen und ebenso deren Amplituden durch die Form des verwendeten Sendeimpulses vorgegeben sind und somit nicht frei gewählt werden können.
Bei der Beurteilung der Belastung eines Systems durch Testpulse wird der sogenannte Crest-Faktor Cf herangezogen. Dieser ist definiert durch cf = ################ Ueff evwer Bei Verwendung von sehr schmalen Rechteckimpulsen, wie sie beim vorstehend genannten Stand der Technik benötigt werden, ist der Crest-Faktor sehr hoch und kann nicht geändert werden.
Besonders ungünstig ist beim genannten Stand der Technik weiterhin auch die Tatsache, daß das durch die gewählte Wiederholfrequenz fp festgelegte Oberwellenspektrum nicht verändert werden kann. Ist z.B. die Wiederholfrequenz fp mit 100 Hz gewählt worden, so liegen die Spektrallinien bei k.fp. Obwohl u.U. nicht alle Oberwellen für die Messung benötigt werden, müssen sie auf dem Meßkanal übertragen und ausgewertet werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren der eingangs genannten Art einerseits zu erreichen, daß ausreichend viele für die Messung benötigte Einzelschwingungen vorhanden sind und andererseits eine Belastung des Meßobjektes durch unnötige Frequenzanteile vermieden wird. Gemäß der Erfindung.wird dies dadurch erreicht, daß die Amplituden einzelner der n Harmonischen bei der Bildung des Testpulses zu Null gesetzt werden.
Der so erreichte Vorteil besteht darin, daß die Frequenzfolge der Einzelschwingungen nicht mehr an die Gesetzmäßigkeit k.fp gebunden ist, und sowohl der Abstand der Einzelfrequenzen als auch der Frequenzbereich, in dem diese liegen, frei gewählt werden kann. Beispielsweise kann mit einem Frequenzabstand von 100 Hz der Einzelfrequenzen gemessen (f1 = 100 Hz, f2 = 200 Hz, f3 = 300 Hz) und gleichzeitig A1 (Amplitudenwert für die Frequenz f1) zu Null gesetzt werden. Die erste im Testpuls auftretende Frequenz liegt somit bei f2 = 200 Hz und die nächsten Harmonischen folgen im Abstand von jeweils 100 Hz. Weiterhin ist es von Vorteil, daß gleichzeitig durch diese Maßnahme der Crest-Faktor Cf erniedrigt werden kann Die Erfindung betrifft weiterhin eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß sendeseitig ein Speicher vorgesehen ist, der ausreichend viele zeitlich aufeinanderfolgende Abtastwerte des aus einem mit den jeweiligen Amplituden- und Anfangsphasenwerten der Einzelschwingungen gebildeten Testpulses enthält, die nacheinander ausgelesen werden, daß empfangsseitig ein Speicher vorgesehen ist, in dem die Ausgangswerte des sendeseitig gebildeten Testpulses ebenfalls gespeichert und zur Auswertung bereitgestellt sind, und daß eine Schaltung für die Abtastung des empfangenen Testpulses vorgesehen ist.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 einen Schaltungsaufbau der Sendeseite, Fig. 2 einen Schaltungsaufbau der Empfangsseite, Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel für eine Amplitudenverteilung nach der Erfindung, Fig. 4 das Zeigerdiagramm eines empfangenen Testpulses.
Fig. 1 zeigt Einzelheiten einer Schaltungsanordnung, mit der der aus der Überlagerung einer Reihe harmonischer Schwingungen hergeleitete Testpuls hergestellt wird. Das angegebene Beispiel bezieht sich auf Messungen an einem Daten- oder Fernsprechkanal (Bandbreite 300 Hz bis 3kHz). Dabei ist ein Quarzgenerator QG vorgesehen, dem ein erster Frequenzteiler FDO nachgeschaltet ist, dessen Teilungsverhältnis m:1 beträgt. Am Ausgang dieses Frequenzteilers liegt beispielsweise eine rechteckförmige Spannungsfolge mit der Frequenz 12,8 kHz vor. Diese Rechteckspannungsfolge wird einer Reihe von 7 Frequenzteilern FD1 bis FD7 zugeführt, die hintereinander geschaltet sind und jeweils ein Teilverhältnis von 2:1 aufweisen.
Mit dem 7-stufigen Binärteiler (FD1...FD7) können 27 = 128 verschiedene Kombinationen aufeinanderfolgend auf den 7 Ausgangsleitungen erzeugt werden, welche als Adressleitungen einem programmierbaren Speicherwerk (z.B. PROM) zugeführt werden, das mit PR bezeichnet ist.
Mit jeder der 27 = 128 Adressen wird ein Speicherwort im Speicher PR angesprochen und auf den Ausgang durchgeschaltet. Jedes Speicherwort hat z.B. eine Länge von 12 Bit und beinhaltet den digitalisierten Amplituden-Momentanwert der unverzerrten Zeitfunktion(n=ganzzahlig) Durch Aneinanderreihen dieser aufeinanderfolgenden Momentanwerte wird der Testpuls als Treppenkurve erzeugt, wobei diese Testpulse zweckmäßig fortlaufend (d.h. ohne zeitliche Lücke aneinandergereiht) ausgesandt werden.
Eine Periode des Testpulses ist gegeben durch 1 bei 9 die Frequenz der niedrigsten Harmonischen bedeutet (im vorliegenden Beispiel ist f1 = 100 Hz gewählt).
Mit dem angenommenen Zahlenbeispiel von insgesamt 2 einzelnen Harmonischen von je 100 Hz Frequenzabstand kann ein Frequenzband von 100 Hz bis 3200 Hz ausgemessen werden. Für die Auslegung der Arbeitsweise der Schaltung nach Fig. 1 ist zu beachten, daß.. nach dem Abtasttheorem die höchste Frequenz (3200 Hz) mehr als zweimal abgetastet werden muß, so daß die Abtastfrequenz über 6400 Hz liegen muß. Im vorliegenden Beispiel ist davon ausgegangen, daß die Abtastfrequenz mit 12,8 kHz gewählt ist, so daß die Abtastbedingung für die höchste Frequenz mit Sicherheit erfüllt ist.
Im einzelnen wird für die Programmierung des Speichers PR folgendermaßen vorgegangen: Zunächst wird mit den jeweiligen Amplitudenwerten Al bis An und den Anfangsphasenwerten #1 bis #n ein Testpuls der Periodendauer T = ## festgelegt. Die Periodendauer beträgt für das angegebene Beispiel somit T = 10 msec. Die Amplitudenwerte A1 bis An werden dabei unterschiedlich groß gewählt, wie näher im Zusammenhang mit Fig. 3 erläutert wird.
Von dem so zeichnerisch oder rechnerisch ermittelten, aus den einzelnen Harmonischen mit den Amplituden Al bis A32 und mit den Anfangsphasen #1 1 bis #32 zusammengesetzten Testpuls werden nun während einer Periodendauer T, also z.B. während 10 msec eine ausreichende Zahl z.B. von k=128 aufeinanderfolgenden Abtastwerten im zeitlichen Abstand von T, im vorliegenden Beispiel also -3 10 . 10 = 78,125 usec 128 entnommen. Diese Werte der Zeitfunktion werden in digitaler Form im Speicher Pr aufeinanderfolgend unter der Jeweiligen Adresse d.h.z.B. unter Nr. 1 bis Nr. 128 abgelegt. Dadurch ist sichergestellt, daß durch Fortschalten der Adressen aufeinanderfolgend beim Auslesen k = 128 Abtastwerte in der richtigen Reihenfolge nacheinander ausgelesen werden und daß nach Digital-Analogumwandlung im Digital-Analogumsetzer DAC diese Abtastwerte eine Treppenkurve bilden, welche praktisch dem idealen für die Berechnung der Abtastwerte benutzten Testimpuls entspricht. Die Glättung, d.h. die Überfurung der einzelnen Spannungsstufen in ein stetiges Analogsignal erfolgt mit dem nachgeschalteten Tiefpaßfilter LP.
Nach Ablauf einer vollen Periode, d.h. nach T = 10 msec beginnt ohne Zwischenraum das Programm von neuem, d.h.
es folgen wieder 128 Abtastwerte aufeinander, welche die gleiche Treppenkurve ergeben ( = nächsten Periode der Zeitfunktion).
Es werden aufeinanderfolgend mindestens so viele Testimpulse ausgesandt, wie das jeweilige Meßobjekt bis zum vollständigen Einschwingen benötigt. Im eingeschwungenen Zustand kann dann empfangsseitig mindestens eine Periode T abgetastet werden und zwar nach dem gleichen Schema, nach dem sendeseitig die Erzeugung der einzelnen Abtastproben durchgeführt wurde. Im vorliegenden Beispiel würden sich somit auf der Empfangsseite wieder 128 Abtastwerte ergeben, die dann in analoger oder digitalisierter Form der Fourieranalyse unterworfen werden können und dadurch insgesamt die einzelnen Amplitudenwerte A1* bis A32* sowie die Phasenwerte# 1*bix #32* liefern.
Sollten im Tiefpaßfilter LP irgendwelche bekannte Verfälschungen der Zeitfunktion (z.B. durch Dämpfungswelligkeit im Durchlaßbereich oder durch eine Phasenverschiebung) eintreten, können diese durch eine entsprechende Vorkorrektur der Abtastwerte (Vorentzerrung) ausgeglichen werden.
Diese Zeit-Spannungsfunktion, welche den Testpuls bildet, gelangt über einen einstellbaren Verstärker AM1 zu einer Anpaßschaltung TR1, z.B. in Form eines Leitungsübertragers und von dort aus zu einem eine Filtercharakteristik aufweisenden Meßobjekt TE, bevorzugt eine Übertragungsstrecke, deren Dämpfung und/oder Gruppenlaufzeit bzw. Dämpfungsverzerrung und/oder Gruppenlaufzeitverzerrung gemessen werden soll.
In Fig. 2 ist die Schaltung zur Auswertung der durch das Meßobjekt veränderten Testpulse dargestellt. Von dem Meßobjekt TE gelangt der verzerrte Testpuls zunächst zu einer Anpaßschaltung TR2,an deren Ausgang ein Dämpfungsglied AT angeschlossen ist, dem ein einstellbarer Verstärker AM2 nachfolgt. Von hier aus zweigt eine Regelschleife ab, die über einen Gleichrichter GR und eine Schwellenschaltung SW geführt ist und die Dämpfung des Dämpfungsgliedes AT sowie die Verstärkung des Verstärkers AM2 so beeinflußt, daß eine in engen Grenzen tolerierte Maximalamplitude des empfangenen Testpulses vorhanden ist. Nachgeschaltet ist ein eine Abtast- und Halteschaltung aufweisender Analog-Digital-Umsetzer ADC, welcher gesteuert mit einer Taktfrequenz von 12,8 kHz die Momentanwerte des empfangenen Testpulses digitalisiert. Diese 12,8 kHz entsprechen mit hinreichender Genauigkeit dem am Ausgang des ersten Frequenzumsetzers FDO in Fig. 1 an der mit A bezeichneten Klemme auftretenden Takt.
Die Taktfrequenz von 12,8 kHz wird einem Frequenzteiler FD8 zugeführt, der für das gewahlte Beispiel ein Teilungsverhältnis von 128 : 1 hat. Dieser Frequenzteiler FD8 hat im wesentlichen den gleichen Aufbau wie der Teiler FD1 bis ?7 in Fig. 1. Er kann sogar z.B. bei Schleifenmessung mit diesem identisch sein und bildet auf seinen 7 Ausgangsleitungen die Adressen, unter denen die vom Analog-Digital-Umsetzer aufeinanderfolgend gelieferten und dem jeweiligen Momentanwert des empfangenen Testpulses entsprechenden Binärwerte in dem Speicher STO abgespeichert werden. Nach einem Durchlauf des Teiler FD8, d.h. nach dem Abspeichern von z.B. 128 Momentanwerten des empfangenen Testpulses, wird dieser Vorgang beendet.
Mit den 128 Werten wird somit genau eine Periode des Testpulses in digitalisierter Form abgespeichert.
Dieser Speicher STO arbeitet mit einem Computer CO im Dialogverkehr zusammen, wobei zunächst die abgespeicherten 128 Abtastwerte nach einem Fast-Fourier-Programm (FFT-Programm) verrechnet werden. Das Programm hierfür ist in einem Programmspeicher PST enthalten, der auch die sendeseitig für die Erzeugung des Testpulses maßgebenden einzelnen Amplitudenwerte A1, A2...An und die Phasenwerte#1, $2...#n Enthält.
Ein Beispiel für ein derartiges FFT-Programm zur Berechnung der schnellen Fourier-Transform ist in dem Buch "The Fast Fourier Transform" von G. Oran Brigham auf den Seiten 163 bis 171 beschrieben.
Mit diesem FFT-Rechenvorgang wird der Übergang von dem Zeitbereich in den Frequenzbereich ausgeführt. Als Ergebnis wird für jede der z.B. n = 32 Harmonischen der Real- (Rn*) und der Imaginärteil (In*) erhalten. Hiervon wird anschließend für jede Harmonische der Betrag der Amplitude An* nach der Gleichung errechnet sowie die Phase #*n n nach der Gleichung Die hierfür erforderlichen Programme sind ebenfalls in dem Programmspeicher PST enthalten.
Hat das Meßobjekt TE z.B. durch eine Filtercharakteristik eine frequenzabhängige Dämpfung, so sind die auf der Empfangsseite errechneten Einzelamplituden A1*.
..An* der Harmonischen nicht mehr identisch mit den Einzelamplituden A1 ... An aus denen sich der gesendete Testpuls zusammensetzte (siehe Gleichung 1). Die Amplitudenänderung an * durch das Meßobjekt und somit die Dämpfung bzw. Dämpfungsverzerrung bei den verschiedenen Frequenzwerten f1 bis fn wird jede Harmonische berechnet (an* = An ) und als Ergebnis auf einer geeigneten Anzeigeeinrichtung (Display) dargestellt, die hier mit DSP bezeichnet ist. Das erforderliche Programm ist ebenfalls im Programmspeicher PST enthalten, d.h. auch die Information über die sendeseitig unterschiedlich gewählte Amplitudenverteilung Al bis An, welche näher bei Fig. 3 erläutert wird.
Hat das Meßobjekt TE auch eine frequenzabhängige Phasenverschiebung, so ist die Differenz der Phasenänderung zweier benachbarter Harmonischer ein Maß für die Gruppenlaufzeit nach der Gleichung Diese Näherung gilt hinreichend genau bei ausreichend vielen Harmonischen innerhalb der zu untersuchenden Bandbreite, wobei zusätzlich vereinfachend gilt #w = 2#.#f = 2#.f1 = konst. (5) Um die Differenz der Phasennnderung zweier benachbarter Harmonischer bestimmen zu können, wird zunächst die Phasenänderung ##n* jeder Harmonischen bestimmt nach der Gleichung =#n* - # wobei die Werte von #n (die sendeseitig gewählten Phasen der Harmonischen) ebenfalls im Programmspeicher PST gespeichert sind. Die Differenz der Phasenänderung zweier benachbarter Harmonischer als Maß für die Gruppenlaufzeit #g ergibt sich somt zu = (#*n +1 -#n+1) - (#*n -#n) (6) = (#*n+1 -#*n) - (#n+1 -#n) Somit kann aus den Gleichungen (4) mit (5) und (6) die Gruppenlaufzeit #g berechnet und auf der Anzeinrichtung dargestellt werden.
Bei Schleifenmessung kann die Gruppenlaufzeit #g absolut gemessen werden. Bei Streckenmessung kann der Absolutwert wegen Fehlens eines Referenzzeitp unktes nicht bestimmt werden. Hier ergibt sich nur die Gruppenlaufzeitverzerrung bezogen auf den Wert bei einer willkürlich gewählten Frequenz.
In Fig. 3 ist die zugelassene Restdämpfung (bezogen auf 800 Hz) entsprechend einer CCI-Empfehlung für Fernsprechleitungen durch die mit einer Schraffur ergänzte Linie angedeutet. Auf der Abszisse ist hierbei die Frequenz in Hz aufgetragen, während die Ordinate die Dämpfung in dB zeigt. Der eigentliche Durchlaßbereich liegt zwischen 500 und 2800 Hz, während an den beiden Bandgrenzen zwischen 500 und 300 Hz bzw. 2800 Hz und 3000 Hz einen Dämpfungsanstieg von höchstens 3 db auf 6 db zulässig ist. Unterhalb 300 Hz und oberhalb 3000 Hz ist keine Begrenzung der Restdämpfung angegeben.
Unter der Annahme, daß der Testimpuls aus 32 Harmonischen A1 bis A32 zusammengesetzt ist, deren Frequenzabstand Jeweils 100 Hz beträgt und die das Band von 100 bis 3200 Hz in gleichmäßigen Stufen überdecken, ergeben sich für den angegebenen Kanal insgesamt 32 frequenzabhängige Meßwerte. Für die Erzielung eines ausreichend genauen und aussagekräftigen Meßergebnisses ist eine möglichst große Anzahl von Einzelmeßwerten bei bestimmten Frequenzen notwendig. Wenn man annimmt, daß für das vorliegende Beispiel eine Messung im Abstand von 100 Hz erforderlich ist, so müßte bei der Verwendung von Impulsen entsprechend der oben angeführten Literaturstelle eine Pulswiederholfrequenz von 100 Hz verwendet werden. Es würde dann ein Oberwellenspektrum entstehen, das bei Vielfachen von jeweils 100 Hz eine Spektrallinie aufweisen würde. Im vorliegenden Beispiel würde dies bedeuten, daß der gesamte Frequenzbereich (abgesehen von den Nullstellen bei #### = 0) mit einem Linienspektrum von jeweils 100 Hz Abstand belegt wäre.
In vielen Fällen ist es weder notwendig, noch auch erwünscht, das gesamte Frequenzband in dieser Form so weitgehend zu belegen. Beispielsweise können vor allem sehr niedrige Frequenzwerte (etwa die Frequenz 100 Hz) überhaupt ohne Interesse sein, weil in diesem Frequenzbereich eine Nachrichtenübertragung nicht mehr stattfindet. Weiterhin besteht die Möglichkeit, daß bestimmte Teilbereiche des Durchlaßfrequenzbandes (z.B.
Untergruppen)des Meßobjektes durch andere Frequenzen belegt sind und nicht gestört werden sollen. So ist es z.B. möglich, daß etwa bei bestimmten Harmonischen in einem Übertragungssystem ein Pilotton vorliegt. Wenn die Charakteristik dieses Übertragungskanals zusammen mit dem vorhandenen Pilotton gemessen werden soll, so darf keinesfalls der zur Messung benutzte Testpuls einen Signalanteil bei der Pilotfrequenz aufweisen.
Zur Beseitigung dieser Schwierigkeiten werden in der Schaltung nach Fig. 1 bei der Bildung der zur Überlagerung der benutzten Einzelschwingungen innerhalb der n Amplitudenwerte Al bis An die Amplitudenwerte Ax von nicht benötigten einzelnen Harmonischen bei der Bildung des Testpulses zu Null gesetzt. Im Beispiel von Fig. 3 ist der (nur gestrichelt angedeutete) Amplitudenwert A1 = 0 gesetzt und die niedrigste Frequenz innerhalb des Testpulses liegt bei f2 = 200 Hz mit dem Amplitudenwert A2. Das zur Messung verwendete Spektrum hat Jedoch weiterhin einen Abstand von nur 100 Hz.
Ebenso kann für eine oder mehrere weitere der n Harmonischen der zugehörige Amplitudenwert Ax zu Null gesetzt werden. Ein zusätzlicher Vorteil der durch dieses teilweise Nullsetzen von einzelnen Amplitudenwerten Ax bei der Bildung des Testimpulses erzielt wird, besteht darin, daß der Crest-Faktor erniedrigt wird. Dieser Crest-Faktor cf ist bei Überlagerung von n Cosinus-Einzelschwingungen mit gleicher Anfangsphase gegeben durch das Verhältnis von Für 32 Harmonische gleicher Amplitude A wird Cf = 8,0.
Läßt man dagegen Al weg, so sinkt der Crest-Faktor auf = 7,87.
Eine Verringerung des Crest-Faktors bringt eine verkleinerte Belastung des gesamten Meßobjektes, eine geringere Dynamik und damit weniger Verzerrungen im Ubertragungsbereich und somit auch bei der Durchführung des Meßvorganges geringere Meßfehler.
Eine weitere Verbesserung des Crest-Faktors ist dadurch möglich, daß die Amplitudenwerte z.B. A7 bis A27 im Durchlaßbereich kleiner gewählt werden als die Amplitudenwerte A2 bis A6 und A28 bis A32 im Bereich von Filterflanken. Damit läßt sich zusätzlich genau- er messen, weil die stärker bedämpften Amplitudenwerte z.B. A*2. A*3 empfangsseitig ausreichend groß bleiben.
Fig. 4 zeigt in einer Zeigerdiagrammdarstellung die Beziehungen für die am Ausgang der Schaltung nach Fig. 2 erhaltene Werte #*1 bis #*n und A*1 bis A*n. Die sendeseitigen Amplitudenwerte A2 bis A32 sind mit der Anfangsphase #n = 0 angesetzt. Der Amplitudenwert Al ist entsprechend Fig. 3 als Null angenommen und tritt deshalb nicht in Erscheinung. In der Fig. 4 sind nur wenige dieser empfangsseitigen Amplituden und Phasenwerte aufgezeichnet und zwar der Zeiger A*2 (für die Frequenz f1 = 200 Hz), der Zeiger A*3 (für die Frequenz 300 Hz). Zwischen dem Zeiger A*2 und dem Zeiger A*3 besteht eine Phasenverschiebung ###*2, welche auf der Anzeigeeinrichtung DSP nach Fig. 2 dargestellt wird und welche die Phasenverzerrung als Maß der Gruppenlaufzeit im Bereich zwischen 200 Hz und 500 Hz zeigt. Ein vollständiges Zeigerdiagramm nach Fig. 4 würde somit das Gesamtergebnis am Ausgang des Computers nach Fig. 2 wiedergeben. Da in diesem Fall #n = 0 gewählt wurde, gilt #*n = ##*n.
Bei der Auswertung ist zu beachten, daß jeweils A*1 auf A1, A*2 auf A2 und A*n auf An bezogen werden muß, um zu dem gewünschten Dämpfungswert Jeweils bei der Frequenz n.f zu gelangen.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Speicheranordnungen und Auswerteeinrichtungen sind als digital arbeitend beschrieben worden. Es ist aber auch möglich, dort analoge Speicher und/oder Auswerteeinrichtungen einzusetzen.
Während auf der Sende seite nach Fig. 1 im Speicher PR zweckmäßig die Zeitfunktion des Testpulses gespeichert ist, sind auf der Empfangsseite (Fig. 2) vorteilhaft die Werte der Frequenzfunktion gespeichert, weil die dort mit dem Empfangssignal durchzuführende Fourieranalyse ebenfalls die Werte der Frequenzfunktion liefert und somit die Einarbeitung der Ausgangswerte besonders einfach durchzuführen ist.
Eine zusätzliche Verbesserung des Crest-Faktors ist auch noch dadurch möglich, daß die Anfangsphasen # n unterschiedlich gewählt werden. Beispielsweise kann durch einen Wert von # #n=90° (d.h. Überlagerung von Sinusschwingungen) bereits eine wesentliche Verringerung erzielt werden. Noch günstigere Ergebnisse sind erzielbar, wenn alternierend die Anfangsphasen zu # = 0 und # = 90° angesetzt werden.
16 Ansprüche 4 Figuren L e e r s e i t e

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Verfahren zur Dämpfungsmessung, insbesondere zur Ermittlung der Dämpfungsverzerrung und/oder der Gruppenlaufzeitverzerrung eines Meßobjektes, dem ein Testpuls zugeführt und seine durch das Meßobjekt verursachte Verformung (Pulsantwort) ausgewertet wird, wobei mit Hilfe der Fourier-Analyse die Pulsantwort in Harmonische zerlegt sowie die einzelnen Frequenzkomponenten hinsichtlich ihrer Amplituden und ggf. ihrer Phasenbeziehung zueinander bestimmt werden und durch Einarbeiten der entsprechenden Werte des ursprünglich gesendeten Testpulses die Dämpfungsmessung und ggf. Gruppenlaufzeitmessung durchgeführt wird, und wobei der Testpuls aus einer Reihe bezüglich ihrer Amplitude und Anfangsphase vorgegebener Schwingungen unterschiedlicher Frequenz besteht und nach folgender Formel gebildet wird wobei An die Amplitude, #n die Anfangsphase jeweils einer bestimmten Frequenz n.f f und n eine ganze Zahl bedeutet und die so gebildeten einzelnen Harmonischen bekannter Amplitude durch Überlagerung zum Testpuls zusammengesetzt sind, insbesondere nach Patent (Anmeldung P 27 24 991.8), d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t , daß die Amplituden (Ax) einzelner der n Harmonischen bei der Bildung des Testpulses zu Null gesetzt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Amplituden (Ax) derjenigen Harmonischen zu Null gesetzt werden, bei denen n kleine Werte aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Amplituden (Ax) derjenigen Harmonischen zu Null gesetzt werden, bei denen anderweitige Signalfrequenzen (z.B. Pilote) auftreten.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der für den Testpuls sich ergebende Crest-Faktor cf = ################ durch Auswahl unterschiedlicher Anfangspnasenwerte # n der jeweils für die Uberlagerung benutzten harmonischen Einzelschwingungen auf einen für die Belastung des Systems zulässigen Wert verringert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die unterschiedlichen sendeseitigen Anfangsphasenwerte #1 bis #n bei der Bestimmung der Phasenverzerrung für die durch das MeB-objekt veränderten empfangsseitigen Phasenwerte #*1 bis #*n durch Differenzbildung bei der Auswertung dadurch herangezogen werden, daß für die Ermittlung der Phasenverzerrung empfangsseitig die einzelnen sendeseitig benutzten Anfangsphasenwerte #1 bis in den Speichereinrichtungen (PST) für die Berechnung der Phasenverzerrung festgehalten werden.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Anfangsphase für alle Harmonischen zu #n = 90° angesetzt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Anfangsphasen von alternierend zu 0° oder 900 angesetzt werden.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Amplitudenwerte Al bis An der einzelnen Harmonischen unterschiedlich angesetzt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t , daß die Amplitudenwerte Al bis An bei Meßobjekten mit einer Filtercharakteristik im Bereich der Filterflanken größer angesetzt werden als im Durchlaßbereich.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Testpuls mindestens die Länge einer vollen Periodendauer der in ihm enthaltenen niederfrequentesten Einzelschwingung aufweist.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die einzelnen Testpulse lückenlos aneinandergereiht ausgesandt werden.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß Abtastwerte eines vollständigen Testpulses in einem Speicher (PR) festgehalten werden, wobei die Abtastfrequenz mehr als doppelt so hoch gewählt ist wie die höchstfrequente im Testpuls enthaltene Einzelschwingung.
13. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorliegenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß sendeseitig ein Speicher (PR) vorgesehen ist, der ausreichend viele zeitlich aufeinanderfolgende Abtastwerte aus einem mit den unterschiedlichen Anfangsphasenwerten (#1 bis # der Einzelschwingungen und den Amplitudenwerten (A1 bis An einschließlich Ax =0) gebildeten Testpuls enthält, die nacheinander ausgelesen werden, daß empfangsseitig ein Speicher (PST) vorgesehen ist, in dem die Ausgangswerte des sendeseitig mit den unterschiedlichen Anfangsphasenwerten ( #1 bis #n) und den Amplitudenwerten (A1 bis An einschließlich Ax = 0) gebildeten Testpulses ebenfalls gespeichert und zur Auswertung bereitgestellt sind, und daß eine Schaltung (ADC) für die Abtastung des empfangenen Testpulses vorgesehen ist.
14. Schaltungsanordnung nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der sendeseitige Speicher (PR) als Digitalspeicher ausgebildet ist und einen nachgeschalteten Digital-Analog-Wandler (DAC) aufweist, dem ein Tiefpaßfilter (LP) nachgeschaltet ist.
15. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 13 und 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß empfangsseitig eine Regelschaltung (GR, SW, AM2, AT) vorgesehen ist, welche die Maximalamplitude der Empfangssignale auf einem einheitlichen Pegel hält.
16. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß sendeseitig (Fig. 1) die Zeitfunktion des Testpulses und empfangsseitig (Fig. 2) die Werte der Frequenzfunktion gespeichert sind.