DE2017355C3 - Frequenzerkennungseinrichtung - Google Patents
FrequenzerkennungseinrichtungInfo
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- H04Q1/44—Signalling arrangements; Manipulation of signalling currents using alternate current
- H04Q1/444—Signalling arrangements; Manipulation of signalling currents using alternate current with voice-band signalling frequencies
- H04Q1/45—Signalling arrangements; Manipulation of signalling currents using alternate current with voice-band signalling frequencies using multi-frequency signalling
- H04Q1/453—Signalling arrangements; Manipulation of signalling currents using alternate current with voice-band signalling frequencies using multi-frequency signalling in which m-out-of-n signalling frequencies are transmitted
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Description
Multiplikationseinrichtung angeschaltet, wobei die Abtasteinrichtung des einen Kanals und die Multiplikationseinrichtung des anderen Kanals in der Weise mit
einer gemeinsamen Wechselspannungsquelle verbunden sind, daß sich die daraus den beiden Kanälen
zugeführten Wechselspannungen um 90° in der Phase unterscheiden. Die Ausgänge der beiden Multiplikationseinrichtungen sind sodann jeweils Ober die
Reihenschaltung eines Summierers mit Speichereigenschaft unci eines nachgeschalteten Quadrierers mit
einem gemeinsamen Addierer verbunden, an dem das Ausgangssignal abnehmbar ist Dem Summierer ist eine
vorzugsweise periodisch arbeitende Löscheinrichtung zugeordnet, die den Summierer zu vorgegebenen Zeiten
in eine Null- bzw. Ausgangsstellung zurückführt Bei diesen Signalempfänger, von dem die vorliegende
Erfindung ausgeht, sind keinerlei Filter vorgesehen, so
daß auch keine Einschwing- und Ausschwingvorgänge auftreten. Allerdings gehen auch bei diesem Empfänger
die Amplituden- und Phasenwinkelabweichungen der Empfangsfrequenz in das Ergebnis ein.
Es ist außerdem eine elektrische Meßschaltung bekannt, die eine Wechselspannungsquelle mit einer
ersten Frequenz und eine Wechselspannungsquelle mit einer zweiten Frequenz, die mit der ersten Frequenz
verglichen wird, aufweist (US-PS 29 33 682). In dieser Meßschaltung sind erste und zweite Modulatoren sowie
Schaltmittel zum unmittelbaren Verbinden des Ausgangs der zweiten Wechselspannungsquelle mit den
ersten und zweiten Modulatoren vorgesehen. Außerdem weist die Meßschaltung noch einen Phasendreher
und Schaltmittel zum Zusammenschalten eines Teils des Ausgangs der ersten Wechselspannungsquelle über den
Phasendreher mit dem zweiten Modulator auf. Ein anderer Teil des Ausgangs der ersten Wechselspannungsquelle wird unmittelbar mit dem ersten Modulator
verbunden. Den beiden erwähnten Modulatoren ist jeweils ein Tiefpaßfilter nachgeschaltet, welches das
ausgewählte Signal von den Modulatoren durchläßt. Die Tiefpaßfilter sind jeweils mit einer Triggerschaltung
verbunden, welche die ausgewählten Signale in zwei gegenphasige Rechteckwellen entsprechender Frequenz umwandeln, wobei erste und zweite Differenziergeräte mit der ersten Triggerschaltung und dritte und
vierte Differenziergeräte mit der zweiten Triggerschaltung verbunden sind, um die Rechteckwellen in Impulse
umzuformen. Weiterhin sind mehrere Koinzidenzgatter vorgesehen, die mit einer bestimmten Triggerschaltung
und einem bestimmten Differenziergerät verbunden sind, wobei jedes Koinzidenzgatter auf eine Rechteckwelle einer bestimmten Triggerschaltung in Verbindung
mit einem Impuls von einem bestimmten Differenziergerät anspricht Der Nachteil dieser bekannten Meßschaltung besteht darin, daß sie Tiefpaßfilter benötigt.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, diese Abhängigkeiten zu beseitigen und eine Frequenzerkennungseinrichtung zu schaffen, die nach Ablauf weniger Perioden
der zu erkennenden Frequenz anzeigt, ob sie mit der örtlich erzeugten erwarteten Frequenz übereinstimmt
oder nicht Die kurze Ansprechzeit soll es ermöglichen, die Frequenzerkennungseinrichtung an die Sammelschiene einer Zeitmultiplex-Fernsprechvermittlungseinrichtung auch »fliegend« anzuschließen, oder über
mehrere Leitungen gleichzeitig ankommende Frequenzen in schnellem Zyklus nacheinander von einer
zentralen Frequenzerkennungseinrichtung abzufragen. Hierbei kann für jede erwartete Frequenz eine spezielle
Erkennungseinrichtung vorgesehen werden, oder eine
Einrichtung wird nacheinander von den örtlich erzeugten erwarteten Frequenzen gesteuert Die Frequenzerkennungseinrichtung benötigt keine Schwingungskreise
und hat den Vorteil, ganz in Halbleitertechnik, insbesondere integrierten Schaltungen und damit in
Miniaturbauweise ausführbar zu sein.
Zusammengefaßt geht die Erfindung von den Eigenschaften der Kreuzkorrelationsfunktion zweier
periodischer Funktionen aus, die ein auf der impulswei-
ο sen Abtastung zeitlich kontinuierlicher Signale beruhen
des frequenzselektives System ergeben, das die Nachteile klassischer Selektionsschaltungen vermeidet
und den Erfordernissen des Tastwahlzeichen-Erkenners, wie hohe Auswertungsgeschwindigkeit, Unabhän-
gigkeit des Auswertungsergebnisses von Fremdeinflüssen und die Möglichkeit des zentralisierten Einsatzes in
Fernsprechvermittlungsanlagen gerecht wird. Der Anwendungsbereich dieses frequenzselektiven Systems ist
jedoch nicht auf die Vermittlungstechnik beschränkt
Das Wesen der Erfindung ist im Anspruch 1 gekennzeichnet Es liegt demnach in der Unabhängigkeit des Ausgangsergebnisses von den verschiedenen
Einflüssen des Anschaltzeitpunktes, von der unterschiedlichen Amplitude des Eingangssignals und vom
mathematischer Operationen.
jo erläutert Es zeigt
F i g. 1 den Prinzipplan einer zentralen Frequenzerkennungseinrichtung in der Anwendung ais Tonwahlempfänger in einer Fernsprechvermittlungsanlage,
Fig.2 das Abtastdiagramm einer zu erkennenden
i> Frequenz mit der Schwingungsdauer To; es werden
zwei ^~- zeitlich gegeneinander verschobene Reihen
von je fünf Abtastproben entnommen,
F i g. 3 das Diagramm der Spannung H am Ausgang
des Dividierers 15, die im wesentlichen von der Zahl N
der Abtastproben und dem Verhältnis der zu erkennenden ankommenden Frequenz f zur abtastenden
erwarteten Frequenz fo abhängt
In F i g. 1 ist T der Teilnehmer, dessen acht
; -, Tastwahl-Sendefrequenzen — bei jedem Tastendruck je
eine im unteren und eine im oberen Frequenzbereich — über den Schalter S zur Hochpaß-Tiefpaß-Weiche
gelangen. Den Schalter 5 schließt eine nicht dargestellte Einrichtung einige Millisekunden nach der kurzzeitigen
-,ο Schleifenunterbrechung zu Beginn jeden Tastendruckes,
so daß erst nach Einschwingen des Tastwahl-Tongenerators und der angeschlossenen Leitung die Tonfrequenzen an der Weiche anliegen. Die Einschwingzeit
der Weiche selbst ist wegen der großen Bandbreite der
v, Pässe zu vernachlässigen; sie beträgt nur etwa 1 ms.
An den Ausgängen der Pässe liegen entsprechend den je vier möglichen Frequenzen je vier Frequenzerkennungseinrichtungen, von denen eine am Tiefpaß TP
liegende näher dargestellt ist. Sie enthält einen örtlichen
bo Tongenerator 17 mit der Frequenz fo, die wiederum mit
der über den Tiefpaß 7iPkommenden Tastwahlfrequenz f übereinstimmen soll. Bei richtiger Erkennung der
Übereinstimmung soll der Schwellwertschalter 16 eine »JA«-Entscheidung, beispielsweise in Form eines
bs »L«-Signals, an die nachfolgende Auswertelogik liefern.
Die Frequenzerkennung verläuft wie folgt:
Die zu erkennende Frequenz /"liegt in F i g. 1 parallel
an den Ein<ränarcn der Afetsstcr ■ 4 ^;° *κ·*
verschiedene Reihen von Abtastproben entnehmen. Die Abtaster sind als Schalter dargestellt, die impulsartig
von dem Tongenerator 17 bzw. dem Phasendrehglied 18
geschlossen werden, was die Pfeile an den Symbolkästchen andeuten. Wann die Schalter geschlossen werden,
geht aus den Formeln neben den Pfeilen hervor; der Schaltei ί ζ. B. zu den Zeitpunkten π ■ To, d. h., bei /V
Abtastproben pro Reihe zu den Zeitpunkten η = 1, η = 2 bis π = N.
Die erste Probenreihe von N Spannungsproben der zeitlichen Länge τ entnimmt der Abtaster 1 in Form der
in Fig.2 schwarz dargestellten Flächen; in diesem
Beispiel ist N = 5, d. h. der Abtaster 1 schließt je einmal
in den ersten 5 Schwingungsdauern To der Frequenz fo. Den Takt liefert der örtliche Tonfrequenzgenerator !7
mit der Frequenz fo, die im angenommenen Fall gleich der zu erkennenden Frequenz /sein soll. Das Signal aus
dem Phasendrehglied 18 steuert in analoger Weise den Abtaster 2 derart, daß an seinem Ausgang fünf um 90°
nacheilende, in F i g. 2 schraffiert gezeichnete, Abtastproben entstehen. Den Integratoren 5 und 6 zugeführt,
ergeben die Proben der ersten Probenreihe nach dem 5. Impuls die Spannung t/01 und die der zweiten
Probenreihe die Spannung i/02. Diese Spannungen eignen sich noch nicht zur Auswertung durch einen
Schwellwertschalter, da sie je nach Null-Phasenwinkel φ, d.h. je nach Phasenlage der Abtastimpulse zur
Sinus-Funktion /(Fi g. 2), jeden Wert zwischen -NA
und + N-A annehmen können; hierbei ist Ndie Zahl
der Abtastimpulse und A die maximale Amplitude der Sinusfunktion der Frequenz f.
Der Einfluß des Null-Phasenwinkels läßt sich in einfacher Weise mit dem bekannten Quadratur-Verfahren
(Tagungsheft der NTG-Fachtagung »Analyse und Synthese von Netzwerken« Stuttgart 1966, Seite
233 - 235) eliminieren; es nutzt die Beziehung
sin2*· + cos2* = 1
aus. Die Sinus-Funktion i/01 wird im Quadrierer 9 zur
Spannung t/012 und die Cosinus-Funktion im Quadrierer
10 zur Spannung t/022 quadriert Beide stets positiven Quadrate im Addierer 13 addiert ergeben die
Gleichspannung F, die ein Maximum bei / = fo erreicht und bei dieser Bedingung auch unbeeinflußt vom
Null-Phasenwinkel φ ist
Es läßt sich aber zeigen, daß bei Abweichungen der zu
erkennenden Frequenz /von der erwarteten Frequenz fo von wenigen Prozent (wie sie in der Praxis
vorkommen) der Fehlereinfluß des Null-Phasenwinkels φ auf die Spannung F bis 30% betragen kann. Der
Fehler sinkt, wenn statt fünf Abtastungen (Fig.2) Reihen mit mehr als 5 Abtastungen vorgesehen werden.
Außerdem geht in die Spannung Fauch die Amplitude A der Eingangsfrequenz / quadratisch ein. Das bisher
beschriebene Korrelationssystem ist daher für die Erkennung tonfrequenter Wahlzeichen mittels eines
Schwellwertschalters nur bedingt brauchbar.
Um diese beiden Fehlereinflüsse zu eliminieren, sieht
die Erfindung eine dritte und vierte Probenentnahme aus dem Schwingungszug der zu erkennenden Frequenz
vor. Hierzu dienen die Abtaster 3 und 4, von denen der erste im Beispiel der Fig.2 mit N= 5 Proben nur
während der mittleren, also dort der dritten Probe der ersten Probenreihe einen Spannungsimpuls entnimmt,
der dem Integrierer 7 zugeführt die Spannung t/11 ergibt; analog erzeugt der Integrierer 8 eine Spannung,
die einer der mittleren Probe um--» 90° nacheilen
den Probe entstammt.
Auch diese beiden Spannungen werden nach der ober
j beschriebenen Quadratur-Methode zu t/112 und t/12
quadriert und im Addierer 14 zur Spannung G addiert Diese Spannung G zeigt, wie die obige Spannung F, di<
gleichen (unerwünschten) Abhängigkeiten von dei Amplitude A des Eingangssignals / und dessei
ίο Nullphasenwinkel (F i g. 2). Da sie beide Spannungen ir
gleicher Weise beeinflussen, lassen sich die Störeinwir kungen dadurch eliminieren, daß im Dividierer 15 di<
Spannung F durch die Spannung G geteilt wird. Die
Ausgangsspannung H = ^ ist in F i g. 3 dargestellt unc
hängt — wie sich rechnerisch nachweisen läßt — in
ihrem Amplitudenverlauf nur noch von der Probenzah! Nund dem Verhältnis der beiden Frequenzen /und /c
ab.
Um die Nebenmaxima bei nichtganzzahligen Verhältnissen
der Frequenzen von der Auswertung auszuschließen, wird die Spannung H einem Schwellwertschalter
zugeführt, der nur bei Überschreitung der in Fig.3 beispielsweise eingezeichneten Schwelle die Überein-Stimmung
der Frequenzen /und fo mit »Ja« beantwortet.
Welche Probenzahl N gewählt wird, hängt von der benötigten Selektivität der Erkennungseinrichtung, den
zu erwartenden Frequenz-Abweichungen der Tongeneratoren, ihrer Soll-Frequenz und der zulässigen
Auswertezeit ab. Die Steilheit der Maxima der Spannung H in Fig.3 entspricht der Probenzahl
N= 13; bei N = 5 verlaufen die Maxima flacher, so daß
die Selektivität für nahegelegene Frequenzen nicht ausreicht
Dem Wunsch nach hoher Selektivität steht andererseits die Forderung nach kurzer Auswertezeit entgegen,
die etwa dem Produkt aus Probenzahl N und Schwingungsdauer To der zu erkennenden Frequenz
entspricht Bei der tiefsten · Frequenz / = 697 Hz, entsprechend To= 1,435 ms und N= 13 würde die
Auswertezeit etwa 18 ms betragen und bei der höchsten Frequenz /auf etwa 4 ms zurückgehen. Hohe Selektivität
setzt voraus, daß die Tongeneratoren in ihren Frequenztoleranzen nicht außerhalb der Bandbreite der
Empfänger fallen.
Um mit möglichst wenigen Frequenzerkennungseinrichtungen in einer Fernsprechvermittlung auszukommen,
sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, die Erkennungseinrichtung bei der Ziffernwahl
erst nach Beginn des Tastendruckes dann verzögert an das Signal der zu erkennenden Frequenz
zu schalten, wenn der Tongenerator und die angeschlossenen Leitungen und Filter eingeschwungen sind. Aus
gleichem Grund wird unabhängig von der Dauer des Tastendruckes die Erkennungseinrichtung mit allen
ihren Tonempfängern der Frequenzgruppe freigeschaltet, wenn einer der Schwellwertschalter durch einen
entsprechenden Impuls die Frequenz erkennt Wegen der dadurch nur kurzen Belegung der Erkennungseinrichtung
kann sie in der Wahlpausen anderen Teilnehrnern durch »fliegende« Anschaltung zugeteilt werden.
Die verwendeten Baugruppen, wie Multiplizierer, Dividieren Addierer, Quadrierer, Integratoren und
Schwellwertschalter sind in ihrer Aufgabe und Wirkungsweise bekannt und — da nicht Gegenstand der
Erfindung — hier nicht näher erläutert
Hierzu 1 BIaIl Zeichnungen
Claims (5)
1. Frequenzerkennungseinrichtung, die dem Schwingungszug der zu erkennenden Frequenz eine
erste Reihe von Abtastproben im Takt der erwarteten Frequenz und eine zweite Reihe, diesem
Takt um 90° nacheilend, entnimmt und die sich ergebenden Impulsreihen zu zwei Spannungen
integriert, die quadriert und addiert, eine — vom
Nullphasenwinkel der Anschaltung der Einrichtung ι ο an die zu erkennende Frequenz bei Frequenzgleichheit beider Frequenzen unabhängige — Aussage
über die etwaige Obereinstimmung der beiden Frequenzen liefert, dadurch gekennzeichnet, da3 die Frequenzerkennungseinrichtung eine
dritte Abtastprobe — zum Abtastzeitpunkt der mittleren der Abtastproben der ersten Reihe von
Abtastproben — dem genannten Schwingungszug der zu erkennenden Frequenz entnimmt, daß die
Frequenzerkennungseinrichtung eine vierte Abtast- 2η probe entnimmt, die der dritten um 90° nacheilt und
daß die sich aus der dritten und vierten Abtastprobe ergebenden Impulse zu zwei Spannungen (UiI,
i/12) integrieren (Integrator 7, 8), die quadriert
(Quadrierer 11,12) und adiiert (Addierer 14) zu einer
Spannung (G) werden, mit der die erwähnte, aus der
ersten und zweiten Impulsreihe und dem Addierer (13) stammende Gleichspannung (F) in einem
Dividierer (15) dividiert wird und daß die sich dadurch ergebende Gleichspannung (H) eine, auch jo
von der Amplitude und dem Klirrfaktor des Signals der zu erkennenden Frequenz unabhängige Aussage
über die etwaige Übereinstimmung der beiden Frequenzen liefert.
2. Frequenzerkennungseinrichtung nach An- r> spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl N
der Abtastproben der ersten und zweiten Impulsreihe ungerade ist, daß sie so gro3 ist, daß hinreichende
Selektivität gegenüber den nicht zu erkennenden nebenliegenden Frequenzen erreicht ist und daß sie
so klein ist, daß das Produkt aus der Zahl N und der Periodendauer To der zu erkennenden Frequenz die
zulässige Zeit zur Frequenzerkennung nicht überschreitet.
3. Frequenzerkennungseinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Breite (τ) der Abtastproben etwa gleich der halben Periodendauer (To)der zu erkennenden Frequenz (f)
ist.
4. Frequenzerkennungseinrichtung nach An- ™
spruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Tonwahlempfänger erst nach der, mit dem Ziffernwahl-Tastendruck verbundenen, kurzzeitigen Schleifenunterbrechung und um mindestens die Zeit
verzögert an die zu erkennende Frequenz geschaltet « wird, die zum Einschwingen des Tongenerators und
der angeschlossenen vor der Erkennungseinrichtung liegenden Leitungen und Filter notwendig ist.
5. Frequenzerkennungseinrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie als bo
Tonwahlempfänger unabhängig von der Länge des Ziffernwahl-Tastendruckes bereits dann von der zu
erkennenden Frequenz abgeschaltet wird, wenn die Frequenz der ihr zugeordnete Schwellwertschalter
(16) erkennt. (,■>
In der Nachrichtentechnik wird vielfach die Aufgabe
gestellt, bei einer empfangenen Frequenz festzustellen, ob es sich um eine bestimmte von mehreren möglichen
Frequenzen handelt oder nicht Derartige Frequenzerkennungseinrichtungen werden beispielsweise beim
Obergang von der Fernsprech-Nummernschalterwahl zur Tastenwahl dann benötigt, wenn die abertragenen
Wahlzeichen als kodierte Tonfrequenzimpulse gesendet werden.
Ein solches Wahlsystem sieht für jede Ziffer eine andere Kombination von je einer von vier Frequenzen
aus zwei Frequenzgruppen (etwa 700 bis 1000 Hz und 1200 bis 1600Hz) vor. Dieser Zweifrequenzen-Kode
2KJwird zumeist über eine Frequenzweiche mit der
Mittenfrequenz bei etwa 1100 Hz empfangen, so daß
gleichzeitig an den Ausgängen des Hochpasses und des Tiefpasses der Weiche von den insgesamt acht
Frequenzen je nur eine Frequenz ansteht
Hierbei ist es für den Tonwahlempfänger weniger interessant genau zu wissen, daß ζ. B. bei der
Tastwahlziffer »3« im Tiefpaßbereich die Frequenz 697 Hz und im Hochpaßbereich die Frequenz 1477 Hz
gesendet werden; zur Dekodierung genügt die Erkenntnis, daß es sich um Frequenzen in den Toleranzbereichen der ersten Frequenz der unteren und der dritten
Frequenz der oberen Frequenzgruppe handelt
Bekannte Ton wahlempfänger verwenden für jede der acht Frequenzen einen Selbstinduktionen und Kapazitäten enthaltenden Bandpaß, an dessen Ausgang durch
Gleichrichtung eine Signalspannung ansteht, wenn die Empfangsfrequenz im Durchlaßbereich des Bandpasses
liegt Bei einer Durchlaßbandbreite von 50 Hz beträgt aber die Bandpaß-Einschwingzeit etwa 20 ms. Diese
Zeit ist unerwünscht lang, wenn minimale Tastendruckzeiten von 40 ms noch zulässig sein sollen und
Einschwingzeiten der Tonsender und der Leitung hinzukommen.
Ein anderer Vorschlag (Tagungsheft der NTG-Fachtagung »Analyse und Synthese von Netzwerken«,
Stuttgart 1966, Seiten 233 bis 235) arbeitet ohne Schwingungskreise nach einem Verfahren, das zur
Frequenzselektion einen Pseudo-Resonanzeffekt ausnutzt Dieser entsteht durch Abtastung der Empfangsfrequenz mit einer örtlich erzeugten Frequenz. Die
durch Integration summierten Abtastproben erreichen ein um so schärferes Spannungsmaximum, je mehr
Abtastproben ausgewertet werden und um so besser die Empfangsfrequenz mit der örtlichen Frequenz übereinstimmt. Bei diesem Verfahren gehen aber Amplitudenabweichungen der Empfangsfrequenz quadratisch in das
Ergebnis ein und bei geringen Abweichungen der örtlichen Abtastfrequenz von der Empfangsfrequenz ist
das Ergebnis vom Phasenwinkel zwischen den Abtastimpulsen und der Empfangsfrequenz abhängig.
Nach demselben Verfahren arbeitet ein frequenzselektiver Signalempfänger, an dessen Eingang ein
Signalgemisch mit Signalen unterschiedlicher Frequenz anliegt, und der das Signalgemisch auf das Vorhandensein einer oder mehrerer bestimmter Frequenzen
überprüft und an seinem Ausgang die diesen bestimmten Frequenzen zugeordneten Signalspannungen nach
ihrem Betrag angibt (DE-AS 12 67 272). Hierbei wird der Eingang für das zu untersuchende Signalgemisch in
zwei getrennte Kanäle aufgespalten und in jedem dieser Kanäle ein Abtastschalter vorgesehen, der kurzzeitig
Amplitudenproben aus dem Signalgemisch entnimmt. An deren Amplitudenprobenausgänge ist jeweils eine
Priority Applications (1)
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DE19702017355 DE2017355C3 (de) | 1970-04-11 | 1970-04-11 | Frequenzerkennungseinrichtung |
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Publications (3)
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DE2017355C3 true DE2017355C3 (de) | 1979-05-10 |
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ID=5767770
Family Applications (1)
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DE (1) | DE2017355C3 (de) |
Families Citing this family (1)
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---|---|---|---|---|
CA984068A (en) * | 1972-08-10 | 1976-02-17 | Alexander D. Proudfoot | Method and apparatus for detecting the presence of signal components of predetermined frequency in a multi-frequency signal |
-
1970
- 1970-04-11 DE DE19702017355 patent/DE2017355C3/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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