WO2016074907A1 - Elektronische messschaltung und verfahren - Google Patents

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WO2016074907A1
WO2016074907A1 PCT/EP2015/074620 EP2015074620W WO2016074907A1 WO 2016074907 A1 WO2016074907 A1 WO 2016074907A1 EP 2015074620 W EP2015074620 W EP 2015074620W WO 2016074907 A1 WO2016074907 A1 WO 2016074907A1
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analog
signal
analog signal
inverted
digital converter
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PCT/EP2015/074620
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English (en)
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Jörg REESE
Jürgen GÖHLER
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Multi-Holding Ag
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/25—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques
    • G01R19/2506—Arrangements for conditioning or analysing measured signals, e.g. for indicating peak values ; Details concerning sampling, digitizing or waveform capturing
    • G01R19/2509—Details concerning sampling, digitizing or waveform capturing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R1/00—Details of instruments or arrangements of the types included in groups G01R5/00 - G01R13/00 and G01R31/00
    • G01R1/02—General constructional details
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    • G01R1/067—Measuring probes
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/06—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters
    • H03M1/0617—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters characterised by the use of methods or means not specific to a particular type of detrimental influence
    • H03M1/0675—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters characterised by the use of methods or means not specific to a particular type of detrimental influence using redundancy
    • H03M1/0678—Continuously compensating for, or preventing, undesired influence of physical parameters characterised by the use of methods or means not specific to a particular type of detrimental influence using redundancy using additional components or elements, e.g. dummy components
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12—Analogue/digital converters

Definitions

  • the present invention relates to an electronic measuring circuit according to claim 1, a method according to claim 7 and a probe, in particular with the electronic measuring circuit, according to claim 1, according to claim 11.
  • a measuring circuit for detecting and evaluating a voltage to be measured comprises a circuit input which is designed to feed the voltage to be measured as an analog signal into the measuring circuit, a first analog-to-digital converter electrically connected to the circuit input, one to the circuit input electrically connected second analog-to-digital converter and a second analog-to-digital converter upstream inverter.
  • the first analog-to-digital converter is designed to convert the analog signal into a digital signal.
  • the inverter is configured to invert said analog signal, resulting in inverted analog signal, and the second analog-to-digital converter is adapted to convert said inverted analog signal to a digital signal.
  • the signal to be measured is therefore detected twice in the measuring circuit.
  • the first transducer converts said analogue signal and the second transducer converts said analogue signal previously inverted by the inverter. Consequently, a digital signal corresponding to the analog signal is provided by the first converter and a digital signal corresponding to the inverted analog signal is provided by the second converter. For example, it is then always possible to supply only the positive signal components or only the negative signal components to the respective converter. This has the advantage that it is possible to select transducers which have to have a comparatively small working range or a comparatively small resolution. Such transducers are relatively inexpensive.
  • the inverter is at the same time an amplifier, which is designed to amplify the inverted analog signal.
  • the amplifier can also be arranged independently of the inverter and the inverter upstream or downstream.
  • the first analog-to-digital converter is preceded by an amplifier, which is designed to amplify the analog signal.
  • the analog signal to be measured is amplified for both converters.
  • the signal is amplified identically for both converters.
  • the amplification factors, according to which the signal is amplified are preferably designed such that the signal is amplified to the optimum, in particular maximum resolution range of the analog-to-digital converter.
  • the amplifier amplifies the analog signal by a factor in the range from 1.25 to 10, in particular in the range from 1.5 to 5, particularly preferably from 1.5 to 3, amplified. Particularly preferred is a factor of 2.
  • the measuring circuit comprises a blocking element.
  • the blocking element is configured to block an inverted positive half-wave of the inverted analog signal and a negative half-wave of the analog signal, providing to said analog-to-digital converters a processed analog signal with exclusive positive half-waves.
  • the blocking element is configured to block an inverted negative half-wave of the inverted analog signal and a positive half-wave of the analog signal, providing a processed analog signal with exclusive negative half-waves to said analog-to-digital converters.
  • this makes it possible to use analog-to-digital converters which can have a smaller working range, with both the originally negative signal component, which was inverted, and the positive signal component, being convertible by the converter.
  • the blocking element is in one embodiment, a rectifier, which is connected upstream of the first analog-to-digital converter and the second analog-to-digital converter.
  • the rectifier is a half-wave rectifier.
  • the blocking element is a diode, in particular a free-wheeling diode or a clamping diode, which is connected in such a way that the corresponding half-oscillations are blocked.
  • a transistor can be used as the blocking element.
  • one of the following elements is used as a blocking element: diode or transistor in the form of a diode function, connected as a limiter of the negative half-waves; or diode or transistor connected in the form of a diode function in the longitudinal direction; or active half-wave rectifier with operational amplifier and one or two diodes or; active half-wave rectifiers with operational amplifiers and one or two transistors connected in diode function.
  • the measuring circuit further comprises a calculation unit, wherein the first analog-to-digital converter and the second analog-to-digital converter are connected to the calculation unit, wherein said digital signals are transmitted from the analog-to-digital converters to the calculation unit.
  • the calculation unit is designed such that the converted analog signals with exclusively positive or negative half-wave are reassembled, so that a digital signal is provided which represents the said analog signal to be measured.
  • the analog signal to be measured is fed to two transducers and split between these two transducers.
  • the non-inverted signal or a part thereof is passed to the one transducer and the inverted signal or a part thereof is passed to the other transducer.
  • Each of the transducers measures with its maximum resolution and the calculation unit then sums the signal via arithmetic operations together again.
  • the parts of the signals are chosen so that the analog signal to be measured can be calculated again.
  • the resulting digital signal may be provided at a higher resolution.
  • said analog-to-digital converter is a converter integrated in a microcontroller or a multiple converter.
  • the converter is a STM32F103CBT6 type processor.
  • said inverter is an operational amplifier.
  • an operational amplifier with the properties of rail-to-rail, low offset voltages and small temperature drift.
  • the inverter is particularly preferably an OPA317 operational amplifier.
  • said rectifier is a lower Schottky diode Forward voltage.
  • a Schottky diode type BAT54AW is particularly preferred.
  • said calculation unit is selected from the group of microcontrollers or microprocessors.
  • the calculation unit is particularly preferably a STM32F 103CBT6 type microcontroller.
  • the analog-to-digital converter and the said calculation unit are combined in an electronic component, such as a microcontroller or a CPU.
  • the two elements can also be formed separately from each other.
  • a method for signal processing in a measuring circuit as described above is characterized in that via the circuit input, an analog signal is detected, that the analog signal is converted by the first analog-to-digital converter into a digital signal, and that the analog signal through the Inverter is inverted in an inverted analog signal, wherein the inverted analog signal is converted by analog-to-digital converter into a digital signal.
  • the method results in a first digital signal corresponding to the analog signal and a second digital signal corresponding to the inverted analog signal.
  • These two digital signals can then be composed in such a way that a digital signal can be provided which represents the analog signal to be measured.
  • the analog signal is amplified by an amplifier.
  • an amplified analog signal is obtained, which is then converted by the said converter into a digital signal.
  • the analog signal is processed by a blocking element prior to conversion to a digital signal, such
  • said analog-to-digital converters having a processed analog signal is provided exclusively positive half-waves, or
  • the processed analog signals are combined with exclusively positive or exclusively negative half-wave in the calculation unit to a signal representing the analog signal to be measured.
  • a probe for measuring an electrical parameter comprises at least one test interface having at least one probe configured to detect electrical parameters to be measured as an analog signal, at least one signal channel in contact with the test interface configured to be triggered by the test site transmit detected signals, at least one measurement circuit associated with the signal channel, at least one data channel in communication with the measurement circuit, configured to pass the data processed by the measurement circuit, and a data interface in communication with the data channel configured by the data channel provided Output data to a remote to the probe evaluation unit.
  • a probe comprises at least one test interface having at least one sample configured to detect electrical parameters to be measured as an analog signal, at least one signal channel in contact with the test interface configured to pass the signals sensed by the test site at least one signal circuit in communication with the signal channel according to the above description, at least one data channel in contact with the measurement circuit, configured to forward the data processed by the measurement circuit and a data interface in communication with the data channel, configured to output the data provided by the data channel to an evaluation unit remote from the probe.
  • the measuring circuit is thus connected to the data interface and provides the data for the evaluation unit.
  • the data can be transmitted as raw data of the evaluation unit.
  • the evaluation unit then serves as a calculation unit.
  • the data, as described below, can be further processed by the one calculating unit present in the measuring circuit, so that data already processed can be transmitted to the evaluation unit.
  • Said data interface in both embodiments of the probe is preferably a wired interface or a wireless interface.
  • the probe is provided with a suitable electrical contact for measuring a voltage with a sample.
  • the contact preferably comprises a test tip and a connection point for the reference potential.
  • the probe may comprise a further sample which is connectable to the sample with the electrical contact. The latter sample can therefore be placed on the probe head and is selected from the group of plug-in adapters, gripping clamps, current clamps and / or temperature sensors.
  • the probe further comprises a memory module configured to store the data, wherein the memory module is placed in the data channel between the measurement circuit and the data interface.
  • the probe can be used for example as a data logger.
  • a system comprises a probe as described above and an evaluation unit, the evaluation unit having a data interface configured to receive the data provided by the probe interface, a memory module configured to store said data, and a processor module configured to store said data to process includes.
  • the evaluation unit is provided with raw data or data already processed by the calculation unit.
  • the evaluation unit further comprises an image display module for displaying the data or processed data.
  • the evaluation unit is a computer and / or a smartphone and / or a
  • the evaluation unit or the compensation unit further comprises an adjustment module configured to detect the sample in communication with the test interface.
  • said detection is automatic and the adjustment module is configured to parameterize the sample.
  • Said data interface is preferably a wireless data interface, in particular a WLAN or a Bluetooth interface.
  • FIG. 1 is a circuit diagram of an electronic measuring circuit for detecting electrical parameters, in particular at least one electrical voltage, according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a perspective view of a probe, in particular with an integrated measuring circuit according to the figure 1 in connection with a
  • a measuring circuit 1 for detecting and evaluating a shown measuring voltage U The voltage U is shown here as signal A.
  • the measuring circuit 1 comprises a circuit input 2, which is designed to feed the voltage U to be measured into the measuring circuit 1 as an analog signal A. Furthermore, the measuring circuit 1 comprises a first analog-to-digital converter 3 which is electrically connected to the circuit input 2 and a second analog-to-digital converter 4 which is electrically connected to the circuit input 2.
  • the first analog-digital converter 3 is designed such that the analog signal A is converted into a digital signal Dl.
  • the signal A has a positive half wave P and a negative half wave N.
  • an inverter 5 is arranged, which also belongs to the measuring circuit 1.
  • the inverter 5 is connected upstream of the second analog-to-digital converter 4.
  • the inverter 5 is designed such that the said analog signal is inverted, resulting in an inverted analog signal A '.
  • the inverted analog signal has an inverted negative half-wave N 'and an inverted positive half-wave P'.
  • the second analog-digital converter 4 is designed such that the said inverted analog signal A 'is converted into a digital signal D2.
  • the inverter 5 at the same time comprises an amplifier 6 with which the inverted analog signal A 'or the analog signal A is amplified. Further, the first analog-to-digital converter 4 is preceded by an amplifier 7, which is designed to amplify the analog signal A. The two amplifiers 6, 7 amplify the signals equally.
  • the analog signal A is amplified by the amplifier 6 and the amplifier 7 by a factor of 2.
  • the factor is essentially dependent on the resolution or the working range of the analog-to-digital converters 3, 4. Other factors, in particular greater than 1.5 to a maximum factor of 10, are also conceivable.
  • the measuring circuit 1 in the embodiment shown comprises two Rectifier 8.
  • the rectifier is a possible embodiment of a blocking element.
  • Each of the analog-to-digital converters 3, 4 is preceded by a rectifier 8.
  • the rectifier 8 before the first analog-to-digital converter 3, 4 is used in the present embodiment to block or filter the negative half-wave N of the analog signal A, so that only the positive half-wave P to the analog-to-digital converters. 3 is forwarded.
  • the rectifier 8 in front of the second analog-digital converter 4 serves to block or filter the inverted positive half-wave P ', so that only the inverted negative half-wave N' is fed to the second analog-to-digital converter 4.
  • the inverted negative half-wave N ' corresponds to the negative half-wave N before the inversion and the positive half-wave corresponds to the positive half-wave P.
  • the sum of the total analog signal A is the two converters 3, 4 supplied. That is, each analog-to-digital converter 3, 4 is applied exclusively with a per se positive half wave P, N '.
  • This has the technical effect that the analog-to-digital converters 3, 4 must have a smaller measuring range. In the present case it is sufficient if each of the analog-to-digital converters 3, 4 has a measuring range of 0 to 2 and not from -2 to +2.
  • the measuring range can be halved here, which means that a comparatively cost-effective analog-to-digital converter 3, 4 can be selected for the measuring circuit 1.
  • the rectifier 8 is preferably a half-wave rectifier.
  • Other variants for the blocking element are diodes or transistors, which are connected in such a way that a similar or the same signal can be provided.
  • the measuring circuit 1 further comprises a calculating unit 16.
  • the calculating unit 16 is electrically connected to the first analog-to-digital converter 3 and to the second analog-to-digital converter 4.
  • the two digital signals D1, D2 are therefore forwarded by the analog-digital converters 3, 4 to the calculation unit 16.
  • the calculation unit 16 is in this case designed to calculate from the signals Dl and D2 a signal representing the analog signal A to be measured. It is thus composed of the positive half wave P and the inverted negative half wave N 'in the calculation unit 16, a signal corresponding to the analog signal A to be measured.
  • the signal A to be measured is split between two analog-to-digital converters 3, 4, one of the two signals, namely the one to the second analog-to-digital converter 4 is inverted, is inverted.
  • the analog signal A is a negative signal component N and the inverted analog signal A 'of the inverted positive signal component P' we filtered, so that only the positive signal component P and the inverted negative signal component N 'are converted by the analog-to-digital converter got to.
  • the two signal components P and N 'to be processed in the example shown extend over a value range from 0 to 2.
  • the calculation unit 16 is here connected to a data channel 13 in connection.
  • the data channel 13 leads to a data interface 14, via which the calculated signal to another device, for example, an evaluation unit 15, as it is then explained in connection with Figure 2, can be passed.
  • the measuring circuit 1 can thus be implemented in a more complex measuring system.
  • said analog-to-digital converter integrated in a microcontroller converter or a Merhfachwandler.
  • the converter is a processor of the type STM32F103CBT6.
  • said inverter is an operational amplifier.
  • an operational amplifier with the properties of rail-to-rail, low offset voltages and small temperature drift.
  • the inverter is particularly preferably an OPA317 operational amplifier.
  • said rectifier is a lower Schottky diode Forward voltage.
  • a Schottky diode type BAT54AW is particularly preferred.
  • said calculation unit is selected from the group of microcontrollers or microprocessors.
  • the calculation unit is particularly preferably a STM32F 103 CBT6 microcontroller.
  • the analog signal A is processed before conversion into a digital signal by a blocking element, in particular a rectifier 8, such that an inverted positive half-wave P 'of the inverted analog signal A' and a negative half-wave N of the analog signal A through the blocking element 8 is blocked, wherein the said analog-digital converters 3, 4, a processed analog signal is provided with exclusive positive half-waves, or
  • the processed analog signal with exclusive positive half-wave P, N 'or exclusively negative half wave ⁇ ', N is then summarized in the calculation unit 16 to a signal representing the analog signal to be measured.
  • FIG. 2 shows a probe 9 for detecting an electrical parameter.
  • the probe 9 comprises at least one test interface with at least one sample 11 configured to detect electrical parameters to be measured as an analog signal A.
  • the Test interface 10 is in contact with a signal channel 12 to pass the signals detected by test site 10.
  • the probe 9 comprises a measuring circuit.
  • the measuring circuit according to the measuring circuit 1 according to FIG. 1 is particularly preferably designed.
  • the measuring circuit can also be designed differently.
  • the measurement circuit 1 is in contact with a data channel 13 configured to relay the data processed by the measurement circuit 1.
  • the data channel 13 comprises a data interface 14, which is designed to output the data provided by the data channel 13 to an evaluation unit 15 arranged remote from the probe.
  • the evaluation unit 15 is shown in FIG. 2 as an example of a mobile telephone.
  • the evaluation unit 15 may also be a computer or a tablet or another electronic device.
  • the test interface 10 of the probe 9 is in the case of the use of the measuring circuit 1 according to the figure 1, the signal input 2.
  • the signal channel 12 is the path from the signal input 2 to the two analog-to-digital converters 3, 4.
  • the data channel 13 extends then from the two analog-digital converters 3, 4 to the data interface 14.
  • the calculation unit 16 is then arranged in the data channel 13.
  • the data interface 14 may be a wired interface or a wireless interface. In the case of the wireless interface, this may be a WLAN interface or a Bluetooth interface. Other protocols are also conceivable.
  • the sample 11 of the probe 9 is provided with a suitable electrical contact for measuring a voltage.
  • the contact preferably comprises a test tip 10 and a connection point 17 for the reference potential.
  • the probe 9 may comprise a further sample 11.
  • the further sample 11 can be designed such that it can be connected to the probe 9.
  • the sample 11 can then be selected from the group of plug-in adapters, gripping clamps, current probes, and / or temperature sensors.
  • the further sample 11 is then electrically connected to the appropriate electrical contact.
  • the data which are forwarded to the evaluation unit 15 may be raw data that has not yet been processed by the measuring circuit 1. For example, it would then be conceivable to dispense with the calculation unit 16 in the measurement circuit 1. Consequently, then the digital signal Dl and D2 is transmitted directly and the evaluation unit 15. If the calculation unit 16 is present, an already calculated signal is forwarded to the evaluation unit 15. In this case, this signal is essentially displayed by the evaluation unit 15. For the visibility of the measured signal A, the evaluation unit of an image display module, in particular a screen 18 for displaying the data.

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Abstract

Eine Messschaltung (1) zur Erfassung und Auswertung einer zu messenden Spannung (U), umfasst einen Schaltungseingang (2), der ausgebildet ist, die zu messende Spannung (U) als analoges Signal (A) in die Messschaltung (1) einzuspeisen, einen mit dem Schaltungseingang (2) elektrisch verschalteten ersten Analog-Digital-Wandler (3), einen mit dem Schaltungseingang (2) elektrisch verschalteten zweiten Analog-Digital-Wandler (4) und einen dem zweiten Analog-Digital- Wandler (4) vorgeschalteter Inverter (5), wobei der erste Analog-Digital-Wandler (3) ausgebildet ist, das analoge Signal (A) in ein digitales Signal (D1) umzuwandeln, wobei der Inverter (5) ausgebildet ist, das besagte analoge Signal (A) zu invertieren, wodurch in invertiertes analoges Signal (Α') resultiert, und wobei der zweite Analog-Digital-Wandler (4) ausgebildet ist, das besagte invertierte analoge Signal (Α') in ein digitales Signal (D2) umzuwandeln.

Description

TITEL
Elektronische Messschaltung und Verfahren
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische Messschaltung nach Anspruch 1 , ein Verfahren nach dem Anspruch 7 und einen Tastkopf, insbesondere mit der elektronischen Messschaltung, nach Ansprach 1, nach Anspruch 11.
STAND DER TECHNIK
Aus dem Stand der Technik sind elektronische Messschaltungen zur Erfassung eines elektrischen Parameters wie Strom und Spannung bekannt geworden.
Der übliche Weg bei der Messung eines Wechselspannungssignals ist die Anhebung des Nullpunktes auf die halbe Referenzspannung und Messung mittels eines A/D Wandlers. Die Auflösung des Signals (Spitze-spitze) ist daher durch die Auflösung des A/D Wandlers sehr stark begrenzt.
Es ist ein Bedürfnis elektronische Messschaltungen vorzusehen, welche eine vergrösserte Auflösung aufweisen.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektronische Messschaltung anzugeben, welche eine verbesserte Auflösung aufweist. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektronische Messschaltung anzugeben, welche eine verbesserte Auflösung unter Verwendung von kostengünstigen elektronischen Bauteilen bereitstellt. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand von Anspruch 1 gelöst. Gemäss Anspruch 1 umfasst eine Messschaltung zur Erfassung und Auswertung einer zu messenden Spannung einen Schaltungseingang, der ausgebildet ist, die zu messende Spannung als analoges Signal in die Messschaltung einzuspeisen, einen mit dem Schaltungseingang elektrisch verschalteten ersten Analog-Digital-Wandler, einen mit dem Schaltungseingang elektrisch verschalteten zweiten Analog-Digital-Wandler und einen dem zweiten Analog-Digital-Wandler vorgeschalteter Inverter. Der erste Analog-Digital- Wandler ist ausgebildet, um das analoge Signal in ein digitales Signal umzuwandeln. Der Inverter ist ausgebildet, um das besagte analoge Signal zu invertieren, wodurch in invertiertes analoges Signal resultiert, und der zweite Analog-Digital-Wandler ist ausgebildet, um das besagte invertierte analoge Signal in ein digitales Signal umzuwandeln.
Das zu messende Signal wird in der Messschaltung also zweifach erfasst. Durch den ersten Wandler wird das besagte analoge Signal umgewandelt und durch den zweiten Wandler wird das besagte analoge Signal, welches vorgängig durch den Inverter invertiert wurde, umgewandelt. Folglich wird durch den ersten Wandler ein dem analogen Signal entsprechendes digitales Signal und durch den zweiten Wandler ein dem invertierten analogen Signal entsprechendes digitales Signal bereitgestellt. Beispielsweise wird es dann möglich immer nur die positiven Signalanteile oder immer nur die negativen Signalanteile dem jeweiligen Wandler zuzuführen. Dies hat den Vorteil, dass Wandler gewählt werden können, welche einen vergleichsweise kleinen Arbeitsbereich bzw. eine vergleichsweise kleine Auflösung aufweisen müssen. Derartige Wandler sind vergleichsweise kostengünstig.
Vorzugsweise ist der Inverter zugleich ein Verstärker, der ausgebildet ist, um das invertierte analoge Signal zu verstärken. Der Verstärker kann auch unabhängig vom Inverter angeordnet sein und dem Inverter vor- oder nachgeschaltet sein. Vorzugsweise ist dem ersten Analog-Digital-Wandler ein Verstärker vorgeschaltet ist, der ausgebildet ist, um das analoge Signal zu verstärken. Demnach ist es vorteilhaft, wenn das zu messende analoge Signal für beide Wandler verstärkt wird. Besonders bevorzugt wird das Signal für beide Wandler identisch verstärkt. Die Verstärkungsfaktoren, nach welchen das Signal verstärkt wird, sind vorzugsweise derart ausgebildet, dass das Signal auf den optimalen, insbesondere maximalen Auflösungsbereich des Analog-Digital-Wandlers verstärkt wird. Besonders bevorzugt verstärkt der Verstärker das analoge Signal um einen Faktor im Bereich 1,25 bis 10, insbesondere im Bereich von 1,5 bis 5, besonders bevorzugt von 1,5 bis 3, verstärkt. Besonders bevorzugt wird ein Faktor 2.
Vorzugsweise umfasst die Messschaltung ein Sperrelement. Das Sperrelement ist ausgebildet, um eine invertierte positive Halbschwingung des invertierten analogen Signals und eine negative Halbschwingung des analogen Signals zu sperren, wobei den besagten Analog-Digital- Wandlern ein verarbeitetes analoges Signal mit ausschliesslicher positiver Halbwellen bereitgestellt wird. Alternativ ist das Sperrelement ausgebildet, um eine invertierte negative Halbschwingung des invertierten analogen Signals und eine positive Halbschwingung des analogen Signals zu sperren, wobei den besagten Analog-Digital- Wandlern ein verarbeitetes analoges Signal mit ausschliesslicher negativen Halbwellen bereitgestellt wird. Insbesondere hierdurch können Analog-Digital-Wandler eingesetzt werden, welche einen kleineren Arbeitsbereich aufweisen können, wobei sowohl der ursprünglich negative Signalanteil, welcher invertiert wurde, und der positive Signalanteil durch den Wandler konvertierbar werden.
Das Sperrelement ist in einer Ausbildung ein Gleichrichter, welcher dem ersten Analog- Digital-Wandler und dem zweiten Analog-Digital-Wandler vorgeschaltet ist. Insbesondere ist der Gleichrichter ein Halbwellengleichrichter. Das Sperrelement ist in einer weiteren Ausbildung eine Diode, insbesondere eine Freilaufdiode bzw. eine Clamping Diode, welche derart verschaltet ist, dass die entsprechenden Halbschwingungen gesperrt werden. Alternativ kann als Sperrelement ein Transistor eingesetzt werden. Besonders bevorzugt wird eines der folgenden Elemente als Sperrelement eingesetzt: Diode oder Transistor in Form einer Diodenfunktion, als Begrenzer der negativen Halbwellen geschaltet; oder Diode oder Transistor in Form einer Diodenfunktion in Längsrichtung geschaltet; oder aktive Halbwellengleichrichter mit Operationsverstärker und einer bzw. zwei Dioden oder; aktive Halbwellengleichrichter mit Operationsverstärkern und einen oder zwei Transistoren in Diodenfunktion geschaltet.
Vorzugsweise umfasst die Messschaltung weiterhin eine Berechnungseinheit, wobei der erste Analog-Digital- Wandler und der zweite Analog-Digital- Wandler mit der Berechnungseinheit verschaltet sind, wobei die besagten Digitalsignale von den Analog- Digital- Wandlern an die Berechnungseinheit übermittelt werden.
Bei Vorhandensein des Gleichrichters ist die Berechnungseinheit derart ausgebildet, dass aus den umgewandelten analogen Signale mit ausschliesslich positiver oder negativer Halbwelle wieder zusammengesetzt werden, so dass ein digitales Signal bereitgestellt wird, welches das besagte zu messende analoge Signal repräsentiert.
Mit anderen Worten gesagt wird das zu messende analoge Signal auf zwei Wandler zugeleitet und auf diese zwei Wandler aufgeteilt. Das nicht-invertierte Signal bzw. ein Teil davon wird auf den einen Wandler und das invertierte Signal bzw. ein Teil davon wird auf den anderen Wandler geleitet.. Jeder der Wandler misst dann mit seiner maximalen Auflösung und die Berechnungseinheit fasst dann das Signal über Rechenoperationen wieder zusammen. Die Teile der Signale sind dabei so gewählt, dass sich das zu messende analoge Signal wieder berechnen lässt. Das entstehende digitale Signale hat kann mit einer höheren Auflösung bereitgestellt werden.
Besonders bevorzugt ist der besagte Analog-Digital- Wandler ein in einem Microcontroller integrierten Wandler oder ein Mehrfachwandler. Letztere sind vorteilhaft, weil diese preiswert sind. Besonders bevorzugt ist der Wandler ein Prozessor des Typs STM32F103CBT6.
Besonders bevorzugt ist der besagte Inverter ein Operationsverstärker. Besonders bevorzugt ein Operationsverstärker mit den Eigenschaften Rail-To-Rail, niedrige Offsetspannungen und kleiner Temperaturdrift. Besonders bevorzugt ist der Inverter ein Operationsverstärker des Typs OPA317.
Besonders bevorzugt ist der besagte Gleichrichter eine Schottky-Diode mit niedriger Durchlassspannung. Insbesondere eine Schottkydiode des Typs BAT54AW.
Besonders bevorzugt ist die besagte Berechnungseinheit ausgewählt aus der Gruppe von Mikrokontrollern oder Mikroprozessoren. Besonders bevorzugt ist die Berechnungseinheit ein Mikrokontroller des Typs STM32F 103CBT6.
In einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsform ist der Analog-Digital- Wandler und die besagte Berechnungseinheit in einem elektronischen Bauteil, wie zum Beispiel einem Mikrokontroller oder einer CPU, zusammengefasst. Die beiden Elemente können aber auch getrennt voneinander ausgebildet sein.
Ein Verfahren zur Signalverarbeitung in einer Messschaltung nach obiger Beschreibung ist dadurch gekennzeichnet, dass über den Schaltungseingang ein analoges Signal erfasst wird, dass das analoge Signal durch den ersten Analog-Digital-Wandler in ein digitales Signale umgewandelt wird, und dass das analoge Signal durch den Inverter in ein invertiertes analoges Signal invertiert wird, wobei das invertierte analoge Signal durch Analog-Digital-Wandler in ein digitales Signal umgewandelt wird.
Folglich resultieren durch das Verfahren ein erstes digitales Signal, welches dem analogen Signal entspricht, und ein zweites digitales Signal, welches dem invertierten analogen Signal entspricht. Diese beiden digitalen Signale lassen sich dann derart zusammensetzen, so dass ein digitales Signal bereitstellbar ist, welches das zu messende analoge Signal repräsentiert. Besonders bevorzugt wird das analoge Signal durch einen Verstärker verstärkt. Hierdurch wird ein verstärktes analoges Signal erhalten, welches dann durch die besagten Wandler in ein digitales Signal umgewandelt wird.
Vorzugsweise wird das analoge Signal vor der Umwandlung in ein digitales Signal durch ein Sperrelement verarbeitet, derart,
dass eine invertierte positive Halbschwingung des invertierten analogen Signals und eine negative Halbschwingung des analogen Signals durch das Sperrelement gesperrt wird, wobei den besagten Analog-Digital- Wandlern ein verarbeitetes analoges Signal mit ausschliesslich positiver Halbwellen bereitgestellt wird, oder
dass eine invertierte negative Halbschwingung des invertierten analogen Signals und eine positive Halbschwingung des analogen Signals durch das Sperrelement gesperrt wird, wobei den besagten Analog-Digital- Wandlern ein verarbeitetes analoges Signal mit ausschliesslich negativen Halbwellen bereitgestellt wird.
Vorzugsweise werden die verarbeiteten analogen Signale mit ausschliesslich positiver oder ausschliesslich negativer Halbwelle in der Berechnungseinheit zu einem Signal zusammengefasst, welches das zu messenden analoge Signal repräsentiert.
Weiter ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Tastkopf anzugeben, mit welchem ein analoges Signal einfach gemessen werden kann, wobei der Tastkopf vorzugsweise möglichst kostengünstig ausgebildet ist. Demgemäss umfasst ein Tastkopf zur Messung eines elektrischen Parameters nach einer ersten Ausführung mindestens eine Prüfschnittstelle mit mindestens einer Probe, konfiguriert um zu messende elektrische Parameter als analoges Signal zu erfassen, mindestens einen mit der Prüfschnittstelle in Kontakt stehenden Signalkanal, konfiguriert, um die durch die Prüfstelle erfassten Signale weiterzuleiten, mindestens ein mit dem Signalkanal in Verbindung stehende Messschaltung, mindestens einen mit der Messschaltung in Kontakt stehenden Datenkanal, konfiguriert um die durch die Messschaltung verarbeiteten Daten weiterzuleiten und eine mit dem Datenkanal in Kontakt stehende Datenschnittstelle, konfiguriert um die durch den Datenkanal bereitgestellten Daten an eine entfernt zum Tastkopf angeordnete Auswerteeinheit auszugeben.
Ein Tastkopf nach einer zweiten Ausführung umfasst mindestens eine Prüfschnittstelle mit mindestens einer Probe, konfiguriert um zu messende elektrische Parameter als analoges Signal zu erfassen, mindestens einen mit der Prüfschnittstelle in Kontakt stehenden Signalkanal, konfiguriert, um die durch die Prüfstelle erfassten Signale weiterzuleiten, mindestens ein mit dem Signalkanal in Verbindung stehende Messschaltung gemäss der obigen Beschreibung, mindestens einen mit der Messschaltung in Kontakt stehenden Datenkanal, konfiguriert um die durch die Messschaltung verarbeiteten Daten weiterzuleiten und eine mit dem Datenkanal in Kontakt stehende Datenschnittstelle, konfiguriert um die durch den Datenkanal bereitgestellten Daten an eine entfernt zum Tastkopf angeordnete Aus werteeinheit auszugeben.
Die Messschaltung ist also mit der Datenschnittstelle verschaltet und stellt die Daten für die Auswerteeinheit bereit. Die Daten können dabei als Rohdaten der Auswerteeinheit übermittelt werden. Die Auswerteeinheit dient dann als Berechnungseinheit. Alternativerweise können die Daten, so wie dies unten beschrieben wird, durch die in der Messschaltung vorhandene eine Berechnungseinheit weiterverarbeitet werden, so dass an die Auswerteeinheit bereits verarbeitete Daten übermittelt werden können.
Die besagte Datenschnittstelle bei beiden Ausführungsformen des Tastkopfes ist vorzugsweise eine drahtgebundene Schnittstelle oder eine drahtlose Schnittstelle ist.
Der Tastkopf ist zur Messung einer Spannung mit einer Probe mit einem geeigneten elektrischen Kontakt versehen. Der Kontakt umfasst vorzugsweise eine Prüfspitze und eine Anschlussstelle für das Bezugspotential. Zusätzlich kann der Tastkopf eine weitere Probe umfassen, welche mit der Probe mit dem elektrischen Kontakt verbindbar ist. Letztere Probe ist also auf den Tastkopf aufsetzbar und ist aus der Gruppe von Steckadapter, Greifklemme, Stromzange, und/oder Temperaturmessfühler ausgewählt.
In einer Weiterbildung der beiden Ausführungsformen des Tastkopfes umfasst der Tastkopf weiter ein Speichermodul, konfiguriert um die Daten zu speichern, umfasst, wobei das Speichermodul im Datenkanal zwischen der Messschaltung und der Datenschnittstelle platziert ist. Somit kann der Tastkopf beispielsweise als Datenlogger eingesetzt werden.
Ein System umfasst einen Tastkopf gemäss obiger Beschreibung und eine Auswerteeinheit, wobei die Auswerteeinheit eine Datenschnittstelle, konfiguriert zum Empfangen der durch die Datenschnittstelle des Tastkopfes bereitgestellten Daten, ein Speichermodul, konfiguriert um die besagten Daten zu speichern und ein Prozessormodul, konfiguriert, um die besagten Daten zu verarbeiten, umfasst. Der Auswerteeinheit werden je nach Ausbildung der Messschaltung Rohdaten oder bereits durch die Berechnungseinheit verarbeitete Daten bereitgestellt. Vorzugsweise umfasst die Auswerteeinheit weiter ein Bildanzeigemodul zum Anzeigen der Daten oder verarbeiteten Daten. Vorzugsweise ist die Auswerteeinheit ein Computer und/oder ein Smartphone und/oder ein
Tablet.
Besonders bevorzugt umfasst die Auswerteeinheit oder die Bereehnungseinheit weiter ein Einstellmodul, konfiguriert um die mit der Prüfschnittstelle in Verbindung stehende Probe zu erkennen. Vorzugsweise erfolgt die besagte Erkennung automatisch und das Einstellmodul ist derart konfiguriert, um eine Parametrisierung der Probe vorzunehmen.
Die besagte Datenschnittstelle ist vorzugsweise eine drahtlose Datenschnittstelle, insbesondere eine WLAN- oder eine Bluetooth-Schnittstelle.
Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben, die lediglich zur Erläuterung dienen und nicht einschränkend auszulegen sind. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein Schaltbild einer elektronischen Messschaltung zur Erfassung von elektrischen Parametern, insbesondere mindestens einer elektrischen Spannung, nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Tastkopfes, insbesondere mit einer integrierten Messschaltung nach der Figur 1 im Zusammenhang mit einer
Auswerteeinheit.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜH RUNGSFORMEN
In der Figur 1 wird eine Messschaltung 1 zur Erfassung und Auswertung einer zu messenden Spannung U gezeigt. Die Spannung U ist hier als Signal A dargestellt.
Die Messschaltung 1 umfasst einen Schaltungseingang 2, der ausgebildet ist, die zu messende Spannung U als analoges Signal A in die Messschaltung 1 einzuspeisen. Weiter umfasst die Messschaltung 1 einen mit dem Schaltungseingang 2 elektrisch verschalteten ersten Analog-Digital- Wandler 3 und einen mit dem Schaltungseingang 2 elektrisch verschalteten zweiten Analog-Digital- Wandler 4.
Der erste Analog-Digital- Wandler 3 ist derart ausgebildet, dass das analoge Signal A in ein digitales Signal Dl umgewandelt wird. Das Signal A hat eine positive Halbwelle P und eine negative Halbwelle N.
Zwischen dem Schaltungseingang 2 und dem zweiten Analog-Digital-Wandler 4 ist ein Inverter 5 angeordnet, der ebenfalls zur Messschaltung 1 gehört. Der Inverter 5 ist dem zweiten Analog-Digital-Wandler 4 vorgeschaltet. Der Inverter 5 ist derart ausgebildet, dass das besagte analoge Signal invertiert wird, wodurch ein invertiertes analoges Signal A' resultiert. Das invertierte analoge Signal hat eine invertierte negative Halbwelle N' und eine invertierte positive Halbwelle P'. Der zweite Analog-Digital-Wandler 4 ist dabei derart ausgebildet, dass das besagte invertierte analoge Signal A' in ein digitales Signal D2 umgewandelt wird.
In der gezeigten Ausfuhrungsform umfasst der Inverter 5 zugleich einen Verstärker 6, mit welchem das invertierte analoge Signal A' oder das analoge Signal A verstärkt werden. Weiter ist dem ersten Analog-Digital-Wandler 4 ein Verstärker 7 vorgeschaltet, der ausgebildet ist, um das analoge Signal A zu verstärken. Die beiden Verstärker 6, 7 verstärken die Signale gleichermassen.
In der gezeigten Ausfuhrungsform wird das analoge Signal A vom Verstärker 6 sowie vom Verstärker 7 um einen Faktor 2 verstärkt. Der Faktor ist im Wesentlichen von der Auflösung bzw. vom Arbeitsbereich der Analog-Digital-Wandler 3, 4 abhängig. Andere Faktoren, insbesondere grössere als 1.5 bis maximal Faktor 10, sind ebenfalls denkbar.
Desweiteren umfasst die Messschaltung 1 in der gezeigten Ausfuhrungsform zwei Gleichrichter 8. Der Gleichrichter ist dabei eine mögliche Ausfuhrungsform eines Sperrelementes. Jedem der Analog-Digital- Wandler 3, 4 ist ein Gleichrichter 8 vorgeschaltet. Der Gleichrichter 8 vor dem ersten Analog-Digital- Wandler 3, 4 dient in der vorliegenden Ausführungsform dazu, die negative Halbwelle N des analogen Signals A zu sperren bzw. zu filtern, so dass ausschliesslich die positive Halbwelle P dem Analog- Digital-Wandlern 3 zugeleitet wird. Der Gleichrichter 8 vor dem zweiten Analog-Digital- Wandler 4 dient dazu, die invertierte positive Halbwelle P' zu sperren bzw. zu filtern, so dass ausschliesslich die invertierte negative Halbwelle N' dem zweiten Analog-Digital- Wandler 4 zugeleitet wird. Die invertierte negative Halbwelle N' entspricht dabei der negativen Halbwelle N vor der Invertierung und die positive Halbwelle entspricht der positiven Halbwelle P. Somit wird in der Summe das gesamte analoge Signal A den beiden Wandlern 3, 4 zugeführt. Das heisst, jeder Analog-Digital- Wandler 3, 4 wird ausschliesslich mit einer an sich positiven Halb welle P, N' beaufschlagt. Das hat den technischen Effekt, dass die Analog-Digital-Wandler 3, 4 einen geringeren Messbereich aufweisen müssen. Im vorliegenden Fall reicht es, wenn jeder der Analog-Digital-Wandler 3, 4 einen Messbereich von 0 bis 2 und nicht von -2 bis +2 aufweist. Insofern kann hier der Messbereich halbiert werden, was heisst, dass für die Messschaltung 1 ein vergleichsweise kostengünstiger Analog-Digital-Wandler 3, 4 gewählt werden kann. Der Gleichrichter 8 ist vorzugsweise ein Halbwellengleichrichter. Andere Varianten für das Sperrelement sind Dioden oder Transistoren, die derart verschaltet sind, dass ein ähnliches bzw. ein gleiches Signal bereitstellbar ist.
Eine umgekehrte Anordnung ist natürlich auch möglich, so wäre es beispielsweise denkbar, dass die positive Halbwelle bzw. die invertierte negative Halbwelle gesperrt wird und die negative Halbwelle bzw. die invertierte positive Halbwelle als Signal für den Analog-Digital-Wandler 3, 4 bereitgesellt wird.
Die Messschaltung 1 umfasst in der gezeigten Ausführungsform weiterhin eine Berechnungseinheit 16. Die Berechnungseinheit 16 ist mit dem ersten Analog-Digital- Wandler 3 und dem zweiten Analog-Digital-Wandler 4 elektrisch verschaltet. Die beiden Digital-Signale Dl, D2 werden demnach von den Analog-Digital- Wandlern 3, 4 an die Berechnungseinheit 16 weitergeleitet. Die Berechnungseinheit 16 ist dabei derart ausgebildet, dass sie aus den Signalen Dl und D2 ein Signal berechnet, welches das zu messende analoge Signal A repräsentiert. Es wird also aus der positiven Halbwelle P und der invertierten negativen Halb welle N' in der Berechnungseinheit 16 ein Signal zusammengestellt, das dem zu messenden analogen Signal A entspricht.
Bezüglich der Signalverarbeitung in der Messschaltung gemäss der Figur 1 heisst diese zusammengefasst, dass das zu messende Signal A auf zwei Analog-Digital- Wandler 3, 4 aufgeteilt wird, wobei eines der beiden Signale, nämlich das das auf den zweiten Analog- Digital-Wandler 4 geschickt wird, invertiert wird. Darüber hinaus wird vom analogen Signal A jeweils ein negativer Signalanteil N und vom invertierten analogen Signal A' der invertierte positive Signalanteil P' wegefiltert, sodass nur noch der positive Signalanteil P und der invertierte negative Signalanteil N' durch den Analog-Digital-Wandler umgewandelt werden muss. Die beiden zu verarbeitenden Signalanteile P und N' erstrecken sich im gezeigten Beispiel über einen Wertebereich von 0 bis 2.
Die Berechnungseinheit 16 steht hier mit einem Datenkanal 13 in Verbindung. Der Datenkanal 13 führt zu einer Datenschnittstelle 14, über welche das berechnete Signal an ein weiteres Gerät, mit beispielsweise einer Auswerteinheit 15, so wie diese dann im Zusammenhang mit Figur 2 erläutert wird, weitergegeben werden kann. Über die Datenschnittstelle 14 kann die Messschaltung 1 also in ein komplexeres Messsystem implementiert werden.
Besonders bevorzugt ist der besagte Analog-Digital-Wandler ein in einem Microcontroller integrierten Wandler oder ein Merhfachwandler. Letztere sind vorteilhaft, weil diese preiswert sind. Besonders bevorzugt ist der Wandler ein Prozessort des Typs STM32F103CBT6.
Besonders bevorzugt ist der besagte Inverter ein Operationsverstärker. Besonders bevorzugt ein Operationsverstärker mit den Eigenschaften Rail-To-Rail, niedrige Offsetspannungen und kleiner Temperaturdrift. Besonders bevorzugt ist der Inverter ein Operationsverstärker des Typs OPA317.
Besonders bevorzugt ist der besagte Gleichrichter eine Schottky-Diode mit niedriger Durchlassspannung. Insbesondere eine Schottkydiode des Typs BAT54AW.
Besonders bevorzugt ist die besagte Berechnungseinheit ausgewählt aus der Gruppe von Mikrokontrollern oder Mikroprozessoren. Besonders bevorzugt ist die Berechnungseinheit ein Mikrokontroller des Typs STM32F 103 CBT6.
Ein Verfahren zur Signalverarbeitung in einer Messschaltung nach obiger Beschreibung ist dadurch charakterisiert,:
- dass über den Schaltungseingang ein analoges Signal A erfasst wird,
- dass das analoge Signal A durch den ersten Analog-Digital-Wandler 3 in ein digitales Signal Dl umgewandelt wird, und
- dass das analoge Signale A durch den Inverter 5 in ein invertiertes analoges Signal A' invertiert wird, wobei das invertierte analoge Signal N' durch Analog-Digital- Wandler in ein digitales Signal D2 umgewandelt wird.
Besonders bevorzugt wird das analoge Signal A vor der Umwandlung in ein digitales Signal durch ein Sperrelement, insbesondere einen Gleichrichter 8, verarbeitet, derart, dass eine invertierte positive Halbschwingung P' des invertierten analogen Signals A' und eine negative Halbschwingung N des analogen Signals A durch das Sperrelement 8 gesperrt wird, wobei den besagten Analog-Digital- Wandlern 3, 4 ein verarbeitetes analoges Signal mit ausschliesslicher positiver Halbwellen bereitgestellt wird, oder
dass eine invertierte negative Halbschwingung N' des invertierten analogen Signals A' und eine positive Halbschwingung P des analogen Signals A durch das Sperrelement 8 gesperrt wird, wobei den besagten Analog-Digital- Wandlern 3, 4 ein verarbeitetes analoges Signal mit ausschliesslicher negativen Halbwellen bereitgestellt wird.
Das verarbeitete analoge Signal mit ausschliesslicher positiver Halbwelle P, N' oder mit ausschliesslich negativer Halbwelle Ρ', N wird anschliessend in der Berechnungseinheit 16 zu einem Signal zusammengefasst, welches das zu messende analoge Signal repräsentiert.
In der Figur 2 wird ein Tastkopf 9 zur Erfassung eines elektrischen Parameters gezeigt. Der Tastkopf 9 umfasst mindestens eine Prüfschnittstelle mit mindestens einer Probe 11, konfiguriert um zu messende elektrische Parameter als analoges Signal A zu erfassen. Die Prüfschnittstelle 10 steht in Kontakt mit einem Signalkanal 12, um die durch die Prüfstelle 10 erfassten Signale weiterzuleiten. Weiter umfasst der Tastkopf 9 eine Messschaltung. Besonders bevorzugt ist die Messschaltung gemäss der Messschaltung 1 nach der Figur 1 ausgebildet. Die Messschaltung kann aber auch anders ausgebildet sein. Die Messschaltung 1 steht in Kontakt mit einem Datenkanal 13, der konfiguriert ist, um die durch die Messschaltung 1 verarbeiteten Daten weiterzuleiten. Weiter umfasst der Datenkanal 13 eine Datenschnittstelle 14, die ausgebildet ist, um die durch den Datenkanal 13 bereitgestellten Daten an eine entfernt zum Tastkopf angeordnete Auswerteemheit 15 auszugeben. Die Auswerteinheit 15 wird in der Figur 2 als Beispiel eines Mobiltelefons gezeigt. Die Auswerteeinheit 15 kann aber auch ein Computer oder ein Tablet oder ein anderes elektronisches Gerät sein.
Die Prüfschnittstelle 10 des Tastkopfs 9 ist im Falle des Einsatzes der Messschaltung 1 gemäss der Figur 1 der Signaleingang 2. Der Signalkanal 12 ist dabei der Pfad vom Signaleingang 2 bis zu den beiden Analog-Digital- Wandlern 3, 4. Der Datenkanal 13 erstreckt sich dann von den beiden Analog-Digital- Wandlern 3, 4 bis zur Datenschnittstelle 14. In der gezeigten Ausführungsform ist dann noch die Berechnungseinheit 16 im Datenkanal 13 angeordnet. Die Datenschnittstelle 14 kann eine drahtgebundene Schnittstelle oder ein drahtlose Schnittstelle sein. Im Falle der drahtlosen Schnittstelle kann dies eine WLAN-Schnittstelle oder eine Bluetooth-Schnittstelle sein. Andere Protokolle sind ebenfalls denkbar.
Die Probe 11 des Tastkopfes 9 ist zur Messung einer Spannung mit einem geeigneten elektrischen Kontakt versehen. Der Kontakt umfasst vorzugsweise eine Prüfspitze 10 und eine Anschlussstelle 17 für das Bezugspotential.
Der Tastkopf 9 kann eine weitere Probe 11 umfassen. Die weitere Probe 11 kann dabei derart ausgebildet sein, dass sie zum Tastkopf 9 verbindbar ist. Die Probe 11 kann dann aus der Gruppe von Steckadapter, Greifklemme, Stromzange, und/oder Temperaturmessfühler ausgewählt werden. Die weitere Probe 11 wird dann mit dem geeigneten elektrischen Kontakt elektrisch verbunden. Die Daten, welche an die Auswerteeinheit 15 weitergeleitet werden können Rohdaten sein, die von der Messschaltung 1 noch nicht verarbeitet wurden. Beispielsweise wäre es dann denkbar auf die Berechnungseinheit 16 in der Messschaltung 1 zu verzichten. Folglich wird dann das digitale Signal Dl und D2 direkt und die Auswerteeinheit 15 übermittelt. Wenn die Berechnungseinheit 16 vorhanden ist wird ein bereits berechnetes Signal die Auswerteeinheit 15 weitergeleitet. Dabei wird dieses Signal im Wesentlichen von der Auswerteeinheit 15 angezeigt. Für die Sichtbarkeitsmachung des gemessenen Signals A umfasst die Auswerteinheit eines Bildanzeigemoduls, insbesondere einen Bildschirm 18 zur Anzeige der Daten.
BEZUGSZEICHENLISTE Messschaltung
Schaltungseingang
erster Analog-Digital-Wandler
zweiter Analog-Digital-Wandler
Inverter
Verstärker
Verstärker
Gleichrichter
Tastkopf
Prüfschnittstelle, Prüfspitze
Probe
Signalkanal
Datenkanal
Datenschnittstelle
Auswerteinheit
Berechnungseinheit
Bezugspotential
Bildschirm

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Messschaltung (1) zur Erfassung und Auswertung einer zu messenden Spannung (U), umfassend
einen Schaltungseingang (2), der ausgebildet ist, die zu messende Spannung (U) als analoges Signal (A) in die Messschaltung (1) einzuspeisen,
einen mit dem Schaltungseingang (2) elektrisch verschalteten ersten Analog- Digital- Wandler (3),
einen mit dem Schaltungseingang (2) elektrisch verschalteten zweiten Analog- Digital-Wandler (4) und
einen dem zweiten Analog-Digital- Wandler (4) vorgeschalteter Inverter (5), wobei der erste Analog-Digital-Wandler (3) ausgebildet ist, das analoge Signal (A) in ein digitales Signal (Dl) umzuwandeln,
wobei der Inverter (5) ausgebildet ist, das besagte analoge Signal (A) zu invertieren, wodurch in invertiertes analoges Signal (Α') resultiert, und
wobei der zweite Analog-Digital-Wandler (4) ausgebildet ist, das besagte invertierte analoge Signal (Α') in ein digitales Signal (D2) umzuwandeln.
2. Messschaltung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Inverter (5) zugleich ein Verstärker (6) ist, der ausgebildet ist, um das invertierte analoge Signal (Α') zu verstärken, und/oder dass dem ersten Analog-Digital-Wandler (4) ein Verstärker (7) vorgeschaltet ist, der ausgebildet ist, um das analoge Signal (A) zu verstärken.
3. Messschaltung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärker (6, 7) das das analoge Signal (A) auf den optimalen, insbesondere auf den maximalen, Auflösungsbereich des Analog-Digital- Wandlers (3, 4) verstärkt wird, wobei der Verstärker (6, 7) das analoge Signal vorzugsweise um einen Faktor im Bereich 1,25 bis 10, insbesondere im Bereich von 1,5 bis 5, besonders bevorzugt von 1,5 bis 3, verstärkt.
4. Messschaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messschaltung (1) für jeden Analog-Digital-Wandler (3, 4) ein Sperrelement (8) umfasst,
wobei das Sperrelement (8) ausgebildet ist, eine invertierte positive Halbschwingung (Ρ') des invertierten analogen Signals (Α') und eine negative Halbschwingung (N) des analogen Signals (A) zu sperren, wobei den besagten Analog- Digital- Wandlern (3, 4) ein verarbeitetes analoges Signal mit ausschliesslicher positiver Halbwellen bereitgestellt wird, oder
wobei das Sperrelement (8) ausgebildet ist, eine invertierte negative Halbschwingung (Ν') des invertierten analogen Signals (Α') und eine positive Halbschwingung (P) des analogen Signals (A) zu sperren, wobei den besagten Analog- Digital- Wandlern (3, 4) ein verarbeitetes analoges Signal mit ausschliesslicher negativen Halbwellen bereitgestellt wird.
5. Messschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrelement ein Gleichrichter (8), insbesondere ein Halbwellengleichrichter, ist, welcher dem ersten Analog-Digital-Wandler (3) und dem zweiten Analog-Digital-Wandler (4) vorgeschaltet ist, oder dass das Sperrelement eine Diode oder ein Transistor ist.
6. Messschaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messschaltung (1) weiterhin eine Berechnungseinheit (16) umfasst, wobei der erste Analog-Digital-Wandler (3) und der zweite Analog-Digital- Wandler (4) mit der Berechnungseinheit (16) verschaltet sind, wobei die besagten Digitalsignale (Dl, D2) von den Analog-Digital- Wandlern (3, 4) an die Berechnungseinheit (16) übermittelt werden.
7. Verfahren zur Signalverarbeitung in einer Messschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über den Schaltungseingang ein analoges Signal (A) erfasst wird, dass das analoge Signal (A) durch den ersten Analog- Digital-Wandler (3) in ein digitales Signale umgewandelt wird, und dass das analoge Signale (A) durch den Inverter (5) in ein invertiertes analoges Signal invertiert wird, wobei das invertierte analoge Signal durch Analog-Digital-Wandler in ein digitales Signal umgewandelt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das analoge Signal durch einen Verstärker (6, 7) verstärkt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das analoge Signal vor der Umwandlung in ein digitales Signal durch ein Sperrelement (8) verarbeitet wird, derart,
dass eine invertierte positive Halbschwingung (Ρ') des invertierten analogen Signals (Α') und eine negative Halbschwingung (N) des analogen Signals (A) durch das Sperrelement (8) gesperrt wird, wobei den besagten Analog-Digital- Wandlern (3, 4) ein verarbeitetes analoges Signal mit ausschliesslicher positiver Halbwellen bereitgestellt wird, oder
dass eine invertierte negative Halbschwingung ( ') des invertierten analogen Signals (Α') und eine positive Halbschwingung (P) des analogen Signals (A) durch das Sperrelement (8) gesperrt wird, wobei den besagten Analog-Digital-Wandlern (3, 4) ein verarbeitetes analoges Signal mit ausschliesslicher negativen Halbwellen bereitgestellt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das verarbeitete analoge Signal mit ausschliesslicher positiver Halbwelle oder mit ausschliesslich negativer Halbwelle in der Berechnungseinheit (16) zu einem Signal zusammengefasst, welches das zu messende analoge Signal (A) repräsentiert.
11. Tastkopf (9) zur Messung eines elektrischen Parameters umfassend
mindestens Prüfschnittstelle (10) mit mindestens einer Probe (11), konfiguriert um zu messende elektrische Parameter als analoges Signal (A) zu erfassen,
mindestens einen mit der Prüfschnittstelle (10) in Kontakt stehenden Signalkanal (12), konfiguriert, um die durch die Prüfschnittstelle (10) erfassten Signale weiterzuleiten, mindestens ein mit dem Signalkanal (12) in Verbindung stehende Messschaltung, insbesondere eine Messschaltung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
mindestens einen mit der Messschaltung (1) in Kontakt stehenden Datenkanal (13), konfiguriert um die durch die Messschaltung (1) verarbeiteten Daten weiterzuleiten und eine mit dem Datenkanal (13) in Kontakt stehende Datenschnittstelle (14), konfiguriert um die durch den Datenkanal bereitgestellten Daten an eine entfernt zum Tastkopf angeordnete Aus werteeinheit (15) auszugeben.
12. Tastkopf (9) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenschnittstelle (14) eine drahtgebundene Schnittstelle oder eine drahtlose Schnittstelle ist.
13. Tastkopf (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Tastkopf (9) zur Messung einer Spannung eine Probe mit einem geeigneten elektrischen Kontakt umfasst, wobei der Kontakt vorzugsweise eine Prüfspitze (10) und eine Anschlussstelle (17) für das Bezugspotential umfasst, und/oder dass eine weitere Probe (11) auf den Tastkopf aufsetzbar ist, welche weitere Probe aus der Gruppe von Steckadapter, Greifklemme, Stromzange, und/oder Temperaturmessfühler, ausgewählt ist.
14. Tastkopf (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Tastkopf weiter ein Speichermodul, konfiguriert um die Daten zu speichern, umfasst, wobei das Speichermodul im Datenkanal zwischen der Messschaltung und der Datenschnittstelle platziert ist.
15. System umfassend einen Tastkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 14 und eine Auswerteeinheit, wobei die Auswerteeinheit eine Datenschnittstelle, konfiguriert zum Empfangen der durch die Datenschnittstelle des Tastkopfes bereitgestellten Daten, ein Speichermodul, konfiguriert um die besagten Daten zu speichern und ein Prozessormodul, konfiguriert, um die besagten Daten zu verarbeiten, umfasst.
16. System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit weiter ein Bildanzeigemodul zur Anzeigen der Daten oder verarbeiteten Daten umfasst.
17. System nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit ein Computer und/oder ein Smartphone und/oder ein Tablet ist und/oder dass die Auswerteeinheit oder die Berechnungseinheit (16) weiter ein Einstellmodul umfasst, konfiguriert um die mit der Prüfschnittstelle in Verbindung stehende Probe zu erkennen.
18. System nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennung automatisch erfolgt und dass das Einstellmodul konfiguriert ist um eine Parametrisierung der Probe vorzunehmen.
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