DE3710006A1 - Verfahren zur verringerung eines digitalen stoersignals in einem digitalen eingangssignal und schaltungsanordnung zur durchfuehrung dieses verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ver­ ringerung eines digitalen Störsignals in einem aus einem digitalen Nutzsignal und dem digitalen Störsignal, dessen Amplitudenbetrag innerhalb eines vorgegebenen Bereiches schwankt, zusammengesetzten digitalen Eingangssignal, das als Folge amplitudendiskreter Abtastwerte vorliegt und aus dessen Werten eine Folge von das Ausgangssignal bildenden tiefpaßgefilterten Signalwerten erzeugt wird, indem zu einem Abtastzeitpunkt zwischengespeicherte Werte verwendet werden, die aus früher ermittelten tiefpaßgefilterten Signalwerten abgeleitet sind.

In einem Regelsystem treten bei der Messung einer Prozeß­ größe vielfach im Meßsignal Störungen auf. Ein solches Meßsignal enthält ein Nutzsignal, das der Prozeßgröße ent­ spricht, und ein Störsignal, dessen Mittelwert Null ist und das in der Regel keine Information über das Prozeß­ geschehen enthält. Das Störsignal bewirkt in einem Regel­ system, daß Änderungen der Prozeßgröße vorgetäuscht werden, die durch das Nutzsignal nicht hervorgerufen werden.

Als Störsignal ist im folgenden ein solches Signal zu verstehen, dessen Amplitudenbetrag innerhalb eines bestimmten Bereiches (vorgegebener Bereich) schwankt. Hierbei kann es sich um Rauschen handeln, d. h. der Betrag der Störamplitude bewegt sich zwischen Null und einem bestimmten Betrag. Beispielsweise tritt bei der Durchfluß­ messung mittels eines Flügelradzählers, an dem ein die Anzahl einer vollständigen Umdrehung messender Sensor angeschlossen ist, eine Störung auf, die dadurch hervorge­ rufen wird, daß der Sensor keine Teilumdrehung erfassen kann. Auch bei der Analog-Digital-Umsetzung von Meß­ signalen tritt eine Störung auf, die durch die endliche Auflösung des digitalen Signals bedingt ist. Ein solches nach der Analog-Digital-Umsetzung entstandenes Störsignal wird als Quantisierungsrauschen bezeichnet. Die Amplitude des Quantisierungsrauschens ist nicht größer als ein maximaler Betrag, d. h. sie liegt innerhalb eines vorge­ gebenen Bereiches.

Aus der Zeitschrift "Regelungstechnische Praxis", 1976, Heft 8, Seiten 209 bis 211 ist ein eingangs genanntes Verfahren bekannt, bei dem zur Unterdrückung eines solchen Störsignals eine Tiefpaßfilterung vorgenommen wird. Bei einer solchen Tiefpaßfilterung werden Werte zwischenge­ speichert, die aus früher ermittelten tiefpaßgefilterten Signalwerten abgeleitet sind. Wird das obengenannte Verfahren mit einer digitalen Schaltungsanordnung durchge­ führt, so dienen zur Zwischenspeicherung Register. Eine solche durch die Tiefpaßfilterung erfolgte Dämpfung des Eingangssignals (Meßsignals) bewirkt eine verzögerte Übertragung von Änderungen des Nutzsignals. Hierdurch wird zwar erreicht, daß das Störsignal keinen Einfluß mehr hat, aber aufgrund der verzögerten (tiefpaßgefilterten) Eingangssignaländerung wird häufig, insbesondere bei großen Änderungen, das tiefpaßgefilterte Nutzsignal (Ausgangssignal) verfälscht. In einem Regelsystem kann dadurch beispielsweise eine notwendige Regeländerung zu spät erfolgen.

Aus der obengenannten Zeitschrift ist weiter eine analoge Schaltungsanordnung bekannt, die bei starken Änderungen des Eingangssignals den Einfluß eines Filters zur Tiefpaß­ filterung verringert, damit das Ausgangssignal der Schaltungsanordnung einer Änderung des Eingangssignals sofort folgen kann. Hierbei wird das Eingangssignal dem Tiefpaßfilter und einem Subtrahierer zugeleitet, der das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters vom Eingangssignal subtrahiert. Das Ausgangssignal des Subtrahierers wird über ein nichtlineares Übertragungsglied einem Addierer zugeführt, der das Eingangssignal des Tiefpaßfilters zu dem Ausgangssignal des nichtlinearen Übertragungsgliedes addiert. Durch das nichtlineare Übertragungsglied wird die Schaltungsanordnung hierbei sehr aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verringerung eines digitalen Störsignals zu schaffen, bei dem auf einfache Weise ein Ausgangssignal erzeugt wird, das weitgehend dem Nutzsignal entspricht.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß als Ausgangssignal das tiefpaßgefilterte Signal nur dann verwendet wird, wenn der Betrag der Differenz zwischen dem Eingangssignal und dem tiefpaßgefilterten Signal innerhalb des vorgegebenen Bereiches liegt, und daß, wenn der genannte Betrag außerhalb des Bereiches liegt, als Ausgangssignal das Eingangssignal verwendet wird und alle zwischenge­ speicherten Werte durch den letzten Eingangssignalwert ersetzt werden.

Bei diesem Verfahren wird der Betrag der Differenz zwischen dem Eingangssignal und dem tiefpaßgefilterten Signal gebildet. Liegt dieser Betrag innerhalb des vorge­ gebenen Bereiches, so wird als Ausgangssignal das tiefpaßgefilterte Signal verwendet; liegt dieser Betrag außerhalb des vorgegebenen Bereiches, so wird als Ausgangssignal das Eingangssignal verwendet. Dabei werden alle zwischengespeicherten Werte im letztgenannten Fall durch den letzten Eingangssignalwert ersetzt. Damit wird bewirkt, daß bei einer starken Änderung des Eingangs­ signals sich das tiefpaßgefilterte Signal sofort dieser Änderung anpaßt und nicht verzögert dem Eingangssignal folgt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also das Störsignal nur bei geringen Änderungen des Eingangs­ signales durch die Tiefpaßfilterung unterdrückt. Als vorgegebener Bereich wird hierbei, wie oben erwähnt, der Bereich verstanden, in dem der Amplitudenbetrag des Störsignals schwankt. Das kann beispielsweise das Rauschen sein, dessen maximal vorkommende Amplitude bekannt ist. Als Vergleichswert zum vorgegebenen Bereich wird der Betrag der Differenz zwischen dem Eingangssignal und dem tiefpaßgefilterten Signal genommen, um auch sich langsam ändernde Nutzsignale erfassen zu können.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Ausgangssignal, wenn der Betrag der Differenz zwischen dem Eingangssignal und dem tiefpaßgefilterten Signal außerhalb des vorgegebenen Bereiches liegt, aus der Über­ lagerung zwischen dem Eingangssignal und einem Korrektur­ faktor gebildet wird, dessen Vorzeichen dem Vorzeichen der Subtraktion des tiefpaßgefilterten Signals vom Eingangs­ signal entgegengesetzt ist und dessen Betrag wenigstens einem Teil des Wertes des vorgegebenen Bereiches ent­ spricht. Durch diese Weiterbildung wird erreicht, daß ein homogener Übergang im Ausgangssignal bei der Umschaltung zwischen dem tiefpaßgefilterten Signal und dem Eingangs­ signal vorliegt.

Wird eine Tiefpaßfilterung 1. Ordnung vorgenommen, so werden zur Bildung des tiefpaßgefilterten Signals das mit einer ersten Zeitkonstante multiplizierte Eingangssignal und das um einen Takt verzögerte und mit einer zweiten Zeitkonstante multiplizierte Ausgangssignal addiert.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann mittels einer Digital­ rechenanordnung durchgeführt werden. Hierbei wird das digitale Eingangssignal der Digitalrechenanordnung zuge­ führt, welche die einzelnen Verfahrensschritte durchführt und welche ein Ausgangssignal bildet.

Die Erfindung betrifft ferner eine digitale Schaltungs­ anordnung mit einem das Eingangssignal erhaltenden Eingang und einem mit ihrem Ausgang gekoppelten, wenigstens ein Register umfassenden Tiefpaßfilter, das aus dem Eingangs­ signal ein tiefpaßgefiltertes Ausgangssignal erzeugt, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Hierbei ist eine mit dem Eingang der Schaltungsanordnung und dem Ausgang des Tiefpaßfilters verbundene Vergleichsschaltung vorgesehen, die das Eingangssignal und das im Tiefpaß­ filter aus dem Eingangssignal gebildete tiefpaßgefilterte Signal erhält, welche den Vergleich zwischen dem Betrag der Differenz zwischen dem Eingangssignal und dem tiefpaßgefilterten Signal und dem vorgegebenen Bereich durchführt und einen Umschalter steuert, der das tiefpaßgefilterte Signal an den Ausgang schaltet, wenn der genannte Betrag in dem vorgegebenen Bereich liegt und der das Eingangssignal an den Ausgang schaltet, wenn dieser Betrag außerhalb dieses Bereiches liegt, und sind weiter die Eingänge der jeweiligen Register, wenn der genannte Betrag außerhalb des vorgegebenen Bereiches liegt, mit dem Ausgang der Schaltungsanordnung gekoppelt.

Bei dieser digitalen Schaltungsanordnung wird immer aus dem Eingangssignal mittels eines Tiefpaßfilters ein tiefpaßgefiltertes Signal erzeugt. Aus dem Eingangssignal und dem tiefpaßgefilterten Signal wird ein Vergleichswert gebildet, der im Vergleicher mit dem vorgegebenen Bereich verglichen wird. Dieser Vergleicher steuert dann einen Umschalter, der entweder das Eingangssignal oder das tiefpaßgefilterte Signal an den Ausgang gibt. Wird nicht mehr das tiefpaßgefilterte Signal sondern das Eingangs­ signal als Ausgangssignal verwendet, werden die im Tiefpaßfilter enthaltenen Register mit dem Eingangssignal­ wert geladen, um so zu erreichen, daß das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters bei einer starken Änderung des Eingangssignal diesem neuen Eingangssignalwert folgt. Dazu ist der Eingang eines jeden Registers mit dem Ausgang der Schaltungsanordnung verbunden, wenn der genannte Betrag nicht größer als der vorgegebene Bereich ist. Wenn das tiefpaßgefilterte Signal als Ausgangssignal verwendet wird, können die Register entweder mit dem Ausgang des Tiefpaßfilters oder mit dem Ausgang der Schaltungs­ anordnung gekoppelt sein.

Um einen homogenen Übergang nach einer Umschaltung zu bekommen, ist in einer Fortbildung der Erfindung vorge­ sehen, daß zwischen dem Eingang der Schaltungsanordnung und dem Umschalter eine Überlagerungsschaltung vorgesehen ist, die das Eingangssignal mit dem Korrekturfaktor über­ lagert, und daß der Umschalter den Ausgang der Über­ lagerungsschaltung an den Ausgang der Schaltungsanordnung schaltet, wenn der Betrag der Differenz zwischen dem Eingangssignal und dem tiefpaßgefilterten Signal außerhalb des vorgegebenen Bereiches liegt.

Eine einfache digitale Schaltungsanordnung läßt sich mit einem Tiefpaßfilter erster Ordnung realisieren. Dabei ist vorgesehen, daß das Tiefpaßfilter eine erste Multiplika­ tionsstufe, die das Eingangssignal mit der ersten Zeit­ konstante multipliziert, und einen Addierer enthält, der das mit einer zweiten Zeitkonstante in einem zweiten Multiplizierer multiplizierte Ausgangssignal eines Registers, dessen Eingang mit dem Ausgang der Schaltungs­ anordnung gekoppelt ist, mit dem Ausgangssignal des ersten Multiplizierers addiert. Hierbei ist der Eingang des einzigen Registers immer mit dem Ausgang der Schaltungs­ anordnung verbunden. Einerseits wird daher ein Eingangs­ signalwert als Anfangswert und andererseits ein tiefpaßge­ filterter Signalwert zur weiteren Verarbeitung dem Register zugeführt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Durchflußmeßsystem, bei dem ein aus einem Nutzsignal und einem Störsignal zusammengesetztes Meßsignal gewonnen wird,

Fig. 2 ein Meßsignal, das in einem System nach Fig. 1 erzeugt wird, und verschiedene daraus abgeleitete Signale,

Fig. 3 eine erste digitale Schaltungsanordnung zur Durch­ führung des Verfahrens,

Fig. 4 eine zweite digitale Schaltungsanordnung zur Durch­ führung des Verfahrens und

Fig. 5 ein Flußablaufdiagramm zur Erläuterung einzelner Verfahrensschritte in der Schaltungsanordnung nach Fig. 4.

In Fig. 1 ist ein System zur Messung des Durchflusses einer Flüssigkeit in einem Rohr 1 mit einem Flügelrad 2 dargestellt. Das Flügelrad 2 wird durch die strömende Flüssigkeit in Bewegung gesetzt. Zur Messung des Durch­ flusses wird ein Sensorsystem verwendet, das aus einem am Flügelrad 2 befestigten Sender 3 und einem außerhalb des Rohres 1 in der Nähe des Flügelrades 2 angebrachten Empfänger 4 besteht. Wenn der Sender 3 sich am Empfänger 4 vorbeibewegt, wird vom Empfänger 4 ein elektrischer Impuls erzeugt. Der Empfänger 4 ist mit einer Auswerteeinheit 5 verbunden, die ein Durchflußmeßsignal bildet. Dieses Meßsignal besteht aus einer Folge von amplitudendiskreten Abtastwerten, die mit einer durch die Meßzeit bestimmten Abtastfrequenz vorliegen. In der Auswerteeinheit 5 wird das Meßsignal gebildet, indem während der Meßzeit die Anzahl der Impulse gezählt und mit einem bestimmten Faktor multipliziert werden. Da das Sensorsystem nur jede vollständige Umdrehung erfaßt und nach dem Ende der Meßzeit der Sender 3 in der Regel sich nicht am Empfänger 4 vorbeibewegt, weist das Meßsignal eine Ungenauigkeit auf, die höchstens proportional einer Umdrehung ist. Hierdurch bedingt ist im Meßsignal ein Störsignal vorhanden, dessen maximale Amplitude bekannt ist und die daher innerhalb eines bestimmten (vorgegebenen) Bereiches schwankt. Der Betrag der Stör­ amplitude bewegt sich also zwischen Null und einem bestimmten Betrag.

Um ein solches Störsignal zu unterdrücken, wird häufig ein Tiefpaßfilter verwendet. Hierdurch wird zwar erreicht, daß das Störsignal im Meßsignal eliminiert ist, aber aufgrund der verzögerten Übertragung bei der Tiefpaßfilterung werden auch schnelle Meßsignaländerungen verzögert über­ tragen. Wird dieses Meßsignal in einem Regelsystem gewonnen, so kann eine bei Änderung des Eingangssignales notwendige Regeländerung zu spät erfolgen.

Ein mögliches Meßsignal bei einem Durchflußsystem ist in Fig. 2(a) dargestellt. Das durch Tiefpaßfilterung aus diesem Meßsignal gebildete tiefpaßgefilterte Signal ist in der Fig. 2(b) gezeigt. Wie man sieht, ergeben sich bei großen Eingangssignaländerungen starke Verfälschungen des tiefpaßgefilterten Ausgangssignals, da das Eingangssignal im Tiefpaßfilter verzögert übertragen wird.

In Fig. 3 ist eine digitale Schaltungsanordung darge­ stellt, die erfindungsgemäß das Störsignal verringert und die bei schnellen Meßsignaländerungen ein Ausgangssignal erzeugt, das weitgehend dem Nutzsignal entspricht. Das Meßsignal liegt als binär codierter Abtastwert mit einer Auflösung von beispielsweise 8 Bit vor. Dieses Meßsignal wird als Eingangssignal Xe einem in einem Tiefpaßfilter 10 enthaltenen Multiplizierer 11 zugeführt. Der Multipli­ zierer 11 multipliziert das Eingangssignal Xe mit einer ersten Zeitkonstante T 1, die von einem Speicher 12 geliefert wird. Das Ausgangssignal des Multiplizierers 11 wird in einem Addierer 13 mit einem Ausgangssignal eines weiteren Multiplizierers 14 addiert. Das Ausgangssignal des Addierers 13 bildet das Ausgangssignal Xr des Tiefpaß­ filters 10. Der Ausgang des Addierers 13, der auch der Ausgang 15 des Tiefpaßfilters 10 ist, ist mit einem Eingang 16 eines Umschalters 17 verbunden. Der andere Eingang 18 des Umschalters 17 ist mit einem Ausgang 19 einer Überlagerungsschaltung 20 verbunden. Am Ausgang 21 des Umschalters 17 liegt das Ausgangssignal Xa der Schaltungsanordnung vor, das einem im Tiefpaßfilter 10 enthaltenen Register 22 zugeführt wird. Der Ausgang des Registers 22 ist an einen ersten Eingang 23 des Multiplizierers 14 angeschlossen. Der andere Eingang 24 des Multiplizierers 14 ist mit einem Speicher 25 verbunden, der eine zweite Zeitkonstante T 2 liefert, wobei T 2 = 1 - T 1 ist. Ist der Eingang 16 des Umschalters 17 mit seinem Ausgang 21 verbunden, so bildet die aus den Elementen 11, 12, 13, 14, 17, 22 und 25 zusammengesetzte Schaltungsanordnung ein Tiefpaßfilter erster Ordnung.

Das Eingangssignal Xe und das tiefpaßgefilterte Ausgangs­ signal Xr werden einer in einer Vergleichsschaltung 30 enthaltenen Überlagerungsschaltung 31 zugeführt. Die Überlagerungsschaltung 31 subtrahiert das Ausgangs­ signal Xr des Tiefpaßfilters 10 vom Eingangssignal Xe. Der Ausgang 32 des Subtrahierers 31 ist mit einem Betrags­ bildner 33, der den Betrag vom Ausgangssignal des Subtrahierers 31 bildet, verbunden. In einem Vergleicher 34 wird das Ausgangssignal des Betrags­ bildners 33 mit einem in einem Speicher 35 gespeicherten Wert G verglichen. Der Betragsbildner 33, der Vergleicher 34 und der Speicher 35 sind ebenfalls Elemente der Vergleichsschaltung 30. Dieser Wert G entspricht dem vorgegebenen Bereich, in dem der Amplitudenbetrag des Störsignals schwankt. Wenn der Vergleicher 34 feststellt, daß das vom Betragsbildner 33 gelieferte Signal größer als der Wert G ist, wird der Umschalter 17 umgeschaltet, so daß der Eingang 18 mit dem Ausgang 21 verbunden ist. Wenn aber der Wert G größer als oder gleich dem vom Betrags­ bildner 33 gelieferten Wert ist, ist der Eingang 16 des Umschalters mit seinem Ausgang 21 verbunden.

Wenn im Umschalter 17 der Eingang 18 mit dem Ausgang 21 verbunden ist, wird als Ausgangssignal der Schaltungs­ anordnung das Ausgangssignal der Überlagerungsschaltung 20 verwendet. Die Überlagerungsschaltung 20 subtrahiert das Ausgangssignal eines Multiplizierers 37 vom Eingangs­ signal Xe. Dieser Multiplizierer 37 ist Bestandteil einer Korrekturschaltung 38, die des weiteren zwei Speicher 39 und 40 enthält. Der Speicher 39 liefert einem ersten Eingang 41 des Multiplizierers 37 einen Wert a, der zwischen 0 und 1 liegt. Einem zweiten Eingang 42 des Multiplizierers 37 liefert der Speicher 40 einen Wert G, der dem vorgegebenen Bereich entspricht. Das Vorzeichen des Ausgangswertes des Multiplizierers 37 wird durch das Subtraktionsergebnis der Überlagerungsschaltung 31 bestimmt. Durch eine Leitung 43 wird das Vorzeichen des Ausgangssignals der Überlagerungsschaltung 31 dem Multiplizierer 37 zugeführt.

Unter der Voraussetzung, daß der Wert a gleich Null ist, wird dem Eingang 18 des Umschalters 17 das Eingangs­ signal Xe der Schaltungsanordnung zugeführt. Wenn also eine Änderung im Meßsignal stattgefunden hat, die eine Umschaltung vom Eingang 16 auf den Eingang 18 des Umschalters 17 bewirkt, wird als Ausgangssignal der Schaltungsanordnung dessen Eingangssignal verwendet. Damit wird bewirkt, daß bei großen Änderungen des Meßsignales diese nicht verzögert übertragen werden, sondern sofort im Ausgangssignal erscheinen. Als Vergleichswert zum Wert G wird der Betrag der Differenz zwischen dem Eingangs­ signal Xe und dem tiefpaßgefilterten Ausgangssignal Xr verwendet, um auch sich langsam ändernde Meßsignale erfassen zu können. Wird das in der Fig. 2(a) dargestellte Meßsignal auf die Schaltungsanordnung der Fig. 3 gegeben, so ergibt sich das in der Fig. 2(c) dargestellte Signal. Hieraus ergibt sich, daß große Änderungen des Meßsignales nicht mehr verzögert und geringe Eingangssignaländerungen tiefpaßgefiltert werden.

Um einen homogenen Übergang zwischen dem tiefpaßge­ filterten Ausgangssignal und dem Ausgangssignal der Über­ lagerungsschaltung 20 zu erhalten, wird ein Korrektur­ faktor vom Eingangssignal in der Überlagerungsschaltung 20 subtrahiert. Der Betrag dieses Korrekturfaktors ist gleich oder kleiner dem Wert G. Wie groß der Betrag des Korrekturfaktors ist, kann jeweilig vom Anwender durch Wahl des Wertes a vorgegeben werden.

Nach der Umschaltung vom Eingang 16 auf den Eingang 18 wird im Register 22 der Wert des Ausgangssignals der Überlagerungsschaltung 20 abgespeichert. Damit wird bewirkt, daß nach einer Umschaltung vom Eingang 16 auf den Eingang 18 des Umschalters 17 das tiefpaßgefilterte Ausgangssignal Xr einer großen Änderung des Eingangssignals sofort folgen kann und damit ein Vergleich mit einem tiefpaßgefilterten Signal in der Vergleichs­ schaltung 30 durchgeführt werden kann, der sich nicht erst verzögert dem neuen Eingangssignalwert anpassen muß.

Zu Beginn einer Messung wird dem Register 22 als Anfangs­ wert für das Tiefpaßfilter 10 das Eingangssignal Xe über eine hier nicht näher dargestellte Leitung zugeführt.

Der zeitliche Verlauf der Erzeugung eines Ausgangs­ signals Xa verläuft so, daß, nachdem der Vergleich in der Vergleichsschaltung 30 durchgeführt worden ist, der Umschalter 17 in die erforderliche Stellung gesetzt wird und dann ein Ausgangssignal Xa am Ausgang 21 des Umschalters 17 vorliegt, der mit dem nächsten Takt von einer an diese Schaltungsanordnung angeschlossenen weiteren Schaltung übernommen werden kann.

Einige der hier dargestellten Schaltelemente sind noch mit einem nicht näher dargestellten Taktsignalgenerator verbunden, dessen Abtastzeiten den Meßzeiten der Durch­ flußmessung entsprechen.

Eine weitere Realisierung der Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Fig. 4 dargestellt. Hier wird einer Digitalrechen­ anordnung 45 an ihrem Eingang 46 das Eingangssignal Xe zugeführt. Die Digitalrechenanordnung 45 umfaßt einen Mikroprozessor 47, einen Festwertspeicher 48 (ROM), einen Schreib/Lesespeicher 49 (RAM), einen Eingabebaustein 50 und einen Ausgabebaustein 51. Der Eingang 46 der Digital­ rechenanordnung 45 ist auch ein Eingang des Eingabe­ bausteins 50. Der Eingabebaustein 50 weist einen weiteren hier nicht näher dargestellten Eingang auf, der mit einer ebenfalls hier nicht näher dargestellten Eingabeanordnung verbunden ist, in der beispielsweise die beiden Zeit­ konstanten eingestellt werden. Der Mikroprozessor 47 ist mit den einzelnen Bausteinen, d. h. Festwertspeicher 48, Schreib/Lesespeicher 49 und den Ein- und Ausgabe­ bausteinen 50 und 51 über Steuer-, Daten- und Adressen­ leitungen verbunden. Im Festwertspeicher 48 ist ein Programm abgespeichert, das der Mikroprozessor 47 ausführt. Im Schreib/Lesespeicher 49 werden veränderbare Daten während des Rechenvorgangs abgespeichert. In der Digitalrechenanordnung 45 wird ein digitales Ausgangs­ signal Xa erzeugt, das über einen Ausgabebaustein 51 abgegeben wird.

Mit Hilfe des in Fig. 5 dargestellten Flußablaufdiagrammes werden die einzelnen Verfahrensschritte erläutert, die zur Erzeugung des Ausgangssignal Xa dienen. Wie in Block 54 dargestellt ist, wird zuerst ein Eingangssignalwert Xe eingelesen. Im nächsten Programmschritt wird, wie in Block 55 dargestellt ist, ein Wert des tiefpaßgefilterten Signals nach folgender Gleichung berechnet:

Xr : = T 2 Xa (alt) + T 1 Xe,

wobei T 1 die erste und T 2 (T 2 = 1 - T 1) die zweite Zeit­ konstante und Xa (alt) der beim vorherigen Programmablauf berechnete Wert des Ausgangssignals Xa sind. Die in Block 55 dargestellte Gleichung ist die Zeitfunktion im diskreten Bereich für ein Tiefpaßfilter erster Ordnung. Mit diesem Programmschritt wird also ein Tiefpaßfilter erster Ordnung nachgebildet.

Im nächsten Programmschritt (Block 56) wird ein Wert A erzeugt, indem der tiefpaßgefilterte Signalwert Xr vom Eingangssignalwert Xe subtrahiert wird und anschließend der Betrag der Differenz gebildet wird. Der in Block 56 erzeugte Wert A wird in Block 57 mit einem Wert G ver­ glichen, der dem vorgegebenen Bereich entspricht. Wenn der Wert A größer als G ist, wird die folgende Gleichung berechnet (Block 58):

Xa : = Xe - sign(Xe - Xr) a G,

wobei mit der Funktion sign(Xe - Xr) das Vorzeichen aus der Differenz zwischen dem Eingangssignalwert Xe und dem tiefpaßgefilterten Signalwert Xr gebildet wird und der Faktor a einen Wert zwischen 0 und 1 annehmen kann. Dieser Wert kann, wie oben schon gesagt, vom Anwender jeweils eingestellt werden. Ist der Wert A kleiner als der Wert G wird wie in Block 59 dargestellt ist, der Ausgangs­ signalwert Xa gleich dem Wert des tiefpaßgefilterten Ausgangssignals Xr gesetzt. Nach dem Vergleich in Block 57 wird also entschieden, ob der tiefpaßgefilterte Ausgangs­ signalwert Xr oder ob der mit einem Korrekturfaktor überlagerte Eingangssignalwert als Ausgangssignal Xa der Schaltungsanordnung verwendet wird.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung kann beispiels­ weise auch bei solchen Meßsignalen angewendet werden, die nach der Analog-Digital-Umsetzung ein Störsignal (Quantisierungsrauschen) beinhalten.

Claims (6)

1. Verfahren zur Verringerung eines digitalen Störsignals in einem aus einem digitalen Nutzsignal und dem digitalen Störsignal, dessen Amplitudenbetrag inner­ halb eines vorgegebenen Bereiches schwankt, zusammenge­ setzten digitalen Eingangssignal (Xe), das als Folge amplitudendiskreter Abtastwerte mit einer durch ein Takt­ signal bestimmten Abtastfrequenz vorliegt und aus dessen Werten eine Folge von das Ausgangssignal bildenden tiefpaßgefilterten Signalwerten (Xr) erzeugt wird, indem zu einem Abtastzeitpunkt zwischengespeicherte Werte verwendet werden, die aus früher ermittelten tiefpaßge­ filterten Signalwerten abgeleitet sind, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangssignal (Xa) das tiefpaßgefilterte Signal (Xr) nur dann verwendet wird, wenn der Betrag der Differenz zwischen dem Eingangs­ signal (Xe) und dem tiefpaßgefilterten Signal (Xr) innerhalb des vorgegebenen Bereiches (G) liegt, und daß, wenn der genannte Betrag außerhalb des Bereiches (G) liegt, als Ausgangssignal (Xa) das Eingangssignal (Xe) verwendet wird und alle zwischengespeicherten Werte durch den letzten Eingangssignalwert ersetzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal (Xa), wenn der Betrag der Differenz zwischen dem Eingangssignal (Xe) und dem tiefpaßgefilterten Signal (Xr) außerhalb des vorgegebenen Bereiches (G) liegt, aus der Überlagerung zwischen dem Eingangssignal (Xe) und einem Korrekturfaktor gebildet wird, dessen Vorzeichen dem Vorzeichen der Subtraktion des tiefpaßgefilterten Signals (Xr) vom Eingangssignal (Xe) entgegengesetzt ist und dessen Betrag wenigstens einem Teil des Wertes des vorgegebenen Bereiches (G) entspricht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des tiefpaßge­ filterten Signals (Xr) das mit einer ersten Zeit­ konstante (T 1) multiplizierte Eingangssignal (Xe) und das um einen Takt verzögerte und mit einer zweiten Zeit­ konstante (T 2) multiplizierte Ausgangssignal (Xa) addiert werden.

4. Digitale Schaltungsanordnung mit einem das Eingangssignal erhaltenden Eingang und einem mit ihrem Ausgang gekoppelten, wenigstens ein Register (22) umfassenden Tiefpaßfilter (10), das aus dem Eingangssignal ein tiefpaßgefiltertes Ausgangssignal erzeugt, zur Durch­ führung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit dem Eingang der Schaltungsanordnung und dem Ausgang (15) des Tiefpaß­ filters (10) verbundene Vergleichsschaltung (30) vorge­ sehen ist, die das Eingangssignal und das im Tiefpaß­ filter (10) aus dem Eingangssignal gebildete tiefpaßge­ filterte Signal erhält, welche den Vergleich zwischen dem Betrag der Differenz zwischen dem Eingangssignal und dem tiefpaßgefilterten Signal und dem vorgegebenen Bereich durchführt und einen Umschalter (17) steuert, der das tiefpaßgefilterte Signal an den Ausgang schaltet, wenn der genannte Betrag in dem vorgegebenen Bereich liegt, und der das Eingangssignal an den Ausgang schaltet, wenn dieser Betrag außerhalb dieses Bereiches liegt, und daß die Eingänge der jeweiligen Register (22), wenn der genannte Betrag außerhalb des vorgegebenen Bereiches liegt, mit dem Ausgang der Schaltungsanordnung gekoppelt sind.

5. Digitale Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Eingang der Schaltungsanordnung und dem Umschalter (17) eine Über­ lagerungsschaltung (20) vorgesehen ist, die das Eingangs­ signal mit dem Korrekturfaktor überlagert, und daß der Umschalter (17) den Ausgang der Überlagerungsschal­ tung (20) an den Ausgang der Schaltungsanordnung schaltet, wenn der Betrag der Differenz zwischen dem Eingangssignal und dem tiefpaßgefilterten Signal außerhalb des vorge­ gebenen Bereiches liegt.

6. Digitale Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Tiefpaßfilter (10) eine erste Multiplikationsstufe (11), die das Eingangssignal mit der ersten Zeitkonstante multipliziert, und einen Addierer (13) enthält, der das mit einer zweiten Zeit­ konstante in einem zweiten Multiplizierer (14) multiplizierte Ausgangssignal eines Registers (22), dessen Eingang mit dem Ausgang der Schaltungsanordnung gekoppelt ist, mit dem Ausgangssignal des ersten Multipli­ zierers (13) addiert.