CN105814620A - 便携式电子测试装置和使用该装置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种便携式电子测试装置(10)，所述便携式电子测试装置(10)包括壳体(12)，壳体(12)中容纳有包括示波器(15)、频谱分析仪(16)、逻辑分析仪(22)、波形发生器(14)、数字图形发生器(20)和电源(18)的至少六种独立的电子仪器。本发明扩展至一种评估操作者使用电子测试装置(10)的熟练程度的方法，通过：在允许操作者使用电子测试装置(10)之前，使用连接到电子测试装置(10)的电子标签(50)对操作者进行加密认证；利用计算装置自动评估操作者使用电子测试装置(10)所执行的任务；和在标签(50)上以电子方式存储评估结果，以保持对操作者使用电子测试装置(10)的熟练程度的跟踪。

Description

便携式电子测试装置和使用该装置的方法

技术领域

本发明涉及电子测试装置和训练或教育使用者使用电子测试装置的方法以及测试或评估他们这样做时的熟练程度。

背景技术

概念性电子测试和测量装置可被分成两组仪器，输入仪器和输出或测量仪器。输入仪器提供了具有激励或输入信号的电子电路，而输出或测量仪器被配置为测量在电子或电气电路的不同点所产生的或所存在的信号。该测量仪器允许操作者“观察”在不同的电子部件之间流动的、对于人眼通常是不可见的信号。

这些仪器通常被制造成分离的、独立的装置，且各装置设计为仅执行一个功能，例如，观察模拟信号(示波器)、观察数字信号(逻辑分析仪)、生成模拟信号(波形发生器)、生成数字信号(图形发生器)、在测试中为电子电路提供电源(可编程电源)等。因此，传统的电子工作台将包括设置为靠近彼此易于使用的一组测试装置或测量仪器。

最近，一些制造商已开始将两个或三个不同的仪器组合到一个装置中。

本发明人已确定了教育电子装置的需求，该教育电子装置具有集成在其中的数目增加的仪器，这些仪器在训练学生使用这类仪器方面是特别有用的。

本发明人还确定了需要记录或跟踪学生的进展，以保持对他们使用电子测试装置的熟练程度的跟踪，或提供他们使用电子测试装置的熟练程度的证据。

发明内容

根据本发明，提供了一种评估操作者使用电子装置的熟练程度的方法，该电子装置包括壳体，该壳体内容纳有选自下述组中的至少五种独立的电子仪器，该组包括：

示波器；

频谱分析仪；

逻辑分析仪；

波形发生器；

图形发生器；和

电源，该方法包括：

在允许操作者使用电子装置之前，使用连接到电子装置的、或者与电子装置形成一个整体的认证装置对操作者进行认证；

利用计算装置自动评估操作者使用电子装置所执行的任务；和

以电子形式存储评估结果，以保持对操作者使用电子装置的熟练程度的跟踪。

认证装置可以是以电子标签或加密狗的形式，该电子标签或加密狗包括认证模块，在该认证模块上存储有与操作者相关联的唯一识别符。认证步骤可以包括：

通信地将加密狗连接到电子装置；和

通过将存储在认证模块上的唯一标识符传送至电子装置来对操作者进行认证。

该方法可包括加密与操作者相关联的唯一标识符。

自动评估任务的步骤可以包括：

使用电子装置的波形发生器或图形发生器产生测试信号；

将测试信号馈入到可操作地连接到电子装置的测试电路；和

使用示波器、频谱分析仪或逻辑分析仪测量输出信号。

该方法可以包括使用电源监测测试电路汲取的电流。

该方法可以包括利用计算装置评估输出信号是否落在预定范围内，以确立任务是否被成功完成。

该方法可以进一步包括将评估结果存储在与操作者相关联的便携式电子标签或加密狗上，以保持对操作者进度的跟踪。跟踪数据也可以被远程地存储在服务器上而不需要存储在加密狗上。加密狗的主要目的可以是识别操作者。作为辅助功能，它可以存储跟踪数据。

该方法可以包括在允许使用电子装置之前，使用连接到电子装置的一对认证装置来对操作者或另一第三方进行认证，每个认证装置与所述操作者和另一第三方中的一方相关联。

该方法还可以包括在允许操作者使用电子装置之前，通过将唯一标识符与操作者相关联来登记操作者的步骤。登记可以包括提取操作者的生物特征测量结果。替代地，登记可以包括以加密格式将唯一标识符存储在便携式电子标签或加密狗上。

在根据本发明的另一个方面，提供了一种便携式电子测试装置，该便携式电子测试装置包括壳体，该壳体中容纳有选自下述组中的至少五种独立的电子仪器，该组包括：

示波器；

频谱分析仪；

逻辑分析仪；

波形发生器；

图形发生器；和

电源，其中，该电子测试装置被配置为：

在允许操作者使用电子测试装置之前，使用连接到电子测试装置的、或者与电子测试装置形成一个整体的认证装置对操作者进行认证；

利用计算装置自动评估由操作者使用电子测试装置所执行的任务；和

以电子形式存储评估结果，以保持对操作者使用电子测试装置的熟练程度的跟踪。

该电子测试装置还可以包括数字总线转换器和数字协议分析器。该电子测试装置还可以包括处理器，该处理器通信地连接到各个电子仪器。此外，该装置可以包括至少一个连接端口，该连接端口用于将电子装置连接到具有可视或图形显示器的计算装置，如笔记本电脑、个人计算机、平板电脑、智能手机或其它移动装置。

该电子装置可以包括在壳体外周设置的多个输入/输出端口，所述多个输入/输出端口便于将容纳在壳体内的各个电子仪器连接到外围测试电路。壳体可以限定靠台，该靠台用于接收和支撑具有图形显示的平板电脑、智能手机或其它移动装置。该靠台可以是以形成在壳体中的狭槽或凹槽的形式。

电源可以被配置为测量或监测所述测试电路从所述电源汲取的电流，如果测试电路汲取的电流超出预定阈值，该电源可以被配置为中断为测试电路供应电力。该电子测试装置还可以包括至少一个以电子标签或加密狗形式的认证装置，该电子标签或加密狗经由适当的连接端口可拆装地与电子测试装置的中央处理单元相连、或者所述电子标签或加密狗经由适当的连接端口连接到电子测试装置的中央处理单元。该认证装置可以包括存储模块，该存储模块配置为在所述存储模块上存储操作者的进度相关联的数据。该认证装置还可以包括认证模块，在该认证模块上存储有与操作者相关联的唯一识别符，且被配置为通过与中央处理单元通信来加密认证与认证装置相关联的操作者。

本发明扩展至计算机可读介质，在该计算机可读介质上存储有一组指令，其中，当通过与如上所述的电子测试装置通信的计算装置执行所述指令时，所述指令允许所述电子装置执行如上所述的方法的任一步骤。

附图说明

现将通过举例的方式、参照所附的示意性附图进一步描述本发明。

在附图中：

图1示出了根据本发明的便携式电子测试装置的功能框图；

图2示出了电子测试装置的三维图示；

图3示出了图2的测试装置的俯视图；

图4示出了图2的测试装置的后侧视图；和

图5示出了可拆卸地连接到电子测试装置的壳体的认证装置的功能框图。

具体实施方式

本发明的以下描述被提供作为本发明的一个有利教导。相关领域的技术人员将会认识到可以对所描述的实施例进行许多改变，同时仍可实现本发明的有益效果。还显而易见的是，本发明的一些期望益处可通过选择本发明的一些特征而无需利用其他特征来获得。因此，本领域技术人员将认识到，对本发明的一些修改和调整是可能的，甚至在某些情况下是能够被期望的，因此，这些修改和调整也是本发明的一部分。因此，下面的描述被提供作为本发明示例性说明，而不是具体限定。

在图1中，附图标记10通常指的是根据本发明的便携式电子测试装置。装置10包括外壳12，该外壳12内容纳有多个电子仪器的组合。这些仪器包括波形发生器14、示波器15、频谱分析仪16、可编程电源18、数字图形发生器20和逻辑分析仪22。所有上述所提到的仪器均通信地连接到中央处理单元(CPU)24。在一些实施例中，频谱分析仪16和示波器15可被集成在一个仪器中。装置10具有多个连接器或端口，这些连接器或端口提供了一个或多个外围电路与容纳在壳体12中的各个仪器之间的物理接口。因此，对于电源，壳体12具有12V连接器24、5V连接器26、3.3V连接器28和接地连接器30。此外，数字图形发生器20被连接到8/12位输出通道连接器或端口32。依次的，逻辑分析仪22被连接到两个输入连接器34。波形发生器14被连接到输出连接器36，并且，示波器15和频谱分析仪16具有一对输入连接器38。

参考图2，装置10的壳体12具有独特的形状和外观，当俯视观察时，该壳体包括大致三角形的中间部11和三条腿13，三条腿13以等角度在定距离间隔的位置处从中间部11的各角处向外和向下延伸。壳体12的上表面是多面形的。如图2至图4所示，上述的多个连接器或端口被提供在在相邻的腿13之间延伸的中间部11的侧面板上。装置10还包括USB接口40(参见图4)，USB接口40用于将装置10连接到具有图形显示器的平板电脑、智能手机、笔记本电脑或个人计算机形式的计算装置(未示出)。自然而然的，也可以使用像蓝牙或Wi-Fi等其它有线/无线数据接口以将计算装置连接到电子装置。因此，本发明的范围并不限于本文中所给出的示例性实施例。此外，在一个腿13的侧面上提供电源线接口42、以太网接口44和通/断开关45。壳体12还限定了靠台(dock)48(参见图2)，该靠台48以在一条腿13的上表面形成的嵌槽或凹槽的形式接收并支撑智能手机或平板电脑。在使用时，经由USB端口40被连接到装置10的平板电脑或智能手机的侧边被定位在嵌槽或靠台48中，使得平板电脑或智能手机的显示屏朝着操作者呈角度地向上取向。可替代地，计算装置还可以是具有普通屏幕的个人计算机的形式。

电子装置10还包括至少一个认证装置，以使每一个操作者经授权后再使用该装置10。因此，可以发布一些独立的认证装置，每个认证装置与电子装置10的不同用户相关联。在该示例性实施例中，认证装置是以电子标签或加密狗50的形式，该电子标签或加密狗50可拆卸地连接到壳体12，并进而经由合适的端口52连接到装置10的中央处理单元24(参见图2)。参照图5，电子标签50包括存储模块53，即闪速存储器，其被配置为存储证明操作者或学生使用装置10的进度或者进展/熟练程度的信息或数据。电子标签50还包括认证模块54，在认证模块54上存储有与操作者或学生相关联的唯一标识符。存储模块53和认证模块54经由通信总线连接到端口52上。一旦被插入到端口52中，并进而连接到装置10的中央处理单元24，经由CPU和认证模块54之间的交换，装置10被配置为在允许操作者使用装置10之前加密认证与电子标签50相关联的操作者。认证模块54支持对称加密和非对称加密。电子标签50还包括发光二极管55，在电子标签被插入时，该发光二极管55被点亮。

在本发明的替代实施例中，认证装置可以是以指纹扫描仪或指纹读取器的形式(未示出)。因此，与每个操作者相关联的唯一标识符将是生物特征参数，如他们的指纹。为此，装置10可以包括指纹扫描仪。指纹扫描仪也可以是电子标签或加密狗50的一部分。

该装置还包括至少一个数字总线转换器和数字协议分析器。数字总线转换器和数字协议分析器完全是可选的，即便缺少附图中没有明确示出的这些部件，装置仍可以执行电子教学和跟踪进度的核心功能。在替代实施例中，装置10还可以包括集成的图形显示器。

将上述多个电子仪器一起结合到一个测试装置10中具有诸多优势，如节约成本、节省空间、更广阔的目标市场、使用领域以及便于使用等。

电子测试装置10可以被用作教学工具，以训练学生使用包含在装置中的电子仪器。本申请人希望通过学生使用用了常规探针和连接导线的、被连接到装置10的电源和输入/输出仪器的测试电路来进行实际实验，从而改变通过电子和电学来教导学生的方式。申请人认为，学生有时具备完善的理论知识，但缺乏运用他们知识的实践技能。

例如，学生将通过使用电子测试装置的至少三种仪器，即波形发生器、示波器和可编程电源来启动学习过程。当他们的技能水平提高并达到了熟练程度，可以将更多的仪器引入到实际训练中，直到学生最终熟练使用包含在电子测试装置10中的所有仪器。

在使用装置10之前，将编写为特定地用于操作装置10的软件安装在计算装置上，并使用USB接口将该计算装置连接到装置10，计算装置如学生的平板电脑或智能手机。然后，学生将他的电子标签50插入到狭槽52中，装置通过认证模块54的方式认证学生。一旦通过认证，学生被授权使用装置10。在优选的实施例中，在实践检验过程中，能够将两个电子标签插入到装置中以获得使用权来使用装置，第一个电子标签与学生相关联，而第二个电子标签与指导学生的讲师相关联。将具有两个标签(学生和讲师)的这种方案用于除了学习时间之外的实践检验将是更好的。因此，在使用之前，必须对两个标签进行认证。

一旦通过认证，学生将装置10连接到实际的测试电路。举例来说，学生可能需要构建滤波器，以过滤掉测试电路上的1kHz、1Vp-p的正弦波，使得滤波器输出的信号的振幅小于0.1Vp-p。然后，学生进行实际任务，并通过使用安装软件遵循/执行显示在他的智能手机、平板电脑或计算机的图形显示器上的一组指令或提示来执行实际实验。一旦学生已完成构建滤波器的实际任务，并按照软件指示将输入和输出探针连接到测试电路，学生经由计算装置的图形用户界面指示装置10自动评估他的任务。然后，装置10利用电子装置的波形发生器14产生1kHz、1Vp-p测试信号，该测试信号通过合适的探针被提供给滤波器。随后，装置10使用示波器15自动测量滤波器输出处的输出信号，且所提供的输出信号的振幅小于0.1Vp-p，软件显示出表明了该学生已通过实际任务的提示。之后，学生可以继续下一个任务。评价结果随后通过CPU24被存储在与学生相关联的电子标签50的存储模块53上，或可替代地，该评价结果可被发送到远程服务器上的学习者管理系统(LMS)软件，以保持跟踪和记录学生使用装置10的进度、进展和熟练程度。

可编程电源被配置为监测从装置10中汲取的电流，如果汲取的电流超过预定阈值，作为预防措施，电流供应被夹紧或关断。软件被配置为使用计算装置的图形显示器来解压缩、计算、输出和可视地显示从装置10的CPU24接收到的信号。因此，学生可以在图形显示器上观察为测试电路提供的/从测试电路中测量的模拟的和数字的输入/输出信号。经由计算装置的图形用户界面接收的、来自学生的指令通过USB接口被反馈给装置10。

根据定义，工程是一个实用性领域且是一门实用性知识，它可使人们成为好的工程师而不是仅具有理论知识。这一原因主要是由于：为了通过考试，学生不得不熟记知识和数学公式并在考试期间回忆它们。与通过理论考试相对比，如果学生通过实践考试，这意味着他不仅具备理论知识，而且在他的思维模式中可充分处理并整合这些知识。这意味着他获得的知识改变了他的逻辑思维方式和解决问题的方式，以便当面临实际问题时，他能完美地应用相关知识来解决这个问题。

认证模块54上的唯一标识符可以永远不被改变或复制到另一个芯片上。它可以仅被读取和验证。

使用以太网接口44，装置10可以连接到网络，并且可以允许学生远程测试。

在一个方案中，学校具有具备若干个站点的教室，这些站点包括本发明的测试装置。然而，没有电子学老师，且所有的站点均被锁定到课桌上，学生们带来他们自己的移动装置，如平板电脑，这样，课堂可以无人看管。

这些站点的固件被“锁定”到电子标签，以便在使用站点之前，必须通过插入学生们用于写入实际考试的相同标签才能将其激活。

通过插入该标签，孩子不仅激活了站点，还可以确定他自己为该站点的使用者。利用他的标签，他现在所做的所有测量、以及他观看的教学视频、以及他积极使用该装置时所花费的时间总数均被收集、数字签名，所以这些数据永远不会被改变，并且，这些数据被发送到服务器或存储在标签上。

本申请人认为，电子测试装置10和评估操作者使用电子装置的熟练程度的方法提供了一个比单纯看考试结果更可靠的评估学生熟练程度的方式。考试结果并不表明学生是如何很好地将所学的知识整合为他解决问题的能力。自动评估的优势意味着在执行实际任务时，讲师或管理者不必总是在场。电子标签还可以防止未经授权而使用装置10，并保持对操作者进度的跟踪。

Claims (21)

1.一种评估操作者使用电子装置的熟练程度的方法，所述电子装置包括壳体，所述壳体内容纳有选自下述组中的至少五种独立的电子仪器，所述组包括：

示波器；

频谱分析仪；

逻辑分析仪；

波形发生器；

图形发生器；和

电源，所述方法包括：

在允许操作者使用电子装置之前，使用连接到所述电子装置的、或者与所述电子装置形成一个整体的认证装置对操作者进行认证；

利用计算装置自动评估操作者使用所述电子装置所执行的任务；和

以电子形式存储评估结果，以保持对所述操作者使用电子装置的熟练程度的跟踪。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述认证装置是以电子标签或加密狗的形式，所述电子标签或加密狗包括认证模块，在所述认证模块上存储有与所述操作者相关联的唯一识别符，认证步骤包括：

通信地将所述加密狗连接到所述电子装置；和

通过将存储在所述认证模块上的唯一标识符传送至所述电子装置来对操作者进行认证。

3.如权利要求2所述的方法，所述方法包括加密与所述操作者相关联的唯一标识符。

4.如前述任一项权利要求所述的方法，其中，自动评估任务的步骤包括：

使用所述电子装置的波形发生器或图形发生器产生测试信号；

将所述测试信号馈入到可操作地连接到所述电子装置的测试电路；和

使用示波器、频谱分析仪或逻辑分析仪测量输出信号。

5.如权利要求4所述的方法，所述方法包括使用电源监测所述测试电路汲取的电流。

6.如权利要求4或5所述的方法，所述方法包括利用计算装置评估输出信号是否落在预定范围内，以确立任务是否被成功完成。

7.如权利要求6所述的方法，所述方法包括将评估结果存储在与操作者相关联的便携式电子标签或加密狗上，以保持对操作者的进度的跟踪。

8.如权利要求6所述的方法，所述方法包括将评估结果存储在远程服务器上，以保持对操作者的进度的跟踪。

9.如前述任一项权利要求所述的方法，所述方法包括在允许使用电子装置之前，使用连接到所述电子装置的一对认证装置对操作者和另一第三方进行认证，每个认证装置与所述操作者和另一第三方中的一方相关联。

10.如前述任一项权利要求所述的方法，所述方法包括在允许操作者使用电子装置之前，通过将唯一标识符与操作者相关联来登记所述操作者的步骤。

11.如权利要求10所述的方法，其中，登记包括提取所述操作者的生物特征测量结果。

12.如权利要求10所述的方法，其中，登记包括以加密格式将所述唯一标识符存储在与所述操作者相关联的便携式电子标签或加密狗上。

13.一种便携式电子测试装置，所述便携式电子测试装置包括壳体，所述壳体中容纳有选自下述组中的至少五种独立的电子仪器，所述组包括：

示波器；

频谱分析仪；

逻辑分析仪；

波形发生器；

图形发生器；和

电源，其中，所述电子测试装置被配置为：

在允许操作者使用电子测试装置之前，使用连接到所述电子测试装置的、或者与所述电子测试装置形成一个整体的认证装置对操作者进行认证；

利用计算装置自动评估操作者使用所述电子测试装置所执行的任务；和

以电子形式存储评估结果，以保持对所述操作者使用电子测试装置的熟练程度的跟踪。

14.如权利要求13所述的电子测试装置，所述电子测试装置包括处理器，所述处理器通信地连接到各个电子仪器。

15.如权利要求14所述的电子测试装置，所述电子测试装置包括至少一个连接端口，所述连接端口用于将所述电子测试装置连接到具有图形显示器的计算装置。

16.如权利要求15所述的电子测试装置，所述电子测试装置包括在所述壳体外周设置的多个输入/输出端口，所述多个输入/输出端口便于将容纳在所述壳体内的各个电子仪器连接到外围测试电路。

17.如权利要求16所述的电子测试装置，其中，所述壳体限定了靠台，所述靠台用于接收和支撑具有图形显示器的平板电脑、智能手机或其它移动装置。

18.如权利要求17所述的电子测试装置，其中，所述电源被配置为：测量所述测试电路从所述电源汲取的电流，如果所述测试电路汲取的电流超出预定阈值，所述电源被配置为中断为所述测试电路供应电力。

19.如权利要求13-18任一项所述的电子测试装置，所述电子测试装置包括至少一个以电子标签或加密狗形式的认证装置，所述电子标签或加密狗经由适当的连接端口可拆装地与所述电子测试装置的中央处理单元相连、或者所述电子标签或加密狗经由适当的连接端口连接到所述电子测试装置的中央处理单元，所述认证装置包括认证模块，在所述认证模块上存储有与所述操作者相关联的唯一识别符，且所述认证模块被配置为通过与所述中央处理单元通信来加密认证与所述认证装置相关联的操作者。

20.如权利要求19所述的电子测试装置，其中，所述认证装置包括存储模块，所述存储模块配置为在所述存储模块上存储与所述操作者的进度相关联的数据。

21.一种计算机可读介质，在所述计算机可读介质上存储有一组指令，其中，当通过与如权利要求13-20任一项所述的电子测试装置通信的计算装置执行所述指令时，所述指令允许所述电子测试装置执行如权利要求1-11任一项所述的方法步骤中的任一步骤。