WO2008125532A2 - Verfahren und vorrichtung zur messung eines pegels einer zeitlich veränderlichen elektrischen messgrösse - Google Patents

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WO2008125532A2
WO2008125532A2 PCT/EP2008/054150 EP2008054150W WO2008125532A2 WO 2008125532 A2 WO2008125532 A2 WO 2008125532A2 EP 2008054150 W EP2008054150 W EP 2008054150W WO 2008125532 A2 WO2008125532 A2 WO 2008125532A2
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Klaus-Peter Linzmaier
Axel Voges
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/04—Measuring peak values or amplitude or envelope of ac or of pulses
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D7/00—Indicating measured values
    • G01D7/005—Indication of measured value by colour change

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for measuring a level of a time-varying electrical parameter, in particular an electrical voltage, a power or an electric current in the logarithmi- see scale.
  • level of an electrical measurement z.
  • a power an electrical voltage or an electric current to detect and visualize.
  • a logarithmic size which is defined by the logarithmic ratio of the respective electrical variable to an associated reference value, z.
  • a reception level for example, a reception power is determined as a function of an output voltage applied to the receiver. In this case, the reception level in a transmission over optical fibers in a range of several decades, z. From -3 dBm to -30 dBm, for different wavelengths, e.g. B.
  • a peak value rectifier which determines the peak value of a time-variable electrical measured variable and optionally displays it.
  • the peak value rectifier is conventionally formed from a number of operational amplifiers connected in series. The disadvantage here is that the determined peak value is dependent on the considered frequency and the duty cycle. As a result, level detection and level evaluation are very inaccurate and only possible to a limited extent.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a method and a device for measuring a level of an electrical measured variable, wherein a level value can be determined as accurately and reliably as possible with a simple measurement effort.
  • the object is achieved by the features mentioned in claim 1.
  • the object is achieved by the features mentioned in the claim 9.
  • a measuring signal of the measured variable is differentiated and a momentary amplitude value of the differentiated measuring signal is determined, wherein a level value is obtained by iterative approximation of a comparison value to the instantaneous amplitude value the measured variable is determined.
  • the level to be determined z.
  • a voltage value are determined very accurately and in a wide range of frequency and duty cycle.
  • the instantaneous amplitude value is detected by means of the comparator and compared with a predefinable comparison value.
  • the differentiated measuring signal has the form of a measuring pulse and an amplitude value of the differentiated measuring signal is understood here and below to mean a peak value of the measuring pulse.
  • each measuring pulse represents an amplitude.
  • the differentiation of the measurement signal is therefore particularly advantageous since the switching edges can be detected much more reliably when changing the signal. This ensures that measurement sensitivity and accuracy are increased in comparison to non-differentiating methods, in particular in comparison with methods which record time average values of the measured signal over longer time intervals.
  • a reference value or the previous level value of the measured variable is used as comparison value and the comparison value is incremented by a predefinable increment when the instantaneous amplitude value exceeds the predetermined reference value or the previous level value, or the comparison value is maintained if the instantaneous amplitude value falls below the predetermined reference value or the previous level value.
  • the increment is constant, since instead of a measured value, its amplitude value and not the pulse length is detected by using a differentiator.
  • the comparison value is initialized with initial value zero.
  • the comparison value is in the absence of a current measurement of the electrical parameter within a predetermined time to zero.
  • the determined level value can be output optically. Also, on the basis of the determined level value, z. B. a voltage level, with a known transmission line, an associated power level can be determined.
  • a window comparator formed from two further comparators can be provided, which monitors the determined level value for exceeding or falling below a value range which is limited by two threshold values.
  • a first, lower threshold value and a second, upper threshold value are specified. If the determined level value exceeds the upper threshold value and thus the value range, then a corresponding output signal, eg. B. for controlling an optical display, are generated. Likewise, when falling below the lower threshold value and thus the range of values, a further output signal z. B. are generated for driving a further optical display.
  • this comprises at least one differentiator for differentiating a measured signal of the measured variable and determining a momentary amplitude value of the differentiated measuring signal and a comparator downstream of the comparator and an amplifier, which act together as an incrementer such that by iterative approximation of a comparison value to the instantaneous amplitude value, a level value of the measured variable can be determined.
  • the comparator can be designed as a comparator, which compares the instantaneous amplitude value of the measured variable with the comparison value.
  • the incrementer can be followed by an optical display.
  • the display can be configured as a single-color LED display or as a multi-color LED display, in particular a two-color LED display.
  • the display may be formed as a single-color optical fiber display or as a multi-color optical fiber display, in particular a two-color optical fiber display.
  • the incrementer can be followed by a window comparator formed from two comparators, which compares the determined level value with a value range limited by two threshold values.
  • the differentiator, the comparator and the amplifier and optionally the window comparator are implemented in analog circuit technology.
  • FIG. 1 shows schematically a device for measuring a level of an electrical measured variable for an optical transmission system
  • FIG. 3 schematically shows a supplement to the circuit arrangement according to FIG. 2 for evaluating the quality of the determined level
  • FIG. 4 shows a voltage-power diagram.
  • the 1 shows a measuring device 1 for measuring a level value PW of a time-variable electrical measured variable M (U), in particular an electrical voltage U.
  • the electrical measured variable M (U) is hereinafter referred to as M for short.
  • a power P or an electric current I can be detected as the electrical measured variable M.
  • the measured variable M to be detected and determined is, in particular, an electrical voltage U which, for example, in the case of an optical transmission system 2 with a light guide 3, in particular quartz glass fibers, used as the transmission medium, is a light signal to be coupled into the light guide 3 at a transmitter S as the output voltage S describes that at the other end of the light guide 3 to a receiver E with a reception level, for. B. a receive power level L P , is received and coupled.
  • an electrical voltage U which, for example, in the case of an optical transmission system 2 with a light guide 3, in particular quartz glass fibers, used as the transmission medium, is a light signal to be coupled into the light guide 3 at a transmitter S as the output voltage S describes that at the other end of the light guide 3 to a receiver E with a reception level, for. B. a receive power level L P , is received and coupled.
  • the measuring device 1 is shown in more detail in FIG. In this case, the output voltage U of the receiver E is fed to a differentiator 5 formed from a capacitor Cl and a resistor Rl as an analog measured variable M.
  • Differentiator 5 is connected to an input of a comparator 6.
  • an amplitude value AW (n) of the output voltage U is generated, which is the Comparator 6 is supplied as an input signal.
  • the comparator 6 is designed as a comparator to which a comparison value VW (n), in the exemplary embodiment a voltage reference or voltage reference value, is supplied as a further input signal.
  • the comparator 6 is followed by a level converter 7 formed by a resistor R2, a diode D1, a capacitor C2 and a resistor R3, and an amplifier 8, which act as an incrementer 9 such that by iterative approximation of the comparison value applied to the comparator 6 VW (n) to the current amplitude value AW (n) a level value PW (n) of the measured variable M at the output of the measuring device 1 is determined.
  • the comparison value VW (n) is determined on the basis of the previous level value PW (n1) or a predefinable reference value, the initial value of the comparison value VW (n) being equal to zero.
  • a diode D2 and a resistance element 10 formed from the resistors R4, R5 and a capacitor chain 11 formed from the capacitors C3 to C5 are connected downstream of the amplifier 8.
  • the measuring device 1 is implemented in analog active circuit technology, i. the differentiator 5, the comparator 6 and the amplifier 8 are implemented in analog circuit technology.
  • the comparator 6 compares the instantaneous amplitude value AW (n) with the comparison value VW (n). If the amplitude value AW (n) is less than or equal to the comparison value
  • the capacitor C2 is further charged by the increment with each subsequent measured value pulse as the instantaneous amplitude value AW (n) increases, the increment being constant. If the comparison value VW (n) is equal to or greater than the subsequent amplitude value AW (n + 1), then no comparator output signal is generated so that the capacitor C2 discharges within a predeterminable time and the level value PW (n) to zero goes until a current measurement signal has an amplitude value AW (n) which is greater than the comparison value VW (n).
  • the ascertained voltage value SW (n) is then amplified and converted into the level value PW (n), which optionally can be optically output depending on the design of the measuring device 1.
  • the incrementer 9 may be followed by an optical display 12.
  • the optical display 12 can be designed as a single-color LED display or as a two-color LED display, wherein the iteratively determined by the incrementer 9 voltage value SW is a measure of the level value PW (n) and the optical display 12 represents the rising or falling value of the level value PW (n), for example, by triggering a number of light-emitting diodes corresponding to the rising or falling value.
  • the optical display 12 can also be embodied as a single-color LED display or as a multicolor LED display, wherein the voltage value SW (n) determined iteratively by the incrementer 9 is used as a measure of the level value PW (n) and the optical Display 12 changes brightness or color depending on the level value PW (n).
  • the visual display 12 may be implemented as a single-color LED display.
  • the visual display 12 lights up when the detected level value PW (n) is in the good range. ever For example, after the measured quantity has been determined, the display 12 can light up if the determined level value PW (n) is above a predetermined value, for. B. a voltage value U of 240 mV is.
  • the optical display 12 for example, green light for easy detection of a so-called "good” level value PW (n).
  • the optical display 12 For detecting a so-called "bad” or "critical” level value PW (n), the optical display 12, a corresponding other luminous color, for. B. red or orange or yellow.
  • the display 12 in this exemplary embodiment is shown as a monochrome
  • Light-emitting diode display or a single-color light guide display performed.
  • the visual display 12 may be implemented as a multi-color display, e.g. As a two- or three-color LED display, be executed.
  • the display 12 lights in dependence on the determined level value PW (n) in different colors.
  • the optical indicator 12 lights up red when the level value PW (n) is in the “bad” range, yellow when the level value PW (n) is in the “critical” range, and green when the level value PW (n) is in the "good” range "Area lies.
  • formed as a three-color display optical display 12 may advantageously be formed of two different color LEDs 12a and 12b and a light guide 12c, wherein the light emitting diodes 12a and 12b are controlled by a window comparator 13, as shown in more detail in FIG ,
  • a voltage divider 14 which consists of three resistors 14a, 14b and 14c, two threshold values S1 and S2 are formed as comparison values of the window comparator 13, which consists of two individual comparators 13a and 13b.
  • the iteratively determined reception level value PW (n) is determined by means of the a comparator 13a compared to the upper threshold S2 and by means of the other comparator 13b with the lower threshold Sl. If the determined level value PW (n) is smaller than both threshold values S1 and S2, only the red-glowing light-emitting diode 12a is activated, ie the determined level value
  • PW (n) lies in the "critical" range below 120 mV. If the determined level value PW (n) is greater than both threshold values S1 and S2, only the green-emitting light-emitting diode 12b is actuated, i. the determined level value PW (n) lies in the "good” range above 240 mV.
  • the light emitted by the two light emitting diodes 12a and 12b is guided by means of the light guide 12c to the device outer wall. In order to achieve sufficient color mixing, the light guide 12c includes diffuse portions.
  • the transmission quality of the transmitted signal of the measured quantity M can be determined on the basis of the determined level value PW (n) for the voltage U and a received power level Lp assigned to this voltage level value PW (n).
  • the transmission rate used is determined by means of the method described above, the level value PW (n) for the voltage U by iterative approximation.
  • the received level value PW (n) can be classified into the following three level ranges:
  • the optical display 12 can display, for example, the "good” range by a corresponding number of green light emitting diodes 12b and the “bad” range by a corresponding number of red light emitting diodes 12a, wherein the "critical" range is generated and displayed by color mixing in the light guide 12c is.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung eines Pegels einer zeitlich veränderlichen elektrischen Messgröße (M), insbesondere einer elektrischen Spannung (U) oder eines elektrischen Stromes, bei dem ein Messsignal der Messgröße (M) differenziert und ein momentaner Amplitudenwert (AW (n) ) der differenzierten Messgröße (M) ermittelt wird, wobei durch iterative Approximation eines Vergleichswertes (VW (n) ) an den momentanen Amplitudenwert (AW (n) ) ein Pegelwert (PW (n) ) der Messgröße (M) bestimmt wird.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Messung eines Pegels einer zeitlich veränderlichen elektrischen Messgröße
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung eines Pegels einer zeitlich veränderlichen elektrischen Messgröße, insbesondere einer elektrischen Spannung, einer Leistung oder eines elektrischen Stromes im logarithmi- sehen Maßstab.
In der Kommunikations- und Nachrichtentechnik ist es bekannt, Pegel einer elektrischen Messgröße, z. B. einer Leistung, einer elektrischen Spannung oder eines elektrischen Stromes, zu erfassen und zu visualisieren . Dabei wird im Weiteren unter einem Pegel eine logarithmische Größe bezeichnet, die durch das logarithmierte Verhältnis der jeweiligen elektrischen Messgröße zu einem zugehörigen Bezugswert definiert ist, z. B. für einen Empfangspegel einer Empfangsleistung in dBm mit einem Bezugswert von Po = 1 mW.
So wird beispielsweise bei einer Vorrichtung zur Übertragung von Informationen mittels Lichtleitern an einem Ende des Lichtleiters Licht über einen Sender eingekoppelt, welches dann durch den Lichtleiter bis zu dessen anderem Ende geführt wird und dort durch einen entsprechenden Empfänger empfangen und ausgekoppelt wird. Bedingt beispielsweise durch Verschmutzung des oder der Lichtleiter und/oder durch hohe Dämpfungen im Lichtleiter ist es von Bedeutung zumindest emp- fangsseitig einen Empfangspegel zu erfassen. Als Empfangspegel wird beispielsweise eine Empfangsleistung in Abhängigkeit von einer am Empfänger anliegenden Ausgangsspannung ermittelt. Dabei kann der Empfangspegel bei einer Übertragung über Lichtleiter in einem Bereich von mehreren Dekaden, z. B. von -3 dBm bis -30 dBm, für verschiedene Wellenlängen, z. B. 660 nm, 850 nm oder 1300 nm, liegen. Zur Erfassung und Visualisierung elektrischer Pegel ist es bekannt, einen so genannten Spitzenwertgleichrichter einzusetzen, der den Scheitelwert einer zeitlich veränderbaren elektrischen Messgröße ermittelt und gegebenenfalls anzeigt. Dabei ist der Spitzenwertgleichrichter in herkömmlicher Art und Weise aus einer Anzahl von hintereinander geschalteten Operationsverstärkern gebildet. Nachteilig dabei ist, dass der ermittelte Scheitelwert abhängig von der betrachteten Frequenz und vom Tastverhältnis ist. Hierdurch ist eine Pe- gelerfassung und Pegelbewertung sehr ungenau und nur eingeschränkt möglich.
Aus der DE 100 63 102 Al ist beispielsweise eine Anordnung und Messung interner Spannungen in einer integrierten HaIb- leitervorrichtung bekannt, bei der ein Vergleicher vorgesehen ist, der die zu messende interne Spannung mit einer extern zugelieferten Referenzspannung vergleicht.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung eines Pegels einer elektrischen Messgröße anzugeben, wobei ein Pegelwert möglichst genau und sicher bei einfachem Messaufwand bestimmbar ist.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die in dem Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst. Hinsichtlich der Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die in dem Anspruch 9 genannten Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Messung eines Pegels einer zeitlich veränderlichen elektrischen Messgröße, insbesondere einer elektrischen Spannung oder eines elektrischen Stromes wird ein Messsignal der Messgröße differenziert und ein momentaner Amplitudenwert des differenzierten Messsignals ermittelt, wobei durch iterative Approximation eines Vergleichswertes an den momentanen Amplitudenwert ein Pegelwert der Messgröße bestimmt wird. Durch eine iterative Approximation kann der zu bestimmende Pegelwert, z. B. ein Spannungswert, sehr genau und in einem weiten Bereich von Frequenz und Tastverhältnis ermittelt werden. Hierzu wird die iterative Approximation in analoger Schaltungstechnik, z. B. anhand eines Komparators, durchgeführt.
Zweckmäßigerweise wird mittels des Komparators der momentane Amplitudenwert erfasst und mit einem vorgebbaren Vergleichs- wert verglichen.
Dabei hat das differenzierte Messsignal die Form eines Messimpulses und unter einem Amplitudenwert des differenzierten Messsignals wird hier und im Folgenden ein Spitzenwert des Messimpulses verstanden. Mit anderen Worten stellt bei einer Folge von Messimpulsen im Sinne der Erfindung jeder Messimpuls eine Amplitude dar.
Das Differenzieren des Messsignals ist deshalb besonders vor- teilhaft, da dadurch die Schaltflanken beim Wechsel des Signals wesentlich sicherer detektierbar sind. Dies stellt sicher, dass Messempfindlichkeit und -genauigkeit gegenüber nicht differenzierenden Verfahren erhöht werden, insbesondere gegenüber Verfahren, die zeitliche Mittelwerte des Messsig- nals über längere Zeitintervalle erfassen. Die Differenzierung des Messsignals wirkt sich insbesondere bei der Erfassung eines Signalwechsels nach einem längeren Dauersignal positiv aus. Auf einen derartigen Signalwechsel sind zeitlich mittelnde Messverfahren nämlich nicht empfindlich, da nach dem Dauersignal der zeitliche Mittelwert durch den Signalwechsel fast unverändert bleibt. Dies wirkt sich insbesondere bei so genannten NRZ-modulierten Messsignalen (NRZ = Non- Return-to-Zero) , da dabei ein Auftreten längerer Dauersignale nicht verhindert wird.
In einer möglichen Ausführungsform wird bei einem als Vergleicher ausgebildeten Komparator als Vergleichswert ein Referenzwert oder der vorangegangene Pegelwert der Messgröße vorgegeben und der Vergleichswert um ein vorgebbares Inkre- ment inkrementiert, wenn der momentane Amplitudenwert den vorgegebenen Referenzwert bzw. den vorangegangenen Pegelwert überschreitet, oder der Vergleichswert wird beibehalten, wenn der momentane Amplitudenwert den vorgegebenen Referenzwert bzw. den vorangegangenen Pegelwert unterschreitet.
Zweckmäßigerweise ist das Inkrement konstant, da durch Verwendung eines Differenzierers anstelle eines Messwertes des- sen Amplitudenwert und nicht die Impulslänge erfasst wird.
Vorzugsweise wird der Vergleichswert mit Anfangswert Null initialisiert. Darüber hinaus geht der Vergleichswert bei Nichtanliegen eines aktuellen Messwertes der elektrischen Messgröße innerhalb einer vorgebbaren Zeit gegen Null.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann der ermittelte Pegelwert optisch ausgegeben werden. Auch kann anhand des ermittelten Pegelwertes, z. B. eines Spannungspegels, bei be- kannter Übertragungsleitung ein zugehöriger Leistungspegel bestimmt werden.
Zusätzlich kann für eine differenzierte Bewertung der Qualität des ermittelten Pegelwertes dieser anhand eines durch zwei Schwellwerte begrenzten Pegelbereiches analysiert und bewertet werden. Dazu kann ein aus zwei weiteren Komparatoren gebildeter Fensterkomparator vorgesehen sein, welcher den ermittelten Pegelwert auf Über- oder Unterschreiten eines Wertebereiches, der durch zwei Schwellwerte begrenzt wird, über- wacht. Dabei werden ein erster, unterer Schwellwert und ein zweiter, oberer Schwellwert vorgegeben. Überschreitet der ermittelte Pegelwert den oberen Schwellwert und somit den Wertebereich, so kann ein entsprechendes Ausgangssignal, z. B. zur Ansteuerung einer optischen Anzeige, erzeugt werden. Ebenso kann beim Unterschreiten des unteren Schwellwertes und somit des Wertebereiches ein weiteres Ausgangssignal z. B. zur Ansteuerung einer weiteren optischen Anzeige erzeugt werden . Hinsichtlich der Vorrichtung zur Messung eines Pegels einer zeitlich veränderlichen elektrischen Messgröße umfasst diese zumindest einen Differenzierer zur Differenzierung eines Messsignals der Messgröße und Ermittlung eines momentanen Amplitudenwertes des differenzierten Messsignals sowie einen dem Differenzierer nachgeschalteten Komparator und einen Verstärker, die zusammen als Inkrementierer derart wirken, dass durch iterative Approximation eines Vergleichswertes an den momentanen Amplitudenwert ein Pegelwert der Messgröße be- stimmbar ist.
Je nach Vorgabe kann dabei der Komparator als ein Vergleicher ausgebildet sein, der den momentanen Amplitudenwert der Messgröße mit dem Vergleichswert vergleicht.
Zur Ausgabe des ermittelten Pegelwertes kann dem Inkrementierer eine optische Anzeige nachgeschaltet sein. Je nach Vorgabe und Ausführung des Komparators kann die Anzeige als eine Einfarben-Leuchtdioden-Anzeige oder als eine Mehrfarben- Leuchtdioden-Anzeige, insbesondere eine Zweifarben-Leuchtdioden-Anzeige ausgebildet sein. Auch kann die Anzeige als eine Einfarben-Lichtleiter-Anzeige oder als eine Mehrfarben-Lichtleiter-Anzeige, insbesondere eine Zweifarben-Lichtleiter-Anzeige ausgebildet sein.
Zur Bewertung der Qualität des ermittelten Pegelwertes kann dem Inkrementierer ein aus zwei Komparatoren gebildeter Fens- terkomparator nachgeschaltet sein, der den ermittelten Pegelwert mit einem durch zwei Schwellwerte begrenzten Wertebe- reich vergleicht.
In bevorzugter Ausführungsform sind der Differenzierer, der Komparator und der Verstärker und gegebenenfalls der Fenster- komparator in analoger Schaltungstechnik ausgeführt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen: FIG 1 schematisch eine Vorrichtung zur Messung eines Pegels einer elektrischen Messgröße für ein optisches ÜbertragungsSystem,
FIG 2 schematisch eine mögliche Ausführungsform für eine Schaltungsanordnung der Vorrichtung zur Messung des
Pegels,
FIG 3 schematisch eine Ergänzung der Schaltungsanordnung gemäß FIG 2 zur Bewertung der Qualität des ermittelten Pegels, und FIG 4 ein Spannungs-Leistungs-Diagramm.
Einander entsprechende Teile oder Funktionen sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
FIG 1 zeigt eine Messvorrichtung 1 zur Messung eines Pegelwertes PW einer zeitlich veränderlichen elektrischen Messgröße M(U), insbesondere einer elektrischen Spannung U. Die elektrische Messgröße M(U) wird im Weiteren kurz mit M bezeichnet. Alternativ kann als elektrische Messgröße M eine Leistung P oder ein elektrischer Strom I erfasst werden.
Bei den zu erfassenden und zu bestimmenden Messgröße M handelt es sich insbesondere um eine elektrische Spannung U, welche beispielsweise bei einem optischen Übertragungssystem 2 mit einem als Übertragungsmedium eingesetzten Lichtleiter 3, insbesondere Quarzglasfasern, an einem Sender S als Ausgangsspannung ein in den Lichtleiter 3 einzukoppelndes Lichtsignal S beschreibt, das am anderen Ende vom Lichtleiter 3 an einem Empfänger E mit einem Empfangspegel, z. B. einer Emp- fangsleistungspegel LP, empfangen und eingekoppelt wird.
Die Messvorrichtung 1 ist in FIG 2 näher dargestellt. Dabei wird als analoge Messgröße M die Ausgangsspannung U des Empfängers E einem aus einem Kondensator Cl und einem Widerstand Rl gebildeten Differenzierer 5 zugeführt. Der Ausgang des
Differenzierers 5 ist mit einem Eingang eines Komparators 6 verbunden. Als Ausgangssignal des Differenzierers 5 wird ein Amplitudenwert AW (n) der Ausgangsspannung U erzeugt, das dem Komparator 6 als Eingangssignal zugeführt wird. Der Kompara- tor 6 ist als ein Vergleicher ausgebildet, dem als ein weiteres Eingangssignal ein Vergleichswert VW (n), im Ausführungsbeispiel ein Spannungsbezugs- oder Spannungsreferenzwert, zu- geführt wird. Dem Komparator 6 ist ein aus einem Widerstand R2 , einer Diode Dl, einem Kondensator C2 und einem Widerstand R3 gebildeter Pegelumsetzer 7 und ein Verstärker 8 nachgeschaltet, die als ein Inkrementierer 9 derart wirken, dass durch iterative Approximation des am Komparator 6 anlie- genden Vergleichswertes VW (n) an den momentanen Amplitudenwert AW (n) ein Pegelwert PW (n) der Messgröße M am Ausgang der Messvorrichtung 1 bestimmt wird. Der Vergleichswert VW (n) wird dabei anhand des vorangegangenen Pegelwertes PW(n-l) oder eines vorgebbaren Referenzwertes bestimmt, wobei der An- fangswert des Vergleichswertes VW (n) gleich Null ist. Hierzu sind dem Verstärker 8 eine Diode D2 und ein aus den Widerständen R4, R5 gebildetes Widerstandsglied 10 und eine aus den Kondensatoren C3 bis C5 gebildete Kondensatorenkette 11 nachgeschaltet .
Gegenüber herkömmlichen digitalen Spitzenwertgleichrichtern ist die Messvorrichtung 1, wie in FIG 2 gezeigt, in analoger aktiver Schaltungstechnik ausgeführt, d.h. der Differenzierer 5, der Komparator 6 und der Verstärker 8 sind in analoger Schaltungstechnik ausgeführt.
Im nachfolgenden wird die Wirkungsweise der Messvorrichtung 1 näher beschrieben. Der Komparator 6 vergleicht den momentanen Amplitudenwert AW (n) mit dem Vergleichswert VW (n). Ist der Amplitudenwert AW (n) kleiner oder gleich dem Vergleichswert
VW (n) (mit AW (n) <= VW (n) ) , so wird kein Ausgangssignal AS am Komparator 6 erzeugt und der nächstfolgende Vergleichswert VW(n+l) wird durch den vorangegangenen Pegelwert PW (n) gebildet. D.h. der Vergleichswert VW (n) wird als nächstfolgender Vergleichswert VW(n+l) beibehalten. Überschreitet hingegen der momentane Amplitudenwert AW (n) den Vergleichswert VW (n), so wird ein Ausgangssignal AS erzeugt und der dem Komparator 6 nachgeschaltete Kondensator C2 lädt sich um ein aus der Differenz von AW (n) und VW (n) gebildetes Inkrement auf einen Spannungswert SW (n) auf, der dem Amplitudenwert AW (n) annähernd entspricht. Dabei wird der Kondensator C2 mit jedem nachfolgenden Messwertimpuls bei steigendem momentanem Ampli- tudenwert AW (n) um das Inkrement weiter aufgeladen, wobei das Inkrement konstant ist. Ist der Vergleichswert VW (n) gleich dem nachfolgenden Amplitudenwert AW(n+l) oder größer als dieser, so wird kein Komparatorausgangssignal erzeugt, so dass sich der Kondensator C2 innerhalb einer vorgebbaren Zeit ent- lädt und der Pegelwert PW (n) auf Null geht, bis ein aktuelles Messsignal einen Amplitudenwert AW (n) aufweist, der größer als der Vergleichswert VW (n) ist.
Der ermittelte Spannungswert SW (n) wird anschließend ver- stärkt und in den Pegelwert PW (n) umgesetzt, der je nach Ausführung der Messvorrichtung 1 optional optisch ausgegeben werden kann. Hierzu kann dem Inkrementierer 9 eine optische Anzeige 12 nachgeschaltet sein. Dabei kann die optische Anzeige 12 als eine Einfarben-Leuchtdioden-Anzeige oder als ei- ne Zweifarben-Leuchtdiode-Anzeige ausgebildet sein, wobei der durch den Inkrementierer 9 iterativ ermittelte Spannungswert SW als Maß für den Pegelwert PW (n) gilt und die optische Anzeige 12 den steigenden oder fallenden Wert des Pegelwertes PW (n) beispielsweise durch eine Ansteuerung einer den stei- genden bzw. fallenden Wert entsprechenden Anzahl von Leuchtdioden wiedergibt.
Auch kann die optische Anzeige 12 als eine Einfarben-Leuchtdioden-Anzeige oder als eine Mehrfarben-Leuchtdioden-Anzeige ausgebildet sein, wobei der durch den Inkrementierer 9 iterativ ermittelte Spannungswert SW (n) als Maß für den Pegelwert PW (n) gilt und die optische Anzeige 12 abhängig vom Pegelwert PW (n) die Helligkeit oder die Farbe ändert.
In einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel kann die optische Anzeige 12 als Einfarben-Leuchtdiode-Anzeige ausgeführt sein. Die optische Anzeige 12 leuchtet dann auf, wenn der ermittelte Pegelwert PW (n) im guten Bereich liegt. Je nach ermittelter Messgröße kann beispielsweise die Anzeige 12 leuchten, wenn der ermittelte Pegelwert PW (n) oberhalb eines vorgegebenen Wertes, z. B. eines Spannungswertes U von 240 mV, liegt. Dabei wird zur einfachen Erkennung eines so genannten "guten" Pegelwertes PW (n) die optische Anzeige 12 beispielsweise grün leuchten. Zur Erkennung eines so genannten "schlechten" oder "kritischen" Pegelwertes PW (n) kann die optische Anzeige 12 eine entsprechende andere Leuchtfarbe, z. B. rot oder orange oder gelb, aufweisen. Dabei ist die Anzei- ge 12 in diesem Ausführungsbeispiel als eine Einfarben-
Leuchtdioden-Anzeige oder eine Einfarben-Lichtleiter-Anzeige ausgeführt .
In einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel kann die optische Anzeige 12 als eine Mehrfarben-Anzeige, z. B. eine Zwei- oder Dreifarben-Leuchtdioden-Anzeige, ausgeführt sein. Die Anzeige 12 leuchtet dabei in Abhängigkeit vom ermittelten Pegelwert PW (n) in verschiedenen Farben.
Zweckmäßigerweise leuchtet die optische Anzeige 12 rot, wenn der Pegelwert PW (n) im "schlechten" Bereich liegt, gelb, wenn der Pegelwert PW (n) im "kritischen" Bereich liegt und grün, wenn der Pegelwert PW (n) im "guten" Bereich liegt.
Dabei kann eine als Dreifarben-Anzeige ausgebildete optische Anzeige 12 vorteilhaft aus zwei farblich unterschiedlichen Leuchtdioden 12a und 12b und einem Lichtleiter 12c gebildet sein, wobei die Leuchtdioden 12a und 12b durch einen Fenster- komparator 13 angesteuert werden, wie dies in FIG 3 näher dargestellt ist.
Über einen Spannungsteiler 14, der aus drei Widerständen 14a, 14b und 14c besteht, werden als Vergleichswerte des Fenster- komparators 13, der aus zwei einzelnen Komparatoren 13a und 13b besteht, zwei Schwellwerte Sl und S2 gebildet. Die
Schwellwerte Sl und S2 sind beispielsweise 120 mV (= unterer Schwellwert Sl) und 240 mV (= oberer Schwellwert S2) . Der iterativ ermittelte Empfangspegelwert PW (n) wird mittels des einen Komparators 13a mit dem oberen Schwellwert S2 und mittels des anderen Komparators 13b mit dem unteren Schwellwert Sl verglichen. Ist der ermittelte Pegelwert PW (n) kleiner als beide Schwellwerte Sl und S2 wird nur die rot leuchtende Leuchtdiode 12a angesteuert, d.h. der ermittelte Pegelwert
PW (n) liegt im "kritischen" Bereich unterhalb von 120 mV. Ist der ermittelte Pegelwert PW (n) größer als beide Schwellwerte Sl und S2 wird nur die grün leuchtende Leuchtdiode 12b angesteuert, d.h. der ermittelte Pegelwert PW (n) liegt im "gu- ten" Bereich oberhalb von 240 mV. Die dritte Farbe (= gelb) wird in diesem Ausführungsbeispiel durch additive Farbmischung bei gleichzeitiger Ansteuerung beider Leuchtdioden 12a und 12b erzeugt, wenn der Pegelwert PW (n) größer als der untere Schwellwert Sl (z. B. mit PW (n) > 120 mV) und kleiner als der obere Schwellwert S2 (z. B. mit PW (n) < 240 W) ist und somit innerhalb des Wertebereiches liegt. Das von den beiden Leuchtdioden 12a und 12b emittierte Licht wird dabei mittels des Lichtleiters 12c an die Geräteaußenwand geführt. Um eine ausreichende Farbmischung zu erreichen, beinhaltet der Lichtleiter 12c diffuse Anteile.
FIG 4 zeigt ein Diagramm aus dem beispielhaft die Übertragungsqualität des übertragenen Signals der Messgröße M anhand des ermittelten Pegelwertes PW (n) für die Spannung U und ei- nes diesem Spannungspegelwert PW (n) zugeordneten Empfangsleistungspegels Lp ermittelt werden kann. In Abhängigkeit von den Einflussgrößen des Lichtleiters 3, wie z. B. Stärke der Sendeleistung, Umgebungstemperatur des optischen Senders S und des Empfängers E, der Dämpfung der Übertragungsstrecke, der verwendeten Übertragungsrate wird mittels des oben beschriebenen Verfahrens der Pegelwert PW (n) für die Spannung U durch iterative Approximation ermittelt. Dabei kann der empfangene Pegelwert PW (n) in folgende drei Pegelbereiche klassifiziert werden:
Pegelwert PW im normalen Bereich 5 V > U > 240 mV, Pegelwert PW im kritischen Bereich 120 mV <= U <= 240 mV und Pegelwert PW im schlechten Bereich U < 120 mV.
Hierzu kann die optische Anzeige 12 beispielsweise den "guten" Bereich durch eine entsprechende Anzahl von grünen Leuchtdioden 12b und den "schlechten" Bereich durch eine entsprechende Anzahl von roten Leuchtdioden 12a anzeigen, wobei der "kritische" Bereich durch Farbmischung im Lichtleiter 12c erzeugt und anzeigbar ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Messung eines Pegels einer zeitlich veränderlichen elektrischen Messgröße (M) , bei dem ein Messsignal der Messgröße (M) differenziert und ein momentaner Amplitudenwert (AW (n) ) des differenzierten Messsignals der Messgröße (M) ermittelt wird, wobei durch iterative Approximation eines Vergleichswertes (VW (n) ) an den momentanen Amplitudenwert (AW (n) ) ein Pegelwert (PW (n) ) der Messgröße (M) bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der momentane Amplitudenwert (AW (n) ) erfasst und mit einem vorgebbaren Vergleichswert (VW (n) ) verglichen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem als Vergleichswert (VW (n) ) mindestens ein Referenzwert oder der vorangegangene Pegelwert (PW(n-l)) der Messgröße (M) vorgegeben wird und der Vergleichswert (VW (n) ) um ein vorgebbares Inkrement inkremen- tiert wird, wenn der momentane Amplitudenwert (AW (n) ) den vorgegebenen Referenzwert bzw. den vorangegangenen Pegelwert (PW(n-l)) überschreitet oder der Vergleichswert (VW (n)) beibehalten wird, wenn der momentane Amplitudenwert (AW (n) ) den vorgegebenen Referenzwert bzw. den vorangegangenen Pegelwert (PW(n-l)) unterschreitet.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das Inkrement konstant ist .
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem als
Anfangswert der Vergleichswert (VW (n) ) auf Null gesetzt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem der Vergleichswert (VW (n) ) bei Nichtanliegen eines aktuellen Messwertes der elektrischen Messgröße (M) innerhalb einer vorgebbaren Zeit gegen Null geht.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der ermittelte Pegelwert optisch ausgegeben wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der ermittelte Pegelwert (PW (n) ) anhand eines durch zwei Schwellwerte (Sl, S2) begrenzten Pegelbereiches analysiert und bewertet wird.
9. Vorrichtung zur Messung eines Pegels einer zeitlich ver- änderlichen elektrischen Messgröße (M) , umfassend einen Differenzierer (5) zur Differenzierung eines Messsignals der Messgröße (M) und Ermittlung eines momentanen Amplitudenwertes (AW (n) ) des differenzierten Messsignals der Messgröße (M) sowie einen dem Differenzierer (5) nachgeschalteten Kompara- tor (6) und einen Verstärker (8), die zusammen als Inkremen- tierer (9) derart wirken, dass durch iterative Approximation eines Vergleichswertes (VW (n) ) an den momentanen Amplitudenwert (AW (n) ) ein Pegelwert (PW (n) ) der Messgröße (M) bestimmbar ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Komparator (5) als Vergleicher ausgebildet ist, der den momentanen Amplitudenwert (AW (n) ) der Messgröße (M) mit dem Vergleichswert (VW (n) ) vergleicht .
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei dem Inkremen- tierer (9) ein Fensterkomparator (13) nachgeschaltet ist, der den ermittelten Pegelwert (PW (n) ) mit einem durch zwei Schwellwerte (Sl, S2) begrenzten Wertebereich vergleicht.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei dem Inkrementierer (9) und/oder dem Fensterkomparator (13) eine optische Anzeige (12) nachgeschaltet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Anzeige (12) als eine Einfarben-Leuchtdioden-Anzeige oder als eine Mehrfarben- Leuchtdioden-Anzeige ausgebildet ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Anzeige (12) als eine Einfarben-Lichtleiter-Anzeige oder als eine Mehrfarben- Lichtleiter-Anzeige ausgebildet ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, wobei bei einer
Ausbildung der optischen Anzeige (12) als Dreifarben-Anzeige zwei Farben über zwei verschiedenfarbige Leuchtdioden (12a, 12b) und die dritte Farbe durch Lichtmischung aus den Leuchtfarben der Leuchtdioden (12a, 12b) in einem Lichtleiter (12c] erzeugbar ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Lichtmischung durch diffuse Anteile im Lichtleiter (12c) erzeugbar ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, wobei der Differenzierer (5), der Komparator (6) und der Verstärker (8] in analoger Schaltungstechnik ausgeführt sind.
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