DE2701684A1

DE2701684A1 - Verfahren und einrichtung zur bestimmung des vorzeichens der verschiebung zweier aehnlicher stochastischer signale

Info

Publication number: DE2701684A1
Application number: DE19772701684
Authority: DE
Inventors: Heinrich Ryser; Christian Dipl Phys Zimmer
Original assignee: Hasler AG
Current assignee: Hasler AG
Priority date: 1976-02-06
Filing date: 1977-01-17
Publication date: 1977-08-18
Also published as: CH613525A5; FR2340553A1; SE7700848L; FR2340553B1; US4084133A; DE2701684C2; JPS5296582A; IT1071560B; SE431592B; GB1565863A

Description

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München, den 22. Dezember 1976 Anwaltsaktenz.: 46 - Pat. 27

Hasler AG, Belpstraße 23, CH 3000 Bern Ik, Schweiz

Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung des Vorzeichens der Verschiebung zweier ähnlicher stochastischer Signale.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Bestimmung des Vorzeichens der gegenseitigen zeitlichen Ver-

! Schiebung T zweier ähnlicher stochastischer Signale.

Derartige Signale entstehen beispielsweise bei Korrelationsgeschwindigkeitsmessern, bei denen unregelmäßige Eigenschaften einer Oberfläche durch zwei gegenüber dieser mit konstantem Abstand hintereinander bewegte Aufnehmer aufgenommen werden. Es ist erwünscht, mit einfachen Mitteln festzustellen, in welcher Richtung die Bewegung erfolgt, ohne die Geschwindigkeit genau zu messen.

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Fall 5CO

Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass in regelmäßigen Abständen von zwei Signalen Augenblickswerte gespeichert und während eines Verrleichr,eitintervalles wiederholt oder fortlaufend jeweils rr-it den anderen Signal verglichen werden, wobei das Vergleichszeitintervall einen Bereich T - τ nach den: Zeitpunkt der Cpeicherung des Augenblickwerts enthalten muss, dass in einem Akkumulator von den Vergleich abhängige Ergebnisse positiven Vorzeichens der einen Vergleichsreihe addiert, die der anderen Vergleichsreihe subtrahiert werden und dass aus dem Vorseichen der im Akkumulator entstehenden Werte auf die Verschiebungsrichtung geschlossen wird.

Das Verfahren und Mittel zu seiner Durchführung werden im folgenden anhand der Figuren beispielsweise erläutert.

Es zeigen Fig. la bis Id Kurvenformen zur Erläuterung des Verfahrens. Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

In Fig. la ist 1 der zeitliche Verlauf eines stochastischen Signals A in Abhängigkeit von der Zeit. Es habe zur Zeit t,den Wert A, , zur Zeit tp den Wert A_?.

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ORlGiNAL INSPECTED

- sr-

FaIl

27 '!684

In Fig. Ib ist der zeitliche Verlauf eines zweiten stochasticchen Signals B dargestellt, welches dem Signal A ähnlich, jedoch um die Zeit T verschoben ist.

Der Wert A, wird gespeichert und es wird fortlaufend die Differenz A₁-B gebildet für B gleich 1^...B₂ · Das gleiche geschieht u:n^ekehrt mit B, für A, ...A-. Aus .den erhaltenen Differenzen werden zwei Funktionen positiven Vorzeichens im Zeitintervall t-,...tp abgeleitet und laufend voneinander abgezogen. Es wird also gebildet:

J [f (A₁ - B) - f (B₁ - A)]

dt

Beispiele für f sind: ί_χ = | A-B I _s f₂ = (A-B)^ f, = |

In Fig. Ic ist der Verlauf von | A-, - B | , in -Fig. Id der Verlauf von I B, - A | im Mittel für eine grössere Anzahl von Ermittlungen aufgetragen. Bei allen Werten von t zwischen t und t + Δ t (.At = t~ - t,) tritt ein Mittelwert auf, der im allgemeinen konstant ist, jedoch in Fig. Ic für die Zeit t + T eine Senke 10 hat, die bis zur Null-Linie reicht, wenn an dieser Stelle die beiden voneinander subtrahierten Werte stets gleich sind. Infolgedessen ist der MitteljuaM; der

Funktion nach Fig* lc kleiner als der nach Fig. Id, woraus geschlossen werden kann, dass die Funktion nach Fig. Ib die gleichen Werte jeweils später annimmt als die der Fig. la. Bei einem Korrelationsgeschwindigkeitsmesser ist daait die Bewegungsrichtung festgelegt.

"■· 171 '<" ' ■ ' ■ " ■ . ■ ■ ·*ι,

709*33/081? ORIGINAL INSPECTED

Fall

'1684

In Fig. 2 ist eine Blockschaltung zur Durchführung des Verfahrens gezeigt. 11 und 12 sind die beiden Eingänge, denen die Signale A und B zugeführt werden. 13 und 14 sind zwei Abtast- und Halteschaltungen (sample and hold circuits) welche durch den Taktgeber 15 über Leitung 16 gesteuert in regelmässigen Abständen £χ χ den Wert von A bzw. B am Eingang abtasten und bis zur nächsten Abtastung am Ausgang konstant zur Verfugung halten.

In zwei Subtraktionsschaltungen 17 und 10 werden fortlaufend die Differenzen A-B und B-A gebildet, wcbei Λ und B die jeweils in den Abtastschaltungen gespeicherten Werte bedeuten. Durch Vollweggleichrichtung in den Gleichrichtern 19 und 20 werden die Absolutwerte gebildet. Die Differenzen der beiden von den Gleichrichtern abgegebenen Werte werden im Integrator 21 integriert. Je nach 'len, ob der vorn Gleichrichter 19 oder 20 abgegebene Wert im Mittel grosser ist, läuft die Ausgangsspannung des Integrators zu einem positiven oder negativen Endwert, welcher über einen Gleichrichter 22 der Schwellwertschaltung 23 zugeführt wiri. Diese gibt beim Ueberschreiten des Schwellwertes ein Signal auf Leitung 24 ab, wodurch der Integrator 21 auf Null gestellt wird. Aus der Polarität des Integratorausganges beim Erscheinen des Signals auf Leitung 24 oder im zeitlichen Mittelwert kann auf die Bewegungsrichtung geschlossen werden. Diese Anzeige erfolgt durch Schaltung 26.

709833/0812 ORIGHNAL INSPECTED

-V- Fall

27Π168Α

25 ist eine Schaltung, welche feststellt, ob während einer vorgegebenen Zeit auf Leitung 24 ein Signal erschienen ist oder nicht. Wenn dies nicht der Fall ist, kann daraus geschlossen werden, dass das in der Gleichung 1 angegebene Integral nahezu gleich 0 ist, woraus weiter geschlossen werden kann, dass A und B konstant sind oder dass - bei einem Korrelationsgeschwindigkeitsnesser - zwischen Aufnehmer und abgetasteter Fläche keine Bewegung vorliegt.

Die Steuersignale für die beiden Abtast- und Halteschaltungen 13 und 14 müssen nicht gleichzeitig gegeben werden, sondern können zeitlich gegeneinander verschoben sein. Auch können mehrere Serienschaltungen von Einheiten 13, 17, 19 beziehungsweise 14, 18, 20 mit Ein- und Ausgängen parallel geschaltet werden und periodisch zeitlich gegeneinander verschoben angesteuert werden. Damit wird die Anzeige am Ausgang des Integrators entsprechend beschleunigt.

Eine sichere Entscheidung darüber, ob das Signal am Ausgang des Integrators 21 positiv oder negativ ist, kann desto schneller erfolgen (abgesehen von der Vervielfachung der Vergleichseinrichtungen wie im vorigen Absatz beschrieben), je grosser das Verhältnis der Dauer der Senke 10 in Fig. Ic zur Vergleichszeit δ t ist. Man wählt also δ. t vorteilhafterweise so, dass die gesamte Senke 10 im Vergleichsintervall liegt, dass dieses Intervall jedoch möglichst klein ist.

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-^- Fall

Hat man ein Signal zur Verfugung, welches angenähert proportional der Verschiebungszeit T ist - bei einem Geschwindigkeitcmesser angenähert umgekehrt proportional der Geschwindigkeit - so ist es vorteilhaft, den Taktgeber 15 durch dieses Geschwindigkeitssignal steuern zu lassen, so dass die oben angegebene Bedingung erfüllt ist.

Man kann die Vergleichszeit auch dadurch verkürzen, indem man den Vergleich erst zu einer Zeit t + ρ δ t beginnen lässt, worin ρ < 1 ist. Die Wahl von ρ hängt von der Genauigkeit ab,mit welcher das Geschwindigkeitssignal proportional der Verschiebungszeit T ist, da, wie schon gesagt, die Senke 10 in die Vergleichszeit fallen nuss.

Man kann auch während der Zeit t ... t + } At einen Vergleich von B bzw. A mit dem zur Zeit t - -J- δ t gewonnenen M^rert von A bzw. B und während der Zeit t+}it..,t+dt mit den zur Zeit t gewonnenen Werten machen. Dadurch erhält man während der Zeit δ t zwei Senken 10 und eine Verdoppelung der Anzeigegeschwindigkeit.

Eine weitere Möglichkeit zur Verkürzung der Vergleichszeit besteht dann, wenn mehrere ähnliche, zeitlich verschobene stochastische Signale zur Verfügung stehen, die z.B. bei einem Geschwindigkeitsmesser von mehreren hintereinander

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- ^ - Fall

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angeordneten Aufnehmern herrühren. Dann kann man Paare von je zwei Signalen bilden und zwischen ihnen den Vergleich vornehmen und die Vergleichsergebnisse dem Integrator 21 zufuhren. Die Auswertung des Inte^ratorssignals wird nicht verändert.

Anstatt die Vergleiche von A, bzw. B- mit kontinuierlichen Werten von B bzw. A zu machen, können auch einzelne periodisch abgetastete Werte von B und A benutzt werden. Der Abstand der Abtastwerte muss nur kleiner sein als die Breite der Senke

Anstelle des Integrators 21 kann auch ein Tiefpass Verwendung finden. Für die Stillstandsanzeige fällt dann die Rückstellungsleitung 24 und die Anzeigevorrichtung 25 fort und die Anzeige erfolgt direkt von der Schwellwertschaltung 23·

Anstatt analog wie nach Fig. 2 kann die Berechnung der Integrale auch digital erfolgen. In diesem Falle würde ein A/D-Wandler die Eingangswerte A und B abwechselnd in digitale Werte umwandeln, jeweils von A und B mindestens einen VTert speichern und die Vergleiche mit darauffolgenden, ebenfalls analog/digital gewandelten Werten der anderen Leitung vornehmen. Anstelle der Abtast- und Halteschaltung tritt dann ein Speicher, anstelle der Subtraktionsschaltungen arithmetische Rechenschaltungen und anstelle des Integrators 21 ein Zähler.

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Claims

- J* - Fall 5GO

Patentansprüche

!^Verfahren zur Bestimmung der Richtung der gegenseitigen zeitlichen Verschiebung T mindestens zweier ähnlicher stochastischer Signale,
dadurch gekennzeichnet,

dass in regelnlässigen Abständen vonVSwei Signalen Augenblickswerte gespeichert und während eines Vergleichszeitintervalles wiederholt und fortlaufend jeweils mit dem anderen Signal verglichen werden, wobei das Vergleichsintervall einen Bereich T - τ nach dem Zeitpunkt der Speicherung des Augenblickswerts enthalten muss, dass in einem Akkumulator von dem Vergleich abhängige Ergebnisse positiven Vorzeichens der einen Vergleichsreiha addiert, die der anderen Vergleichsreihe subtrahiert werden,

und dass aus dem Vorzeichen der im Akkumulator entstehenden Werte auf die Verschiebungsrichtung geschlossen wird.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass bei mehr als zwei stochastischen Signalen jeweils Paare aus je zwei Signalen gebildet werden und dass das Vergleichsverfahren jeweils mit den zwei Signalen eines Paares durchgeführt wird.

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ORlQiNAL INSPECTED

Pall

27 Π1684

Verfahren nach Patentanspruch^ dadurch gekennzeichnet,

dass das Vergleichszeitintervall von einem annähernd gemessenen Wert T abhängig gemacht wird, welcher aus einer Messung des Maxiinuns des Leistungsspektrums mindestens eines der stochastischen Signale erhalten wird.

.Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1,
gekennzeichnet durch

mindestens zwei Speicher zur periodischen Speicherung von Augenblickswerten der beiden stochastischen Signale, durch mindestens zwei Vergleichsschaltunken der rospcicherten Werte mit später auftretenden Werten des anderen Signals und zur Bildung von Signalen eines Vorzeichens in Funktion der Vergleichsergebnisse, eine Vorrichtung zur zeitlichen Integrierung der Differenzen der beiden Funktionen

und eine Vorrichtung zur Anzeige des Vorzeichens des Ergebnisses der Integrierung.

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Fall ',.

5· Vorrichtung nach Patentanspruch 4, . gekennzeichnet durch

eine an die Vorrichtung zur zeitlichen Integrierung angeschlossene Vorrichtung zur Unterscheidung, ob das Ausgangssignal dieser Vorrichtung eine bestimmte positive oder negative Anstiegsgeschwindigkeit überschreitet oder nicht.

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