DE2938991A1

DE2938991A1 - Anlage zur messung und analyse von gasen mittels der gaschromatographie

Info

Publication number: DE2938991A1
Application number: DE19792938991
Authority: DE
Inventors: James F Muldoon
Original assignee: Electronic Associates Inc
Current assignee: Sensus Spectrum LLC
Priority date: 1978-09-28
Filing date: 1979-09-26
Publication date: 1980-04-10
Also published as: IT1119185B; US4229968A; GB2033117B; GB2033117A; FR2437619A1; MX147210A; FR2437619B1; DE2938991C2; CA1138226A; IT7968876A0; NL7907037A

Description

ELECTRONIC ASSOCIATES INC., WEST LONG BRANCH, N.J. (V.St.A.)

Anlage zur Messung und Analyse von Gasen mittels der Gaschromatographie

Die Erfindung betrifft die Messung und Analyse von Gasen mittels der Gaschromatographie. Dabei wird ein so bezeichneter Gaschromatograph zur Lieferung von zeitveränderlichen Signalen eingesetzt, die zur Bestimmung der Gemischanteile eines Trägergasstromes ausgewertet werden.

Aus der allgemeinen Elektronik und insbesondere für die Verhältnisse der Auswertung von Radarsignalen ist es bekannt, Rauscheignale durch eine Schätzung ihrer Änderungsrate auszuwerten. Solche Rauschsignale zeichnen sich durch Amplituden derselben Größenordnung wie der Jeweilige Geräuschinhalt aus, womit für eine solche geschätzte Auswertung im wesentlichen nur Differenzierschaltungen der verschiedensten Formen benö-

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• s·

tigt werden in Verbindung mit geeigneten Verstärkern oder/und Filtern. Die Systeme dieser Art sind im allgemeinen äußerst ansprechempfindlich, neigen leicht zu einer unprogrammierten Abschaltung bei Erreichung eines Sättigungszustandes und haben überhaupt eine Vielzahl sonstiger unerwünschter Betriebseigenschaften, insbesondere in bezug auf ein nichtlineares Verhalten gegenüber jeder Art von Geräuschen. Der Einsatz von Filtern ist dabei gleichzeitig wegen deren Größe und Gewicht beschränkt sowie auch dadurch, daß Filter im allgemeinen eine unerwünschte Verzerrung in wechselndem Ausmaß der Amplitude und der Phase des ursprünglichen Signals ergeben, wenn dessen Frequenzinhalt angenähert im spektralen Bereich des ausgeschiedenen Geräusches liegt.

Auf dem Gebiet der elektronischen Auswertung von Signalen ist vorliegend noch die "OFF-LINE"-Technik von Interesse, bei der bestimmte Datenpunkte gesammelt werden, welche das verarbeitete Signal, eingebettet in eine Geräuschkomponente, enthalten. Zur Abtrennung der Geräuschkomponente werden analytische Methoden, wie diejenige der "wenigsten Quadrate", angewandt, um so den primären Trend der gewünschten Funktion ermitteln zu können. Solche Methoden sind indessen in aller Regel auf Grund eines unangemessen hohen Berechnungsaufwandes sowie des Erfordernisses für eine Durchführung während einer unechten Zeit entsprechend begrenzt. Wegen der im allgemeinen beschränkten Speichergröße und dem in bezug auf die Zeit meistens ebenso beschränkten Leistungsvermögen von Mini- und Mikroprozessoren sind aber gerade Anlagen mit diesen Geräten auf eine Echtzeit-Berechnungsmöglichkeit angewiesen.

Die Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Anlage zur Messung und Analyse von Gasen unter Verwendung eines Gaschromatographen, bei der eine Schätzwerte für die Änderungsrate des Zeitfaktors der von einem Trägergasstrom erhaltenen zeitveränderlichen Signale liefernde Schätzeinrichtung vorgesehen ist, die eine rekursive Rückkoppelungsschaltung zur Bestimmung früherer Zeitwerte dieser geschätzten Änderungsrate sowie des betreffenden zeitveränderlichen Signals und eine Einrichtung um-

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faßt, welche diese früheren Zeitwerte mit dem zeitveränderlichen Signal zur Erzeugung der geschätzten Werte der Änderungsrate kombiniert.

Gemäß einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß das in einer solchen Anlage von dem GasChromatographen kontinuierlich gelieferte zeitveränderliche Signal, das also bestimmend ist für die Gemischanteile eines Trägergasstromes, mittels eines A/D-Wandlers in eine solche digitale Form umgewandelt wird, daß eine Reihe amplitudenabhängiger Digitalsignale in gleichen Zeitabständen auftritt, und erst diese Digitalsignale werden dann der Schätzeinrichtung zugeleitet, um somit durch deren auch mit dem A/D-Wandler verbundene rekursive Rückkoppelungsschaltung auf den Zeitfaktor eher dieser Digitalsignale bezogene Schätzwerte der genannten Änderungsrate zu erhalten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Anlage zur Messung

und Analyse von Gasen gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ein Blockdiagraram der in der Anlage nach

Fig.1 vorgesehenen Schätzeinrichtung,

Fig.3A - 3C Diagramme mit verschiedenen Wellenformen

zur verständlicheren Erläuterung der einzelnen Bauteile der Anlage nach den Fig.1 und 2,

Fig. 4a u. 4b Diagramme mit den Wellenformen, die am Ausgang des A/D-Wandlers und der Schätzeinrichtung der Anlage nach den Fig.1 und 2 erhalten werden, und

Fig. 5Au. 5B Diagramme mit einem vergrößerten Ausschnitt

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der Wellenform, die ohne bzw. mit einem Geräuschinhalt am Ausgang des Gaschromatographen erhalten wird.

Die in der Fig.1 in einem Blockdiagramm gezeigte Gesamtheit einer Anlage 1o zur Messung und Analyse von Gasen umfaßt einen Gaschromatographen 15» der zur Lieferung von zeitveränderlichen Signalen über eine Ausgangsleitung 14a ausgebildet ist, die aus einem über eine Eingangsleitung 12 zugeführten Trägergasstrom erhalten werden. Wenn der Trägergasstrom nur aus einer Komponente besteht, dann wird daraus mittels des Gaschromatographen 15 das zeitveränderliche Signal 14 gemäß der Fig.3A erhalten, während bei einem Bestehen des Trägergasstromes aus mehreren Komponenten diese einheitliche Wellenform dann die Abwandlung gemäß der Fig.3C erfährt, wobei die einzelnen Wellenspitzen Rückschlüsse auf die einzelnen Gemischanteile des Trägergasstromes ergeben.

Der Gaschromatograph 14 ist mit einem A/D-Wandler 18 zusammengebaut, der für eine Umwandlung der - analogen - Ausgangssignale des Gaschromatographen 15 in eine digitale Form ausgebildet ist. Die Umwandlung in die digitale Form wird dabei amplitudenabhängig insbesondere in der Weise vorgenommen, daß am Ausgang 16 des A/D-Wandlers 18 eine Reihe in gleichen Zeitabständen auftretender Digitalsignale 17 gemäß der Fig.3B erhalten werden, und diese amplitudenabhängigen und folglich zeitlich vereinzelten Digitalsignale 17 werden dann einer Schätzeinrichtung 2o zugeleitet, die weiter über eine Eingabe/Ausgabe-Steuereinrichtung 24 mit einem Prozessor (bzw. Datenverarbeiter) 3o verbunden ist. Die Schätzeinrichtung 2o ist zur Lieferung von Schätzwerten für die nachfolgend noch näher erläuterte Änderungsrate des Zeitfaktors der zeitveränderlichen Signale 14 über ihren Ausgang 21a ausgebildet, womit es dem Prozessor 3o möglich ist, unter Berücksichtigung auch der am Ausgang 16 des A/D-Wandlers 18 erhaltenenen Digitaleignale 17, die außer an die Schätzeinrichtung 2o auch noch an die Eingabe/Ausgabe-Steuereinrichtung 24 angeliefert werden, eine

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exakte Analyse über die in dem betreffenden Trägergasstrom enthaltenen Gemischanteile vorzunehmen. Der Prozessor 3o kann beispielsweise für die Analyse eines Trägergasstromes mit bis zu 15 verschiedenen Gemischanteilen ausgelegt sein, die dabei auch unverbrennbare,gesättigte und ungesättigte Kohlenwasserstoffe umfassen können.

über die Eingabe/Ausgabe-Steuereinrichtung 24 werden die von dem Prozessor 3o errechneten Ausgangsdaten einem Drucker 35 zugeleitet. Die Ausgangsdaten des Prozessors 3o beinhalten die verschiedensten Parameter in bezug auf den jeweils ausgewerteten Trägergasstrom, so insbesondere eine Analysator-Identifikation, eine Zeit- und Daten-Analyse, die Wertgröße für das gesättigte BTU/CF-Verhältnis, das reale spezifische Gewicht, den Z-Faktor, die Gesamtfläche aller Spitzen im Ausgangssignal des Gaschromatographen, die Namen der einzelnen Gemischanteile (Methan, Kohlendioxyd usw.) mit einer gleichzeitigen Angabe der jeweiligen Konzentration mit einer Genauigkeit bis zu zwei Dezimalstellen, die Retentions- oder Haltezeiten der Spitzen, Ansprechfaktoren und andere, für die Analyse wichtige Informationen.

Die Eingabe/Ausgabe-Steuereinrichtung 24 umfaßt eine Vielzahl programmierbarer Hardware zur Auswertung bzw. Beeinflussung der Daten, die über eine Anschlußleitung 41 dem Prozessor 3o zugeführt bzw. von ihm erhalten werden, und es sind außer einer Anschlußelitung 35 a an dem Drucker 35 noch zwei weitere analoge Ausgangsleitungen vorhanden, über welche die Informationswerte über die BTU-Größe und das spezifische Gewicht ferngeleitet werden. Auch der A/D-Wandler 18 wird über eine Anschlußleitung 24a und 41 durch die Steuereinrichtung 24 gesteuert, und zwar in der Weise, daß für die Lieferung der amplitudenabhängigen Digitalsignale 17 am Ausgang 16 des Wandlers die Prüfrate r_Q eingehalten wird. Diese Prüfrate kann in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des zu messenden und analysierenden Trägergasstromes geändert werden. In dem Über die Anschlußleitung 24a dem A/D-Wandler 18 zugeführten Signal sind im übrigen Befehls- und Statuswörter enthalten, die für einen selbststeuernden Bereichsver-

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stärker gelten, der eine optimale Auswertung des doch sehr breiten und immerhin zwischen 5 Mikrovolt und 1o Volt an der Spitze reichenden Streubereichs der zeitveränderlichen Signale erlaubt, die am Ausgang 14a des Gaschromatographen 15 erhalten werden. Die Steuereinrichtung 24 ist weiterhin über eine Anschlußleitung 23a mit einem Steuerpaneel 22 verbunden, womit bestimmte Sichtanzeigen gesteuert werden, mittels welcher die Arbeitsweise der Steuereinrichtung 24 überprüfbar ist. Weiterhin besteht über eine Anschlußleitung 24b eine Verbindung auch mit dem Gaschromatographen 15» wodurch dessen einzelne Sölenoide zum jeweils richtigen Zeitpunkt und in der richtigen Zeitfolge gesteuert werden. Zur Beeinflussung des Programmablaufs des Prozessors 3o umfaßt die Anlage außerdem eine über eine Anschlußleitung 23 ebenfalls an die Steuereinrichtung 24 angeschlossene Leseeinrichtung 34 für ein Band 19, womit es möglich ist, von dem Prozessor 3o willkürlich alle gewünschten Daten zu erhalten, die unter Vermittlung der Steuereinrichtung 24 dem Prozessor 3o aus dem Gaschromatographen 15» dem A/D-Wandler und der Schätzeinrichtung 2o zugeleitet werden bzw. die damit beeinflußbar sind, um so andererseits den jeweils gewünschten Informationsgehalt solcher Daten, die von dem Prozessor 3o ausgegeben werden, an dem Steuerpaneel 22 und dem Drucker 35 zu erhalten. Zur Ermöglichung eines Dialogverkehrs mit dem Prozessor 3o umfaßt die Anlage schließlich noch eine über eine Anschlußleitung 38a angeschlossene Tastatur 38.

In der vorbeschriebenen Anlage ist die Schätzeinrichtung 2o dafür vorgesehen, die Änderungsrate des Zeitfaktors der Digitalsignale 17 zu bestimmen, die an dem Ausgang 16 des A/D-Wandlers 18 erhalten werden. Um hierfür mit einem minimalen Aufwand an Rechnerkomponenten auszukommen, umfaßt die Schätzeinrichtung 2o eine rekursive Rückkoppelungsschaltung, für die folglich frühere Zeitwerte dieser geschätzten Änderungsrate zur Bildung des jeweils aktuellen Schätzwertes benutzt werden. Im einzelnen gilt hierbei insbesondere, daß von einem Trägergasstrom mit mehreren Gemischanteilen mittels des GasChromatographen 15 das über der Zeit veränderliche Signal 14 der Wellenform gemäß Fig.3C erhalten wird, das dann durch den A/D-

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Wandler 18 in eine digitale Form überführt wird, wobei für diese Überführung gleiche Zeitabstände At eingehalten werden. Die von dem A/D-Wandler 18 an seinem Ausgang 16 gelieferten Digitalsignale 17 stellen sich folglich entsprechend der Darstellung in Fig.3B dar mit einer Prüfrate r , welche die Umkehrfunktion dieser gleichen Zeitabstände ^t ist, das heißt r_o - 1/ nt.

Das Ausgangssingal der Schätzeinrichtung 2o, das folglich Schätzwerte für die Änderungsrate des Zeitfaktors der zeitveränderlichen Signale beinhaltet, wird gemeinsam mit dem digitalen Ausgangssignal des A/D-Wandlers 18 dem Prozessor zugleitet, um im Rahmen eines entsprechenden Unterprogramms auf die enthaltenen Informationswerte geprüft zu werden. Die Logik dieses Unterprogramms analysiert daher das Ausgangssignal des Gaschromatographen 15 einschließlich aller von diesem Signal abgeleiteter Größen zum Zwecke einer Bestimmung der einzelnen Flächeninhalte unterhalb den verschiedenen Wellenspitzen, die entsprechend der verschiedenen Gemischanteile in diesem Ausgangssignal des Gaschromatographen 15 entsprechend der Darstellung in Fig.3C erscheinen. Dabei werden dann gleichzeitig Entscheidungen hinsichtlich der folgenden Einzelfragen getroffen:

1. Befindet sich das Ausgangssignal des Gaschromatographen noch auf seinem vorhergehenden Grundniveau?

2. Hat sich ein weiterer Gemischanteil eingestellt?

3. Ist ein Maximum erreicht worden?

h. Hat sich eine Verringerung angedeutet?

5. Hat eine früher festgestellte Verringerung eines Gemischanteils das Grundniveau erreicht?

Die Antworten auf diese Fragen bestimmen die auszuwählende

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Logik und werden für die Berechnung der Fläche A. unterhalb der Wellenspitzen des Ausgangssignals des Gaschromatographen benutzt. Diese Fläche A. ist daher der Bereich eines jeweiligen Wellenabschnittes, bei dem sich dieser Abschnitt von einem Grundniveau abhebt und nach Erreichen einer Spitze erstmalig wieder auf dieses Grundniveau zurückkehrt, wobei sich dann bei der Berechnung verschieden große Flächeninhalte für die einzelnen Abschnitte ergeben, die entsprechende Rückschlüsse auf die verschiedenen Gemischanteile des Trägergasstromes ergeben. Die Berechnung dieser Teilflächen wird dabei fortlaufend während der chemischen Analyse vorgenommen, womit jeder neu auftauchende Gemischanteil sofort erkannt und integriert werden kann und also am Ende einer solchen Analyse eine Liste zur Verfügung steht, gemäß welcher die einzelnen Teilflächen den einzelnen festgestellten Gemischanteilen des Trägergasstromes zugeordnet sind.

Das Grundniveau, das folglich bei dieser Berechnung sämtlicher Teilflächen A, zu Grunde gelegt wird, ist hierbei eine mehr oder weniger willkürliche Größe und kann insbesondere durch den Rauschinhalt des gesamten Systems festgelegt sein, der im eingeschalteten Zustand der Anlage und bei noch nicht eingeleiteter Analyse eines Trägergasstromes vorhanden ist. Für die Bestimmung eines Flächeninhalts A^ eines Wellenabschnitts y^ bedarf es mithin zuerst der Feststellung des Zeitpunkts t^«., an welchem sich dieser Abschnitt y^ über dem Grundniveau zu erheben beginnt, dann der Feststellung des Zeitpunkts t_i2» ⁱⁿ welchem der Wellenabschnitt y^^ seine Spitze erreicht, und schließlich der Feststellung des Zeitpunkts t.^t in welchem das Grundniveau wieder erstmals erreicht wird. Für die Berechnung der Teilfläche A^ bedarf es daher einer genauen Kenntnis über das Verhalten der (abgeleiteten) Funktion dy(t)/dt, für deren Echtzeit-Bestimmung ein die Änderungsrate abschätzender Schaltkreis benötigt wird. Hierbei ist noch wichtig, daß die betreffende Logik eines solchen Schätzkreises auch extrem ansprechempfindlich ist, so daß bereits kleinste Änderungen, die sich auf Grund eines Wechsels der Gemischanteile des Trägergasstromes

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im Wellenverlauf des Ausgangssignals des Gaschromatographen einstellen, augenblicklich erfaßt werden.

Bei einer Berechnung dieser Art besteht das grundsätzliche Problem, daß bei Zugrundelegung einer bereits abgeleiteten Größe das Rechenergebnis darin fehlerhaft ist, daß in ihm auch der Geräuschinhalt Eingang gefunden hat. Eine abgeleitete Größe ist wegen der höheren Raten des mit den Geräuschimpulsen verbundenen Spannungswechsels generell wesentlich rauschempfindlicher als das entsprechende Ursprungssignal, womit folglich in dieser Einzelheit der eigentliche Ansatzpunkt für die der Erfindung zu Grunde gelegene Problemstellung erkennbar ist, die mit dem Vorsehen der Schätzeinrichtung 2o und im besonderem mit der Bereitstellung einer rekursiven Rückkoppelungsschaltung für diese Schätzeinrichtung beherrscht wird. Die rekursive Schaltkreistechnik greift dabei auf einen früher berechneten Wert zurück, der für eine laufende Berechnung als Eingangswert benutzt wird, d.h. bei der für die Schätzeinrichtung 2o verwirklichten rekursiven RUckkoppelungsschaltung wird folglich ein Speicher benötigt, damit die Rechnerlogik nicht mehr aktuelle frühere Werte des Signals verwerten kann.

Die Schätzeinrichtung 2o dient grundsätzlich der Bestimmung der mittleren Änderungsrate eines verrauschten Signals y(t) beispielsweise der in Fig.5B gezeigten Art. Für die einfachste Auswertung eines solchen Signals können nun zunächst gleiche Zeitabstände Ät zwischen den aufeinanderfolgenden Prüfpunkten y(t) zu Grunde gelegt werden, womit sich dann der jeweilige Unterschied der Meßwerte jeweils von zwei solchen aufeinanderfolgenden Prüfpunkten y(t) als eine betreffende Schätzgröße in Form der folgenden Gleichung darstellen läßt:

ST"

OC

- y

f ^y2 - yyl ,...

1 «J

(D

Sofern bei dieser Berechnung auch alle in dem Signal enthaltenen

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Geräusche berücksichtigt werden, so ergeben sich daraus völlig andere Werte, wie es die folgende Gleichung zeigt:

At

+ ^Ni 1 - j ^yi-1 + At J L A

^i —HA > - i - ί- I ~WX- I > /2)

At

In der vorstehenden Gleichung (2) 1st mit der Größe O^ die augenblickliche Störspannung berücksichtigt, die folglich an jedem Prüfpunkt dem jeweiligen Augenblickswert des Ausgangssignals des Gaschromatographen 15 überlagert wird.

Die gemäß der Erfindung verwirklichte Meßmethode vernachlässigt kurzzeitig auf Grund einer Beeinflussung durch Geräusche auftretende Abweichungen und vergrößert also die Zeitabstände zwischen den aufeinanderfolgenden Prüf punkten. Damit wird folglich, wie in Fig.5A in Gegenüberstellung zu Fig.5B gezeigt, ein gleichmäßiger Wellenverlauf verausgesetzt, für dessen aufsteigenden Ast mit einer entsprechenden Auswahl des Zeitabstandes at beispielsweise 16 Prüfpunkte vorgegeben werden. Für eine betreffende Schätzung wird dann zunächst die Amplitude y_Q des ersten dieser 16 Prüfpunkte ermittelt, um nachfolgend von dem jeweiligen Meßwert für die Amplituden y(t) jedes der weiteren 15 Meßpunkte subtrahiert zu werden, wenn entsprechend der folgenden Gleichung ein entsprechender Mittelwert aus der Summe dann dieser einzelnen Differenzen ermittelt wird:

Gemäß der vorstehenden Gleichung (3) wird folglich im Grunde Bitteis einer Integration bzw. Summation eine Differenzierung durchgeführt, wobei gleichzeitig die Fig.5B den Rückschluß zuläßt, daß bei einer überlagerung des Signale y(t) mit der Geräusch- bzw. Störgröße 6 _N(t) diese überlagerung bei einigen der Prüfpunkte additiv und bei anderen Prüfpunkten subtraktiv

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wirkt. Wenn folglich die für die einzelnen Prüfpunkte berechneten Differenzen über eine längere Zeitdauer addiert werden, dann kann eine solche Störgröße im Zuge der Ermittlung eines Mittelwertes für die Änderungsrate des ursächlich auszuwertenden Signals unberücksichtigt bleiben, d.h. es reicht im Zuge der Ermittlung eines solchen Mittelwertes aus, der Berechnung den geglätteten Wellenverlauf zu Grunde zu legen.

Die erfindungsgemäß vorgesehene Schätzeinrichtung 2o macht nun mit ihrer rekursiven Rückkoppelungsschaltung im wesentlichen Gebrauch von der vorerwähnten Gleichung (3)» wobei indessen bestimmte Vorkehrungen getroffen sind, um mögliche Abrundungsfehler in der Logikschaltung zu vermeiden. Die zu Grunde liegende Berechnungsformel für diese rekursive RUckkoppelungsschaltung, die sich mit einem minimalen Aufwand verwirklichen läßt, ist nachfolgend wiedergegeben:

F₁ . (At) = F_1-1 . (At) + y_1+k - Y₁ - k(y_± - Y_1-1) (4)

F₁ = Schätzwert der mittleren Änderungsrate des Eingangssignals

i a Indexparameter der Zeit (i ■ 1,2,3...n) γ = Amplitude des Eingangssignals k = Parameter der Prüfpunkte

Die Schätzeinrichtung 2o verzögert folglich das Eingangssignal so, daß sie mit mehreren gleichzeitig zugänglichen Werten eine Berechnung durchführen kann. Die Verzögerung wird dabei unter Verwendung eines Schieberegisters erreicht. In der vorstehenden Gleichung wird weiterhin der Parameter k als ein Multiplikator benutzt, womit das System entsprechend eingestellt werden kann, d.h. wird dieser Parameter k vergrößert,

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dann scheidet die Schätzeinrichtung 2o bei der entsprechend größeren Anzahl von Prüfpunkten auch entsprechend vermehrt hochfrequente Geräuschanteile aus. Der Parameter k wird in der Regel für einen jeweiligen Anwendungsfall des Gaschromatographen auf einen bestimmten Wert eingestellt.

Der Schätzeinrichtung 2o werden über die Verbindungsleitung 16 mit dem A/D-Wandler 18 Digitalsignale der in Fig.4A gezeigten Art übergeben, bei denen es sich um Binärwörter der Indikation y. . einer Länge von 32 Bits handelt. Wenn nun der Schätzeinrichtung 2o von der Steuereinrichtung 24 über eine Befehlleitung 68 (Fig.2) der Start-Befehl an der Eingangsklemme S eines RS-Flip-Flops 71 gegeben wird, dann schaltet dessen Ausgangsklemme Q auf hoch und es wird über die Anschlußleitung 41 an den A/D-Wandler 18 der Befehl erteilt, dann mit der Umwandlung in die digitale Form des zeitveränderlichen Signals zu beginnen, das über die Anschlußleitung 14a von dem Gaschromatographen 15 angeliefert wird. Gleichzeitig damit wird über die Ausgangsklemme Q des RS-Flip-Flops 71 bzw. eine betreffende Ausgangsleitung 65 ein Rückstellbefehl an die erste Stufe eines Schieberegisters 44 sowie an zwei weiterhin vorgesehene 32 Bits-Sperregister 44· und 6o weitergegeben. Noch bevor dann von dem A/D-Wandler 18 über eine Verbindungsleitung 42 das Signal erhalten wird, welches das Ende der Umwandlung beinhaltet, wird von der Steuereinrichtung 24 über eine Anschlußleitung 69 ein Stop-Befehl an die Anschlußklemme R des RS-Flip-Flops 71 abgegeben, womit dessen beide Ausgänge Q und Q resp. die betreffenden Ausgangsleitungen 41 und 45 dann abgeschaltet werden. Wenn nun das vorerwähnte Signal, welches das Ende des Umwandlung beinhaltet, über die Leitung 42 der Schätzeinrichtung 2o zugeleitet wird, dann wird der zu diesem Zeitpunkt von dem A/D-Wandler 18 übergebene Wert in das Schieberegister 44 übernommen. Auch die beiden Sperregister 44' und 6o werden gleichartig durch das in der Leitung 42 enthaltene Signal abgetastet, damit die in ihren Eingangsleitungen zu diesem Zeitpunkt enthaltenen Informationswerte zur Speicherung übernommen werden. Das Schieberegister ist aus einzelnen Flip-Flops aufgebaut, die eine Reihenanordnung

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der Vielzahl 32k von einzelnen Speicherelementen für jeweils ein Bit bilden. Dieses Schieberegister 44 erfüllt den Zweck, aus jedem über die Leitung 16 augenblicklich angelieferten Digitalsignal y_i+k die Komponente y^, die also bereits zu einem früheren, sich um den Parameter k unterscheidenden Zeitpunkt vorhanden war, für eine Weitergabe an die Ausgangsleitung 46 auszuscheiden. Das Schieberegister 44 stellt folglich eine Art digitale Verzögerungseinrichtung dar, die so programmiert werden kann, daß sie eine Zeitverzögerung in der Größenordnung von k/St-Einheiten erreicht.

Das Signal y\, wird über die Ausgangs leitung 46 des Schieberegisters 44 einmal einer digitalen Subtraktionseinrichtung 5oa zugleitet, welche zur Lieferung eines Signals (^ν4₊ν~^νι) über ihre Ausgangsleitung 77 die Subtraktion F=A-B durchführt. Jedes Element dieser Subtraktionseinrichtung 5oa bearbeitet nur 4 Bits der beiden jeweils 32 Bits umfassenden Wörter y^.i. und y., die zum Zeitpunkt der Subtraktion an den beiden Eingängen A und B vorhanden sind, und in gleicher Art und Weise arbeitet eine weitere Subtraktionseinrichtung 54, die zur Lieferung eines Signals (Υι-Υι^λ) *^η ihrer Ausgangsleitung 55 angeordnet ist. Das Signal y. . wird dabei über eine Ausgangsleitung 52 des Sperregisters 44' erhalten, das für eine Verzögerung der Speicherung um den Zeitfaktor Δ± angeordnet ist.

Das Signal (υ±Ύ±_λ) wird über die Ausgangsleitung 55 der Subtraktionseinrichtung 54 einer Multipliziereinrichtung 57 zugeführt, die eine Vervielfachung dieses Signals um den Faktor k vornimmt. Der Faktor k hat beispielsweise den Wert 16, und die Vervielfachung wird in der Weise vorgenommen, daß das in der Ausgangsleitung 55 der Subtraktionseinrichtung 54 erhaltene Signal den unteren 32 Bits-Positionen des insgesamt fünf 8 Bits-Schieberegister umfassenden 4o Bits-Schieberegisters 57 zugeleitet wird. Danach wird das Signal (^ν-[-^νι_-ΐ) υ™ ^ Bits-Positionen in Richtung auf das wichtigste Bitende des Schieberegisters 57 weitergeschaltet, womit die Multiplikation in der Größenordnung der vorerwähnten Wertzahl 16 erhalten wird. Die

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Multipliziereinrichtung 57 erhält ihre Schiebebefehle über eine mit der Steuereinrichtung 24 verbundene Befehlsleitung 7o sowie weitere Steuersignale über eine Verbindungsleitung 8o, die von der in der Steuereinrichtung 24 enthaltenen Logik derart geformt werden, daß zum maßgeblichen Zeitpunkt das Signal k (^νι-^νι_<ι) ^{in der} Ausgangsleitung 56 der Multipliziereinrichtung 57 erhalten wird. Dieses Ausgangssignal wird dann dem Eingang A einer weiteren Subtraktionseinrichtung 5ob zugeleitet, das die Subtraktion F-B-A durchführt. Der Multiplikator k, mit dem die Multipliziereinrichtung 57 arbeitet, ist dabei im übrigen abhängig von der für die Unterdrückung der Geräuschkomponente CL(t) benötigten Anzahl von Überprüfungen, wobei die Wertzahl ebenso kleiner wie auch größer sein kann in Abhängigkeit davon, wie stark das Rauschverhalten des Systems ist. Die Multipliziereinrichtung 57 kann folglich auch als eine programmierbare arithmetische Logikschaltung ausgeführt sein, wobei im Falle einer solchen Programmierung des Faktors k dann auch das Schieberegister 44 zusätzliche Logiktore umfassen würde, um mit dieser entsprechenden Anpassung eine analoge Verzögerung der Größenordnung k(Ät) zu erhalten.

Das in der Ausgangsleitung 21a der Subtraktionseinrichtung 5oc erhaltene Signal F^(At) wird einem ähnlich wie das Sperregister 44· ausgeführten Sperregister 6o zugeleitet, dessen 32 Bits-Positionen über dieselben Leitungen 65 und 42 gesteuert werden, über die auch das Sperregister 44· seine Schiebe- und Steuerbefehle erhält. Es wird folglich in der Ausgangsleitung 58 des Schieberegisters 6o das einheitlich verzögerte Ausgangssignal F_1-1(At) erhalten, das dem Eingang B der Subtraktionseinrichtung 5ob zugeleitet und darin mit dem über den Eingang A zugeführten Signal ^Cy₁-y_ie1) verarbeitet wird zur Gewinnung des Ausgangssignals F_1-1 .(At)k(y_i-y_i_₁) in der zu dem Eingang B der Subtraktionseinrichtung 5oc geführten Ausgangsleitung 75. In der Ausgangsleitung 21a der Subtraktionseinrichtung 5oc wird daher durch Bildung der Funktion F » A + B das vorerwähnte Signal F^.(ßt) erhalten, das mithin der Schätzwert für den abgeleiteten Zeitfaktor des am Ausgang des GasChromatographen 15 erhaltenen Signals ist.

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Das in der Ausgangsleitung 58 des Schieberegisters 60 für nur eine Prüf position erhaltene Signal F^₁ ist der Schätzwert des abgeleiteten Zeitfaktors, der dazu benutzt wird, den augenblicklichen Schätzwert für die Änderungsrate zu bilden. Das in der Ausgangsleitung 21a der Subtraktionseinrichtung 5oc erhaltene Signal F. ist im Verhältnis zu dem Eingangssignal Vj+k, das in der Ausgangsleitung 16 des A/D-Wandlers 18 erhalten wird, um den Faktor k verzögert, mit dem die Anzahl der Überprüfungen festgelegt ist.

Die Schätzeinrichtung 2o kann mittels eines von dem Prozessor 3o gelieferten Programms ergänzt werden. Weiterhin kann anstelle des A/D-Wandlers 18 auch ein Tastspeicher-Schaltkreis verwendet werden, wobei dann die Schätzeinrichtung 2o als entsprechendes Analogsystem auszuführen wäre. Für diese alternative Ausführungsform könnte dann auch auf eine Überprüfung des Ausgangssignals 14 des Gaschromatographen 15 in einzelnen Zeitabständen verzichtet werden und stattdessen für die Schätzeinrichtung 2o vorgesehen sein, daß sie die abgehandelte Schätzung in analoger Form kontinuierlich durchführt. Das in diesem Fall analoge Ausgangssignal der Schätzeinrichtung 2o würde dann erst die Überprüfung erfahren, die durch das Programm des Prozessors 3o vorgeschrieben ist.

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Claims

2938991 PATENTANWALT DIPL.-ING. HANS-PETER CAUGER

ZUGELASSENER VERTRETER BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT

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IHR ZEICHfN: YOUR »If.:

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ELECTRONIC ASSOCIATES INC., WEST LONG BRANCH, N.J. (V.St.A.)

Patentansprüche

' 1J Anlage zur Messung und Analyse von Gasen unter Verwendung eines Gaschromatographen zur Lieferung von zeitveränderlichen Signalen der Gemischanteile eines Trägergasstromes, dadurch gekennzeichnet , daß eine Schätzwerte für die Änderungsrate des Zeitfaktors der zeitveränderlichen Signale liefernde Schätzeinrichtung (2o) vorgesehen ist, die eine rekursive Rückkoppelungsschaltung zur Bestimmung früherer Zeitwerte dieser geschätzten Änderungsrate sowie des betreffenden zeitveränderlichen Signals und eine Einrichtung umfaßt, welche diese früheren Zeitwerte mit dem zeitveränderlichen Signal zur Erzeugung der geschätzten Werte der Änderungsrate kombiniert.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine die zeitveränderlichen Signale - periodisch - prüfende und sie in eine digitale Form von Datensignalen umwandelnde Einrichtung (18) vorgesehen ist, die mit der Schätzeinrichtung (2o) für eine auf den Zeitfaktor dieser Datensignale bezogene Lieferung der geschätzten Werte der Änderungsrate verbunden ist.

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3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlereinrichtung (18) für eine Prüfung und Umwandlung der zeitveränderlichen Signale in vorbestimmten gleichen Zeitabständen zur Lieferung der Datensignale in der Form einer Reihe in gleichen Zeitabständen auftretender, amplitudenabhängiger Digitalsignale eingerichtet ist.
4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet , daß die rekursive Rückkoppelungsschaltung eine zur Erzeugung eines verzögerten Datensignals durch Verzögerung der Datensignale über eine vorbestimmte Anzahl von Prüfzeiten eingerichtete Verzögerungsschaltung umfaßt.
5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die rekursive Rückkoppelungsschaltung eine zweite Verzögerungsschaltung für eine weitere Verzögerung der verzögerten Datensignale sowie eine Einrichtung umfaßt, die eine Differenz zwischen den einfach und den zweifach verzögerten Datensignalen erzeugt und den resultierenden Wert mit der vorbestimmten Anzahl der Prüfzeiten multipliziert zur Erzeugung eines multiplizierten Differenzwertes.
6. Anlage nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die rekursive Rückkoppelungsschaltung eine diese Signale der geschätzten Werte der Änderungsrate um ein Zeitintervall verzögernde Einrichtung umfaßt sowie eine Einrichtung, welche diese verzögerten Signale mit dem multiplizierten Differenzwert zur Erzeugung eines früheren rekursiven Zeitwertsignals kombiniert.
7. Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Erzeugung des früheren rekursiven

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Zeitwertsignals ausgebildete Einrichtung weiter für dessen mit dem verzögerten Datensignal gemeinsame Kombinierung mit dem Datensignal zur Erzeugung des für die geschätzten Werte der Änderungsrate maßgeblichen Signals ausgebildet ist.

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