DE3148735A1

DE3148735A1 - Method and device for frequency analysis

Info

Publication number: DE3148735A1
Application number: DE19813148735
Authority: DE
Inventors: Knut Dipl.-Ing. 2800 Bremen Schumacher; Heinz Dipl.-Ing. Urban
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Atlas Elektronik GmbH
Priority date: 1981-12-09
Filing date: 1981-12-09
Publication date: 1986-10-09
Also published as: DE3148735C2

Abstract

A method is specified in which harmonic spectral components from a signal spectrum are determined. In this method, the signal spectrum is compared or correlated with a reference spectrum, the spectral values of which are allocated to the logarithms of the frequencies. The fundamental frequency can then be determined from the displacement at the correlation maximum. The method can be used, in particular, in the analysis of machine noises. A device for carrying out the method is described.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur FrequenzanalyseMethod and device for frequency analysis

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Frequenzanalyse nach der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art und eine Vorrichtung zum Ausüben des Verfahrens.The invention relates to a method for frequency analysis according to the in the preamble of claim 1 specified type and a device for exercising of the procedure.

Bei derartigen Verfahren zur Frequenzanalyse von Signalen, ist es erforderlich, harmonische Spektralanteile von nichtharmonischen oder geräuschartigen Spektralanteilen zu unterscheiden. Insbesondere harmonische Spektralanteile, die in einer gemeinsamen Quelle auf der Basis einer Grundfrequenz oder eines Grundfrequenzbandes generiert worden sind, ermöglichen die genaue Beschreibung der Quelle, da das Auftreten bzw. das Fehlen von harmvnischen Spektralanteilen Rückschlüsse auf ihre Erzeugung oder ihre Verarbeitung zulassen. Ebenso sind harmonische Spektralanteile besonders charakteristisch für abgestrahlte Signalformen. So weisen z. B. impulsförmige Signale mit lmpulsdauern, die klein gegen die Periodendauer sind, eine hohe Anzahl von Harmonischen mit sich kaum verändernden Amplitudenwerten auf, wohingegen bei rechteckförmigen Signalen mit einem Verhältnis von 2:1 für den Quotienten Periodendauer zu Impulsdauer alle Harmonischen mit geraden Ordnungszahlen fehlen.In such methods for frequency analysis of signals, it is required, harmonic spectral components of non-harmonic or noise-like To distinguish spectral components. In particular, harmonic spectral components that in a common source based on a fundamental frequency or a fundamental frequency band have been generated, allow the exact description of the source as the occurrence or the lack of harmonic spectral components draw conclusions about their generation or allow their processing. Harmonic spectral components are also special characteristic of emitted signal forms. So show z. B. pulsed signals with pulse durations that are small compared to the period, a large number of harmonics with hardly changing amplitude values, whereas with rectangular ones Signals with a ratio of 2: 1 for the quotient of the period duration to the pulse duration all harmonics with even ordinal numbers are missing.

Sind die harmonischen Spektralanteile bestimmt und ist das Signalspektrum entsprechend reduziert, so sind auch die nichtharmonischen Spektralanteile weitaus einfacher bestimmbar.Are the harmonic spectral components determined and is the signal spectrum reduced accordingly, like this are also the non-harmonic spectral components much easier to determine.

Beispielsweise Maschinengeräusche umlaufender Motoren oder Generatoren sind typisch für derartige Signalgemische mit stark periodischen von der Drehzahl bestimmten Anteilen. Sie unterliegen darüber hinaus lastabhängigen Frequenzschwankungen, die eine Frequenzmodulation des harmonischen Linienspektrums und damit ein Auftreten von Spektralanteilen in Intervalplenum die Spektrallinien bewirken. Einzelne Maschinen sind damit aufgrund der charakteristischen Merkmale dieser Signalgeräusche unterscheidbar.For example, machine noises from rotating motors or generators are typical for such mixed signals with strongly periodic speed certain proportions. They are also subject to load-dependent frequency fluctuations, which is a frequency modulation of the harmonic line spectrum and thus an occurrence of spectral components in the interval plenum which cause the spectral lines. Individual machines are thus distinguishable on the basis of the characteristic features of these signal noises.

Es ist bekannt, bei Verfahren zur Frequenzanalyse von Signalen selektive Filter zu verwenden, die als Überlagerungsempfänger aufgebaut sind. Dabei sind eine Anzahl von harmonischen Referenzfrequenzen mit einer Trägerfrequenz mödulierbar und jede der modulierten Referenzfrequenzen wird einzeln mit dem Signal multipliziert. Bei~ der Mtiltiplikation ergibt sich zu jeder harmonischen Referenzfrequenz ein Produktspektrum, das mit einem Tiefpaß sehr schmaler Bandbreite gefiltert wird. Der Tiefpaß detektiert eine sehr niedere S chwenkungsfrequenz in dem Produktspektrum nur dann, wenn das Signal eine Signalfrequenz aufweist, die der zugehörigen harmonischen Referenzfrequenz gleich ist.It is known to use selective methods for frequency analysis of signals To use filters that are designed as heterodyne receivers. There are one Number of harmonic reference frequencies can be modulated with a carrier frequency and each of the modulated reference frequencies is individually multiplied by the signal. With the multiplication, there is a for each harmonic reference frequency Product spectrum that is filtered with a low-pass filter with a very narrow bandwidth. The low-pass filter detects a very low oscillation frequency in the product spectrum only if the signal has a signal frequency that of the associated harmonic Reference frequency is the same.

Das Verfahren wird getrennt auf jede Referenzfrequenz einzeln angewendet, so daß ein erheblicher materieller Aufwand an Multiplizierern und Filtern mit geringen eigenen Toleranzen erforderlich ist. Ferner sind erhebliche Anforderungen an die Stabilität und Genauigkeit der Trägerfrequenz und der Referenzfrequenzen gestellt, um zusätzliche Meßfehler zu vermeiden, die sich aus den zu jeder Referenzfrequenz getrennt bestimmten Signalfrequenzmessungen ergeben.The procedure is applied separately to each reference frequency individually, so that a considerable material expenditure on multipliers and filters with low own tolerances is required. Furthermore, there are significant requirements for the Stability and accuracy of the carrier frequency and the reference frequencies provided, to avoid additional measurement errors, which result from the to everyone Reference frequency result separately determined signal frequency measurements.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Analyse von Signalquellen zu vereinfachen und zu verbessern, wobei der Aufwand zum Bestimmen der in einem Signal vorhandenen harmonischen Folgen von Grundfrequenz und zugehörigen Harmonischen gering und vor allem von der Zahl der detektierbaren Harmonischen unabhängig ist.The invention is based on the analysis of signal sources to simplify and improve, with the effort of determining the in one Signal existing harmonic sequences of fundamental frequency and associated harmonics is small and, above all, independent of the number of detectable harmonics.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Art erfindungsgemäß durch im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 angegebene Merkmale gelöst.In the case of a method, this task is described in the preamble of the claim 1 defined type according to the invention by specified in the characterizing part of claim 1 Features solved.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird für die Frequenzanalyse ein Signal, das als Meß- oder Empfangssignal als Funktion der Zeit aufgenommen wird, in ein Signalspektrum umgesetzt oder transformiert, um eine für die weitere Auswertung des Meß- oder Empfangssignals notwendige Darstellung als Funktion der Frequenz zu erzeugen. Als Ergebnis der erfindungsgemäßen Umsetzung ergibt sich abweichend von üblichen Transformationen ein Signalspektrum, dessen Spektralwerte Logarithmen der Signalfrequenzen zugeordnet sind.The method according to the invention is used for frequency analysis a signal that is recorded as a measurement or reception signal as a function of time, converted into a signal spectrum or transformed to one for further evaluation of the measurement or reception signal necessary representation as a function of the frequency produce. The result of the implementation according to the invention deviates from usual transformations a signal spectrum whose spectral values are logarithms of the Signal frequencies are assigned.

Enthält eine Transformierte des Signals als Signale quenzen eine Grundfrequenz und zugehörige harmonische Frequenzen, so hat die logarithmische Zuordnung zur Folge, daß der Frequenzabstand der Spektralwerte zueinander mit zunehmender Frequenz abnimmt. Der Frequenzabstand entspricht dem Frequenzverhältnis der Signalfrequenzen aufeinanderfolgender Spektralwerte.Contains a transform of the signal as signals sequence a fundamental frequency and associated harmonic frequencies, the logarithmic assignment results in that the frequency spacing of the spectral values from one another decreases with increasing frequency. The frequency spacing corresponds to the frequency ratio of the signal frequencies in succession Spectral values.

Diese Frequenzverhältnisse sind jedoch allein abhängig von den Ordn.ungszahlen betrachteter Ha Jnt scher. Durch die Grundfrequenz einer Folge harmonischer Spektralwerte ist allein die Lage des ersten Spektralwertes auf der Frequenzachse bestimmt, an den sich aiio-Spektralwerte mit logarithmisch gestuften Abständen anschließen, wie sie sich entsprechend den Ordnungszahlen ergeben. Verschiedene Folgen harmonischer Spektralwerte unterscheiden sich - abgesehen von dem Fehlen oder Vorhandensein einzelner Harmonischer - allein durch die Lage der Grundfrequenz, jedoch nicht mehr durch die Abstände von Harmonischen mit gleichen Ordnungszahlen.However, these frequency ratios are solely dependent from the ordinal numbers observed. By the fundamental frequency of a sequence harmonic spectral values is only the position of the first spectral value on the Frequency axis determined to which aiio spectral values are stepped logarithmically Connect the distances as they result according to the ordinal numbers. Different Sequences of harmonic spectral values differ - apart from the absence or the presence of individual harmonics - solely due to the position of the fundamental frequency, but no longer through the spacing of harmonics with the same ordinal numbers.

Damit unterscheiden sich Transformierte mit harmonischen Folgen von anderen Transformierten, deren Signale rauschartig sind und dabei ein breitbandiges, über den gesamten Frequenzbereich verteiltes Spektrum aufweisen, dessen Werte für einzelne Frequenzen zufällig sind. Sie unterscheiden sich aber auch durch ihre detektierbare Zuordnung von unharmonischen diskreten Frequenzen oder unharmonischen schmalen Bändern.This means that transforms with harmonic sequences differ from other transforms whose signals are noise-like and have a broadband, have spectrum distributed over the entire frequency range, the values of which for individual frequencies are random. But they also differ in their detectable properties Assignment of inharmonic discrete frequencies or inharmonic narrow bands.

Die Analyse des Signalspektrums erfolgt unter Verwendung von harmonischen Referenzfrequenzen, aus denen ein Referenzspektrum, das die Form eines Linienspektrums hat, abgeleitet wird. Dabei werden die Referenz-Spektralwerte, die alle eine gleiche Amplitude aufweisen, den Logarithmen der Referenzfrequenzen zugeordnet. Die Lage des Referenzspektrums auf der Frequenzachse hängt allein von der Referenzgrundfrequenz ab. Erfolgt die Zuordnung der Spektralwerte für das Signalspektrum und das Referenzspektrum unter Verwendung einer gleichen Basis für das Logarithmieren, so unterscheiden sich harmonische Anteile des Signal- spektrums vom Referenzspektrum allein durch unterschiedliche Lage der Grundfrequenz und der Referenzgrundfrequenz bei der logarithmischen Zuordnung.The analysis of the signal spectrum is carried out using harmonics Reference frequencies that make up a reference spectrum that has the shape of a line spectrum has, is derived. The reference spectral values are all the same Have amplitude assigned to the logarithms of the reference frequencies. The location of the reference spectrum on the frequency axis depends solely on the reference fundamental frequency away. The assignment of the spectral values for the signal spectrum and the reference spectrum takes place using an equal base for logarithmizing, so differ harmonic components of the signal spectrum from the reference spectrum solely through the different position of the base frequency and the reference base frequency with the logarithmic assignment.

Das Signalspektrum und das Referenzspektrum werden miteinander derart-verglichen, daß das Referenzspektrum und das Signal spektrum aus seiner ursprünglichen Lage insgesamt relativ zu dem jeweils anderen Spektrum verschoben und das Vorhandensein von Spektralwerten in Referenz- und Signalspektrum bei übereinstimmenden Logarithmen ermittelt wird. Zu jeder Verschiebung wird die Häufigkeit der in dieser Weise übereinstimmenden Spektralwerte festgestellt und dasjenige Häufigkeitsmaximum detektiert, das beste Übereinstimmung der gegeneinander verschobenen Spektren angibt. Aus der Verschiebung 4fL max' zu der das Häufigkeitsmaximum detektiert ist, ergibt sich dann mit Hilfe der Beziehung die Grundfrequenz fl des Signalspektrums zu unter Berücksichtigung der Referenzgrundfrequenz zur des nichtverschobenen Referenzspektrums und der Basis der Logarithmierung b.The signal spectrum and the reference spectrum are compared with one another in such a way that the reference spectrum and the signal spectrum are shifted from their original position overall relative to the other spectrum and the presence of spectral values in the reference and signal spectrum is determined when the logarithms match. For each shift, the frequency of the spectral values that match in this way is determined and that frequency maximum is detected which indicates the best match of the spectra shifted with respect to one another. The shift 4fL max 'at which the frequency maximum is detected is then obtained with the aid of the relationship the fundamental frequency fl of the signal spectrum to taking into account the reference fundamental frequency for the non-shifted reference spectrum and the basis of the logarithmization b.

Ein Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß durch die Logarithmierung und Wahl der logarithmischen Basis b die Frequenzauflösung und der für die Detektion benutzte Frequenzbereich besonders einfach an die zu analysierenden Signal anzupassen sind. Das wirkt sich insbesondere bei der Analyse linienförmiger oder bei den Harmonischen durch Frequenzmodula- lation bandförmig erweiterter Signalspektren aus.One advantage of the method is that by taking the logarithm and choice of the logarithmic base b the frequency resolution and that for the detection The frequency range used is particularly easy to adapt to the signal to be analyzed are. This is particularly important when analyzing linear or harmonics through frequency module lation of band-like expanded signal spectra the end.

Bei derartigen Signalspektren haben die harmonischen Frequenzen nur eine endliche Güte Q, die durch die Breite B eines Bandes um die Mittenfrequenz fM des Bandes bestimmt ist.With such signal spectra, the harmonic frequencies only have a finite quality Q, given by the width B of a band around the center frequency fM of the tape is determined.

Q -fM (3). Q -fM (3).

Ein Bandgrenzenverhältnis q ergibt sich zu q = (4), u wobei fu die untere und fO die obere Grenzfrequenz des Bandes B bilden. Dieses Bandgrenzenverhältnis q ist konstant und unabhängig von der Ordnungszahl der Harmonischen, so- daß die Breite der Bander nach der logarithmischen Ordnung der Spektralwerte bei allen Harmonischen gleich ist. Wird die logarithmische Basis gleich dem Bandgrenzenverhältnis q gewählt, so wird damit eine Frequenzauflösung vorgegeben, bei der ein bandförmig erweitertes Signalspektrum auf ein Linienspektrum zurückgeführt wird.A band limit ratio q results from q = (4), u where fu die lower and f0 form the upper limit frequency of band B. This band limit ratio q is constant and independent of the ordinal number of the harmonics, so that the Width of the bands according to the logarithmic order of the spectral values for all harmonics is equal to. If the logarithmic base is chosen equal to the band limit ratio q, thus a frequency resolution is specified in which a band-like expanded Signal spectrum is traced back to a line spectrum.

Das Verfahren wird vorteilhaft ausgestaltet, indem gemäß Anspruch 2 nur Spektralwerte des Signalspektrums verwendet werden, die oberhalb einer vorgebbaren Schwelle liegen und auf eine konstante, für alle Logarithmen der Signalfrequenzen gleiche Amplitude begrenzt werden, und indem dann das Signalspektrum und das Referenzspektrum miteinander korreliert werden. Die Spektren werden bei der Korrelation jeweils gegeneinander verschoben, multipliziert und über den gesamten Bereich der Logarithmen der Frequenzen integriert. Die Korrelationsfunktion ist der der jeweiligen Verschiebung zugeordnete Integralwert, der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Häufigkeit von in den Spektren bei übereinstimmenden Logarithmen vorhandenen Spektralwerten angibt. Aus der Verschiebung tfL b max beim Korrelationsmaximum wird dann entsprechend Gleichung (2) die Grundfrequenz bestimmt.The method is advantageously embodied by according to claim 2 only spectral values of the signal spectrum are used which are above a predeterminable Threshold and at a constant, for all logarithms of the signal frequencies equal amplitude, and then adding the signal spectrum and the reference spectrum are correlated with each other. During the correlation, the spectra are mutually exclusive shifted, multiplied and over the entire range of the logarithms of the frequencies integrated. The correlation function is that assigned to the respective shift Integral value, the frequency in the method according to the invention of the spectral values present in the spectra when the logarithms match indicates. The shift tfL b max at the correlation maximum then becomes corresponding Equation (2) determines the fundamental frequency.

Die Begrenzung bewirkt, daß bei der Korrelation allein das Vorhandensein von harmonischen Signalfrequenzen, und zwar unbeeinflußt von deren Amplituden, die unterschiedlichen Häufigkeitswerte bewirken. Einerseits werden so Störungen mit geringen Amplituden unterdrückt und verfälschen die Korrelation nicht, andererseits wird der Einfluß von frequenzabhängigen Dämpfungen des Signals von der Generierung bis zur Detektion ausgeschaltet.The limitation has the effect that only the presence of the correlation of harmonic signal frequencies, unaffected by their amplitudes, the cause different frequency values. On the one hand, there will be interference with low amplitudes do not suppress or falsify the correlation, on the other hand the influence of frequency-dependent attenuation of the signal from the generation switched off until detection.

Besonders einfach läßt sich diese erfindungsgemäß modifizierte Korrelation von harmonischen Spektren, und zwar mit Spektralwerten, die den Logarithmen der Frequenzen zugeordnet sind, in einem digital arbeitenden Korrelator realisieren. Das gemeinsame Verschieben aller Spektralwerte wird ohne Umordnen der Spektralwerte allein durch Adressenänderung bewirkt.This correlation modified according to the invention is particularly simple of harmonic spectra, with spectral values that correspond to the logarithms of Frequencies are assigned, realize in a digitally operating correlator. Moving all spectral values together is done without rearranging the spectral values caused solely by a change of address.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird gemäß Anspruch 3 das Signal einer Frequenztransformation, üblicherweise einer Fourier-Transformation oder Fast-Fourier-Transformation, unterzogen. Die Werte dieser Frequenztransformierten werden unmittelbar als Spektralwerte eingesetzt und den Logarithmen ihrer Signalfrequenzen zugeordnet.In an advantageous embodiment of the method according to the invention is according to claim 3, the signal of a frequency transformation, usually one Fourier transform or Fast Fourier transform. The values of this Frequency transformed are used directly as spectral values and the Logarithms assigned to their signal frequencies.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungs- gemäßen Verfahrens ergibt sich aus Anspruch 4. Sind in einem Signalspektrum nicht alle aufeinanderfolgenden Harmonischen enthalten, so werden beim Vergleich bzw. Korrelieren mit dem Referenzspektrum mehrere gleich große Maxima erkannt. Diese Maxima treten bei Verschiebungen auf, aus denen auch Vielfache der Grundfrequenz zu bestimmen sind. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dann das Maximum detektiert, das sich für eine solche gegenseitige Verschiebung von Signal- und Referenzspektrum ergeben hat, aus der die kleinste Grundfrequenz zu bestimmen ist.Another advantageous embodiment of the invention according to The method results from claim 4. Are not all consecutive ones in a signal spectrum Contain harmonics, so when comparing or correlating with the reference spectrum several equally large maxima recognized. These maxima occur with displacements, from which multiples of the basic frequency can also be determined. In the inventive The maximum is then detected for such a mutual process Shift of signal and reference spectrum has resulted from which the smallest The fundamental frequency is to be determined.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich aus Anspruch 5. Der Vorgabe des Referenzspektrums geht eine Abschätzung des zu analysierenden Frequenzbereichs voraus, den das Signal höchstens umfassen wird und der z. B. durch Meß- oder Empfangsvorrichtungen bandbegrenzt ist.An advantageous embodiment of the method according to the invention results from claim 5. The specification of the reference spectrum is an estimate of the frequency range to be analyzed, which the signal will cover at most and the z. B. is band-limited by measuring or receiving devices.

Die niedrigste Signalfrequenz ist dann mittels der unteren Bandgrenze und die höchstmögliche harmonische Signalfrequenz ist mittels der oberen Bandgrenze abschätzbar. Durch diese Maßnahme wird das Referenzspektrum angepaßt an das Signalspektrum auf eine AXindestbandbreite, d.h. auf eine möglichst geringe Anzahl harmonischer Referenzfrequenzen begrenzt.The lowest signal frequency is then by means of the lower band limit and the highest possible harmonic signal frequency is by means of the upper band limit assessable. By this measure, the reference spectrum is adapted to the signal spectrum to a minimum bandwidth, i.e. to the smallest possible number of harmonic Reference frequencies limited.

Das Verfahren wird besonders vorteilhaft durch die Merkmale des Anspruchs 6 weitergebildet. Durch diese Maßnahme lassen sich aufgrund der ermittelten ersten Grundfrequenz und deren zugehörigen im Signalspektrum enthaltenen Harmonischen weitere Grundfrequenzen bestimmen.Dazu wird aus dem Signalspektrum ein reduziertes Signalspektrum erzeugt, bei dem die erste Grundfrequenz und deren Harmonischen gelöscht sind, wobei das Löschen der Harmonischen besonders einfach durch Nullsetzen der Spektralwerte bei solchen Logarithmen der Signalfrequenzen erfolgt, die gleich Logarithmen der Referenzfrequenzen sind, wenn die Referenzgrundfrequenz gleich der ermittelten Grundfrequenz gesetzt wird. Auf das reduzierte Signalspektrum wird dann als Signalspektrum das erfindungsgemäße Verfahren in gleicher Weise erneut angewendet und beim Vergleichen mit dem Referenzspektrum werden aufeinanderfolgend die weiteren Grundfrequenzen bestimmt.The method is particularly advantageous due to the features of the claim 6 trained. This measure can be based on the determined first Fundamental frequency and its associated harmonics contained in the signal spectrum Determine the fundamental frequencies using the signal spectrum a A reduced signal spectrum is generated in which the first fundamental frequency and its harmonics are deleted, the deletion of the harmonics particularly simply by setting them to zero of the spectral values takes place at such logarithms of the signal frequencies that are the same The logarithms of the reference frequencies are when the reference fundamental frequency is equal to the determined base frequency is set. Then, on the reduced signal spectrum the method according to the invention is applied again in the same way as the signal spectrum and when comparing with the reference spectrum, the other Fundamental frequencies determined.

Ein weiterer Vorteil liegt somit in dem rekursiven Aufbau des Verfahrens zur Frequenzanalyse. Die logarithmischen Signalfrequenzen zugeordneten Spektralwerte und das Referenzspektrum brauchen nur einmal gebildet zu werden. Verschiedene Grundfrequenzen werden durch stets gleiche Verfahrensschritte nacheinander detektiert und die Analyse ist dann abgeschlossen, wenn beim Vergleich kein Maximum eindeutig detektierbar ist, d.h., wenn im Signalspektrum keine zueinander harmonischen Signalfrequenzen mehr enthalten sind.Another advantage is the recursive structure of the method for frequency analysis. The spectral values assigned to logarithmic signal frequencies and the reference spectrum only need to be generated once. Different basic frequencies are detected one after the other by the same process steps and the analysis is complete when no maximum can be clearly detected during the comparison i.e. if there are no signal frequencies that are harmonic to one another in the signal spectrum more are included.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird gemäß Anspruch 7 die Frequenztransformierte bezüglich des Rauschens normiert. Die Normierung bewirkt, daß das der Frequenztransformierten überlagerte Rauschen weiß wird, so daß eine Schwelle aus dem über der Frequenz konstanten Mittelwert des Rauschanteils zur Trennung von Rausch- und Nutzspektrum gebildet werden kann. Nur über dieser Schwelle liegende Werte werden dann den Logarithmen der Signalfrequenz zugeordnet. Durch diese Störbefreiung ergibt sich ein einfacheres Korrelationsergebnis und damit eine leichtere Detektierbarkeit der Grundfrequenzen.In a further advantageous embodiment of the method, according to claim 7, the frequency transformed normalized with respect to the noise. the Normalization has the effect that the noise superimposed on the frequency transformed is white is, so that a threshold from the constant over the frequency mean of the noise component can be formed to separate the noise and useful spectrum. Just about this one Threshold values are then assigned to the logarithms of the signal frequency. Through this disruption clearance the correlation result is simpler and thus easier detectability of the fundamental frequencies.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens ergibt sich aus Anspruch 8. Die Werte der Frequenztransformierten werden in einem Intervall, d. h.Another advantageous embodiment of the method results from claim 8. The values of the frequency transformed are in an interval, d. H.

in einem oben und unten beschränkten Frequenzbereich, integriert. Die Lage des Intervalls bezüglich der Signalfrequenzen wird kontinuierlich oder schrittweise über den gesamten Frequenzbereich derart verändert, daß sich aufeinanderfolgende Intervalle überlappen. Die Grenzen der Integration werden durch die Grenzfrequenzen an der oberen und unteren Intervallgrenze gebildet und stehen in einem von der Lage der Intervalle unabhängigen, konstanten Verhältnis zueinander. Das hat zur Folge, daß sich die durch das Intervall bestimmte Integrationsbandbreite abhängig von der Lage des Intervalls ändert. Die Frequenzbandbreite nimmt zu höheren Frequenzen hin zu. Der Integralwert wird einer bestimmten vorgegebenen Signalfrequenz im Intervall zugeordnet, die für jedes Intervall auf die gleiche Art bestimmt wird. Vorzugsweise ergibt sich diese Frequenz durch geometrische oder arithmetische Mittelung der oberen und unteren Intervallgrenze aber ebenso ist eine Zuordnung, beispielsweise zur unteren Intervallgrenze zulässig. Die Gesamtheit aller Integralwerte stellen das Signalspektrum in einer nichtlinearen frequenzmäßigen Anordnung dar. Die nichtlineare Zuordnung erfolgt hier vorteilhaft durch Zusammenfassen mohrerer Werte der Frequenztransformierten zu einem Integralwert.in a frequency range restricted above and below. The position of the interval with respect to the signal frequencies is continuous or gradually changed over the entire frequency range in such a way that successive Overlap intervals. The limits of integration are determined by the limit frequencies formed at the upper and lower limit of the interval and stand in one of the positions of the intervals independent, constant ratio to each other. This has the consequence that the integration bandwidth determined by the interval depends on the The position of the interval changes. The frequency bandwidth increases towards higher frequencies to. The integral value becomes a certain predetermined signal frequency in the interval which is determined in the same way for each interval. Preferably this frequency results from geometric or arithmetic averaging of the upper and lower interval limit, however, there is also an assignment, for example to the lower interval limit Interval limit permitted. The totality of all integral values represent the signal spectrum in a non-linear frequency arrangement. The non-linear assignment takes place here advantageously by combining several values of the frequency transformed to an integral value.

Besonders vorteilhaft ist es dabei gemäß Anspruch 9, das Verhältnis von oberer zu unterer Grenzfrequenz gleich der Basis für die Logarithmen der Signalfrequenzen vorzugeben. Diese Vorteile wirken sich dann verstärkt aus, wenn die Integration bei digitaler Signalverarbeitung zur Summation der Werte der Frequenztransformierten bei diskreten Frequenzen wird, wobei die Summe als Integralwert einer Speicheradresse zugeordnet wird, die dem Logarithmus der Signalfrequenz entspricht.It is particularly advantageous according to claim 9, the ratio from the upper to the lower limit frequency equals the basis for the logarithms of the signal frequencies to pretend. These advantages are then reinforced when the integration with digital signal processing for summing the values of the frequency transformed at discrete frequencies, the sum being the integral value of a memory address which corresponds to the logarithm of the signal frequency.

Eine vorteilhafte Vorrichtung zum Ausüben des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich aus Anspruch 10.An advantageous device for practicing the method according to the invention results from claim 10.

Ein in einer derartigen Vorrichtung verwendeter Frequenzkompressor zum Zuordnen der Spektralwerte zu Logarithmen der Signalfrequenzen ist eingangsseitig mit einer Transformationseinrichtung verbindbar, die mit Signalen zur Frequenzanalyse von Empfangs- oder Meßeinrichtungen ansteuerbar ist. Bei einer technisch vorteilhaften Lösung können Frequenzkompressor und Transformationseinrichtung gerätemäßig integriert sein.A frequency compressor used in such a device for assigning the spectral values to logarithms of the signal frequencies is on the input side connectable to a transformation device, which with signals for frequency analysis can be controlled by receiving or measuring devices. With a technically advantageous As a solution, the frequency compressor and transformation device can be integrated into the device be.

Der Frequenzkompressor ist mit einem Signaleingang einer Analysierschaltung verbunden, die zusätzlich einen Referenzeingang aufweist, der an einen Referenzgenerator angeschlossen ist.The frequency compressor has a signal input of an analysis circuit connected, which also has a reference input to a reference generator connected.

An dem Referenzgenerator steht ein harmonisches Referenzspektrum an, das vorzugsweise ein diskretes harmonisches Linienspektrum ist, bei dem jede Spektrallinie den gleichen Amplitudenwert hat. Beide Spektren sind in der Analysierschaltung in Speichern entsprechend den Logarithmen der Frequenzen angeordnet und ihre schrittweise multiplikative Verknüpfung beim frequenzsynchronen zyklischen Auslesen der Speicher hat als Ergebnis des Vergleichs ein Produkt zur Folge, das-nur von Null verschieden ist, wenn bei übereinstimmenden Logarithmen d. h. bei übereinstiimnenden Adressen in beiden Speichern Spektralwerte vorhanden sind. In einem Ausgangs speicher sind dann die für jeden Zyklus summierten Produkte unter dem Logarithmus der Referenzgrundfrequenz gespeichert. Der Ausgangs speicher ist als Bildspeicher für eine der Analysierschaltung nachgeschaltete Anzeigeeinheit zum Anzeigen von Spektrogrammen auslesbar, wobei ein Spektrogramm die Darstellung der Produkte als Funktion der Frequenz ist. Der Frequenzkompressor und der Referenzgenerator sind weiterhin mit einer Eingabeschaltung für eine logarithmische Basis verbunden, die entweder als einfache Tastaturschaltung oder als Tastatur in Verbindung mit einer Rechenschaltung ausgebildet ist, die die logarithmische Basis abhängig von anderen vorgebbaren Parametern, wie Speicherumfang oder Auflösung bestimmt.A harmonic reference spectrum is available at the reference generator, which is preferably a discrete harmonic line spectrum in which each spectral line has the same amplitude value. Both spectra are in the analysis circuit in Save according to the logarithms of the frequencies arranged and their step-by-step multiplicative link with frequency-synchronous cyclic readout As a result of the comparison, the memory results in a product that-only of Zero is different if, with matching logarithms, d. H. with matching There are addresses in both memories for spectral values. In an output memory are then the products summed up for each cycle under the logarithm of the reference fundamental frequency saved. The output memory is used as an image memory for one of the analysis circuit Downstream display unit for displaying spectrograms can be read out, whereby a spectrogram is the representation of the products as a function of frequency. Of the The frequency compressor and the reference generator continue to have an input circuit connected for a logarithmic base, either as a simple keyboard circuit or is designed as a keyboard in connection with a computing circuit that the logarithmic basis depending on other parameters that can be specified, such as the amount of memory or resolution determined.

Eine derartige Vorrichtung ist für die Frequenzanalyse deswegen besonders vorteilhaft, da die logarithmisch geordneten Spektralwerte des Signal- und des Referenzspektrums nur einmal ermittelt werden müssen, und das Verschieben der Spektren besonders einfach wird. Besonders deutlich wirkt sich der Vorteil der Zuordnung von Spektralwerten zu Logarithmen der Signalfrequenzen bei einer digitalen Analysierschaltung aus, penn dabei ist eine Verschiebung der Spektren bei der Korrelation allein durch Änderung einer Ursprungsadresse zum Auslesen der Speicher realisierbar.Such a device is therefore special for frequency analysis advantageous because the logarithmically ordered spectral values of the signal and reference spectrum only have to be determined once, and shifting the spectra is particularly easy will. The advantage of assigning spectral values is particularly evident to logarithms of the signal frequencies in a digital analysis circuit, penn there is a shift in the spectra in the correlation solely through change an original address for reading out the memory can be implemented.

Die Verwendung einer Eingabeschaltung hat darüber hinaus den Vorteil, daß durch die Eingabe der Basis für die Logarithmen die Vorrichtung zur Frequenzanalyse an die zu analysierenden Signale angepaßt und bezüglich des spektralen Auflösungsvermögens optimiert wird.The use of an input circuit also has the advantage of that by entering the base for the logarithms the device for frequency analysis adapted to the signals to be analyzed and with regard to the spectral resolution is optimized.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ergibt sich auch aus Anspruch 11. Eine der Analysierschaltung vorgeschaltete Begrenzungsschaltung weist einen Schwellwertschalter mit nachgeschalteter Amplitudenbegrenzungsstufe auf. Mit einer derartigen Begrenzungsschaltung ergibt sich dann eine besonders einfache Aufbereitung der Signalspektren für ihre Verarbeitung in der Analysierschaltung, wenn insbesondere linienförmige Signal spektren zur Frequenzanalyse anstehen. Die Begrenzungsschaltung ist unmittelbar zwischen Frequenzkompressor und Analysierschaltung eingefügt.An advantageous development of the invention also results from Claim 11. A limiting circuit connected upstream of the analysis circuit has a threshold switch with a downstream amplitude limiting stage. With Such a limiting circuit then results in a particularly simple processing the signal spectra for their processing in the analysis circuit, if in particular line-shaped signal spectra are available for frequency analysis. The limiting circuit is inserted directly between the frequency compressor and the analysis circuit.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus Anspruch 12. Der in der Analysierschaltung vorgesehene Korrelator ist dabei an Referenzeingang und Signaleingang angeschlossen. In seinen Speichern sind das Signal und das Referenzspektrum entsprechend den Logarithmen der Frequenzen angeordnet. Der Korrelator ist zum Korrelieren von Spektren ausgebildet und beinhaltet somit als Funktionen das frequenzmäßige Verschieben, Multiplizieren und Summieren oder Integrieren von Spektren bzw. Spektralwerten. Am Ausgang des Korrelators steht ein für eine Anzeige bereits geeignetes Korrelogramm an mit einem Maximum bei der Grundfrequenz. Zum Bestimmen dieses Maximums und der zugehörigen logarithmischen Frequenz ist eine Detektionsschaltung dem Korrelator nachgeschaltet.An advantageous embodiment of the invention results from the claim 12. The correlator provided in the analysis circuit is at the reference input and signal input connected. The signal and the reference spectrum are in its memories arranged according to the logarithms of the frequencies. The correlator is for correlating formed by spectra and thus contains the frequency-related functions as functions Shifting, multiplying and adding or integrating spectra or spectral values. At the output of the correlator there is a correlogram that is already suitable for display on with a maximum at the base frequency. To determine this maximum and the associated logarithmic frequency is a detection circuit to the correlator downstream.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ergibt sich nach Anspruch 13. Dabei steht am Ausgang der Detektionsschaltung ein Teilspektrum an, das von allen Frequenzen bereinigt ist, die keine Harmonischen der Grundfrequenz sind. Der Maximumprozessor ist eine Prüfschaltung zum Erkennen des Maximums im Korrelogramm und der die Grundfrequenz angebenden Frequenz.An advantageous development of the invention results from the claim 13. There is a partial spectrum at the output of the detection circuit, which is from is adjusted for all frequencies that are not harmonics of the fundamental frequency. Of the Maximum processor is a test circuit for recognizing the maximum in the correlogram and the frequency indicating the fundamental frequency.

Am Ausgang eines dem Maximumprozessor nachgeschalteten Frequenzwandlers steht ein um die Grundfrequenz verschobenes Referenzspektrum an, dessen Multiplikation mit dem Signalspektrum am Ausgang des Multiplizierers das bereinigte harmonische Teilspektrum des Signalspektrums ergibt.At the output of a frequency converter connected downstream of the maximum processor If there is a reference spectrum shifted by the basic frequency, its multiplication the adjusted harmonic with the signal spectrum at the output of the multiplier Sub-spectrum of the signal spectrum results.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ergibt sich aus Anspruch 14. Ein digitaler Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist für den Frequenzkompressor besonders vorteilhaft, da für das erforderliche Umspeichern der Werte der Fre quenztransformi er -ten im wesentlichen zwei Speicher und eine Steuerschaltung zum Umformen von Leseadressen in Schreibadressen unter Berücksichtigung der logarithmischen Basis notwendig sind. Bei digitalen Speichern ist das Auflösungsvermögen durch die Diskretisierung des Speichers begrenzt und bei einer logarithmischen Anordnung der Spektralwerte im Ausgangs speicher unterschiedlich und abhängig von der Frequenz, jedoch ihr nicht proportional. Bei einem Vergleich mit einer analogen Frequenzkompressionsschaltung, die mehrere Modulatoren, selektive Filter und Frequenzspannungs- bzw. Spannungsfrequenzwandler und eine Loga rithmierschaltung enthalten muß, wird der Vorteil des einfachen Aufbaus einer digital realisierten Schaltung besonders deutlich.An advantageous development of the invention results from the claim 14. A digital structure of the device according to the invention is for the frequency compressor particularly advantageous, since quenztransformi for the necessary restoring of the values of the Fre he -ten essentially two memories and a control circuit for converting Read addresses in write addresses taking the logarithmic basis into account are necessary. In the case of digital memories, the resolution is due to the discretization of the memory and with a logarithmic arrangement of the spectral values in the output memory different and depending on the frequency, but not you proportional. When comparing with an analog frequency compression circuit, the multiple modulators, selective filters and frequency-to-voltage or voltage-to-frequency converters and a loga must contain rithmierschaltung, the advantage the simple structure of a digitally implemented circuit is particularly clear.

Die Erfindung wird besonders vorteilhaft durch Anspruch 15 weitergebildet. Dabei ist dem Korrelator eine Multiplizierstufe für Spektren vorgeschaltet, an deren einem Eingang das Signalspektrum ansteht und deren anderer Eingang über einen Inverter mit einem Prüfdatenspeicher zusammengeschaltet ist, der seinerseits mit dem Produktausgang einer Multiplikationsschaltung verbunden ist. Am Inverter stehen ausgangsseitig adreßsynchron mit Spektralwerten des Signalspektrums Amplitudenwerte Null für alle bereits detektierten Grundfrequenzen und deren Harmonischen an, alle übrigen Amplitudenwerte haben einen konstanten Wert Eins. Durch eine derartige Vorrichtung ist eine negative Rückführung zum Löschen der Spektralwerte aller bereits detektierten Grundfrequenzen und ihrer zugehörigen harmonischen Frequenzen aus dem Signalspektrum realisiert.The invention is developed particularly advantageously by claim 15. A multiplier stage for spectra is connected upstream of the correlator the signal spectrum is available at one input and the other input via an inverter is interconnected with a test data memory, which in turn with the product output a multiplication circuit is connected. The inverter is on the output side address-synchronous with spectral values of the signal spectrum, amplitude values zero for all already detected fundamental frequencies and their harmonics, all other amplitude values have a constant value of one. Such a device is negative Feedback for deleting the spectral values of all fundamental frequencies already detected and their associated harmonic frequencies from the signal spectrum.

In jedem Zyklus dieser rekursiven Verarbeitung werden weitere Grundfrequenzen und ihre zugehörigen Harmonischen detektiert und in den Prüfdatenspeicher eingetragen. Die Rekursion ist dann abgeschlossen, wenn der Maximumprozessor kein eindeutiges Maximum und somit keine weiteren Grundfrequenzen mehr detektiert.In each cycle of this recursive processing there are additional fundamental frequencies and their associated harmonics are detected and entered in the test data memory. The recursion is complete when the maximum processor does not have a unique Maximum and thus no further fundamental frequencies detected.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ergibt sich auch aus Anspruch 16. Eine der Transformationseinrichtung nachgeschaltete Normierungsschaltung bewirkt, daß das einer linienförmigen Transformierten überlagerte Rauschen im gesamten Frequenzbereich weiß wird, d. h., daß das Rauschen in diesem Bereich gleiche spektrale Dichte hat. Eine derartige Normierungsschaltung mit einem der Dichte entsprechenden konstanten Schwellenwert ermöglicht in besonders einfacher Weise die Trennung der Werte der Transformierten vom Rauschen.An advantageous development of the invention also results from Claim 16. A normalization circuit connected downstream of the transformation device causes the noise superimposed on a line-shaped transform throughout Frequency range white will, d. i.e. that the noise in this area has the same spectral density. Such a normalization circuit with one of the Density corresponding constant threshold value allows in a particularly simple way Way the separation of the values of the transform from the noise.

Es ist weiterhin vorteilhaft, der Analysierschaltung eine Anzeigeeinheit für Korrelogramme nachzuschalten.It is also advantageous for the analysis circuit to have a display unit downstream for correlograms.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung im folgenden näher erläutert.An embodiment of the invention is based on the drawing in explained in more detail below.

Es zeigen: Fig. 1 untereinander angeordnet eine Transformierte eines Signals und zweier Referenzsignale jeweils als Funktion der Frequenz, Fig. 2 untereinander angeordnet ein harmonisches Signalspektrum und zwei Referenzspektren als Funktion des Logarithmus der Frequenz, Fig. 3 untereinander angeordnet ein Signalspektrum, ein Referenzspektrum und ein zugehöriges Korrelogramm, Fig. 4 ein weiteres Signalspektrum, das Referenzspektrum und ein zugehöriges Korrelogramm, Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Frequenzanalyse.The figures show: FIG. 1, arranged one below the other, a transform of a Signal and two reference signals each as a function of the frequency, Fig. 2 with each other arranged a harmonic signal spectrum and two reference spectra as a function the logarithm of the frequency, Fig. 3 arranged one below the other a signal spectrum, a reference spectrum and an associated correlogram, Fig. 4 a further signal spectrum, the reference spectrum and an associated correlogram, FIG. 5 is a block diagram a device for frequency analysis.

In Fig. 1 sind als Linienspektren untereinander Werte der Frequenztransformierten S' eines Signals sowie R' und R" zweier Referenzsignale als Funktion der Frequenz f dargestellt, um die Frequenzanalyse durch Vergleich mit harmonischen Referenzfrequenzen zu veranschaulichen.In FIG. 1, values of the frequency transformed are shown as line spectra below one another S 'of a signal and R' and R "of two reference signals as a function of frequency f shown to the frequency analysis by comparison with harmonic reference frequencies to illustrate.

Die Frequenztransformierte S' des Signals ist durch Fourier-Transformation bestimmt worden. Das Signal enthält der Übersichtlichkeit halber nur zwei Teilspektren mit harmonischen Signalfrequenzen, wobei die Grundfrequenz des ersten Teilspektrums kleiner als die Grundfrequenz des zweiten Teilspektrums ist.The frequency transformed S 'of the signal is by Fourier transform has been determined. For the sake of clarity, the signal contains only two partial spectra with harmonic signal frequencies, the fundamental frequency of the first partial spectrum is smaller than the fundamental frequency of the second partial spectrum.

Zum ersten Teilspektrum gehören die Grundfrequenz f' und die Harmonischen 2f', 3f', 4f'. 5f'. 6f', jeweils mit gleichen Amplituden, das zweite Teilspektrum enthält die Grundfrequenz f" und deren Harmonische 2f", 3fl, 4f'', 5f " , 6f'', ebenfalls untereinander mit gleichem Amplitudenwert dargestellt, der sich jedoch von den Amplitudenwerten des ersten Teilspektrums unterscheidet. Die Faktoren zur Bestimmung der harmonischen Frequenzen aus der Grundfrequenz geben zugleich die Ordnungszahl der betreffenden Harmonischen an. Unterhalb der Transformierten S' des Signals sind Transformierte R' und R'' zweier Referenzsignale dargestellt (Referenzspektren). Die Referenzfrequenzen r' 2f' r' 3f' r' 4f'r des ersten Referenzsignals und f " rs 2f 3f " r, 4f'' des zweiten Referenzsignals sind so vorgegeben, daß die Transformierte R' des ersten Referenzsignals mit dem ersten Teilspektrum und die Transformierte R" des zweiten Referenzsignals mit dem zweiten Teilspektrum übereinstimmt. Aus dieser Gegenüberstellung der Transformierten S' eines einfachen Signals mit nur zwei harmonischen Folgen und den Transformierten R' und R" der beiden Referenzsignale wird deutlich, daß bereits zwei Referenzsignale erforderlich sind, um ein derartiges Signal zu analysieren.The fundamental frequency f 'and the harmonics belong to the first sub-spectrum 2f ', 3f', 4f '. 5f '. 6f ', each with the same amplitudes, the second partial spectrum contains the fundamental frequency f "and its harmonics 2f", 3fl, 4f ", 5f", 6f ", also shown one below the other with the same amplitude value, which however differs from the amplitude values of the first partial spectrum. The factors for Determination of the harmonic frequencies from the basic frequency give at the same time the Ordinal number of the harmonic concerned. Below the transformed S ' of the signal, transforms R 'and R' 'of two reference signals are shown (reference spectra). The reference frequencies r '2f' r '3f' r '4f'r of the first reference signal and f " rs 2f 3f "r, 4f" of the second reference signal are specified so that the transform R 'of the first reference signal with the first partial spectrum and the transform R "of the second reference signal coincides with the second partial spectrum. From this Comparison of the transformed S 'of a simple one Signal with only two harmonic sequences and the transforms R 'and R "of the two reference signals it becomes clear that two reference signals are already required for such a Analyze signal.

Bei einem Vergleich wird das Vorhandensein von Werten der Frequenztransformierten bei gleichen Signalwie Referenzfrequenzen geprüft. Ist eine Übereinstimmung zwischen Transformierten R' bzw. R" und der Transformierten 5' bei mehreren Frequenzen vorhanden, wie z. B. in Fig. 1 erkennbar, so müssen die Frequenzen des jeweiligen Teilspektrums harmonisch zueinander sein.When making a comparison, the presence of values of the frequency transformed checked with the same signal as the reference frequencies. Is a match between Transformed R 'or R "and the transform 5' present at several frequencies, such as B. can be seen in Fig. 1, the frequencies of the respective partial spectrum must be in harmony with each other.

Beide Teilspektren unterscheiden sich in der Darstellung zwar signifikant in der Amplitude, wovon bei realen Signalen nicht ausgegangen werden kann. Damit sind bei üblichen Analyseverfahren harmonische Anteile allein dadurch zu detektieren, daß die Abstände zwischen aufeinanderfolgenden harmonischen Frequenzen gleich sind, d. h. die Differenzfrequenz zweier aufeinanderfolgender Harmonischer ist gleich der Grundfrequenz und somit bei unterschiedlich erzeugenden Grundfrequenzen stets verschieden. Aus diesem Grunde müssen auch unterschiedliche Referenzspektren mit beliebig variablen Referenzgrundfrequenzen und Abständen ihrer harmonischen Frequenzen generierbar sein.Both partial spectra differ significantly in the representation in amplitude, which cannot be assumed for real signals. In order to with conventional analysis methods, harmonic components can only be detected by that the distances between successive harmonic frequencies are equal, d. H. the difference frequency of two successive harmonics is the same the basic frequency and thus always with different generating basic frequencies different. For this reason, different reference spectra must also be included arbitrarily variable reference fundamental frequencies and distances between their harmonic frequencies be generated.

In Fig. 2 sind die Werte der Transformierten SL' des Signals unter Normierung der Signalfrequenzen mit einer konstanten Bezugsfrequenz fB entsprechend den Logarithmen £L der Signalfrequenzen aufgetragen. Die Normierung mit der Bezugsfrequenz fB bewirkt eine Anpassung an den zu analysierenden Frequenzbereich, die Dimensionslosigkeit des Arguments bei der Logarithmierung und somit die Festlegung eines Ursprungs für die Darstellung entsprechend den Logarithmen der Frequenzen. Im Vergleich zu Fig. 1 haben nun zwar die Harmonischen des einen Teilspektrums mit den Logarithmen der Signalfrequenzen ftLlw f'L2, f'L3 ftL4 f'L5, f'L6 und des anderen Teilspektrums mit den Logarithmen der Signalfrequenzen ftLl bis f '' L6, jeweils unterschiedliche Abstände, die für die betrachteten Harmonischen von den Ordnungszahlen bzw. deren Logarithmen abhängen, jedoch sind die Abstände zwischen Harmonischen beider Teilspektren, die die gleiche Ordnungszahl haben, unabhängig von diesen Ordnungszahlen. Die Ordnungszahlen sind die Faktoren der zugehörigen harmonischen Signalfrequenzen, sie stehen bei den Logarithmen der betreffenden Signalfrequenzen im Index. Die Begriffe "Logarithmus der Frequenz" und "logarithmische Frequenz" werden hier synonym auch für Signal- und Referenzfrequenzen verwendet.In Fig. 2 the values of the transform SL 'of the signal are below Normalization of the signal frequencies with a constant reference frequency fB accordingly plotted the logarithms £ L of the signal frequencies. the Normalization with the reference frequency fB results in an adaptation to the frequency range to be analyzed, the dimensionlessness of the argument when taking the logarithm and thus the definition an origin for the representation according to the logarithms of the frequencies. In comparison to FIG. 1, the harmonics of a partial spectrum now have the logarithms of the signal frequencies ftLlw f'L2, f'L3, ftL4, f'L5, f'L6 and the other Partial spectrum with the logarithms of the signal frequencies ftLl to f '' L6, respectively different distances for the harmonics under consideration from the ordinal numbers or their logarithms depend, however, the distances between harmonics both partial spectra that have the same ordinal number, regardless of these ordinal numbers. The ordinal numbers are the factors of the associated harmonic signal frequencies, they are in the logarithms of the relevant signal frequencies in the index. The terms "Logarithm of frequency" and "logarithmic frequency" are synonymous here as well used for signal and reference frequencies.

Die in gleicher Weise normierten und logarithmierten Referenzfrequenzen ergeben zwei Referenzspektren R'L und R " L mit ebenfalls unterschiedlichen Abständen aufeinanderfolgender harmonischer Referenzfrequenzen f' f' f' , f' 4 bzw. f'' , f2 , 2L 3 f f"Lr4' aber beide Referenzspektren sind bis auf eine gemeinsame gleiche Verschiebung aller Harmonischen völlig identisch. Damit ist ein einmal generiertes Referenzspektrum zur Korrelation, d. h. zum Vergleichen und Prüfen der frequenzmäßigen Übereinstimmung, von Signalspektrum und Referenzspektrum verwendbar. Da die Abstände der Harmonischen bei logarithmischer Darstellung im mathematischen Sinne irrational sind, stellt diese logarithmische Abhängigkeit der Harmonischen sicher, daß beim Vergleichen bzw. bei der Korrelation von Referenz- und Signalspektrum das Häufigkeits- bzw. Korrelationsma-Maximum nur dann auftritt, wenn sich alle Harmonischen "gegenüberstehen", Damit ist dann die Grundfrequenz eindeutig bestimmbar.The reference frequencies normalized and logarithmized in the same way result in two reference spectra R'L and R "L, likewise with different distances successive harmonic reference frequencies f 'f' f ', f' 4 or f '', f2, 2L 3 f f "Lr4 'but both reference spectra are the same except for a common one Shift of all harmonics completely identical. This is a once generated Reference spectrum for correlation, d. H. to compare and check the frequency-based Correspondence, can be used from signal spectrum and reference spectrum. Because the distances of the harmonics logarithmic representation in mathematical Meaning are irrational, this represents logarithmic dependence of the harmonics sure that when comparing or correlating the reference and signal spectrum the frequency or correlation maximum only occurs when all harmonics "stand opposite", so that the basic frequency can then be clearly determined.

Anders jedoch führt beim Prüfen der Übereinstimmung entsprechend Fig. 1 eine Verschiebung des Referenzspektrums R' derart, daß die Referenzgrundfrequenz f'r r mit der zweiten Harmonischen 2f' übereinstimmt, zu einer gleichen zahlenmäßigen Übereinstimmung. Die Grundfrequenz f' wird nicht erkannt.In a different way, however, when checking the correspondence according to Fig. 1 a shift of the reference spectrum R 'such that the reference fundamental frequency for r coincides with the second harmonic 2f ', to an equal numerical value Accordance. The fundamental frequency f 'is not recognized.

Nachdem mit Fig. 1 und Fig. 2 die Unterschiede von Spektren als Funktion ihrer Signalfrequenzen f oder als Funktion der Logarithmen fL ihrer Signalfrequenzen verdeutlicht worden sind, wird nunmehr in Einzelschritten, ausgehend von einem Signalspektrum 5L mit Spektralwerten, die den Logarithmen fL der Signalfrequenzen zugeordnet sind, die Korrelation mit einem Referenzspektrum RL und die Bestimmung der Grundfrequenz anhand des Korrelationsergebnisses dargestellt.After with Fig. 1 and Fig. 2 the differences of spectra as a function their signal frequencies f or as a function of the logarithms fL of their signal frequencies have been made clear, is now in individual steps, starting from a signal spectrum 5L with spectral values that are assigned to the logarithms fL of the signal frequencies, the correlation with a reference spectrum RL and the determination of the fundamental frequency shown on the basis of the correlation result.

Das Signalspektrum SL in Fig. 3 besteht aus 4 Spektralwerten bei den logarithmischen Frequenzen fLl bis fL. Die Signalfrequenzen sind zueinander harmonisch.The signal spectrum SL in Fig. 3 consists of 4 spectral values at the logarithmic frequencies fLl to fL. The signal frequencies are harmonious to one another.

Unterhalb des Signalspektrums SL ist das Referenz- spektrum RL in zwei seiner möglichen Lagen mit jeweils sechs Referenzspektralwerten skizziert. Die Basis für die Logarithmierung der Frequenzen ist für das Signalspektrum SL und das Referenzspektrum RL gleich und die Vorgabe einer gleichen Bezugsfrequenz ermöglicht die Darstellung eines Ursprungs im Koordinatensystem für logarithmische Frequenzen fL. In der Ausgangsposition unmittelbar zu Beginn des Vergleichs bzw. der Korrelation weist das Referenzspektrum RL die gestrichelten Referenzspektralwerte bei V1,V2,V3,V4,V5 V3 , r zipzuV5 und v 6 auf, dieses feste Abstandsraster wird durch Addition gleicher Beträge zu den logarithmischen Frequenzen bis bis kontinuierlich oder in der Auflösung entsprechenden sehr kleinen diskreten Schritten verschoben. Eine ausgewählte Lage des Referenzspektrums ist mit den durchgezogenen Spektralwerten bei den logarithmischen Frequenzen µ1 bis bis angegeben. Beim Vergleichen des Referenzspektrums RL mit dem Signalspektrum 5L wird zu jeder Verschiebung das Vorhandensein von Spektralwerten bei übereinstimmenden Logarithmen festgestellt und die Häufigkeit dieser Übereinstimmungen bestimmt. Der Vergleich führt erstmalig zu einem Häufigkeitswert, wenn der Spektralwert von2 in eine Position gegenüber fLltder Referenzspektralwert von V4 4 in eine Position gegenüber fL2 und der Spektralwert von 96 in eine Position gegenüber fL3 verschoben ist. Diese dreifache Übereinstimmung ist als Vergleichs- bzw. Korrelationsergebnis in einem Korrelogramm Pl, unterhalb der Referenzgrundfrequenz durch den Wert bei der Position 1 gekennzeichnet. Bei weiterer Verschiebung des Referenzspektrums n ergibt sich die nächste Übereinstimmung zwischen der fünften Harmonischen des Referenzspektrums RL und der dritten Harmonischen des Signalspek- trums SL und führt zur Kennzeichnung bei der Position 2 im Korrelogramm PL. Die zweifache Übereinstimmung bei der Position 3 im Spektrogramm hat sich bei weiterer Verschiebung des Referenzspektrums RL durch die dritte Harmonische des Referenzspektrums RL und die zweite Harmonische des Signalspektrums SL sowie die sechste Harmonische des Referenzspektrums RL und die vierte Harmonische des Signalspektrums SL ergeben. Wenn die Referenzgrundfrequenz beim Verschieben den Wert 1 und die Harmonischen die Werte µ2, 4, µ4, r5 und µ6 eingenommen haben, stimmen die letzten vier Harmonischen des Referenzspektrums RL mit dem Signalspektrum SL optimal überein. Das heißt, die Logarithmen der Signalfrequenzen L1 bis fL4 sind gleich den Logarithmen der Referenzfrequenzen 1 µ1 bits 4. Die Länge der sich im Korrelogramm Pl, ergebenden Linie unterhalb von µ1 bei der Position 4 weist somit einen Häufigkeitswert von vier Einheiten auf. Bei einer anderen Referenzgrundfrequenz über der Position 5 des Korrelogramms PL ergibt sich eine zweifache Übereinstimmung durch die Referenzgrundfrequenz mit der zweiten Rarmonischen des Signalspektrums SL sowie der zweiten Harmonischen des Referenzspektrums RL mit der vierten Harmonischen des Signalspektrums SL. Im Korrelogramm PL sind außer den beschriebenen ebenfalls alle sonstigen einfachen Übereinstimmungen von Referenzspektrum RL und Signalspektrum SL gekennzeichnet, ohne daß ihr Zustandekommen hier noch weiter erläutert werden muß.Below the signal spectrum SL is the reference spectrum RL outlined in two of its possible positions with six reference spectral values each. The basis for logarithmizing the frequencies is for the signal spectrum SL and the reference spectrum RL is the same and the same reference frequency can be specified the representation of an origin in the coordinate system for logarithmic frequencies fL. In the starting position immediately at the beginning of the comparison or correlation the reference spectrum RL shows the dashed reference spectral values at V1, V2, V3, V4, V5 V3, r zipzuV5 and v 6, this fixed spacing grid becomes the same by adding Amounts for the logarithmic frequencies up to continuously or in resolution corresponding very small discrete steps. A selected location of the reference spectrum is with the solid spectral values at the logarithmic Frequencies µ1 to to indicated. When comparing the reference spectrum RL with the Signal spectrum 5L becomes the presence of spectral values for each shift found when logarithms match and the frequency of these matches certainly. The comparison leads to a frequency value for the first time when the spectral value from 2 to one position opposite to the reference spectral value of V4 4 to one position compared to fL2 and the spectral value of 96 shifted to a position opposite fL3 is. This triple agreement is a comparison or correlation result in a correlogram Pl, below the reference fundamental frequency by the value at marked in position 1. If the reference spectrum is shifted further n the result is the closest match between the fifth harmonic of the reference spectrum RL and the third harmonic of the signal spec- trums SL and leads for identification at position 2 in the correlogram PL. The twofold correspondence at position 3 in the spectrogram, if there is a further shift in the reference spectrum RL by the third harmonic of the reference spectrum RL and the second harmonic of the signal spectrum SL and the sixth harmonic of the reference spectrum RL and result in the fourth harmonic of the signal spectrum SL. When the reference fundamental frequency when moving the value 1 and the harmonics the values µ2, 4, µ4, r5 and µ6 the last four harmonics of the reference spectrum RL are correct optimally matches the signal spectrum SL. That is, the logarithms of the signal frequencies L1 to fL4 are equal to the logarithms of the reference frequencies 1 µ1 bits 4. The length the line below µ1 at the position resulting in the correlogram P1 4 thus has a frequency value of four units. At a different reference fundamental frequency There is a twofold correspondence above position 5 of the correlogram PL by the reference fundamental frequency with the second harmonic of the signal spectrum SL and the second harmonic of the reference spectrum RL with the fourth harmonic of the signal spectrum SL. In addition to those described, there are also in the correlogram PL all other simple matches of reference spectrum RL and signal spectrum SL, without their creation being further explained here got to.

Anhand des Korrelogramms PL wird die Grundfrequenz dadurch ermittelt, daß das Häufigkeits- bzw. Korrelationsmaximum aller gekennzeichneten Werte bestimmt wird. Die zu diesem Maximum gehörende Verschiebung max bzw. die logarithmische Frequenz 1 ist gleich dem Logarithmus der Grundfrequenz fL1 des Signalspektrums SL. Wenn das Verfahren auch hier nur für eine Grundfrequenz und ihre Harmonischen beschrieben worden ist, so ist das keine Einschränkung, denn weitere Grundfrequenzen und deren Harmonischen ordnen sich wie in Fig. 2 oben dargestellt mit gleichen Abständen der jeweiligen Harmonischen in ein erweitertes Signalspektrum ein und ergeben Linien im Korrelogramm, die jedoch nicht mit Linien der ersten Harmonischenfolge zusammenfallen und deshalb eindeutig zu trennen sind.Using the correlogram PL, the fundamental frequency is determined by that determines the frequency or correlation maximum of all marked values will. The shift max belonging to this maximum or the logarithmic frequency 1 is equal to the logarithm of the fundamental frequency fL1 of the signal spectrum SL. Even if the procedure here only applies to a fundamental frequency and its harmonics has been described, this is not a restriction, because further fundamental frequencies and their harmonics are arranged at the same intervals as shown in FIG. 2 above of the respective harmonics in an extended signal spectrum and result in lines in the correlogram, which however do not coincide with the lines of the first harmonic sequence and must therefore be clearly separated.

In Fig. 4 sind ein weiteres Signalspektrum SL, das gleiche Referenzspektrum RL, wie in Fig. 3, und das sich bei der Korrelation dieser Spektren ergebende Korrelogramm PL * dargestellt.In Fig. 4 are another signal spectrum SL, the same reference spectrum RL, as in FIG. 3, and the correlogram resulting from the correlation of these spectra PL * shown.

Das weitere Signal spektrum SL* unterscheidet sich von dem Signalspektrum SL in Fig. 3 dadurch, daß es nur Spektralwerte bei fLl' fL2 und aufweist, die L3 vierte Harmonische ist nicht vorhanden.The further signal spectrum SL * differs from the signal spectrum SL in Fig. 3 in that it only has spectral values at fL1 'fL2 and L3 fourth harmonic is absent.

Für die Korrelation wird das in Fig. 3 beschriebene Referenzspektrum RL verwendet. Es sind abermals zwei Lagen des Referenzspektrums RL mit unterschiedlichen Referenzgrundfrequenzen 1 und 1 angegeben. Die Referenzgrundfrequenz 1 und die zugehörigen Harmonischen 2 bis 6 sind durch strichpunktierte Linien und die Folge mit den Referenzfrequenzen 1 bis M6 wiederum durch ausgezogene Linien gekennzeichnet.The reference spectrum described in FIG. 3 is used for the correlation RL used. There are again two layers of the reference spectrum RL with different ones Reference fundamental frequencies 1 and 1 indicated. The reference fundamental frequency 1 and the associated Harmonics 2 to 6 are indicated by dash-dotted lines and the sequence with the reference frequencies 1 to M6 are again indicated by solid lines.

Der Vergleich durch Korrelation ergibt in beiden Lagen des Referenzspektrums RL jeweils eine dreifache Übereinstimmung mit dem verminderten Signalspektrum 5L * und damit die Werte im Korrelogramm P* bei den Positionen 1* und 4*, die den Frequenzen und 1 entsprechen. Das Vorhandensein von Spektralwerten bei übereinstimmenden Logarithmen ist für 2 und bei #4 und fL2 sowie #6 und fL3 einerseits und µ1 und fL1' 2 und L2 sowie »3 und f andererseits L3 unmittelbar aus der Darstellung erkennbar. Wegen der fehlenden vierten Harmonischen bei fL4 ergibt sich insgesamt ein Korrelogramm PL* mit einer geringeren Anzahl von Korrelationsergebnissen bei logarithmischen Frequenzen als in Fig. 3 und die Werte im Korrelogramm PL* sind bei den Positionen 3*, 4* und 5* geringer. Das Korrelogramm PL* ist somit ohne Zusatzbedingung mehrdeutig und weist zwei Maxima in den Positionen 1* und 4* mit den Referenzgrundfrequenzen 1 und 1 auf. Von mehreren gleich großen Maxima im Korrelogramm PL* ist dann dasjenige bei der höchsten logarithmischen Frequenz fL zu detektieren. In Fig. 4 liegt dieses Maximum im Korrelogramm PL* bei der Position 4* und aus der zugehörigen logarithmischen Referenzgrundfrequenz P1 ergibt sich die logarithmische Grundfrequenz fLl-Die Mehrdeutigkeit, d. h. der Korrelogrammwert 1*, gibt an, daß das Signalspektrum SL* als Rest eines harmonischen Signalspektrums mit einer Grundfrequenz aufgefaßt werden kann, die gleich der halben detektierten Grundfrequenz des Signalspektrums SL* ist, deren Spektralwert jedoch fehlt. Ebenso fehlen die Spektralwerte ungradzahliger Harmonischer, die mit den logarithmischen Referenzfrequenzen h und 3 #5 übereingestimmt üb er eingestimmt hätten. Ein derart stark reduziertes Signalspektrum ist für sich allein jedoch nicht mehr signifikant.The comparison by correlation results in both positions of the reference spectrum RL a three-fold correspondence with the reduced signal spectrum 5L * and thus the values in the correlogram P * at the positions 1 * and 4 *, which correspond to frequencies and 1. The presence of spectral values if the logarithms match, is for 2 and for # 4 and fL2 as well as # 6 and fL3 on the one hand and µ1 and fL1 '2 and L2 as well as »3 and f on the other hand L3 immediately recognizable from the representation. Because of the missing fourth harmonic at fL4 overall a correlogram PL * with a lower number of correlation results at logarithmic frequencies than in Fig. 3 and the values in the correlogram are PL * at positions 3 *, 4 * and 5 * less. The correlogram PL * is therefore without any additional condition ambiguous and has two maxima in positions 1 * and 4 * with the reference fundamental frequencies 1 and 1. That is then one of several equally large maxima in the correlogram PL * to be detected at the highest logarithmic frequency fL. In Fig. 4 this is Maximum in the correlogram PL * at position 4 * and from the associated logarithmic Reference fundamental frequency P1 results in the logarithmic fundamental frequency fLl-The ambiguity, d. H. the correlogram value 1 * indicates that the signal spectrum SL * is the remainder of a harmonic signal spectrum can be understood with a fundamental frequency that is equal to half the detected fundamental frequency of the signal spectrum SL *, whose Spectral value is missing, however. The spectral values of odd harmonics are also missing, which agree with the logarithmic reference frequencies h and 3 # 5 over would have agreed. Such a greatly reduced signal spectrum is on its own but no longer significant.

In Fig. 5 ist ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Frequenzanalyse nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren dargestellt. Die Vorrichtung ist mit digitalen Bauelementen realisiert, wobei auf eine Darstellung der Steuertakte der Übersichtlichkeit halber verzichtet wurde. Es wird daher davon ausgegangen, daß Bauelemente oder Baugruppen für sich asynchron arbeiten und an ihren Ausgängen vollständige Endergebnisse verfügbar sind. Die Ergebnisse werden von nachfolgenden Baugruppen dann im sogs., Handshäking-Verfahren übernommen.5 is a block diagram of an apparatus for frequency analysis represented by the method described above. The device is with realized digital components, with a representation of the control clocks of the Was omitted for the sake of clarity. It is therefore assumed that Components or assemblies work asynchronously by themselves and complete at their outputs Final results are available. The results are from subsequent assemblies then taken over in the so-called handshaking process.

Eine Transformationseinrichtung 10 hat'einen Eingang 11 für Signale. Diese Signale sind von Sensoren oder Wandlern aufgenommene Meß- oder Empfangssignale, die zur Bestimmung ihrer Grundfrequenzen und deren zugehörigen harmonischen Frequenzen analysiert werden sollen. Die Signale sind Zeitfunktionen, die in der Transformationseinrichtung 10 in von der Signalfrequenz abhängige Transformierte umsetzbar sind. Dazu weist die Transformationseinrichtung 10 einen Analog-Digitalwandler 12, einen Fast-Fourier-Prozessor 13 und einen Betragsbildner 14 auf. Der Fast-Fourier-Prozessor 13 bildet aus dem digitalisierten Signal eine komplexe Fourier-Transformation, deren Betragsspektrum als Ausgangssignal des Betragsbildners 14 am Ausgang 15 der Transformationseinrichtung 10 ansteht. Statt des Fast-Fourier-Prozessors 13 sind jedoch ohne weiteres andere geeignete Prozessoren einsetzbar, die eine Transformation des Signals aus einem Originalbereich in einen Bildbereich, in die sem Falle aus dem Zeitbereich in den Frequenzbereich, erzeugen. An die Transformationseinrichtung 10 ist ein Digital-Filtergerät 20 zum Bilden einer signalgeräuschverbesserten Transformierten angeschlossen.A transformation device 10 has an input 11 for signals. These signals are measurement or reception signals recorded by sensors or transducers, those used to determine their fundamental frequencies and their associated harmonic frequencies should be analyzed. The signals are time functions that are used in the transformation device 10 can be converted into transforms that are dependent on the signal frequency. To do this, points the transformation device 10 an analog-digital converter 12, a Fast Fourier processor 13 and an amount generator 14. The Fast Fourier processor 13 forms from the digitized signal a complex Fourier transformation, its magnitude spectrum as the output signal of the absolute value generator 14 at the output 15 of the transformation device 10 pending. Instead of the Fast Fourier processor 13, however, others are readily available suitable processors can be used, which transform the signal from a Original area in an image area, in this case from the time area in the Frequency range, generate. A digital filter device is attached to the transformation device 10 20 is connected to form a noise enhanced transform.

Die Werte der Transformierten sind als Funktion der diskreten Signalfrequenz f jeweils in der Transformationseinrichtung 10 bzw. in dem Digital-Filtergerät 20 vollständig gespeichert, wobei die Speicheradressierung den Signalfrequenzen f proportional ist und bei vorgegebenem Frequenzbereich die Speicherkapazität das Frequenzauflösungsvermögen bestimmt.The values of the transform are as a function of the discrete signal frequency f in each case in the transformation device 10 or in the digital filter device 20 completely stored, the memory addressing being proportional to the signal frequencies f and for a given frequency range, the storage capacity is the frequency resolution certainly.

Die Speicheradressierung ist damit unmittelbar unter Berücksichtigung eines Skalenfaktors in Signalfrequenzen f zur Darstellung der Transformierten umsetzbar.The memory addressing is thus immediately taken into account a scale factor can be converted into signal frequencies f to represent the transformed.

Dem Digital-Filtergerät 20 ist ein Frequenzkompressor 30 nachgeschaltet, an dessen Ausgang 31 beispielsweise das Signalspektrum 5L gemäß Fig. 3 ansteht, dessen Spektralwerte den Logarithmen L der Signalfrequenzen zugeordnet sind. Der Frequenzkompressor 30 weist einen Eingangs speicher 32 mit nachgeschalteter Summierstufe 33 auf, an die ausgangsseitig ein Äusgangsspeicher 34 angeschlossen ist.The digital filter device 20 is followed by a frequency compressor 30, at the output 31 of which, for example, the signal spectrum 5L according to FIG. 3 is present, whose spectral values are assigned to the logarithms L of the signal frequencies. Of the Frequency compressor 30 has an input memory 32 with a downstream summing stage 33, to which an output memory 34 is connected on the output side.

Der Ausgangs speicher 34 ist ausgangsseitig mit dem Ausgang 31 des -Frequenzkompressors 30 verbunden. Der Frequenzkompressor 30 enthält ferner eine interne Steuerschaltung 35 zur Ansteuerung des Eingangsspeichers 32 mit Leseadressen und des Ausgangsspeichers 34 mit Schreibadressen und hat einen Eingabeeingang 36 für eine logarithmische Basis b. Zu jeder Schreibadresse des Ausgangsspeichers 34 bestimmt die Steuerschaltung 35 aus dem Speicherumfang des Eingangsspeichers 32, dem Speicherumfang des Ausgangsspeichers 34 und der Logarithmenbasis b auf einanderfolgende Leseadressen, deren zugehörigen Werte der im Eingangs speicher 32 gespeicherten Transformierten in der Summierstufe 33 addiert und als Spektralwerte unter der Schreibadresse in den Ausgangsspeicher 34 übernommen werden. Ist die Kapazität des Eingangsspeichers 32 vorgegeben, so ist von den Parametern "Kapazität des Ausgangsspeichers 34" und 'logarithmische Basis b" jeweils der eine oder andere frei wählbar. Üblicherweise ist jedoch auch die Kapazität des Ausgangsspeichers 34 begrenzt, so daß sich aus Gründen optimaler Speichernutzung zum Erzielen einer bestmöglichen Frequenzauflösung die logarithmische Basis b aus den Kapazitäten von Eingangsspeicher 32 und Ausgangsspeicher 34 bestimmt. Der Ausgangs speicher 34 enthält damit die Spektralwerte des Signalspektrums SL Fig. 3, das im folgenden auch als logarithmisches Signalspektrum bezeichnet wird. Die Adressen des Ausgangs speichers 34 sind den Logarithmen der Signalfrequenzen, den sog. logarithmischen Frequenzen fL, bei Beachtung einer geeigneten Diskretisierung proportional.The output memory 34 is on the output side with the output 31 of the -Frequency compressor 30 connected. The frequency compressor 30 also includes a internal control circuit 35 for controlling the input memory 32 with read addresses and the output memory 34 with write addresses and has an input input 36 for a logarithmic base b. For each write address of the output memory 34 determines the control circuit 35 from the memory size of the input memory 32, the memory size of the output memory 34 and the logarithm base b successively Read addresses, the associated values of which are stored in the input memory 32 Transforms are added in the summing stage 33 and as spectral values under the write address into the output memory 34 be taken over. Is the capacity of the input memory 32 is specified, the parameters "Capacity of the output memory 34 "and 'logarithmic base b" one or the other freely selectable. Usually however, the capacity of the output memory 34 is also limited, so that from Reasons for optimal use of memory in order to achieve the best possible frequency resolution the logarithmic base b from the capacities of input memory 32 and output memory 34 determined. The output memory 34 thus contains the spectral values of the signal spectrum SL Fig. 3, which is also referred to below as the logarithmic signal spectrum. The addresses of the output memory 34 are the logarithms of the signal frequencies, the so-called logarithmic frequencies fL, if a suitable discretization is observed proportional.

Eine Eingabeschaltung 40 mit einem Basisausgang 41 ist mit der Steuerschaltung 35 in dem Frequenzkompressor 30 und einem Referenzgenerator 50 verbunden. Der Referenzgenerator 50 weist einen Referenzspeicher auf, dessen Organisation dem Ausgangsspeicher 34 des Frequenzkompressors 30 gleicht. Er hat das gleiche Auflösungsvermögen und seine Speicheradressen entsprechen den Logarithmen der Referenzfrequenzen. Der Referenzgenerator 50 weist ferner eine Rechenschaltung auf, die unter Berücksichtigung der logarithmischen Basis b zu den Ordnungszahlen der harmonischen Referenzfrequenzen Adressen von Speicherstellen des Refrenzspeichers bestimmt, die auf einen konstanten, für alle Speicherstellen gleichen, Referenzspektralwert gesetzt werden, Der Referenzspeicher ist über einen Referenzausgang des Referenzgenerators50 auslesbar.An input circuit 40 with a base output 41 is connected to the control circuit 35 in the frequency compressor 30 and a reference generator 50 connected. The reference generator 50 has a reference memory, the organization of which corresponds to the output memory 34 of the frequency compressor 30 is the same. He has the same resolving power as his Memory addresses correspond to the logarithms of the reference frequencies. The reference generator 50 also has a computing circuit which, taking into account the logarithmic Base b for the ordinal numbers of the harmonic reference frequencies. Addresses of memory locations of the reference memory is determined on a constant, for all memory locations same, reference spectral value are set, the reference memory is via a Reference output of the Reference generator50 can be read out.

Dem Kompressorausgang 31 ist eine Begrenzerschaltung 75 nachgeschaltet, die ausgangsseitig mit einem Signal eingang 101 einer Analysierschaltung 100 verbunden ist. Bei der Frequenzanalyse von spektren steht dann an der Begrenzerschaltung 75 ausgangsseitig ein Signalspektrum mit konstanten Spektralwerten an, das zusätzlich um solche eingangsseitig noch vorhandene Werte bereinigt ist, die kleiner als eine vorgebbare Schwelle sind. Dazu weist die Begrenzerschaltung 75 eine logische Torschaltung zur Unterdrückung der niedrigwertigsten Bits der Spektralwerte sowie zur Ausgabe eines konstanten Spektralwertes auf, wenn höherrertige Bits über der Schwelle liegende Spektralwerte kennzeichnen. Die Begrenzerschaltung 75 bewirkt, daß sich Folgen harmonischer Signalfrequenzen nicht mehr durch Amplituden, sondern nur noch durch die Anzahl ihrer Harmonischen unterscheiden.The compressor output 31 is followed by a limiter circuit 75, the output side is connected to a signal input 101 of an analysis circuit 100 is. During the frequency analysis of spectra, the limiter circuit 75 then appears a signal spectrum with constant spectral values on the output side, which is additionally is adjusted for those values still present on the input side that are smaller than one are predeterminable threshold. For this purpose, the limiter circuit 75 has a logical gate circuit for suppressing the least significant bits of the spectral values and for output of a constant spectral value when higher-order bits are above the threshold Identify spectral values. The limiter circuit 75 has the effect that sequences are more harmonious Signal frequencies no longer through amplitudes, but only through the number differentiate their harmonics.

Die Analysierschaltung 100 weist weiterhin einen Referenzeingang-102 und einen Spektralausgang 103 auf. Sie enthält einen Spektrumspeicher 110 zur Zwischenspeicherung des Signalspektrums SL, der über den Signaleingang 101 mit der Begrenzerschaltung 75 verbunden ist. Der Spektrumspeicher 110 ist ausgangsseitig über eine zwischengeschaltete Multiplizierstufe 115 an einen Korrelator 120 angeschlossen. An einem ersten Eingang 121 des Korrelators 120 steht das Signalspektrum SL (Fig. 3) und an einem zweiten mit dem Referenzgenerator 50 verbundenen Eingang 122 steht das Referenzspektrum RL (Fig. 3) an. Die Korrelation der Spektren SL und RL an den Eingängen 121, 122 des Korrelators 120 ergibt ausgangsseitig das in Fig. 3 skizzierte Korrelogramm PL, dessen Maximum die Folge von harmonischen Signalfrequenzen kennzeichnet, die die meisten Harmonischen enthält und aus dessen zugehöriger Verschiebung die Grundfrequenz bestimmt wird.The analysis circuit 100 furthermore has a reference input 102 and a spectral output 103. It contains a spectrum memory 110 for intermediate storage of the signal spectrum SL, which via the signal input 101 with the limiter circuit 75 is connected. The spectrum memory 110 is on the output side via an interposed one Multiplier 115 connected to a correlator 120. At a first entrance 121 of the correlator 120 is the signal spectrum SL (FIG. 3) and a second the input 122 connected to the reference generator 50 is the reference spectrum RL (Fig. 3). The correlation of the spectra SL and RL at the inputs 121, 122 of the correlator 120 the output side results in that sketched in FIG. 3 Correlogram PL, the maximum of which characterizes the sequence of harmonic signal frequencies, which contains most of the harmonics and from its associated shift the Base frequency is determined.

Die Analysietschaltung 100 weist ferner eine Detektionsschalttmg 130 zum Bestimmen der Grundfrequenzen und der zugehörigen Harmonischen und zum Erzeugen eines anzeigbaren Ausgangsspektrums als Ergebnis der Frequenzanalyse auf.The analysis circuit 100 also has a detection circuit 130 to determine the fundamental frequencies and the associated harmonics and to generate them a displayable output spectrum as a result of the frequency analysis.

Die betektiònsschaltung 130 weist daher einen an den Korrelator 120 angeschlossenen Maximumprozessor 135 zum Bestimmen des Korrelationsmaximum und des zugezugehörigen Logarithmus der Grundfrequenz auf. Der Maximumprozessor 135 ist ausgangsseitig zur Übergabe einer dem Logarithmus der Grundfrequenz entsprechenden Grundfrequenzadresse mit einem Startadresseingang 139 eines Auto-Inkrement-Speichers 140 als Frequenzwandler verbunden. Der Auto-Inkrement-Speicher 140 ist außerdem eingangsseitig mit dem Referenzgenerator 50 verbunden und einem Leseausgang 141. Beim Einschreibvorgang erfolgt die Übernahme des Referenzspektrums beginnend bei der Startadresse unter fortlaufender automatischer Inkrementierung der Einschreibadresse, so daß die harmonischen Referenzspekträlwerte mit einer dem Logarithmus der Grundfrequenz entsprechenden Verschiebung gespeichert sind. Das Auslesen des Auto-Inkrement-SpeicheFs 140 beginnt stets bei seiner niedrigsten Adresse.The actuation circuit 130 therefore has a signal connected to the correlator 120 connected maximum processor 135 for determining the correlation maximum and the associated logarithm of the fundamental frequency. The max processor 135 is on the output side for the transfer of one corresponding to the logarithm of the basic frequency Base frequency address with a start address input 139 of an auto-increment memory 140 connected as a frequency converter. The auto-increment memory 140 is also connected on the input side to the reference generator 50 and to a read output 141. During the enrollment process, the reference spectrum is adopted starting at the start address with continuous automatic incrementation of the write address, so that the harmonic reference spectral values with one of the logarithm of the fundamental frequency corresponding shift are saved. Reading out the auto-increment memory 140 always starts at its lowest address.

Mit dem Spektrumspeicher 110 und dem Auto-Inkrement-Speicher 140 ist eine Multiplikationsschaltung 150 verbunden, deren Produktspektrum an einem Produktausgang 151 von allen Spektralwerten befreit ist, die nicht mit der Grundfrequenz und ihren Harmonischen übereinstimmen.With the spectrum memory 110 and the auto-increment memory 140 is a multiplication circuit 150 connected, the product spectrum at a product output 151 is freed from all spectral values that not with the basic frequency and their harmonics match.

Dem Produktausgang 151 ist eine Oderschaltung 152 nachgeschaltet, die mit einem Steuereingang 158 eines Anzeigespeichers 155 verbunden ist. In der Oderschaltung 152 sind zum Prüfen auf einen von Null abweichenden Wert des Produktspektrums die Stellen des digitalen Spektralwertes durch Oderfunktion verknüpft.The product outlet 151 is followed by an OR circuit 152, which is connected to a control input 158 of a display memory 155. In the OR circuit 152 are for checking for a non-zero value of the product spectrum the digits of the digital spectral value are linked by an OR function.

Eine logische Null am Steuereingang 158 verhindert eine Übernahme von Daten in den Anzeigespeicher 155.A logic zero at control input 158 prevents takeover of data into the display memory 155.

Der Anzeigespeicher 155 weist zwei Speicherbereiche auf, und zwar einen mit dem Produktausgang 151 verbundenen Spektralbereich 156 zur Übernahme von Spektralwerten und einen an den Maximumprozessor 135 angeschlossenen Indexbereich 157 zur Übernahme eines grundfrequenzspezifischen Kennzeichens, wobei die Übernahme gleichzeitig für beide Speicherbereiche adressensynchron erfolgt.The display memory 155 has two memory areas, namely a spectral range 156 connected to the product outlet 151 for taking over Spectral values and an index area connected to the maximum processor 135 157 for the adoption of a base frequency-specific identifier, with the adoption takes place address-synchronously for both memory areas at the same time.

Der Oderschaltung 152 ist auch ein Prüfdatenspeicher 160 mit einem Dateneingang 161 und einem Schreibeingang 162 nachgeschaltet. Der Dateneingang 161 und der Schreibeingang 162 sind kurzgeschlossen, eine logische Null am Schreibeingang 162 bewirkt das Einspeichern von Daten in die betroffene Speicherstelle des prüfdatenspeichers 160. Der Prüfdatenspeicher 160 hat die gleiche Adressierung wie der Anzeigespeicher 155, jedoch nur einen Unfang von einem Bit je Speicherstelle. An seinem Inhalt ist erkennbar, zu welchen den logarithmischen Frequenzen entsprechenden Adressen harmonische Spektralwerte detektiert sind.The OR circuit 152 is also a test data memory 160 having a Data input 161 and a write input 162 connected downstream. The data input 161 and the write input 162 are shorted, a logic zero on the write input 162 causes data to be stored in the relevant memory location in the test data memory 160. The test data memory 160 has the same addressing as the display memory 155, but only an extent of one bit per memory location. At its content is recognizable to which addresses corresponding to the logarithmic frequencies are harmonic Spectral values are detected.

Der Prüfdatenspeicher 160 ist ausgangsseitig über einen Inverter 165 mit der Multiplizierstufe 115 verbunden, so daß bei der Multiplikation ein um bereits detektierte Spektralwerte vermindertes Signalspektrum am Ausgang der Multiplizierstufe 115 und damit am Korrelator 120 zum Bestimmen eines Korrelogramms aus dem verminderten Signalspektrum ansteht. Die Korrelation der durch diese Zusammenschaltung rekursiv reduzierten Signalspektren ist beendet, wenn der Maximumprozessor 135 kein weiteres Korrelationsmaximum detektiert.The test data memory 160 is on the output side via an inverter 165 connected to the multiplier 115, so that during the multiplication by already detected spectral values reduced signal spectrum at the output of the multiplier stage 115 and thus at the correlator 120 for determining a correlogram from the reduced Signal spectrum is pending. The correlation of this interconnection is recursive reduced signal spectra is terminated when the maximum processor 135 no further Correlation maximum detected.

Der Anzeigespeicher 155 ist ausgangsseitig über den Spektralausgang 103 mit einer Anzeigevortichtung 170 zur Darstellung des Ergebnisses der Frequenzanalyse verbunden. Die Inhalte des Spektralbereichs 156 und des Indexbereichs 157 bewirken in einer gemeinsamen Anzeige, daß die zu einer Grundfrequenz gehörenden Harmonischen mit gleichem Index gekennzeichnet dargestellt sind. Ist die Anzeigevorrichtung 170 für eine mehrfarbige Darstellung geeignet, bestimmt der gleiche Index die gleiche Farbe zusammengehöriger harmonischer Spektrallinien. Die Anzeige ergibt eine Darstellung in kartesischen Koordinaten, bei der die Adressen des Anzeigespeichers 155 die Abszissenwerte und die Inhalte des Spektralbereichs 156 die Ordinatenwerte angeben. Das Ergebnis der Frequenzanalyse ist damit proportional den Logarithmen der Signalfrequenzen fL dargestellt. Eine den Signalfrequenzen direkt proportionale Darstellung und die Anzeige von Zahlenwerten der Grundfrequenzen und ihrer Harmonischen ist durch Zwischenschalten eines Adreßumwerters unter Berücksichtigung der logarithmischen Basis b leicht realisierbar.The display memory 155 is on the output side via the spectral output 103 with a display device 170 for displaying the result of the frequency analysis tied together. The contents of the spectral range 156 and the index range 157 cause in a common display that the harmonics belonging to a fundamental frequency marked with the same index. Is the display device 170 suitable for a multicolored representation, the same index determines the same Color of related harmonic spectral lines. The display gives a representation in Cartesian coordinates in which the addresses of the display memory 155 are the abscissa values and the contents of the spectral region 156 indicate the ordinate values. The result the frequency analysis is therefore proportional to the logarithms of the signal frequencies fL shown. A representation directly proportional to the signal frequencies and the The numerical values of the fundamental frequencies and their harmonics are displayed by switching between them an address corrector, taking into account the logarithmic base b.

Alle Speicher sind nach Art eines Schieberegisters mit aufeinanderfolgenden Speicherplätzen und entsprechenden Adressierungen aufgebaut. Das Einschreiben oder das Lesen der Speicherinhalte wird durch vorhergehende oder nachfolgende Stufen initiiert.All memories are in the manner of a shift register with consecutive Storage locations and corresponding addressing built up. The registered mail or the reading of the memory contents is carried out through preceding or following stages initiated.

In einer nicht dargestellten übergeordneten Steuereinrichtung werden erforderliche Takte generiert, um gleichzeitiges Lesen und Schreiben eines Speichers zu verhindern.In a higher-level control device (not shown) required clocks are generated for simultaneous reading and writing of a memory to prevent.

Claims

PATENT CLAIMS 4) Method for frequency analysis of a signal under . Use of harmonic reference frequencies, characterized in that from A signal spectrum is generated for the signal, the spectral values of which are logarithms of the Signal frequencies are assigned that from the harmonic reference frequencies Reference spectrum is derived whose spectral values are based on the same like the logarithms of the reference frequencies related to the logarithms of the signal frequencies are assigned that the signal spectrum and the reference spectrum with each other in such a way be compared that they are shifted against each other and with each shift the frequency of in the signal spectrum and reference spectrum when they match Logarithms existing spectral values is determined, and that a frequency maximum detected and from its associated shift a fundamental frequency in the signal spectrum is determined.

2. The method according to claim 1, characterized in that above A predetermined threshold spectral values of the signal spectrum to a constant amplitude are limited and that the comparison by correlation of the Signal spectrum and the reference spectrum is performed, with a correlation maximum as often- keitsmaximum is detected.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that when Assigning the spectral values to logarithms of the signal frequencies as spectral values, the values of a frequency transformed des present at the signal frequencies Signal can be used.

4. The method according to any one of claims l to 3, characterized in that that when detecting several equally large frequency or correlation maxima, the with the largest shift is selected -if when comparing or correlating the reference spectrum is shifted to larger logarithms, or that the frequency maximum with the smallest shift is selected when comparing or correlating the signal spectrum is shifted towards larger logarithms.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that that the reference spectrum is specified so that there is a fundamental frequency that is the same or less than the lowest frequency of the signal spectrum, and harmonic Contains reference frequencies whose highest ordinal number is at least equal to a highest estimable ordinal number of the harmonics of the signal spectrum.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that that to determine further fundamental frequencies the spectral values of the previously determined The fundamental frequency and the associated harmonics are deleted from the signal spectrum and so in each case a reduced signal spectrum is generated, and that the reduced Signal spectrum again compared or correlated with the reference spectrum and in each case a further running or correlation maximum is determined.

7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that that the frequency transformed normalizes with respect to the mean value of the white noise and that when assigning the values of the Frequency transformed can be used.

8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that that when assigning the spectral values to logarithms of the signal frequencies the values of the frequency transformed in intervals that overlap in the frequency range be integrated that limit frequencies at upper and lower interval limits in a constant relationship to one another, independent of the position of the intervals stand and that the integral value formed in this way is in each case a certain frequency Interval is assigned in the same way, preferably for each interval as a geometric or arithmetic mean, the upper and lower interval limit is determined, and that all integral values indicate the signal spectrum.

9. The method according to claim 8, characterized in that as a base for the logarithms of the signal fre- quenzen the ratio of upper to lower limit frequency is chosen.

10. Apparatus for practicing the method according to any one of the claims 1 to 9, characterized in that for assigning the spectral values to logarithms of the signal frequencies a frequency compressor (30) - is provided with a Signal input (101) of an analysis circuit (100) for comparing signal and Reference spectrum and determining the fundamental frequency is connected to that at a reference input (102) a reference generator (50) is connected to the analysis circuit (100), at which the reference spectrum is available on the output side, that the frequency compressor (30) and the reference generator (50) having an input circuit (40) for a logarithmic Base are connected.

11. The device according to claim 10, characterized in that the A limiter circuit (75) is connected upstream of the signal input (101) of the analysis circuit (100) is.

12. The apparatus according to claim 11, characterized in that the Analysis circuit (100) has a correlator (120), the first input of which is connected to the signal input (101) and its second input are connected to the reference input (102), and a detection circuit (130) for determining the logarithm of the fundamental frequency having the input side with the correlator (120) and the reference input (102) and on the output side with a spectral output (103) of the analyzer tion (100) is connected.

13. The apparatus according to claim 12, characterized in that the Detection circuit (130) a maximum processor connected to the orrelator (120) (135), at which the base frequency is present on the output side, and one on the input side frequency converter connected to the maximum processor (135) and the reference input (102), in particular auto-increment memory (140) for forming a reference spectrum a basic reference frequency equal to the detectable basic frequency and a multiplication circuit (150) for spectra, the input side to the signal input (101) and the Frequency converter (140) and connected on the output side to the spectral output (103) is.

14. Device according to one of claims 10 to 13, characterized in that that the frequency compressor (30) has an input memory (32) for the values of the frequency transformed comprises that the input memory (32) has a summing stage (33) for integration of the values in the interval lying in the frequency range with an output memory (34) is connected for the signal spectrum that the input memory (32), the output memory (34) and the input circuit (40) to a control circuit (35) for generating Read addresses for the input memory (32) and write addresses for the output memory (34) are connected, the read addresses the signal frequencies and the write addresses are proportional to the logarithms of the signal frequencies.

15. Device according to one of claims 10 to 14, characterized in that that the detection circuit (130) has an inverter (165), the input side via a test data memory (160) to the product output (151) of the multiplication circuit (150) and on the output side with a multiplier stage connected upstream of the correlator (120) (115) is connected.

16. Device according to one of claims 10 to 15, characterized in that that a transformation device (10) an AD converter (12), an FFT processor (13) and an absolute value generator (14) and that between the transformation device (10) and frequency compressor (30) a standard value circuit (digital filter device 20) is switched.

17. Device according to one of claims 10 to 16, characterized in that that at the spectral output (103) of the analysis circuit (100) a display unit (170) for correlograms is attached.