DE2440530C2 - Einrichtung zum Vergleichen zweier zeitlich veränderlicher Binärsignale - Google Patents

Description

a) einem Wortspeicher, der in seinen aufeinanderfolgenden Bitstellen die jedem Zeittakt zugeordnete Reihe früherer Zustände des einen Binärsignals zeitweise speichert,

b) einer Vergleichsschaltung, die in jedem Zeittakt den augenblicklichen Zustand des anderen Binärsignals mit den in den einzelnen Busteilen des Wortspeichers gespeicherten früheren Zuständen des einen Binärsignals jeweils gesondert vergleicht,

c) einer der Anzahl der Bitstellen des Wortspeichers entsprechenden Anzahl von Zählern, die für jede Bitstelle des Wortspeichers die Vergleichsergebnisse gesondert zählen, und

d) einer Schaltung zur Erzeugung eines Signals, das durch seine Form angibt, für welche Bitstelle des Wortspeichers die Zählung zuerst einen gegebenen Wert erreicht hat,

dadurch gekennzeichnet, daß

e) der Wortspeicher eine Anzahl von in Reihe geschalteten Schieberegistern (2/4, 2ß, 2C) aufweist, und

f) eine Taktsteuerschaltung (28, 38, 39) die einzelnen Schieberegister (24, 2S, 2C) derart taktsteuert, daß eine Änderung der in den einzelnen Bitstellen gespeicherten Binärsignalzustände im ersten Schieberegister (2A) der Schieberegisterreihenschaltung während jedes auftretenden Zeittaktes und in den folgenden Schieberegistern (2ß, 2C) jeweils nur während jedes A/-ten Zeittaktes, bezogen auf die für das jeweils unmittelbar vorgeschaltete Schieberegister maßgeblichen Zeittakte, eintreten kann, wobei A/eine kleine ganze Zahl ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß N gleich 2 ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die signalerzeugende Schaltung (154, 15ß, 15ß, 184, 18S, 18C, 33, 34) ein Signal erzeugt, dessen Form die Größe der Verzögerung bezüglich desjenigen früheren Zustands des einen bniärsignals darstellt, für dessen zugeordnete Bitstelle des Wortspeichers die Zählung zuerst den gegebenen Wert erreicht hat.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Binärsignal kontinuierlich an den seriellen Eingang (4A) des ersten Schieberegisters (2A) der Schieberegisterreihenschaltung angelegt wird und daß die Taktsteuerschaltung (28, 38, 39) an die einzelnen Schieberegister jeweils eine Folge regelmäßig wiederkehrender Taktimpulse mit Wiederholungsfrequenzen anlegen, die von Schieberegister zu Schieberegister nach einer geometrischen Reihe mit dem Verhältnis 1//V abgestuft und in abnehmender Folge den aufeinanderfolgenden .Schieberegistern (2Λ. 2ß, 2C) der

Schieberegisterreihenschaltung zugeordnet sind.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rückstellschaltung (12, 13, 31, 32) die Zähler (8) nach jedem

Meßzyklus in die Nullstellung zurückstellt

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellschaltung (12, 13, 31, 32) die Zähler (8) jeweils dann, wenn die Zählung für irgendeine Bitstelle des Wortspeichers den gegebe nen Wert erreicht hat, und außerdem auch dann in die Nullstellung zurückstellt, wenn eine gegebene Anzahl von Vergleichen durchgeführt worden ist und die Zählung noch für keine Bitstelle des Wortspeichers den gegebenen Wert erreicht hat, wobei die Anzahl von Vergleichen das Einfache bis Zweifache des gegebenen Zählwerts beträgt

7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die signalerzeugende Schaltung ein Zeichenregister (154, 15ß, 15Q, das während jeder Zyklus eine Anordnung von Binärelementen speichert, die anzeigen, für welche Bitstelle des Wortspeichers die Zählung während des vorangegangenen Zyklus zuerst den gegebenen Wert erreicht hat, und Schaltungsteile (184,18ß, 18C, 33,

34) aufweist die während jedes Zyklus ein Signal in Form einer Kette von Impulsen erzeugen, deren W:ede;holungsfrequenz von der im Zeichenregister gespeicherten Anordnungsform der Binärelemente abhängt.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die signalerzeugenden Schaltungsteile (184,18ß, 18C,33,34)das Signal in Form einer Kette von Impulsen erzeugen, deren Wiederholungsfrequenz umgekehrt proportional zur Größe der Verzögerung desjenigen früheren Zustands des einen Binärsignals ist, für dessen zugeordnete Bitstelle des Wortspeichers die Zählung zuerst den gegebenen Wert erreicht hat.

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zum Vergleichen zweier zeitlich veränderlicher Binärsignale.

Die Reihe von früheren Zuständen des einen Binärsignals entspricht einer Reihe von in einer Zeittaktfolge fortschreitend stärker verzögerten Abtastungen des einen Binärsignals. Demzufolge ermittelt die Einrichtung näherungsweise denjenigen Zeitver zögerungswert zwischen den beiden Binärsignalen, für welchen die Kreuzkorrelationsfunktion dieser beiden Signale ihren Höchstwert hat.

Ein wichtiges Anwendungsgebiet einer derartigen Einrichtung ist die Strömungsgeschwindigkeits- und Durchflußmessung mittels an sich bekannter Verfahren, bei denen die Strömungsgeschwindigkeit durch Ermittlung der Zeitverzögerung zwischen zwei miteinander in Beziehung stehenden Rauschsignalen bestimmt wird, die an zwei mit Abstand entlang des Strömungsweges angeordneten Meßstellen abgeleitet werden. Diese Zeitverzögerung ist der Strömungsgeschwindigkeit umgekehrt proportional.

Eine Einrichtung der eingangs genannten Gattung ist

<>5 aus der DE-OS 22 41 848 bekannt. Bei dieser bekannten Einrichtung ist der Wortspeicher so ausgebildet, daß die darin gespeicherten früheren Zustände des einen Binärsignals einer Reihe von verzögerten Versionen

dieses einen Binärsignals entsprechen, deren Verzögerungen um jeweils gleiche Stufen zunehmen, & h. die im Wortspeicher der Reihe nach gespeicherten früheren Zustände des einen Binärsignals liegen um jeweils gleiche Zeitintervalle auseinander.

Diese Ausführung der bekannten Einrichtung hat den Vorteil, daß eine modulare Bauweise leichter möglich ist Im Falle der Anwendung der bekannten Einrichtung zur Durchflußmessung hat diese Ausbildung jedoch den Nachteil, daß der mögliche relative Fehler der angezeigten Strömungsgeschwindigkeit umgekehrt proportional zur ermittelten Zeitverzögerung ist, wie die folgende Überlegung verdeutlicht:

Wie bereits erwähnt, erfolgt eine Strömungsgeschwindigkeitsmessung in Form einer Ermittlung der Zeitverzögerung von an zwei auseinanderliegenden Stellen des Strömungsweges aufgenommenen, durch charakteristische Unstetigkeiten in der Strömung verursachte Rauschsignale. Diese Zeitverzögerung wird bei der Messung gequantelt, indem die Zustände der beiden in binärer Form erfaßten Rauschsignale nicht stetig, sondern in jeweils durch ein bestimmtes Zeitintervall voneinander getrennten Zeittakten festgestellt werden. Infolgedessen kann die Zeitverzögerung nur mit einer Genauigkeit ermittelt werden, welche der Länge eines Zeitintervalls zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zeittakten entspricht. Der mögliche relative Fehler ergibt sich also als das Verhältnis der Länge eines Zeitintervalls zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zeittakten zur gesamten gemessenen Verzögerungszeit. Dieser relative Fehler ist natürlich um so kleiner, je feiner die Quantelung der gemessenen Zeit ist, d. h. in je mehr Zeitintervalle die zu messende Zeit unterteilt wird. Aufgrund dieser Tatsache wäre bei der bekannten Einrichtung, wenn innerhalb eines größeren Strömungsgeschwindigkeitsbereiches nur ein kleiner relativer Fehler des Meßergebnisses zulässig sein soll, eine übermäßig große Anzahl von Bitstellen des Wortspeichers erforderlich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Gattung so zu verbessern, daß ohne übermäßig große Anzahl von Bitstellen des Wortspeichers der relative Fehler auch bei der Messung größerer Strömungsgeschwindigkeiten, also bei kleinen Verzögerungszeiten, verhältnismäßig klein gehalten werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung der in Rede stehenden Gattung gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Anordnung gelöst.

Damit wird folgendes erreicht:

Wird das erste Schieberegister der Schieberegisterreihenschaltung mit einer Zeittaktfrequenz F1 getaktet, so beträgt die Taktfrequenz Fl der am zweiten Schieberegister erscheinenden Taktimpulse FMN. Am dritten Schieberegister, das nur während jedes .V-ten Zeittaktes des unmittelbar vorgeschalteten Schieberegisters Iß getaktet wird, beträgt die Taktfrequenz F3 demzufolge F 2IN und folglich F11N \ usw.

Damit ergibt sich der gleiche Effekt wie bei einer nichtlinearen Meßskala, deren unterer Skalenbereich gedehnt ist. während der obere Skalenbereich mit zunehmend größerer. Meßwerten eine zunehmend kleinere Teilung aufweist. Infolgedessen ergibt sich ein über den gesamten möglichen Meßbereich im wesentlichen gleichbleibender kleiner relativer Fehler und somit eine im wesentlichen gleicne Meßqualität über den gesamten möglichen Meßbereich, wohingegen bei der bekannten Anordnung der relative Fehler zur unteren Meßbereichsgrenze hin zunehmend größer und folglich die Meßqualität zunehmend schlechter wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Es stellt dar

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Schaltungseinheit, die bei einer Einrichtung nach der Erfindung verwendbar ist,

Fig.2 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur automatischen Ermittlung der Zeitverzögerung zwischen zwei miteinander in Beziehung stehenden Rauschsignalen, und

F i g. 3 ein Blockschaltbild einer Einrichtung ähnlich derjenigen nach F i g. 2, die jedoch gemäß der Erfindung abgewandelt ist

Grundsätzlich erfordert die Bestimmung der Zeitverzögerung zwischen zwei Signalen A(t) und B(t) durch Kreuzkorrelation die Berechnung der Funktion

= ~ A(t)B(t-y)at

für alle möglichen Werte des Verzögerungsparameters y und die Ermittlung desjenigen Wertes von y, für welchen die Funktion Qy) ihren Höchstwert hat. Bei den in den F i g. 2 und 3 dargestellten Einrichtungen ist dieses Verfahren in verschiedener Weise vereinfacht, so daß es in vollständig digitaler Weise ausführbar ist. Dabei wird erstens, anstatt die Funktion Qy) zu berechnen, von der Polaritätsform Gebrauch gemacht, die durch den Ausdruck

7 J

AU) B(t-y) \A(t)\ |B(/-^)|

gegeben ist Zweitens wird anstatt einer echten Integration eine numerische Zählung in Verbindung mit einer Abtastung der Signale in diskreten Zeitintervallen angewandt. Drittens wird die Zählung nur für eine Reihe bestimmter Werte des Parameters y durchgeführt. Selbstverständlich ergibt sich durch diese Vereinfachung in gewissem Maße eine Näherung der Bestim-

⁵⁽¹ mung der Zeitverzögerung, die jedoch im allgemeinen in annehmbaren Grenzen liegt.

Die in F i g. 1 dargestellte Schaltungseinheit ist allgemein mit 1 bezeichnet und weist ein binäres Schieberegister 2 mit einer großen Anzahl (R) von Schieberegisterstufen 3 auf. Das Schieberegister 2 besitzt einen seriellen Eingang, der an einer ersten Eingangssignalleitung 4 angeschlossen ist, an welche ein Binärsignal anlegbar ist. Außerdem weist das Schieberegister 2 eine Verschiebeimpuisleitung 5, an welche Impulse zur Bestimmung der Zeitpunkte anlegbar sind, während welcher sich die Zustände der Schieberegisterstufen 3 zwischen logisch-0 und logisch-' ändern können, und jeweils den einzelnen Schiebei gis'.erstufen 3 zugeordnete parallele Ausgangsleitungen auf. Der Ausgang der letzten Schieberegisterstufe 3 ist außerdem mit einer seriellen Ausgangsleitung 6 verbunden. Jeder Stufe 3 des Schieberegisters 2 ist ein taktgesteuerter Koinzidenzdetektor 7 und ein Impulszähler 8

zugeordnet, wobei alle Detektoren 7 und alle Zähler 8 jeweils unter sich gleich sind. Jeder Detektor 7 besitzt zwei Eingänge, von denen einer mit dem Ausgang der ihm zugeordneten Schieberegisterstufe 3 und der andere mit einer zweiten Eingangssignalleitung 9 verbunden ist, an welch letztere ein Binärsignal angelegt werden kann. Außerdem besitzt jeder Detektor 7 einen Steueranschluß, der an eine Taktimpulsleitung 10 angeschlossen ist, an welche eine Reihe von Impulsen angelegt werden kann. Die Detektoren 7 arbeiten so, daß jedesmal, wenn an der Leitung 10 ein Taktimpuls anliegt, nur dann ein entsprechender Impuls am Ausgang eines Detektors 7 erscheint, wenn der Zustand des Ausgangs der jeweils zugeordneten Schieberegisterstufe 3 gleich demjenigen des an der Leiiuiig 9 anliegenden Binärsignals ist. Der Ausgang jedes Detektors 7 ist mit dem Eingang des ihm zugeordneten Zählers 8 verbunden. Jeder Zähler 8 besitzt eine Zählkapazität P und arbeitet derart, daß sein Ausgang den logisch-O-Zustand einnimmt, bis, ausgehend vom Zählerstand 0, an seinen Eingang P Impulse angelegt worden sind. Sodann nimmt der Ausgang des Zählers den logisch-1-Zustand ein und verbleibt in diesem Zustand, bis durch Anlegen eines logisch-1-Signals an den Rückstellanschluß des Zählers dieser wieder auf den Zählerstand 0 zurückgestellt wird. Die Rückstellanschlüsse sämtlicher Zähler 8 sind an eine Rückstelleitung 11 angeschlossen. Derjenige Zustand eines Zählers, bei welchem sein Ausgang den logisch-1-Zustand eingenommen hat, wird nachfolgend als Erreichen der Zählkapazität bezeichnet.

Die Ausgänge der Zähler 8 sind der Reihe nach mit den Eingängen einer Kette von ODER-Gliedern Ϊ2 verbunden, deren zweite Eingänge mit Ausnahme desjenigen des ersten ODER-Glieds 12 der Kette mit einer Steuerleitung 13 verbunden sind. Der Ausgang des letzten ODER-Glieds 12 ist an eine Ausgangsleitung 14 angeschlossen. Es ist einzusehen, daß in der Leitung 14 ein logisch-1-Signal erscheint, sobald einer der Zähler 8 die Zählkapazität erreicht hat.

Die Schalteinheit 1 weist ferner ein Zeichenregister 15 auf, das aus einer Gruppe von R binären Speicherstufen 16 besteht, welche die Zustände der Ausgänge der Zähler 8 zeitweise speichern. Das Zeichenregister 15 weist außerdem eine Steuerleitung 17 auf. Wird an die Steuerleitung 17 ein logisch-1-Signal angelegt, so werden die Speicherstufen 16 durch die Ausgänge der Zähler 8 adressiert, und beim Anliegen eines logisch-0-Signals an der Leitung 15 verbleiben die Speicherstufen 16 jeweils in dem während des Erscheinens des letzten logisch-1-Signals an der Leitung 17 eingenommenen Zustand.

Schließlich enthält die Schaltungseinheit 1 ein zweites Schieberegister 18 mit R Schieberegisterstufen 19, die in umgekehrter Reihenfolge den Stufen 3 des Schieberegisters 2 entsprechen. Das Schieberegister 18 besitzt eine serielle Eingangsleitung 20, eine serielle Ausgangsleitung 21, eine Anzahl paralleler Eingangsleitungen, die jeweils einer der Schieberegisterstufen 19 und mit dem Ausgang der zugehörigen Speicherstufe 16 des Zeichenregisters 15 verbunden sind, weiter eine Verschiebeimpulsleitung 22 und eine Steuerleitung 23. Wird an die Steuerleitung 23 ein logisch-1-Signal angelegt, so werden die Schieberegisterstufen 19 über die parallelen Eingangsleitungen adressiert und nehmen jeweils einen entsprechend der zeitweise im Zeichenregister 15 gespeicherten Information entsprechenden Zustand ein. Wird ein logisch-0-Signal an die Steuerleitung 23 angelegt, so arbeitet das Schieberegister 18 in üblicher Weise aufgrund der Steuerung von an die Verschiebeimpulsleitung 22 angelegten Impulsen.

Es ist einzusehen, daß die Schaltungseinheit 1 tatsächlich aus einer Gruppe von R unter sich identischen Baugruppen besteht, die jeweils eine der Schieberegisterstufen 3 und eine Kette von dieser zugeordneten Komponenten enthalten. Daher kann die Schaltungseinheit 1 leicht in modularer Bauweise in hergestellt werden, indem sie aus Schaltungsmodulen zusammengesetzt wird, die jeweils einen Teil dieser R Baugruppen enthalten. Vorzugsweise werden diese Schaltungsmodule in Massenfertigung als integrierte Schaltkreise hergestellt.

ij Die in Fig.2 dargestellte Einrichtung enthält die oben beschriebene Schaltungseinheit 1, bei welcher die Anzahl R gleich 240 ist. Die Einrichtung enthält weiter zwei Polaritätsabtasteinrichtungen 24 und 25, deren Eingänge mit Anschlüssen 26 bzw. 27 verbunden sind, an welche im Betrieb das voreilende bzw. das nacheilende zweier miteinander zu vergleichender Rauschsignale angelegt werden. Der Ausgang der Polaritätsabtasteinrichtung 26 ist mit der Leitung 4 der Schaltungseinheit I und der Ausgang der Polaritätsabtasteinrichtung 25 ist mit der Leitung 9 verbunden. Weiterhin enthält die Einrichtung einen Abtastimpulsgenerator 28, der eine Folge von Impulsen mit der Frequenz Ferzeugt, welche die Polaritätsabtasteinrichtungen 24 und 25 steuern und außerdem an die Verschiebeimpulsleitungen 5 und 22

jo der Schaltungseinheit 1 angelegt werden. Die Polaritätsabtasteinrichtungen 24 und 25 erzeugen jeweils in Abhängigkeit von der Steuerung der Abtastimpulse des Impulsgenerator 28 ein Binärsignal, dessen Zustand sich jeweils beim Anliegen eines Abtastimpulses nur dann ändert, wenn die Polarität des jeweils untersuchten Rauschsignals von seiner während des vorhergehenden Abtastimpulses vorhandenen Polarität verschieden ist. Die Polaritätsabtasteinrichtungen 24 und 25 können beispielsweise jeweils einen einfachen Polaritätsdetektor aufweisen, welchem eine Speicherstufe ähnlich den Stufen 3 des Schieberegisters 2 nachgeschaltet ist Es ist einzusehen, daß unter der Voraussetzung einer ausreichend hohen Frequenz F das Ausgangssignal jeder der beiden Polaritätsabtasteinrichtungen 24 und 25 näherungsweise ein Binärsignal darstellt dessen Zustand sich immer dann ändert wenn sich die Polarität des entsprechenden Rauschsignals ändert, und daß die Ausgangssignale der aufeinanderfolgenden Schieberegisterstufen 3 des Schieberegisters 2 eine Folge von

so fortschreitend verzögerten Versionen des Ausgangssignäis der Polariiätsabtasteinrichtung 24 darstellen, wobei die Verzögerung für die r-te Stufe 3 gleich r/F Sekunden beträgt Die Frequenz F ist so gewählt daß die Verzögerung für die letzte Stufe 3 des Schieberegisters 2 (240/F Sekunden) größer als der größte erwartete Wert der zu ermittelnden Zeitverzögerung ist Im Falle der Durchflußmessung entspricht dieser Wert selbstverständlich der kleinsten erwarteten Strömungsgeschwindigkeit

Weiterhin enthält die Einrichtung einen Koinzidenzimpulsgenerator 29, der eine Reihe von Impulsen mit einer Frequenz G erzeugt Diese Impulse werden an die Leitung 10 der Schaltungseinheit 1 und außerdem an den Eingang eines Zeitimpulszählers 30 angelegt der ähnlich den Zählern 8 ausgebildet ist jedoch eine Zählkapazität Qbesitzt die größer als die Zählkapazität P der Zähler 8 ist Es ist zweckmäßig, G gleich F zu machen, so daß die Impulsgeneratoren 28 und 29 durch

einen einzigen Impulsgenerator ersetzt werden können. Es kann jedoch in manchen Fällen wünschenswert sein, eine schnellere Anzeige der Zeitverzögerung zwischen den Rauschsignalen unter Inkaufnahme einer Verminderung der Genauigkeit zu erhalten, und C wird dann beträchtlich größer als F gemacht. In diesem Falle ist der Impulsgenerator 28 zweckmäßigerweise durch einen Frequenzteiler gebildet, an dessen Eingang der Ausgang des Impulsgenerators 29 angeschlossen ist. In gewissen anderen Fällen kann es wünschenswert sein, G kleiner als Fzu machen, damit sich eine verhältnismäßig lange Integrationszeit und folglich ein verhältnismäßig kleiner statistischer Fehler bei der Ermittlung der Zeitverzögerung ergibt. In diesem Falle ist zweckmäßigerweise der Impulsgenerator 29 als Frequenzteiler ausgebildet, dessen Eingang mit dem Ausgang des Impulsgenerators verbunden ist.

Der Ausgang des Zählers 30 ist mit einem Eingang eines ODER-Glieds 31 verbunden, dessen anderer Eingang an die Leitung 14 der Schaltungseinheit 1 angeschlossen ist. Der Ausgang dieses ODER-Glieds 31 ist mit der Leitung 17 der Schaltungseinheit 1 verbunden und außerdem an den Eingang einer Speicherstufe 32 angeschlossen, die ähnlich den Stufen 3 des Schieberegister!! 2 ausgebildet ist. Die Speicherstufe 32 verzögert ein an sie angelegtes Binärsignal in Abhängigkeit von der Steuerung durch die vom Impulsgenerator 28 kommenden Impulse um 1/F Sekunden. Der Ausgang der Speicherstufe 32 ist mit der Leitung 11 der Schaltungseinheit 1, dem Rückstellanschluß des Zählers 30 und einem Eingang eines ODER-Glieds 33 verbunden, dessen Ausgang an die Leitung 23 der Schaltungseinheit 1 angeschlossen ist.

Die Leitung 21 der Schaltungseinheit 1 ist mit dem anderen Eingang des ODER-Glieds 33 und einem Eingang eines UND-Glieds 34 verbunden. Der andere Eingang des UND-Glieds 34 ist an den Ausgang des Impulsgenerators 28 angeschlossen und der Ausgang des UND-Glieds 34 ist an ein Impulsfrequenz-Meßgerät 35 gelegt. Die Leitungen 13 und 20 der Schaltungseinheit 1 sind mit Anschlüssen 36 bzw. 37 verbunden, an denen ein kontinuierliches logisch-0-Signal anliegt Die Leitung 6 der Schaltungseinheit 1 ist nicht angeschlossen.

Bei in Betrieb befindlicher Einrichtung besteht das Ausgangssignal jedes Detektors 7 aus einer Reihe von Impulsen, welche jedesmal dann auftreten, wenn ein Koinzidenzimpuls vom Impulsgenerator 29 an der Leitung 10 anliegt und Koinzidenz zwischen dem gegenwärtigen Zustand des Ausgangssignals der Polaritätsabtasteinrichtung 25 und dem Zustand des Ausgangssignals der Polaritätsabtasteinrichtung 24 zu einem um einen Verzögerungswert, welcher der zum betreffenden Detektor 7 gehörenden Schieberegisterstufe 3 zugeordnet ist, früheren Zeitpunkt besteht Diese Impulsreihen werden jeweils von den Zählern 8 gezählt. Beginnend von einem Zustand, an welchem alle Zähler den Zählerstand 0 aufweisen, entsprechen nach dem Erscheinen von X Koinzidenzimpulsen die in den Zählern 8 gespeicherten Zahlen unter der Annahme, daß keiner der Zähler seine Zählkapazität erreicht hat, näherungsweise den Werten der Polaritätsform der Korrelationsfunktion

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A(t) B(t-y)
UWI \B(t-y)\

dt

für eine Reihe von Werten von y, die gleich den ersten 240 ganzzahligen Vielfachen von 1/F Sekunden betragen. Der Wert T ist dabei gleich X/G Sekunden. A(t) ist das voreilende der beiden Rauschsignale und B(T) ist das nacheilende der beiden Rauschsignale. Die Näherung wird umso besser, je größer X und folglich T ist. Es ist zu bemerken, daß eine in einem der Zähler 8 gespeicherte Zahl y einem Wert des Korrelationskoeffizienten entspricht, der gleich 2 (Y/X) — 1 ist.

Wie nachstehend noch mehr im einzelnen erläutert wird, ermittelt die Einrichtung automatisch, welcher der Zähler 8 zuerst seine Zählkapazität erreicht hat und folglich den Verzögerungswert, bei welchem die Korrelationsfunktion ihren Höchstwert hat. Die Einrichtung arbeitet in sich wiederholenden Zyklen, so daß eine ständig neue Information bezüglich der Zeitverzögerung erzeugt wird. Die Zyklen sind von variabler Länge und enden jeweils, sobald einer der Zähler 8 oder der Zähler 30 die Zählkapazität erreicht hat. Das Erreichen der Zählkapazität hat das Erscheinen eines logisch-1-Signals am Ausgang des ODER-Glieds 31 zur Folge und folglich tritt nach einer Verzögerung von 1/F Sekunden auch am Ausgang der Speicherstufe 32 ein logisch-1-Signal auf. Dadurch werden alle Zähler 8 und der Zähler 30 auf den Zählerstand 0 zurückgestellt, so daß das Signal am Ausgang des ODER-Glieds 31 in den logisch-0-Zustand zurückkehrt. Nach einer weiteren Verzögerung von 1/F Sekunden kehrt das Signal am Ausgang der Speicherstufe 32 in den logisch-O-Zustand zurück, so daß ein neuer Zählzyklus beginnen kann.

Es leuchtet ein, daß der kleinste Wert der Integrationszeit für einen Zyklus gleich P/G Sekunden ist und zur Erzielung genauer Ergebnisse sollte dieser Wert ein Vielfaches der größten erwarteten Verzögerung betragen. Die größtmögliche Integrationszeit für einen Zyklus beträgt Q/G Sekunden, und Q ist so gewählt, daß das Erreichen der Zählkapazität durch einen der Zähler 8 als statistisch signifikant betrachtet werden kann. Genauer gesagt, wenn die Feststellung eines Maximums der Korrelationsfunktion nur dann als ausreichend signifikant betrachtet wird, wenn der entsprechende Wert des Korrelationskoeffizienten nicht kleiner als S ist, muß Q gleich 2 P/(S+1) gemacht werden. Es ist also einzusehen, daß Q stets kleiner als 2 P ist und daß das Erreichen der Zählkapazität durch den Zähler 30, bevor irgendeiner der Zähler 8 seine Zählkapazität erreicht hat, einen Zyklus bedeutet, während welchem keine signifikante Korrelation zwischen den beiden Rauschsignalen aufgetreten ist.

Am Ende jedes Zyklus wird ein logisch-1-Signal während einer Zeitdauer von 1/F Sekunden an die Leitung 17 angelegt und das Zeichenregister i5 nimmt dann eine Information auf, welche die Lage eines während dieses Zyklus festgestellten signifikanten Scheitels der Korrelationsfunktion betrifft Diese Information speichert das Zeichenregister 15 während des nächsten Zyklus. Die gespeicherte Information steuert die Tätigkeit eines Verzögerungsanzeigers, der durch das Schieberegister 18, das UND-Glied 34 und das Meßgerät 35 gebildet ist

Die Arbeitsweise der Verzögerungsanzeigers während eines Zyklus wird nachstehend erklärt

Es sei angenommen, daß während des vorhergegangenen Zyklus ein signifikanter Scheitel der Korrelationsfunktion festgestellt worden ist, dessen Lage einer Zeitverzögerung von r/F Sekunden zwischen den beiden Rauschsignalen entspricht Während des nun betrachteten Zyklus befindet sich der Ausgang derjeni-

gen Speicherstufe 16 des Zeichenregisters 15, welcher die r-te Stufe 3 des Schieberegisters 2 zugeordnet ist, im logisch-1 -Zustand, während die Ausgänge aller anderen Speicherstufen 16 sich im logisch-O-Zustand befinden. Am Beginn des Zyklus bewirkt ein logisch-1-Signal, welches vom Ausgang der Speicherstufe 32 über das ODER-Glied 33 während einer Zeitdauer von 1/F Sekunden an die Leitung 33 angelegt wird, daß die (241 - r>te Stufe 19 des Schieberegisters 18 den logisch-1-Zustand einnimmt, während sich alle anderen m Schieberegisterstufen 19 im logisch-O-Zustand befinden.

[I Läßt man einmal den Fall außer Betracht, in welchem r

p| gleich 1 ist, so arbeitet eas Schieberegister 18, wenn das

H an die Leitung 23 angelegte Signal in den logisch-O-Zu-

ss; siänd zurückkehrt, in üblicher Weise, so daß, wenn

(r — 1) Tastimpulse an die Leitung 22 angelegt worden sind, die letzte Stufe 19 des Schieberegisters 18 den logisch-1-Zustand einnimmt. Das hat zur Folge, daß ein weiteres logisch-1-Signal während einer Zeitdauer von 1/FSekunden über das ODER-Glied 33 an die Leitung 23 angelegt wird, so daß die Schieberegisterstufen 19 wieder jeweils entsprechend der im Zeichenregister 15 gespeicherten Information gesetzt werden. Dieser ganze Vorgang wird unbegrenzt wiederholt, so daß sich das an der Leitung 21 erscheinende Signal mit einer Wiederholungsfrequenz von F/r Perioden pro Sekunde jeweils während einer Zeitdauer von 1/FSekunden im logisch-1-Zustand befindet. Während jeder dieser Perioden erscheint einer der Impulse des Impulsgenerators 28 am Ausgang des UND-Glieds 34. In dem Fall, in welchem r gleich 1 ist, befindet sich das an der Leitung 21 erscheinende Signal kontinuierlich im logisch-1-Zustand, so daß alle vom Impulsgenerator 28 kommenden Impulse am Ausgang des UN D-Glieds 34 erscheinen.

Wenn.während eines gegebenen Zyklus ein signifikanter Scheitel der Korrelationsfunktion festgestellt worden ist und die Lage dieses Scheitels einer Zeitverzögerung η r/F Sekunden zwischen den beiden Rauschsignalen entspricht, so besteht das während des nächsten Zyklus dem Meßgerät 35 zugeführte Signal aus einer Kette von Impulsen mit einer Frequenz von F/r Impulsen pro Sekunde. Das Meßgerät 35 liefert daher eine der Zeitverzögerung umgekehrt proportionale Anzeige, die folglich im Falle der Durchflußmessung direkt proportional zur Strömungsgeschwindigkeit ist. Es muß bemerkt werden, daß, wenn der wahre Wert der Zeitverzögerung annähernd in der Mitte zwischen zwei einander benachbarten Werten der jeweils ganzzahlige Vielfache von 1/FSekunden darstellenden quantisierten Werte liegt, die beiden diesen Werten zugeordneten υ Zähler 8 während eines Zyklus gleichzeitig ihre

Zählkapazität erreichen. In diesem Falle entspricht die Frequenz des dem Meßgerät 35 zugeführten Signals stets dem niedrigeren dieser beiden quantisierten Werte der Zeitverzögerung. Wenn während eines Zyklus kein signifikanter Scheitel festgestellt worden ist, so befindet sich das während des nächsten Zyklus an der Leitung 21 erscheinende Signal kontinuierlich im logisch-O-Zustand, so daß am Ausgang des UND-Glieds 34 keine Impulse erscheinen.

Im Falle der Anwendung der in F i g. 2 dargestellten Einrichtung zur Durchflußmessung kann gezeigt werden, daß der größte mittlere Fehler der aufgrund der Quantisierung der Zeitverzögerung angezeigten Strömungsgeschwindigkeit unter der Annahme, daß der Scheitel der betreffenden Kreuzkorrelationsfunktion symmetrisch ist, innerhalb eines Zeitverzögerungsbereiches von 24/FSekunden bis 240/FSekunden, was einem den Faktor 10 umfassenden Strömungsgeschwindigkeitsbereich entspricht, den Wert 2,1% nicht übersteigt. Läßt man die Annahme der Symmetrie des Scheitels der Kreuzkorrelationsfunktion außer Betracht, so beträgt der entsprechende Wert 4,2%.

Wandelt man jedoch die Einrichtung gemäß der Erfindung ab, so läßt sich die gleiche Genauigkeit erreichen, wobei nur halb so viele verzögerte Versionen des am Ausgang der Polaritätsabtasteinrichtung 24

ίο erscheinenden Signals hergestellt werden müssen.

Eine gemäß der Erfindung abgewandelte Einrichtung ist in F i g. 3 dargestellt und weist drei Schaltungseinheiten 1/4, Iß und lCder in Fig. 1 dargestellten Art auf. Die Teile dieser Schaltungseinheiten werden daher mit

is den gleichen Bezugszeichep. wie in Fig. 1, jedoch mit dem Zustand A bzw. B bzw. C bezeichnet. Die Zahl R beträgt bei den Schaltungseinheiten \A und Iß jeweils 48, bei der Schaltungseinheit IC beträgt sie 24. Ansonsten sind die Schaltungseinheiten \A,\B und IC identisch. Ferner weist die Einrichtung nach F i g. 3 Schaltungsteile 24 bis 37 auf, die mit den mit gleichen Bezugszeichen versehenen Schaltungsteilen der in F i g. 2 dargestellten Einrichtung identisch sind. Schließlich weist die Einrichtung gemäß F i g. 3 zwei Frequenzteiler 38 und 39 auf, deren Teilungsfaktor jeweils 2 beträgt. Der Eingang des Frequenzteilers 38 ist mit dem Ausgang des Impulsgenerators 28 verbunden und der Eingang des Frequenzteilers 39 liegt am Ausgang des Frequenzteilers 38. Für den normalen Betrieb der in

F i g. 3 dargestellten Einrichtung ist es zweckmäßig, G gleich F/4 zu machen, so daß der Frequenzteiler 39 gleichzeitig die Funktion des Impulsgenerators übernehmen kann. Die Leitungen 4.4,5.4,9.4,10.4.1IA, 134, 17/4, 21/4, 22/4 und HA der Schaltungseinheit IA die Leitungen 9ß, 10ß, llß, 17ßund 23ßder Schaltungseinheit Iß und die Leitungen 9C, 10C, llC 14C 17C 2OC und 23Cder Schaltungseinheit IC sind jeweils ebenso sie die entsprechend bezeichneten Leitungen der Schaltungseinheit 1 der in F i g. 2 dargestellten Einrich-

tung angeschlossen. Die Leitung 4ß ist mit der Leitung 6A und die Leitung 4C mit der Leitung 6ß verbunden. Die Leitungen 5ß und 22ß sind an den Ausgang des Frequenzteilers 38 angeschlossen; die Leitungen 5Cund 22C sind mit dem Ausgang des Frequenzteilers 39 verbunden. Die Leitung 13ß liegt an der Leitung 14Λ und die Leitung 13Can der Leitung 14ß; und die Leitung 20/4 ist mit der Leitung 21 ß und die Leitung 20ß mit der Leitung 21C verbunden. Die Leitung 6C ist nicht angeschlossen.

Die in Fig.3 dargestellte Einrichtung arbeitet in ähnlicher Weise wie die Einrichtung nach F i g. 2. Die Herstellung verzögerter Versionen des am Ausgang der Polaritätsabtasteinrichtung 24 erscheinenden Signal erfolgt jedoch nunmehr mittels der Schieberegister IA,

2ß und 2C die in Reihe geschaltet sind. Diese Schieberegister werden jeweils mit einer Taktfrequenz taktgesteuert, die beim Schieberegister 2Λ gleich F, für das Schieberegister 2ß gleich F/2 und das Schieberegister 2C gleich F/4 ist Die polare Korrelationsfunktion

wird folglich für nur 120 Werte von y ausgewertet und die Verzögerungszunahme beträgt zwischen den ersten 48 dieser Weite jeweils 1/FSekunden, für die nächsten 48 dieser Werte jeweils 2/FSekunden und für die letzten 24 dieser Werte jeweils 4/F Sekunden. Der gesamte

Zeitverzögerungsbereich ist folglich genau so groß wie bei der in F i g. 2 dargestellten Einrichtung.

Der Verzögerungsanzeiger der Einrichtung nach Fig.3 weist die in Reihe geschalteten Schieberegister

18ß, 18C"und 18.4 auf, die jeweils mit einer Taktfrequenz von F/4 bzw. FIl bzw. F taktgesteuert werden. Ein logisch-1-Zustand wird deshalb durch das Schieberegister 18Cmit der halben Geschwindigkeit wie durch das Schieberegister 18ß hindurchgeschoben, während er durch das Schieberegister 185 wiederum nur halb so schnell wie durch das Schieberegister MA hindurchgeschoben wird. Wenn folglich ein signifikanter Scheitel der Korrelationsfunktion während eines gegebenen Zyklus festgestellt worden ist, ist die Frequenz der dem Meßgerät 35 während des nächsten Zyklus zugeführten Impulskette wiederum näherungsweise umgekehrt proportional der Zeitverzögerung zwischen den beiden Rauschsignalen und folglich im Falle der Durchflußmessung direkt proportional zur Strömungsgeschwindigkeit.

Bei der oben beschriebenen Einrichtung handelt es sich also um eine Anordnung, bei welcher während jedes Vergleichsvorgangs die Einzelvergleiche zwischen dem Zustand des zweiten der beiden Binärsignale und den Elementen des Binärwortes alle gleichzeitig stattfinden. Bei anderen Einrichtungen dieser Art können diese Einzelvergleiche während jedes Vergleichsvorganges sequentiell ablaufen, wobei die Inhalte des Registers während jedes Zeittaktes der Reihe regelmäßig wiederkehrender Zeittakte auf den neuesten Stand gebracht werden und während jedes Zwischenraumes zwischen diesen Zeittakten rezirkuläert werden. In diesem Fall können die Zähleinrichtungen zweckmäßigerweise durch eine Gruppe von Umlaufspeichern gebildet sein, denen geeignete arithmetische Einrichtungen zugeordnet sind. Die vorliegende Erfindung kann in gleicher Weise bei in dieser Weise ausgebildeten Einrichtungen Anwendung finden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Vergleichen zweier zeitlich veränderlicher Binärsignale, indem jeweils eine Reihe von in einer Zeittaktfolge früheren Zuständen des einen Binärsignals mit dem augenblicklichen Zustand des anderen Binärsignals verglichen wird, mit