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Die Erfindung betrifft ein Messsystem und ein Messverfahren zur Durchführung von elektromagnetischen Verträglichkeitsmessungen (EMV).
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Zur Vermessung der Abstrahlungen eines Messobjekts wird das Messobjekt herkömmlich in einer definierten Position und Ausrichtung positioniert. Eine Antenne wird dazu in definierter Ausrichtung und definiertem Abstand angeordnet. Ein mit der Antenne verbundener Messempfänger misst nun ein Frequenzspektrum. Anschließend wird die Orientierung des Messobjekts und/oder die Position und/oder die Ausrichtung der Antenne verändert und die Messung dann wiederholt. So wird eine Vielzahl von Messpunkten vermessen.
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So zeigt die europäische Patentanmeldung
EP 2 161 777 A1 ein Messsystem, mit welchem ein solcher manueller Aufbau störungsarm durchgeführt werden kann.
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Nachteilhaft hieran ist, dass der Messempfänger eine Vielzahl von Daten, ein Spektrum pro Anordnung messen, aufzeichnen und übertragen muss.
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Darüber hinaus ist es denkbar, das Messobjekt auf einem Drehtisch, dessen Position ferngesteuert wird anzuordnen. In einem solchen Messaufbau ist ebenfalls die Position und Ausrichtung der Antenne fernsteuerbar. Das Messobjekt wird somit dreidimensional vermessen. Dabei werden insbesondere die Richtungsmaxima der Abstrahlung bestimmt. Diese Richtungsmaxima sind aufgrund der mechanischen Gestaltung des Messobjekts wellenlängen- und damit frequenzabhängig. Während somit das Messobjekt und die Antenne bewegt werden, misst ein Messempfänger ein Frequenzspektrum. Es wird für jede Einzelposition der Antenne und des Messobjekts zueinander ein gesamtes Spektrum gemessen und aufgezeichnet. Dies resultiert in sehr großen zu speichernden und weiterzuverarbeitenden Datenmengen.
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Das Dokument
US 2001/0052779 A1 zeigt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Messung der elektromagnetischen Abstrahlung eines Messobjekts. Ein Messobjekt wird dabei auf einem Messtisch angeordnet. Eine Messantenne kann dabei um das Messobjekt herum bewegt und in ihrer Höhe variiert werden. Für jeden Punkt der Messantenne um das Messobjekt wird ein Frequenzspektrum aufgezeichnet. Für jede Frequenz wird dabei über sämtliche Ausrichtungen der Messantenne zum Messobjekt der Maximalwert gespeichert, um so ein Spektrum der Maximalwerte sämtlicher Ausrichtungen zu erhalten.
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Das Dokument
JP H02-176 572 A zeigt ein Messgerät. Dabei wird ein Rausch-Spektrum gemessen. Wenn das Rausch-Spektrum einen Schwellwert überschreitet, wird die Frequenz der Überschreitung gespeichert. Es wird eine Spektraldichte eines breiten Frequenzbereichs der Überschreitungen des Schwellwerts durch das Rausch-Spektrum aufgezeichnet.
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Das Dokument
DE 42 39 741 A1 zeigt ein Verfahren zum Messen der Funkstörfeldstärke von elektrischen Geräten. Dabei werden bei vorbestimmten kritischen Frequenzen eines breiten Gesamtfrequenzbereichs mit Variation des Azimuths des zu messenden Geräts sowie der Polarisation und der Höhe der Messantenne des Feldstärkemessgeräts die kritischen Frequenzen durch eine vorhergehende Funkstörleistungsmessung innerhalb des Gesamtfrequenzbereiches bestimmt.
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Das Dokument
EP 2 161 777 A1 zeigt einen Sensormast zur Vermessung von Messobjekten. Auf dem Sensormast ist dabei eine Messantenne angeordnet. Die Höhe der Messantenne kann durch Auswahl einer Zahl von Mast-Elementen eingestellt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Messsystem und ein Messverfahren zu schaffen, welche eine aufwandsarme Messung ermöglichen und gleichzeitig einen geringen Aufwand für die Speicherung und Weiterverarbeitung der Messwerte verursachen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß für das Messsystem durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 und für das Messverfahren durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der hierauf rückbezogenen Unteransprüche.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung in der ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, beispielhaft beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
- 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Messsystems;
- 2 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Messverfahrens;
- 3 ein erstes beispielhaftes Spektrum;
- 4 ein zweites beispielhaftes Spektrum;
- 5 ein drittes beispielhaftes Spektrum, und
- 6 ein viertes beispielhaftes Spektrum.
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Zunächst werden anhand der 1 der Aufbau und die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Messsystems erläutert. Mittels 2 wird anschließend die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Messverfahrens veranschaulicht. Anhand der 3 - 6 wird näher auf die Funktionsweise eines beispielhaften Messsystems und eines beispielhaften Messverfahrens eingegangen. Identische Elemente wurden in ähnlichen Abbildungen z.T. nicht wiederholt dargestellt und beschrieben.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Messsystems. Ein Messobjekt 14 ist auf einem Drehtisch 15 angeordnet. Der Drehtisch 15 ist mit einer Verarbeitungseinrichtung 17, welche ihn steuert verbunden. Eine Antenne 12 ist mittels einer Antennenhalterung 11 an einem Antennenmast 10 angebracht. Der Antennenmast 10 wird von dem Antennenfuß 13 gehalten. Die Antennenhalterung 11 ist in der Höhe verstellbar. Die Ausrichtung der Antenne 12 für eine horizontale Polarisation und eine vertikale Polarisation wird durch eine drehbare Lagerung der Antenne 12 an der Antennenhalterung 11 erreicht. Sowohl die Einstellung der Höhe der Antennenhaltung 11 an dem Antennenmast 10 wie auch die Ausrichtung der Antenne 12 erfolgen automatisch und werden ebenfalls durch die Verarbeitungseinrichtung 17 gesteuert. Ein Hochfrequenzausgang der Antenne 12 ist weiterhin über eine Hochfrequenzleitung mit einem Messempfänger 16 verbunden. Der Messempfänger 16 ist weiterhin mit der Verarbeitungseinrichtung 17 verbunden.
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Die Verarbeitungseinrichtung 17 steuert die Ausrichtung des Messobjekts 14 und der Antenne 12 zueinander. Sie fährt eine Vielzahl von Messpunkten nacheinander an. Bei jedem der Messpunkte durchläuft der Messempfänger 16 eine Messung eines Spektrums.
Vor Beginn der Messung erfolgt im erfindungsgemäßen Messsystem eine Synchronisierung der in dem Messempfänger 16 und in der Verarbeitungseinrichtung 17 enthaltenen Uhren bzw. Zeitgeber z.B. in Form des jeweiligen Systemtakts.
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Die Verarbeitungseinrichtung 17 zeichnet nun kontinuierlich die genaue Ausrichtung des Messobjekts 14 und der Antenne 12 und die genaue Uhrzeit oder sonstige Zeitmarke auf. Hierzu gehört ebenfalls die Höhe der Antenne 12 an dem Antennenmast 10. D.h. zu einer gegebenen Uhrzeit während der Messung kann die genaue Ausrichtung des Messobjekts 14 und der Antenne 12 ermittelt werden.
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Der Messempfänger 16 misst an einem ersten Messpunkt ein erstes Spektrum und zeichnet dieses vollständig auf. Nach dem Verfahren des Messobjekts und/oder der Antenne misst der Messempfänger 16 ein zweites Spektrum. Vor der Aufzeichnung vergleicht er nun bei jeder gemessenen Frequenz den Messwert mit sämtlichen bereits aufgezeichneten Spektren. Es werden lediglich die n höchsten Messwerte für jede Frequenz aufgezeichnet. Falls in einer nicht erfindungsgemäßen Ausführung n = 1 wird somit lediglich der höchste Messwert jeder einzelnen Frequenz über sämtliche Frequenzspektren aufgezeichnet. Gleichzeitig speichert der Messempfänger 16 die genauen Zeitpunkte, zu welchem die n höchsten Messwerte gemessen wurden.
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Sobald sämtliche Messpunkte abgefahren wurden, überträgt der Messempfänger 16 für jede Frequenz der gemessenen Spektren lediglich die n höchsten Messwerte an die Verarbeitungseinrichtung 17. In einer nicht erfindungsgemäßen Ausführung, bei n = 1 wird somit lediglich ein einziges Spektrum übertragen. Bei üblicherweise 1.000 bis 10.000 Messpunkten bei einer EMV-Messung ergibt sich somit eine Reduktion der aufgezeichneten und weiterzuverarbeitenden Daten um den Faktor 1.000 bis 10.000. Selbst bei n = 8 ergibt sich noch immer eine signifikante Reduktion der Datenmenge. Auf den genauen Ablauf der Messung wird anhand der 2 - 6 im Folgenden eingegangen.
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In 2 wird ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Messverfahrens gezeigt. In einem ersten Schritt 20 werden die Mastbewegung und die Drehtischbewegung gestartet. D.h. die Positionierung und Ausrichtung der Antenne und des Messobjekts werden begonnen. Dieser Schritt wird im erfindungsgemäßen Messsystem von der Verarbeitungseinrichtung ausgelöst.
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In einem anschließenden zweiten Schritt 21 wird ein Signal zum Beginn der Messung der Spektren ausgesendet. Im erfindungsgemäßen Messsystem wird dieses Signal ebenfalls durch die Verarbeitungseinrichtung ausgesendet. In einem dritten Schritt 22 werden die Position und Ausrichtung von Antenne und Drehtisch ausgelesen. In einem vierten Schritt 23 werden die Position und Ausrichtung von Antenne und Drehtisch mit dem gegenwärtigen genauen Zeitpunkt in einer Liste 37 gespeichert. Die Schritte 22 und 23 werden im erfindungsgemäßen Messsystem ebenfalls von der Verarbeitungseinrichtung durchgeführt. In einem fünften Schritt 24 wird überprüft, ob bereits sämtliche Messpositionen abgefahren wurden. Ist dies nicht der Fall, wird mit dem dritten Schritt 22 fortgefahren.
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Sobald im zweiten Schritt 21 das Signal zum Start der Messung der Spektren ausgesendet wurde, wird in einem sechsten Schritt 25 mit der Messung der Spektren begonnen. D.h. das Frequenzspektrum wird einmal durchlaufen. In einem siebten Schritt 26 wird anschließend für jeden Frequenzpunkt des Spektrums ein Vergleich mit dem bislang aufgezeigten Spektrum durchgeführt. In einem achten Schritt 27 wird der genaue gegenwärtige Zeitpunkt ermittelt. In einem neunten Schritt 28 wird das ermittelte Maximum des gegenwärtig gemessenen Spektrums und des gespeicherten Spektrums für jeden einzelnen Frequenzpunkt mit der genauen Uhrzeit der Messung des Frequenzpunkts in einer Ergebnisliste 38 gespeichert. Bei dem hier gezeigten nicht erfindungsgemäßen Beispiel wird von einer Anzahl n = 1 höchster zu speichernder Messwerte pro Frequenzpunkt ausgegangen. Ist erfindungsgemäß n > 1, so erfolgt in dem siebten Schritt 26 ein Vergleich des gerade gemessenen Messwerts für jeden einzelnen Frequenzpunkt mit sämtlichen gespeicherten Messwerten für diesen Frequenzpunkt.
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In dem neunten Schritt 28 erfolgt die Speicherung der n höchsten Messwerte pro Frequenzpunkt in einer Liste 38. Eine Sortierung der Messwerte kann in diesem Schritt hierzu durchgeführt werden. Die Schritte 25 - 28 werden in dem erfindungsgemäßen Messsystem von dem Messempfänger durchgeführt. In einem zehnten Schritt 29 wird, nachdem sämtliche Messpositionen abgefahren wurden, ein Signal zur Beendigung der Messung ausgesendet. In dem erfindungsgemäßen Messsystem wird das Signal von der Verarbeitungseinrichtung an den Messempfänger gesendet. In einem elften Schritt 30 wird der Eingang des im zehnten Schritt 29 ausgesendeten Signals überwacht. Ist das Signal noch nicht eingetroffen, wird der Messung eines weiteren Spektrums in Schritt 25 begonnen. Wurde das Signal jedoch empfangen, wird die Messung im zwölften Schritt 31 beendet.
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Die gegenwärtig in der Liste 38 gespeicherten Maxima und Zeitpunkte entsprechen den endgültigen weiterzuverarbeitenden Maxima und Zeitpunkten. Diese werden in einem dreizehnten Schritt 32 eingelesen. In einem vierzehnten Schritt 33 wird aus der Liste der Maxima und Zeitpunkte 38 und der Liste der Positionen und Zeitpunkte 37, welche im vierten Schritt 23 erstellt wurde, eine neue Liste mit Maxima und Positionen ermittelt. Hierzu werden zu übereinstimmenden Zeitpunkten die Positionen und die Maxima miteinander verknüpft. Liegen die im Schritt 33 verknüpften Zeitpunkte der Liste 38 und der Liste 37 nicht exakt übereinander, werden die Maxima und die Positionen der am nächsten beieinander liegenden Zeitpunkte verknüpft.
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Sofern erfindungsgemäß n > 1 gilt, beinhaltet die neue Liste der Maxima und Positionen 39 zu jedem Frequenzpunkt n Maxima und n zugehörige Positionen.
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In 3 - 5 werden jeweils beispielhafte Spektren 43, 44, 45, wie sie im Schritt 25 aus 2 gemessen werden, dargestellt. Zu diskreten Zeitpunkten ist jeweils ein Messwert dargestellt. Jedes der dargestellten Spektren 43, 44, 45 entspricht dabei einem Messpunkt, d.h. einer räumlichen Anordnung des Messobjekts und der Antenne zueinander. Dies beinhaltet die Position des Drehtisches, die Position der Antenne am Antennenmast und die Ausrichtung der Antenne. In einer realen Messung wird eine sehr große Anzahl, z.B. 5.000, solcher Spektren gemessen. Die hier dargestellten Spektren 43, 44, 45 weisen jeweils unterschiedliche Maxima 40, 41, 42 auf.
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In 6 ist ein nicht erfindungsgemäßes beispielhaftes zusammengefasstes Spektrum 46 dargestellt. D.h. an jedem einzelnen Frequenzpunkt beinhaltet das Spektrum 46 in 6 das Maximum der Messwerte der Spektren der 3 - 5. Das Spektrum 46 aus 6 entspricht dem in Schritt 28 gespeicherten Maximum aus 2.
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Zusätzlich wird zu jedem einzelnen Frequenzpunkt gespeichert, zu welchem Zeitpunkt der Messwert, welcher in diesem Spektrum 46 gespeichert ist, aufgezeichnet wurde.
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Hier ist dieser Zeitpunkt direkt unterhalb des jeweiligen Messwerts angegeben. Das Spektrum 43 aus 3 wurde zum Zeitpunkt 1 gemessen. Das Spektrum 44 aus 4 wurde zum Zeitpunkt 2 gemessen und das Spektrum 45 aus 5 wurde zum Zeitpunkt 3 gemessen. So wird deutlich, dass das Maximum 41 aus 4 nun hier als Maximum 51 vorliegt. Das Maximum 40 aus 3 liegt hier nun als Maximum 50 vor. Das Maximum 42 aus 5 liegt hier nun als Maximum 52 vor.
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Da die Messung eines gesamten Spektrums einen nennenswerten Zeitraum in Anspruch nimmt, werden bei realen Messungen die tatsächlichen Zeitpunkte der Messung jedes individuellen Messwerts gespeichert. In 6 wurde dies vereinfacht dargestellt. Dort wurde für jedes Einzelspektrum 43, 44, 45 ein gemeinsamer Zeitpunkt angenommen.
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In 3 - 6 wurde der nicht erfindungsgemäße Fall für die Anzahl der höchsten zu speichernden Messwerte von n = 1 dargestellt. Ist erfindungsgemäß n > 1, so werden zusätzlich zu dem Spektrum 46 aus 6 weitere n - 1 Spektren und zugehörige Zeitpunkte aufgezeichnet. Bei n = 2 wird somit ein zweites Spektrum, in welchem jeweils der zweithöchste Messwert für jeden Frequenzpunkt und der zugehörige Zeitpunkt gespeichert ist, aufgezeichnet.
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Die Messung des genauen Zeitpunkts durch den Messempfänger und durch die Verarbeitungseinrichtung für jede Position und für jeden Messwert erfolgt dabei vorzugsweise mit einer Genauigkeit von mindestens 50 ms, bevorzugt 10 ms.
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Zur weiteren Verfeinerung der Ergebnisse dieser Messung können zusätzlich Messwerte, welche auf der Frequenzachse oder räumlich direkt benachbart zu lokalen Maxima der Messwerte liegen, hinsichtlich der Aufzeichnung der höchsten Messwerte unberücksichtigt bleiben, da lediglich die lokalen Maxima von Interesse sind. Eine höhere Anzahl lokaler Maxima kann insbesondere bei breiten lokalen Maxima so aufgezeichnet werden.
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Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Wie bereits erwähnt, kann auch eine höhere Anzahl höchster Messwerte pro Frequenzpunkt gespeichert werden. Alle vorstehend beschriebenen Merkmale oder in den Figuren gezeigten Merkmale sind im Rahmen der Erfindung beliebig vorteilhaft miteinander kombinierbar.