HU180637B

HU180637B - Series operation digital apparatus for seeking extremum and compensating distrubances at processing of sampled signals

Info

Publication number: HU180637B
Application number: HU342980A
Authority: HU
Inventors: Andras Ban; Robert Breitner; Istvan Fabian; Istvan Hejjas
Original assignee: Mueszeripari Kutato Intezet
Priority date: 1980-06-05
Filing date: 1980-06-05
Publication date: 1983-03-28

Description

Soros működésű digitális berendezés szélsőérték keresésére és zavarkompenzálásra mintavételezett jelek feldolgozásánál 1 2Series digital equipment for extraction and interference compensation of sampled signals 1 2

A találmány tárgya soros működésű digitális berendezés iszélsőérték keresésére és zavarkompenzálásra mintavételezett jelek feldolgozásánál.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a serial digital apparatus for extraction and interference compensation in the processing of sampled signals.

A találmány szerinti berendezéssel időben változó, zavaró, jeleket tartalmazó mintavételezett jelek időbeli szélsőértéke meghatározható és táj J rolható.With the apparatus of the present invention, the time-varying extremes of time-varying, interfering signals containing signals can be determined and landscaped.

Ismeretes több olyan mérési eljárás, melynél a i mérőeszköz, vagy érzékelő időben változó analóg jelet szolgáltat, és a hasznos mérési eredményt e jel csúcsértéke (lokális maximum) vagy a csúcsok közötti „völgy” (lokális minimum) szolgáltatja. Ilyen eset fordul elő pl. a bemártásos módszerrel működő fémolvadék hőmérőknél, quadrupol tömegspektrométerek előírt tömegszámhoz tartozó csúcsait figyelő berendezésnél (ún. peakmultiplexer), áramló gázokban és folyadékokban jelentkező lökéshullámok mérésénél, robbanómotorok robbanási és szívási nyomásának mérésénél. Az ilyen méréseket általában azt bonyolítja, hogy a bemeneti analóg jel zajösszetevőt is tartalmaz, mely többnyire véletlenszerű időpontokban jelentkező rövid időtartamú impulzusokból áll. Ezen impulzusok amplitúdója esetenként meghaladhatja a mérendő maximum ,vagy minimum értékét, és így hibás eredmény jöhet létre. E káros jelenség kiküszöbölésére többféle módszer ismeretes.Several measurement methods are known in which the measuring device or sensor i provides a time-varying analog signal and the useful measurement result is the peak (local maximum) of this signal or the "valley" (local minimum) between the peaks. Such a case occurs eg. immersion metal melting thermometers, quadrupol mass spectrometer peak mass monitoring equipment (so-called peakmultiplexer), measurement of shock waves in flowing gases and liquids, and explosion and suction pressure of explosion motors. Such measurements are usually complicated by the fact that the input analog signal also contains a noise component, which is usually composed of short pulses occurring at random times. The amplitude of these pulses may sometimes exceed the maximum or minimum value to be measured, which may result in erroneous results. There are several ways to eliminate this harmful phenomenon.

Az egyik ilyen ismert módszer szerint a fel180637 erősített és mintavételezett jelet a kezelő számára műszerrel vagy számkijelzővel jelzik. A maximamfigyelés a kezelő személy feladata, aki a jelzett számértéket figyeli, értelmezi, a pilla5 natnyilag kiugró értékeket figyelmen kívül hagyja és a tartósabban állandósuló szélsőértéket fogadja el mérési eredménynek. A módszer és a hozzátartozó készülék igen egyszerű. Hátránya, hogy csak viszonylag lassan változó jelek kiér10 tékelésére alkalmas, és a kezelő személytől függő szubjektív értékelés miatt téves értékelést is eredményezhet.In one of these known methods, the amplified and sampled signal of up 18080 is signaled to the operator by means of an instrument or a numeric display. Maximum monitoring is the task of the operator, who observes, interprets the indicated numerical value, ignores the most prominent values of pilla5 and accepts the more permanent value as the measurement result. The method and the associated device are very simple. It has the disadvantage that it is only suitable for detecting relatively slow-moving signals and may lead to erroneous evaluation due to subjective judgment by the operator.

Egy másik ismert megoldásnál az analóg műszerrel, vagy számjegyesen is kijelzett szélsőér15 téket a készülék önműködően tárolja a mérést követő lenullázásig. A zavarból eredő szélsőérték-túllépést úgy kerülik el, hogy a szélsőérték figyelő berendezés elé aluláteresztő szűrőt iktatnak be, mely a rövid idejű zavarimpulzuso20 kát elnyomja.In another known solution, an analogue or numerically displayed extreme value is automatically stored until reset after measurement. Exceeding the extremes of disturbance by avoiding a low-pass filter in front of the extremes monitor, which suppresses the short-term impulse impulse.

A módszer objektív adatokat eredményez. Hátránya, hogy a hatásos zavarszűréshez a mintavételi periódusidő sokszorosának megfelelő időállandó alkalmazása szükséges, ami a jelet nemcsak szűri, hanem késlelteti is, és így a szélsőérték csak késve éri el az állandósult értéket, Emiatt a gyorsan változó hasznos jelet is kiszűrve, ilyen esetekben nem ad a valóságnak megfelelő mérési eredményt.The method produces objective data. The disadvantage is that effective interference filtering requires the application of a time constant corresponding to many times the sampling period, which not only filters the signal but also delays it, so that the extreme value reaches a constant value only too late. realistic measurement result.

Egy további ismert módszer szerint a minta1 vételezett értéket digitális számítógép (pl. mikroszámítógép) memóriájában tárolják és a szélsőértéket software algoritmussal határozzák meg. Az ilyen eljárás pl. a sztochasztikus approximáció valamelyik változatára épülhet. Ezzel a módszerrel megfelelő eredményeket lehet elérni. A szükséges számítógép költségei miatt a módszer alkalmazása azonban csak olyan helyen kifizetődő, ahol számítógép alkalmazása egyébként is szükséges és a számítógép elegendő tartalék-kapacitással rendelkezik erre a célra.According to another known method, the sample value received in sample1 is stored in the memory of a digital computer (e.g., a microcomputer) and the extreme value is determined by a software algorithm. Such a procedure may e.g. it may be based on one of the variants of the stochastic approximation. With this method, good results can be achieved. However, due to the cost of the computer needed, the method will only pay off in places where the computer is needed anyway and the computer has sufficient backup capacity for this purpose.

Célunk a fenti megoldások hátrányainak* kiküszöbölése olyan 'berendezés alkalmazásával, mely a zavarszűrést időállandó beiktatása nélkül biztosítja. Ennek érdekében a találmányunk szerinti berendezés a szűrés nélkül felerősített bemenő jelet rendszeresen mintavételezi és az így kapott egymást követő mintavételi értékek logikai elemzésével szelektálja ki azokat a pozitív, vagy negatív csúcsokat, melyek zavar eredetűek.Our aim is to overcome the disadvantages of the above solutions by employing a device which provides interference suppression without introducing a time constant. To this end, the apparatus of the present invention periodically samples the input signal amplified without filtering and logically analyzes the successive sampling values thus obtained to select those positive or negative peaks that are of interference origin.

A találmány alapja az a felismerés, hogy ha a berendezés a pillanatnyi mintavételi érték, a megelőző mintavételi értók és a pillanatnyi kimenet közül mindig a nagyság .szerinti középsőt fogadja el pillanatnyi mintavételi értéknek, úgy a rövid idejű zavarimpulzusok hatása teljesen kiküszöbölhető.The present invention is based on the discovery that if the apparatus always accepts an average of the instantaneous sampling value, the preceding sampling values, and the instantaneous output as the instantaneous sampling value, the effect of short-term interference pulses can be completely eliminated.

A találmány tárgya szoros működésű digitális berendezés szélsőérték keresésére, és zavar kompenzálására mintavételezett jelek feldolgozásához, melynek bemenete analóg-digitális átalakító bemenetét képezi, és a mérési eredmény tárolására és esetleg kijelzésére szolgáló kimeneti regisztert tartalmaz, s ez utóbbi kimenete a berendezés kimenetét képezi.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a high-performance digital apparatus for searching for extreme values and compensating for interference processing of sampled signals, the input of which is an analog-to-digital converter input and an output register for storing and possibly displaying the measurement result.

A találmány abban van, hogy a bemeneti A/D átalakító kimenete és a kimeneti regiszter kibe menete egy közös adatsínhez csatlakozik, ugyanezen közös adatsínhez csatlakozik továbbá egy a korábbi mintavételi érték, vagy értékek tárolására szolgáló pufferregiszter ki-be menete, egy segédregiszter bemenete, és egy összehasonlító áramkör egyik bemenete is, míg a se-, gédregiszter kimenete az összehasonlító áramkör másik bemenetéhez csatlakozik, továbbá az áramkör részét képezi még egy vezérlőegység, melynek vezérlő kimenetei az A/D átalakító, a pufferregiszter, a segédregiszter és a kimeneti regiszter vezérlő bemenetéihez kapcsolódnak, és a vezérlőegység bemenetéhez az összehasonlító áramkör kimenő vezetéke van kötve.The invention is that the output of the input A / D converter and the output of the output register are connected to a common data bus, and to the same common data bus is an input / output of a buffer register for storing previous sample values or values, and one of the inputs of a comparator circuit while the output of the slave register is connected to the other input of the comparator circuit, and a control unit having control outputs for the control inputs of the A / D converter, buffer register, auxiliary register and output register and the output of the comparator circuit is connected to the control unit input.

A találmány fő előnye abban van, hogy állandósult szélső érték pontos tárolását akkor is biztosítja, ha annak kialakulását megelőzően nagy amplitúdójú impulzus szerű zavarjelek jutnak a bemenetére.The main advantage of the invention is that it provides accurate storage of a steady-state extreme value even when high amplitude pulse-like interference signals are applied to the input before it is formed.

A találmány kiviteli alakját rajz alapján ismertetjük.An embodiment of the invention will now be described with reference to the drawing.

A rajz a találmány szerinti berendezés elvi kapcsolási vázlatát szemlélteti.The drawing illustrates a schematic diagram of a device according to the invention.

A rajzon látható áramkör bemenetét az 1 A/D átalakító bemenete alkotja. A többvezetékes közös 7 adatsínhez kapcsolódik az 1 A/D átalakító kimenete, a 2 pufferregiszter ki-be menete, a 4 2 segédregiszter bemenete, az 5 összehasonlító áramkör egyik bemenete és a 3 kimeneti regiszter ki-be menete, ,s ez utóbbi kimenete alkotja az egész kapcsolás kimenetét. A 4 segédregiszter kimenete az 5 összehasonlító áramkör második bemenetéhez csatlakozik, ez utóbbi kimenete a 6 vezérlőegység bemenetéhez van kötve.The input of the circuit shown in the drawing is the input of the A / D converter 1. Connected to the multi-wire common data bus 7 is the output of the A / D converter 1, the input / output of buffer register 2, the input of auxiliary register 4, one input of the comparator circuit 5 and the output of output register 3 the output of the whole circuit. The output of the auxiliary register 4 is connected to the second input of the comparator circuit 5, the output of the latter being connected to the input of the control unit 6.

A 6 vezérlőegység kimenetéi az 1 A/D átalakító, a 2 pufferregiszter, a 4 segédregiszter és a 3 kimeneti regiszter vezérlő bemenetelhez csatlakoznak.The outputs of the control unit 6 are connected to the control inputs of the A / D converter 1, the buffer register 2, the auxiliary register 4 and the output register 3.

A rajz szerinti kapcsolás működése a következő: Az 1 A/D átalakító kimenete a legutóbbi mintavételi értéket, a 2 pufferregiszter a megelőző mintavételi értéket, vagy értékeket (N számú értéket), a 3 kimeneti regiszter pedig a legutóbbi kimeneti értéket tárolja. A működés során valamennyi adatmozgatási és összehasonlítási művelet a többvezetékes közös 7 adatsínen keresztül történik és a műveleteket a mikroprogramozott 6 vezérlőegység vezérli. A működési ciklus pl. maximumkeresés esetén az alábbi lépésekből áll:The operation of the circuit according to the drawing is as follows: The output of the A / D converter 1 stores the last sampling value, the buffer register 2 stores the previous sampling value or values (N values), and the output register 3 stores the most recent output value. During operation, all data transfer and comparison operations are performed via the multi-wire common data bus 7 and are controlled by the microprogrammed control unit 6. The operating cycle is e.g. maximum search consists of the following steps:

a) a 6 vezérlőegység indító jelet ad az 1 A/D á*alakítónak a konverzió elvégzésére, az 1 A/D átalakító a konverziót elvégzi,a) the control unit 6 gives a start signal to the converter 1 A / D á * to perform the conversion, the converter 1 A / D converts,

b) Az 1 A/D átalakító, a 2 pufferregiszter és a 3 kimeneti regiszter adatainak páronkénti öszszehasonlítása történik meg a nagyságrendileg középső kiválasztása céljából. Egy-egy összí'hasoinilíitás mikrolépései az alábbiak:b) A pairwise comparison of the data of the A / D converter 1, the buffer register 2 and the output register 3 is performed to select the middle order of magnitude. The micro steps for each of the co-isosolidities are as follows:

— az egyik összehasonlítandó átírása a 7 adatsínen keresztül a 4 segédregiszterbe, — a másik összehasonlítandó rákapcsolása a 7 adatsínre, — az összehasonlítás eredményének kiolvasása az 5 összehasonlító áramkör kimenetéről és tárolása a 6 vezérlőegységbenTranscribing one of the comparators via the data bus 7 to the auxiliary register 4, - connecting the other to be compared to the data bus 7, - reading the result of the comparison from the output of the comparator circuit 5 and storing in the control unit 6

c) Hí a három (illetve, ha a 2 pufferregiszter a legutóbbi N db mintavételi értéket tárolja, úgy N+.2 db) értek közül a középső érték nagyobb mint a 3 kimeneti regiszter tartalma, úgy annak átírása a 7 adatsínen keresztül a 3 kimeneti regiszterbe.c) If the average value of the three values (or if the buffer register 2 stores the last N sampling values N + .2 db) is greater than the content of the output register 3, so it is rewritten through the data bus 7 to the output register 3 .

d) Az 1 A/D átalakító kimenetének átírása a 7 adatsínen keresztül a 2 pufferregiszterbe.d) Writing the output of the A / D converter 1 via the data bus 7 to the buffer register 2.

Ha a berendezést minimumkeresésre használjuk, úgy a fenti c. lépésben a középső értéknek a 3 kimeneti regiszterbe való átírásának feltétele, hogy az kisebb legyen mint a 3 kimeneti regiszter tartalma, míg egyszerű zavarszűrési' felhasználás esetén a középső érték minden lépésben feltétel nélkül átíródik a 3 kimeneti regiszterbe.If the equipment is used for minimum search, c. In step 2, the condition of transcribing the middle value to the output register 3 is that it is smaller than the contents of the output register 3, whereas in simple interference filtering, the middle value is unconditionally written to the output register 3 in each step.

A találmány szerinti megoldás előnye, hogy mivel a kiszúrt zavaró jelek amplitúdóját teljesen figyelmen kívül hagyja, így a zavarszűrő hatás független a zavarok tényleges nagyságától, mely eredményt a szokásos zavarszűrő megoldások nem szolgáltatják. További előny, hogy a rendszer nem tartalmaz exponenciális viselkedésű időállandót, hanem ehelyett a feldolgozandó jelet mindössze egyetlen, ill. (N+l)/2 mintavételi .periódusidőnek megfelelően késlelteti, vagyis a ciklusidő helyes megválasztásával el-25 érhető, hogy a holtidő megegyezik a kiszűrhető leghosszabb időtartamú zavarímpulzus időtartamával. Ez az információ-elmélet szerint elérhető minimális késleltetés a különböző működési elvű, de azonos szűrési hatékonyságú szűrők között. Ezért a berendezés zavarszűrés szempontjából optimálisnak tekinthető. Ezen túlmenően a találmány szerinti berendezés még ezt az optimális zavarkompenzálást szélsőérték-kereséssel is párosítja.An advantage of the present invention is that since the amplitude of the interfering signals detected is completely ignored, the interference suppression effect is independent of the actual magnitude of the interference, which is not provided by conventional interference suppression solutions. A further advantage is that the system does not contain an exponential behavior time constant, but instead only a single or a signal to be processed. (N + 1) / 2 according to the sampling period time, that is, by correctly selecting the cycle time, it is possible to obtain a dead time equal to the duration of the longest possible interference pulse. According to information theory, this is the minimum delay between filters with different operating principles but with the same filtering efficiency. Therefore, the apparatus is considered to be optimal for interference suppression. In addition, the apparatus of the invention combines even this optimal interference compensation with an extraction search.

Claims

Serial digital apparatus for processing extreme values and interference compensation for processing sampled signals, the input of which is an input of an A / D converter (1) and an output register (3) for storing and possibly displaying the measurement result, the output of which is characterized in that the output of the Α / D converter (1) and the output / output of the output re5 (3) are connected to a common data bus (7) and are connected to the same common data bus (7) or to the buffer register ( 2) on and off procedure, one auxiliary register _; (4)

It also has 10 inputs and an input of a comparator circuit (5), while the output of the auxiliary register (4) is connected to the other input of the comparator circuit (5) and also includes a control unit (6) having control pins in the A / D converter. (1), buffer register (2), auxiliary register (4) and output register (3) are connected to the control input and the output of the comparator circuit (5) is connected to the input of the control unit (6).