DE4035470A1 - Verfahren zur verarbeitung elektrischer signale - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verarbeitung analoger elektrischer Signale, die durch die beim Auftreffen fal­ lender Erntegutbestandteile auf einen Sensor ausgelösten Impulse entstehen, wobei der Sensor über einen Wandler ein der erfaßten Erntegutmenge proportionales Ausgangssignal mit einer steilen An­ stiegsflanke und einem sich daran anschließenden breiten Fre­ quenzspektrum mit sich verringernden Amplituden abgibt.

Einrichtungen zur Signalverarbeitung sind bereits in verschiede­ nen Ausführungen bekannt.

In der DE-PS 20 44 266 C2 ist beispielsweise eine Meßeinrichtung zum Ermitteln des Körnerverlustes bei einem Mähdrescher darge­ stellt, bei der ein Sensor elektrische Signale liefert, die über eine einen Frequenzdetektor sowie einen monostabilen Multivibrator enthaltende Verstärkerschaltung einem Meßgerät zugeführt werden. Beim Auftreffen von Erntegutbestandteilen auf den Sensor wird ei­ ne zackenförmige Spannung mit einer bestimmten Frequenz und Am­ plitude erzeugt. An den Sensor ist zum Aufnehmen der Spannungen ein Frequenzdetektor angeschlossen, der als Bandfilter ausgebil­ det ist und nur diejenigen Spannungen durchläßt, deren Frequenz über einem bestimmten Wert liegt. Von dem Frequenzdetektor aus wird die zackenförmige Spannung einem Amplitudendetektor zuge­ führt, der alle Spannungszacken ausfiltert, deren Amplitude unter einem vorbestimmten Wert liegt, so daß nur die Spannungszacken zurückbleiben, die durch das Auftreffen von Körnern auf den Sen­ sor hervorgerufen werden. Von dem Amplitudendetektor aus werden die Spannungszacken einem monostabilen Multivibrator zugeführt, der Rechteckwellenimpulse erzeugt. Nach der Impulsverstärkung werden die Signale einer Meßschaltung zugeführt, die eine Schal­ tung zum Bilden eines Mittelwertes umfaßt, welche eine Mittel­ wertspannung erzeugt, durch die ein Meßgerät beaufschlagt wird, das den Körnerdurchsatz optisch anzeigt. Da die Körnergeschwin­ digkeit bei Abscheideprozessen und damit die amplitudenbestimmen­ de Kraft beim Aufprall der Körner auf den Sensor starken Schwan­ kungen unterliegt, ist es schwierig, einen definierten Schwell­ wert für die Signalamplitude festzulegen. Außerdem tritt bei gro­ ßen Durchsatzmengen, insbesondere im Dreschkorbbereich, eine teilweise Signalüberlagerung auf, so daß keine eindeutige Erken­ nung der einzelnen Erregerimpulse mehr möglich ist.

Die gleichen Nachteile treten auch bei der aus der US-PS 36 10 252 bekannten Vorrichtung zur Körnermengenmessung auf, bei der die hochfrequenten Schwingungen gedämpft, das Signal verstärkt, gleichgerichtet und integriert wird. Am Schaltungsausgang steht dann eine elektrische Spannung zur Verfügung, die der Körner-Im­ pulsfolge proportional und von der Impulsamplitude abhängig ist. Für die Überwachung von Separationsprozessen und die automatische Steuerung von Funktionsbaugruppen von Mähdreschern sind diese Verfahren zur elektronischen Meßsignalverarbeitung nur mit erheb­ lichen Einschränkungen verwendbar.

Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Genauigkeit und Zuver­ lässigkeit der Signalverarbeitung zu erhöhen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die elektrischen Signa­ le eines Sensors derart zu verarbeiten, daß die von einzelnen Körnern ausgelösten Impulse, insbesondere bei zeitlich sehr kur­ zer Folge, eindeutig erkannt und in einer Nachfolgeeinrichtung elektronisch ausgewertet werden können.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, daß die steile An­ stiegsflanke eines elektrischen Signals zu einem TTL-gerechten Signal verarbeitet und gezählt wird.

Nach weiteren Merkmalen der Erfindung werden die elektrischen Signale zunächst verstärkt und gleichgerichtet, danach geglättet und über ein Differenzierglied die Anstiegsflanken in einen Nadel­ impuls geformt, wobei gleichzeitig der Gleichspannungsanteil von überlagerten Signalen beseitigt wird. Die Nadelimpulse triggern einen elektronischen Schalter, an dessen Ausgang schmale Rechteck­ impulse mit konstanten Amplituden anliegen, die einem Zählwerk zugeführt werden. Die Amplituden der Nadelimpulse müssen dabei einen Schwellwert übersteigen, damit der elektronische Schalter nicht durch Rauschsignale geschaltet wird.

Die jeweiligen elektrischen Signale weisen eine steile Anstiegs­ flanke und ein breites Frequenzspektrum mit abklingenden Amplitu­ den auf. Die Signalbreite beträgt etwa 1 bis 2 ms. Die entstehen­ den Nadelimpulse entsprechen den steilen Flanken der Signale und damit einem Erregerimpuls. Die Nadelimpulse werden in bekannter Weise, beispielsweise mit einem Schnitt-Trigger oder Komparator in schmale TTL-gerechte Rechteckimpulse gewandelt, die einem di­ gitalen Zähler zugeführt oder in anderer Weise weiterverarbeitet werden.

Die erfindungsgemäße Signalverarbeitung hat den Vorteil, daß das Ausgangssignal unabhängig von der Amplitude des Sensorsignals ist, die durch unterschiedliche Abscheidebedingungen und erntegut­ abhängige Besonderheiten beeinflußt wird. Das Ausgangssignal stellt lediglich einen proportionalen Wert zur Anzahl der auf den Sensor treffenden Körner dar. Es entfällt damit bei wechselnden Erntebedingungen die Notwendigkeit zur ständig neuen Eichung des Meßsystems. Weiterhin besteht der Vorteil, daß auch bei sehr ho­ hen Erntegutdurchsatzmengen die Anzahl der auf den Sensor tref­ fenden Körner exakt bestimmt werden kann. Das vom Impulssensor kommende und erfindungsgemäß verarbeitete Signal verhält sich im gesamten Meßbereich linear zur signalauslösenden Körnermenge.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeipiel näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Signalverarbeitung und

Fig. 2 die Schaltungsanordnung der Einrichtung zur Impuls­ formung.

Ein Sensor 1 wandelt die beim Aufprall von Körnern entstehenden Körperschallwellen in ein elektrisches Signal um. Aufgrund von Reflexionen dieser Wellen schwingt das Signal nach. Die jeweilige Einschwingzeit ist von der Aufprallkraft der Körner und von aku­ stischen Eigenschaften des Sensors 1 abhängig. Es entsteht ein Spannungsverlauf entsprechend Oszillogramm 2. Im Verstärker 3 wird das Signal für die weitere Verarbeitung verstärkt. Den Span­ nungsverlauf zeigt das Oszillogramm 4. Nach dem Gleichrichter 5 liegt ein Signalverlauf gemäß Oszillogramm 6 vor. Die Siebstufe 7 glättet das Signal, so daß im Oszillogramm 8 der Signalverlauf der Hüllkurve einer Halbwelle des Sensorsignals entspricht. Am Ausgang des Differenziergliedes 9 liegt ein Null-Potential an, das durch Nadelimpulse unterbrochen wird. Die Nadelimpulse, die aus dem Oszillogramm 10 ersichtlich sind, entsprechen dabei den steilen Flanken des Sensorsignals. Die Nadelimpulse schalten ei­ nen Trigger 11 um, an dessen Ausgang schmale Rechtecksignale zur Verfügung stehen. Die im Oszillogramm 12 dargestellten Rechteck­ signale werden einem digitalen Zählwerk 13 zugeführt.

Eine vorzugsweise ausgeführte Schaltungsanordnung ist in der Fig. 2 dargestellt. Bei dieser Schaltung wird das vom Sensor 1 kommen­ de Signal einem Operationsverstärker 14 zugeführt, der mit den Dioden 15; 16 im Gegenkopplungszweig als aktiver Gleichrichter arbeitet. Mit einem Regler 17 wird die erforderliche Verstärkung eingestellt. Ein Kondensator 18 glättet dabei das gleichgerichte­ te Signal. Ein weiterer Kondensator 19 stellt das Differenzier­ glied 9 dar. Am Widerstand 20 liegen positive Nadelimpulse an. Ist deren Spannung größer als die durch einen Spannungsteiler 21 eingestellte Referenzspannung, wird der als Komparator arbeitende Operationsverstärker 22 umgeschaltet. Die Referenzspannung wird dabei größer als Null Volt eingestellt, um Rauschsignale zu un­ terdrücken. Die Spannungspegel der entstehenden Rechteckimpulse, die am Ausgang des Operationsverstärkers 22 der Betriebsspannun­ gen entsprechen, werden durch die Dioden 23; 24 auf 0 und +5 Volt begrenzt. Am Ausgang dieser Schaltung liegen schmale Recht­ eckimpulse an, die dem Zählwerk 13 zugeführt werden. Die Breite dieser Impulse ist von der Anstiegszeit der Signalflanken abhän­ gig. Bei der ausgeführten Variante beträgt die Impulsbreite 0,2 ms, so daß bis zu 2500 Körner pro Sekunde gezählt werden können.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

 1 Sensor
 2 Oszilligramm
 3 Verstärker
 4 Oszillogramm
 5 Gleichrichter
 6 Oszillogramm
 7 Siebstufe
 8 Oszillogramm
 9 Differenzierglied
10 Oszillogramm
11 Trigger
12 Oszillogramm
13 Zählwerk
14 Operationsverstärker
15; 16 Dioden
17 Regler
18; 19 Kondensator
20 Widerstand
21 Spannungsteiler
22 Operationsverstärker
23; 24 Dioden

Claims (3)

1. Verfahren zur Verarbeitung analoger elektrischer Signale, die durch die beim Auftreffen fallender Erntegutbestandteile auf einen Sensor ausgelösten Impulse entstehen, wobei der Sensor über einen Wandler ein der erfaßten Erntegutmenge proportiona­ les Ausgangssignal mit einer steilen Anstiegsflanke und einem sich daran anschließenden breiten Frequenzspektrum mit sich verringernden Amplituden abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die steile Anstiegsflanke eines elektrischen Signals zu einem TTL-gerechten Signal verarbeitet und gezählt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Signale zunächst verstärkt und gleichgerichtet, danach geglättet und über ein Differenzierglied (9) die An­ stiegsflanken in einen Nadelimpuls geformt werden, wobei gleichzeitig der Gleichspannungsanteil von überlagerten Signa­ len beseitigt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nadelimpulse einen elektronischen Schalter triggern, an dessen Ausgang schmale Rechteckimpulse mit konstanten Ampli­ tuden anliegen, die einem Zählwerk (13) zugeführt werden.