DD274671A1 - Schaltungsanordnung zur messwertdigitalisierung fuer fourierspektrometer - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Messwertdigitalisierung fuer Fourierspektrometer. Sie ist im Analogkanal derartiger Geraete einsetzbar. Das zu digitalisierende Messsignal liegt gemaess der Erfindung gleichzeitig am Eingang zweier Analog-Digital-Umsetzer an, wobei mindestens einem der Umsetzer eine Verstaerkerstufe mit waehrend der Messung konstanter Verstaerkung vorgeschaltet ist. Zur Zuordnung der Umsetzer zu verschiedenen Amplitudenbereichen des Messsignals sind diese ausgangsseitig ueber eine Entscheidungsstufe mit einer Messwertverarbeitungsstufe verbunden. Fig. 2

Description

Die vorteilhafte Variante sieht den Einsatz des ADU mit höherer Verstärkung in dem Bereich geringer und großer Amplituden und den anderen ADU für mittlere Amplituden vor. Die Anpassung des ADU für den Bereich großer Amplituden erfolgt durch Abscha' Jn der Verstärkung während der Verarbeitung des ausgabeseitigen Signals der anderen ADU, so daß auch in diesem Fall keine störenden Einlaufeffekte auftreten können.

Linearitätsfehlerder Analog-Digital-Umsetzung zwischen beiden ADU, einschließlich der Verstärker, beim Übergang von einem auf den anderen ADU können durch eine Eichaufnahme erfaßt und im Digitalwert in der Meßwertverarbeitungsstufe berücksichtigt werden.

Auiführungsbeljplel

Die Erfindung soll nachstehend anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1: eine Schaltung gemäß der Erfindung, bei der einem der ADU ein Verstärker mit während der Messung konstanter

Verstärkung zugeordnet ist Fig. 2: eine weitere Schaltung gemäß der Erfindung, bei der beide ADU einen Verstärker mit voneinander verschiedener Verstärkung aufweisen.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Schaltung liegt ein als Interferometersignal S ausgebildetes Meßsignal gleichzeitig an einem Analog-Digital-Umsetzer 1 undeinem Analog-Digital-Umsetzer 2an, dem eine Verstärkerstufe 3 mit einer Verstärkung von 1:33 vorgeschaltet ist. Die ausgangsseitig an den Umsetzern 1,2, vorliegenden Signale werden über eine Entscheidungsstufe 4 einer Meßwertverarbeitungsstufe 5 zugeführt, wobei für den Meßbereich 3 -100% (100% entsprechen dem maximalen Interferometersignal S) das Signal des Umsetzers 1 und für den Meßbereich 0-3% das Signal des Umsetzers 2 zur Verarbeitung ausgewählt wird. Die konstante Verstärkung 3 ertaubt es, den zulässigen Eingangspegel des Umsetzers 2 im Meßbereich kleiner Amplituden ohne störende Einflüsse voll auszunutzen. Eventuell auftretende Fehler im Übergangsgebiet von einem auf den anderen Umsetzer sind durch Justierung der Verstärker oder rechnergestützte Korrektur in zu minimieren. Eine Möglichkeit bei dererfindung=gemä'ßen Lösung die AD-Wandlung an die Signalpeg al optimaler anzupassen, besteht darin, vor jeden Umsetzer eine Verstärkerstufe zu schalten, die verschieden dimensioniert sind, wobei mindestens eine der Verstärkerstufen um- bzw. abschaltbar ist.

Eine derartige Schaltung zeigt Fig. 2, bei der das Interferometersignal S gleichzeitig an Analog-Digital-Umsetzern 6,7 über Verstärkerstufen 8,9 anliegt. Während die Verstärkerstufe 9 eine mittlere Verstärkung 1:16 besitzt, ist die Verstärkerstufe 8 mit einer größeren Verstärkung von 1:256 über einen Schalter 10, der über eine Logik 11 gesteuert wird, kurzzuschließen Die Logik 11 wählt außerdem die ausgangsseitig an den Umsetzern 6,7 vorliegenden gewandelten Signale meßbereichzugeordnet aus und führt sie einer Meßwertverarbeitungsstufe 12 zu. Dazu sind zum Beispiel in Abhängigkeit von digitalen Wert des Umsetzers 7 Auswahlsignale CS (Chip select) von der Stufe 12 wahlweise an die Umsetzer 6 oder 7 zu geben, wodurch entsprechend die Digitalwerte vom Umsetzer 6 bzw. 7 über die Logik 11 an die Stufe 12 weitergeleitet werden. Die Meßwertübernahme kann durch zugeordnete Bereitschaftssignale (Status-Signale) von Umsetzer 6 oder 7 über die Logik 11 ausgelöst werden. Auswahl und Bewertung kann auch nach der Übernahme in einem Rechner erfolgen. Eine Meßwertdigitalisierung mit dieser Lösung erfolgt durch Zuordnung des Umsetzers 6zu den Meßbereichen 0 - 0,39% und 6,2 -100% und des Umsetzers 7 zum Meßbereich 0,39 - 6,2% der Amplitude des Interferometersignals S. Für den Meßbereich 0 - 0,3b % ist der Verstä-ker 8 dem Umsetzer 6 zugeschaltet. Durch die verschiedenen Versturkungen liegen am Eingang des Umsetzers 6 0-99,8% des maximalen Pegels und am Eingang des Umsetzers 7 0-6,2% an. Werden die 0,39% des Signals S nicht überschritten, erfolgt die Messung durch den Umsetzer 6. Steigt die Signalspannung auf über 0,39% des maximalen Pegels des Signals S, wird zur Meßwertverarbeitung das ausgangsseitig am Umsetzer 7 vorliegende Signal ausgewählt. Bei der Amplitude des Interferometersignals S von größer als 0,39% ist der Umsetzer mit Zusatzverstärker übersteuert und ungenutzt. Die Digitalisierung erfolgt weiterhin durch den Umsetzer 7, an dessen Eingang nunmehr eine Signalspannung von 0,39-6,2% des maximalen Pegels von S anliegt. Steigt die Signalspanniing über einen besti.nmten Wert, z.B. 1,56%, wird der Verstärker 8 kurzgeschlossen, so daß der Umsetzer 6 mit einer Verstärkung von 1:1 arbeitet. Da in diesem Bereich das Signal des Umsetzers 7 weiterverarbeitet wird, ergeben sich durch die Verstärkungsänderung keine Meßwertverfälschungen. Im Bereich von 6,2% bis 100% des maximalen Pegels des Signals S erfolgt eine Weiterverarbeitung des ausgangsseitig am Umsetzer 6 vorliegenden digitalisierten Signals.

Der Umsetzer 7 ist in diesem Bereich übersteuert und ungenutzt. Die Prozentwerte für die Meßbereiche ergeben sich durch die Verstärkung der Eingangssignale und sinnvoll ausgewählte Digitalwerte der Umsetzer und können auch anders festgelegt werden.

Claims (2)

1. Schaltungsanordnung zur Meßwertdigitalisierung für Fourierspektrometer, bei der ein Meßsignal am Eingang eines Analog-Digital-Umsetzers anliegt der mit einer Meßwertverarbeitungsstufe in Verbindung steht, gekennzeichnet dadurch, daß das Meßsignal gleichzeitig am Eingang eines weiteren Analog-Digital-Umsetzers anliegt, mindestens einem der Umsetzer eine Verstärkerstufe mit während der Messung konstanter Verstärkung vorgeschaltet ist, und daß zur Zuordnung der Umsetzer zu verschiedenen Amplitudenbereichen des Meßsignals die Umsetzer ausgangsseitig über eine Entscheidungsstufe mit der Meßwertverarbeitungsstufe verbunden sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß beiden Umsetzern Verstärkerstufen mit verschiedener, während der Messung konstanter Verstärkung vorgeschaltet sind und die Verstärkerstufe mit höherer Verstärkung über die Entscheidungsstufe abschaltbar ist.

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Meßwertdigitalisierung für Fourierspektrometer. Sie ist im Analogkanal derartiger Geräte einsetzbar.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bei IR-Fourierspektrometern ist es notwendig, das Interferogramm des IR-Strahlenganges in einem Dynamikbereich von etwa 18 bit aufzunehmen. Da wesentliche Informationen für das daraus abzuleitende Spektrum in den Ausläufern des Interferogramms mit extrem kleinen Amplituden bis in den Bereich des Rauschpegels enthalten sind, ist es bei modernen Geräten üblich, 15- bis 16-bit-Analog-Digital-Umsetzer (ADU) mit einer hohen Umsetzrate einzusetzen. Zur Sicherung des Dynamikbereiches muß außerdem noch ein umschaltbarer Verstärker mit einer Verstärkung bis 1:8 zugeschaltet werden. Nachteile treten dann ein, wenn zur Gewährleistung einer hohen Arbeitsgeschwindigkeit des Spektrometer ein schneller, hochauflösender ADU mit Zusatzverstärker verwendet werden muß, üa der Verstärker beim Zuschalten innerhalb der kurzen Meßfolge durch Einlaufeffekte eine Meßwertverfälschung verursacht.
Von Nachteil ist außerdem der höhere Kostenaufwand eines 16-bit-ADU gegenüber einem ADU mit mittlerer Auflösung.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, mit vermindertem ökonomischen Aufwand und ohne Meßwertverfälschungen eine hohe Auflösung, insbesondere im Bereich kleiner Amplituden des Interferogramms zu erreichen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe besteht darin, eine flexible Anpassung an eine gewünschte Meßgenauigkeit ohne störende Einlaufeffekte des Verstärkers zu gewährleisten.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Schaltungsanordnung zur Meßwertdigitalisierung für Fourierspektrometer, bei der ein Meßsignal am Eingang eines Analog-Digital-Umsetzer anliegt der mit einer Meßwertverarbeitungsstufe in Verbindung steht, indem das Meßsignal gleichzeitig am Eingang eines weiteren Analog-Digital-Umsetzers anliegt, mindestens einem der Umsetzer eine Verstärkerstufe mit während der Messung konstanter Verstärkung vorgeschaltet ist, und daß zur Zuordnung der Umsetzer zu verschiedenen Amplitudenbereichen des Meßsignaii die Umsetzer ausgangsseitig über eine Entscheidungsstufe mit der Meßwertverarbeitungsstufe verbunden sind. Vorteilhaft ist es, beiden Umsetzern Verstärkerstufen mit verschiedener, während der Messung konstanter Verstärkung vorzuschalten, wobei die Stufe mit höherer Verstärkung über die Entsctfeidungsstufe abschaltbar ist. Mit dieser Schaltungsanordnung ist es möglich, unter Kostenminderung durch Einsatz zweier mittelauflösend ADU über das gesamte Interferogramm eine gegenüber hochauflösender ADU vergleichbare bzw. erhöhte Auflösung zu erreichen. Einlaufeffekte und deren negativer Einfluß auf das Meßergebnis werden vermieden, da keine Verstärkungsumschaltung im Meßkanal während der kurzen Zeit der Meßwertfolge erforderlich ist.

Der eine ADU kann durch eine während der Messung konstante Verstärkung mit seiner ganzen Dynamik den Bereich geringer Amplituden im Interferogramm absichern, während der andere ADU ohne Zusatzverstärkung für den Bereich größerer Amplituden ausgelegt ist.