Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Registrierung des Pegelwertes eines Wechselstromsignales und eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Es stellt sich oftmals die Aufgabe, Pegel, die grossen Änderungen unterworfen sind, ohne manuelle Umschaltungen registrieren zu können. Um eine bessere Auflösung der Registrierung zu erreichen, wird dabei meist angestrebt, eine dBlineare Skala zu haben, d.h. es muss eine Kompandierung der Pegeländerungen mit einer logarithmischen Kompandierungskennlinie vorgenommen werden. Für Gleichstromsignale sind solche Kompander im Handel erhältlich. Sind Wechselstrompegel zu registrieren, so kann ein solcher Kompander dem Wechselstromgleichrichter nachgeschaltet werden. Bei grossen zu verarbeitenden Pegelunterschieden ergeben sich aber dabei Schwierigkeiten, weil die Gleichrichterkennlinie bei kleiner Signalaussteuerung vom idealen Verlauf abweicht, der notwendig ist für eine genaue Gleichrichtung.
Es ist daher ein Zweck der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Einrichtung zur automatischen Registrierung des Pegelwertes eines Wechselstromsignales anzugeben, das (die) sich insbesondere eignet zur Verarbeitung von grossen Pegelschwankungen.
Das erfindungsgemässe Verfahren zwichnet sich dadurch aus, dass das zu registrierende Signal an mindestens ein steuerbares Dämpfungsglied angelegt wird, dass dessen Ausgangssignal gleichgerichtet wird, dass das gleichgerichtete Signal mit einem Bezugssignal verglichen wird, dass das beim Vergleich resultierende Fehlersignal verstärkt als Regelsignal an das steuerbare Dämpfungsglied zurückgeführt wird, so dass eine geschlossene Regelschleife entsteht, mit deren Hilfe die Dämpfung im Signalpfad so eingestellt wird, dass der Gleichrichter immer im gleichen Teil seiner Kennlinie arbeitet, und dass das genannte Regelsignal als Pegelsignal registriert wird.
Die erfindungsgemässe Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zeichnet sich aus durch steuerbare Dämpfungsmittel im Wechselstrom pfad, durch einen Gleichrichter, durch eine Vergleichschaltung, deren einer Eingang mit dem Ausgang des Gleichrichters und deren anderer Eingang mit einer Gleichspannungsquelle verbunden ist und deren Ausgang einerseits mit den steuerbaren Dämpfungsmitteln und andererseits mit einem Registriergerät verbunden ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt: die Fig. 1 ein Blockschema der Signalaufbereitung für die
Registrierung; und die Fig. 2 eine Dämpfungskennlinie der Schaltung nach
Fig. 1.
Die in Fig. 1 anhand eines Blockschemas gezeigte Schal tung ist für die Signalaufbereitung eines zu registrierenden
Signales ausgelegt, dessen Pegel in einem Bereich von
50 dB ändern kann. Andere Schwankungsbereiche könnten natürlich durch entsprechende Schaltungsauslegung ebenfalls verarbeitet werden. Das zu registrierende Signal gelangt über eine Klemme 1 an den Eingangsverstärker 2. Der Ausgang des
Verstärkers 2 ist mit einem Abschwächer 3 verbunden, der vier in Serie geschaltete Dämpfungsglieder 31-34 mit einer
Dämpfung von je 10dB aufweist, die durch Signale von einer noch zu beschreibenden Schaltung 9 einzeln zuschaltbar sind.
Der Abschwächer 3 besitzt also eine in Schritten von 10 dB variable Dämpfung von 0-40 d B. Der Ausgang des Abschwä chers 3 ist über einen weitern Verstärker 4 mit dem Eingang eines durch ein Gleichstromsignal kontinuierlich über einen Bereich von 0-10 dB verstellbaren Dämpfungsgliedes 5 ver- bunden.
Durch die beiden Abschwächer 3 und 5 kann also ein
Dämpfungsbereich von 0-50 dB kontinuierlich überstrichen werden. Der Ausgang des Dämpfungsgliedes 5 ist mit einer Schaltung 6 verbunden, die einen weitern Verstärker und einen Signalgleichrichter enthält. Das gleichgerichtete Ausgangssignal ist an einen Eingang einer Vergleichsschaltung 7 angelegt, an deren anderem Eingang eine einstellbare Gleichspannungsquelle 8 als Bezugssignalquelle angeschlossen ist.
Die Vergleichsschaltung kann aus einem Differenzialverstärker bestehen.
Die Spannung der Bezugssignalquelle 8 wird so eingestellt, dass sich beim Minimalpegel am Eingang 1 am Ausgang der Vergleichsschaltung 7 eine Spannung von 1,5 V ergibt, was dem Punkt O dB in Fig. 2 entspricht. Das Ausgangssignal der Vergleichsschaltung 7, das proportional zur Differenz zwischen ihren beiden Eingangssignalen ist, gelangt über einen später noch zu beschreibenden Schalter 16 als Regelspannung Ur an zwei Vergleichsschaltungen 9 und 10. Die Vergleichsschaltung 9 ist eine Mehrfachvergleichsschaltung, die eine Analog/Digital-Wandlung der Regelspannung Ur vornimmt. Bei stetig ansteigender Spannung Ur nehmen die Ausgänge 91 bis 94 nacheinander den Zustand logisch 1 an. Dadurch werden die Dämpfungsglieder 31 bis 34 im Abschwächer 3 nacheinander von Dämpfung O dB auf Dämpfung 10 dB umgeschaltet.
Der Ausgang 95 der Schaltung 9 liefert eine treppenförmige Spannung mit einem Stufensprung von 1,5 V, die an den einen Eingang der Vergleichsschaltung 10 gelangt, an deren anderem Eingang die Regelspannung Ur anliegt. Das Ausgangssignal der Vergleichsschaltung 10, das proportional zur Differenz zwischen beiden Eingangssignalen ist, hat daher die Form eines Sägezahns, welches Signal die Dämpfung des kontinuierlich durchsteuerbaren Abschwächers 5 zwischen 0dB und 10 dB verändert.
Aus dem bisher Gesagten ist ersichtlich, dass die in den Schaltungen 3 und 5 vorhandenen Dämpfungsglieder Teile eines geschlossenen Regelkreises sind, der eine Regelung auf konstanten Pegel am Ausgang des Signalgleichrichters anstrebt. Da die Verstärkung im Regelkreis einen endlichen Wert aufweist, ergibt sich beim Vergleich mit der konstanten Bezugsspannung der Quelle 8 in der Vergleichsschaltung 7 ein Fehlersignal, das einerseits als Regelspannung Ur verwendet wird und anderseits über ein Verstärker 11 an eine Klemme 12 gelangt, die mit einem nicht gezeigten handelsüblichen Registriergerät für Gleichspannungssignale verbunden werden kann. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Regelkreis so ausgelegt, dass sich bei einer Erhöhung des Eingangssignales an Klemme 1 um 50 dB über den Minimalwert eine Änderung des Ausgangssignales der Vergleichsschaltung 7 von 1,5 bis 9 V ergibt.
Da das eine Eingangssignal der Vergleichsschal tung nach erfolgter Eichung konstant bleibt, braucht die Änderung des andern Eingangssignales und damit des durch den
Gleichrichter 6 zu verarbeitenden Wechselspannungssignales infolge der grossen Regelkreisverstärkung nur sehr klein zu sein. Dadurch wird erreicht, dass der Signalgleichrichter immer im gewünschten Teil seiner Kennlinie arbeiten kann.
Der bereits erwähnte Schalter 16 hat drei Stellungen und dient zur Massstabumschaltung der Registrierung. Wenn der Schalter in der gezeichneten Stellung steht, wird die Registrierung im logarithmischen Massstab gedehnt vorgenommen, d.h. es wird ein Teilbereich der Änderung des Ausgangssignales von Schaltung 7 so gedehnt, dass dieser Teilbereich den ganzen Registrierbereich ausfüllt. Zu diesem Zwecke ist der Verstärker 11 als Differenzialverstärker ausgelegt, an dessen einem Eingang das Ausgangssignal der Schaltung 7 und an dessen anderen Eingang eine einstellbare Gleichspannung einer Quelle 15 angelegt ist. Durch die Einstellbarkeit der
Quelle 15 kann die Drehung einen beliebigen Teilbereich des ganzen Eingangspegelbereiches erfassen.
In der andern Extremstellung des Schalters kann der ganze Bereich von 50 dB mit dB-linearer Skala registriert werden, diese Stellung entspricht der üblichen Registrierung. In den beiden Stellungen logarithmisch gedehnt und logarithmisch wird das Ausgangssignal der Vergleichsschaltung 7 direkt als Regelsignal Ur an die Schaltungen 9 und 10 im Regelkreis angelegt. Der Verstärker 11 arbeitet in der letztgenannten Schalterstellung als Trennverstärker für das zu registrierende Signal. Wird der Schalter in die Stellung linear gelegt, so kann eine pegellineare Registrierung durchgeführt werden, wobei der Verstärker 11 ebenfalls wieder als Treunverstärker arbeitet.
Um aber am Ausgang von Schaltung 7 ein linear mit dem Pegel an Klemme 1 variierendes Signal zu haben, muss im Rückführkreis zwischen Schaltung 7 und den beiden Schaltungen 9 und
10 ein Kompander 11 vorgesehen werden, der eine Kompandierung mit logarithmischer Kennlinie durchführt.
Damit auch Registriergeräte mit Stromeingang an die
Schaltung nach Fig. 1 angeschlossen werden können, ist eine weitere Klemme 14 corgesehen, wobei zu bemerken ist, dass sowohl eingangsseitig wie auch ausgangsseitig der Schaltung nach Fig. 1 noch je eine nicht gezeigte Bezugssignalklemme vorhanden ist, die zss. auf Erdpotential gelegt sein könnte.
The present invention relates to a method for automatically registering the level value of an alternating current signal and a device for carrying out this method.
There is often the task of being able to register levels that are subject to major changes without manual switching. In order to achieve a better resolution of the registration, the aim is usually to have a dB linear scale, i.e. the level changes must be companded with a logarithmic companding characteristic. Such companders are commercially available for direct current signals. If alternating current levels are to be registered, such a compander can be connected downstream of the alternating current rectifier. In the case of large level differences to be processed, however, difficulties arise because the rectifier characteristic deviates from the ideal curve with a small signal modulation, which is necessary for precise rectification.
It is therefore an aim of the present invention to specify a method and a device for automatic registration of the level value of an alternating current signal, which is (are) particularly suitable for processing large level fluctuations.
The method according to the invention is distinguished in that the signal to be registered is applied to at least one controllable attenuator, that its output signal is rectified, that the rectified signal is compared with a reference signal, that the error signal resulting from the comparison is amplified as a control signal to the controllable attenuator is fed back, so that a closed control loop is created, with the help of which the attenuation in the signal path is set so that the rectifier always works in the same part of its characteristic curve, and that the control signal mentioned is registered as a level signal.
The device according to the invention for performing this method is characterized by controllable damping means in the alternating current path, by a rectifier, by a comparison circuit, one input of which is connected to the output of the rectifier and the other input of which is connected to a DC voltage source and the output of which is connected to the controllable damping means and on the other hand is connected to a registration device.
An embodiment of the invention will now be explained in more detail with reference to the drawing. In the drawing: FIG. 1 shows a block diagram of the signal processing for the
Registration; and FIG. 2 shows a damping characteristic curve of the circuit according to
Fig. 1.
The circuit shown in Fig. 1 using a block diagram is for the signal processing of a to be registered
Signal designed, the level of which in a range of
50 dB can change. Other fluctuation ranges could of course also be processed by appropriate circuit design. The signal to be registered is sent to input amplifier 2 via terminal 1. The output of the
Amplifier 2 is connected to an attenuator 3, the four series-connected attenuators 31-34 with a
Has attenuation of 10dB each, which can be switched on individually by signals from a circuit 9 to be described later.
The attenuator 3 thus has a variable attenuation of 0-40 dB in steps of 10 dB. The output of the attenuator 3 is via a further amplifier 4 with the input of an attenuator continuously adjustable over a range of 0-10 dB by a direct current signal 5 connected.
With the two attenuators 3 and 5, a
The attenuation range of 0-50 dB can be swept over continuously. The output of the attenuator 5 is connected to a circuit 6 which contains a further amplifier and a signal rectifier. The rectified output signal is applied to one input of a comparison circuit 7, to the other input of which an adjustable DC voltage source 8 is connected as a reference signal source.
The comparison circuit can consist of a differential amplifier.
The voltage of the reference signal source 8 is set such that at the minimum level at the input 1 at the output of the comparison circuit 7 there is a voltage of 1.5 V, which corresponds to the point O dB in FIG. 2. The output signal of the comparison circuit 7, which is proportional to the difference between its two input signals, reaches two comparison circuits 9 and 10 via a switch 16 to be described later as control voltage Ur. The comparison circuit 9 is a multiple comparison circuit which converts the analog / digital Control voltage Ur makes. With a steadily increasing voltage Ur, the outputs 91 to 94 successively assume the logic 1 state. As a result, the attenuators 31 to 34 in the attenuator 3 are switched one after the other from attenuation 0 dB to attenuation 10 dB.
The output 95 of the circuit 9 supplies a step-shaped voltage with a step change of 1.5 V, which reaches one input of the comparison circuit 10, at the other input of which the control voltage Ur is applied. The output signal of the comparison circuit 10, which is proportional to the difference between the two input signals, therefore has the shape of a sawtooth, which signal changes the attenuation of the continuously controllable attenuator 5 between 0 dB and 10 dB.
From what has been said so far, it can be seen that the attenuators present in circuits 3 and 5 are parts of a closed control loop which aims to regulate to a constant level at the output of the signal rectifier. Since the gain in the control loop has a finite value, the comparison with the constant reference voltage of the source 8 in the comparison circuit 7 results in an error signal which is used on the one hand as the control voltage Ur and on the other hand reaches a terminal 12 via an amplifier 11, which is connected to a Commercially available recorder for direct voltage signals, not shown, can be connected. In the present exemplary embodiment, the control circuit is designed in such a way that if the input signal at terminal 1 is increased by 50 dB above the minimum value, the output signal of the comparison circuit 7 changes from 1.5 to 9 V.
Since the one input signal of the comparison circuit remains constant after calibration, the change in the other input signal and thus by the needs
Rectifier 6 to be processed AC voltage signal due to the large control loop gain only very small. This ensures that the signal rectifier can always work in the desired part of its characteristic curve.
The aforementioned switch 16 has three positions and is used to switch the scale of the registration. When the switch is in the position shown, the registration is made in a logarithmic scale, i.e. a portion of the change in the output signal from circuit 7 is stretched so that this portion fills the entire registration area. For this purpose, the amplifier 11 is designed as a differential amplifier, at one input of which the output signal of the circuit 7 is applied and at the other input of which an adjustable direct voltage from a source 15 is applied. The adjustability of the
Source 15 can detect the rotation of any part of the entire input level range.
In the other extreme position of the switch, the entire range of 50 dB can be registered with a dB linear scale; this position corresponds to the usual registration. In the two positions, logarithmically expanded and logarithmically, the output signal of the comparison circuit 7 is applied directly as a control signal Ur to the circuits 9 and 10 in the control loop. The amplifier 11 works in the latter switch position as an isolating amplifier for the signal to be registered. If the switch is placed in the linear position, a level-linear registration can be carried out, with the amplifier 11 again operating as a fidelity amplifier.
However, in order to have a signal at the output of circuit 7 that varies linearly with the level at terminal 1, the feedback circuit between circuit 7 and the two circuits 9 and
10 a compander 11 can be provided which carries out companding with a logarithmic characteristic.
This means that recording devices with power input to the
1, a further terminal 14 is seen, it being noted that there is still a reference signal terminal (not shown) on both the input side and the output side of the circuit according to FIG. could be placed on earth potential.