DE19738967A1

DE19738967A1 - Verfahren zum Prüfen der Brauchbarkeit einer elektrischen Spule

Info

Publication number: DE19738967A1
Application number: DE19738967A
Authority: DE
Inventors: Martin Lahrmann; Ronald Penris
Original assignee: SCHLEICH ANTRIEBS und STEUERUN
Current assignee: SCHLEICH ANTRIEBS und STEUERUN
Priority date: 1997-09-05
Filing date: 1997-09-05
Publication date: 1999-03-25
Anticipated expiration: 2017-09-06
Also published as: DE19738967B4

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen der Brauchbarkeit einer elektrischen Spule nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solches Verfahren ist zum Beispiel aus der EP-A-0 461 191 bekannt. Um eine Bezugs- oder Referenzwelle zu erhalten, kann man zunächst von einer fehlerfreien Referenzspule Gebrauch machen. In diese fehler freie Spule wird ein elektrisches Prüfsignal eingeleitet, die daraus resul tierende Spannung an der Spule wird erfaßt, insbesondere an einer Viel zahl von zeitlich aufeinanderfolgenden Abtastpunkten abgetastet. Die abgetasteten Amplitudenwerte werden digitalisiert und gespeichert. Die so erhaltene Referenzwelle kann später dann aktualisiert werden, beispielsweise durch Mittelwertbildung aus solchen Daten, die von einer oder mehreren geprüften und als gut befundenen Spulen erhalten wurden.

Die zu prüfende Spule wird in der gleichen Weise behandelt wie die Referenzspule, wobei natürlich auch das üblicherweise als Spannungs stoß realisierte elektrische Prüfsignal das gleiche ist wie zuvor bei der Referenzspule.

Bei dem Verfahren gemäß der EP-A-0 461 191 erfolgt die Auswertung, indem die Fläche der Referenzkurve, d.i. die Fläche zwischen der Signalamplitude und der Abszisse oder Null-Linie, ermittelt wird, die Fläche der Prüffälle ermittelt wird und der Differenzwert aus diesen beiden Flächenwerten mit einem Schwellenwert verglichen wird.

Zwar wird in der genannten Druckschrift für das dort beschriebene und beanspruchte Verfahren geltend gemacht, es sei besser als früher übliche Verfahren, bei denen ermittelt wurde, ob an irgendeiner Stelle auf der Zeitachse eine Abweichung nachgewiesen werden konnte, die größer als ein vorbestinunter Wert war. Allerdings hat auch das in der Druckschrift beanspruchte und beschriebene Verfahren gewisse Nachteile, die ins besondere dann zum Tragen kommen, wenn nicht die exakte Gleichheit der jeweils erzeugten elektrischen Prüfsignale gewährleistet werden kann.

Dies soll an einem Beispiel verdeutlicht werden: wurde die Referenzwel le mit einem Spannungsstoß einer bestimmten Amplitude X erzeugt, so hat die Referenzwelle Amplitudenwerte, die von der Amplitude des Prüf-Spannungsstoßes abhängen. Wenn nun die zu prüfende Spule mit einem Prüf-Spannungsstoß beaufschlagt wird, zu diesem Zeitpunkt je doch die Netzspannung - aus welchen Gründen auch immer - größer oder kleiner ist als zu dem Zeitpunkt, zu dem die Referenzspule geprüft wurde, so erhält man eine Prüfwelle, deren Amplitudenwerte sich schon deshalb von den Amplitudenwerten der Referenzkurve unterscheiden, weil der Prüf-Spannungsstoß bei der zu prüfenden Spule anders war als derjenige bei der Referenzspule. Aufgrund der unterschiedlichen Am plituden ergibt sich also auch bei nahezu identischen oder nahezu iden tischen Spulen eine Flächendifferenz, die das Beurteilungsergebnis ver fälscht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Prüfen der Brauchbarkeit einer elektrischen Spule anzugeben, bei dem im Ver gleich zu dem bekannten Verfahren Verfälschungen des Prüfergebnisses nahezu ausgeschlossen sind.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren, wie es im Anspruch 1 angegeben ist. Die Besonderheit bei dem erfindungs gemäßen Verfahren besteht darin, daß zum Auswerten der Prüfwelle mit Hilfe des Korrelationsverfahrens ein für die Ähnlichkeit zwischen Refe renzwelle und Prüfwelle maßgeblicher Korrelationsfaktor ermittelt und mit einem Schwellenwert verglichen wird.

Das Korrelationsverfahren wird vornehmlich auf dem Gebiet der Sta tistik und der Nachrichtentechnik eingesetzt, zum Beispiel bei der em pfängerseitigen Erkennung von Satelliten-Signalen. Da durch das Korre lationsverfahren eine Aussage über die Ähnlichkeit zweier miteinander verglichener Signale erhalten wird, können Empfangssignale auch dann erkannt werden, wenn sie stark verzerrt oder rauschbehaftet sind.

Die Verwendung dieses Verfahrens zum Prüfen von elektrischen Spulen ist völlig neu. Ein wesentlicher Vorteil bei der Anwendung des Korrela tionsverfahrens zum Auswerten von Prüfwellen von elektrischen Spulen unter Heranziehung von Referenzwellen besteht darin, daß der erhaltene Korrelationsfaktor praktisch nicht beeinflußt wird von verschiedenen Verstärkungsfaktoren der miteinander auf Ähnlichkeit zu prüfenden Signalverläufe.

Um auf das oben angesprochene Beispiel zurückzukehren: wenn die zu prüfende Spule mit einem Spannungsstoß beaufschlagt wird, dessen Amplitude aufgrund von Netzschwankungen oder dergleichen geringer ist als der Spannungsstoß bei der Untersuchung der Referenzspule, so erhält man eine Prüfwelle, deren Amplitudenwerte durchwegs kleiner sind als die entsprechenden Amplitudenwerte der Referenzwelle. Der durch das Korrelationsverfahren gebildete Korrelationsfaktor ist aber bezüglich solcher unterschiedlicher "Verstärkungsfaktoren" der mitein ander auf Ähnlichkeit geprüften Kurvenverläufe invariant. Das heißt: auch wenn sich zum Beispiel die Prüfwelle durch einen Faktor von 1, 1 von der Referenzwelle unterscheidet, ansonsten jedoch identischen Ver lauf hat, ergibt sich der gleiche Korrelationsfaktor, als hätten beide Wellen identischen Amplitudenverlauf.

Das erfindungsgemaße Verfahren ist also gegenüber Verfälschungen aufgrund von Netzspannungsschwankungen und dergleichen unempfind lich.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Prüfvorrichtung, bei der das erfindungs gemäße Verfahren eingesetzt wird,

Fig. 2A und 2B eine graphische Darstellung einer Signalwelle (Fig. 2A) bzw. den Verlauf einer Kurve, die durch Multiplizieren der Kurve nach Fig. 2A mit sich selbst erhalten wurde (Fig. 2B), und

Fig. 3A und 3B den Signalverlauf einer Referenzwelle und einer Prüf welle (Fig. 3A) bzw. den Verlauf der aus diesen beiden Wellen gemäß Fig. 2A erhaltenen Produktwelle.

Obschon der grundsätzliche Aufbau einer Prüfvorrichtung zum Prüfen elektrischer Spulen bereits bekannt ist, soll er kurz erläutert werden. Fig. 1 läßt ein insgesamt mit 1 bezeichnetes Prüfgerät erkennen, welches über Leitungen 5 und 7 an zwei Anschlüsse A und B angeschlossen ist, an denen eine zu prüfende Spule 2 angeschlossen wird. Das Prüfgerät 1 enthält einen Rechner 4, einen Stoßgenerator 6 und einen Analog-/Digi tal-Wandler 8. Eingaben in den Rechner erfolgen über eine Tastatur 10, als Ausgabegerät dient ein Bildschirm 12.

Zunächst wird an die Anschlüsse A und B eine Referenzspule, die nach gewiesenermaßen fehlerfrei ist, angeschlossen, und über die Tastatur 10 wird der Rechner 4 veranlaßt, den Stoßgenerator 6 auszulösen, der einen Spannungsstoß über die Leitungen 5 und 7 auf die Referenzspule gibt Als Reaktion auf diesen Prüf-Spannungsstoß entsteht an den Anschlüssen A und B ein elektrisches Signal, welches von dem Analog-/Digital- Wandler 8 von den Leitungen 5 und 7 abgegriffen und in digitale Werte umgesetzt wird. Die Abtastung der Signale durch den Wandler 8 erfolgt in kurzen Zeitabständen. Die digitalisierten Amplitudenwerte werden in einem Speicher des Rechners 4 abgespeichert.

Die abgespeicherten Amplitudenwerte stellen eine "Referenzwelle" dar. Man kann mehrere derartige Messungen mit ein und derselben Referenz spule oder mit verschiedenen Referenzspulen vornehmen, um die erhal tenen Werte zu mitteln, so daß die gemittelten Werte die Referenzwelle ergeben.

Wenn nun eine elektrische, zu prüfende Spule 2 an die Anschlüsse A und B angeschlossen wird, wird der oben für die Referenzspule geschil derte Vorgang wiederholt, so daß in dem Speicher des Rechners 4 neben der Referenzwelle auch eine "Prüfwelle" in Form digitaler Amplituden werte gespeichert ist.

Dann erfolgt die Auswertung. Die Auswertung der Prüfwelle erfolgt mit Hilfe der ebenfalls in dem Rechner 4 gespeicherten Referenzwelle. Haben beide Wellen große Ähnlichkeit, so läßt sich sagen, daß die zu prüfende Spule 2 brauchbar ist. Gibt es starke Abweichungen zwischen den beiden Wellen, das heißt, ist die Ähnlichkeit zwischen den beiden Wellen gering, so ist die Spule unbrauchbar.

Die erfindungsgemaße Auswertung beinhaltet im wesentlichen folgende Schritte:

1. Von der Referenzwelle und der Prüfwelle werden die Mittelwerte berechnet und von dem Signalverlauf subtrahiert, um den Gleich anteil der Kurven zu eliminieren.
2. Jeder Abtastwert (= Amplitudenwert an dem jeweiligen Abtast punkt) der Referenzwelle wird mit sich selbst multipliziert; sämt liche Produkte werden aufaddiert. Dieser Vorgang beschränkt sich naturgemäß auf ein vorgegebenes Zeitfenster. Durch die Produktbil dung erhält man ausschließlich positive Werte. Aus der erhaltenen Produktsumme wird die Quadratwurzel gezogen.
3. Die Werte der Prüfwelle werden genauso behandelt wie die der Referenzwelle gemäß obigem Punkt 2).
4. Die Abtastwerte der Referenzwelle werden mit korrespondierenden Abtastwerten der Prüfwelle multipliziert; die Produkte werden aufsummiert (in demselben Zeitfenster wie zuvor bei den Punkten 2) und 3).
5. Der im Punkt 4) erhaltene Wert wird durch das Produkt der durch 2) und 3) erhaltenen Werte dividiert.

Das Multiplizieren der Referenzwelle und der Prüfwelle mit sich selbst gemäß den obigen Schritten 2) und 3) läßt sich durch folgende Gleichun gen (1) bzw. (2) beschreiben:

wobei
R = Quadratwurzel aus der Produktsumme der Referenzwelle
P = Quadratwurzel aus der Produktsumme der Prüfwelle
N = Anzahl der Abtastpunkte in dem betrachteten Zeitfenster
r_i = der jeweilige Abtastwert (Amplitudenwert) an der Stelle i der Referenzwelle
p_i = der jeweilige Abtastwert (Amplitudenwert) an der Stelle i der Prüfwelle.

Das in dem obigen Schritt 4) erhaltene Ergebnis läßt sich durchfolgende Gleichung (3) beschreiben:

Y = die Produktsumme.

Ein Beurteilungswert für die geprüfte elektrische Spule Q, entspricht dann dem Wert

Wenn die Referenzwelle und die Prüfwelle identisch sind, gilt R = P, und aus der Gleichung (4) ermittelt man einen Wert Q von 1.

In der Praxis ergeben sich für geprüfte und als brauchbar eingestufte Spulen Werte von Q zwischen etwa 0,7 . . . 0,9. Hat der Wert Q einen Wert, der unter einem Schwellenwert von zum Beispiel 0,7 liegt, so wird die geprüfte Spule als unbrauchbar eingestuft.

Statt des obigen Wert Q kann man auch ein "Unähnlichkeitsmaß" ange ben gemäß folgender Gleichung:
Q' = 1 - Q (5)

Dabei würde oberhalb eines Schwellenwerts von 0,3 die Spule dann als unbrauchbar eingestuft.

Fig. 2A zeigt den Verlauf einer typischen Referenzkurve oder einer typischen Prüfkurve. Fig. 2B zeigt die daraus gebildete Produktkurve. Die Fig. 2A und 2B veranschaulicht teilweise die obigen Schritte 2) und 3).

Bei dem Kurvenverlauf in Fig. 2A wurde der Gleichanteil bereits elimi niert. Man sieht, daß die in Fig. 2B für die einzelnen Abtastpunkte dar gestellte Produktkurve ausschließlich positive Werte hat; denn durch das Multiplizieren mit sich selbst liefert jede Kurve ausschließlich positive Werte.

Die der in Fig. 2A dargestellten Kurve am wenigsten ähnliche Kurve wäre eine um 180° in der Phase gedrehte Kurve. Für sie würden die obigen Gleichungen einen Wert Q von -1 liefern. Da solche Fälle in der Praxis nicht auftreten, können sie hier unberücksichtigt bleiben.

Fig. 3A zeigt in einer zusammengefaßten Darstellung den Verlauf so wohl der Referenzwelle als auch der Prüfwelle oder "Prüflingswelle". An sämtlichen Abtastpunkten (etwa 400) werden gemäß obigem Schritt 4) und der Gleichung (3) die Produkte aus den Amplitudenwerten der beiden Kurven gebildet, und die erhaltenen Produkte werden über die Abtastpunkte aufsummiert.

Fig. 3B zeigt die erhaltenen Produkte.

Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.

In einer abgewandelten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können die Prüf-Stoßspannungen, mit denen die Referenzspule und die zu prüfenden Spulen beaufschlagt werden, eine Signalfolge oder Span nungsstoßfolge bilden, wobei die Spannung schrittweise erhöht wird, bis entweder ein Fehler festgestellt wird oder - spätestens - eine vorgegebene Maximalspannung erreicht ist.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die abgespeicherte Referenzwelle jedesmal aktualisiert werden, wenn Werte für eine brauchbare Spule erhalten wurden. Die oben angegebenen Formeln entsprechen einer bevorzugten Ausführungsform. Die Formeln können modifiziert werden, so lange die Formeln einen der obigen Formel (4) entsprechenden Korrelationsfaktor liefern.

Claims

1. Verfahren zum Prüfen der Brauchbarkeit einer elektrischen Spule (2), mit den Merkmalen:

- Anschließen einer fehlerfreien Referenzspule an ein Prüfgerät (1);
- Einleiten eines elektrischen Prüfsignals in die Referenzspule,
- Abtasten des in der Referenzspule als Reaktion auf das Prüfsignal entstehenden elektrischen Signals;
- Speichern einer Folge von Abtastwerten zur Erzeugung einer Referenzwelle;
- Anschließen der zur prüfenden Spule (2) an das Prüfgerät (1),
- Einleiten eines elektrischen Prüfsignals in die Spule,
- Abtasten des in der zu prüfenden Spule als Reaktion auf das Prüf signal entstehenden elektrischen Signals,
- Speichern einer Folge von Abtastwerten als Prüfwelle, und
- Auswerten der Prüfwelle unter Verwendung der Referenzwelle,

dadurch gekennzeichnet, daß zum Auswerten der Prüfwelle mit Hilfe des Korrelationsverfahrens ein für die Ähnlichkeit zwischen Referenz welle und Prüfwelle maßgeblicher Korrelationsfaktor ermittelt und mit einem Schwellenwert verglichen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem gegebenen Zeitfenster sowohl für die Referenz- als auch für die Prüf welle deren von eventuellen Gleichanteilen befreiten Amplitudenwerte an entsprechenden Abtastpunkten multipliziert und die so erhaltenen Produkte aufsummiert werden, und daß der so erhaltene Produktsum menwert dividiert wird durch die Quadratwurzel aus dem Produkt der Produktsummen jeweils der Referenzwelle und der Prüfwelle.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Schritt des Erzeugens der Referenzwelle die Schritte enthält:

a) Erzeugen einer Stichprobe aus ähnlichen elektrischen Spulen; und
b) statistisches Berechnen der Referenzwelle.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem zum Erzeugen der Referenz welle die Stichprobe jeweils dann aktualisiert wird, wenn eine ähnliche Spule als brauchbar ermittelt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Prüfsignal ein Spannungsstoß ist, gekennzeichnet durch die Schritte:

a) Beaufschlagen der Spule mit mindestens einem Stoß verhältnis mäßig niedriger Spannung;
b) Beaufschlagen der Spule mit zusätzlichen Stößen zunehmend höherer Spannung; und
c) Beenden der Stoßfolge bei der kleineren folgender beider Spannungen: der niedrigsten Spannung, bei der ein Fehler nachgewiesen wird, oder einer vorgegebenen Maximal spannung.