DE102019102992A1

DE102019102992A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Aufnehmen und Verarbeiten und Ausgeben von synchronisierten Messdaten sowie Computerprogrammprodukt und Verwendung

Info

Publication number: DE102019102992A1
Application number: DE102019102992.9A
Authority: DE
Inventors: Stephan Bökelmann; Odin Holmes; Jürgen Perkams
Original assignee: Auto Intern GmbH
Current assignee: Auto Intern GmbH
Priority date: 2019-02-06
Filing date: 2019-02-06
Publication date: 2020-08-06
Also published as: DE112020000729A5; WO2020160729A1

Abstract

Beim Analysieren von Messdaten wird gern auf eine Oszilloskop-Funktion zurückgegriffen. Oszilloskope, die eine Vielzahl von Mess-Kanälen abbilden können, sind jedoch sehr aufwändig bzw. teuer in der Anschaffung. Bereitgesellt wird eine Messdatenauswertevorrichtung (10) eingerichtet zum Aufnehmen und Verarbeiten und Ausgeben von Messdaten und eingerichtet zum Verarbeiten der Messdaten in einer Messkette zwischen wenigstens einem Sensor oder Messdatenkopf (2) und einem PC (5), mit: einem Eingangs-Kanal (11); einem Mikrocontroller (12) mit Analog-Digital-Konverter (13) zum und Impedanz-Wandler (14); einem Ausgangs-Kanal (19) zu einem PC (5). Erfindungsgemäß ist die Messdatenauswertevorrichtung (10) eingerichtet ist zum Abbilden der Funktionalität eines digitalen Signalrekorders mittels des Mikrocontrollers (12), wobei der Mikrocontroller zum messbereichsspezifischen Verarbeiten der eingangsseitigen Messdaten in einer Mehrzahl von Messbereichen eingerichtet ist, wobei der Mikrocontroller zum zeitpunktbezogenen synchronisierbaren Ausgeben der ausgangsseitigen Messdaten bezüglich oder basierend auf mittels des Messsignals vorgegebener/vorgebbarer Referenzzeitpunkten eingerichtet ist. Hierdurch können auch komplexe Messungen mittels eines einfachen und kostengünstigen Aufbaus durchgeführt werden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Aufnehmen und Verarbeiten und Ausgeben von synchronisierten Messdaten, insbesondere zum Abbilden der Funktionalität von mehrkanaligen digitalen Speicher-Oszilloskopen. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogrammprodukt zum Steuern des Messverfahrens. Nicht zuletzt betrifft die vorliegende Erfindung auch die Verwendung wenigstens einer einkanaligen Messdatenauswertevorrichtung beim synchronisierbaren Datenaustausch in einer Messkette zwischen Messkopf und Computer. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren jeweils gemäß dem Oberbegriff des jeweiligen unabhängigen Anspruchs.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Üblicherweise zeichnet sich eine Messkette durch die folgenden Schritte bzw. Komponenten aus: Messdatenerfassung über wenigstens einen Messkopf, Strukturierung bzw. Zuordnung der Messdaten, Auswertung der Messdaten, Darstellung der Messdaten. Speziell der Aufbau einer digitalen Messkette kann wie folgt beschrieben werden:

1. Schritt: Wandlung einer beliebigen physikalischen Größe in ein Spannungs- oder Stromsignal (Messumformung);
2. Schritt: Digitalisierung des elektrischen Signals und gegebenenfalls Bereitstellung einer Hilfsenergie für den Messumformer (Messumformerspeisegerät);
3. Schritt: Übertragung des digitalisierten Messwert über ein Bus-System;
4. Schritt: Archivierung der Rohdaten.

Mit dem Aufbau der Datenbank kann die Messung als abgeschlossen interpretiert werden. Das Anzeigen, Auswerten, Zuordnen von Messdaten sind Vorgänge, die strenggenommen erst hinter der zuvor beschriebenen Wandlung und Digitalisierung der Messdaten erfolgen. Auf eine einmal geschaffene Datenbank kann mit unterschiedlichsten Methoden zugegriffen werden (Schlagwort dafür: „View“). Ein View kann z.B. eine Transformation in eine weitere Datenbank sein, bei der z.B. gefiltert oder verarbeitet wird; ein View kann aber auch ein einfaches Anzeigen der Daten auf einem Bildschirm sein.
Messtechnische Aufgaben unterliegen z.B. der Anforderung, die Messdaten in einer gewissen Zeit aufzunehmen und zu verarbeiten. Gleichzeitig soll eine möglichst exakte Messung realisierbar sein, auch bei unvorteilhaftem SNR (signal to noise ratio; Signal-Rausch-Verhältnis). Eine hohe technische Qualität des Nutzsignals ist jedoch in vielen Anwendungsfällen nicht vorhanden. Demnach werden hohe technische Anforderungen an die Sensitivität der Messtechnik gestellt. Diesbezüglich kann es vorteilhaft sein, ein gewandeltes Spannungssignal zwischen den oben beschriebenen Schritten 1 und 2 analog zu befiltern. Dies kann die Daten schneller für den View vorbereiten.
Speziell bei Oszilloskopen gibt es Vorteile hinsichtlich der Analyse der Messdaten durch den Benutzer, nicht zuletzt dank der grafischen Aufbereitung und Darstellung der Messdaten. Eine hinsichtlich diverser messtechnischer Aufgaben nützliche Ausrüstung umfasst ein mehrkanaliges digitales Speicher-Oszilloskop. Je nach Anzahl der Kanäle sind diese Geräte jedoch sehr kostenintensiv.
Insbesondere in Hinblick auf einen möglichst geringen Eingriff in ein Messsignal, insbesondere möglichst geringen Leistungsabgriff, ist auch eine schonende und wenig belastende Art und Weise der Verarbeitung bzw. Auswertung der Messdaten besonders wünschenswert.
Es besteht daher Interesse an einer Messanordnung, welche technisch auf einfache Weise und möglichst auch kostengünstig bereitgestellt werden kann, und welche die Auswertung sensibler Daten möglichst auch bei nur minimalem Leistungsabgriff ermöglicht. Insbesondere gibt es im Zusammenhang mit der messtechnischen Analyse von Verbrennungskraftmaschinen Bedarf an kosteneffizienten und flexibel möglichst hinsichtlich einer Vielzahl von Messgrößen verwendbaren messtechnischen Anordnungen, beispielsweise als Ersatz von handelsüblichen Voltmetern oder in Ergänzung zu handelsüblichen Voltmetern.
Beispielhafte messtechnische Anordnungen werden in den folgenden Veröffentlichungen beschrieben: WO 2018/101929 A1 , WO 2007/090467 A1 , DE 271 25 27 A1 , DE 261 20 63 A1 .
Weitere messtechnische Anordnungen werden in den folgenden Veröffentlichungen beschrieben:

EP 0 754 940 B1 , EP 0 500 145A2 , US 4,125,894 A , DE 195 03 457 C1 .

Insbesondere auch in Hinblick auf die zuverlässige Diagnose von wenigstens zwei Parametern von Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere unter Bezugnahme auf Steuerketten (z.B. Lebensdauer oder aktueller Systemzustand), ist es wünschenswert, die Belastbarkeit von Messdaten und die Reproduzierbarkeit von Messungen zu verbessern, insbesondere mittels eines möglichst kostengünstigen und flexibel verwendbaren messtechnischen Aufbau.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe ist, ein System bzw. eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Messdatenauswertung bereitzustellen, womit die Auswertung von Messwerten bei möglichst breiter Funktionalität vereinfacht werden kann, insbesondere in Hinblick auf die Funktionalität eines mehrkanaligen digitalen Speicher-Oszilloskops. Auch eine Aufgabe ist, das System derart auszuführen, dass mittels einfacher und möglichst auch kostengünstiger technischer Mittel eine komplexe Messung über wenigstens zwei Kanäle ausgewertet werden kann. Nicht zuletzt ist es eine Aufgabe, ein Messsystem derart auszuführen, dass ein vergleichsweise einfacher Aufbau auf flexible Weise genutzt werden kann, selbst für den Fall dass nur eine einkanalige Messung erforderlich ist.
Zumindest eine dieser Aufgaben wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren gemäß dem nebengeordneten Verfahrensanspruch gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den jeweiligen Unteransprüchen erläutert. Die Merkmale der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele sind miteinander kombinierbar, sofern dies nicht explizit verneint ist.
Bereitgestellt wird eine Messdatenauswertevorrichtung eingerichtet zum Aufnehmen und Verarbeiten und Ausgeben von Messdaten, insbesondere Messdaten einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere Spannungsmessdaten, insbesondere im Bereich von -12V bis 400V, insbesondere -3V bis 30V, wobei die Messdatenauswertevorrichtung eingerichtet ist zum Verarbeiten der Messdaten in einer Messkette zwischen wenigstens einem Sensor oder Messdatenkopf (erste Stufe der Messkette), insbesondere Oszilloskop-Messkopf, und einem PC oder einer mobilen Recheneinheit (letzte Stufe der Messkette), mit:

-einem Eingangs-Kanal zum Aufnehmen der Messdaten, insbesondere in Ausgestaltung als BNC-Stecker-Eingang, insbesondere eingerichtet zum (elektro-mechanischen) Anschluss der Messdatenauswertevorrichtung an einen Oszilloskop-Messkopf, insbesondere mit nur diesem einen Eingangs-Kanal mit der Messdatenauswertevorrichtung in Ausgestaltung als einkanalige Messdatenauswertevorrichtung;
-einem Mikrocontroller eingerichtet zum Verarbeiten der Messdaten, wobei der Mikrocontroller einen Analog-Digital-Konverter (AD-Wandler) zum Diskretisieren eines emittierten Messsignals in diskrete Abtastwerte aufweist, wobei der Mikrocontroller wenigstens einen Impedanz-Wandler eingerichtet zum Adaptieren wenigstens eines Messbereiches an eine jeweilige Mess-Aufgabe bzw. an den jeweils zu erfassenden Messwert umfasst, insbesondere einen wenigstens dreifach abgestuften/abgestimmten Impedanz-Wandler;
-einem Ausgangs-Kanal mit einer Kommunikationsschnittstelle zu einem Personalcomputer (PC) und/oder zu einer mobilen Recheneinheit, insbesondere einem Ausgangs-Kanal in Ausgestaltung als USB-Port, insbesondere eingerichtet für Abtastraten im Bereich von 2 bis 3 Millionen Abtastungen je Sekunde [MSa], insbesondere 2,4 Millionen MSa.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Messdatenauswertevorrichtung insbesondere in Ausgestaltung als Messumformer eingerichtet ist zum Abbilden der Funktionalität eines digitalen Signalrekorders mittels des Mikrocontrollers, wobei der Mikrocontroller zum messbereichsspezifischen Verarbeiten der eingangsseitigen Messdaten in einer Mehrzahl von Messbereichen eingerichtet ist, wobei der Mikrocontroller zum zeitpunktbezogenen synchronisierbaren Ausgeben der ausgangsseitigen Messdaten bezüglich oder basierend auf mittels des Messsignals vorgegebener/vorgebbarer Referenzzeitpunkten eingerichtet ist. Dies liefert einen kostengünstigen Aufbau und hohe messtechnische Variabilität. Die Messdatenauswertevorrichtung kann als ein einzelner kostengünstiger Mittler zwischen Messkopf und PC verschaltet sein, oder wahlweise können eine Vielzahl von Messdatenauswertevorrichtung parallel verschaltet sein.
Erfindungsgemäß kann insbesondere zwischen den oben beschriebenen Schritten 1 und 2 eine digitale Filterung vorgenommen werden. Denn es hat sich gezeigt, dass Mikrocontroller und PCs derzeit bereits so leistungsstark sind/werden, dass eine zuvor noch analog durchgeführte Filterung auf digitale Weise vorgenommen werden kann. Dabei kann beispielsweise auch das SNR digital auf einfache Weise verbessert werden. Bisher waren vergleichsweise schnelle Messaufnehmer sehr kostspielig.
Als erfindungsgemäße Messdatenauswertevorrichtung ist dabei insbesondere ein rein digitaler Messaufnehmern zu verstehen.
Als „Eingang“ ist dabei eine Schnittstelle an einer Komponente in der Messkette zu verstehen, welche die Messdaten ausgehend von der Messdatenerfassung in einer Richtung vom Messkopf bis hin zu einem PC oder einer mobile Recheneinheit passieren.
Der Impedanz-Wandler ist insbesondere ein aktiver Impedanz-Wandler. In der erfindungsgemäßen Anordnung kann der Impedanz-Wandler insbesondere auch zur Minimierung des Leistungsabgriffs genutzt werden, also in Hinblick auf einen möglichst geringen Eingriff in das Messsignal.
Erfindungsgemäß kann durch Verzicht auf analoge Filter (rein digitale Vorrichtung und Verfahren ohne analoge Befilterung) auch eine nachteilige/unnötige Laufzeitverschiebung verschiedener Frequenzen vermieden bzw. minimiert werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Messdatenauswertevorrichtung eingerichtet zum Aufnehmen und Verarbeiten der Messdaten über eine Mehrzahl von Messbereichen und ferner eingerichtet ist zum Auswählen/Definieren eines spezifischen der Messbereiche für die Verarbeitung der Messdaten, wobei die Messdatenauswertevorrichtung wenigstens zwei oder drei Impedanz-Wandler umfasst und/oder wobei der (jeweilige) Impedanz-Wandler mehrfach abgestuft/abgestimmt ist. Dies vereinfacht auch die Benutzung und Auswertung, insbesondere in Hinblick auf die Auswahl von Messbereichen. Indem der Messbereich automatisiert ausgewählt werden kann, ist auch das Risiko einer Fehlinterpretation der Messdaten minimierbar.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Messdatenauswertevorrichtung eingerichtet zum synchronisierbaren/synchronisierten Erwidern/Ausgeben von Messdaten basierend auf Start-of-Frame (SOF)-Signalen in dem Messsignal, welche SOF-Signale über den Ausgangs-Kanal bzw. über die Kommunikationsschnittstelle erfassbar sind, wobei die Messdatenauswertevorrichtung eingerichtet ist zum Generieren wenigstens eines Referenzmarkers im jeweiligen Messsignal und eingerichtet ist zum synchronisierten Ausgeben der Messdaten in Bezug auf den wenigstens einen Referenzmarker, insbesondere eingerichtet ist zum synchronisierten Ausgeben von mit weiteren parallel durch weitere Messdatenauswertevorrichtungen aufgenommenen synchronisierten Messdaten, insbesondere Messdaten in Form von Spannungsmesswerten. Dies ermöglicht auch vergleichsweise komplexe Messungen mittels eines einfachen, skalierbaren technischen Aufbaus.
Insbesondere sendet der PC bzw. der USB-Hub alle 125µs ein SOF-Signal auf den Bus. Dieser enthält eine Frame-Nummer. Anhand des SOF können alle Teilnehmer den Zeitpunkt ermitteln, zu welchem gesendet/transmittiert werden soll.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Messdatenauswertevorrichtung eingerichtet zum mittels Start-of-Frame (SOF)-Signalen synchronisierten Erwidern des jeweiligen Messsignals basierend auf wenigstens einer Marke bzw. einem Referenzmarker, insbesondere basierend auf in einer Zahlenkette gesetzten Referenzmarkern. Das Ausgeben der Messdaten kann dadurch auf synchronisierte Weise bei einer Vielzahl von einkanaligen Messdatenauswertevorrichtungen auf einfache Weise erfolgen.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Messdatenauswertevorrichtung eingerichtet zum zeitpunktbezogenen Ausgeben von Messdaten basierend auf reaktivem synchronisierbaren Erwidern von Start-of-Frame (SOF)-Signalen mittels einer in einer Messkette zwischen Oszilloskop-Messkopf und PC errichteten Architektur aus einem Mikrocontroller mit Analog-Digital-Konverter und Impedanz-Wandler, wobei mittels dieser Architektur die Funktionalität eines digitalen Signalrekorders abbildbar ist. Dies liefert insbesondere im Zusammenhang mit der Erfassung und Auswertung von Messdaten von Oszilloskop-Messköpfen messtechnische und auch kostentechnische Vorteile.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Messdatenauswertevorrichtung ausschließlich den einen einzigen Eingangs-Kanal auf, insbesondere in Ausgestaltung als BNC-Eingangs-Kanal, und ist als einkanalige Messdatenauswertevorrichtung ausgestaltet. Dies liefert nicht nur eine große Variabilität, sondern ermöglicht auch einen sehr kostengünstigen Aufbau des Mess-Equipment, insbesondere unabhängig von der Anzahl der erforderlichen Mess-Kanäle.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Messdatenauswertevorrichtung in einer Messkette zwischen wenigstens einem Messkopf, insbesondere Oszilloskop-Messkopf, und einem PC anordenbar und ist aus den folgenden messtechnischen Komponenten aufgebaut oder umfasst diese abschließende Gruppe von messtechnischen Komponenten: den Eingangs-Kanal, insbesondere in Ausgestaltung als BNC-Stecker-Eingang; wenigstens einen Spannungsteiler; einen Differentialverstärker; den wenigstens einen Impedanz-Wandler; den Mikrocontroller mit dem wenigstens einen Analog-Digital-Konverter und mit einem ROM-Datenspeicher und einem RAM-Datenspeicher; dem Ausgangs-Kanal (ausgangsseitige Kommunikationsschnittstelle), insbesondere in Ausgestaltung als USB-Port; Referenzmarkengenerator, insbesondere in Ausgestaltung als USB-Controller. Dieser Aufbau ist vergleichsweise einfach und liefert den Vorteil eines kostengünstigen und variable verwendbaren Mess-Systems. Die jeweilige Funktionalität kann dabei derart schlank bleiben, dass die Messdatenauswertevorrichtung als einkanalige Messdatenauswertevorrichtung parallel mit einer Vielzahl weiterer Messdatenauswertevorrichtungen verwendbar ist.
Die Referenzzeitpunkte bzw. die Zeitfenster zum Ausgeben von Daten können automatisch mittels des Referenzmarkengenerators bzw. des USB-Controllers erzeugt werden.
Zwischen Stecker und Spannungsteiler kann ein Differentialverstärker vorgesehen sein, insbesondere um das Signal-Rausch-Verhältnis verbessern zu können.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Messdatenauswertevorrichtung wenigstens einen Datenspeicher eingerichtet zum Zwischenspeichern oder Puffern der Messdaten auf. Dies vereinfacht die zentrale Verarbeitung, insbesondere im Mikrocontroller. Insbesondere weist der Mikrocontroller sowohl ROM als auch RAM auf.
Der AD-Wandler bzw. der Analog-Digital-Konverter kann als eine diskrete Schaltung im Mikrocontroller (µC) vorgesehen sein. Eine diesbezügliche Funktionsweise kann wie folgt beschrieben werden: Der AD-Wandler wandelt insbesondere kontinuierlich und liefert eine Meldung bzw. Signale an den Prozessor (Interrupt). Daraufhin wird ein Direct-Memory-Access (DMA) ausgelöst. Dieser transferiert die Daten in den Arbeitsspeicher (RAM) des µC. Dort werden die Daten zu einem Paket mit einer vordefinierten oder spezifizierbaren Anzahl von Messpunkten gebündelt und anschließend (wieder per DMA) in den USB-Ausgangspuffer kopiert. Dabei kann auch der USB eine diskrete Schaltung darstellen; auch der USB kann vom Prozessor konfiguriert und mit Daten beschickt werden. Das Ausgeben/Transmittieren/Abschicken der Daten auf dem Bus im gewünschten bzw. im korrekt vorgegebenen Zeitfenster kann der USB-Controller eigenständig vornehmen/durchführen. Erreicht ein SOF-Signal den USB-Controller, so gibt der USB-Controller eine Meldung an den µC-Prozessor. Dies unterbricht den Vorgang „Datenpaket schnüren“ an einer zeitlich bestimmten Stelle. Der nächste Wert im Datenpaket kann dann als das SOF bzw. als die Referenzmarke vorgegeben bzw. interpretiert werden. Im ROM ist der Programmcode abgespeichert, der diese Abfolge plant und abarbeitet. Größe von ROM und RAM hängen vom verwendeten Prozessor ab. Beispielsweise sind 512 KBytes ROM und 176+16 KBytes RAM vorgesehen, oder wahlweise auch weniger, insbesondere aus Kostengründen. Erfindungsgemäß kann auch über vergleichsweise wenig RAM ein kosteneffizientes Mess-System bereitgestellt werden.
Zumindest eine der zuvor genannten Aufgaben wird insbesondere gelöst durch eine Messdatenauswertevorrichtung eingerichtet zum Aufnehmen und Verarbeiten und Ausgeben von Messdaten und eingerichtet zum Verarbeiten der Messdaten in einer Messkette zwischen wenigstens einem Sensor oder Messdatenkopf und einem Personalcomputer (PC) oder einer mobilen Recheneinheit, mit:

-einem Eingangs-Kanal zum Aufnehmen der Messdaten;
-einem Mikrocontroller eingerichtet zum Verarbeiten der Messdaten, wobei der Mikrocontroller einen Analog-Digital-Konverter zum Diskretisieren eines emittierten Messsignals in diskrete Abtastwerte aufweist, wobei der Mikrocontroller wenigstens einen Impedanz-Wandler eingerichtet zum Adaptieren wenigstens eines Messbereiches an den jeweils zu erfassenden Messwert umfasst;
-einem Ausgangs-Kanal mit einer Kommunikationsschnittstelle zum PC und/oder zur mobilen Recheneinheit, insbesondere durch eine zuvor beschriebene Messdatenauswertevorrichtung, hergestellt durch Integration des Mikrocontrollers derart in die Messkette zwischen der messdatenaufnehmenden Eingangsseite und der messdatenausgebenden Ausgangsseite der Messdatenauswertevorrichtung, dass die Messdatenauswertevorrichtung eingerichtet ist zum Abbilden der Funktionalität eines digitalen Signalrekorders mittels des Mikrocontrollers, und hergestellt durch Integration des Mikrocontrollers derart in die Messkette, dass der Mikrocontroller zum messbereichsspezifischen Verarbeiten der eingangsseitigen Messdaten in einer Mehrzahl von Messbereichen eingerichtet ist und ferner zum zeitpunktbezogenen synchronisierbaren Ausgeben der ausgangsseitigen Messdaten bezüglich oder basierend auf mittels des Messsignals vorgegebener/vorgebbarer Referenzzeitpunkten eingerichtet ist. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile.

Die Herstellung kann auch wie folgt beschrieben werden: Eine Platine von etwa 9×80×1,7 mm³ wird im Automaten mit SMD-Bauteilen bestückt. An einem Ende der Platine ist eine Einrichtung zum Anlöten einer insbesondere 4-adrigen USB-Leitung vorgesehen, und am anderen Ende der Platine eine Einrichtung zum Anlöten einer BNC-Buchse vorgesehen. Zunächst wird die USB-Leitung vorgesehen. Die USB-Leitung kann wahlweise automatisiert oder manuell an die Platine gelötet werden. Daraufhin kann ein Rohr, insbesondere ein Alurohr 12mm × 1mm, über die Platine geschoben werden (manuell oder automatisiert) und derart auf die Leitung aufgefädelt werden, dass die Platine frei ist/bleibt. Daraufhin wird an der anderen Seite der Platine die BNC-Buchse angelötet (manuell oder automatisiert). Danach wird das Rohr über das Gewinde der BNC-Buchse zurückgeschoben (manuell oder automatisiert), insbesondere derart, dass das Rohr bündig auf dem Kragen der BNC-Buchse aufliegt. Die Kabelseite des Rohrs bleibt dabei offen. An der Kabelseite kann z.B. Acrylharz eingefüllt werden (manuell oder automatisiert), insbesondere um die Schaltung zu vergießen und resistent gegen äußere Einflüsse zu machen.
ITEM Zumindest eine der zuvor genannten Aufgaben wird insbesondere gelöst durch ein Messdatenauswertesystem mit wenigstens zwei zuvor beschriebenen Messdatenauswertevorrichtungen, einer Anzeigesoftware, einem Onlinezugang zur Datenbank. Hierdurch ergeben sich zahlreiche zuvor genannte Vorteile.
Zumindest eine der zuvor genannten Aufgaben wird wie erwähnt auch gelöst durch ein Messdatenauswertesystem umfassend einen Personalcomputer (PC) oder eine mobile Recheneinheit mit wenigstens einer daran gekoppelten Messdatenauswertevorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, wobei das Messdatenauswertesystem die Funktionalität eines digitalen Signalrekorders umfasst bzw. abbildet, wobei das Messdatenauswertesystem eingerichtet ist zum Vorgeben von Referenzzeitpunkten mittels eines/des Messsignals für das Ausgeben der Messdaten über eine Mehrzahl von Messkanälen spezifisch je Messkanal, und wobei der Personalcomputer oder die mobile Recheneinheit bevorzugt wenigstens einen virtuellen COM-Port umfasst. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile.
Das Messdatenauswertesystem kann auch als Analysesystem bezeichnet werden, insbesondere sofern das Messdatenauswertesystem auch wenigstens einen Sensor oder Messkopf umfasst.
Das Vorgeben von Referenzzeitpunkten kann automatisch erfolgen, z.B. mittels eines USB-Controllers.
Zumindest eine der zuvor genannten Aufgaben wird wie erwähnt auch gelöst durch ein Messdatenauswertesystem umfassend einen Personalcomputer oder eine mobile Recheneinheit mit wenigstens zwei daran gekoppelten zuvor beschriebenen Messdatenauswertevorrichtungen, wobei das Messdatenauswertesystem die Funktionalität eines digitalen Signalrekorders umfasst, und wobei das Messdatenauswertesystem, insbesondere der Personalcomputer oder die mobile Recheneinheit, eingerichtet ist zur Synchronisation des Ausgebens der Messdaten über eine Mehrzahl von Messkanälen spezifisch je Messkanal basierend auf einer Vielzahl von Start-of-Frame (SOF)-Signalen, insbesondere mittels Referenzmarkern im synchronisierenden Messsignal. Hierdurch kann auch eine vergleichsweise komplexe Messung mittels einfacher Messtechnik auf flexible Weise abgebildet und ausgewertet werden.
Dabei kann das Messdatenauswertesystem ferner eingerichtet sein zum Transmittieren (Aussenden) von Abfragen von Messdaten über den Eingangs-Kanal, wobei das Messdatenauswertesystem eingerichtet ist zum synchronisierten Auswerten und Transmittieren der angefragten/erfassten Messdaten in Funktion als digitaler Signalrekorder, insbesondere über die komplette zuvor beschriebene Messkette.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Messdatenauswertesystem ferner wenigstens einen Kurbelwellensensor und/oder wenigstens einem Nockenwellensensor, welcher eingangsseitig an die wenigstens eine Messdatenauswertevorrichtung gekoppelt ist. Hierdurch kann das Messdatenauswertesystem auf vorteilhafte Weise bei der Analyse von Verbrennungskraftmaschinen genutzt werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Messdatenauswertesystem ferner eine grafische Benutzeroberfläche, welche eingerichtet ist zum Darstellen des zeitlichen Verlaufs von wenigstens zwei unterschiedlichen über die Messdaten von wenigstens zwei Messdatenauswertevorrichtungen synchronisiert erfassten Messwerten. Hierdurch kann auch eine Oszilloskop-Funktion abgebildet werden, insbesondere die Funktionalität eines digitalen Speicher-Oszilloskops für eine Vielzahl von Kanälen.
Zumindest eine der zuvor genannten Aufgaben wird wie erwähnt auch gelöst durch ein Verfahren gemäß dem entsprechenden nebengeordneten Verfahrensanspruch, insbesondere durch ein Verfahren zum Betreiben eines Messdatenauswertesystems umfassend einen Personalcomputer oder eine mobile Recheneinheit mit wenigstens einer daran gekoppelten Messdatenauswertevorrichtung, insbesondere mit einer Mehrzahl von zuvor beschriebenen Messdatenauswertevorrichtungen, wobei das Verfahren ein Aufnehmen und Verarbeiten und Ausgeben von Messdaten umfasst, insbesondere Spannungsmessdaten, insbesondere im Bereich von -12V bis 400V, wobei das Verarbeiten der Messdaten in einer Messkette zwischen wenigstens einem Sensor oder Messdatenkopf (erste Stufe der Messkette), insbesondere Oszilloskop-Messkopf, und dem PC oder der mobilen Recheneinheit (letzte Stufe der Messkette) erfolgt, mit den Schritten:

-Aufnehmen der Messdaten über einen Eingangs-Kanal, insbesondere Aufnehmen einer Mehrzahl von Messdaten (erste und zweite und wahlweise weitere Messdaten) jeweils über einen Eingangs-Kanal einer einkanaligen Messdatenauswertevorrichtung;
-Verarbeiten der Messdaten oder der Mehrzahl von Messdaten mittels eines Mikrocontrollers, und Diskretisieren eines emittierten Messsignals in diskrete Abtastwerte mittels eines Analog-Digital-Konverters, und Adaptieren eines Messbereiches (insbesondere an den jeweils zu erfassenden Messwert) mittels eines Impedanz-Wandlers, insbesondere mittels eines wenigstens dreifach abgestuften/abgestimmten Impedanz-Wandlers;
-Ausgeben der Messdaten über einen Ausgangs-Kanal mit einer Kommunikationsschnittstelle zum Personalcomputer (PC) und/oder zur mobilen Recheneinheit, insbesondere über einen Ausgangs-Kanal in Ausgestaltung als USB-Port, insbesondere bei Abtastraten im Bereich von 2 bis 3 Millionen Abtastungen je Sekunde [MSa];

Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Verarbeiten der Messdaten über eine Mehrzahl von spezifisch ausgewählten/definierten Messbereichen mittels wenigstens zwei oder drei Impedanz-Wandlern, insbesondere mittels mehrfach abgestufter/abgestimmter Impedanz-Wandler. Dies ermöglicht insbesondere auch eine Mehrfachmessung in unterschiedlichen Messbereichen, ohne dass zwischen den Messbereichen umgeschaltet werden muss. Vielmehr können die Messdaten in gewissem Sinne redundant generiert werden, so dass diejenigen Messdaten, welche in dem zweckdienlichsten (insbesondere exaktesten Messbereich) generiert wurden, als Datengrundlage für die weitere Verarbeitung nutzbar sind.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das zeitpunktbezogene Ausgeben der ausgangsseitigen Messdaten durch synchronisiertes Erwidern von einer Mehrzahl von Start-of-Frame (SOF)-Signalen, insbesondere über mehrere Kanäle, wobei mittels des Mikrocontrollers bzw. mittels eines/des USB-Controllers jeweils wenigstens ein Referenzmarker im jeweiligen Messsignal generiert wird. Dies vereinfacht auch die Auswertung von vergleichsweise komplexen Messungen, die über eine Mehrzahl von Messköpfen oder Kanälen erfolgen müssen.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Synchronisation über das Start-of-Frame (SOF)-Signal, indem das SOF-Signal den Zeitpunkt der Synchronisation jeweils individuell für eine Mehrzahl von Messdatenauswertevorrichtungen definiert. Dies vereinfacht auch den zeitlichen Abgleich und die zeitlich individualisierte Auswertung der einzelnen Kanäle.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Synchronisation alle 125 Mikro-Sekunden [µs]. Wahlweise kann alle 125 Mikro-Sekunden [µs] ein SOF-Signal generiert werden, insbesondere über einen/den virtuellen COM-Port, insbesondere mittels des PC oder der mobilen Recheneinheit. Dieses Zeitfenster lässt sich technisch in besonders vorteilhafter Weise realisieren und nutzen. Der virtuelle COM-Port kann dabei zur seriellen Erfassung von einem Messwert nach dem anderen genutzt werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird mittels eines/des jeweiligen Start-of-Frame (SOF)-Signals im jeweiligen Messsignal wenigstens ein Zeitpunkt definiert, zu welchem oder in Bezug auf welchen die Messdaten von wenigstens zwei oder drei parallel in die Messkette geschalteten Messdatenauswertevorrichtungen synchronisiert verarbeitet und/oder ausgegeben werden. Diese Art und Weise der Analyse kann auch für eine noch größere Anzahl von Kanälen ohne größere technische Hürden implementiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird beim Verarbeiten basierend auf einer Anzahl n von parallel geschalteten Kanälen (bzw. n parallel geschaltete Messdatenauswertevorrichtungen) eine Folge eines n-dimensionalen Vektors gebildet, wobei jedes Glied der Folge einem Messzeitpunkt zugeordnet ist/wird. Dies erleichtert auch die Auswertung der Messung, insbesondere bei einer großen Anzahl von Kanälen. Wahlweise kann beim Verarbeiten der Messdaten eine Zeitspanne zwischen einzelnen Messpunkten basierend auf der Anzahl von Folgegliedern zwischen zwei SOF-Signalen ermittelt werden. Dies ermöglicht eine weitere Konkretisierung und Zuordnung der Messdaten.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt eine Korrelation von Messdaten und Kanälen über eine zeitliche Zuordnung von Kanälen zu Zeitpunkten zwischen einzelnen Start-of-Frame (SOF)-Signalen. Dies erleichtert nicht zuletzt die simultane Auswertung einer Mehrzahl von Kanälen mittels vergleichsweise einfach aufgebauter Messtechnik.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Abtastrate größer als die Signalrate, insbesondere mindestens um den Faktor 2 größer. Dies ermöglicht auch eine exakte Auswertung von bandbegrenzten Signalen basierend auf den Abtastwerten.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Verfahren für eine Synchronizitätsmessung bei einer Vielzahl von jeweils über eine einkanalige Messdatenauswertevorrichtung angeschlossene Oszilloskop-Messköpfen durchgeführt, insbesondere mit wenigstens einem Kurbelwellensensor/Kurbelwellenmesskopf und/oder wenigstens einem Nockenwellensensor/Nockenwellenmesskopf als Messdatengeber der Messkette. Dies liefert insbesondere bei der Auswertung von Messdaten an Verbrennungskraftmaschinen Vorteile, beispielsweise auch hinsichtlich der Korrelation der Messdaten verschiedener Kanäle zueinander. Das Verfahren kann auch als Kreuzkorrelationsanalyse durchgeführt werden, beispielsweise bezüglich der folgenden Korrelation: [R_{Nocken,Kurbel} (t₁, t₂)].
Gemäß einer Ausführungsform betreffen erste Messdaten wenigstens einen Spannungsmesswert, insbesondere eine Hall-Spannung, und wobei zweite Messdaten wenigstens einen Messwert ungleich Spannungsmesswerten betreffen, insbesondere einen Messwert eines Induktivgebers, wobei die ersten und zweiten Messdaten auf mittels SOF-Signalen synchronisierte Weise mittels einer Mehrzahl von Messdatenauswertevorrichtungen jeweils in Ausgestaltung als Messumformer eingerichtet zum Abbilden der Funktionalität eines digitalen Signalrekorders aufgenommen, verarbeitet und ausgegeben werden. Speziell auch in dieser Konstellation ergeben sich Vorteile gegenüber bisher verfügbaren digitalen Speicher-Oszilloskopen. Dies liefert z.B. bei der Auswertung von Messdaten bei der Analyse von Kfz-Komponenten (z.B. Steuerketten) Vorteile.
Zumindest eine der zuvor genannten Aufgaben wird auch gelöst durch ein Computerprogrammprodukt eingerichtet zum Steuern eines zuvor beschriebenen Verfahrens, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird, insbesondere auch einem Computer am Ende einer Messkette mit wenigstens einem Oszilloskop-Messkopf als erstes Glied der Messkette. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile. Das Computerprogrammprodukt kann z.B. in einer zuvor beschriebenen Messdatenauswertevorrichtung oder in einem zuvor beschriebenen Messsystem ausgeführt werden.
Zumindest eine der zuvor genannten Aufgaben wird auch gelöst durch Verwendung einer einkanaligen Messdatenauswertevorrichtung oder eines Messdatenauswertesystems mit einer Vielzahl von einkanaligen Messdatenauswertevorrichtungen zum Verarbeiten von eingangsseitigen Messdaten messbereichsspezifisch in einer Mehrzahl von Messbereichen, und zum Ausgeben von ausgangsseitigen Messdaten zeitpunktbezogen auf synchronisierte Weise bezüglich oder basierend auf mittels Messsignalen vorgegebener Referenzzeitpunkte, insbesondere zum Übermitteln von Messdaten von wenigstens einem Oszilloskop-Messkopf zu einem virtuellen COM-Port eines PC, insbesondere Verwendung einer zuvor beschriebenen Messdatenauswertevorrichtung oder eines zuvor beschriebenen Messdatenauswertesystems, insbesondere bei einem zuvor beschriebenen Verfahren . Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile.
Figurenliste
In den nachfolgenden Zeichnungsfiguren wird die Erfindung noch näher beschrieben, wobei für Bezugszeichen, die nicht explizit in einer jeweiligen Zeichnungsfigur beschrieben werden, auf die anderen Zeichnungsfiguren verwiesen wird. Es zeigen:

1 in schematischer Darstellung eine Messkette mit einer darin integrierten Messdatenauswertevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2, 7 jeweils in schematischer Darstellung einen beispielhaften Aufbau einer Messdatenauswertevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
3A, 3B in schematischer Darstellung einen Vergleich von zwei Messkurven einer messtechnischen Analyse, die mittels einer Messdatenauswertevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel durchführbar ist;
4, 5, 6A, 6B jeweils in schematischer Darstellung des Prinzips einer auf einer Synchronisation basierenden messtechnischen Datenanalyse gemäß einem Ausführungsbeispiel;
8 einen beispielhaften Aufbau einer Eingangsseite einer Messdatenauswertevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
9 einen beispielhaften Aufbau eines Differentialverstärkers einer Messdatenauswertevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
10 einen beispielhaften Aufbau eines Spannungsteilers und eines Impedanzwandlers einer Messdatenauswertevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
11 einen beispielhaften Aufbau eines Mikrocontrollers einer Messdatenauswertevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
12 einen messtechnischen Aufbau gemäß dem Stand der Technik.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
In 1 ist ein Kraftfahrzeug (Kfz) 1 oder ein sonstiges Mess-Objekt gezeigt. Ein daran gekoppelter Sensor oder Messdatenkopf 2, insbesondere Oszilloskop-Messkopf, liefert Messdaten. Die Messdaten können mittels einer Messdatenauswertevorrichtung 10 abgegriffen und ausgewertet und an einen Computer 5, insbesondere PC oder mobile Recheneinheit, ausgegeben werden, insbesondere über einen virtuellen COM-Port 5.1.
In 2 ist eine Messdatenauswertevorrichtung 10 in Ausgestaltung als Messumformer mit erweiterbarer Funktionalität eines Signal-Rekorders gezeigt. An einer Eingangsseite 10.1 können Messdaten über einen Eingangs-Kanal 11, insbesondere in Ausgestaltung als BNC-Stecker-Eingang, abgegriffen werden. An einer Ausgangsseite 10.2 können die zumindest teilweise ausgewerteten oder synchronisierten Messdaten über einen Ausgangs-Kanal 19, insbesondere in Ausgestaltung als USB-Port, ausgegeben werden. Die Messdatenauswertevorrichtung 10 weist auf: einen Mikrocontroller 12, wenigstens einen Analog-Digital-Konverter 13, wenigstens einen Impedanz-Wandler 14, optional einen separaten Referenzmarkengenerator 15, wenigstens einen Datenspeicher 16, insbesondere RAM und/oder ROM. Der in 2 gezeigte Aufbau kann wahlweise auch wenigstens einen Spannungsteiler und/oder einen Filter umfassen. Der separate Referenzmarkengenerator 15 kann z.B. dann vorgesehen sein, wenn die Synchronisation nicht vollumfänglich über das Übertragungsprotokoll erfolgen soll, oder wenn die Synchronisation weiter differenziert werden soll.
In 3A, 3B ist ein jeweils über die Zeit t aufgetragener Verlauf eines Messparameters dargestellt. Die messtechnische Datenanalyse kann in Bezug auf zwei unterschiedliche Zeitfenster erfolgen, hier angedeutet durch Δt1, Δt2. Insbesondere mit Bezug auf die Analyse einer Steuerkette kann der eine Messparameter an einer Nockenwelle erfasst sein, und der andere Messparameter kann an einer Kurbelwelle erfasst sein. Erstes Beispiel für eine messtechnische Analyse: Wird der zeitliche Versatz Δt zwischen der aufsteigenden Flanke („rising edge“) der Nockenwelle und dem Minimum des Kurbelwellen-Messwertes größer, so hat sich die Steuerkette mit großer Wahrscheinlichkeit gelängt (Ursache möglicherweise Verschleiß). Zweites Beispiel: Nimmt die Varianz sigma-quadrat von Δt zu, so scheint die Steuerkette zu schlingern oder zu wobbeln.
Eine rein grafische Analyse dieser Abweichung ist für einen Nutzer sehr schwierig oder kann stark fehleranfällig sein. Der erfindungsgemäße Messaufbau ermöglicht eine belastbare Analyse der Messdaten und kann gute Reproduzierbarkeit sicherstellen.
In 4 ist das Prinzip der Abtastung veranschaulicht. Der Zeitpunkt für eine Messdaten-Erfassung kann jeweils durch ein SOF-Signal vorgegeben werden.
In 5 ist der Zusammenhang zwischen Abtastrate und Signalrate veranschaulicht; in dem gezeigten Beispiel ist das Verhältnis deutlich größer 2.
In 6A, 6B ist das Messprinzip für zwei parallel und synchronisiert erfasste Messwerte veranschaulicht, z.B. für an einer Nockenwelle erfasste erste Messwerte (oberer Verlauf in 6A) und z.B. für an einer Kurbelwelle erfasste zweite Messwerte (unterer Verlauf in 6A). Erfasst wird insbesondere auch ein Zeitverzug Δt bzw. Versatz zwischen den beiden Messungen, wobei dieser Versatz gemäß 6B kumuliert ausgewertet werden kann. Hierdurch können auch Rückschlüsse auf einen Gleichlauf von einzelnen Komponenten eines Messobjektes gezogen werden. Die statistische Auswertung gemäß 6B kann eine Datenbasis zum Aufstellen eines „Feature-Vektors“ bzw. einer Folge eines n-dimensionalen Vektors liefern, insbesondere beim Verarbeiten der Messdaten über n parallel geschaltete Kanäle.
In 7 ist ein Aufbau eines Messdatenauswertesystems 20 mit zwei Spannungsteilern 17, zwei Impedanz-Wandlern 14 und zwei Analog-Digital-Konvertern 13 gezeigt. Neben den zuvor bereits beschriebenen Komponenten weist die Messdatenauswertevorrichtung 10 ferner auf: wenigstens einen Spannungsteiler 17 und/oder einen Filter bzw. eine Schutzbeschaltung 18. Beispielsweise ist einer der Spannungsteiler 17 für einen Bereich von -3V bis +30V vorgesehen, und der andere Spannungsteiler 17 ist beispielsweise für einen Bereich von -30V bis +400V vorgesehen. Der in 7 gezeigte Aufbau kann wahlweise auch einen separaten Referenzmarkengenerator umfassen (separate Komponente unabhängig vom Ausgangs-Kanal). Ferner kann zwischen dem Eingangs-Stecker 11 und dem jeweiligen Spannungsteiler 17 ein Differentialverstärker 11.1 vorgesehen sein. 7 zeigt ferner eine Anzeigeeinheit, z.B. ein Display.
In 8 ist eine Eingangsseite einer Messdatenauswertevorrichtung 10 gezeigt. Dabei gilt folgende Legende: GND bzw. GNDA Ground bzw. Masse; C Kapazität; L Induktivität; R Widerstand; U Spannung; multiplier = Verstärker;
In 9 ist ein Differentialverstärker einer Messdatenauswertevorrichtung 10 gezeigt. Der Differentialverstärker kann optional zwischen Stecker und Spannungsteiler angeordnet sein, insbesondere zur Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses. Mittig ist symbolisch ein Platzhalter für die Spannung U bzw. für deren Betrag angedeutet.
In 10 ist der Aufbau eines Spannungsteilers 17 und eines Impedanzwandlers 14 einer Messdatenauswertevorrichtung 10 gezeigt.
In 11 ist eine generische µC-Schaltung 12 einer Messdatenauswertevorrichtung 10 gezeigt. Der „Out“-Pin des Impedanzwandlers ist in der erfindungsgemäßen messtechnischen Anordnung direkt auf den ADC-Eingang des µC gelegt bzw. damit verbunden.
12 beschreibt eine bisher übliche Messkette von einem Mess-Objekt 1 und einem Messdatenkopf 2 zu einer Messdatenauswerteeinheit 3, insbesondere zu einem DSO (digitales Speicher-Oszilloskop).
Bezugszeichenliste

1: Kfz oder sonstiges Mess-Objekt
2: Sensor oder Messdatenkopf, insbesondere Oszilloskop-Messkopf
3: Messdatenauswerteeinheit, insbesondere PC-DSO (digitales Speicher-Oszilloskop)
5: Computer, insbesondere PC oder mobile Recheneinheit
5.1: virtueller COM-Port
6: Anzeigeeinheit
10: Messdatenauswertevorrichtung, insbesondere in Ausgestaltung als Messumformer bzw. mit erweiterbarer Funktionalität eines Signal-Rekorders
10.1: Eingangsseite
10.2: Ausgangsseite
11: Eingangs-Kanal, insbesondere in Ausgestaltung als BNC-Stecker-Eingang und/oder Oszilloskop-Schnittstelle
11.1: Differentialverstärker
12: Mikrocontroller
13: Analog-Digital-Konverter
14: Impedanz-Wandler
15: Referenzmarkengenerator
16: Datenspeicher, insbesondere RAM und/oder ROM
17: Spannungsteiler
18: Filter, Schutzbeschaltung
19: Ausgangs-Kanal (ausgangsseitige Kommunikationsschnittstelle), insbesondere in Ausgestaltung als USB-Port
20: Messdatenauswertesystem, insbesondere mit der Funktionalität eines Signal-Rekorders
t: Zeit, Zeiteinheit
Δt: Delta t, Zeitdifferenz, zeitlicher Versatz, Verzögerung, Zeitfenster

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2018/101929 A1 [0008]
WO 2007/090467 A1 [0008]
DE 2712527 A1 [0008]
DE 2612063 A1 [0008]
EP 0754940 B1 [0008]
EP 0500145 A2 [0008]
US 4125894 A [0008]
DE 19503457 C1 [0008]

Claims

Messdatenauswertevorrichtung (10) eingerichtet zum Aufnehmen und Verarbeiten und Ausgeben von Messdaten, insbesondere Messdaten einer Verbrennungskraftmaschine (1), insbesondere Spannungsmessdaten, insbesondere im Bereich von -12V bis 400V, wobei die Messdatenauswertevorrichtung eingerichtet ist zum Verarbeiten der Messdaten in einer Messkette zwischen wenigstens einem Sensor oder Messdatenkopf (2), insbesondere Oszilloskop-Messkopf, und einem PC oder einer mobilen Recheneinheit (5), mit: -einem Eingangs-Kanal (11) zum Aufnehmen der Messdaten, insbesondere in Ausgestaltung als BNC-Stecker-Eingang, insbesondere eingerichtet zum Anschluss der Messdatenauswertevorrichtung an einen Oszilloskop-Messkopf, insbesondere mit nur diesem einen Eingangs-Kanal mit der Messdatenauswertevorrichtung in Ausgestaltung als einkanalige Messdatenauswertevorrichtung; -einem Mikrocontroller (12) eingerichtet zum Verarbeiten der Messdaten, wobei der Mikrocontroller einen Analog-Digital-Konverter (13) zum Diskretisieren eines emittierten Messsignals in diskrete Abtastwerte aufweist, wobei der Mikrocontroller wenigstens einen Impedanz-Wandler (14) eingerichtet zum Adaptieren wenigstens eines Messbereiches an eine jeweilige Mess-Aufgabe bzw. an den jeweils zu erfassenden Messwert umfasst; -einem Ausgangs-Kanal (19) mit einer Kommunikationsschnittstelle zu einem PC (5) und/oder zu einer mobilen Recheneinheit, insbesondere einem Ausgangs-Kanal in Ausgestaltung als USB-Port, insbesondere eingerichtet für Abtastraten im Bereich von 2 bis 3 Millionen Abtastungen je Sekunde [MSa], insbesondere 2,4 Millionen MSa; dadurch gekennzeichnet, dass die Messdatenauswertevorrichtung (10) eingerichtet ist zum Abbilden der Funktionalität eines digitalen Signalrekorders mittels des Mikrocontrollers (12), wobei der Mikrocontroller zum messbereichsspezifischen Verarbeiten der eingangsseitigen Messdaten in einer Mehrzahl von Messbereichen eingerichtet ist, wobei der Mikrocontroller zum zeitpunktbezogenen synchronisierbaren Ausgeben der ausgangsseitigen Messdaten bezüglich oder basierend auf mittels des Messsignals vorgegebener/vorgebbarer Referenzzeitpunkten eingerichtet ist.
Messdatenauswertevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Messdatenauswertevorrichtung (10) eingerichtet ist zum Aufnehmen und Verarbeiten der Messdaten über eine Mehrzahl von Messbereichen und ferner eingerichtet ist zum Auswählen/Definieren eines spezifischen der Messbereiche für die Verarbeitung der Messdaten, wobei die Messdatenauswertevorrichtung wenigstens zwei oder drei Impedanz-Wandler (14) umfasst und/oder wobei der Impedanz-Wandler mehrfach abgestuft/abgestimmt ist.
Messdatenauswertevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Messdatenauswertevorrichtung (10) eingerichtet ist zum synchronisierbaren/synchronisierten Erwidern/Ausgeben von Messdaten basierend auf Start-of-Frame (SOF)-Signalen in dem Messsignal, welche SOF-Signale über den Ausgangs-Kanal (19) erfassbar sind, wobei die Messdatenauswertevorrichtung (10) eingerichtet ist zum Generieren wenigstens eines Referenzmarkers im jeweiligen Messsignal und eingerichtet ist zum synchronisierten Ausgeben der Messdaten in Bezug auf den wenigstens einen Referenzmarker, insbesondere eingerichtet ist zum synchronisierten Ausgeben von mit weiteren parallel durch weitere Messdatenauswertevorrichtungen aufgenommenen synchronisierten Messdaten, insbesondere Messdaten in Form von Spannungsmesswerten.
Messdatenauswertevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messdatenauswertevorrichtung (10) eingerichtet ist zum mittels Start-of-Frame (SOF)-Signalen synchronisierten Erwidern des jeweiligen Messsignals basierend auf wenigstens einer Marke bzw. eines Referenzmarkers, insbesondere basierend auf in einer Zahlenkette gesetzten Referenzmarkern; und/oder wobei die Messdatenauswertevorrichtung (10) eingerichtet ist zum zeitpunktbezogenen Ausgeben von Messdaten basierend auf reaktivem synchronisierbaren Erwidern von Start-of-Frame (SOF)-Signalen mittels einer in einer Messkette zwischen Oszilloskop-Messkopf (2) und PC (5) errichteten Architektur aus einem Mikrocontroller mit Analog-Digital-Konverter und Impedanz-Wandler, wobei mittels dieser Architektur die Funktionalität eines digitalen Signalrekorders abbildbar ist.
Messdatenauswertevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messdatenauswertevorrichtung ausschließlich den einen einzigen Eingangs-Kanal (11) aufweist, insbesondere in Ausgestaltung als BNC-Eingangs-Kanal, und als einkanalige Messdatenauswertevorrichtung ausgestaltet ist; und/oder wobei die Messdatenauswertevorrichtung wenigstens einen Datenspeicher (16) eingerichtet zum Zwischenspeichern oder Puffern der Messdaten aufweist.
Messdatenauswertevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messdatenauswertevorrichtung in einer Messkette zwischen wenigstens einem Messkopf (2), insbesondere Oszilloskop-Messkopf, und einem PC anordenbar ist und aus den folgenden messtechnischen Komponenten aufgebaut ist oder diese abschließende Gruppe von messtechnischen Komponenten umfasst: den Eingangs-Kanal (11), insbesondere in Ausgestaltung als BNC-Stecker-Eingang; wenigstens einen Spannungsteiler (17); einen Differentialverstärker; den wenigstens einen Impedanz-Wandler (14); den Mikrocontroller (12) mit dem wenigstens einen Analog-Digital-Konverter (13) und mit einem ROM-Datenspeicher und einem RAM-Datenspeicher (16); dem Ausgangs-Kanal (19), insbesondere in Ausgestaltung als USB-Port; wahlweise zusätzlich Referenzmarkengenerator, insbesondere in Ausgestaltung als USB-Controller.
Messdatenauswertevorrichtung eingerichtet zum Aufnehmen und Verarbeiten und Ausgeben von Messdaten und eingerichtet zum Verarbeiten der Messdaten in einer Messkette zwischen wenigstens einem Sensor oder Messdatenkopf und einem PC (5) oder einer mobilen Recheneinheit, mit: -einem Eingangs-Kanal zum Aufnehmen der Messdaten; -einem Mikrocontroller eingerichtet zum Verarbeiten der Messdaten, wobei der Mikrocontroller einen Analog-Digital-Konverter zum Diskretisieren eines emittierten Messsignals in diskrete Abtastwerte aufweist, wobei der Mikrocontroller wenigstens einen Impedanz-Wandler eingerichtet zum Adaptieren wenigstens eines Messbereiches an den jeweils zu erfassenden Messwert umfasst; -einem Ausgangs-Kanal mit einer Kommunikationsschnittstelle zum PC und/oder zur mobilen Recheneinheit; insbesondere Messdatenauswertevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, hergestellt durch Integration des Mikrocontrollers derart in die Messkette zwischen der messdatenaufnehmenden Eingangsseite und der messdatenausgebenden Ausgangsseite der Messdatenauswertevorrichtung, dass die Messdatenauswertevorrichtung (10) eingerichtet ist zum Abbilden der Funktionalität eines digitalen Signalrekorders mittels des Mikrocontrollers, und hergestellt durch Integration des Mikrocontrollers derart in die Messkette, dass der Mikrocontroller zum messbereichsspezifischen Verarbeiten der eingangsseitigen Messdaten in einer Mehrzahl von Messbereichen eingerichtet ist und ferner zum zeitpunktbezogenen synchronisierbaren Ausgeben der ausgangsseitigen Messdaten bezüglich oder basierend auf mittels des Messsignals vorgegebener/vorgebbarer Referenzzeitpunkten eingerichtet ist.
Messdatenauswertesystem (20) umfassend einen Personalcomputer (5) oder eine mobile Recheneinheit mit wenigstens einer daran gekoppelten Messdatenauswertevorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, wobei das Messdatenauswertesystem die Funktionalität eines digitalen Signalrekorders umfasst bzw. abbildet, wobei das Messdatenauswertesystem eingerichtet ist zum Vorgeben von Referenzzeitpunkten mittels eines/des Messsignals für das Ausgeben der Messdaten über eine Mehrzahl von Messkanälen spezifisch je Messkanal, und wobei der Personalcomputer oder die mobile Recheneinheit bevorzugt wenigstens einen virtuellen COM-Port (5.1) umfasst.
Messdatenauswertesystem umfassend einen Personalcomputer oder eine mobile Recheneinheit mit wenigstens zwei daran gekoppelten Messdatenauswertevorrichtungen jeweils nach einem der Vorrichtungsansprüche 1 bis 7, wobei das Messdatenauswertesystem die Funktionalität eines digitalen Signalrekorders umfasst, und wobei das Messdatenauswertesystem, insbesondere der Personalcomputer oder die mobile Recheneinheit, eingerichtet ist zur Synchronisation des Ausgebens der Messdaten über eine Mehrzahl von Messkanälen spezifisch je Messkanal basierend auf einer Vielzahl von Start-of-Frame (SOF)-Signalen, insbesondere mittels Referenzmarkern im synchronisierenden Messsignal.
Messdatenauswertesystem nach dem vorhergehenden Systemanspruch, ferner umfassend wenigstens einen Kurbelwellensensor und/oder wenigstens einem Nockenwellensensor, welcher eingangsseitig an die wenigstens eine Messdatenauswertevorrichtung gekoppelt ist; und/oder ferner umfassend eine grafische Benutzeroberfläche, welche eingerichtet ist zum Darstellen des zeitlichen Verlaufs von wenigstens zwei unterschiedlichen über die Messdaten von wenigstens zwei Messdatenauswertevorrichtungen synchronisiert erfassten Messwerten.
Verfahren zum Betreiben eines Messdatenauswertesystems umfassend einen Personalcomputer oder eine mobile Recheneinheit mit wenigstens einer daran gekoppelten Messdatenauswertevorrichtung, insbesondere mit einer Mehrzahl von Messdatenauswertevorrichtungen jeweils gemäß einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, wobei das Verfahren ein Aufnehmen und Verarbeiten und Ausgeben von Messdaten umfasst, insbesondere Spannungsmessdaten, insbesondere im Bereich von -12V bis 400V, wobei das Verarbeiten der Messdaten in einer Messkette zwischen wenigstens einem Sensor oder, insbesondere Oszilloskop-Messkopf, und dem PC oder der mobilen Recheneinheit erfolgt, mit den Schritten: -Aufnehmen der Messdaten über einen Eingangs-Kanal, insbesondere Aufnehmen einer Mehrzahl von Messdaten jeweils über einen Eingangs-Kanal einer einkanaligen Messdatenauswertevorrichtung; -Verarbeiten der Messdaten oder der Mehrzahl von Messdaten mittels eines Mikrocontrollers, und Diskretisieren eines emittierten Messsignals in diskrete Abtastwerte mittels eines Analog-Digital-Konverters, und Adaptieren eines Messbereiches mittels eines Impedanz-Wandlers, insbesondere mittels eines wenigstens dreifach abgestuften/abgestimmten Impedanz-Wandlers; -Ausgeben der Messdaten über einen Ausgangs-Kanal mit einer Kommunikationsschnittstelle zum Personalcomputer (PC) und/oder zur mobilen Recheneinheit, insbesondere über einen Ausgangs-Kanal in Ausgestaltung als USB-Port, insbesondere bei Abtastraten im Bereich von 2 bis 3 Millionen Abtastungen je Sekunde [MSa]; dadurch gekennzeichnet, dass das Verarbeiten der eingangsseitigen Messdaten messbereichsspezifisch in einer Mehrzahl von Messbereichen erfolgt, und dass das Ausgeben der ausgangsseitigen Messdaten zeitpunktbezogen mittels des Mikrocontrollers aus synchronisierte/synchronisierbare Weise bezüglich oder basierend auf mittels des Messsignals vorgegebener Referenzzeitpunkten erfolgt, insbesondere zu einem virtuellen COM-Port des PC.
Verfahren nach dem vorhergehenden Verfahrensanspruch, wobei das Verarbeiten der Messdaten über eine Mehrzahl von spezifisch ausgewählten/definierten Messbereichen mittels wenigstens zwei oder drei Impedanz-Wandlern erfolgt, insbesondere mittels mehrfach abgestufter/abgestimmter Impedanz-Wandler.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei das zeitpunktbezogene Ausgeben der ausgangsseitigen Messdaten durch synchronisiertes Erwidern von einer Mehrzahl von Start-of-Frame (SOF)-Signalen erfolgt, wobei mittels des Mikrocontrollers jeweils wenigstens ein Referenzmarker im jeweiligen Messsignal generiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei die Synchronisation über das Start-of-Frame (SOF)-Signal erfolgt, indem das SOF-Signal den Zeitpunkt der Synchronisation jeweils individuell für eine Mehrzahl von Messdatenauswertevorrichtungen definiert, und/oder wobei die Synchronisation alle 125 Mikro-Sekunden [µs] erfolgt; und/oder wobei alle 125 Mikro-Sekunden [µs] ein SOF-Signal generiert wird, insbesondere über einen/den virtuellen COM-Port, insbesondere mittels des PC oder der mobilen Recheneinheit; und/oder wobei mittels eines/des jeweiligen Start-of-Frame (SOF)-Signals im jeweiligen Messsignal wenigstens ein Zeitpunkt definiert wird, zu welchem oder in Bezug auf welchen die Messdaten von wenigstens zwei oder drei parallel in die Messkette geschalteten Messdatenauswertevorrichtungen synchronisiert verarbeitet und/oder ausgegeben werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei beim Verarbeiten basierend auf einer Anzahl n von parallel geschalteten Kanälen eine Folge eines n-dimensionalen Vektors gebildet wird, wobei jedes Glied der Folge einem Messzeitpunkt zugeordnet ist/wird; und/oder wobei beim Verarbeiten eine Zeitspanne zwischen einzelnen Messpunkten basierend auf der Anzahl von Folgegliedern zwischen zwei SOF-Signalen ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei eine Korrelation von Messdaten und Kanälen über eine zeitliche Zuordnung von Kanälen zu Zeitpunkten zwischen einzelnen Start-of-Frame (SOF)-Signalen erfolgt; und/oder wobei die Abtastrate größer als die Signalrate ist, insbesondere mindestens um den Faktor 2 größer.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wobei das Verfahren für eine Synchronizitätsmessung bei einer Vielzahl von jeweils über eine einkanalige Messdatenauswertevorrichtung angeschlossene Oszilloskop-Messköpfen durchgeführt wird, insbesondere mit wenigstens einem Kurbelwellensensor/Kurbelwellenmesskopf und/oder wenigstens einem Nockenwellensensor/Nockenwellenmesskopf als Messdatengeber der Messkette.
Computerprogrammprodukt eingerichtet zum Steuern eines Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird, insbesondere auch einem Computer am Ende einer Messkette mit wenigstens einem Oszilloskop-Messkopf als erstes Glied der Messkette.
Verwendung einer einkanaligen Messdatenauswertevorrichtung oder eines Messdatenauswertesystems mit einer Vielzahl von einkanaligen Messdatenauswertevorrichtungen zum Verarbeiten von eingangsseitigen Messdaten messbereichsspezifisch in einer Mehrzahl von Messbereichen, und zum Ausgeben von ausgangsseitigen Messdaten zeitpunktbezogen auf synchronisierte Weise bezüglich oder basierend auf mittels Messsignalen vorgegebener Referenzzeitpunkte, insbesondere zum Übermitteln von Messdaten von wenigstens einem Oszilloskop-Messkopf zu einem virtuellen COM-Port eines PC, insbesondere Verwendung einer Messdatenauswertevorrichtung oder eines Messdatenauswertesystems jeweils nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, insbesondere bei einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche.