DE2939787A1 - Verfahren und vorrichtung zur speicherung mindestens einer zeitabhaengigen elektrischen variablen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Speichereinheit, insbesondere zur Verwendung mit einem XY-Aufzeichnungsgerät zur Aufzeichnung elektrischer Ubergangssignale.

Das Messen und Aufzeichnen von Ubergangswerten ist auf vielen wissenschaftlichen und technischen Gebieten ein wesentliches Erfordernis. Häufig ist es erforderlich, ein zeitabhängiges, veränderliches Signal als Funktion eines anderen mit ihm in Beziehung stehenden zeitabhängigen Signals aufzuzeichnen, wie dies beispielsweise bei der Durchführung von Test an strukturierten Materialien oder bei der überwachung chemischer Reaktionen notwendig ist. Ein bei veränderlichen Meßsignale üblicherweise auftretendes Problem besteht darin, daß die Signale während eines wichtigen kurzen Abschnittes der Testperiode relativ hohe Änderungsgeschwindigkeiten aufweisen, während der übrigen Zeiten dagegen relativ niedrige Änderungsgeschwindigkeiten besitzen. Wenn unter diesen Umständen beispielsweise ein XY-Aufzeichnungsgerät zur Aufzeichnung der Kurve verwendet wird, verhindern oft die mechanischen Grenzen des Aufzeichnungsgerätes, insbesondere die Ansprechgeschwindigkeit auf Eingangssignale die genaue Aufzeichnung des kurzen Abschnittes der Kurve, in dem die Signale ihre Werte sehr rasch ändern. 25

Ein Verfahren, das zur Überwindung dieser Schwierigkeiten verwendet wurde, besteht vor allem darin, die Meßwerte elektronisch aufzuzeichnen, indem die beiden Variablen als Funktion der Zeit mit einem Instrument unter Verwendung eines digitalen Speichers gespeichert werden. Das Instrument ist so eingestellt, daß die Signale mit einer festen Abtastgeschwindigkeit während der Testzeit abgetastet werden, wobei der Abtastvorgang ausgelöst oder getriggert wird, wenn die Anfangsflanke eines der Signale entdeckt wird. Wenn der Meßvorgang abgeschlossen

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ist, kann das Instrument so eingestellt werden, daß es die Signale mit einer ausreichend niedrigen Geschwindigkeit wiedergibt, so daß das XY-Aufzeichnungsgerät den sich rasch ändernden Werten der Signale folgen kann. Das vorstehend beschriebene Verfahren benötigt jedoch eine enorme Speicherkapazität. Die Abtastgeschwindigkeit muß so gewählt werden, daß sie ausreichend schnell ist, um den die rasche Änderung des Signales umfassenden Abschnitt genau wiederzugeben. Dadurch ist die Geschwindigkeit zu anderen Zeiten unnötig hoch, in denen sich die Signale weit weniger schnell ändern. In den meisten Fällen muß aufgrund der begrenzten Speicherkapazität ein Kompromiß geschlossen werden, indem die Abtastgeschwindigkeit auf einen Wert zwischen einer Geschwindigkeit eingestellt wird, die schnell genug für eine befriedigende Auflösung ist, und einer Geschwindigkeit, die langsam genug ist, um eine Speicherung der gesamten Meßperiode zu ermöglichen, ohne die Speicherkapazität zu überschreiten. Darüber hinaus ist das Verfahren relativ schwierig durchzuführen, da die Bedienungsperson die Abtastgeschwindigkeit, die Dauer der Abtastperiode und das Triggersystem einstellen muß. Auch muß das Instrument nach Abschluß des Meßvorganges auf den Wiedergabebetrieb umgeschaltet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zu seiner Durchführung anzugeben, welches mit geringem Aufwand und bei bequemer Bedienung eine hohe Auflösung von Signalen ermöglicht, deren Werte sich in begrenzten Zeiträumen rasch ändern.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren zur Speicherung mindestens eines zeitabhängigen elektrischen Signals in einer elektronischen Speichereinheit angegeben, das

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erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß das Signal abgetastet wird, die abgetasteten Werte in eine digitale Darstellung umgesetzt werden und daß die digitalen Abtastwerte in den Speicher mit einer Geschwindigkeit eingespeichert werden, die von der A'nderungsgeschwindigkeit des Signalpegels abhängt. Diese Veränderung der Abtastgeschwindigkeit kann dadurch erreicht werden, daß man den Pegel des Eingangssignales überwacht und veranlaßt, daß ein Abtastwert oder eine Reihe von Abtastwerten des Signales ermittelt werden, wenn der Signalpegel um einen vorbestimmten Betrag von dem Pegel des Signales abweicht, der bei der Ermittlung des vorhergehenden oder der vorhergehenden Abtastwerte vorhanden war.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden zwei Eingangssignale gleichzeitig mit derselben Geschwindigkeit abgetastet, wobei Werte beider Signalpegel abgetastet werden, wann immer ein Signalpegel den Pegel zum unmittelbar vorhergehenden Abtastzeitpunkt um einen vorbestimmten Betrag überschreitet. Die Abtastwerte werden dann in eine digitale Darstellung umgesetzt und in einen elektronischen Speicher eingespeichert. Unter normalen Betriebsbedingungen ist die Geschwindigkeit, mit der aufeinanderfolgende digitale Abtastwerte in den Speicher eingespeichert werden, gleich der Geschwindigkeit, bei der zwei Eingangssignale abgetastet werden. Zur selben Zeit, zu der die Abtastwerte eingespeichert werden, werden vorher eingespeicherte Werte aus dem Speicher ausgespeichert, um sie hierauf in eine analoge Darstellung umzusetzen und dann einem Aufzeichnungsgerät wie beispielsweise einem XY-Schreiber zuzuführen. Die Geschwindigkeit, mit welcher die Abtastwerte aus dem Speicher ausgespeichert werden können, ist durch die Ansprechgeschwindigkeit des Aufzeichnungsgerätes

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begrenzt und liegt im allgemeinen zwischen der maximalen und der minimalen angenommenen Abtastgeschwindigkeit. Das Ausspeichern erfolgt kontinuierlich. Hieraus folgt, daß, wenn zu einem gegebenen Zeitpunkt die Abtastgeschwindigkeit höher ist als die Ausspeicherungsgeschwindigkeit, die Anzahl der in dem Speicher gespeicherten Abtastwerte zunimmt. Wenn umgekehrt die Abtastgeschwindigkeit niedriger ist als die Ausspeicherungsgeschwindigkeit, nimmt die Anzahl der gespeicherten Werte ab. 10

Die Erfindung betrifft ferner eine elektronische Speichereinheit, die erfindungsgemäß gekennzeichnet ist durch: Eine Eingangssignal-Abtaststufe zur Abtastung eines zeitabhängigen Eingangssignales mit einer Abtastgeschwindigkeit, die variabel ist und von der Änderungsgeschwindigkeit des Signales abhängt, eine Analog/Digitalumsetzerstufe, die mit der Abtaststufe verbunden ist, um die abgetasteten Werte in eine digitale Darstellung umzusetzen, eine elektronische Speichereinheit, die mit der Analog/ Digitalumsetzerstufe verbunden ist und so steuerbar ist, daß sie simultan digitale Abtastwerte einspeichert und ausspeichert, wobei die Ausspeicherungsgeschwindigkeit verschieden von der Geschwindigkeit sein kann, mit welcher die Abtastwerte eingespeichert werden, und eine Digital/ Analogumsetzerstufe, die mit dem Speicher verbunden ist, um die aus dem Speicher ausgespeicherten Werte in eine analoge Darstellung umzusetzen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführunsform kann die Speichereinheit in der Weise betrieben werden, daß sie zwei zeitabhängige Signale abtastet und speichert. Ferner umfaßt die Speichereinheit Mittel zum Feststellen von inkrementalen Änderungen in beiden Eingangssignalen, um zu bewirken, daß die Signale abgetastet und in eine digitale

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Darstellung umgesetzt werden, wenn eine inkrementale Änderung eines der Signale größer als ein vorbestimmter Wert ist.

Wenn die Speichereinheit zur Verarbeitung zweier Signale verwendet wird, die einem XY-Aufzeichnungsgerät zugeführt werden sollen, das zur Aufzeichnung des Pegels eines der Signale als Funktion des anderen Signales geschaltet ist, bewirkt die Erhöhung der Abtastgeschwindigkeit bei einer Erhöhung der Änderungsgeschwindigkeit eines Eingangssignales, daß eine Kurve aufgezeichnet wird, in der die tatsächlichen Abtastpunkte im wesentlichen in gleichen Abständen über die Länge der Kurve verteilt sind. Auf diese Weise ist die Auflösung der aufgezeichneten Kurve im wesentlichen konstant unabhängig von den zeitlichen Änderungeschwindigkeiten der Eingangssignale. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es, das volle Auflösungsvermögen des Systems kontinuierlich zu nutzen bis zu einer maximalen Frequenz, die durch die maximal mögliche Abtastgeschwindigkeit bestimmt ist. Gleichzeitig erlaubt die erfindungsgemäße Vorrichtung eine wirkungsvolle Nutzung der Speicherkapazität.

Die Geschwindigkeit, mit der die abgetasteten Werte aus dem Speicher ausgespeichert und dem Aufzeichnungsgerät zugeführt werden, wird durch die maximale Schreibgeschwindigkeit des Aufzeichnungsgerätes bestimmt. Wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem XY-Aufzeichnungsgerät verwendet wird, ist es vorteilhaft, die Ausspeicherungs- oder Lesegeschwindigkeit zu variieren.

Zu diesem Zweck umfaßt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung eine Schaltung zur Optimierung der Ausspeicherungsgeschwindigkeit. Diese Schaltung arbeitet in der Weise, daß sie inkrementale Änderungen in jedem Ausgangssignal überwacht und die Ausspeicherungsgeschwindigkeit so steuert, daß der Differentialwert mindestens

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eines der Ausgangssignale auf einem vorbestimmten Maximalwert gehalten wird.Diese Optimierung der Wiedergabe erhöht die Geschwindigkeit, mit der die Testresultate aufgezeichnet werden und befähigt darüber hinaus das Aufzeichnungsgerät, den Ausgangssignalen zu folgen, wenn die Änderungsgeschwindigkeit der Eingangssignale über einen Punkt hinaus zunimmt, bei dem die Abtastgeschwindigkeit der Eingangssignale ihren Maximalwert erreicht.

Sowohl bei konstanter Ausspeicherungsgeschwindigkeit als auch bei variabler Ausspeicherungsgeschwindigkeit, wie vorstehend beschrieben, ermöglicht das kontinuierliche und simultane Ausspeichern in vielen Fällen eine Beendigung der Wiedergabe der Meßergebnisse gleichzeitig mit der Beendigung des Meßvorganges selbst. Obwohl während der Phasen schneller Signaländerungen die Abtastwerte mit einer geringeren Geschwindigkeit aufgezeichnet werden, als sie in dem Speicher gespeichert werden, ist die gleichzeitige Beendigung der Aufzeichnung und des Meßvorganges möglich, da sich in dem verbleibenden Teil des Signalverlaufes die Signale sich oft relativ langsam ändern und während dieser Zeiten das Aufzeichnungsgerät gegenüber der Abtastgeschwindigkeit wieder aufholt, so daß die letzten Abtastwerte gleichzeitig mit ihrer Messung aufgezeichnet werden.

Ein weiteres Merkmal einer bevorzugten Ausführungsform besteht darin, daß eine zwei Meßpunkte miteinander in Beziehung setzende Schaltung vorgesehen ist, welche interpolierte Abtastwerte zwischen die Werte einsetzt, die aus dem Speicher ausgelesen werden. Dadurch werden die Signale geglättet, welche andernfalls infolge ihrer Zusammensetzung aus diskreten Abtastwerten die Form aufeinanderfolgender Schritte bzw. Stufen hätten.Solche

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stufenförmigen Signalkurven stellen weitere Anforderungen an das XY-AufZeichnungsgerät und sollten daher vorzugsweise vermieden werden.

Nachfolgend sind Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zecihnungen beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Speichereinheit zur Verarbeitung zweier zeitabhängiger Eingangssignale,

Fig. 2 ein Schaltbild einer Analog/Digitalumsetzerschaltung und einer Abtastentscheidungsschaltung für einen Kanal der in Fig. 1 dargestellten Speichereinheit,

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Teiles der in Fig. 1 dargestellten Steuerschaltung und

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Interpolationsschaltung und einer Steuerschaltung zur Steuerung der Ausspeicherungsgeschwindigkeit.

Die Speichereinheit weist zwei Kanäle auf, einen X-Kanal und einen Y-Kanal mit einem jeweiligen Eingang 1X bzw. 1Y, denen Signale von Meßwandlern oder anderen Quellen zugeführt werden. Jeder Kanal umfaßt eine Abtaststufe 2X bzw. 2Y, die in Verbindung mit einem Analog/Digitalumsetzer 3X bzw. 3Y und einer Abtastentscheidungsschaltung 4X bzw. 4Y betrieben wird, um die Pegel der Eingangssignale abzutasten, wann immer der Signalpegel in einem der Kanäle verglichen mit dem Pegel des vorhergehenden Signales sich um mehr als einen vorbestimmten

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Wert geändert hat. Die Abtaststufe 2X bzw. 2Y hält den abgetasteten Wert, während der Analog/Digitalumsetzer 3X bzw. 3Y den Wert in eine digitale Darstellung umwandelt. Jedesmal wenn ein Wert abgetastet wird, wird dieser analoge Wert in eine digitale Darstellung umgesetzt. Das Abtasten und Umsetzen der X- und Y-Signale findet gleichzeitig statt, worauf die digitalen Meßwerte in einen Speicher 6 über Kippschaltungen 5X bzw. 5Y und eine Datenleitung 7 eingeführt werden.

In dem vorliegenden Beispiel handelt es sich bei dem Speicher 6 um einen Schreib/Lesespeicher oder Speicher mit direktem Zugriff, der aus statischen MOS-Speichereinheiten mit einer Gesamtkapazität von 2048 Worten besteht.

Der Speicher 6 ist so aufgebaut, daß für jeden Kanal eine Kapazität von 1024 Worten zur Verfügung steht. Das Einspeichern und Ausspeichern von Information zu bzw. von den Speicherplätzen in dem Speicher 6 erfolgt unter der Steuerung einer logischen Steuerschaltung 8, welche drei Zähler umfaßt: einen Schreib-Adressenzähler, einen Lese-Adressenzähler und einen Speicherzustandszähler. Der Zählerstand des Schreib-Adressenzählers wird erhöht, wenn ein Abtastwert in den Speicher eingespeichert wird. Der Zählerstand des Lese-Adressenzählers wird erhöht, wenn ein Abtastwert aus dem Speicher ausgespeichert wird. Der dritte Zähler, der Speicherzustandszähler, erhöht seinen Zählerstand, wenn der Schreib-Adressenzähler seinen Zählerstand erhöht. Der Zählerstand des Speicherzustandszählers wird vermindert, wenn der Zählerstand des Lese-Adressenzählers zunimmt. Somit entspricht der Zählerstand des Speicherzustandszählers der Zahl von Speicherplätzen, die zu einem gegebenen Zeitpunkt Daten enthalten. Der Speicherzustandszähler kann daher eine Anzeige liefern, ob der Speicher voll oder leer ist.

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Die gespeicherten Abtastwerte werden aus dem Speicher mit einer Geschwindigkeit ausgelesen, die mit der Schreibgeschwindigkeit eines nicht dargestellten XY-Schreibers verträglich ist, welcher über die Ausgänge 1 2X und 1 2Y der Speichereinheit, die Datenleitung 7, Digital/Analog-Umsetzer 9X und 9Y und Interpolationsschaltungen 11X bzw. 11Y an den Speicher 6 angeschlossen ist.

Entsprechend der Darstellung in Fig. 2 verwenden die Analog/Digitalumsetzer 3X und 3Y ein Verfahren der sukzessiven Approximation, wodurch Bit für Bit umgesetzt wird, indem das Ausgangssignal eines Digital/Analogumsetzers 12 mit der unbekannten Eingangsspannung verglichen wird, die von der Abtast- und Halteschaltung 2X über eine Leitung 13 zugeführt wird. Der Umsetzungsprozeß wird durch ein von der Steuerschaltung kommendes Startsignal am Eingang 14 ausgelöst, das einem Register 15 für die stufenweise Näherung zugeführt wird, um auf der Datenleitung 16 ein digitales 10-Bitsignal zu erzeugen. Die Umsetzung erfolgt so lange, wie eine Differenz zwischen dem Ausgangspegel an dem Digital/ Analogumsetzer 12 und dem analogen Eingangssignal auftritt. Ein Vergleich der Werte erfolgt durch einen Komparator 17, der mit dem Register 15 verbunden ist. Wenn die Umsetzung abgeschlossen ist, erscheint ein Impuls an dem Ausgang 18 und wird der Steuerschaltung zugeführt, um eine Schreibzyklus auszulösen.

Eine Bezugsspannungsquelle 19 führt dem Komparator 17 über eine Leitung 20 einen Offsetstrom zu und erzeugt ferner eine Bezugsspannung für die Abtast-Entscheidungsschaltung 4X bzw. 4Y, welche die Differenz zwischen dem Ausgangssignal des Digital/Analogumsetzers 12 und dem von der Abtast- und Halteschaltung kommenden Signal

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überwacht, um so die Differenz der Pegel des zuletzt umgesetzten Abtastwertes und eines neu ankommenden Abtastwertes zu bestimmen. Die Abtastentscheidungsschaltung besteht im wesentlichen aus einem Fenster-Komparator in der Form zweier Komparatoren 21 und 22, wobei der invertierende Eingang des Komparators 21 und der nicht invertierende Eingang des Komparators 22 mit einer Leitung 23 verbunden sind, über welche das Differenzsignal ankommt.
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Die Bezugsspannung von der Bezugsspannungsquelle 19 wird zwei variablen Spannungsteilern 24 und 25 zugeführt, und zwar in einem Falle über einen invertierenden Verstärker 26, um eine positive Bezugsspannung +V und eine negative Bezugsspannung -V mit niedrigem Pegel zu erzeugen, die den anderen Eingängen der Komparatoren 21 und 22 zugeführt werden. Wenn der Wert des Differenzsignales auf der Leitung 23 größer als der Absolutwert der Bezugsspannung ist, tritt am Ausgang 27 eine logische Null als Abtastsignal auf, worauf eine neuerliche Abtastung und Umsetzung über die Steuerschaltung ausgelöst wird.

Die in Fig. 2 dargestellte Schaltungsanordnung ist identisch für den X- und den Y-Kanal. Die Ausgänge 27 beider Abtastentscheidungsschaltungen 4X und 4Y sind mit der Steuerschaltung 8 verbunden, so daß ein neuer Umsetzungsprozeß ausgelöst wird, wann immer die Differenz zwischen aufeinanderfolgenden Abtastwerten in einem der beiden Kanäle größer als ein vorbestimmter Wert ist. Dies wird gemäß Fig. 3 durch Stufen innerhalb der Steuerschaltung 8 erreicht. Ein Generator 28 zur Erzeugung eines Startsignales für die Analog/Digitalumsetzung erhält die Abtastsignale von den Abtastentscheidungsschaltungen zusammen mit einem Signal von dem Speicherzustandszähler 29,

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Letzterer ist ein Zähler, dessen Zählerstand immer dann erhöht wird, wenn zwei Abtastwerte in den Speicher eingeschrieben werden. Dagegen nimmt der Zählerstand ab, wenn zwei Abtastwerte aus dem Speicher ausgelesen werden. Die Verbindung zwischen diesem Zähler 29 und dem Generator 28 dient dazu, ein "Speicher voll"-Signal zu übertragen, wenn alle Speicherplätze des Speichers besetzt sind. Dieses Signal verhindert, daß ein Start-Signal am Ausgang 30 auftritt. Wenn daher Speicherplatz im Speicher vorhanden ist, wird normalerweise ein Startsignal über den Eingang 14 beiden Analog/Digitalumsetzern 3X und 3Y zugeführt, um einen neuen Umsetzvorgang auszulösen. Wenn dagegen der Speicher voll ist, wird die Erzeugung des Startsignales verhindert, bis zwei Abtastwerte aus dem Speicher ausgelesen wurden. Eine weitere Umsetzung und Speicherung erfolgt mit einer Geschwindigkeit, die der Lesegeschwindigkeit entspricht, bis die Geschwindigkeit der Änderung der Eingangssignale abzunehmen beginnt.

Wenn der Analog/Digitalumsetzungsvorgang abgeschlossen ist, führt der Generator 28 einem Steuerpulsgenerator ein Signal zu, der einen Schreibzyklus ausführt, wodurch die Kippschaltungen 5X und 5Y betätigt werden und das umgesetzte Paar von Abtastwerten in den hierfür vorgesehenen Speicherplätzen des Speichers 6 gespeichert werden.

Das Auslesen der Daten erfolgt mit einer geeigneten Geschwindigkeit durch einen Lesezyklus, der eine Reihe von Taktsignalen umfaßt, die von einem Taktgenerator 32 und dem Steuerimpulsgenerator 31 erzeugt werden, um die übertragung aufeinander folgender gespeicherter Abtastwerte von ihren Speicherplätzen in dem Speicher 6 auf die Digital/Analogumsetzer 10X und 10Y zu steuern. Lesezyklen

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werden nur dann ausgelöst, wenn der Speicher nicht leer ist. Dies wird durch den Speicherzustandszähler angegeben. Wenn der Speicher 6 leer ist, entsprechen die den D igi tal/Analoguinsetzern 1OX und 1OY zugeführten Daten den von den Analog/Digitalumsetzern 3X und JY übertragenen Daten.

Die Abtastgeschwindigkeit, die Lesegeschwindigkeit und die Steuerung des Schreibens und Auslesens in bzw. von dem Speicher 4 sind so gewählt, daß man beim Betrieb der Speichereinheit vier mögliche Zustände unterscheiden kann:

1. Wenn die Signalfolge an den Eingängen IX und 1Y klein ist, ist die Abtastgeschwindigkeit niedrig und der Speicher 6 bleibt leer. In diesem Zustand werden die abgetasteten Werte dein Ausgängen 12X und 1 2Y ohne wesentliche Verzögerung zugeführt.

2. Wenn die Signalfolge der Eingangssignale zu groß für eine direkte Aufzeichnung mittels des XY-Schreibers ist, beginnt der Speicher f> sich zu füllen. Gleichzeitig werden Daten in einem bestimmten Takt mit einer Lesegeschwindigkeit aus dem Speicher ausgelesen, die sich mit der maximalen Schreibgeschwindigkeit des Schreiber:; verträgt.

). Wf¹IUi die Signalfolgo der Eingangssignale hierauf wieder -abnimmt, leert sich der Speicher 6 wieder und der Eingang wird praktisch direkt an den Ausging gekoppelt, wenn der Speicherzustandszähler anzeigt, daß der Speicher f> leer ist.

4. Wenn die Eingangssignal über einen über eine bestimmte Zeit hinausgehenden Zeitraum rasche Änderungen

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QFUQiNAL INSPECTEO

aufweisen, wird dor Speicher voll und die Steuerschaltuiuj 8 veranlaßt, daß die K ingangss iqna 1 e mit derselben Geschwind igke i t umgesetzt werden, mit der die Abtastwerte ausgelesen werden. Unter diesen Bedingungen verschlechtert sich die Auflösung der aufgezeichneten Signale. Wenn jedoch die Signal folge wieder abnimmt, beginnt der Speicher 6 sich zu leeren und der normale Betrieb wird wieder aufgenommen.

Die aus dein Speicher ausge lesenen Abtastwerte werden über die Daten Ieitung 7 und Kippsch iltungen 9X und 9Y Digital/ Analogumsetzern 1OX und K)Y zugeführt. Bei den Umsetzern 10X und ΙΟΥ handelt es sich um herkömmliche I) igital/Analogumset/.er, die daher nicht, im Detail beschrieben werden.

Die von den D ig i tal/Ana 1 ogumsetzern erzeugten .Signale v/erden dann Interpolat ionssch.il tungen 1 1X und 11Y zugeführt, welche weitere:, jeweils zwischen aufeinanderfolgenden Meßwerten liegende Abtastwerte hinzufügen, um durch den Meßprozeß erzeugte Diskontinuitäten auszugleichen, die andernfalls weitere Forderungen an den XY-Schreiber stellen würden. Die Verwendung von durch Interpolation ermittelten Werte verbessert auch das Aussehen der aufgezeichneten Kurvt;.

Fig. 1 zeigt eine Intelpolationsschaltung für den X-Kanal. Eine Kette Π von acht Widerständen ist zwischen den AuS(JiUHf des D ig i tal /Ana Io juiise t zers IDX (der mit der Anschlußstelle M in Fig. I verbunden ist) und den Ausgang einer Abtaut- und Halteschaltung 15 geschaltet. Letztere wird über eine Leitung 36 von dem I.eset.iktgenerator )2 (siehe Fig. J) so gesteuert, daß jeweils ein neuer Abtastwert aufgenommen wird, wenn ein Abtastwert aus dem Speicher 6 ausgelesen wird. Die Abtast- und

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ORIGINAL INSPECTED

Halteschaltung 35 führt den Abtastwert X₁ dem am unteren Ende der Kette 33 liegenden Widerstand zu. Der nächste von dem Digital/Analogumsetzer 1OX abgegebene Abtastwert X_ tritt gleichzeitig an dem oberen Ende der Widerstandskette 33 auf, wobei eine Spannung entsprechend einem Achtel der Differenz X_ - X₁ an jedem Widerstand der Kette abfällt. Die Verbindungsstellen zwischen den Widerständen sind mit einem Halbleiter-Kommutatorschalter 37 verbunden, der in Abhängigkeit der von der Steuerschaltung 8 erzeugten Lesetaktsignale nacheinander jede Verbindungsstelle der Widerstandskette 33 mit dem Ausgang 38 des Kommutatorschalters verbindet. Der Kommutatorschalter beginnt dabei am unteren Ende der Widerstandskette 33. Auf diese Weise wird eine lineare Folge von Abtastwerten zwischen den beiden Werten X- und X₁ erzeugt.

Fig. 4 zeigt ferner ein Merkmal, das in dem Blockschaltbild der Fig. 1 nicht dargestellt ist. Durch dieses Merkmal kann die Anderungsgeschwindigkeit der von den Digital/ Analogumsetzern 10X und 10Y erzeugten Ausgangssignale dazu verwendet werden, die Lesegeschwindigkeit beim Auslesen der Daten aus den Speichern zu steuern. Eine Subtraktionsstufe 39 bildet die Differenz zwischen zwei einander benachbarten Abtastwerten X_ und X₁ und führt die resultierende Spannung einem Präzisionsgleichrichter 40 zu, welcher eine Differenzspannung/X~ - X«/ mit einem einheitlichen Vorzeichen bildet. Diese Spannung wird einem Eingang einer Auswahlstufe 41 zugeführt, die ferner die entsprechende Differenzspannung /Y₂ - Y₁/ des Y-Kanals empfängt. Die größere der beiden Differenzspannungen /Y₂ - Y₁/ oder /X₂ -X₁/ wird ausgewählt und dazu verwendet, einen spannungsgesteuerten Oszillator 42 zu steuern, dessen Ausgang mit den

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Lesetaktschaltungen in der Steuerschaltung 8 (siehe Fig. 3) verbunden ist. Der spannungsgesteuerte Oszillator 42 ist so geschaltet, daß seine Frequenz abnimmt, wenn die Differenz zwischen einander benachbarten Abtastwerten groß ist. Dadurch wiederum wird die Lesegeschwindigkeit und Interpolationsgeschwindigkeit verringert, so daß die Bewegungsgeschwindigkeit des XY-Schreibers während der Phasen abnimmt, in denen sich der Pegel der Signale rasch ändert. Es ist zu bemerken, daß diese Verminderung der Lesegeschwindigkeit normalerweise dann auftritt, wenn die Differenzen zwischen einander benachbarten Abtastwerten in den Eingangsschaltungen der Speichereinheit den Schwellwert für die Abtastentscheidungsschaltungen 4X bzw. 4Y überschreiten, wie dies geschieht, wenn die Änderungsgeschwindigkeit der Eingangssignale den Wert überschreitet, der erforderlich ist, um die Abtastschaltungen mit ihrer maximalen Abtastgeschwindigkeit zu betreiben, oder wenn der Speicher voll ist.
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Das vorstehend beschriebene Interpolationsverfahren kann erforderlichenfalls zweimal ausgeführt werden, indem eine zweite im wesentlichen identische Schaltung mit dem Ausgang der ersten Interpolationsschaltung verbunden wird, wobei der einzige Unterschied darin besteht, daß die dem Kommutatorschalter der zweiten Schaltung zugeführten Taktsignale achtmal so schnell aufeinanderfolgen müssen wie die Taktsignale für die erste Schaltung. Zwei in Reihe miteinander geschaltete Interpolationsschaltungen mit jeweils einem Inkrement von einem Achtel eines Schrittes zwischen zwei Eingangswerten erzeugen ein Ausgangssignal, in dem die Periode zwischen zwei dem XY-Schreiber zugeführten Werten 1/64 der Periode zwischen zwei aus dem Speicher ausgelesenen Werten ist.

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Diese Interpolation wird an Analogsignalen ausgeführt und erzeugt in der Praxis eine gerade Linie zwischen zwei aufeinander folgenden ausgelesenen Werten. Verfeinerte Interpolationsverfahren können beispielsweise unter Verwendung eines Mikroprozessors digital ausgeführt werden, bevor die Ausgangssignale aus dem Speicher den Digital/Analogumsetzern zugeführt werden. In diesem Falle können komplexere mathematische Interpolationsverfahren verwendet werden, die beispielsweise auf Funktionen dritter Ordnung oder sin x/x Funktionen beruhen, wobei mehrere einander benachbarte Abtastwerte in dem Speicher gleichzeitig ausgewertet werden.

Ein Merkmal der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die Steuerschaltung 8 Mittel umfaßt, aufgrund welcher eine Bedienungsperson die Speichereinheit zur Speicherung von Ubergangswerten verwenden kann. In diesem Zustand tastet die Einheit einen oder beide Eingangssignale mit einer konstanten Geschwindigkeit ab. Die gespeicherten Werte werden aus dem Speicher ausgelesen, nachdem der Meßvorgang abgeschlossen ist. Die Länge der Meßperiode ist natürlich durch die Speicherkapazität beschränkt, da Einspeichern und Ausspeichern nicht zur selben Zeit erfolgen. Im Falle eines Einkanalbetriebes kann der Speicher so betrieben werden, daß die volle Kapazität von 2048 Worten zur Speicherung von Werten eines Kanales verwendet werden kann.

Die vorstehend beschriebene Zweikanaleinheit ist vorzugsweise zur Verwendung bei dem Auftragen eines zeitabhängigen Signals über dem anderen bestimmt. Die Verwendung der Speichereinheit als herkömmliches Auf-

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zeichnungsgerät, wie dies im vorstehenden Absatz beschrieben wurde, ermöglicht eine langsame Wiedergabe eines oder zweier Signale, um diese als Funktion der Zeit aufzutragen, nachdem die Messung abgeschlossen ist.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, .die Einheit zur Aufzeichnung eines Signales als Funktion der Zeit zu verwenden, während gleichzeitig der Vorteil der simultanen Wiedergabe besteht. Dies kann dadurch erreicht werden, daß man das Meßsignal dem X-Eingang und ein Rampenfunktions-Signal dem Y-Eingang zuführt, wobei die Einheit mit veränderlicher Abtastgeschwindigkeit betrieben wird.
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Die Erfindung umfaßt ferner die Verwendung der Einheit in Verbindung mit einem Blattschreiber, um ein einzelnes zeitabhängiges Signal aufzuzeichnen, das Werte durchläuft, die normalerweise die maximale Schreibgeschwindigkeit des Schreibers überschreiten würden. Viele moderne Schreiber verwenden digitale Schrittmotoren, um das Papier anzutreiben, so daß die Papiervorschubgeschwindigkeit direkt durch Digitalsignale gespeichert werden können, die aus dem Speicher der Einheit ausgelesen werden. Bei diesem Anwendungsfall der Einheit würde das zeitabhängige Signal dem Y-Eingang der Einheit zugeführt, während der digitale Abschnitt des X-Kanals dazu verwendet wird, die Zeitinformation zu speichern, die dem Intervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abtastschritten zugeordnet ist, welche in dem Y-Kanal ausgeführt werden.

So würde der Speicher jeweils Paare von Abtastwerten enthalten, von denen jedes zum einen einen digitalisierten Abtastwert des dem Y-Eingang zugeführten Signales und zum anderen eine Zeitinformation enthalten würde, welche gleich der Zeitdifferenz zwischen diesem Abtastwert

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und dem vorhergehenden Abtastwert ist. Beim Auslesen wird die Zeitinformation den Steuerschaltungen für den Antriebsmotor des Blattschreibers zugeführt, um die Papiervorschubgeschwindigkeit zu senken, wenn die Zeitdifferenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abtastwerten klein ist, und gleichzeitig die Lesegeschwindigkeit beim Auslesen der Werte aus dem Speicher zu vermindern. Dies ergibt die Möglichkeit, schnelle Ubergangswerte aufzuzeichnen ohne Verlust an Genauigkeit aufgrund der Geschwindigkeitsbegrenzung des Aufzeichnungsgerätes.

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-zt-

L e e r s e i t e

Claims (12)

1. PATENTANWÄLTE DR. KaDOR & DR. KLUNKER

   12 718

   J.J. Lloyds Instruments Limited

   Brook Avenue

   Warsash, Southampton S03 6HP

   England

   Verfahren und Vorrichtung zur Speicherung mindestens einer zeitabhängigen elektrischen Variablen

   Patentansprüche

   Iy Verfahren zur Speicherung mindestens eines zeitabhängigen elektrischen Signales in einem elektronischen Speicher, dadurch gekennzeichnet , daß das Signal abgetastet wird, daß die abgetasteten Werte in eine digitale Darstellung umgesetzt werden und daß die digitalen Abtastwerte in den Speicher (6) mit einer Geschwindigkeit eingespeichert werden, die von der Änderungsgeschwindigkeit des Signalspegels abhängt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die gespeicherten Abtastwerte aus dem Speicher (6) gleichzeitig mit dem Einspeichern neuer Abtastwerte ausgespeichert werden, wobei die Ausspeicherungsgeschwindigkeit von der Einspeicherungsgeschwindigkeit verschieden ist.

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   ORIGINAL INSPECTED
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß zur Aufzeichnung zweier zeitabhängiger elektrischer Signale in Form eines Graphen, in dem der Pegel eines Signales als Funktion des Pegels des anderen Signales aufgetragen wird, folgende Schritte durchgeführt werden:

   1. Abtasten beider Signale mit einer einzigen variablen Abtastgeschwindigkeit, die in Abhängigkeit eines An-Wachsens der Xnderungsgeschwindigkeit eines der beiden Signale zunimmt;

   2. Umsetzen der Abtastwerte beider Signale in eine digitale Darstellung;

   3. Einspeichern der digitalen Abtastwerte in den Speicher (6);
4. 4. Ausspeichern gespeicherter Abtastwerte aus dem Speicher (6) gleichzeitig mit den Schritten 1 bis 3 mit einer Ausspeicherungsgeschwindigkeit, die sich von der Abtastgeschwindigkeit unterscheidet;
5. 5. Umsetzung der ausgespeicherten Abtastwerte in zwei analoge Ausgangssignale, welche zwei zeitabhängige elektrische Signale darstellen; und
6. 6. Zuführen der Ausgangssignale zu einem Aufzeichnungsgerät, wobei das Aufzeichnungselement des Aufzeichnungsgerätes in X-Richtung in Abhängigkeit des Pegels eines der Ausgangssignale und in einer zur X-Richtung senkrechten Y-Richtung in Abhängigkeit des Pegels des anderen Ausgangssignales bewegt wird.

   030015/om

   4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lesegeschwindigkeit in Abhängigkeit der Änderungeschwindigkeit mindestens eines der Ausgangssignale veränderlich ist.

   5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß das Zeitdifferential jedes Ausgangssignales überwacht wird und die Lesegeschwindigkeit in Abhängigkeit der überwachten Differentialwerte so verändert wird, daß mindestens einer der Differentialwerte auf oder nahe an einem vorbestimmten Maximalwert gehalten wird.

   6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Ausgangssignale von den

   aus dem Speicher (6) ausgespeicherten und in analoge Darstellung umgesetzten Abtastwerten sowie von Werten gebildet sind, die durch Interpolieren zwischen je zwei Abtastwerten gewonnen wurden. 20
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die aus dem Speicher ausgespeicherten Abtastwerte in analoge Darstellung umgesetzt werden, wobei die einen Strommeßwert (X.) und dem vorausgegangenen Strommeßwert (X_1-1) entsprechenden Spannungen den beiden Enden einer Spannungsteilerkette (33) zugeführt werden, um eine lineare Reihe von interpolierten Zwischenwerten zu erhalten, die nacheinander dem Ausgang (12x, 12y) des jeweiligen Kanales der Speichereinheit zwischen den aus dem Speicher (6) ausgespeicherten Abtastwerten zugeführt werden.
8. 8. Elektronische Speichereinheit, gekennzeichnet durch:

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   1. eine Abtaststufe (2x, 2y) zur Abtastung eines zeitabhängigen Eingangssignales;

   2. eine Analog/Digitalumsetzerstufe (3x, 3y) , die mit der Abtaststufe (2x, 2y) verbunden ist, um die Abtastwerte in eine digitale Darstellung umzusetzen;

   3. Mittel (4x, 4y) zur Bestimmung der Differenz der Pegel zweier aufeinanderfolgender Abtastwerte;

   4. eine elektronische Speicherstufe (6), die an den Analog/Digitalumsetzer (3x, 3y) angeschlossen und so steuerbar ist, daß sie digitalisierte Abtastwerte simultan einspeichern und ausspeichern kann, wobei die Einspeichergeschwindigkeit von Abtastwerten selbsttätig durch die Mittel (4x, 4y) zur Bestimmung der Pegeldifferenz zweier aufeinanderfolgender Abtastwerte gesteuert ist und von der Änderungsgeschwindigkeit des Eingangssignales abhängt und wobei die Ausspeicherungeschwindigkeit verschieden von der Einspeicherungsgeschwindigkeit der Abtastwerte ist; und

   5. einen Digital/Analogumsetzer (10x, 1Oy), der mit der Speicherstufe (6) verbunden ist, um die aus dem Speicher ausgespeicherten Abtastwerte in eine analoge Darstellung umzusetzen.
9. 9. Speichereinheit nach Anspruch 8, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Abtaststufe (2x, 2y) zwei Abtastschaltungen umfaßt, die beide jeweils ein zeitabhängiges Eingangssignal mit derselben Abtastgeschwindigkeit abtasten, daß die Analog/Digitalumsetzerstufe (3x, 3y) zwei Analog/Digitalumsetzer aufweist, welche jedesmal einen Umsetzungszyklus durchführen, wenn ein

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   von den Mitteln (4x, 4y) zur Bestimmung der Differenz zwischen den Pegeln zweier aufeinanderfolgender Signale empfangenes Signal anzeigt, daß einer von zwei von den Abtaststufen (2x, 2y) erzeugten Abtastwerten den entsprechenden vorhergehenden Abtastwert um mehr als einen vorbestimmten Wert überschreitet, und daß die Digital/ Analogumsetzerstufe (1Ox, 1Oy) zwei Digital/Analogum setzer umfaßt, um zwei den beiden Eingangssignalen entsprechende Ausgangssignale zu erzeugen. 10
10. 10. Speichereinheit nach Anspruch 9, dadurch g e k e η η zeichnet, daß sie eine logische Steuerschaltung (8) zur überwachung der Anzahl von Speicherplätzen in dem Speicher (6) umfaßt, auf denen Daten gespeichert sind, wobei die Steuerschaltung (8) mit der Analog/Digitalumsetzerstufe (3x, 3y) verbunden ist, um die Abtastgeschwindigkeit zu begrenzen, wenn der Speicher voll ist.
11. 11. Speichereinheit nach Anspruch 9, dadurch g e k e η η zeichnet, daß sie bei einer Kopplung mit einem XY-Aufzeichnungsgerät eine Steuerstufe (39, 40, 41, 42). zur Steuerung der Lesegeschwindigkeit aufweist, die mit den Ausgängen der Digital/Analogumsetzer gekoppelt ist, um Differenzwerte umgesetzter Abtastwerte zu überwachen, und die ferner über die logische Steuerschaltung (8) mit dem Speicher (6) verbunden ist, um die Lesegeschwindigkeit herabzusetzen, wenn die Differenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden ausgespeicherten Abtastwerten groß ist, um auf diese Weise die Änderungsgeschwindigkeit mindestens eines der die Speichereinheit verlassenden Ausgangssignale auf oder nahe an einem maximalen vorbestimmten Wert zu halten.
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