DE2448779C3 - Schaltungsanordnung zur Störpegelunterdrückung bei Meßsignalen - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Störpegelunterdrückung bei Meßsignalen mit einem Integrationsverstärker und einem Differenzglied, in dem das rückgeführte Ausgangssignal mit dem Eingangssignal verglichen wird.

Aus der deutschen Patentschrift 21 18 812 ist eine Einrichtung zur Bildung des Mittelwertes bei statistisch auftretenden Ereignissen bekanntgeworden, die folgenden Aufbau hat: Das Meßsignal wird einem Differenzierglied zugeführt, das ein Auswerteglied beaufschlagt. In diesem Auswerteglied wird festgestellt, ob die Änderung des Eingangssignals Null oder von Null verschieden ist. Dem Auswerteglied sind über getrennte Ausgänge zwei Funktionsglieder nachgtüchaltet, von denen jeweils eines angesteuert wird. Das eine Funktionsglied bildet die Funktion x=f(t), das andere die Funktion

wobei Ue das Eingangssignal ist. Die Werte von χ werden über ein Differenzglied einem Integrationsglied verkleinert und bei x=f(t) vergrößert wird. Dem variablen Integrationsglied wird das Eingangssignal U_E zugeführt An seinem Ausgang wird das Ausgangssignal Ua erzeugt. Das Differenzierglied, das Auswerteglied und die Funktionsglieder liegen mit dem Differenzglied in einem Rückkopplungskreis der Meßanordnung.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel tritt an die Stelle des Differenziergliedes ein weiteres Differenzglied, in dem die Differenz zwischen Eingangssignal U_k- und Ausgangssignal Ua gebildet wird.

In der bekannten Schaltung wird also bei großen Änderungen der Eingangsgröße eine kleine und bei kleinen Änderungen eine große Zeitkonstante selbsttätig eingestellt. In jedem denkbaren Betriebsfall ist also eine endliche Zeitkonstante vorhanden. Das bringt den Nachteil mit sich, daß sich der Anzeigewert bei einem Sprung in der Eingangsgröße nach einer esFunktion dem neuen Wert langsam anpaßt, so daß jeweils der angezeigte Wert vom Meßwert mehr oder weniger abweicht

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Störpegelunterdrückung bei Meßsignalen dahingehend zu verbessern, daß der angezeigte Wert dem sich ändernden Eingangssignal sehr viel schneller folgt, wobei statisch bedingte Schwankungen völlig unterdrückt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Signaldifferenz einer Schwellwertstufe zugeführt ist, die eine der Rauschbreite entsprechende progressive Übergangszone aufweist, so daß sich das dem Integrationsverstärker zugeführte Ausgangssignal der Schwellwertstufe auf einen Mittelwert einstellt.

Das bedeutet in der Praxis, daß das Ausgangssignal der Schaltung sprungartig, d. h. mit großer Steilheit, dem sich ändernden Eingangssignal folgt. Die Kurve der Eingangsgröße, die durch viele statistisch bedingte Störimpulse einen sehr unruhigen Verlauf zeigt, wird praktisch ohne Anzeigeverzögerung völlig geglättet. Wenn sich das Eingangssignal nur geringfügig ändert, wird die Schwellwertstufe sofort durch die Statistikimpulse auf den neuen Mittelwert gesetzt. Das Ausgangssignal ergibt dann eine Kurve mit treppenartigen Änderungen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Blockschaltbilder gemäß Fig. 1—4 der Zeichnung erläutert. Fig. 5 zeigt eine Meßwertregistrierung mit und ohne die neuartige Anordnung.

Einander entsprechende Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Integrationsverstärker bezeichnet, der als Miller-Integrator geschaltet ist. Dem Integrationsverstärker ist eine Schwellwertstufe 2 vorgeschaltet, die von einem Dil'ferenzglied 3 beaufschlagt wird. Mit Eist der Eingang, mit A der Ausgang bezeichnet. Vom Ausgang A ist eine Rückkopplungsleitung zum Differenzglied 3 geführt. Das am Eingang E anstehende, verrauschte Meßsignal wird im Differenzglied 3 mit dem um 180° phasengedrehten Ausgangssignal verglichen. Die Differenz Se zwischen Eigangs- und Ausgangssignal beaufschlagt die symmetrische Schwell-

wertstufe 2, die eine progressive Kennlinie aufweist. Diese Kennlinie S.A = f(S_e) zeigt in den äußeren Bereichen eine hohe Verstärkung in den mittleren, abgeknickten Bereichen eine kleinere Verstärkung und im inneren Bereich eine gegen Null gehende Verstärkung. Im letztgenannten Bereich fällt die Kennlinie praktisch mit der Abszisse zusammen. Das Ausgangssignal Sa der Schwellwertstufe steuert den Integrationsverstärker 1 aus.

Liegt die Signaldifferenz 5t innerhalb der sieilen Kennlinienbereiche, so gleicht sich das Ausgangssignal des Integrationsverstärkers 1 sehr schnell weitgehend dem Eingangssignal Se an. In diesem Fall ist die Zeitkonstante Täußerst klein.

Wenn die Signaldifferenz S_E innerhalb der mittleren Bereiche liegt, wird die Zeitkonstante T groß. Das AusgangssJgnal paßt sich also nur langsam den geringfügigen Änderungen des Eingangssignals an. Sehr kleine Signaldifferenzen Sfwerden praktisch nicht mehr übertragen, so daß sich eine sehr stetige Anzeige ergibt.

Der Schleusenbereich der Schwellwertstufe 2 (geneigte Teile der Kennlinie) wird ebenso groß gewählt wie die Signalbreite des Störpegels. Bei sprunghaften Änderungen des Meßsignals läuft das zur Anzeige, Registrierung oder Regelung verwendete Ausgangssignal quasi unverzögert dem Eingangssignal bis auf den halben Schleusenbereich nach. Innerhalb des inneren Schleusenbereiches werden die Störsignale (Rauschpegel) mit einer großen Zeitkonstante T bedämpft und somit sehr wirksam unterdrückt.

Wenn sich das Meßsignal langsam nach der einen oder anderen Richtung ändert, überschreiten die überlagerten Störsignale, deren Größe und Häufigkeit statistisch bestimmt ist, den Schwellwert, so daß das Ausgangssignal schrittweise auf das neue Niveau angehoben oder abgesenkt wird. Die Anzeige wird also nicht durch die innerhalb des Schleusenbereiches große Zeitkonstante ungünstig beeinflußt. Die Schaltungsanordnung arbeitet auch dann noch einwandfrei, wenn man die Zeitkonstante T innerhalb des inneren Schleusenbereiches gegen <» gehen läßt.

In Fig. 2 ist außer den in Fig. 1 genannten Bausteinen ein Hochpaß 4 vorgesehen, der die Störimpulse vom Eingang £auf die Schwellwertstufe 2 überträgt. Diese wird hierdurch so angesteuert, daß sich ihr Schleusenbereich automatisch dem Störpegelbereich anpaßt. Mit dieser Maßnahme wird der Meßwert iioch genauer übertragen

In F i g. 3 ist an die Stelle des Hochpasses 4 (F i g. 2) ein Funktionsgeber 5 gesetzt, durch weichen der Schleusenbereich in der Schwellwertstufe 2 entsprechend dem Meßwert gesteuert wird. Diese Schaltungsanordnung ist angebracht, wenn zwischen Meßsignal und Rauschpegel ein funktioneller Zusammenhang besieht, wie dies in der Kernstrahlungsmeßtechnik der Fall ist.

Die Schaltungsanordnung nach F i g. 4 enthält sowohl einen Hochpaß 4 als auch einen Funktionsgeber 5, die beide die Schwellwertstufe 2 ansteuern.

Durch diese Koppelung der Systeme nach F i g. 2 und 3 erhält man ein noch günstigeres Übertragungsverhalten.

In F i g. 5 ist ein Meßwert M in Abhängigkeit von der Zeit r aufgezeichnet. Die obere Kurve K\ stellt einen in üblicher Technik verstärkten lonisationskammerstrom dar. Man erkennt, daß die Registrierung durch das statistisch bedingte Rauschen ein sehr unruhiges Aussehen erhält. Die Kurve K₂ verläuft praktisch gerade und parallel zur Zeitachse, solange der Meßwert konstant ist.

Zur Zeit ti macht der Meßwert einen Sprung und läuft dann nach einer e-Funktion in einen neuen, konstanten Wert ein. Es ist sehr gut zu erkennen, daß die Kurve K.2 verzögerungslos den Meßwertverlauf folgt. Im oberen Bereich der Kurve K₂ erkennt man, daß das Ausgangssignal treppenstufenförmig auf die neuen Werte gesetzt wird.

Die Kurven K\ und K₂ wurden in Ordinatenrichtung versetzt aufgezeichnet, um ihren Verlauf besser vergleichen zu können.

Die neuartige Schaltungsanordnung ist nicht nur vorteilhaft für die analoge oder digitale Meßwertanzeige und Meßwertregistrierung, sondern sie bringt außergewöhnliche Verbesserungen in nachgeschaheten Regelkreisen.

Außerdem kann man bei Meßeinrichtungen mit radioaktiven Strahlen und Strahlenempfängern erheblich kleinere Präparatstärken verwenden, so daß die Strahlenschutzaufwendungen leichter und billiger zu gestalten sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Störpegelunterdriik- S kung bei Meßsignalen mit einem Integrationsverstärker und einem Differenzglied, in dem das rückgeführte Ausgangsignal mit dem Eingangssignal verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Signaldifferenz (Se) einer Schwellwertstufe (2) zugeführt ist, die eine der Rauschbreite entsprechende progressive Übergangszone aufweist, so daß sich das dem Integrationsverstärker (1) zugeführte Ausgangssignal (S^ der Schwdlwertstufe (2) auf einen Mittelwert einstellt

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwefiwertstufe (2) über einen Hochpaß (4) vom verrauschten Signal des Eingangs (E) so angesteuert ist, daß sich die Übergangszone der Schwellwertstufe (2) dem Störpegelbereich anpaßt

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwertstufe (2) über einen Funktionsgeber (5) vom verrauschten Signal des Eingangs f£^ angesteuert ist

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwertstufe (2) sowohl über einen Hochpaß (4) als auch über einen Funktionsgeber (5) vom verrauschten Signal des Eingangs ^angesteuert ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die progressive Kennlinie der Schwellwertstufe (2) äußere Bereiche hoher Verstärkung, mittlere Bereiche kleiner Verstärkung und einen inneren Bereich mit gegen Null gehender Verstärkung aufweist.

zugeführt dessen Zeitkonstame τ in Abhängigkeit von χ derart gesteuert wird, daß diese Zeitkonstante bei