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Verfahren zur digitalen Meßwertübertragung Es ist bekannt, eine digitale
Meßwertübertragung mehrerer am Sendeort anstehender Meßwerte über einen Übertragungskanal
in der Weise durchzuführen, daß die Meßwerte mittels eines Meßstellenumschalters
in zyklischer Reihenfolge abgetastet und in der Form digitaler Signale der Reihenfolge
entsprechend nacheinander übertragen werden. Zur Bildung der digitalen Signale werden
die anstehenden Meßwerte einer der Genauigkeitsforderung entsprechenden Anzahl normierter
Stufenwerte zugeordnet, worauf die abgestufte Meßgröße einem Analog-Digital-Umsetzer
zugeleitet wird.
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Die Anzeige des Meßwertes am Empfangsort erfolgt bei diesem Übertragungsverfahren
ebenfalls unter Vermittlung eines mit dem erstgenannten Meßstellenumschalter synchron
umlaufenden Meßstellenuinschalters. Für die Synchronisierung und die richtige Zuordnung
der Stellungen dieser Meßwertumschalter sind weitere Signale mit züi übertragen.
Diese müssen so beschaffen sein, daß sie sich von dem Datenfluß der Meßwertsignale
hinreichend unterscheiden und aus den am Empfangsort empfangenen Signalen aussortiert
werden können.
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Der am Empfangsort festgestellte Meßwert kann in digitaler oder analoger
Form angezeigt oder weiteren Geräten zur Auswertung zugeführt werden. Bei analoger
Anzeige ist ein Digital-Analog-Umsetzer am Empfangsort vorzusehen.
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Bei einem derratigen Übertragungsverfahren besteht zwischen dem Sende-
und Empfangsort ein konstanter Datenfluß, während der von der Größe der Meßwerte
abhängige Informationsfluß zeitlich veränderlich ist.
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Es ist der Zweck der Erfindung, den Informationsfluß einer digitalen
Meßwertübertragung zu erhöhen, ohne den Datenfluß und damit das Übertragungssystem
ändern zu müssen. Damitsollermöglichtwerden, die Anzahl der übertragbaren Meßwerte
beträchtlich zu erhöhen.
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Es ist bereits bekannt, bei Fernmeßeinrichtungen, bei welchen ein
Interesse besteht, bestimmte einzelne Meßwerte, denen eine erhöhte Wichtigkeit gegenüber
anderen Meßwerten zukommt, mittels des vorgesehenen Meßstellenumschalters schneller
nachzustellen, so daß es möglich wird, diese Meßwerte gegenüber den übrigen Meßwerten
innerhalb eines Umlaufes des Schalters mehrfach abzutasten. Diese Mehrfachabtastung
innerhalb eines Zyklus wird bei dieser Einrichtung durch eine vorherige Festeinstellung
des Abtastprogramms entsprechend einer individuellen Anpassung an die besondere
Wichtigkeit eines oder mehrerer Meßwerte möglich gemacht. Die Reihenfolge der Abtastungen
ist indessen durch die jeweilige Voreinstellung festgelegt.
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Bei einer anderen bekannten Übertragungseinrichtung von Meßwerten,
deren zyklische Übertragung mit Hilfe von durch Taktimpulse weitergeschalteten Kippstufen
zum Abfragen der Meßwerte geschieht, ist vorgesehen worden, den Zyklus in ebenfalls
vorbestimmter Weise abzuändern, so daß wiederum bestimmte Stufen bevorzugt werden.
Dies wird dadurch ermöglicht, daß vorbestimmte ausgewählte Stufen im Zyklus ausgelassen
werden. Die Einrichtung erfordert allerdings, daß im Zyklus auszulassenden Stufen,
von einem Startimpuls aus gerechnet, am Zyklusanfang hegen, und es muß jedesmal
ein neuer Eingriff in die Schaltung erfolgen, wenn die Auslassung bestimmter Stufen
geändert werden soll.
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Es ist jedoch erwünscht, die Fernmeßeinrichtung so einzurichten, daß
ohne äußeres Zutun eine nach Maßgabe der jeweiligen Änderung der Meßwerte selbständig
bewirkte Optimierung der Meßwertübertragung stattfindet. Dies soll durch die Erfindung
ermöglicht werden.
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Die Erfindung- bezieht sich auf ein Verfahren zur digitalen Meßwertübertragung
für Fernmeßsysteme, die unter Verwendung eines Analog-Digital-Umsetzers am Sendeort
eine bestimmte, als groß anzunehmende Anzahl normierter Meßwerte in zyklischer Reihenfolge
abtasten und als digitale Signale übertragen, wobei die zur Abtastung verwendeten
Meßstellenumschalter am Sendeort und am Empfangsort durch als Meßadresse dienende
mitübertragene, gleichfalls digitale Signale synchronisiert sind, und mittels vorgesehener
Speicher eine vorübergehende Speicherung eines bestimmten, beispielsweise fünf Binärentscheidungen
betragenden Entscheidungsgehaltes der abgetasteten Meßwerte (mt = 1 ...
n) stattfindet, der jeweils in ein analoges Signal umsetzbar ist.
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Die Erfindung besteht darin, daß nach einem Vergleich des den Entscheidungsgehalt
des jeweiligen
Meßwertes (mk) entsprechenden Analogwertes mit dem
entsprechenden anstehenden Meßwert die Reihenfolge der Abtastungen ständig in der
Weise neu bestimmbar ist, daß als jeweils nächster zu übertragender Meßwert derjenige
folgt, dem entsprechend der Höhe seiner Meßwerfänderung (A mk) die höchste
Informationsänderung (A ik) zukommt.
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Die hierdurch beschriebenen Maßnahmen, die noch eingehender erläutert
werden, sollen durch die folgende Rechnung dem Verständnis näher gebracht werden.
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Jeder Meßwert m besitzt züm Abtastzeitpunkt t. einen mit
J bezeichneten Informationsgehalt
worin p, die Wahrscheinlichkeit bedeutet, mit der der festgestellte Meßwert
zu erwarten ist.
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Für den k-ten Meßwert gilt
Dementsprechend beträgt der Informationsgehalt zu einem späteren Zeitpunkt t#" der
vor dem Eintritt der nächstfolgenden Abtastung dieses Meßwertes liegen
soll,
Die, der Zeitdifferenz t#,-tot zukommende Informationsänderung ,d A = J
(Q J (to-k) beträgt somit
Diese Beziehung gilt für jeden der insgesamt n Meßwerte. Bei n Meßwerten beträgt
die bis zum Zeitpunkt tz eingetretene gesamte Informationsänderung
die indessen am Empfangsort vorerst nicht bekannt ist. Zur weiteren Auswertung der
gesamten Informationsänderung nach Gleichung (5), in die die Ausdrücke gemäß
(4) einzusetzen sind, soll in bekannter Weise angenommen werden, daß der Zusammenhang
der durch p,; angegebenen Wahrscheinlichkeit der Erwartung einer Meßwertändorung,4
m mit dieser durch eine Gaußsche Verteilung Px = e- (c -,4 m)#
, po (6)
bestimmt ist. Darin ist c eine von der Änderungshäufigkeit
der Meßwerte abhängige Größe. Die Anwendung dieser Beziehung auf die Gleichung (4)
ergibt für den k-ten Meßwert eine Informationsänderung
oder ,d Jk # (Ck A Mk)" - '109 e
= 1,44 (Ck A Mk)2 (7)
und damit
Dieses Ergebnis besagt, daß unter den gemachten zulässigen Voraussetzungen die Informationsänderung
A Jk durch das Produkt 1 CklA Mk 1 von Ck mit dem Betrag
1 A mk 1 der Meßwer-tänderungd Mk bestimmt ist.
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Hieraus folgt, daß die übertragene Information dadurch gesteigert
werden kann, daß man die Abtastreihenfolge der Meßwerte derart ändert, daß man den
Meßwerten, denen die jeweils größte Änderung von Ck A mt zukommt,
gegenüber den anderen Meßwerten den Vorrang gibt. Konstant bleibende Meßwerte können
bei der Abtastung zeitweise ganz ausgelassen bleiben, während sich ändernde Meßwerte
nach Maßgabe der Größe ihrer Änderung häufiger als nach dem bisherigen Abtastzyklus
abzutasten sind.
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Hierzu sind die analogen Werte der Meßwerte während ihrer Abtastung
zu erfassen, zu speichern und die gespeicherten Werte mit den anstehenden Meßwerten
zu vergleichen. Als jeweils nächster abzutastender Meßwert ist dann derjenige auszuwählen,
dem der größte Wert von ck A mk zukommt. Dies ist der Zweck der in
die Steuerung der Meßstellenumschalter eingreifenden Zusatzeinrichtung nach der
Erfindung.
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Eine hierzu dienende Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
der Erfindung ist in der Figur als Blockschaltbild dargestellt. Die Figur gibt die
Anordnung am Sendeort des Übertragungssystems wieder.
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Bei der gezeigten Anordnung sollen n anstehende Meßwerte m,
M2 ... Mn nacheinander abgetastet und in der Form digitaler Signale über
einen Übertragungskanal fortgeleitet werden. Die Anzeige der Meßwerte am Empfangsort
kann in digitaler oder analoger Darstellungsweise erfolgen. Zur Abtastung dient
ein Meßstellemunschalter MUS, der symbolisch als Drehschalter dargestellt,
tatsächlich aber als elektronisch wirkender Schalter mit beliebig wählbarer Schaltfolge
aufzufassen ist.
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Die abgetasteten Meßwerte, deren Reihenfolge vorerst noch offengelassen
sein soll, werden einem Analog-Digital-Umsetzer U zugeleitet, der die in normierte
Stufen eingeordneten Werte der analogen Signale in digitale Signale nach einem bewertbaren
Binärcode umsetzt. Die aus dem Umsetzer austretenden Leitungen übertragen die den
Stufenwerten zukommenden, in Binärziffern ausgerückten Zeichen, Die Leitungen sind
mit dem Eingang des mit S
bezeichneten eigentlichen Senders der Femmeß-Übertragung
verbunden, dessen Funktion darin besteht,
das jeweils anfallende
digitale Zeichen dem Träger des Übertragungskanals aufzumodulieren.
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Zur Bestimmung der für die ganze übertragene Informationsmenge optimalen
Reihenfolge der Abtastungen der Meßwerte gemäß der Erfindung sind die Ausgangsleitungen
des Analog-Digital-Umsetzers U
mit n Speichern Sp, Sp, ...
Sp" verbunden, durch die das jeweils anfallende digitale Zeichen gespeichert wird.
Der gespeicherte Entscheidungsgehalt soll beispielsweise fünf Binärentscheidungen
betragen.
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Durch die mit diesen Speichern verbundenen Digital-Analog-Umsetzer
Ul, U2 ... U. werden die gespeicherten Signale in analoge Werte umgesetzt.
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Der abgetastete, in einen analogen Wert umgesetzte Meßwert jedes dieser
Umsetzer wird in Schaltungselementen V, V, . . . V"
mit den anstehenden, vor dem Meßstellenumschalter MUS abgegriffenen Meßwerten
verglichen. Die von diesen Schaltungselementen ermittelten analogen Werte stellen
die Meßwertänderungen A ml, A m, ... Am" dar.
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Diese ermittelten Meßwertänderungen, multipliziert mit den Ck-Werten,
sollen entscheiden, welcher Meßwert als jeweils nächster abgetastet werden soll,
und zwar in dem Sinne, daß der Wert A Mk, dem die höchste Informationsänderung
A Jk zukommt, als nächster anzuwählen ist.
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Hierzu müssen die Meßwertänderungen noch mit den jeweiligen durch
Erfahrung oder Berechnung ermittelten Konstanten ct multipliziert werden, was in
an sich bekannter Weise durch p-Verstärker Pl, P, . .
. P. erfolgt.
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Die auf diese Weise ermittelten Werte CklAMkl bilden die Eingangssignale
eines Steuergerätes St, das den jeweils größten Wert (Ck JMk) ermittelt und die
dementsprechende Stellungsänderung des Meßstellenumschalters MUS für die
nächstfolgende Abtastung veranlaßt.
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Die jeweilige eingewählte Stelle des Umschalters wird in eine Information
umgesetzt, die über eine Gruppe von n aus dem Steuergerät St austretenden Leitungen
in der Form digitaler Signale als sogenannte Meßwertadresse an den Sender
S übertragen wird. Der Sender erhält die Meßwertadresse als zusätzliches
digitales Zeichen, das zur Einwahl des am Empfangsort befindlichen Meßstellenumschalters
in die richtige Stellung erforderlich ist. Die Meßwertadresse ist dem Zeichen des
zu übertragenden Meßwertes zeitlich vorgeschaltet und in bekannter Weise derart
ausgebildet, daß die Signale am Empfangsort wieder getrennt werden können.
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Außerdem wird in dem Steuergerät St entsprechend der jeweils eingewählten
Stelle des Umschalters MUS
ein Setzbefehl gebildet, der über eine der weiteren
aus dem Steuergerät austretenden Leitungen, die mit den Speichern Sp, Spp,
... Spn verbunden sind, den zugeordneten Speicher zur Übernahme des
Meßwertzeichens veranlaßt.
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Die Durchführung der Funktionen des Steuergerätes St ist mit
Anwendung von an sich bekannten Bauelementen der Elektronik möglich.
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Die Ermittlung des jeweils größten, als analoge Spannung dargestellten
Wertes CkJ Mk kann durch eine sogenannte Informationsmatrix, die für alle Meßwerte
nur einmal erforderlich ist, erfolgen.
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Nach einer Weiterentwicklung der Erfindung ist es noch möglich, das
auf den Meßstellenumschalter MUS
einwirkende Steuergerät so einzurichten,
daß im Grundzustand bei konstant bleibenden Meßwerten eine zyklische Abtastung erfolgt
und eine Abweichung von dieser Reihenfolge nur bei anfallenden Änderungen bestimmter
Meßwerte eintritt.