DE2456812A1 - Measurement system for instantaneous values of periodic waveforms - includes synchronised digital control - Google Patents

Abstract

The instantaneous value of a periodic waveform can be indicate}d on a digital voltmeter and a graphical representation of signal and control pulses shown on a double-beam oscilloscope. A synchronisation pulse derived either from the input waveform or a separate reference oscillator passes to two NAND gates and a differentiating capacitor. This operates a monostable circuit whose toggle frequency is adjustable. The monostable's output is processed by two NANd gates and a timing network and the resulting pulse triggers a switching circuit. A field effect transistor has its gate connected to this switching circuit and its drain electrode connected to the waveform under investigation. Its output drives a digital voltmeter which, during the presence of a synchronisation pulse, shows the instantaneous value of the input waveform.

Description

Schaltungsanordnung zur Mes sung von Momentanwerten Die Frfindung betrifft eine Shaltungsanordnung zur Messung von Momentanwerten eines periodisch wiederkehrenden Kurvenzuges. Circuit arrangement for measuring instantaneous values relates to a circuit arrangement for measuring instantaneous values of a periodic recurring curve.

Problemstellung Es ist hinlänglich bekannt, einen periodisch wiederkehrenden Kurvenzug, welcher beispielsweise in Form einer elektrischen Spannung vorliegt, mittels eines Oszillographen zu beobachten. Die Auswertung des Kurvenzuges ist jedoch insofern schwierig, als beim Ablesen von Bildschirm des Oszillograhen Ungenauigkeiten oder fehler auftreten können. Es ist daher in der Zeitschrift: Elelronik-Ahzeiger, 6. Jahrgang, 1974, ifr. 4, Seite 87 bereits vorgeschlagen worden, en einen Oszillograph/ beziehungsweise einen Einschub für einen solchen zu verwenden, mit welchem eine absolute oder relative Spannungsmessung von Momentanwerten des Kurvenzuges möglich ist. Ein derartiger Oszillograph ist jedoch aufwendig und teuer und steht häufig garnicht zur Verfügung. Darüberhinaus sind sehr genaue Meßgeräte beispielsweise Digitalvoltmeter bekannt, mit welchen die genannten Ablesefehler zwar weitgehend vermieden werden können jedoch die Messung von Momentanazerten eines perio disch wiederkehrenden Kurvenzuges nicht ohne weite-,%es möglich ist.Problem It is well known that a periodically recurring Curve, which is, for example, in the form of an electrical voltage, to be observed by means of an oscilloscope. However, the evaluation of the curve is difficult insofar as inaccuracies in reading off the oscillograph's screen or errors can occur. It is therefore in the magazine: Elelronik-Ahzeiger, 6th year, 1974, ifr. 4, page 87 has already been proposed, en to use an oscilloscope or a slot for one, with which an absolute or relative voltage measurement of instantaneous values of the Curve is possible. However, such an oscilloscope is complex and expensive and is often not available at all. In addition, they are very accurate measuring devices for example digital voltmeter known, with which the reading errors mentioned Although it is largely possible to avoid the measurement of instantaneous values of a periodically recurring curves not without a wide -,% it is possible.

Aufgabe un Lösung Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde die genannten Nachteile zu vermeiden und eine Schaltungsanordnung zu schaffen, welche einen einfachen und kostengünstigen Aufbau aufweist und welche die Messung von Momentanwerten eines periodisch wiederkehrenden analogen Kurvenzuges ermöglicht. Diese Aufgabe id gemäß den Merkmalen des ersten Patentanspruches gelös,.Problem and solution The present invention therefore has the problem based on avoiding the disadvantages mentioned and creating a circuit arrangement, which has a simple and inexpensive structure and which the measurement of instantaneous values of a periodically recurring analog curve. This task id solved according to the features of the first claim.

Vorteile und Weiterbildungen Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zeichnet sich aus durch einen einfachen Aufbau und wird mit handelsüblichen Bauteilen realisiert. Diese Schaltungsanordnung ist als Vorschaltgerät beispielsweise für ein hochohmiges Digitalvoltmeter geeignet und ermöglicht sehr exakt die Messung von Momeniin.werten beliebiger Kurvenzüge und zwar zu beliebig vorwählbaren Zeitpunkten. Der Schaltungsanordnung wird dabei ein zum Kurvenzug synchrones Signal zugeführt. Die vorgeschlagene Steuerschaltung ermöglicht mit geringem Aufwand eine digitale Verarbeitung des Synchronisationssignales und die Abgabe eines digitalen Steuesignales, dessen Verzögerung sehr exakt vorwählbar ist.Advantages and developments The circuit arrangement according to the invention is characterized by a simple structure and is made with commercially available components realized. This circuit arrangement is used as a ballast for example suitable for a high-resistance digital voltmeter and enables the measurement to be carried out very precisely of momentary values of arbitrary curves and that at arbitrary preselectable times. A signal that is synchronous with the curve is fed to the circuit arrangement. The proposed control circuit allows with Little effort a digital processing of the synchronization signal and the output of a digital one Control signal, the delay of which can be preselected very precisely.

Hierzu wird vorzugsweise eine monostatile Kippstufe vorgesehen, deren Standzeit mit einem Potentiometer praktisch stuienlos veränderbar ist. Diese nachgeschaltete Torschaltung ermöglicht für die Dauer des Steuersignales das Durchschalten des Kurvenzuges aüf die Speichereinrichtung. Die Dauer des Steuersignales wird bevorzugt mitt eis einer Gatterkombination sowie eines RC-Gliedes vorgegeben. Es hat sich als sehr vorteilhaft erwiesen als Speichereinrichtung einen Kondensator vorzusehen5 dessen Spannung vorzugsweise -mittels eines hochohmigen MeBgerätes ,insbesondere eines Digitalvoltmeters gemessen wird. Darüberhinaus erweist sich die Anwendung in Kombination mit einem zweistrahligen Ossillographen als sehr vorteilhaft, da somit die Lage des ;teuersignal es einbezug auf den Kurvenzug sich ohne weiteres darstellen oder beobachten läßt.For this purpose, a monostatile flip-flop is preferably provided, whose The service life can be changed practically steplessly with a potentiometer. This downstream Gate switching enables the curve to be switched through for the duration of the control signal on the storage device. The duration of the control signal is preferred a combination of gates and an RC element. It turned out to be very It has been shown to be advantageous to provide a capacitor as the storage device Voltage preferably -by means of a high-resistance measuring device, in particular one Digital voltmeter is measured. In addition, the application proves to be in combination with a two-beam ossillograph is very advantageous, as it is the location of the; control signal it incorporating the curve can be represented without further ado or lets watch.

Ausführungsbeispiel Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in der Zeichnung dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeisieles näher erläutert.EXEMPLARY EMBODIMENT The invention is described below with reference to the in Drawing illustrated, preferred Ausführungsbeisieles explained in more detail.

Es zeigen: Big. 1 - eine schematische Anordnung mit einer Steuereinrichtung enthaltend eine monostabile Kippstufe, welcher eine Torschaltung mit einem FET nachgeschaltet ist.It shows: Big. 1 - a schematic arrangement with a control device containing a monostable multivibrator, which is followed by a gate circuit with an FET is.

Die Schaltungsanordnung gemäß Sig. 1 enthält eine Steuereinrichtung 1 mit nachgeschalteter Torschaltung 2, deren Ausgang mit einer Speichereinrichtung 3 verbunden ist. Dem Eingang 5 der Steuereinrichtung werden digitale Synchronisationssignale zugeführt, welche in bekannter Weise aus dem Eurvenzug selbst, beispielsweise durch Erfassung eines Nulldurchganges oder aber durch externe Referenzsignale gebildet werden. Am Eingang 5 ist eine Schutzschaltung gegen positive und negative Überspannung vorgesehen, enthaltend einen Widerstand 6, sowie Dioden 7, 8. Dem Widerstand 6 ist eine Gatterkombination, enthaltend zwei HAND-Gatter 9, 10 und ein Kondensator 11 nachgeschaltet, um die Eingangsflanke des Synchronisationssignales zu differenzieren. Das differenzierte Signal gelangt auf eine monostabile Kippstufe 15, in deren Rückkoppelzweig ein n-p-n Transistor 17, ein Kondensator 18 vorgesehen ist. Der Kollektor des genannten Transistors 17 ist über einen Widerstand 19 Dit einer Spannungsquelle verbunden. Die Basis des Transistors liegt zum einen an dem von densator 18 und zum andern über ein Potentiometer 20 und einem Widerstand 21 an der Spannungsquelle. Wie leicht ersichtlich, läßt sich durch Verstellen des Potentiometers 20 die Standzeit der Kippstufe 15 beeinflussen. Dem negierten Ausgang der genannten Kippstufe ist eine Gatterkombination enthaltend zwei NAND-Gatter 25, 24 sowie ein RG-Glied 25, 26 nachSeschaltet, so daß mit der Rückflanke des Standsignales der Kippstufe 15 ein Steuersignal von vorgegebener Dauer (entsprechend der Dimensionierung des RG-Gliedes 25, 26) am Ausgang 28 der Steuerstufe ansteht. Das Steuersignal hat dabei in Bezug auf die Eingangsflanke des Synchronisationssignales eine zeitliche Verzögerung, welche mittels des Potentiometers 20 einstellbar ist. Das Steuersignal gelangt über einen Schalttransistor 30 und eine Diode 31 auf das Gatter eines FET 32.The circuit arrangement according to Sig. 1 contains a control device 1 with a downstream gate circuit 2, the output of which is connected to a memory device 3 is connected. Digital synchronization signals are sent to input 5 of the control device fed, which in a known manner from the Eurvenzug itself, for example by Detection of a zero crossing or formed by external reference signals will. At input 5 there is a protective circuit against positive and negative overvoltage provided, containing a resistor 6, and diodes 7, 8. The resistor 6 is a gate combination containing two HAND gates 9, 10 and a capacitor 11 downstream to differentiate the input edge of the synchronization signal. The differentiated signal arrives at a monostable multivibrator 15, in its feedback branch an n-p-n transistor 17, a capacitor 18 is provided. The collector of the said Transistor 17 is connected to a voltage source via a resistor 19 Dit. The base of the transistor is on the one hand on that of the capacitor 18 and on the other hand Via a potentiometer 20 and a resistor 21 at the voltage source. How easy can be seen, by adjusting the potentiometer 20, the service life of the Influence tilt level 15. The negated output of the mentioned flip-flop is a Gate combination containing two NAND gates 25, 24 and an RG element 25, 26 after switching, so that with the trailing edge of the level signal of the flip-flop 15 a control signal of predetermined duration (according to the dimensioning of the RG element 25, 26) at the output 28 of the tax bracket is pending. The control signal has in relation to the input edge of the synchronization signal a time delay, which by means of the potentiometer 20 is adjustable. The control signal passes through a switching transistor 30 and a diode 31 on the gate of an FET 32.

Die Drain-Elektrode des FET ist mit dem Eingang 34 verbunden, an welchem der analoge Kurvenzug anliegt, während die Source-Elektrode mit der nachgeschalteten Speichereinrichtung 3 enthaltend vorzugsweise einen Speicherkondensator 36 verbunden ist. Dem genannten Kondensator 36 ist ein hochohmiges Meßinstrument 4 nachgeschaltet.The drain electrode of the FET is connected to the input 34, at which the analog curve is present, while the source electrode is connected to the downstream Storage device 3 containing preferably a storage capacitor 36 is connected. Said capacitor 36 is a high-resistance measuring instrument 4 downstream.

Die' Funktionsweise der Schaltungsanordnung wird nachfolgend erläutert. Dem Eingang 5 wird das Synchronisationssignal zugeführt, welches beispielsweise aus dem am Eingang 34 anliegenden Kurvenzug gebildet wird, oder als externes Ref-erenzsignal zur Verfügung steht. Die Eingangsflanke des synchrnisationsslgnales wird mittels der Gatter 9, 10 und des Kondensators 11 differenziert, so daß durch das differenzierte Signal die monostabile Kippstufe 15 gesetzt wird. Die Standzeit der Kippstufe ist mittels des im Rückkoppelzweig vorgesehenen Potentiometers vorgewalilt. Die Rückflanke des Standsignales bewirkt über die Gatter 23, 24 und das RC-Glied 25, 26 am Ausgang 28 ein Steuersignal vorgegebener Dauer, (z. B. 30 /usec.), wobei das Steuersignal bezogen auf das Synchronisationssignal eine Verzögerung aufweist, welche mittels des Potentiometers 2C beispielsweise zwischen 100 und 1950 /usec. vorwahlb6r ist. Die zeitliche Lage des Steuersignales und der analoge Kurvenzug werden zweckmäßiger-weise mittels eines zweistrahligen Oszillographen 38 beobachtet. Das Steuersignal gelangt weiterhin über den Schalttransistor 30 auf den BED 32, so daß dieser für die Dauer des Steuersignales leitend ist und dadurch der Teil des Kurvenzuges entsprechend des gewitrischten Momentanwertes auf den Kondensator 36 gelangt und gespeichert wird. Mittels des nachgeschalteten hochohmigen Meßgerätes 4 wird somit der ausgetastete Wert des Kurvenzuges gemessen und zur Anzeige gebracht. Als Meßgerät 4 wird vorzugsweise ein bekanntes Digitalvoltmeter vorgesehen, an welchem der Wert direkt abgelesen werden kann. Anstelle des genannten Oszillographen 38 kann zur Beobachtung des Steuersignales in Bezug zum Verlauf des Kurvenzuges beispielsweise auch ein bekannter x-y Schieber vorgesehen sein oder es kann beispielsweise durch Eichung des'Potentiometers 20 die zeitliche Verschiebung des Steuersignales abgelesen werden.The 'mode of operation of the circuit arrangement is explained below. The synchronization signal, which for example is formed from the curve at input 34, or as an external reference signal is available. The input edge of the synchronization signal is set using the gate 9, 10 and the capacitor 11 differentiated, so that the differentiated Signal the monostable multivibrator 15 is set. The service life of the tipping stage is by means of the potentiometer provided in the feedback branch. The trailing edge the status signal is effected via the gates 23, 24 and the RC element 25, 26 at the output 28 a control signal of a predetermined duration (e.g. 30 / usec.), The control signal has a delay based on the synchronization signal, which by means of of the potentiometer 2C, for example, between 100 and 1950 / usec. preselection is b6r. The timing of the control signal and the analog curve are expedient observed by means of a two-beam oscilloscope 38. The control signal arrives continue via the switching transistor 30 to the BED 32, so that this for the duration of the control signal is conductive and therefore the part of the curve accordingly of the measured instantaneous value reaches the capacitor 36 and is stored will. By means of the downstream high-impedance measuring device 4, the blank is thus blanked The value of the curve is measured and displayed. The measuring device 4 is preferably a known digital voltmeter is provided, on which the value can be read directly can be. Instead of the aforementioned oscilloscope 38, it is possible to observe the control signal in Relation to the course of the curve, for example, also a known x-y slide be provided or it can be done, for example, by calibrating the potentiometer 20 the time shift of the control signal can be read.

- Patentansprtiche - patent claims

Claims (8)

Patentansprüche 1. Schaltungsanordnung zur Messung von Momentanwerten eines periodischen Kurvenzuges dadurch gekennzeiehnet, daß eine Steuerschaltung vorgesehen ist, welcher ein, Synchronisationssignal mit im wesentlichen gleicher Frequenz wie die des Kurvenzuges zuführbar ist und welche ein Steuersignal mit zum Synchronisationssignal vorwählbarer Zeitverzögerung erzeugt, daß weiterhin eine Torschaltung nachgeschaltet ist, welche für die Dauer des Steuersignales den Wert des Kurvenzuges in eine Speichereinrichtung durchschaltet. Claims 1. Circuit arrangement for measuring instantaneous values a periodic curve characterized in that a control circuit is provided, which a, synchronization signal with essentially the same Frequency like that of the curve can be supplied and which a control signal with the Synchronization signal generates a preselectable time delay that continues a Gate circuit is connected downstream, which for the duration of the control signal the value of the curve in a memory device. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h -net, daß die Steuerschaltung eine monostabile Kippstufe mit vor wählbarer Standzeit aufweist.2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that g e k e n n z e i c h -net that the control circuit has a monostable multivibrator with pre-selectable service life having. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet1 daß der monostabilen Kippstufe eine Gatterkombination und ein Kondensator vorgeschaltet ist1 zur Differentiation der Eingangsflanke des Synchronisationssignales.3. Circuit arrangement according to claim 2, characterized in that the monostable multivibrator is preceded by a combination of gates and a capacitor ist1 to differentiate the input edge of the synchronization signal. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ini Rückkoppelzweig der monostabilen Kippstufe ein RC-Glied lind ein Transistor vorgesehen ist, wobei durch Verändern des Wertes des ohmschen Widerstandes die Standzeit der Kippstufe einstellbar ist.4. Circuit arrangement according to claim 2 or 3, characterized in that that in the feedback branch of the monostable multivibrator an RC element and a transistor is provided, with the service life by changing the value of the ohmic resistance the tilting stage is adjustable. 5, Schaltungsanordnung nach einem der Anspruche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kippstufe eine Gatter~ kombination und ein RC-Glied nachgeschaltet ist zur Erzeugung des Steuersignales mit einer vorwählbaren Zeitdauer.5, circuit arrangement according to one of claims 2 to 4, characterized in that that the flip-flop has a gate ~ combination and an RC element connected downstream is to generate the control signal with a preselectable time period. 6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Torschaltung einen Transistorschalter aufweist, welcher über eine Diode mit dem Gatter eines Unipolartransistoverbundeii' ist, und daß an der Drain-Elektrode der Kurvenzug ansteht und die Source-Elektrode mit der Speichereirrichtung verbunden ist.6. Circuit arrangement according to one of claims 4 to 5, characterized in that that the gate circuit has a transistor switch, which via a diode with the gate of a unipolar transistor composite, and that at the drain electrode the curve is present and the source electrode is connected to the storage device is. 7. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung des in der Speichereinrichtung gespeicherten Wertes ein Meßgerät mit einem hochohmigen Eingangswiderstand, vorzugsweise ein Digitalvoltmeter, vorgesehen ist.7. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized characterized in that for measuring the value stored in the memory device a measuring device with a high input resistance, preferably a digital voltmeter, is provided. 8. £tchaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Kombination .mit einem zweistrahligen Oszillographen; welchem zur Beobachtung der zeitlichen Lage des Stellersignales bezüglich des Kurvenzuges das Steuersigual und der Kurvenzug zugeführt werden.8. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized by combining .with a two-beam oscilloscope; which one to observe the timing of the actuator signal with respect to the curve, the control signal and the curve can be fed.