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Dokumentenidentifikation DE3629153C2 30.03.1989
Titel Verfahren zum Erfassen und Aufzeichnen flüchtiger und periodischer Vorgänge
Anmelder Dr. Strauss System-Elektronik GmbH, 8601 Gundelsheim, DE
Erfinder Strauss, Werner, Dr.-Ing., 8601 Gundelsheim, DE
Vertreter Rau, M., Dipl.-Ing. Dr.rer.nat.; Schneck, H., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat., Pat.-Anwälte, 8500 Nürnberg
DE-Anmeldedatum 27.08.1986
DE-Aktenzeichen 3629153
Offenlegungstag 10.03.1988
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 30.03.1989
Veröffentlichungstag im Patentblatt 30.03.1989
IPC-Hauptklasse G01R 19/25
IPC-Nebenklasse G01R 15/00   
Zusammenfassung Bei einem Verfahren zur Erfassung und Aufzeichnung transienter und periodischer Vorgänge, umfassend das Digitalisieren mittels eines A/D-Wandlers einer mit einer vorgegebenen Abtastfrequenz abgefragten, an einem Meßeingang anliegenden Meßspannung und das Abspeichern der so gewonnenen Meßdaten in einem Speicher sowie das Auswerten der abgespeicherten Meßdaten ist zur Erzielung einer guten zeitlichen Auflösung bei vergleichsweise niedrigem Speicheraufwand und langen Meßzeiten vorgesehen, daß mit Beginn der Messung die digitalisierten Meßdaten in einen n-ten RAM-Speicher kontinuierlich im Takt der Abtastfrequenz eingeschrieben werden, daa beim Eintreten einer Trigger-Bedienung für das Meßsignal eine Vorlauf-Zeit-Abzählung in Gang gesetzt wird, nach deren Ablauf das Einschreiben in den n-ten RAM-Speicher beendet wird und gleichzeitig eine Umschaltung der Eingangsstufe auf einen (n + 1)-ten RAM-Speicher ausgelöst wird, und daß gleichzeitig ein (n + 1)-ter Zähler gestartet sowie die Trigger-Einrichtung freigegeben wird.

Beschreibung[de]

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges Verfahren dient zum Betrieb von sogenannten Transienten-Rekordern, welche zur Lösung des in der Meß- und Prüftechnik häufig auftretenden Problems eingesetzt werden, daß Signalformen von sehr kurzer Zeitdauer, welche einem lange dauernden Signal überlagert sein können, und deren zeitliche Abstände untereinander aufgrund von zufälligen Prozessen große statistische Streuungen aufweisen können, gespeichert, ausgewertet und dargestellt werden sollen.

Ein Beispiel einer derartigen Situation ist die Erfassung der Stromverläufe bei multiplen Blitzeinschlägen in Hochspannungsleitungen, wobei die Stromanstiegszeit einige hundert Nanosekunden beträgt, der zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Teilblitzen im Millisekundenbereich liegt und der gesamte Vorgang einige Sekunden dauern kann. Ein weiteres Beispiel ist die Erfassung der auftretenden Überspannungen durch multiple Wiederzündungen bei der Prüfung des Abschaltverhaltens von Hochspannungs-Leistungsschaltern, welche im zeitlichen Abstand von bis zu einigen hundert Mikrosekunden während mehrerer aufeinanderfolgender Halbperioden der netzfrequenten Hochspannung auftreten können.

Mit herkömmlichen Meßeinrichtungen ist die Erfassung derartiger Signalformen nicht zufriedenstellend bzw. nicht kostengünstig möglich. Bei üblichen analogen und digitalen Oszilloskopen mit verzögerter zweiter Zeitbasis und ausreichender Speichertiefe kann es lediglich gelingen, neben dem ersten kurzen Signal auch noch ein zweites kurzes Signal zu erfassen, wenn die vorher eingestellte Verzögerungszeit mit der aufgrund der statistischen Bedingungen zufällig aufgetretenen Verzögerungszeit etwa übereinstimmt. Auch eine Meßeinrichtung, die mit mehreren Zeitbasen arbeitet, auf die nach voreingestellten Zeiten umgeschaltet wird, kann dann nicht zufriedenstellend arbeiten, wenn die Aufeinanderfolge der kurzzeitigen Signale in sehr unregelmäßigen Zeitabständen erfolgt.

Für die Erfassung mehrerer derartiger kurzer Signale muß deshalb im allgemeinen für jedes einzelne Signal eine unabhängige, vollständige Meßeinrichtung eingesetzt werden. Darüber hinaus muß das Problem der sequentiellen Trigger-Freigabe der einzelnen Meßeinrichtungen und die genaue Ermittlung der aufgetretenen Zeitdifferenzen zwischen den einzelnen Signalen gelöst werden, was einen erheblichen zusätzlichen apparativen Aufwand erfordern kann.

Ein weiteres Problem liegt darin, daß die Polaritäten der Signalformen mit kurzer Zeitdauer vor der Messung nicht bekannt sein können, und daß oft kein physikalischer Zusammenhang mit der Polarität der unterlagerten, lange dauernden Signalform vorhanden ist. Da bei bekannten Meßeinrichtungen die Triggerung entweder auf ein positives oder auf ein negatives Signal möglich ist, müssen zur sicheren Erfassung derartiger Signalverläufe zwei unabhängige Meßeinrichtungen eingesetzt werden, wobei eine auf ein positives, die andere auf ein negatives Triggersignal eingestellt ist.

Bei bekannten Transienten-Rekodern werden die dort flüchtig gespeicherten Meßdaten, z. B. bis zu 65 000 je Aufnahme, zur weiteren Verarbeitung in einen Computer, z. B. einen sogenannten Personal-Computer, übertragen. In dieser mehrere Sekunden bzw. gegebenenfalls sogar mehrere Minuten dauernden Übertragungszeit ist der Transienten-Rekorder nicht aufnahmebereit, und es können wichtige Meßdaten verloren gehen. Nach der Datenübertragung muß der Transienten-Rekorder dann für die nächste Aufnahme programmiert werden, was zusätzliche Zeit in Anspruch nimmt.

Ein grundsätzlicher Nachteil aller bekannten Schaltungsanordnungen besteht also darin, daß für die Erfassung mehrerer, in unbekanntem zeitlichen Abstand auftretender Signalformen aufgrund des begrenzten Speicherplatzes ein Kompromiß zwischen Gesamt-Aufzeichnungsdauer und zeitlicher Auflösung gefunden werden muß. Wählt man die Gesamt-Aufzeichnungsdauer zu kurz, können nachfolgende Signale verlorengehen, während bei Wahl einer geringen zeitlichen Auflösung Signale kurzer Zeitdauer nicht erfaßt werden können.

Aus HANKE, R. und SCHÜPPLER: "Digitaler Meßwertspeicher" In: "Radio fernsehen elektronik" 32 (1983), 11, S. 724 bis 726 ist ein gattungsgemäßes Verfahren bekannt, bei welchem mit Beginn der Messung die digitalisierten Meßdaten in einen RAM-Speicher kontinuierlich im Takt der Abtastfrequenz eingeschrieben werden. Auch bei diesem bekannten Verfahren besteht das vorstehend angesprochene Problem, daß entweder nicht alle zu erfassenden Signale wegen einer zu kurzen Gesamt- Aufzeichnungsdauer erfaßt werden können oder aber wegen zu geringer zeitlicher Auflösung sehr kurze Signale nicht erfaßt werden können.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Betriebsverfahren anzugeben, welches es bei geringem herstellungstechnischen Aufwand für eine danach zu betreibende Schaltungsanordnung ermöglicht, kurzzeitige Ereignisse mit hoher zeitlicher Auflösung festzuhalten und gleichzeitig unter Erfassung des zeitlichen Abstandes zwischen zwei aufeinanderfolgenden, kurzzeitigen Ereignissen eine insgesamt lange Meßdauer bei vertretbarem Speicheraufwand zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mit Beginn der Messung die digitalisierten Meßdaten in einen n-ten RAM-Speicher kontinuierlich im Takt der Abtastfrequenz eingeschrieben werden, daß beim Eintreten einer Trigger-Bedingung für das Meßsignal eine Vorlauf-Zeit-Abzählung in Gang gesetzt wird, nach deren Ablauf das Einschreiben in den n-ten RAM-Speicher beendet wird und gleichzeitig eine Umschaltung der Eingangsstufe auf einen (n + 1)-ten RAM-Speicher ausgelöst wird, und daß gleichzeitig ein (n + 1)-ter Zähler gestartet sowie die Trigger-Einrichtung freigegeben wird.

Je nach der spezifischen Problemstellung wird die Zahl der einzusetzenden Zähler und RAM-Speicheranordnungen gewählt. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene automatische Umschaltung auf eine weitere RAM-Speicheranordnung nach einer bestimmten Vorlaufzeit, welche so bemessen werden kann, daß ein aufzuzeichnendes kurzes Meßsignal in jedem Fall sicher erfaßt wird, wird erreicht, daß auch kurzzeitige Vorgänge mit hoher zeitlicher Auflösung erfaßt werden können, zwischen welchen ein relativ großer zeitlicher Abstand besteht, wobei dieser zeitliche Abstand durch die vorgesehenen Zähler quantitativ erfaßt werden kann.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß während des Betriebs eines (n + 1)-ten Zählers bzw. während des Einschreibens von Daten in eine (n + 1)-te RAM-Speicheranordnung eine Datenverbindung zwischen wenigstens einer n-ten RAM-Speicheranordnung und einer Auswerte-Anordnung besteht. Eine derartige Auswerte-Anordnung kann z. B. durch eine CPU gebildet sein, welche die Meßdaten auswertet und die ermittelten Ergebnisse bzw. Daten nach außen weitergibt oder/und auf einem Grafik-Bildschirm darstellt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen geben die Unteransprüche an.

Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Dabei zeigt

Fig. 1 eine grafische Veranschaulichung der zeitlichen Abfolge der verschiedenen Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens in den unterschiedlichen Speicherebenen, und

Fig. 2 eine schematische, blockschaltbildartige Darstellung einer erfindungsgemäß betreibbaren Schaltungsanordnung.

In Fig. 1 ist in zwei Ebenen grafisch aufgetragen jeweils der Verlauf einer Meßspannung Um in Abhängigkeit von der Zeit t. Weiterhin sind als Blöcke zwei RAM-Speicher, (RAM)1 und (RAM)2, dargestellt, in welche fortlaufend Daten eingelesen werden können. Soweit in dem im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel zwei RAM-Speicher verwendet werden, dient dies lediglich der einfachen Veranschaulichung. Grundsätzlich ist das erfindungsgemäße Verfahren je nach dem speziellen Anwendungszweck mit einer beliebigen Zahl von n-RAM-Speicheranordnungen realisierbar.

Bei Beginn der Messung zum Zeitpunkt t = 0 kann gemäß Anspruch 1 ein erster Zähler Z1 gestartet werden. Dieser Zähler zählt und mißt dementsprechend die Zeit t bis ein zu erfassendes kurzzeitiges Ereignis, dargestellt als Spannungsverlauf U1(t), eintritt. Der Zeitpunkt T1 des Beginns dieses Ereignisses wird festgestellt, indem die Meßspannung die an einer Triggereinrichtung vorgegebene Triggerspannung (Utr) erreicht.

Gleichzeitig beginnend mit dem Zeitpunkt t = 0 werden digitalisierte Meßdaten, welche aus dem Verlauf der Meßspannung U1(t) gewonnen werden, fortlaufend in die erste RAM-Speicheranordnung (RAM)1 im Takt der Abtastfrequenz zyklisch eingeschrieben. Beginnend mit dem Zeitpunkt T1 wird eine Vorlaufzeit-Abzählung gestartet. Nach Ablauf dieser Vorlaufzeit t1 wird das Einschreiben der digitalisierten Meßdaten in die Speicheranordnung (RAM)1 beendet. Gleichzeitig wird auf die zweite Speicheranordnung (RAM)2 umgeschaltet und sofort mit dem zyklischen Einschreiben digitalisierter Meßdaten in die zweite Speicheranordnung (RAM)2 begonnen. Gleichzeitig wird ein zweiter Zähler Z2 in Gang gesetzt und die Triggereinrichtung wieder freigegeben. Überschreitet die Meßspannung Um das nächste Mal die vorgegebene Triggerschwelle Utr, kann ein weiteres kurzzeitiges Ereignis entsprechend dem Spannungsverlauf U2(t) fortlaufend in die zweite Speicheranordnung (RAM)2 eingeschrieben werden, wobei zu dem Triggerzeitpunkt T2 wiederum eine Vorlaufzeit- Abzählung für die Vorlaufzeit (t2) in Gang gesetzt wird. Nach Ende der Vorlaufzeit t2 wird das Einschreiben der digitalisierten Meßdaten in die Speicheranordnung RAM2 beendet.

Bei Bedarf können wie - vorstehend beschrieben - hiervon ausgehend weitere Zähler gestartet werden und eine Umschaltung auf weitere Speicheranordnungen erfolgen.

In Fig. 2 ist blockschaltbildartig eine Schaltungsanordnung zur Realisierung des vorstehend beschriebenen Verfahrens dargestellt. Einem Meßeingang 1 ist demnach eine Eingangsstufe 2 nachgeordnet, welche einen A/D-Wandler zur Umwandlung einer analogen Eingangs-Meßspannung in digitale Meßwerte entsprechend einer vorgegebenen Abtastfrequenz umfaßt. Die Eingangsstufe umfaßt auch eine Umschaltanordnung für die Ausgänge A1 bis An. Diesen sind RAM-Speicheranordnungen (RAM)1 bis (RAM)n nachgeordnet. Die einzelnen Speicheranordnungen sind andererseits wiederum mit einer zentralen Reicheneinheit (CPU) parallel verbunden, so daß diese zentrale Recheneinheit (CPU) mit einer z. B. n-ten Speicheranordnung (RAM)n in Datenaustausch stehen kann, während eine (n + 1)-te Speicheranordnung (RAM)n + 1 gerade mit Daten aus der Eingangsstufe 2 beschrieben wird. Die Eingangsstufe 2, die Speicheranordnungen (RAM)1 bis (RAM)n und die zentrale Recheneinheit (CPU) sind über einen gemeinsamen Datenbus 3 verbunden.

Der zentralen Recheneinheit (CPU) nachgeordnet kann ein Festspeicher 4 in Form eines RAM oder EPROM sein, ein Massenspeicher 5 in Form eines Floppy-Disc-Speichers sowie eine Ausgabe-Anordnung 7.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Erfassung und Aufzeichnung flüchtiger und periodischer Vorgänge, umfassend das Digitalisieren mittels eines A/D-Wandlers einer mit einer vorgegebenen Abtastfrequenz abgefragten, an einem Meßeingang anliegenden Meßspannung, das Abspeichern der so gewonnenen Meßdaten in einem Speicher sowie das Auswerten der abgespeicherten Meßdaten, wobei mit Beginn der Messung die digitalisierten Meßdaten in einen n-ten (n: ganze Zahl) RAM- Speicher kontinuierlich im Takt der Abtastfrequenz eingeschrieben werden, dadurch gekennzeichnet, daß beim Eintreten einer Trigger-Bedingung für das Meßsignal eine Vorlaufzeit-Abzählung in Gang gesetzt wird, nach deren Ablauf das Einschreiben in den n-ten RAM- Speicher beendet wird und gleichzeitig eine Umschaltung der Eingangsstufe auf einen (n + 1)-ten RAM-Speicher ausgelöst wird, und daß gleichzeitig ein (n + 1)-ter Zähler gestartet sowie die Trigger-Einrichtung freigegeben werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während des Betriebs eines (n + i)-ten Zählers bzw. während des Einschreibens von Daten in eine (n + k)-te RAM-Speicheranordnung eine Datenverbindung zwischen wenigstens einer n-ten RAM-Speicheranordnung und einer Auswerte-Anordnung besteht (i, k: ganze Zahlen).
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einschreiben in einen n-ten RAM-Speicher mit einer wählbaren Abtastfrequenz erfolgt.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Beginn der Messung gleichzeitig mit dem Beginn des Einschreibens in einen n-ten RAM-Speicher ein n-ter Zähler gestartet wird, und daß beim Umschalten auf einen (n + 1)-ten RAM-Speicher der Zählerstand dieses n-ten Zählers abgespeichert wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Auswertung der Daten einer n-ten RAM-Speicheranordnung diese für das Einschreiben neuer Meßdaten sofort wieder zur Verfügung gestellt wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Triggerung auf den Betrag eines Signals oder auf den Betrag der zeitlichen Ableitung eines Signalverlaufs anspricht.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder n-ten RAM-Speicheranordnung eine eigene Abtastfrequenz zugeordnet ist.






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