KR19980081216A - 측정기구의 선단부 구조 - Google Patents

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Abstract

선단부 구조는 디지털 시료로 변환하기 위한 입력신호에 대해 유일한 통로를 갖는 측정기를 제공한다. 신호조절기는 전압원을 가로지르는 한쌍의 검출 도선, 전원, 입력 신호를 발전시키기 위한 파라미터를 결합할 수 있다. 입력 신호가 시료계에 제공되는 것은 디시메이션필터에 수반되는 시그마-델타 변환기를 포함하며, 디지털표본신호의 연속적인 스트림을 산출시키는 입력신호를 오버-표본신호화 한다. 디지털표본신호는 디지털 추출필터의 세트, 일련의 디지털표본신호들로부터 측정파라미터를 채택하는 구조 및 전송기능을 갖는 각각의 추출필터를 구비한다. 파라미터 추출은 연속적으로 수행하여 디지털표본신호 및 그 결과의 디지털 측정치를 연속적으로 얻어낸다. 추출된 파라미터는 입력 신호의 직류값, 입력신호의 실효값, 입력신호의 파형 파라미터, 입력신호의 파고의 최대/최소값을 포함한다.

Description

측정기구의 선단부 구조
본 발명은 일반적으로 전자측정기구에 관한 것으로서, 특히 디지털 필터를 사용해서 디지털표본신호들(digital samples)로부터 측정파라미터들을 추출해내는 전자측정기구의 선단부(front-end)구조에 관한 것이다.
디지털 멀티메타들(DMMs)은 직류·교류 전압, 직류·교류 전류, 및 저항과 같은 다양한 물리적 특성을 측정할 수 있는 일종의 전자 측정기구이다. 새로운 DMM 설계에 첨가된 부가적인 측정 기능은 다이오드 검사, 커패시턴스, 온도, 및 주파수 카운터/타이머 측정들이다. 다른 더 전문화된 측정파라미터들은 열, 통풍, 및 공기 조절(HVAC)기능첨가를 위한 미크로앰프 범위에서 직류 전류 측정과 같은 특이한 부착이 첨가될 수도 있다.
다양한 측정 파라미터들을 측정하기 위해서는 계기의 입력단자들 간에 나타나는 신호를 수신하여 디지털 표본신호로 변환하기에 적합한 입력신호를 산출해 낼 수 있는 복잡한 신호조절회로들이 필요하다. 회로조절신호는 아날로그 진폭기와 아날로그-대-디지털 변환기(ADC)용 진폭으로 사용가능하며 입력신호 범위의 감쇄기로 구성되는 레인지 회로를 포함한다. 입력조절신호는 벗어난 레인지를 검출했을 때 DMM에 손상을 막아주는 기계적 계전기, 금속 산화 베리스터(MOVs), 온도 상호 저항기 등과 같은 전압보호 회로를 포함한다. 교류·직류, 전류 흐름, 온도, 및 압력 등과 같은 물리적 파라미터들은 전부 ADC에 의해 디지털표본신호로 변환하기 위한 적절한 진폭의 입력전압으로 바꾸어야만 한다. 입력신호는 DMM의 신호조절회로에서 두 갈래로 갈라진다 - 하나는 교류 또는 고주파로이고 하나는 직류 또는 저주파로이다. 입력 신호의 직류통로는 이상적으로 직류전압만을 얻기 위하여 입력 신호를 여과하는 저대역통과(low pass)에 의해 통상적으로 나타난다. 작동 저대역통과필터의 컷-오프(cut off) 주파수는 일부의 교류신호가 포함되는 것을 허용하는 10Hz보다 낮다. 저대역통과필터로 나타나는 직류전압은 디지털표본신호를 제공하기 위해 ADC에 더욱 제공된다. 저주파로는 게인 및 오프셋 전압에 대한 교정을 필요로 한다. 고주파로는 저주파 롤-오프(roll-off)를 계산하기 위한 게인버수스주파수(gain versus frequency)에 의한 교정이 필요하다.
대부분의 DMMs에 설치된 ADC는 초당 100개미만의 최대표본추출빈도와 3½내지 4½의 디짓의 분해능을 갖는다. 50/60Hz 주파수 범위의 파워 라인 신호 같은, 교류신호를 정확하게 측정하기 위해 직류 변환기에 대한 실효값산출회로(rms)를 교류통로에 설치하여 교류의 실효값을 대표하는 직류전압을 얻어낼 수 있도록 한다. 실효값 변환기는 전형적으로 DMMs에 단일의 집적회로로서 설치된다. 디지털 기억 오실로스코프(DSOs)는 신호 파라미터들의 연이은 계산을 위한 입력신호의 디지털표본신호화 가능한 이종의 전자측정기구이다. DSOs 는 입력신호에 대한 스위칭 가능한 교류 및 직류 결합통로를 제공한다. ADC 기술은 초당 100메가표본신호를 훨씬 넘는 표본추출빈도를 제공할 수 있으며 입력신호를 포착 메모리 내에서 타임 레코드로서 축적되는 디지털표본신호로 직접 변환시킬 수도 있다. 이 타임 레코드로부터, 파형 및 다양한 신호 파라미터들이 계산될 수 있다. 그러나, DSO 선단부에서 신호 조절기는 신호 전압의 포착에 대해서만 적합하게 만든다. 저주파수 물리적 파라미터들인 저항 또는 전류 등과 같은 다른 파라메터들의 측정기능은 공지된 DSOs에서는 합체된 적이 없다. 히브리드(Hybrid) 측정기구는 그것을 파형분석용 DSO 기술을 가진 물리적 파라미터들의 폭 넓은 다양한 측정용 DMM 기술로 결합시켜 발전하지 못했다.
도 1에서, 다른 것들 중에서도, 교류 전압 및 전류, 직류 전압 및 전류, 저항, 및 커패스턴스를 포함한 물리적 파라미터들의 다양한 측정을 위한 한쌍의 검출 프로브(12a, 12b)를 구비하는 측정기구(10)의 도면(실물크기)을 나타낸다. 측정기구(10)는 그 성분을 가로지르는 동시신호를 산출하기 위해서 전류 및 전압원(비도시)을 사용하는 다이오드와 같은 검출용 수동형 이중-터미널 성분이 제공된다. 측정기구(10)는 폭넓은 다양한 물리적 파라미터들을 측정하기 위한 다기능을 구비하는 것이 바람직하다. 측정기구(10)의 전단패널 상에, DSO의 방식으로 입력신호의 파형의 그래픽 표시뿐만 아니라 DMM의 방식으로 117 VACrms 등과 같은 숫자로 측정파라미터들을 나타내는 기억된 그래픽 표시장치(14)가 있다. 측정기구(10)는 전압원(16), 도2에 나타낸 전류원(18), 또는 도3에 나타낸 성분(20)과 연결된다. 성분(20)은 다양한 패시브, 이중-터미널 성분, 내재 저항, 축전기, 인턱터, 다이오드, 또는 측정기구(10)로 측정 및 분석이 용이한 다른 어느 이중-터미널 소자로 구성된다.
도4에서, 플루크 860 그래픽컬 멀티메터 측정기구로 사용된 공지기술에 따른 측정 선단부(98)의 단순 블록 선도를 나타낸다. 한쌍의 검출 프로브(12a, 12b)는 전압신호를 신호 조절기(50)에 연결하도록 전압원(16)을 가로질러 연결된다. 신호 조절기(50)는 증폭기, 분류기, 및 디지털표본신호를 변환하기 위해 알맞은 진폭 및 대역폭의 입력 신호를 제공하는 필터를 포함한다. 신호 조절기(50)는 측정기구(10)에 과전압 및 과전류 상태의 충격을 막기 위한 다양한 형태의 전압보호회로소자(비도시)를 더욱 포함한다. 신호 조절기(50) 다양한 물리적 파라미터를 입력신호로 바꾸는 다양한 회로를 역시 포함한다. 예로서, 전류원(18)으로부터의 교류 및 직류 전원은 교정전류분로 또는 전류크램프를 거쳐 나타나는 전압 드롭을 나타내어 측정된다. 저항은 신호 조절기(50)내에서 전류원 또는 전압원(비도시)을 사용하는 성분(20)을 가로질러 전압드롭을 측정하여 측정된다. 신호조절기(50)가 다수의 파라미터들을 조절해서 입력신호로 변환시켜야 하고, 또한 과전압 및 과전류로부터 보호받기 위해서는 중요한 요건들을 충족시켜야하므로 회로가 복잡해지고 비용이 많이 든다.
신호 조절기(50)에 의해 나타나는 입력 신호는 직류 신호를 제공하고 저대역통과필터(52)의 입력에 연결된 후 스위치(55)의 직류위치에 연결된다. 저대역통과필터(52)는 대체로 0 Hz에 근접한 롤-오프 주파수를 갖고서 입력신호의 직류성분을 산출해내는 반면에 교류성분은 제거해 버린다. 직류 신호는 직류 위치에 있는 스위치(55)를 거쳐 느린 ADC(54)로 공급된다. 느린 ADC(54)는 전형적으로 100 Hz 미만의 표본추출빈도와 3½내지 4½ 디짓의 분해능으로 직류 신호의 디지털표본신호를 산출한다. 저대역통과필터(52)는 통상적으로 직류 전압, 전류, 및 저항 등과 같은 전형적인 직류 파라미터들의 정확한 측정을 발생하기 위한 본래의 초기 직류 입력신호 상에 사용된다.
또한, 실효값 변환기(56)는 입력 신호를 받고 스위치(55)의 실효값 위치에 연결된다. 실효값변환기(56)는 본래 교류인 입력신호의 실효값을 대표하는 직류전압을 산출해서 스위치(55)가 교류 실효값위치에 있을 때 느린 ADC(54)에 공급한다. 실효값 변환기(56), 저대역통과필터(52) 및 느린 ADC(54)는 신호 조절기(50)와 함께 DMMs의 일반적인 선단부 구조를 구성하는 것으로서DMM 선단부(DMM Front End)라고 부른다.
부수적인 파형 기능은 측정기구(10)에파형 선단부를 구성하는 회로소자들을 설치함으로서 얻을 수 있다. 신호 조절기(51)는 디지털표본신호를 변환하는 것에 대해 제 2차 입력 신호를 산출시키기 위해 입력신호를 받아들인다. 고속 ADC(58)은 신호 조절기(51)로부터 입력신호를 받고 느린 ADC(54)의 표본추출빈도보다 실질적으로 높은 표본추출빈도에서 디지털표본신호를 제공하나 통상적 해상도보다는 낮다. 포착 메모리(60)는 디지털표본신호를 받아들이고 입력 신호 파형의 디지털 시간 기록을 만들기 위한 포착메로리(60)에 그것들을 저장한다. 트리거(62)는 DSOs 기술에서 잘 알려진 방식으로 디지털 시간 기록에 파형의 시작점을 결정하기 위한 트리거 신호를 제공한다. 피크 최소/최대는 포착메모리(60)에 기억된 최대 및 최소치를 축적하는 디지털 비교기로서 작동한다.
파형 선단부는 고속 ADC(58), 포착 메모리(60), DSOs에서 발견되는 전형적인 선단부구조인 신호 조절기(51)와 결합된 트리거(62)를 포함한다. 입력신호는 포착 메모리(60)를 채우기 위하여 불연속 포착 시간을 얻는다. 디지털 인터페이스(66)는 ADC(54), 피크 최대/최소(64), 디지털 측정치로서 측정기구(10)의 나머지로 사용되는 포착 메모리(60)로부터 티지털 표본신호를 받아들인다.
신호 조절기(51)는 전압-보호기 및 신호 조절기(50)와 유사한 스케일링을 구비하지만 파형 포착에 대해 적합하게 만든다. 신호 조절기(51)는 측정기구가 전압원(16)에 연결되는 것을 허용하지만 전류원(18) 혹은 성분(20)에 직접 연결되는 것을 허용하지 않는다. 더욱, 신호 조절기(50)의 설계로부터 신호 조절기(51)에 대한 다른 설계인, 신호 조절기(50)의 설계에서보다도 주파수의 더 넓은 범위에 걸쳐 주파수 응답을 포함하는 것이 중요하다.
도5에서, 플루크 93, 95, 및 97 스코프메터 측정기구로 상용된 종래 기술에 따른 측정선단부(99)의 단순 블록 선도가 도시되어 있다. 한쌍의 검출 프로브(12a, 12b)는 전압 신호를 신호 조절기(70)에 연결시키기 위해 전압원(16)에 가로질러 연결되어 있다. 상기 신호 조절기(70)는 디지털표본신호로 바꾸도록 적당한 진폭과 대역폭의 입력신호를 제공하는 증폭기, 분주기, 및 필터를 포함한다. 상기 신호 조절기(70)는 과전압 및 과전류로부터 측정기구(10)의 파손을 막기 위한 전압보호 회로소자의 다양한 형태를 더욱 포함한다. 도4에 나타낸 신호 조절기(51)처럼, 신호 조절기(70)는 파형 포착을 적합하게 만든다. 두 번째 한쌍의 검출 프로브(12a', 12b')는 저항 또는 다른 성분 파라미터들의 측정을 허용하도록 성분(20)을 거쳐 연결된다. 한쌍의 검출 프로브(12a', 12b')는 저 주파수 측정을 적합하게 만드는 신호 조절기에 연결된다. 공지된 기술에서는, 전류원(18)의 측정에 대한 구비가 없다. 외부 클램프 또는 분로는 두개의 신호 조절기(70, 72)들 중의 어느 하나의 전압 신호를 제공하는 데 사용된다. 신호 조절기(70)에 결합된다이오드 오옴스및 신호 조절기(72)에 연결된전압위치를 갖는 스위치(74)는 입력 신호를 디짓화하고, 포착메모리(78)에 있는 디지털표본신호를 제공하는 ADC(76)에 입력 신호를 선택적으로 결합한다. 역시 입력 신호를 수용하고 트리거 신호를 산출하는 트리거(80)는 특성 데이터 포착의 타임 스타트로 사용된다. 포착 메모리(78)의 내용물은 측정기구(10)에 디지털 측정치를 차례로 제공하는 디지털 인터페이스(82)에 제공되는 파라미터들의 다양성을 제공하기 위해 분류된다. 측정 선단부(99)는 하나의 ADC(76)만을 필요로 하는 반면, 신호 조절기(70, 72)와 스위치(74)를 경유한 신호 통로들은 개별적으로 유지된다. 신호 파라미터들은 연속적으로 추출되지 않고 실제로 디지털 변환된 입력신호 중에서 전체시간의 일부분에 해당된다.
파형 포착 및 저 주파수 DMM 측정에 각각 효과적인 개별적인 신호조절기들과 아울러 DMM신호 통로와 파형신호통로를 개별적으로 사용하게되면 부품들을 이중으로 사용해야하므로 측정기구(10)의 제작비용이 많이 들고 구조가 복잡해지게 된다. 이러한 측정기구는 상기 두갈래로 분기된 구조 때문에 새로운 형태의 신호 파라미터들의 측정에 대한 적응성이 대단히 나쁘다. 그러므로, 다양한 신호파라미터들의 연속적인 추출을 허용하는 단 하나의 입력신호통로만을 갖는 측정기구의 선단부 구조를 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 측정기구의 선단부 구조는 ADC에 의하여 디지털표본신호로 변환시킬 입력신호의 통로를 하나만 갖는다. 이 디지털표본신호들로부터 디지털필터에 의해서 선택된 다수의 파라미터들을 추출하여 디지털 측정치로서 측정기구에 공급한다.
신호 조절기는 한쌍의 검출도선에 의하여 전압원, 전류원, 또는 부품의 양단에 연결되어 입력신호를 발생시킨다. 이 입력신호는 시그마-델타 변환기(sigma-delta converter)에 디시메이션필터(decimation filter)를 접속시켜 구성한 표본추출계에 공급되어 디지털 표본신호를 발생시킨다. 이와 달리 표본추출계는 ADC로 구성해서 디지털 표본신호를 제공하도록 할 수도 있다.
이 디지털표본신호는 일군의 디지털 추출필터로 공급되는데, 그 각각의 디지털 추출필터는 일련의 디지털표본신호들로부터 하나의 물리적 파라미터를 추출해 낼 수 있는 구조와 전달함수를 갖는다. 파라미터추출은 연속적으로 이루어져서 디지털표본신호들과 그 결과인 디지털 측정값을 연속적으로 얻을 수 있게 한다. 이 디지털 추출필터들은 동일한 디지털표본신호들을 수신하고 서로 병행하여 동작하기 때문에, 다양한 측정파라미터들을 동시에 추출할 수 있게 된다.
이러한 일군의 디지털 추출필터는 디지털 표본신호들로부터 직류값, 입력 신호의 실효값, 입력신호의 파형 파라미터, 및 입력 신호의 피크 최소/최대치를 추출할 수 있다. 이러한 직류값, 실효값, 파형 파라미터들, 및 상기 최대/최소 피크치들은 일련의 디지털표본신호들로부터 동시에 추출해 낼 수 있는 수많은 측정파라미터들 중 하나이고 디지털 측정치로서 디지털 인터페이스를 경유하여 측정기구에 제공된다.
본 발명의 하나의 목적은 입력 신호를 위한 신호통로가 하나인 측정기구용 선단부 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 한 목적은 다수의 파라미터들을 동시에 추출할 수 있는 선단부 구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 입력 신호의 일련의 디지털표본신호들로부터 파라미터들을 동시에 추출하기 위한 일군의 추출필터를 갖는 측정기구 선단부구조를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 간단한 선단부 구조를 사용해서 다양한 파라미터들을 측정할 수 있는 측정기구를 제공하는 것이다.
도1은 전압원과 결합된 다양한 물리적 파라미터를 측정하는 측정기구의 기능을 나타낸 도;
도2는 도1의 측정기구가 대안적으로 결합되는 전류원을 나타낸 도;
도3은 도1의 측정기구가 대안적으로 결합되는 성분을 나타낸 도;
도4는 공지 기술에 따른 측정기구에 대해 측정 선단부를 나타낸 단순 블록 선도
도5는 공지 기술에 따른 측정기구에 대해 제2 측정 선단부를 나타낸 단순 블 록 선도;
도6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 측정기구에 대해 측정 선단부를 나 타낸 단순 블록 선도;
도7은 본 발명에 따른 베이스 상에 연속으로 있는 일련의 디지털표본신호 로부터 추출한 실효값을 형성한 선단부내에서 디지털 추출필터를 나 타낸 단순 블록 선도;
도8은 본 발명의 대안적 실시예에 따른 측정기구에 대한 측정 선단부를 나타 낸 단순 블록 선도이다.
다른 특색, 기능, 및 장점은, 본 발명에 관해서 첨부한 도면을 예로 들어 설명하면 다음과 같다.
도6은 본 발명에 따라 도1에 나타낸 측정기구(10)의 측정선단부(100)의 단순 블록선도를 나타낸다. 신호 조절기(102)는 직류 또는 교류 전압을 측정하기 위해 한쌍의 검출도선(12a, 12b)을 경유하여 전압원(16)을 지나 나타난 수신 신호 전압에 결합이 된다. 상기 신호 조절기(102)는 직류 또는 교류 전류를 측정하기 위해 전류원(18)(도2에 도시)에 대안적으로 결합된다. 상기 신호 조절기(102)는 성분(20)(도3에 도시)에 더욱 결합되고 저항, 커패시턴스, 또는 다른 물리적 파라미터 측정을 배열한다. 신호 전압은 적절한 변환 회로로 나타나는데, 그것은 교류나 직류전원을 측정하기 위하여 교정전류분로를 포함한다. 신호 조절기(102)는 통상적으로 마이크로 제어기(비도시)를 통해 바람직한 측정기능을 위한 적절한 배열이 된다.
신호 조절기(102)는 적절한 진폭의 입력 신호 및 표본신호계(104)로 디지털표본신호로 변환하기 위한 입력 대역폭을 산출시킨다. 바람직한 실시예에서, 표본신호계(104)는, 상기 기술에서 오버표본신호(over-sample)로서 일반적으로 알려진 방법인, 입력 대역폭보다 실질적으로 높은 표본추출빈도에서 저 디지털표본신호를 제공하는, 신호 델타 변환기(106)를 포함한다. 저 디지털표본신호는 저대역통과필터, 선택된 표본추출빈도에서 티지털 표본신호를 제공하는 저디지털표본신호, 및 해결 바이트의 증가된 수치를 작동하는 디시메이션필터(108)를 공급한다.
바람직한 실시예에서, 입력 대역폭은 500kHz에서 선택되고 입력 신호는, 20:1의 비율로, 초당 10 메가-표본신호에서 표본신호 되고, 분해능의 5바이트를 갖는 저 디지털표본신호를 제공한다. 디시메이션필터(108)는 해결의 13바이트를 갖는 초당 2.5메가-표본신호의 표본추출빈도에서 디지털표본신호를 제공하기 위해 4배의 디지털표본신호를 디시메이트화 한다. 디시메이션필터(108)는 FIR(finite impulse response), IIR(infinite impulse response) 또는 바람직한 전달 기능을 제공하기 위하여 FIR 및 IIR의 조합으로서 배열된다.
하드웨어 장치를 단순화하고 전력소비를 줄이기 위해, 두개의 디시메이션 스테이지가 바람직한 실시예에 사용된다. 그것은 차후 가칭 베이스밴드 주파수가 디시메이션필터(108)를 억제할 입력신호에서 4.5메가Hz 이상 존재하는 주파수 성분이라는 것이 고려된 중요한 설계이다. 4.5 메가Hz에서 60데시벨(dB)이 넘는 스탑밴드 제거는 바람직한 정밀 측정을 위해 선택된다. 디시메이션필터(108)의 바람직한 전달 기능을 얻기 위한 추출필터 구조 및 필터 상수는 본 기술에서 알려진 기술을 이용하여 성취된다.
디시메이션필터(108)로부터 디지털표본신호는 한쌍의 디지털 추출필터(110-116)가 차례로 제공된다. 각각 한쌍의 추출필터는 성분 카운터 및 전력소비를 줄이기 위해 미리 한쌍의 일체형 회로의 통합체가 미리 도입된다.
직류라고 명칭된 디지털 추출필터(110)는 단순 조절기(102)로부터 입력신호를 받아 직류값이 설계되고 표본신호계(104)에 디짓화된 구조를 갖는 직류추출필터이다. 직류 추출필터(110)는 바람직한 실시예에서 추출필터 파라미터들에 수반되는 저대역통과필터의 전달기능을 갖는다:
최종값의 세팅시간 0.5초
123dB 이상의 제거를 갖는 스탑밴드 49.9Hz
통과대역 리플 0%
오버슈트 응답 단계 0%
데이터 포착 비율 0.125, 0.5, 2 및 1000Hz
필터 파라미터들은 측정기구(10)가 초당 2 리딩의 비율에서 5 디짓의 교류측정 정밀을 갖는 설계로 운전될 필요가 있다. 스탑밴드 제거는 50/60 Hz 파워라인 주파수 리플을 제거하는 것이 필수적이다. 추출 직류값에 추출필터(110)의 바람직한 전달 기능을 얻는 정밀필터구조 및 필터상수는 본 명세서에 공지한 기술을 이용하여 얻을 수 있다. 추출필터파라미터 및 전체 전달함수는 측정 정확 및 특이 측정이 필요한 데이터 포착 비율을 맞추기 위해 즉시 개조될 수 있다.
실효값이라고 붙인 디지털 추출필터(112)는 하나의 조절기(102)로부터 받은 입력신호의 실효값(root mean square)값을 추출하고 표본신호계(104)를 디짓화하도록 설계된 구조를 갖는 실효값 추출필터이다. 입력 신호의 상기 실효값 값은 많은 방법으로 추출할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 상기 실효값 값은 일련의 베이스 상에서 계산되고, 더욱 자세히 설명하자면, 공지된 하나의 주기나 선결된 측정 주기를 갖는 것에 의존하지 않는 방식이다. 대안적으로, 상기 실효값 값은 선결된 측정 주기 이상으로 파형 아래의 면적을 적분하여 계산할 수 있다.
도7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 베이시스 상에 연속으로 있는 일련의 디지털표본신호로부터 실효값을 추출하기 위해 배열된 디지털 추출필터(112)의 단순 블록 선도이다. 도6에 나타낸 표본신호계(104)로부터 디지털표본신호는 디지털 추출필터(112)에 도달한다. 각각 디지털표본신호는 사각형 표본신호를 제공하기 위해 사각형 회로(200)에 사각형화 된다. 사각형 회로(200)는 디지털 추출필터(202)로서 동일한 일체형 회로 상에 도입된 하드웨어복수회로를 포함한다. 대안적으로, 곱셈은 사각형화 디지털표본신호를 얻기 위한 내부 마이크로 프로세서로 수행된다. 각각의 사각형 디지털표본신호는 실효값 디지털필터(202)를 저대역통과필터로서 작동하도록 허용하기 위해 선택된 필터 공유를 갖는 실효값 디지털필터에 제공된다. 필터 공유 및 디지털필터 기술은, 바람직한 성질을 갖는 저대역통과필터를 제공하기 위해, 공지된 IIR 및 FIR 기술, IIR 및 FIR 기술의 조합에 따라 설계될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 상기 실효값 디지털필터는 다음의 특성을 갖는다:
측정 대역폭 500kHz
123dB 이상의 제거를 갖는 스탑밴드 49.9Hz
최종값의 0.001%에 세틀링 시간 0.5초
오우버슈트 응답 단계 0.0%
데이터 포착 비율 0.125, 0.5, 및 1000Hz
디지털 실효값필터(202)에서, 전력선 주파수로부터 50/60 Hz 리플의 고 스탑밴드 제거를 수반하는 단계 응답에서 오버슈트가 없도록 설계할 필요가 있다. 상기 디지털 실효값필터(132)에 의해 산출된 필터화된 실효값 값은 필터화된 실효값 값의 제곱의 근을 취하여 실효값을 산출하는 스퀘어 루트 회로(204)에 제공된다. 스퀘어 루트 회로(204)는 디지털 추출필터(202)로서 동일한 일체형 회로 상에 도입된 하드웨어 스퀘어 루트회로를 포함한다. 대안적으로, 스퀘어 루트 작동은 실효값을 얻기 위해 내부 마이크로프로세서로 수행된다.
상기필터 파라미터는 초당 2 리딩의 데이터 포착 비율에서 5 디짓의 교류 실효값 측정정밀을 갖는 측정기구(10)가 필요한 설계로 운전된다. 스탑밴드 제거는 50/60 Hz 전력 선 주파수 리플을 제거하는 것이 필수적이다. 상기 추출필터 파라미터 및 연합 전달함수는 측정 정밀에 대해 다른 설계요구 및 특이 측정 적응에 대해 데이터 포착 비율을 적합하게 하기 위해 미리 수정 해야한다. 추출필터구조 및 추출 상수가 추출 교류 실효값 값에 디지털 추출필터(112)의 바람직한 전달 기능을 얻기 위해서는 본 명세서에 공지된 기술을 사용하여 얻을 수 있다.
다시 도6을 참고로 하여,파형이라고 이름붙인 상기 디지털 추출필터(114)는 신호 조절기(102)로부터 수신 받는 입력 신호의 파형을 추출하도록 설계되고 표본신호계(104)에서 디짓화되는 구조를 갖는 파형 추출필터이다. 상기 디지털 추출필터(114)는 파형 포착을 적합하게 만드는 전달 기능을 갖는다. 예로서, 디지털 추출필터는 충분히 짧은 지속기간과 충분히 높은 진폭의 펄스가 메모리 속에 저장되는 경우에 산출되는 전류의 순간적 이상을 인식하는데 적합하게 만든 구조를 갖는다. 자동차 접촉에 발견되는, 일반적으로 알려진 형태와 시간의 파라미터들을 갖는 점화 펄스와 같은 특이한 파형은, 디지털 추출필터(104)를 사용하면 표시장치가 적합하게 되고 성취될 수 있다.
상기 디지털 추출필터(114)는 본 명세서의 기술을 이용하여, 불필요한 주파수를 제거하고 또는 필요한 주파수를 통과시키는 고대역통과필터, 저대역통과필터, 밴드패스필터, 및 밴드 제거필터를 포함하는 구조를 합용한다. 예를 들어, 고 주파수 노이즈는 저대역통과필터를 사용하여 압축된다. 공지된 주파수의 바람직한 신호는 밴드패스필터를 사용하여 선택적으로 통과된다. 디지털 추출필터(114)의 채택 및 변경 구조에서 다변성은 신호 파라미터들의 폭넓은 다양성을 측정하는데 미리 채택되는 측정기구(10)를 허용하는 중요한 장점을 제공한다.
피크 최소/최대라고 불리는 상기 디지털 추출필터(116)는 표본신호계로부터 도달한 디지털 측정값에서 나타나는 입력신호의 단지 최대 및 최소값을 추출하도록 설계된 구조를 포함한다. 상기구조는 디지털표본신호의 최소 및 최대 값을 찾기 위한 디지털 비교기와 저항기만을 포함한다. 그리고 일반적으로 내부신호(비도시)로 리셋되는 기능이 있다. 비록 응용하기에 단순하지만, 그런 구조는, 특히 추출 방법의 신뢰성을 증가시키기 위해 다른 구조와 연결한다면 신호 파라미터들의 다양성을 추출해낼 능력을 제공한다. 예로서, 디지털표본신호로부터 추출된 교류 사인 파형의 형태에 입력 신호의 피크-피크 값이 있는 것이 바람직하다면, 디지털 비교기 및 저항의 50/60 Hz 앞쪽 주위에 집중된 밴드패스필터를 포함하는 구조가 바람직한 파워라인 신호에 상관없이 이상한 노이즈 제거를 높이기 위해 사용되고, 그것에 의해 피크-피크 측정의 질을 높일 수 있다.
직류값, 교류실효값 값, 파형 파라미터 값, 디지털 추출필터(110-116)로서 제공된 피크 최소/최대 값은 각각 디지털 측정값으로서 측정기구(10)의 남아있는 부분에 바람직한 각각의 상기 값들을 선택적으로 차례로 제공하는 디지털 인터페이스(118)에 나타나 있다. 상기 디지털 인터페이스(118)는 표시장치 및 표시장치 발전 비율에 대한 선택 파라미터들을 통상적으로 따라서, 필히 측정파라미터들이 측정기구(10)에 초기화 및 유용성을 허용한다. 상기 디지털 인터페이스(118)는 버퍼, 메모리, 및 상업적으로 디지털 데이터를 전송 및 저장 가능한 다른 디지털 소자를 사용할 수 있다. 상기 측정 선단부(100)는 측정기구(10)의 바람직한 측정기능에 따라서 디지털 측정값을 제공한다. 왜냐하면, 입력 신호의 통로는 단지 하나만 있고, 디지털표본신호로 변환하기 전에 직류 및 교류사이의 차이가 없기 때문에, 신호 조절기 상의 요구는 극히 단순하다. 디지털 추출필터(110-116)의 세트는 동일한 입력 신호로부터 바람직한 파라미터들의 어떤 복수값을 동시 추출하므로, 신호 파라미터들의 폭넓은 측정에 대해 채택되는 측정기구(10)의 능력은 상당히 증가한다.
도8은 본 발명의 대안적인 실시예에 따른 측정 선단부(100)의 단순 블록선도이다. 표본신호계(104)는 디지털표본신호를 제공하기 위한 도6에 나타낸 시그마-델타 및 디시메이션필터(108)가 있는 ADC(120)을 설치한다. 더욱, 다른 아날로그-대-디지털 변환 위상은 ADC(120)의 표본추출빈도 및 정밀도를 측정기구(10)의 바람직한 대역폭 및 측정 정밀에 근거로 하는 한 표본신호계(104) 내에서 미리 대체된다.
본 기술의 영역을 벗어나지 않고 본 발명의 바람직한 실시예의 상기 진술한 세부상항으로 명백히 뒷받침되는 본 명세서에서의 일반적인 기술은 다양한 변경이 가능하다. 예로서, 많거나 적은 디지털 추출필터들은 원하는 많은 파라미터들을 추출할 수 있도록 사용된다. 상기 디지털 추출필터는 표준 디지털필터 요소로 사용된 부수적 신호 인자를 측정하도록 즉각 적용될 뿐만 아니라 바람직한 곱셈, 제곱근, 및 나눗셈과 같은 표준 계산기로 사용된다. 디지털 비교기 및 저항기는 특별한 전압도 측정할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 영역은 다음에 따르는 청구항에 의해 결정된다.

Claims (12)

  1. 신호 전압을 수신하여 이로부터 입력 전압을 산출하는 신호 조절기;
    상기 신호 조절기에 결합되어 상기 입력전압을 수신하여 디지털 표본신호를 산출하는 표본추출계; 및
    상기 표본추출계에 결합되어 상기 디지털 표본신호로부터 상기 입력신호에 관한 다수의 측정 파라미터들을 추출해내는 일군의 디지털 추출필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 측정기구의 측정 선단부.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 표본추출계는 상기 일군의 측정필터들로부터 상기 측정파라미터를 수신하고 상기 측정기구에 디지털 측정값을 제공하는 상기 일군의 추출필터에 결합된 디지털 인터페이스를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 측정기구의 측정 선단부.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 표본추출계는
    상기 입력 전압을 수신하고 저 디지털표본신호들을 산출하는 시그마-델타 변환기; 및
    상기 저 디지털표본신호들을 받고 상기 디지털표본신호들을 산출하는 상기 시그마-델타 변환기에 결합된 디시메이션필터를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 측정기구의 측정 선단부.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 표본추출계는 상기 입력전압을 받고 상기 디지털표본신호들을 산출하는 아날로그-대-디지털 변환기를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 측정기구의 측정 선단부.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 일군의 디지털 추출필터들은 직류 추출필터, 실효값 추출필터, 파형 추출필터, 및 피크 최소/최대 추출필터를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 측정기구의 측정 선단부.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 측정파라미터들은 직류, 실효값, 파형, 및 피크 최소/최대를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 측정기구의 측정 선단부.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 일군의 디지털 추출필터들은 상기 복수의 측정파라미터들을 연속적으로 추출하는 것을 특징으로 하는 측정기구의 측정 선단부.
  8. 신호 전압을 조절하여 입력 신호를 얻는 단계;
    표본추출계에서 상기 입력 신호를 표본신호화하여 디지털표본신호들을 얻는 단계; 및
    일군의 디지털 추출필터들을 사용하여 상기 디지털표본신호로부터 상기 복수의 측정파라미터들을 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 전압으로부터 복수의 측정파라미터들을 얻는 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 복수의 측정파라미터들을 디지털 측정값으로서 상기 측정기구에 선택적으로 제공하는 방법을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 전압으로부터 복수의 측정파라미터들을 얻는 방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 일군의 디지털 추출필터들은 직류 추출필터, 실효값추출필터, 파형 추출필터 및 피크 최소/최대 추출필터를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 전압으로부터 복수의 측정파라미터들을 얻는 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 복수의 측정파라미터들은 직류, 실효값, 파형, 및 피크 최소/최대를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 신호 전압으로부터 복수의 측정파라미터들을 얻는 방법.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 복수의 측정파라미터들을 상기 디지털 추출필터를 사용하여 상기 디지털표본신호로부터 연속적으로 추출하는 것을 특징으로 하는 신호 전압으로부터 복수의 측정파라미터들을 얻는 방법.
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