DE3224768A1 - Anordnung zur entstoerung von signalen - Google Patents

Anordnung zur entstoerung von signalen

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DE3224768A1 DE19823224768 DE3224768A DE3224768A1 DE 3224768 A1 DE3224768 A1 DE 3224768A1 DE 19823224768 DE19823224768 DE 19823224768 DE 3224768 A DE3224768 A DE 3224768A DE 3224768 A1 DE3224768 A1 DE 3224768A1
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    • H04B1/10—Means associated with receiver for limiting or suppressing noise or interference
    • H04B1/12—Neutralising, balancing, or compensation arrangements
    • H04B1/123—Neutralising, balancing, or compensation arrangements using adaptive balancing or compensation means

Description

PHILIPS PATENTVERWALTUNG GMBH PHD 82-078
'Anordnung zur Entstörung von Signalen"
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Entstörung von Signalen mit zwei Übertragungsgliedern, die einen elektrischen Signalgeber mit einer Auswerteschaltung zur Berechnung des ungestörten Nutzsignals elektrisch verbinden. 5
Von elektronischen Sensoren erfaßte und in eine übertragbare elektrische Größe umgeformte Meßgrößen unterliegen bei der Übertragung vom Meßort zur Auswerte- und Anzeigeschaltung dem Einfluß von Störungen. Um die von den Nutzsignalen getragenen Informationen auswerten zu können, müssen die Nutzsignale von den Störsignalen befreit werden. ''
Aus dem Fachbuch von G. Ehrenstrasser, "Stochastische Signale und ihre Anwendung", vom Dr. A. Hüthig Verlag, Heidelberg, Seite 82 bis 84, sind Korrelationsverfahren zur Störwertbefreiung bekannt. Diese werden zur Erkennung stark verrauschter Signale angewandt. Hierbei werden die an zwei Meßfühlern gleichzeitig auftretenden Nutzsignale über zwei unabhängig voneinander gestörte Meßkanäle übertragen. Am Ende der Übertragungsstrecke sind diese Meßkanäle mit einem Kreuzkorrelator verbunden, der aus den von beiden Kanälen übertragenen gestörten Signalen die Kreuzkorrelationsfunktion bei der Verschiebungszeit T = 0 bildet. Der Korrelator berechnet hierbei das Quadrat der Effektivwerte der Nutzsignale, da allein die identischen Nutzsignale miteinander korreliert sind. Da weder die Störsignale mit den Nutzsignalen noch die Störsignale untereinander einen statistischen Zusammenhang aufweisen, ergeben alle weiteren
vom Korrelator errechneten Produkte der Effektivwerte des 30
"- k, PHD 82-078
Nutzsignals mit den Störsignalen und der Störsignale untereinander Nullwerte, Sind jedoch die auf die beiden Meßkanäle einwirkenden Störsignale statistisch nicht voneinander unabhängig, wie es beispielsweise bei von außen auf die Leitungen einwirkenden elektromagnetischen Störungen der Fall ist, errechnet der Korrelator ein von Null abweichendes Produkt der Effektivwerte der Störsignale, die am Ausgang des Korrelators dem Quadrat der Effektivwerte der Nutzsignale überlagert sind. Somit ist das bekannte Korrelationsverfahren nicht in der Lage, das Nutzsignal von Störsignalen zu befreien, die örtlich ausgedehnt sind und auf mehrere Bauelemente gleichzeitig einwirken können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Auswerteschaltung zur Entstörung nichtperiodischer, unbekannter Nutzsignale zu schaffen, denen unbekannte nicht periodische Störsignale additiv überlagert sind, die das gleiche Prequenzspektrum aufweisen wie die Nutzsignale und auf mehr als ein Bauelement gleichzeitig einwirken. 20
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die übertragungsglieder hinsichtlich der Empfindlichkeit gegen Störsignale unterschiedlich ausgebildet sind, und die Auswerteschaltung aus den unterschiedlichen Signalen an den Eingängen der Auswerteschaltung die Nutzsignale durch Berechnung und Eliminierung der auf ein Übertragungsglied einwirkenden Störsignale ermittelt.
Die in den Unteransprüchen beschriebenen Ausgestaltungen der Auswerteschaltung können auf einfache Weise aus handelsübliehen Addierern, Differenzgliedern, Dividierern, Multiplizierern und Mittelwertbildnern aufgebaut werden.
Anhand der Zeichnungen werden einige Ausführungsbeispiele 35der Erfindung beschrieben, und es wird deren Wirkungsweise
&"* PHD 82-078
erläutert. Es zeigen ;"
Fig. 1 ein Blockschaltbild der über mehrere Übertragungsleitungen mit einem elektrischen Signalgeber verbundenen Auswerteschaltung,
Fig. 2 und Fig. 3 die Blockschaltbilder zweier Ausführungsformen des Korrelationsgliedes.
In Fig. 1 ist die Auswerteschaltung 1 mittels zweier Übertragungsleitungen 2 und 3 mit einem elektrischen Signalgeber 4 verbunden. Der elektrische Signalgeber 4 ist z.B. ein Drucksensor, der den Druck eines Gases oder einer Flüssigkeit erfaßt, und mit Hilfe von Dehnungsmeßstreifen in ein elektrisches Signal umwandelt. Die Abschirmungen der Ubertragungsleitungen 2 und 3 gegen Störsignale 6 sind unterschiedlich ausgebildet. Die Übertragungsleitung 2 beispielsweise ist mit einem gestrichelt skizzierten Drahtgeflecht 5 gegen elektromagnetische Störsignale 6 umhüllt, während die Übertragungsleitung 3 keine oder eine andere Abschirmung aufweist.
Die Auswerteschaltung 1 enthält ein mit den Übertragungsleitungen 2 und 3 verbundenes Korrelationsglied 7, ein Eingangs-Differenzglied 8, ein Reduktionsglied 9, einen Dividierer 10 und ein Ausgangs-Differenzglied 11, die in ersichtlicher Weise miteinander und mit den Übertragungsleitungen 2, 3 verbunden sind. Am Anschluß 12 kann das in der Auswerteschaltung 1 von Störsignalen 6 befreite Nutzsignal abgenommen werden.
Wirkt das elektromagnetische Störsignal 6 auf die Übertragungsleitungen 2 und 3, so wird das auf der übertragungsleitung 2 übertragene Nutzsignal von dem durch die Abschirmung 5 abgeschwächten Störsignal Z1 und das gleich große von der Übertragungsleitung 3 übertragene Nutzsignal von dem
PHD 82-78
ungeschwächten Störsignal Z2 additiv überlagert. Das Eingangs- Differenzglied 8 subtrahiert die gestörten Signale mit gleich großen Nutzsignalanteilen voneinander, und liefert die so erhaltene Differenz der Störsignale (Z1-Z2) an das Korrelationsglied 7, das daraus und aus den gestörten Signalen das Verhältnis der Störsignale Z1ZZ2 berechnet. Das Reduktionsglied 9 subtrahiert von dem Verhältnis der Störsignale Z1ZZ2 den Wert 1, so daß der Dividierer 10 aus der vom Eingangs-Differenzglied 8 gelieferten Differenz der Störsignale (Z1-Z2) und dem vom Reduktionsglied 9 gelieferten um 1 reduzierten Verhältnis der Störsignale (Z1Zz2-I) nach der Beziehung Z2 = (Z1-Z2)Z(Z1ZZ2)-'') das Störsignal Z2 berechnen kann.
Das Ausgangs-Differenzglied 11 subtrahiert das vom Dividierer 10 errechnete Störsignal Z2 von dem von der Übertragungsleitung 3 übertragenen und von Z2 gestörten Nutzsignal, und liefert somit über den elektrischen Anschluß
das ungestörte Nutzsignal.
20
Ein Ausführungsbeispiel für ein Korrelationsglied 7 ist in Fig. 2 dargestellt. Ein Kreuzkorrelator 13 ist mit der Übertragungsleitung 2 und mit dem Eingangs-Differenzglied 8 verbunden. Ein weiterer Kreuzkorrelator 14 ist mit der übertragungsleitung 3 und ebenfalls mit dem Eingangs-Dif ferenzglied 8 verbunden. Über zwei Leitungen 15 und sind die Kreuzkorrelatoren 13 und 14 mit einem weiteren Dividierer 17 verbunden. Der Dividierer 17 ist mit dem Ausgang 18 verbunden.
Die Kreuzkorrelatoren 13 und 14 arbeiten bei der VerschiebungszeittT = 0, was bedeutet, daß die Kreuzkorrelatoren und 14 jeweils aus einem einfachen Multiplikator mit nachgeschaltetem Glied zur Bildung des zeitlichen Mittelwertes aus dem von dem Multiplikator errechneten Produkt bestehen
^- Γ
PHD 82-078
können. Das Nutzsignal wird im folgenden mit χ bezeichnet. Der Kreuzkorrelator 13 erhält über die Übertragungsleitung das Signal (x+Z..) und vom Eingangs- Differenzglied 8 das Signal (Z1-Z2). Der Kreuzkorrelator 14 erhält über die Übertragungsleitung 3 das Signal (x+Z2) und vom Eingangs-Differenzglied 8 das Signal (Z1-Z2). Die beiden Kreuzkorrelatoren 13 und 14 bilden zunächst aus den angebotenen Signalen das Produkt (x+Z1)x (Z1-Z2)/ bzw. (x+Z2)x(Z1-Z2). Aus diesen Produkten werden in den Kreuzkorrelatoren 13 und 14 jeweils die zeitlichen Mittelwerte gebildet, bei denen die Mittelwerte der Produkte X-Z1 bzw. x.Z2 Null ergeben, so daß der Kreuzkorrelator 13 über die Leitung 15 an den Dividierer 17 den Mittelwert aus
2
(Z1 -Z1.Z2) und der Kreuzkorrelator 14 über die Leitung 16 an den Dividierer 17 den Mittelwert von (-Z2 +Z1-Z2) liefert, woraus der Dividierer 17 nach folgender Beziehung
(Z^-Z1 .Z2) Z1 (Z1-Z2) _ Z1
(-z2 2+z1.z2) Z2(Z1-Z2) Z2
das Verhältnis der Störsignale Z1ZZ2 berechnet, das dann dem Eingang des Reduktionsgliedes 9 zugeführt wird.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Korrelationsgliedes 7
ist in Fig. 3 dargestellt. Mit den Übertragungsleitungen 2 25
und 3 und mit dem Eingangs-Differenzglied 8 ist jeweils ein Autokorrelator 19, 20 und 21 verbunden. Über die Leitungen 22, 23 und 24 sind die Autokorrelatoren 19, 20 und 21 mit einem Rechenglied 25 verbunden, an dessen Ausgang 26 das Verhältnis der Störsignale Z1ZZ2 abgenommen werden kann.
Die Autokorrelatoren 19, 20 und 21 arbeiten bei der Verschiebungszeit *C = 0, so daß sie jeweils aus einem Quadrierglied und einem nachgeschalteten Glied zur Bildung des zeitliehen Mittelwertes bestehen können. Am Korrelator 19 liegt
- S' PHD 82-078
das von der Übertragungsleitung 2 übertragene Signal ^ an. Der Autokorrelator 19 bildet daraus den zeitlichen Mittelwert J1 von (x+Z.,) . Das Signal IB1 wird über die Leitung 22 an das Rechenglied 25 geliefert. Über die Übertragungsleitung 3 erhält der Autokorrelator 20 das von Z2 gestörte Nutzsignal (x+Z2), und bildet daraus den zeitlichen Mittelwert J2 von (x+z 2) · Das Signal Jj2 wird über die Leitung 23 an das Rechenglied 25 geliefert. Der Autokorrelator 21 ist mit dem Eingangs-Differenzglied 8 verbunden, das die Differenz der Störsignale (Z1-Z2) errechnet. Somit errechnet der Autokorrelator 21 den zeitlichen Mittelwert J3 aus (Z1-Z2) , das über die Leitung 24 ebenfalls an das Rechenglied 25 gegeben wird.
Nach der Formel
_ (x+Z1)2-(x+Z2J2^Z1-Z2)2 __
Z1 2-Z2 2+(Z1-Z2)2
z1 2-z2 2-(zl-z2)2,
bei der die Mittelwerte der Produkte X-Z1 bzw. x.Z2 Null ergeben, berechnet das aus handelsüblichen Addier-, Subtra hier- und Dividiergliedern bestehende Rechenglied 25 das Verhältnis der Störsignale Z1Zz2. Dieses Signal wird zur weiteren Verarbeitung an das Reduktionsglied 9 übertragen.
Leerseite

Claims (4)

  1. PHD 82-078 PATENTANSPRÜCHE:
    1 ./ Anordnung zur Entstörung von Signalen mit zwei Übertragungsgliedern, die einen elektrischen Signalgeber mit einer Auswerteschaltung zur Berechnung des ungestörten Nutzsignals elektrisch verbinden,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsglieder hinsichtlich der Empfindlichkeit gegen Störsignale (6) unterschiedlich ausgebildet sind, und die Auswerteschaltung (1) aus den unterschiedlichen Signalen an den Eingängen der Auswerteschaltung (1) die Nutzsignale durch Berechnung und Eliminierung der auf ein Übertragungsglied einwirkenden Störsignale ermittelt.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1 ,
    dadurch gekennzeichnet, daß in der Auswerteschaltung (1) ein mit den als Übertragungsleitungen (2, 3) ausgebildeten Übertragungsgliedern^ 1 ) verbundenes Eingangs-Differenzglied (8) an ein mit den Übertragungsleitungen (2, 3) verbundenes Korrelationsglied (7) die Differenz der auf die Übertragungsleitungen (2, 3) einwirkenden Störsignale (Z..-Z2) liefert, das das Verhältnis der Störsignale (Z1ZZ2) berechnet, welches von einem mit dem Korrelationsglied (7) verbundenen Reduktionsglied (9) um 1 verringert wird, so daß ein mit dem Reduktionsglied (9) und dem Eingangs-Differenzglied (8) verbundener Dividierer (10) aus der Differenz der Störsignale (Z1-Z2) als Dividend und dem um 1 verringerten Verhältnis der Störsignale (Z1ZZ2-I) als Divisor das Störsignal (Z2) berechnen kann, das ein mit dem Dividierer (10) und mit der von Z2 gestörten Übertragungsleitung verbundenes Ausgangs-Differenzglied (11) von dem von Z2 gestörten Signal zur Berechnung des ungestörten Nutzsignals subtrahiert.
    - j. PHD 82-078
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Korrelationsglied (7) zwei mit dem Eingans-Differenzglied (8) und mit je einer Übertragungsleitung (2, 3) verbundene und bei der VerschiebungszeitiT = 0 arbeitende Kreuzkorrelatoren (13, 14.) aufweist, aus deren Ausgangsgrößen ein weiterer Dividierer (17) das Störsignalverhältnis (Z1/Z2) berechnet.
  4. 4. Anordnung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Korrelationsglied (7) zwei mit je einer Übertragungsleitung (2, 3) und einen mit dem Eingans-Differenzglied (8) verbundene bei der VerschiebungszeitX= 0 arbeitende Autokorrelatoren (19, 20, 21) aufweist, aus deren Ausgangsgrößen ein Rechenglied (25) das Störsignalverhältnis (Ζ-,/Ζ^) nach der Beziehung
    zi - Ji-Ma
    Z2 " I1-I2-I3
    berechnet, bei der
    die Ausgangsgröße des mit der vom Störsignal (Z.) gestörten Übertragungsleitung verbundenen Autokorrelators
    J2 die Ausgangsgröße des mit der vom Störsignal (Z2) gestörten Übertragungsleitung verbundenen Autokorrelators und
    $o die Ausgangsgröße des mit dem Eingangs-Differenzglied
    verbundenen Autokorrelators
    30
    bedeuten.
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