DE102021111169A1

DE102021111169A1 - Kalibrierung eines magnetfeldsensors für eine stromsonde

Info

Publication number: DE102021111169A1
Application number: DE102021111169.2A
Authority: DE
Inventors: Daniel G. Knierim
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 2021-04-01
Filing date: 2021-04-30
Publication date: 2022-10-06
Also published as: US20220317225A1; JP2022158741A; CN115184659A; US11619697B2

Abstract

Test- und Messinstrument zum Messen eines Stroms in einer zu testenden Vorrichtung, mit einem Eingang, der so ausgebildet ist, dass er Signale von einer Magnetfeldsonde empfängt; und einem oder mehreren Prozessoren, die so ausgebildet sind, dass sie anhand eines Signals von der Magnetfeldsonde ein Magnetfeld messen, das von einem stromführenden Leiter der zu testenden Vorrichtung auf der Grundlage eines bekannten Stroms erzeugt wird, einen Kalibrierungsfaktor auf der Grundlage des bekannten Stroms und des Magnetfelds bestimmen und eine kalibrierte Messung eines unbekannten Stroms in dem stromführenden Leiter unter Verwendung eines von dem stromführenden Leiter erzeugten Magnetfelds auf der Grundlage des unbekannten Stroms und des Kalibrierungsfaktors erzeugen.

Description

GEBIET DER TECHNIK
Diese Offenbarung bezieht sich auf Systeme und Verfahren im Zusammenhang mit Test- und Messsystemen, und insbesondere auf die Kalibrierung eines Magnetfeldsensors als Stromsonde für das Test- und Messsystem.
STAND DER TECHNIK
Elektrischer Strom erzeugt ein Magnetfeld, das den Strom in einem Schaltkreis umgibt, so dass ein Magnetfeldsensor (H-Feld-Sensor) als eine Form von Stromsonde verwendet werden kann. H-Feld-Sonden wurden zur Strommessung vorgeschlagen, leiden aber unter mindestens zwei erheblichen Nachteilen. Erstens sind die an H-Feld-Sonden beobachteten Magnetfelder empfindlich gegenüber der Platzierung der Sonde, sowohl in Bezug auf den Abstand und die Ausrichtung in Bezug auf den Stromfluss, als auch auf den Stromfluss selbst. Zweitens sind H-Feld-Sonden empfindlich gegenüber Magnetfeldern, die von anderen nahegelegenen stromführenden Leitern erzeugt werden. Die in der Nähe befindlichen stromführenden Leiter können bei der Beobachtung der gewünschten Stromwellenform ganz erhebliche Interferenzen oder Übersprechen von anderen Stromwellenformen verursachen.
Beide Nachteile wurden in konventionellen Systemen durch die mathematische Integration des Magnetfelds um einen Pfad, der den interessierenden stromführenden Leiter umgibt, wie z. B. durch Rogowski-Spulen und Faserstromsonden mit Faraday-Effekt, oder durch die Konzentration des Magnetfelds an einem einzigen Ort durch Umschließen des Leiters mit einem Magnetkern angegangen. Beide Ansätze erfordern jedoch, dass die Stromsonde um den stromführenden Leiter gewickelt wird, was oft unpraktisch sein kann, z. B. auf einer Leiterplatte. Es ist wünschenswert, die Probleme der Kalibrierung und des Übersprechens zu lösen, ohne dass die Sonde den interessierenden Strom vollständig umschließen muss.
Beispiele der Offenbarung beheben diese und andere Defizite des Standes der Technik.
Figurenliste
Aspekte, Merkmale und Vorteile von Beispielen der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden Beschreibung von Beispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich, in denen:

1 ist ein Blockdiagramm eines Test- und Messinstruments gemäß Beispielen der Offenbarung.
2 ist ein Flussdiagramm eines Beispielbetriebs des Test- und Messinstruments von 1.
3 ist ein Flussdiagramm eines weiteren Beispiels für den Betrieb des Test- und Messinstruments aus 1.
4 ist ein Flussdiagramm eines weiteren Beispiels für den Betrieb des Test- und Messinstruments aus 1.
5 ist ein Diagramm, das eine Anordnung von Magnetfeldsensoren zur Verwendung mit dem Test- und Messinstrument von 1 zeigt.

BESCHREIBUNG
Hierin wird eine Kalibrierung für eine Magnetfeld- oder H-Sonde zur Messung des elektrischen Stroms einer zu testenden Vorrichtung beschrieben, ohne dass die zu testende Vorrichtung umhüllt oder umschlossen werden muss. Wie im Folgenden näher beschrieben wird, kalibrieren Beispiele der Offenbarung eine H-Feld-Sonde in der Nähe eines einzelnen Leiters, indem ein bekannter Strom in den Leiter eingeleitet wird, das resultierende Magnetfeld gemessen und das gemessene Feld durch den bekannten Strom dividiert wird, um einen Kalibrierungsfaktor zu erhalten.
1 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Test- und Messinstruments 100, wie z. B. eines Oszilloskops, zur Implementierung der hierin offenbarten Beispiele. Das Test- und Messinstrument 100 umfasst einen oder mehrere Ports 102, die ein elektrisches signaltechnisches Medium sein können. Die Ports 102 können Empfänger, Sender und/oder Transceiver umfassen. Jeder Port 102 kann in einem Kanal des Test- und Messinstruments 100 enthalten sein. Beispielsweise kann ein Port 102 in einem Beispiel der Offenbarung einen bekannten Strom an eine zu testende Vorrichtung 112 ausgeben und ein anderer Port kann mit einer H-Feld-Sonde 104 verbunden sein und den Magnetfeldmesswert von der H-Feld-Sonde 104 empfangen. Die Ports 102 sind mit einem oder mehreren Prozessoren 106 gekoppelt, um die an den Ports 102 von der H-Feld-Sonde 104 empfangenen Signale und/oder Wellenformen zu verarbeiten. Obwohl in 1 zur einfacheren Veranschaulichung nur ein Prozessor 106 dargestellt ist, können, wie ein Fachmann verstehen wird, anstelle eines einzelnen Prozessors 106 auch mehrere Prozessoren 106 unterschiedlichen Typs in Kombination verwendet werden.
Die Ports 102 können auch mit einer Messeinheit im Test- und Messinstrument 100 verbunden sein, die zur Vereinfachung der Darstellung nicht dargestellt ist. Eine solche Messeinheit kann jede Komponente umfassen, die in der Lage ist, Aspekte (z. B. Spannung, Stromstärke, Amplitude usw.) eines über die Ports 102 empfangenen Signals zu messen. Das Test- und Messinstrument 100 kann zusätzliche Hardware und/oder Prozessoren enthalten, wie z. B. Konditionierungsschaltungen, einen Analog-Digital-Wandler und/oder andere Schaltungen zur Umwandlung eines empfangenen Signals in eine Wellenform zur weiteren Analyse. Die resultierende Wellenform kann dann in einem Speicher 108 gespeichert sowie auf einem Display 110 angezeigt werden.
Der eine oder die mehreren Prozessoren 106 können so ausgebildet sein, dass sie Befehle aus dem Speicher 108 ausführen und beliebige Verfahren und/oder zugehörige Schritte durchführen, die durch solche Befehle angegeben werden, wie z. B. die Kalibrierung der H-Feld-Sonde 104 zur Messung eines Stroms der zu testenden Vorrichtung 112. Der Speicher 108 kann als Prozessor-Cache, Direktzugriffsspeicher (RAM), Festwertspeicher (ROM), Festkörperspeicher, Festplattenlaufwerk(e) oder ein anderer Speichertyp implementiert sein. Der Speicher 108 dient als Medium zum Speichern von Daten, Computerprogrammprodukten und anderen Anweisungen.
Benutzereingänge 114 sind mit dem einen oder mehreren Prozessoren 106 gekoppelt. Benutzereingänge 114 können eine Tastatur, eine Maus, einen Trackball, einen Touchscreen und/oder andere Bedienelemente umfassen, die von einem Benutzer zur Interaktion mit einer GUI auf der Anzeige 110 verwendet werden können. Die Anzeige 110 kann ein digitaler Bildschirm, eine Anzeige auf Kathodenstrahlröhrenbasis oder ein beliebiger anderer Monitor sein, um dem Benutzer Wellenformen, Messungen und andere Daten anzuzeigen. Während die Komponenten des Test- und Messinstruments 100 als in das Test- und Messinstrument 100 integriert dargestellt sind, wird eine Person mit gewöhnlichen Kenntnissen auf dem Gebiet der Technik verstehen, dass jede dieser Komponenten außerhalb des Test- und Messinstruments 100 sein kann und mit dem Test- und Messinstrument 100 auf jede herkömmliche Weise gekoppelt werden kann (z. B. verdrahtete und/oder drahtlose Kommunikationsmedien und/oder -mechanismen). Zum Beispiel kann in einigen Konfigurationen die Anzeige 110 vom Test- und Messinstrument 100 entfernt sein.
2 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb des Test- und Messinstruments 100 zur Kalibrierung der H-Feld-Sonde 104 zeigt. Obwohl im Flussdiagramm nicht dargestellt, kann ein Benutzer damit beginnen, die H-Feld-Sonde 104 in der Nähe des interessierenden stromführenden Leiters am oder im DUT 112 zu platzieren. Einmal platziert, kann das Test- und Messinstrument 100 in einigen Beispielen einen bekannten Strom im Betrieb 202 in den stromführenden Leiter auf der zu testenden Vorrichtung durch den einen oder die mehreren Ports 102 injizieren. In anderen Beispielen kann der bekannte Strom von einer anderen Vorrichtung eingespeist werden, und die Höhe des Stroms kann über die Benutzerschnittstelle 114 in das Test- und Messinstrument 100 eingegeben werden.
Mit dem bekannten Strom, der durch den stromführenden Leiter fließt, kann die H-Feld-Sonde 104 das resultierende Magnetfeld aus dem bekannten Strom in dem stromführenden Leiter im Betrieb 204 messen. Der eine oder die mehrere Prozessoren 106 empfangen das gemessene Magnetfeld und können einen Kalibrierungsfaktor bestimmen, indem sie das gemessene Magnetfeld durch den bekannten Strom teilen, um den Kalibrierungsfaktor in Vorgang 206 zu erhalten. Der Kalibrierungsfaktor ist eine Funktion der Platzierung und Ausrichtung der H-Feld-Sonde 104, aber keine Funktion des Signals und/oder der Kalibrierungsfrequenz, solange der Abstand zwischen der H-Feld-Sonde 104 und dem zu überwachenden Strom klein ist im Vergleich zur Wellenlänge des Signals oder der Kalibrierungsfrequenz. Das heißt, die H-Feld-Sonde 104 erfasst Nahfeldstrahlung.
In Betrieb 208 kann die zu testende Vorrichtung 112 dann unter normalen Bedingungen arbeiten und die H-Feld-Sonde 104 kann das Magnetfeld eines unbekannten Stroms messen. In Vorgang 210 empfängt der eine oder die mehreren Prozessoren 106 das gemessene Magnetfeld für den unbekannten Strom und bestimmt den unbekannten Strom basierend auf dem gemessenen Magnetfeld und dem Kalibrierungsfaktor. Dies kann zum Beispiel dadurch geschehen, dass der eine oder die mehreren Prozessoren 106 das gemessene Magnetfeld mit einem Kehrwert des Kalibrierungsfaktors multiplizieren, um die kalibrierte Messung des unbekannten Stroms zu bestimmen.
2 zeigt ein Flussdiagramm, in dem die Kalibrierung durchgeführt wird, bevor eine zu testende Vorrichtung 112, der einen unbekannten Strom erzeugt, eingeschaltet wird. Das Beispiel von 2 kann einen Rekalibrierungsschritt verwenden, einschließlich eines Leistungszyklus der zu testenden Vorrichtung, wenn die H-Feld-Sonde 104 physisch bewegt wird, sei es absichtlich oder unabsichtlich.
3 zeigt ein Flussdiagramm für andere Beispiele der Offenbarung, die eine Kalibrierung gleichzeitig mit der Messung eines unbekannten Stroms durchführen können. In diesem Beispiel wird in Vorgang 300 eine bekannte kontinuierliche Sinuswelle, wie z. B. ein Pilotton, durch den stromführenden Leiter der zu testenden Vorrichtung 112 injiziert. Der stromführende Leiter führt auch einen unbekannten Strom aus dem Betrieb der zu testenden Vorrichtung 112. Das kontinuierliche Sinussignal wird so erzeugt, dass die Frequenz des kontinuierlichen Sinussignals außerhalb der Bandbreite der durchzuführenden Messung liegt. Ein Benutzer kann in die Benutzereingänge 114 eine Bandbreite der durchzuführenden Messung eingeben, so dass das Test- und Messinstrument 100 sicherstellen kann, dass die kontinuierliche Sinuswelle außerhalb der Bandbreite der Messung liegt.
In Vorgang 302 kann die H-Feld-Sonde 104 das Magnetfeld messen, das durch den unbekannten Strom in der zu testenden Vorrichtung 112 erzeugt wird, sowie das Magnetfeld, das durch die kontinuierliche Sinuswelle erzeugt wird. In Vorgang 304 kann das Test- und Messinstrument 100 außerdem einen Filter enthalten, der das von der kontinuierlichen Sinuswelle erzeugte Magnetfeld trennen kann. Das Test- und Messinstrument 100 kann das durch die bekannte kontinuierliche Sinuswelle erzeugte getrennte Magnetfeld verwenden, um in Vorgang 306 einen Kalibrierungsfaktor zu berechnen, wie oben in Bezug auf Vorgang 206 beschrieben. Unter Verwendung des Kalibrierungsfaktors kann das Test- und Messinstrument 100 die kalibrierte Messung des unbekannten Stroms in Vorgang 308 bestimmen.
4 zeigt ein weiteres Beispiel für die Kalibrierung der Messung eines Stroms unter Verwendung einer H-Feld-Sonde 104. Ähnlich wie bei dem in 3 gezeigten Beispiel kann während der Messung des unbekannten Stroms in Vorgang 400 kontinuierlich ein Kalibrierungssignal gesendet werden. Das Kalibrierungssignal kann in diesem Beispiel jedoch ein kontinuierliches Zufallssignal sein, wie z. B. ein kontinuierliches Pseudo-Random-Binary-Sequenz (PRBS)-Signal, ein Spreizspektrum-Sinussignal oder ein beliebiges anderes zufälliges breitbandiges Quellensignal mit begrenzter Amplitude.
In Vorgang 402 kann die H-Feld-Sonde 104 das Magnetfeld messen, das durch den unbekannten Strom in der zu testenden Vorrichtung 112 erzeugt wird, sowie das Magnetfeld, das durch das kontinuierliche Zufallssignal erzeugt wird. In Vorgang 404 kann das Test- und Messinstrument 100 den Kalibrierungsfaktor berechnen oder bestimmen. In diesem Beispiel ist der Kalibrierfaktor die kontinuierliche Kreuzkorrelation des Kalibrierstroms mit dem gemessenen Magnetfeld geteilt durch die Autokorrelation des Kalibrierstroms mit sich selbst. Der bekannte Kalibrierstrom kann von dem Produkt aus dem gemessenen Magnetfeld und dem Kehrwert des Kalibrierwertes subtrahiert werden, um den verbleibenden, unbekannten Strom in Vorgang 406 zu bestimmen.
Die Zeitdauer, über die Korrelationen berechnet werden, stellt einen Kompromiss dar. Das heißt, kürzere Zeitdauern ermöglichen eine schnellere Verfolgung der physikalischen Bewegung der H-Feld-Sonde 104, während längere Zeitdauern eine bessere Genauigkeit durch eine größere Mittelung jeglicher zufälliger Korrelation des Magnetfelds des unbekannten Signals mit dem Kalibrierstrom bieten.
Die Beispiele der Offenbarung sind jedoch nicht auf einzelne H-Feld-Sonden 104 beschränkt. In einigen Beispielen können mehrere H-Feld-Sonden 104 vorgesehen und über die Ports 102 mit dem Test- und Messinstrument 100 verbunden sein.
Kalibrierungsansätze mit mehreren H-Feld-Sonden 104 und mehreren Kalibrierungsstromquellen können auch zur Lösung von Übersprechproblemen beitragen. Wenn sich eine Anzahl N von Stromleitern in unmittelbarer Nähe und eine Anzahl M von H-Feldsonden 104 in der Nähe dieser Leiter befinden, wobei M größer oder gleich N ist, kann eine NxM-Empfindlichkeitsmatrix A definiert werden. Die NxM-Empfindlichkeitsmatrix A kann definiert werden, wobei das Element Ai,j das H-Feld darstellt, das in der Sonde j durch den im Leiter i fließenden Strom induziert wird.
Wenn die Anzahl der H-Feld-Sonden 104 M gleich der Anzahl der Stromleiter N ist, d.h. wenn M=N, dann können die unbekannten Ströme in den Leitern durch Multiplikation des Matrixinversen von A mit einem Spaltenvektor der H-Feld-Sonden(104)-Messungen Y bestimmt werden. Wenn die Anzahl der H-Feld-Sonden 104 M größer ist als die Anzahl der stromführenden Leiter N, d.h. wenn M>N, kann eine lineare Regressionstechnik der kleinsten Quadrate angewendet werden, um die unbekannten Ströme mit minimalem Rauschen abzuschätzen, wie in Gleichung (1) gezeigt, wobei C ein Spaltenvektor der unbekannten Ströme und Y ein Spaltenvektor der Magnetfeldmessungen ist:
$C = {[A \cdot A^{T}]}^{- 1} \cdot A \cdot Y$
Die oben mit Bezug auf die 2, 3 und 4 diskutierten Beispiele zur Trennung der Magnetfelder von der Kalibrierung und den unbekannten Strömen für den einzelnen stromführenden Leiter und die Sonde können auch für die Situation mit mehreren stromführenden Leitern gelten.
Das heißt, dass zum Beispiel ein Kalibrierungsstrom in jeweils einen stromführenden Leiter eingefügt werden kann, während die zu testende Vorrichtung 112 ausgeschaltet ist, was die Messungen einer Reihe von A zu einer Zeit ermöglicht. Oder es können mehrere verschiedene Kalibrierströme kontinuierlich und gleichzeitig mit der unbekannten Messung gesendet werden, indem in jedem stromführenden Leiter eine andere Frequenz für das Pilottonsignal gewählt wird, und die resultierende H-Feld-Messung kann im Frequenzbereich getrennt werden. Schließlich können für jeden Kalibrierstrom orthogonale und unkorrelierte Pseudo-Zufallsfolgen gewählt werden. Wie bei den oben in Bezug auf 3 und 4 diskutierten Beispielen müsste ein Magnetfeld, das von jedem der bekannten Ströme erzeugt wird, von dem gemessenen Magnetfeld, das den unbekannten Strom enthält, isoliert oder getrennt werden, wenn die bekannten Ströme gleichzeitig mit der eingeschalteten zu testenden Vorrichtung 112 gesendet werden.
Um potenziell große Rauschverstärkungen bei der Invertierung von A (wenn M gleich N ist) oder A·AT (wenn M größer als N ist) zu vermeiden, kann mindestens eine H-Feld-Sonde 104 in der Nähe und mit dem Magnetfeld von jedem der N stromführenden Leiter ausgerichtet platziert werden. Eine größere Anzahl von H-Feld-Sonden 104 erhöht die Wahrscheinlichkeit, eine geringere Rauschverstärkung zu erreichen, jedoch auf Kosten der Notwendigkeit einer größeren Anzahl von Kanälen oder Ports 102 im Test- und Messinstrument 110 sowie eines Digitalisierers (nicht dargestellt) im Test- und Messinstrument 100 zur Erfassung der Magnetfeldsensor-Wellenformen.
In einigen Beispielen kann eine Anzahl von H-Feld-Sonden 104 innerhalb oder auf einem flexiblen Material oder Gewebe angeordnet sein. Zum Beispiel kann, wie in 5 gezeigt, eine Anordnung 500 von H-Feld-Sonden 104 vorgesehen sein, die flexibel ist. Das gesamte Array 500 von H-Feld-Sonden 104 kann auf der zu testenden Vorrichtung positioniert oder auf dieses gelegt werden, um eine Anzahl von verschiedenen stromführenden Leitern zu messen.
Wie oben beschrieben, wird ein bekannter Strom in jeden stromführenden Leiter injiziert, entweder während die zu testende Vorrichtung ausgeschaltet ist und keine unbekannten Ströme fließen, oder gleichzeitig mit den unbekannten Strömen, jedoch mit einer höheren Frequenz oder in einer zufälligen Reihenfolge, um die bekannten Ströme zu isolieren. Ein Array 500 von H-Feld-Sonden 104 kann eine Vielzahl von Messpunkten ermöglichen, was mit der oben diskutierten Gleichung (1) eine Mittelwertbildung und eine genauere Messungen jedes unbekannten Stroms ermöglicht. Das Array 500 bietet auch den Vorteil, dass der Benutzer nicht jede einzelne H-Feld-Sonde 104 in der Nähe der stromführenden Leiter platzieren muss, sondern stattdessen das gesamte Array 500 über die zu testende Vorrichtung 112 legen kann.
In manchen Situationen kann es Quellen signifikanter Magnetfelder von außerhalb der zu testenden Vorrichtung 112 geben, z. B. aufgrund des Erdmagnetfelds, des Stromflusses in Stromleitungen, der Felder von elektrischen Maschinen usw. In dem Maße, in dem die Quellen dieser externen Felder relativ zum Abstand der mehrfachen H-Feld-Sonden 104 entfernt sind und daher die Felder im Wesentlichen konstant gegenüber der Position innerhalb des Sensorarrays der H-Feld-Sonden 104 sind, können die Felder so behandelt werden, als kämen sie von drei unabhängigen Stromschleifen, die das Sensorarray der H-Feld-Sonden 104 in jeder der drei Raumdimensionen umgeben. Wenn dann die Anzahl der H-Feld-Sonden 104 größer oder gleich der Anzahl der stromführenden Leiter plus drei ist, d.h. M>=N+3, kann der eine oder die mehrere Prozessoren 106 die unbekannten Ströme der N stromführenden Leiter und die drei Vektorkomponenten des externen Magnetfeldes lösen.
Wenn die Anzahl der H-Feld-Sonden 104 M unabhängig voneinander beweglich ist, d.h. jede von den anderen getrennt ist, kann es zur Bestimmung der Kalibrierungsmatrix A erforderlich sein, die drei unabhängigen Stromschleifen tatsächlich um die zu testende Vorrichtung 112 herum zu platzieren und drei zusätzliche Kalibrierungsströme zu entnehmen. Wenn jedoch die Anzahl der H-Feld-Sonden 104 M in relativ festen Positionen und Ausrichtungen gehalten wird, kann die Reaktion der Sensoren auf ein externes Magnetfeld, d. h. drei Reihen A, während der Sondenherstellung gemessen und entweder in einem Speicher der H-Feld-Sonde 104 oder in einem Speicher 108 der Prüf- und Messeinheit zur späteren Verwendung bei der Kalibrierung gespeichert werden.
Aspekte der Offenbarung können auf speziell geschaffener Hardware, Firmware, digitalen Signalprozessoren oder auf einem speziell programmierten Computer mit einem Prozessor arbeiten, der gemäß programmierten Anweisungen arbeitet. Die Begriffe Controller oder Prozessor, wie sie hier verwendet werden, sollen Mikroprozessoren, Mikrocomputer, anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs) und spezielle Hardware-Controller umfassen. Ein oder mehrere Aspekte der Offenbarung können in computerverwendbaren Daten und computerausführbaren Anweisungen verkörpert sein, wie z. B. in einem oder mehreren Programmmodulen, die von einem oder mehreren Computern (einschließlich Überwachungsmodulen) oder anderen Vorrichtungen ausgeführt werden. Im Allgemeinen umfassen Programmmodule Routinen, Programme, Objekte, Komponenten, Datenstrukturen usw., die bestimmte Aufgaben ausführen oder bestimmte abstrakte Datentypen implementieren, wenn sie von einem Prozessor in einem Computer oder einer anderen Vorrichtung ausgeführt werden. Die computerausführbaren Anweisungen können auf einem computerlesbaren Speichermedium wie einer Festplatte, einer optischen Platte, einem Wechselspeichermedium, einem Festkörperspeicher, einem Random Access Memory (RAM) usw. gespeichert sein. Wie ein Fachmann erkennen wird, kann die Funktionalität der Programm-Module in verschiedenen Aspekten beliebig kombiniert oder verteilt werden. Darüber hinaus kann die Funktionalität ganz oder teilweise in Firmware oder Hardware-Äquivalenten wie integrierten Schaltkreisen, FPGA und dergleichen verkörpert sein. Bestimmte Datenstrukturen können verwendet werden, um einen oder mehrere Aspekte der Offenbarung effektiver zu implementieren, und solche Datenstrukturen werden im Rahmen der hier beschriebenen computerausführbaren Anweisungen und computerverwendbaren Daten in Betracht gezogen.
Die offenbarten Aspekte können in einigen Fällen in Hardware, Firmware, Software oder einer beliebigen Kombination davon implementiert werden. Die offengelegten Aspekte können auch als Anweisungen implementiert werden, die von einem oder mehreren oder computerlesbaren Speichermedien getragen werden oder darauf gespeichert sind, die von einem oder mehreren Prozessoren gelesen und ausgeführt werden können. Solche Anweisungen können als Computerprogrammprodukt bezeichnet werden. Computerlesbare Medien, wie hier beschrieben, sind alle Medien, auf die ein Computergerät zugreifen kann. Als Beispiel und nicht als Einschränkung können computerlesbare Medien Computerspeichermedien und Kommunikationsmedien umfassen.
Computerspeichermedien sind beliebige Medien, die zum Speichern von computerlesbaren Informationen verwendet werden können. Als Beispiel und ohne Einschränkung können Computerspeichermedien RAM, ROM, Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory (EEPROM), Flash-Speicher oder andere Speichertechnologien, Compact Disc Read Only Memory (CD-ROM), Digital Video Disc (DVD) oder andere optische Plattenspeicher, Magnetkassetten, Magnetbänder, Magnetplattenspeicher oder andere magnetische Speichergeräte und alle anderen flüchtigen oder nicht flüchtigen, entfernbaren oder nicht entfernbaren Medien umfassen, die in einer beliebigen Technologie implementiert sind. Computerspeichermedien schließen Signale als solche und vorübergehende Formen der Signalübertragung aus.
Kommunikationsmedien sind alle Medien, die für die Kommunikation von computerlesbaren Informationen verwendet werden können. Als Beispiel und nicht als Einschränkung können Kommunikationsmedien Koaxialkabel, Glasfaserkabel, Luft oder jedes andere Medium umfassen, das für die Kommunikation von elektrischen, optischen, Hochfrequenz- (HF), Infrarot-, akustischen oder anderen Signaltypen geeignet ist.
BEISPIELE
Im Folgenden werden illustrierende Beispiele für die hier offengelegten Technologien aufgeführt. Ein Beispiel der Technologien kann eines oder mehrere und jede Kombination der unten beschriebenen Beispiele umfassen.
Beispiel 1 ist ein Test- und Messinstrument zum Messen eines Stroms in einer zu testenden Vorrichtung, das einen Eingang umfasst, der so ausgebildet ist, dass er Signale von einer Magnetfeldsonde empfängt; und einen oder mehrere Prozessoren, die so ausgebildet sind, dass sie anhand eines Signals von der Magnetfeldsonde ein Magnetfeld messen, das von einem stromführenden Leiter der zu testenden Vorrichtung auf der Grundlage eines bekannten Stroms erzeugt wird, einen Kalibrierungsfaktor auf der Grundlage des bekannten Stroms und des Magnetfelds bestimmen und eine kalibrierte Messung eines unbekannten Stroms in dem stromführenden Leiter unter Verwendung eines von dem stromführenden Leiter erzeugten Magnetfelds auf der Grundlage des unbekannten Stroms und des Kalibrierungsfaktors erzeugen.
Beispiel 2 ist das Test- und Messinstrument von Beispiel 1, wobei das durch den stromführenden Leiter erzeugte Magnetfeld auf der Grundlage des bekannten Stroms und des unbekannten Stroms erzeugt wird.
Beispiel 3 ist das Test- und Messinstrument von Beispiel 2, wobei der bekannte Strom eine kontinuierliche Sinuswelle außerhalb einer Bandbreite des unbekannten Stroms ist, wobei das Test- und Messinstrument ferner einen Filter umfasst, der so ausgebildet ist, dass er das durch den bekannten Strom erzeugte Magnetfeld und das durch den unbekannten Strom erzeugte Magnetfeld von dem Signal der Magnetfeldsonde trennt.
Beispiel 4 ist das Test- und Messinstrument von Beispiel 2, wobei der bekannte Strom ein kontinuierliches Zufallssignal ist und die Bestimmung des Kalibrierungsfaktors die Kreuzkorrelation des bekannten Stroms und des Magnetfelds und die Division durch eine Autokorrelation des bekannten Stroms mit sich selbst umfasst.
Beispiel 5 ist das Test- und Messinstrument von Beispiel 4, wobei die kalibrierte Messung des unbekannten Stroms durch Subtraktion des bekannten Stroms von dem Produkt aus dem Magnetfeld und einem Kehrwert des Kalibrierungsfaktors erzeugt wird.
Beispiel 6 ist das Test- und Messinstrument aus einem der Beispiele 1-5, das ferner eine Vielzahl von Eingängen umfasst, wobei jeder Eingang so ausgebildet ist, dass er Signale von einer jeweiligen Magnetfeldsonde empfängt, und der eine oder die mehreren Prozessoren ferner so ausgebildet sind, dass sie aus Signalen von den jeweiligen Magnetfeldsonden Magnetfelder messen, die von stromführenden Leitern auf der Grundlage bekannter Ströme erzeugt werden, Kalibrierungsfaktoren für die Magnetfeldsonden basierend auf den bekannten Strömen und den Magnetfeldern zu bestimmen und kalibrierte Messungen von unbekannten Strömen in den stromführenden Leitern unter Verwendung der von den stromführenden Leitern erzeugten Magnetfelder basierend auf unbekannten Strömen und den Kalibrierungsfaktoren zu erzeugen.
Beispiel 7 ist das Test- und Messinstrument von Beispiel 6, wobei die Anzahl der von den jeweiligen Magnetfeldsonden gemessenen Magnetfelder gleich oder größer ist als die Anzahl der zu messenden stromführenden Leiter in der zu testenden Vorrichtung.
Beispiel 8 ist das Test- und Messinstrument von Beispiel 7, wobei die Anzahl der von den jeweiligen Magnetfeldsonden gemessenen Magnetfelder größer ist als die Anzahl der stromführenden Leiter, die in der zu testenden Vorrichtung zu messen sind.
Beispiel 9 ist das Test- und Messinstrument von Beispiel 6, wobei jeder bekannte Strom eine kontinuierliche Sinuswelle mit einer unterschiedlichen Frequenz außerhalb einer Bandbreite der unbekannten Ströme ist, wobei das Test- und Messinstrument ferner einen Filter umfasst, der so ausgebildet ist, dass er die von den bekannten Strömen erzeugten Magnetfelder und die von den unbekannten Strömen erzeugten Magnetfelder von den Signalen der Magnetfeldsonden trennt.
Beispiel 10 ist das Test- und Messinstrument von Beispiel 6, wobei jeder der bekannten Ströme unterschiedliche kontinuierliche Zufallssignale sind und die Bestimmung der Kalibrierungsfaktoren die Kreuzkorrelation der bekannten Ströme und der Magnetfelder und die Division durch eine Autokorrelation der bekannten Ströme mit sich selbst umfasst.
Beispiel 11 ist das Test- und Messinstrument von Beispiel 10, wobei die kalibrierten Messungen der unbekannten Ströme durch Subtraktion der bekannten Ströme von dem Produkt aus den Magnetfeldern und einem Kehrwert der Kalibrierfaktoren erzeugt werden.
Beispiel 12 ist das Test- und Messinstrument der Beispiele 6-11, das ferner eine flexible Anordnung von Magnetfeldsonden umfasst, die so strukturiert sind, dass sie über der zu testenden Vorrichtung platziert werden können.
Beispiel 13 ist ein Verfahren zum Messen eines Stroms in einer zu testenden Vorrichtung, das das Messen eines von einem stromführenden Leiter in der zu testenden Vorrichtung erzeugten Magnetfelds auf der Grundlage eines bekannten Stroms, das Bestimmen eines Kalibrierungsfaktors auf der Grundlage des bekannten Stroms und des Magnetfelds und das Erzeugen einer kalibrierten Messung eines unbekannten Stroms in dem stromführenden Leiter unter Verwendung eines von dem stromführenden Leiter erzeugten Magnetfelds auf der Grundlage des unbekannten Stroms und des Kalibrierungsfaktors umfasst.
Beispiel 14 ist das Verfahren von Beispiel 13, wobei das Magnetfeld ein Magnetfeld umfasst, das von dem stromführenden Leiter auf der Grundlage des bekannten Stroms und des unbekannten Stroms erzeugt wird.
Beispiel 15 ist das Verfahren von Beispiel 14, wobei der bekannte Strom eine kontinuierliche Sinuswelle außerhalb einer Bandbreite des unbekannten Stroms ist, und das Verfahren ferner das Trennen des durch den bekannten Strom erzeugten Magnetfelds und des durch den unbekannten Strom erzeugten Magnetfelds von dem Signal der Magnetfeldsonde umfasst.
Beispiel 16 ist das Verfahren von Beispiel 14, wobei der bekannte Strom ein kontinuierliches Zufallssignal ist und die Bestimmung des Kalibrierungsfaktors die Kreuzkorrelation des bekannten Stroms und des Magnetfelds und die Division durch eine Autokorrelation des bekannten Stroms mit sich selbst umfasst.
Beispiel 17 ist das Verfahren von Beispiel 16, wobei die kalibrierte Messung des unbekannten Stroms durch Subtraktion des bekannten Stroms von dem Produkt aus dem Magnetfeld und einem Kehrwert des Kalibrierungsfaktors erzeugt wird.
Beispiel 18 ist das Verfahren nach einem der Beispiele 13 bis 17, das ferner das Messen einer Vielzahl von Magnetfeldern, die von einer Vielzahl von stromführenden Leitern erzeugt werden, anhand von Signalen von jeweiligen Magnetfeldsonden auf der Grundlage bekannter Ströme, das Bestimmen von Kalibrierungsfaktoren für die Magnetfeldsonden auf der Grundlage der bekannten Ströme und der Magnetfelder und das Erzeugen kalibrierter Messungen für die unbekannten Ströme in den stromführenden Leitern unter Verwendung der von den stromführenden Leitern erzeugten Magnetfelder auf der Grundlage der unbekannten Ströme und der Kalibrierungsfaktoren umfasst.
Beispiel 19 ist das Verfahren von Beispiel 18, wobei die Anzahl der von den jeweiligen Magnetfeldsonden gemessenen Magnetfelder gleich oder größer ist als die Anzahl der stromführenden Leiter, die in der zu testenden Vorrichtung zu messen sind.
Beispiel 20 ist das Verfahren aus Beispiel 19, wobei die Anzahl der von den jeweiligen Magnetfeldsonden gemessenen Magnetfelder größer ist als die Anzahl der stromführenden Leiter, die in der zu testenden Vorrichtung zu messen sind.
Beispiel 21 ist ein oder sind mehrere nicht-temporäre computerlesbare Speichermedien, die Befehle umfassen, die, wenn sie von einem oder mehreren Prozessoren eines Test- und Messinstruments ausgeführt werden, das Test- und Messinstrument veranlassen, ein Magnetfeld zu messen, das von einem stromführenden Leiter in einer zu testenden Vorrichtung auf der Grundlage eines bekannten Stroms erzeugt wird; einen Kalibrierungsfaktor auf der Grundlage des bekannten Stroms und des Magnetfelds zu bestimmen; und eine kalibrierte Messung eines unbekannten Stroms in dem stromführenden Leiter unter Verwendung eines von dem stromführenden Leiter erzeugten Magnetfelds auf der Grundlage des unbekannten Stroms und des Kalibrierungsfaktors zu erzeugen.
Beispiel 22 ist das eine oder mehrere nicht-temporäre computerlesbare Speichermedium(e) von Beispiel 21, wobei der bekannte Strom eine kontinuierliche Sinuswelle außerhalb einer Bandbreite des unbekannten Stroms ist und das eine oder die mehreren nicht-temporären computerlesbaren Speichermedium(e) weiterhin Anweisungen zum Filtern des durch den bekannten Strom erzeugten Magnetfelds und des durch den unbekannten Strom erzeugten Magnetfelds aus dem Signal der Magnetfeldsonde umfassen.
Beispiel 23 ist das eine oder mehrere nicht-temporäre computerlesbare Speichermedium(e) von Beispiel 21, wobei der bekannte Strom ein kontinuierliches Zufallssignal ist und das Bestimmen des Kalibrierungsfaktors das Kreuzkorrelieren des bekannten Stroms und des Magnetfelds und das Dividieren durch eine Autokorrelation des bekannten Stroms mit sich selbst umfasst.
Beispiel 24 ist das eine oder mehrere nicht-temporäre computerlesbare Speichermedium(e) von Beispiel 23, wobei die kalibrierte Messung des unbekannten Stroms durch Subtraktion des bekannten Stroms von dem Produkt aus dem Magnetfeld und einem Inversen des Kalibrierungsfaktors erzeugt wird.
Die zuvor beschriebenen Ausführungsformen des offengelegten Gegenstands haben viele Vorteile, die entweder beschrieben wurden oder für eine Person mit gewöhnlichem Fachwissen offensichtlich wären. Dennoch sind diese Vorteile oder Merkmale nicht in allen Versionen der offengelegten Geräte, Systeme oder Verfahren erforderlich.
Außerdem wird in dieser schriftlichen Beschreibung auf bestimmte Merkmale hingewiesen. Es ist zu verstehen, dass die Offenbarung in dieser Beschreibung alle möglichen Kombinationen dieser besonderen Merkmale umfasst. Wenn ein bestimmtes Merkmal im Zusammenhang mit einem bestimmten Aspekt oder Beispiel offenbart wird, kann dieses Merkmal, soweit möglich, auch im Zusammenhang mit anderen Aspekten und Beispielen verwendet werden.
Auch wenn in dieser Anmeldung auf ein Verfahren mit zwei oder mehr definierten Schritten oder Vorgängen Bezug genommen wird, können die definierten Schritte oder Vorgänge in beliebiger Reihenfolge oder gleichzeitig ausgeführt werden, sofern der Kontext diese Möglichkeiten nicht ausschließt.
Obwohl spezifische Beispiele der Offenbarung zum Zwecke der Veranschaulichung dargestellt und beschrieben wurden, versteht es sich, dass verschiedene Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Dementsprechend sollte die Offenbarung nicht eingeschränkt werden, außer durch die beigefügten Ansprüche.

Claims

Test- und Messinstrument zum Messen eines Stroms in einer zu testenden Vorrichtung, umfassend: einen Eingang, der so ausgebildet ist, dass er Signale von einer Magnetfeldsonde empfängt; und einen oder mehrere Prozessoren, die ausgebildet sind, um: aus einem Signal von der Magnetfeldsonde ein Magnetfeld zu messen, das von einem stromführenden Leiter der zu testenden Vorrichtung erzeugt wird, basierend auf einem bekannten Strom, Bestimmen eines Kalibrierungsfaktors basierend auf dem bekannten Strom und dem Magnetfeld, und Erzeugen einer kalibrierten Messung eines unbekannten Stroms in dem stromführenden Leiter unter Verwendung eines von dem stromführenden Leiter erzeugten Magnetfelds auf der Grundlage des unbekannten Stroms und des Kalibrierungsfaktors.
Das Test- und Messinstrument nach Anspruch 1, wobei das von dem stromführenden Leiter erzeugte Magnetfeld auf der Grundlage des bekannten Stroms und des unbekannten Stroms erzeugt wird.
Das Test- und Messinstrument nach Anspruch 2, wobei der bekannte Strom eine kontinuierliche Sinuswelle außerhalb einer Bandbreite des unbekannten Stroms ist, wobei das Test- und Messinstrument ferner einen Filter umfasst, der so ausgebildet ist, dass er das durch den bekannten Strom erzeugte Magnetfeld und das durch den unbekannten Strom erzeugte Magnetfeld von dem Signal der Magnetfeldsonde trennt.
Das Test- und Messinstrument nach Anspruch 2 oder 3, wobei der bekannte Strom ein kontinuierliches Zufallssignal ist und das Bestimmen des Kalibrierungsfaktors das Kreuzkorrelieren des bekannten Stroms und des Magnetfelds und das Dividieren durch eine Autokorrelation des bekannten Stroms mit sich selbst umfasst.
Das Test- und Messinstrument nach Anspruch 4, wobei die kalibrierte Messung des unbekannten Stroms durch Subtraktion des bekannten Stroms von dem Produkt aus dem Magnetfeld und einem Kehrwert des Kalibrierungsfaktors erzeugt wird.
Das Test- und Messinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das ferner eine Vielzahl von Eingängen umfasst, wobei jeder Eingang ausgebildet ist, um Signale von einer jeweiligen Magnetfeldsonde zu empfangen, und der eine oder die mehreren Prozessoren ferner ausgebildet sind, um: aus Signalen von den jeweiligen Magnetfeldsonden Magnetfelder zu messen, die von stromführenden Leitern erzeugt werden, basierend auf bekannten Strömen, Bestimmen von Kalibrierungsfaktoren für die Magnetfeldsonden basierend auf den bekannten Strömen und den Magnetfeldern, und Erzeugen kalibrierter Messungen unbekannter Ströme in den stromführenden Leitern unter Verwendung der von den stromführenden Leitern erzeugten Magnetfelder auf der Basis unbekannter Ströme und der Kalibrierfaktoren.
Das Test- und Messinstrument nach Anspruch 6, wobei die Anzahl der von den jeweiligen Magnetfeldsonden gemessenen Magnetfelder gleich oder größer ist als die Anzahl der stromführenden Leiter, die in der zu testenden Vorrichtung zu messen sind.
Das Test- und Messinstrument nach Anspruch 7, wobei die Anzahl der von den jeweiligen Magnetfeldsonden gemessenen Magnetfelder größer ist als die Anzahl der stromführenden Leiter, die in der zu testenden Vorrichtung zu messen sind.
Das Test- und Messinstrument nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei jeder bekannte Strom eine kontinuierliche Sinuswelle mit einer anderen Frequenz außerhalb einer Bandbreite der unbekannten Ströme ist, wobei das Test- und Messinstrument ferner einen Filter umfasst, der so ausgebildet ist, dass er die von den bekannten Strömen erzeugten Magnetfelder und die von den unbekannten Strömen erzeugten Magnetfelder von den Signalen der Magnetfeldsonden trennt.
Das Test- und Messinstrument nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei jeder der bekannten Ströme unterschiedliche kontinuierliche Zufallssignale sind und die Bestimmung der Kalibrierungsfaktoren die Kreuzkorrelation der bekannten Ströme und der Magnetfelder und die Division durch eine Autokorrelation der bekannten Ströme mit sich selbst umfasst.
Das Test- und Messinstrument nach Anspruch 10, wobei die kalibrierten Messungen der unbekannten Ströme durch Subtraktion der bekannten Ströme von dem Produkt aus den Magnetfeldern und einem Kehrwert der Kalibrierfaktoren erzeugt werden.
Das Test- und Messinstrument nach einem der Ansprüche 6 bis 11, das ferner eine flexible Anordnung von Magnetfeldsonden umfasst, die so strukturiert sind, dass sie über der zu testenden Vorrichtung platziert werden können.
Verfahren zum Messen eines Stroms in einer zu testenden Vorrichtung, umfassend: Messen eines Magnetfeldes, das von einem stromführenden Leiter in der zu testenden Vorrichtung erzeugt wird, basierend auf einem bekannten Strom; Bestimmen eines Kalibrierungsfaktors basierend auf dem bekannten Strom und dem Magnetfeld; und Erzeugen einer kalibrierten Messung eines unbekannten Stroms in dem stromführenden Leiter unter Verwendung eines von dem stromführenden Leiter erzeugten Magnetfelds auf der Grundlage des unbekannten Stroms und des Kalibrierungsfaktors.
Das Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Magnetfeld ein von dem stromführenden Leiter erzeugtes Magnetfeld auf der Grundlage des bekannten Stroms und des unbekannten Stroms umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 14, wobei der bekannte Strom eine kontinuierliche Sinuswelle außerhalb einer Bandbreite des unbekannten Stroms ist, und das Verfahren ferner das Trennen des durch den bekannten Strom erzeugten Magnetfelds und des durch den unbekannten Strom erzeugten Magnetfelds von dem Signal der Magnetfeldsonde umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei der bekannte Strom ein kontinuierliches Zufallssignal ist und das Bestimmen des Kalibrierungsfaktors das Kreuzkorrelieren des bekannten Stroms und des Magnetfelds und das Dividieren durch eine Autokorrelation des bekannten Stroms mit sich selbst umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 16, wobei die kalibrierte Messung des unbekannten Stroms durch Subtraktion des bekannten Stroms von dem Produkt aus dem Magnetfeld und einem Kehrwert des Kalibrierungsfaktors erzeugt wird.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, ferner umfassend: Messen einer Vielzahl von Magnetfeldern, die von einer Vielzahl von stromführenden Leitern erzeugt werden, anhand von Signalen von jeweiligen Magnetfeldsonden, basierend auf bekannten Strömen, Bestimmen von Kalibrierungsfaktoren für die Magnetfeldsonden basierend auf den bekannten Strömen und den Magnetfeldern, und Erzeugen von kalibrierten Messungen für die unbekannten Ströme in den stromführenden Leitern unter Verwendung der von den stromführenden Leitern erzeugten Magnetfelder auf der Grundlage der unbekannten Ströme und der Kalibrierungsfaktoren.
Das Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Anzahl der von den jeweiligen Magnetfeldsonden gemessenen Magnetfelder gleich oder größer ist als die Anzahl der in der zu testenden Vorrichtung zu messenden stromführenden Leiter.
Das Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Anzahl der von den jeweiligen Magnetfeldsonden gemessenen Magnetfelder größer ist als die Anzahl der stromführenden Leiter, die in der zu testenden Vorrichtung zu messen sind.
Ein oder mehrere nicht-temporäre computerlesbare Speichermedien, die Anweisungen umfassen, die, wenn sie von einem oder mehreren Prozessoren eines Test- und Messinstruments ausgeführt werden, das Test- und Messinstrument veranlassen: Messen eines Magnetfelds, das von einem stromführenden Leiter in einer zu testenden Vorrichtung erzeugt wird, basierend auf einem bekannten Strom; Bestimmen eines Kalibrierungsfaktors basierend auf dem bekannten Strom und dem Magnetfeld; und Erzeugen einer kalibrierten Messung eines unbekannten Stroms in dem stromführenden Leiter unter Verwendung eines von dem stromführenden Leiter erzeugten Magnetfelds auf der Grundlage des unbekannten Stroms und des Kalibrierungsfaktors.
Das eine oder mehrere nicht-temporäre computerlesbare Speichermedium(n) nach Anspruch 21, wobei der bekannte Strom eine kontinuierliche Sinuswelle außerhalb einer Bandbreite des unbekannten Stroms ist und das eine oder die mehreren nicht-temporären computerlesbaren Speichermedium(en) ferner Anweisungen zum Filtern des durch den bekannten Strom erzeugten Magnetfelds und des durch den unbekannten Strom erzeugten Magnetfelds aus dem Signal der Magnetfeldsonde umfassen.
Das eine oder die mehreren nicht-temporären computerlesbaren Speichermedien nach einem der Ansprüche 21 oder 22, wobei der bekannte Strom ein kontinuierliches Zufallssignal ist und das Bestimmen des Kalibrierungsfaktors das Kreuzkorrelieren des bekannten Stroms und des Magnetfelds und das Dividieren durch eine Autokorrelation des bekannten Stroms mit sich selbst umfasst.
Das eine oder mehrere nicht-temporäre computerlesbare Speichermedium(e) nach Anspruch 23, wobei die kalibrierte Messung des unbekannten Stroms durch Subtraktion des bekannten Stroms von dem Produkt aus dem Magnetfeld und einem Kehrwert des Kalibrierungsfaktors erzeugt wird.