DE602005001895T2 - Abnehmbare Sondierspitze für ein Messondiersystem - Google Patents

Abnehmbare Sondierspitze für ein Messondiersystem Download PDF

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William R. Aloha Pooley
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Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Sondierspitzen für Messsonden und insbesondere ein anbringbares/abnehmbares Sondierspitzensystem für ein Messsondierspitzensystem, bei dem die Sondierspitzen des Sondierspitzensystems auf einem zu testenden Gerät getrennt von anderen Elementen des Messsondiersystems befestigt werden können.
  • Spannungsmesssonden empfangen elektrische Signale von einem zu testenden Gerät und koppeln das empfangene Signal über ein elektrisches Kabel in ein Messinstrument, wie ein Oszilloskop oder ähnliches, ein. Eine typische Spannungssonde weist einen Sondenkopf auf mit einer elektrisch leitenden hohlen Röhre mit einem Träger darin. Der Träger hat eine passive oder aktive Schaltungstechnik zum Aufbereiten des empfangenen Signals vor einer Einkoppelung in das Messinstrument. Das Ende der hohlen Röhre weist einen darin angeordneten Isolierstecker auf, wobei eine koaxial angeordnete Sondierspitze sich aus dem Stecker in beide Richtungen erstreckt. Der Bereich der Sondierspitze, der in die hohle Röhre reicht, ist elektrisch mit dem Träger verbunden. Allgemein werden Spannungsmesssonden beim manuellen Sondieren eines zu testenden Geräts eingesetzt oder auf einem Sondierarm befestigt, der auf dem zu testenden Gerät positioniert ist. Durch die Anwendung übermäßiger Kraft auf die Messsonde kann die Sondierspitze kaputtgehen und muss ausgewechselt werden. Im allgemeinen ist es erforderlich, die Messsonde an einen Wartungsdienst zu schicken, wo erfahrene Techniker die Sonde zerlegen und die kaputte Spitze auswechseln. Dies führt zu einem Benutzungsausfall der Sonde während der Reparaturzeit und anfallenden Reparaturkosten.
  • Das US-Patent 6,466,000 beschreibt einen auswechselbaren Sondierspitzenhalter und Messsondenkopf, der es einem Benutzer erlaubt, eine kaputte Sondierspitze auszuwechseln, ohne sie an einen Wartungsdienst zu schicken. Der auswechselbare Sondierspitzenhalter hat einen Aufsatz und Anbringungsarme, die sich von dem hinteren Ende des Aufsatzes weg erstrecken und die auf der Außenseite eines Sondenkopfgehäuses positioniert werden können. Der Aufsatz weist eine Reihe von darin ausgebildeten Hohlräumen auf und ein Bohrloch, das sich von dem innersten Hohlraum zum vorderen Ende des Aufsatzes erstreckt. Ein federndes Druckelement ist in dem innersten Hohlraum angeordnet und eine Sondierspitze wird durch das federnde Druckelement geführt und in dem Bohrloch angeordnet, wobei sich der Sondierpunkt von dem Aufsatz nach außen erstreckt. Das andere Ende der Sondierspitze ist ausgestellt und bildet einen Kopf, der das federnde Druckelement zwischen dem Aufsatz und dem Sondierspitzenkopf einklemmt. An dem innersten Hohlraum anliegend befindet sich ein zweiter Hohlraum, der einen Teil eines Trägers aufnimmt, der in einem Sondenkopfgehäuse angeordnet ist.
  • Die Stirnfläche des Trägers weist zumindest einen ersten elektrischen Kontakt auf, der mit dem Sondierspitzenkopf zusammenpasst. Ein dritter Hohlraum nimmt einen Bereich des Sondenkopfgehäuses auf. Es ist zu bemerken, dass die Sondierspitze nicht sicher in dem Aufsatz des auswechselbaren Sondierspitzenhalters befestigt ist und dass die Sondierspitze nur dann sicher in dem auswechselbaren Sondenspitzenhalter befestigt ist, wenn der Halter auf dem Sondenkopf angeordnet ist.
  • Mit zunehmender Bandbreite der Messung ist es entsprechend notwendig, dass Messsonden gleiche oder größere Bandbreiten aufweisen. Eine Hauptschwierigkeit bei der Konstruktion von Messsonden mit sehr großer Bandbreite von 5 GHz und mehr besteht in den Kapazitäts- und Induktivitätsauswirkungen der Sondierspitzen oder Spitzen. Eine Lösung des Problems besteht darin, die Sondierspitzen von der aktiven Schaltungstechnik in dem Sondierkopf der Messsonde zu trennen. Das US-Patent 6,704,670 beschreibt ein breitbandiges aktives Sondiersystem, bei dem die Sondierspitzen oder Spitzen von der Sondenverstärkereinheit getrennt werden können. Eines oder mehrere Sondenkabel, die an die Sondenverstärkereinheit zur Übermittlung von von einer Sondeneinheit empfangenen Signalen angeschlossen sind, sind an eine Sondierspitzeneinheit angeschlossen. Verschiedene Typen von Sondenspitzeneinheiten können an die Sondenverstärkereinheit angeschlossen sein. Die Sondenspitzeneinheit kann Schaltungstechnik enthalten, die von Leiterbahnen bis zu verschiedenen resistiven, kapazitive und/oder elektronischen Elementen reicht. Ein Vorteil einer solchen Sondenkonstruktion, statt einer größeren Messsonde mit Sondenverstärkerschalttechnik, liegt darin, dass sie ein Platzieren der wesentlich kleineren Sondenspitzeneinheit auf schwer zu erreichenden Kontakten auf einem zu testenden Gerät ermöglicht.
  • Die Sondenspitzeneinheit kann ein einziges oder verschiedene Enden aufweisen und umfasst Sondenanschlusspunkte zum elektrischen Anschluss von Sondierspitzeneinheiten an die Sondenspitzeneinheit. Die Sondierspitzeneinheiten umfassen eine Sondierspitze und können Impedanzelemente wie Widerstände umfassen. Die Sondierspitzeneinheiten werden an den Sondenanschlusspunkten der Sondenspitzeneinheit durch Auflöten oder durch Druckanschlüsse befestigt. Verschiedene Typen von Sondierspitzeneinheiten können auf die Sondenspitzenpunkte gelötet werden. Dazu gehören auflötbare, aufsteckbare, oberflächenmontierbare und keilförmige Sondenspitzeneinheiten. Die verschiedenen Sondierspitzeneinheiten ermöglichen es, die elektrischen Charakteristiken des Sondiersystems zu ändern oder eine beschädigte Sondierspitzeneinheit durch Ablöten der vorhandenen Sondierspitzeeinheit und Anlöten von Auswechselsondierspitzeneinheiten an die Sondenanschlusspunkte auszuwechseln. Ein Nachteil dieser Konstruktion besteht darin, dass jede Sondierspitzeneinheit an einen der Sondenanschlusspunkte gelötet werden muss. Außerdem birgt ein ständiges Anlöten und Ablöten der Sondierspitzeneinheiten an die Sondenanschlusspunkte die Gefahr der Beschädigung des Sondierkontaktpunktes und bedeutet damit den Verlust der Sondenspitzeneinheit. Des Weiteren muss die Sondenspitzeneinheit bei bestimmten Sondieranwendungen mit einzelnen oder mehreren Enden an die Sondierpunkte des zu testenden Geräts angelötet werden. Dadurch kann es für einen Benutzer erforderlich sein, das zu testende Gerät mit mehreren Sondenspitzeneinheiten zu besetzen, wodurch die Kosten für die Sondierlösung steigen.
  • Die US-Patentanmeldungsveröffentlichung US 20004/0008046 beschreibt ein Patronensystem, das einen Hauptsondierkopfkörper mit darin angeordneter Elektronik und eine Sondierspitzenpatrone mit einer Sondierspitze umfasst. Die Sondierspitzenpatrone ist als umschaltbar und auswechselbar offenbart und kann mehrere unterschiedliche Typen von Sondierspitzen umfassen. Die Sondierspitzenpatrone hat Halteflächen in Form von Nuten oder Schlitzen, die auf jeder Seite der Sondenspitzenpatrone ausgebildet sind. Der Sondenkopf weist einen Satz Spannbacken auf, die mit den Halteflächen der Sondenspitzenpatrone in Eingriff gelangen, um die Sondenpatrone festzuhalten.
  • Eine Schwierigkeit bei diesem System besteht in dem höheren Risiko, eine schlechte Verbindung zu erhalten, da zwei Verbindungen zwischen der Sondenspitze und der Sonde selbst erforderlich sind (Verbindung zwischen Sonde und Patrone und Verbindung zwischen Patrone und Sondenspitze), als dies bei einem System der Fall ist, das nur eine Verbindung zwischen Sondenspitze und Sonde umfasst.
  • Es wird ein anbringbares/abnehmbares Sondierspitzensystem für ein Messsondensystem benötigt, bei dem Sondierspitzen leicht auf einem zu testenden Gerät angebracht werden können, ohne an andere Elemente des Messsondiersystems angeschlossen zu werden. Das Sondierspitzensystem muss kostengünstig sein und leicht auf dem übrigen Messsondiersystem anzubringen sein, ohne dass ein Löten erforderlich ist.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung sind in den begleitenden Ansprüchen dargelegt. In bevorzugten Ausführungsformen kann ein anbringbares/abnehmbares Sondierspitzensystem auf einem Gerät befestigt und an einer Messsonde angebracht werden. Das Sondierspitzensystem weist eine Gehäuse mit einem Sondierspitzenbefestigungselement und gegenüberliegenden Anbringungsarmen auf, die sich in einer im wesentlichen orthogonalen Richtung von dem Sondierspitzenbefestigungselement weg erstrecken. Die Anbringungsarme definieren eine Innenfläche des Sondierspitzenbefestigungselements, in welchem mindestens ein erstes nicht zusammendrückbares, federndes Element angeordnet ist. Erste und zweite Sondierspitzen sind über dem nicht zusammendrückbaren, federnden Element angeordnet und an dem Gehäuse mittels Rastvorrichtungen befestigt.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung sind die ersten und zweiten Sondierspitzen elektrisch leitende Leitungen, die von ersten und zweiten resistiven Elementen ausgehen. Die resistiven Elemente sind an dem Gehäuse mittels Rastvorrichtungen befestigt, die erste und zweite Sätze auf der Innenfläche des Sondenspitzenbefestigungselements ausgebildete Einkerbungen aufweist. Die Einkerbungen jedes Satzes Einkerbungen sind jeweils allgemein vertikal ausgerichtet und durch eine auf der Innenfläche des Sondenspitzenbefestigungselements ausgebildete Ausnehmung getrennt, die das nicht zusammendrückbare, federnde Element aufnimmt. Eine der Einkerbungen jedes Satzes Einkerbungen weist einen Kanalbereich auf, der sich von der Innenfläche zu einem im wesentlichen kreisförmigen Bereich erstreckt. Die andere der Einkerbungen jedes Satzes Einkerbungen weist ein Bohrloch auf, das sich zu einer Stirnfläche des Sondierspitzenbefestigungselements erstreckt. Eine elektrisch leitende Leitung, die sich von jedem der ersten und zweiten resistiven Elemente in die entgegengesetzte Richtung von der Sondierspitzenleitung erstreckt, führt durch die Bohrlöcher in dem Sondierspitzenbefestigungselement und wird in den kreisförmigen Bereichen der jeweiligen ersten und zweiten Sätze Einkerbungen befestigt, indem sie durch die Kanalbereiche der Einkerbungen führt. Eine der Einkerbungen der ersten und zweiten Sätze Einkerbungen erstreckt sich von der oberen Fläche der Ausnehmung in der Innenfläche des Sondenspitzenbefestigungselements zu der oberen Fläche des Sondenspitzenbefestigungselements. Die andere der Einkerbungen der ersten und zweiten Sätze Einkerbungen erstreckt sich von der Bodenfläche der Ausnehmung zu einem Unterteil.
  • In einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind die ersten und zweiten Sondierspitzen ausgebildet als Teil eines flexiblen Trägermaterials mit entsprechenden ersten und zweiten Sondierspitzenarmen, die durch eine in dem flexiblen Trägermaterial ausgebildete Einkerbung definiert sind, und mit mindestens ersten und zweiten elektrisch leitenden Bahnen. Eine der elektrisch leitenden Bahnen verläuft entlang eines der Sondierspitzenarme und die andere elektrisch leitende Bahn verläuft entlang des anderen Sondierspitzenarmes, wobei sie so die ersten und zweiten Sondierspitzen bilden. Die proximalen Enden der ersten und zweiten Leiterbahnen bilden jeweilige Kontaktstellen auf dem flexiblen Trägermaterial, die anliegend an das nicht zusammendrückbare, federnde Element und von diesem wegweisend angeordnet sind. Die distalen Enden der ersten und zweiten Leiterbahnen bilden Kontaktstellen auf den ersten und zweiten Sondierspitzenarmen. Bei jeweiligen ersten und zweiten resistiven Elementen mit gegenüberliegenden elektrisch leitenden Leitungen kann eine der elektrisch leitenden Leitungen an die Kontaktstellen auf den ersten und zweiten Sondierspitzenarmen gekoppelt sein. Die anderen leitenden Leitungen jedes jeweiligen ersten und zweiten resistiven Elements bilden die jeweiligen ersten und zweiten Sondierspitzen. Jede der leitenden Kontaktstellen auf den ersten und zweiten Sondierspitzenarmen kann mit einer elektrisch leitenden Öffnung ausgebildet sein, die eine der elektrisch leitenden Leitungen der ersten und zweiten resistiven Elemente aufnimmt.
  • Alternativ können die resistiven Elemente und andere passive elektrische Elemente auf einem flexiblen Trägermaterial angeordnet sein und elektrisch mit den jeweiligen ersten und zweiten Leiterbahnen gekoppelt sein. Die resistiven und elektrischen Elemente können die Form diskreter Bauelemente, gedruckter Widerstände, Kondensatoren oder ähnliches annehmen.
  • Das flexible Trägermaterial hat eine darin ausgebildete Öffnung und seitliche Verlängerungen, die entsprechende nach unten weisende Absätze auf den Seiten des flexiblen Trägermaterials ausbildet. Die Öffnung ist über einer nach außen weisenden Ausragung auf der Innenfläche des Sondierspitzenbefestigungselements angeordnet. Ausnehmungen sind in den gegenüberliegenden Anbringungsarmen ausgebildet, die sich von der oberen Fläche aus nach unten erstrecken, um abgesetzte Flächen in den Anbringungsarmen, die am Sondierspitzenbefestigungssystem anliegen, auszubilden. Die Ausnehmungen nehmen die seitlichen Verlängerungen des flexiblen Trägermaterials auf, wobei die nach unten weisenden Absätze der seitlichen Verlängerungen mit den abgesetzten Flächen der Ausnehmungen in Eingriff gelangen. Die Kombination der flexiblen Trägermaterialöffnung, die mit der Ausragung auf der Innenfläche des Sondierspitzenbefestigungselementes in Eingriff steht, und der seitlichen Verlängerungen des flexiblen Trägermaterials, die mit den Ausnehmungen in den Verlängerungsarmen in Eingriff steht, verrastet die ersten und zweiten Sondierspitzen mit dem Gehäuse.
  • Die Gegenstände, Vorteile und neuartigen Merkmale der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Kombination mit den beigefügten Ansprüchen und beiliegenden Zeichnungen ersichtlich.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
  • 1 ist eine perspektivische Explosionsansicht einer ersten Ausführungsform des anbringbaren/abnehmbaren Sondierspitzensystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist eine perspektivische Ansicht des Gehäuses der ersten Ausführungsform des anbringbaren/abnehmbaren Sondierspitzensystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 3A mit 3F sind Draufsichten verschiedener Sondierspitzen in der ersten Ausführungsform des anbringbaren/abnehmbaren Sondierspitzensystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 4 ist eine perspektivische Ansicht der zusammengesetzten ersten Ausführungsform des anbringbaren/abnehmbaren Sondierspitzensystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 5 ist eine perspektivische Explosionsansicht einer weiteren Ausführungsform des anbringbaren/abnehmbaren Sondierspitzensystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 6 ist eine perspektivische Ansicht eines Gehäuses einer weiteren Ausführungsform des anbringbaren/abnehmbaren Sondierspitzensystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 7 ist eine perspektivische Ansicht der zusammengesetzten weiteren Ausführungsform des anbringbaren/abnehmbaren Sondierspitzensystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
  • 1 ist eine perspektivische Explosionsansicht in Darstellung einer ersten Ausführungsform des anbringbaren/abnehmbaren Sondierspitzensystems 10 der vorliegenden Erfindung. Das Sondierspitzensystem 10 hat ein Gehäuse 12 mit einem Sondierspitzenbefestigungselement 14 und im Wesentlichen orthogonalen Anbringungsarmen 16, 18, die sich vom Sondierspitzenbefestigungselement 14 aus erstrecken, wie am besten in 2 zu sehen. Das Gehäuse 12 wird vorzugsweise aus einem nicht leitenden, für den Spritzguss geeigneten Material, wie ABS-Kunststoff, Polycarbonat, ABS-Polycarbonat-Mischung oder ähnlichem gebildet. Die distalen Enden der Anbringungsarme 16, 18 sind mit nach innen ausgerichteten Schrägflächen 20 ausgebildet. Die Innenfläche 24 jedes der Anbringungsarme 16, 18 weist einen segmentierten Steg 26 auf, wobei jedes Segment 28, 30 eine abgeschrägte rückwärtige Fläche 32 aufweist. Die segmentierten Stege 26 greifen in Kanäle 34 auf beiden Seiten des Gehäuses 36 des Sondierspitzenelements 38 ein. Jeder Kanal 34 hat eine im Kanal ausgebildete Nabe 40, die zwischen den Segmenten 28, 30 der segmentierten Stege 26 gefasst wird, um das Sondierspitzensystem 10 an dem Sondierspitzenelement 38 zu befestigen. Das Sondierspitzenelement 38 umfasst einen im Gehäuse 36 angeordneten Träger mit darauf angebrachter Schaltungstechnik zum Aufbereiten elektrischer Signale, die von einem zu testenden Gerät in ein Sondierspitzenelement 38 über erste und zweite am Gehäuse 12 befestigte Sondierspitzen 42, 44 eingekoppelt werden. Elektrische Kontaktstifte ragen aus der vorderen Fläche des Sondierspitzenelements 38 und kontaktieren die Sondierspitzen 42, 44 des Sondierspitzensystems 10. Die aufbereiteten Signale werden über Koaxialkabel 46, 48 in einen Sondenkörper mit zusätzlicher Schaltungstechnik zur weiteren Aufbereitung der erfassten Signale eingekoppelt. Die aufbereiteten elektrischen Signale in dem Sondenkopf werden über ein Koaxialkabel in ein Messinstrument, wie ein Oszilloskop oder ähnliches, eingekoppelt. Alternativ kann das Sondierspitzensystem 10 direkt an einem Sondenkörper einer Messsonde befestigt sein. Der Sondenkörper hat dann die Kanäle 34 auf den Seiten ausgebildet, wobei die Kanäle die Kanalnaben 40 aufweisen, die zwischen den Segmenten 28, 30 der segmentierten Stege 26 auf den Anbringungsarmen 16, 18 gefasst werden.
  • Das Sondierspitzenbefestigungselement 14 hat Außen- und Innenflächen 50, 52, wobei die Innenfläche 52 durch die Stellung der Anbringungsarme 16, 18 im Verhältnis zum Sondenspitzenbefestigungselement 14 definiert wird. Die Innenfläche 52 weist darin ausgebildete Öffnungen 54 auf, die nicht zusammendrückbare, federnde Elemente 56 aufnehmen. Vorzugsweise sind die nicht zusammendrückbaren, federnden Elemente 56 aus Elastomermaterial, wie Silikonmaterial. Jede Öffnung 54 ist vorzugsweise mit einer mittig angeordneten Ausragung 58 ausgebildet, die in einer Ausnehmung aufgenommen wird, die in der rückwärtigen Fläche jedes nicht zusammendrückbaren, federnden Elements 56 ausgebildet ist. Die Ausragungen 58 und Ausnehmungen helfen, die nicht zusammendrückbaren, federnden Elemente 56 in den Öffnungen 54 zu halten.
  • Die Innenfläche des Sondierspitzenbefestigungselements weist auch eine nach außen weisende, zwischen den Öffnungen 54 angeordnete Ausragung 60 auf. Die Ausragung 60 hat eine abgeschrägte vordere Fläche 62 und eine Bodenfläche 64, die eine abgesetzte Fläche definiert. Die Anbringungsarme 16, 18 weisen darin ausgebildete Ausnehmungen 66 an dem Übergang zwischen den Armen 16, 18 und dem Sondierspitzenbefestigungselement 14 auf. Die Ausnehmungen 66 ragen von der oberen Fläche der Anbringungsarme 16, 18 aus nach unten und bilden eine abgesetzte Fläche 68 in einem gewissen Abstand entlang der Arme.
  • In einer ersten Ausführung der ersten und zweiten Sondierspitzen 42, 44 sind Teile der Sondierspitzen auf einem flexiblen Trägermaterial 70 ausgebildet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das flexible Trägermaterial 70 ein Polyamidmaterial, wie etwa KAPTON®, hergestellt und vertrieben durch E.I. DuPont De Nemours and Company, Wilmington, Delaware. Das flexible Trägermaterial 70 weist erste und zweite Sondierspitzenarme 72, 74 auf, die durch eine Einkerbung 76 zwischen den Sondierspitzenarmen definiert sind. Erste und zweite elektrisch leitende Bahnen 78, 80 sind auf dem flexiblen Trägermaterial 70 ausgebildet, wobei eine der elektrisch leitenden Bahnen 78 sich entlang eines der Sondierspitzenarme 72 und die andere elektrisch leitende Bahn 80 sich entlang des anderen Sondierspitzenarmes 74 erstreckt. Elektrische Kontaktstellen 82, 84 sind auf den jeweiligen proximalen und distalen Enden 86, 88 jeder der elektrisch leitenden Bahnen 78, 80 ausgebildet. In der bevorzugten Ausführungsform ist ein nicht leitendes Material über den elektrisch leitenden Bahnen 78, 80 mit Ausnahme der elektrischen Kontaktstellen 82, 84 angeordnet, um zu verhindern, dass die Bahnen einen Kurzschluss in der Schaltungstechnik auf dem zu testenden Geräts verursachen. Jede der elektrischen Kontaktstellen 82 auf den distalen Enden 86 der elektrisch leitenden Bahnen 78, 80 nimmt ein resistives Element 90 mit gegenüberliegenden elektrisch leitenden Leitungen 92, 94 auf. Eine der Leitungen 92 jedes der resistiven Elemente 90 ist elektrisch an eine jeweilige elektrisch leitenden Kontaktstelle 84 der ersten und zweiten elektrisch leitenden Bahnen 78, 80 gekoppelt und die anderen Leitungen 94 der resistiven Elemente 90 werden als die Sondierspitzen 42, 44 verwendet.
  • Das flexible Trägermaterial 70 ist auch mit sich seitlichen erstreckenden Ausragungen 96 ausgebildet, die nach unten weisende abgesetzte Flächen 98 ausbilden. Eine Öffnung 100 ist in dem flexiblen Trägermaterial 70 zwischen den proximalen elektrischen Kontaktstellen 82 der elektrisch leitenden Bahnen 78, 80 ausgebildet. Die Größe und Form der Öffnung 100 stimmt mit der Größe und Form der nach außen ragenden Ausragung 60 auf der Innenfläche 52 des Sondierspitzenbefestigungselements 14 überein. Das flexible Trägermaterial 70, welches die ersten und zweiten Sondierspitzen 42, 44 umfasst, ist in dem Gehäuse 12 eingerastet und in diesem befestigt durch Einstecken der sich seitlich erstreckenden Ausragungen 96 des flexiblen Trägermaterials 70 in die Ausnehmungen 66 in den Anbringungsarmen 16, 18 und durch Einstecken der sich nach außen erstreckenden Ausragung 60 auf der Innenfläche 52 des Sondierspitzenbefestigungselement 14 in die Öffnung 100 in dem flexiblen Trägermaterial 70. Die nach unten weisenden abgesetzten Flächen 98 der sich seitlich erstreckenden Ausragungen 96 gelangen mit den abgesetzten Flächen 68 der Ausnehmungen 66 in Eingriff, wobei die Öffnung 100 mit der abgesetzten Fläche 64 der sich nach außen erstreckenden Ausragung 60 in Eingriff gelangt. Die Verrastung des flexiblen Trägermaterials 70 in dem Gehäuse 12 bringt das flexible Trägermaterial 70 über den nicht zusammendrückbaren, federnden Elementen 56 in Stellung, wobei die proximalen elektrischen Kontaktstellen 82 der elektrisch leitenden Bahnen 78, 80 von den nicht zusammendrückbaren, federnden Elementen 56 weg weisen.
  • 3A mit 3E stellen verschiedene Ausführungen der Sondierspitzen 42, 44 dar, bei denen ein flexibles Trägermaterial 70 verwendet wird. 3A zeigt sehr kurze Sondierspitzenarme 72, 74, wobei die eine der elektrisch leitenden Leitungen 92 der resistiven Elemente 90 an den distalen elektrischen Kontaktstellen 84 der elektrisch leitenden Bahnen 78, 80 durch Verlöten oder ähnliches befestigt sind. Die elektrisch leitenden Leitungen 92 der mit den elektrischen Kontaktstellen 84 verbundenen resistiven Elemente 90 werden eingestellt, so dass die resistiven Elemente 90 so nah wie möglich an den elektrischen Kontaktstellen 84 in Stellung gebracht werden. Die gegenüberliegenden elektrisch leitenden Leitungen 94 des resistiven Elements 90 fungieren als die Sondierspitzen 42, 44 und können durch den Benutzer auf eine gewünschte Länge eingestellt werden. Der Abstand zwischen den Sondierspitzenarmen 72, 74, wie er durch den Schlitz 76 zwischen den Armen definiert ist, kann entsprechend den Bedürfnissen des Benutzers variiert werden. Bei der kommerziellen Ausführungsform der Erfindung sind die Sondierspitzenarme 72, 74 0,080, 0,2 und 1 Inch lang. Die bevorzugten in der Erfindung verwendeten resistiven Elemente 90 weisen elektrisch leitende Leitungen 92, 94 mit Durchmessern von 0,008 und 0,020 Inch auf. Die Sondierspitzen 42, 44 in den 3B und 3C sind mit in den distalen elektrischen Kontaktstellen 84 der elektrisch leitenden Bahnen 78, 80 ausgebildeten elektrisch leitenden Öffnungen 102, 104 dargestellt. Die elektrisch leitenden Öffnungen 102, 104 schaffen eine Öffnung, durch welche die elektrisch leitenden Leitungen 92 der resistiven Elemente 90 gesteckt werden und an den elektrischen Kontaktstellen 84 angelötet werden können. 3D stellt Sondierspitzen 42, 44 dar, bei denen die distalen elektrischen Kontaktstellen 84 die Sondierspitzen 42, 44 sind. Die elektrischen Kontaktstellen 84 sind durch Verlöten elektrisch an Sondierpunkte auf dem zu testenden Gerät angeschlossen. 3E stellt eine weitere Ausführungsform der Sondierspitzen 42, 44 dar, bei denen passive elektrische Elemente, wie resistive oder kapazitive Elemente 91, 93 auf den Sondierspitzenarmen 72, 74 angebracht und durch die elektrisch leitenden Bahnen 78, 80 verbunden sind. Die resistiven und kapazitiven Elemente 91, 93 können Teil einer kompensierten RC-Dämpfungsschaltung bilden. Die resistiven und kapazitiven Elemente 91, 93 können die Form eines diskreten Bauelements oder unter Verwendung allgemein bekannter Dickschichtverarbeitungsverfahren aufgedruckter Elemente annehmen. Die resistiven und kapazitiven Elemente 91, 93 können auch in den Sondierspitzenarmen 78, 80 in Verbindung mit den an den elektrischen Kontaktstellen 84 auf den Sondierspitzenarmen aufgelöteten resistiven Elementen 90 angebracht sein.
  • 3F stellt eine weitere Ausführungsform der Sondierspitzen 42, 44 dar. Die elektrisch leitenden Bahnen 78, 80 sind als Übertragungsleitungen mit gesteuerter Impedanz ausgeführt. In der Darstellung der 3F sind die Übertragungsleitungen mit gesteuerter Impedanz als koplanare Wellenleiter mit einer Signalleiterbahn 95 und anliegenden Erdungsleitungen 97, die auf beiden Seiten der Signalleiterbahn 95 angeordnet sind, ausgeführt. Elektrische Kontaktstellen 82 sind auf den proximalen Enden 86 jeder der Signalleiterbahnen und Erdungsleitungen 95, 97 ausgebildet, wobei die distalen Enden 88 der Signalleiterbahnen 95 elektrische Kontaktstellen 84 aufweisen. Wie mit Bezug auf 3E beschrieben, können passive elektrische Elemente, wie resistive und kapazitive Elemente auf den Sondierspitzenarmen elektrisch verbunden mit den Signalleiterbahnen und Erdungsleitungen 95, 97 angebracht sein, um Teil einer kompensierten RC-Dämpfungsschaltung zu bilden. Die Übertragungsleitung mit gesteuerter Impedanz kann auch als Mikrostreifenübertragungsleitung ausgebildet sein, wobei die Erdungsleitung unter der Signalleiterbahn liegt.
  • 4 stellt ein Beispiel eines zusammengesetzten anbringbaren/abnehmbaren Sondierspitzensystems 10 dar. Das flexible Trägermaterial 70 wird in dem Gehäuse 12 angebracht, wobei die Sondierspitzenarme 78, 80 sich von dem Gehäuse 12 nach unten erstrecken. Resistive Elemente 90 sind auf die distalen elektrischen Kontaktstellen 84 auf den Sondierspitzenarmen 78, 80 aufgelötet, wobei die Leitungen 94 der resistiven Elemente als die Sondierspitzen fungieren.
  • Mit Bezug auf 5 ist eine weitere Ausführungsform des anbringbaren/abnehmbaren Sondierspitzensystems 10 der vorliegenden Erfindung dargestellt. Gleiche Elemente aus den vorhergehenden Zeichungsfiguren sind gleich beschriftet. In der Ausführungsform der 5 sind die in der Innenfläche des Sondierspitzenbefestigungselements ausgebildeten Öffnungen durch eine im Wesentlichen rechtwinklige Ausnehmung 110 mit Deckenflächen 112, Bodenflächen 114 und Seitenflächen 116 ersetzt. Zwei Sätze Einkerbungen 118, 120 sind in der Innenfläche 52 des Sondierungsspitzenbefestigungselements 14 ausgebildet, wobei jeder Satz Einkerbungen allgemein vertikal angeordnete erste und zweite Einkerbungen 122, 124 aufweist, wie am besten in 6 zu sehen ist. Die erste Einkerbung 122 in jedem Satz Einkerbungen 118, 120 ist zwischen der oberen Fläche 126 des Sondierspitzenbefestigungselements 14 und der oberen Deckenfläche 112 der Ausnehmung 110 angeordnet. Die Einkerbung weist einen Kanalbereich 128 auf, der sich von der Innenfläche zu einem im Wesentlichen kreisförmigen Bereich 130 erstreckt. Ein Bereich der Einkerbung, der sich von der oberen Fläche des Sondierspitzenbefestigungselements 14 erstreckt, kann eine U-förmige Form 132 aufweisen, die sich jenseits des Randes des Kanals 128 und der kreisförmigen Bereiche 130 der Einkerbung 122 erstreckt. Die zweite Einkerbung 124 erstreckt sich von der Bodenfläche 114 der Ausnehmung 110 zu einem Punkt in einem gewissen Abstand entlang des Sondierspitzenbefestigungselements 14, um eine Sockelfläche 134 auszubilden. Die zweite Einkerbung 124 weist eine im Wesentlichen U-förmige Form auf. Bohrlöcher 136 sind in dem Sondierspitzenbefestigungselement 14 ausgebildet und erstrecken sich von den zweiten Einkerbungen 124 zur vorderen Fläche 50 des Sondierspitzenbefestigungssystems 14, wie am besten in 7 zu sehen ist.
  • In der Ausnehmung 110 in dem Sondierspitzenbefestigungselement ist ein nicht zusammendrückbares, federndes Element 54 angeordnet. Das nicht zusammendrückbare, federnde Element 54 weist eine im Wesentlichen rechtwinklige Form auf, die der Ausnehmung 110 in dem Sondierspitzenbefestigungselement 14 entspricht. Die freiliegende Fläche 138 des nicht zusammendrückbaren, federnden Elements 54 weist darin ausgebildete Einkerbungen 140 auf, die auf die Einkerbungen 122, 124 in der Innenfläche 52 des Sondierspitzenbefestigungselements 14 ausgerichtet sind. Eine der elektrisch leitenden Leitungen 94 jedes der resistiven Elemente 90 verläuft durch eines der jeweiligen Bohrlöcher 136 in dem Sondierspitzenbefestigungselement 14. Die freiliegenden elektrisch leitenden Leitungen 92 auf der Seite der Innenfläche 52 des Sondierspitzenbefestigungselement 14 sind nach oben gebogen und verlaufen durch die Kanalbereiche 128 des Paares erster Einkerbungen 122 und verrasten in dem kreisförmigen Bereich 130, wobei die elektrisch leitenden Leitungen 92 in Kontakt mit dem nicht zusammendrückbaren, federnden Element 54 stehen. Alle überflüssigen elektrisch leitenden Leitungen 92 werden an der oberen Fläche des Sondenspitzenbefestigungselements 14 abgetrennt. Die Einkerbungen 122, 124 richten die jeweiligen elektrisch leitenden Leitungen 92 auf die Kontaktstifte des Sondierkopfelements 38 aus. Durch Kombination der Bohrlöcher 136 und der Einkerbungen 122, 124 in dem Sondierspitzenbefestigungselement 14 werden die resistiven Elemente 90 in dem Sondierspitzensystem befestigt. Die anderen elektrisch leitenden Leitungen 94 der resistiven Elemente 90 bilden die Sondierspitzen 42, 44.
  • Das anbringbare/abnehmbare Sondierspitzensystem 10 der vorliegenden Erfindung liefert eine kostengünstige Lösung für das Platzieren mehrerer Sondierspitzen 42, 44 unterschiedlicher Form auf einem zu testenden Gerät. Die Sondierspitzen 42, 44 mehrerer Adapter 10 können an verschiedene Sondierpunkte auf einem zu testenden Gerät angelötet sein. Jedes Sondierspitzensystem 10 kann dann nacheinander an der Messsonde durch Verschieben der Anbringungsarme 16, 18 entlang der Kanäle 34 in dem Sondierkopfelement 38 oder dem Sondenkörper angebracht werden bis die Kanalnaben 40 zwischen den Segmenten 28, 30 der Anbringungsarmstege 26 gefasst sind. Das Sondierspitzensystem 10 wird von der Messsonde abgenommen durch Hebeln der Anbringungsarmstege 26 über die Kanalnaben 40 hinaus, wobei die abgeschrägten Endflächen 20 der Anbringungsarme 16, 18 eingesetzt werden. Wenn die Sondierspitzen 42, 44 eines der Sondierspitzensysteme 10 beschädigt werden, sind sie einfach durch ein anderes Sondierspitzensystem 10 zu ersetzen, ohne dass die Messsonde zur Wartung eingesendet werden muss.
  • Ein anbringbares/abnehmbares Sondierspitzensystem 10 ist beschrieben worden, das ein Gehäuse 12 aufweist, in dem Sondierspitzen 42, 44 befestigt sind. Das Gehäuse 12 hat Anbringungsarme 16, 18, die das Sondierspitzensystem 10 an eine Messsonde anschließen. Das Gehäuse 12 hat auch ein Sondierspitzenbefestigungselement 14, welches ein nicht zusammendrückbares, federndes Element 56 aufnimmt. Verschiedene Typen von Sondierspitzen 42, 44 sind an dem Gehäuse 12 über ein Rastelement befestigt. Die Sondierspitzen 42, 44 können ein flexibles Trägermaterial 70 mit darauf ausgebildeten elektrisch leitenden Bahnen 72, 74 als Sondierspitzen 42, 44 umfassen. Resistive Elemente 90 können auch elektrisch an die elektrisch leitenden Bahnen 72, 74 gekoppelt sein, wobei die elektrisch leitenden Leitungen 94 der resistiven Elemente 90 die Sondierspitzen 42, 44 sind. Die Sondierspitzen 42, 44 können auch einfach die elektrisch leitenden Leitungen 94 der resistiven Elemente 90 sein.
  • Es wird für den Fachmann unschwer zu erkennen sein, dass viele Änderungen an den Einzelheiten der oben beschriebenen Ausführungsformen dieser Erfindung vorgenommen werden können, ohne von deren zugrundeliegenden Prinzipien abzuweichen. Der Umfang der vorliegenden Erfindung soll daher nur durch die folgenden Ansprüche bestimmt werden.

Claims (21)

  1. Auswechselbares Sondierspitzensystem (10) zum Anbringen an ein Element (38) einer Messsonde mit: einem Gehäuse (12), das ein Sondierspitzenbefestigungselement (14) mit einer Innenfläche (52) und gegenüberliegenden Anbringungsarmen (16, 18) aufweist, die sich im Wesentlichen orthogonal zu und von der Innenfläche (52) des Sondierspitzenbefestigungselements (14) aus erstrecken, wobei die sich erstreckenden Anbringungsarme (16, 18) in das Element (38) eingreifen; mindestens einem nicht zusammendrückbaren, federnden Element (56), das in einer Ausnehmung in der Innenfläche (52) des Sondierspitzenbefestigungselements (14) angeordnet ist; erste und zweite Sondierspitzen (42, 44), die über dem nicht zusammendrückbaren, federnden Element (56) angeordnet sind; und gekennzeichnet dadurch, dass das auswechselbare Sondierspitzensystem (10) des Weiteren Rastvorrichtungen (60, 66, 96, 100; 118, 120) zum Sichern der ersten und zweiten Sondierspitzen (42, 44) an dem Gehäuse (12) umfasst.
  2. Auswechselbares Sondierspitzensystem (10) nach Anspruch 1, wobei das nicht zusammendrückbare, federnde Element (56) ein nicht leitendes Elastomer umfasst.
  3. Auswechselbares Sondierspitzensystem (10) nach Anspruch 2, wobei das nicht leitende Elastomer Silikon umfasst.
  4. Auswechselbares Sondierspitzensystem (10) nach Anspruch 1, wobei die erste und die zweite Sondierspitze (42, 44) jeweilige erste und zweite resistive Elemente (90) mit elektrisch leitenden Leitungen (92, 94) umfassen, die sich in entgegengesetzte Richtungen von den resistiven Elementen (90) aus erstrecken.
  5. Auswechselbares Sondierspitzensystem (10) nach Anspruch 4, wobei das Rastelement (118, 120) erste und zweite Sätze von, in der Innenfläche (52) des Sondierspitzenbefestigungselements (14) ausgebildeten Einkerbungen (118, 120) aufweist, wobei jeder Satz Einkerbungen erste (122) und zweite (124) Einkerbungen aufweist, die allgemein vertikal ausgerichtet und durch eine Ausnehmung (116) beabstandet sind, die das nicht zusammendrückbare, federnde Element (56) aufnimmt, wobei eine der Einkerbungen (122) jedes Satzes Einkerbungen einen Kanalbereich (128) aufweist, der sich von der Innenfläche (52) zu einem im Wesentlichen kreisförmigen Bereich (130) erstreckt, und die andere der Einkerbungen (124) jedes Satzes Einkerbungen (118, 120) Bohrlöcher (136) aufweist, die sich zu einer Vorderseite (50) des Sondierspitzenbefestigungselements (14) erstrecken, dergestalt, dass eine der elektrisch leitenden Leitungen (92) jedes der ersten und zweiten resistiven Elemente (90) durch die Bohrlöcher (136) in dem Sondierspitzenbefestigungselement (14) verläuft und in den kreisförmigen Bereichen (130) der jeweiligen ersten und zweiten Sätze Einkerbungen (118, 120) gesichert ist, indem es durch die Kanalbereiche (128) der Einkerbungen (122) verläuft.
  6. Auswechselbares Sondierspitzensystem (10) nach Anspruch 5, wobei das Sondierspitzenbefestigungselement (14) Ober-, Unter- und Vorderseiten und die Ausnehmung Decken- und Bodenflächen (112, 114) aufweist, wobei sich eine der Einkerbungen (122) des ersten und zweiten Satzes Einkerbungen (118, 120) von der Deckenfläche (112) der Ausnehmung (116) in der Innenfläche (52) des Sondierspitzenbefestigungselements (14) zur Oberseite (126) des Sondierspitzenbefestigungselements (14) und die andere der Einkerbungen (124) des ersten und zweiten Satzes Einkerbungen (118, 120) sich von der Bodenfläche (114) der Ausnehmung (116) zu einem Unterteil (134) erstreckt.
  7. Auswechselbares Sondierspitzensystem (10) nach Anspruch 1, wobei die erste und die zweite Sondierspitze (42, 44) des Weiteren ein flexibles Trägermaterial (70) mit jeweiligen durch eine in dem flexiblen Trägermaterial (70) ausgebildete Einkerbung (76) definierten ersten und zweiten Sondierspitzenarmen (72, 74) und mindestens erste und zweite elektrisch leitende Bahnen (78, 80) umfassen, wobei eine der elektrisch leitenden Bahnen (78), die sich entlang eines der Sondierspitzenarme (72) erstreckt, und die andere elektrisch leitende Bahn (80), die sich entlang des anderen Sondierspitzenarmes (74) erstreckt, die erste und die zweite Sondierspitze (42, 44) bilden, wobei die proximalen Enden (86) der ersten und zweiten elektrisch leitenden Bahnen (78, 80) jeweilige elektrische Kontaktstellen (82) auf dem flexiblen Trägermaterial (70) bilden, die an den nicht zusammendrückbaren, federnden Elementen (56) anliegend und von ihnen weg weisend angeordnet sind und die distalen Enden (88) der ersten und zweiten leitenden Bahnen (78, 80) elektrische Kontaktstellen (84) auf den jeweiligen ersten und zweiten Sondierspitzenarmen (72, 74) bilden.
  8. Auswechselbares Sondierspitzensystem (10) nach Anspruch 7, wobei jede der ersten und zweiten elektrisch leitenden Bahnen (78, 80) des Weiteren passive elektrische Elemente (91, 93) umfasst, die auf dem flexiblen Träger (70) angeordnet sind und mit den jeweiligen ersten und zweiten leitenden Bahnen (78, 80) elektrisch gekoppelt sind.
  9. Auswechselbares Sondierspitzensystem (10) nach Anspruch 8, wobei die passiven elektrischen Elemente (91, 93) diskrete, oberflächenmontierte resistive Elemente umfassen.
  10. Auswechselbares Sondierspitzensystem (10) nach Anspruch 8, wobei die passiven elektrischen Elemente (91, 93) gedruckte, auf dem flexiblen Träger ausgebildete resistive Elemente umfassen.
  11. Auswechselbares Sondierspitzensystem (10) nach Anspruch 8, wobei die passiven elektrischen Elemente (91, 93) diskrete, oberflächenmontierte resistive und kapazitive Elemente umfassen.
  12. Auswechselbares Sondierspitzensystem (10) nach Anspruch 8, wobei die passiven elektrischen Elemente (91, 93) gedruckte resistive und kapazitive, auf dem flexiblen Träger ausgebildete Elemente umfassen.
  13. Auswechselbares Sondierspitzensystem (10) nach Anspruch 8, wobei die erste und die zweite Sondierspitze (42, 44) des Weiteren jeweilige erste und zweite resistive Elemente (90) umfassen, die gegenüberliegende elektrisch leitende Leitungen (92, 94) aufweisen, wobei eine der elektrisch leitenden Leitungen (92) jedes ersten und zweiten resistiven Elements (90) elektrisch an die jeweiligen elektrischen Kontaktstellen (84) an den distalen Enden (88) der ersten und zweiten elektrisch leitenden Bahnen (78, 80) gekoppelt ist und die andere der elektrisch leitenden Leitungen (94) jedes jeweiligen ersten und zweiten resistiven Elements (90) die jeweiligen ersten und zweiten Sondierspitzen bildet.
  14. Auswechselbares Sondierspitzensystem (10) nach Anspruch 13, des Weiteren elektrisch leitende Öffnungen (102, 104) umfassend, die in den jeweiligen elektrischen Kontaktstellen (84) der ersten und zweiten Sondierspitzen (72, 74) ausgebildet sind, um eine der elektrisch leitenden Leitungen (92), die sich von den jeweiligen ersten und zweiten resistiven Elementen (95, 97) aus erstrecken, aufzunehmen.
  15. Auswechselbares Sondierspitzensystem (10) nach Anspruch 7, wobei die elektrisch leitenden Bahnen (78, 80) auf jedem der Sondierspitzenarme (72, 74) des flexiblen Trägermaterials (70) des Weiteren eine Leitung (95, 97) zur Übertragung einer gesteuerten Impedanz umfassen.
  16. Auswechselbares Sondierspitzensystem (10) nach Anspruch 15, wobei die Leitung (95, 97) zur Übertragung einer gesteuerten Impedanz des Weiteren einen koplanaren Wellenleiter mit einer Signalleiterbahn (95) und anliegenden Erdungsleitungen (97), die auf jeder Seite der Signalleiterbahn (95) angeordnet sind, umfasst.
  17. Auswechselbares Sondierspitzensystem (10) nach Anspruch 16, wobei jede der Signalleiterbahnen und Erdungsleitungen (95, 97) jedes koplanaren Wellenleiters an eine entsprechende elektrische Kontaktstelle (82) gekoppelt ist, die in dem Bereich für elektrische Kontaktstellen des flexiblen Trägers (70) angeordnet ist.
  18. Auswechselbares Sondierspitzensystem (10) nach Anspruch 15, wobei die Leitung (95, 97) zur Übertragung einer gesteuerten Impedanz des Weiteren einen Mikrostreifenwellenleiter mit einer auf einer Oberfläche des flexiblen Trägers angeordneten Signalleiterbahn und einer unterhalb der Signalleiterbahn auf der gegenüberliegenden Oberfläche des flexiblen Trägers angeordneten Erdungsleitung umfasst.
  19. Auswechselbares Sondierspitzensystem (10) nach Anspruch 18, wobei jede der Signalbahnen und Erdungsleitungen jedes Mikrostreifenwellenleiters an eine entsprechende in dem Bereich für elektrische Kontaktstellen des flexiblen Trägers angeordnete elektrische Kontaktstelle gekoppelt ist.
  20. Auswechselbares Sondierspitzensystem (10) nach Anspruch 8, des Weiteren in der Innenfläche (52) des Sondierspitzenbefestigungselements (14) ausgebildete erste und zweite Ausnehmungen (54) umfassend, die erste und zweite nicht zusammendrückbare, federnde Elemente (56) aufnehmen.
  21. Auswechselbares Sondierspitzensystem (10) nach Anspruch 8, wobei die Anbringungsarme eine Oberseite haben und die Rastvorrichtung umfasst: eine in dem flexiblen Trägermaterial (70) ausgebildete Öffnung (100) und seitliche Verlängerungen (96), die jeweilige nach unten weisende Absätze (98) an den Seiten des flexiblen Trägermaterials (70) bilden; und ein nach außen ragender Vorsprung (60) an der Innenfläche (52) des Sondierspitzenbefestigungselements (14) mit einer abgesetzten Fläche und Ausnehmungen (66), die in den gegenüberliegenden Anbringungsarmen (16, 18) ausgebildet sind, die sich von der Oberseite nach unten erstrecken, um abgesetzte Flächen (68) in den Anbringungsarmen (16, 18) zu bilden, die an dem Sondierspitzenbefestigungselement (14) anliegen, wobei der nach außen ragende Vorsprung (60) die Öffnung (100) in dem flexiblen Trägermaterial (70) aufnimmt und die Ausnehmungen (66) die seitlichen Verlängerungen (96) des flexiblen Trägermaterials (70) aufnehmen, wobei die nach unten weisenden Absätze (98) der seitlichen Verlängerungen (96) in die abgesetzten Flächen (68) der Ausnehmungen (66) eingreifen.
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