NL9001842A - Meetinstrument en tijdbasisschakeling geschikt voor toepassing in een dergelijk meetinstrument. - Google Patents

Description

Meetinstrument en tijdbasisschakeling geschikt voor toepassing in een dergelijk meetinstrument.

De uitvinding heeft betrekking op een meetinstrument voor het meten en weergeven van signalen, bevattende een door een tijdbasisschakeling gestuurd weergeefsysteem voor het onder besturing van de tijdbasisschakeling weergeven van een aan het meetinstrument aan te bieden signaal, welke tijdbasisschakeling een digitaal instelbare integrator bevat om bij verschillende bedrijfstoestanden van het weergeefsysteem zaagtandspanningen met verschillende helling op te wekken.

De uitvinding heeft verder betrekking op een tijdbasisschakeling geschikt voor toepassing in een dergelijk meetinstrument.

Een dergelijk meetinstrument is bijvoorbeeld een oscilloscoop, waarbij het weergeefsysteem een kathodestraalbuis kan bevatten waarop signaalvormen worden afgebeeld. Aan de oscilloscoop wordt dan een bijvoorbeeld periodiek signaal aangeboden, dat enerzijds via een vertikaal afbuigsysteem aan vertikale afbuigplaten van de kathodestraalbuis wordt aangeboden en anderzijds via een horizontaal de tijdbasisschakeling bevattend afbuigsysteem wordt aangeboden. De tijdbasisschakeling wordt op basis van het signaal periodiek getriggerd om een zaagtandvormig signaal op te wekken dat wordt toegevoerd aan het horizontaal afbuigsysteem.

Een dergelijk meetinstrument is bekend uit de Europese octrooiaanvrage EP 0 113 975 A2. De daarin beschreven tijdbasisschakeling bevat een digitaal instelbare integrator, dat wil zeggen de stroom die door een integratiecondensator gevoerd wordt is digitaal instelbaar. In figuren 3 en 4 van EP 0 113 975 wordt een uitvoeringsvorm van een dergelijke digitaal instelbare integrator getoond, die verder wordt beschreven op blz. 5, regel 1 tot blz. 8, regel 26 van deze aanvrage. Zoals beschreven op blz. 5, regel 38 tot blz. 6, regel 2 ervan kan de integratiestroom via een schakelaar aan verschillende integratiecondensatoren worden toegevoerd, in afhankelijkheid van de gewenste tijdbasisstand, en kan de integratiestroom zelf digitaal ingesteld worden, zoals beschreven op blz. 7, regels 8-16 en blz. 8, regels 20-23 van EP 0 113 975 A2. In figuur 7 ervan wordt nog elektronische omschakeling van onder meer de integratiecondensatoren getoond. Om over verschillende tijdbasisstanden over een nauwkeurig geijkte tijdbasis te kunnen beschikken dient de tijdbasis te worden geijkt, hetgeen handmatig gedaan kan worden door een bekend signaal op een ingang van het meetinstrument te zetten en voor elke tijdbasisstand visueel te controleren of het weergeefsysteem een gewenste responsie geeft. Bij ongewenste responsie kan handmatig de instelling van het meetinstrument net zolang gewijzigd worden totdat een gewenste responsie optreedt. Een dergelijke omslachtige ijkprocedure dient bij veranderingen van bijvoorbeeld systeemeigenschappen van het meetinstrument herhaald te worden teneinde nauwkeurige meting te kunnen waarborgen.

Met de uitvinding wordt beoogd te voorzien in een meetinstrument van de in de aanhef vermelde soort waarin ijking automatisch geschied.

Een meetinstrument volgens de uitvinding is erdoor gekenmerkt, dat het meetinstrument is voorzien van geprogrammeerde middelen die ervoor zijn ingericht om in een ijktoestand van het meetinstrument de digitaal instelbare integrator bij de verschillende bedrijfstoestanden zodanig aan te sturen met een ijksignaal dat de tijdbasisschakeling voor elke bedrijfstoestand geijkt wordt, waartoe een uitgang van de tijdbasisschakeling gekoppeld is met een detektieschakeling om te detekteren of de tijdbasisschakeling bij een bedrijfstoestand geijkt is en de geprogrammeerde middelen een statussignaal van de detektieschakeling ophalen dat aangeeft of de tijdbasisschakeling geijkt is, dat het meetinstrument digitale opslagmiddelen bevat voor het opslaan van in de ijktoestand bepaalde ijkwaarden, en dat de geprogrammeerde middelen ervoor zijn ingericht om in normaal bedrijf bij respectieve bedrijfstoestanden de integrator met de respectieve ijkwaarden aan te sturen. Bij ijking kunnen de geprogrammeerde middelen elektronische schakelaars in de tijdbasisschakeling zodanig aansturen dat alle tijdbasisstanden geijkt worden volgens eenzelfde procedure. Het statussignaal kan een binair signaal zijn, waarbij overgang van een eerste naar een tweede waarde aangeeft dat de tijdbasis geijkt is.

De uitvinding berust op het inzicht om iteratief in een gesloten-lus-systeem tot ijking te komen, waarbij de geprogrammeerde middelen ervoor zorgdragen dat een bekend signaal, bijvoorbeeld een puls met bekende amplitude en tijdsduur, aan het lus-systeem wordt aangeboden.

Behalve dat de gevolgde ijkprocedure eenvoudig en snel is en dat geen hoge eisen aan integratiecondensatoren in de tijdbasisschakeling met betrekking tot nauwkeurigheid behoeven te worden, kan de ijkprocedure eenvoudigweg herhaald worden om ervan verzekerd te zijn dat het meetinstrument binnen zijn specificaties blijft bij zich wijzigende systeemeigenschappen. De ijkwaarden worden opgeslagen in een niet-vluchtig geheugen om in normaal bedrijf daaruit opgehaald te worden om te worden toegevoerd aan de integrator in afhankelijkheid van de ingestelde tijdbasisstand.

Het zij opgemerkt dat in het Amerikaanse octrooischrift US 4,812,717 digitale middelen in de vorm van digitaal-naar-analoog omzetters getoond worden om digitale data naar een analoog signaal om te zetten ter instelling van een stroombron.

Verder wordt verwezen naar het handboek "Oscilloscopes", R. van Eek, McGrawhill 1978, ISBN 0-07-067050-1, blz. 12, figuur 1.13 voor een blokdiagram van een oscilloscoop als meetinstrument.

Een uitvoeringsvorm van een meetinstrument volgens de uitvinding is erdoor gekenmerkt, dat de detektieschakeling een comparator bevat, die met een eerste ingang gekoppeld is met de uitgang van de tijdbasisschakeling en die is voorzien van een tweede ingang voor toevoer van een referentiesignaal, en dat de detektieschakeling verder een data-flipflop bevat, waarvan een data-ingang met een uitgang van de comparator gekoppeld is, en in de ijktoestand een klokingang het ijksignaal toegevoerd krijgt en een uitgang het statussignaal levert.

Het ijksignaal wordt geïntegreerd door de integrator en tevens gebruikt als kloksignaal voor de data-flipflop. De data-flipflop neemt data over op de achterflank van het pulsvormig ijksignaal. Als data krijgt de data-flipflop het uitgangssignaal van een met een referentiewaarde vergeleken geïntegreerd signaal aangeboden. De i referentiewaarde is daarbij gelijk aan de gewenste integratiewaarde op het moment dat de data wordt ingeklokt in de data-flipflop. Door nu zodanig iteratief de integratiestroom door de integrator te variëren dat nèt de uitgang van de data-flipflop van toestand verandert, wordt een zo nauwkeurig mogelijke ijking bereikt.

) Een verdere uitvoeringsvorm van een meetinstrument volgens de uitvinding is erdoor gekenmerkt, dat het meetinstrument een temperatuursensor bevat en in de ijktoestand voor verschillende temperaturen ijkwaarden worden opgeslagen in de digitale opslagmiddelen, en dat de geprogrammeerde middelen ervoor zijn ingericht om in normaal i bedrijf in afhankelijkheid van de toestand van de temperatuursensor de integrator met de respectieve ijkwaarden aan te sturen. Hierdoor is het meetinstrument vlak na inschakelen ervan bedrijfsklaar zonder dat een opwarmtijd nodig is om een temperatuurstabiele toestand te bereiken. De ijkwaarden kunnen worden opgeslagen in een tweedimensionale opzoektabel, > een eerste dimensie voor ijkwaarden bij de verschillende tijdbasisstanden en een tweede dimensie voor ijkwaarden gemeten bij verschillende temperaturen. Het zal duidelijk zijn dat het bepalen van ijkwaarden bij diverse temperaturen tijdrovend kan zijn en dan ook uit praktische overwegingen minder frequent zal geschieden dan in het geval > van een ééndimensionale opzoektabel bepaald bij bedrijfstemperatuur.

Een uitvoeringsvorm van een meetinstrument volgens de uitvinding is erdoor gekenmerkt, dat de tijdbasisschakeling digitale middelen bevat om een tijdbasis ten opzichte van een geijkte toestand ongeijkt te zetten, dat de digitale middelen vanuit de geprogrammeerde > middelen aanstuurbaar zijn, en dat de geprogrammeerde middelen ervoor zijn ingericht om een met de digitale middelen ingestelde ongeijkte tijdbasisstand met de weergeefmiddelen weer te geven. Bij een meetinstrument zoals een oscilloscoop bevat de tijdbasis veelal een zogenaamde vernierinstelling om tussenstanden van de tijdbasis te ' kiezen. De tijdbasis is dan ongeijkt. Als de vernierinstelling met door geprogrammeerde middelen bestuurde digitale middelen uitgevoerd wordt dan is a priori de verstelling van de tijdbasis bekend. De bekende ongeijkte instelling wordt met de weergeefmiddelen weergegeven zodat de actuele tijdbasisstand toch bekend is.

De uitvinding zal verder worden toegelicht aan de hand van een tekening, waarin

Figuur 1 een blokdiagram van een meetinstrument volgens de uitvinding toont,

Figuur 2 een detektieschakeling in een meetinstrument volgens de uitvinding toont,

Figuur 3 signalen als funktie van de tijd toont in een meetinstrument volgens de uitvinding tijdens ijken ervan,

Figuur 4 een stroomschema van een ijkprocedure volgens de uitvinding toont,

Figuur 5 meer gedetailleerd het genereren van een digitaal instelbare integratiestroom toont, en

Figuur 6 een globaal blokschema van een meetinstrument volgens de uitvinding toont.

In figuur 1 wordt een blokdiagram van een meetinstrument 1 volgens de uitvinding getoond, met althans een gedeelte van een tijdbasisschakeling 2. Een met digitale middelen 3 instelbare stroombron 4 levert een laadstroom aan respectieve laadcondensatoren Cj, C2 en C3, die met digitale stuursignalen s1, s2 en s3 als laadcondensator ingeschakeld kunnen worden. De digitale middelen 3 bevatten een analoog-naar-digitaal omzetter 5 en verdere digitale instelmiddelen 6. De laadcondensatoren C1r C2 en C3 zijn gekoppeld met een buffer 7, die is gekoppeld met een detektieschakeling 8 om te detekteren of de tijdbasisschakeling bij een bedrijfstoestand geijkt is, tijdens het ijken van de tijdbasisschakeling 2. Een bedrijfstoestand kan het ingeschakeld zijn van ten minste één der condensatoren C-j, C2 en C3 zijn. Het tijdbasisschakeling 2 bevat verder ontlaadmiddelen 9 voor het ontladen van de condensatoren C^, C2 en/of C3. Bij een meetinstrument 1 zoals een oscilloscoop zal na op bekende wijze starten van de tijdbasisschakeling 2 met een van een aan het meetinstrument aangeboden periodiek ingangssignaal afgeleid triggersignaal eerst door integratie van een door de stroombron 4 geleverde stroom een zaagtandvormig signaal worden opgewekt ter horizontale afbuiging van het weer te geven signaal met een weergeefsysteem dat bijvoorbeeld een kathodestraalbuis bevat en zullen vervolgens met de ontlaadmiddelen tijdens terugslag van een elektronenbundel in de kathodestraalbuis met de ontlaadmiddelen 9 de integratiecondensatoren snel ontladen worden. Voorts bevat het meetinstrument 1 een microcontroller 10 zoals een INTEL 8096 die diverse interfaceschakelingen bevat. De microcontroller 10 bevat geprogrammeerde middelen 11 met onder meer een ijkprocedure voor het ijken van het meetinstrument bij verschillende bedrijfstoestanden.

De geprogrammeerde middelen 11 generen verder stuursignalen voor de digitaal-naar-analoog omzetter 5 en via een serie-naar-parallel omzetter 12 de stuursigalen s1, s2 en s3, en stuursignalen voor de verdere digitale instelmiddelen 6. Ook bevat het meetinstrument 1 een temperatuursensor 13 om in ijktoestand bij verschillende temperaturen te kunnen ijken en om in bedrijfstoestand bij een bepaalde temperatuur behorende ijkwaarden op te halen uit niet-vluchtig geheugen 14 in de microcontroller 10. Tijdens ijken levert de microcontroller 10 een gedefinieerd ijksignaal, bijvoorbeeld een pulsvormig signaal met bekende duur en amplitude, via een uitgang 15 en een schakelaar 16 aan de tijdbasisschakeling 2 ter integratie. Het pulsvormig signaal op de uitgang 15 van de microcontroller 10 wordt tevens als kloksignaal aan de detektorschakeling 8 toegevoerd, die op de achterflank van de puls informatie omtrent het geïntegreerde pulsvormige signaal verwerkt.

In figuur 2 wordt een nadere uitwerking van een detektieschakeling 8 volgens de uitvinding getoond. De detektieschakeling 8 bevat een comparator 17 die met een ingang 11 gekoppeld is met de bij figuur 1 beschreven buffer 7. Verder wordt aan een ingang 12 van de comparator 17 een referentie signaal ref toegevoerd. Een uitgang 01 van de comparator 17 is met een dataingang D van een data-flipflop 18 gekoppeld, die verder een klokingang Cl bevat. Een uitgang 02 van de data-flipflop 18 levert tijdens ijking van het meetinstrument 1 een statussignaal omtrent ijking van het meetinstrument aan de microcontroller 10.

In figuur 3 worden signalen als funktie van de tijd t getoond in een meetinstrument 1 volgens de uitvinding tijdens ijken ervan. De microcontroller 10 levert een pulsvormig signaal im dat ter integratie aan de tijdbasisschakeling 2 wordt aangeboden en tevens als kloksignaal dient voor de data-flipflop 18. Op een achterflank fl van het pulsvormig signaal im klokt de data-flipflop 18 de uitgangswaarde van de comparator 17 in. Het referentie signaal ref wordt zodanig gekozen dat in een bedrijfstoestand het geïntegreerde signaal int in geijkte toestand tijdens inklokken juist gelijk wordt aan het referentie signaal ref. Zoals in figuur 3 te zien is, is integratie in geval van int1 te snel en in geval van int2 te langzaam. Bij int1 is tijdens inklokken het comparator signaal cmp hoog en bij int2 laag. Bij variatie van de helling van het zaagtandvormig signaal int dient nèt een overgang van laag-naar-hoog of omgekeerd op te treden. De met de geprogrammeerde middelen 11 uit te voeren ijkprocedure krijgt het staus signaal op de uitgang 02 aangeboden. De bij de diverse ijkingen bepaalde ijkwaarden worden in het niet-vluchtig geheugen 14 opgeslagen.

Figuur 4 toont een stroomschema van een ijkprocedure volgens de uitvinding, uit te voeren met de geprogrammeerde middelen 11. In een bedrijfstoestand wordt aan de digitaal-naar-analoog omzetter 5 een intitiële bitconfiguratie toegevoerd door de microcontroller 10, bijvoorbeeld “11111----1" of "00000____0", bijvoorbeeld 10 bit. Als gestart wordt met 10 bit (1024), "1111----Γ dan dient bij een te hoge integratiestroom initieel op te treden, en is het signaal sta op de uitgang 02 van de data-flipflop 18 T (hoog). Bij een te lage stroom is de uitgang 02 "0" (laag). Na START in f1 wordt een aantal variabelen gelnitialiseerd in f2, K=0, L=1024, M=1024 en DAC(M), waarbij DAC(M) toevoer van data door de microcontroller 10 aangeeft. Vervolgens wordt in f3 getoetst of het signaal sta "0" is. Als dit zo is dan wordt in f4 geconstateerd dat de maximum integratiestroom te laag is en in f5 bijvoorbeeld gestopt. Als de maximum integratiestroom hoog genoeg is dan wordt in f6 getoetst of de stroombron juist ingesteld staat door te toetsen of K=L of K=L-1 of K=L+1. Als dat zo is dan wordt K in f7 bewaard in het niet-vluchtig geheugen 14 in een opzoektabel. Bij f8 wordt gestopt. Staat de stroombron nog niet juist ingesteld dan wordt in f9 M=INT{(K+L)/2) en geeft de digitaal-naar-analoog omzetter met DAC(M) een nieuw stuursignaal aan de stroombron 4. In f10 wordt getoetst of het statussignaal sta op de uitgang 02 T is. Als dat het geval is dan wordt in f11 L=M, anders wordt in f12 K=M. Daarna wordt in f6 weer getoetst of de stroombron juist staat ingesteld.

In figuur 5 wordt meer gedetailleerd het genereren van een digitaal instelbare integratiestroom getoond. De microcontroller levert aan de serieel stuurbits aan de serie-naar-parallel omzetter 12, welke bijvoorbeeld een in de handel verkrijgbaar IC TEA1017 is. Via een analoge multiplexer 19, bijvoorbeeld een IC HEF4051, met adresdeel 19A en schakeldeel 19B kan een stroombron 20 digitaal ingesteld worden bij diverse bedrijfstoestanden met ingeschakelde laadcondensatoren. Verder is de stroombron 20 via emittervolger 21 in te stellen, die door de digitaal-naar-analoog omzetter 5 aangestuurd wordt. Met in de emitterketen van de stroombron 20 onder besturing van de serie-naar-parallel omzetter 12 op te nemen diverse weerstanden kan de stroom Ifc nog gevarieerd worden, bijvoorbeeld met twee weerstanden R1 en R2 in een verhouding, 1:10, bijvoorbeeld te schakelen met een analoge multiplexer 22 zoals een IC HEF4053. De multiplexerketen bevat bijvoorbeeld weerstanden R3, R4, R5, R6, R7 en R8 met achtereenvolgens de waarden 50, 75, 125, 250, 750 en 1250 Ohm. De uitgangsspanning van de digitaal-naar-analoog omzetter 5 wordt via een operationele versterker 23, bijvoorbeeld een LM358 aan de emittervolger 21 toegevoerd. In geijkte toestand staat de collector van de emittervolger 21 op een spanning die door de digitaal-omzetter 5 bepaald wordt, bij een bepaalde bedrijfstoestand. Veelal zal een meetinstrument 1 zoals een oscilloscoop een vernierinstelling van de tijdbasisschakeling 2 hebben, dat wil zeggen dat dan ten opzichte van een geijkte stand de tijdbasis in een bedrijfstoestand ongeijkt gezet wordt. Er worden volgens de uitvinding enige bits van de digitaal-naar-analoog omzetter 5 gebruikt om de vernierinstelling te verzorgen. De vernierinstelling is dan in de geprogrammeerde middelen 11 bekend is. De bijbehorende bekende instelling van de tijdbasisschakeling 2 wordt met weergeefmiddelen weergegeven. In het gegeven voorbeeld zijn er 9 verschillende instellingen van de zaagtandspanning mogelijk per laadcondensator. Zoals bij oscilloscopen gebruikelijk wordt de tijbasis in een verhouding van 1:2:5 grof ingesteld. Voor elke laadcondensator wordt in het gegeven voorbeeld één ijkwaarde bepaald, hoewel daarop variatie mogelijk is. De instelling van de digitaal-naar-analoog omzetter 5 dient tijdens ijken zodanig varieerbaar te zijn dat bijvoor 10% spreiding in waarden van laadcondensatoren opgevangen kan worden.

In figuur 6 wordt nog een globaal blokschema van een meetinstrument 1 volgens de uitvinding getoond, met een ingang 13 voor toevoer van een te meten signaal, een tijdbasisschakeling 2, weergeefmiddelen 24 en geprogrammeerde middelen 11.

Claims (5)

1. Meetinstrument voor het meten en weergeven van signalen, bevattende een door een tijdbasisschakeling gestuurd weergeefsysteem voor het onder besturing van de tijdbasisschakeling weergeven van een aan het meetinstrument aan te bieden signaal, welke tijdbasisschakeling een digitaal instelbare integrator bevat om bij verschillende bedrijfstoestanden van het weergeefsysteem zaagtandspanningen met verschillende helling op te wekken, met het kenmerk, dat het meetinstrument is voorzien van geprogrammeerde middelen die ervoor zijn ingericht om in een ijktoestand van het meetinstrument de digitaal instelbare integrator bij de verschillende bedrijfstoestanden zodanig aan te sturen met een ijksignaal dat de tijdbasisschakeling voor elke bedrijfstoestand geijkt wordt, waartoe een uitgang van de tijdbasisschakeling gekoppeld is met een detektieschakeling om te detekteren of de tijdbasisschakeling bij een bedrijfstoestand geijkt is en de geprogrammeerde middelen een statussignaal van de detektieschakeling ophalen dat aangeeft of de tijdbasisschakeling geijkt is, dat het meetinstrument digitale opslagmiddelen bevat voor het opslaan van in de ijktoestand bepaalde ijkwaarden, en dat de geprogrammeerde middelen ervoor zijn ingericht om in normaal bedrijf bij respectieve bedrijfstoestanden de integrator met de respectieve ijkwaarden aan te sturen.

2. Meetinstrument volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de detektieschakeling een comparator bevat, die met een eerste ingang gekoppeld is met de uitgang van de tijdbasisschakeling en die is voorzien van een tweede ingang voor toevoer van een referentiesignaal, en dat de detektieschakeling verder een data-flipflop bevat, waarvan een data-ingang met een uitgang van de comparator gekoppeld is, en in de ijktoestand een klokingang het ijksignaal toegevoerd krijgt en een uitgang het statussignaal levert.

3. Meetinstrument volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het meetinstrument een temperatuursensor bevat en in de ijktoestand voor verschillende temperaturen ijkwaarden worden opgeslagen in de digitale opslagmiddelen, en dat de geprogrammeerde middelen ervoor zijn ingericht om in normaal bedrijf in afhankelijkheid van de toestand van de temperatuursensor de integrator met de respectieve ijkwaarden aan te sturen.

4. Meetinstrument volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat de tijdbasisschakeling digitale middelen bevat om een tijdbasis ten opzichte van een geijkte toestand ongeijkt te zetten, dat de digitale middelen vanuit de geprogrammeerde middelen aanstuurbaar zijn, en dat de geprogrammeerde middelen ervoor zijn ingericht om een met de digitale middelen ingestelde ongeijkte tijdbasisstand met de weergeefmiddelen weer te geven.

5. Tijdbasisschakeling geschikt voor toepassing in een meetinstrument volgens één der voorafgaande conclusies.