DE2806695C2 - Verfahren zum Messen der Form von sich schnell ändernden periodischen elektrischen Signalen und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Messen der Form von sich schnell ändernden periodischen elektrischen Signalen, bei dem daß Meßsignal durch eine Folge von schmalen Abtastimpulsen entsprechend dem Abtasttheorem abgetastet wird, wobei die diskreten Abtastwrte ein dem Meßsignal entsprechendes Abtastsignal bilden, welches in digitale Form umgewandelt und gespeichert wird, und auf eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Ein derartiges Verfahren ist durch die US-PS 36 34 755 bekannt geworden. Die Abtastwerte werden dort über ein Tiefpaßfilter und einen Probeentnahme- und Haltekreis der Digitalumwandlung zugeführt. Der Probeentnahme- und Haltekreis erhält Durchschnittswerte von abgetasteten Werten aus mehreren Abtastperioden, wodurch das Meßergebnis zwangsläufig mit Fehlern bedingt durch das Auftreten des sogenannten »Jitter« behaftet ist Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf dem Gebiet der elektrischen Meßtechnik, insbesondere im Nanosekundenbereich der Impulstechnik anzuwenden.

Bei der Herstellung der Prüfung elektrischei Einrichtungen ist die exakte Bestimmung der sich schnell än- dernden elektrischen Impulsformen eine an Bedeutung immer mehr zunehmende Aufgabe. Die Messungen werden in der Impulstechnik des Nanosekundenbereiches nach dem Abtastprinzip vorgenommen, d. h. die verschiedenen Werte des Signals werden während aufein- anderfolgenden Perioden des Prüfsignals mit sehr kurzen Überschwingimpulsen abgetastet Nach diesem Prinzip arbeitet das Signalformprüfgerät Typ AMC-1100 des amerikanischen Unternehmens 888 E-H Laboratories. Dieses Gerät zeichnet das abgetastete Signal am Bildschirm eines Osziüoskops auf, und die Impulscharakteristik (Anlauf- und Abklingzeit usw.) wird aufgrund des aufgezeichneten Bildes mittels verschiedener Vergleichsglieder ermittelt Es läßt sich mit dem Meßprinzip der bekannten Ge rate erklären, daß die Messung und die Auswertung parallel erfolgen, uiid im Falle einer eventuellen Veränderung der Meßaufgaben ist eine wiederholte Messung nötig, d. h. zusätzliche Parameter erfordern neuere Messungen. Bei der Abtastung sehr kurz andauernder Si- gnale werden die Meßgenauigkeit und der obere Meßfrequenzbereich durch die Abtastunsicherheit stark begrenzt Die Schwankungen werden so ausgeglichen, daß man die Parameter aufgrund des Durchschnittswertes von mehreren Hunderten von Perioden erfaßt

Eine derartige Bildung von Durchschnittswerten trägt zur Steigerung der Meßgenauigkeit nicht wesentlich bei, denn die aufeinanderfolgenden Signalperioden sind nicht ganz gleich, und wegen der bildung von Durchschnittswerten ist bei der Messung mit Standardfehlern zu rechnen. Dieses Prinzip macht überdies eine recht lange Messung erforderlich, da man zur Bildung der Durchschnittswerte mehrere Zehn oder Hunderte von ganzen Perioden braucht.

Im Bereich der Nanosekundenimpulstechnik sind die

Meßwerte auch durch die nicht idealen Eigenschaften der Meßgeräte ungünstig beeinflußt, und auf solche Weise sind die gemessenen Signale mit den zu messenden Signalen nicht identisch. Mit den derzeit bekannten Meßsystemen läßt sich der Einfluß der Meßverhältnisse auf die Meßergebnisse nicht ausschließen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren und eine Einrichtung zum Messen der Form von sich schnell ändernden periodischen elektrischen Signalen zu schaffen, mit denen es möglich ist, die Messung nur in einer einzigen Abtastperiode vorzunehmen, um dadurch Signalschwankungen, die wärend einer längeren Abtastung auftreten können, für das Meßergebnis unschädlich zu machen und darüber hinaus die ungünstigen Einflüsse von Meßverhältnissen und Meßfunktio- nen in einer einzigen Abtastperiode auszuschalten.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die jeweiligen diskreten Abtastwerte während einer einzigen Abtastperiode unmittelbar nach ihrer Abtastung vor dem Auftreten des nächsten Abtastwertes in digitale Form umgewandelt und die Digitalwerte aufeinanderfolgend gespeichert werden, und daß aufgrund der gespeicherten Digitaldaten unter Verwen-

dung einer numerischen Regressionsmethode korrigierte Punkte des Meßsignals gebildet und gegebenenfalls aufgezeichnet werden.

Bei einer Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die korrigierten Punkte des Meßsignals in digitaler Form gespeichert

Die zur Durchführung des Verfahrens vorgesehene erfindungsgemäße Einrichtung weist einen mit seinem Eingang an eine cas Meßsignal abgebende elektrische Signalquelle angeschlossenen Abtaster, einen Digitalumsetzer und einen Rechner auf und ist dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Abtasters unmittelbar an den Eingang des Digitalumsetzers und der Ausgang des Digitalumsetzers an die Einschreibeingänge eines Signalformspeichers angeschlossen ist, daß je ein Ausgang einer Abtastungs-Steuereinheit an die Starteingänge von den Signalformspeicher bzw. den Digitalumsetzer zur Bestimmung der Digitalumwandlungs- und Signalspeicherungs-Zeitpunkte ansteuernden Steuereinheiten angeschlossen ist, daß der Signalformspeicher bezüglich der Informationslieferung mit einem den Rechner bildenden Zielprozessor in beiderseitiger Verbindung steht, und daß der Zielprozessor mit den Steuereingängen der Steuereinheiten in Steuerverbindung und mit ihren Datenausgängen in Informationsaufnahme-Verbindung steht.

Der Abtaster und der Digitalumsetzer und der Signalformspeicher sind vorteilhaft mehrkanalig.

Die Erfindung wird im folgenden an Ausfühnmgsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 ein funktionelles Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Einrichtung mit dem zu messende Vierpol und dem Signalgenerator,

F i g. 2 das Blockst haltbild der mehrkanaligen Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Einrichtung,

F i g. 3 das detailliertere Blockschaltbild des Signalformspeichers in F i g. 2,

F i g. 4 das Blockschaltbild des inneren Leitungssystems in Fig. 2,

F i g. 5 die Organisationsstruktur einer zweckmäßigen Acsführungsvariante des Zielprozessors, und

F i g. 6 das Diagramm einer Periode des abgetasteten, im Signalspeicher der erfindungsgemäßen Einrichtung gespeicherten Signals und das Diagramm der korrigierten Signalform.

F i g. 1 zeigt das vereinfachte funktionell Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Einrichtung, das auch mit der zur Herstellung des zu messenden Signals geeigneten Schaltung ergänzt ist Hauptelemente der Einrichtung sind ein Abtaster 1, ein sich daran anschließender Digitalumsetzer 2, ein Signalformspeicher 3, der mit seinem Eingang an die Ausgänge des Digitalumsetzers 2 angeschlossen ist, eine die vorerwähnten Einheiten steuernde und ihnen die Synchronisationssignale liefernde Steuereinheit 15 sowie ein Zielprozessor 9, der mit der Steuereinheit 15. dem Signalformspeicher 3, einem Lesespeicher 10 und einem Signalknntrollgerät 13 in Verbindung steht. An den Eingang des Abtasters 1 ist der Ausgang eines zu prüfenden Vierpols 16 geschal· tet, dessen Eingang durch periodische Meßsignale eines Signalgenerators 17 gesteuert ist.

Die Einrichtung nach Fig. 1 hat im Grunde genommen die Aufgabe, die Charakteristik des am Ausgang des Meß-Vierpols 16 du^rch die Steuerung hervorgerufenen Signals exakt zu definieren. Da aber im allgemeinen die Meßaufgabe darin besteht, daß man die Charakteristik der Impulse mit recht kurzen Anlauf- und Abklingzeiten im Nanosekundenbereich bestimmt, ist die Meßgenauigkeit durch die Meßverhältnisse stark beeinflußt Bei dem Bestreben, die Einflüsse der Meßverhältnisse auszuschließen, steht die erfindungsgemäße Methode bzw. Einrichung in engem logischen Zusammenhang mit der Patentanmeldung P 27 52 331.5 »Verfahren und Vorrichtung zur Messung dynamischer Übertragungseigenschaften elektrischer Schaltungen«. Im allgemeinen unterscheidet sich die erfindungsgemäße Einrichtung von jener der Fig. 1, daß hier die Vielfalt der Meßaufgaben statt der einkanaligen einen mehrkanaligen Aufbau erfordert, wo mehrere Meßsignale parallel erfaßt werden können.

Fig.2 zeigt das detailliertere Blockschaltbild der mehrkanaligen Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Einrichtung. Aus der Zeichnung ist zu erkennen, daß der Abtaster 1 »k« Meßkaiiäle enthält und jedem der Kanäle je ein Meßsignaleingang CH₁, CH2,... CHy. zugeführt ist Die abgetasteten analogen Ausgangssignale der Meßkanäle ersc'^inen am Ausgang Nr. >>k« des Abtasters 1. Die Ai/fstparameter (Synchronisation, Startzeitpunkt Frequenz der Abtastimpulse) werden durch die Abtastung-Steuereinheit 6 als Bauteil der Steuereinheit 15 eingestellt

Der Di<?italumsetzer 2 beinhaltet Analog-Digital-Umwandler, deren Anzahl der Kanalanzahl des Abtasters 1 entspricht Die Umwandler erzeugen digitale Signale aus den abgetasteten analogen Signalea Eine Digitalisierungs-Steuereinheit 5 treibt als TuI der Steuereinheit 15 den Digitalumsetzer 2 an, d. h. bezeichnet jene Zeitpi-nkte, wo die Analog-Digital-Umwandlungen eintreten müssen. Um dieser Funktion gerecht zu werden, steht die Digitalisierungs-Steuereinheit 5 mit dem Taktausgang 64 der Abtastungs-Steuereinheit 6 in Verbindung, und durch diesen Ausgang wird die Digitalumsetzung jeweils mit der Abtastung synchronisiert gesteuert

Der Signalformspeicher 3 setzt sich aus insgesamt »n« Speicherkanälen zusammen und ist in F i g. 3 detailliert dargestellt. Der Signalspeicher 3 muß wenigstens eine \jllkommene Periode der abgetasteten Signale speichern und danach die gespeicherten Daten ausgeben, damit die durch den Zielprozesser 9 oder einen externen, in der Zeichnung nicht dargestellten Rechner an einer Interface-Einheit 8 eingeleiteten Operationen durchgeführt werden können. Der Signalformspeicher ist überdies auch zur Speicherung der vom Zielprozessor 9 oder der Interface-Einheit 8 einkommenden korrigierten Signaldaten fähig.

Sowohl der Zielprozessor 9 als auch der sich an die Interface-Einheit 8 anschließende externe Rechner kann die Datenelemente des Signalformspeichers erreichen. Die Pric ·Ί ät zwischen den Rechnern wird aber durch das Programm des Zielprozessors 9 entschieden. Der externe Rechner kann sich über den aktuellen Zustand der einzelnen Teile der erfindungsgemäßen Einrichtung jeweils informieren, kann sogar zur Durchführung spezieller Operationen auch den Zielprozessor 9 heranziehen.

Der Zielproiessor 9 steht mit der Steuereinheit 15 durch ein inneres Leitungssystem 7 (F i g. 2) in Verbindung, und er läßt auf diese Weise die Steuerungsfunktion sowohl von der Interface-Einheit 8, als auch vom Zielprozessor 9 sich durchsetzen- Das innere Leitungssystern 7, das die Bauteile miteinander verbindet, ist in Fig.4 dargestellt. Das innere Leitungssystem 7 ist so ausgestaltet, daß der externe Rechner durch den Ziel-Drozessor 9 oder die Interface-Einheit 8 der Einrichtune

nicht nur Steuerbefehle liefern kann, sondern er erhält auch Informationen durch Befragung über die Zustände der Hauptelemente der Einrichtung. Diese Konzeption bedingt einen Informationsstrom in beiden Richtungen.

Die Adressierungsausgänge des Zielprozessors 9 sind durch eine Adressenleitung 91 dem Adresseneingang 72 des inneren Leitungssystems 7, dem Adresseneingang eines Leseschreibspeichers f 1 des Zielprozessors 9 und dem Adresseneingang des die häufigsten Zielprogramme umfassenden Lesespeichers 10 zuführt. Das Auslesen des Lesespeichers 10 ist durch den Ausgang 99 des Zielprozessors 9 gesteuert. Die Datenleitungen des Zielprozessors 9 sind durch die Datenleitung 92 mit dem Dateneingang 73 des inneren Leitungssystems verbunden. Die abgelesenen Daten des Lesespeichers 10 erreichen ebenfalls diese Datenleitung 92.

Der Datenausgang 84 der Inüerfaee-Einheit 8 ist mit dem zweiten Dateneingang 74 des inneren Leitungssystems 7, ihr Abfrageeingang 85 ist aber mit dem Datenausgang 75 des inneren Leitungssystems 7 zusammengeschaltet. Durch die Leitungen 82 und 83 besteht zwischen der Interface-Einheit 8 und dem Zielprozessor 9 beiderseitige Steuerungs- und Adressenvermittlungs-Verbindung. Der Ausgang 98 des Ziel Prozessors 9 ist an eine Signalkontroll-Steuereinheit 12 angeschlossen, die das Signalkontrollgerät 13 bei der graphischen Aufzeichnung der Meßergebnisse steuert. Das Signalkontrollgerät 13 erhält die Datenelemente vom Schreiblesespeicher 11 und dem Signalformspeicher 3. Die am Signalkontrollgerät 13 aufzeichnenden Informationen werden durch das Programm des Lesespeichers 10 und die Positionen der die Arbeitsweise der Einrichtung einstellenden Behandlungsorgane vorgeschrieben.

In Fig.3 ist der Signalformspeicher dargestellt. Er besitzt mehrere gleichmäßig aufgebaute Schreiblesespeicher C4, einen die Schreibleitungen von diesen auswählenden Eingangswähler C'2, einen Ausgangswähier C3, der den Zielprozessor 9 bzw. die Interface-Einheit 8 zugänglich macht, damit in die Speicher C4 eingeschrieben bzw. diese ausgelesen werden können, und schließlich einen Adressier- und Steuerstromkreis Cl. Der Eingangswähler C2 und der Ausgangswähier C3 sind aus Multiplexschaltungen mit mehreren Eingängen und Ausgängen zusammengesetzt, die ihre adäquaten Eingänge infolge der vom Adressier- und Steuerstromkreis Cl erhaltenen Steuerung mit ihren bestimmten Ausgängen zusammenschalten. Die Rolle der Eingangsleitungen des Eingangswählers C2 spielen die Datenausgänge 31 des Digitalumsetzers (Fig.2). Der Dateneingang 33 des Aiisgangswählers C3 ist an den Datenausgang 86 der Interface-Einheit 8 und sein Dateneingang 35 an den Datenausgang 94 des Zielprozessors 9 angekoppelt Die Datenausgänge 32 und 34 des Ausgangswählers C3 stehen mit dem Dateneingang 87 der Interface-Einheit 8 bzw. dem Dateneingang 95 des Zielprozessors 9 in Verbindung, wo der Dateneingang 95 auch mit dem Eingang der Signalkontroll-Steuereinheit 12 zusammengeschaltet ist Es ist der F i g. 3 zu entnehmen, daß der Eingangswähler C2 nur mii den Schreibleitungen des Speichers C4 verbunden ist Der Ausgangswähier erreicht, abhängig von der Steuerung, auch die Speicher C4, um einschreiben oder diese auslesen zu können. Der Adressier- und Steuerstromkreis Cl wird durch die Signalformspeicherungs-Steuereinheit gesteuert Der Starteingang 45 der Signaiformspeicherungs-Steuereinheit 4 ist an den Ausgang 63 der Abtastungs-Steuereinheit 6 (F i g. 2), ihr Steuerungseingang 43 an den Ausgang 76 des inneren Leitungssystems 7, ihr Abfrageausgang 44 an den Eingang des inneren Leitungssystems 7 angeschlossen.

In Fig.4 ist das Blockschaltbild des inneren Leitungssystems 7 dargestellt. Das innere Leitungssystem ζ s hat die entsprechende beiderseitige Informations- und Steuerverbindung zwischen dem Zielprozessor 9, der Interface-Einheit 8 und der Steuereinheit 15 sowie örtlichen Einstellgliedern A 7 auszubilden.

Die vom Ziel prozessor 9 ankommende Datenleitung

ίο 92 ist dem Eingang eines Pufferspeichers A 3 und dem Ausgang eines Pufferspeichers A 4 zugeführt. Der Pufferspeicher A 3 ist mit den ersten Eingängen vo<n mehreren Wählern A 40 verbunden, und an die zweiten Eingänge der Wähler A 40 sind die die Funktionsparameter der Einrichtung bestimmenden örtlichen Einstellglieder A 7 angeschlossen. Die Eingänge der Wähler A 40 sind in einer logischen Anordnung ausgebaut, wo die aus dem Pufferspeicher A 3 ankommenden Steuersignale die Steuerung aus der Richtung der örtlichen Ein-Stellglieder A 7 einstellen, die also nur dann wirksam ist. wenn der Pufferspeicher A 3 nicht zu steuern beginnt. Die einzelnen Wähler A 40 stehen mit den Schreibeingängen je eines Einstellwertspeichers A 5 in Verbindung, die die Zustandsdaten bezüglich der verschiedenen möglichen Einstellglieder des Systems speichern. Die Ausgänge der Einstellwertspeicher A 5 sind an den Eingang eines zweiten Wählers A 6 gekoppelt, dessen Ausgang sich an die Schreibeingänge des Ausgangspufferspeichers A 4 anschließt. Die Ausgänge 76, 78 und

Μ 710 der einzelnen Einstellwertspeicher übermitteln die Zustandsdaten der Einstellglieder an die entsprechenden Eingänge der Steuereinheit 15 und ihre Eingänge 77, 79 und 711 und sind mit den entsprechenden Abfrageausgängen der Steuereinheit 15 verbunden, wodurch Einstellwertspeicher A 5 auf diese Weise Informationen über den Momentanzustand der Steuereinheit 15 erhalten.

Der Datenausgang 84 und der Abfrageeingang 85 der Interface-Einheit 8 können auf den Dateneingang 74 und den Datenausgang 75 eines dritten Wählers A 8, der dritte Wähler A 8 kann auf die Datenleitung 92 und die Adressenleitung 91 geschaltet werden. Zur Bestimmung der entsprechenden Adressen ist die Adressenleitung 91 an den Eingang A 12 einer logischen Schaltung A 1 der Adressenbildung gekoppelt, deren Zulassungsausgang A 13 mit dem Schrcibzulassungseingang des Pufferspeichers A 4 und deren Zeitausgang A 14 mit dem Schreibzulassungseingang des Pufferspeichers A3 verbunden ist Je ein Ausgang der logischen Schaltung A 1 der

so Adressenbildung ist auf die Schreibsteuereingär.f ϊ der Einstellwertspeicher A 5 geschaltet, auf diese Weise das Einschreiben in den entsprechenden Zeitpunkten steuernd Die Taktgabe wird durch die vom Ausgang 93 des Zielprozessors 9 an den Zeiteingang 71 einer logisehen Zeitschaltung A 2 geleiteten Taktimpulse gesteuert Der Ausgang der logischen Zeitschaltung A 2 ist mit dem Takteingang A 11 der logischen Schaltung A 1 der Adressenbildung in Kontakt
Fig.5 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsvariante des Zielprozessors 9. Hier sind die Daten- und Adressenleitungen des Operations-Prozessors B1 durch eine logische Schaltung 52 der Daten- und Adressenmodifikation mit der Adressenleitung 91 und der Datenieitung 92 zusammengeschaltet Die Adressenleitung 91 ist durch die SynchronisationsschaJtung S3 an den Synchroneingang des Prozessors 51 gekoppelt Die logische Schaltung B 2 der Daten- und Adressenmodifikation nimmt die Spezialadressen der bestimmten und

häufigen Zielaufgaben wahr, und sie kann mit ihren Kombinationsschaltungen die Teiloperationen beschleunigt durchführen und diese dem Prozessor B\ weiterleiten. Die Synchronisationsschaltung 53 sperrt in dieser Periode die Taktgebersignale des Prozessors Bi. Dieser Vorgang ermöglicht die beschleunigte Durchführung der häufigen Operationen.

Anhand der funktioneilen Anordnung arbeit die erfindungsgemäße Einrichtung wie folgt:

Vom Signalgenerator 17 werden der Fig. i entsprechend dem Eingang des zu prüfenden Vierpols 16 periodische Meßsignale, vorteilhaft Meßimpulse zugeführt. Darauf erscheinen schnell veränderliche, periodische Antwortsignale an der mit dem Meßeingang gekoppelten Ausgangsleitung der erfindungsgemäßen Einrich- is tung.

Vor der Messung, d. h. der Signalabtastung, sind die Signalabtastung«-Parameter der Einrichtung einzustellen, d. h. die Behandlungsorgan-Speicher A S müssen mit den entsprechenden Informationen aufgefüllt werden. Die Auffüllung der Behandlungsorgan-Speicher A 5 ist aus der Richtung der Einstellglieder A 7 einerseits und des Pufferspeichers A 3 andererseits anzufangen. Wie bereits erwähnt, hat die Initiative des Pufferspeichers A3 im Verhältnis zu den Behandlungs-Lokalorganen A 7 Priorität. Die Einstellung des Pufferspeichers A 3 kann sowohl durch die Datenleitung 92 vom Zielprozessor 9, als auch durch die Interface-Einheit 8 vom externen Rechner veranlaßt werden. Die für die Initiative 'harakteristische Adresse erreicht durch die Adressenleitung 91 den Wähler A 8 und die logische Schaltung A 1 der Adressenbildung, und diese letztere gibt ihre Zustimmung zum Einschreiben in den Pufferspeicher A 3 durch den Zeitausgang A 14 erst, wenn die für die Meßaufgabe charakteristischen Daten der Behandlungsorgane auf der Datenleitung 92 vorhanden sind. Die logische Schaltung A 1 der Adressenbildung gibt aufeinanderfolgend ihre Zustimmungen zur Auffüllung der Einstellwert-Speicher A 5 mit den im Pufferspeicher Λ 3 gespeicherten entsprechenden Datenelementen der Einstellglieder. Diese Daten werden durch den Zielprozessor 9 aus dem Lesespeicher 10 den Meßvorschriften entsprechend ausgelesen und zum Pufferspeicher A 3 weiterbefördert Die Steuersignale an den Ausgängen 76, 78 und 710 der Einstellwert-Speicher A 5 stellen die Steuerungsposition der Steuereinheit 15 im Zusammenhang mit den gespeicherten Einstellwerten ein. Würde man so steuern, daß man die Einstellglieder A 7 betätigt, so würden die Einstellwert-Speicher A 5 über die Wähler A 40 die dem Zustand der Einstellglieder A 7 entsprechenden Daten anstelle des Auslesens des Pufferspeichers A 3 aufnehmen.

Der Zielprozessor 9 oder die Interface-Einheit 8 kann den Zustand der Behandlungsorgane zu beliebigen Zeitpunkten abfragen. Beim Abfragen ist der Pufferspeicher Λ 4 zu betätigen. Hierher können über die Wähler A 6 die erforderlichen Informationen eingetragen werden. Aus dem Pufferspeicher A 4 können die Informationen durch Steuerung der Datenleitung 92 zugeführt werden. Die Abfrage ist immer während der auf die Signalabtastung folgenden Auswertung erforderlich.

Es sei vorausgesetzt, daß die zur konkreten gegebenen Meßaufgabe nötigen Daten der Behandlungsorgane bereits eingestellt sind und mit der Messung angefangen werden kann. Die effektiven Verhältnisse der Abtastung, der Analog-Digital-Umwandlung und der Signalformspeicherung sind durch die Daten der Behandlungsorgane vorgeschrieben. Die Signalabtastung beginnt durch die Steuerung des Starteingangs 61 der Steuereinheit 6 (F i g. 2). Entsprechend den eingestellten Abtastungsverhältnissen tastet der betreffende Meßkanal des Abtasters 1 das zu messende Antwortsignal ab, und das abgetastete Signal geht zum Eingang des entsprechenden Kanals des Digitalumsetzers 2. In Übereinstimmung mit dem Abtastprinzip ist das abgetastete Signal von einer wesentlich niedrigeren Frequenz als das jrsprüngliche Signal, aber diese Frequenz ist der ursprünglichen streng proportional. Die Abtastungs-Steuereinheit 6 steuert durch ihren Taktausgang 64 den Starteingang Sl der Digitalisierungs-Steuereinheit 5 mit einer Frequenz, die durch die Einstelldaten der Behandlungsorgane bestimmt ist, und dadurch erfolgen während einer ganzen Periode des abgetasteten Signals Analog-Digital-Umwandlungen einer bestimmten Anzahl. Die den Momentanwert des abgetasteten Signals darstellenden digitalen Daten erscheinen am Datenausgang 31 des entsprechenden Kanals des Digitalumsetzers 2. Wenn die Analog-Digital-Umwandlungen beendet sind und am Datenausgang 31 auswertbare Daten vorhanden sind, steuert die Abtastungs-Steuereinheit 6 durch den Ausgang 63 die Signalformspeicherungs-Steuereinheit 4.

Über den Wähler C2 (F i g. 3) wird in jenen Speicher geschrieben, den der Adressier- und Steuerstromkreis Ci bestimmt. Die Signalabtastung bezieht sich auf eine ganze Periode des abgetasteten Signals. In Abhängigkeit von den Einstellwerten wird für eine Signalperiode eine bestimmte Anzahl von Signalwerten gespeichert. Diese die zeitliche Auflösung der Messung bestimmende Zahl ist von der mit der Abtastung erzielbaren Höchstgenauigkeit abhängig.

Die Signalaufnahme wird erst beendet, wenn der Signalformspeicher 3 alle sich auf eine ganze Periode des abgetasteten Signals beziehenden Daten enthält, infoige der mehrkanaligen Struktur der Einrichtung lassen sich die Signalformen an mehreren Punkten des zu prüfende Vierpols 16, und auch an seinem Eingang, gleichzeitig aufnehmen. In diesem Fall werden die Signale durch gesonderte Meßkanäle eingeführt, und die digitalen Datenelemente der abgetasteten Signale in verschiedenen Speichern C4 des Signalformspeichers 3 gespeichert. Die Signalformspeicherungs-Steuereinheit 4 signalisiert die Beendigung der Signalaufnahme für den Zielprozessor 9 und die Interface-Einheit 8 über das innere Leitungssystem 7.

Auf die Signalabtastung folgt die Signal auswertung. Der Zielprozessor 9 liest im ersten Schritt die im Signalformspeicher 3 gespeicherten Signalinformationen aus. Danach liefert er die Informationen der Signalkontroll-Steuereinheit 12 zu und gibt gleichzeitig die sich auf die Signalabtastung beziehenden Einstellwerte (Periodendauer des Prüfsignals, Amplitudenskala usw.) an. Die Signalkontroll-Steuereinheit 12 zeichnet am Signalkontrollgerät 13 die im Signalformspeicher gespeichenen Daten auf.

F i g. 6 zeigt das Kontrolldiagramm einer gemessenen Signalform. Auf der waagerechten Zeitachse entsprechen die Teilungspunkte den Abtastungspunkten der digital gespeicherten Signalwerte und die entsprechenden Ordinatenpunkte den Signalwerten.

In diesem Beispiel gibt es hunderte Teilungspunkte, und der Zeitabstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Teilungspunkten beträgt 15 Pikosekunden. Das Meßsignal hat eine Periodendauer von 1,5 ns. Infolge der sehr kurzen Meßzeitdauer sind bei den Abtastsi-

gnalwerten Amplitudenschwankungen festzustellen, und die aufgenommenen Punkte können nicht mit einer kontinuierlichen Linie miteinander verbunden werden. Diese Amplitudenunsicherheit, oder mit anderen Worten Jitter, begrenzt den oberen Frequenzbereich der meßbaren Signale. Die Reduzierung dieses Amplituden-Jittereffekfes ist eben die Zielsetzung der Erfindung.

Zu diesem Zweck bestimmt der Zielprozessor 9 unter Anwendung von wohlbekannten numerischen Annäherungsalgorithmen jene Signalform, die an die gemessenen Punkte angepaßt werden kann. Dieses berechnete Signal wird nachstehend Korrektursignal genannt. Zum Rechnen wird zweckmäßig das Korrekturprogramm des Lesespeichers 10 benutzt. Zur weiteren Signalverarbeitung wird schon diese Korrektursignalform verwendet, die am Signalkontrollgerät ebenfalls aufgezeichnet wird.

Die der Korrektursignalform entsprechenden digitalen Daten (F i g. 6) werden durch den Zielprozessor 9 in denjenigen Speicher CA des Signalformspeichers 3 eingelesen, in dem auch die Datenelemente des Abtastsignals eingeschrieben worden sind. Infolge dieser Lösung bildet der Signalformspeicher 3 den Teil des externen Speichers des Ziel Prozessors 9, was die optimale Speicherausnützung ermöglicht. Nach der Erzeugung der Korrektursignalform ist nämlich das Abtastsignal schon überflüssig.

Die Auswertung setzt sich mit Rechenoperationen fort. Infolge der Unvollkommenheit der Meßgeräte stellt das Abtastsignal keinen identischen Repräsentanten des am Ausgang des Vierpols 16 auftretenden Antwortsignals dar, denn die Meßkabel, die zur Abtastung verwendeten Meßköpfe und die andersartigen Meßverhältnisse verursachen Verzerrungen bestimmter Art. Wenn die Übertragungsfunktion der Verzerrungsfaktoren bekannt ist, kann auf die effektive Form des Meßsignais durch Rechnen zurückgeschiossen werden.

Es ist zu beachten, daß die Erfindung die Rechenmethode nicht umfaßt, welche aber z. B. aus der Patentanmeldung P 27 52 331.5 bekannt ist. Es sei die Übertragungsfunktion des Anschlußkabels zwischen dem geprüften Vierpol 16 und dem Abtaster 1 gegeben. Der transformierte Wert des Korrektursignals kann mittels der Fourierschen Transformation berechnet werden. Wenn man den transformierten Wert durch die bekannte Übertragungsfunktion des Meßkabels teilt, ist nach Rücktransformation die Zeitfunktion des am Ausgang des geprüften Vierpols 16 effektiv meßbaren Signals zu erhalten. Diese Berechnungsaufgabe ist aufgrund bekannter Programme mit dem Zielprozessor 9 durchzuführen.

Wenn man die Messungen mit Hilfe mehrkanaliger Signalabtastung vornimmt, können die am Ausgang und am Eingang des geprüften Vierpols 16 auftretenden Signale gleichzeitig aufgenommen werden. Nach der Durchführung Ct-r erwähnten Abtastkorrekturen kann der transformierte Wert der am Ausgang und am Eingang effektiv vorhandenen elektrischen Signale durch Berechnungen ermittelt werden. Der Quotient dieser Werte stellt die Übertragungsfunktion eben dieses geprüfte Vierpols 16 dar.

Das Programm des Zielprozessors 9 kann in Übereinstimmung mit den häufigsten Rechenoperationen und den häufigsten Meßaufgaben zusammengestellt werden. Wenn man die erfindungsgemäße Einrichtung durch die Interface-Einheit 8 an einen externen Rechner anschließt, kann dieser mit den gespeicherten Meßergebnissen beliebige Meß- oder Rechenoperationen durchführen, wozu er sich auch der Spezialprogramme

is des Zielprozessors 9 bedienen kann.

Zum Verständnis der Erfindung ist nur die Tatsache von Bedeutung, daß aus dem Abtastsignal das Korrektursignal hergestellt und dieses wiederum gespeichert wird. Alle weiteren Rechnungsoperationen wenden den gespeicherten Wert der Korrektursignalform an. Die zur korrigierten Signalform gehörenden Daten der Behandlungsorgane werden ebenfalls gespeichert, welche gemeinsam die Basis beliebiger Rechenoperationen bilden können.

Im Verhältnis zu den bekannten Lösungen weist die erfindungsgemäße Einrichtung folgende Vorteile auf:

Zur Messung werden die Daten nur einer einzigen Meßperiode verwendet Folglich treter, solche Fehler nicht auf, die auf die zeitlichen Schwankungen der in den mehreren Perioden abgetasteten und zur Bildung des Durchschnittswertes verwendeten Meßsignale zurückzuführen sind. Die Meßdauer wird überdies wesentlich vermindert, sie beträgt 1 —2 ms pro Messung.
Da die korrigierte Signalform gespeichert wird, kann sie nach der Durchführung der effektiven Meßaufgabe aufgezeichnet, ausgedruckt oder weiter gespeichert sowie bei einer anderen mit derselben Einrichtung zusammenhängenden Meßaufgabe verwendet werden, ohne daß eine wiederholte Messung erforderlich wäre.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ist bei einer Auswertung und Verarbeitung auf einen Rechner ohne weiteres einzusetzen; mit ihrer Hilfe können die eigenen Fehler der Meßsysteme rechentechnisch korrigiert werden, so daß man die prinzipiell maximale Meßgenauig-

■»5 keit erreicht.

Mit der Korrektur des Abtastsignals erscheint es so, als ob die Abtastgenauigkeit erhöht worden wäre.

Es ist als Abschluß festzustellen, daß das erfindungsgemäße Verfahren nebst der Steigerung der Meßgenauigkeit auch die meßtechnischen Variationen vervielfacht Es ermöglicht darüber hinaus die rechentechnische Korrektur der Meßergebnisse, wenn die Genauigkeit meßtechnisch schon nicht mehr erhöht werden könnte

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Messen der Form von sich schnell ändernden periodischen elektrischen Signalen, bei dem das Meßsignal durch eine Folge von schmalen Abtastimpulsen entsprechend dem Abtasttheorem abgetastet wird, wobei die diskreten Abtastwerte ein dem Meßsignal entsprechendes Abtastsignal bilden, welches in digitale Form ungewandelt und gespeichert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen diskreten Abtastwerte während einer einzigen Abtastperiode unmittelbar nach ihrer Abtastung vor dem Auftreten des nächsten Abtastwertes in digitale Form umgewandelt und die Digitalwerte aufeinanderfolgend gespeichert werden, und daß aufgrund der gespeicherten Digitaldatoj unter Verwendung einer numerischen Regressionsiuethode korrigierte Punkte des Meßsignals gebildet und gegebenenfalls aufgezeichnet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die korrigierten Punkt des Meßsignals in digitaler Form gespeichert werden.

3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit einem mit seinem Eingang an eine das Meßsignal abgebende elektrische Signalquelle angeschlossenen Abtaster, einem Digitalumsetzer -nid einem Rechner, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Abtasters (1) unmittelbar an den Eingang des Digitalumsetzers (2) und der Ausgang des Dighalumsetzers (2) an die Einschreibeingänge eines Signalfc mspeichers (3) angeschlossen ist, daß je ein Ausgang einer Abtastungs-Steuereinheit (6) an die Starteingänge (51,45) von den Signalformspeicher (3) bzw. den Digitalumsetzer (2) zur Bestimmung der Digitalumwandlungs- und Signalspeicherungs-Zeitpunkte ansteuernden Steuereinheiten (5,4) angeschlossen ist, daß der Signalformspeicher (3) bezüglich der Infonrwtionsliefen<".g mit einem den Rechner bildenden Zielprozessor (9) in beiderseitiger Verbindung steht, und daß der Zielprozessor (9) mit den Steuereingängen der Steuereinheiten (4,5 und 6) in Steuerverbindung und mit ihren Datenausgängen in Informationsaufnahme-Verbindung steht.

4. Einrichtung nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß der Abtaster (1) der Digitalumsetzer (2) und der Signalformspeicher (3) mehrkanalig sind.