DE10141409A1 - Apparatus, for acquiring and displaying noise impulses during measurement of small high ohmic signals, comprises analogue/digital converter, signal evaluation unit, storage unit, and display unit - Google Patents
Apparatus, for acquiring and displaying noise impulses during measurement of small high ohmic signals, comprises analogue/digital converter, signal evaluation unit, storage unit, and display unitInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung und Darstellung von Störimpulsen bei der Messung insbesondere kleiner, hochohmig zu messender Signale. The invention relates to a device for recording and displaying Interference impulses when measuring, in particular small, high-impedance measuring signals.
Zum Hintergrund der Erfindung ist festzuhalten, dass oftmals gerade im industriellen Umfeld bei der erwähnten Erfassung kleiner, hochohmig zu messender Signale mehr oder weniger starke Störimpulse unterschiedlichster Herkunft in der Messanordnung generiert werden. Es können dies beispielsweise Schaltimpulse von elektrischen Anlagen, Netzbrummen, Mobilfunksignale usw. sein. Wegen der hochohmigen Messung ist die Messanordnung gegen die Einstrahlung solcher Störungen sehr empfindlich. Die generierten Störimpulse überlagern sich dem Messsignal und verfälschen oft unbemerkt den Messwert. Grund hierfür ist beispielsweise, dass bei einer kurzzeitigen Übersteuerung der Eingangsverstärker etwa eines pH- Messgerätes durch periodische Störimpulse diese Störungen durch regelmäßig dem Messeingang nachgeschaltete Filter und einen nachfolgenden Analog/Digital-Wandler kaschiert werden. Der Analog/Digital-Wandler stellt nämlich ein typisches Mittelwert-bildendes Element in der Messwerterfassung und -auswertung dar, wodurch die Störimpulse in die Mittelwertbildung einbezogen und der dadurch gewonnene Messwert mehr oder weniger stark verfälscht ist. With regard to the background of the invention, it should be noted that often in particular industrial environment with the above-mentioned detection of small, high-resistance measuring signals more or less strong interference pulses different origins can be generated in the measurement arrangement. It can for example switching impulses from electrical systems, mains hum, Cellular signals, etc. Because of the high impedance measurement, the Measuring arrangement very sensitive to the radiation of such interference. The generated interference impulses overlap the measurement signal and falsify often the measurement value goes unnoticed. The reason for this is, for example, that at a brief override of the input amplifier, for example a pH Measuring device by periodic interference impulses regular filter downstream of the measurement input and a subsequent one Analog / digital converter can be concealed. The analog / digital converter namely represents a typical averaging element in the Measured value acquisition and evaluation, whereby the interference impulses in the Averaging included and the resulting measurement more or is less adulterated.
Aus dem Stand der Technik ist zur Lösung dieser Problematik lediglich ein Ansatz dahingehend bekannt, dass an einschlägigen Messgeräten eine Warnlampe vorgesehen ist, die bei Überschreitung eines definierten Grenzwertes durch das Messsignal aktiviert wird. From the prior art there is only one solution to this problem Approach known that a relevant Warning lamp is provided when a defined limit is exceeded Limit value is activated by the measurement signal.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erfassung und Darstellung von Störimpulsen anzugeben, mit der eine Visualisierung der Störimpulse und deren grobe Charakteristika, wie Auftretenshäufigkeit und -zeitpunkte möglich wird. The invention has for its object a device for detection and indicate interference pulses with which a visualization the interference impulses and their rough characteristics, such as frequency of occurrence and times is possible.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1
angegebenen Merkmale gelöst. Demnach umfasst eine erfindungsgemäße
Vorrichtung
- - einen dem Signaleingang nachgeschalteten Analog/Digital-Wandler zur Digitalisierung des Signals,
- - eine dem Analog/Digital-Wandler nachgeschaltete Signal- Auswerteeinheit zur Erfassung von den Normal-Signalpegel überschreitenden Störimpulsen,
- - einer Speichereinheit zur zeitlich aufgelösten Speicherung der erfassten Störimpulse, und
- - einer Anzeigeeinheit zur zeitlich aufgelösten grafischen Darstellung der Häufigkeit der erfassten Störimpulse.
- an analog / digital converter downstream of the signal input for digitizing the signal,
- a signal evaluation unit downstream of the analog / digital converter for detecting interference pulses which exceed the normal signal level,
- - A storage unit for the temporally resolved storage of the detected interference pulses, and
- - A display unit for a time-resolved graphic representation of the frequency of the detected interference pulses.
Durch diese erfindungsgemäße Vorrichtung werden die in die Messanordnung eingestrahlten Störimpulse erfasst, ausgewertet und zur Anzeige gebracht. Durch die zeitlich aufgelöste grafische Darstellung der erfassten Störimpulse wird deren Auftretenshäufigkeit und -Zeit augenfällig für das Messpersonal dargestellt, wodurch ein möglicher Einfluss der Störimpulse auf das Messergebnis abgeschätzt werden kann. Durch die zeitliche Auflösung besteht ferner die Möglichkeit, beispielsweise regelmäßig wiederkehrende Störungen, wie sie etwa durch das periodische Ein- und Ausschalten einer elektrischen Anlage auftreten, zu erkennen und entsprechende Gegenmaßnahmen einzuleiten. By this device according to the invention, the in Measuring arrangement radiated interference pulses recorded, evaluated and for display brought. Through the temporally resolved graphic representation of the recorded Interference impulses their frequency and time of occurrence becomes obvious for that Measured personnel represented, whereby a possible influence of the interference pulses can be estimated on the measurement result. Due to the temporal Dissolution is also possible, for example regularly recurring faults, such as those caused by periodic switching on and off occur in an electrical system, recognize and corresponding Take countermeasures.
Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind ferner der nachfolgenden Beschreibung entnehmbar, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert wird. Es zeigen: Preferred embodiments of the device according to the invention result from the subclaims. Other features, details and Advantages of the invention are also the following description removable in which an embodiment of the invention based on the attached drawings is explained in more detail. Show it:
Fig. 1 bis 3 Blockdiagramme von Erfassungs- und Darstellungsvorrichtungen in unterschiedlichen Ausführungsformen, und Figs. 1 to 3 are block diagrams of acquisition and display devices in different embodiments, and
Fig. 4 bis 7 Ansichten der Anzeigeeinheit der Vorrichtung mit zeitlich aufgelöster, grafischer Darstellung unterschiedlicher Störimpulsverläufe. Fig. 4 to 7 are views of the display unit of the device with time-resolved, graphical representation of different Störimpulsverläufe.
Die in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Vorrichtungen zur Erfassung und Darstellung von Störimpulsen bei der Messung kleiner, hochohmig zu messender Spannungen sind beispielsweise in einem pH-Messgerät integriert, wie es im industriellen Umfeld zur Überwachung einer Vielzahl von Prozessen eingesetzt wird. In der in Fig. 1 gezeigten Ausprägung weist die Erfassungs- und Darstellungsvorrichtung einen dem Signaleingang 1 nachgeschalteten Analog/Digital-Wandler 2 auf, der das am Eingang anstehende Messsignal digitalisiert. Ist der Wandler 2 ausreichend schnell, so erfolgt die Verarbeitung des am Signaleingang 1 anstehenden Messsignals digital in Echtzeit. Der Wandler kann der ohnehin in einem pH-Messgerät vorhandene Wandler sein. The devices shown in FIGS. 1 to 3 for detecting and displaying interference pulses when measuring small, high-resistance voltages are integrated, for example, in a pH meter, as is used in industrial environments to monitor a large number of processes. In the form shown in FIG. 1, the detection and display device has an analog / digital converter 2 , which is connected downstream of the signal input 1 and which digitizes the measurement signal present at the input. If the converter 2 is sufficiently fast, the measurement signal present at the signal input 1 is processed digitally in real time. The converter can be the converter that is already present in a pH measuring device.
Dem Analog/Digital-Wandler 2 ist eine Signal-Auswerteeinheit 3 nachgeschaltet, bei der es sich in der Regel um einen Mikroprozessor handelt, der beispielsweise auch für die Steuerung des gesamten Messgerätes eingesetzt wird. Die Signal-Auswerteeinheit 3 wertet die Anzahl und Amplitude der in den zeitlich aufeinanderfolgenden Signalen auftretenden Störimpulse aus. Um eine Auswertung der Signale über einen längeren Zeitraum zu ermöglichen, werden die Signale in einer Speichereinheit 4 gespeichert. Schließlich ist eine als dynamische Balkenanzeige ausgebildete Anzeigeeinheit 5 vorgesehen, wie sie in den Fig. 4 bis 7 beispielhaft wiedergegeben ist. Es handelt sich dabei um eine übliche Matrix-LCD-Anzeige, auf der eine horizontale Zeitachse t und eine vertikale, die Häufigkeit S von Störimpulsen wiedergebende Achse definiert ist. Ferner ist eine Maximalamplitude A auf dieser Anzeige erkennbar, die ein Ausfallgrenze für den Messprozess setzt. The analog / digital converter 2 is followed by a signal evaluation unit 3 , which is generally a microprocessor which is also used, for example, to control the entire measuring device. The signal evaluation unit 3 evaluates the number and amplitude of the interference pulses occurring in the chronologically successive signals. In order to enable the signals to be evaluated over a longer period of time, the signals are stored in a storage unit 4 . Finally, a display unit 5 designed as a dynamic bar display is provided, as is shown by way of example in FIGS. 4 to 7. It is a conventional matrix LCD display on which a horizontal time axis t and a vertical axis which represents the frequency S of interference pulses are defined. Furthermore, a maximum amplitude A can be seen on this display, which sets a failure limit for the measuring process.
Die Auswertung der vom A/D-Wandler 2 digitalisierten Messwerte und deren Speicherung erfolgt dadurch, dass die Signal-Auswerteeinheit 3 den Wandler 2 zyklisch, z. B. im Abstand von 12,5 msec abfragt. In einem festen Zeitraster von z. B. 10 sec werden alle Messwerte gezählt, die einen unteren Schwellenwert überschreiten und somit als Störsignale qualifiziert werden. Aus der Anzahl der registrierten Messwerte für eine 10 sec- Periode wird ein analoger Wert gebildet, der auf der Anzeigeeinheit 5 in Form eines vertikalen Balkens B angezeigt wird. Dieser Anzeigebalken B repräsentiert also die Häufigkeit, innerhalb derer in dem festen Zeitraster von 10 sec bei den abgefragten Signalwerten ein Grenzwert überschritten wurde. Sofern diese Häufigkeit ein unteres Warnlimit nicht überschreitet, wird der Häufigkeitswert auf Null gesetzt. The evaluation of the A / D converter 2 the digitized measured values and their storage takes place in that the signal evaluation unit 3 to the converter 2 cyclically, z. B. polls at intervals of 12.5 msec. In a fixed time grid of z. B. 10 seconds, all measured values are counted that exceed a lower threshold and are thus qualified as interference signals. An analog value is formed from the number of registered measured values for a 10 sec period, which is displayed on the display unit 5 in the form of a vertical bar B. This display bar B thus represents the frequency within which a limit value for the signal values queried was exceeded in the fixed time interval of 10 seconds. If this frequency does not exceed a lower warning limit, the frequency value is set to zero.
Die in den Fig. 4 bis 7 dargestellte Anzeige ist bezüglich der Zeitachse eine dynamische Balkenanzeige, da in dem angegebenen Zeitraster beispielsweise von 10 sec die gesamte Anzeige um eine Balkenbreite nach links rückt, der am Nullpunkt liegende Balken also aus der Darstellung herausfällt und rechts ein neuer Anzeigebalken entsprechend der Häufigkeit der Störimpulse generiert wird. The display shown in FIGS. 4 to 7 is a dynamic bar display with respect to the time axis, since in the specified time grid, for example of 10 seconds, the entire display moves one bar width to the left, i.e. the bar at the zero point falls out of the display and is on the right new display bar is generated according to the frequency of the interference pulses.
Bevor auf die Charakteristika der einzelnen Balkendiagramme gemäß Fig. 4 bis 7 eingegangen wird, sind noch die weiteren Ausführungsbeispiele gemäß Fig. 2 und 3 zu erläutern. Diese unterscheiden sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dahingehend, dass kein schneller Analog/Digital- Wandler zur Echtzeitanalyse des Messsignals am Signaleingang 2 vorgesehen sein muss. So ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 dem Signaleingang 1 ein Gleichrichter 6 und eine Signalverlängerungseinheit 7 (ein sog. "Glitch"-Detektor) nachgeschaltet, der mit dem Eingang des A/D- Wandlers 2 verbunden ist. Aufgrund des Gleichrichters 6 werden die Eingangssignale nur betragsmäßig, nicht jedoch in ihren Polaritäten erfasst, was für übliche Erfassungs- und Darstellungsaufgaben ausreichend ist. Ferner ist es dadurch möglich, unipolare A/D-Wandler zu verwenden, wie sie in vielen üblichen Mikroprozessoren bereits integriert sind. Durch die Signalverlängerungseinheit 7 ist gewährleistet, dass sehr kurze Störimpulse "künstlich" verbreitert werden und somit auch von einem langsameren A/D-Wandler 2 erfasst werden. Before going into the characteristics of the individual bar diagrams according to FIGS. 4 to 7, the further exemplary embodiments according to FIGS. 2 and 3 have to be explained. These differ from the first exemplary embodiment in that no fast analog / digital converter has to be provided for real-time analysis of the measurement signal at signal input 2 . Thus, in the embodiment of FIG. 2 to the signal input 1, a rectifier 6, and a signal extension unit (a so-called. "Glitch" detector) followed by 7, which is connected to the input of the A / D converter 2. Because of the rectifier 6 , the input signals are only recorded in terms of amount, but not in their polarities, which is sufficient for conventional detection and display tasks. It also makes it possible to use unipolar A / D converters that are already integrated in many common microprocessors. The signal extension unit 7 ensures that very short interference pulses are "artificially" broadened and thus also recorded by a slower A / D converter 2 .
Im übrigen weist die Ausführungsform gemäß Fig. 2 den Mikroprozessor als Signal-Auswerteeinheit 3, eine Speichereinheit 4 und die Anzeigeeinheit 5 auf. Otherwise, the embodiment according to FIG. 2 has the microprocessor as a signal evaluation unit 3 , a memory unit 4 and the display unit 5 .
Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform ist eine zweikanalige Anordnung ohne Gleichrichter gewählt, bei der dem Signaleingang 1 zwei Signalverlängerungseinheiten 7.1 und 7.2 nachgeschaltet sind. Damit können Störimpulse der beiden Polaritäten getrennt erfasst und ausgewertet werden, wobei die Selektion zwischen beiden Kanälen durch den vom Mikroprozessor 3 gesteuerten Schalter 9 schematisch angedeutet ist. Im übrigen sind analog Fig. 2 wiederum der erörterten A/D-Wandler 2, Speichereinheit 4 und Anzeigeeinheit 5 vorhanden. In the embodiment shown in FIG. 3, a two-channel arrangement without a rectifier is selected, in which the signal input 1 is followed by two signal extension units 7.1 and 7.2 . Interference pulses of the two polarities can thus be detected and evaluated separately, the selection between the two channels being indicated schematically by the switch 9 controlled by the microprocessor 3 . For the rest, analogous to FIG. 2, the A / D converter 2 , memory unit 4 and display unit 5 discussed are again present.
Die in den Fig. 4 bis 7 gezeigten Beispielsfälle für die erfindungsgemäße Erfassung und Darstellung von Störimpulsen lassen sich wie folgt charakterisieren: The example cases shown in FIGS. 4 to 7 for the detection and display of interference pulses according to the invention can be characterized as follows:
Jeder Balken B symbolisiert auf der Zeitachse t eine Erfassungszeit von 10 sec. Dies bedeutet, dass das auf der Anzeigeeinheit 5 sichtbare Zeitfenster F im Beispiel gemäß Fig. 4 ca. 1000 sec, das Zeitfenster F' in den Fig. 5 bis 7 etwa 400 sec wiedergibt. Alle 10 sec verschiebt sich die Darstellung in den Anzeigeeinheiten um einen Balken nach links, so dass der jeweils aktuellste Wert am rechten Rand des Zweitfensters F bzw. F' eingestellt wird und der jeweils älteste Wert am linken Rand des Zeitfensters F bzw. F' herausfällt. Each bar B symbolizes a detection time of 10 seconds on the time axis t. This means that the time window F visible on the display unit 5 in the example according to FIG. 4 is approximately 1000 seconds, the time window F 'in FIGS. 5 to 7 approximately 400 sec plays. Every 10 seconds the display shifts one bar to the left, so that the most current value is set on the right edge of the second window F or F 'and the oldest value on the left edge of the time window F or F' falls out ,
In dem Beispiel gemäß Fig. 4 ist eine relativ massive Störung erkennbar, die mit einer Periode von ca. 400 sec auftritt und ca. 190 sec dauert. Die Störung ist dabei nicht so gravierend, dass die Maximalhäufigkeit A (= Ausfallgrenze) erreicht wird. Ein derartiges Störimpulsbild könnte beispielsweise von einem periodisch laufenden, größeren Elektromotor stammen, der dann als Störquelle ausfindig gemacht werden kann. In the example according to FIG. 4, a relatively massive disturbance can be seen, which occurs with a period of approx. 400 sec and lasts approx. 190 sec. The disturbance is not so serious that the maximum frequency A (= failure limit) is reached. Such an interference pulse image could originate, for example, from a periodically running, larger electric motor, which can then be found as a source of interference.
Die Fig. 5 gibt die Verhältnisse bei einer dauerhaft stark gestörten Messung wieder. Alle Balken B reichen fast bis an die Ausfallgrenze A heran, zwei übersteigen sie sogar. Das Messpersonal kann also sofort erkennen, dass die vorliegende Messung erheblich verfälscht sein muß. Das Messumfeld ist ferner als unakzeptabel erkannt. FIG. 5 shows the conditions in the case of a measurement which is strongly disturbed in the long term. All bars B almost reach the failure limit A, two even exceed them. The measurement personnel can therefore immediately recognize that the measurement at hand must be significantly falsified. The measurement environment is also recognized as unacceptable.
Die Anzeige gemäß Fig. 6 zeigt innerhalb des Zeitfensters F' lediglich eine signifikante Störung, ansonsten herrschen gering gestörte Verhältnisse, so dass zum aktuellen Zeitpunkt (rechter Rand des Zeitfensters F') die Messung und das Messumfeld als in Ordnung gelten können. The display according to FIG. 6 shows only a significant disturbance within the time window F ', otherwise there are slightly disturbed conditions, so that the measurement and the measurement environment can be regarded as OK at the current time (right edge of the time window F').
Fig. 7 zeigt eine periodisch wiederkehrende, kurze Störung, wie beispielsweise der Einschaltimpuls eines periodisch laufenden Gerätes. Die Periodizität dieser durch die Balken B charakterisierten Störimpulse kann von der Auswerteeinheit 3 analysiert und entsprechend zur Anzeige gebracht werden. Fig. 7 is a recurring, brief disturbance, such as the switch-on displays a periodically running device. The periodicity of these interference pulses characterized by the bars B can be analyzed by the evaluation unit 3 and displayed accordingly.
Claims (11)
einen dem Signaleingang (1) nachgeschalteten Analog/Digital- Wandler (2) zur Digitalisierung des Signals,
einer dem Analog/Digital-Wandler (2) nachgeschaltete Signal- Auswerteeinheit (3) zur Erfassung von den Normal-Signalpegel überschreitenden Störimpulsen,
einer Speichereinheit (4) zur zeitlich aufgelösten Speicherung der erfassten Störimpulse, und
einer Anzeigeeinheit (5) zur zeitlich aufgelösten grafischen Darstellung der Häufigkeit der erfassten Störimpulse. 1. Device for detecting and displaying interference pulses during the measurement, in particular of small, high-resistance signals to be measured, comprising
an analog / digital converter ( 2 ) connected downstream of the signal input ( 1 ) for digitizing the signal,
a signal evaluation unit ( 3 ) connected downstream of the analog / digital converter ( 2 ) for detecting interference pulses which exceed the normal signal level,
a storage unit ( 4 ) for the temporally resolved storage of the detected interference pulses, and
a display unit ( 5 ) for a time-resolved graphic representation of the frequency of the detected interference pulses.
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2001
- 2001-08-23 DE DE10141409A patent/DE10141409B4/en not_active Expired - Fee Related
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Knick, Process Unit 76 X pH, 30.11.2000 * |
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