DE4035470C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Verarbeitung elektrischer Signale - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung analoger elektrischer Signale, die durch die beim Auftreffen fallender Erntegutbestandteile auf einen Sensor ausgelösten Impulse entstehen, und eine entsprechende Vorrichtung.

Einrichtungen zur Signalverarbeitung sind bereits in verschiedenen Ausführungen bekannt.

In der DE 20 44 266 C2 ist beispielsweise eine Meßeinrichtung zum Ermitteln des Körnerverlustes bei einem Mähdrescher dargestellt, bei der ein Sensor elektrische Signale liefert, die über eine einen Frequenzdetektor sowie einen monostabilen Multivibrator enthaltende Verstärkerschaltung einem Meßgerät zugeführt werden. Beim Auftreffen von Erntegutbestandteilen auf den Sensor wird eine zackenförmige Spannung mit einer bestimmten Frequenz und Amplitude erzeugt. An den Sensor ist zum Aufnehmen der Spannungen ein Frequenzdetektor angeschlossen, der als Bandfilter ausgebildet ist und nur diejenigen Spannungen durchläßt, deren Frequenz über einem bestimmmten Wert liegt. Von dem Frequenzdetektor aus wird die zackenförmige Spannung einem Amplitudendetektor zugeführt, der alle Spannungszacken ausfiltert, deren Amplitude unter einem vorbestimmten Wert liegt, so daß nur die Spannungszacken zurückbleiben, die durch das Auftreffen von Körnern auf den Sensor hervorgerufen werden. Von dem Amplitudendetektor aus werden die Spannungszacken einem monostabilen Multivibrator zugeführt, der Rechteckwellenimpulse erzeugt. Nach der Impulsverstärkung werden die Signale einer Meßschaltung zugeführt, die eine Schaltung zum Bilden eines Mittelwerts umfaßt, welche eine Mittelwertspannung erzeugt, durch die ein Meßgerät beaufschlagt wird, das den Körnerdurchsatz optisch anzeigt. Da die Körnergeschwindigkeit bei Abscheideprozessen und damit die amplitudenbestimmende Kraft beim Aufprall der Körner auf den Sensor starken Schwankungen unterliegt, ist es schwierig, einen definierten Schwellenwert für die Signalamplitude festzulegen. Außerdem tritt bei großen Durchsatzmengen, insbesondere im Dreschkorbbereich, eine teilweise Signalüberlagerung auf, so daß keine eindeutige Erkennung der einzelnen Erregerimpulse mehr möglich ist.

Die gleichen Nachteile treten auch bei der aus der US 36 10 252 bekannten Vorrichtung zur Körnermengenmessung auf, bei der die hochfrequenten Schwingungen gedämpft, das Signal verstärkt, gleichgerichtet und integriert wird. Am Schaltungsausgang steht dann eine elektrische Spannung zur Verfügung, die der Körner- Impulsfolge proportional und von der Impulsamplitude abhängig ist. Für die Überwachung von Separationsprozessen und die automatische Steuerung von Funktionsbaugruppen von Mähdreschern sind diese Verfahren zur elektronischen Meßsignalverarbeitung nur mit erheblichen Einschränkungen verwendbar.

In der DE 37 31 080 C2 ist eine Auswertungsvorrichtung eines Verlustkornsensors einer Erntemaschine offenbart, bei der das vom Sensor stammende Signal zunächst verstärkt, einem Filterglied zum Aussondern von Störsignalen und dann einem Gleichrichter zugeführt wird. Das gleichgerichtete Signal wird einem Glied zugeführt, das den Effektivwert der Spannungssignale bildet. In einer nachfolgenden Triggerstufe werden die Effektivwertsignale in Zählimpulse umgesetzt, die schließlich gezählt und einer Anzeigevorrichtung zugeführt werden. Die vom Gleichrichter bereitgestellten Signale werden also gesiebt und anschließend mittels eines Komparators in Digitalsignale umgewandelt. Als nachteilig ist dabei anzusehen, daß die Wahl des Schwellenwerts des Komparators kritisch ist, da die Signale aufgrund der Effektivwertbildung sehr klein sind. Bei zu geringer Schwelle ist zu befürchten, daß Rauschsignale mitgezählt werden, bei zu hoher Schwelle können (kleinere) Impulse verlorengehen.

Die US 39 35 866 offenbart einen Kornverlustmonitor, bei dem die von einem Verlustkornsensor erzeugten Signale zunächst mittels eines Schmitt-Triggers in Rechteckimpulse umgewandelt werden. Letztere werden differenziert und einem monostabilen Multivibrator zugeführt, dessen Ausgangssignal wiederum einer Schaltung zugeführt wird, die die Zählsignale in bezug zur Vortriebsgeschwindigkeit des Fahrzeugs setzt. Hier wird das Ausgangssignal des Sensors also sofort in ein Rechtecksignal umgewandelt, so daß jegliche Amplitudeninformation sofort verloren geht. Der Differenzierer wird nur zur Ansteuerung des monostabilen Multivibrators benötigt.

Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Signalverarbeitung zu erhöhen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die elektrischen Signale eines Sensors derart zu verarbeiten, daß die von einzelnen Körnern ausgelösten Impulse, insbesondere bei zeitlich sehr kurzer Folge, eindeutig erkannt und in einer Nachfolgeeinrichtung elektronisch ausgewertet werden können.

Erfindungsgemäß wird dies durch die Lehre der Ansprüche 1 und 3 gelöst.

Nach der Erfindung werden die elektrischen Signale zunächst verstärkt und gleichgerichtet, danach geglättet und über ein Differenzierglied die Anstiegsflanken in einen Nadelimpuls geformt, wobei gleichzeitig der Gleichspannungsanteil von überlagerten Signalen beseitigt wird. Die Nadelimpulse triggern einen elektronischen Schalter, an dessen Ausgang schmale Rechteckimpulse mit konstanten Amplituden anliegen, die einem Zählwerk zugeführt werden. Die Amplituden der Nadelimpulse müssen dabei einen Schwellwert übersteigen, damit der elektronische Schalter nicht durch Rauschsignale geschaltet wird.

Die jeweiligen elektrischen Signale weisen eine steile Anstiegs­ flanke und ein breites Frequenzspektrum mit abklingenden Amplitu­ den auf. Die Signalbreite beträgt etwa 1 bis 2 ms. Die entstehen­ den Nadelimpulse entsprechen den steilen Flanken der Signale und damit einem Erregerimpuls. Die Nadelimpulse werden in bekannter Weise, beispielsweise mit einem Schnitt-Trigger oder Komparator in schmale TTL-gerechte Rechteckimpulse gewandelt, die einem di­ gitalen Zähler zugeführt oder in anderer Weise weiterverarbeitet werden.

Die erfindungsgemäße Signalverarbeitung hat den Vorteil, daß das Ausgangssignal unabhängig von der Amplitude des Sensorsignals ist, die durch unterschiedliche Abscheidebedingungen und erntegu­ tabhängige Besonderheiten beeinflußt wird. Das Ausgangssignal stellt lediglich einen proportionalen Wert zur Anzahl der auf den Sensor treffenden Körner dar. Es entfällt damit bei wechselnden Erntebedingungen die Notwendigkeit zur ständig neuen Eichung des Meßsystems. Weiterhin besteht der Vorteil, daß auch bei sehr ho­ hen Erntegutdurchsatzmengen die Anzahl der auf den Sensor tref­ fenden Körner exakt bestimmt werden kann. Das vom Impulssensor kommende und erfindungsgemäß verarbeitete Signal verhält sich im gesamten Meßbereich linear zur signalauslösenden Körnermenge.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigt:

Fig. 1: ein Blockschaltbild der Signalverarbeitung und

Fig. 2: die Schaltungsanordnung der Einrichtung zur Impuls­ formung.

Ein Sensor 1 wandelt die beim Aufprall von Körnern entstehenden Körperschallwellen in ein elektrisches Signal um. Aufgrund von Reflexionen dieser Wellen schwingt das Signal nach. Die jeweilige Einschwingzeit ist von der Aufprallkraft der Körner und von aku­ stischen Eigenschaften des Sensors 1 abhängig. Es entsteht ein Spannungsverlauf entsprechend Oszillogramm 2. Im Verstärker 3 wird das Signal für die weitere Verarbeitung verstärkt. Den Span­ nungsverlauf zeigt das Oszillogramm 4. Nach dem Gleichrichter 5 liegt ein Signalverlauf gemäß Oszillogramm 6 vor. Die Siebstufe 7 glättet das Signal, so daß im Oszillogramm 8 der Signalverlauf der Hüllkurve einer Halbwelle des Sensorsignal entspricht. Am Ausgang des Differenziergliedes 9 liegt ein Null-Potential an, das durch Nadelimpulse unterbrochen wird. Die Nadelimpulse, die aus dem Oszillogramm 10 ersichtlich sind, entsprechen dabei den steilen Flanken des Sensorsignals. Die Nadelimpulse schalten ei­ nen Trigger 11 um, an dessen Ausgang schmale Rechtecksignale zur Verfügung stehen. Die im Oszillogramm 12 dargestellten Rechteck­ signale werden einem digitalen Zählwerk 13 zugeführt.

Eine vorzugsweise ausgeführte Schaltungsanordnung ist in der Fig. 2 dargestellt. Bei dieser Schaltung wird das vom Sensor 1 kommen­ de Signal einem Operationsverstärker 14 zugeführt, der mit den Dioden 15; 16 im Gegenkopplungszweig als aktiver Gleichrichter arbeitet. Mit einem Regler 17 wird die erforderliche Verstärkung eingestellt. Ein Kondensator 18 glättet dabei das gleichgerichte­ te Signal. Ein weiterer Kondensator 19 stellt das Differenzier­ glied 9 dar. Am Widerstand 20 liegen positive Nadelimpulse an. Ist deren Spannung größer als die durch einen Spannungsteiler 21 eingestellte Referenzspannung, wird der als Komparator arbeitende Operationsverstärker 22 umgeschaltet. Die Referenzspannung wird dabei größer als Null Volt eingestellt, um Rauschsignale zu un­ terdrücken. Die Spannungspegel der entstehenden Rechteckimpulse, die am Ausgang des Operationsverstärkers 22 der Betriebsspannun­ gen entsprechen, werden durch die Dioden 23; 24 auf 0 und +5 Volt begrenzt. Am Ausgang dieser Schaltung liegen schmale Recht­ eckimpulse an, die dem Zählwerk 13 zugeführt werden. Die Breite dieser Impulse ist von der Anstiegzeit der Signalflanken abhän­ gig. Bei er ausgeführten Variante beträgt die Impulsbreite 0,2 ms, so daß bis zu 2500 Körner pro Sekunde gezählt werden können.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1

Sensor

2

Oszillogramm

3

Verstärker

4

Oszillogramm

5

Gleichrichter

6

Oszillogramm

7

Siebstufe

8

Oszillogramm

9

Differenzierglied

10

Oszillogramm

11

Trigger

12

Oszillogramm

13

Zählwerk

14

Operationsverstärker

15

;

16

Dioden

17

Regler

18

;

19

Kondensator

20

Widerstand

21

Spannungsteiler

22

Operationsverstärker

23

;

24

Dioden

Claims (3)

1. Verfahren zur Verarbeitung analoger elektrischer Signale, die durch die beim Auftreffen fallender Erntegut­ bestandteile auf einen Sensor (1) ausgelösten Impulse entstehen, wobei der Sensor (1) über einen Wandler ein der erfaßten Erntegutmenge proportionales Ausgangssignal mit einer steilen Anstiegsflanke und einem sich anschließenden breiten Frequenzspektrum mit sich verringernden Amplituden abgibt, die elektrischen Signale des Sensors (1) zunächst verstärkt und gleichgerichtet, danach geglättet und über ein Differenzierglied (9) die Anstiegsflanken der geglätteten Signale in Nadelimpulse geformt werden, wobei gleichzeitig der Gleichspannungsanteil des Signals entfernt wird, und die Anstiegsflanken der Nadelimpulse zu einem TTL-gerechten Signal verarbeitet und gezählt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Nadelimpulse einen elektronischen Schalter (11) triggern, an dessen Ausgang schmale Rechteckimpulse mit konstanten Amplituden anliegen, die einem Zählwerk (13) zugeführt werden.

3. Vorrichtung zur Verarbeitung analoger elektrischer Signale, die durch die beim Auftreffen fallender Erntegut­ bestandteile auf einen Sensor (1) ausgelösten Impulse entstehen, wobei der Sensor (1) über einen Wandler ein der erfaßten Erntegutmenge proportionales Ausgangssignal mit einer steilen Anstiegsflanke und einem sich anschließenden breiten Frequenzspektrum mit sich verringernden Amplituden abgibt, die elektrischen Signale des Sensors (1) zunächst mittels eines Verstärkers (3) verstärkt und durch einen Gleichrichter (5) gleichgerichtet, danach in einer Siebstufe (7) geglättet und über ein Differenzierglied (9) die Anstiegsflanken in Nadelimpulse geformt werden, wobei gleichzeitig der Gleichspannungsanteil des Signals entfernt wird, und die Anstiegsflanken der Nadelimpulse einen elektronischen Schalter (11) triggern, der sie zu TTL-gerechten Rechteckimpulsen mit konstanten Amplituden verarbeitet, die einem Zählwerk (13) zugeführt werden.