JP6509226B2 - バックグラウンド調節を実施する測定増幅器及びそのための方法 - Google Patents

Description

本発明は、バックグラウンド校正及び調整を実施する測定増幅器及びそのような測定増幅器のバックグラウンド校正及び調整を実施する方法に関する。

測定増幅器を用いて、電気入力信号を測定値に変換している。その場合、増幅器、アナログ・デジタル変換器、フィルタなどの構成部品が使用され、それらを用いて、入力信号の増幅、デジタル化、フィルタリング等を行なって、利用可能な測定値を取得している。それらの電気入力信号は、一つの測定変換器又は複数の測定変換器によってフィルタリングすることができる。それに対応して、測定増幅器は、一つのチャネル又は複数のチャネルを備えることができる。

測定増幅器の回路は、少なくとも多数の個別部品を有し、各部品は、固有の許容差を有する。特に、精密測定増幅器では、非常に小さな許容差しか許されない。それらの部品の当初の許容差は、厳密な選択手法によって、更に良好に制御することができる一方、温度及び劣化により生じる個別部品のドリフト挙動の影響は殆ど取り去ることができない。

本出願人の精密測定増幅器は、物理的な限界付近の５ｐｐｍ、即ち、０．０００５％の精度クラスにより測定できる、或いは入力信号を測定値に変換することができる。その精度を保証するとともに、長年に渡って一定に保持するためにも、機器内での自動的な校正及び調整、或いは自動調節が必要である。その場合、内部基準信号を用いて周期的に測定増幅器のドリフトを補正しており、そのようにして、その動作時間に渡って、測定増幅器の高い精度クラスを一定に保持している。そのプロセスでは、測定増幅器の始動フェーズ後に、僅かな再調整だけを更に行なっている。

それ以前に使用されていた方法では、周期的に少しの時間の間測定を中断して、二つの基準点（ゼロ値と最終値）を用いて、ゼロ点と増幅率を修正している。その後に、再び測定を続行することができる。しかし、その時点では、測定増幅器内のフィルタのフィルタ初期変動時間の終了を待たなければならず、それは、部分的に相当な時間となる。そのような測定動作の中断は、ユーザにとって煩わしく、所定の用途では是認することができない。従って、そのような中断を回避することが望ましい。

特許文献１には、測定動作を中断すること無く測定増幅器の測定値を修正できる方法が開示されている。その場合、第一の増幅回路が、その回路に持続的に供給される入力信号を連続して、即ち、中断すること無く、測定値に変換している。第二の増幅回路が、第一の増幅回路に対して並列に接続されている。その回路には、入力信号、基準信号及びゼロ信号が交互に供給される。第二の増幅回路の測定値は、基準信号及びゼロ信号に基づき修正される。次に、入力信号のレベルが異なる場合、第二の増幅回路の修正された測定値と第一の増幅回路の修正されていない測定値の間の差を算出し、それに基づきゼロ点誤差と増幅誤差を決定している。そして、決定した誤差に基づき、第一の増幅回路の測定値を修正することができる。そのようにして、連続して測定することができる。測定動作を中断する必要がない。

特許文献１に記載された方法では、入力信号が大きく変化する場合にしか、ゼロ点誤差と増幅誤差を最適に決定することができない。入力信号の変化がほぼ一定である場合、確かに第一の増幅回路の測定値は、全体として正しく修正されるが、そのことは、ゼロ点誤差と増幅誤差の配分には当て嵌まらない。増幅誤差は、常に入力信号の大きな変化が規則的に発生する場合にのみ決定することができる。入力信号の大きな変化が発生した場合、測定値は、先ずはゼロ点誤差と増幅誤差の正しくない決定によって、偏差を有する。それらのゼロ点誤差と増幅誤差は、入力信号内の急上昇とその新たな算出後に追尾され、それにより修正される。しかし、それまで、実装形態に依存する所定の時間の間、測定値は偏差を有する。

特許文献１に開示された方法では、更に、誤差の伝搬を引き起こす。その方法では、測定増幅器が、追加の増幅回路を介して間接的に校正されている。（先ずは、追加の第二の増幅回路によって校正された後、それから本来の第一の増幅回路の誤差が導き出される）二段階の方法によって、各段階において誤差が合算され、そのため校正結果の誤差が増大される。

特許文献１に記載された方法は、更に、第一の増幅回路と第二の増幅回路が出来る限り長い時間期間に渡って並列的に測定値を供給して、入力信号レベルが異なる場合に、それらの測定値の差に基づき、ゼロ点誤差と増幅誤差、或いは第一の増幅回路の測定値に関する修正値を決定できることも必要としている。従って、個々の増幅回路毎に複数のチャネルを備えた測定増幅器では、同じ構成の別の増幅回路が必要である。そのため、Ｎ個のチャネルには、常に２×Ｎ個の増幅回路が必要である。そのようなハードフェアの負担は、精密測定増幅器では、多くの場合現実的ではない。精密測定増幅器の構成は、基本的に標準的な要件のための測定増幅器の構成よりも複雑であり、負荷がかかる。従って、スペースとコストの理由から、二倍の数の増幅回路は、めったに使用されない。

欧州特許第２０５６４６０号明細書

本発明の課題は、上記の通り考察した欠点の全て又は少なくとも一部が生じない、測定増幅器を無中断で校正及び調整する改善された方法とそれに対応する測定増幅器を提供することである。

本課題は、独立請求項１による方法と独立請求項９による測定増幅器によって解決される。有利な改善構成は、従属請求項に記載されている。

請求項１によると、Ｎ≧１として、少なくともＮ＋１個の増幅機器を備え、Ｎ個の測定信号に対応するＮ個の測定値を出力するように構成された、Ｎ個の測定信号用の測定増幅器を無中断で校正及び調整する方法において、指数ｉを１〜Ｎとして、以下の工程が実施される。これらのＮ個の測定信号の中のｉ番目の測定信号が、これらの少なくともＮ＋１個の増幅機器の中のｉ番目の増幅機器に供給される。このｉ番目の増幅機器によりｉ番目の測定信号から生成された測定値が出力される。少なくとも二つのｉ番目の基準信号が、これらの少なくともＮ＋１個の増幅機器の中の別の増幅機器に供給される。この別の増幅機器は、これらの少なくとも二つのｉ番目の基準信号を用いて校正され、その際、この別の増幅機器のゼロ点誤差と増幅誤差が算出される。この別の増幅機器は、その機器に関して算出された誤差の中の少なくとも一つがその誤差に関する所定の閾値を上回った場合に調整される。このｉ番目の測定信号は、この別の増幅機器に供給される。この別の増幅機器によりｉ番目の測定信号から生成された測定値が出力される。少なくとも二つの基準信号が、このｉ番目の増幅機器に供給される。このｉ番目の増幅機器は、これらの少なくとも二つの基準信号を用いて校正され、その際、このｉ番目の増幅機器のゼロ点誤差と増幅誤差が算出される。このｉ番目の増幅機器は、その機器に関して算出された誤差の中の少なくとも一つがその誤差に関する所定の閾値を上回った場合に調整される。

この校正及び調整方法により、各増幅機器が直接的に校正される。この場合、増幅機器は、それぞれ、例えば、ゼロ値及び最終値を表すことができる基準信号を用いて校正され、それにより、ゼロ点誤差も増幅誤差も正しく決定される。このことは、ほぼ一定に変化する測定信号に関してさえ成り立つ。

特許文献１に記載された方法と異なり、増幅機器の校正時に、修正値は、それぞれ間接的な校正によって「習得」されるのではなく、直接的な校正によって計算される。そのため、ここでは、誤差の伝搬を引き起こさせない、即ち、後に出現する誤差とそれに起因する測定誤差を発生させない。言い換えると、追加される誤差を発生させない。そのため、この校正及び調整方法は、これまで測定を中断する従来の校正でしか達成できなかつた最大限の精度を実現する。従って、中断を回避することができると同時に、精密測定増幅器に課された高い精度要件を満たすことができる。

更に、この校正及び調整方法を実現するには、通常測定増幅器毎に僅かに一つの追加の増幅機器しか必要としない、即ち、２×Ｎ個の増幅機器の代わりに、Ｎ＋１個の増幅機器しか必要としない。このことは、複数チャネルの測定増幅器において、ハードフェアの負担、所要スペース、エネルギー消費量及び製造コストを軽減する。このことは、特に、精密測定増幅器では、増幅機器毎に著しく、より大きな回路負担を必要とするので、精密測定増幅器の場合に効果を発揮する。

請求項２によると、ｊ≧１として、この別の増幅機器が、これらの少なくともＮ＋１個の増幅機器の中の（Ｎ＋ｊ）番目の増幅機器である。このｉ番目の増幅機器を校正するために、少なくとも二つのｉ番目の基準信号が使用される。そして、このｉ番目の増幅機器を調整する工程後に、再びｉ番目の測定信号がｉ番目の増幅機器に供給されて、そのｉ番目の機器により生成された測定値が出力される。

このようにして、この増幅機器は、その機器の校正後に、その機器に校正前に既に供給されていた測定信号を再び供給される。これが実施される前に、この増幅機器は、測定パスから完全に除外されており、従って、高い精度で校正することができる。特に、ほぼ一定に変化する測定信号でも、ゼロ点誤差と増幅誤差の両方を確実に算出できる。

請求項３によると、ｊ≧１とされる。ｉ＝１に関しては、別の増幅機器が、これらの少なくともＮ＋１個の増幅機器の中の（Ｎ＋ｊ）番目の増幅機器であり、ｉ番目の増幅機器を校正するために、少なくとも二つの（ｉ＋１）番目の基準信号が使用され、このｉ番目の増幅機器を調整する工程後に、これらの少なくともＮ＋１個の増幅機器の中の（ｉ＋１）番目の増幅機器にそれまでに供給されていた、Ｎ個の測定信号の中の測定信号がｉ番目の増幅機器に供給されて、このｉ番目の増幅機器によりこの測定信号から生成された測定値が出力される。１＜ｉ＜Ｎに関しては、この別の増幅機器がこれらの少なくともＮ＋１個の増幅機器の中の（ｉ−１）番目の増幅機器であり、ｉ番目の増幅機器を校正するために、少なくとも二つの（ｉ＋１）番目の基準信号が使用され、このｉ番目の増幅機器を調整する工程後に、これらの少なくともＮ＋１個の増幅機器の中の（ｉ＋１）番目の増幅機器にそれまでに供給されていた、Ｎ個の測定信号の中の測定信号がｉ番目の増幅機器に供給されて、このｉ番目の増幅機器によりこの測定信号から生成された測定値が出力される。ｉ＝Ｎに関しては、別の増幅機器がこれらの少なくともＮ＋１個の増幅機器の中の（ｉ−１）番目の増幅機器であり、ｉ番目の増幅機器を校正するために、少なくとも二つの（Ｎ＋ｊ）番目の基準信号が使用され、このｉ番目の増幅機器を調整する工程後に、これらの少なくともＮ＋１個の増幅機器の中の（Ｎ＋ｊ）番目の増幅機器にそれまでに供給されていた、Ｎ個の測定信号の中の測定信号がｉ番目の増幅機器に供給されて、このｉ番目の増幅機器によりこの測定信号から生成された測定値が出力される。

校正後に、最早切り戻す必要はない。それによって、増幅機器が交替して動作することができる、即ち、一つの増幅機器の校正又は調整後に、そのために別の増幅機器に「移されていた」チャネルがそこに留まって、ちょうど校正された増幅機器が、次に校正すべき増幅機器の代替機器としての役割を果たす。このようにして、校正プロセスの回数を半減することによって、本方法を加速することができる。

請求項４によると、本測定増幅器は、少なくとも２×Ｎ個の増幅機器を有する。別の増幅機器は、これらの少なくとも２×Ｎ個の増幅機器の中の（ｉ＋Ｎ）番目の増幅機器である。ｉ番目の増幅機器を校正するために、少なくとも二つのｉ番目の基準信号が使用される。そして、ｉ番目の増幅機器を調整する工程後に、再びｉ番目の測定信号がｉ番目の増幅機器に供給されて、この機器により生成された測定値が出力される。

この場合、確かにハードフェアの負担が僅かに高くなる。しかし、そのために、この校正及び調整方法は、一方において、チャネルが電気的に分離された測定増幅器のためにも使用することができ、更に、高い精度で動作することができる。他方において、個々のチャネル毎に追加の増幅機器が存在することは、複数のチャネルに関する校正及び調整を同時に実施し、そのようにして、より高い繰り返し回数又はより短いサイクル時間で校正及び調整を実施することを可能にしている。これは、精度を一層向上させることができる。

請求項５によると、本測定増幅器の増幅機器は、それぞれ少なくとも一つのフィルタを有する。別の増幅機器にｉ番目の測定信号を供給する工程後で、且つ別の増幅機器によりｉ番目の測定信号から生成された測定値を出力する工程前に、この別の増幅機器の少なくとも一つのフィルタが初期変動を終えるまで待つ。そして、これらの少なくともＮ＋１個の増幅機器の中のそれ以外の増幅機器にそれまで供給されていた、Ｎ個の測定信号の中のそれ以外の測定信号をｉ番目の増幅機器に供給する工程後で、且つこのｉ番目の増幅機器によりそれ以外の測定信号から生成された測定値を出力する工程前に、このｉ番目の増幅機器の少なくとも一つのフィルタが初期変動を終えるまで待つ。

代替の増幅機器に切り換えて、再び切り戻す場合、アナログ又はデジタルフィルタとすることができる、各切換先増幅機器の一つのフィルタ又は複数のフィルタがそれぞれ完全に初期変動を終えるまで待つ。それによって、それぞれ切換先増幅機器が切換元増幅機器の測定課題を切れ目無く引き継ぐことが可能となる。しかし、雑音内においてのみ、急上昇が見られるが、それは平均値と一致する。

請求項６によると、本測定増幅器の増幅機器は、それぞれ少なくとも一つのデジタルフィルタを有する。別の増幅機器にｉ番目の測定信号を供給する工程後で、且つ別の増幅機器によりｉ番目の測定信号から生成された測定値を出力する前に、このｉ番目の増幅機器の少なくとも一つのデジタルフィルタのフィルタ係数と状態メモリをこの別の増幅機器の少なくとも一つのデジタルフィルタに複写する工程が実施される。そして、これらの少なくともＮ＋１個の増幅機器の中のそれ以外の増幅機器にそれまで供給されていた、Ｎ個の測定信号の中のそれ以外の測定信号をｉ番目の増幅機器に供給する工程後で、且つこのｉ番目の増幅機器によりそれ以外の測定信号から生成された測定値を出力する工程前に、それ以外の増幅機器の少なくとも一つのデジタルフィルタのフィルタ係数と状態メモリをｉ番目の増幅機器の少なくとも一つのデジタルフィルタに複写する工程が実施される。

特に、精密測定において必要である、非常に緩慢なデジタルフィルタでは、所要の高い分解能を達成するために、数秒、それどころか数分のフィルタ初期変動時間が必要である。この初期変動時間を排除するために、切換元増幅機器のデジタルフィルタのフィルタ係数だけでなく、状態メモリも切換先増幅機器に複写される。その場合、次の測定値以降、切換先増幅機器の測定値が出力される、即ち、切換元増幅機器の測定課題が切換先増幅機器により引き継がれる。そのため、切換先増幅機器のデジタルフィルタは、正しい値を予めロードされて、初期変動時間が不要となる。更に、このようにして、両方の増幅機器のデジタルフィルタのフィルタ係数も状態メモリも引継時点で互いに一致するので、雑音内における急上昇の無い引き継ぎも可能となる。

請求項７によると、別の増幅機器にｉ番目の測定信号を供給する工程後で、且つ別の増幅機器によりｉ番目の測定信号から生成された測定値を出力する工程前に、ｉ番目の増幅機器と別の増幅機器の固有誤差の差を修正する工程が実施される。そして、これらの少なくともＮ＋１個の増幅機器の中のそれ以外の増幅機器にそれまで供給されていた、Ｎ個の測定信号の中のそれ以外の測定信号をｉ番目の増幅機器に供給する工程後で、且つｉ番目の増幅機器によりそれ以外の測定信号から生成された測定値を出力する工程前に、これらのそれ以外の増幅機器とｉ番目の増幅機器の固有誤差の差を修正する工程が実施される。

例えば、直線性誤差などの、動作時点における切換元増幅機器と切換先増幅機器の固有誤差の最小限の差さえも、更に修正され、それによって、それぞれそれ以外の増幅機器への切換が完全に感じられずに進行する。

請求項８によると、本測定増幅器を所定の時間間隔で自動的に校正して、必要な場合に調整するために、全ての工程がサイクリックに繰り返される。

この校正及び調整方法の工程をサイクリックに繰り返すことによって、特に、精密測定増幅器の場合に、測定増幅器の高い精度クラスをその動作時間に渡って一定に保持することができる。

請求項９によると、請求項１から８までのいずれか一つによる方法を実施するための測定増幅器は、次の特徴を有し、それぞれ一つの増幅回路、一つのアナログ・デジタル変換器及び少なくとも一つのデジタルフィルタを備えた一つのデジタル信号処理ユニットを有する少なくともＮ＋１個の増幅機器と、これらのＮ＋１個の増幅機器の中の一つにそれぞれ割り当てられた少なくともＮ＋１個のスイッチと、少なくとも一つの基準信号発生機器と、少なくとも一つの選択機器とを備える。これらのＮ＋１個の増幅機器の中の各増幅機器は、この少なくとも一つの基準信号発生機器により生成された基準信号を用いて校正することが可能であるとともに、調整することが可能である。これらの少なくともＮ＋１個の増幅機器の中の一つの増幅機器は、それ以外の増幅機器の中の各々に対して並列に切り換えることが可能であるか、これらの少なくともＮ＋１個の増幅機器の中の各増幅機器は、それぞれそれ以外の増幅機器の中の各々に対して並列に切り換えることが可能であるか、或いはこれらの少なくともＮ＋１個の増幅機器の中の各増幅機器は、それ以外のちょうど一つの増幅機器に対して並列に切り換えることが可能である。各切換は、これらの少なくともＮ＋１個のスイッチの中の対応するスイッチを介して実施することが可能である。これらの少なくとも一つの選択機器は、Ｎ個の測定信号に対応するＮ個の測定値を出力するように構成される。

本測定増幅器では、各増幅機器を基準信号を用いて直接的に校正することができる。それによって、ほぼ一定に変化する測定信号に関してさえ、ゼロ点誤差も増幅誤差も正しく決定することができ、誤差の伝搬も引き起こさない。それによって、最大限の精度が達成され、それにも関わらず測定動作の中断を回避することが可能である。そのために、複数チャネルの測定増幅器でも、通常一つの追加の増幅機器しか必要としない。

請求項１０によると、本測定システムは、請求項９による一つの測定増幅器と、この測定増幅器にＮ個の測定信号を供給するように構成された少なくとも一つの測定変換器とを有する。

本測定システムは、既に前に本測定増幅器又は本増幅機器により実施される校正及び調整方法と関連して述べた利点を有する。

以下において、模式図と関連した実施例に基づき本発明を詳しく説明する。

第一の実施例による測定システム１０１の簡略化されたブロック接続図 第二の実施例による測定システム２０１の簡略化されたブロック接続図 第三の実施例による測定システム３０１の簡略化されたブロック接続図 測定増幅器を無中断で校正及び調整する方法の基本的な工程のフロー図

図１は、見易くするために各細部を表示していない、第一の実施例による測定システム１０１の簡略化されたブロック接続図を図示している。この測定システム１０１は、一つの測定変換器１０２と、一つのチャネル及び例えば、０．０００５％の精度クラスを有する一つの測定増幅器１０３とを有する。

この測定変換器１０２は、例えば、力、重量、回転モーメント又は圧力などの機械的な変量のための変換器、例えば、ホイートストンブリッジ回路内で互いに接続された歪み変換器を用いて、その変量を電気信号に変換する、例えば、歪みゲージなどの変換器とするか、或いはそれ以外の形式の変換器とすることができる。

この測定増幅器１０３は、電圧源１０４、第一の基準信号発生機器１０５、第二の基準信号発生機器１０６、追加の増幅機器１０７、第一の増幅機器１０８及び選択機器１０９を有する。

電圧源１０４が発生する供給電圧１１０は、測定変換器１０２に供給される。この変換器は、測定した変量を第一の測定信号１１１に変換し、その信号は、測定増幅器１０３に供給されるか、或いは一時的に追加の増幅機器１０７に供給されるとともに、一時的に第一の増幅機器１０８に供給される。第一の基準信号発生機器１０５により生成された第一の基準信号１１２と第二の基準信号発生機器１０６により生成された第二の基準信号１１３は、同じく一時的に追加の増幅機器１０７に供給されるとともに、一時的に第一の増幅機器１０８に供給される。以下において、そのことを詳しく説明する。

これらの第一の基準信号発生機器１０５と第二の基準信号発生機器１０６は、電力損失を考慮できるように、測定変換器１０２からフィードバックされた電圧１１４を供給される。

選択機器１０９は、例えば、マルチプレクサ又はそれ以外の形式の選択回路とすることができる。この選択機器を用いて、追加の増幅機器１０７により第一の測定信号１１１から生成された測定値１１５か、或いは第一の増幅機器１０８により第一の測定信号１１１から生成された測定値１１６が選択されて、出力される、即ち、例えば、図１に図示されていない出力機器、例えば、表示器などに供給される。

この追加の増幅機器１０７は、追加の増幅回路１１７、追加のアナログ・デジタル変換器１１８及び追加のデジタル信号処理ユニット１１９を有する。この追加の増幅回路１１７は、一つの増幅器を有し、例えば、復調器などの別の構成部品と、例えば、ローパスフィルタなどの別のアナログフィルタとを備えることができ、そのことは、図１には詳しく図示されていない。この追加のデジタル信号処理ユニット１１９は、様々な計算のために使用することができ、一つのデジタルフィルタ又は複数のデジタルフィルタを備えており、図１には、そのようなフィルタは図示されていない。

この第一の増幅機器１０８は、追加の増幅機器１０７と同じ形態に構成され、第一の増幅回路１２０、第一のアナログ・デジタル変換器１２１及び第一のデジタル信号処理ユニット１２２を有する。この第一の増幅回路１２０は、一つの増幅器を有し、例えば、復調器などの別の構成部品と、例えば、ローパスフィルタなどの別のアナログフィルタとを備えることができ、そのことは、図１には詳しく図示されていない。この第一のデジタル信号処理ユニット１２２は、様々な計算のために使用することができ、一つのデジタルフィルタ又は複数のデジタルフィルタを備えており、図１には、そのようなフィルタは図示されていない。

これらの追加のデジタル信号処理ユニット１１９と第一のデジタル信号処理ユニット１２２は、例えば、デジタル信号プロセッサとすることができる。

第一のデジタル信号処理ユニット１２２と追加のデジタル信号処理ユニット１１９のデジタルフィルタは、それぞれフィルタ係数と状態メモリを備えている。この場合、以下において詳しく説明されるとともに、図１で両矢印１２３により表示される通り、第一のデジタル信号処理ユニット１２２のデジタルフィルタのフィルタ係数と状態メモリ又は状態メモリの内容とを追加のデジタル信号処理ユニット１１９のそれに対応するデジタルフィルタに複写するとともに、その逆に複写することができる。

唯一つのチャネルと二つの内部増幅機器１０７及び１０８を備えた第一の実施例による測定増幅器１０３では、バックグラウンド校正及び調整、或いは無中断の校正及び調整のフローは、以下の通り表される。

先ずは、第一の増幅機器１０８が測定分岐路又は測定パス内に有る。その機器は、第一の測定信号１１１を供給されて、その信号を増幅、デジタル化及び処理する。その機器により第一の測定信号１１１から生成された測定値１１６が選択機器１０９を介して出力される。

ここで、追加の増幅機器１０７が、例えば、第一の測定信号１１１のゼロ値を表すことができる、第一の基準信号発生機器１０５の第一の基準信号１１２と、例えば、第一の測定信号１１１の終了値を表すことができる、第二の基準信号発生機器１０６の第二の基準信号１１３とを供給される。その増幅機器は、これらの基準信号を用いて校正され、その際、追加の増幅機器１０７のゼロ点誤差と増幅誤差が算出される。これらの誤差値又はそれに対応する修正値は、追加のデジタル信号処理ユニット１１９において、測定増幅器１０３の精度クラスよりも高い精度で計算することができる。このゼロ点誤差が、ゼロ点誤差に関する所定の閾値を上回った場合及び／又はこの増幅誤差が、増幅誤差に関する所定の閾値を上回った場合、即ち、これらの誤差値の中の一つが所定の許容範囲外に有る場合、追加の増幅機器１０７が、算出された値に基づき調整される。

ここで、追加の増幅機器１０７の誤差の校正又は調整がちょうど終了した場合、その機器の入力に、追加の増幅機器１０７の中の少なくとも一つに割り当てられた、図１に図示されていないスイッチを介して、第一の測定信号１１１を並列に接続することができる、即ち、この追加の増幅機器１０７は、少なくとも一つのスイッチを用いて、第一の増幅機器１０８に対して並列に接続することができるとともに、その機器に第一の測定信号１１１を供給することができる。次に、両方の増幅機器１０７と１０８が、それらのフィルタの初期変動後に同じユーザ信号を同時に処理する。この追加の増幅機器１０７の初期変動が終了したら、即ち、初期変動時間が経過したら、それらの測定値１１５が出力される。

言い換えると、追加の増幅機器１０７が第一の測定信号１１１を供給されて、その信号を増幅、デジタル化及び処理する。そのフィルタの初期変動後に、その機器により第一の測定信号１１１から生成された測定値１１５が、選択機器１０９を介して出力される。この場合、追加の増幅機器１０７により第一の測定信号１１１から生成された測定値１１５を選択機器１０９により出力に切り換えることは、ユーザに気付かれないように進行する。例えば、直線性誤差などの動作点での二つの増幅機器１０７と１０８の固有誤差の最小限の差が更に修正される。

この時点では、第一の増幅機器１０８は、最早測定に関与せず、第一の増幅機器１０８に割り当てられた、図１に図示されていない少なくとも一つスイッチを用いて、測定パスから除外することができる。それが実施されると、その機器は、少なくとも二つの基準信号、例えば、ゼロ値と最終値を用いて、従来技術により直接的に校正することができる。この時間期間内において、同じ精度の追加の増幅機器１０７が、第一の増幅機器１０８の測定課題を引き継いでいる。

言い換えると、ここで、第一の増幅機器１０８が、それに割り当てられた少なくとも一つのスイッチを用いて、例えば、第一の測定信号１１１のゼロ値を表すことができる、第一の基準信号発生機器１０５の第一の基準信号１１２と、例えば、第一の測定信号１１１の終了値を表すことができる、第二の基準信号発生機器１０６の第二の基準信号１１３とを供給される。その機器は、これらの基準信号を用いて校正され、その際、第一の増幅機器１０８のゼロ点誤差と増幅誤差が算出される。これらの誤差値又はそれに対応する修正値は、第一のデジタル信号処理ユニット１２２において、測定増幅器１０３の精度クラスよりも高い精度で計算することができる。このゼロ点誤差が、ゼロ点誤差に関する所定の閾値を上回った場合及び／又はこの増幅誤差が、増幅誤差に関する所定の閾値を上回った場合、即ち、これらの誤差値の中の一つが所定の許容範囲外に有る場合、第一の増幅機器１０８が、算出された値に基づき調整される。

特許文献１に記載された方法と異なり、これら二つの増幅機器１０７と１０８の校正時に、修正値が、それぞれ間接的な校正によって「習得」されるのではなく、直接的な校正によって計算される。そのため、ここでは、誤差の伝搬を引き起こさない、即ち、後に出現する誤差とそれに起因する測定誤差が発生しない。

第一の増幅機器１０８の誤差の校正又は調整が終了した後、その機器は、その機器に割り当てられた少なくとも一つのスイッチを用いて、再び測定パスに切り戻される。次に、初期変動時間後に、再び、その機器により第一の測定信号１１１から生成された測定値１１６が選択機器１０９を介して出力される。この場合、第一の増幅機器１０８により第一の測定信号１１１から生成された測定値１１６を選択機器１０９により出力に切り換えることは、ユーザに気付かれないように進行する。例えば、直線性誤差などの動作点での二つの増幅機器１０７と１０８の固有誤差の最小限の差が更に修正される。

この時点では、追加の増幅機器１０７は、最早測定に関与せず、その機器に割り当てられた少なくとも一つのスイッチを用いて、測定パスから除外することができる。それにより、当初の状態が再び達成される。

この場合、第一の増幅機器１０８の校正又は調整とその後の測定パスへの切り戻しは、追加の増幅機器１０７による第一の増幅機器１０８の測定課題の引き継ぎ後に直ちに実施する必要はない。そのことは、次に順番が回って来る校正又は調整が待機状態となり、追加の増幅機器１０７が測定パスに戻って来るまで待つこともできる。このようにして、校正プロセスの回数を半減して、本方法を加速することができる。

固定的に定義された時間間隔後に、このサイクルが新たに開始される。この時間間隔の残り時間の間、追加の増幅機器１０７は使用されない、或いは第一の増幅機器１０８も使用されない。それは、以下で第二及び第三の実施例と関連して説明する通り、複数のチャネルを備えた測定増幅器において、このちょうど使用されていない増幅機器を別のチャネルでの校正ブリッジングのために使用する可能性を提供する。そのため、これらのチャネルが電気的に分離されている場合、本校正及び調整方法を実現するために、測定増幅器毎に僅かに一つの追加の増幅機器しか必要としない。そのことは、複数チャネルの測定増幅器において、ハードフェアの負担、所要スペース、エネルギー消費量及び製造コストを低減する。それは、精密測定増幅器では、増幅機器毎に著しく大きい回路負担を必要とするので、特に、精密測定増幅器において効果を発揮する。

切換先増幅機器による測定課題の引き継ぎのために、切換先増幅機器のデジタルフィルタが完全に初期変動を終えていることをそれぞれ保証しなければならない。それは、（追加の増幅機器への切り換えと追加の増幅機器からの切り換えの）両方向に切り換える際に必要である。その場合にのみ、切れ目の無い引き継ぎが可能である。しかし、雑音内においてのみ、急上昇が見られるが、それは、平均値と一致する。

しかし、特に、精密測定で必要である、非常に緩慢なデジタルフィルタにおいて、非常に高い分解能を達成するためには、数秒、それどころか数分のフィルタの初期変動時間が必要である。この初期変動時間を排除するために、切換元増幅機器のデジタルフィルタのフィルタ係数だけでなく、状態メモリ又は状態メモリの内容も切換先増幅機器に複写することができる。そして、次の測定値以降、切換先増幅機器の測定値が出力される、即ち、切換元増幅機器の測定課題が切換先増幅機器により引き継がれる。そのため、切換先増幅機器のデジタルフィルタは、正しい値を予めロードされて、初期変動時間が不要となる。更に、このようにして、両方の増幅機器のデジタルフィルタのフィルタ係数も状態メモリも引継時点で互いに一致するので、雑音内における急上昇の無い引き継ぎも可能となる。

このフィルタロード切換方式は、一般的に以下で述べる実施例にも適用可能である。この第一の実施例では、唯一つのチャネルと二つの増幅機器１０７及び１０８を備えた測定増幅器１０３を出発点としており、そのため、ここでは、第一の増幅機器１０８のフィルタ係数と状態メモリ又は状態メモリの内容とが追加の増幅機器１０７に複写されるとともに、その逆に複写される。より正確に言うと、第一のデジタル信号処理ユニット１２２のデジタルフィルタのフィルタ係数と状態メモリ又は状態メモリの内容とが追加のデジタル信号処理ユニット１１９のそれに対応するデジタルフィルタに複写されるとともに、その逆に複写される。このようにして、フィルタがそれぞれ初期変動無しに「複製」される。それによって、それぞれ別の増幅機器に切り換えられた場合、別途前述した通り、初期変動時間が経過するまで更に待つ必要はない。

図１には、二つの基準信号発生機器が図示される一方、三つ以上の基準信号発生機器を配備するか、或いは単一の基準信号発生機器により複数の基準信号を発生することもできる。ゼロ点誤差と増幅誤差の両方を算出できるためには、例えば、ゼロ値と最終値などの少なくとも二つの異なる基準信号又は基準値だけがそれぞれ校正のために入手できなければならない。

前に述べた通り、増幅機器１０７と１０８の各々は、少なくとも一つのスイッチを割り当てられており、それを介して、各増幅機器に第一の測定信号１１１を供給することができる。各増幅機器に第一の測定信号１１１が供給されない場合、それらの少なくとも一つのスイッチを介して、その増幅機器に第一の基準信号１１２又は第二の基準信号１１３を供給することができる。それに対応して、例えば、第一の測定信号１１１を切り換えるためのスイッチ、第一の基準信号１１２を切り換えるためのスイッチ及び第二の基準信号１１３を切り換えるためのスイッチを配備することができる。第一の測定信号１１１、第一の基準信号１１２又は第二の基準信号１１３を選択的に切り換えるために、複数の切換位置を備えたスイッチとして、マルチプレクサ又はそれ以外の形式の選択回路を配備することもできる。別の変化形態も可能である。

同じ考えが、以下で述べる通りの複数のチャネルを備えた測定増幅器に当て嵌まる。一般的に、Ｎ個のチャネルとそれに対応して少なくともＮ＋１個の増幅機器とを備えた測定増幅器では、一つの測定信号又は複数の測定信号と少なくとも二つの基準信号の間を切り換えるために、それぞれＮ＋１個の増幅機器の中の一つに割り当てられた少なくともＮ＋１個のスイッチも配備される。この場合、これらのスイッチは、必ずしも個別の構成部品として配備されない。それらは、例えば、集積回路の形などの別の手法で実現することもできる。

前述した全体フローは、例えば、マイクロプロセッサ又はそれ以外の形式の制御部などの中央制御機器によって制御することができる。見易くするために、図１では、図２及び図３と同様に、そのような構成部品の図示を省略している。

図２は、見易くするために各細部を表示していない、第二の実施例による測定システム２０１の簡略化されたブロック接続図を図示している。

これらの構成部品２０２〜２２３は、以下で説明する修正まで、第一の実施例と関連して述べた構成部品１０２〜１２３に相当する。しかし、測定増幅器２０３は、第一の測定信号２１１だけでなく、第二の測定信号２２５も処理できるように、二つのチャネルとそれに対応して一つの第二の増幅機器２２４とを有する。それに対応して、図２の簡略化されたブロック接続図で符号２０２により表示されたブロックは、二つの測定変換器をも表す。第二の測定信号２２５は、第一の測定信号２１１と同様に、それに対応する測定変換器で測定された変量の変換により生成されて、測定増幅器２０３に供給されるか、或いは一時的に追加の増幅機器２０７に供給されるとともに、一時的に第二の増幅機器２２４に供給される。

この電圧源２０４は、ブロック２０２により表示された二つの測定変換器に同じ供給電圧を供給することができる。それに代わって、図２の簡略化されたブロック接続図で符号２０４により表示されたブロックが、二つの電圧源を表すとともに、符号２１０を付与された矢印に応じて、二つの測定変換器用の二つの異なる供給電圧を表すこともできる。

測定増幅器２０３の如何なるチャネルをちょうど校正すべきかに応じて、第一の基準信号発生機器２０５と第二の基準信号発生機器２０６は、電力損失を考慮できるように、それぞれ対応する測定変換器からフィードバックされた電圧を供給される。そのため、図２の簡略化されたブロック接続図で符号２１４を付与された矢印は、二つのフィードバックされる電圧を表す。

増幅機器２０７及び２０８と同様に第二の増幅機器２２４を校正できるように、第一の基準信号発生機器２０５により生成された第一の基準信号２１２と第二の基準信号発生機器２０６により生成された第二の基準信号２１３が一時的にその増幅機器にも供給される。既に前に説明した通り、三つ以上の基準信号発生機器を配備するか、或いは単一の基準信号発生機器により複数の基準信号を発生することもできる。ゼロ点誤差も増幅誤差も算出できるように、校正毎に、例えば、ゼロ値と最終値などの少なくとも二つの異なる基準信号又は基準値だけが入手できなければならない。

第二の増幅機器２２４は、その機器により第二の測定信号２２５から生成された測定値２２６を出力する。この機器は、追加の増幅機器２０７及び第一の増幅機器２０８と同じ形態で構成され、第二の増幅回路２２７、第二のアナログ・デジタル変換器２２８及び第二のデジタル信号処理ユニット２２９を有する。この第二の増幅回路２２７は、一つの増幅器を有し、例えば、変調器などの別の構成部品と、例えば、ローパスフィルタなどのアナログフィルタとを備えることができ、そのことは、図２に詳しくは図示されていない。この第二の信号処理ユニット２２９は、様々な計算のために使用することができ、一つのデジタルフィルタ又は複数のデジタルフィルタを有し、図２では、そのようなフィルタは図示されていない。

選択機器２０９は、第一の測定信号２１１に対応する測定値も第二の測定信号２２５に対応する測定値も出力するように構成される。それに対応して、測定値２１６と２２６が出力され、さもなければ、ちょうど校正されて、追加の増幅機器２０７が二つの増幅機器２０７及び２０８の中の一つと置き換わっている場合には、測定値２１５と、置き換えられていない増幅機器の測定値、即ち、測定値２１６又は測定値２２６とが出力される。

二つのチャネルと三つの内部増幅機器２０７，２０８及び２２４を備えた第二の実施例による測定増幅器２０３では、バックグラウンド校正及び調整、或いは無中断の校正及び調整のフローが、以下の通り表される。

先ずは、第一の増幅機器２０８が測定分岐路又は測定パス内に有る。その機器は、第一の測定信号２１１を供給されて、その信号を増幅、デジタル化及び処理する。その機器により第一の測定信号２１１から生成された測定値２１６が選択機器２０９を介して出力される。

ここで、追加の増幅機器２０７が、校正されて、必要な場合に調整される。そのために、この場合、例えば、第一の測定信号２１１のゼロ値と最終値を表すことができる第一の基準信号２１２と第二の基準信号２１３が使用される。追加の増幅機器２０７の誤差の校正又は調整が終了した場合、その機器は、第一の測定信号２１１を供給されて、その信号を増幅、デジタル化及び処理する。その機器のフィルタの初期変動又は「複製」後に、その機器により第一の測定信号２１１から生成された測定値２１５が、選択機器２０９を介して出力される。

この時点では、第一の増幅機器２０８は、最早測定に関与せず、測定パスから除外することができる。それが実施されると、第一の増幅機器２０８が校正されて、必要な場合に調整され、その際、例えば、第一の測定信号２１１のゼロ値と最終値を表す基準信号２１２と２１３が又もや使用される。この時間期間内において、同じ精度の追加の増幅機器２０７が、第一の増幅機器２０８の測定課題を引き継いでいる。第一の増幅機器２０８の誤差の校正又は調整が終了した後、その機器は、測定パスに切り戻される。その機器のフィルタの初期変動又は「複製」後に、再び、その機器により第一の測定信号２１１から生成された測定値２１６が選択機器２０９を介して出力される。

この時点以降、追加の増幅機器２０７は、最早測定に関与せず、測定パスから除外される。ここで、その機器は、別の増幅機器、この場合、第二の増幅機器２２４を置き換えるために使用することができる。

この時点で、追加の増幅機器２０７が、新たに校正されて、必要な場合に調整される。そのために、第一の基準信号２１２と第二の基準信号２１３又は図２の簡略化されたブロック接続図に図示されていない別の基準信号が使用され、これらの信号は、ここで、第二の測定信号２２５を供給する第二の測定変換器からフィードバックされた電圧を用いて生成されて、例えば、第二の測定信号２２５のゼロ値と最終値を表すことができる。追加の増幅機器２０７の誤差の校正又は調整が終了した場合、その機器は、第二の測定信号２２５を供給されて、その信号を増幅、デジタル化及び処理する。その機器のフィルタの初期変動又は「複製」後に、その機器により第二の測定信号２２５から生成された測定値２１５が選択機器２０９を介して出力される。

この時点で、第二の増幅機器２２４は、最早測定に関与せずに、測定パスから除外することができる。それが実施されると、第二の増幅機器２２４が校正されて、必要な場合に調整され、その際、例えば、第二の測定信号２２５のゼロ値と最終値を表す基準信号２１２と２１３又は別の基準信号が又もや使用される。この時間期間内において、同じ精度の追加の増幅機器２０７が、第二の増幅機器２２４の測定課題の引き継いでいる。第二の増幅機器２２４の誤差の校正又は調整が終了した後、その機器は、測定パスに切り戻される。その機器のフィルタの初期変動又は「複製」後に、その機器により第二の測定信号２２５から生成された測定値２２６が再び選択機器２０９を介して出力される。

この時点以降、追加の増幅機器２０７は最早測定に関与せずに、測定パスから除外される。そのため、当初の状態が再び達成される。

このフローは、第一の実施例で前述した通り詳しく述べない。更なる詳細に関しては、第一の実施例の記述が参照され、そこで見出される第一の増幅機器１０８に関する説明は、第一の増幅機器２０８だけでなく、第二の増幅機器２２４にも、それに対応して当て嵌まる。

フィルタの初期変動時間を排除するためのフィルタロード切換に関する第一の実施例と関連した説明は、第二の実施例にも、特に、第二の増幅機器２２４にも当て嵌まる。第二のデジタル信号処理ユニット２２９の第二の増幅機器２２４又はデジタルフィルタのフィルタ係数と状態メモリ又は状態メモリの内容とを追加のデジタル信号処理ユニット２１９の追加の増幅機器２０７又はそれに対応する追加のデジタルフィルタに複写できとともに、その逆に複写できることは、図２において両矢印２３０により示されている。

第一の実施例と関連した切換時点、切換に使用されるスイッチ、フローのサイクリックな繰り返し及び幾つかの可能な変化形態に関する説明は、第二の実施例にも同様に当て嵌まる。

図３は、見易くするために各細部を表示していない、第三の実施例による測定システム３０１の簡略化されたブロック接続図を図示している。

この第三の実施例は、第二の実施例に基づき構成されている。ここでは、それは、一般的に追加の増幅機器を並列に切り換えることができるだけでなく、各増幅機器をそれ以外の各増幅機器に対して並列に切り換えることができる一つの変化形態である。この利点は、校正後に最早切り戻す必要が無いことである。この修正によって、増幅機器が交替で動作することができる、即ち、一つの増幅機器の校正又は調整後に、そのために別の増幅機器に「移されていた」チャネルがそこに留まって、ちょうど校正された増幅機器が、次に校正すべき増幅機器の代替機器としての役割を果たすことが可能となる。このようにして、校正プロセスの回数を半減して、本方法を加速することができる。

構成部品３０２〜３３０は、以下で説明する修正まで、第二の実施例と関連して述べた構成部品２０２〜２３０に相当する。

前に説明した変化形態は、具体的には、三つの内部増幅機器を備えた第三の実施例では、追加の増幅機器３０７を第一の増幅機器３０８又は第一の増幅機器３２４に対して並列に切り換えることができるだけでなく、第一の増幅機器３０８と第二の増幅機器３２４を互いに並列に切り換えることができることを意味する。これは、第一の増幅機器３０８に割り当てられた少なくとも一つのスイッチと、第二の増幅機器３２４に割り当てられた少なくとも一つのスイッチとにおいて修正を生じさせる。これらのスイッチを用いて、第一の増幅機器３０８に第二の測定信号３２５を供給するとともに、第二の増幅機器３２４に第一の測定信号３１１を供給することも更に可能としなければならない。これは、図３の簡略化されたブロック接続図において追加の接続線により示されている。

フィルタロード切換を実現するために、第二のデジタル信号処理ユニット３２９の第二の増幅機器３２４又はデジタルフィルタのフィルタ係数と状態メモリ又は状態メモリの内容とを第一のデジタル信号処理ユニット３２２の第一の増幅機器３０８又はそれに対応するデジタルフィルタに複写するとともに、その逆に複写することが更に可能でなければならない。これは、図３において両矢印３３１により示されている。

二つのチャネルと三つの内部増幅機器３０７，３０８及び３２４を備えた第三の実施例による測定増幅器３０３では、バックグラウンド校正及び調整、或いは無中断の校正及び調整のフローが、例えば、以下の通り表される。

先ずは、第一の増幅機器３０８が測定分岐路又は測定パス内に有る。その機器は、第一の測定信号３１１を供給されて、その信号を増幅、デジタル化及び処理する。その機器により第一の測定信号３１１から生成された測定値３１６が選択機器３０９を介して出力される。

ここで、追加の増幅機器３０７が、校正されて、必要な場合に調整される。そのために、この場合、例えば、第一の測定信号３１１のゼロ値と最終値を表すことができる第一の基準信号３１２と第二の基準信号３１３が使用される。

追加の増幅機器３０７の誤差の校正又は調整が終了した場合、その機器は、第一の測定信号３１１を供給されて、その信号を増幅、デジタル化及び処理する。その機器のフィルタの初期変動又は「複製」後に、その機器により第一の測定信号３１１から生成された測定値３１５が、選択機器３０９を介して出力される。

この時点では、第一の増幅機器３０８は、最早測定に関与せず、測定パスから除外することができる。それが実施されると、第一の増幅機器３０８が校正されて、必要な場合に調整される。この時間期間内において、同じ精度の追加の増幅機器３０７が、第一の増幅機器３０８の測定課題を引き継いでいる。

第一の増幅機器３０８は、次の測定信号として、再び第一の測定信号３１１を供給されるのではなく、第二の測定信号３２５を供給されるべきである。従って、その機器の校正のために、第一の基準信号３１２と第二の基準信号３１３又は図３の簡略化されたブロック接続図に図示されていない別の基準信号が使用され、これらの信号は、その時点で第二の測定信号３２５を供給する第二の測定変換器からフィードバックされた電圧を用いて生成されて、例えば、第二の測定信号３２５のゼロ値と最終値を表すことができる。

第一の増幅機器３０８の誤差の校正又は調整が終了した場合、その機器は、第二の測定信号３２５を供給されて、その信号を増幅、デジタル化及び処理する。その機器のフィルタの初期変動又は「複製」後に、その機器により第二の測定信号３２５から生成された測定値３１６が選択機器３０９を介して出力される。

この時点以降、第二の増幅機器３２４は、最早測定に関与せず、測定パスから除外される。ここで、その機器は、それ以外の増幅機器、この場合、追加の増幅機器３０７を置き換えるために使用することができる。

第二の増幅機器３２４が、校正されて、必要な場合に調整される。そのために、第一の基準信号３１２と第二の基準信号３１３又は図３の簡略化されたブロック接続図に図示されていない別の基準信号が使用され、これらの信号は、ここで、第一の測定信号３１１を供給する第一の測定変換器からフィードバックされた電圧を用いて生成されて、例えば、第一の測定信号３１１のゼロ値と最終値を表すことができる。

第二の増幅機器３２４の誤差の校正又は調整が終了した場合、その機器は、第一の測定信号３１１を供給されて、その信号を増幅、デジタル化及び処理する。その機器のフィルタの初期変動又は「複製」後に、その機器により第一の測定信号３１１から生成された測定値３２６が選択機器３０９を介して出力される。

この時点で、追加の増幅機器３０７は、最早測定に関与せずに、測定パスから除外することができる。この時点では、第一の測定信号３１１に対応する測定値３２６が、第二の増幅機器３２４により生成され、第二の測定信号３２５に対応する測定値３１６が、第一の増幅機器３０８により生成されて、それぞれ選択機器３０９を介して出力される。そのため、第二の増幅機器３２４が第一の増幅機器３０８の当初の測定課題を引き継ぐとともに、その逆に引き継がれる。

次の機器として、追加の増幅機器３０７が校正されて、必要な場合に調整される。ここで、その機器は、再び第一の測定信号３１１を引き継ぐのではなく、第一の増幅機器３０８の第二の測定信号３２５を引き継ぐべきである。従って、この時点では、その機器の校正のために、第一の基準信号３１２と第二の基準信号３１３又は図３の簡略化されたブロック接続図に図示されていない別の基準信号が使用され、これらの信号は、第二の測定信号３２５を供給する第二の測定変換器からフィードバックされた電圧を用いて生成されて、例えば、第二の測定信号３２５のゼロ値と最終値を表すことができる。

追加の増幅機器３０７の誤差の校正又は調整が終了した場合、その機器は、第二の測定信号３２５を供給されて、その信号を増幅、デジタル化及び処理する。その機器のフィルタの初期変動又は「複製」後に、その機器により第二の測定信号３２５から生成された測定値３１５が選択機器３０９を介して出力される。

この時点で、第一の増幅機器３０８は、最早測定に関与せず、測定パスから除外することができる。それが実施されると、第一の増幅機器３０８が、校正されて、必要な場合に調整される。その機器は、次の信号として、再び第一の測定信号３１１を引き継ぐべきである、詳しくは、第二の増幅機器３２４から引き継ぐべきである。従って、その機器の校正のために、再び第一の基準信号３１２と第二の基準信号３１３が使用され、これらの信号は、第一の測定信号３１１を供給する第一の測定変換器からフィードバックされた電圧を用いて生成されて、例えば、第一の測定信号３１１のゼロ値と最終値を表すことができる。

第一の増幅機器３０８の誤差の校正又は調整が終了した場合、その機器は、第一の測定信号３１１を供給されて、その信号を増幅、デジタル化及び処理する。その機器のフィルタの初期変動又は「複製」後に、その機器により第一の測定信号３１１から生成された測定値３１６が選択機器３０９を介して出力される。

この時点以降、第二の増幅機器３２４は、最早測定に関与せず、測定パスから除外される。ここで、その機器は、再び追加の増幅機器３０７を置き換えるために使用することができる。

第二の増幅機器３２４が、校正されて、必要な場合に調整される。その機器は、次の信号として、再び第二の測定信号３２５を引き継ぐべきである、詳しくは、追加の増幅機器３０７から引き継ぐべきである。従って、その機器の校正のために、第一の基準信号３１２と第二の基準信号３１３又は図３の簡略化されたブロック接続図に図示されていない別の基準信号が使用され、これらの信号は、ここでは、第二の測定信号３２５を供給する第二の測定変換器からフィードバックされた電圧を用いて生成されて、例えば、第二の測定信号３２５のゼロ値と最終値を表すことができる。

第二の増幅機器３２４の誤差の校正又は調整が終了した場合、その機器は、第二の測定信号３２５を供給されて、その信号を増幅、デジタル化及び処理する。その機器のフィルタの初期変動又は「複製」後に、その機器により第二の測定信号３２５から生成された測定値３２６が選択機器３０９を介して出力される。

ここで、追加の増幅機器３０７は、最早測定に関与せず、測定パスから除外される。第一の測定信号３１１に対応する測定値３１６が、第一の増幅機器３０８により生成され、第二の測定信号３２５に対応する測定値３２６が、第二の増幅機器３２４により生成されて、それぞれ選択機器３０９を介して出力される。そのため、当初の状態が再び達成される。

上記では、単なる例としてのフローを述べた。第三の実施例では、各増幅機器がそれ以外の各増幅機器に対して並列に切り換えることができるとともに、それに対応してそれらの機器を置き換えることができるので、特に、三つ以上のチャネルを備えた、従って、四つ以上の増幅機器を備えた測定増幅器では、多数の変化形態が可能である。即ち、単に一つの例を上げると、追加の増幅機器が、最初、第一の増幅機器の代わりに最後の増幅機器と置き換わって、増幅機器のローテーション全体を逆の順序で進めることができる。個別の増幅機器をそれぞれ自由に切り換え可能であることは、増幅機器の間の全く柔軟な切り換えと切り戻し、並びに測定信号又はチャネルの引き継ぎを可能とする。そのため、多数の別の変化形態が考えられる。

第一の実施例と関連したフィルタロード切換、切換時点、切換に使用されるスイッチ、フローのサイクリックな繰り返し及び幾つかの可能な変化形態に関する説明は、第三の実施例にも当て嵌まる。

図１の第一の実施例と同様に唯一つのチャネルを備えた測定増幅器に関して図示された第四の実施例では、測定増幅器は、そのチャネル毎に固有の追加の増幅機器を有する。そのため、前述した実施例と異なり、固有の追加の増幅機器だけが必要である。従って、Ｎ個のチャネルを備えた測定増幅器では、Ｎ＋１個の増幅機器の代わりに、２×Ｎ個の増幅機器が必要となる。

それによって、確かにハードフェアの負担が、それ以外の実施例よりも大きくなる。しかしながら、それにより、この第四の実施例は、電気的に分離されたチャネルを備えた測定増幅器に対しても考慮の対象となり、その測定増幅器でも、高精度で動作することができる。更に、個々のチャネル毎に追加の増幅機器が存在することによって、校正と調整が複数チャネルに対して同時に実施され、そのようにして、より高い繰り返し回数又はより短いサイクル時間で校正と調整を実施することが可能となる。このことは、より一層精度を向上させることができる。

第一の実施例と関連した一つのチャネルに関する無中断の校正と調整のフロー、フィルタロード切換、切換時点、切換に使用するスイッチ、フローのサイクリックな繰り返し及び幾つかの可能な変化形態に関する説明は、第四の実施例にも当て嵌まる。

図４は、前に説明した実施例に対して共通する、測定増幅器を無中断で校正及び調整する方法の基本的な工程のフロー図を図示している。このフローは、Ｎ≧１として、少なくともＮ＋１個の増幅機器を備え、Ｎ個の測定信号に対応するＮ個の測定値を出力するように構成された、Ｎ個の測定信号用の測定増幅器の場合、指数ｉを１〜Ｎとして、次の工程となる。

工程Ｓ１では、これらのＮ個の測定信号の中のｉ番目の測定信号が、これらの少なくともＮ＋１個の増幅機器の中のｉ番目の増幅機器に供給される。工程Ｓ２では、ｉ番目の増幅機器によりｉ番目の測定信号から生成された測定値が出力される。工程Ｓ３では、少なくとも二つのｉ番目の基準信号が、これらの少なくともＮ＋１個の増幅機器の中の別の増幅機器に供給される。工程Ｓ４では、この別の増幅機器が、これらの少なくとも二つのｉ番目の基準信号を用いて校正され、その際、この別の増幅機器のゼロ点誤差と増幅誤差が算出される。工程Ｓ５では、この別の増幅機器は、この機器に関して算出された誤差の中の少なくとも一つがその誤差に関する所定の閾値を上回った場合に調整される。工程Ｓ６では、この別の増幅機器に、ｉ番目の測定信号が供給される。工程Ｓ７では、この別の増幅機器によりｉ番目の測定信号から生成された測定値が出力される。工程Ｓ８では、少なくとも二つの基準信号がｉ番目の増幅機器に供給される。工程Ｓ９では、このｉ番目の増幅機器が、これらの少なくとも二つの基準信号を用いて校正され、その際、このｉ番目の増幅機器のゼロ点誤差と増幅誤差が算出される。工程Ｓ１０では、このｉ番目の増幅機器は、この機器に関して算出された誤差の中の少なくとも一つがその誤差に関する所定の閾値を上回った場合に調整される。

測定増幅器のチャネル毎に工程Ｓ１〜Ｓ１０が実施されて、このプロセス全体がサイクリックに繰り返され、そのことは、図４のフロー図において工程Ｓ１０を表すブロックから工程Ｓ１を表すブロックに戻る矢印により示されている。

工程Ｓ１０の後、実施例に応じて、更に少なくとも一つの別の工程を実施することができる。即ち、例えば、第一、第二及び第四の実施例では、工程Ｓ１０の後、ｉ番目の増幅機器に、工程Ｓ１で既に実施した通り、再びｉ番目の測定信号を供給することができる、即ち、その機器の校正前と同じ測定信号を供給することができる。次に、工程Ｓ２で既に実施した通り、再びｉ番目の増幅機器によりｉ番目の測定信号から生成された測定値を出力することができる。それに対して、第三の実施例では、工程Ｓ１０の後、ｉ番目の増幅機器に、それ以外の測定信号を供給することができる、即ち、その機器の校正前と異なる測定信号を供給することができる。言い換えると、工程Ｓ１０の後、ｉ番目の増幅機器に、その機器の校正前と同じ測定信号、或いはその機器の校正前と異なる測定信号を供給することができる。

更に、工程Ｓ１〜Ｓ１０の個々の工程の間に、例えば、フィルタロード切換工程又は増幅機器の固有誤差の差を修正する工程などの更に追加の工程を実施することができる。

工程Ｓ１〜Ｓ１０の記述及び請求項で使用する指数ｉは、必ずしも実施例の前の記述における増幅機器、測定信号及び基準信号の番号に対応する必要はない。即ち、例えば、ｉ＝１の場合、ｉ番目の増幅機器は、無条件に第一の増幅機器とする必要はなく、ｉ番目の測定信号は、無条件に第一の測定信号とする必要はない。同様に、ｉ番目の基準信号は、第一の測定信号の基準値に対応する基準信号とする必要はない。このことは、特に、増幅機器の間の非常に柔軟な切り換えと切り戻しを可能とする第三の実施例に関して言えることである。

更に、確かに工程Ｓ１〜Ｓ１０と請求項に定義された別の工程の順番は、基本的にそのように規定される。しかし、複数の連続する工程を、例えば、増幅機器に測定信号を供給する工程、その機器によりその測定信号から生成された測定値を出力する工程、それ以外の増幅機器に基準信号を供給する工程及びそれらの基準信号によりそれ以外の増幅機器を校正する工程を部分的に並行して実施することができる。

四つの実施例の各々において、それぞれ複数の構成部品を備えた複数の増幅機器を前に説明する一方、そこでは、それ以外の構成も可能である。例えば、測定増幅器の幾つか、或いは全ての増幅機器及び／又は別の構成部分を集積回路の形で実現するか、或いは、例えば、増幅回路とアナログ・デジタル変換器などの各増幅機器の所定の構成部品だけをそれぞれ互いに統合することもできる。同様に、例えば、デジタル信号処理ユニットの後に、それぞれデジタル・アナログ変換器が更に配備されている場合、デジタル測定値の代わりに、アナログ測定値を生成することができる。それどころか、ここで説明した測定増幅器を無中断で校正及び調整する方法の基本原理を純粋にアナログで動作する測定増幅器に適用することも考えられる。

要約すると、本発明は、バックグラウンド校正及び調整を実施する測定増幅器と、そのような測定増幅器に関するバックグラウンド校正及び調整を実施する方法とに関する。この測定増幅器は、少なくとも一つの増幅機器を用いて、少なくとも一つの測定変換器の少なくとも一つの測定信号を増幅、デジタル化及び処理する。この増幅機器は、一時的に追加の増幅機器により置き換えることができ、そのことは、その機器の無中断の校正と、必要な場合の調整とを可能にする。この校正時に、その増幅機器のゼロ点誤差も増幅誤差も確実に算出される。更に、その増幅機器は、間接的に校正されるのではなく、直接的に校正される。そのため、測定を中断すること無く高い精度が実現される。更に、通常複数チャネルを備えた測定増幅器においても、一つの追加の増幅機器しか必要としない。

Claims (10)

1. Ｎ≧１、ｊ≧１として、Ｎ＋ｊ個の増幅機器（１０７，１０８；２０７，２０８，２２４；３０７，３０８，３２４）を備え、Ｎ個の測定信号に対応するＮ個の測定値を出力するように構成された、Ｎ個の測定信号（１１１；２１１；２２５；３１１，３２５）用の測定増幅器（１０３；２０３；３０３）を無中断で校正及び調整する方法であって、
   ｉ＝１〜Ｎに関して、
   これらのＮ＋ｊ個の増幅機器の中のｉ番目の増幅機器にＮ個の測定信号の中のｉ番目の測定信号を供給する工程（Ｓ１）と、
   このｉ番目の増幅機器によりｉ番目の測定信号から生成された測定値を出力する工程（Ｓ２）と、
   これらのＮ＋ｊ個の増幅機器の中の別の増幅機器に少なくとも二つのｉ番目の基準信号（１１２，１１３；２１２，２１３；３１２，３１３）を供給する工程（Ｓ３）と、
   これらの少なくとも二つのｉ番目の基準信号を用いて、この別の増幅機器のゼロ点誤差と増幅誤差を算出して、この別の増幅機器を校正する工程（Ｓ４）と、
   この別の増幅機器に関して算出した誤差の中の少なくとも一つがその誤差に関する所定の閾値を上回った場合に、この別の増幅機器を調整する工程（Ｓ５）と、
   この別の増幅機器にｉ番目の測定信号を供給する工程（Ｓ６）と、
   この別の増幅機器によりｉ番目の測定信号から生成された測定値を出力する工程（Ｓ７）と、
   ｉ番目の増幅機器に少なくとも二つの基準信号を供給する工程（Ｓ８）と、
   これらの少なくとも二つの基準信号を用いて、このｉ番目の増幅機器のゼロ点誤差と増幅誤差を算出して、このｉ番目の増幅機器を校正する工程（Ｓ９）と、
   このｉ番目の増幅機器に関して算出した誤差の中の少なくとも一つがその誤差に関する所定の閾値を上回った場合に、このｉ番目の増幅機器を調整する工程（Ｓ１０）と、
   を実施することと、
   この測定増幅器の増幅機器がそれぞれ少なくとも一つのデジタルフィルタを有し、
   この別の増幅機器にｉ番目の測定信号を供給する工程（Ｓ６）後で、且つこの別の増幅機器によりｉ番目の測定信号から生成された測定値を出力する工程（Ｓ７）前に、ｉ番目の増幅機器の少なくとも一つのデジタルフィルタのフィルタ係数と状態メモリをこの別の増幅機器の少なくとも一つのデジタルフィルタに複写する工程が実施され、
   それまでにＮ＋ｊ個の増幅機器の中のそれ以外の増幅機器に供給されていた、Ｎ個の測定信号の中のそれ以外の測定信号をｉ番目の増幅機器に供給する工程後で、且つｉ番目の増幅機器によりそれ以外の測定信号から生成された測定値を出力する工程前に、このそれ以外の増幅機器の少なくとも一つのデジタルフィルタのフィルタ係数と状態メモリをｉ番目の増幅機器の少なくとも一つのデジタルフィルタに複写する工程が実施されることと、
   を特徴とする方法。
2. 当該の別の増幅機器が、当該のＮ＋ｊ個の増幅機器の中の（Ｎ＋ｊ）番目の増幅機器（１０７；２０７）であり、
   当該のｉ番目の増幅機器（１０８；２０８，２２４）を校正するために、当該の少なくとも二つのｉ番目の基準信号が使用され、
   当該のｉ番目の増幅機器を調整する工程後に、再びｉ番目の測定信号（１１１；２１１，２２５）がｉ番目の増幅機器に供給されて、そのｉ番目の増幅機器により生成された測定値（１１６；２１６，２２６）が出力される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. ｉ＝１に関して、
   当該の別の増幅機器が、当該のＮ＋ｊ個の増幅機器の中の（Ｎ＋ｊ）番目の増幅機器（３０７）であり、
   当該のｉ番目の増幅機器（３０８）を校正するために、少なくとも二つの（ｉ＋１）番目の基準信号が使用され、
   当該のｉ番目の増幅機器を調整する工程後に、それまで当該のＮ＋ｊ個の増幅機器の中の（ｉ＋１）番目の増幅機器（３２４）に供給されていた、Ｎ個の測定信号の中の測定信号がｉ番目の増幅機器に供給されて、そのｉ番目の増幅機器によりその測定信号から生成された測定値（３１６）が出力され、
   １＜ｉ＜Ｎに関して、
   当該の別の増幅機器が、当該のＮ＋ｊ個の増幅機器の中の（ｉ−１）番目の増幅機器であり、
   当該のｉ番目の増幅機器を校正するために、少なくとも二つの（ｉ＋１）番目の基準信号が使用され、
   当該のｉ番目の増幅機器を調整する工程後に、それまで当該のＮ＋ｊ個の増幅機器の中の（ｉ＋１）番目の増幅機器に供給されていた、Ｎ個の測定信号の中の測定信号がｉ番目の増幅機器に供給されて、そのｉ番目の増幅機器によりその測定信号から生成された測定値が出力され、
   ｉ＝Ｎに関して、
   当該の別の増幅機器が、当該のＮ＋ｊ個の増幅機器の中の（ｉ−１）番目の増幅機器（３０８）であり、
   当該のｉ番目の増幅機器（３２４）を校正するために、少なくとも二つの（Ｎ＋ｊ）番目の基準信号が使用され、
   当該のｉ番目の増幅機器を調整する工程後に、それまで当該のＮ＋ｊ個の増幅機器の中の（Ｎ＋ｊ）番目の増幅機器（３０７）に供給されていた、Ｎ個の測定信号の中の測定信号がｉ番目の増幅機器に供給されて、そのｉ番目の増幅機器によりその測定信号から生成された測定値（３２６）が出力される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 当該の測定増幅器が少なくとも２×Ｎ個の増幅機器を有し、
   当該の別の増幅機器が、これらの少なくとも２×Ｎ個の増幅機器の中の（ｉ＋Ｎ）番目の増幅機器であり、
   当該のｉ番目の増幅機器を校正するために、少なくとも二つのｉ番目の基準信号が使用され、
   当該のｉ番目の増幅機器を調整する工程後に、再びｉ番目の測定信号がｉ番目の増幅機器に供給されて、そのｉ番目の増幅機器により生成された測定値が出力される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 当該の測定増幅器の増幅機器がそれぞれ少なくとも一つのフィルタを有し、
   当該の別の増幅機器にｉ番目の測定信号を供給する工程（Ｓ６）後で、且つ当該の別の増幅機器によりｉ番目の測定信号から生成された測定値を出力する工程（Ｓ７）前に、当該の別の増幅機器の少なくとも一つのフィルタが過渡現象を終えるまで待ち、
   当該のそれまでにＮ＋ｊ個の増幅機器の中のそれ以外の増幅機器に供給されていた、Ｎ個の測定信号の中のそれ以外の測定信号をｉ番目の増幅機器に供給する工程後で、且つ当該のｉ番目の増幅機器によりそれ以外の測定信号から生成された測定値を出力する工程前に、当該のｉ番目の増幅機器の少なくとも一つのフィルタが過渡現象を終えるまで待つ、
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. ｊ≧ｋ≧１として、
   当該の別の増幅機器が、当該のＮ＋ｊ個の増幅機器の中の（Ｎ＋ｋ）番目の増幅機器であり、
   当該のｉ番目の増幅機器を校正するために、それまで（Ｎ＋ｋ）番目の増幅機器に供給されていた、Ｎ個の測定信号の中の測定信号に対応する少なくとも二つの基準信号が使用され、
   当該のｉ番目の増幅機器を調整する工程後に、それまで（Ｎ＋ｋ）番目の増幅機器に供給されていた、Ｎ個の測定信号の中の測定信号がｉ番目の増幅機器に供給されて、そのｉ番目の増幅機器によりその測定信号から生成された測定値が出力される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 当該の別の増幅機器にｉ番目の測定信号を供給する工程（Ｓ６）後で、且つ当該の別の増幅機器によりｉ番目の測定信号から生成された測定値を出力する工程（Ｓ７）前に、当該のｉ番目の増幅機器と別の増幅機器の固有誤差の差を修正する工程が実施され、
   当該のそれまでにＮ＋ｊ個の増幅機器の中のそれ以外の増幅機器に供給されていた、Ｎ個の測定信号の中のそれ以外の測定信号をｉ番目の増幅機器に供給する工程後で、且つ当該のｉ番目の増幅機器によりそれ以外の測定信号から生成された測定値を出力する工程前に、当該のそれ以外の増幅機器とｉ番目の増幅機器の固有誤差の差を修正する工程が実施される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 当該の測定増幅器を所定の時間間隔で自動的に校正して、必要な場合に調整するために、全ての工程がサイクリックに繰り返されることを特徴とする請求項１から７までのいずれか一つに記載の方法。
9. 請求項１から８までのいずれか一つに記載の方法を実施するための測定増幅器（１０３；２０３；３０３）であって、Ｎ≧１、ｊ≧１として、当該の測定増幅器が、
   それぞれ増幅回路（１１７，１２０；２１７，２２０，２２７；３１７，３２０，３２７）と、アナログ・デジタル変換器（１１８，１２１；２１８，２２１，２２８；３１８，３２１，３２８）と、少なくとも一つのデジタルフィルタを備えたデジタル信号処理ユニット（１１９，１２２；２１９，２２２，２２９；３１９，３２２，３２９）とを有するＮ＋ｊ個の増幅機器（１０７，１０８；２０７，２０８，２２４；３０７，３０８，３２４）と、
   これらのＮ＋ｊ個の増幅機器の中の一つにそれぞれ割り当てられたＮ＋ｊ個のスイッチと、
   少なくとも一つの基準信号発生機器（１０５，１０６；２０５，２０６：３０５，３０６）と、
   少なくとも一つの選択機器（１０９；２０９；３０９）と、
   を有し、
   これらのＮ＋ｊ個の増幅機器の各増幅機器が、これらの少なくとも一つの基準信号発生機器により生成された基準信号を用いて校正することが可能であるとともに、調整することが可能であり、
   これらのＮ＋ｊ個の増幅機器の中の一つの増幅機器がそれ以外の増幅機器の各々に対して並列に切り換えることが可能であるか、これらのＮ＋ｊ個の増幅機器の中の各増幅機器がそれぞれそれ以外の増幅機器の各々に対して並列に切り換えることが可能であるか、或いはこれらのＮ＋ｊ個の増幅機器の中の各増幅機器がそれ以外のちょうど一つの増幅機器に対して並列に切り換えることが可能であり、これらのＮ＋ｊ個のスイッチの中の対応するスイッチを介した切換をそれぞれ実施することが可能であり、
   これらの少なくとも一つの選択機器が、Ｎ個の測定信号に対応するＮ個の測定値を出力するように構成されており、
   上記のそれ以外の増幅機器の各々の少なくとも一つのデジタルフィルタのフィルタ係数と状態メモリを上記のＮ＋ｊ個の増幅機器の中の一つの増幅機器の少なくとも一つのデジタルフィルタに複写することが可能である、
   ことを特徴とする測定増幅器。
10. 請求項９に記載の一つの測定増幅器（１０３；２０３；３０３）と、この測定増幅器にＮ個の測定信号を供給するように構成された少なくとも一つの測定変換器（１０２；２０２；３０２）とを有することを特徴とする測定システム（１０１；２０１；３０１）。

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