DE19629588C2 - Signalaufzeichnungsverfahren und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum automati­ schen Aufzeichnen eines sich schnell ändernden elektrischen Signals mit den Schritten a) Abtasten des elektrischen Signals mit einer vorgegebenen Abtastfrequenz für eine Zeitspanne und b) Ablegen der abgetasteten Werte in einem Speicher mit einer zur Abtastfrequenz proportionalen Ablagefrequenz, bis der Speicher gefüllt ist.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, mit einer Abtasteinrichtung zur Abtastung des elektrischen Signals, wobei die Abtastfrequenz einstellbar sein kann, und einer Speichereinrichtung zur Speicherung von abgetasteten Werten.

Derartige Verfahren zum Aufzeichnen von sich relativ langsam ändernden elektrischen Signalen sind allgemein bekannt (z. B. US-A-3,972,031). Ein Beispiel hierfür ist die sogenannte Compact Disk, auf der Audiosignale mit einer Abtastfrequenz von 44,1 KHz für eine Zeitdauer von ca. einer Stunde aufgezeichnet werden.

Dasselbe Verfahren wird dem Grunde nach auch zur Aufzeichnung von sich schnell ändernden elektrischen Signalen verwendet. Um z. B. Schaltvorgänge in elektrischen Signalen überwachen zu können, werden Abtastfrequenzen im Megahertzbereich benutzt. Vorrichtungen, die mit solchen Abtastfrequenzen arbeiten, werden häufig als Transientenrecorder bezeichnet. Mit einem Transienten­ recorder können sich schnell ändernde Vorgänge dargestellt werden. Häufig sind Transientenrecorder mit einer Signalver­ arbeitungseinrichtung versehen, mit der bspw. eine Schnelle Fourier-Transformation (FFT) durchgeführt werden kann, um die Amplitude der einzelnen Frequenzkomponenten des elektrischen Signals plastischer darstellen zu können.

Transientenrecorder werden regelmäßig auf dem Gebiet der Netzspannungsüberwachung eingesetzt. Hier dienen die Transienten­ recorder einerseits dazu, die von einem Energieversorgungs­ unternehmen bereitgestellte Netzspannung auf die Anzahl und die Intensität von Oberschwingungen bzw. Verzerrungen zu überwachen. Zu diesem Zweck werden regelmäßig Transientenrecorder mit einer relativ niedrigen Abtastfrequenz im Bereich von einigen KHz verwendet. Da die Netzspannung gewöhnlich 50 oder 60 Hz beträgt, kann bei solchen Abtastfrequenzen eine Vielzahl von Oberschwingungen erfaßt werden.

Zum anderen wird ein zweiter Typ von Transientenrecordern mit einer sehr viel höheren Abtastfrequenz im Bereich der Netz­ spannungsüberwachung eingesetzt, um schnelle Signalstörungen z. B. aufgrund von Kommutierungseinbrüchen oder Schaltvorgängen genau analysieren zu können. Dieser zweite Typ von Transienten­ recordern arbeitet mit Abtastfrequenzen im Bereich von einigen 100 KHz bis hin zu einigen Megahertz.

Generell wäre es zwar denkbar, mit dem zweiten Typ von Tran­ sientenrecordern auch den Aufgabenbereich des ersten Typs mit abzudecken. Hierzu wäre jedoch ein außerordentlich großer Speicher notwendig. Da die hierzu notwendigen Speicherbausteine nicht nur außerordentlich teuer sind, sondern auch einen enormen Zeitaufwand für ihre Auswertung in Anspruch nehmen, hat sich dieser Ansatz in der Praxis bislang nicht durchgesetzt.

Obwohl die bekannten Transientenrecordertypen sich für ihr spezielles Einsatzgebiet als geeignet erwiesen haben, sind sie für einen dritten Problemfall (sogenannte breitbandige Störungen) relativ ungeeignet. Der Begriff "breitbandige Störung" vereinigt Störungsarten, die sich z. B. aus einer Mischung zwischen schnellen und langsamen, unter Umständen auch periodisch wiederholenden, gelegentlich auch einander überlagernde Störungen zusammensetzen, die meist äußerst zeitintensiv sind. Beispiels­ weise haben die oben erwähnten Kommutierungseinbrüche die Eigenschaft, einerseits extrem hochfrequent zu sein, so daß zur Analyse solcher Störungen nur der zweite Typ von Transienten­ recordern in Frage kommt. Zum anderen treten solche Kommutierungseinbrüche häufig periodisch mit Frequenzen im Bereich der Netzfrequenz auf, so daß zur Langzeitanalyse nur der erste Typ von Transientenrecordern geeignet ist.

Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Aufzeichnen eines sich schnell ändernden Signals sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens anzugeben, mit dem alle Störungsarten einfach und kostengünstig analysiert werden können.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, daß in einem Schritt c) nach dem Schritt b) auf der Grundlage der abgelegten oder der abgetasteten Werte entschieden wird, ob die Zeitspanne verlängert werden soll, und, falls ja, in einem Schritt d) das Abtasten des elektrischen Signals mit einer verringerten Abtastfrequenz fortgesetzt und in einem Schritt e) abgetastete Werte in dem Speicher abgelegt werden, wobei ein Teil der bereits abgelegten Werte überschrieben wird, und wobei die Schritte c) bis e) wiederholt werden, wobei die Ablagefrequenz bei jeder Wiederholung verringert wird.

Die Erfindung wird ferner gelöst durch die eingangs genannte Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, wobei die Abtastfrequenz einstellbar ist und wobei eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die die Abtastfrequenz auf der Grundlage von bereits abgetasteten Werten einstellt und die Speichereinrichtung in Abhängigkeit von der eingestellten Abtastfrequenz adressiert.

Die Erfindung wird schließlich gelöst durch die eingangs genannte Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, wobei die Abtastfrequenz konstant ist und wobei eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die aus den abgetasteten Werten bestimmte Werte selektiert und mit einer in Abhängigkeit von bereits abgetasteten Werten variablen Ablagefrequenz in der Speichereinrichtung ablegt, wobei die Ablagefrequenz kleiner oder gleich der Abtastfrequenz ist und wobei die Steuereinrichtung die Speicher­ einrichtung in Abhängigkeit von der Ablagefrequenz adressiert.

Mit dem erfindungsgemäßen Aufzeichnungsverfahren lassen sich sowohl kurze, hochfrequente Störungen mit hoher Abtastfrequenz als auch mittel- bis niederfrequente Störungen sowie nieder­ frequente Verzerrungen wie z. B. Oberschwingungen oder sich periodisch wiederholende mittel- oder hochfrequente Störungen in Signalen, insbesondere Netzspannungssignalen aufzeichnen. Besonders geeignet ist das erfindungsgemäße Verfahren darüber hinaus zur Aufzeichnung der oben erwähnten, sogenannten breit­ bandigen Störungen, bei denen ein mittel- oder hochfrequentes Störsignal wie ein Kommutierungseinbruch periodisch oder quasi periodisch auftritt.

Bei hochfrequenten Störungen wird die gesamte Störung innerhalb der ersten vorgegebenen Zeitspanne erfaßt und das Abtasten wird nicht fortgesetzt, so daß zur Auswertung dieser hochfrequenten Störung alle mit der vorgegebenen - hohen - Abtastfrequenz abgetasteten Werte zur Auswertung zur Verfügung stehen. Im Falle der Überwachung von Oberwellen wird die erfindungsgemäße Schleife mit den Schritten "Fortsetzen des Abtastens" und "Speichern der abgetasteten Werte bei Überschreiben eines Teils der bereits abgespeicherten Werte" sehr häufig wiederholt, so daß das von den letztendlich im Speicher vorhandenen Abtastwerten abgedeckte Zeitfenster sehr groß wird. Somit können Verzerrungen, z. B. im Form von Oberschwingungen, hinreichend genau erfaßt werden.

Für den Fall der mittelfrequenten Störungen liegt die Länge des mit dem erfindungsgemäßen Aufzeichnungsverfahren abgedeckten Zeitfensters zwischen dem für hochfrequente Störungen und dem für niederfrequente Störungen (Verzerrungen/Oberschwingungen).

Somit kann mit einem Transientenrecorder, in dem das erfindungs­ gemäße Verfahren implementiert ist, das gesamte Spektrum der zu überwachenden Störungen abgedeckt werden.

Vorzugsweise wird in dem Verfahren die Zeitspanne im Schritt c) jeweils verdoppelt, und im Schritt e) wird jeweils jeder zweite bereits abgelegte Wert überschrieben. Das heißt, bei der ersten Überschreibung wird jeder zweite der ursprünglich abgespeicherten Werte überschrieben. Bei der zweiten Über­ schreibung wird jeder zweite der bei der ersten Überschreibung abgelegten Werte überschrieben, usw.

Durch diese Maßnahme kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine große Spanne von äußerst kurzen bis hin zu sehr langen Zeitfenstern überwacht werden. Denn mit jedem Schleifendurchlauf wächst die Zeitspanne nicht linear sondern in Abhängigkeit von der Ablagefrequenz nahezu exponentiell an. Darüber hinaus läßt sich der Speicher durch diese Maßnahme sehr gut organisieren und adressieren. Auch ist es schaltungs- und softwaretechnisch relativ einfach, die Ablagefrequenz jeweils genau zu halbieren.

Es ist weiterhin von Vorzug, wenn das elektrische Signal ein periodisches Signal vorbestimmter Frequenz und Amplitude ist und wenn das elektrische Signal oder das abgetastete elektrische Signal mit einem Sollsignal verglichen wird, um zu entscheiden, ob die Zeitspanne verlängert werden soll.

Hierdurch kann besonders schnell und einfach erfaßt und entschie­ den werden, ob die vorgegebene Zeitspanne verlängert werden soll oder nicht. Insbesondere zur Überwachung von Netzspannungen, die bekanntlich eine vorbestimmte Frequenz und Amplitude aufweisen, ist diese Ausführungsform geeignet. Unter einem periodischen Signal vorbestimmter Frequenz und Amplitude soll im vorliegenden Zusammenhang ein in Bezug auf Amplitude und Frequenz in Grenzen normiertes Signal verstanden werden. Das Sollsignal kann beispielsweise ein Signal aus einer vorherigen Abtastung oder ein Mittelwert aus vorangegangenen Abtastungen sein. Aus den jeweils bereits abgelegten Werten läßt sich relativ einfach ermitteln, ob die Aufzeichnung des elektrischen Signals - bei verringerter Ablagefrequenz - fortgesetzt werden sollte. Somit stellt sich bei dieser Ausführungsform die Länge des aufzu­ zeichnenden Zeitfensters von selbst, also automatisch ein. Alternativ ist es natürlich auch möglich, bei einem das erfin­ dungsgemäße Verfahren verwendenden Transientenrecorder die Anzahl der Schleifen und somit die Länge des Zeitfensters vorab einzustellen, um gezielt bestimmte Vorgänge messen zu können. Mit der sich selbst einstellenden Fensterlänge kann dagegen auf einfache Weise eine Standardüberwachung eingerichtet werden, im Rahmen von welcher das aufzuzeichnende elektrische Signal breitbandig kontinuierlich überwacht wird und protokolliert wird, um "off-line" die Qualität des elektrischen Signals, also z. B. der bereitgestellten Netzspannung, analysieren zu können.

Zum Vergleichen des elektrischen Signals mit dem Sollsignal ist es besonders bevorzugt, wenn das Sollsignal von dem elek­ trischen Signal phasenrichtig subtrahiert wird und die Differenz über eine vorgegebene Zeitspanne aufintegriert und mit einem Schwellenwert verglichen wird.

Ein solcher Entscheidungsprozeß kann sehr einfach realisiert werden. Die Schritte des Differenzierens und Aufintegrierens können online bei jedem Abtastvorgang durchgeführt werden, so daß am Ende der vorgegebenen Zeitspanne das Integral zur Verfügung steht, das mit dem Schwellenwert zu vergleichen ist. Daher kann direkt im Anschluß an die vorgegebene Zeitspanne "online" entschieden werden, ob der Abtastvorgang fortgesetzt werden soll, ohne Gefahr zu laufen, daß Abtastwerte "über­ sprungen" werden.

Es ist weiterhin von besonderem Vorzug, wenn der Speicher als Speicher mit identischer Reihen- und Spaltenzahl organisiert wird.

Durch diese Maßnahme können die in dem Speicher aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens verschachtelt abgespeicherten Abtastwerte besonders einfach wieder ausgelesen werden. Es ist also nicht unbedingt notwendig, die Reihenfolge der Adressen der jeweils abgespeicherten Abtastwerte zu protokollieren. Statt dessen ist es möglich, den Speicher auf der Grundlage der Zahl der Schleifendurchgänge gemäß einem vorbestimmten Algorithmus auszulesen. Beispielsweise ist es bei einem sehr kleinen Speicher möglich, die Werte diagonal, spalten- oder reihenweise aus dem Speicher in zeitlich richtiger Folge auszulesen.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die abgespeicherten Werte nach Verneinung im Schritt c) einer digitalen Signalverarbeitung unterzogen.

Im Rahmen einer solchen digitalen Signalverarbeitung kann bspw. eine Schnelle Fourier-Transformation (FFT) auf den abge­ speicherten Satz von Abtastwerten angewandt werden, um eine Spektralanalyse des aufgezeichneten elektrischen Signals zu erhalten. Es versteht sich, daß im Rahmen einer solchen digitalen Signalverarbeitung die letztendlich angewandte Abtastfrequenz zu beachten ist, um die digitale Signalverarbeitung auf diese Abtastfrequenz hin optimiert durchführen zu können.

Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Ablagefrequenz innerhalb jedes Wiederholungsschrittes f) variabel ist.

Besonders bevorzugt ist dabei, wenn die Ablagefrequenz innerhalb jedes Wiederholungsschrittes f) in Abhängigkeit von dem aktuellen Signalverlauf eingestellt wird.

Durch diese Maßnahme wird eine noch größere Flexibilität hinsichtlich der Anpassung der Ablagefrequenz an den tat­ sächlichen Signalverlauf erreicht. Die Änderung der Ablage­ frequenz innerhalb eines durch die Speichergröße begrenzten Zeitfensters erfolgt dabei vorzugsweise in Abhängigkeit von dem aktuellen Signalverlauf, also beispielsweise in Abhängigkeit von dem Differenzwert der vorhergehenden Ablage- oder Abtastwerte oder von einem Zeitintegral solcher Differentialwerte. Daher wird die Ablagefrequenz, also die wirksame Abtastfrequenz, bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens in Abhängigkeit von zwei Parametern geändert. Der eine Parameter ist ein durchlauforientierter Parameter, anhand dessen die Aufzeichnung des Signals zeitabschnittsweise fortgesetzt wird, wobei jeweils ältere Ablagewerte überschrieben werden. Der andere Parameter ist ereignisorientiert, so daß die wirksame Abtast­ frequenz (Ablagefrequenz) innerhalb jedes Wiederholungszeit­ fensters optimal an den Signalverlauf angepaßt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise in einem einzelnen Transientenrecorder realisiert, dessen Abtastfrequenz konstant oder variabel sein kann und der eine Steuereinrichtung aufweist, die die aus der Abtastfrequenz abgeleitete Ablage­ frequenz jeweils einstellt und die Speichereinrichtung in Abhängigkeit von der eingestellten Ablagefrequenz adressiert.

Die Steuereinrichtung kann auch dazu ausgelegt werden, die Entscheidung zu treffen, ob die Abtastzeitspanne verlängert werden soll.

Vorzugsweise wird eine solche Vorrichtung zur Überwachung von Netzspannungen eingesetzt.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachste­ hend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den jeweils angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungs­ beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Darin zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Anordnung zur Auf­ zeichnung eines Netzspannungssignals;

Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild des in der Anordnung von Fig. 1 verwendeten Transientenrecorders;

Fig. 3 einen Ausschnitt aus einem Zeitablaufdiagramm des aufzuzeichnenden elektrischen Signals;

Fig. 4 drei unterschiedliche Abtastzeitspannen mit ent­ sprechenden Abtastperioden;

Fig. 5A, 5B, 5C und 5D die Inhalte des mit den Abtastwerten gemäß den drei Beispielen von Fig. 4 beschriebenen Speichers, wobei Fig. 5C einen Übergangszustand zwischen 5B und 5D darstellt;

Fig. 6A eine Periode eines aufzuzeichnenden periodischen Signals fester Amplitude und eines Sollsignals; und

Fig. 6B den sich aus der Differenz der Signale von Fig. 6A ergebenden Differenzwert, den sich hieraus ergebenden Integralwert und den Schwellenwert, mit dem der Integralwert zu vergleichen ist;

Fig. 7 einen Ausschnitt aus einem weiteren Zeitablaufdiagramm des aufzuzeichnenden elektrischen Signals; und

Fig. 8 die bei der Aufzeichnung des elektrischen Signals von Fig. 7 verwendeten Abtastperioden.

In Fig. 1 ist eine Transientenaufzeichnungsvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens generell mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet.

Von einer dreiphasigen Drehstromversorgungsleitung werden eine erste Phase 14 und eine zweite Phase 16 abgegriffen und einem Umsetzer 18 zugeführt. In dem Umsetzer 18 werden die Spannung oder der Strom gemessen und in ein Analogsignal 19 umgesetzt, das einem Transientenrecorder 20 zugeführt wird. In dem Umsetzer 18 findet vorzugsweise eine galvanische Trennung statt. In dem Umsetzer kann auch eine Signalanpassung mittels einer nicht­ linearen Kennlinie zur besseren Nennsignalanpassung an einen darauffolgenden Analog/Digitalprozeß ausgeführt werden.

Es versteht sich, daß anstelle der über zwei Phasen eines Drehstromnetzes anliegenden Spannung auch eine zweiphasige Wechselspannung oder ein sonstiges Signal aufgezeichnet werden kann. Bei der dargestellten Drehstromversorgungsleitung 12 ist es auch möglich, alle drei Dreieck- und Sternspannungen ab­ zugreifen und in einem entsprechend angepaßten Umsetzer so umzusetzen, daß drei Analogsignale 19 erzeugt werden, die in dem Transientenrecorder 20 alternativ oder ineinander verschachtelt (mittels eines Multiplexers) verarbeitet werden. Somit ist es möglich, daß sämtliche Dreieck- und Sternspannungen eines 1-, 2-, 3- und 4-Leiter-Energienetzes bewertet und verarbeitet werden können.

Der Transientenrecorder 20 setzt das Analogsignal 19 in ein Digitalsignal um und zeichnet dieses auf. Die aufgezeichneten Werte können entweder direkt oder nach einer digitalen Signal­ verarbeitung auf einer Anzeigeeinrichtung 22 angezeigt und/oder in einer zur Protokollierung dienenden Speichereinrichtung 24 abgespeichert werden.

Die Struktur des Transientenrecorders 20 ist in Fig. 2 darge­ stellt. Das Analogsignal 19 wird einem als Abtasteinrichtung dienenden Digital/Analog-Wandler 26 zugeführt, der das Analog­ signal 19 in ein Digitalsignal 27 mit einer vorbestimmten Abtastfrequenz umsetzt. Das Digitalsignal 27 wird in einen Speicher 28, vorzugsweise ein schnelles RAM eingelesen.

Das Digitalsignal 27 wird auch einer Steuereinrichtung 30 zugeführt, die den Speicher 28 über ein Adressignal 32 adressiert und von dem Speicher 28 ein Überlaufsignal 34 erhält.

Auf der Grundlage des Digitalsignals 27 und des Überlaufsignals 34 wird die Frequenz eines Taktgebers 38 über eine Leitung 36 eingestellt. Der Taktgeber 38 gibt dem D/A-Wandler 26 die Abtastfrequenz über eine Leitung 40 vor.

Zur Auswertung wird das in dem Speicher 28 gespeicherte Digital­ signal über die Adressleitung 32 ausgelesen und über eine Leitung 42 einer digitalen Signalverarbeitungseinrichtung 44 zugeführt. Die digitale Signalverarbeitungseinrichtung 44 erhält von der Steuereinrichtung 30 über eine Leitung 46 Informationen über die Abtastfrequenz des Digitalsignals 27.

Alternativ ist es auch möglich, einen D/A-Wandler mit konstanter Abtastfrequenz vorzusehen. Bei dieser alternativen Ausführungs­ form übernimmt die Steuereinrichtung 30 nicht jeden abgetasteten Wert, sondern wählt in Abhängigkeit von der aktuell anzuwendenden Abtastfrequenz bestimmte abgetastete Werte aus und legt diese in dem Speicher 28 ab. Bei dieser alternativen Ausführungsform wird die wirksame Abtastfrequenz durch die Frequenz des Ablegens von Werten in dem Speicher 28 definiert (Ablagefrequenz). Darüber hinaus ist es auch möglich, zusätzlich zu dem Speicher 28 einen Strukturspeicher vorzusehen, in dem die Ablage von Werten in dem Speicher 28 protokolliert wird, und zwar aus Gründen, die nachstehend noch erläutert werden.

In der digitalen Signalverarbeitungseinrichtung 44 wird das aus dem Speicher 28 ausgelesene Digitalsignal analysiert, bspw. mittels einer Schnellen Fourier-Transformation (FFT). Das Ergebnis der FFT oder aber das Digitalsignal 27 selbst werden über eine Leitung 48 der Anzeigeeinrichtung 22 und der Speicher­ einrichtung 24 zugeführt.

Zur Erläuterung einer ersten Ausführungsform des erfindungs­ gemäßen Verfahrens wird auf die Fig. 3 bis 6 verwiesen.

In Fig. 3 ist ein periodisches, aufzuzeichnendes Analogsignal 19 dargestellt, das von Störungen überlagert ist. Das Analog­ signal 19 kann bspw. entweder die Spannung U oder den Strom I darstellen.

Wie es in Fig. 4 gezeigt ist, wird das Analogsignal 19 in einem ersten Schritt für eine erste vorgegebene Zeitspanne P₁ mit einer hohen Abtastfrequenz bzw. Abtastperiode T₁ abgetastet, so daß das Digitalsignal 27 mit Abtastwerten A₁, A₂ ..., A₉ erzeugt wird. Aus Darstellungsgründen ist das Verhältnis von Periode des Analogsignals 19 und Abtastperiode T₁ verzerrt dargestellt. In der Praxis wird die Abtastperiode T₁ gegenüber der Periode des Analogsignals 19 sehr viel kürzer sein, um hochfrequente Störungen auf dem Analogsignal 19 erfassen zu können.

Die neun Abtastwerte A₁, A₂ ..., A₉ werden, wie es in Fig. 5A gezeigt ist, in dem Speicher 28 in ihrer zeitlichen Abfolge abgelegt. Es versteht sich, daß in der Praxis sehr viel größere Speicher verwendet werden, um eine hinreichend große Anzahl von Abtastwerten ablegen zu können.

Mit dem Ablegen des Abtastwertes A₉ wird von dem Speicher 28 ein Überlaufsignal auf der Leitung 34 erzeugt, das anzeigt, daß der Speicher voll ist. Zu diesem Zeitpunkt wird entschieden, ob der Abtastvorgang beendet werden soll, um die abgespeicherten Abtastwerte A₁ ..., A₉ zu analysieren, oder ob der Abtastvorgang fortgesetzt werden soll. Falls der Abtastvorgang fortgesetzt werden soll, wird die Abtastperiode auf den Wert T₂ verdoppelt, und es werden für die Zeitspanne P₂-P₁ Abtastwerte B₁, ..., B₄ eingelesen. Dabei werden, wie es in Fig. 5B gezeigt ist, die Abtastwerte A₂, A₄, A₆, A₈ überschrieben. Hierdurch wird erreicht, daß in dem Speicher 28 für die Zeitspanne P₂ neun Abtastwerte mit einheitlicher Abtastperiode T₂ vorliegen, nämlich die Werte A₁, A₃, A₅, A₇, A₉, B₁, B₂, B₃, B₄.

Wie es in Fig. 5B zu sehen ist, sind diese neun Abtastwerte nicht in der zeitlich richtigen Reihenfolge abgespeichert. Daher muß die Adressierungsreihenfolge in der Steuereinrichtung 30 entweder protokolliert werden (entweder in der Steuereinrichtung 30 selbst oder in einem speziell hierfür vorgesehenen Struktur­ speicher, wie er weiter oben erwähnt wurde). Alternativ kann bei gewissen Konstellationen ein zeitrichtiges Auslesen der Abtastwerte mittels eines Algorithmus erfolgen. Bei dem quadratisch organisierten Speicher 28 in Fig. 5 können die für die Zeitspanne P₂ im Speicher 28 vorliegenden Abtastwerte zeitrichtig ausgelesen werden, indem die Abtastwerte diagonal adressiert werden, wie durch die Pfeile a) bis e) in Fig. 5B angedeutet ist.

Mit Einlesen des Abtastwertes B₄ wird von dem Speicher 28 wiederum ein Überlaufsignal auf der Leitung 34 erzeugt. Zu diesem Zeitpunkt wird von der Steuereinrichtung 30 wiederum entschieden, ob die nunmehr im Speicher 28 abgelegten Abtastwerte hinreichend sind oder ob die Abtastzeitspanne (Fenster) wiederum verlängert werden soll. Im letzteren Fall wird die Abtastperiode wiederum verdoppelt auf den Wert T₃ = 2 × T₂, und es werden zunächst zwei Abtastwerte C₁ und C₂ eingelesen, wobei die Abtastwerte A₃ und A₇ überschrieben werden. Dieser Zwischenzustand ist in Fig. 5C dargestellt. Anschließend werden noch zwei weitere Abtastwerte D₁ und D₂ eingelesen, wobei die Abtastwerte B₁ und B₃ überschrieben werden. Am Ende der Zeitspanne P₃ liegen im Speicher 28 die folgenden Werte vor: A₁, A₅, A₉, B₂, B₄, C₁, C₂, D₁, D₂. Durch die beschriebene Art der Adressierung des Speichers 28 beim Einlesen der Werte C₁, C₂, D₁, D₂ können die im Speicher 28 nunmehr vorliegenden Abtastwerte zeitrichtig ausgelesen werden, indem der Speicher 28 diagonal adressiert wird, wie durch die Pfeile a) bis e) angedeutet ist. Mit anderen Worten wird bei dem Einlesen der Abtastwerte C₁ bis D₂ so überschrieben, daß die beim Speichern der Abtastwerte C₁ bis D₂ zu löschenden Werte A₃, A₇, B₁, B₃ in der zeitlich richtigen Reihenfolge überschrieben werden.

Der Vorgang des Verlängerns der Zeitspanne P_i und des gleich­ zeitigen Verlängerns der Abtastperiode T_i (bzw. Periode der Ablagefrequenz) kann theoretisch unbegrenzt fortgesetzt werden. In der Praxis wird die Grenze durch das Abtasttheorem begrenzt und hängt naturgemäß von der höchsten zu erfassenden Frequenz ab.

Wie anhand der Fig. 3 bis 5 erläutert, können mit dem erfindungs­ gemäßen Verfahren entweder sehr kurze Zeitspannen hochgenau, d. h. mit einer hohen Abtastfrequenz aufgezeichnet werden. Andererseits können im Extremfall sehr lange Zeitspannen mit einer entsprechend geringeren Abtastfrequenz aufgezeichnet werden. Aufgrund der bei jedem Schleifendurchgang erfolgenden Verdoppelung der Abtastperiode, also Halbierung der Abtast­ frequenz, ist die Abtastbandbreite außerordentlich groß.

In den Fig. 6A und 6B ist schematisch vereinfacht ein Beispiel dargestellt, wie in der Steuereinrichtung 30 automatisch entschieden werden kann, ob der Abtastvorgang fortgesetzt oder beendet werden soll.

Wenn es sich bei dem aufzuzeichnenden Analogsignal um ein periodisches Signal 50 mit konstanter Amplitude handelt, so kann dieses Signal 50 in der Steuereinrichtung 30 mit einem entsprechenden Sollsignal 52 verglichen werden.

In Fig. 6A ist zu sehen, daß das Signal 50 ein Netzspannungs­ signal mit zwei Kommutierungseinbrüchen 54 ist.

In der Steuereinrichtung 30 wird aus den Signalen 50 und 52 ein Differenzsignal 56 erzeugt und das Differenzsignal 56 wird über die Zeit aufintegriert. Das erhaltene integrierte Signal 58 wird dann zum Zeitpunkt des Speicherüberlaufes 34 mit einem an die jeweilige Problemstellung angepaßten Schwellenwert 60 verglichen. Falls der Wert des integrierten Signals 58 größer ist als der Schwellenwert 60, wird der Abtastvorgang bspw. unterbrochen, um den bis zu diesem Zeitpunkt aufgezeichneten Abschnitt des Signals 50 genau analysieren zu können. Liegt der Wert des integrierten Signals 58 unter dem Schwellenwert 60, so wird der Abtastvorgang fortgesetzt, um eine Langzeit­ analyse des Signals 50 zu gestatten.

Zur Erläuterung einer weiteren Ausführungsform des erfindungs­ gemäßen Verfahrens, die auf der ersten Ausführungsform basiert, wird auf die Fig. 7 und 8 verwiesen.

In Fig. 8 ist ein periodisches, aufzeichnendes Analogsignal 19' dargestellt, das von Störungen überlagert ist. Das Analog­ signal 19' kann beispielsweise die Spannung U oder der Strom I eines Energieversorgungsnetzsignals sein.

Bei dieser Ausführungsform wird das Signal 19' mit einer konstanten, hohen Abtastfrequenz 1/T_i (Fig. 8) abgetastet. Aus den abgetasteten Werten werden von der Steuereinrichtung 30 bestimmte Werte zur Ablage in dem Speicher 28 ausgewählt und in dem Speicher 28 mit einer bestimmten Ablagefrequenz (1/T_a) abgelegt. Die Ablagefrequenz 1/T_a ist genauso wie bei der ersten Ausführungsform proportional zur Abtastfrequenz 1/T_i. Ebenfalls identisch zur ersten Ausführungsform ist, daß die Periode T_a der Ablagefrequenz nach jedem Speicherüberlauf verdoppelt wird, wobei im Anschluß hieran ein Teil der Werte, die bereits abgelegt worden sind, überschrieben wird. Dies ist in Fig. 8 durch den Parameter "m" dargestellt, der zu Beginn des Aufzeichnungsvor­ ganges auf m = 1 eingestellt wird, nach dem ersten Speicherüber­ lauf auf m = 2, nach dem zweiten Speicherüberlauf auf m = 4, usw. Dies entspricht generell dem Verfahren der ersten Ausführungsform. Unterschiedlich hierzu ist jedoch, daß die Ablagefrequenz innerhalb jedes Wiederholungsschrittes variabel ist. Hierzu ist ein zweiter Parameter "n" vorhanden, der zur normalen Aufzeichnung beispielsweise auf einen Wert von n = 4 eingestellt wird. Wie aus Fig. 7 und Fig. 8 zu sehen ist, ist die Periode der Ablagefrequenz damit zu Beginn des Aufzeichnungs­ vorganges = T_a1 = n × m × T_i = 4 × 1 × T_i. Falls nun während des Aufzeichnungsvorganges aufgrund einer Analyse der bereits abgetasteten oder abgelegten Werte erkannt wird, daß eine Störung vorliegt, die mit einer höheren Frequenz aufzuzeichnen ist, wird beispielsweise in Abhängigkeit von der Differenz voran­ gegangener Abtast- oder Ablagewerte oder aufgrund eines Integrals solcher Differenzwerte der Wert von n verändert, im vorliegenden Fall auf n = 1. Somit wird die Ablagefrequenz zu T_a2 = 1 × 1 T_i, d. h. das Signal 19' wird mit der Abtastfrequenz T_i abgetastet und alle abgetasteten Werte werden im Speicher abgelegt. Der Parameter n kann innerhalb des Wiederholungsschrittes auch wieder zurückgesetzt werden, wenn die aktuelle, mit einer höheren Frequenz aufzuzeichnende Störung beendet ist. In Fig. 7 und 8 ist gezeigt, daß dieses Störungsende etwa gleichzeitig mit der Ausgabe des Überlaufsignals 34' erfolgt. Zu diesem Zeitpunkt wird der Wert von m verdoppelt auf m = 2 und der Wert von n wird zurückgesetzt auf n = 4. Somit erfolgt die weitere Ablage von Werten in dem Speicher 28 mit einer Frequenz der Periode T_a3 = 4 × 2 × T_i.

Es versteht sich, daß bei einer Veränderung des Wertes von n das Überlaufsignal 34' zu einem früheren Zeitpunkt erfolgt als das Überlaufsignal 34, das bei der ersten Ausführungsform aufgrund des konstanten Wertes von n erzeugt wird und das in Fig. 7 zu Vergleichszwecken dargestellt ist.

Durch das Einführen einer variablen Ablagefrequenz innerhalb jedes Wiederholungsschrittes ist besonderes Augenmerk auf die Protokollierung der jeweils eingestellten Ablagefrequenz und auf deren Zuordnung zu den im Speicher 28 abgelegten Werten zu achten.

Claims (10)

1. Verfahren zum automatischen Aufzeichnen eines sich schnell ändernden elektrischen Signals (19; 50), mit den Schritten:

• a) Abtasten des elektrischen Signals (19; 50) mit einer vorgegebenen Abtastfrequenz (1/T_i) für eine Zeitspanne (P_i) und
• b) Ablegen der abgetasteten Werte (27; A_i, B_i, C_i, D_i) in einem Speicher (28) mit einer zur Abtastfrequenz (1/T_i) proportionalen Ablagefrequenz, bis der Speicher (28) gefüllt ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

• a) nach dem Schritt b) auf der Grundlage der abgelegten oder abgetasteten Werte (27; A_i, B_i, C_i, D_i) entschieden wird, ob die Zeitspanne (P_i) verlängert werden soll, und, falls ja,
• b) Fortsetzen des Abtastens des elektrischen Signals (19; 50) mit einer verringerten oder derselben Abtastfrequenz (1/T_i) und
• c) Ablegen von abgetasteten Werten (27; A_i, B_i, C_i, D_i) in dem Speicher (28) mit einer verringerten Ablagefrequenz, wobei ein Teil der bereits abgelegten Werte (27; A_i, B_i, C_i, D_i) überschrieben wird, und
• d) Wiederholen der Schritte c) bis e), wobei die Ablage­ frequenz (1/T_i) bei jeder Wiederholung verringert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. die Zeitspanne (P_i) im Schritt c) jeweils verdoppelt wird, und
• 2. im Schritt e) jeweils jeder zweite bereits abgelegte Wert (27; A_i, B_i, C_i, D_i) überschrieben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das elektrische Signal (19; 50) ein perio­ disches Signal vorbestimmter Frequenz und Amplitude ist und daß das elektrische Signal (19; 50) oder das abgetastete elektrische Signal (27) mit einem Sollsignal (52) verglichen wird, um zu entscheiden, ob die Zeitspanne (P_i) verlängert werden soll.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sollsignal (52) von dem elektrischen Signal (19; 50) phasenrichtig subtrahiert wird und die Differenz (56) über eine Zeitspanne aufintegriert (58) und mit einem Schwellen­ wert (60) verglichen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (28) als Speicher mit identischer Reihen- und Spaltenzahl organisiert wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die abgelegten Werte (27; A_i, B_i, C_i, D_i) nach Verneinung im Schritt c) in Abhängigkeit von der Anzahl der Wiederholungen gemäß Schritt f) einer digitalen Signalverarbeitung (44) unterzogen werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablagefrequenz innerhalb jedes Wiederholungsschrittes f) variabel ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablagefrequenz innerhalb je des Wiederholungsschrittes in Abhängigkeit von dem aktuellen Signalverlauf eingestellt wird.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit

• 1. einer Abtasteinrichtung (26) zur Abtastung des elek­ trischen Signals (19; 50), wobei die Abtastfrequenz (1/T_i) einstellbar ist, und
• 2. einer Speichereinrichtung (28) zur Speicherung von abgetasteten Werten (27; A_i, B_i, C_i, D_i),

dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. eine Steuereinrichtung (30, 38) vorgesehen ist, die die Abtastfrequenz (1/T_i) auf der Grundlage der bereits abgetasteten Werte einstellt und die Speichereinrich­ tung (28) in Abhängigkeit von der eingestellten Abtastfrequenz (1/T_i) adressiert.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit

• 1. einer Abtasteinrichtung (26) zur Abtastung des elek­ trischen Signals (19; 50), und
• 2. einer Speichereinrichtung (28) zur Speicherung von abgetasteten Werten (27; A_i, B_i, C_i, D_i),

dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. die Abtastfrequenz (1/T_i) konstant ist, und
• 2. eine Steuereinrichtung (30) vorgesehen ist, die aus den abgetasteten Werten bestimmte Werte selektiert und mit einer in Abhängigkeit von bereits abgetasteten Werten variablen Ablagefrequenz in der Speicherein­ richtung (28) ablegt, wobei die Ablagefrequenz kleiner oder gleich der Abtastfrequenz ist und wobei die Steuereinrichtung (30) die Speichereinrichtung in Abhängigkeit von der Ablagefrequenz adressiert.