DE3512519A1

DE3512519A1 - Vorrichtung zum abtasten

Info

Publication number: DE3512519A1
Application number: DE19853512519
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. Hoffmann; Hermann Dipl.-Ing. 2807 Achim Jüttner
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Fried Krupp AG
Priority date: 1985-04-06
Filing date: 1985-04-06
Publication date: 1986-10-16
Also published as: DE3512519C2

Description

FRIED. KRUPP GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG in 43OO Essen

VORRICHTUNG ZUM ABTASTEN

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abtasten von Empfangswandlern einer Sonaranlage der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

In der Wasserschalltechnik werden Sonaranlagen zum Peilen von Zielen eingesetzt, die Geräusche abstrahlen oder impulsförmig Schallenergie aussenden oder reflektieren. Die Sonaranlage enthält eine Basis, auf der Empfangswandler längs einer geraden oder kreisförmigen Linie angeordnet sind, und einen nachgeordneten Richtungsbildner für Empfangssignale der Empfangswandler. Im Richtungsbildner werden Richtcharakteristiken in vorgebbare Richtungen gebildet, die die Peilungen liefern.

Es ist beispielsweise aus der DE-PS 21 36 78O eine zylinderförmige Basis bekannt, bei der Empfangswandler kreisförmig angeordnet sind. Zur Richtungsbildung werden die Empfangswandler nacheinander in gleicher Abtastrichtung wiederholt von einem Multiplexer abgetastet, digitalisiert und nacheinander in einen Verzogerungsspexcher eingelesen. An Speicherplätzen des Verzögerungsspeichers, die den zur Richtungsbildung nötigen Verzögerungen der Empfangssignale entsprechen, sind Verbindungen zu einem Addierwerk vorgesehen, das die durch die Verzögerungen nunmehr kon-

phasen Abtastwerte zum Gruppensignal der Richtcharakteristik zusammenfaßt. Der Multiplexer und der Verzögerungsspeicher werden mit einer Taktfrequenz betrieben, die um die Vielzahl der Empfangswandler auf dem Kreisring höher als eine nötige Abtastfrequenz ist. Die nötige Abtastfrequenz muß mindestens doppelt so hoch wie die höchste auszuwertende Frequenz bzw. Bandbreite des Empfangssignals sein, damit das Empfangssignal jedes Empfangswandlers für die Richtungsbildung reproduzierbar ist.

Beim heutigen Stand der Technik sind solche Multiplexer nicht für beliebig hohe Taktfrequenzen herstellbar, da jede Abtastung und Analog-/Digitalwandlung eine minimale Durchgangszeit einnimmt. Die Taktfrequenz kann nicht höher als seine Arbeitstaktfrequenz gewählt werden, die gleich dem Reziprokwert der Durchgangszeit ist.

In derselben DE-PS 21 36 78O ist eine Lösung angegeben, die auch die Auswertung höherfrequenter Empfangssignale zuläßt. Es sind zur Richtungsbildung mehrere Multiplexer, die eingangsseitig mit sämtlichen Empfangswandlern verbunden sind, mit ebenso vielen nachgeschalteten Verzögerungsspeichern vorgesehen. Die notwendige Anzahl an Multiplexern und Verzögerungsspeichern richtet sich nach der benötigten Arbeitstaktfrequenz und bestimmt sich aus dem Verhältnis von Arbeitstaktfrequenz und der für die Reproduktion der Empfangssignale notwendigen Taktfrequenz.

Die m Eingänge der Multiplexer sind an sämtliche Empfangswandler parallel angeschlossen und werden zeitversetzt angesteuert. Der Zeitversatz wird durch ei-

nen Versatz der m Eingänge jedes Multiplexers um einen Wandlerabstand erreicht, der durch die Vielzahl der Empfangswandler geteilt durch die Anzahl der Multiplexer bestimmt ist. Damit ist gewährleistet, daß jeder Empfangswandler entsprechend dem Abtasttheorem abgetastet wird, wobei jedoch die Multiplexer selbst mit einer langsameren Arbeitstaktfrequenz betrieben werden.

Diese Anordnung ist sehr aufwendig, da Verbindungen zwischen allen Empfangswandlern und allen Eingängen der Multiplexer vorgesehen werden müssen und zur Richtungsbildung ebenso viele Verzögerungsspeicher wie Multiplexer benötigt werden, wodurch ein größerer Aufwand an Bauelementen und Leiterbahnen entsteht.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die ein Abtasten und Digitalisieren im Tempo einer Arbeitstaktfrequenz gestattet, die niedriger als die zur Reproduktion erforderliche, mit der Vielzahl der Empfangswandler multiplizierte Abtastfrequenz ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.

Die Empfangswandler, die in beliebiger Formation auf einer geraden oder gekrümmten Basis angeordnet sein können, werden entsprechend der verwendeten Anzahl η von Abtastschaltungen in Gruppen mit — Empfangswandlern aufgeteilt und jede Abtastschaltung einer Gruppe zugeordnet. Die Abtastschaltungen tasten also

-δι nur jeweils einen Teil aus der gesamten Vielzahl m der Empfangswandler der Basis ab.

Die Empfangswandler einer jeden Gruppe sind nicht benachbart zueinander angeordnet, sondern weisen gleiche Abstände längs der Basis zueinander auf. Es liegen immer η Empfangswandler zwischen zwei mit benachbarten Eingängen der gleichen Abtastschaltung verbundenen Empfangswandlern; die η Empfangswandler sind mit Eingängen der restlichen Abtastschaltungen verbunden. Die Gruppen aufeinanderfolgender Abtastschaltungen sind gegeneinander um jeweils einen Empfangswandler versetzt.

Die Zahl der Empfangswandler einer jeden Gruppe ergibt sich aus der gesamten Vielzahl m der Empfangswandler geteilt durch die Anzahl η der Abtastschaltungen, um sicherzustellen, daß mit jedem Abtastzyklus sämtliche Empfangswandler einmal abgetastet werden. Wenn diese Division nicht aufgeht, besteht die letzte Gruppe oder Gruppen aus einer kleineren Anzahl von Einpfangswandlern und die Abtestschaltungen liefern anstelle digitalisierter Abtastwerte der Empfangssignale Leersignale ab, die aber von der Abfrageschaltung nicht ausgewertet werden müssen.

Die digitalisierten Abtastwerte an den Ausgängen der η Abtastschaltungen werden nacheinander wiederholt im Rhythmus der Taktfrequenz an den Ausgang der Abfrageschaltung durchgeschaltet. Ein Abtastzyklus ist nach m Taktfrequenzimpulsen beendet, da dann die digitalisierten Abtastwerte der m Empfangswandler in der Reihenfolge ihrer Anordnung auf der Basis einmal am Ausgang der Abfrageschaltung erschienen sind.

-ΟΙ Daran schließt sich unmittelbar ein neuer Abtastzyklus an.

Am Ausgang der ersten Abtastschaltung steht als erstes der digitalisierte Abtastwert des ersten Empfangswandlers an, da ihr erster Eingang mit dem ersten Empfangswandler verbunden ist. Mit dem nächsten Taktfrequenzimpuls liefert der Ausgang der zweiten Abtastschaltung den digitalisierten Abtastwert des dem ersten auf der Basis benachbarten zweiten Empfangswandlers an den Ausgang der Abfrageschaltung usw. bis nach η Taktfrequenzimpulsen die η Abtastwerte an den ersten Eingängen der η Abtastschaltungen in digitalisierte Form von ihren Ausgängen abgefragt wurden. Bis dahin ist eine Zeit vergangen, die gleich der Durchgangszeit oder dem Reziprokwert der Arbeitstaktfrequenz für jede Abtastschaltung ist. Jetzt erst steht am Ausgang der ersten Abtastschaltung der digitale Abtastwert des Empfangswandlers an, der mit ihrem zweiten Eingang verbunden ist. Dieser Empfangswandler liegt auf der Basis in Abtastrichtung direkt hinter dem n. Empfangswandler, wobei der n. Empfangswandler, wie beschrieben, mit dem ersten Eingang der n. Abtastschaltung verbunden ist.

Nach — Durchgangszeiten sind mit m Taktfrequenzimpulsen die digitalisierten Abtastwerte der m Empfangswandler auf der Basis einmal am Ausgang der Abfrageschaltung erschienen, der den Ausgang des Multiplexers bildet. Dann wird wieder der am ersten Eingang der ersten Abtastschaltung anstehende Abtastwert des ersten Empfangswandlers in digitalisierter Form an den Ausgang der Abfrageschaltung durchgeschaltet.

-ιοί Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt insbesondere darin, daß die digitalisierten Abtastwerte im Takt der Taktfrequenz am Ausgang des Multiplexers anstehen in der Reihenfolge der Empfangswandler auf der Basis, wie sie durch die Abtastrichtung vorgegeben ist, obwohl für die Abtastungen und Analog-/Digitalwandlung eines jeden einzelnen Empfangssignals eine längere Durchgangszeit benötigt wird als der Reziprokwert der Takt-

frequenz. Durch die erfindungsgemäße Verdrahtung zwischen den Empfangswandlern und den Abtastschaltungen wird der Aufwand an galvanischen Verbindungen so klein wie möglich gehalten. Eine Richtungsbildung kann in bekannter Weise mit nur einem Ver- zogerungsspexcher vorgenommen werden, da die Abfrageschaltung stets in der Lage sein wird, digitale Abtastwerte in kurzen Zeiten entsprechend der hohen Taktfrequenz durchzuschalten, die dann mit gleichem Takt in den Verzögerungsspeicher eingelesen werden.

Mit der vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Anspruch 2 wird in einfacher Weise eine Synchronisierung zwischen der Arbeitstaktfrequenz und der Taktfrequenz erzielt.

Mit der vorteilhaften Weiterbildung der erfxndungsgemäßen Vorrichtung nach Anspruch 3 ist während des Empfangs zugleich eine Funktionskontrolle möglich, indem die Empfangssignale aus den digitalisierten Abtastwerten zurückgewonnen und als Zeiger auf einer Anzeigeeinheit dargeboten werden. Jeder Zeiger ist mit einer Wandlernummer versehen. Bei einwandfreier Funktion der Empfangswandler, Abtastschaltungen und der Abfrageschaltung erscheinen auf der An-

zeige die Empfangssignale jedes Empfangswandlers als Zeiger. Fehlt einer der durchnumerierten Zeiger, so ist an der zugeordneten Wandlernummer abzulesen, welcher Empfangswandler defekt ist. Fehlen mehrere Zeiger, deren Wandlernummern keine Periodizität zueinander aufweisen, signalisieren sie ebenfalls den Ausfall entsprechender Empfangswandler. Liegen die Wandlernummern fehlender Zeiger jeweils im Abstand des Faktors n, so ist eine Abtastschaltung defekt, da kein Empfangssignal von den Eingängen dieser Abtastschaltung an ihren Ausgang als digitaler Abtastwert durchgeschaltet wird. Die fehlenden Zeiger weisen - wie die mit dieser Abtastschaltung verbundenen Empfangswandler auf der Basis - gleiche Abstände zueinander auf. Zu den Wandlernummern wird entsprechend diesen Abständen eine Kennung für die jeweils zugehörige Abtastschaltung angezeigt. Bei den ersten η Wandlernummern sind nacheinander die Kennungen für die η Abtastschaltungen angegeben, die

sich dann — mal wiederholen,
η

Besonders übersichtlich ist eine Fehlererkennung, wenn die Darstellung auf der Anzeigeeinheit der Form der Basis angepaßt ist. Bei kreisförmiger Basis und Anordnung der Empfangswandler erfolgt die Anzeige vorteilhaft auf einer Kathodenstrahlröhre durch Zeiger, die Radien eines Kreises bilden, wobei die Winkelablenkung synchron mit den Taktfrequenzimpulsen und die Radialablenkung beispielsweise durch den Effektivwert oder Spitzenwert des Empfangssignals bewirkt wird, der aus den digitalisierten Abtastwerten gewonnen wird. Bei einer ebenen Basis und Anordnung der Empfangswandler längs einer Geraden ist eine Anzeige in einem kartesischen Koordinatensystem zweckmäßig, wobei die Takt-

impulse eine Ablenkung in X-Hichtung und das jeweilige Empfangssignal eine Ablenkung in Y-Richtung bewirken.

Mit der vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Anspruch k ist auch dann ein Funktionstest möglich, wenn kein Zielgeräusch empfangen wird, so daß kontinuierlich eine Überwachung gewährleistet ist. Testsignale des Signalgenerators sind an den Frequenzumfang der Sonaranlage angepaßt und werden über einen Schalter hochohmig über den Empfangswandlern zugeordnete Vorverstärker eingespeist.

Für die Funktionskontrolle mit Testsignalen gibt Anspruch 5 eine vorteilhafte Weiterbildung an, durch die im Falle des Zeigerausfalls beim Empfang abhängig von der Größe der digitalisierten Abtastwerte an der im Funktionstest angezeigten Zeigerlänge erkennbar ist, ob eine Zuleitung zum Empfangswandler oder der Empfangswandler bzw. sein Vorverstärker defekt ist. Der digitalisierte Abtastwert weist einen kleineren Wert als das Testsignal auf, wenn ein Empfangswandler, beispielsweise durch Wassereinbruch, oder sein Vorverstärker ausgefallen ist. Er weist einen größeren Wert auf, wenn die Verbindung zwischen Empfangswandler und Vorverstärker unterbrochen ist. Befinden sich mehrere Vorverstärker integriert in einem Baustein, so ist an der Anzeige erkennbar, welcher Baustein kaputt ist, da dann sämtliche benachbarten Zeiger entsprechend der Anzahl der Vorverstärker im Baustein ausfallen.

Auch ist durch die Wahl der Testsignale eine noch genauere Fehlereingrenzung möglich. Wenn beispielsweise Filterschaltungen in der Zuleitung vom Empfangswandler zur Abtastschaltung vorgesehen sind, ist deren Ausfall durch eine entsprechend modifizierte Anzeige der Zeiger kenntlich zu machen.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Abtasten von Empfangswandlern einer Sonaranlage näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Abtasten,

Fig. 2 ein Testbild auf einer Anzeigeeinheit in der Abtastvorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 ein Schaltbild eines Signalgenerators

für eine Abtastvorrichtung nach Fig. 1,

Fig. k ein Blockschaltbild einer Komparatorschaltung für eine Abtastvorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 5 ein Testbild wie in Fig. 2 bei einem weiteren Fallbeispiel.

Auf einer Kreisbasis 10 befindet sich eine Vielzahl von m Empfangswandlern W, ..., W , ..., W , ...,

JL XX uXl

W . Der Kreisbasis 10 ist ein Multiplexer 20 nachm

geordnet. Der Multiplexer 20 enthält eine Anzahl

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von η Abtastschaltungen 30.1, 30.2, ..., 30.η und eine mit den Ausgängen der Abtastschaltungen 30 verbundene Abfrageschaltung kO.

Zur Reproduktion von Empfangssignalen an jedem Empfangswandler aus digitalisierten Abtastwerten wird eine Abtastfrequenz f., , benötigt, die mindestens doppelt so groß wie die höchste Frequenz oder die Bandbreite der Empfangssignale ist. Am Ausgang des Multiplexers 20 müssen deshalb digitale Abtastwerte von EmpfangsSignalen benachbarter Empfangswandler nacheinander fortlaufend in Abtastrichtung 4l im Takt einer Taktfrequenz f erscheinen, die um

ι alct

die Vielzahl m höher als die Abtastfrequenz f.,. ist. Die Abtastschaltungen 30 arbeiten jedoch langsamer, und zwar mit einer Arbeitstaktfrequenz f. , , die um einen Faktor η niedriger als die Taktfre-

„ . , „ ^fTakt m ~ . quenz f_Takt xst, f^ = -^- = - - t^. Aus diesem Grund sind η Abtastschaltungen 30 vorgesehen, die mit der Arbeitstaktfrequenz f. angesteuert werden.

Weist die Kreisbasis 10 beispielsweise eine Vielzahl von m = l80 Empfangswandlern auf, so beträgt die Taktfrequenz f„, . . = l80«f., . . Bei einer Arbeitstaktfrequenz f der Abtastschaltungen 30 von f. , = 15'^AKt b^eträgt die Anzahl η an Abtastschaltungen 30:

^fTakt ^l8°-^fAbt _Ί ₉ η = — = = 12.

Arb 15'f

Jede Abtastschaltung 30 enthält pro Eingang eine

Sample- and Hold-Schaltung, einen Analog-Digital-Wandler und einen Speicher (nicht dargestellt), dessen Ausgang an den Ausgang der Abtastschaltung im Takt einer Arbeitstaktfrequenz f schaltbar ist. Eine andere Möglichkeit zur Realisierung einer Abtastschaltung besteht darin, die Eingänge im Takt der Arbeitstaktfrequenz nacheinander auf einen Analog-Digital-Wandler mit Speicher zu schalten. Beide Varianten liefern nacheinander digitalisierte Abtastwerte der analogen Empfangs signale der mit ihren Eingängen verbundenen Empfangswandler an ihren Ausgang.

Bei dem hier angegebenen Beispiel sind 12 Abtastschaltungen vorgesehen, die jeweils gleich viele Eingänge aufweisen. Ihre Eingangsanzahl beträgt ^p - η - 12 - ¹⁵·

Der erste Eingang der ersten Abtastschaltung 30.1 ist mit dem Empfangswandler W₁ verbunden. Der zweite Eingang der ersten Abtastschaltung 30.1 ist mit dem um die Anzahl η = 12 zum ersten Empfangswandler versetzt angeordneten Empfangswandler W . ,

n+ J.

nämlich dem dreizehnten Empfangswandler, der nächste Eingang mit dem (W₀ ). = 25· Empfangswandler und der letzte Eingang mit dem |(p-l)«n+ll = l69· Empfangswandler.

Die Eingänge der zweiten Abtastschaltung 30.2 sind in gleicher Weise, beginnend mit dem Empfangswandler W₀ und jeweils um 12 Empfangswandler dem gegenüber versetzten Empfangswandlern und endend mit dem Empfangswandler (ρ-1)·η+2 = 170 verbunden. Die letzte Abtastschaltung 30.η ist mit ihrem ersten Eingang mit dem Empfangswandler n=12 verbunden und

mit ihrem letzten Eingang mit dem letzten Empfangswandler (ρ-ΐ)·η+η = m = l80.

Damit ist gewährleistet, daß jeder Empfangswandler mit einem Eingang einer der Abtastschaltungen 30 verbunden ist und mit der nötigen Abtastfrequenz f., abgetastet wird.

Jeweils in einer Durchgangszeit, die gleich dem Reziprokwert der Arbeitstaktfrequenz für die Abtastschaltung 30 ist, wird jedes Empfangssignal abgetastet, digitalisiert, abgespeichert und als digitalisierter Abtastwert für den Ausgang der Abtastschaltung 30 bereitgestellt. Nach seiner Abfrage durch die nachgeordnete Abfrageschaltung ^O wird der Speicher gelöscht.

Der Multiplexer 20 wird von einem Taktgeber 50 angesteuert, der einen Taktfrequenzgenerator 51 für die Taktfrequenz f_ ., und einen Frequenzteiler 52 aufweist, der die Taktfrequenz f durch die Anzahl η teilt und die Arbeitstaktfrequenz f. , für die Abtastschaltungen 30 liefert. Der Frequenzteiler 52 ist mit Steuereingängen der Abtastschaltungen 30 verbunden. Die Abfrageschaltung kO ist mit dem Taktfrequenzgenerator 51 verbunden und liefert im Takt der Taktfrequenz f„, . . an ihrem Ausgang wiederholt nacheinander die digitalisierten Abtastwerte der m Empfangswandler W₁, W₀, ..., W . ..., W ; W₁, W₀,

J. & η m JL d.

Dem Multiplexer 20 ist ein Richtungsbildner 6θ zum Bilden von Rxchtcharakteristxken aus den einzelnen digitalisierten Abtastwerten und außerdem eine An-

zeigeeinheit 70 nachgeschaltet, auf der die Abtastwerte nebeneinanderliegend als Zeiger dargestellt werden. Ein Steuereingang der Anzeigeeinheit 70 ist mit dem Ausgang des Taktgebers für die Taktfrequenz f„, , , verbunden,
i ak t

Zur Anzeige der Empfangssignale der einzelnen Empfangswandler auf der Kreisbasis 10 in Polarkoordinaten ist beispielsweise eine Kathodenstrahlröhre in der Anzeigeeinheit 70 vorgesehen, deren Winkelablenkung von den Taktfrequenzimpulsen und deren Radialablenkung von dem Empfangssignal angesteuert wird. Aus den digitalisierten Abtastwerten am Ausgang des Multiplexers 20 werden beispielsweise nach Di§ital-/Analog-Wandlung und Effektivwertbildung die Empfangssignale rekonstruiert. Ihr Effektivwert bestimmt die Länge der Zeiger, die als Radien nebeneinander mit gleichen Winkelabständen von innen nach außen auf der Anzeige erscheinen.

Eine solche Polarkoordinaten-Darstellung der Empfangssignale gemäß Fig. 2 geht von einer Kreisbasis 10 mit m=48 Empfangswandlern aus, bei der η = 8 Abtastschaltungen 30.1, 30.2, ..., 30.8 mit jeweils ρ = 6 Eingängen im Multiplexer 20 untergebracht sind. Ein innerer Kreis auf der Anzeige ist mit Wandlernummern von W bis W,_ft entsprechend der Vielzahl

m = kS an Empfangswandlern durchnumeriert. Ein äußerer Kreis ist mit einer Kennung für die Abtastschaltungen 30 durchnumeriert, im Beispiel der Fig. 2 mit Bezugszeichen 30.1, 30.2, ..., 30.8.

Wenn die Anlage während des Empfangs keine Störungen aufweist, erscheint bei einer Anzeige gemäß

Fig. 2 bei jeder Wandlernummer VL bis Wi ο ein Zeiger. Die Zeiger sind unterschiedlich lang. Die mechanische Befestigung der Empfangsvrandler auf der Kreisbasis ruft nur bei denjenigen Empfangswandlern keine Abschattung der einfallenden Wellenenergie hervor, die unmittelbar der Richtung der einfallenden Wellenenergie zugewandt angeordnet sind, ihre Empfangssignale sind größer als die Empfangssignale derjenigen Empfangswandler, die auf der der Empfangsseite abgewandten Hälfte der Kreisbasis 10 angeordnet sind.

Die in Fig. 2 dargestellte Anzeige, der ein angenommenes Beispiel zugrunde liegt, weist Zeiger - soweit sie vorhanden sind - bei den Wandlernummern W. bis W₁» und W«_ bis W. « praktisch in voller Länge auf, während sämtliche anderen Zeiger wesentlich kleiner sind. Somit kann man der Anzeige unmittelbar entnehmen, daß die Anlage Wellenenergie empfängt, die von einem oder mehreren Zielen abgestrahlt wird, die im wesentlichen in der gleichen Richtung zur Anlage liegen.

Die Zeiger unter den Wandlernummern Wg, W-^₁ W , W_n, W-_, Wo und W^g fehlen. Daraus könnte man zunächst schließen, daß Empfangswandler Wg, W_lZjt, W , W , W ,

W„q und W, r defekt sind. Da aber jeweils jeder achte Zei-3Ö 4b

ger,beginnend bei der Wandlernummer W,-, bei der Kennung 3O.6 des äußeren Kreises fehlt und η = 8 Abtastschaltungen vorliegen, kann man feststellen, daß die Abtastschaltung 30.6 defekt ist.

Unter der Wandlernummer W„_ fehlt der Zeiger ebenfalls. Der Empfangswandler W oder sein Vorverstärker oder die Verbindung zwischen beiden ist demnach

ist gemäß Fig. 3 ein Signalgenerator 8O, der ein Testsignal zwischen Empfangswandler und Vorverstärker einspeist, vorgesehen. Mit Hilfe dieses Signalgenerators 80 ist in Empfangspausen ein weitergehender Test der Anlage durchführbar.

Fig. 3 zeigt den Schaltungsaufbau des Signalgenerators 80. Über einen Schalter 8l, der in Zeiten, in denen nicht empfangen wird, geschlossen wird, wird ein Testsignal vom Signalgenerator 80 hochohmig über Widerstände R, in Vorverstärker 82, 83, ..., eingespeist, die jeweils zwischen Empfangswandler W₁, W₀, ..., und Eingang der Abtastschaltung 30.1, 3O.2, ..., liegen und einen Eingangswiderstand R^ aufweisen.

Die Empfangswandler \v , W , ..., sind in diesem Blockschaltbild jeweils durch ihre Impedanz R₂ charakterisiert, deren Wert wesentlich kleiner als der Widerstand R, und der Eingangswiderstand R„ der Vorverstärker 82, 83, ··, ist.

Im Empfangsfall ist der Schalter 8l geöffnet und das Empfangssignal des Empfangswandlers W, wird im Vorverstärker 82 verstärkt und der Abtastschaltung 30.1 zugeführt. Im Testfall wird der Schalter 8l geschlossen und das Testsignal über die Spannungsteilung der Widerstände R., R₃, R_ im Vorverstärker 82 verstärkt.

Für den Fall, daß der Empfangswandler W, einwandfrei arbeitet, stellt sich am Ausgang des Vorverstärkers 82 ein bestimmtes Ausgangssignal U ein. Wenn die Verbindung zwischen dem Empfangswandler W, und dem Vorverstärker 82 gerissen ist, ist das Ausgangs-

signal U des Vorverstärkers 82 größer, U_> U , da das

S Testsignal des Signalgenerators 80 jetzt nur noch abhängig von den Widerständen R, und R., geteilt wird und im Vorverstärker 82 verstärkt wird. Wenn der Vorverstärker 82 kaputt ist oder die Isolation des Empfangswandlers W₁ defekt ist, so daß die Impedanz Rp sehr niedrig wird, ist das Ausgangssignal des Vorverstärkers 82 kleiner, U< U , als im unge-

störten Fall.

Der Schalter 81 wird für den Empfangsfall wieder geöffnet. Das Ausgangssignal des Vorverstärkers 82 ist im ungestörten Fall größer oder gleich U . Im gestörten Fall, wenn nämlich der Empfangswandler W defekt ist oder die Verbindung zum Vorverstärker gerissen ist oder der Vorverstärker defekt ist, ist das Ausgangssignal immer sehr viel kleiner, U<g. U . Zur Fehlereingrenzung wird anschließend umgeschaltet. Fig. k zeigt hierfür ein weiteres Blockschaltbild mit einer Komparatorschaltung 851 die eingangsseitig mit dem Ausgang des Multiplexers 20 verbunden ist. Über einen Umschalter 86 ist die Komparatorschaltung 85 mit der Anzeigeeinheit 70 verbunden. Der Umschalter 86, der synchron mit dem Schalter 8l des Signalgenerators 80 geschaltet wird, schaltet den Eingang der Anzeigeeinheit 70 im Empfangsfall auf den Ausgang des Multiplexers 20 oder im Testfall auf den Ausgang der Komparatorschaltung 851 so daß entweder die digitalisierten Abtastwerte der Empfangssignale oder die digita7isierten Abtastwerte der Testsignale auf die Anzeigeeinheit 70 geschaltet werden.

Tn der Komparatorschaltung 85 werden die digitalisierten Abtastwerte U aus dem Multiplexer 20 mit

drei Pegelwerten U₁=U , U₀ < U und U_> U vergli-

¹ g 2 g 3 g ^β

chen. Wenn Empfangswandler W , W₀, ..., und Vorverstärker 82, 83, ···, funktionsfähig sind, erscheint das Testsignal U in der gewünschten Größe als maximaler, digitaler Abtastwert am Ausgang des Multiplexers 20, da U=U. ist. Ist einer der Empfangswandler W,, Wp, ..., bzw. ein Vorverstärker 82, 83i ..., defekt, so ist das Testsignal U=U_O< U ,und am Ausgang des Komparators erscheint ein minimaler Pegelwert, beispielsweise der Pegelwert "Null". Ist die Verbindung zwischen Empfangswandler W₁, W₀, ..., und Vorverstärker 82, 83, ···, gerissen, so ist das Testsignal U = U„^ U und es erscheint am Ausgang der Komparatorschaltung 85 ein mittlerer Pegelwert.

Auf der Anzeige 70 erscheinen unterschiedlich lange Zeiger abhängig vom Pegelwert am Ausgang der Komparatorschaltung 85·

In Fig. 5 ist eine solche Anzeige im Testfall entsprechend einem weiteren angenommenen Beispiel dargestellt. Die Komparatorschaltung 85 ist wirksam geschaltet. In dem Testbild fehlen Zeiger bei den Wandlernummern W₅, W₆, W₇, Wg, W^, W₃₃, W₃₀, W₃₃, Wq und W,£, demnach ist der Pegelwert am Ausgang der Komparatorschaltung 85 Null, da U = U₀ ist.

Es ist davon auszugehen, daß hier entweder Empfangswandler, Vorverstärker oder Abtastschaltungen defekt sind, was im einzelnen jetzt näher untersucht wird:

Da in dieser Anlage mehrere Vorverstärker als integrierte Bausteine zusammengefaßt aufgebaut sind, in denen jeweils vier Vorverstärker vereinigt sind,

vier benachbarte Zeiger mit den Wandlernummern W₁-, Wz-, W_ , Wn fehlen. Hier muß ein integrierter Baustein ausgewechselt werden.

Bei der Wandlernummer W„ fehlt der Zeiger, die benachbarten Zeiger sind aber vorhanden, demnach ist der Empfangswandler W _ defekt.

Bei den Wandlernummern ^w λ, ^W22' ^W3O' ^W38' ^W46 ^steht im äußeren Kreis die gleiche Kennung 30.6. Da auch bei der Wandlernummer W,- der Zeiger fehlt, ist demnach die Abtastschaltung 30.6 kaputt.

Bei den Wandle mumm ern W _c und W„_c weisen die Zei-

Ib 35

ger nicht ihre volle Länge auf, da die Anzeigeeinheit 70 vom mittleren Pegelwert der Komparatorschaltung 85 angesteuert wird, demnach ist U=U„ und eine Verbindung zwischen den Empfangswandlern W und W und ihren Vorverstärkern gerissen.

l6

-JQ-

Leerseite -

Claims

KAE 3-83 GAP Me/jο 26.03.1985 FRIED. KRUPP GESELLSCHAFT MIT BESCHRANKTER HAFTUNG in ^300 Essen PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zum Abtasten von Empfangswandlern der Vielzahl m einer Sonaranlage mit einem Multiplexer zum wiederholten Durchschalten von Abtastwerten der Empfangssignale sämtlicher in Abtastrichtung hintereinanderliegender m Empfangswandler und einem mit dem Multiplexer verbundenen Taktgeber für eine Taktfrequenz, die mindestens gleich der mit der Vielzahl m multiplizierten, zur Reproduktion der Empfangssignale nötigen Abtastfrequenz ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Multiplexer (20) eine Anzahl Abtastschaltungen (30) mit Sample- and HoId-Schaltung und nachgeschaltetem A/D-Wandler für die Empfangssignale enthält, deren Arbeitstaktfrequenz (f. . ) zur Abtastung und

Analog-/Digitalwandlung um einen Faktor η niedriger als die Taktfrequenz (f , ) ist, daß

1 aict

die Anzahl der Abtastschaltungen (30) mindestens gleich dem Faktor η ist, daß jede Abtastschaltung (30) mindestens so viele Eingänge aufweist, wie der Quotient (p) aus Vielzahl m und Faktor η ist, daß der erste Eingang der ersten Abtastschaltung (30.I) mit dem ersten Empfangswandler (W,), der zweite Eingang mit einem um die Anzahl η gegenüber dem ersten Empfangswandler (W,) versetzt angeordneten Empfangswandler (W , ) verbunden ist, daß die fol-

genden Eingänge der gleichen Abtastschaltung (30.I) jeweils mit um die Anzahl η in gleicher Abtastrichtung versetzt angeordneten Empfangswandlern (^W2n+1' ^W3n 1' **·^ ^ver~ bunden sind, daß ferner Eingänge der zweiten Abtastschaltung (30.2), beim zweiten Empfangswandler (W ) beginnend, jeweils um einen Empfangswandler verschoben in gleicher Weise wie die Eingänge der ersten Abtastschaltung (30.I) mit den Empfangswandlern (W „, W₂ „, ...) verbunden sind, und die Eingänge der übrigen Abtastschaltungen (30.2, ..., 30.η) jeweils um einen Empfangswandler verschoben ebenso angeschlossen sind, daß jede Abtastschaltung (30) einen Ausgang aufweist, an dem im Rhythmus der Arbeitstaktfrequenz (f ,) digitale Abtastwerte der Empfangssignale an ihren Eingängen anstehen, daß die Ausgänge aller Abtastschaltungen (30) mit Eingängen einer im Multiplexer (20) enthaltenen Abfrageschaltung (k0) verbunden sind, deren Steuereingang mit dem Ausgang des Taktgebers (50) für die Taktfrequenz (f_ . .) verbunden ist, und daß am Ausgang der Abfrageschaltung (4θ) nacheinander und wiederholt die digitalisierten Abtastwerte der Empfangssignale sämtlicher, in Abtastrichtung (kl) hintereinanderliegender m Empfangswandler (W , W₀, ... W ) im Takt

χ Δ m

der Taktfrequenz (f_T , .) anliegen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktgeber (50) einen Taktfrequenzgenerator (51) für die Taktfrequenz (fπ ^₊) und einen nachgeschalteten Frequenz-

teiler (52) für die Arbeitstaktfrequenz ( mit einem dem Faktor η entsprechenden Teilerverhältnis aufweist und daß der Ausgang des Frequenzteilers (52) mit Arbeitstakteingängen der Abtastschaltungen (30) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Multiplexers (20) mit einer Anzeigeeinheit (70), deren Zeitablenkung mit der Taktfrequenz (f_ , ,) synchronisiert ist, zur Darstellung eines Zeigers je Taktfrequenzimpuls verbunden ist, wobei die Zei gerlänge abhängig vom digitalisierten Abtastwert am Eingang der Anzeigeeinheit (70) steuerbar ist, daß die Zeiger mit Wandlernummern (W, , W ,...,W ) durchnumeriert sind und jede Wandlernummer (W₁ ,W₀, ...,W ) einem Empfangswandler (W₁, W , ..., W ) zugeordnet ist, daß diejenigen der m Wandlernummern (W.. , W ,, W„ , , ...), die - beginnend mit der ersten Wandlernummer (W..)- um den Faktor η auseinanderliegen, zusätzlich mit einer gleichen Kennung (30.1) für die gleiche Abtastschaltung (30.1) versehen sind und daß fortlaufend Zeigern mit benachbarten Wandlernummern (W₁ , W , ...,W ) η unterschiedliche Kennungen (30.1, 30.2, ...,3O.n) für die η Abtastschaltungen (30.1, 30.2, ..., 30.n) zugeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3 mit Vorverstärkern zwischen Empfangswandlern und Abtastschaltung^en» dadurch gekennzeichnet, daß ein Signalgenerator (80) über einen Schalter (8l) hochohmig mit dem Eingang jedes Vorverstärkers (82, 83) verbunden ist und daß der Schalter (8l) im Emp-

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fangsfall geöffnet und im Testfall geschlossen ist.

Vorrichtung nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Multiplexer (20) und Anzeigeeinheit (70) eine Komparatorschaltung (85) zum Vergleich der digitalen Abtastwerte mit Pegelwerten (U₁, U₀, U„) schaltbar ist.