DE2512939A1 - Schaltungsanordnung zur frequenzanalyse eines signals - Google Patents

Description

Schaltungsanordnung zur Frequenzanalyse ei:-xes Signals

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Frequenzanalyse eines Signals mit einer Mehrzahl von Bandfilterkanälen, deren Eingängen das zu analysierende Signal parallel zugeführt wird, die Bandfilter mit unterschiedlichen Grenzfrequenzen besitzen und die Gleichrichter und Integratoren zur Integration der gleichgerichteten Ausgangssignale der Bandfilter in vorbestimmten Integrationsintervallen enthalten, denen eine Abtastvorrichtung nachgeschaltet ist, die die Integrationsergebnisse nach vorbestimmten Intervallen abfragt.

Bei einer solchen bekannten Schaltungsanordnung, die in der Medizin zur Frequenzanalyse eines EEG-Signals dient und die an eine Schreibvorrichtung gebunden ist, wird das Ergebnis auf einem Aufzeichnungspapier in Form eines Diagramms, z.B. eines Stapelhistogramms, dargestellt, bei dem die Stapellängen proportional zu den Integrationsergebnissen.sind. Dabei sind die Integrationsintervalle für die Integratoren gleich gross, und zwar ca. 10 bis 20 sek, damit die niedrigen Frequenzen von 1 bis 2 Hz erfasst

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werden können. Dies hat aber den Nachteil, dass kurzzeitige Signale von höheren Frequenzen nicht gesondert erfasst werden, sondern am Ende des Integrationsintervalls im Gesamtergebnis des entsprechenden Bandfilterkanals integriert sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen,.die sowohl niedrige Frequenzen wie auch kurzzeitige Signale der hohen Frequenzen eines Signals, das aus einem Frequenzgemisch besteht, erfassen kann.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass Mittel vorhanden sind, die die Integrationsintervalle für die Integratoren in Abhängigkeit von den mittleren Durchlassfrequenzen der Bandfilter derart festlegen, dass die Integrationsintervalle mit zunehmender mittlerer Durchlassfrequenz der Bandfilter abnehmen und dass den Integratoren Schaltungselemente zur Anpassung jedes Integrationsergebnisses an das entsprechende Integrationsintervall nachgeschaltet sind.

Beim 'Erfindungsgegenstand ist das Integrationsintervall eines Bandfilterkanals um so länger, je niedriger die Mittelfrequenz des Bandfilters ist. Es ist also einerseits lang genug, um eine Erfassung des Ausgangssignals des Bandfilters zu gewährleisten und andererseits kurz genug, damit bei hoher Mittelfrequeuz eine selektive Erfassung kurzzeitiger Signale höherer Frequenzen erfolgt.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Abtastvorr j chtung der S chaltungs an Ordnung derart ausgebildet ist, dass sie die Integrationsergebnisse mindestens einmal pro kürzestem Integrationsintervall abtastet und dass sie an einem Strahlschreiber angeschlossen ist, der enthält: einen Strahlsender, welcher einen Schreibstrahl auf einen Aufzeichnungsträger>richtet, Mittel zur Erzeugung einer Relativ-

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bewegung zwischen dem Strahlsender und dem Aufzeichnungsträger in zwei etwa senkrecht zueinander liegenden Richtungen im Sinne einer zeilenweisen Bildaufzeichnung und eine Modulationseinrichtung für die Intensität der aufgezeichneten Zellen, welche durch das Ausgangssignal der Abtastvorrichtung gesteuert ist, und dass Mittel vorhanden sind, die die Abtastung der Integrationsergebnisse mit der Bewegung des Schreibstrahls synchronisieren. Dadurch ist erreicht, dass auf möglichst wenig Aufzeichnungspapier möglichst viel Information untergebracht wird. Beispielsweise kann das längste Integrationsintervall 16 sek und das kürzeste 1 sek betragen. Der Abstand zwischen den aufeinanderfolgenden Zeilen kann bei einem Tintenstrahlschreiber 0,2 mm betragen, ohne dass die Auflösung verloren geht. Die normale Papiergeschwindigkeit bei einer EEG-Ausschrift ist 30 mm/sek. Eine Aufzeichnung, die beim Stand der Technik 30 mm Papieraufzeichnungslänge beansprucht, kann also bei dieser Weiterbildung der Erfindung auf 0,2 mm Papierlänge untergebracht werden - eine Reduzierung von 150 : 1.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus einem in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel und aus den Unteransprüchen. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemässen Schaltanordnung in Verbindung mit einer Schreibvorrichtung,

Fig. 2 Impulsfolgen zur Festlegung der Integrationsintervalle bei der Schaltungsanordnung gemäss Fig. 1, und

Fig. 3 eine Ausschrift bei einer Anordnung gemäss Fig. 1.

In Fig. 1 ist eine Schaltungsanordnung zur Frequenzanalyse eines Signals, z.B. eines EEG-Signals, gezeigt. Die Schaltungsanordnung besitzt ε-ine Anzahl von Sandfiltsrkanälen 1 bis 10. Die Bandfilter 12 bis 21 der Kanäle 1 bis 10 haben unterschiedliche

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Grenzfrequenzen, deren Werte aus der Fig. 1 ersichtlich sind. An den Bandfiltern 12 bis 21 sind außerdem Gleichrichter 22 bis 31 und Integratoren 32 bis 41 angeschlossen* An den Ausgängen der Bandfilterkanäle 1 bis 10 sind Signalspeicher 42 bis 51 in Form von Kondensatoren angeordnet und zwischen diesen Signalspeichern und den Integratoren 32 bis 41 liegen Schaltelemente 52 bis 61.

Zur Steuerung der Schaltelemente 52 bis 61 sind Impulsgeneratoren 62 bis 66, 73 vorhanden, die eine Frequenzuntersetzerkette bilden und deren Ausgangssignale jeweils zwei Schaltelemente gleichzeitig betätigen. So werden die Schaltelemente 52, 53 durch den Impulsgenerator 73, die Schaltelemente 54, 55 durch den Impulsgenerator 63, die Element« 56, 57 durch den Generator 64, die Elemente 58, 59 durch den Generator 65 und die Schaltelemente 60, 61 durch den Impulsgenerator 66 gesteuert« Schließlich ist jedem Bandfilterkanal 1 bis 10 ein Spannungsteiler 98 bis 107 zugeordnet.

Den Bandfilterkanälen ist eine Abtastvorrichtung 72 nachgeschaltet, die durch das Ausgangssignal des Impulsgenerators 73 synchronisiert schrittweise die Kanalausgänge 86 bis 95 abtastet. Der Impulsgenerator liefert außerdem die Eingangsimpulsfolge für die Frequenzuntersetzerkette 62 bis 66.

Die Abtastvorrichtung 72 ist außerdem an exnem Strahlschreiber angeschlossen. Dieser Strahlschreiber besteht aus einem Aufzeichnungsträger 74,. der von einer Rolle 75 auf eine Rolle 7- transportiert wird, welche durch einen Elektromotor 77 angetrieben wird. Über die Breite des Aufzeichnungsträgers 74, .der z.B. ein Papierband sein kann, wird ein Bild aufgezeichnet, das durch eine Schreibdüse 78 erzeugt wird, die einen feinen Strahl 79 einer Schreibflüssigkeit auf den Aufzeichnungsträger 74 rich^ tet. Die Düse 78 ist senkrecht zur Bewegungsrichtung des Aufzeichnungsträgers 74 durch eine Verstellvorrichtung (Modula-

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tionseinrichtung) 80 bewegbar, die durch eine Spannung an dem Eingang 81 gesteuert wird. Die Bewegung der Verstellvorrichtung 80 ist durch den Impulsgenerator 73 mit der Abtastung der Bandfilterkanäle 1 bis 10 synchronisiert. Die Düse 78 erhält durch eine Leitung 82 Tinte aus einem Tintenvorratsbehälter 83· Zwischen der Leitung 82 und dem Vorratsbehälter 83 liegt eine Tintenpumpe 84 und ein Druckregler 85, der für einen konstanten Tintendruck in der Leitung 82 und damit einen gleichmässigen Flüssigkeitsstrahl 79 sorgt.

Bei der Betrachtung der Fi^. 2 in Verbindung mit Fig. 1 ergibt sich, dass das Integrationsintervall eines Bandfilterkanals um so länger ist, je niedriger die Mittelfrequenz des Bandfilters ist. Bei niedriger Mittelfrequenz ist also das Intervall lang genug, um eine Erfassung des Ausgangssignals des Bandfilters zu gewährleisten. Andererseits ist aber bei hoher Mittelfrequenz auch eine selektive Erfassung kurzzeitiger Ausgangssignale (schnelle Frequenzänderung) des Bandfilters wegen des kurzen Integrationsintervalls gewährleistet.

Durch den Flüssigkeitsstrahl 79 wird ein Bild (Fig. 3) zeilenweise auf dem Aufzeichnungsträger 74 aufgezeichnet. Diese Aufzeichnung kann beispielsweise bei kontinuierlichem Transport des Aufzeichnungsträgers 74 erfolgen. Eine Intensitätsmodulation der aufgezeichneten Zeilen erfolgt dadurch, dass die Geschwindigkeit, mit der der Flüssigkeitsstrahl 79 senkrecht zur Bewegungsrichtung des Aufzeichnungsträgers 74 bewegt wird, verändert wird. Ist diese Geschwindigkeit gross, so ist die Intensität der aufgezeichneten Zeilen klein, ist sie klein, so ist die Intensität gross. Es ist auch möglich, den Flüssigkeitsstrahl so schnell in bezug auf den Aufzeichnungsträge.r zu bewegen, dass der Schrieb überhaupt nicht mehr hervortritt. Ferner ist- es möglich, die Geschwindigkeit, mit der der Flüssigkeitsstrahl bewegt wird, so weit herabzusetzen, dass bei v/eiterer Herabsetzung keine Intensitätserhöhung (z.B. Schwärzung) mehr möglich ist.

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Das zu analysierende Signal wird über die Zuleitung 11 parallel den Eingängen 97 der Bandfilterkanäle 1 bis 10 zugeführt. Das vom jeweiligen Bandfilter durchgelassene Signal wird in dem jeweiligen Kanal gleichgerichtet und integriert.

Die Schaltelemente 52 bis 61 werden durch die erzeugten Impulsfolgen A und C bis F (Fig. 2) der synchron laufenden Impulsgeneratoren 62 bis 66 betätigt. Die Impulsfolge B steuert kein Schaltelement; der Impulsgenerator 62 dient zur untersetzenden Ankopplung der Kette 63 bis 66 an den Impulsgenerator 73. Die Schaltelemente 52, 53 werden demnach durch die Impulsfolge A, die Schaltelemente 54, 55 durch die Impulsfolge C, die Schaltelemente 56, durch die Impulsfolge D, die Schaltelemente 58, 59 durch die Impulsfolge E und die Schaltelemente 60, 61 durch die Impulsfolge F gesteuert, d.h. die Dauer, während der die Schaltelemente geschlossen sind, ist abhängig von der jeweiligen Impulslänge und ist umgekehrt proportional zur Mittelfrequenz der Bandfilter 12 bis 21. Die Integrationsintervalle für die Integratoren 52 bis 41, die den Impulslängen der Impulszüge A und C bis F entsprechen, werden also in Abhängigkeit von den mittleren Durchlassfrequenzen der Bandfilter 12 bis 21 derart festgelegt, dass die Integrationsintervalle mit zunehmender mittlerer Durchlassfrequenz der Bandfilter abnehmen. Die Integrationsergebnisse werden von einem der Integratoren 32 bis 41 bei Schliessen des entsprechenden Schalters in den jeweiligen Kondensator 42 bis 51 übertragen und dort gespeichert.

Die Abtastvorrichtung 72 wird durch die Impulsfolge A gesteuert, die durch den Impulsgenerator 73 erzeugt wird und synchron zu den Impulsfolgen der Generatoren 62 bis 66 verläuft (Fig. 2). Sie ist derart ausgebildet, dass sie die Integrationsergebnisse an den Ausgängen 86 bis 95 mindestens einmal pro kürzestem Integrationsintervall abtastet. Bevor die Ergebnisse die Ausgänge 86 bis 95 erreichen, werden diese .über die Spannungsteiler 98 bis spannungsgeteilt, damit die später beschriebene Ausschrift eine für

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die spektrale Frequenzverteilung geeignete Grautonskala aufweist. Für die Bandfilter 9 und 10 mit dem Frequenzwert 0,5 bis 2,5 und 2,5 bis 4,5 ist die Spannungsteilung 1 : 16, für das nächste Bandfilterpaar 7, 8 ist sie 1 :8 usw.

Die mit der Abtastvorrichtung 72 an den Ausgängen 86 bis 95 abgetasteten Ausgangssignale werden nacheinander der Verstellvorrichtung 80 des Schreibers über den Eingang 81 zugeführt, und eine dementsprechend geschwindigkeitsmodulierte Ausschrift erfolgt durch den Schreibstrahl 79 auf dem Aufzeichnungsträger 74.

Ein Beispiel für eine Ausschrift des zu analysierenden Signals ist in Fig. 3 gezeigt. Der Strahlschreiber schreibt von oben nach unten synchron mit der Abtastvorrichtung 72 (Pfeil 96) im Takt mit dem Abtasten der Kanalausgänge 8δ bis 95 und intensitätsmoduliert den Schrieb entsprechend den Spannungen an den Integrationskondensatoren 42 bis 51 unter Berücksichtigung der Teilerverhältnisse der Spannungsteiler 98 bis1Q7 und im Verhältnis zu den jeweiligen Einschaltintervallen der Schaltelemente 52 bis 61, die von den synchron verlaufenden Impulsfolgen .C bis F der synchronisierten Impulsgeneratoren 62 bis 66*abhängig sind. Demnach wird eine neue Integrationsinformation der Bandfilterkanäle 1 und 2 nach jedem Zyklus der Abtastvorrichtung 72 auf dem Aufzeichnungsträger 74 erfasst. Bei dem Beispiel ist für die Kanäle 1 und 2 abwechselnd eine Schwarz- und eine Weiss-Information dargestellt, d.h., dass den Impulsen der Impulsfolge A abwechselnd eine Schwarz- und eine Weiss-Information entspricht. "Die integrierten Signale der Bandfilterkanäle 3 und 4 werden zweimal nacheinander erfasst und eine neue Integrationsinformation wird nach jedem zweiten Zyklus abgefragt. Die integrierten Signale der Kanäle 5 und 6 werden viermal nacheinander erfasst und eine neue Integrationsinformation nach jedem-vierten Zyklus usw. Auf einer kleinen Papierfläche wird somit ein Maximum an Frequenzinformation aufgezeichnet.

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Claims (8)

1. 251292,9

   Patentansprüche

   χ\·) Schaltungsanordnung zur Frequenzanalyse eines Signals mit einer Mehrzahl von Bandfilterkanälen, deren Eingängen das zu analysierende Signal parallel zugeführt wird, die Bandfilter mit unterschiedlichen Grenzfrequenzen "besitzen, und die Gleichrichter und Integratoren zur Integration der gleichgerichteten Ausgangssignale der Bandfilter in vorbestimmten Integrationsintervallen enthalten, denen eine Abtastvorrichtung nachgeschaltet ist, die die Integrationsergebnisse nach vorbestimmten Intervallen abfragt, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (52 bis 66, -^orhanden sind, die die Integratidnsinterval-Ie für die Integratoren (32 bis 41) in Abhängigkeit von den mittleren Durchlassfrequenzen der Bandfilter (12 bis 21) derart festlegen, dass die Integrationsintervalle mit zunehmender mittlerer Durchlassfrequenz der Bandfilter (12 bis 21) abnehmen und dass den Integratoren (32 bis 41) Schaltungselemente (98 bis 107) zur Anpassung jedes Integrationsergebnisses an das entsprechende Integrationsintervall nachgeschaltet sind.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Integrationsintervalle umgekehrt proportional zu den mittleren Durchlassfrequenzen der Bandfilter (12 bis 21) sind.
3. 3· Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungselemente (98 bis 107) zur Anpassung der Integrationsergebnisse an die Integrationsintervalle . Spannungsteiler sind, deren Teilungsverhältnisse den Integrationsintervallen entsprechen.
4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilungsverhältnisse der Spannungsteiler (98 bis 1707) den Integrationsintervallen umgekehrt proportional sind.

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5. 5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an den Ausgängen (86 bis 95) der Bandfilterkanäle (1 "bis 10) Signalspeicher (42 bis 51) und diese an die Integratoren (32 bis 41) anschaltende Schaltelemente (52 bis 61) liegen, und dass zur Steuerung der Schaltelemente (52 bis 61) Impulsgeneratoren (62 bis 66, vorhanden sind, die Impulsfolgen liefern, bei denen die Dauer der Impulse gleich dem jeweiligen Integrationsintervall ist.
6. 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5_S dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastvorrichtung (72) ein Schrittschalter ist, der einen Ausgang besitzt, der durch eine Steuervorrichtung (73) schrittweise an die Kanalausgänge (86 bis 95) anschaltbar, ist, und dass die Steuervorrichtung (73) ein Impulsgenerator (73) ist, der mit den anderen Impulsgeneratoren (62 bis 66) synchronisiert ist.
7. 7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastvorrichtung (72) derart ausgebildet ist, dass sie die Integrationsergebnisse mindestens einmal pro kürzestem Integrationsintervall abtastet und dass sie an einem Strahlschreiber angeschlossen ist, der enthält: einen Strahlsender (78), welcher einen Schreibstrahl (79) auf einen . Aufzeichnungsträger (74) richtet, Mittel zur Erzeugung ei ier Relativbewegung zwischen dem Strahlsender (78) und dem Aufzeichnungsträger (74) in zwei etwa senkrecht zueinander liegendem Richtungen im Sinne einer zeilenweisen Bildaufzeichnung und eine Modulationseinrichtung- (80) für die Intensität der aufgezeichneten Zeilen, welche durch das Ausgangssignal der Abtastvorrichtung (72) gesteuert ist und dass Mittel (73) vorhanden sind, die die Abtastung der Integrationsergebnisse mit der Bewegung des Schreibstrahls (79) synchronisieren.
8. 8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlsender (78) einen Schreibstrahl (79) konstan-

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   ter Stärke zur Aufzeichnung zum Aufzeichnungsträger (74) sendet und dass die Modulationseinrichtung (80) eine Einrichtung zum Verändern der Relativgeschwindigkeit zwischen Strahlsender (78) und Aufzeichnungsträger (74) in mindestens einer Richtung ist, derart, dass für eine Intensitätserhöhung eine Verminderung und für eine Intensitätsverminderung eine Erhöhung der Geschwindigkeit erfolgt.

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