DE2254019A1

DE2254019A1 - Schaltanordnung zum gewinnen eines referenzwertes fuer eine unabhaengige variable eines bekannten funktionsverlaufes

Info

Publication number: DE2254019A1
Application number: DE2254019A
Authority: DE
Inventors: Burckard Dipl Ing Aechter; Manfred Dipl Ing Gerlach
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Fried Krupp AG
Priority date: 1972-11-04
Filing date: 1972-11-04
Publication date: 1974-05-16
Also published as: NO140805C; NO140805B; DE2254019C2; US3887871A; GB1433766A; FR2205997A5; JPS4979283A

Description

FRIED. KRUPP GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG in Essen

Schaltanordnung zum Gewinnen eines Referenzwertes für eine unabhängige Variable eines bekannten Funktionsverlaufes

Die Erfindung betrifft eine Schaltanordnung zum Gewinnen eines Referenzwertes für einen gesuchten Wert einer unabhängigen Variablen bei einer,, in einem interessierenden Bereich als abhängige Variable nach bekanntem Funktionsverlauf über unabhängiger Variabler monoton ansteigenden oder monoton abfallenden, nichtlinearen Funktion, wobei aus diesem Funktionsverlauf eine Beziehung zwischen dem Referenzwert und dem gesuchten Wert vorgegeben ist, unter Verwendung einer auf eine kritische Größe der abhängigen Variablen ansprechenden Meßanordnung.

Es ist bekannt, Referenzwerte bezüglich gesuchter Werte der unabhängigen Variablen eines bekannten Funktionsverlaufes über Anordnungen von, auf vorgegebene Werte der abhängigen Variablen ansprechend,Meßanordnungen in Form von Schwellenstufen zu gewinnen; dabei wird, ein Referenzsignal ausgelöst, wenn die abhängige Variable eine vorgegebene Schwelle als die eingestellte kritische Größe überschreitet.

EV 186/72 '

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Mittels solcher Schwellenstufen sind jedoch im allgemeinen nur einzelne, insbesondere hinsichtlich der Steilheit des Punktionsverlaufes signifikante Größen ermittelbar, weil nur bei hinreichend steilem Verlauf der abhängigen Variablen über der unabhängigen Variablen eine reproduzierbare Auslösung der Referenzwert-Anzeige erfolgt. Eine Maßstabsveränderung, insbesondere eine Verstärkung der abhängigen Variablen würde zwar einen steileren Punktionsverlauf einer schwach ansteigenden Punktion und damit einen eingeengten Toleranzbereich für das Ansprechen der Auslösung bewirken, damit aber einen Versatz des Referenzwertes insgesamt verursachen, da nun die Auslösung des Referenzsignals bei einem anderen Wert der unabhängigen Variablen erfolgt.

Insbesondere beim Bestimmen eines Nullpunktes einer HUIlkurve bekannten Verlaufs auf- oder abklingender Schwingungen ergibt sich eine große Fehlerbreite, wenn solch eine unabhängige Variable über Schwellenstufen ermittelt werden soll bzw. wenn nach der herkömmlichen Methode irgendein Referenzwert aus dem Hüllkurvenverlauf bestimmt werden soll.

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Dem exakten Bestimmen des Nullpunktes einer solchen Hüllkurve steht aber auch die physikalische Gegebenheit erschwerend entgegen, daß der Verlauf nur mathematisch, durch den jeweiligen Ort der Spitzenwerte der auf- oder abklingenden Schwingungen, definiert ist, daß die Hüllkurve also meßtechnisch nicht lücken-* los in ihrem Verlauf erfaßbar ist. übliche Auswege über eine geglättete Doppelweggleichrichtung ergeben, insbesondere im Verlauf der ersten Schwingungen, nur einen angenäherten Hüllkurvenverlauf, so daß zwangsläufig schon deshalb Fehler entstehen, wenn man diesen nur angenäherten Hüllkurvenverlauf über Schwellenstufen auswertet.

Bei der Schwellenmessung an den Schwingungen, anstelle an der Hüllkurve, ergeben sich wegen der nun auszuwertenden steileren Planken zwar genauere Schaltwerte, jedoch besteht nun die Gefahr der Vieldeutigkeit, indem nämlich eine oder mehrere Schwingungen wegen ihrer noch unterhalb der eingestellten Schwelle liegenden Amplituden verfehlt und damit erst und fälschlich eine der nachfolgenden Schwingungen größerer Amplitude als vermeintlicher gesuchter Punkt auf· der Hüllkurve ermittelt wird, was sich insbesondere bei z.B. störbedingten Amplitudenschwankungen auswirkt, die sowohl durch Interferenzerscheinungen als auch durch Verstärkungsschwankungen oder überlagerte Stör-• pegel verursacht sein können.

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Es 1st also auch bei dieser Methode eine große Fehlerbreite in der Bestimmung der gesuchten Variablen zu erwarten.
Angesichts dieser Schwierigkeiten bei Lösungen nach dem Stande der Technik ist es Aufgabe vorliegender Erfindung, eine Schaltanordnung zu schaffen, die es gestattet, exakte Referenzwerte für jeden gewünschten Punkt eines bekannten monoton ansteigenden oder monoton abfallenden nichtlinearen Funktionsverlaufes zu gewinnen.

Dazu wird von der Erkenntnis ausgegangen, daß bei Kurvenverläufen der genannten Art das Verhältnis einmal vorgegebener Wertepaare zueinander nur einmal an einer durch den bekannten Kurvenverlauf mathematisch bestimmbaren Stelle vorkommen kann.

Diese Aufgabe ist deshalb erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zusätzlich zeeo wenigstens eine zweite Meßanordnung für die abhängige Variable vorgesehen ist, wobei die Meßanordnungen gegeneinander um vorgegebene Abstände der unabhängigen Variablen versetzt wirksam sind, und daß den Meßanordnungen ein Vergleicher hachgeschaltet ist, welcher zur Abgabe eines den Referenzwert angebenden Referenzsignals bei einem vorgegebenen Verhältnis der ermittelten abhängigen Variablen zueinander ausgebildet ist.

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In einer vorteilhaften apparativen Ausgestaltung dieser Erfindung ist es vorgesehen,, nur zwei Meßanordnungen zu verwenden, wobei dann die erste Meßanordnung aus einem Meßaufnehmer mit naehgesehaltetem ungedämpften Totbereichsglied und die zweite Meßanordnung aus einem - gegebenenfalls demselben - MeJ3-aufnehnier mit nachgesehaltetem unverzögerten Dämpfungsglied besteht» Dabei ist der Totbereich auf den vorgegebenen Abstand der unabhängigen Variablen eingestellt* die Dämpfung ist gejnäß dem bekannten Funktionsverlauf auf das vorgegebene Verhältnis der zwei ermittelten abhängigen Variablen eingestellt, Die Ausgänge der beiden Meßanordnungen sind mit Je einem Eingang eines Vergleichers verbunden,, wobei am Ausgang des Ferglei eher s_a bei Vorliegen des vorgegebenen Verhältnisses seiner beiden Eingangssignale ein Referenzsignal erscheint.

Während bei den herkömmliehen Schwellenmethoden eine maßstabsgerechte Veränderung (z.B. Amplitudenverstärkung) des Funktionsverlaufes stets zu veränderten Anspreehwerten . führt, ist durch diese Erfindung nun eine Absolutmessung erreicht,· eine gleichförmige Veränderung des Funktionsverlaufes beeinflußt den Ansprechwert nicht mehr, da er von einer Quotientenbildung abgeleitet wird, wodurch jegliche Maßstabseinflüsse (Verstärkungsgrad) entfallen.

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Der gesuchte Referenzwert ißt also In dem Moment gefunden, da bei einem Abtasten längs des Punktione-Verlaufes die abhängigen Variablen im vorgegebenen Abstand voneinander längs der unabhängigen Variablen ein aufgrund des mathematisch bekannten Punkt ioiasverlaufes bekanntes Verhältnis zueinander erreichen.

Ist der gesuchte Wert der unabhängigen Variablen gemäß einem bevorzugten Anwendungsbeispiel zu dieser Erfindung der Nullpunkt einer Hüllkurve bekannten Verlaufs auf- oder abklingender Schwingungen bekannter Schwingungsweite, so sind die Größen der abhängigen Variablen durch die Spitzenwerte zweier vorgegebener, vorzugsweise zweier aufeinanderfolgender Schwingungszüge, der vorgegebene Abstand durch die Schwingungsweite bestimmt. Im Moment des Vorliegenides vorgegebenen Verhältnisses der beiden aufeinanderfolgenden Spitzenwerte ist der Referenzwert gewonnen. Der Abstand des Referenzwertes vom gesuchten Nullpunkt ist durch den bekannten Verlauf der HUllkurve gegeben, wobei durch das vorgegebene Verhältnis angegeben ist, bei dem wievielten Schwingungszug nach dem Nullpunkt das Referenzsignal erscheinen muß.

Ausgewertet werden dabei zweckmäßigerweiee diejenigen ersten Schwingungszüge, die den praktisch stets vorhandenen Störpegel überschreiten; in diesem Bereich ist die Hüllkurve auch mit Sicherheit noch nicht in einen abgeflachteren Funktionsverlauf übergegangen, so daß ein

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definiertes Verhältnis der ausgewählten Spitzenwerte vorliegt. Auch treten Interferenzerscheinungen erfahrungsgemäß bis etwa zum sechsten Schwingungszug noch nicht in Erscheinung.

Bei einer Anwendung dieser Erfindung für Empfang von Wellenenergie ist es nämlich außerdem wichtig, daß der genannte interessierende Signalbereich frei von Störungen durch Interferenzen ist, die durch Mehrfachreflektionen der ersten Schwingungen im Ausbreitungsmedium auftreten könnten. Hinter dem beschriebenen Signalbereich auftretende Interferenzen stören die Punktion der erfindungsgemäßen Schaltanordnung nicht.

Der Nullpunkt der Hüllkurve kann, durch die Auswertung im genannten Bereich, auch dann exakt bestimmt werden, wenn der Nullpunkt selbst vom Störpegel verdeckt ist. Damit ist für Laufzeitbestimmung von Impulsen eine Genauigkeit erzielt, die mit bisherigen Mitteln nur sehr schwer und allenfalls mit großem Aufwand realisiert werden konnte.

Da sich dennoch vorhandene, den Schwingungen überlagernde Störeinflüsse erfahrungsgemäß in erster Linie in Amplitudenschwankungen und nicht in Frequenzschwankungen der Schwingungen auswirken, kann es zweckmäßig sein, noch nicht mit Feststellen des vorgegebenen Verhältnisses, sondern erst beim darauffolgenden, mit vorgegebener

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Orientierung erfolgenden Nulldurchgang der Schwingungen, also im steilsten Teil des Schwingungsverlaufes und damit besser reproduzierbar, das Referenzsignal auszulösen.

Um diese vorteilhafte Erweiterung zu realisieren, ist ein Nulldurchgangsdetektor an einen der Meßaufnehmer geschaltet und ausgangsseitig mit einem Triggereingang des Vergleichers verbunden. Der Vergleicher wird beim vorgegebenen Verhältnis seiner Eingangssignale zueinander nun erst zur Abgabe des Referenzsignales vorbereitet, woraufhin dann über den Triggereingang des Vergleichers beim nachfolgenden Nulldurchgang vorgegebener Orientierung das Referenzsignal ausgelöst wird.

Für ein Bestimmen der Laufzeit von Impulsen, die aus Schwingungen bekannter Frequenz bestehen und am Ausgang eines mit veränderlichen Laufzeiten und veränderlichen Dämpfungen behafteten übertragungskanales erscheinen, ist bei einer vorteilhaften weiteren apparativen Ausgestaltung dieser Erfindung eine Zeitmeßeinrichtung vorgesehen, die mit Auslösen eines Impulses am Eingang des Übertragungskanales gestartet wird. Am Ausgang des Übertragungskanales sind die Meßaufnehmer bekannten Einschwingverhaltens, durch das der Verlauf der Hüllkurve vorgegeben ist, mit nachgeschaltetem Vergleicher vorgesehen. In Abhängigkeit vom Erscheinen des Referenzsignales wird die Zeitmeßeinrichtung gestoppt.

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Bei dieser speziellen Anwendung besteht das Problem, daß die vom Meßaufnehmer abgegebenen Signale zunächst sehr kleine Amplituden aufweisen, die erst mit der Zeit aufklingen und sich auch damit erst vom ständigen Störhintergrund abheben. Aus den oben genannten Gründen ist der exakte Zeitbezug des Beginns des aus solchem Schwingungszug bestehenden Impulses am Ausgang des Ubertragungskanals mit herkömmlichen Mitteln schwerlich reproduzierbar festzustellen. Unter Anwendung der vorliegenden Erfindung wird dieses Problem gelöst, indem ein Referenzwert von denjenigen Schwingungen abgeleitet wird, weihe bereits eine auswertbare Amplitude aufweisen. Aus dem Zeitpunkt des Erscheinens des Referenzsignals ist über den bekannten Hüllkurvenverlauf,deren NuIlpunkt, also der Beginn der Hüllkurve und damit der Zeitpunkt des Beginns des Impulses im Ausgang des Übertragungskanales exakt und reproduzierbar festzustellen, weil der Zeitpunkt des Erscheinens des Referenzsignals bezüglich des gesuchten Nullpunktes über den durch das Einschwingverhalten der Meßaufnehmer.bekannten Funktionsverlauf mathematisch definiert ist. Pie unmittelbare Zeitmessung zwischen dem gesuchten Nullpunkt und dem Erscheinen des Referenzsignals ist über eine Verkürzung aer Zeitangabe der Zeitmeßeinrichtung um die Zeitspanne der vorgegebenen, bekannten Anzahl von Schwingungen zu erreichen;

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... ίο

es kann aber auch die Zeltmeßeinrichtung mit einer dieser bekannten Zeitspanne entsprechenden Verzöge- · rung gestartet werden. Bei dieser Zeitmessung ist bei Anwenden eines Nulldurchgangsdetektors zum Auslösen des Referenzsignals die Zeitspanne zwischen Vorbereiten und Auslösen des Referenzsignales entsprechend zusätzlich zu berücksichtigen. Die Erfindung ermöglicht es somit, eine Schaltanordnung zu schaffen, mit der Referenzwerte für einen gesuchten Wert einer unabhängigen Variablen bei einer nach einem bekannten Verlauf monoton ansteigenden oder monoton abfallenden nichtlinearen Punktion zu gewinnen sind, wobei die Schaltanordnung unabhängig vom jeweils gewählten Maßstab der unabhängigen und der abhängigen Variablen ein richtiges Ergebnis angibt. Besonders sicher und dabei einfach läßt sich gemäß dieser Erfindung der Nullpunkt einer Hüllkurve auf oder abklingender Schwingungen ermitteln und damit eine exakte Laufzeitbestimmung von aus Schwingungen bestehenden Impulsen, praktisch unabhängig von Dämpfungsschwankungen auf der Übertragungsstrecke, realisieren. Die Anwendbarkeit dieser Schaltanordnung ist aber nicht auf zeitabhängige Funktionsverläufe beschränkt, die unabhängige Variable kann jede meßtechnisch zugängliche physikalische Größe sein, z.B. beim Auswerten eines Temperaturverlaufs über Ortskoordinaten.

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V *) ^ L Π 1 Q

Der Erfindungsgedanke ist nachstehend anhand eier Zeichnung an Änwendungsbeispielen näher erläutert:

iis zeigt:

Fig. 1 einen monoton ansteigenden Verlauf einer nicht- '-) linearen Funktion in einem Koordinatensystem;

Fig. 2 den Verlauf aufklingender Schwingungen mit einem "bekannten Funktionsverlauf der Hüllkurve dieser Schwingungen5

Fig. 3 ein Blockschaltbild mit einer Schaltanordnung für eine Laufzeitbestimmung;

Fig. 4 Hüllkurvenverlaufe von Signalen an verschiedenen Heßpunkten der Schal-tung genieß Fig. 3j

Fig. 5 Q-i'" ersten ochwingungszüge eines Impulses, wie er von einem Meßaufnehmer am Ausgang eines t/bertragungskanals geliefert wird sowie Ausgangssignale von einem Dämpfungsgliedjvon einem Tot-"bereichsglied, von zwei Spitzenwertdetektoren und von einem Vergleicher gemäß Fig. 3;

Fig. 6 Ausgangssignale wie in Fig. 5₅ dargestellt jedoch mit einem Dämpfungsglied größerer vorgegebener Dämpfungen als in Fig. 5«

.Eine in einem interessierenden Bereich bekannte, hier monoton ansteigende, nichtlineare Funktion f ist -in Fig. 1 als abhängige Variable y über einer unabhängigen Variablen χ in einem Koordinatensystem dargestellt.

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Ein gesuchter Wert 1 der +»abhängigen Variablen y kann unmittelbar ein Referenzwert 2 sein oder in einer bekannten Entfernung E von ihm liegen, wobei letzteres in Fig. 1 vorgesehen ist; der gesuchte Wert 1 sei nicht unmittelbar und sicher reproduzierbar meßtechnisch erfaßbar, etwa weil - wie in Fig. 1 angegeben - der Durchlauf der Funktion f durch die «aabhängige Variable y für χ = O gesucht 1st und aus meßtechnischen Gründen der Nullwert nicht erfaßbar sei, oder z.B. wegen eines hinsichtlich vorgegebenen Meßaufnehmers unverträglichen Vorzeichens dieses gesuchten Wertes 1. Deshalb wird nach dieser Erfindung der Referenzwert 2 an einer anderen Stelle des Verlaufs der Funktion f ermittelt und dann von diesem Referenzwert 2 über die bekannte Entfernung E auf den gesuchten Wert 1 rtickgeschlossen.

Zum Gewinnen des Referenzwertes 2 werden laufend zwei Größen yl, y2 der abhängigen Variablen y in einem vorgegebenen Abstand d der unabhängigen Variablen χ längs der Funktion f gemessen.

Aus den gemessenen Größen yl und y2 wird ein Verhältnis V gebildet; bei Vorliegen eines vorgegebenen Verhältnisses V der beiden Größen yl und y2 ist der Referenzwert 2 mit dem zur abhängigen Variablen y2 zugehörigen Wert *4 der unabhängigen Variablen χ gefunden, denn für einen vorgegebenen Funktionsverlauf gibt es nur ein einziges

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Mal das gesuchte Verhältnis V für einen vorgegebenen Abstand d.

Dieses vorzugebende Verhältnis V läßt sich für das interessierende Wertepäar aus dem Verlauf der vorge^

gebenen Punktion f ermitteln.- ■

Die Entfernung E und der Abstand d sind so zu wählen» daß die Größenyl und y2 aufgrund des Punktionsverlaufes der Punktion f an diesen Stellen gut meßbar und voneinander unterscheidbar sind. Damit ist man hinsiehtlieh der Genauigkeit der Bestimmung des gesuchten Wertes nicht mehr von der Lage des gesuchten Wertes 1 selbst abhängig, .-"■.-"

Dabei ist es «feSHsbesonders vorteilhaft für die Anwendbarkeit dieser Erfindung^ daß es genügt den bloßen

1$ Punktionsverlaüf der Punktion f zu kennen, unabhängig von den Jeweiligen Absolutwerten und damit von Maßstabsfaktoren. Es wird la zum Gewinnen des Eeferenzwertes δ nur das Vorliegen des maßstabslosen Verhältnisses V der beiden Örb'Sen yl und y2 gesucht*

SO Dieses Verhältnis V kann im betrachteten» interessierenden Bereich Äfes Punktionsverlauf es #er Funktion t _a bei dem ein monotoner und nicht linearer Verlauf nur einmal vwköffimen, womit ύ®£> Refer entwerfe %. bestimmt ist»-·* ' - ''" ~^M\- '

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Aufgrund des bekannten Verlaufes der Punktion f kann mit der Vorgabe des Abstands d jeder gesuchte Wert 1 der unabhängigen Variablen χ innerhalb des betrachteten Verlaufes der Punktion f bestimmt werden, wobei der gesuchte Wert 1 sowohl bei kleineren als auch bei grSßeren Werten der unabhängigen Variablen x* als der Referenzwert 2 liegen kann; der Abstand d ist freizügig so vorgebbar, daß ein günstiges Verhältnis V vorliegt.

Ein Nullpunkt 4 einer aufklingenden Schwingung S bekannter Schwingungsweite w ist, wie Fig. 2 zeigt, mittels dieser Erfindung bestimmbar, wenn die'Hüllkurve 5 der Schwingungen S, zumindest im Anfangsbereich, einen bekannten, monotonen und nichtlinearen Funktionsverlauf aufweist. Um den Nullpunkt 4 als gesuchten Wert 1 in Analogie zu Pig. 1 zu bestimmen, werden die Größen yl und y2 als Spitzenwerte 6 und 7 der Schwingungen S gemessen, wobei der vorgegebene Abstand <1 gleich der Schwingungsweite w ist. Bei einem vorgegebenen Verhältnis V diesser Spitzenwerte 6 und 7 ist, über den bekannten Punktionsverlauf der fßlllfcurve 5 (deren absoluter Verlauf nicht bekannt zu sein braucht) bekannt, bei dem wievielten Schwingungszug nach ue» Nullpunkt 4 dieses Verhältnis V der Spitzenwerte 6 u. 7 vorliegen muß. Damit ist bekannt, in welcher Entfernung E* der Referenzwert 2 vom Nullpunkt 4 der ERIl!kurve 5 liegt.

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... 15

Wie in Fig. 3 gezeigt, ist zum Gewinnen eines Maßes für eine Laufzeit von aus SchwingungenS gemäß iig. 2 "bestehenden Impulsen i1, die an einem Ausgang 9 eines mit ■veränderlichen Laufzeiten "behafteten 'Übertragungskanals anstehen, eine Zeitmeßeinrichtung 11 vorgesehen. Ein Impulsgenerator 12 löst Impulse i am Eingang 13 des Tubertragungskanals 10 aus und startet damit eine .Startleitung die Zeitmeßeinrichtung 11. Am Ausgang 9 des übertragungskanals 10 ist ein Heßaufnehmer 17 zum Umwandeln der Impulse ii in z.B. elektrische Signale i2 angeordnet; aus dem Einschwingverhalten des Heßaufnehmers 17-ist der Verlauf der Hüllkurve 5 der Signale i2 gegeben, entsprechend der prinzipiellen Darstellung in l^?ig. 2. Zum Bestimmen der beiden Größen y1 und y2(vgl. Eig. 2) sind zwei Meßanordnungen "15, 16 vorgesehen, wobei die ließ an Ordnung 15, für diesen Anwendungsfall der Erfindung, aus dem Meßaufnehmer 17 mit nachgeschaltetem ungedämpften Totbereichsglied 18 besteht. Der Totbereich To ist, wie I¹ ig. Λ zeigt, auf den Abstand der beiden Größen y1 und y2 auf der unabhängigen Variablen, in diesem Anwendungsfall also auf die Zeitspanne ty2 - ty1 zwischen einer oder mehrerer Schwingungsweiten wder Schwingungen S eingestellt. Die Meßanordnung besteht ebenfalls aus dem Meßaufnehmer I7 und einem nachgeschalteten unverzögerten Dämpfungsglied 19, dessen Dämpfung D an dem aus dem bekannten Verlauf der Hüll-' kurve 5-2 bekamrtren vorgegebenen Verhältnis der Größewyi, und y2,'-in diesem EaIl an dem Verhältnis-V der Spitzenwerte 6 und 7

■. ...« 16

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zweier im .abstand des Totbereichs To aufeinander folgender Schwingungen ib orientiert ist. *!'.■; diaser Wahl des Totbereichs To und der Dämpfung I) ist die zur Größe j2 zugehörige unabhängige Variable ,in diesem Fall also der · Zeitpunkt/ty2 des Erscheinens des Spitzenwertes 7 ,durch den Kreuzungspunkt der Hüllkurve 5,3 und 5»^ definiert, d.h. durch Gleichheit an den Ausgängen der Meßanordnung 15» 16, die vorzugsweise, wie hier beschrieben, den Keßaufnehmer 17 gemeinsam beinhalten, anstehenden Impulse l3, JA, die von zwei den Meßanordnungen 15» 16 nachge- ■ schalteten öpitzenwertdetektoren 20, 21 in stufenförmige Eingangssignale 320, iS21 umgeformt werden (siehe Fig. 5)· Die opitzenv/ertdetektoren 20, 21 sind ausgangs se it ig mit je einem Eingang 22, 23 eines Vergleichers 24 verbunden.

weisen die Signale 320 und 321 das vorgegebene Verhältnis V auf, ist die Bedingung für den Referenzwert Z also erfüllt, dann könnte der Vergleicher 24 ein Referenzsignal S24-abgeben. Da sich jedoch erfahrungsgemäß Störeinflüsse vor allem in Joaplitudenschwankungen auswirken, können die ^Spitzenwerte '6,7 der Schwingungen S durch solche ötöreinflüsse etwas verzerrt sein. TJm dennoch anzusprechen, ist hinsichtlich des vorgegebenen Verhältnisses V somit eine gewisse Toleranzbreite vorzusehen, womit aber ein durch Erscheinen des vorgegebenen Verhältnisses V bestimmter Referenzwert 2 ebenfalls eine gewisse Toleranzbreite hinsichtlich der Entfernung E¹ (vgl. Fig. 2 und Fig. 5) vom gesuchten Wert 1 aufweist.

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Zum exakten Bestimmen des Nullpunktes 4 der Hüllkurve 5 wird daher der Vergleicher 24 bei Erscheinen des vorgegebenen Verhältnisses V erst nur zur Abgabe des Referenzsignales S24 vorbereitet; wirklich ausgelöst-hingegen wird das Referenzsignal S24 erst über einen Triggereingang 25 am Vergleicher 24, von einem Nulldurchgangsdetektor 26. Der Nulldurchgangsdetektor 26 ist eingangsseitig mit dem Meßaufnehmer verbunden und gibt bei jedem Nulldurchgang der

Signale.

Schwingung S der « i2, also an der steilsten Stelle des Schwingungsverlaufes und damit gut reproduzierbar, ein Ausgangssignal ab.

Der Vergleicher 24 ist von einem Ausgangssignal des Nulldurchgangsdetektors 26 erst dann ansteuerbar, wenn das vorgegebene Verhältnis V der 'Signale S20 und S21 an den Eingängen 22, 2]5 des Vergleichers 24 erschienen ist. Damit erscheint das Referenzsignal S24 zu einem exakt definierten, durch die genannten Störeinflüsse praktisch nicht mehr beeinflußten Zeitpunkt.

Die Zeitmeßeinrichtung 11 weist einen Vorlauf 28 auf, dessen Dauer dem Totbereich To des Totbereichsgliedes entspricht. Die Zeitmeßeinrichtung 11 wird vom Referenzsignal S24 gestoppt und zeigt nun unmittelbar die Zeitspanne zwischen Auslösen je eines Impulses i und seinem Erscheinen als Impuls 11 am Ausgang 9 des Übertragüngskanals 10 an.

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Das Referenzsignal S24 steuert vorteilhaft ferner eine Blockierschaltung 29 an, die eine Abgabe der Signale i2 seitens des Meßaufnehmers 17 für etwa eine Zeitdauer entsprechend der bekannten Zeitdauer der Sigra Ie i2 unterbricht; eine Beeinflussung des Vergleichers 24 durch Schwingungen S, die auf den Zeitpunkt des Triggerns des Vergleichers 24 folgen, ist dadurch wirksam verhindert. Dies ist z.B. wichtig, wenn der weitere Verlauf der Hüllkurve 5 und die Konstanz der Schwingungsweiten w der Schwingungen S durch Interferenzen gestört sein können, um die erneute Auslösung eines Referenzsignals S24 zu verhindern, wenn im weiteren Hüllkurvenverlauf Einbrüche auftreten, die zufällig wieder gerade das vorgegebene Verhältnis V aufweisen. Die Blockierschaltung 29 kann auch erst zu Beginn einer neuen Meßperiode, d.h. mit Aussenden eines neuen Impulses i, über eine Triggerleitung 30 wieder entriegelt werden.

Die Dämpfung D des Dämpfungsgliedes 19 ist innerhalb vorgegebener Grenzen frei wählbar; ist die Dämpfung D z.B. wie Fig. 5 zeigt, genau auf das Verhältnis V zweier aufeinanderfolgender Spitzenwerte 6, 7 der Schwingungen S des Signals 12 eingestellt, so ist der Vergleicher 24 zur Vorbereitung für eine Abgabe des Referenzsignales S24 bei Gleichheit der Eingangssignale S20 und S21 an seinen beiden Eingängen 22, 23 ausgebildet.

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Gemäß dem bekannten Verlauf der Hüllkurve 5 liegt der gesuchte Nullpunkt 4 der Hüllkurve 5 b'ei def hier vorgegebenen Dämpfung! ^) um zweieinhalb Schwingungsweiten w der Schwingungen S vor dem Zeitpunkt des Erscheinens des Referenzsignals S24.

Vorteilhafterweise ist jedoch die Dämpfung D des Dämpfungsgliedes 19 ungleich dem Verhältnis V der beiden Spitzenwerte 6,7 und zwar, wie für Fig. 6 angegeben, etwas größer gewählt, als es dem Verhältnis V der beiden Spitzenwerte 6,7 entspricht, jedoch kleiner als das Verhältnis zweier nicht direkt aufeinanderfolgender Spitzenwerte. Dann wird der Vergleicher 24 zur Abgabe des Referenzsignals S24 erst bei Überwiegen des Eingangssignals S20 über das Eingangssignal S21 vorbereitet.

Mit diesem besonderen Ausgestalten des Dämpfungsgliedes 19 und des Vergleichers 24 ist ein Auslösen des Referenzsignales S24 vor dem Erscheinen der Impulse ü am Ausgang 9 des Übertragungskanales 10 unterbunden, da nun eine spezifische Ungleichheit der Eingangssignale S 20, S 21 am Vergleicher 24 gefordert ist. In einem bevorzugten Anwendungsfall dieser Erfindung handelt es sich bei dem Impulsgenerator 12 (vgl. Pig: 3), um einen Echolotsender und bei dem Meßaufnehmer 17 um einen Echolotempfänger. _v

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Durch die Zeit, die vom Aussenden eines Impulses

i bis zu seinem Empfang als Impuls il vergeht, ist die Länge einer Meßstreeke (Übertragungskanal 10) bei bekanntem Übertragungsverhalten der Meßstreeke bestimmt. Ist die Länge der Meßstreeke bekannt, so ist bei anderer Aufgabenstellung beispielsweise das Übertragungsverhalten des Mediums durch die genaue Zeitmessung bei Anwendung der erfindungsgemäßen Schaltanordnung eindeutig bestimmbar.

Da die Echolotempfänger schmalbandige Empfänger sind, verläuft das Signal 12 als auf .klingende Schwingung S, deren Hüllkurve 5 mit guter Näherung den Verlauf einer Exponential-Punktion aufweist.
Die bisherige Problematik,beispielsweise zur genauen Längenmessung der Meßstreeke den Beginn der Hüllkurve exakt zu bestimmen, ist durch die vorliegende Erfindung auf elegante und funktionssichere Weise überwunden.

- Patentansprüche -

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Claims

Pat en tansprüche

1, Schaltanordnung zum Gewinnen eines Referenzwertes für einen gesuchten Wert einer unabhängigen Variablen bei einer, in einem interessierenden Bereich als abhängige Variable nach bekanntem Funktionsverlauf über unabhängiger Variabler monton ansteigenden oder monoton abfallenden, nichtlinearen Punktion, wobei aus diesem Funktionsverlauf eine Beziehung zwischen dem Referenzwert und dem gesuchten Wert vorgegeben ist, unter Verwendung einer auf eine kritische Größe der abhängigen Variablen ansprechenden Meßanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich wenigstens eine zweite Meßanordnung (16) für die abhängige Variable (y) vorgesehen ist, wobei die Meßanordnungen (15, 16) gegeneinander um vorgegebene Abstände (d) der unabhängigen Variablen (x) versetzt wirksam sind, und daß den Meßanordnungen (lS, 16) ein Vergleicher (24) nachgeschaltet ist, welcher zur Abgabe eines den Referenzwert angebenden Referenzsignals (S24) bei einem vorgegebenen Verhältnis (V) der ermittelten abhängigen Variablen (Größen yl, y2) zueinander ausgebildet ist.

2. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß insgesamt zwei Meßanordnungen (15, 16) vorgesehen sind.

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j}. Schaltanordnung nach Anspruch 2, wobei der gesuchte Wert der unabhängigen Variablen der Nullpunkt einer HUllkurve bekannten Punktionsverlaufs von über der unabhängigen Variablen auf- oder abklingenden Schwingungen bekannter Schwingungsweite ist, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Meßanordnungen (I5, 16) gemessenen Größen (yl, y2) der abhängigen Variablen (y) die Spitzenwerte (6, 7) zweier vorgegebener Schwingungen (S) sind, wobei der vorgegebene Abstand (d) durch die Anzahl der Schwingungsweiten (w) zwischen den in Betracht gezogenen Schwingungen (S) bestimmt ist und wobei durch das vorgegebene Verhältnis (V) festgelegt ist, bei der wievielten Schwingung (S) nach dem Nullpunkt (4) das Referenzsignal (S 24) erscheint.

4. Schaltanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Meßanordnung (I5) aus einem Meßaufnehmer (17) mit nachgeschaltetem ungedämpften Totbereichsglied (18) und die zweite Meßanordnung (X6) aus einem - ggfls. demselben - Meßaufnahmer (17) mit nachgeschaltetem unverzögerten Dämpfungsglied (19) besteht, wobei der Totbereich (Tp) auf die Länge des Abstandes zwischen den vorgegebenen Schwingungen (S) eingestellt ist und die Dämpfung (D) an dem gemäß bekanntem Punktionsverlauf der HUllkurve (5.) vorgegebenen Verhältnis (V) der Spitzenwerte (6, 7) dieser Schwingungen (s) orientiert ist, und wobei je ein Spitzenwertdetektor (20, 21) am Ausgang der beiden Meßanordnungen (15, 16) vorgesehen ist, die mit je einem Eingang (22,23)

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... 23

eines Vergleichers (24) verbunden sind, mit einem Referenzsignal (S24) am Ausgang des Vergleichers (24) bei Vorliegen eines vorgegebenen Verhältnisses (V) seiner beiden Eingangssignale (S20, S21) zueinander.

5. Schaltanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfung (D) des Dämpfungsgliedes (I9) dem Verhältnis (V) der beiden ausgewählten Spitzenwerte (6,7) gleich ist.

6. Schaltanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfung (D) des Dämpfungsgliedes (I9) größer ist, als es dem Verhältnis (V) ,der beiden ausgewählten Spitzenwerte (6, 7) entspricht, jedoch kleiner als ein Verhältnis , das zwischen dem einen ausgewählten, vom Nullpunkt (4) der Hüllkurve (5) entfernterem Spitzenwert (7). und dem Spitzenwert einer solchen Schwingung vorliegt, die direkt vor der Schwingung mit dem anderen ausgewählten Spitzenwert (6) erscheint.

7. Schaltanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Nulldurchgangsdetektor (26) an einen der Meßaufnehmer (17) geschaltet ist und ausgangsseitig mit einem Triggereingang (25) des Vergleichers (24).verbunden ist, mit Vorbereiten-des Vergleichers (24) bei Erreichen eines vorgegebenen Verhältnisses (V) der Signale' (S20, S21) an

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seinen Eingängen (22, 23) zueinander und Auslösen des Referenzsignals (b24) vom Triggereingang (25) her bei nachfolgendem liulldurchga.ng der Schwingungen (S) mit vorgegebener Orientierung. . . '

8. Schaltanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, wobei Schwingungen von bekannter Frequenz über der Zeit als unabhängiger Variablen verlaufen und am Ausgang eines mit veränderlichen Laufzeiten behafteten ■ Übertragungskanals erscheinen, zum Gewinnen eines Maßes für die Laufzeit von aus den Schwingungen bestehenden Impulsen, die über diesen Übertragungskanal übertragen wurden und mit einem I-leßaufnehmer bekannten Einschwingverhaltens am Ausgang des tibertragungskanals empfangen werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine, in Abhängigkeit vom Auslösen eines Impulses (i) am Eingang (13) <3-^es tibertragungskanals (10) gestartete und in Abhängigkeit vom Erscheinen des Referenzsignals (S24) gestoppte Zeitmeßeinrielri-ung (11) vorgesehen ist, und daß an der Zeitmeßeinrichtung (11) eine Zeitanzeige ansteht, die um die Zeitspanne (t2-t1) des Totbereichs (To) des Totbereichsgliedes (18) verkürzt ist.

9. Schaltanordnung nach Anspruch 8 gekennzeichnet durch eine Verkürzung der Zeitanzeige der Zeitmeßeinrichtung (11) über einen, der Zeitanzeige vorangesetzten, der Zeitspanne des Totbereichs (To) gleichen, zeitlichen Vorlauf (28).

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10. Schaltanordnung nach den Ansprüchen 7 "bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorlauf (28) der Zeitanzeige der Zeitspanne des Totbereichs (To) und der Zeitspanne zwischen Vorbereiten und Triggern des Vergleichers (24) gleich ist.

11. Schaltanordnung nach Anspruch 6 bei Impulsen konstanter

D?uer am Eingang des Übertragungskanals, dadurch gekenn-

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zeichnet, daß wenigstens eine Blockierschaltung den Meßaufnehmern (17) nachgeschaltet ist, die zur ausgangsseitigen Blockierung der Meßaufnehmer (17) ^Tür die Zeitdauer der Impulse (il) vom Referenzsignal (S24) ansteuerbar sind.

12. Schaltanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Blockierschaltung (29) bistabilen Verhaltens an die Meßaufnehmer '17) angeschlossen ist, die vom Referenzsignal (S24) ansteuerbar und, über eine Triggerleitung (30), vom Impuls (i) am Eingang (13) des Übertragungskanals rückse;zbar ist»

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