DE202019005742U1

DE202019005742U1 - Device for recording and processing and outputting synchronized measurement data and computer program product and use

Info

Publication number: DE202019005742U1
Application number: DE202019005742.0U
Authority: DE
Original assignee: Auto Intern GmbH
Current assignee: Auto Intern GmbH
Priority date: 2019-02-06
Filing date: 2019-02-06
Publication date: 2021-10-11
Anticipated expiration: 2029-02-07

Abstract

Messdatenauswertevorrichtung (10) eingerichtet zum Aufnehmen und Verarbeiten und Ausgeben von Messdaten, wobei die Messdatenauswertevorrichtung (10) eingerichtet ist zum Verarbeiten der Messdaten in einer Messkette zwischen wenigstens einem Sensor oder Messdatenkopf (2), und einem PC oder einer mobilen Recheneinheit (5), mit:
-einem Eingangs-Kanal (11) zum Aufnehmen der Messdaten, mit der Messdatenauswertevorrichtung (10) in Ausgestaltung als einkanalige Messdatenauswertevorrichtung (10);
-einem Mikrocontroller (12) eingerichtet zum Verarbeiten der Messdaten, wobei der Mikrocontroller (12) einen Analog-Digital-Konverter (13) zum Diskretisieren eines emittierten Messsignals in diskrete Abtastwerte aufweist, wobei der Mikrocontroller (12) wenigstens einen Impedanz-Wandler (14) eingerichtet zum Adaptieren wenigstens eines Messbereiches an den jeweils zu erfassenden Messwert umfasst;
-einem Ausgangs-Kanal (19) mit einer Kommunikationsschnittstelle zu einem/dem PC (5) oder zu einer/der mobilen Recheneinheit; dadurch gekennzeichnet, dass die Messdatenauswertevorrichtung (10) eingerichtet ist zum Abbilden der Funktionalität eines digitalen Signalrekorders mittels des Mikrocontrollers (12), wobei der Mikrocontroller (12) zum messbereichsspezifischen Verarbeiten der eingangsseitigen Messdaten in einer Mehrzahl von Messbereichen eingerichtet ist, wobei der Mikrocontroller (12) zum zeitpunktbezogenen synchronisierbaren Ausgeben der ausgangsseitigen Messdaten bezüglich oder basierend auf mittels des Messsignals vorgegebener/vorgebbarer Referenzzeitpunkten eingerichtet ist, wobei die Messdatenauswertevorrichtung (10) eingerichtet ist zum Abbilden der Funktionalität eines mehrkanaligen digitalen Speicher-Oszilloskops, basierend auf dem einen Eingangs-Kanal (11), wobei die Messdatenauswertevorrichtung (10) einen Referenzmarkengenerator (15) zum Erzeugen der Referenzzeitpunkte aufweist.

Measurement data evaluation device (10) set up to record, process and output measurement data, the measurement data evaluation device (10) being set up to process the measurement data in a measurement chain between at least one sensor or measurement data head (2) and a PC or a mobile computing unit (5), with:
- an input channel (11) for receiving the measurement data, with the measurement data evaluation device (10) in the form of a single-channel measurement data evaluation device (10);
- a microcontroller (12) set up to process the measurement data, the microcontroller (12) having an analog-digital converter (13) for discretizing an emitted measurement signal into discrete samples, the microcontroller (12) having at least one impedance converter (14 ) set up for adapting at least one measuring range to the respective measured value to be recorded;
- an output channel (19) with a communication interface to a / the PC (5) or to a / the mobile computing unit; characterized in that the measurement data evaluation device (10) is set up to map the functionality of a digital signal recorder by means of the microcontroller (12), the microcontroller (12) being set up to process the input-side measurement data in a plurality of measurement areas in a specific manner, the microcontroller (12 ) is set up for time-related, synchronizable outputting of the output-side measurement data with respect to or based on reference times specified / predeterminable by means of the measurement signal, the measurement data evaluation device (10) being set up to map the functionality of a multi-channel digital storage oscilloscope based on the one input channel (11 ), the measurement data evaluation device (10) having a reference mark generator (15) for generating the reference times.

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufnehmen und Verarbeiten und Ausgeben von synchronisierten Messdaten, insbesondere zum Abbilden der Funktionalität von mehrkanaligen digitalen Speicher-Oszilloskopen. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogrammprodukt zum Steuern des Messverfahrens. Nicht zuletzt betrifft die vorliegende Erfindung auch die Verwendung wenigstens einer einkanaligen Messdatenauswertevorrichtung beim synchronisierbaren Datenaustausch in einer Messkette zwischen Messkopf und Computer. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1.The present invention relates to a device for recording, processing and outputting synchronized measurement data, in particular for mapping the functionality of multi-channel digital storage oscilloscopes. The present invention also relates to a computer program product for controlling the measuring method. Last but not least, the present invention also relates to the use of at least one single-channel measurement data evaluation device for the synchronizable data exchange in a measurement chain between the measurement head and the computer. In particular, the invention relates to a device according to the preamble of independent claim 1.

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Üblicherweise zeichnet sich eine Messkette durch die folgenden Schritte bzw. Komponenten aus: Messdatenerfassung über wenigstens einen Messkopf, Strukturierung bzw. Zuordnung der Messdaten, Auswertung der Messdaten, Darstellung der Messdaten. Speziell der Aufbau einer digitalen Messkette kann wie folgt beschrieben werden:

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

A measurement chain is usually characterized by the following steps or components: measurement data acquisition via at least one measurement head, structuring or assignment of the measurement data, evaluation of the measurement data, representation of the measurement data. The structure of a digital measuring chain in particular can be described as follows:

1st step: Conversion of any physical quantity into a voltage or current signal (measurement conversion);
2nd step: digitization of the electrical signal and, if necessary, provision of auxiliary power for the transmitter (transmitter power supply);
3rd step: Transmission of the digitized measured value via a bus system;
4th step: Archiving the raw data.

Mit dem Aufbau der Datenbank kann die Messung als abgeschlossen interpretiert werden. Das Anzeigen, Auswerten, Zuordnen von Messdaten sind Vorgänge, die strenggenommen erst hinter der zuvor beschriebenen Wandlung und Digitalisierung der Messdaten erfolgen. Auf eine einmal geschaffene Datenbank kann mit unterschiedlichsten Methoden zugegriffen werden (Schlagwort dafür: „View“). Ein View kann z.B. eine Transformation in eine weitere Datenbank sein, bei der z.B. gefiltert oder verarbeitet wird; ein View kann aber auch ein einfaches Anzeigen der Daten auf einem Bildschirm sein.Once the database has been set up, the measurement can be interpreted as completed. The display, evaluation and assignment of measurement data are processes that, strictly speaking, only take place after the previously described conversion and digitization of the measurement data. Once a database has been created, it can be accessed using a wide variety of methods (keyword for this: "View"). A view can, for example, be a transformation into another database, in which, for example, it is filtered or processed; However, a view can also be a simple display of the data on a screen.

Messtechnische Aufgaben unterliegen z.B. der Anforderung, die Messdaten in einer gewissen Zeit aufzunehmen und zu verarbeiten. Gleichzeitig soll eine möglichst exakte Messung realisierbar sein, auch bei unvorteilhaftem SNR (signal to noise ratio; Signal-Rausch-Verhältnis). Eine hohe technische Qualität des Nutzsignals ist jedoch in vielen Anwendungsfällen nicht vorhanden. Demnach werden hohe technische Anforderungen an die Sensitivität der Messtechnik gestellt. Diesbezüglich kann es vorteilhaft sein, ein gewandeltes Spannungssignal zwischen den oben beschriebenen Schritten 1 und 2 analog zu befiltern. Dies kann die Daten schneller für den View vorbereiten.Metrological tasks are, for example, subject to the requirement to record and process the measurement data within a certain period of time. At the same time, it should be possible to achieve as precise a measurement as possible, even with an unfavorable SNR (signal to noise ratio). In many applications, however, the useful signal does not have a high technical quality. Accordingly, high technical requirements are placed on the sensitivity of the measurement technology. In this regard, it can be advantageous to analogously filter a converted voltage signal between steps 1 and 2 described above. This can prepare the data for the view more quickly.

Speziell bei Oszilloskopen gibt es Vorteile hinsichtlich der Analyse der Messdaten durch den Benutzer, nicht zuletzt dank der grafischen Aufbereitung und Darstellung der Messdaten. Eine hinsichtlich diverser messtechnischer Aufgaben nützliche Ausrüstung umfasst ein mehrkanaliges digitales Speicher-Oszilloskop. Je nach Anzahl der Kanäle sind diese Geräte jedoch sehr kostenintensiv.Especially with oscilloscopes there are advantages with regard to the analysis of the measurement data by the user, not least thanks to the graphic processing and display of the measurement data. Equipment useful for various metrological tasks includes a multi-channel digital storage oscilloscope. However, depending on the number of channels, these devices are very expensive.

Insbesondere in Hinblick auf einen möglichst geringen Eingriff in ein Messsignal, insbesondere möglichst geringen Leistungsabgriff, ist auch eine schonende und wenig belastende Art und Weise der Verarbeitung bzw. Auswertung der Messdaten besonders wünschenswert.In particular with regard to the least possible intervention in a measurement signal, in particular the lowest possible power consumption, a gentle and less stressful way of processing or evaluating the measurement data is particularly desirable.

Es besteht daher Interesse an einer Messanordnung, welche technisch auf einfache Weise und möglichst auch kostengünstig bereitgestellt werden kann, und welche die Auswertung sensibler Daten möglichst auch bei nur minimalem Leistungsabgriff ermöglicht. Insbesondere gibt es im Zusammenhang mit der messtechnischen Analyse von Verbrennungskraftmaschinen Bedarf an kosteneffizienten und flexibel möglichst hinsichtlich einer Vielzahl von Messgrößen verwendbaren messtechnischen Anordnungen, beispielsweise als Ersatz von handelsüblichen Voltmetern oder in Ergänzung zu handelsüblichen Voltmetern.There is therefore interest in a measuring arrangement which can be provided in a technically simple manner and, if possible, also inexpensively, and which enables the evaluation of sensitive data as far as possible with only minimal power consumption. In particular, in connection with the metrological analysis of internal combustion engines, there is a need for cost-efficient and flexible metrological arrangements that can be used as much as possible with regard to a large number of measured variables, for example as a replacement for commercially available voltmeters or in addition to commercially available voltmeters.

Beispielhafte messtechnische Anordnungen werden in den folgenden Veröffentlichungen beschrieben: WO 2018/101929 A1 , WO 2007/090467 A1 , DE 271 25 27 A1 , DE 261 20 63 A1 . Weitere messtechnische Anordnungen werden in den folgenden Veröffentlichungen beschrieben: EP 0 754 940 B1 , EP 0 500 145A2 , US 4,125,894 A , DE 195 03 457 C1 .Exemplary metrological arrangements are described in the following publications: WO 2018/101929 A1 , WO 2007/090467 A1 , DE 271 25 27 A1 , DE 261 20 63 A1 . Further metrological arrangements are described in the following publications: EP 0 754 940 B1 , EP 0 500 145 A2 , U.S. 4,125,894 A , DE 195 03 457 C1 .

Die folgenden Veröffentlichungen beschreiben eine im Zusammenhang mit A/V-Geräten oder Ereigniserfassungsgeräten oder DAQ-Eingabe-/Ausgabe-Schnittstellen verwendbare Messtechnologie: US 6 064 792 A , US 2002 / 0 185 605 A1 , US 2003 / 0 074 489 A1 .The following publications describe a measurement technology that can be used with A / V devices or event capture devices or DAQ input / output interfaces: U.S. 6,064,792 A , US 2002/0 185 605 A1 , US 2003/0 074 489 A1 .

Insbesondere auch in Hinblick auf die zuverlässige Diagnose von wenigstens zwei Parametern von Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere unter Bezugnahme auf Steuerketten (z.B. Lebensdauer oder aktueller Systemzustand), ist es wünschenswert, die Belastbarkeit von Messdaten und die Reproduzierbarkeit von Messungen zu verbessern, insbesondere mittels eines möglichst kostengünstigen und flexibel verwendbaren messtechnischen Aufbau.In particular, it is also with regard to the reliable diagnosis of at least two parameters of internal combustion engines, in particular with reference to control chains (for example service life or current system status) It is desirable to improve the resilience of measurement data and the reproducibility of measurements, in particular by means of a metrological setup that is as inexpensive and flexible as possible.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Aufgabe ist, ein System bzw. eine Vorrichtung zur Messdatenauswertung bereitzustellen, womit die Auswertung von Messwerten bei möglichst breiter Funktionalität vereinfacht werden kann, insbesondere in Hinblick auf die Funktionalität eines mehrkanaligen digitalen Speicher-Oszilloskops. Auch eine Aufgabe ist, das System derart auszuführen, dass mittels einfacher und möglichst auch kostengünstiger technischer Mittel eine komplexe Messung über wenigstens zwei Kanäle ausgewertet werden kann. Nicht zuletzt ist es eine Aufgabe, ein Messsystem derart auszuführen, dass ein vergleichsweise einfacher Aufbau auf flexible Weise genutzt werden kann, selbst für den Fall dass nur eine einkanalige Messung erforderlich ist.The object is to provide a system or a device for measuring data evaluation, with which the evaluation of measured values can be simplified with the broadest possible functionality, in particular with regard to the functionality of a multi-channel digital storage oscilloscope. Another task is to design the system in such a way that a complex measurement can be evaluated over at least two channels using simple and, if possible, also inexpensive technical means. Last but not least, it is an object to design a measuring system in such a way that a comparatively simple structure can be used in a flexible manner, even in the event that only a single-channel measurement is required.

Zumindest eine dieser Aufgaben wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie durch Verwendungen gemäß den nebengeordneten Verwendungsansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den jeweiligen Unteransprüchen erläutert. Die Merkmale der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele sind miteinander kombinierbar, sofern dies nicht explizit verneint ist.At least one of these objects is achieved by a device according to claim 1 and by uses according to the independent claims. Advantageous further developments of the invention are explained in the respective subclaims. The features of the exemplary embodiments described below can be combined with one another, unless this is explicitly denied.

Bereitgestellt wird eine Messdatenauswertevorrichtung eingerichtet zum Aufnehmen und Verarbeiten und Ausgeben von Messdaten, insbesondere Messdaten einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere Spannungsmessdaten, insbesondere im Bereich von -12V bis 400V, insbesondere -3V bis 30V, wobei die Messdatenauswertevorrichtung eingerichtet ist zum Verarbeiten der Messdaten in einer Messkette zwischen wenigstens einem Sensor oder Messdatenkopf (erste Stufe der Messkette), insbesondere Oszilloskop-Messkopf, und einem PC oder einer mobilen Recheneinheit (letzte Stufe der Messkette), mit:

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

A measurement data evaluation device is set up to record, process and output measurement data, in particular measurement data from an internal combustion engine, in particular voltage measurement data, in particular in the range from -12V to 400V, in particular -3V to 30V, the measurement data evaluation device being configured to process the measurement data in a measurement chain between at least one sensor or measurement data head (first stage of the measurement chain), in particular an oscilloscope measurement head, and a PC or a mobile computing unit (last stage of the measurement chain), with:

an input channel for receiving the measurement data, in particular in the form of a BNC plug input, in particular set up for (electro-mechanical) connection of the measurement data evaluation device to an oscilloscope measuring head, with the measurement data evaluation device in the embodiment as a single-channel measurement data evaluation device;
-a microcontroller set up to process the measurement data, the microcontroller having an analog-to-digital converter (AD converter) for discretizing an emitted measurement signal into discrete samples, the microcontroller having at least one impedance converter set up to adapt at least one measurement range to a respective one Measurement task or the respective measured value to be recorded, in particular an at least three-fold stepped / matched impedance converter;
-an output channel with a communication interface to a personal computer (PC) or to a mobile computing unit, in particular an output channel in the form of a USB port, in particular set up for sampling rates in the range of 2 to 3 million samples per second [MSa], especially 2.4 million MSa.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Messdatenauswertevorrichtung insbesondere in Ausgestaltung als Messumformer eingerichtet ist zum Abbilden der Funktionalität eines digitalen Signalrekorders mittels des Mikrocontrollers, wobei der Mikrocontroller zum messbereichsspezifischen Verarbeiten der eingangsseitigen Messdaten in einer Mehrzahl von Messbereichen eingerichtet ist, wobei der Mikrocontroller zum zeitpunktbezogenen synchronisierbaren Ausgeben der ausgangsseitigen Messdaten bezüglich oder basierend auf mittels des Messsignals vorgegebener/vorgebbarer Referenzzeitpunkten eingerichtet ist. Dies liefert einen kostengünstigen Aufbau und hohe messtechnische Variabilität. Die Messdatenauswertevorrichtung kann als ein einzelner kostengünstiger Mittler zwischen Messkopf und PC verschaltet sein, oder wahlweise können eine Vielzahl von Messdatenauswertevorrichtung parallel verschaltet sein. Dabei ist die Messdatenauswertevorrichtung eingerichtet zum Abbilden der Funktionalität eines mehrkanaligen digitalen Speicher-Oszilloskops, basierend auf dem einen Eingangs-Kanal. Die Messdatenauswertevorrichtung weist einen Referenzmarkengenerator zum Erzeugen der Referenzzeitpunkte auf.According to the invention, it is proposed that the measurement data evaluation device is set up, in particular in the form of a measuring transducer, to map the functionality of a digital signal recorder by means of the microcontroller, the microcontroller being set up for the measurement range-specific processing of the input-side measurement data in a plurality of measurement ranges, the microcontroller for time-related, synchronizable outputting output-side measurement data is set up with respect to or based on reference times that are predetermined / can be predetermined by means of the measurement signal. This provides a cost-effective structure and high variability in terms of measurement technology. The measurement data evaluation device can be connected as a single inexpensive intermediary between the measuring head and the PC, or, alternatively, a large number of measurement data evaluation devices can be connected in parallel. The measurement data evaluation device is set up to map the functionality of a multi-channel digital storage oscilloscope based on the one input channel. The measurement data evaluation device has a reference mark generator for generating the reference times.

Erfindungsgemäß kann insbesondere zwischen den oben beschriebenen Schritten 1 und 2 eine digitale Filterung vorgenommen werden. Denn es hat sich gezeigt, dass Mikrocontroller und PCs derzeit bereits so leistungsstark sind/werden, dass eine zuvor noch analog durchgeführte Filterung auf digitale Weise vorgenommen werden kann. Dabei kann beispielsweise auch das SNR digital auf einfache Weise verbessert werden. Bisher waren vergleichsweise schnelle Messaufnehmer sehr kostspielig.According to the invention, digital filtering can be carried out in particular between steps 1 and 2 described above. This is because it has been shown that microcontrollers and PCs are / are currently already so powerful that filtering, which was previously carried out in analog form, can be carried out digitally. For example, the SNR can also be improved digitally in a simple manner. Up to now, comparatively fast sensors have been very expensive.

Als erfindungsgemäße Messdatenauswertevorrichtung ist dabei insbesondere ein rein digitaler Messaufnehmern zu verstehen.The measurement data evaluation device according to the invention is to be understood in particular as a purely digital measurement sensor.

Als „Eingang“ ist dabei eine Schnittstelle an einer Komponente in der Messkette zu verstehen, welche die Messdaten ausgehend von der Messdatenerfassung in einer Richtung vom Messkopf bis hin zu einem PC oder einer mobile Recheneinheit passieren.An “input” is to be understood as an interface on a component in the measurement chain, which the measurement data starting from the measurement data acquisition in one direction from the measurement head to to a PC or a mobile computing unit.

Der Impedanz-Wandler ist insbesondere ein aktiver Impedanz-Wandler. In der erfindungsgemäßen Anordnung kann der Impedanz-Wandler insbesondere auch zur Minimierung des Leistungsabgriffs genutzt werden, also in Hinblick auf einen möglichst geringen Eingriff in das Messsignal.The impedance converter is in particular an active impedance converter. In the arrangement according to the invention, the impedance converter can in particular also be used to minimize the power tapping, that is to say with a view to the least possible intervention in the measurement signal.

Erfindungsgemäß kann durch Verzicht auf analoge Filter (rein digitale Vorrichtung und Verfahren ohne analoge Befilterung) auch eine nachteilige/unnötige Laufzeitverschiebung verschiedener Frequenzen vermieden bzw. minimiert werden.According to the invention, by dispensing with analog filters (purely digital device and method without analog filtering), a disadvantageous / unnecessary delay in transit time of various frequencies can also be avoided or minimized.

Zumindest eine der zuvor genannten Aufgaben wird insbesondere auch gelöst durch eine solche Messdatenauswertevorrichtung zum Verarbeiten und Ausgeben von Spannungsmessdaten einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere basierend auf SOF-Signalen im jeweiligen Messsignal.At least one of the aforementioned objects is also achieved in particular by such a measurement data evaluation device for processing and outputting voltage measurement data of an internal combustion engine, in particular based on SOF signals in the respective measurement signal.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Messdatenauswertevorrichtung eingerichtet zum Aufnehmen und Verarbeiten der Messdaten über eine Mehrzahl von Messbereichen und ferner eingerichtet ist zum Auswählen/Definieren eines spezifischen der Messbereiche für die Verarbeitung der Messdaten, wobei die Messdatenauswertevorrichtung wenigstens zwei oder drei Impedanz-Wandler umfasst und/oder wobei der (jeweilige) Impedanz-Wandler mehrfach abgestuft/abgestimmt ist. Dies vereinfacht auch die Benutzung und Auswertung, insbesondere in Hinblick auf die Auswahl von Messbereichen. Indem der Messbereich automatisiert ausgewählt werden kann, ist auch das Risiko einer Fehlinterpretation der Messdaten minimierbar.According to one embodiment, the measurement data evaluation device is set up to record and process the measurement data over a plurality of measurement areas and is also set up to select / define a specific one of the measurement areas for processing the measurement data, the measurement data evaluation device including at least two or three impedance converters and / or whereby the (respective) impedance converter is graded / tuned several times. This also simplifies the use and evaluation, especially with regard to the selection of measuring ranges. Since the measurement range can be selected automatically, the risk of misinterpretation of the measurement data can also be minimized.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Messdatenauswertevorrichtung eingerichtet zum synchronisierbaren/synchronisierten Erwidern/Ausgeben von Messdaten basierend auf Start-of-Frame (SOF)-Signalen in dem Messsignal, welche SOF-Signale über den Ausgangs-Kanal bzw. über die Kommunikationsschnittstelle erfassbar sind, wobei die Messdatenauswertevorrichtung eingerichtet ist zum Generieren wenigstens eines Referenzmarkers im jeweiligen Messsignal und eingerichtet ist zum synchronisierten Ausgeben der Messdaten in Bezug auf den wenigstens einen Referenzmarker, insbesondere eingerichtet ist zum synchronisierten Ausgeben von mit weiteren parallel durch weitere Messdatenauswertevorrichtungen aufgenommenen synchronisierten Messdaten, insbesondere Messdaten in Form von Spannungsmesswerten. Dies ermöglicht auch vergleichsweise komplexe Messungen mittels eines einfachen, skalierbaren technischen Aufbaus.According to one embodiment, the measurement data evaluation device is set up for the synchronizable / synchronized reply / output of measurement data based on start-of-frame (SOF) signals in the measurement signal, which SOF signals can be detected via the output channel or via the communication interface, wherein The measurement data evaluation device is set up to generate at least one reference marker in the respective measurement signal and is set up for the synchronized outputting of the measurement data in relation to the at least one reference marker, in particular is set up for the synchronized output of synchronized measurement data recorded in parallel with further measurement data evaluation devices, in particular measurement data in the form of Voltage readings. This also enables comparatively complex measurements by means of a simple, scalable technical structure.

Insbesondere sendet der PC bzw. der USB-Hub alle 125µs ein SOF-Signal auf den Bus. Dieser enthält eine Frame-Nummer. Anhand des SOF können alle Teilnehmer den Zeitpunkt ermitteln, zu welchem gesendet/transmittiert werden soll.In particular, the PC or the USB hub sends an SOF signal to the bus every 125µs. This contains a frame number. Using the SOF, all participants can determine the point in time at which transmission / transmission should take place.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Messdatenauswertevorrichtung eingerichtet zum mittels Start-of-Frame (SOF)-Signalen synchronisierten Erwidern des jeweiligen Messsignals basierend auf wenigstens einer Marke bzw. einem Referenzmarker, insbesondere basierend auf in einer Zahlenkette gesetzten Referenzmarkern. Das Ausgeben der Messdaten kann dadurch auf synchronisierte Weise bei einer Vielzahl von einkanaligen Messdatenauswertevorrichtungen auf einfache Weise erfolgen.According to one exemplary embodiment, the measurement data evaluation device is set up to reply to the respective measurement signal, synchronized by means of start-of-frame (SOF) signals, based on at least one mark or a reference marker, in particular based on reference markers set in a chain of numbers. The output of the measurement data can thereby take place in a simple manner in a synchronized manner with a large number of single-channel measurement data evaluation devices.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Messdatenauswertevorrichtung eingerichtet zum zeitpunktbezogenen Ausgeben von Messdaten basierend auf reaktivem synchronisierbaren Erwidern von Start-of-Frame (SOF)-Signalen mittels einer in einer Messkette zwischen Oszilloskop-Messkopf und PC errichteten Architektur aus einem Mikrocontroller mit Analog-Digital-Konverter und Impedanz-Wandler, wobei mittels dieser Architektur die Funktionalität eines digitalen Signalrekorders abbildbar ist. Dies liefert insbesondere im Zusammenhang mit der Erfassung und Auswertung von Messdaten von Oszilloskop-Messköpfen messtechnische und auch kostentechnische Vorteile.According to an exemplary embodiment, the measurement data evaluation device is set up to output measurement data based on a reactive, synchronizable response to start-of-frame (SOF) signals by means of an architecture built in a measurement chain between the oscilloscope measurement head and the PC from a microcontroller with an analog-to-digital converter and impedance converter, whereby the functionality of a digital signal recorder can be mapped by means of this architecture. In connection with the acquisition and evaluation of measurement data from oscilloscope measuring heads, this provides advantages in terms of both metrology and costs.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Messdatenauswertevorrichtung ausschließlich den einen einzigen Eingangs-Kanal auf, insbesondere in Ausgestaltung als BNC-Eingangs-Kanal, und ist als einkanalige Messdatenauswertevorrichtung ausgestaltet. Dies liefert nicht nur eine große Variabilität, sondern ermöglicht auch einen sehr kostengünstigen Aufbau des Mess-Equipment, insbesondere unabhängig von der Anzahl der erforderlichen Mess-Kanäle.According to one exemplary embodiment, the measurement data evaluation device has only one input channel, in particular in the form of a BNC input channel, and is designed as a single-channel measurement data evaluation device. This not only provides great variability, but also enables the measurement equipment to be set up very cost-effectively, in particular regardless of the number of measurement channels required.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Messdatenauswertevorrichtung in einer Messkette zwischen wenigstens einem Messkopf, insbesondere Oszilloskop-Messkopf, und einem PC anordenbar und ist aus den folgenden messtechnischen Komponenten aufgebaut oder umfasst diese abschließende Gruppe von messtechnischen Komponenten: den Eingangs-Kanal, insbesondere in Ausgestaltung als BNC-Stecker-Eingang; wenigstens einen Spannungsteiler; einen Differentialverstärker; den wenigstens einen Impedanz-Wandler; den Mikrocontroller mit dem wenigstens einen Analog-Digital-Konverter und mit einem ROM-Datenspeicher und einem RAM-Datenspeicher; dem Ausgangs-Kanal (ausgangsseitige Kommunikationsschnittstelle), insbesondere in Ausgestaltung als USB-Port; Referenzmarkengenerator, insbesondere in Ausgestaltung als USB-Controller. Dieser Aufbau ist vergleichsweise einfach und liefert den Vorteil eines kostengünstigen und variable verwendbaren Mess-Systems. Die jeweilige Funktionalität kann dabei derart schlank bleiben, dass die Messdatenauswertevorrichtung als einkanalige Messdatenauswertevorrichtung parallel mit einer Vielzahl weiterer Messdatenauswertevorrichtungen verwendbar ist.According to one embodiment, the measurement data evaluation device can be arranged in a measurement chain between at least one measurement head, in particular an oscilloscope measurement head, and a PC and is made up of the following metrological components or comprises this final group of metrological components: the input channel, in particular in the form of a BNC -Plug input; at least one voltage divider; a differential amplifier; the at least one impedance converter; the microcontroller with the at least one analog-digital converter and with a ROM data memory and a RAM data memory; the output channel (communication interface on the output side), in particular in the form of a USB port; Reference mark generator, especially in the form of a USB Controller. This structure is comparatively simple and provides the advantage of an inexpensive and variable measuring system that can be used. The respective functionality can remain so slim that the measurement data analysis device can be used as a single-channel measurement data analysis device in parallel with a large number of other measurement data analysis devices.

Die Referenzzeitpunkte bzw. die Zeitfenster zum Ausgeben von Daten können automatisch mittels des Referenzmarkengenerators bzw. des USB-Controllers erzeugt werden.The reference times or the time windows for outputting data can be generated automatically by means of the reference mark generator or the USB controller.

Zwischen Stecker und Spannungsteiler kann ein Differentialverstärker vorgesehen sein, insbesondere um das Signal-Rausch-Verhältnis verbessern zu können.A differential amplifier can be provided between the plug and the voltage divider, in particular in order to be able to improve the signal-to-noise ratio.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Messdatenauswertevorrichtung wenigstens einen Datenspeicher eingerichtet zum Zwischenspeichern oder Puffern der Messdaten auf. Dies vereinfacht die zentrale Verarbeitung, insbesondere im Mikrocontroller. Insbesondere weist der Mikrocontroller sowohl ROM als auch RAM auf.According to one embodiment, the measurement data evaluation device has at least one data memory set up for temporarily storing or buffering the measurement data. This simplifies the central processing, especially in the microcontroller. In particular, the microcontroller has both ROM and RAM.

Der AD-Wandler bzw. der Analog-Digital-Konverter kann als eine diskrete Schaltung im Mikrocontroller (µC) vorgesehen sein. Eine diesbezügliche Funktionsweise kann wie folgt beschrieben werden: Der AD-Wandler wandelt insbesondere kontinuierlich und liefert eine Meldung bzw. Signale an den Prozessor (Interrupt). Daraufhin wird ein Direct-Memory-Access (DMA) ausgelöst. Dieser transferiert die Daten in den Arbeitsspeicher (RAM) des µC. Dort werden die Daten zu einem Paket mit einer vordefinierten oder spezifizierbaren Anzahl von Messpunkten gebündelt und anschließend (wieder per DMA) in den USB-Ausgangspuffer kopiert. Dabei kann auch der USB eine diskrete Schaltung darstellen; auch der USB kann vom Prozessor konfiguriert und mit Daten beschickt werden. Das Ausgeben/Transmittieren/Abschicken der Daten auf dem Bus im gewünschten bzw. im korrekt vorgegebenen Zeitfenster kann der USB-Controller eigenständig vornehmen/durchführen. Erreicht ein SOF-Signal den USB-Controller, so gibt der USB-Controller eine Meldung an den µC-Prozessor. Dies unterbricht den Vorgang „Datenpaket schnüren“ an einer zeitlich bestimmten Stelle. Der nächste Wert im Datenpaket kann dann als das SOF bzw. als die Referenzmarke vorgegeben bzw. interpretiert werden. Im ROM ist der Programmcode abgespeichert, der diese Abfolge plant und abarbeitet. Größe von ROM und RAM hängen vom verwendeten Prozessor ab. Beispielsweise sind 512 KBytes ROM und 176+16 KBytes RAM vorgesehen, oder wahlweise auch weniger, insbesondere aus Kostengründen. Erfindungsgemäß kann auch über vergleichsweise wenig RAM ein kosteneffizientes Mess-System bereitgestellt werden.The AD converter or the analog-digital converter can be provided as a discrete circuit in the microcontroller (μC). A related mode of operation can be described as follows: The AD converter converts, in particular, continuously and delivers a message or signals to the processor (interrupt). Direct memory access (DMA) is then triggered. This transfers the data to the main memory (RAM) of the µC. There the data is bundled into a package with a predefined or specifiable number of measuring points and then (again via DMA) copied to the USB output buffer. The USB can also represent a discrete circuit; the USB can also be configured by the processor and loaded with data. The USB controller can independently carry out / carry out the output / transmission / sending of the data on the bus in the desired or correctly specified time window. If an SOF signal reaches the USB controller, the USB controller sends a message to the µC processor. This interrupts the process of “putting together a data package” at a specific point in time. The next value in the data packet can then be specified or interpreted as the SOF or as the reference mark. The program code that plans and processes this sequence is stored in the ROM. The size of ROM and RAM depend on the processor used. For example, 512 Kbytes of ROM and 176 + 16 Kbytes of RAM are provided, or optionally less, in particular for reasons of cost. According to the invention, a cost-efficient measuring system can also be provided with a comparatively small amount of RAM.

Zumindest eine der zuvor genannten Aufgaben wird insbesondere gelöst durch eine Messdatenauswertevorrichtung eingerichtet zum Aufnehmen und Verarbeiten und Ausgeben von Messdaten und eingerichtet zum Verarbeiten der Messdaten in einer Messkette zwischen wenigstens einem Sensor oder Messdatenkopf und einem Personalcomputer (PC) oder einer mobilen Recheneinheit, mit:

-einem Eingangs-Kanal zum Aufnehmen der Messdaten;
-einem Mikrocontroller eingerichtet zum Verarbeiten der Messdaten, wobei der Mikrocontroller einen Analog-Digital-Konverter zum Diskretisieren eines emittierten Messsignals in diskrete Abtastwerte aufweist, wobei der Mikrocontroller wenigstens einen Impedanz-Wandler eingerichtet zum Adaptieren wenigstens eines Messbereiches an den jeweils zu erfassenden Messwert umfasst;
-einem Ausgangs-Kanal mit einer Kommunikationsschnittstelle zum PC oder zur mobilen Recheneinheit, insbesondere durch eine zuvor beschriebene Messdatenauswertevorrichtung, hergestellt durch Integration des Mikrocontrollers derart in die Messkette zwischen der messdatenaufnehmenden Eingangsseite und der messdatenausgebenden Ausgangsseite der Messdatenauswertevorrichtung, dass die Messdatenauswertevorrichtung eingerichtet ist zum Abbilden der Funktionalität eines digitalen Signalrekorders mittels des Mikrocontrollers, und eingerichtet ist zum Abbilden der Funktionalität eines mehrkanaligen digitalen Speicher-Oszilloskops, basierend auf dem einen Eingangs-Kanal,

und hergestellt durch Integration des Mikrocontrollers derart in die Messkette, dass der Mikrocontroller zum messbereichsspezifischen Verarbeiten der eingangsseitigen Messdaten in einer Mehrzahl von Messbereichen eingerichtet ist und ferner zum zeitpunktbezogenen synchronisierbaren Ausgeben der ausgangsseitigen Messdaten bezüglich oder basierend auf mittels des Messsignals vorgegebener/vorgebbarer Referenzzeitpunkten eingerichtet ist, wobei die
Messdatenauswertevorrichtung eingerichtet ist zum Generieren wenigstens eines Referenzmarkers im jeweiligen Messsignal. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile.At least one of the aforementioned tasks is achieved in particular by a measurement data evaluation device set up to record, process and output measurement data and set up to process the measurement data in a measurement chain between at least one sensor or measurement data head and a personal computer (PC) or a mobile computing unit, with:

-an input channel for receiving the measurement data;
a microcontroller designed to process the measurement data, the microcontroller having an analog-digital converter for discretizing an emitted measurement signal into discrete samples, the microcontroller comprising at least one impedance converter designed to adapt at least one measurement range to the respective measurement value to be recorded;
-an output channel with a communication interface to the PC or to the mobile computing unit, in particular by a previously described measurement data evaluation device, produced by integrating the microcontroller into the measurement chain between the measurement data receiving input side and the measurement data output side of the measurement data evaluation device that the measurement data evaluation device is set up to map the Functionality of a digital signal recorder by means of the microcontroller, and is set up to map the functionality of a multi-channel digital storage oscilloscope, based on the one input channel,

and produced by integrating the microcontroller into the measurement chain in such a way that the microcontroller is set up for the measurement range-specific processing of the input-side measurement data in a plurality of measurement ranges and is also set up for the time-related, synchronizable output of the output-side measurement data with respect to or based on reference times specified / specifiable by means of the measurement signal, where the
The measurement data evaluation device is set up to generate at least one reference marker in the respective measurement signal. This results in the aforementioned advantages.

Die Herstellung kann auch wie folgt beschrieben werden: Eine Platine von etwa 9×80×1,7 mm³ wird im Automaten mit SMD-Bauteilen bestückt. An einem Ende der Platine ist eine Einrichtung zum Anlöten einer insbesondere 4-adrigen USB-Leitung vorgesehen, und am anderen Ende der Platine eine Einrichtung zum Anlöten einer BNC-Buchse vorgesehen. Zunächst wird die USB-Leitung vorgesehen. Die USB-Leitung kann wahlweise automatisiert oder manuell an die Platine gelötet werden. Daraufhin kann ein Rohr, insbesondere ein Alurohr 12mm × 1mm, über die Platine geschoben werden (manuell oder automatisiert) und derart auf die Leitung aufgefädelt werden, dass die Platine frei ist/bleibt. Daraufhin wird an der anderen Seite der Platine die BNC-Buchse angelötet (manuell oder automatisiert). Danach wird das Rohr über das Gewinde der BNC-Buchse zurückgeschoben (manuell oder automatisiert), insbesondere derart, dass das Rohr bündig auf dem Kragen der BNC-Buchse aufliegt. Die Kabelseite des Rohrs bleibt dabei offen. An der Kabelseite kann z.B. Acrylharz eingefüllt werden (manuell oder automatisiert), insbesondere um die Schaltung zu vergießen und resistent gegen äußere Einflüsse zu machen.The production can also be described as follows: A circuit board of approximately 9 × 80 × 1.7 mm ³ is fitted with SMD components in the machine. At one end of the board is a device for soldering a 4-wire USB cable in particular provided, and at the other end of the board a device for soldering a BNC socket is provided. First, the USB line is provided. The USB line can either be automated or manually soldered to the circuit board. A tube, in particular an aluminum tube 12mm × 1mm, can then be pushed over the board (manually or automatically) and threaded onto the line in such a way that the board is / remains free. The BNC socket is then soldered to the other side of the board (manually or automatically). The pipe is then pushed back over the thread of the BNC socket (manually or automatically), in particular in such a way that the pipe rests flush on the collar of the BNC socket. The cable side of the pipe remains open. Acrylic resin, for example, can be filled in on the cable side (manually or automatically), in particular to encapsulate the circuit and make it resistant to external influences.

ITEM Zumindest eine der zuvor genannten Aufgaben wird insbesondere gelöst durch ein Messdatenauswertesystem mit wenigstens zwei zuvor beschriebenen Messdatenauswertevorrichtungen, einer Anzeigesoftware, einem Onlinezugang zur Datenbank. Hierdurch ergeben sich zahlreiche zuvor genannte Vorteile.ITEM At least one of the aforementioned tasks is achieved in particular by a measurement data analysis system with at least two measurement data analysis devices described above, display software, and online access to the database. This results in numerous advantages mentioned above.

Zumindest eine der zuvor genannten Aufgaben wird wie erwähnt auch gelöst durch ein Messdatenauswertesystem umfassend einen Personalcomputer (PC) oder eine mobile Recheneinheit mit wenigstens einer daran gekoppelten Messdatenauswertevorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, wobei das Messdatenauswertesystem die Funktionalität eines digitalen Signalrekorders umfasst bzw. abbildet, wobei das Messdatenauswertesystem eingerichtet ist zum Vorgeben von Referenzzeitpunkten mittels eines/des Messsignals für das Ausgeben der Messdaten über eine Mehrzahl von Messkanälen spezifisch je Messkanal, und wobei der Personalcomputer oder die mobile Recheneinheit bevorzugt wenigstens einen virtuellen COM-Port umfasst. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile. Das Messdatenauswertesystem kann auch als Analysesystem bezeichnet werden, insbesondere sofern das Messdatenauswertesystem auch wenigstens einen Sensor oder Messkopf umfasst.As mentioned, at least one of the above-mentioned objects is also achieved by a measurement data analysis system comprising a personal computer (PC) or a mobile computing unit with at least one measurement data analysis device according to one of the preceding device claims coupled to it, the measurement data analysis system comprising or depicting the functionality of a digital signal recorder, whereby The measurement data evaluation system is set up to specify reference times by means of a measurement signal for outputting the measurement data via a plurality of measurement channels specifically for each measurement channel, and wherein the personal computer or the mobile computing unit preferably includes at least one virtual COM port. This results in the aforementioned advantages. The measurement data evaluation system can also be referred to as an analysis system, in particular if the measurement data evaluation system also includes at least one sensor or measuring head.

Das Vorgeben von Referenzzeitpunkten kann automatisch erfolgen, z.B. mittels eines USB-Controllers.Reference times can be specified automatically, e.g. using a USB controller.

Zumindest eine der zuvor genannten Aufgaben wird wie erwähnt auch gelöst durch ein Messdatenauswertesystem umfassend einen Personalcomputer oder eine mobile Recheneinheit mit wenigstens zwei daran gekoppelten zuvor beschriebenen Messdatenauswertevorrichtungen, wobei das Messdatenauswertesystem die Funktionalität eines digitalen Signalrekorders umfasst, und wobei das Messdatenauswertesystem, insbesondere der Personalcomputer oder die mobile Recheneinheit, eingerichtet ist zur Synchronisation des Ausgebens der Messdaten über eine Mehrzahl von Messkanälen spezifisch je Messkanal basierend auf einer Vielzahl von Start-of-Frame (SOF)-Signalen, insbesondere mittels Referenzmarkern im synchronisierenden Messsignal. Hierdurch kann auch eine vergleichsweise komplexe Messung mittels einfacher Messtechnik auf flexible Weise abgebildet und ausgewertet werden.As mentioned, at least one of the aforementioned tasks is also achieved by a measurement data analysis system comprising a personal computer or a mobile computing unit with at least two measurement data analysis devices coupled to it, the measurement data analysis system comprising the functionality of a digital signal recorder, and the measurement data analysis system, in particular the personal computer or the mobile computing unit, is set up to synchronize the outputting of the measurement data via a plurality of measurement channels specifically for each measurement channel based on a multiplicity of start-of-frame (SOF) signals, in particular by means of reference markers in the synchronizing measurement signal. As a result, a comparatively complex measurement can also be mapped and evaluated in a flexible manner using simple measurement technology.

Dabei kann das Messdatenauswertesystem ferner eingerichtet sein zum Transmittieren (Aussenden) von Abfragen von Messdaten über den Eingangs-Kanal, wobei das Messdatenauswertesystem eingerichtet ist zum synchronisierten Auswerten und Transmittieren der angefragten/erfassten Messdaten in Funktion als digitaler Signalrekorder, insbesondere über die komplette zuvor beschriebene Messkette.The measurement data evaluation system can furthermore be set up to transmit (send out) queries of measurement data via the input channel, the measurement data evaluation system being set up for the synchronized evaluation and transmission of the requested / recorded measurement data in the function of a digital signal recorder, in particular via the complete measurement chain described above .

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Messdatenauswertesystem ferner wenigstens einen Kurbelwellensensor und/oder wenigstens einem Nockenwellensensor, welcher eingangsseitig an die wenigstens eine Messdatenauswertevorrichtung gekoppelt ist. Hierdurch kann das Messdatenauswertesystem auf vorteilhafte Weise bei der Analyse von Verbrennungskraftmaschinen genutzt werden.According to one exemplary embodiment, the measurement data evaluation system further comprises at least one crankshaft sensor and / or at least one camshaft sensor, which is coupled on the input side to the at least one measurement data evaluation device. As a result, the measurement data evaluation system can be used advantageously in the analysis of internal combustion engines.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Messdatenauswertesystem ferner eine grafische Benutzeroberfläche, welche eingerichtet ist zum Darstellen des zeitlichen Verlaufs von wenigstens zwei unterschiedlichen über die Messdaten von wenigstens zwei Messdatenauswertevorrichtungen synchronisiert erfassten Messwerten. Hierdurch kann auch eine Oszilloskop-Funktion abgebildet werden, insbesondere die Funktionalität eines digitalen Speicher-Oszilloskops für eine Vielzahl von Kanälen.According to one exemplary embodiment, the measurement data evaluation system further comprises a graphical user interface which is set up to display the temporal course of at least two different measured values synchronized via the measurement data from at least two measurement data evaluation devices. This also allows an oscilloscope function to be mapped, in particular the functionality of a digital storage oscilloscope for a large number of channels.

Zumindest eine der zuvor genannten Aufgaben kann auch gelöst werden durch Implementierung der hier beschriebenen vorrichtungstechnischen Merkmale im Zusammenhang mit einem Verfahren zum Betreiben eines Messdatenauswertesystems umfassend einen Personalcomputer oder eine mobile Recheneinheit mit wenigstens einer daran gekoppelten einkanaligen Messdatenauswertevorrichtung, insbesondere mit einer Mehrzahl von zuvor beschriebenen Messdatenauswertevorrichtungen, wobei das Verfahren ein Aufnehmen und Verarbeiten und Ausgeben von Messdaten umfasst, insbesondere Spannungsmessdaten, insbesondere im Bereich von -12V bis 400V, wobei das Verarbeiten der Messdaten in einer Messkette zwischen wenigstens einem Oszilloskop-Messkopf (erste Stufe der Messkette) und dem PC oder der mobilen Recheneinheit (letzte Stufe der Messkette) erfolgt, mit den Schritten:

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

wobei das Verarbeiten der eingangsseitigen Messdaten [also der von der Messdatenauswertevorrichtung erfassten Messdaten] messbereichsspezifisch in einer Mehrzahl von Messbereichen erfolgt, und dass das Ausgeben der ausgangsseitigen Messdaten [also der von der Messdatenauswertevorrichtung auszugebenden Messdaten] zeitpunktbezogen mittels des Mikrocontrollers aus synchronisierte/synchronisierbare Weise bezüglich oder basierend auf mittels des Messsignals vorgegebener Referenzzeitpunkten erfolgt, insbesondere zu einem virtuellen COM-Port des PC, wobei die Referenzzeitpunkte durch Generieren wenigstens eines Referenzmarkers im jeweiligen Messsignal vorgegeben werden. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile.At least one of the aforementioned objects can also be achieved by implementing the device-related features described here in connection with a method for operating a measurement data analysis system comprising a personal computer or a mobile computing unit with at least one single-channel measurement data analysis device coupled to it, in particular with a plurality of measurement data analysis devices described above, The method comprises recording, processing and outputting measurement data, in particular voltage measurement data, in particular in the range from -12V to 400V, the processing of the measurement data in a measuring chain between at least one oscilloscope measuring head (first stage of the measuring chain) and the PC or the mobile computing unit (last stage of the measurement chain) with the following steps:

- Recording the measurement data via the input channel, in particular recording a plurality of measurement data (first and second and optionally further measurement data) in each case via the input channel of the single-channel measurement data evaluation device;
-Processing the measurement data or the plurality of measurement data by means of a microcontroller, and discretizing an emitted measurement signal into discrete samples by means of an analog-digital converter, and adapting a measurement range (in particular to the measured value to be recorded) by means of an impedance converter, in particular by means of an at least tri-staged / matched impedance converter;
Output of the measurement data via an output channel with a communication interface to the personal computer (PC) or to the mobile processing unit, in particular via an output channel in the form of a USB port, in particular at sampling rates in the range of 2 to 3 million samples per second [MSa ];

whereby the processing of the input-side measurement data [i.e. the measurement data acquired by the measurement data evaluation device] takes place specific to the measurement range in a plurality of measurement ranges, and that the output of the output measurement data [i.e. the measurement data to be output by the measurement data evaluation device] is time-related by means of the microcontroller in a synchronized / synchronizable manner with respect to or takes place based on reference times specified by means of the measurement signal, in particular to a virtual COM port of the PC, the reference times being specified by generating at least one reference marker in the respective measurement signal. This results in the aforementioned advantages.

Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Verarbeiten der Messdaten über eine Mehrzahl von spezifisch ausgewählten/definierten Messbereichen mittels wenigstens zwei oder drei Impedanz-Wandlern, insbesondere mittels mehrfach abgestufter/abgestimmter Impedanz-Wandler. Dies ermöglicht insbesondere auch eine Mehrfachmessung in unterschiedlichen Messbereichen, ohne dass zwischen den Messbereichen umgeschaltet werden muss. Vielmehr können die Messdaten in gewissem Sinne redundant generiert werden, so dass diejenigen Messdaten, welche in dem zweckdienlichsten (insbesondere exaktesten Messbereich) generiert wurden, als Datengrundlage für die weitere Verarbeitung nutzbar sind.According to one embodiment, the processing of the measurement data takes place over a plurality of specifically selected / defined measurement areas by means of at least two or three impedance converters, in particular by means of multiply graded / matched impedance converters. In particular, this also enables multiple measurements in different measuring ranges without having to switch between the measuring ranges. Rather, the measurement data can, in a certain sense, be generated redundantly, so that those measurement data that were generated in the most useful (in particular the most precise measurement range) can be used as the data basis for further processing.

Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das zeitpunktbezogene Ausgeben der ausgangsseitigen Messdaten durch synchronisiertes Erwidern von einer Mehrzahl von Start-of-Frame (SOF)-Signalen, insbesondere über mehrere Kanäle, wobei mittels des Mikrocontrollers bzw. mittels eines/des USB-Controllers jeweils wenigstens ein Referenzmarker im jeweiligen Messsignal generiert wird. Dies vereinfacht auch die Auswertung von vergleichsweise komplexen Messungen, die über eine Mehrzahl von Messköpfen oder Kanälen erfolgen müssen.According to one embodiment, the point-in-time outputting of the output-side measurement data takes place by synchronized replies to a plurality of start-of-frame (SOF) signals, in particular via several channels, with at least one reference marker in each case by means of the microcontroller or by means of a USB controller is generated in the respective measurement signal. This also simplifies the evaluation of comparatively complex measurements that have to be carried out via a plurality of measuring heads or channels.

Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Synchronisation über das Start-of-Frame (SOF)-Signal, indem das SOF-Signal den Zeitpunkt der Synchronisation jeweils individuell für eine Mehrzahl von Messdatenauswertevorrichtungen definiert. Dies vereinfacht auch den zeitlichen Abgleich und die zeitlich individualisierte Auswertung der einzelnen Kanäle.According to one embodiment, the synchronization takes place via the start-of-frame (SOF) signal in that the SOF signal defines the time of synchronization individually for a plurality of measurement data evaluation devices. This also simplifies the temporal comparison and the temporally individualized evaluation of the individual channels.

Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Synchronisation alle 125 Mikro-Sekunden [µs]. Wahlweise kann alle 125 Mikro-Sekunden [µs] ein SOF-Signal generiert werden, insbesondere über einen/den virtuellen COM-Port, insbesondere mittels des PC oder der mobilen Recheneinheit. Dieses Zeitfenster lässt sich technisch in besonders vorteilhafter Weise realisieren und nutzen. Der virtuelle COM-Port kann dabei zur seriellen Erfassung von einem Messwert nach dem anderen genutzt werden.According to one embodiment, the synchronization takes place every 125 microseconds [μs]. Optionally, an SOF signal can be generated every 125 microseconds [µs], in particular via a / the virtual COM port, in particular by means of the PC or the mobile processing unit. This time window can be technically implemented and used in a particularly advantageous manner. The virtual COM port can be used for serial acquisition of one measured value after the other.

Gemäß einer Ausführungsform wird mittels eines/des jeweiligen Start-of-Frame (SOF)-Signals im jeweiligen Messsignal wenigstens ein Zeitpunkt definiert, zu welchem oder in Bezug auf welchen die Messdaten von wenigstens zwei oder drei parallel in die Messkette geschalteten Messdatenauswertevorrichtungen synchronisiert verarbeitet und/oder ausgegeben werden. Diese Art und Weise der Analyse kann auch für eine noch größere Anzahl von Kanälen ohne größere technische Hürden implementiert werden.According to one embodiment, a start-of-frame (SOF) signal is used in the respective measurement signal to define at least one point in time at which or in relation to which the measurement data is processed and synchronized by at least two or three measurement data evaluation devices connected in parallel to the measurement chain / or issued. This type of analysis can also be implemented for an even larger number of channels without major technical hurdles.

Gemäß einer Ausführungsform wird beim Verarbeiten basierend auf einer Anzahl n von parallel geschalteten Kanälen (bzw. n parallel geschaltete Messdatenauswertevorrichtungen) eine Folge eines n-dimensionalen Vektors gebildet, wobei jedes Glied der Folge einem Messzeitpunkt zugeordnet ist/wird. Dies erleichtert auch die Auswertung der Messung, insbesondere bei einer großen Anzahl von Kanälen. Wahlweise kann beim Verarbeiten der Messdaten eine Zeitspanne zwischen einzelnen Messpunkten basierend auf der Anzahl von Folgegliedern zwischen zwei SOF-Signalen ermittelt werden. Dies ermöglicht eine weitere Konkretisierung und Zuordnung der Messdaten.According to one embodiment, a sequence of an n-dimensional vector is formed during processing based on a number n of channels connected in parallel (or n measurement data evaluation devices connected in parallel), each member of the sequence being assigned to a measurement time. This also facilitates the evaluation of the measurement, in particular with a large number of channels. Optionally, when processing the measurement data, a time span between individual measurement points can be determined based on the number of follow-up elements between two SOF signals. This enables a further specification and assignment of the measurement data.

Gemäß einer Ausführungsform erfolgt eine Korrelation von Messdaten und Kanälen über eine zeitliche Zuordnung von Kanälen zu Zeitpunkten zwischen einzelnen Start-of-Frame (SOF)-Signalen. Dies erleichtert nicht zuletzt die simultane Auswertung einer Mehrzahl von Kanälen mittels vergleichsweise einfach aufgebauter Messtechnik.According to one embodiment, measurement data and channels are correlated via a temporal assignment of channels to points in time between individual start-of-frame (SOF) signals. Last but not least, this facilitates the simultaneous Evaluation of a plurality of channels using comparatively simply structured measurement technology.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Abtastrate größer als die Signalrate, insbesondere mindestens um den Faktor 2 größer. Dies ermöglicht auch eine exakte Auswertung von bandbegrenzten Signalen basierend auf den Abtastwerten.According to one embodiment, the sampling rate is greater than the signal rate, in particular greater by a factor of at least 2. This also enables an exact evaluation of band-limited signals based on the sampled values.

Beispielsweise wird das Verfahren für eine Synchronizitätsmessung bei einer Vielzahl von jeweils über eine einkanalige Messdatenauswertevorrichtung angeschlossene Oszilloskop-Messköpfen durchgeführt, insbesondere mit wenigstens einem Kurbelwellensensor/Kurbelwellenmesskopf und/oder wenigstens einem Nockenwellensensor/Nockenwellenmesskopf als Messdatengeber der Messkette. Dies liefert insbesondere bei der Auswertung von Messdaten an Verbrennungskraftmaschinen Vorteile, beispielsweise auch hinsichtlich der Korrelation der Messdaten verschiedener Kanäle zueinander. Das Verfahren kann auch als Kreuzkorrelationsanalyse durchgeführt werden, beispielsweise bezüglich der folgenden Korrelation: [R_{Nocken,Kurbel} (t₁, t₂)].For example, the method for a synchronicity measurement is carried out with a large number of oscilloscope measuring heads connected via a single-channel measuring data evaluation device, in particular with at least one crankshaft sensor / crankshaft measuring head and / or at least one camshaft sensor / camshaft measuring head as the measurement data transmitter of the measuring chain. This provides advantages in particular when evaluating measurement data on internal combustion engines, for example also with regard to the correlation of the measurement data from different channels to one another. The method can also be carried out as a cross-correlation analysis, for example with regard to the following correlation: [R _{cam, crank} (t ₁ , t ₂ )].

Gemäß einer Ausführungsform betreffen erste Messdaten wenigstens einen Spannungsmesswert, insbesondere eine Hall-Spannung, und wobei zweite Messdaten wenigstens einen Messwert ungleich Spannungsmesswerten betreffen, insbesondere einen Messwert eines Induktivgebers, wobei die ersten und zweiten Messdaten auf mittels SOF-Signalen synchronisierte Weise mittels einer Mehrzahl von Messdatenauswertevorrichtungen jeweils in Ausgestaltung als Messumformer eingerichtet zum Abbilden der Funktionalität eines digitalen Signalrekorders aufgenommen, verarbeitet und ausgegeben werden. Speziell auch in dieser Konstellation ergeben sich Vorteile gegenüber bisher verfügbaren digitalen Speicher-Oszilloskopen. Dies liefert z.B. bei der Auswertung von Messdaten bei der Analyse von Kfz-Komponenten (z.B. Steuerketten) Vorteile.According to one embodiment, first measurement data relate to at least one voltage measurement value, in particular a Hall voltage, and second measurement data relate to at least one measurement value that is not equal to voltage measurement values, in particular a measurement value of an inductive sensor, the first and second measurement data being synchronized by means of SOF signals by means of a plurality of Measurement data evaluation devices, each configured as a measuring transducer, are recorded, processed and outputted to map the functionality of a digital signal recorder. Especially in this constellation there are advantages compared to previously available digital storage oscilloscopes. This provides advantages, for example, when evaluating measurement data when analyzing vehicle components (e.g. timing chains).

Zumindest eine der zuvor genannten Aufgaben wird auch gelöst durch ein Computerprogrammprodukt eingerichtet zum Steuern eines zuvor beschriebenen Verfahrens, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird, insbesondere auch einem Computer am Ende einer Messkette mit wenigstens einem Oszilloskop-Messkopf als erstes Glied der Messkette. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile. Das Computerprogrammprodukt kann z.B. in einer zuvor beschriebenen Messdatenauswertevorrichtung oder in einem zuvor beschriebenen Messsystem ausgeführt werden.At least one of the aforementioned objects is also achieved by a computer program product designed to control a previously described method when it is executed on a computer, in particular also a computer at the end of a measuring chain with at least one oscilloscope measuring head as the first link in the measuring chain. This results in the aforementioned advantages. The computer program product can be executed, for example, in a previously described measurement data evaluation device or in a previously described measurement system.

Zumindest eine der zuvor genannten Aufgaben wird auch gelöst durch Verwendung einer einkanaligen Messdatenauswertevorrichtung oder eines Messdatenauswertesystems mit einer Vielzahl von einkanaligen Messdatenauswertevorrichtungen zum Verarbeiten von eingangsseitigen Messdaten messbereichsspezifisch in einer Mehrzahl von Messbereichen, und zum Ausgeben von ausgangsseitigen Messdaten zeitpunktbezogen auf synchronisierte Weise bezüglich oder basierend auf mittels Messsignalen vorgegebener Referenzzeitpunkte, wobei die Referenzzeitpunkte durch Generieren wenigstens eines Referenzmarkers im jeweiligen Messsignal vorgegeben werden, insbesondere zum Übermitteln von Messdaten von wenigstens einem Oszilloskop-Messkopf zu einem virtuellen COM-Port eines PC, insbesondere Verwendung einer zuvor beschriebenen Messdatenauswertevorrichtung oder eines zuvor beschriebenen Messdatenauswertesystems, insbesondere bei einem zuvor beschriebenen Verfahren. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile.At least one of the aforementioned objects is also achieved by using a single-channel measurement data analysis device or a measurement data analysis system with a large number of single-channel measurement data analysis devices for processing input-side measurement data in a plurality of measurement-range-specific areas, and for outputting output-side measurement data in a synchronized manner in terms of time or based on means Measurement signals of specified reference times, the reference times being specified by generating at least one reference marker in the respective measurement signal, in particular for transmitting measurement data from at least one oscilloscope measuring head to a virtual COM port of a PC, in particular using a measurement data analysis device described above or a measurement data analysis system described above, especially in a previously described method. This results in the aforementioned advantages.

Zumindest eine der zuvor genannten Aufgaben wird auch gelöst durch Verwendung einer einkanaligen Messdatenauswertevorrichtung oder eines Messdatenauswertesystems mit einer Vielzahl von einkanaligen Messdatenauswertevorrichtungen zum Verarbeiten von eingangsseitigen Messdaten messbereichsspezifisch in einer Mehrzahl von Messbereichen, und zum Ausgeben von ausgangsseitigen Messdaten zeitpunktbezogen auf synchronisierte Weise bezüglich oder basierend auf mittels Messsignalen vorgegebener Referenzzeitpunkte, und zum Übermitteln der Messdaten von wenigstens einem Oszilloskop-Messkopf über jeweils einen einzigen Eingangs-Kanal zu einem virtuellen COM-Port eines PC, wobei die Referenzzeitpunkte automatisch mittels eines Referenzmarkengenerators durch Generieren wenigstens eines Referenzmarkers im jeweiligen Messsignal vorgegeben werden, insbesondere Verwendung einer zuvor beschriebenen Messdatenauswertevorrichtung oder eines zuvor beschriebenen Messdatenauswertesystems, insbesondere bei einem zuvor beschriebenen Verfahren, wobei die Messdaten bei der Analyse einer Steuerkette eines Kraftfahrzeugs zwischen einer Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeugs derart zum virtuellen COM-Port übermittelt werden, dass die Funktionalität eines mehrkanaligen digitalen Speicher-Oszilloskops abgebildet wird. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile.At least one of the aforementioned objects is also achieved by using a single-channel measurement data analysis device or a measurement data analysis system with a large number of single-channel measurement data analysis devices for processing input-side measurement data in a plurality of measurement-range-specific areas, and for outputting output-side measurement data in a synchronized manner in terms of time or based on means Measurement signals of predetermined reference times, and for transmitting the measurement data from at least one oscilloscope measuring head via a single input channel to a virtual COM port of a PC, the reference times being automatically specified by means of a reference mark generator by generating at least one reference marker in the respective measurement signal, in particular Use of a previously described measurement data evaluation device or a previously described measurement data evaluation system, in particular in a previously described method, the measurement data being transmitted to the virtual COM port during the analysis of a control chain of a motor vehicle between an internal combustion engine of the motor vehicle in such a way that the functionality of a multi-channel digital storage oscilloscope is mapped. This results in the aforementioned advantages.

FigurenlisteFigure list

In den nachfolgenden Zeichnungsfiguren wird die Erfindung noch näher beschrieben, wobei für Bezugszeichen, die nicht explizit in einer jeweiligen Zeichnungsfigur beschrieben werden, auf die anderen Zeichnungsfiguren verwiesen wird. Es zeigen:

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

The invention is described in more detail in the following figures, reference being made to the other figures for reference symbols that are not explicitly described in a respective figure. Show it:

1 a schematic representation of a measurement chain with a measurement data evaluation device integrated therein according to an exemplary embodiment;
2 , 7th each in a schematic representation an exemplary structure of a measurement data evaluation device according to an embodiment;
3A , 3B a schematic representation of a comparison of two measurement curves of a metrological analysis that can be carried out by means of a measurement data evaluation device according to an exemplary embodiment;
4th , 5 , 6A , 6B each in a schematic representation of the principle of a synchronization-based metrological data analysis according to an exemplary embodiment;
8th an exemplary structure of an input side of a measurement data evaluation device according to an embodiment;
9 an exemplary structure of a differential amplifier of a measurement data evaluation device according to an embodiment;
10 an exemplary structure of a voltage divider and an impedance converter of a measurement data evaluation device according to an embodiment;
11th an exemplary structure of a microcontroller of a measurement data evaluation device according to an embodiment;
12th a metrological setup according to the state of the art.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER FIGURENDETAILED DESCRIPTION OF THE FIGURES

In 1 ist ein Kraftfahrzeug (Kfz) 1 oder ein sonstiges Mess-Objekt gezeigt. Ein daran gekoppelter Sensor oder Messdatenkopf 2, insbesondere Oszilloskop-Messkopf, liefert Messdaten. Die Messdaten können mittels einer Messdatenauswertevorrichtung 10 abgegriffen und ausgewertet und an einen Computer 5, insbesondere PC oder mobile Recheneinheit, ausgegeben werden, insbesondere über einen virtuellen COM-Port 5.1.In 1 is a motor vehicle (Kfz) 1 or any other measurement object shown. A sensor or data head coupled to it 2 , in particular an oscilloscope measuring head, provides measurement data. The measurement data can be obtained by means of a measurement data evaluation device 10 picked up and evaluated and sent to a computer 5 , in particular PC or mobile computing unit, are output, in particular via a virtual COM port 5.1 .

In 2 ist eine Messdatenauswertevorrichtung 10 in Ausgestaltung als Messumformer mit erweiterbarer Funktionalität eines Signal-Rekorders gezeigt. An einer Eingangsseite 10.1 können Messdaten über einen Eingangs-Kanal 11, insbesondere in Ausgestaltung als BNC-Stecker-Eingang, abgegriffen werden. An einer Ausgangsseite 10.2 können die zumindest teilweise ausgewerteten oder synchronisierten Messdaten über einen Ausgangs-Kanal 19, insbesondere in Ausgestaltung als USB-Port, ausgegeben werden. Die Messdatenauswertevorrichtung 10 weist auf: einen Mikrocontroller 12, wenigstens einen Analog-Digital-Konverter 13, wenigstens einen Impedanz-Wandler 14, optional einen separaten Referenzmarkengenerator 15, wenigstens einen Datenspeicher 16, insbesondere RAM und/oder ROM. Der in 2 gezeigte Aufbau kann wahlweise auch wenigstens einen Spannungsteiler und/oder einen Filter umfassen. Der separate Referenzmarkengenerator 15 kann z.B. dann vorgesehen sein, wenn die Synchronisation nicht vollumfänglich über das Übertragungsprotokoll erfolgen soll, oder wenn die Synchronisation weiter differenziert werden soll.In 2 is a measurement data evaluation device 10 shown in the form of a measuring transducer with expandable functionality of a signal recorder. On an entrance side 10.1 can read measurement data via an input channel 11th , especially in the form of a BNC connector input. On an exit side 10.2 the at least partially evaluated or synchronized measurement data can be sent via an output channel 19th , in particular in the form of a USB port. The measurement data evaluation device 10 has: a microcontroller 12th , at least one analog-to-digital converter 13th , at least one impedance converter 14th , optionally a separate reference mark generator 15th , at least one data store 16 , especially RAM and / or ROM. The in 2 The structure shown can optionally also comprise at least one voltage divider and / or a filter. The separate reference mark generator 15th can be provided, for example, if the synchronization is not to take place entirely via the transmission protocol, or if the synchronization is to be further differentiated.

In 3A, 3B ist ein jeweils über die Zeit t aufgetragener Verlauf eines Messparameters dargestellt. Die messtechnische Datenanalyse kann in Bezug auf zwei unterschiedliche Zeitfenster erfolgen, hier angedeutet durch Δt1, Δt2. Insbesondere mit Bezug auf die Analyse einer Steuerkette kann der eine Messparameter an einer Nockenwelle erfasst sein, und der andere Messparameter kann an einer Kurbelwelle erfasst sein. Erstes Beispiel für eine messtechnische Analyse: Wird der zeitliche Versatz Δt zwischen der aufsteigenden Flanke („rising edge“) der Nockenwelle und dem Minimum des Kurbelwellen-Messwertes größer, so hat sich die Steuerkette mit großer Wahrscheinlichkeit gelängt (Ursache möglicherweise Verschleiß). Zweites Beispiel: Nimmt die Varianz sigma-quadrat von Δt zu, so scheint die Steuerkette zu schlingern oder zu wobbeln.In 3A , 3B is one each over time t plotted course of a measurement parameter is shown. The metrological data analysis can take place in relation to two different time windows, indicated here by Δt1, Δt2. In particular with regard to the analysis of a timing chain, one measurement parameter can be recorded on a camshaft and the other measurement parameter can be recorded on a crankshaft. First example for a metrological analysis: the time offset Δt between the rising edge of the camshaft and the minimum of the crankshaft measured value is greater, the timing chain is very likely to have elongated (possible cause of wear). Second example: takes the variance sigma-square of Δt the timing chain seems to lurch or wobble.

Eine rein grafische Analyse dieser Abweichung ist für einen Nutzer sehr schwierig oder kann stark fehleranfällig sein. Der erfindungsgemäße Messaufbau ermöglicht eine belastbare Analyse der Messdaten und kann gute Reproduzierbarkeit sicherstellen.A purely graphic analysis of this deviation is very difficult for a user or can be very error-prone. The measurement setup according to the invention enables a reliable analysis of the measurement data and can ensure good reproducibility.

In 4 ist das Prinzip der Abtastung veranschaulicht. Der Zeitpunkt für eine Messdaten-Erfassung kann jeweils durch ein SOF-Signal vorgegeben werden.In 4th the principle of scanning is illustrated. The point in time for a measurement data acquisition can be specified in each case by an SOF signal.

In 5 ist der Zusammenhang zwischen Abtastrate und Signalrate veranschaulicht; in dem gezeigten Beispiel ist das Verhältnis deutlich größer 2.In 5 the relationship between sampling rate and signal rate is illustrated; In the example shown, the ratio is significantly greater than 2.

In 6A, 6B ist das Messprinzip für zwei parallel und synchronisiert erfasste Messwerte veranschaulicht, z.B. für an einer Nockenwelle erfasste erste Messwerte (oberer Verlauf in 6A) und z.B. für an einer Kurbelwelle erfasste zweite Messwerte (unterer Verlauf in 6A). Erfasst wird insbesondere auch ein Zeitverzug Δt bzw. Versatz zwischen den beiden Messungen, wobei dieser Versatz gemäß 6B kumuliert ausgewertet werden kann. Hierdurch können auch Rückschlüsse auf einen Gleichlauf von einzelnen Komponenten eines Messobjektes gezogen werden. Die statistische Auswertung gemäß 6B kann eine Datenbasis zum Aufstellen eines „Feature-Vektors“ bzw. einer Folge eines n-dimensionalen Vektors liefern, insbesondere beim Verarbeiten der Messdaten über n parallel geschaltete Kanäle.In 6A , 6B the measuring principle for two measured values recorded in parallel and synchronized is illustrated, e.g. for first measured values recorded on a camshaft (upper curve in 6A) and, for example, for second measured values recorded on a crankshaft (lower curve in 6A) . In particular, a time delay is also recorded Δt or offset between the two measurements, this offset according to 6B can be evaluated cumulatively. This also allows conclusions to be drawn about the synchronism of individual components of a measurement object. The statistical evaluation according to 6B can provide a database for setting up a “feature vector” or a sequence of an n-dimensional vector, in particular when processing the measurement data via n parallel-connected channels.

In 7 ist ein Aufbau eines Messdatenauswertesystems 20 mit zwei Spannungsteilern 17, zwei Impedanz-Wandlern 14 und zwei Analog-Digital-Konvertern 13 gezeigt. Neben den zuvor bereits beschriebenen Komponenten weist die Messdatenauswertevorrichtung 10 ferner auf: wenigstens einen Spannungsteiler 17 und/oder einen Filter bzw. eine Schutzbeschaltung 18. Beispielsweise ist einer der Spannungsteiler 17 für einen Bereich von -3V bis +30V vorgesehen, und der andere Spannungsteiler 17 ist beispielsweise für einen Bereich von -30V bis +400V vorgesehen. Der in 7 gezeigte Aufbau kann wahlweise auch einen separaten Referenzmarkengenerator umfassen (separate Komponente unabhängig vom Ausgangs-Kanal). Ferner kann zwischen dem Eingangs-Stecker 11 und dem jeweiligen Spannungsteiler 17 ein Differentialverstärker 11.1 vorgesehen sein. 7 zeigt ferner eine Anzeigeeinheit, z.B. ein Display.In 7th is a structure of a measurement data evaluation system 20th with two voltage dividers 17th , two impedance converters 14th and two analog-to-digital converters 13th shown. In addition to the components already described above, the measurement data evaluation device 10 furthermore on: at least one voltage divider 17th and / or a filter or a protective circuit 18th . For example, one is the voltage divider 17th intended for a range from -3V to + 30V, and the other voltage divider 17th is intended for a range from -30V to + 400V, for example. The in 7th The structure shown can optionally also include a separate reference mark generator (separate component independent of the output channel). Furthermore, between the input connector 11th and the respective voltage divider 17th a differential amplifier 11.1 be provided. 7th also shows a display unit, for example a display.

In 8 ist eine Eingangsseite einer Messdatenauswertevorrichtung 10 gezeigt. Dabei gilt folgende Legende: GND bzw. GNDA Ground bzw. Masse; C Kapazität; L Induktivität; R Widerstand; U Spannung; multiplier = Verstärker;In 8th is an input side of a measurement data evaluation device 10 shown. The following legend applies: GND or GNDA ground or mass; C capacity; L inductance; R resistance; U voltage; multiplier = amplifier;

In 9 ist ein Differentialverstärker einer Messdatenauswertevorrichtung 10 gezeigt. Der Differentialverstärker kann optional zwischen Stecker und Spannungsteiler angeordnet sein, insbesondere zur Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses. Mittig ist symbolisch ein Platzhalter für die Spannung U bzw. für deren Betrag angedeutet.In 9 is a differential amplifier of a measurement data evaluation device 10 shown. The differential amplifier can optionally be arranged between the plug and the voltage divider, in particular to improve the signal-to-noise ratio. A placeholder for the voltage U or for its amount is indicated symbolically in the center.

In 10 ist der Aufbau eines Spannungsteilers 17 und eines Impedanzwandlers 14 einer Messdatenauswertevorrichtung 10 gezeigt.In 10 is the structure of a voltage divider 17th and an impedance converter 14th a measurement data evaluation device 10 shown.

In 11 ist eine generische µC-Schaltung 12 einer Messdatenauswertevorrichtung 10 gezeigt. Der „Out“-Pin des Impedanzwandlers ist in der erfindungsgemäßen messtechnischen Anordnung direkt auf den ADC-Eingang des µC gelegt bzw. damit verbunden.In 11th is a generic μC circuit 12 of a measurement data evaluation device 10 shown. In the metrological arrangement according to the invention, the “Out” pin of the impedance converter is placed directly on the ADC input of the μC or connected to it.

12 beschreibt eine bisher übliche Messkette von einem Mess-Objekt 1 und einem Messdatenkopf 2 zu einer Messdatenauswerteeinheit 3, insbesondere zu einem DSO (digitales Speicher-Oszilloskop). 12th describes a measurement chain of a measurement object that has been customary up to now 1 and a measurement data head 2 to a measurement data evaluation unit 3 , especially a DSO (digital storage oscilloscope).

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: Kfz oder sonstiges Mess-ObjektMotor vehicle or other measurement object
22: Sensor oder Messdatenkopf, insbesondere Oszilloskop-MesskopfSensor or data head, in particular an oscilloscope measuring head
33: Messdatenauswerteeinheit, insbesondere PC-DSO (digitales Speicher-Oszilloskop)Measurement data evaluation unit, especially PC-DSO (digital storage oscilloscope)
55: Computer, insbesondere PC oder mobile RecheneinheitComputer, in particular PC or mobile computing unit
5.15.1: virtueller COM-Portvirtual COM port
66th: Anzeigeeinheit Display unit
1010: Messdatenauswertevorrichtung, insbesondere in Ausgestaltung als Messumformer bzw. mit erweiterbarer Funktionalität eines Signal-RekordersMeasurement data evaluation device, in particular in the form of a measuring transducer or with expandable functionality of a signal recorder
10.110.1: EingangsseiteEntry page
10.210.2: AusgangsseiteExit page
1111th: Eingangs-Kanal, insbesondere in Ausgestaltung als BNC-Stecker-Eingang und/oder Oszilloskop-SchnittstelleInput channel, especially designed as a BNC plug input and / or oscilloscope interface
11.111.1: DifferentialverstärkerDifferential amplifier
1212th: MikrocontrollerMicrocontroller
1313th: Analog-Digital-KonverterAnalog-to-digital converter
1414th: Impedanz-WandlerImpedance converter
1515th: ReferenzmarkengeneratorReference mark generator
1616: Datenspeicher, insbesondere RAM und/oder ROMData storage media, in particular RAM and / or ROM
1717th: SpannungsteilerVoltage divider
1818th: Filter, SchutzbeschaltungFilter, protective circuit
1919th: Ausgangs-Kanal (ausgangsseitige Kommunikationsschnittstelle), insbesondere in Ausgestaltung als USB-Port Output channel (communication interface on the output side), in particular in the form of a USB port
2020th: Messdatenauswertesystem, insbesondere mit der Funktionalität eines Signal-Rekorders Measurement data evaluation system, in particular with the functionality of a signal recorder
tt: Zeit, ZeiteinheitTime, unit of time
ΔtΔt: Delta t, Zeitdifferenz, zeitlicher Versatz, Verzögerung, ZeitfensterDelta t, time difference, time offset, delay, time window

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

WO 2018/101929 A1 [0008]
WO 2007/090467 A1 [0008]
DE 2712527 A1 [0008]
DE 2612063 A1 [0008]
EP 0754940 B1 [0008]
EP 0500145 A2 [0008]
US 4125894 A [0008]
DE 19503457 C1 [0008]
US 6064792 A [0009]
US 2002/0185605 A1 [0009]
US 2003/0074489 A1 [0009]

Claims

Measurement data evaluation device (10) set up to record, process and output measurement data, the measurement data evaluation device (10) being set up to process the measurement data in a measurement chain between at least one sensor or measurement data head (2) and a PC or a mobile computing unit (5), with: - an input channel (11) for receiving the measurement data, with the measurement data evaluation device (10) in the form of a single-channel measurement data evaluation device (10); - a microcontroller (12) set up to process the measurement data, the microcontroller (12) having an analog-digital converter (13) for discretizing an emitted measurement signal into discrete samples, the microcontroller (12) having at least one impedance converter (14 ) set up for adapting at least one measuring range to the respective measured value to be recorded; - an output channel (19) with a communication interface to a / the PC (5) or to a / the mobile computing unit; characterized in that the measurement data evaluation device (10) is set up to map the functionality of a digital signal recorder by means of the microcontroller (12), the microcontroller (12) being set up for the measurement range-specific processing of the input-side measurement data in a plurality of measurement ranges, the microcontroller (12) ) is set up for time-point-related, synchronizable outputting of the output-side measurement data with respect to or based on reference times specified / predeterminable by means of the measurement signal, the measurement data evaluation device (10) being set up to map the functionality of a multi-channel digital storage oscilloscope based on the one input channel (11 ), the measurement data evaluation device (10) having a reference mark generator (15) for generating the reference times.

Measurement data evaluation device (10) set up to record, process and output voltage measurement data of an internal combustion engine (1) in the range from -12V to 400V, the measurement data evaluation device (10) being set up to process the measurement data in a measuring chain between an oscilloscope measuring head (2) and a PC or a mobile computing unit (5), with: - an input channel (11) for receiving the measurement data and for connecting the measurement data evaluation device (10) to an oscilloscope measuring head (2), with the measurement data evaluation device (10) in the form of a single-channel measurement data evaluation device (10); - a microcontroller (12) set up to process the measurement data, the microcontroller (12) having an analog-digital converter (13) for discretizing an emitted measurement signal into discrete samples, the microcontroller (12) having at least one impedance converter (14 ) set up for adapting at least one measuring range to the respective measured value to be recorded; - an output channel (19) with a communication interface to a / the PC (5) or to a / the mobile computing unit; wherein the measurement data evaluation device (10) is set up to map the functionality of a digital signal recorder by means of the microcontroller (12), the microcontroller (12) being set up for measuring range-specific processing of the input-side measurement data in a plurality of measuring ranges, the microcontroller (12) being set up for the point in time synchronizable output of the output-side measurement data is set up with respect to or based on reference times specified / predeterminable by means of the measurement signal, the measurement data evaluation device (10) being set up to map the functionality of a multi-channel digital storage oscilloscope based on the one input channel (11), wherein the measurement data evaluation device (10) has a reference mark generator (15) for generating the reference times.

Measurement data evaluation device (10) according to one of the preceding claims, wherein the measurement data evaluation device (10) is set up for the synchronizable / synchronized reply / output of measurement data based on start-of-frame (SOF) signals in the measurement signal.

Measurement data evaluation device (10) according to one of the preceding claims, wherein the measurement data evaluation device (10) is set up to record and process the measurement data over a plurality of measurement areas and is further set up to select / define a specific one of the measurement areas for processing the measurement data, wherein the measurement data evaluation device (10) comprises at least two or three impedance converters (14) and / or wherein the impedance converter (14) is graded / tuned several times.

Measurement data evaluation device (10) according to one of the preceding claims, wherein the measurement data evaluation device (10) is set up for synchronizable / synchronized reply / output of measurement data based on start-of-frame (SOF) signals in the measurement signal, which SOF signals via the output Channel (19) can be detected, the measurement data evaluation device (10) being set up to generate at least one reference marker in the respective measurement signal and being set up for synchronized outputting of the measurement data with respect to the at least one reference marker, in particular being set up for synchronized outputting with others in parallel synchronized measurement data recorded by further measurement data evaluation devices (10), in particular measurement data in the form of voltage measurement values.

Measurement data evaluation device (10) according to one of the preceding claims, wherein the measurement data evaluation device (10) is set up to reply to the respective measurement signal based on at least one mark, in particular based on reference markers set in a string of numbers, synchronized by means of start-of-frame (SOF) signals.

Measurement data evaluation device (10) according to one of the preceding claims, wherein the measurement data evaluation device (10) is set up for the point-in-time outputting of measurement data based on reactive, synchronizable replies to start-of-frame (SOF) signals by means of a measurement chain between one / the oscilloscope Measuring head (2) and a / the PC (5) built architecture from a microcontroller (12) with analog-to-digital converter (13) and impedance converter (14), whereby the functionality of a digital signal recorder can be mapped by means of this architecture.

Measurement data evaluation device (10) according to one of the preceding claims, wherein the measurement data evaluation device (10) only has a single input channel (11), in particular in the form of a BNC input channel (11), and is designed as a single-channel measurement data evaluation device (10) .

Measurement data evaluation device (10) according to one of the preceding claims, wherein the measurement data evaluation device (10) has at least one data memory (16) set up for temporarily storing or buffering the measurement data.

Measurement data evaluation device (10) according to one of the preceding claims, wherein the measurement data evaluation device (10) can be arranged in a measuring chain between at least one measuring head (2), in particular an oscilloscope measuring head, and a PC and is made up of the following metrological components or this final group of Metrological components include: the input channel (11), in particular in the form of a BNC plug input; at least one voltage divider (17); a differential amplifier; the at least one impedance converter (14); the microcontroller (12) with the at least one analog-digital converter (13) and with a ROM data memory and a RAM data memory (16); the output channel (19), in particular in the form of a USB port; the reference mark generator, especially in the form of a USB controller.

Measurement data evaluation device (10) set up to record, process and output measurement data and set up to process the measurement data in a measurement chain between at least one sensor or measurement data head (2) and a PC (5) or a mobile computing unit, with: - an input channel (11) for receiving the measurement data; - a microcontroller (12) set up to process the measurement data, the microcontroller (12) having an analog-digital converter (13) for discretizing an emitted measurement signal into discrete samples, the microcontroller (12) having at least one impedance converter (14 ) set up for adapting at least one measuring range to the respective measured value to be recorded; - an output channel (19) with a communication interface to the PC (5) or to the mobile computing unit; In particular measurement data evaluation device (10) according to one of the preceding claims, produced by integrating the microcontroller (12) into the measurement chain between the measurement data receiving input side and the measurement data output side of the measurement data evaluation device (10) that the measurement data evaluation device (10) is set up to map the functionality of a digital signal recorder by means of the microcontroller (12), and is set up to map the functionality of a multi-channel digital storage oscilloscope, based on the one input channel (11), and produced by integrating the microcontroller (12) into the measurement chain in such a way that the microcontroller (12) is set up for the measurement range-specific processing of the input measurement data in a plurality of measurement ranges and also for the time-related, synchronizable output of the output measurement data with respect to or based on the measurement data specified by the measurement signal / specifiable reference times is set up, the measurement data evaluation device (10) being set up to generate at least one reference marker in the respective measurement signal.

Measurement data evaluation system (20) comprising a personal computer (5) or a mobile computing unit with at least one measurement data evaluation device (10) coupled to it according to one of the preceding device claims, the measurement data evaluation system representing the functionality of a digital signal recorder, the measurement data evaluation system being set up to specify reference times by means of a / the measurement signal for outputting the measurement data via a plurality of measurement channels specifically for each measurement channel, and wherein the personal computer or the mobile computing unit preferably comprises at least one virtual COM port (5.1).

Measurement data evaluation system (20) comprising a personal computer or a mobile computing unit with at least two measurement data evaluation devices (10) coupled to it, each after one of the devices claims 1 until 10 , wherein the measurement data evaluation system comprises the functionality of a digital signal recorder, and wherein the measurement data evaluation system is set up to synchronize the outputting of the measurement data via a plurality of measurement channels specifically for each measurement channel based on a multiplicity of start-of-frame (SOF) signals.

Measurement data evaluation system (20) according to the preceding device claim, further comprising at least one crankshaft sensor and / or at least one camshaft sensor, which is coupled on the input side to the at least one measurement data evaluation device (10).

Measurement data evaluation system (20) according to the device claim 13 or 14th , further comprising a graphical user interface, which is set up to display the course over time of at least two different measured values synchronized via the measured data from at least two measured data evaluation devices (10).

Measurement data evaluation system (20) according to one of the devices claims 12 until 15th , the functionality of a multi-channel digital storage oscilloscope being mapped when processing the input-side measurement data from the one input channel (11) and when synchronized replication / outputting of measurement data, in particular based on a plurality of start-of-frame (SOF) Signals.

Measurement data evaluation system (20) according to one of the devices claims 12 until 16 wherein the processing of the measurement data takes place over a plurality of specifically selected / defined measurement ranges by means of at least two or three impedance converters (14), in particular by means of multiply graded / matched impedance converters (14).

Measurement data evaluation system (20) according to one of the devices claims 12 until 17th , the point-in-time outputting of the output-side measurement data by synchronized replies to a plurality of start-of-frame (SOF) signals, at least one reference marker being generated in the respective measurement signal by means of the microcontroller (12).

Measurement data evaluation system (20) according to one of the devices claims 12 until 18th , whereby the synchronization takes place via the start-of-frame (SOF) signal in that a / the SOF signal defines the time of synchronization individually for a plurality of measurement data evaluation devices (10).

Measurement data evaluation system (20) according to one of the devices claims 12 until 19th , whereby the synchronization takes place every 125 microseconds [µs].

Measurement data evaluation system (20) according to one of the devices claims 12 until 20th , an SOF signal being generated every 125 microseconds [µs], in particular via a / the virtual COM port (5.1), in particular by means of the PC (5) or the mobile processing unit.

Measurement data evaluation system (20) according to one of the devices claims 12 until 21 , whereby at least one point in time is defined by means of a respective start-of-frame (SOF) signal in the respective measurement signal, at which or in relation to which the measurement data from at least two or three measurement data evaluation devices (10) connected in parallel to the measurement chain is synchronized processed and / or output.

Measurement data evaluation system (20) according to one of the devices claims 12 until 22nd wherein, during processing, a sequence of an n-dimensional vector is formed based on a number n of channels connected in parallel, each member of the sequence being / is assigned to a measurement instant; and / or wherein, during processing, a time span between individual measurement points is determined based on the number of follow-up elements between two SOF signals.

Measurement data evaluation system (20) according to one of the devices claims 12 until 23 , whereby a correlation of measurement data and channels takes place via a temporal assignment of channels to points in time between individual start-of-frame (SOF) signals.

Measurement data evaluation system (20) according to one of the devices claims 12 until 24 , the sampling rate being greater than the signal rate, in particular greater by a factor of at least 2.

Measurement data evaluation system (20) according to one of the devices claims 12 until 25th , whereby a synchronicity measurement is carried out with a large number of oscilloscope measuring heads connected via a single-channel measuring data evaluation device (10), in particular with at least one crankshaft sensor / crankshaft measuring head and / or at least one camshaft sensor / camshaft measuring head as the measuring data transmitter of the measuring chain.

Computer program product set up for controlling the following method, when it is executed on a computer: Method for Operating a measurement data analysis system (20) comprising a personal computer (5) or a mobile computing unit with at least one single-channel measurement data analysis device (10) coupled to it, in particular with a plurality of measurement data analysis devices (10) each according to one of the preceding device claims, the method including recording and processing and outputting measurement data, the processing of the measurement data taking place in a measurement chain between an oscilloscope measurement head and the PC (5) or the mobile computing unit, with the following steps: recording the measurement data via the input channel (11) of the single-channel measurement data evaluation device (10); -Processing the measurement data or the plurality of measurement data by means of a microcontroller (12), and discretizing an emitted measurement signal into discrete sample values by means of an analog-digital converter (13), and adapting a measurement range by means of an impedance converter (14); - Output of the measurement data via an output channel (19) with a communication interface to the personal computer (5) or to the mobile computing unit; wherein the processing of the input-side measurement data takes place in a plurality of measurement areas specific to the measurement range, and that the output-side measurement data takes place in a time-related manner by means of the microcontroller (12) in a synchronized / synchronizable manner with respect to or based on reference times specified by means of the measurement signal, the reference times by generating at least a reference marker can be specified in the respective measurement signal.

Use of a single-channel measurement data evaluation device (10) or a measurement data evaluation system with a plurality of single-channel measurement data evaluation devices (10) for processing input-side measurement data in a plurality of measurement-range-specific areas, and for outputting output-side measurement data in a time-related manner in a synchronized manner with respect to or based on reference times specified by means of measurement signals, wherein the reference times are automatically specified by generating at least one reference marker in the respective measurement signal, in particular using a measurement data evaluation device (10) or a measurement data evaluation system (20) in each case according to one of the preceding device claims.

Use of a single-channel measurement data evaluation device (10) or a measurement data evaluation system with a plurality of single-channel measurement data evaluation devices (10) for processing input-side measurement data in a plurality of measurement-range-specific areas, and for outputting output-side measurement data in a time-related manner in a synchronized manner with respect to or based on reference times specified by means of measurement signals, and for transmitting the measurement data from an oscilloscope measuring head via a single input channel (11) to a virtual COM port (5.1) of a PC (5), the reference times being automatically generated by means of a reference mark generator (15) by generating at least one reference marker are specified in the respective measurement signal, in particular using a measurement data analysis device (10) or a measurement data analysis system (20) in each case according to one of the preceding device claims The control chain of a motor vehicle between an internal combustion engine of the motor vehicle (1) is transmitted to the virtual COM port (5.1) in such a way that the functionality of a multi-channel digital storage oscilloscope is mapped.