DE3120416C2

DE3120416C2 -

Info

Publication number: DE3120416C2
Application number: DE3120416A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl.-Phys. Dr. 8035 Gauting De Dietrich
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1981-05-22
Filing date: 1981-05-22
Publication date: 1987-05-21
Also published as: DE3120416A1

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem Mehrkanal-Spektralanalysator gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiger Spektralanalysator ist aus der US-PS 38 83 803 bekannt. Dort werden die in mehreren parallelen Meßkanälen einlaufenden, analogen Eingangsdaten mittels eines Multiplexers gleichzeitig abgetastet und auf dem Leuchtschirm einer Kathodenstrahlröhre derart sichtbar gemacht, daß dort nebeneinander eine der Anzahl der eingangsseitigen Meßkanäle entsprechende Zahl von Leuchtflecken entsteht, deren zeitlich veränderliche Helligkeit den zeitlich veränderlichen Amplituden der Eingangsdaten entspricht. Diese Leuchtflecken werden auf einen vorbeilaufenden Film projiziert, auf dem nach Entwicklung parallele Datenstreifen vorhanden sind, deren zeitlich veränderliche Schwärzung bzw. Helligkeitsverteilung dem Amplitudenverlauf der Eingangsdaten entspricht. Diese Datenstreifen entstehen kontinuierlich und sind im Prinzip endlos. Anschließend durchlaufen sie eine Auswertevorrichtung, deren wesentliche Teile eine rotierende Bezugsfrequenzblende, eine Beleuchtungs- und Projektionseinrichtung sowie eine radiale Schlitzblende sind, mit deren Hilfe es möglich ist, dem Datenstreifen des vorbeilaufenden Films periodische Helligkeitsverteilungen variabler Frequenz zu überlagern. Eine auf der anderen Seite des Films befindliche Registriereinrichtung gibt die Frequenzen aus, welche in den vorbeilaufenden Datenstreifen vorhanden sind.

Dieser Spektralanalysator ist demnach lediglich in der Lage, die in den Eingangssignalen vorhandenen Frequenzen selbst zu bestimmen, jedoch nicht deren zugeordnete Amplituden. Es ist jedoch vielfach erwünscht, die Fourierspektren von in mehreren parallelen Meßkanälen einlaufenden Eingangsdaten zu ermitteln, d. h. das Frequenz- und Amplitudenspektrum dieser Daten. Eine solche Aufgabe stellt sich beispielsweise in der Medizin bei der Aufnahme von EEGs. Derartige Fourierspektren sollen dann nach Möglichkeit sofort zur Verfügung stehen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Mehrkanal-Spektralanalysator der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit dem es nach Möglichkeit ohne jeden Zeitverlust erreichbar ist, die Fourierspektren der parallel einlaufenden Eingangsdaten noch während der Messung zu ermitteln.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gegebenen Maßnahmen gelöst.

Aufbau und Funktionsweise eines Inkohärent-Kohärent-Wandlers sind aus ESA Journal 1979, Band 3, Seiten 185 bis 193, an sich bekannt.

Mit der Erfindung, welche einen Mehrkanal-Spektralanalysator darstellt, läßt sich eine Vielzahl von verschiedenen analogen Signalen gleichzeitig fouriertransformieren, so daß bereits wenige Mikrosekunden nach Beendigung einer Meßphase die Fourierspektren der verschiedenen Meßkanäle zur Verfügung stehen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand der Abbildungen näher erläutert. Es zeigt in schematischer Weise:

Fig. 1 eine Einrichtung gemäß der Erfindung zur Bestimmung von Fourierspektren,

Fig. 2 eine geometrische Anordnung von Datenstreifen.

Gemäß Fig. 1 werden analoge Eingangsdaten A _i (t) in einem vorgegebenen zeitlichen Abstand abgetastet und über einen Multiplexer 1, einen Pufferspeicher 2, eine Kathodenstrahl-Bildröhre 3 und eine Optik (Linse F₁) auf den Eingang eines Inkohärent-Kohärent-Wandlers IKW, z. B. eines PROM (Pockels Read-Out Optical Modulator) abgebildet. Dabei erfolgt die Abbildung so, daß das in Fig. 2 dargestellte Streifenmuster entsteht, siehe Erläuterung weiter unten.

Es erfolgt mithin eine Modulation des Inkohärent-Kohärent-Wandlers IKW durch Abbildung des Bildröhrenschirms auf dessen Eingang. Während der Multiplexer 1 die analogen Eingangsdaten A _i (t) abtastet, springt der Elektronenstrahl der Kathodenstrahl-Bildröhre 3 auf dem Bildschirm von einem Datenstreifen zum anderen und erzeugt dabei die den Analogwerten der Eingangskanäle zugeordneten Helligkeitswerte. Jeder der in Fig. 2 dargestellten Datenstreifen DK₁ . . . DK _N repräsentiert für ein vorher definiertes Meßintervall (t₁≦t≦t₂) die Daten A _i (t) eines Eingangskanals. Der obere Streifen DK₁ gibt die Daten des ersten Eingangskanals wieder, der letzte Streifen DK _N die Daten des N-ten Eingangskanals. Innerhalb jedes Datenstreifens DK₁, DK _N werden die analogen Eingangsdaten A _i (t) so kodiert, daß für das Reflexionsvermögen R _i (t,y) des Inkohärent-Kohärent-Wandlers IKW gilt: mit:

R _O = Offset-Wert des Reflexionsvermögens zur Darstellung positiver und negativer Eingangssignale α = Proportionalitätsfaktor

Nach Beendigung des Meßintervalls (t₂, t₂) steht am Ausgang des Inkohärent-Kohärent-Wandlers IKW für jeden der N Eingangskanäle ein vollständig beschriebener Datenstreifen zur Verfügung. Der Ausgang des Inkohärent-Kohärent-Wandlers wird mit parallelem, kohärentem, in der Regel auch monochromatischem Licht aus einer Lichtquelle 6 beleuchtet. Mit einer Linse F₂ wird in der Ebene eines Detektors 8 die Fouriertransformierte des Ausgangs des Inkohärent-Kohärent-Wandlers IKW erzeugt. Durch eine vor der Linse F₂ angeordnete zylindersymmetrische Linse F _Z, welche mit ihrer Symmetrieachse parallel zu den Datenstreifen der Ausgänge des Inkohärent-Kohärent-Wandlers IKW liegt, oder auch durch geeignet angeordnete Prismen, wird erreicht, daß die Fourierspektren der verschiedenen Datenstreifen des Inkohärent-Kohärent-Wandlers IKW in der Ebene des Detektors 8 örtlich getrennt sind und von N Lineardetektoren ausgelesen werden können. Die in dem Detektor 8 und von einem Detektorabtaster 5 ausgelesenen Werte können in einer Einheit 9 entweder aufgezeichnet oder weiterverarbeitet werden. Mit dem Auslesen dieser Fourierspektren kann sofort nach Beendigung des Meßintervalls begonnen werden.

In Abhängigkeit von der Struktur des Detektors 8 kann während der Auslesephase eine Totzeit für das System entstehen, so daß in dieser Zeit der Inhalt des Inkohärent-Kohärent-Wandlers IKW nicht gelöscht oder mit neuen Daten beschrieben werden darf. Die an den Eingangskanälen A₁ bis A _N während der Totzeit anfallenden Daten werden über einen Pufferspeicher 2, der zwischen Multiplexer 1 und Kathodenstrahl-Bildröhre 3 angeordnet ist, zwischengespeichert, so daß die Meßwerte während der internen Totzeit nicht verloren gehen.

In der Einheit 9 werden, wie schon ausgeführt, die Daten entweder direkt aufgezeichnet oder von einem Computersystem weiterverarbeitet. Außerdem wird aus der Einheit 9 die Dataakquisitionskontrolle 4 zur Steuerung des Multiplexers 1 gesteuert.

Die Anwendungsbreite der Erfindung erschöpft sich nicht in der bereits angeführten Medizintechnik. So ist z. B. die Addition von Fourierspektren verschiedener Meßintervalle, die Differenzbildung zwischen verschiedenen Fourierspektren, die Ausfilterung gewünschter Frequenzbänder oder die Erkennung von Spektrallinsen ohne weiteres durch den Fachmann geläufige Maßnahmen ergänzend möglich.

Außerdem ermöglicht die Erfindung aus gespeicherten Fourierspektren ebenso schnell den zeitlichen Amplitudenverlauf der Meßsignale zurückgewinnen. In diesem Fall werden die Daten der Fourierspektren auf den Ausgang des Inkohärent-Kohärent-Wandlers IKW geschrieben. In der Detektorebene des Detektors 8 stehen dann die ursprünglichen Signalamplituden wieder zur Verfügung.

Claims

1. Mehrkanal-Spektralanalysator, bei dem die in einer Anzahl N Meßkanälen einlaufenden analogen Eingangsdaten A _i (t) (1≦i≦N) gleichzeitig abgetastet werden, mit einer Einrichtung zur optischen Darstellung des zeitlichen Amplitudenverlaufs der Eingangsdaten A _i (t) in Form von N zueinander parallelen, den jeweiligen zeitlichen Amplitudenverlauf als analoge, eindimensional örtliche Helligkeitsverteilung wiedergebenden Datenstreifen (DK _i ) sowie einer Auswerteeinrichtung zur Durchführung der Spektralanalyse, dadurch gekennzeichnet, daß
die Auswerteeinrichtung aus einem Inkohärent-Kohärent-Wandler (IKW), einer die Datenstreifen (DK _i ) auf dessen Eingangsseite abbildenden Optik (F₁), einer kohärenten Lichtquelle (6) zum ausgangsseitigen Auslesen des Inkohärent-Kohärent-Wandlers (IKW), einer im Strahlengang der kohärenten Lichtquelle (6) hinter dem Inkohärent-Kohärent-Wandler (IKW) angeordneten weiteren Optik (7), welche in ihrer rückseitigen Brennebene die Fouriertransformierten der am Ausgang des Inkohärent-Kohärent-Wandlers (IKW) anstehenden Datenstreifen (DK _i ) erzeugt, sowie einem in der rückseitigen Brennebene der weiteren Optik (7) angeordneten Detektor (8) zum Auslesen der Fouriertransformierten besteht,
die Einrichtung (3) zur optischen Darstellung des zeitlichen Amplitudenverlaufs jeweils die Eingangsdaten A _i (t) eines vorwählbaren Zeitintervalls (t₁≦t≦t₂) repräsentierende, in ihrer Länge entsprechend begrenzte, in Bezug auf die Optik (F₁) ruhende Datenstreifen (DK _i ) generiert,
und die weitere Optik (7) ein optisches Element (F _Z ) enthält, welches die Fouriertransformierten der einzelnen Datenstreifen (DK _i ) in der Ebene des Detektors (8) senkrecht zu ihrer Längserstreckung versetzt.

2. Mehrkanal-Spektralanalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (3) zur optischen Darstellung des zeitlichen Amplitudenverlaufs aus einer Kathodenstrahl-Bildröhre mit vorgeschaltetem, die Eingangsdaten A _i (t) abtastendem Multiplexer (1) besteht.

3. Mehrkanal-Spektralanalysator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Optik (7) aus einer Linse (F₂) zum Erzeugen der Fouriertransformierten des Inkohärent-Kohärent-Wandlers (IKW) und das optische Element aus einer davor zugeordneten, zylindersymmetrischen Linse (F _Z ) mit parallel zu den Datenstreifen des Ausgangs des Inkohärent-Kohärent-Wandlers (IKW) gerichteter Symmetrieachse besteht.