184977. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés két sztochasztikus jel közötti időkésés folyamatos mérésére
3 184977 4 A találmány tárgya eljárás és berendezés két sztochasztikus jel közötti időkésés folyamatos mérésére. Mint ismeretes a korszerű méréstechnikában mindgyakrabban van szükség sztochasztikusan változó jelek valószínűségi tulajdonságainak vizsgálatára. Ezek közt gyakori feladat két sztochasztikus jel keresztkorrelációfüggvényének folyamatos mérése a jelek közti időeltolás meghatározása céljából. Ilyen mérési feladat például korrelációs elven történő áramlási sebesség mérésénél az átfutási idő mérése ; vibrációanalízisnél a zajforrás helyének, a zaj terjedési tulajdonságainak meghatározása ; geodéziai méréseknél lökéshullám terjedési sebességének mérése stb. Az ilyen jellegű mérési feladatoknál az utóbbi időben mind gyakoribb igény több mérőhelyről érkező páronként összetartozó jelek egyidejű feldolgozása is. A keresztkorreláció függvények meghatározásához bonyolult elektronikus berendezések — korrelátorok — szükségesek. Ezek a készülékek sokféle szolgáltatást nyújtanak (ami miatt drágák is) a tárgykörben ismertetett célorientált mérési feladatokhoz azonban nem megfelelőek. Egyidőben csak egy jelpár feldolgozását képesek elvégezni. A bemenő jelek többszintű kvantálása miatt gyakorlatilag a lassabb működést eredményező valóságos keresztkorreláció függvényt számolják, ami a vázolt feladathoz az esetek többségében felesleges, hiszen elegendő a jelek előjelfüggvényéből számított ún. polaritás keresztkorreláció-függvénnyel dolgozni. A feladatként megjelölt időkésés (időeltolás) meghatározása a kezelőtől további számításokat igényel. A mérés pontossága és a függvények kiértékelhetősége szempontjából a korrelátoroknak nagy hátránya továbbá, hogy a keresztkorreláció-függvényeknek egyidejűleg csak az egyik oldalát számolják ki. Számítógépeket is felhasználnak keresztkorrelációsfüggvények meghatározására. A magasszintű nyelven megírt programok viszonylagos lassú futása, egyidőben többcsatornás jelfeldolgozást nem tesz lehetővé, sőt általában real-time mérések sem valósíthatók meg. Léteznek célműszerek is a jelek közti időkésés meghatározására. Ilyen a KFKI NZ664 tip. egycsatornás és NZ664—4 négycsatornás korrelációs áramlásmérői, amelyek hőmérséklet zaj—jelek közti időkésés folyamatos mérése (a polaritás keresztkorreláció-függvény három jellegzetes pontjához tartozó időeltolás meghatározása) és a hőelemek közti távolság ismerete alapján közvetlenül áramlási sebességet jelenítenek meg. A készülékek közös hátránya — azon túl, hogy kevés számú mérőcsatornát szolgálnak ki — az, hogy igen lassú működésűek : 3—5 perc szükséges ahhoz, hogy — a bekapcsolás vagy a keresztkorreláció-függvény maximumának elvesztése után — a függvénymaximumot „megtalálják” ; csak rendkívül lassan változó időkésést tudnak folyamatosan mérni. A leírtak miatt elsősorban állandó időkésés folyamatos mérésére alkalmasak. A műszerek statisztikus hibája 30—40 s-os átlagolási idő esetén kb. 5%. Mivel teljesen hardware felépítésűek, ezért nagy hátrányuk továbbá az is, hogy a mérés paramétereinek változtatására csak igen minimális lehetőség van. A találmánnyal célunk a fentiekben vázolt valamennyi nehézség egyidejű kiküszöbölése és olyan megoldás létrehozása, amely: — egyidejű sokcsatornás jelfeldolgozást biztosít (számolja a jelek polaritás keresztkorreláció-függvényét és meghatározza a jelek közti korrelációt) ; f — kiszámolja a jelek közti időkésést olymódon, hogy az átlagolási idő növelése nélkül a statisztikából adódó mérési hibát csökkenti az univerzális korreíátorokkal, illetve az ismert készülékekkel elérhető hasonló mutatókhoz képest. A találmány alapja egyrészről az a felismerés, hogy a sokcsatornás jelfeldolgozás időproblémája mérési hiba, ill. mérési idő növekedése nélkül egyszerűen megoldódik, ha az összetartozó jelpárokat nullkomparálás után nem azonos módon (ritkábban, sűrűbben) mintavételezzük. A két összetartozó jel közül a másodikat (amely késik az elsőhöz képest) a felbontás igénye szerint, az elsőt pedig ritkábban, közelítőleg Shannon tétele szerint kell mintavételezni olymódon, hogy a két mintavételi periódusidő egymásnak egészszámú többszöröse legyen, biztosítva ezzel azt, hogy az első jel mintavételezésekor a második jel is éppen mintavételezve van. Az első jel utolsó mintáiból folyamatosan annyit kell eltárolni, amennyi a pozitív késleltetésű tartományban számított függvénypontok és a két mintavétel arány hányadosának felfelé kerekített egész része. A második jel utolsó mintáiból pedig folyamatosan annyit, ahány pontban kívánjuk a függvény negatív késleltetésű tartományát számolni. A kitűzött célnak megfelelően a találmány alapja másrészről az a felismerés, hogy a jelek közti időkésést a keresztkorrelációfüggvény maximumának százalékában megadott ordinátájú vízszintes egyenes (alapszint) feletti, a függvénymaximumot és annak környezetét tartalmazó görbe szakasz által határolt terület súlypontjához tartozó időkésés kiszámításával határozzuk meg. Ez a görbeszakasz kis időkésések, ill. „széles” függvénymaximum esetén természetesen átnyúlhat negatív késleltetésű tartományba is. A találmány értelmében célszerű ezért a pozitív késleltetésű keresztkorreláció függvény pontokon kívül a súlypont számítás miatt szükségessé váló negatív késleltetésű görbeszakasznak is tetszőleges számú pontját meghatározni. A találmány szerinti eljárás során egy átlagolási idő folyamán a két jelet mintavételezzük. Az első jel mintáit tároljuk és képezzük a két jel keresztkorreláció-függvényét. Ebből meghatározzuk a két jel közötti időkésést. Az első jelből ritkábban veszünk mintát, mint a második jelből olymódon, hogy az első jel mintavételezésével egyidejűleg a második jelből is mintát veszünk. Az első jel mintavételezésének periódusideje egészszámú többszöröse a második jel mintavételezési periódusidejének, továbbá a második jelből vett mintákat is tároljuk. Ezek felhasználásával képezzük a keresztkorreláció-függvény negatív késleltetésű tartományát is, majd meghatározzuk a keresztkorreláció-függvény maximumának környezetében a függvényszakasz egy adott alapszint feletti területének súlypontjához tartozó időkésést, amely a két jel közötti időkéséssel azonos. A javasolt berendezés minden csatornája két érzékelőt tartalmaz, amelyek egyenszint leválasztón át egy-egy jelvezeték párral vannak összekötve. Mindegyik jelvezeték egy jelfogadó főegységben egy-egy egymással párhuzamosan kapcsolt nullkomparátoron és abszolútértékképzőn át egy mintavevő-tartó egység bemenetelre van kapcsolva. A mintavevő-tartó egység egy jelfeldolgozó főegység és egy eredménymegjelenítő főegység egymással párhuzamosan vezérlő-, cím- és adatvezetékkötegekre csatlakozik, amelyek a jelfeldolgozó főegységben mikroprocesszorral, időzítőegységgel, kezelőegység-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
