DE2938991C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage zur Messung und Analyse von Gasen unter Verwendung eines Gaschromatographen für eine Lieferung eines kontinuierlichen zeitveränderlichen Signals, das zu den Gemischanteilen eines Trägergasstromes in Beziehung steht.

Aus der DE-PS 26 05 660 ist ein Gaschromatograph bekannt, der mit einer pneumatischen Regeleinheit zusammengeschaltet ist, die periodisch ein pneumatisches Probeeingabesignal er­ zeugt, das an ein Eingabeventil des Gaschromatographen ange­ liefert wird. Der Gaschromatograph ist zur Lieferung eines pneumatischen Ausgangssignals unter Vermittlung eines mit dem Eingabeventil verbundenen pneumatischen Detektors einge­ richtet, wobei mit den an dem Ausgangssignal aufeinanderfol­ gend erscheinenden Signalspitzen eine Anzeige von Meßwerten für die Konzentration der einzelnen Komponenten eines jewei­ ligen Probenfluids vermittelt wird. Die pneumatische Regel­ einheit ist mit einer Logikeinheit gebildet, die an der Lie­ ferung eines so bezeichneten Trend-Ausgangssignals mitwirkt, indem diese Logikeinheit mit mehreren Speichern unterschied­ licher Funktion zusammengeschaltet ist, welche mit einer Gegenüberstellung von Niedrig- und Hochwerten die Ableitung des als Spitzenhöhensignal definierten Trendausgangssignals vermitteln.

Wenn unter Verwendung eines Gaschromatographen die Gemisch­ anteile eines Trägergasstromes gemessen und analysiert wer­ den sollen, dann besteht dabei das Problem, wie bei der da­ für angewendeten Auswertung des von dem Gaschromatographen gelieferten Signals die das Signal begleitenden Geräusch­ komponenten zu berücksichtigen sind. Bekannt ist, daß bei der Auswertung von Radarsignalen alle sie begleitenden Rauschsignale durch eine Schätzung ihrer Änderungsrate be­ rücksichtigt werden. Für die Rauschsignale wird dabei eine mit dem jeweiligen Geräuschinhalt übereinstimmende Ampli­ tudengröße vorausgesetzt, womit für diese geschätzte Aus­ wertung im wesentlichen nur Differenzierschaltungen der ver­ schiedensten Formen in Verbindung mit geeigneten Verstärkern und/oder Filtern benötigt werden. Die bekannten Systeme dieser Art sind im allgemeinen äußerst ansprechempfindlich, neigen aber leicht zu einer unprogrammierten Abschaltung bei Erreichung eines Sättigungszustandes und haben auch sonst eine Vielzahl von unerwünschten Betriebseigenschaften, ins­ besondere 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 Frequenzin­ halt angenähert im spektralen Bereich des ausgeschiedenen Geräusches liegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Anlage der eingangs genannten Art eine einfach zu realisie­ rende Voraussetzung dafür zu schaffen, daß Geräusche jeder Art, welche das von den Gaschromatographen gelieferte Signal begleiten können, als mögliche Störgrößen bei der Signalaus­ wertung unberücksichtigt bleiben können.

Diese Aufgabe wird bei einer Anlage der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß eine Schätzeinrichtung vorgesehen ist, die eine Reihenfolge von Schätzwerten für die Änderungs­ rate des Zeitfaktors des zeitveränderlichen Signals liefert und eine rekursive Rückkoppelungsschaltung umfaßt, welche jeden dieser Schätzwerte durch eine Kombination eines vor­ hergehend bestimmten Wertes der für die Änderungsrate ge­ schätzten Werte mit dem aktuellen Wert des zeitveränderlichen Signals berechnet, um den aktuellen Schätzwert für die Ände­ rungsrate zu erhalten.

Weitere vorteilhafte und zweckmäßige Ausbildungen der Erfin­ dung sind in den einzelnen Patentansprüchen gekennzeichnet und befassen sich im wesentlichen mit einer Verarbeitung einer digitalisierten Form des zeitveränderlichen Signals, das dafür bevorzugt in vorbestimmten gleichen Zeitabständen durch eine Wandlereinrichtung geprüft wird, um ein Daten­ signal in der Form einer Reihenfolge von zeitgleich aufein­ anderfolgenden amplitudenabhängigen Digitalsignalen zu lie­ fern, deren Auswertung in keiner Weise durch irgendwie vor­ handene Geräusche gestört wird.

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 Blockdiagramm einer Schätzeinrichtung der Anlage nach Fig. 1,

Fig. 3A-3C Diagramme mit verschiedenen Wellenformen zur näheren Erläuterung der ein­ zelnen Bauteile der Anlage nach Fig. 1,

Fig. 4A u. 4B Diagramme mit den Wellenformen, die am Aus­ gang einer Wandlereinrichtung der Anlage nach Fig. 1 und am Ausgang der Schätzeinrich­ tung gemäß Fig. 2 erhalten werden, und

Fig. 5A und 5B Diagramme mit einem vergrößerten Ausschnitt der Wellenform, die ohne bzw. mit einem Geräuschinhalt am Ausgang des Gaschromato­ graphen erhalten wird.

Die in Fig. 1 in einem Blockdiagramm gezeigte Anlage 10 umfaßt zur Messung und Analyse von Gasen einen Gaschromatographen 15, der ein kontinuierliches zeitveränderliches Signal über eine Ausgangsleitung 14 a liefert. Das Liefersignal wird aus einem über eine Eingangsleitung 12 zugeführten Trägerstrom erhalten. Wenn der Trägergasstrom nur aus einer Kompo­ nente besteht, dann liefert der Gaschromatograph 15 das zeitveränderliche Signal 14 gemäß Fig. 3A, während bei einem Bestehen des Trägergasstromes aus mehreren Komponenten diese einheitliche Wellenform dann die Abwandlung gemäß Fig. 3C erfährt, wobei die einzelnen Wellenspitzen Rückschlüsse auf die einzelnen Gemischanteile des Trägergas­ stromes ergeben.

Der Gaschromatograph 14 ist mit einer Wandlereinrichtung 18 zusammen­ gebaut, welche das - analoge - Ausgangssig­ nal des Gaschromatographen 15 in ein digitales Datensignal umwandelt. Die Umwandlung in die digitale Form wird ampli­ tudenabhängig in der Weise vorgenommen, daß am Ausgang 16 des A/D-Wandlers 18 eine Reihenfolge von zeitgleich auftretenden Digitalsignalen 17 gemäß Fig. 3B erhal­ ten wird. Diese amplitudenabhängigen und folglich zeit­ lich vereinzelten Digitalsignale 17 werden einer Schätz­ einrichtung 20 zugeleitet, die weiter über eine Eingabe/Aus­ gabe-Steuereinrichtung 24 mit einem Prozessor 30 verbunden ist. Die Schätzeinrichtung 20 liefert eine Reihenfolge von Schätzwerten für die Änderungsrate des Zeitfaktors des zeitveränderlichen Signals 14 über ihren Ausgang 21 a, womit der Prozessor 30 unter Berücksichtigung auch der am Ausgang 16 des A/D-Wandlers 18 erhaltenenen Digitalsignale 17, die außer an die Schätzeinrichtung 20 auch noch an die Ein­ gabe/Ausgabe-Steuereinrichtung 24 angeliefert werden, eine exakte Analyse der Gemischanteile des betreffenden Trägergasstroms vornehmen kann. Der Prozessor 30 ist beispielsweise für die Analyse eines Trägergasstromes mit bis zu 15 verschiedenen Gemischanteilen ausgelegt, die dabei auch unverbrennbare, gesättigte und ungesättigte Kohlenwasser­ stoffe umfassen können.

Über die Eingabe/Ausgabe-Steuereinrichtung 24 werden die von dem Prozessor 30 errechneten Ausgangsdaten einem Drucker 35 zugeleitet. Die Ausgangsdaten des Prozessors 30 beinhalten die verschiedensten Parameter in bezug auf den jeweils ausge­ werteten Trägergasstrom, so insbesondere eine Analysator-Iden­ tifikation, 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 (Me­ than, Kohlendioxyd usw.) unter gleichzeitiger Angabe der jeweiligen Konzentration mit einer Genauigkeit bis zu zwei De­ zimalstellen, die Retentions- oder Haltezeiten der Spitzen, An­ sprechfaktoren und andere, für die Analyse wichtige Informa­ tionen.

Die Eingabe/Ausgabe-Steuereinrichtung 24 umfaßt eine Vielzahl programmierbarer Hardware zur Auswertung bzw. Beeinflussung der Daten, die über eine Anschlußleitung 41 dem Prozessor 30 zuge­ führt bzw. von ihm erhalten werden. Außer einer An­ schlußleitung 35 a an den Drucker 35 sind zwei weitere analoge Ausgangsleitungen vorhanden, über welche die Informationswerte über die BTU-Größe und das spezifische Gewicht ferngeleitet werden. Der A/D-Wandler 18 wird über eine Anschlußleitung 24 a und 41 durch die Steuereinrichtung 24 derart gesteuert, daß für die Lieferung der amplitudenabhängigen Digi­ talsignale 17 am Ausgang 16 des Wandlers die Prüfrate r _o einge­ halten wird. Diese Prüfrate kann in Abhängigkeit von der Zusam­ mensetzung des zu messenden und zu analysierenden Trägergasstromes geändert werden. In dem über die Anschlußleitung 24 a dem A/D- Wandler 18 zugeführten Signal sind im übrigen Befehls- und Sta­ tuswörter für einen selbststeuernden Bereichsver­ stärker enthalten, mittels welchem der zwischen 5 Mikrovolt und 10 Volt reichende Streubereich des am Ausgang 14 a des Gaschromatographen 15 erhaltenen Signals ausgewertet wird. Die Steuereinrichtung 24 ist weiterhin über eine An­ schlußleitung 23 a mit einem Steuerpaneel 22 verbunden, womit bestimmte Sichtanzeigen gesteuert werden, mittels welcher die Arbeitsweise der Steuereinrichtung 24 überprüfbar ist. Weiter­ hin besteht über eine Anschlußleitung 24 b eine Verbindung auch mit dem Gaschromatographen 15, wodurch dessen einzelne Solenoide zum jeweils richtigen Zeitpunkt und in der richtigen Zeitfolge gesteuert werden. Zur Beeinflussung des Programmablaufs des Prozessors 30 umfaßt die Anlage außerdem eine über eine An­ schlußleitung 23 ebenfalls an die Steuereinrichtung 24 ange­ schlossene Leseeinrichtung 34 für ein Band 19, womit es möglich ist, von dem Prozessor 30 willkürlich alle gewünschten Daten zu erhalten, die unter Vermittlung der Steuereinrichtung 24 dem Prozessor 30 aus dem Gaschromatographen 15, dem A/D-Wandler 18 und der Schätzeinrichtung 20 zugeleitet werden bzw. die damit beeinflußbar sind, um so andererseits den jeweils gewünschten Informationsgehalt solcher Daten, die von dem Prozessor 30 aus­ gegeben werden, an dem Steuerpaneel 22 und dem Drucker 35 zu erhalten. Zur Ermöglichung eines Dialogverkehrs mit dem Pro­ zessor 30 umfaßt die Anlage schließlich noch eine über eine Anschlußleitung 38 a angeschlossene Tastatur 38.

In der vorbeschriebenen Anlage bestimmt die Schätzeinrichtung 20 die Änderungsrate des Zeitfaktors der Digi­ talsignale 17, die an dem Ausgang 16 des A/D- Wandlers 18 erhalten werden. Um hierfür mit einem minimalen Aufwand an Rechnerkomponenten auszukommen, umfaßt die Schätz­ einrichtung 20 eine rekursive Rückkoppelungsschaltung, für die frühere Zeitwerte dieser geschätzten Änderungsrate zur Bildung des jeweils aktuellen Schätzwertes benutzt werden. Dabei ist vorauszusetzen, daß wenn von einem Träger­ gasstrom mit mehreren Gemischanteilen ein zeitveränderliches Signal 14 der Wellenform gemäß Fig. 3C erhalten wird, bei der durch den A/D- Wandler 18 vorgenommenen Umwandlung gleiche Zeitabstände Δ t eingehalten werden. Die von dem A/D-Wandler 18 an seinem Ausgang 16 gelieferten Digitalsignale 17 ergeben folglich entsprechend der Dar­ stellung in Fig. 3B eine Prüfrate r _o , welche die Um­ kehrfunktion dieser gleichen Zeitabstände Δ t ist, das heißt r _o =1/Δ t.

Das Ausgangssignal der Schätzeinrichtung 20, das somit Schätzwerte für die Änderungsrate des Zeitfaktors des zeit­ veränderlichen Signals beinhaltet, wird gemeinsam mit dem digitalen Ausgangssignal des A/D-Wandlers 18 dem Prozessor 30 zugeleitet, um im Rahmen eines entsprechenden Unterprogramms auf die enthaltenen Informationswerte geprüft zu werden. Die Logik dieses Unterprogramms analysiert das Ausgangssig­ nal des Gaschromatographen 15 einschließlich aller von diesem Signal abgeleiteter Größen für eine Bestimmung der ein­ zelnen Flächeninhalte unterhalb den einzelnen Wellenspitzen, entsprechend der Darstel­ lung in Fig. 3C, welche die verschiedenen Gemischanteile des Trägergas­ stromes ergeben. Dabei werden gleichzeitig die folgenden Einzelfragen entschieden:

• 1. Befindet sich das Ausgangssignal des Gaschroma­ tographen noch auf seinem vorhergehenden Grund­ niveau?
• 2. Hat sich ein weiterer Gemischanteil eingestellt?
• 3. Ist ein Maximum erreicht worden?
• 4. Hat sich eine Verringerung angedeutet?
• 5. Hat eine früher festgestellte Verringerung eines Gemischanteils das Grundniveau erreicht?

Die Antworten auf diese Fragen bestimmen die auszuwählende Logik und werden für die Berechnung der Fläche A _i unterhalb jeder Wellenspitze benutzt. Diese Fläche A _i ist der Bereich jedes Wellenabschnittes, der sich von einem Grundniveau abhebt und nach Erreichen einer Spitze erst­ mals wieder auf dieses Grundniveau zurückkehrt. Bei der Berechnung ergeben sich verschieden große Flächeninhalte für die einzelnen Abschnitte, womit Rückschlüs­ se auf die verschiedenen Gemischanteile des Trägergasstromes erhalten werden. Die Berechnung der Flächen A _i wird fort­ laufend vorgenommen, womit je­ der neu auftauchende Gemischanteil sofort erkannt und inte­ griert werden kann. Am Ende einer solchen Analyse steht somit eine Liste zur Verfügung, bei welcher die Flächen A _i einzeln festgestellten Gemischanteilen des Träger­ gasstromes zugeordnet sind.

Das Grundniveau, das bei dieser Berechnung sämtlicher Flächen A _i berücksichtigt wird, ist eine mehr oder weniger willkürliche Größe und kann insbesondere durch den Rauschinhalt des gesamten Systems festgelegt sein, der bei ein­ geschalteter Anlage und noch nicht eingeleite­ ter Analyse eines Trägergasstromes vorhanden ist. Bei der Be­ stimmung der Fläche A _i eines Wellenabschnitts y _i muß daher zuerst der Zeitpunkt t _i ₁ festgestellt werden, an welchem sich dieser Abschnitt y _i von dem Grundniveau abhebt. Es wird dann der Zeitpunkt t _i ₂ ermittelt, in wel­ chem der Wellenabschnitt y _i seine Spitze erreicht, und schließ­ lich der Zeitpunkt t _i ₃, in welchem das Grund­ niveau wieder erreicht wird. Für die Berechnung der Fläche A _i bedarf es daher einer genauen Kenntnis über das Verhalten der (abgeleiteten) Funktion dy(t)/dt, für deren Echtzeit-Bestimmung ein die Änderungsrate abschätzender Schalt­ kreis benötigt wird. Hierbei ist noch wichtig, daß die betref­ fende Logik eines solchen Schätzkreises auch extrem ansprech­ empfindlich ist, so daß bereits kleinste Änderungen, die sich auf Grund eines Wechsels der Gemischanteile des Trägergasstromes 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 abgelei­ tete Größe ist wegen der höheren Rate des mit den Geräusch­ impulsen verbundenen Spannungswechsels generell wesentlich rauschempfindlicher als das entsprechende Ursprungssignal. Dieses Problem läßt sich mit der Schätzeinrich­ tung 20 und im besonderem mit der rekur­ siven Rückkoppelungsschaltung dieser Schätzeinrichtung be­ herrschen. Die rekursive Rückkoppelungsschaltung greift auf einen früher berechneten Wert zurück, der für eine laufen­ de Berechnung als Eingangswert benutzt wird, d. h. es wird ein Speicher benötigt, damit die Rechnerlogik nicht mehr aktuelle frühere Werte des Signals ver­ werten kann.

Die Schätzeinrichtung 20 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 gleiche Zeitabstände Δ t zwischen den aufeinanderfolgenden Prüfzeiten y(t) zu Grunde gelegt werden, womit sich jeder Unterschied der Meßwerte von zwei aufeinan­ derfolgenden Prüfzeiten y(t) als eine Schätz­ größe in Form der folgenden Gleichung darstellen läßt:

Sofern bei dieser Berechnung auch alle in dem Signal enthaltenen Geräusche berücksichtigt werden, so ergeben sich daraus völlig andere Werte, wie es die folgende Gleichung zeigt:

In der vorstehenden Gleichung (2) ist mit der Größe δ _Ni die augenblickliche Störspannung berücksichtigt, die bei jeder Prüfzeit dem aktuellen Wert des Ausgangs­ signals überlagert wird.

Mit der rekursiven Rückkoppelungsschaltung bleiben alle Abwei­ chungen, die kurzzeitig durch Geräusche verursacht sind, unberücksichtigt, indem die Zeitabstände zwi­ schen den aufeinanderfolgenden Prüfzeiten vergrößert werden. Damit wird entsprechend der Gegenüberstellung gemäß den Fig. 5A und 5B ein gleich­ mäßiger Wellenverlauf vorausgesetzt, für dessen aufsteigenden Ast mit einer entsprechenden Auswahl des Zeitabstandes Δ t bei­ spielsweise 16 Prüfzeiten vorgegeben werden. Für eine betref­ fende Schätzung wird dann zunächst die Amplitude y _o des ersten dieser 16 Prüfzeiten ermittelt, um nachfolgend von dem jewei­ ligen Meßwert für die Amplituden y(t) jedes der weiteren 15 Meßpunkte subtrahiert zu werden, wenn gemäß der folgen­ den Gleichung ein entsprechender Mittelwert aus der Summe dann dieser einzelnen Differenzen ermittelt wird:

Gemäß der vorstehenden Gleichung (3) wird daher mittels einer Integration bzw. Summation eine Differenzierung durchgeführt, wobei die Fig. 5B ergibt, daß die Überlagerung des Signals y(t) mit der Ge­ räusch- bzw. Störgröße σ _N (t) bei einigen Prüfzeiten additiv und bei anderen Prüfzeiten subtraktiv wirkt. Wenn folglich die für die einzelnen Prüfzeiten berech­ neten Differenzen über eine längere Zeitdauer addiert werden, dann kann die Störgröße bei der Ermittlung eines Mittelwertes für die Änderungsrate des auszuwerten­ den Signals unberücksichtigt bleiben, d. h. es reicht bei der Ermittlung eines Mittelwertes aus, einen geglätteten Wellenverlauf zu berechnen.

Die Schätzeinrichtung 20 respektive ihre rekursiven Rückkoppelungsschaltung gebraucht im wesentlichen die vorerwähnte Gleichung (3), wobei aber be­ stimmte Vorkehrungen getroffen sind, um mögliche Abrundungsfeh­ ler in der Logikschaltung zu vermeiden. Die Berechnungsformel für diese rekursive Rückkoppelungsschaltung, die sich mit einem minimalen Aufwand verwirklichen läßt, ist nachfolgend wiedergegeben:

F _i × (Δ t) = F _i-1 · (Δ t) + y _i+1 - y _i - k(y _i - y _i-1) (4)

wobei

F _i = Schätzwert der mittleren Änderungsrate des Eingangssignals
i = Indexparameter der Zeit (i = 1, 2, 3. . . n)
y = Amplitude des Eingangssignals
k = Parameter der Prüfzeiten

Die Schätzeinrichtung 20 verzögert das Eingangssig­ nal, um die Berechnung mit mehreren gleichzeitig zugänglichen Werten durchführen zu können. Die Verzögerung wird durch die Verwendung eines Schieberegisters erhalten. In der vor­ stehenden Gleichung wird weiterhin der Parameter k als ein Multiplikator benutzt, d. h. wird dieser Parameter k vergrößert, dann scheidet die Schätzeinrichtung 20 bei einer größeren Anzahl von Prüfzeiten entsprechend vermehrt hochfrequente Geräuschanteile aus. Der Parameter k wird für jeden Anwendungsfall des Gaschromatogra­ phen auf einen bestimmten Wert eingestellt.

Der Schätzeinrichtung 20 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 _i+k einer Länge von 32 Bits handelt. Wenn der Schätzein­ richtung 20 von der Steuereinrichtung 24 über eine Befehllei­ tung 68 (Fig. 2) der Start-Befehl an der Eingangsklemme S eines RS-Flip-Flops 71 gegeben wird, schaltet dessen Ausgangs­ klemme Q auf hoch und es wird über die Anschlußleitung 41 an den A/D-Wandler 18 der Befehl erteilt, mit der Umwandlung in die digitale Form des zeitveränderlichen Signals zu beginnen, das über die Anschlußleitung 14 a von dem Gaschromatographen 15 angeliefert wird. Gleichzeitig damit wird über die Ausgangsklem­ me 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 60 weitergegeben. Noch bevor von dem A/D-Wandler 18 über eine Verbindungsleitung 42 das Signal erhalten wird, wel­ ches das Ende der Umwandlung beinhaltet, wird von der Steuer­ einrichtung 24 über eine Anschlußleitung 69 ein Stop-Befehl an die Anschlußklemme des RS-Flip-Flops 71 abgegeben, womit dessen beide Ausgänge Q und resp. die betreffenden Ausgangs­ leitungen 41 und 45 dann abgeschaltet werden. Wenn das vorerwähnte Signal, welches das Ende der Umwandlung beinhal­ tet, über die Leitung 42 der Schätzeinrichtung 20 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 60 werden gleichzeitig durch das in der Leitung 42 enthaltene Signal abgetastet, damit die in ihren Eingangsleitungen zu diesem Zeitpunkt enthaltenen Informations­ werte zur Speicherung übernommen werden. Das Schieberegister 44 ist aus einzelnen Flip-Flops aufgebaut, die eine Reihenanordnung der Vielzahl 32 k von einzelnen Speicherelementen für jeweils ein Bit bilden. Dieses Schieberegister 44 erfüllt den Zweck, aus jedem über die Leitung 16 aktuell angelieferten Digitalsignal y _i+k die Komponente y _i , die also bereits zu einem früheren, sich um den Parameter k unterscheidenden Zeit­ punkt vorhanden war, für eine Weitergabe an die Ausgangslei­ tung 46 auszuscheiden. Das Schieberegister 44 stellt folglich eine Art digitale Verzögerungseinrichtung dar, die so program­ miert werden kann, daß sie eine Zeitverzögerung in der Größen­ ordnung von k Δ t-Einheiten erreicht.

Das Signal y _i wird über die Ausgangsleitung 46 des Schiebere­ gisters 44 einer digitalen Subtraktionseinrichtung 50 a zugeleitet, welche zur Lieferung eines Signals (y _i+k -y _i ) über ihre Ausgangsleitung 77 die Subtraktion F=A-B durchführt. Jedes Element dieser Subtraktionseinrichtung 50 a bearbeitet nur 4 Bits der beiden jeweils 32 Bits umfassenden Wörter y _i+k und y _i , die zum Zeitpunkt der Subtraktion an den beiden Ein­ gängen A und B vorhanden sind. In gleicher Art und Weise arbeitet eine weitere Subtraktionseinrichtung 54, die zur Lie­ ferung eines Signals (y _i -y _i-₁) in ihrer Ausgangsleitung 55 an­ geordnet ist. Das Signal y _i-1 wird dabei über eine Ausgangs­ leitung 52 des Sperregisters 44′ erhalten, das für eine Ver­ zögerung der Speicherung um den Zeitfaktor Δ t angeordnet ist.

Das Signal (y _i -y _i-₁) wird über die Ausgangsleitung 55 der Sub­ traktionseinrichtung 54 einer Multipliziereinrichtung 57 zuge­ führt, 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 Sig­ nal den unteren 32 Bit-Positionen des insgesamt fünf 8-Bit- Schieberegister umfassenden 40-Bit-Schieberegisters 57 zuge­ leitet wird. Danach wird das Signal (y _i -y _i-₁) um 4-Bit-Posi­ tionen in Richtung auf das wichtigste Bitende des Schiebere­ gisters 57 weitergeschaltet, womit die Multiplikation in der Größenordnung der vorerwähnten Wertzahl 16 erhalten wird. Die Multipliziereinrichtung 57 erhält ihre Schiebebefehle über eine mit der Steuereinrichtung 24 verbundene Befehlsleitung 70 sowie weitere Steuersignale über eine Verbindungsleitung 80, die von der in der Steuereinrichtung 24 enthaltenen Logik der­ art geformt werden, daß zum maßgeblichen Zeitpunkt das Signal k(y _i -y _i-₁) in der Ausgangsleitung 56 der Multipliziereinrichtung 57 erhalten wird. Dieses Ausgangssignal wird dem Eingang A einer weiteren Subtraktionseinrichtung 50 b zugeleitet, das die Subtraktion F=B-A durchführt. Der Multiplikator k, mit dem die Multipliziereinrichtung 57 arbeitet, ist dabei abhängig von der für die Unterdrückung der Geräuschkomponente σ _N (t) benötigten Anzahl von Überprüfungen, wobei die Wertzahl 16 ebenso kleiner wie auch größer sein kann in Abhängigkeit davon, wie stark das Rauschverhalten des Systems ist. Die Multiplizier­ einrichtung 57 kann folglich auch als eine programmierbare arith­ metische Logikschaltung ausgeführt sein. Bei einer solchen Programmierung des Faktors k würde auch das Schieberegi­ ster 44 zusätzliche Logiktore umfassen, um mit dieser Anpassung eine analoge Verzögerung der Größenordnung k(Δ t) zu erhalten.

Das in der Ausgangsleitung 21 a der Subtraktionseinrichtung 50 c erhaltene Signal F _i (Δ t) wird einem ähnlich wie das Sperregister 44′ ausgeführten Sperregister 60 zugeleitet, dessen 32-Bit- Positionen über dieselben Leitungen 65 und 42 gesteuert werden, über die auch das Sperregister 44′ seine Schiebe- und Steuer­ befehle erhält. Es wird folglich in der Ausgangsleitung 58 des Schieberegisters 60 das einheitlich verzögerte Ausgangssignal F _i-₁(Δ t) erhalten, das dem Eingang B der Subtraktionseinrich­ tung 50 b zugeleitet und darin mit dem über den Eingang A zuge­ führten Signal k(y _i -y _i-₁) verarbeitet wird zur Gewinnung des Ausgangssignals F _i-1 · (Δ t)k(y _i -y _i-₁) in der zu dem Eingang B der Subtraktionseinrichtung 50 c geführten Ausgangsleitung 75. In der Ausgangsleitung 21 a der Subtraktionseinrichtung 50 c wird daher durch Bildung der Funktion F=A+B das vorerwähnte Sig­ nal F _i · (Δ t) erhalten, das der Schätzwert für den abge­ leiteten Zeitfaktor des am Ausgang des Gaschromatographen 15 erhaltenen Signals ist.

Das in der Ausgangsleitung 58 des Schieberegisters 60 für nur eine Prüfzeit erhaltene Signal F _i-1 ist der Schätzwert des abgeleiteten Zeitfaktors, der dazu benutzt wird, den augenblick­ lichen Schätzwert für die Änderungsrate zu bilden. Das in der Aus­ gangsleitung 21 a der Subtraktionseinrichtung 50 c erhaltene Sig­ nal F _i ist im Verhältnis zu dem Eingangssignal y _i +k, das in der Ausgangsleitung 16 des A/D-Wandlers 18 erhalten wird, um den Fak­ tor k verzögert, mit dem die Anzahl der Überprüfungen festgelegt ist.

Die Schätzeinrichtung 20 kann mittels eines von dem Prozessor 30 gelieferten Programms ergänzt werden. Weiterhin kann anstelle des A/D-Wandlers 18 auch ein Tastspeicher-Schaltkreis verwendet wer­ den, wobei dann die Schätzeinrichtung 20 als entsprechendes Ana­ logsystem auszuführen wäre. Für diese alternative Ausführungs­ form könnte auf eine Überprüfung des Ausgangssignals 14 des Gaschromatographen 15 in einzelnen Zeitabständen verzich­ tet werden und stattdessen für die Schätzeinrichtung 20 vorge­ sehen sein, daß sie die abgehandelte Schätzung in analoger Form kontinuierlich durchführt. Das in diesem Fall analoge Ausgangs­ signal der Schätzeinrichtung 20 würde dann erst die Überprüfung erfahren, die durch das Programm des Prozessors 30 vorgeschrie­ ben ist.

Claims (8)

1. Anlage zur Messung und Analyse von Gasen unter Verwendung eines Gaschromatographen für eine Lieferung eines kontinuierlichen zeitver­ änderlichen Signals, das zu den Gemischanteilen eines Trä­ gergasstromes in Beziehung steht, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schätzein­ richtung (20) vorgesehen ist, die eine Reihenfolge von Schätzwerten für die Änderungsrate des Zeitfaktors des zeitveränderlichen Signals liefert und eine rekursive Rückkoppelungsschaltung umfaßt, welche jeden dieser Schätz­ werte durch eine Kombination eines vorhergehend bestimmten Wertes der für die Änderungsrate geschätzten Werte mit dem aktuellen Wert des zeitveränderlichen Signals berechnet, um den aktuellen Schätzwert für die Änderungsrate zu erhalten.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine das zeitver­ änderliche Signal in ein digitales Datensignal umwandelnde Einrichtung (18) vorgesehen ist, welche mit der Schätzein­ richtung (20) für eine auf den Zeitfaktor des Datensignals bezogene Lieferung der Schätzwerte für dessen Änderungsrate verbunden ist.

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlerein­ richtung (18) für eine Prüfung des zeitveränderlichen Sig­ nals in vorbestimmten gleichen Zeitabständen eingerichtet ist, um ein Datensignal in der Form einer Reihenfolge von zeitgleich aufeinanderfolgenden amplitudenabhängigen Digi­ talsignalen zu liefern.

4. Anlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die rekursive Rückkoppelungsschaltung eine Verzögerungsschaltung umfaßt, welche durch eine vorbestimmte Anzahl von Prüfzeiten zur Lieferung eines verzögerten Datensignals eingerichtet ist.

5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die rekursive Rückkoppelungsschaltung eine weitere Verzögerungsschaltung für eine wiederholte Verzögerung des verzögerten Datensig­ nals sowie eine Einrichtung umfaßt, welche eine Differenz zwischen dem nur einmal und dem wiederholt verzögerten Da­ tensignal bildet und welche den resultierenden Differenz­ wert mit der vorbestimmten Anzahl der Prüfzeiten multipli­ ziert.

6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die rekursive Rückkoppelungsschaltung eine Einrichtung umfaßt, welche jedes Signal der Schätzwerte für die Änderungsrate um ein Zeitintervall verzögert, um durch eine Kombination dieses verzögerten Signals mit dem multiplizierten Differenzwert ein früheres rekursives Zeitwertsignal zu liefern.

7. Anlage nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Lieferung des früheren rekursiven Zeitwertsignals für dessen Kombination auch mit dem verzögerten Datensignal und den eigentlichen Datensignal eingerichtet ist, um das Sig­ nal für die Schätzwerte der Änderungsrate zu liefern.

8. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schätzein­ richtung (20) eine vorgeschaltete Steuereinrichtung (24) umfaßt, welche von dem zeitveränderlichen Signal einen frü­ heren Zeitwert erzeugt, der von der rekursiven Rückkoppe­ lungsschaltung für eine Berechnung jedes Schätzwertes mit dem vorhergehend bestimmten Wert für die Änderungsrate der Schätzwerte und dem aktuellen Wert des zeitveränderlichen Signals kombiniert wird.