DE3933222A1 - Messeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung zum Messen elektri­ scher Größen oder in elektrische Größen umwandelbarer Werte, mit einer Anzeigevorrichtung sowie mit mehreren Baugruppen, nämlich mit wenigstens einer Meßeingangsstufe, einer Meßwand­ lerstufe zum Aufbereiten des Eingangssignales und gegebenen­ falls weiteren Baugruppen.

Solche Meßeinrichtungen sind in Form von Meßgeräten entspre­ chend den jeweiligen Meßaufgaben ausgebildet. Als gängige Meß­ geräte stehen hierzu beispielsweise Multimeter, Oszilloskope und Logikanalysatoren zur Verfügung. Sind komplizierte und/oder umfangreiche Messungen erforderlich, müssen häufig meh­ rere Meßgeräte gleichzeitig eingesetzt werden.

Insbesondere beim Kundendienst, wo häufig von vorneherein nicht bekannt ist, welche Meßgeräte jeweils erforderlich sind, bedeu­ tet dies durch die teueren Meßgeräte einen erheblichen Auf­ wand und durch die Größe und Anzahl der Meßgeräte auch einen erheblichen Umstand. Hinzu kommt, daß die gemessenen Daten von geschultem Fachpersonal interpretiert werden müssen.

Diese vorgenannten Umstände haben im mobilen Bereich zwangs­ läufig dazu geführt, daß meist nur die notwendigsten Meßge­ räte vorort gebracht werden, wodurch aber häufig Probleme hinsichtlich der passenden Auswahl vorhanden sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Meßeinrich­ tung der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß trotz reduziertem apparativem Aufwand umfangreiche Messungen durch­ führbar sind. Dabei soll die Aussagekraft des Meßergebnisses verbessert oder die Anforderungen an einen Bediener re­ duziert werden. Insbesondere soll auch der Einsatz beim mo­ bilen Kundendienst wesentlich verbessert sein.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß insbesondere vorgeschlagen, daß die Anzeigevorrichtung eine von den Bau­ gruppen räumlich getrennte Einheit ist und von einem Rech­ ner mit Programm, insbesondere einem PC gebildet ist, daß die Baugruppen als weitere Einheit zu einem Meßmodul zusam­ mengefaßt sind, welcher eine Rechner-kompatible Schnittstel­ le zum Anschließen an den Rechner aufweist und daß das Pro­ gramm des Rechners ein Meßprogramm ist oder enthält.

Die Meßmodule bilden hierbei Funktionseinheiten, die mit ei­ ner einzigen Anzeigevorrichtung, die durch den Rechner ge­ bildet ist, zusammenarbeiten. Die Bedienung der Meßeinrich­ tung erfolgt dabei über die Tastatur des Personalcomputers.

Schon durch die nur einmal erforderliche Anzeigevorrichtung ist hierbei trotz einer Vielzahl von Meßmöglichkeiten der apparative Aufwand erheblich reduziert. Die Meßmodule kön­ nen dabei sehr kompakt und klein aufgebaut werden, so daß auch bei vollständiger Ausrüstung der Meßeinrichtung mit Meßmodulen und Anzeigevorrichtung ein Monteur oder Kunden­ diensttechniker in praktisch allen Bereichen einen vollstän­ digen Service bieten kann und dabei trotzdem nicht mit um­ fangreichen und schweren Meßgeräten wie bisher belastet ist.

In vielen Fällen ist es nur noch erforderlich, die handli­ chen Meßmodule und einen Datenträger, z. B. eine Diskette mit dem Meßprogramm mitzunehmen, da ein Personalcomputer an der Servicestelle meist vorhanden ist. Der oder die Meßmodule können hierbei über die am Rechner vorhandene Schnittstelle angeschlossen werden.

Bei der Messung selbst ergeben sich in Verbindung mit dem eingesetzten Rechner erheblich erweiterte Möglichkeiten der Meßauswertung, da die gemessenen Daten mit z. B. gespeicherten Daten verglichen und ausgewertet werden können. Auch können die vorort gemessenen Daten abgespeichert und später ausge­ wertet werden.

Zum Stand der Technik sind zwar bereits auf Steckkarten be­ findliche Meßwandler bekannt, die an spezielle Rechner an­ geschlossen werden können. Diese Steckkarten passen jedoch nur für diesen einen Rechner und außerdem sind sie für einen festen Einbau konzipiert. Die mit der Erfindung erzielten Vorteile lassen sich mit dieser bekannten Anordnung nicht realisieren.

Zweckmäßigerweise enthält der Meßmodul Baugruppen zur Bil­ dung eines Multimeters und/oder eines Oszilloskopes und/oder eines Logikanalysators oder dergleichen. Dadurch können na­ hezu alle in der Praxis vorkommenden Meßaufgaben gelöst wer­ den.

Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn eine Adapterplati­ ne mit Anschlüssen für mehrere, insbesondere unterschiedliche Meßmodule vorgesehen sind, wobei diese Adapterplatine eine einzige für diese Meßmodule gemeinsame Schnittstelle - gege­ benanfalls mehrere verschiedene Schnittstellen - zum An­ schließen an den Rechner aufweist.

Dadurch können gleichzeitig unterschiedliche Messungen durch­ geführt werden und es ist trotzdem nur eine Schnittstelle erforderlich, mittels der eine Verbindung zwischen Adapter­ platine und Personalcomputer erfolgt.

Vorzugsweise sind als Schnittstelle an den Meßmodulen oder dergleichen V-24- oder RS-232-Schnittstellen vorgesehen. Dies sind die an Personalcomputern gängigsten Schnittstellen, so daß die Meßmodule auch in den allermeisten Fällen mit be­ reits vorhandenen Personalcomputern eingesetzt werden kön­ nen, so daß der Aufwand erheblich reduziert ist.

Zusätzliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weite­ ren Unteransprüchen aufgeführt. Nachstehend ist die Erfin­ dung mit ihren wesentlichen Einzelheiten anhand der Zeichnun­ gen noch näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Meßeinrichtung mit einem Rechner und daran ange­ schlossenen Meßmodulen,

Fig. 2 ein Programm-Schema und

Fig. 3 bis 5 verschiedene Meßmodule mit schematisch angedeuteten, darin enthaltenen Baugruppen.

Eine in Fig. 1 gezeigte Meßeinrichtung 1 dient zum Messen elektrischer Größen. Sie weist eine durch einen Personalcom­ puter 2, im weiteren Verlauf der Beschreibung kurz PC genannt, gebildete Anzeigevorrichtung 3 sowie wenigstens ein Meßmodul 4, 4a, 4b auf. Zum Verbinden der beiden räumlich getrennten Baugruppen - einerseits PC, andererseits Meßmodul - ist an den Meßmodulen eine Rechner-kompatible Schnittstelle 5 vor­ gesehen. Wie in Fig. 1 durch die strichlinierte Verbindungs­ linie zwischen dem Schnittstellenanschluß 5 des Meßmodules 4 und dem Schnittstellenanschluß 5a am PC angedeutet, kann ei­ ner der Meßmodule 4, 4a, 4b wahlweise direkt an den PC ange­ schlossen werden.

Andererseits besteht aber auch die Möglichkeit, über die einzige Schnittstelle 5, 5a mehrere Meßmodule gleichzeitig an den PC zu koppeln.

Die jeweils eine Einheit bildenden Meßmodule bilden Funk­ tionsbaugruppen und entsprechen von ihrem Aufbau her je­ weils einem Teil eines herkömmlichen Meßinstrumentes, wel­ ches für die jeweils gleiche Aufgabe eingesetzt werden würde. Im dargestellten Ausführungsbeispiel entsprechen die Meß­ module 4, 4a, 4b zusammen mit der Anzeigevorrichtung 3 von ihrer Funktion her jeweils einem Multimeter (Meßmodul 4), einem Logik-Analysator (Meßmodul 4a) bzw. einem Oszilloskop (Meßmodul 4b).

Mit zur Meßeinrichtung 1 gehört ein dem PC eingebbares Meß­ programm, mittels dem die von einem oder mehreren Meßmodu­ len kommenden Daten im Rechner verarbeitet und auf dem Bild­ schirm 6 dargestellt werden. Das Meßprogramm kann in seiner einfachsten Form so aufgebaut sein, daß die dem PC zugeführ­ ten Daten so umgesetzt werden, daß entsprechend der Funktion des Meßmodules eine Anzeige auf dem Bildschirm 6 wie bei einem vergleichbaren Meßinstrument erfolgt. Durch entspre­ chende Erweiterung des Meßprogrammes besteht aber hier auch die Möglichkeit, die ankommenden Daten aufzuarbeiten und ge­ gebenenfalls unter Zuhilfenahme von abgespeicherten Daten eine Auswertung vorzunehmen, deren Ergebnis dann eine direk­ te Anweisung an einen Benutzer bildet. Es kann somit einem Benutzer das häufig schwierige Interpretieren von Meßdaten abgenommen bzw. es können eine Interpretation stützende Hilfsdaten zur Vereinfachung mit herangezogen werden. Außer­ dem können die Meßdaten abgespeichert und bedarfsweise zu einem späteren Zeitpunkt wiederverwertet werden. Weiterhin besteht die Möglichkeit, Kurven, Meßwerte sowie Impulslauf­ bilder in ihrer Wertigkeit sowohl bezüglich der Spannung als auch in zeitlicher Hinsicht vom PC vermessen zu lassen. Da­ durch sind Momentanereignisse sicherer und deutlicher beur­ teilbar, ohne daß hierbei zeitliche Begrenzungen und somit Fehler entstehen können. Insbesondere auch im Bereich des Services und der Reparatur ergeben sich in Verbindung mit der Dokumentierbarkeit der Meßergebnisse ganz erhebliche Vorteile.

In den Fig. 3 bis 5 sind drei Beispiele von Meßmodulen mit den darin befindlichen Baugruppen gezeigt.

Zur Bildung eines Multimeters sind bei dem Meßmodul 4 gemäß Fig. 3 vier Anschlußbuchsen 7 vorgesehen, die mit einem Ein­ gangsselektor 8 verbunden sind. In diesem Eingangsselektor 8 wird das ankommende Meßsignal je nach Art der physikalischen Größe (Strom, Spannung, Widerstand, Temperatur) und je nach Intensität aufgearbeitet und anschließend einem Vorverstär­ ker 9 zugeführt. Hier erfolgt gegebenenfalls eine Anpassung an eine interne Normspannung, die zur optimalen Umsetzung beim nachfolgenden Analog-Digitalumsetzer erforderlich ist. Hinter dem Analog-Digital-Umsetzer 10 werden die Daten die­ ses A/D-Wandlers an ein Prozessorsystem 11 mit dem Baugrup­ pen Programmspeicher 12, Mikroprozessor 13 und Schnittstel­ lentreiber 14 weitergeleitet. Über die Schnittstelle 5 er­ folgt dann eine Verbindung mit dem PC2. Der Meßmodul 4a gemäß Fig. 4 zur Bildung eines Logik-Analysators hat einen Eingang 15 für sechzehn Kanäle. Neben einer automatischen, internen Kanaltriggerung besteht hierbei die Möglichkeit ein externes Triggersignal über die Eingangsbuchse 16 aufzuschal­ ten. In einer Eingangsstufe 17 wird über eine Pegelbegren­ zung eine normierte Signalamplitude geschaffen. Die Signale durchlaufen dann, insbesondere zum Entstören einen Zwischen­ speicher 18 und werden dann mit Hilfe eines Taktgenerators 19 an einen Hauptdatenspeicher 20 weitergereicht. Von diesem Hauptdatenspeicher können die Daten zu geeigneten Zeitpunk­ ten vom hier ebenfalls vorhandenen Prozessorsystem 11 mit den Baugruppen 12 bis 14, an den PC2 weitergeleitet werden.

Das in Fig. 5 gezeigte Meßmodul 4b ist für die Funktion eines Oszilloskops ausgebildet. Das Meßsignal gelangt hier von ei­ ner Eingangsbuchse 21 über eine Baugruppe 22 zur Bereichs­ wahl und einen Vorverstärker 23, wo eine Eingangsgrößenan­ passung vorgenommen wird, zu einem Analog-Digital-Umsetzer 24. Durch die vorgesehene, hohe Wandlungsrate ist hier ein Datenregister 25 vorgesehen, in dem die anfallenden Da­ ten bis zur endgültigen Ausgabe auf dem PC-Bildschirm 6 ge­ puffert werden können. Auch bei diesem Meßmodul 4b ist wie­ der ein Prozessorsystem 11 mit den Baugruppen 11, 12 und 13 vorhanden.

Insgesamt unterscheiden sich die einzelnen Meßmodule 4, 4a, 4b in dem für die jeweilige Meßaufgabe typischen Meß- und Wandlerkreis. Gemeinsam ist allen Meßmodulen das überlager­ te Mikroprozessorsystem, welches die jeweilige Meßkreis­ konfiguration bewerkstelligt und die weitere Datenwandlung und Abspeicherung bis hin zur PC-Übergabe verwaltet.

Fig. 2 zeigt ein Programm-Schema eines Meßprogramms für den PC. Auf der linken Seite sind die Funktionsabläufe im jewei­ ligen Meßmodul und auf der rechten Seite die Funktionsab­ läufe innerhalb des Personalcomputers dargestellt. Die ver­ tikale strichpunktierte Linie stellt somit die Schnittstelle zwischen PC und Meßmodul dar. Gemäß dem Programm-Schema er­ gibt sich folgender Funktionsablauf:

Bei Anschluß eines einzigen Meßmoduls an den PC wird über eine Modulidentifikation (Block 26) die zugehörige Darstel­ lungs-Software automatisch gestartet. Sind mehrere Meßmodule an den PC angeschlossen, so erfolgt über den Block 27 eine Modulauswahl. Es wird dann zunächst die Eingabe einzelner Funktionsparameter wie z. B. Meßbereich, Meßart, Zeitablenkung usw. am PC vorgenommen (Block 28). Die Übergabe dieser Werte konfigu­ riert entsprechend das Meßmodul (Block 29).

Das Auslösen einer Messung kann sowohl auf der PC-Seite in manueller oder zyklischer Form als auch auf der Meßmodul­ seite durch entsprechende Triggersignale ablaufen (Blöcke 30 und 31). Die Meßwertaufnahme einschließlich der Analog/Digital-Wandlung und auch die anschließende Datenabspeiche­ rung erfolgt ausschließlich unter Regie des Meßmoduls ohne weitere Verwaltung durch den PC. Nur bei angefülltem Daten­ speicher oder bei hinreichend langsamen Signalen, die zur Zwischenaktualisierung der PC-Darstellung Zeit lassen, wird eine Datenübergabe an den PC iniziiert (vgl. Programm-Blöcke 32 bis 36).

Nach der Datenübernahme (Block 36) durch den PC stehen eine Vielzahl von Möglichkeiten für die graphische Meßwertdarstel­ lung und auch die weitere Verarbeitung der Daten zur Ver­ fügung. Dabei können auch für eine Verarbeitung und Auswer­ tung vorhandene Kenn- oder Meßdaten mitherangezogen werden. Außerdem lassen sich die graphischen Darstellungen auf dem Bildschirm 6 in vielfältiger Weise manipulieren, beispiels­ weise in Zeit oder Amplitudenrichtung dehnen, um eine ge­ neuere Betrachtung zu ermöglichen. Auch können die Daten für Statistiken verwendet werden. Schließlich besteht die Mög­ lichkeit, die gemessenen Daten auf einen Datenträger abzu­ speichern und zu exportieren (Block 37).

Die Schnittstellen-Anschlüsse 5 an den Meßmodulen 4, 4a, 4b sind so ausgebildet, daß sie an die gängigen Rechner-Schnitt­ stellen passen. Bevorzugt sind hier V-24- oder RS-232-Schnitt­ stellen vorgesehen.

Erwähnt sei noch, daß der in den Meßmodulen enthaltene Schnittstellentreiber 14 wegen der Kaskadierungsmöglichkeit der Meßmodule (vgl. Fig. 1) mit einem sogenannten Tristate- Ausgang versehen ist, und galvanisch getrennt ist.

Zur Stromversorgung sind jeweils in den Meßmodulen vorzugs­ weise wiederaufladbare Batterien vorgesehen. Durch diese ei­ gene Stromversorgung, die auch über ein Steckernetzteil er­ folgen kann, ist man von der Stromversorgung des PC unab­ hängig und es sind diesbezüglich keine Verbindungsleitungen mit dem PC erforderlich.

Wie in Fig. 1 gezeigt, besteht wahlweise die Möglichkeit, ent­ weder einzelne Meßmodule 4, 4a, 4b an den PC2 anzuschließen oder aber vorzugsweise über eine Adapterplatine 38 auch meh­ rere Meßmodule gleichzeitig mit dem PC zu verbinden. Außer der hier gezeigten Lösung mit einer Adapterplatine könnten die Meßmodule bei entsprechend "durchgeschleiften" Verbin­ dungen "huckepack" aneinandergesetzt werden. Die Adapterpla­ tine 38 kann mit einem zum PC passenden Schnittstellenan­ schluß 5 versehen sein, der entweder über Kabel oder aber auch direkt anschließbar ist. Auch besteht die Möglichkeit, daß neben einem solchen Schnittstellenanschluß 5 (z. B. V-24) noch ein weiterer Schnittstellenanschluß (z. B. RS-232) vorge­ sehen ist, wobei dann eine universelle Anschlußmöglichkeit an Rechner, die entweder eine V-24-Schnittstelle oder eine RS-232-Schnittstelle haben, gegeben ist.

Die Besonderheit bei dem gleichzeitigen Anschließen mehrerer Meßmodule besteht darin, daß die Daten jeweils über eine ein­ zige Schnittstelle dem Rechner zugeführt werden. Die Anschlüsse für die Meßmodule auf der Adapterplatine 38 sind mit 39 bezeichnet. Außer den beschriebenen Meßmodulen für die Funktion eines Multimeters, eines Logikanalysators oder eines Oszilloskopes können auch noch andere Meßmodule mit anderen Funktionen je nach Anforderung vorgesehen sein.

Durch den modularen "Bausatz" für eine Meßeinrichtung mit der durch den PC im wesentlichen gebildeten Anzeigevor­ richtung als ersten Einheit und den wahlweise mit diesem PC zusammenarbeitenden Meßmodul(en) als zweiten Einheit, ergeben sich insbesondere im mobilen Einsatz eine Vielzahl von neuen Möglichkeiten und Vorteilen. Durch die Meßmodule ist im Bedarfsfalle eine sehr enge Anpassung an die jeweils gestellte Meßaufgabe möglich. Es sind keine speziellen PC′s erforderlich, sondern es können praktisch alle, bestimmten Mindestanforderungen genügende PC′s verwendet werden. Die Verbindung zwischen PC und Meßmodul(en) erfolgt besonders einfach über die am PC vorhandene Schnittstelle.

Durch die interne Batteriestromversorgung der Meßmodule sind diese auch unabhängig sowohl vom PC als auch von einer äußeren Stromversorgung. In Verbindung mit einem batterie­ betriebenen PC läßt sich die Meßeinrichtung somit auch gut netzunabhängig einsetzen, wodurch das Anwendungsgebiet er­ weitert ist.

Die geringe Größe der Meßmodule, zum Beispiel 150×80×60 mm, bringt insbesondere beim Kundendiensteinsatz vor Ort erhebliche Vereinfachungen, da diese Meßmodule komplett und gegebenenfalls auch mit einem kompakten "Laptop" als PC eine leicht transportable Meßeinrichtung bildet, deren Platzbedarf auch bei mehreren Modulen etwa dem einen einzigen, herkömmlichen Meßgerätes entsprechen kann. Die nun zusätz­ lich vorhandenen Möglichkeiten der Meßdatenverarbeitung er­ öffnen neue Anwendungen und auch erhebliche Vereinfachungen bei der Auswertung von Meßdaten.

Als bevorzugte Anwendungsbereiche seien genannt:
Wartung, Reparatur und Inbetriebnahme im Anlagenbau und Maschinenbau;
Meßplätze in Entwicklungsabteilungen, Prüffeld sowie bei Reparatur und Wartung;
Wartung bzw. Diagnose im Kraftfahrzeugbereich und beim Technischen Überwachungsverein;
Kaminüberwachung bzw. Rauchgasmessung im Heizungsgewerbe;
mobile Reparatur und Reparatur in der Werkstatt, im Rund­ funk- und Fernsehbereich.

Alle in der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Claims (10)

1. Meßeinrichtung zum Messen elektrischer Größen oder in elektrische Größen umwandelbarer Werte, mit einer Anzeigevorrichtung sowie mit mehreren Baugruppen, nämlich mit wenigstens einer Meßeingangsstufe, einer Meßwandlerstufe zum Aufbereiten des Eingangssignales und gegebenenfalls weiteren Baugruppen, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung (3) eine von den Baugruppen räumlich getrennte Einheit ist und von einem Rechner (2) mit Programm, insbesondere einem Personalcomputer gebildet ist, daß die Baugruppen als weitere Einheit zu einem Meßmodul (4, 4a, 4b) zusammengefaßt sind, welcher eine Rechner-kompatible Schnittstelle (5) zum Anschließen an den Rechner aufweist und daß das Programm des Rechners ein Meß­ programm ist oder enthält.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßmodul (4, 4a, 4b) Baugruppen zur Bildung eines Multimeters und/oder eines Oszilloskopes und/oder eines Logikanalysators oder dergleichen enthält.

3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Schnittstelle (5) an den Meßmodulen (4, 4a, 4b) V-24- oder RS-232-Schnittstellen vorgesehen sind.

4. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Meßmodul (4, 4a, 4b) ein Mikroprozessorsystem (11), im wesentlichen be­ stehend aus einem Mikroprozessor (13) einem Programm­ speicher (12) und einer Schnittstelle aufweist, sowie zusätzlich einen für die jeweilige Meßaufgabe bestimmten Meß- und Wandlerkreis hat.

5. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Adapterplatine (38) mit Anschlüssen (39) für mehrere, insbesondere unter­ schiedliche Meßmodule (4, 4a, 4b) vorgesehen ist und daß diese Adapterplatine eine einzige, für diese Meßmodule gemeinsame Schnittstelle (5) - gegebenenfalls mehrere verschiedene, wahlweise anschließbare Schnitt­ stellen - zum Anschließen an den Rechner (2) aufweist.

6. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der das Meßprogramme enthaltende Teil des Rechners zur Verarbeitung der von dem oder den Meßmodulen kommenden Signale mit Speicher­ einrichtungen des Rechners zum Abspeichern und/oder Vergleichen von Meßdaten verbindbar oder verbunden ist.

7. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu dem Meßpro­ gramm bzw. als Teil von diesem ein Auswerteprogramm vorgesehen ist.

8. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßprogramm gegebenen­ falls mit zusätzlichen, meßobjektbezogenen Daten auf einem Rechner-kompatiblem Datenträger abgespeichert ist.

9. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßmodule (4, 4a, 4b) eine eingebaute Batterie-Stromversorgung aufweisen.

10. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennnzeichnet, daß ein Adapter zum Verbinden von einem oder mehreren Meßmodulen mit einem Rechner vorgesehen ist und daß dieser Adapter gegebenenfalls Anschlüsse für unterschiedliche Schnittstellen auf­ weist.