DD295708A5 - ARRANGEMENT FOR MULTIPLEXING MEASUREMENT OF ANALOG ELECTRICAL SIGNALS - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen digitalen ansteuerbaren Analogmultiplexer fuer potentialbezogene und bezugspotentialfreie natuerliche und mittelbare analoge Signale, insbesondere Meszsignale, welche zur Chopperung ueber einen wechselseitig zerhackenden Analogmultiplexer mit digitaler Steuerung gefuehrt sind. An den Eingaengen der Analogmultiplexer oder deren meszobjektbezogenen Zusatzschaltungen koennen alle Signale der analogen Mesztechnik gemischt, aber auch getrennt parametriert und in verschiedenen Meszbereichen, angeschlossen werden. Die Anordnung ist derart konfiguriert, dasz analoge Eingangssignale direkt mathematisch verknuepfbar sind und Stoernadeln der Chopperung ausgeblendet werden. Fig. 1{Mesztechnik; Analogmultiplexer; Meszsignale; Elektronik; Elektrotechnik; Chopperung; Steuerung; Meszbereich; Stoernadeln}The invention relates to a digital controllable analog multiplexer for potential-related and reference potential-free natural and indirect analog signals, in particular Meszsignale, which are guided for chopping over a mutually chopping analog multiplexer with digital control. At the inputs of the analog multiplexers or their meszobjekt related additional circuits all signals of the analog measuring technique can be mixed, but also parameterized separately and in different Meszbereichen connected. The arrangement is configured such that analog input signals can be directly mathematically linked and the jamming needles of the chopper are masked out. Fig. 1 {Mesztechnik; Analog multiplexer; Meszsignale; Electronics; Electrical engineering; chopping; Control; Meszbereich; Stoernadeln}
Description
Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Anwendungsgebiet der Erfindung ist die elektronische Meßtechnik in allen ihren Bereichen der Wirtschaft und Wissenschaft, insbesondere die komplexe rechnergestützte Meßwertverarbeitung mehrerer Meßstellen.The field of application of the invention is the electronic measuring technology in all its fields of economics and science, in particular the complex computer-aided measured value processing of several measuring points.
Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art
In der Meßtechnik sind für analoge bezugspotentialfreie oder potentialbezogene Signale Meßstellenumschalter und Multiplexer allgemein bekannt. Diese schalten mechanisch oder elektronisch das Eingangssignal an eine Verarbeitungseinrichtung. Mechanische Schalter sind bekannterweise langsam und in ihrer Funktion unsicher, so daß sich elektronische Schalter allgemein durchgesetzt haben.In measuring technology, measuring point switches and multiplexers are generally known for analog reference potential-free or potential-related signals. These switch mechanically or electronically the input signal to a processing device. Mechanical switches are known to be slow and unsafe in their function, so that electronic switches have generally prevailed.
Bezugspotentialfreie Signale müssen zweipolig geschalten werden. Dabei können Meßfehler dadurch entstehen, daß je Eingangssignal zwei Schalter benötigt werden.Reference potential-free signals must be switched to bipolar. In this case, measurement errors can be caused by the fact that two switches are required per input signal.
Weiterhin arbeiten die elektronischen Schalter nur in einem engen Spannungspotential des Meßsignals gegenüber Masse. In den meisten Fällen werden die Signale über Verstärker in potentialbezogene Signale gewandert und weiterverarbeitet. Auch bei potentialbezogenen Verarbeitungen sind in der Regel Eingangsverstärker erforderlich. Die direkte Verarbeitung von Signalen ist nur in den seltenen Fällen möglich, bei denen ein ausreichend hohes Meßpotential dierekt vorliegt. Die angeführten zusätzlichen Verstärker sind an jedem Meßkanal separat vorhanden und erfordern einen zusätzlichen Schaltungs- und Abgleichaufwand. Potentialbezogene Signale waren bisher üblicherweise ebenfalls nur mit einem ähnlich hohen Aufwand wie potentialfreie Signale über separate Vorverstärker meßbar. Eine Vereinfachung des Meßaufwandes ausschließlich für potentialbezogene Signale wird durch die in WP DD 225498 beschriebene Lösung eines Analogmultiplexers erreicht. Diese Lösung ist ebenfalls schaltungstechnisch aufwendig, erfordert Präzisionswiderstände und besitzt eine eingeschränkte Meßgenauigkeit. Weiterhin ist bei Rechnerkopplung eine spezielle Anpaßschaltung notwendig.Furthermore, the electronic switches work only in a narrow voltage potential of the measuring signal to ground. In most cases, the signals are converted to potential-related signals via amplifiers and further processed. Even with potential-related processing, input amplifiers are usually required. The direct processing of signals is only possible in the rare cases in which a sufficiently high measuring potential is directly present. The listed additional amplifiers are available separately at each measuring channel and require additional circuitry and adjustment costs. Up to now, potential-related signals have usually also only been able to be measured with a similarly high outlay as potential-free signals via separate preamplifiers. A simplification of the measurement effort exclusively for potential-related signals is achieved by the described in WP DD 225498 solution of an analog multiplexer. This solution is also circuitry consuming, requires precision resistors and has a limited accuracy. Furthermore, a special matching circuit is necessary for computer coupling.
Die gleichzeitige multiplexe Verarbeitung von potentialbezogenen und potentialfreien Signalen war bisher nur mit großem Zusatzaufwand möglich. Hierzu sind in jedem Fall Signalwandler einzusetzen, die die Meßsignale einzeln auf ein einheitliches System umwandeln.The simultaneous multiplexing of potential-related and potential-free signals was previously possible only with great additional effort. For this purpose, signal converters are to be used in each case, which convert the measurement signals individually to a uniform system.
Ein ebenso hoher Aufwand ist notwendig, um gleichzeitig unterschiedliche Meßgrößen, z. B. Spannung, Strom und Widerstand, insbesondere in verschiedenen Meßbereichen, multiplex zu messen. Diese unterschiedlichen Meßgrößen wurden auf separate Eingänge geschalten, die je nach Art der Meßgröße speziell gestaltet parametriert und geeicht werden mußten. Hierbei war eine rechnergestützte kanal- und meßaufgabebezogene Parametrierung der Meß- und Eichgröße nicht möglich.An equally high effort is necessary to simultaneously different measures, eg. As voltage, current and resistance, in particular in different measuring ranges, to measure multiplex. These different measured variables were switched to separate inputs, which had to be specially configured and calibrated depending on the type of measured variable. In this case, a computer-aided channel and measurement task-related parameterization of the measured and calibration variable was not possible.
Ziel der Erfindung ist die multiplexe Messung mehrerer Signale von natürlichen oder mittelbaren elektrisch analog gewandelten physikalischen Meßgrößen. Diese Signale sollen unabhängig von ihrer Größe, ihrer Potentialbezogenheit und/oder ihrem floatenden Bezugspegel multiplex gemessen werden. Die dazu erforderliche Lösung soll sich durch geringen Aufwand, hohe Genauigkeit des Meßergebnisses und hohen Meßkomfort auszeichnen.The aim of the invention is the multiplexed measurement of several signals of natural or indirect electrical analog converted physical quantities. These signals are to be multiplexed regardless of their size, their relevance to potential and / or their floating reference level. The solution required for this purpose should be characterized by little effort, high accuracy of the measurement result and high measuring comfort.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der Mängel des Standes der Technik eine Anordnung zur multiplexen Messung von analogen elektrischen Signalen zu schaffen, die den Anschluß aller natürlichen und mittelbaren analogen Signale, insbesondere der Signale mit verschiedenen oder floatenden Bezugspegeln, ermöglicht und die multiplexe Signalverarbeitung über eine gemeinsame Verarbeitungseinrichtung in hoher Genauigkeit und mit großem Meßkomfort gewährleistet. Diese Anordnung soll die Möglichkeit der Steuerung über eine Informationsverarbeitungsanlage aufweisen und damit eine flexible Meßart- und Meßbereichswahl gewährleisten. Weiterhin soll diese Anordnung auch kleine Meßsignale mit hoher Genauigkeit erfassen.The invention has for its object, while avoiding the deficiencies of the prior art to provide an arrangement for multiplexing measurement of analog electrical signals, which allows the connection of all natural and indirect analog signals, in particular the signals with different or floating reference levels, and the multiplexes Ensuring signal processing via a common processing device in high accuracy and with great measuring comfort. This arrangement is intended to have the ability to control an information processing system and thus ensure a flexible Meßart- and Meßbereichswahl. Furthermore, this arrangement should also detect small measurement signals with high accuracy.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, daß zur Meßwerterfassung keine weiteren zusätzlichen pegel- oder potentialwandelnden Eingangsverstärker erforderlich sein sollen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein durch eine Informationsverarbeitungsanlage und/oder eine Schaltung erzeugter, wechselseitig eingangskanaladressierender Choppertakt, welcher sich multiplex auf eines der analogen Eingangssignale Xi-Xn bezieht, mit den Ansteuereingängen eines oder mehrerer Analogmultiplexer(s) verbunden ist. Jedes analoge Eingangssignal XE1-XEn «st direkt oder über meßobjektbezogene Zusatzschaltungen mit je 2 Eingängen E, bis En, welches sich auf ein Eingangssignal Хеі-Хеп bezieht, verbunden, wobei für mehrere gleichbezogene Eingänge ein gemeinsamer Bezugseingang möglich ist, was auch der Massebezug sein kann. Die Ausgänge des oder der Analogmultiplexer(s) sind mit einem oder mehreren gegebenenfalls steuerbarem Chopperverstärkern mit steuerbaren Choppergleichrichter verbunden, an deren Ausgängen das Abbild des Meßwertes besteht.A further object of the invention is that no further additional level or potential-converting input amplifiers are required for measured value acquisition. According to the invention the object is achieved in that a generated by an information processing system and / or a circuit, mutually input channel addressing chopper clock, which refers multiplexed to one of the analog input signals Xi-X n , with the control inputs of one or more analog multiplexer (s) is connected. Each analog input signal X E1 -X En "st directly or via meßobjektbezogene additional circuits with 2 inputs E, to E n, which relates to an input signal Хеі-Хеп connected, wherein a common reference input is possible for a plurality of equal-related inputs, which also the ground reference can be. The outputs of the analog multiplexer (s) are connected to one or more optionally controllable chopper amplifiers with controllable chopper rectifier, at the outputs of which the image of the measured value exists.
Vorteilhafterweise sind zwischen den Ansteuersignalen des oder der Analogmultiplexer(s) und den bekannten Chopperverstärkern und/oder Choppergleichrichtem bekannte störnadelaustastende Zusatzschaltungen, wie RC-Glieder, angeordnet. An den Eingängen E1-En sind meßobjektspezifisch, für oder als Brückenschaltungen, Stromshunts, Stromschleifennetzwerke u.a., einfache Zusatzschattungen angeschaltet. Meßobjektbezogen sind an den analogen Eingängen Xi-Xn sowohl die analogen Eingangssignale als auch die erforderlichen Bezugspotentiale, potentialverschobene Bezugspotentiale, Referenz-, Führungs- und/oder Störgrößensignale u.a. angeschaltet.Advantageously, between the control signals of the or the analog multiplexer (s) and the known chopper amplifiers and / or chopper rectifier known Störnadelaustastende additional circuits, such as RC members arranged. At the inputs E 1 -E n , measuring object-specific, for or as bridge circuits, current shunts, current loop networks, etc., are connected to simple additional shadows. DUT related to the analog inputs Xi-X n both the analog input signals and the required reference potentials, potential-shifted reference potentials, reference, guide and / or Störgrößenensignale etc. are turned on.
In einer speziellen Variante der Erfindung sind bei gleichem Bezugspotential die Signaleingänge zweier analoger Eingangssignale, gesteuert und wechselseitig gechoppert, mit dem Ausgang des Analogmultiplexers verbunden.In a specific variant of the invention, the signal inputs of two analog input signals, controlled and mutually chopped, are connected to the output of the analog multiplexer at the same reference potential.
In einer weiteren Variante der Erfindung sind die Ansteuersignale des oder der Analogmultiplexer(s) und/oder die Steuersignale einer Informationsverarbeitungsanlage parametersteuernd und/oder eichpunktumschaltend mit der Steuerung des oder der Chopperverstärker und anderer Bezugsgeräte verbunden.In a further variant of the invention, the control signals of the analog multiplexer (s) and / or the control signals of an information processing system are connected to the control of the chopper amplifier or other reference devices in a parameter-controlling and / or calibration-point switching manner.
Die Anordnung der erfindungsgemäßen Lösung benötigt gegenüber bekannten vergleichbaren Meßanordnungen nur 20-40% des bisherigen Schaltungsaufwandes. Bei geringer Aufbaugröße ist ein universeller Anschluß verschiedenartiger Eingangssignale, ein erhöhter Meßkomfort bei höherer Meßgenauigkeit vorhanden.The arrangement of the solution according to the invention requires compared to known comparable measuring arrangements only 20-40% of the previous circuit complexity. With a small size, a universal connection of various types of input signals, an increased measuring comfort with higher accuracy is available.
Der verwendete Choppertakt ist gegebenenfalls durch eine störnadelaustastende Zusatzschaltung mit dem Chopperverstärker und/oder dem Choppergleichrichter verbunden, wodurch sehr stabile Meßgrößen erreicht werden.If necessary, the chopper clock used is connected to the chopper amplifier and / or the chopper rectifier by means of a stubble-canceling additional circuit, whereby very stable measured variables are achieved.
Die an den Eingängen E1-En anschließbaren, meßobjektbezogenen Zusatzschaltungen können zur Anpassung an die Eigenschaften der Eingangssignale sehr preiswert gehalten werden, weil die Bezugspotentialfreiheit der Eingänge und die Verarbeitbarkeit sehr kleiner analoger Signale meßtechnisch vorteilhaft ist.The measuring-object-related additional circuits which can be connected to the inputs E 1 -E n can be kept very inexpensive in order to adapt to the characteristics of the input signals because the reference potential of the inputs and the processability of very small analog signals is advantageous in terms of measurement technology.
Außer den gebräuchlichen natürlichen und mittelbaren analogen Signalen der Meßtechnik können auch vorteilhaft und multiplex Referenz-, Führungs- und Störgrößen sowie Bezugspotentialverschiebungen, insbesondere floatenden Bezugsotentia1en,an- und aufgeschaltet werden. Durch die Eingangssteuerung kann ohne Zusatzschaltung bei gleichbezogenen Eingängen eine preiswerte mathematische Verknüpfung ausgeführt werden. Damit sind auf einfache Weise direkte Vergleichsmessungen und Störgrößenaufschaltungen möglich. Die programmierbare variable Parametrierung der Meßbereiche und Eichgrößen spart spezielle Verstärker ein und ermöglicht eine flexible komfortable Anpassung an die Meßaufgaben.In addition to the conventional natural and indirect analog signals of the measurement technique, it is also possible to switch on and off advantageously and multiplex reference, guiding and disturbance variables as well as reference potential displacements, in particular floating reference totals. The input control allows an inexpensive mathematical combination to be carried out without additional circuitry for identically-related inputs. This makes it easy to make direct comparison measurements and disturbance variable connections. The programmable variable parameterization of the measuring ranges and calibration variables saves special amplifiers and enables flexible, comfortable adaptation to the measuring tasks.
Ausführungsbeispielembodiment
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausfuhrungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigtThe invention will be explained in more detail with reference to an exemplary embodiment. In the drawing shows
Fig. 1: eine Prinzipskizze der Anordnung zur multiplexen Messung von analogen elektrischen Signalen.1 shows a schematic diagram of the arrangement for the multiplexed measurement of analog electrical signals.
An eine Informationsverarbeitungseinrichtung 1 und eine Schaltung 6 sind mit ihren Ansteuereingängen ein oder mehrere Analogmultiplexer 2 derart verbunden, daß durch die Ansteuerung der Eingänge eine Auswahl eins aus E1-En besteht. Die analogen Eingangssignale Xg1-X6n sind direkt oder über meßobjektbezogene Zusatzschaltungen 3, insbesondere bezugspotentialfrei, zu gepaarten Eingängen, z. B. E1-E2, E3-E4 geführt. Mehrere, auf ein Potential bezogene analoge Eingangssignale, z. B. Xgn _,, Xen. sind günstig so geschaltet, daß das gemeinsame Potential an einen Eingang, z. B. En und die Signalleitungen der analogen Eingangssignale, z. B. Xen-^ Xe„ an je einen Eingang, z.B. En _2; En., geschaltet sind. Das gemeinsame Potential kann eine Referenzspannung, der Pegel einer Halbbrücke o.a. sowie der Massebezug sein. Die durch die Informationsverarbeitungseinrichtung 1 und/oder durch eine Schaltung 6 gesteuerte, meßaufgabenbezogene wechselseitige Verbindung mehrerer, insbesondere zweier Eingänge, z. B. E1; E2, mit dem Ausgang der Analogmultiplexer 2 kennzeichnet die Eingangschopperung der analogen Eingangssignale, z.B. Xg1.To an information processing device 1 and a circuit 6, one or more analog multiplexer 2 are connected to their control inputs such that a selection one of E 1 -E n consists of the control of the inputs. The analog input signals Xg 1 -X 6n are directly or via measuring object-related additional circuits 3, in particular reference potential-free, to paired inputs, for. B. E1-E2, E 3 -E 4 out. Several analogue input signals related to a potential, e.g. B. Xg n _ ,, Xe n . are conveniently switched so that the common potential to an input, z. B. E n and the signal lines of the analog input signals, z. B. Xe n - ^ Xe "to one input, eg E n _ 2 ; E n ., Are switched. The common potential may be a reference voltage, the level of a half-bridge or the ground reference. The controlled by the information processing device 1 and / or by a circuit 6, meßaufgaben related mutual connection of several, in particular two inputs, z. E 1 ; E 2 , with the output of the analog multiplexer 2 identifies the input chopping of the analog input signals, eg Xg 1 .
Der Ausgang des Analogmultiplexers 2 ist über einen Chopperverstärker 4 an einen Choppergleichrichter 5 geführt, an dessen Ausgang die Abbildung des Meßsignals zur Weiterverarbeitung, z.B. durch A-D-Wandler, zur Verfügung steht. Ein durch eine Informationsverarbeitungsanlage 1 und/oder eine Schaltung 6 und/oder ein korrespondierendes System zwischen beiden erzeugter Choppertakt ist mit den Ansteuereingängen der Analogmultiplexer 2 derart verbunden, daß eine meßaufgabenbezogene Steuerung erfolgt.The output of the analog multiplexer 2 is fed via a chopper amplifier 4 to a chopper rectifier 5, at whose output the image of the measuring signal for further processing, e.g. by A-D converter, is available. A chopper clock generated by an information processing system 1 and / or a circuit 6 and / or a corresponding system between the two is connected to the control inputs of the analog multiplexer 2 such that a measurement task-related control takes place.
An den Eingängen des oder der Analogmultiplexer 2 sind gegebenenfalls meßobjektbezogene Zusatzschaltungen 3 zur Anpassung des Meßbereiches und/oder der überlagerten Signalgrundpegel u.a. geschaltet. Diese Zusatzschaltungen können insbesondere Brücken- und Halbbrückenschaltungen, Stromshunts, Stromschleifenetzwerke, Mehrleiteranpassungen sowie Eingangsschaltungen für sonstige analoge Signale sein.At the inputs of or the analog multiplexer 2, if necessary, measuring object-related additional circuits 3 for adapting the measuring range and / or the superimposed signal ground level are inter alia connected. These additional circuits may be, in particular, bridge and half-bridge circuits, current shunts, current loop networks, multi-conductor adjustments as well as input circuits for other analog signals.
Die erfindungsgemäße Lösung ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß an den Eingängen des oder der Analogmultiplexer und/oder deren meßobjektbezogener Zusatzschaltungen 3 Bezugspotentiale, potentialverschobene Bezugspotentiale, z.B.The solution according to the invention is further characterized in that at the inputs of the analog multiplexer (s) and / or their measured object-related additional circuits 3, reference potentials, potential-shifted reference potentials, e.g.
Masse von Meßorten oder Mehrleiterschaltungen, Meß-, Führungs- und/oder Störgrößen derart angeschaltet sind, daß diese in ihrer eigenen Größe sowie in ihrem Größenverhältnis zu anderen gleichbezogenen Größen an den Eingängen der Analogmultiplexer 2 abgebildet sind.Mass of measuring locations or multi-conductor circuits, measuring, guiding and / or disturbing variables are connected in such a way that they are shown in their own size and in their size ratio to other identically related quantities at the inputs of the analog multiplexer 2.
Durch die Programmierung der Informationsverarbeitungseinrichtung 1 sind die Verhältnisse der Choppertakterzeugung, insbesondere durch die Korrespondenz mit einer Schaltung 6, festgelegt.By programming the information processing device 1, the ratios of Choppertakterzeugung, in particular by the correspondence with a circuit 6, set.
Günstigerweise ist die niederwertigste Kanalsteueradresse der Analogmultiplexer 2 mit einem Grundtakt der Schaltung 6 beschälten, der somit die Paarigkeit aufeinanderfolgender Eingänge, z. B. E1; E2 für XE1, bestimmt.Conveniently, the least significant channel control address of the analog multiplexer 2 is beschaltten with a basic clock of the circuit 6, thus the pairing of successive inputs, z. E 1 ; E 2 for X E1 , determined.
Die direkte mathematische Verknüpfung der Eingangssignale während der Messung, z. B. Differenzmessung zweier gleichbezogener Eingänge Xgn _,; Xen. ist durch eine dem Choppertaktpegel programmierbar zugeordnete Kanalumschaltung,The direct mathematical combination of the input signals during the measurement, z. B. Differential measurement of two equal inputs Xg n _ ,; Xe n . is a channel switch programmably assigned to the chopper clock level,
z. B. En _ 2; En _ 1# gekennzeichnet.z. B. E n _ 2 ; E n _ 1 # marked.
Die durch eine informationsverarbeitungsanlage 1 und/oder eine Schaltung 6 erzeugten Ansteuersignale sind insbesondere über eine verzögernde störnadelaustastende Zusatzschaltung 7, beispielsweise RC-Glieder, mit dem Choppergleichrichter 5 derart verbunden, daß die dem Chopperprinzip eigenen Störnadeln in einem gesteuerten Gleichrichter zeitlich ausgeblendet sind.The drive signals generated by an information processing system 1 and / or a circuit 6 are connected in particular via a delay stubble-delineating additional circuit 7, for example RC elements, with the chopper rectifier 5 such that the chopper own pegs in a controlled rectifier are hidden in time.
Die durch eine Informationsverarbeitungsanlage 1 erzeugten Ansteuersignale zur Kanalsektion sind gegebenenfalls mit einem steuerbaren Chopperverstärker 4 derart verbunden, daß eine kanalbezogene variable Parametrierung der Meßbereiche, der Meßarten und der Eichgrößen besteht, so daß alle analogen Eingangssignale mit nur einem aber steuerbaren Chopperverstärker 4 verarbeitbar sind.The control signals generated by an information processing system 1 to the channel section are optionally connected to a controllable chopper amplifier 4 such that a channel-related variable parameterization of the measuring ranges, types of measurement and calibration variables, so that all analog input signals with only one but controllable chopper amplifier 4 are processed.
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