SE413115B - Sett och instrument for bestemning och registrering av frekvensfordelningen av par av overskridanden av intervallgrenser som funktion av maximi-och minimi verden i en elektrisk signal, vars amplitud varierar med ... - Google Patents

Description

7404809-1 antalet gånger, som flygplanets normala acceleration överskrider vart och ett av ett antal på förhand bestämda tröskelvärden. Infor- mationen från detta instrument tillåter icke någon noggrann uppskatt- ning av utmattningen. Även mera komplicerade instrument har använts, som kontinuerligt inregistrerar rörelse och läge för flygplan i alla frihetsgrader, samt några andra relevanta upplysningar. Denna infor- mation används sedan i en matematisk modell för strukturen för att- framräkna pâkänningarna i vilken del som helst. Denna metod erford- rar en flygburen inregistreringsapparat, som inregistrerar på magnet- band, ett stort antal givare samt en omfattande markstation med data- behandlingsmöjligheter. Precisionen i den slutliga utmattningsberäk- ningen beror på giltigheten av den komplicerade matematiska modell, som behövs för att bestämma pâkänningarna.

Ett idealt övervakningsinstrument för beräkning av graden av utmattning borde i första hand arbeta med givare, som ger en direkt angivelse av påkänningarna, som t.ex. trådtöjningsgivare. För det andra bör signalerna från dessa givare behandlas för att därifrån få ut alla upplysningar, som är relevanta för utmattningen och lagra blott dessa data. Det första av dessa krav kan uppfyllas med hjälp av känd teknik. Den beskrivna uppfinningen innebär ett sätt att till- fredsställa det andra kravet.

Det innebär en god approximation att antaga, att utmattnings- skador ej beror på ändringshastigheten för påkänningar. Detta låter antyda, att i en följd av belastningar blott maximi- och minimivärde- na i belastningshistorien är av vikt. En jämförelse med fallet med belastningscykler med konstant amplitud leder till att dessa maxima och minima bör paras för att ge cykler på sådant sätt, att varje cy- kel ger samma skada som en cykel med samma amplitud och medelvärde ger vid provning med konstant amplitud. Resultaten av utmattningsprov, som utförts med cyklisk.he1astning med konstant amplitud kan därefter användas, med hjälp av en lämplig teori för utmattning, för att be- räkna den utmattningsskada, som alstrats under ett godtyckligt belast- ningsförlopp. j ,Det finns många möjliga sätt att para maxima och minima för att få fram utmattningscykler. Följande sätt uppfyller de fordringar, som ges av teorin för utmattning: a) Haximivärde mot minimivärde.

De största maximi paras med de lägsta minima för att bilda en cykel, de näst största maximi paras med de näst lägs- 7404809-1 ta minima för att bilda nästa cykel osv. bl Nivågränscykler. Överföring av ett tidigare förlopp till nivågränspar kan betraktas som en löpande utjämningsprocess, där den minsta störningen först uppletas, värdena för de två vändpunkterna därefter noteras för att definiera det första nivågränspa- ret, varefter störningen utbytes mot en jämn kurva. Denna procedur upprepas därpå, tills alla vändpunkter inräknats. c) Nivåintervallräkning mellan på varandra följande maxima och minima. Två lika nivåintervall, som genomgàs åt motsatta håll, avparas för att bilda en cykel.

När flera olika typer av tidigare belastningshistorier skall överföras till ekvivalenta cykler av konstant amplitud genom någon av de tre ovannämnda metoderna, år det tydligt, att metoden med ni- vàgränscykler är den enda, där varken stora eller små belastningar förblir oräknade eller stora ändringar räknas för ofta. Från teoretisk synpunkt är denna metod alltså bäst, och i den mån utmattningscykler är ett giltigt begrepp, synes den vara den lämpligaste och allmännas- te definitionen. Emellertid har denna metod använts föga i praktiken, delvis på grund av avsaknad av en praktisk metod för att detektera och registrera nivâgränspar. Den mest direkta metoden för att få fram u nivågränspar genom den ovan angivna utjämningsmetoden erfordrar en inregistrering av värdet för varje maximi- och minimivärde, samt den ordning, i vilken dessa extremvärden uppträder. Den erfordrade mäng- den data är så stor, att inregistering på magnetband eller med hjälp av System med motsvarande minneskapacitet erfordras. Uppgiften att behandla dessa data är sådan, att en mindre dator eller motsvarande erfordras. En sådan lösning är i allmänhet alltför besvärlig vid flyg- planstillämpningar, där utrymme, vikt och tillförlitlighet är vikti- ga faktorer, så att magnetbandssystem verkar ofördelaktiga, inte minst därigenom, att de bryter mot principen, att blott väsentliga data skall inregistreras.

Ehuru diskussionen ovan isynnerhet hänför sig till problemet med beräkning av utmattningsskador, är det klart, att metoden med ni- vågränscykler är ett giltigt sätt att beskriva varje icke-determinis- tisk process. ' Det framgår alltså, att ändamålet med uppfinningen är att an- ge ett enkelt och praktiskt instrument, som använder en förbättrad -7404809-1 metod för att registrera frekvensfördelningen för nivägränspar i en kontinuerlig process.

Enligt uppfinningen tillfredsställes detta och andra ändamål, som framgår av den fortsatta beskrivningen, genom ett sätt i enlig- het med kännetecknen i patentkrav 1. För uppfinningens realiserande utnyttjas företrädesvis ett instrument i enlighet med patentkrav 7.

Det är därvid lämpligt om ett första avkänningsmedel instäl- ler ett indikatortillstånd, och ett andra avkänningsmedel borttar detta, samtidigt som registrering sker. Närmare bestämt finns därvid en räknare för övervakning av utmattning i strukturer, inklusive me- del för avkänning av en signal från en givare, vilken signal avges, när en första belastningsnivå passeras under belastningens stigan- de, medel för avkännande av en signal från den nämnda eller någon annan givare, vilken signal representerar ett passerande genom en andra belastningsnivâ under minskning, varvid de tvâ nämnda belast- ningsnivåerna definierar en belastningsskillnad, samt slutligen me- del för pâverkande av en räknare eller någon annan registrerande an- ordning som svar på avkännandet av de båda signalerna. Det kan mär- kas, att medan belastningar definieras, andra parametrar kan utbyta o dessa.

Som kommer att framgå av följande beskrivning, medför ovan- nämnda avkänning av signaler registrering blott av överskridande av nivågränspar under den belastningshistoria, som avkännes av givarna.

Med andra ord kan ovannämnda aspekt av uppfinningen betrak- tas-som ett sätt att ordna medel för avkänning av uppträdandet av ni- vâpar i form av sådana nivåpar, vilkas område täcker ett eller flera. av ett antal i förväg inställda områden samt räknande av antalet sådana uppträdanden för att i praktiken ange den sammanslagflä fördel- ningen av nivåpar i den tvådimensionella rymden, som definieras av område och medelvärde. Sådana nivåpar kommer hädanefter att omtalas som nivåparsöverskridanden.

Avkännandet av niväpar utföres lämpligen som en tvâstegspro- cess, varvid början av ett nivåparsöverskridande inställer ett indi- katortillstånd eller en bistabil vippa, samt fullbordandet av nivå- parsöverskridandet nollställer detta tillstånd eller denna vippa.

Påbörjande och avslutning av nivâparsöverskridandet bestämes genom avkänning av passerandet av två nivåer. En övergång i stigande av den högre nivån får ange påbörjande av ett nivåparsöverskridande, .J s 7404809-1 och ett nedåtgående passerande av den undre nivån får ange avslut- ning av nivåparsöverskridandet. Som emellertid kommer att framgå av det följande, finns ett antal ekvivalenta par av nivåpasseranden, som kan användas. Räknare eller andra registreringsanordningar fin- nes, som registrerar varje övergång av indikatortillstånd från in- ställning till nollställning.

Som kommer att framgå av den fortsatta beskrivningen, får ovannämnda avkänning av nivåpasseringar den effekten, att de regist- -rerar endast nivåparsöverskridanden, samtidigt som alla sådana under registrerad tid inregistreras.

Uppfinningen kommer nu att beskrivas både förenklat i prin- cip och i form av föredragna utföringsexempel i anslutning till rit- ningarna, varvid det sålunda förklaringsvis och i exempelform utlag- da givetvis ej skall tolkas såsom inskränkande för uppfinningens skyddsomfång. _ Fig. 1 - 4 utgör grafer av förenklade funktioner, som visar belastningars variation med tiden och används för förklaring av de i sättet och apparaturen använda metoderna.

I Fig. 5 är ett blockschema för en särskilt lämplig form av räk- nare enligt uppfinningenß ' Fig.6 visar en lämplig matrisform för indikatortillstånd för räknaren i fig. 5.

Fig. 7 är ett mera detaljerat blockschema för räknaren i fig. s. _' Fig. 8 är ett flödesschema, som förklarar den process, som utföres av räknaren.

Fig. 9 är ett blockschema för en alternativ form av räknare.

Fig. 10 är ett blockschema över tidgivningsgeneratorn i fig. 9.

Fig. ll är ett blockschema över sektionerna för nivâdetektion och kanaluppdelning i fig. 9.

Fig. 12 är ett blockschema över logiken i fig. 9 för framräk- ning av nivâparsöverskridanden. .

Fig. 13 är ett flödesschema för den process, som utföres av räknaren i fig. 9.

Fig. 14, slutligen, är en grafisk framställning av hur proces- sen utföres på ett förenklat förlopp.

Som ovan angivits består de värdefullaste utgångsdata för en beräkning av utmattningsskador av frekvensfördelningen av nivågräns- par för belastning. Som ovan beskrivits, definieras ett nivåtl , 74048994 gränspar som ett par vändpunkter och beskrives av variabelns värde vid dessa två vändpunkter. Ett nivågränspar, som erhållits genom avparning av vändpunkter med värdena a och b betecknas nedan som R.P. (a,b). För att R.P. (a,b) skall inträffa, måste variabeln först passera nivån b i riktning mot nivån a, ha en vändpunkt vid a, följd av en vändpunkt vid b, samt slutligen passera nivån a. Inträffandet av alla dessa fyra händelser är nödvändigt och tillräckligt för upp- trädandet av ett nivågränspar. Ett system för detektion av uppträdan- det av nivågränspar måste sålunda tillförsäkra, att alla fyra händel- serna har inträffat, innan ett nivågränspar registreras. Fig. l visar tre olika förlopp, med nivågränsparet R-P. (a,b): A, där a)-b, B, där a< b, samt C, där nivågränsparet har överlagrade, mindre nivågränspar.

En registrering för värdena för alla nivågränspar, som uppträtt under ett tidsförlopp med påkänningan ger tillräcklig information för beräkning med precision av utmattningsskador. Eftersom emellertid normalt ett mycket stort antal sådana händelser skulle få uppträda, innan någon väsentlig skada uppkommer, föredrar man en approximation av histogramtyp av den kontinuerliga frekvensdistributionen för nivå- gränsparen, eftersom både räknearbetet och det erforderliga minnesut- rymmet reduceras till ett mera praktiskt omfång utan väsentlig precisionsförlust i beräkningens resultat. Överföringen .till histo- gramform kan lämpligen utföras vid själva detektionen av nivågränsparen genom att grovt kvantisera ingångssignalerna genom uppdelning av nivå- omfånget i ett antal band, skilda åt av ett antal nivåer. Ett nivå- gränspar med vändpunkter vid värdena b, c U>)c) registreras då som R.P. (ai, aj), där ai antal nivåer, som erfordras för att få en någorlunda noggrann approxi- mation av nivågränsparens fördelning någonstans mellan 6 och 12.

Frekvensfördelningen för nivågränsparen är likaledes väl definie- rad av antalet nivåparsöverskridanden. Ett nivåparsöverskridande för nivåerna a, b inträffar närhelst ett nivågränspar inträffar med vänd- punkter, som ligger utanför intervallet (a,b). Ett sådant nivåpars- överskridande betecknas R.P.E. (a,b). Sålunda alstrar R.P. (c,d) ett nivåparsöverskridande R.P,E. (a,b), om intervallet (a,b) i sin helhet befinner sig inom intervallet (c,d).

För att R.P.E. (a,b) skall uppträda, måste signalen korsa båda nivåerna a och b tre gånger, som visas i fig. 3. Emellertid är den ena i paret a? och al, samt den ena av paret bl, och bT överflödiga, eftersom den ena av uppsättningarna av fyra nivåpassager, som är över J efter borttagande av en i varje par med nödvändighet implicerar uppträdandet av de borttagna nivåpassagerna; Vilken som helst av tänkbara uppsättningar av fyra nivåpassager kvarstående efter bort- tagandet kan sålunda användas för att ange uppträdandet av en R.P.E. (a,b). Fig. 3 visar ett nivåparsöverskridande bestående av ett maximum, följt av ett minimum. Motsvarande resonemang kan till- lämpas på ett nivåparsöverskridande bestående av ett minimum följt av ett maximum.

Detektionen av nivåparsöverskridanden kan förenklas, om det antages, att i begynnelsen processen börjar vid det lägsta möjliga värdet samt slutligen fortsätter till det största möjliga värdet.

Alternativt kan det motsatta antagandet göras. Vart och ett av dessa antaganden implicerar, att två av de fyra nivåöverskridanden, som erfordras för ett nivåparsöverskridande,alltid måste uppträda, så att det blott är nödvändigt att detektera de återstående två nivåöver- skridandena. Denna situation illustreras i fig. 3, där det antages, att signalen börjar på den lägsta nivån och fortsätter till det högsta möjliga värdet. I fig. 3(a) alstras nivåpasserandena 1, 2, 3, 4 av R.P. (c,d), men överskridandena 1 och 4 impliceras av de antagna begynnelse- och sluttillstånden. I fig. 3(b) alstras nivåpassagerna 3, 4, 5 och 6 av R.P. (c,d), men R.P. (e,f) alstrar också nivåpassa- gerna 3 och 4, så att nivåpassagerna 5 och 6 är tillräckliga för att detektera R.P. E. (a,b), som alstras av R.P. (c,d). Det är sålunda tydligt, att för att detektera alla R.P.E. (a,b) är det tillräckligt att detektera uppträdandet av en uppåtgående passage av nivån a, följd av en nedåtgående passage genom nivån b. Passeranden av nivån a, följande en tidigare passage av nivån a utan mellankommande korsning av b måste bortses ifrån, och passage: av nivån b följande på en tidigare passage av nivån b utan mellankommande passage av nivån a måste likaså bli obeaktade. Det framgår av det ovanstående, att alla R.P.E. (a,b) med denna procedur kommer att detekteras oavsett i vilken ordning maxima och minima uppträder i ett nivågränspar.

I ovanstående exempel har ett bestämt par av nivåpassager an- vänts för att detektera nivåparsöverskridanden. Ett motsvarande resonemang kan emellertid tillämpas för vilket som helst av de fyra möjliga paren av nivåpassager, som visas i fig. 4. Ett motsvarande resonemang kan också användas, om det antages, att variabeln börjar på det högsta värdet och slutligen går till det lägsta möjliga värdet.

I praktiken ger antagandena rörande begynnelse- och slutvärden icke några svårigheter. Antagandet om slutvärdet är alltid giltigt, 7404809-1 ¿ _7uo4ao9-1 eftersom i alla sannolikhetsprocesser sannolikheten för att variabeln skall uppnå ett av extremvärdena vid någon tidpunkt i framtiden all- tid är ett. Antagandet för begynnelsevärdet är fullständigt realistiskt för strukturer, som utsättes för belastningar i blott en riktning, men detta gäller i mindre grad för belastningar, som kan gå åt båda hållen. Emellertid är effekten försumbar i den långa följd av belastningar, som erfordras för att alstra någon väsentlig utmattningsskada. Om det är nödvändigt, kan korrektioner utföras, om det verkliga begynnelsetillståndet är känt.

Ovanstående beskrivning ger vid handen en enkel metod för räkning av nivåparsöverskridanden. Dennåvisas i blockschemaform i fig. 5 för R.P.E. (a,b), a)b. Två detektorkretsar 1 och 2 för nivå- passage används för att detektera uppåtgående passage av nivån a (krets 1) och nedåtgående passage av nivå b (krets 2). En uppåt- gående passage av nivå a inställer en vippa 3 till ett 1-tillstånd, och nästa nedåtgående passage av nivån b återställer vippan 3 till ett 0-tillstånd. Av det ovanstående framgår, att varje övergång från l-tillstånd till O-tillstånd anger uppträdandet av ett nivåpars- överskridande R-P.E. (a,b). Varje sådan övergång ökar med en enhet det tal, som lagras i en räknare 4, som sålunda vid varje tidpunkt innehåller det totala antalet nivåparsöverskridanden R-P.E. (a,b), som har uppträtt intill denna tidpunkt.

Om det möjliga omfånget för ingångssignalen delas i n+1 band av n nivåer, finns det ett totalantal om nz klasser av nivågränspar.

Om ordningen för uppträdandet av maximum och minimum är ovidkommande, som är fallet vid övervakning av utmattning, minskas detta antal till n(n+1)/2, vilket erfordrar en uppsättning om n(n+1)/2 vippor.

Motsvarande indikatortillstånd kan lämpligen arrangeras i en triangu- lär matris, med tillståndet för R-P.E. (ai, ajg, utgörande elementet (i,j) i matrisen. Vid en uppåtgående nivåpassage av nivån ai in- ställes alla tillstånden i rad i till ett l-tillstånd, och vid en nedåtgående passage av nivån aj inställes alla indikatortillstånd i spalten j till O-tillstånd. En indikatortillståndsmatris för ett system med fem nivåer visas i fig. 6. Ovanstående diskussion om- fattar fallet med nivåparsöverskridanden av formen R.P.E. (ai, ai), vilkas vändpunkter blott behöver ligga i intill varandra liggande band, och vilka detekteras genom nivåpassager för samma nivå i mot- satta riktningar. Eftersom i gränsfallet ett nivåparsöverskridande R.P.E. (ai, ai) kan alstras av ett nivågränspar mellan nivåer på J '74048Û9'1 É nollavstånd, beskrives sådana nivåparsöverskridanden som degenererade, och nivågränspar, vilkas vändpunkter ligger i intilliggande band, be- tecknas som degenererade nivågränspar. Antalet sådana skulle i praktiken bli mycket stort, och många av dessa skulle då ha sin orsak i små vibrationer eller små fluktuationer, som icke orsakar någon nämnvärd utmattningsskada. Det registrerade antalet kan vidare tänkas ökas av räkning på grund av elektriskt brus eller drift i avkännings- anordningarna. Följaktligen är det inte i normala fall nödvändigt att räkna degenererade nívåparsöverskridanden. Detta reducerar då antalet klasser av nivågränspar till n(n-1)/2, och detta är ekvivalent med ett borttagande av diagonalelementen från matrisen för indikator- tillstånden.

Den enklaste formen av en räknare för nivåparsöverskridanden kan tänkas bestå av en uppsättning av detektorer för nivåöverskridan- den, en matris för indikatortillstånd samt en uppsättning räknare, varvid en fullständig uppsättning finnes för varje belastning eller annan signal, som önskas övervakád. Ett brett område av olika tekniska metoder finnes för utförande av var och en av ovannämnda funktioner, från rent mekaniska via elektromekaniska och till rent elektroniska, medan upplagringsfunktionen till och med kan utföras medelst en elektrokemisk cell. Emellertid gör det ingående antalet räknare denna direkta metod utrymmeskrävande och dyr. Ett system med 8 nivåer, som registrerar signaler från 8 olika givare erfordrar 224 räknare, och ett system med 12 nivåer och 12 givare erfordrar 792 räknare, var och en med en minneskapacitet om åtminstone fyra dekader. Så stora räknarantal är alltför stora för manuell avläsning och gör det absolut nödvändigt att använda elektroniska eller magnetiska upplag- ringssystem, utom för mycket små räknarapparater. En annan bevekelse- grund, som påverkar valet av upplagringsmedium, är kravet att upp- lagrade data skall finnas kvar, när yttre elektriska kraftkällor av- kopplas från instrumentet, antingen med avsikt eller av olyckshändelse.

Detta leder till magnetisk upplagring, t.ex. i form av ett magnetiskt kärnminne, eller användning av inbyggda batterier.

En praktisk lösning för räknar- och minnesfordringarna är ett centralt minne för upplagring av räknesignaler samt ett enda räknar- register, till vilket vad som räknats för varje klass av nivåpars- överskridanden kan utläsas från minnet, vederbörligen ökat och åter- sänt till minnet efter behov. Om mer än ett nivåparsöverskridande fullbordas i samma ögonblick, måste räkningen av båda ske i följd.

J '7404809-1- 10 Ett ytterligare krav är att instrumentet automatiskt måste uppfylla antagandet, att ingångssignalen startar på det utvalda extremvärdet. Intervall mellan övervakningsperioder kompenseras på bästa sätt genom att fordra, att instrumentet räknar nivågränspar som om ingångssignalen hade fortsatt monotont från dess värde vid avslagstiden till värdet vid den tidpunkt, då räkning börjar på nytt.

För att begränsa storleken av detektorsektionen för nivåpasse- ring är det praktiskt att använda en gemensam uppsättning nivåer för varje signalingång, så att en gemensam uppsättning nivådetektorer kan användas för alla ingångar. Om det är nödvändigt, kan förskjut- ningar i skala och nollpunkt införas via konstruktionen av förstärkare eller andra signalbehandlingsmedel, som normalt erfordras mellan givaren och räknarens ingång.

Ett särskilt lämpligt utföringsexempel för en räknare baserad på ovanstående resonemang visas i blockschema i fig. 7. Instrumentet innehåller: (i) Ett magnetiskt kärnminne, i vilket all information upp- lagras, inklusive räknarnas inställning, alla elementen i matrisen för indikatortillstånden samt all information erforderlig för detek- tion av nivåpassager och lutningen vid dessa. Minnet är på lämpligt sätt skyddat mot förlust av data vid bortfall av elektrisk kraft. (ii) Ett antal minnen samt tillhörande logiska kretsar, i vilka operationerna för detektering av nivåpassager samt deras lutning, inställning av indikatortillstånd samt stegning av räknarna utföres.

Dessa minnen kommunicerar direkt med det centrala kärnminnet. (iii) En styrenhet, som styr operationsföljden för de olika operationerna och överföringen av information mellan minnena och det centrala kärnminnet. (iv) En kanalfördelana som låter nivågränspar räknas på flera kanaler. Uppdelning i tidskanaler har använts, så att datakanaler undersöks i bestämd följd för att söka uppträdandet av nivåparsöver- skridanden. Alla nya nivåparsöverskridanden i en bestämd kanal detek- teras och adderas till vad som tidigare räknats i denna kanal, innan kanaldelaren stegar till nästa kanal. Samplingshastigheten måste alldeles tydligt vara mycket större än maximifrekvensen i ingångs- signalen. Emellertid kan samplingsfrekvenser av storleksordningen i en kilohertz lätt uppnås, varför denna begränsning icke ger någon svårighet. (v) En uppsättning spänningskomparatorer, som fungerar som o J ll ß vuoueosq š _,__ ___._2 nivådetektorer genom att bestämma läget av den av kanalväljaren utvalda variabeln i förhållande till en uppsättning fasta nivåer. Nivåöver- skridanden detekteras genom jämförelse av rådande läge med läget vid föregående samplingstillfälle. (vi) En utläsningsanordning, med vilken de upplagrade nivåpars- överskridandena kan uttas efter behag. De data, som upplagrats i det centrala minnet, återföres efter utläsning för att minska effekten av förlust av de utlästa data. Data utläses normalt till en liten, portabel bandspelare för senare inmatning till en dator. Alternativt kan data uttryckas på en liten uttryckningsmaskin.

Ett flödesdiagram för nivågränsparsräknaren visas i fig. 8.

Detta visar den grundläggande operationsföljd, som erfordras för ett instrument av ovanstående form och innehåller procedurerna för igång- É sättning och avslag, när den elektriska kraften anbringas och borttages.i Likaså tar den hänsyn till möjlighden av mer än ett nivåöverskridande mellan olika samplingar, som t.ex. kan inträffa under ett intervall mellan avslag och påslag, samt är försett med möjligheter för utläsning under styrning av nivågränsparsräknaren.

Ovanstående instrument är i första hand tänkt som ett instrument för övervakning av signaler från givare för påkänningar. Andra möjlig- heter inom utmattningsområdet är för det första möjligheten att över- vaka nåàon funktion av ett antal påkännings- eller belastningssignaler, där en sådan funktion kan tänkas representera påkänningar eller be- lastningar i någon oåtkomlig del av en struktur, samt för det andra att låta tröskelnivåerna vara någon funktion av tidigare historia och sålunda räkna nivågränspar för någon annars oåtkomlig kvantitet, som är linjärt beroende av utmattningsskador.

Andra tillämpningsomrâden finnes, överallt där aleatoriska eller pseudoaleatoriska processer uppträder. Räkning av nivågränspar bör vara en giltig metod för att beskriva många sådana processer, ehuru föga teoretiskt arbete nedlagts på denna aspekt. Särskilda exepel är meteorologiska processer, elektriskt brus och akustiskt buller, många industriella processer samt kvalitetskontroll.

Vid ett alternativt utföringsexempel av uppfinningen registreras _ nivågränspar snarare än nivåparsöverskridanden. Med detta system registreras minimum- och maximumnivåkorsningar, som uppträder mellan vändpunkter för ingångssignalen i ett minne, och när signalen uppnår samma nivå som antingen ett registrerat maximum eller minimum, som utgör den näst senaste registreringen i minnet, registreras ett nivå- fl nu I II I J gränspar. Ett nivagranspar, som registrerats på detta satt, innehåller aa. _ 7404809-1 ' 12 icke blott det nivåparsöverskridande, som svarar mot minimum och maxi- mum, utan även alla överskridanden, som representeras av de mellan- liggande nivåerna. Innan denna räknare beskrives, kan det vara tjänligt att ge en allmän beskrivning av den använda processen.

Av praktiska skäl är det icke lämpligt att använda reella eller analoga tal för att representera signalnivåer, och det är bekvämare att använda en serie enkla tal för att representera ett intervall av ingångsnivåer. I den räknare, som nedan beskrives, finnes 15 sådana tal, betecknade O till 14, vilka vart och ett representerar ett segment En signal överföres därför till En vändpunkt detekteras, när en ändring från ökande till minskande följd av intervallet för ingångssignalen. en serie tal, och dessa tal analyseras för att söka nivågränspar. eller från minskande till ökande följd detekteras, t.ex. i första fallet 1, 2, 1, i andra fallet 3, minnet såsom det tal, som kom.omedelbart före föreliggande tal ("2" 'z r, 3. Vändpunkten registreras i i båda de ovanstående exemplen).

Ett nivågränspar detekteras, när det närvarande talet är iden- tiskt med ett registrerat tal för en vändpunkt. Nivågränsparet ligger mellan de två senaste vändpunkterna i minnet. Tag t.ex. följden O! 13 23 33 9 53 43 3! å! å! 23 33 43 5' ingen vändpunkt tidigare finnes registrerad, kommer, när följden andra När följden Nästa tal åter 2,och detta betyder, att 3 utgör en vändpunkt, 2 och 3 borttages 4 Under antagande av att gången zippnår 4,- talet 5 att registreras som vändpunkt. uppnår 3 för andra gången, registreras 2 som vändpunkt. i följden är samt att ett från vändpunktsminnet, och nivågränsparet (2,3) inräknas i vederbörligt , nivågränspar (2,3) har detekterats. minne. Nästa tal innebär en ändring frfin minskning till ökning, och sålunda är 2 en vändpunkt. rad vändpunkt, och sålunda detekteras ett nivågränspar (2,5), varefter Följden slutar på 5, som är en inregistre- 2 och 5 borttages från vändpunktsminnet, varefter nivågränsparet (2,5) räknas. nedan.

Denna process kommer att beskrivas i närmare detalj De viktigaste delarna i en räknare för utförande av denna process visas i.fig. 9 och består av ingångsförstärkarna 10 för tråd- töjningsgivare eller andra givare ll, en nivådetektor 12, en logisk krets 13 för identifiering av nivågränspar, en multiplexenhet 14 för utsändning på tidskanaler samt en multiplexenhet l5 för mottagning, kopplad till denna, samt ett minne 16. En alstrare av tidssignaler 17 samt strömaggregat 18 finns dessutom. Eftersom i utföringsexemplet finns tolv ingående kanaler, kan varje kanal behandlas antingen obe- 13 7uo4s09~1 9 I roende (parallelloperation) eller i följd (serieoperation). Eftersom serieoperation erbjuder en mindre omfångsrik och billigare lösning än parallelloperation, kommer den till användning i denna alternativ- form.

Tolv ingångsförstärkare 10 finnes, som kan användas antingen som förstärkare till trådtöjningsgivare eller till accelerometergivare.

Totalt finns tolv ingångar till nivågränspardetektorn 12, varav sex är direkt Sex summerande förstärkare, som icke utritats, finnes också. kopplade till utgångarna på ingångsförstärkarna 10 samt sex är koppla- de till utgångarna till summerande förstärkare. Varje summerande förstärkare har tolv ingångar, till vilka kan inkopplas något viktat É värde för utgångssignalerna från ingångsförstärkarna.

Alstraren av tidssignaler 17 (i fig. 10 utritad i blockdiagram- form) styr både logiken för uttagning av nivågränspar 13 och tids- kanalssystemen 14, 15 samt består av en multivibrator 18, som fungerar vid ungefär 600 megahertz och levererar tidsintervall om 1,5 mikro- sekunder, samt en räknare 19, som ordnar klockperioderna i en följd av fyra intervall om 1,5 mikrosekunder, betecknade Il, T2, T3 och I4, vilka används i logiken 13. Intervallet T3 används också för att stega fram en nivåföljdsräknare, som skall närmare beskrivas och be- ; finner sig i nivåräknaren 12. En ytterligare räknare 20 alstrar en I startpuls S för vart 25:e intervall. Startpulsen styr den kanal- styrande räknaren samt logikkretsen 13. Behandlingen är normalt full-- bordad inom det givna tidsintervallet om 300 mikrosekunder, men det kan förekomma tillfällen, då signalen vid slutet av en samplings- period i en viss kanal skiljer sig mycket från den signal, som finns vid början av nästa period i samma kanal, t.ex. efter apparatens på- slagning, vilket orsakar att apparaturen tillfälligt kan ligga efter med behandlingen. Vid dessa fall ges en signal om att logikkretsarna är upptagna, vilket hindrar startpulsen och orsakar, att den fördröjes med nominellt 400 mikrosekunder. En 4-bits räknare 21 är så kopplad, att den igångsättes av startpulsen, och från denna alstras en följd av tolv perioder om 300 mikrosekunder, en för varje kanal i tidsmultiplex- serien. Tidgivningen är så anordnad, att medan en signalkanal be- handlas av den digitaliserande nivådetektorn 12, den signalkanal, som É ligger omedelbart före i multiplexföljden, behandlas av logiken 13 för Z uttagning av nivågränspar. Detta betyder, att en ny nivå mätes och .tals-H a... upplagras, innan den behandlas. Det tal på fyra bitar, som alstras av multíplexräknaren, användes för att utvälja en lämplig komparator .,. .-.L-_ \.....,._-_._«.».._~,... .vw-a . »las vßoaabe-1 då då ill ¿ 14 I __ mer i nivådetektorn samt medledning av kanalen utvälja lämplig del i min- net.

Nivådetektorn 12 och multiplexenheten 14 visas mera fullstän- digt i blockschemaform i fig. ll. Den består av en alstrare 22 av en trappstegsformad spänning, en nivåföljdsräknare 23 och en anord- ning 24 för överföring av nivådetektorernas information i tidsföljds- multiplex. Alstraren av den trappstegsformade spänningen 22 består av en åttabits räknare och analogöverförare DAC, som överför en serie binära tal till en trappstegsformad spänning, som ger en följd av referensnivåer. Stegen i den trappstegsformade spänningen inställes till bestämda spänningar genom inkoppling av åttabits binära koder till ingången på anordningen, och dessa koder utväljes från ett programmerbart, endast utläsande minne ROM under styrning av nivå- följdsräknaren 23. Nivåföljdsräknaren 23 är en fyrbits räknare, som igångsättes av tidgivningspulser T3 och används för att i följd ut- välja tolv binära tal betecknande nivåamplituder, och som befinner sig i minnet ROM. Följden kan hejdas genom en stoppsignal ST. När den trappstegsformade spänningen och ingångssignalen är lika, utsände: nivådetektorn 24 en stoppsignal till nivåföljdsräknaren, så att det binärtal, som representerar den undre nivån för vederbörligt steg kan inläsas i minnet 16. När det binära talets behandling har av- slutats, återställer en omstartssignal från logikkretsen nivåföljds- 5 räknaren till den högsta nivån, varefter den fortsätter sin normala 5 arbetsföljd genom avtagande tal, tills den antingen ånyo stoppas av nivådetektorerna 24 eller uppnår noll, då den automatiskt stannar.

Tidsmultiplexanordningen 24 har en särskild nivådetektor för varje kanal. Ingångssignalen från 10 anbringas till den icke-ínver- terande ingången till en komparator 25, medan den trappstegsformade t spänningen är ansluten till den inverterande ingången. Eftersom den trappstegsformade spänningen startar på det steg, som motsvarar den högsta analoga nivån och avtar monotont, är komparatorns utgång noll, tills överkorsning uppträder, då utgången blir en 1-signal.

Denna signal, som betyder detektion av en nivå, används för att stanna nivåföljdsräknaren på beskrivet sätt, vilket låter det binära tal, som motsvarar detta steg, att utläsas. En utgång från tids- multiplexräknaren 21 används för att kanalidentifiera denna signal, som därefter behandlas av logiken för bestämning av nivågränspar 13. Ändamålet med logikkretsen 13 är att behandla de detekterade signalnivåerna i deras binärform och därifrån ta ut nivågränspar.

J 15 7404809-1 E ,s , D . 1 .ef~__«_-1 Som visas i fig. 12 består den logiska kretsen 13 av en digital komparator 26, en följdalstrare 27, tillståndslogik 28, D & E-minnen 29, gränsskikt för minnesingång 30 samt minnesadresslogik 31.

I den digitala komparatorn 26 lagras de föregående nivåerna hos alla kanaler i ett elektroniskt minne för korttidslagring, och en kontroll av ändringar i nivåer för en viss kanal utföres.

Nya nivåer och tidigare nivåer jämföres, och om den nya nivån är högre, minskas den nya nivån med en enhet. Blott om skillnad upp- träder mellan en ny nivå och den tidigare i det elektroniska minnet upplagrade, tillåts startpulsen nå fram till den logiska följdgenera- torn 27. logikkretsen men fortsätter att stega räknaren för tidsmultiplex.

Om ingen skillnad finnes, hindras startpulsen från att nå En digital adderare för fyra bitar, som är gemensam med tillstånds- logiken, används för att kontrollera de två talen. Ett skiftregister- minne om 12 x 4 används för att upplagra varje ny ingångssignal i tur och ordning, och den stegas fram ett steg vid slutet av start- pulsen. Jämförelse göres mellan den nya nivån och talet vid änden av skiftregistret. Konstruktionen och operationssättet för följdgene- ratorn 27 framgår av följande beskrivning av den process, som utföres av logiken 13 för uttagning av nivågränspar. Den ordning, i vilken följderna omhändertages, är alltid densamma, och systemet tillåter att vilken som helst av dem överhoppas, och det faktiska tal, som ut- föres under någon cykel, bestämmes av tillståndet hos ett antal bistabila vippor och tillhörande ingångslogikkretsar. På samma gång framgår funktionssätt och konstruktion för tillståndslogiken 28, D & E-minnena 29, gränsskiktet 30 för minnesingångarna samt minnes- En logisk krets 32 av typen "bäst av 3" används för att undvika minnesfel. adresslogiken av följande processbeskrivning.

Den logiska processen visas i förenklad form i flödesschemat i fig. 13 och fortskrider enligt följande: (a) Ett binärkodat tal, som är tillordnat den av nivådetek- torn detekterade ingångssignalens nivå, och vilket tal ökar när nivån blir mera positiv, jämföres med det tidigare tal, som finns i det temporära minnet. Om det nya talet med ett överstiger det tidigare talet, minskas det nya talet med ett. (b) Om ingen skillnad finnes, avslutas behandlingen. Vid repetition av processen avvaktas alstring av en ny signalnivå. (c) Om nivåtalet ändras, uppsökes den tidigare sgnalnivån i minnet.

.J (d) Nya och tidigare signalnivåtal jämföres, varefter rikt- _ 7404809-1 al.. ..-l 16 ningen bestämmes. Om det nya och det tidigare nivåtalet är lika, utföres ingen ändring. Ett nytt tal, som är större än det tidigare talet, orsakar att en l-bit tillägges till talet för den nya signal- nivån. I motsatt fall tillägges en 0-bit. Detta ä riktningsbiten. (e) Det nya signalnivåtalet upplagras i minnet, tillsammans med riktningsbiten. (f) Om riktningsbiten själv har ändrats, betyder detta en ändring av riktningen, dvs. en vändpunkt, och en 1-bit införes i nivågränsparsminneta (Se nedan under (h)). (g) Sökning_av niyågränspar (i) Nivågränsparsminnet överfares från det tidigare nivåtalet till det nya nivåtalet, för att söka en 1-bit, som betyder närvaron av en vändpunkt. (ii) Om en 1-bit finns i det undersökta nivågränspars- minnet, kommer en andra 1-bit att finnas genom en ytterligare avsökning, vilken åter börjar från det föregående nivåtalet men gåråt motsatt håll i för- hållande till det nya nivåtalet. (iii) De två vändpunkter, som funnits genom processen i (i) och (ii) jämföres därefter. Om skillnaden i deras numeriska värde är mindre än två, förkastas båda. Om skillnaden är två eller däröver, antages de som giltiga minima och maxima för att kopplas och bilda ett nivågränspar. (iv) När ett nivågränspar har funnits på detta sätt, adresseras räknarminnet medelst de numeriska värdena för maximum och minimum i paret, och det tal, som finns på denna adress, utläses ur minnet till en binärräknare. Räknarens värde ökas därefter med ett, och det nya talet skrives åter in i minnet. (v) Avsükning och räkning 5 enlighet med ovanstående (i), (ii) och (iii) fortsättes, tills ingen 1-bit i maxima- och minima-minnet längre påträffas, representerande nivåer mellan nya och tidigare signalnivåer. (vi) Vanligen ändras signalen högst med ett belopp mot- svarande skillnaden mellan två nivåer inom samplings-Ä perioden. Emellertid är det möjligt (t.ex. vid på- slag) att ett antal nivåer har korsats i förhållande _ J s..,._.... .. L... . 17 7404809-1 till den tidigare nivå, som är upplagräd i minnet.

Som framgfr, tages hänsyn till detta av systemet.

Följdens slut När processen är slut, får systemet ett färdigtillstånd för mottagande av nästa signalnivå.

Fig. 14 visar hur ovan beskrivna process handskas med ett För enkelhets skull leder till uttagning av nivågränspar. typiskt förlopp. visas blott de avsökningar, som Sålunda visas blott sex nivå- passager i stället för tolv.

Minnet lókan med fördel bestå av ett magnetiskt kärnminne, och det kan lagra nivågränspar för de tolv ingångarna med hjälp av logikkretsarnas tidsfördelning. Var och en av de tolv ingångarna har sin egen sektion i kärnminnet, och varje sektion innehåller 16 x 16 ord var, med en ordlängd av 8 bitar. Do detekterade nivågränsparen upplagras i minnet 16, och i föreliggande utföringsexempel räknas 105 slags nivågränspar, dvs. nivågränspar gående från nivån O till nivån 14 (O, 1), (0,2).....(O,l4), (1,2) (1,3).....(1,l4).....(12,l3), (l2,l4) (l3,l4). och när minnescellen (A,B) är full (255 enheter), används cellen (B,A), och en 1-bit adderas till både (A,B) och (B,A), när nästa (A,B) räknas.

Det framgår av ovanstående beskrivning, att nivågränspars- Varje nivågränspar (A,B) har sin egen minnescell, På så sätt kan 65 535 nivågränspar av varje sort räknas. räknaren kan tänkas så ordnad, att den förutom de beskrivna egenskaper- na kan ange den tidsföljd, i vilken nivågränsparen alstrats.

Claims (16)

1. a...v i "ifilífííßïiša-åifi i 18 Patentkrav W' W* » l. Sätt för bestämning och registrering av frekvensfördelningen av par av överskridanden av intervallgränser som funktion av maximi- och minimivärden i en elektrisk signal, vars amplitud varierar med ti- den på sätt som åtminstone är pseudo-aleatoriskt, särskilt för över- vakning av utmattningsförlopp, k ä n n e t e c k n a t av a) att signalens genomgång av var och en av flera bestämda nr våer jämte riktningen för genomgången detekteras, b) att en första vändpunkt i signalen åt ena hållet detekteras samt en andra vändpunkt i signalen åt andra hållet likaså detek-E teras, c) att efter detektion av den första och den andra vändpunkten, signalens âteruppträdande vid nivån för den första vändpunkten detekteras, samt d) vid detta första âteruppträdande registreras ett mätvärde som motsvarar nivåerna för dessa vändpunkter.
2. 2. Sätt enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av att signalen omvandlas till en serie tal eller motsvarande koda; där varje tal eller kod motsvarar ett intervall av signalnivåer.
3. 3. Sätt enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att detek- tionen av vändpunkterna innefattar att en ändring i serien från successivt ökande till minskande tal eller från successivt minskande till ökande tal avkännes, varvid vändpunkten registreras såsom det tal som föregår det tal som anger respektive riktningsändring, och varvid vändpunktens tal registreras vid detektion av samma tal som redan registrerats såsom den första vändpunkten första gången efter registrering av de nämnda vändpunkterna.
4. 4. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att vänd- punkterna detekteras genom att varje särskilt par av nivågenomgångar detekteras, vilket innebär överskridande av ett par dylika nivåer, bestående av en första genomgång i ökande eller minskande riktning genom den första nivån i paret och en första genomgång i ökande el- ler minskande riktning genom den andra nivån i paret, vilken följer på nyssnämnda första genomgång av den första nivån i paret.
5. 5. Sätt enligt krav Ä, k ä n n e t e c k n a t av att nivå- parsöverskridandena detekteras genom detekterande av en uppåtgående genomgång av den första nivån och en nedåtgående genomgång av den and- ra nivån i respektive nivåpar.
6. 6. Sätt enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t av attlnivå- parsöverskridandena detekteras genom detekterande av en uppåtgående genomgång av den första nivån och en uppåtgående genomgång av den andra nivån i respektive nivåpar.
7. 7. Instrument för bestämning och registrering av frekvens- fördelningen av par av överskridanden av intervallgränser som funktion av maximi- och minimivärden i en elektrisk signal, vars amplitud va- rierar med tiden på sätt som är åtminstone pseudo-aleatoriskt, sär- skilt för övervakning av utmattningsförlopp, för tillämpning av sättet enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t av a) första medel (12) för detektering av genomgång av signalen genom var och en av flera bestämda signalnivåer samt av rikt- ningen för respektive genomgång, b) andra medel (13) kopplade till nämnda första medel för av- känning av detektion däri för varje särskilt par av nivågenom- gångar som definierar ett överskridande av ett par av nivåerna, vilket par består av en första genomgång i endera riktningen av en första av dessa nivåer och en andra genomgång i endera riktningen av den andra av dessa nivåer, följande omedelbart på den första genomgången av den första nivån, och c) tredje medel (15,l6) kopplade till nämnda andra medel och anordnade att räkna antalet par av genomgångar för varje i nämnda andra medel avkänt par av nivåer.
8. 8. Instrument enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda andra medel består av en bistabil vippa för varje avkänt par av nivåer, med ett nollställt och ett inställt tillstånd, och vilka är kopplade till nämnda första medel (12) på sådant sätt, att vippor- _ na vid första genomgång av den första nivån i respektive par är anord- nade att inställas och vid första genomgång av den andra nivån i respektive par att nollställas, samt vipporna är kopplade till var sitt tredje medel för dess framåträknande vid respektive vippas noll- ställning.
9. 9. Instrument enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a t av att vipporna är kopplade i enlighet med en triangulär matriskonfigura- tion på sådant sätt att samtliga vippor i en rad i matrisen, vilka är nollställda, är anordnade att inställas genom en och samma genom- gång av en första nivå, vilken är tíllordnad denna rad, och så att samtliga vippor i en spalt i matrisen, vilka är inställda, är anord- nade att nollställas genom en och samma genomgång av en andra nivå, vilken år tillordnad denna spalt. T' Z 7ÅÛÅ8Û9'1 æ
10. 10. Instrument enligt krav 9, k ä n n e t' 'é c ik fi-"íïïšf-.t i den triangulåra matrisen av vippor, diagonalelementen är tomma, så att inga vippor finnes, vilkas rad- och spaltnummer överensstämmer, för eliminering av registrering av s k degenererade nivåparsöverskri- danden, dvs sådana fall som avser två genomgångar av samma nivå.-
11. ll. Instrument enligt något av kraven 8-10, k ä n n e t e c k - n a t av att de tredje medlen är anordnade att upplagra sina räknevär- den på var sin plats i ett minne med direkt access, samt tillstånden för vipporna är anordnade att upplagras som binära siffror på var sin plats i minnet med direkt access.
12. 12. Instrument enligt krav IL k å n n e t e c k n a t av att däri ingår medel för skydd av minnet mot bortfall av matningsspänning med åtföljande förlust av innehållet av antal nivåparsöverskridanden och tillstånd för vipporna, samt vid bortfall föreliggande signalnivå, varvid vid matningsspänningens återkomst vipporna är anordnade att nollställas resp inställas och nämnda tredje medel för räkning är anordnade att fortsättningsvis drivas som om den avkända signalen monotont överginge från värdet vid bortfallet till ögonblicksvärdet vid matningsspänníngens återkomst.
13. 13. Instrument enligt något av krav 8-12, k ä n n e t e c k - n a t av att vipporna är anordnade att inställas genom en uppåtgående genomgång av vederbörande första nivå och att nollställas genom en ne- ä dåtgâende genomgång av vederbörande andra nivå. lä.
14. Instrument enligt något av krav 8-12, k ä n n e t e c k - n a t av att vipporna är anordnade att inställas genom en uppåt- gående genomgång av vederbörande första nwå och att nollställas ge- nom en uppåtgående genomgång av vederbörande andra nivå.
15. 15. Instrument enligt något av krav 8-12, k ä n n e t e c k - n att av att vipporna är anordnade att inställas genom en nedåt- gående genomgång av vederbörande första nivå och att nollställas genom en nedåtgående genomgång av vederbörande andra nivå.
16. 16. Instrument enligt något av krav 8-12, k ä n n e t e c k - n a t av att vipporna är anordnade att inställas genom en nedåtgåen- de genomgång av vederbörande första nivå och att nollställas genom en uppåtgående genomgång av vederbörande andra nivå. ANFURDA PUBLIKATIONER: Tyskland 2 162 010 (G01M 7/00)