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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Leistungsmessgerät und eine
Sensorvorrichtung des Typs, der beispielsweise bei einem System
zum Messen der Leistung von Hochfrequenz- (HF-) Signalen verwendet
wird. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein
System zum Messen der Leistung von HF-Signalen, das erhöhtes Messvertrauen
und Messgerätausrüstungsgenauigkeit
auf eine Weise bietet, die für
den Benutzer des Systems zweckmäßig ist.
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Standard-HF-Leistungsmesssysteme,
die zum Messen von HF-Ausrüstung während der
Herstellung, Installation und Wartung verwendet werden, umfassen
eine Messgeräteinheit,
die durch ein Kabel mit einer Sensoreinheit gekoppelt ist. Typischerweise umfasst
die Sensoreinheit ein Erfassungselement, das HF-Leistungen in ein äquivalentes
Spannungs- oder Stromsignal umwandelt. Das Erfassungselement ist
typischerweise eine Diode oder eine Thermoelement. Das Spannungs- oder Stromsignal
kann beispielsweise verstärkt
und konditioniert werden, so dass die Messgeräteinheit eine Anzeige der Leistung liefern
kann.
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Um
eine Messrückverfolgbarkeit
zu nationalen Standards sicherzustellen, muss der obige Typ von
HF-Leistungsmesssystemen kalibriert werden. Diesbezüglich gibt
es zwei Kalibrierungsprozedurtypen, die üblicherweise durchgeführt werden;
Fabrikkalibrierung und Benutzerkalibrierung.
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Fabrikkalibrierung
wird entweder während der
Herstellung oder bei regelmäßigen Kalibrierungsintervallen
(typischerweise ein Jahr) durchgeführt, wenn die Messgeräteinheit,
die Sensoreinheit und das Kabel für die Kalibrierung zu der Fabrik
zurückgebracht
werden. Die Sensoreinheit wird mit einem Transferstandard bei einer
Anzahl von Frequenzpunkten kalibriert, um Kalibrierungsfaktoren
für die Sensoreinheit
zu bestimmen. Ein Kalibrierungsfaktor stellt die Kombinati on von
Effizienz des Sensorelements und Fehlanpassungsverlust (eine Messung der
Kopplungseffizienz einer Quelle von HF-Leistung mit einem Eingang
der Sensoreinheit) bei einer bestimmten Frequenz dar, und wird nach
der Messung durch die Messgeräteinheit
als eine Korrektur der Messung angelegt. Die Messgeräteinheit
wird auch kalibriert, um die Linearität der Messungen durch das System
beizubehalten, aufgrund der Tatsache, dass das Erfassungselement
eine nichtlineare Vorrichtung ist. Außerdem ist die Messgeräteinheit
normalerweise mit einer Referenzleistungsquelle versehen, wobei
die Referenzleistungsquelle unter Verwendung eines Transferstandards
eingestellt ist.
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Obwohl
die Fabrikkalibrierung benötigt
wird, ist es nicht unüblich,
dass während
der Arbeitslebensdauer der Messgeräteinheit eine andere Messgeräteinheit/Kabel/Sensoreinheits-Kombination
verwendet wird. Folglich besteht ein Bedarf, eine bestimmte Messgeräteinheit/Kabel/Sensoreinheits-Kombination
zu kalibrieren, und dies wird bekannterweise durch einen Benutzer
der Messgeräteinheit
durchgeführt.
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Während der
normalen Verwendung ist die Sensoreinheit durch das Kabel an der
Messgeräteinheit
befestigt. Versätze,
die in Ablesungen vorliegen, die durch die Messgeräteinheit
gegeben werden, wenn kein Eingangs-HF-Signal vorliegt, werden dann durch
eine Versatzentfernungsprozedur von dem Messsystem entfernt, die
durch die Messeinheit automatisiert wird (normalerweise als Nullpunkteinstellung
oder automatische Nullpunkteinstellung bezeichnet). Die Messgeräteinheit-
und Sensoreinheit-Gewinne werden als ein einzelner „Weggewinn" betrachtet, und
daher kann das System absolute Leistung messen durch Trennen der
Sensoreinheit von einem Testobjekt, Befestigen der Sensoreinheit an
der Referenzquelle und Durchführen
eines automatischen Kalibrierungsverfahrens, das mit der Messgeräteinheit
geliefert wird. Da die Messgeräteinheit
die Leistung der Referenzquelle kennt, die angelegt wird, kann ein
Gewinnfaktor der Messgeräteeinheit
durch die Messgeräteinheit
eingestellt werden, um sicherzustellen, dass der korrekte Wert der Leistung
der Referenzquelle unter Berücksichtigung des
Weggewinns angezeigt wird. Die Sensoreinheit wird dann wieder an
dem Testobjekt befestigt und die absolute Leistung eines Signals,
das durch das Testobjekt erzeugt wird, kann durch die Messgeräteinheit gemessen
und angezeigt werden. Falls sich die Frequenz des gemessenen Signals
von der Frequenz der Referenzquelle unterscheidet, sollte der Kalibrierungsfaktor
der Sensoreinheit für
die Frequenz des gemessenen Signals manuell in die Messgeräteinheit
eingegeben werden, von Druckkopieinformationen, die mit dem Leistungsmesssystem
geliefert werden, um sicherzustellen, dass die Messgeräteinheit die
korrekte Leistung anzeigt.
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Im
Verlauf der Zeit hat sich die Komplexität von Leistungsmesssystemen
erhöht,
bis zu dem Punkt, dass es nun möglich
ist, die Kalibrierungsfaktoren in elektronisch löschbaren programmierbaren Nur-Lese-Speichern
(EEPROMs) zu speichern, die sich in der Sensoreinheit befinden und
durch die Messgeräteinheit
gelesen werden können.
Außerdem
können
Erfassungselemente des Diodentyps nun über einen inhärenten Betriebsbereich
hinaus betrieben werden, wo die Leistung auf lineare Weise in Strom
oder Spannung umgewandelt wird. Die Fähigkeit, die Diode auf diese
Weise zu betreiben, wird möglich
gemacht durch die Bereitstellung einer weiteren Stufe in der Fabrikkalibrierungsprozedur
der Sensoreinheit. Die weitere Stufe erfordert, dass die Sensoreinheit
einer Anzahl bekannter HF-Leistungspegel unterzogen wird, typischerweise
bei der gleichen Frequenz der Referenzquelle, und die Antwort der
Sensoreinheit gemessen und in dem EEPROM gespeichert wird. Die Messgeräteinheit
verwendet dann diese Daten, wenn die Sensoreinheit mit einem Testobjekt
verbunden ist, um eine Korrekturfunktion zu erzeugen, die die Ausgabe
der Sensoreinheit linearisiert, und ermöglicht somit breitere dynamische Bereichsmessungen.
Die Kalibrierungsdaten, die die oben erwähnten Kalibrierungsfaktoren
umfassen, die sich auf die Sensoreinheit beziehen, sind in dem EEPROM
als Daten gespeichert, die in relativen Begriffen bezüglich der
gemessenen Ausgangsleistung der Referenzquelle ausgedrückt werden,
so dass Linearitäts-
und Frequenz-Kalibrierung der Sensoreinheit durch den Benutzer stattfinden
kann.
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Ein
zusätzlicher
Vorteil auf diesem Gebiet ist die Bereitstellung eines Temperaturerfassungselements
in der Sensoreinheit. Da der Strom, der durch das Erfassungselement
fließt,
durch die Temperatur des Erfassungselements beeinflusst werden kann,
ist es durch Messen der Temperatur des Erfassungselements möglich, eine
Korrektur für
Temperaturschwankungen anzulegen, bezüglich der Leistungsmessungen,
die unter Verwendung der Sensoreinheit durchgeführt werden. Einige Fabrikkalibrierungsprozeduren
für Sensoreinheiten
umfassen die Messung von Temperaturschwankungen bezüglich der
Sensoreinheit, solche Daten werden ebenfalls in dem EEPROM gespeichert.
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Bezüglich der
Benutzerkalibrierungsprozedur, wie sie oben erwähnt wurde, muss der Benutzer die
Sensoreinheit regelmäßig von
dem Testobjekt trennen und die Sensoreinheit mit der Referenzquelle
der Messgeräteinheit
verbinden. Nach der Kalibrierung muss der Benutzer dann die Sensoreinheit
wieder mit dem Testobjekt verbinden. Während dieser teilweise manuellen
Prozedur können
Messfehler auftreten, falls die Referenzquelle nicht mechanisch effizient
mit der Sensoreinheit verbunden ist. Ferner ist die Benutzerkalibrierungsprozedur
unpraktisch und verlässt
sich auf eine HF-Quelle
mit zugeordneten Fehlanpassungsunsicherheiten, um zu messen, was
hauptsächlich
eine Gleichsignalschaltung ist (hierin bezeichnet als die Weggewinnkalibrierung). Außerdem wird
während
der Benutzerkalibrierungsprozedur angenommen, dass die umfangreiche
Charakterisierung, die während
der Fabrikkalibrierungsprozedur implementiert wird, nach wie vor
gilt, und daher testet die Benutzerkalibrierungsprozedur effektiv
nur die allgemeine Integrität
des Leistungsmesssystems und die Weggewinncharakterisierung von
dem Ausgang der Sensoreinheit zu der Erfassungsschaltungsanordnung
der Messgeräteinheit.
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Als
eine Möglichkeit
zum Verringern der oben beschriebenen Nachteile wurden alternative Entwürfe für Leistungsmesssysteme
entwickelt. Diese Entwürfe
verwenden sogenannte „Keine-Kalibrierung-" ('no-cal') Lösungen,
die den Bedarf aufheben, dass der Benutzer die Trennungen und Neuverbindungen
der Benutzerkalibrierungsprozedur durchführt. Folglich hat ein bekannter
Leistungsmesssystemtyp bei einem Versuch, die Anzahl variabler Komponenten,
die das Leistungsmesssystem bilden, das Kabel permanent mit einer
charakterisierten Sensoreinheit gekoppelt, und reduziert dadurch
die Anzahl unabhängiger
Komponentenkombinationen, die das Leistungsmesssystem bilden.
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Es
folgt daher, dass die obige „Keine-Kalibrierung-" Lösung für Leistungsmesssysteme
nicht in der Lage ist, Wechsel der Kabel durch den Benutzer zu ermöglichen,
wie es auftreten kann, wenn ein Kabel, das bei der Herstellung geliefert
wird, später
beschädigt
wird. Einige andere sogenannte „Keine-Kalibrierung-" Lösungen beschränken die
Fähigkeiten des
Benutzers, das Kabel zu wechseln. Außerdem ermöglichen solche Lösungen keine
internen Komponenten, die Abnutzung oder Alterung erfahren und dadurch
die Genauigkeit der Leistungsmessung beeinträchtigen. Somit sind bekannte
Leistungsmesssysteme und zugeordnete Kalibrierungstechniken aus
Sicht der Genauigkeit oder Ausführung
nicht absolut zufriedenstellend. Es besteht daher ein Bedarf an
einem Leistungsmesssystem, das genauere Messungen durchführt als
der herkömmliche
Lösungsansatz,
aber ohne die störende
Anforderung, die Sensoreinheit von dem Testobjekt zu trennen und
mit demselben zu verbinden.
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Die
US 5 373 237 beschreibt
ein HF-Leistungsmesssystem, das Rückkopplung verwendet, um die
Leistung eines temperaturstabilen Festfrequenz-Referenzsignals automatisch
einzustellen, damit sich dieselbe der Leistung eines unbekannten ankommenden
Signals angleicht, und dadurch Fehler aufgrund nichtlinearer Detektorcharakteristika
und Temperaturdrift ausgleicht.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Leistungsmesssystem
zum Messen der Leistung eines elektromagnetischen Signals vorgesehen,
wobei das System folgende Merkmale umfasst: eine Messeinheit zum Übersetzen
eines elektrischen Signals, das von einem Sensor stammt, in eine
Leistungsmessung; eine Sensoreinheit, die den Sensor und eine Verstärkungsschaltung umfasst;
und ein Kabel zum Koppeln der Messeinheit mit der Sensoreinheit,
wobei die Sensoreinheit und das Kabel einen Weg zum Kommunizieren
des elektrischen Signals, das von dem Sensor stammt, zu der Messeinheit
definieren; gekennzeichnet durch: eine Quelle eines Referenzsignals,
die eine Einrichtung zum selektiven Koppeln mit der Verstärkungsschaltung
in zumindest einer der folgenden Konfigurationen umfasst:
- – gekoppelt
mit der Verstärkungsschaltung
statt dem Sensor; und
- – gekoppelt
mit der Verstärkungsschaltung
zusätzlich
zu dem Sensor, um über
die Verstärkungsschaltung
einen Stimulus an den Sensor zu liefern.
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Die
Quelle des Referenzsignals kann angeordnet sein, um ein festes Referenzsignal
zu erzeugen. Alternativ oder zusätzlich
kann das Referenzsignal in der Amplitude variiert werden, um den
Sensor zu charakterisieren.
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Das
Referenzsignal kann ein Gleichspannungs- (DC-) Signal sein. Die
Sensoreinheit kann ferner eine temperaturabhängige Komponente umfassen,
zum Liefern einer Anzeige der Temperatur innerhalb der Sensoreinheit.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Sensoreinheitsvorrichtung
für ein
Leistungsmesssystem vorgesehen, wobei die Vorrichtung folgende Merkmale
umfasst: einen Sensor und eine Verstärkungsschaltung, die mit dem Sensor
gekoppelt ist; gekennzeichnet durch: eine Quelle eines Referenzsignals,
die eine Einrichtung zum selektiven Koppeln mit der Verstärkungsschaltung
in zumindest einer der folgenden Konfigurationen umfasst:
- – gekoppelt
mit der Verstärkungsschaltung
statt dem Sensor; und
- – gekoppelt
mit der Verstärkungsschaltung
zusätzlich
zu dem Sensor, um über
die Verstärkungsschaltung
einen Stimulus an den Sensor zu liefern;
zum Kommunizieren
des Referenzsignals zu einer Messeinheit über ein Kabel.
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Die
Quelle des Referenzsignals kann angeordnet sein, um ein festes Referenzsignal
zu erzeugen. Alternativ oder zusätzlich
kann das Referenzsignal in der Amplitude variiert werden, um den
Sensor zu charakterisieren.
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Die
Vorrichtung kann ferner eine temperaturabhängige Komponente zum Liefern
einer Anzeige der Temperatur innerhalb der Sensoreinheitsvorrichtung
umfassen. Das Referenzsignal kann ein Gleichsspannungs- (DC-) Signal
sein.
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Gemäß einem
dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren vorgesehen
zum Beibehalten der Genauigkeit eines Leistungsmesssystems, das
eine Sensoreinheit umfasst, die durch ein Kabel mit einer Messgeräteinheit
gekoppelt ist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Erzeugen eines
Testsignals; Empfangen des Testsignals an der Messgeräteinheit über einen
Weg, der durch die Sensoreinheit, das Kabel und die Messgeräteinheit
definiert ist; Kalibrieren der Messgeräteinheit ansprechend auf das
Testsignal; dadurch gekennzeichnet, dass das Testsignal ein Referenzsignal
ist, das selektiv zumindest in einer der folgenden Konfigurationen gekoppelt
ist:
- – gekoppelt
in den Weg anstatt der Sensoreinheit; und
- – gekoppelt
in den Weg zusätzlich
zu der Sensoreinheit, um über
eine Verstärkungsschaltung
einen Stimulus an die Sensoreinheit zu liefern.
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Es
ist somit möglich,
eine Sensoreinheitsvorrichtung, ein Leistungsmesssystem und ein
Verfahren zum Beibehalten der Genauigkeit des Leistungsmesssystems
zu schaffen, die ein erhöhtes
Messvertrauen, Messgerätausrüstungsgenauigkeit
und Benutzerzweckmäßigkeit
liefern, und eine genaue Gleichsignalweggewinnberechnung ermöglichen,
die auf einer Pro-Messgeräteinheit-Basis
stattfindet. Die Bereitstellung eines eingebauten Referenzsignals, das
in den Messweg geschaltet werden kann, um den Weggewinn festzulegen,
ermöglicht
es, dass die Weggewinnkalibrierung als eine automatisierte Prozedur
ausgeführt
wird, die durch die Messgeräteinheit
auf eine Weise gesteuert wird, die für einen Benutzer vollständig transparent
ist. Die Weggewinnkalibrierung ist ebenfalls unabhängig verifizierbar
mit einem Genauigkeitsgrad, der durch aktuelle Systeme und Verfahren
nicht gewährt
wird. Die Fähigkeit,
ein Referenzsignal in den Messweg zu schalten, um einen Erfasselementstimulus
zu liefern, ermöglicht auch
die Verifikation eines ordnungsgemäßen Betriebs des Erfassungselements
von einer Antwort durch das Erfassungselement auf den Referenzsignalstimulus.
Durch Variieren des Referenzsignalstimulus kann eine empfindlichere
Anzeige der Transfercharakteristika des Erfassungselements und somit eine
verbesserte Verifikation des ordnungsgemäßen Betriebs des Erfassungselements
erreicht werden als durch aktuelle Systeme und Verfahren. Es ist
somit möglich,
zu verifizieren, dass die Sensoreinheit ordnungsgemäß funktioniert
und bestimmte Charakteristika des Erfassungselements sich nicht
im Verlauf der Zeit geändert
haben. Eine Beschränkung,
die vielen Stromleis tungsmesssystemen inhärent ist, insbesondere denjenigen
einer „Nicht-Kalibrierung"-Variation, wird
dadurch überwunden.
Erneut kann die Verifikation der Erfassungselementtransfercharakteristika
erreicht werden als eine automatische Prozedur, die durch die Messgeräteinheit
gesteuert wird und für
den Benutzer transparent ist.
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Ein
weitere Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Fähigkeit,
das Erfassungselement von einem Verstärker der Sensoreinheit zu trennen,
und es dadurch der Messgeräteinheit
zu ermöglichen,
eine automatische Messversatzentfernungsprozedur durchzuführen, während die
Sensoreinheit mit einem Testobjekt gekoppelt ist.
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Genaue
absolute Thermistormessungen, die für unterschiedliche Messgeräteinheiten
wiederholbar sind, wird auch möglich
gemacht, da die interne Referenzquelle verwendet werden kann, um
den Thermistormessweg zu kalibrieren. Die obigen Vorteile machen
es daher möglich,
dass die Sensoreinheit, das Kabel und die Messgeräteinheit
getrennt geliefert werden, was das Leistungsmesssystem sehr flexibel
macht bezüglich
des Ermöglichens
für den Benutzer,
ein oder mehrere Teile des Systems zu ersetzen, während das
Vertrauen in die Genauigkeit der Messung des Systems beibehalten
wird, und ohne den Bedarf, den Sensor mit einer externen HF-Leistungsquelle
zu verbinden.
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Zumindest
ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nun lediglich beispielhaft mit Bezugnahme auf
die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
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1 ist
eine schematische Darstellung eines Leistungsmesssystems;
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2 ist
ein Schaltbild einer Sensoreinheit von 1;
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3 ist
ein Flussdiagramm eines Kalibrierungsprozesses für die Schaltung von 2;
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4 ist
ein Flussdiagramm eines Sensorverifikationsprozesses für die Schaltung
von 2.
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In
der folgenden Beschreibung werden identische Bezugszeichen verwendet,
um gleiche Teile zu identifizieren.
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Mit
Bezugnahme auf 1 umfasst ein Leistungsmesssystem 100 eine
Messgeräteinheit 102, die über ein
Kabel 106 mit einer Sensoreinheit 104 gekoppelt
ist. Die Messgeräteinheit 102 umfasst
einen Mikroprozessor 108, der mit einer Anzeige 110 gekoppelt
ist, einen flüchtigen
Speicher 112, beispielsweise einen Direktzugriffsspeicher
(RAM), und einen nichtflüchtigen
Speicher 114, beispielsweise einen Nur-Lese-Speicher (ROM).
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Die
Messgeräteinheit 102 umfasst
auch ein Eingangs/Ausgangstor 116, mit dem ein erstes Ende des
Kabels 106 gekoppelt ist. Die Messgeräteinheit 102 ist eine
Messgeräteinheit,
die entworfen ist, um mit spezifischen Typen von Sensoreinheiten
und Kabeln zu arbeiten.
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Die
Sensoreinheit 104 umfasst ein Ausgangstor 118 mit
einer Mehrzahl von Anschlüssen. Einer
der Mehrzahl von Anschlüssen
ist ein Erfasstes-Signal-Ausgangspin (in 1 nicht
gezeigt), der mit einer Verstärkungsschaltung 120 gekoppelt
ist, wobei die Verstärkungsschaltung 120 mit
einem Sensor 122 gekoppelt ist, beispielsweise einer Diode
mit Vorspannung Null. Ein EEPROM 124 ist auch mit einem
der Mehrzahl von Anschlüssen
des Ausgangstors 118 gekoppelt, nämlich einem EEPROM-Pin (in 1 nicht
gezeigt), wobei der EEPROM 124 Charakteristika des Sensors 122 speichert.
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Mit
Bezugnahme auf 2 umfasst die Sensoreinheit 104 ein
Eingangstor 200, mit dem eine Quelle von HF-Leistung, die
zu messen ist, gekoppelt ist. Das Eingangstor 200 ist mit einer
Kathode der Diode 122 und einem ersten Anschluss eines
ersten Widerstands 202 gekoppelt, wobei ein zweiter Anschluss
des ersten Widerstands 202 mit einem Massepin des Ausgangstors 118 gekoppelt
ist. Eine Anode der Diode 122 ist mit einem ersten Anschluss eines
ersten elektronisch steuerbaren Schalters 206 gekoppelt,
wobei ein zweiter Anschluss des ersten Schalters 206 mit
einem invertierenden Anschluss 208 eines Transimpedanzverstärkers 208 eines Transimpedanzverstärkers (TIA) 210 gekoppelt
ist. Der invertierende Anschluss 208 des TIA 210 ist
mit einem ersten Anschluss eines Rückkopplungswiderstands 212 gekoppelt,
wobei ein zweiter Anschluss des Rückkopplungswiderstands 212 mit
einem Ausgangsanschluss 214 des TIA 210 gekoppelt
ist. Der Ausgangsanschluss 214 des TIA 210 ist über einen Ausgangswiderstand 218 auch
mit dem erfassten Signalausgangspin 216 gekoppelt.
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Ein
nichtinvertierender Eingangsanschluss 220 des TIA 210 ist
mit einem ersten Anschluss eines elektronisch steuerbaren Zweiwegschalters 222 gekoppelt.
Ein zweiter Anschluss des Zweiwegschalters 222 ist mit
dem Massepin 204 gekoppelt, und ein dritter Anschluss des
Zweiwegschalters 222 ist mit einem Variable-Eingangsspannung-Pin 224 des
Ausgangstors 118 und einem ersten Anschluss eines zweiten
elektronisch steuerbaren Schalters 226 gekoppelt. Ein zweiter
Anschluss des zweiten Schalters 226 ist mit einem ersten
Anschluss eines zweiten Widerstands 228 und einem ersten
Anschluss eines dritten Widerstands 230 gekoppelt, wobei
der zweite und dritte Widerstand einen Spannungsteiler bilden. Ein
zweiter Anschluss des zweiten Widerstands 228 ist mit dem
Massepin 204 gekoppelt, und ein zweiter Anschluss des dritten
Widerstands 230 ist mit einem Ausgangsanschluss 232 einer
Festreferenzspannungsquelle 234 gekoppelt. Die Festreferenzspannungsquelle 234 kann
jede geeignete Schaltung sein, die in der Technik bekannt ist, und
in der Lage ist, ein Festspannungssignal zu erzeugen.
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Der
Ausgangsanschluss 232 ist auch mit einem ersten Anschluss
eines vierten Widerstands 235 gekoppelt, wobei ein zweiter
Anschluss des vierten Widerstands 235 mit einem ersten
Anschluss eines dritten elektronisch steuerbaren Schalters 236 und einen
Thermistorausgangspin 238 des Ausgangstors 118 gekoppelt
ist. Ein zweiter Anschluss des dritten Schalters 236 ist
mit einem ersten Anschluss einer thermisch abhängigen Komponente gekoppelt,
wie z. B. einem Thermistor 240, wobei ein zweiter Anschluss
des Thermistors 240 mit dem Massepin 204 gekoppelt
ist.
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Beim
Betrieb wird das Leistungsmesssystem 100 zusammengesetzt
durch Koppeln der Messgeräteinheit 102 mit
der Sensoreinheit 104 unter Verwendung des Kabels 106.
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Mit
Bezugnahme auf 3 wird die Messgeräteinheit 102 in
einen internen Kalibrierungsmodus platziert, beispielsweise durch
Auswählen
des Kalibrierungsmodus unter Verwendung einer graphischen Benutzeroberfläche (GUI)
(nicht gezeigt), die durch die Anzeige 110 präsentiert
wird.
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Auf
das Eintreten in den Kalibrierungsmodus hin lädt die Messgeräteinheit 102 Kalibrierungsdaten von
dem EEPROM 124 herunter. Bei diesem Beispiel speichert
der EEPROM 124 die Transfercharakteristika des Sensors 120 von
HF bis zu Gleichsignalvolt, gemessen über einen HF-Leistungspegelbereich,
einen HF-Frequenzbereich und einen Temperaturbereich für HF-Testen.
Außerdem
speichert der EEPROM 124 die gemessene Spannung der Spannung,
die durch die Festreferenzspannungsquelle 234 erzeugt wird,
und die Transfercharakteristika des Sensors 122 von den
Gleichspannungssignalen, die an den Variable-Eingangsspannung-Pin 224 über einen
Gleichspannungspegelbereich und einen Temperaturbereich angelegt
werden.
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Sobald
die Kalibrierungsdaten von dem EEPROM 124 heruntergeladen
wurden, wird eine interne Kalibrierungsprozedur ausgeführt, und
umfasst die Messgeräteinheit 102,
die durch den Prozessor 108, falls notwendig, den dritten
Schalter 236 aktiviert, um den Thermistor 240 über den
vierten Widerstand 235 mit der Festreferenzspannungsquelle 234 zu
koppeln (Schritt 300). Sobald er mit der Festreferenzspannung 234 gekoppelt
ist, bildet die Spannung über
den Thermistor 240 eine Temperaturmessung. Die Temperaturmessung
wird durch den Prozessor 108 in den RAM 112 gespeichert,
und dann betätigt der
Prozessor den dritten Schalter 236, um den Thermistor 240 zu
trennen (Schritt 300). Der Prozessor 108 betätigt dann
auch, falls notwendig, den ersten Schalter 206, um den
Sensor 122 von dem invertierenden Eingangsanschluss 208 des
TIA 210 zu trennen (Schritt 300). Der Prozessor 108 betätigt dann auch,
falls notwendig, den Zweiwegschalter 222 und den zweiten
Schalter 226 (Schritt 302), um den Spannungsteiler,
der durch den zweiten und dritten Widerstand 228, 230 gebildet
ist, mit dem nichtinvertierenden Eingangsanschluss 220 des
TIA 210 zu koppeln. Folglich wird ein Anteil der Spannung,
die durch die Festreferenzspannungsquelle 234 erzeugt wird,
an den nichtinvertierenden Eingangsanschluss 220 des TIA 210 angelegt,
wobei der Anteil der Spannung, die durch die Festreferenzspannungsquelle 234 erzeugt wird,
gemäß dem Verhältnis der
Werte des zweiten und dritten Widerstands 228, 230 ist.
Der Anteil der Spannung, die durch die Festreferenzspannung 234 erzeugt
wird, wird gemessen (Schritt 304) durch die Messgeräteinheit 102,
d. h. nach dem Erfahren eines Weggewinns, wobei der Weggewinn ein
Faktor ist, der Änderungen
bei der Amplitude charakterisiert, die ein bestimmtes Signal über einen
bestimmten Weg erfährt,
wie z. B. die Änderungen
aufgrund der Umwandlung des gegebenen Signals und Verluste, die
das gegebene Signal erfährt.
Typischerweise, wie bei diesem Beispiel, wird Weggewinn verursacht durch
die Verstärkungsschaltung 120,
das Kabel 106, Gewinn des Messgeräts und Umwandlung eines empfangenen
analogen Signals durch die Messgeräteinheit 102 in den
digitalen Bereich durch einen Analog/Digital-Wandler (ADC – nicht
gezeigt).
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Der
gemessene Anteil der Spannung, die durch die Festreferenzspannungsquelle 234 erzeugt wird,
wird verglichen (Schritt 304) mit der erwarteten Festreferenzspannung,
die von dem EEPROM 124 heruntergeladen wird. Ein Gewinnkalibrierungsmultiplizierer
wird dann durch den Prozessor 108 berechnet (Schritt 306),
basierend auf jeder Differenz zwischen der erwarteten Festreferenzspannung
und dem gemessenen Anteil der Spannung, die durch die Festreferenzspannungsquelle 234 erzeugt
wird. Der berechnete Korrekturmultiplizierer wird dann in dem RAM 112 gespeichert
(Schritt 308), für
die Weggewinneinstellung von Messungen, die nachfolgend durch das
Leistungsmesssystem 100 durchgeführt werden.
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Es
sollte klar sein, dass die Messgeräteinheit 102 eine
Messgerätgewinneinstellung
umfasst, und die Sensoreinheit 104 eine Sensorgewinneinstellung umfasst.
Sobald der Gewinnkalibrierungsmultiplizierer gespeichert wurde,
bestimmt (Schritt 310) der Prozessor 108 folglich,
ob die Sensoreinheit 104 über einen vollen Bereich von
Testbedingungen kalibriert wurde oder nicht, beispielsweise für unterschiedliche Messgerätgewinneinstellungen
und unterschiedliche Sensorgewinneinstellungen. Falls der Prozessor 108 bestimmt
(Schritt 310), dass die Sensoreinheit 104 nicht über den
vollen Bereich von Messbedingungen kalibriert wurde, ändert (Schritt 312)
der Prozessor 108 die Testbedingungen, beispielsweise die
Sensorgewinneinstellungen, und wiederholt die oben beschriebenen
Schritte 300 bis 310. Alternativ, falls der Prozessor 108 bestimmt
(Schritt 310), dass die Sensoreinheit 104 über den
vollen Bereich von Testbedingungen kalibriert wurde, wird die Kalibrierungsprozedur
abgeschlossen.
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Es
sollte klar sein, dass die Temperatur eine weitere Testbedingung
sein kann, über
die die Sensoreinheit 104 kalibriert werden kann, und folglich kann
der Thermistor 240 verwendet werden, um weitere regelmäßige Temperaturmes sungen
zu liefern, wie es für
diesen Zweck erforderlich ist.
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Mit
Bezugnahme auf 4 kann zusätzlich oder statt der internen
Kalibrierungsprozedur eine Sensorverifikationsprozedur verwendet
werden. In der Sensorverifikationsprozedur betätigt der Prozessor 108,
falls notwendig, den dritten Schalter 236, um sicherzustellen,
dass der dritte Schalter 236 geschlossen ist, und eine
Temperaturmessung wird durchgeführt
durch Messen der Spannung über
dem Massepin 204 und dem Thermistorausgangspin 238. Falls
notwendig, betätigt
der Prozessor 108 dann den ersten Schalter 206,
um sicherzustellen (Schritt 400), dass der erste Schalter 206 geschlossen
ist, und der Sensor 122 mit dem invertierenden Eingangsanschluss 208 des
TIA 210 gekoppelt ist. Außerdem betätigt der Prozessor 108,
falls notwendig, den zweiten Schalter 226 und den Zweiwegschalter 222,
um den Spannungsteiler von dem nichtinvertierenden Eingangspin 220 des
TIA 210 zu trennen, und den Variable-Eingangsspannung-Pin 224 mit
demselben zu verbinden (Schritt 402).
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Sobald
die obigen Verbindungen und Trennungen durchgeführt sind, legt der Prozessor 108 eine
erste eines Bereichs von Gleichspannungen über den Variable-Eingangsspannung-Pin 224 und den
Massepin 204 an, und wobbelt (Schritt 404) dann durch
den Bereich von Gleichspannungen. Die Messgeräteinheit 102 misst
(Schritt 406) die Antwort des Sensors 102 durch
Messen der Spannung, die über
den Sensor 122 angelegt ist, und vergleicht die gemessene
Spannung, die über
den Sensor 122 angelegt ist, mit der tatsächlichen
Spannung, die über den
Sensor 122 angelegt ist. Als Folge des obigen Vergleichs
werden die I-V-Charakteristika des Sensors 122 bestimmt
und mit den erwarteten I-V-Charakteristika des Sensors 122,
die von dem EEPROM 124 erhalten werden, bei der gemessenen
Temperatur verglichen. Durch Vergleichen der gemessenen I-V-Charakteristika
des Sensors 122 mit den erwarteten I-V-Charakteristika
desselben, kann der Prozessor 108 bestimmen (Schritt 408),
ob sich die I-V- Charakteristika
des Sensors 122 geändert
haben und daher bestimmen, dass der Sensor 122 nicht mehr
geeignet ist zum Ausführen
von Messungen, beispielsweise HF-Leistungsmessungen.
Falls bestimmt wird, dass der Sensor 122 nicht mehr länger geeignet
ist für
die Messung, wird die Sensorverifikationsprozedur als abgeschlossen
angesehen.
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Falls
angenommen wird, dass der Sensor 122 nach wie vor innerhalb
annehmbarer Grenzen arbeitet, verifiziert (Schritt 410)
der Prozessor 108 dann, dass der Sensor 122 über den
vollen Bereich von Testbedingungen verifiziert wurde, deren Art
bereits oben in Bezugnahme auf der ersten Kalibrierungsprozedur
beschrieben wurde. Falls der Sensor über den vollen Bereich von
Testbedingungen verifiziert wurde, wird die Sensorverifikationsprozedur
als abgeschlossen angesehen. Falls jedoch beispielsweise der Sensor 122 nicht über den
vollen Bereich von Temperaturen kalibriert wurde, über den
das Messsystem 100 arbeiten soll, werden die Testbedingungen
wie oben beschrieben geändert
(Schritt 412), und die oben beschriebenen Schritte 400 bis 412 des Sensorverifikationsprozesses
werden wiederholt.