DE2133439A1

DE2133439A1 - DEVICE FOR DETERMINING THE EFFECTIVE VALUE OF A PULSING ELECTRICAL SIZE

Info

Publication number: DE2133439A1
Application number: DE19712133439
Authority: DE
Inventors: Robert T Elms; Joseph C Engel
Original assignee: CONRA ESTABLISHMENT ELECTRONIC; Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CONRA ESTABLISHMENT ELECTRONIC; CBS Corp
Priority date: 1971-07-05
Filing date: 1971-07-05
Publication date: 1973-02-01

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Anzeige und Auswertung periodischer Meßgrößen Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Anzeige und Auswertung periodischer Meßgrößen auf dem Bildschirm eines Oszillographen, dessen Y-System mit einem der Meßgröße entsprechenden elektrischen Meßsignal und dessen X-System mit einer Strahlablenkspannung gespeist wird.Method and device for displaying and evaluating periodic Measured variables The invention relates to a method and a device for display and evaluation of periodic measured variables on the screen of an oscilloscope, its Y system with an electrical measurement signal and its corresponding to the measured variable X system is fed with a beam deflection voltage.

Periodisch wiederkehrende Meßgrößen werden in den verschiedensten Bereichen der Technik auf dem Bildschirm eines Oszillographen angezeigt und ausgewertet. Dies giit beispielsweise für die Darstellung der Amplituden-Frequenz-Charakteristik eines Meßobjektes silber einen einstellbaren Frequenzbereich (Wobbelmeßplätze), bei der Druckmessung von Kolben- und Rotationspumpen, bei Materialuntersuchungen auf Pressen, bei Zerreißmaschinen, Schwingungsprüfungen auf Rüttelmaschinen und in zahlreichen anderen Fällen. Periodically recurring measured quantities are in the most diverse Areas of technology are displayed and evaluated on the screen of an oscilloscope. This applies, for example, to the representation of the amplitude-frequency characteristic of a measuring object silver an adjustable frequency range (wobble measuring stations), in the pressure measurement of piston and rotary pumps, in material investigations on presses, on tearing machines, vibration tests on vibrating machines and in numerous other cases.

Im folgenden sollen die in all diesen Fällen in ähnlicher Weise auftretenden Probleme am Beispielsfall der Wobbelmessung näher erläutert werden. Um die Amplituden-Frequenz-Charakteristik eines Meßobjektes darzustellen, findet ein HF-Generator mit einem veränderbaren Schwingkreiselement Verwendung. Das dem Meßobjekt zugeführte HF-"ignal muß anschließend demoduliert werden, ehe es auf dem Tsildschirm des Osillographen zur Anzeige gebracht werden kann. Wegen des nichtlinearen Anlaufbereiches der Demodulator-Kennlinie ist eine unmittelbare Amplitudenbestimmung auf dem Bildschirm des Oszillographen schwierig. In the following, the appearing in a similar way in all these cases Problems are explained in more detail using the example of wobble measurement. About the amplitude-frequency characteristic To represent an object to be measured, an HF generator with a changeable Resonant circuit element use. The RF signal supplied to the device under test must then demodulated before it is displayed on the osillograph's screen can be. Because of the non-linear starting range of the Demodulator characteristic is an immediate amplitude determination on the oscilloscope screen difficult.

Will man eine Amplitudenmessung vornehmen, so muß die Y-Verstärkung des Oszillographen auf Eichstellung (cal.) stehen. Daher ist die Darstellungshöhe der Amplituden auf dem Bildschirm oft nur ungenügend ausgenutzt, so daß an einer sehr kleinen Kurvenabbildung gemessen wird; hierbei läßt die verhältnismäßig grobe Teilung der Rasterscheibe nur eine ungenügende Interpolation zu. If you want to carry out an amplitude measurement, the Y gain must be used of the oscilloscope are in calibration position (cal.). Hence the display height the amplitudes on the screen are often only insufficiently exploited, so that at one very small curve mapping is measured; this leaves the relatively rough Division of the raster disk only to an inadequate interpolation.

Zur genaueren Messung geht man deshalb so vor, daß man zunächst bei einem genügend groß gewShlten Abbildungsmaßstab durch Auszählen der Amplitudenhöhe über den Abbildungsmaßstab die Amplitude der demodulierten HF-Spannung errechntet und daraus mit Hilfe der Gleichrichter-Kennlinie des Demodulators die entsprechende HF-Spannung ermittelt. For a more precise measurement one proceeds in such a way that one starts with a sufficiently large selected image scale by counting the amplitude height the amplitude of the demodulated HF voltage is calculated using the imaging scale and from this, with the help of the rectifier characteristic of the demodulator, the corresponding one HF voltage determined.

Es iiegt auf der Hand, daß dieses Verfahren äußerst zeitraubend und mit erheblichen Fehlerquellen behaftet ist.It is obvious that this procedure is extremely time consuming and is fraught with significant sources of error.

Besitzt der Wobbelsender eine geregelte HF-Ausgangsspannung, so kann man mit Hilfe einer Eichleitung die Spannungsabstufung über den EfF-Demodulator auf die Linien der Rasterscheibe des Oszillographen übertragen bzw. man kann die HF-Spannungswerte auf der Rasterscheibe markieren. If the wobble transmitter has a regulated HF output voltage, then the voltage gradation via the EfF demodulator with the help of an attenuator on the lines of the raster disk of the oscilloscope or you can transfer the Mark the HF voltage values on the grid disc.

So erfolgt beispielsweise die Messung der Bandbreite selektiver Verstärker bisher so, daß der HF-Eingangspegel am Meßobjekt mit der Eichleitung im Wobbelsender um 3 dB abgesenkt wird. Dieser Pegelsprung wird mit Hilfe der Linien der Rasterscheibe des Oszillographen auf die Seitenflanken der Kurvendarstellung übertragen und ergibt damit die Bandbreite des Meßobjektes.This is how, for example, the bandwidth of selective amplifiers is measured so far so that the RF input level at the DUT with the attenuator in the wobble transmitter is lowered by 3 dB. This level jump is made with the help of the lines on the raster disk of the oscilloscope is transferred to the side flanks of the curve display and results thus the bandwidth of the test object.

All diese Verfahren sind zeitaufwendig und insbesondere durch.die visuelle Übertragung von Amplitudenwerten auf die Rasterlinien mit-erheblichen Meßfehler behaftet. Weitere Fehlerquellen liegen in der Ungenauigkeit der Y-Verstärkung des Oszillographen (Drift) und des Eingangsspannungsteilers. All of these procedures are time-consuming and especially due to the visual transfer of amplitude values to the grid lines with significant measurement errors afflicted. Further Sources of error lie in the inaccuracy of the Y gain of the oscilloscope (drift) and the input voltage divider.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung dieser Nachteile ein Verfahren zu schaffen, das eine besonders einfache Anzeige und Auswertung periodischer Meßgrößen auf dem Bildschirm eines Oszillographen gestattet. The invention is therefore based on the problem of avoiding of these disadvantages to create a method that is particularly simple to display and evaluation of periodic measured variables on the screen of an oscilloscope allowed.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß vorzugsweise dem Y-System des Oszillographen,während des Strahlrücklaufs, zwecks Darstellung einer Pegellinie eine Spannung zugeführt wird, die an einer in Einheiten der Meßgröße geeichten Skala einstellbar ist. According to the invention, this object is achieved in that preferably the Y-system of the oscilloscope, during the return of the beam, for the purpose of display a level line is supplied with a voltage which is applied to a level line in units of the measured variable calibrated scale is adjustable.

Auf diese Weise lassen sich die oben erhnten Fehlerursachen der bekannten Verfahren beseitigen und eine besonders einfache und genaue unmittelbare Bestimmung der Ideßgröße ohne umständliche Umrechnung erreichen. Mittels der Pegellinie, die an einer in Einheiten der Meßgröße geeichten Skala eingestellt wird, l<'5ßt sich der Pegelwert interessierender Kurvenpunkte unmittelbar bestimmen. Dabei ist von besonderem Vorteil, daß ein Drift des Y-VerstSlrkers ebenso wie Fehler durch eine Ungenauigkeit der Y-Verstärkung und des Y-Eingangsspannungsteilers ohne Bedeutung sind, da sowohl das Meßsignal als auch das Pegelliniensignal durch den Y-Verstärker laufen. In this way, the above-mentioned causes of errors can be eliminated from the known Eliminate procedures and a particularly simple and accurate immediate determination the ideal size without laborious conversion. By means of the level line that is set on a scale calibrated in units of the measured variable, l <'5 can be determine the level value of interesting curve points directly. It is from A particular advantage is that a drift of the Y amplifier as well as errors caused by a Inaccuracy of the Y gain and the Y input voltage divider is irrelevant are because both the measurement signal and the level line signal through the Y-amplifier to run.

Je nach Art der eßre wird die Skala in Spannungswerten (mV, V), Lastwerten (kp), Dehnungswerten (mm), Druck-2 werten (kg/cm ) und dgl. geeicht. Depending on the type of essre, the scale is in voltage values (mV, V), load values (kp), elongation values (mm), pressure-2 values (kg / cm) and the like.

Die untere Anwendungsgrenze des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dann erreicht, wenn auch bei lang nachleuchtenden Bildschirmen für das menschliche Auge kein visueller Zusammenhang zwischen Meßsignal und Pegellinie mehr zustandekommt. The lower limit of application of the method according to the invention is then achieved, albeit with photoluminescent screens for the human Eye no visual connection between measuring signal and level line more comes about.

Dies ist im allgemeinen bei Frequenzen der Strahlablenkspannung der Fall, die kleiner als etwa 1 Hz sind. Die obere Anwendungsgrenze liegt etwa bei Frequenzen der Strahlablenkspannung von über 100 kHz.This is generally at frequencies of the beam deflection voltage Case that are less than about 1 Hz. The upper limit of use is around Frequency of the beam deflection voltage of over 100 kHz.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen Fig.1 bis 5 Diagramme zur Erläuterung des zeitlichen Zusammenhanges von Amplitudendarstellung und Pegelliniendarstellung; Fig.6 eine Schemadarstellung des Bildschirmes; Fig.7 ein Prinzipschaltbild der Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; Fig.8 eine Bildschirmdarstellunbei größerer Y-Verstärkung; Fig.9 bis 12 Diagramme zur Erläuterung der Verhältnisse bei zwei Pegellinien; Fig.13 die Bildschirmdarstellung für den Fall der Fig.9 bis 12. The invention is illustrated below with the aid of a few exemplary embodiments explained in more detail. 1 to 5 show diagrams to explain the temporal Relationship between amplitude display and level line display; Fig. 6 a Schematic representation of the screen; 7 shows a basic circuit diagram of the arrangement for Implementation of the method according to the invention; Fig. 8 shows a screen illustration larger Y gain; 9 to 12 diagrams to explain the relationships with two level lines; 13 shows the screen display for the case of FIGS. 9 to 12th

Fig.1 veranschaulicht die dem X-System des Oszillographen zugeführte Strahlablenkspannung. Während des aufsteigenden Teiles erfolgt der Strahlhinlauf mit der Arriplitudendarstellung (Fig.3). Während des fallenden Teiles der X-Ablenkspannung erfolgt der Strahlrücklauf und die erfindunjgsgemäße Darstellung einer Pegellinie (Fig.5). Dieser Vorgang ist auch in umgekehrter Reihenfolge cienkbaI, aise Amplitudendarstellung bei fallender X-Spannung und pegellintendarstellung bei stei;ender @-Spannung. Fig.1 illustrates the supplied to the X system of the oscilloscope Beam deflection voltage. During the ascending part, the beam continues with the arriplitude representation (Fig. 3). During the falling part of the X deflection voltage the beam return and the display of a level line according to the invention take place (Fig. 5). This process is also in reverse order, aise amplitude representation with falling X-voltage and level display with increasing @ -voltage.

Zu diesem Zweck wird die Strahlablenkspannung (Fig.1) differenziert, so daß sich die in den Fig.2 und 4 veranschaulichten Schalt spannungen ergeben. Diese Schaltspannungen besitzen jeweils im Wendepunkt der X-Ablenkspannung einen Sprung, der als Schaltsignal verwendet wird. For this purpose the beam deflection voltage (Fig. 1) is differentiated, so that the switching voltages illustrated in FIGS. 2 and 4 result. These switching voltages each have one at the point of inflection of the X deflection voltage Jump that is used as a switching signal.

Läßt man mittels der Schaltspannung gemäß Fig.2-wShrend des Strahlhinlaufes die Amplitudendarstellung 1 der Meßgröße auf dem Bildschirm 2 erscheinen und mittels der Schaltspannung gemäß Fig.4 während des Strahlrücklaufes die Pegellinie 3, so ergibt sich die aus Fig.6 ersichtliche Darstellung auf dem Bildschirm. Die Pegellinie 3 wird hierbei an einer Skala 4 eingestellt, die in Einheiten der Meßgröße geeicht ist. If one leaves the switching voltage according to FIG the amplitude representation 1 of the measured variable appear on the screen 2 and by means of the switching voltage according to FIG. 4 during the beam return, the level line 3, so the illustration shown in FIG. 6 results on the screen. The level line 3 is set on a scale 4 which is calibrated in units of the measured variable is.

Fig.7 veranschaulicht eine Prinzipanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. 7 illustrates a basic arrangement for carrying out the method according to the invention.

Ein Wobbelgenerator 5 gibt an einem X-Ausgang 6 eine Strahlablenkspannung ab, die über eine Leitung 7 dem X-System des Oszillographen 8 zugeführt wird. Die HF-Spannung des Wobbelgenerators gelangt vom Ausgang 9 zum Meßobjekt 10 und wird anschließend im HF-Demodulator 11 demoduliert. A wobble generator 5 outputs a beam deflection voltage at an X output 6 which is fed to the X system of the oscilloscope 8 via a line 7. the HF voltage of the wobble generator passes from output 9 to the test object 10 and becomes then demodulated in the RF demodulator 11.

Ein Pegelliniengenerator 12 enthält ein Differenzierglied 13, das in Verbindung mit zwei Schaltstufen 14,15 aus der X-Ablenkspannung (Fig.1) die Schaltspannungen gemäß den Fig.2 und 4 erzeugt. Die erstgenannte Schaltspannung, wird einem Schalter 16 und die letztere Schaltspannung (Fig.4) einem Schalter 17 zugeführt. Diese beiden Schalter 16,17 werden beispielsweise durch FET-Transistoren des selbstleitenden Typs gebildet. Eine Gleichspannungsquelle 18 ist mit einem Spannungsteiler 19 verbunden, dem die bereits erwähnte Skala 4 für die Pegellinienspannung zugeordnet ist. A level line generator 12 contains a differentiator 13, the in connection with two switching stages 14,15 from the X-deflection voltage (Fig. 1) the switching voltages according to FIGS. 2 and 4 generated. The former switching voltage is a switch 16 and the latter switching voltage (FIG. 4) is fed to a switch 17. These two Switches 16, 17 are, for example, through FET transistors of the normally on Type formed. A DC voltage source 18 is connected to a voltage divider 19, to which the already mentioned scale 4 for the level line voltage is assigned.

Der Ausgang 20 des Pegelliniengenerators 12 ist mit dem Y-System des Oszillographen 8 verbunden.The output 20 of the level line generator 12 is connected to the Y system of the Oscillograph 8 connected.

Während des Strahlhinlaufes (steigende X-Ablenkspannung gemäß Fig.1) macht die vom Schaltglied 14 abgegebene Schaltspannung (Fig.2) den Schalter 16 leitend, so daß das vom Demodulator 11 abgegebene Meßsignal über den Schalter 16 an das Y-System des Oszillographen 8 gelangt. During beam tracking (increasing X-deflection voltage according to Fig. 1) the switching voltage emitted by the switching element 14 (Fig. 2) makes the switch 16 conductive, so that the measurement signal emitted by the demodulator 11 via the switch 16 to the Y system of the oscilloscope 8 arrives.

Während des Strahlrücklaufés (fallender Teil der X-Ablenkspannung gemäß Fig.1) ist der Schalter 16 geöffnet, während der Schalter 17 vom Schaltglied 15 durch die Schaltspannung gemäß Fig.4 geschlossen ist. Es gelangt infolgedessen die an der Skala 4 eingestellte Pegellinienspannung (Fig.5) an das Y-System des Oszillographen 8. Auf dem nachleuchtenden Bildschirm des Oszillographen erhält man daher die Darstellung gemäß Fig.6. Mittels des Spannungsteilers 19 läßt sich die Pegellinie 3 auf jeden gewünschten Kurvenpunkt der Amplitudendarstellung 1 einstellen, wobei die zugehörigen Werte der Meßgröße an der Skala 4 unmittelbar abgelesen werden können.During the beam return (falling part of the X deflection voltage According to Figure 1) the switch 16 is open, while the switch 17 from the switching element 15 is closed by the switching voltage according to FIG. It gets there as a result the level line voltage set on scale 4 (Fig. 5) to the Y system of the Oscilloscope 8. On the luminescent screen of the oscilloscope one gets hence the illustration according to FIG. By means of the voltage divider 19, the Set level line 3 to each desired curve point in amplitude display 1, the associated values of the measured variable can be read off directly on the scale 4 can.

Um den Durchlaßbereich der Amplitudendarstellung 1 genauer auszumessen, wird eine größere Y-VerstSrkung gewählt (vgl. Fig.8), da sich durch die Pegellinie 3 eine Darstellung der Null-Linie erübrigt und ein direkter Pegelbezug durch die Skala geliefert wird. In order to measure the transmission range of the amplitude representation 1 more precisely, If a larger Y gain is selected (see Fig. 8), because the level line 3 a representation of the zero line is superfluous and a direct level reference through the Scale is supplied.

Der Pegelliniengenerator kann Einrichtungen zur Erzeugung gesondert einstellbarer Spannungen für zwei Pegellinien oder für eine Pegellinie und eine Nullinie enthalten, wenn ein Multivibrator Schalter steuert, die die beiden Spannungen während des Strahlrücklaufes abwechselnd dem Y-System des Oszillographen zuführen. Die Fig.9 bis 13 veranschaulichen dies. Fig.9 zeigt die Schaltspannung für eine erste Pegellinie, Fig.11 die Schaltspannung für eine zweite Pegellinie, Fig.1O und 12 die erste bzw. zweite hierdurch erzeugte Pegellinie und Fig.13 die Darstellung auf dem Bildschirm mit den beiden gechopptem Pegellinien 3,3' und den zugehörigen Skalen 4,4'. Auf diese Weise kann mit einer gleichzeitigen Minimum- und Maximum-Eingrenzung ein noch höherer Informationsgehalt an Meßwerten gewonnen werden. Der Einsatz dieser Einrichtung ist auf Oszillographen mit einer Grenzfrequenz von etwa 10 MHz beschränkt. The level line generator can generate devices separately adjustable voltages for two level lines or for one level line and one Zero line included when a multivibrator switch controls the two voltages alternately feed the Y-system of the oscilloscope during the return of the beam. Figures 9 to 13 illustrate this. Fig.9 shows the switching voltage for a first level line, Fig.11 the switching voltage for a second level line, Fig.10 and 12 the first and second level line generated thereby and FIG. 13 the representation on the screen with the two chopped level lines 3,3 'and the associated scales 4,4 '. In this way, with a simultaneous minimum and maximum limitation, an even higher information content of measured values is obtained will. The use of this device is on oscilloscopes with a cutoff frequency limited to about 10 MHz.

Es versteht sich, daß bei einer HF-Spannungsmessung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auch eine logarithmische Darstellung gewählt werden kann. Schickt man die demodulierte HF-Spannung durch einen Verstärker mit logarithmischem Verlauf und eicht die Skala mit logarithmischen Maßstab, dann kann man mit Hilfe der Pegellinie einen HF-Spannungsbereich von ca. 3 mV bis 3 V ausmessen. It goes without saying that in an RF voltage measurement according to the invention Method also a logarithmic representation can be chosen. Send one the demodulated RF voltage through an amplifier with a logarithmic curve and calibrate the scale with a logarithmic scale, then with the help of the level line measure an HF voltage range of approx. 3 mV to 3 V.

Die Kennlinienbereiche der Demodulationsdiode, die keine exakte Logarithmierung zulassen (nämlich der aperiodische Verlauf des Anlaufgebietes und der lineare Teil der Demodulationskennlinie) treten dabei nicht störend in Erscheinung, da sie auf der Skala bei der Eichung berücksichtigt werden.The characteristic areas of the demodulation diode that do not have an exact logarithm allow (namely the aperiodic course of the approach area and the linear part the demodulation characteristic) are not disturbing because they occur the scale must be taken into account during calibration.

Es sei schließlich noch erwShnt, daß die erfindungsgemäße Darstellung und Pegelmessung auch bei AC-gekoppelten Y-Verstärkern möglich ist, da die Amplitudendarstellung und die Pegellinie unmittelbar aufeinander folgen. It should finally be mentioned that the representation according to the invention and level measurement is also possible with AC-coupled Y-amplifiers, since the amplitude display and the level lines immediately follow one another.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Procedure for displaying and evaluating periodic measurements.

sizes on the screen of an oscilloscope, the Y system with an electrical measurement signal corresponding to the Me5graße and its X system a beam deflection voltage is fed, d u r c h e k e n n n z e i c h n e t, that the Y-system, preferably during the line return, for the purpose of representation a pressure line is supplied with a voltage which is applied to one in units of the measured variable calibrated scale is adjustable.

2.) Device for performing the method according to claim 1, characterized in that a level line generator (12) has a differentiating element (13), which generates switching voltages from the beam deflection voltage, the two Control switches (16, 17) that control the Y system of the oscilloscope (8) during the beam trace the measuring signal and the level line voltage during the jet recirculation - or vice versa - fed.

3.) Device according to claim 2, characterized in that gel: indicates that the daP Level line generator Equipment for generating separately adjustable voltages for two level lines or for one level line and one zero line, where one tiultivibrator switch controls. those who suffer tension preferably during of the jet return alternately to the Y-system of the Oszillegrarben.

L e r s e i t e