NO830598L - Koblingsanordning til hurtig beregning av diskret fouriertransformasjon av et signal - Google Patents

Description

Koblingsanordning til hurtig beregning

av diskret fouriertransformasjon av et signal

Den foreliggende oppfinnelse går ut på en koblingsanordning til rask beregning av diskret fouriertransformasjon av et signal. Den finner en anvendelse i analyse av målesignaler, særlig analyse av spenninger avgitt av en sonde til ikke-destruktiv prøvning med foucaultstrømmer.

Det er kjent at denne form for kontroll består i å frembringe et variabelt magnetfelt ved hjelp av en primær-vikling, utsette et prøvestykke for dette felt, utta en spenning på klemmene for en sekundærvikling anordnet i nærhet av prøvestykket og analysere denne spenning. Primær- og sekundærviklingene er plassert i en sonde som kan anta forskjellige former (de kan være sammenstokket, anordnet i bro osv....). Enhver feil ved prøvestykket (dimensjonsforandring, variasjon i elektrisk ledningsevne, variasjon i magnetisk permeabilitet, riss m.v.) endrer fase og styrke av de i stykket induserte foucaultstrømmer.og forandrer dermed den spenning som uttas på sondens klemmer.

Når stykket som skal prøves, er magnetisk, melder det seg en spesiell vanskelighet som henger sammen med materialets store permeabilitet. For denne medfører at målesignalet blir avhengig av visse parametre, som dimensjoner, vekt osv.

I tilfellet av prøvning av magnetiske stykker består behandlingen av målesignalene vesentlig i å bestemme dets harmoniske. Med andre ord dreier det seg om en fouriertransformasjon. Således har det vært påvist at kjennskapet til de harmoniske av signalet gjør det mulig å unngå den ovennevnte ulempe når det gjelder målesignalets avhengighet av visse parametre. Således kan amplituden av den tredje harmoniske, som ganske godt gjengir stykkets struktur, men stadig er følsom for stykkets vekt,, vektbelastes med fasen eller amplituden av grunnbølgen, som nettopp er en funksjon av stykkets vekt, for å oppnå et resultat som stort sett er uavhengig av vekten. Andre kombinasjoner mellom harmoniske gjør det mulig å eliminere betydningen av andre parametre. Forøvrig er det kjent at den første harmoniske komponent spiller en foretrukken rolle. Den kan i et impedansplan representeres ved et punkt som i tilfellet av at man lar stykket passere gjennom en såkalt "diffe-rensiell" føler, beskriver en åttetallformet kurve hvis amplitude og orientering gjør det mulig å bestemme defektene i det undersøkte stykke.

Sagt generelt blir koblingsanordningen ifølge oppfinnelsen benyttet ved utgangen fra et måleapparat som vist på fig. 1. Et vilkårlig måleapparat 110 avgir ved en utgang 111 et analogt målesignal. En signalbehandlingskobling 120 har en inngang 121 forbundet med utgangen 111, og en utgang 122 som leverer informasjoner angående de harmoniske av målesignalet. Den foreliggende oppfinnelse finner fortrinnsvis anvendelse i sammenheng med ikke-destruktiv prøvning med foucaultstrømmer. I dette tilfelle omfatter apparatet 110 en vekselstrømgenerator 112 etterfulgt av en forsterkerkrets 113 som mater en sonde 114. Stykkene 116 som skal prøves, passerer i nærheten av sonden 114. Det målesignal som uttas med sonden, blir for-sterket av en krets 118 og opptrer ved utgangen 111. Det er dette signal som blir tilført analysekoblingen 120. En krets 124 til utnyttelse av resultatene kan komplettere analysekoblingen for å virke på et utvalgsorgan 125, f.eks. egnet til å vrake defekte stykker.

Analysekoblingen 120 utfører en fouriertransformasjon av det signal som tilføres den. Skjønt analysekoblinger av analog type ville være mulige, foretrekker man i dag å arbeide numerisk, noe som muliggjør en bedre presisjon og større smidighet av analysen. Signalene som skal behandles, blir derfor først omdannet til numeriske stikkprøver og deretter underkastet vedkommende transformasjon. Siden denne operasjon ikke skjer på en kontinuerlig størrelse, men på sekvenser av stikkprøver, blir den tradisjonelt betegnet "diskret" fouriertransformasjon eller forkortet DFT (i engelsk terminologi DFT for "Discrete Fourier Transform").

Blokken 120 innenfor den strekpunkterte ramme på fig. 1 inneholder et oversiktsskjerna over en analysekobling av denne type.

Koblingsanordningen omfatter:

- en analog-numerisk omformer 126,

- et variabelt lager 128 som i det følgende vil bli betegnet som opptakslager, og som er av typen med direkte aksess (forkortet "RAM" for "Random Access memory") og har en datainngang 129 forbundet med omformeren 126, og en utgang 131,

samt

- et system 140 egnet til å bevirke en diskret fouriertransformasjon av de stikkprøver som inneholdes i lageret 28. Denne transformasjon gjør det mulig å bestemme den reelle og den imaginære komponent henholdsvis E og I av signalets harmoniske.

For å gjøre oppfinnelsestanken mer forståelig er det på sin plass å gi en kort omtale av den diskrete fouriertransformasjon.

Det dreier seg om å beregne en harmonisk komponent betegnet X_ hvor k er vedkommende harmoniskes ordenstall, ut fra en sekvens av opptatte stikkprøver x(n) hvor n betegner stikkprøvens nummer i sekvensen; dette nummer varierer fra 0 for første stikkprøve til N-l for siste. Den k'te harmoniske er gitt ved det klassiske uttrykk:

hvor N betegner antall stikkprøver som inngår i beregningen, og bokstaven j_ imaginærfaktoren. Ved utvikling av eksponen-sialfunksjonen fås: et uttrykk som gjør det mulig å skille ut de reelle og imaginære komponenter henholdsvis Rkog 1^ av den harmoniske med ordenstall k:

Ut fra kjennskapet til R, og 1^er det mulig å utlede amplituden A og fasen f av vedkommende harmoniske:

Beregningen av R og av I krever N multiplikasjoner for hver, siden de N stikkprøver må tas en for en. Der må således utføres 2N multiplikasjoner pr. harmonisk. Siden det er mulig å beregne N harmoniske med en sekvens av N stikkprøver, krever en samlet diskret fouriertransformasjon 2N 2 multiplikasjoner.

Det er klart at dette antall er meget betydelig når N er høyt. F.eks. blir det for .512 stikkprøver lik 524.288. Beregningstiden blir da prohibitiv, og prøveapparatet kan ikke virke i overkommelig tid.

Dette er grunnen til at intet apparat til prøvning med foucaultstrømmer basert,på diskret fouriertransformasjon gjør bruk av de ovenfor angitte beregningsregler, som snarere utgjør teoretiske definisjoner av de størrelser som skal beregnes, enn prinsipper for funksjonen av de benyttede kretser. Apparatene med store ytelser gjør bruk av mer avanserte algoritmer som har vært uttenkt nettopp for å forkorte beregningstiden. Den utførte transformasjon blir da betegnet som "hurtig" eller forkortet- ......HFT (i engelsk terminologi FFT for "Fast Fourier Transform").

De anvendte algoritmer er kjente, og det er ikke nød-vendig å gjengi dem her (Cooley-, Sande-algoritmer m.v.). Det er nok å si at de gjør bruk av faktoroppløsning av matriser under anvendelse av mellomkoeffisienter mellom signalet og den transformerte sekvens. Beregningen skjer således i trinn, hvorav det første går ut fra de N stikkprøver og det siste gir N harmoniske komponenter. Det kan vises at antall utførte operasjoner i disse algoritmer da blir effektivt redusert og går ned fra 2N<2>til 2Nlog2N. For N=512 blir antallet lik 13.824, til forskjell fra 524.288 med de tidligere nevnte beregningsregler.

Hensikten med den foreliggende oppfinnelse er å påskynde beregningen av de harmoniske ytterligere. Til formålet gjør man ifølge oppfinnelsen ganske paradoksalt avkall på den nettopp omtalte hurtige fouriertransformasjon for å bibeholde den tidligere nevnte elementære prosess som anses som uskikket. Oppfinnelsen strider således mot de herskende forestillinger,på området, hvor man stadig søker å finne hurtige algoritmer med utvikling via mellomtrinn.

Oppfinnelsen skyldes en avansert analyse som oppfinnerne har gjennomført med hensyn til den spesielle karakter av diskret fouriertransformasjon i tilfellet av ikke-destruktiv prøvning med foucaultstrømmer. Den særegenhet som denne teknikk inne-bærer, er at den i virkeligheten bare behøver de første harmoniske av signalet og ikke det samlede bilde av de N harmoniske som den vanlige hurtige fouriertransformasjon gir. Det spørsmål som melder seg, blir dermed å finne ut hvor mange operasjoner den.hurtige fouriertransformasjon behøver når man begrenser utviklingen til de første harmoniske.

Et detaljert studium av de alminnelig anvendte algoritmer, en studie som inngår i grunnlaget for oppfinnelsen, viser at der i tilfellet av at stikkprøvenes antall N er en potens av 2 (N = 2 ), for å oppnå de h første harmoniske med en algoritme av HFT må gjennomføres et antall operasjoner lik:

et uttrykk hvor i betegner antall trinn som benyttes i den hurtige algoritme, og størrelsen h.21 skal være begrenset til

verdien N.

For h=3, dvs. når man bare tar for seg 3 harmoniske, krever den hurtige fouriertransformasjon da 3795 operasjoner. Imidlertid behøver de enkelte operasjoner for direkte produkter av stikkprøvene med sinus- og cosinuskoeffisienter et antall 3x2x512=3072, som således er lavere. Man får således det overraskende resultat at algoritmen med enkel multiplikasjon blir raskere enn algoritmene med hurtig transformasjon i denne spesielle situasjon.

Den første grunnleggende hovedtanke ifølge den foreliggende oppfinnelse blir således at man i virkeligheten arbeider med de følgende uttrykk:

dvs. tilveiebringer produktene av stikkprøvene x(n) med koeffi-_.. 2fTnk . 2irnk , , «,,, sientene cos—— og sin—^— og danner summene av de oppnådde produkter.

Disse operasjoner ville kunne utføres ved hjelp av et program av instrukser med hensyn til multiplikasjoner (for å gi vedkommende produkter) og addisjoner (for å danne summen av de oppnådde produkter). Men stadig av hensyn til hurtigheten gir oppfinnelsen anvisning på en annen løsning, som består i å anvende en spesiell koblingsanordning vesentlig bestående av et multiplikatortrinn etterfulgt av et samletrinn. Interessen av en slik løsning ligger i å gjøre det mulig å benytte kretser som arbeider med koblingslogikk og er meget raskere enn program-merte kretser. Beregningstiden for disse kretser kan være av størrelsesorden 100 nanosekunder.

En ytterligere interesse som knytter seg til oppfinnelsen, er muligheten av å utnytte visse kretser som i dag er å få i handelen, og som er i stand til på en gang å utføre både multiplikasjoner og addisjoner og en.samleoperasjon i løpet av meget kort tid.

Når det gjelder de sinus- og cosinus-koeffisienter som behøves for beregningene, ville de kunne dekkes ved et program. Men ifølge oppfinnelsen foretrekkes det her å gjøre bruk av en krets, her et lager, hvor alle benyttede koeffisienter er oppbevart. Dette lager er av typen fast programmerbart lager (forkortet PROM for "Programmable Read Only Memory"). Det er inndelt i så mange blokker som der skal beregnes harmoniske komponenter, idet blokk med ordenstall k inneholder de koeffisienter med ordenstall k som behøves for beregningen av k1 te harmoniske.

Sluttelig kan adresseringen av de to lagre hvor henholdsvis stikkprøvene og koeffisientene er lagret, kunne skje ifølge instruksjoner stammende fra en styrende mikroprosessor. Denne løsning ville kreve omtrent 100 ys til forberedelse og ville ødelegge fordelen av å bruke et multiplikasjonsledd som arbeider med 100 ns. Ifølge oppfinnelsen skjer derimot utlesningen av de to lagre ved hjelp av en og samme teller, som meget raskt leverer de suksessive adresser for stikkprøvene og koeffisientene.

Således er hele utformingen av regnekoblingen ifølge oppfinnelsen bestemt ved ønsket om å oppnå stor beregnings-hurtighét, og det til tross for den tilsynelatende langsomhet av den bibeholdte beregningsprosedyre.

Nærmere bestemt går den foreliggende oppfinnelse således ut på en koblingsanordning til hurtig beregning av diskret fouriertransformasjon av et signal avgitt av et måleapparat, særlig av et apparat til ikke-destruktiv prøvning med foucault-strømmer, omfattende: - en analog-numerisk omformer med en inngang som mottar signalet som skal behandles, og en utgang som avgir numerske

stikkprøver,

- et lager av typen med direkte aksess, betegnet opptakslager, som har en datainngang forbundet med omfprmerens utgang, en

adresseringsinngang og en datautgang, og

- et system til beregning av diskret fouriertransformasjon med en inngang forbundet med utgangen fra opptakslageret, og en utgang som leverer den reelle og den imaginære andel av de harmoniske av signalet, og denne koblingsanordning erkarakterisert vedat systemet til beregning av diskret fouriertransformasjon omfatter:

- et fast lager av programmerbar type, betegnet koeffisientlager, med en adresseringsutgang og en datautgang og inndelt i like mange blokker som der skal beregnes harmoniske, idet k1 te blokk inneholder koeffisientene sin^^<n>^ og cos-^^, hvor N er antall stikkprøver inneholdt i opptakslageret og n

antar alle verdier fra 0 til N-l,

- en teller som har to utganger som formidler to sett av adresser, og hvorav den første utgang er forbundet med adresseringsinngangen til opptakslageret og den annen med adresseringsinngangen til koeffisientlageret, hvilke adresser svarer henholdsvis til opptakslagerets stikkprøver og til

koeffisientene hos en blokk i koeffisientlageret,

- en multiplikatorkrets som har to innganger, hvorav den ene er forbundet med utgangen fra opptakslageret og den annen med

utgangen fra koeffisientlageret, samt en utgang,

- en samlekrets som har en inngang forbundet med multiplika-sjonskoblingens utgang, og en utgang som formidler de søkte

reelle og imaginære deler,

- en sekvensbestemmende krets egnet til å overføre pulser til telleren og beordre utlesing av stikkprøvene i opptakslageret og samtidig utlesning av den første blokk av koeffisient-

2 Tm

lageret for koeffisientene cos—^— og derpå beordre fornyet utlesning av stikkprøvene i opptakslageret og samtidig utlesning av samme første blokk av koeffisientlageret for koeffisientene sin^jp,. samt ved hver utlesning av en stikk-prøve og en. koef f.isient å aktivere multiplikasjonstrinnene og derpå samletrinnene, samt å gjenta disse operasjoner med annen blokk av koeffisientlageret og så videre inntil den siste.

Under enhver omstendighet vil oppfinnelsens særtrekk fremgå bedre av den følgende beskrivelse av utførelseseksempler som anføres som illustrerende og på ingen måte som begrensende. I beskrivelsen vil der bli henvist til tegningen. Denne omfatter i tillegg til den allerede omtalte fig. 1 ennvidere: fig. 2, som er et oversiktsskjerna over beregningskoblingen ifølge,oppfinnelsen,

fig. 3, som er et generelt skjema for en utførelses-variant,

fig. 4, som viser en spesiell utførelsesform for en adresseringsteller og et koeffisientlager,

fig. 5, som viser en spesiell utførelsesform av et opptakslager, og

fig. 6, som viser en spesiell utførelsesform for regnekoblingen med tilhørende inngangs- og utgangskretser.

Oppfinnelsen lar seg anvende hver gang man ønsker å foreta en hurtig beregning av første harmoniske komponenter av et målesignal. Dog er det i tilfellet av ikke-destruktiv prøving med foucaultstrømmer at den finner sin foretrukne anvendelse som forklart tidligere, og det er grunnen til at den følgende beskrivelse refererer seg til dette eksempel.

Hovedskjemaet for en koblingsanordning ifølge oppfinnelsen er vist på fig. 2, hvor man gjenkjenner de elementer som allerede var vist på fig. 1, nemlig den analog-numeriske omformer 126 og opptakslageret 118. Videre viser fig. 2 mer spesielt utformingen av det system 14 0 som gjør det mulig å beregne de reelle av de imaginære komponenter av de første harmoniske ut fra de N stikkprøver som er lagret i opptakslageret 128.

I den viste form omfatter dette system 14 0 vesentlig et fast lager 152, en teller 132, et multiplikasjonstrinn 160, et samletrinn 170 og et sekvensbestemmende ledd.178. Disse forskjellige elementer vil bli beskrevet detaljert.

Det faste lager 152 er av typen PROM. Det har en adresseringsinngang 154 og en datautgang 156. Dette lager er inndelt i like mange blokker som der skal beregnes harmoniske (tre blokker i det valgte eksempel). k'te blokk inneholder

2 7m3c 2 imk koeffisientene sin N og cos-^—, hvor N er antall stikkprøver inneholdt i opptakslageret 128, og hvor n antar alle verdier fra 0 til N-l. I første blokk finner man således koeffisientene sin Ncos—iannen koeffisientene sin ^ og

'4irn .. ,...... 6iTn 6im

cos—^— og i tredje koeffisientene sin— og cos—.

Telleren 132 har to utganger som formidler hvert sitt sett av adresser; Første utgang 136 er forbundet med en adresseringsinngang 130 til opptakslageret 128, og annen utgang 137 med adresseringsinngangen 154 til koeffisientlageret 152. De adresser som leveres av telleren 132, bestemmer henholdsvis en stikkprøve i opptagslageret 128 og en koeffisient i en av blokkene hos koeffisientlageret 132. For N=512 behøves adresser med 9 binære elementer eller bits (2 9=512). For å velge ut en blokk blant tre behøves videre 2 adresseringsbits, og for valg av enten sinusserien eller cosinusserien behøves enda en adresseringsbit, altså alt i alt 9+2+1=12 bits for adresseringen av lageret 152.

Multiplikatortrinnet 160 har to innganger 161 og 162, den første forbundet med utgangen 131 fra opptakslageret 128, og den annen med utgangen 156 fra koeffisientlageret 152. Multiplikatortrinnet har likeledes en utgang 163.

Samlekretsen 170 har en inngang 171 forbundet med utgangen 163 fra multiplikatortrinnet 160, og en utgang 172 som formidler de reelle og imaginære andeler av de søkte harmoniske.

Den sekvensbestemmende krets 178 er tilkoblet en teller ved en forbindelse 180, med opptakslageret 128 ved en forbindelse 181, med koeffisientlageret 152 ved en forbindelse 182, med multiplikatortrinnet 160 v& b. en forbindelse 183 og med samletrinnet 170 via en forbindelse 184.

Det samlede viste system omfatter ennvidere en mikroprosessor 150 som er forbundet med alle de ovennevnte elementer (som for enkelhets skyld ikke er vist på fig. 3., men som vil fremgå av de følgende figurer).

Den sekvensbestemmende krets 178 adresserer tellepulser til telleren 132 via forbindelsen 180.. Via forbindelsen 181 beordrer den utlesning av opptakslageret 128 og samtidig utlesning av koeffisientene i lageret 152.

Utlesningen av stikkprøvene og koeffisientene i deres respektive lågere oppnås ved bruk av en teller 132 hvis innhold varierer fra 0 til 511 under styring fra pulsene som den mottar fra det sekvensbestemmende trinn.

Dette sekvensbestemmende trinn beordrer først utlesning av stikkprøvene som cosinusfunksjon. For hver puls.ankommer en stikkprøve og en cosinuskoeffisient samtidig på inngangene 161 og 162 til multiplikatortrinnet. Det sekvensbestemmende trinn beordrer da ved forbindelsen 183 multiplikatortrinnet 160 til å danne produktet av de to data. Videre gir det sekvensbestemmende trinn via forbindelsen 184 ordre til samletrinnet 170,

som tar i betraktning det partielle produkt som leveres av multiplikasjonstrinnet.

Ved den følgende puls som adresseres til telleren, stiller en ny stikkprøve seg ved inngangen til multiplikatortrinnet, og likeledes en ny cosinuskoeffisient. Multiplikasjons- og samlefunksjonene gjentar seg.

Etter 512 sykluser av denne art melder det sekvensbestemmende trinn til mikroprosessoren 150 at en fullstendig beregning har vært utført, og at der ved utgangen 172 fra samletreinnet 170 står parat den reelle andel av første harmoniske. Mikroprosessoren 150 leser da resultatet og beordrer det sekvensbestemmende ledd til å gå i gang med den følgende sekvens, som gjør det mulig å få den imaginære andel.

Til dette formål velger det sekvensbestemmende trinn med et passende signal formidlet av forbindelsen 182, rekken av sinuskoeffisienter, stadig i første blokk av koeffisientlageret. Etter 512 nye lese-, multiplikasjons- og samleoperasjoner leverer samletrinnet den imaginære andel av første harmoniske. Mikroprosessoren 150 leser ut dette resultat og gir det sekvensbestemmende trinn beskjed om å gå i gang med beregningsfasen for annen harmoniske.

Det blir da utlesning av annen blokk av koeffisientlageret 152 som beordres, og de to regnesekvenser gjentar seg.

Sluttelig adresseres tredje blokk av lageret 152, hvor-ved det blir mulig å få de reelle og imaginære andeler av tredje harmoniske.

I visse tilfeller er det ønskelig å beregne amplitude og fase av hver harmonisk. Heller enn å benytte mikroprosessoren 150 til hjelp for beregningsrutiner, noe som ville forlenge varigheten av beregningene, gir oppfinnelsen anvisning på å anvende en ekstra mikroprosessor som er betegnet med 190 på

fig. 2, og som i betraktning av den spesielle oppgave som påhviler den, kan ha kabelføring og derfor være meget rask.

Det dreier seg om en såkalt "matematisk" mikroprosessor egnet

2 2

til å utføre operasjonene kvadrering (for å gi R og I ), addisjon (for å danne R 2 +1 2), uttrekning av kvadratrot (for å gi harmonisk-modul), kvotientberegning (I dividert med R) og beregning av arcustangens til den oppnådde kvotient (for å oppnå argumentet til vedkommende harmoniske).

Kjennskapet til de tre harmoniske når det gjelder amplitude og fase gjør det mulig, takket være passende algoritmer, å oppnå de tidligere omtalte kombinasjoner som gir uttrykk for kvaliteten av det undersøkte stykke.

Selvsagt vil de anordninger som sitter foran utgangen 172 fra samleren, avhenge av den påtenkte anvendelse og kunne være forskjellige fra dem som nettopp ble beskrevet.

I praksis er det mulig å sammenfatte multiplikator-kretsen 160 og samleren 170 i en felles integrert krets, an-tydet symbolsk ved blokken 2 00. Slike kretser forekommer i handelen. F.eks. kan det dreie seg om TDC1010J, som markeds-føres av det amerikanske selskap TRW. Et av de interessante trekk ved oppfinnelsen består nettopp i å gjøre det mulig å anvende slike kretser med avanserte funksjoner, særlig når det gjelder beregningshastighet.

Den sentrale mikroprosessor 150 står i forbindelse med opptakslageret 128, koeffisientlageret 152, multiplikatortrinnet 160 og samletrinnet 170 for at det skal bli mulig å anvende disse komponenter for andre oppgaver enn dem som be-høves for den ovenfor beskrevne harmoniske analyse. Disse forbindelser fremgår videre av fig. 3, hvor der ses grupper av forbindelser eller, såkalte busser med de nødvendige grense-snitt.

På denne figur-er vist: en grensesnittkrets 210. som tillater mikroprosessoren å innskrive og lese i opptakslageret 128, en grensesnittkrets 212 som tillater mikroprosessoren å lese ut resultatet av beregningene i kretsen 200, en annen grensesnittkrets 213 som gir aksess til koeffisientlageret 152, en grensesnittkrets 214 som gir aksess til telleren 132, en låsekrets 216 (på engelsk "latch circuit", som er i stand til å slippe det signal som tilføres den, igjennom eller å lagre det), toveisvirkende bufferkretser 218 og 220 som er anordnet ved utgangen fra lageret 128 og ved inngangen til kretsen 200, en enveisvirkende bufferkrets 222 som er anordnet på databussen fra omformeren 126 og muliggjør innskrivning av data i lageret 128, en enveisvirkende bufferkrets 224 som er anordnet på bussen og gir mikroprosessoren aksess til beregningskretsen 200, samt sluttelig en grensesnittkrets 226 som tillater mikroprosessoren å innføre kommandoord og data i kretsen 200.

Interessen av å tillate mikroprosessoren å lese i lagrene ligger i. at det blir mulig å velge i disse et sett av koeffisienter eller stikkprøver blant flere. Spesielt er det mulig å oppbevare et veiet sett av koeffisienter eller stikk-prøver hvor veiningen er valgt for å kompensere virkningene av begrensningen på målesignalet (begrensning til N stikkprøver), en gunstig begrensning som forøvrig kunne oppfylle visse kjente kriterier (Hamming-funksjon etc). Mikroprosessoren bestemmer da hvilket sett egner seg best for det problem som skal løses.

Videre gjør aksessen til telleren 132 det mulig å lade

denne med et valgt startinnhold.

Fig. 4-6 anskueliggjør mer konkret spesielle utførelses-former for koblingsanordningen ifølge oppfinnelsen i det føl-gende spesielle tilfelle: beregningene skjer med 512 stikk-prøver; multiplikasjons-samlekretsen 200 arbeider.med antall av 16 binære elementer (eller bits); resultatet avgis med 35 bits; opptakslageret arbeider med ord på 12 bits og koeffisientlageret med ord på 15 bits (strengt tatt ville man kunne benytte ord på 16 bits siden kretsen 200 godtar dem, men der ville da være fare for overskridelse i samletrinnet). Fig. 4. viser for det første grensesnittkretsen 214 (f.eks. av. type 8255), etterfulgt av telleren 132, som dannes av tre deltellere med 4 utganger (f.eks. av type 74 LS 191), altså i alt 3x4=12 forbindelser for noterte adresser IAQ., IAl, , IAll. Disse 12 forbindelser fører dels direkte mot koeffisientlageret 152 og dels - når det gjelder de 9 forbindelser IA3 - IAll - mot opptakslageret via låsekretsen ("latch"). 216 (som f.eks. utgjøres av en krets 74 LS 373 for de åtte siste forbindelser IA4 - IAll samt en krets 74 LS 75.for forbindelsen IA3). De 9 adresseringsutganger som er bestemt for opptakslageret har betegnelsene BO, BL, ..... B8. Koeffi sientlageret 152 kan sette seg sammen av to lagerkretser (f.eks. av type 2732) som hver adresseres av de 12 forbindelser IAO - IAll. De 12 adressebits fordeler seg på to bits som definerer en av de tre koeffisientblokker, 1 bit som definerer cosinus- eller sinussekvensen i den valgte blokk, og 9 bits som definerer en blant 512 koeffisienter i den valgte sekvens. Lageret leverer ord på 2x8=16 bits, hvorav bare 15 benyttes. Utgangsforbindelsene er betegnet PO - P15. Fig. 5 anskueliggjør utstyret omkring opptakslageret 128 i en utførelse som benytter tre minnekretser (f.eks. av type 2114) hver med 4 utganger. Dette lager adresseres via de 9 innganger BO, Bl, ...., B8. De 3x4=12 innganger/utganger er forbundet med en bufferkrets 218 dannet av toveisvirkende kretser (en av type 8286 med 4 innganger/utganger og en av type 81LS95 med 8 innganger/utganger). Utleveringen av de utleste stikkprøver skjer via de 12 utganger IDO, IDI, , ID11. Fig. 6 viser beregningskoblingen 200 med dens innganger og utganger. Denne koblingsanordning, som utgjør systemets hovedenhet, utgjøres f.eks. av en kobling TDC 1010J fra TRW. Denne har 64 aksesstilslutninger nummerert 1-64. Tilslutningene 1 - 7 og 56 - 64 virker enten som innganger, i så fall idet de mottar koeffisientene via forbindelsene PO, , P15, eller som utganger, i så fall idet de leverer bitene av det sterkt vektbelastede resultat til den med mikroprosessoren for bundne grensesnittkrets 213. Tilslutningene 8 - 15 og 17 - 24 virker likeledes som innganger eller utganger. Som innganger mottar.de stikkprøvene via forbindelsene IDO, ...., IDll gjennom bufferkretsen 220 (som kan utgjøres av to kretser av type 81 LS 95).. Som utganger leverer de bitene av det svakt..vektbelastede resultat gjennom bufferen 224 og så gjennom grense-snittet 212 til mikroprosessoren. De øvrige tilslutninger (til høyre) tillater mikroprosessoren å få aksess til komponentene av koblingen 20Q. Alle grensesnittkretsene kan være.av type 8255.

Det sekvensbestemmende trinn er ikke vist, for det dreier seg. her om en kjent krets. Den omfatter en høystabil (quarts-) oscillator etterfulgt av divisjonstrinn som gjør det mulig å frembringe pulser med diverse frekvenser. Oscillatoren kan være en krets av type 74 LS 124 og divisjonsleddene kretser av type 74 LS 123.

Når det gjelder den analog-numeriske omformer, så arbeider den likeledes med 512 stikkprøver pr. periode på 12 bits. For en arbeidsfrekvens mellom 3 og 3000 Hz kan denne omformer gi opphav til problemer øverst i frekvensomådet, for den må da omforme 3000x512 stikkprøver pr. sekund. Det er mulig å løse denne vanskelighet ved å ta ut stikkprøvene i løpet av flere enn en enkelt periode, noe som er mulig fordi signalet er periodisk. Antall perioder som tjener til om-formning, kan programmeres og bestemmes av mikroprosessoren.

Den numeriske karakter av den beskrevne anordning, dens hurtighet og dens informative evne gir prøveapparatet som gjør bruk av den, stor smidighet med hensyn til anvendelsen. Der byr seg et vidt spektrum av muligheter: - det er mulig for hvert undersøkt stykke å vise de reelle og imaginære komponenter av en harmonisk ved et punkt med ko-ordinatene R og I i et impedansdiagram og å samle punktene for de forskjellige prøvede stykker; det blir dermed mulig å få tilkjennegitt en tendens med hensyn til kvaliteten av de

undersøkte objekter hele tiden under en produksjon,

en behandling via visende skjerm kan lettvint oppnås med

forskyvning, undertrykkelse, tilbakehenting av punkter osv.,

- når den eller de harmoniske behandles via amplitude og fase, er det mulig å registrere disse to størrelser numerisk eller

å vise dem grafisk,

- når der gjøres bruk av en spesielt utvalgt logaritme, kan resultatet vises og lokaliseres innen et toleranseområde, - hvert fremvist resultat kan tilknyttes et nummer som gjør det mulig å identifisere stykkene, - mikroprosessoren bistår operatøren i hans arbeide Ved å fast-holde grenser som ikke må overskrides, ved sikkerhetskon-troller .osv., - et trykkeapparat kan tilkobles apparatet for å utgi en pro-duksjons journal hvor de forskjellige statistikker, utvik-linger, tendenser osv. blir å finne, - sluttelig kan apparatet.kobles til eksterne lagre, f.eks. disketter for registrering av de oppnådde resultater, noe som

gjør det mulig å opprette en uttømmende protokoll over prøvene.

Claims (4)

1. Koblingsanordning til hurtig beregning av diskret fourier-transformas jon av et signal levert av et måleapparat, særlig av et apparat til ikke-destruktiv prøvning med foucaultstrømmer, omfattende: - en analog-numerisk omformer (12 6) med en inngang som mottar signalet som skal behandles, og en utgang som leverer numeriske stikkprøver, - et variabelt lager (128) av typen med direkte aksess, betegnet opptakslager, med en inngang for data (12 9) forbundet med om-formerens (126) utgang, en adresseringsinngang (130) og en datautgang (131), - et system (140) til å beregne diskret fouriertransformasjon, forsynt med en inngang som er forbundet med opptakslagerets (128) utgang,, og en utgang som leverer den reelle og imaginære andel av de harmoniske av signalet, karakterisert ved at dette beregningssystem (140) for diskret fouriertransformasjon omfatter: - et fast lager (152) av programmerbar type, betegnet koeffisientlager, som er forsynt med en adresseringsinngang (154) og en datautgang (156) , og som er inndelt i like mange blokker som der skal beregnes harmoniske, idet k'te blokk inneholder sin2™^ - og cos2^nk -koeffisientene, hvor N er antall stikkprøver inneholdt i opptakslageret, og n antar, alle verdier fra 0 til N-l, - en teller (132) med to utganger.som formidler to sett av adresser, og hvorav første utgang (136) er forbundet med adresseringsinngangen (130) til opptakslageret (128) og den annen (137) . med adresseringsinngangen (154 til koeffisientlageret (152), og hvor disse adresser svarer henholdsvis til stikkprøvene i opptakslageret og til koeffisientene hos en blokk av koeffisientlageret, - en multiplikatorkrets (160) med to innganger (161, 162), hvorav den ene (161) er forbundet med utgangen (131) fra opptakslageret (128) og den annen (162) med utgangen (156) fra koeffisientlageret (152), samt en utgang (163), - en samlekrets (170) som har en inngang (171) forbundet med multiplikatorens (160) utgang (163), og en utgang (172) som formidler de søkte reelle og imaginære andeler, - en sekvensbestemmende krets (178) egnet til å overføre pulser til telleren (132), å beordre utlesning av stikkprøvene i opptakslageret (128)' og samtidig utlesning av cos-^ -koeffisientene fra første blokk av koeffisientlageret (152) og derpå på ny å beordre utlesning av stikkprøvene i opptaks-2 Tm lageret og samtidig utlesning av sin—^— -koeffisientene i samme blokk av koeffisientlageret samt for hver lesning av en stikkprøve og en koeffisient å påvirke multiplikatoren og derpå samleren, samt å gjenta disse operasjoner med annen blokk av koeffisientlageret osv. frem til den siste blokk.

2. Koblingsanordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at den dessuten i tilknytning til samlerens (170) utgang omfatter en mikroprosessor (190) til matematisk beregning, egnet til å utføre de følgende operasjoner: - kvadrering av de reelle og de imaginære andeler som den mottar fra samleren, - addisjon av de oppnådde kvadrater, - uttrekning av kvadratroten av den oppnådde sum, - beregning av kvotienten mellom imaginær og reell andel, - beregning av arcustangens til den oppnådde kvotient.

3. Koblingsanordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at den omfatter en mikroprosessor (150) som har aksess til lagrene, til telleren, til multiplikatoren, til samleren og til det sekvensbestemmende trinn.

4. Koblingsanordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at multiplikatoren og samleren utgjøres av en og samme integrerte krets (200).