專利名稱：用于測量隨時間變化的電測量量的電平的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于測量隨時間變化的電測量量的電平、尤其是以對數(shù) 形式測量電壓、功率或電流的電平的一種方法和裝置。
背景技術(shù)：
在通信技術(shù)和消息技術(shù)中，已知的是對電測量量、諸如功率、電壓 或電流的電平進行探測并使之可視化。在此用如下一個對數(shù)量來表示 電平，其中該對數(shù)量通過相應(yīng)電測量量與所屬參考值之比的對數(shù)來定
義，比如，對于以dBm為單位的接收功率的接收電平所具有參考值
P0=lmW。
從而比如在用于借助光導(dǎo)來傳輸信息的裝置中，光線在該光導(dǎo)的一 端通過發(fā)送機而被輸入，然后光線通過該光導(dǎo)被傳輸直至其另一端， 并在那里通過相應(yīng)的接收機被接收并被輸出。比如由于光導(dǎo)的污染和/ 或光導(dǎo)中的高衰減，至少在接收側(cè)探測接收電平是有意義的。作為接 收電平，比如探測與接收機上的輸出電壓有關(guān)的接收功率。對于不同 的波長，比如為660nm、 850nm或1300nm，在此該接收電平在通過光導(dǎo) 傳輸時可能處于幾十的范圍中，比如-3dBm至-30dBm。
為了探測電平并使之可視化，已知的是采用 一種所謂的峰值整流 器，該峰值整流器探測可隨時間變化的電測量量的峰值，并在必要時 進行顯示。在此該峰值整流器以常規(guī)的方式和方法由多個依次連接的 運放來構(gòu)成。在此其缺點是，所探測的峰值與所關(guān)注的頻率和脈沖占 空比有關(guān)。由此實現(xiàn)了非常不精確以及有限的電平探測和電平評估。
在DE 100 63 102 Al中比如公開了在一種集成半導(dǎo)體裝置中的內(nèi) 部電壓的一種配置以及測量，其中設(shè)置有一個比較器，該比較器把要 測量的內(nèi)部電壓與外部提供的參考電壓相比較。

發(fā)明內(nèi)容
從而本發(fā)明所基于的任務(wù)在于，提供用于測量電測量量的電平的一 種方法和一種裝置，其中可以盡可能精確并可靠地在簡單的測量耗費 的情況下來確定電平值。
針對該方法，該任務(wù)根據(jù)本發(fā)明通過在權(quán)利要求1中所述的特征而得到解決。針對該裝置，該任務(wù)根據(jù)本發(fā)明通過在權(quán)利要求9中所述 的特征而得到解決。
本發(fā)明的有利的改進是從屬權(quán)利要求的主題。
在根據(jù)本發(fā)明的用于測量隨時間變化的電測量量的電平、尤其是電 壓或電流的方法中，該測量量的測量信號被微分，并探測被微分的測 量信號的瞬時幅度值，其中通過把比較值迭代近似到該瞬時幅度值來 確定該測量量的電平值。通過迭代近似，要確定的電平值、比如電壓 值可以非常精確地并在寬的頻率和脈沖占空比范圍中4皮探測。在此該 迭代近似以模擬電路技術(shù)、比如借助比較器來實施。
符合目的地借助比較器來探測該瞬時幅度值，并與可給定的比較值 相比較。
在此被微分的測量信號具有 一種測量脈沖的形式，被微分的測量信 號的幅度值在此以及在下文中被理解為該測量脈沖的峰值。也就是說， 在一系列測量脈沖中，在本發(fā)明的意義上每個測量脈沖表示一個幅度。
因此該測量信號的微分是尤其有利的，因為由此在信號變換時的切 換邊緣可以更可靠地探測。這保證了測量敏感性和精確度相對于不微 分的方法而提高，尤其相對于在較長時間間隔上探測測量信號的時間 平均值的方法。測量信號的微分尤其在探測較長連續(xù)信號之后的信號 變換時是有積極影響的。也即，時間平均的測量方法對于這種信號變 換是不敏感的，因為在連續(xù)信號之后時間平均值由于信號變換而幾乎 保持不變。這尤其在所謂的MRZ調(diào)制測量信號(NRZ-不歸零)中作用 尤其明顯，因為在此沒有防止出現(xiàn)較長的連續(xù)信號。
在一個可能的實施方案中，在被構(gòu)造為比較裝置的比較器中作為比 較值而給定了一個參考值或測量量的之前的電平值，并且如果瞬時幅 度值超過了給定參考值或之前的電平值，那么該比較值就遞增一個可 給定的增量，或者如果該瞬時幅度值低于給定的參考值或之前的電平 值，那么該比較值就被保持。
該增量符合目的地是恒定的，因為通過采用微分器來探測測量值的 幅度值而不是該測量值，并且不探測脈沖長度。
優(yōu)選地該比較值利用起始值零而被初始化。此外在一個可給定的時 間內(nèi)在不存在電測量量的當前測量值時該比較值歸零。
在本發(fā)明一個改進中，所探測的電平值可以被光學輸出。也可以借助在已知傳輸線路上所探測的電平值、比如電壓電平來確定所屬的功 率電平。
另外，為了對所探測電平值的質(zhì)量進行微分評估，可以借助由兩個 閾值所限定的電平范圍來分析和評估該電平值。為此可以設(shè)置由另外 兩個比較器所構(gòu)成的窗口比較器，該窗口比較器對所探測的電平值超 過或低于通過兩個閾值所限定的閾值范圍進行監(jiān)控。在此提供了一個 第一下限閾值和一個第二上限閾值。如果所探測的電平值超過該上限 閾值，并從而超過該閾值范圍，那么就生成一個相應(yīng)的輸出信號，比 如用于控制光學顯示。同樣在低于該下限閾值并從而低于該閾值范圍 時可以生成另一輸出信號，比如用于控制另一光學顯示。
對于測量隨時間變化的電測量量的電平的裝置，該裝置包括至少一 個微分器，以用于對該測量量的測量信號進行微分并探測被微分測量 信號的瞬時幅度值，并包括一個在該微分器后接的比較器和一個放大 器，該比較器和放大器共同用作遞增器，使得通過把一個比較值迭代 近似到該瞬時幅度值而能夠確定該測量量的電平值。
按照預(yù)給定，在此比較器被構(gòu)造為比較裝置，其把該測量量的瞬時 幅度值與該比較值相比較。
為了輸出所探測的電平值，該遞增器可以后接一光學顯示裝置。按 照該比較器的預(yù)給定和實施，該顯示裝置可以作為單色發(fā)光二極管顯 示裝置或者作為多色發(fā)光二極管顯示裝置、尤其作為雙色發(fā)光二極管 顯示裝置來構(gòu)造。該顯示裝置也可以作為單色光導(dǎo)顯示裝置或者作為 多色光導(dǎo)顯示裝置、尤其作為雙色光導(dǎo)顯示裝置來構(gòu)造。
為了對所探測的電平值的質(zhì)量進行評估，該遞增器可以后接由兩個 比較器來構(gòu)造的一窗口比較器，該窗口比較器把所探測的電平值與通 過兩個閾值所限定的一個值范圍相比較。
在該優(yōu)選的實施方案中，該微分器、比較器和放大器以及必要時的 窗口比較器按照模擬電路技術(shù)來實施。


本發(fā)明的實施例借助附圖來詳細解釋，其中 圖1示出了用于測量光學傳輸系統(tǒng)的電測量量的電平的一種裝置， 圖2示出了用于測量電平的裝置的電路配置的一種可能實施方案， 圖3示出了用于對所探測電平的質(zhì)量進行評估的、圖2的電路配置的補充，以及
圖4示出了一個電壓-功率圖。
每個相對應(yīng)的部分或功能都用相同的附圖標記來表示。
具體實施例方式
圖1示出了用于測量隨時間變化的電測量量M(U)、尤其電壓U的電 平值PW的一種測量裝置1。該電測量量M(U)進一步簡化用M來表示。 或者可以作為電測量量M來探測功率P或電流I。
要探測的以及要確定的測量量M尤其是電壓U，該電壓U比如在具 有用作傳輸介質(zhì)的光導(dǎo)3、尤其石英玻璃纖維的一種光學傳輸系統(tǒng)2中 在發(fā)送機S上作為輸出電壓描述了耦合到該光導(dǎo)3中的光信號S，該光 信號在該光導(dǎo)3的另一端在接收機E上以一個接收電平、比如接收功 率電平Lp被接收并被耦合輸入。
該測量裝置1在圖2中詳細示出。在此作為模擬測量量M，該接收 機E的輸出電壓U被傳輸給由一個電容C1和一個電阻Rl而構(gòu)造的一 個微分器5。該微分器5的輸出與比較器6的一個輸入相連接。作為該 微分器5的輸出信號而生成了該輸出電壓U的幅度值A(chǔ)W(n)，該輸出信 號作為輸入信號被傳輸至比較器6。該比較器6作為比較裝置而設(shè)計， 其被輸入了一個比較值VW(n)作為另一 輸入信號，在該實施例中是一 個參考電壓值或參照電壓值。該比較器6后接了由電阻R2、 二極管Dl、 電容C2和電阻R3所構(gòu)成的一個電平轉(zhuǎn)換器7以及一個放大器8,它們 用作遞增器9，使得通過把比較器6上的比較值VW(n)迭代近似到瞬時 幅度值A(chǔ)W(n)來確定在該測量裝置1的輸出上的測量量M的電平值 PW (n)。該比較值VW (n)在此借助之前的電平值PW (n-l)或者可給定的 參考值來確定，其中該比較值VW(n)的起始值等于零。為此該放大器8 后接了一個二極管D2和一個由電阻R4、 R5所構(gòu)成的電阻元件10以及 一個由電容C3至C5構(gòu)成的電容鏈11。
相對于常規(guī)的數(shù)字峰值整流器，如在圖2中所示的測量裝置1以模 擬有源電路技術(shù)來實施，也即該微分器5、比較器6以及放大器8以模 擬電路技術(shù)來實施。
在下文中來詳細解釋該測量裝置1的作用原理。該比較器6把該瞬 時幅度值A(chǔ)W (n)與比較值VW (n)相比較。如果該幅度值A(chǔ)W (n)小于或等 于該比較值VW(n) ( AW (n) <-VW (n))，那么在比較器6上就不生成輸出信號AS,并且下一比較值VW (n+1)由之前的電平值PW (n)來形成。也即， 該比較值VW(n)作為下一比較值VW (n+l)而被保持。相反如果該瞬時 幅度值A(chǔ)W(n)超過該比較值VW(n)，那么就生成一個輸出信號AS,并且 該比較器6后接的電容C2就充電由AW(n)和VW(n)之差所構(gòu)成的遞增 值而達到一個電壓值SW(n),該電壓值近似等于該幅度值A(chǔ)W(n)。在此 該電容C2隨著之后的每個測量脈沖在瞬時幅度值A(chǔ)W(n)上升的情況下 被繼續(xù)充電該遞增值，其中該遞增值是恒定的。如果該比較值VW(n) 等于或者大于之后的幅度值A(chǔ)W(n+l)，那么就不生成比較器輸出信號， 如此使得該電容C2在一個可給定的時間內(nèi)放電，并且該電平值PW (n) 到達零，直至當前的測量信號具有大于該比較值VW (n)的幅度值A(chǔ)W (n)。
所探測的電壓值SW(n)接著被放大，并被轉(zhuǎn)換為電平值PW(n),該 電平值按照該測量裝置1的實施或者可以被光學輸出。為此可以給該 遞增器9后接一個光學顯示裝置12。在此該光學顯示裝置12作為單色 發(fā)光二極管顯示裝置或者作為雙色發(fā)光二極管顯示裝置來構(gòu)造，其中 通過該遞增器9而被迭代探測到的電壓值SW適合作為電平值PW(n)的 尺度，并且該光學顯示裝置12比如通過控制與上升或下降值相對應(yīng)的 發(fā)光二極管的數(shù)量來顯示該電平值PW(n)的上升或下降值。
該光學顯示裝置12也可以作為單色發(fā)光二極管顯示裝置或者作為 多色發(fā)光二極管顯示裝置來構(gòu)造，其中通過該遞增器9迭代探測到的 電壓值SW(n)適合作為電平值PW(n)的尺度，并且該光學顯示裝置12 根據(jù)電平值PW(n)來改變亮度或顏色。
在另一可選實施例中，該光學顯示裝置12可以作為單色發(fā)光二極 管顯示裝置來構(gòu)造。如果所探測的電平值PW(n)處于良好的范圍中，那 么該光學顯示裝置12就發(fā)光。如果所探測的電平值PW(n)高于一個給 定的值、比如一個240mV的電壓值U,那么比如該顯示裝置12就可以 按照所探測的測量量來發(fā)光。在此為了簡化識別所謂的"良好，，的電 平值PW(n)，該光學顯示裝置12比如發(fā)綠光。為了識別所謂"差，，或 "臨界"的電平值PW(n)，該光學顯示裝置12可以具有一個相應(yīng)不同 的光色，比如紅色或橙色或黃色。在此該顯示裝置12在該實施例中作 為單色發(fā)光二極管顯示裝置或者單色光導(dǎo)顯示裝置來實施。
在另一可選實施例中，該光學顯示裝置12可以作為多色顯示裝置、 比如雙色或三色發(fā)光二極管顯示裝置來實施。該顯示裝置12在此根據(jù)所探測的電平值PW (n)以不同的顏色來發(fā)光。
如果該電平值PW(n)處于"差，，的范圍中，那么該光學顯示裝置12 就符合目的地發(fā)紅光，如果電平值處于"臨界"范圍中，就發(fā)黃光， 如果該電平值PW(n)處于"良好"的范圍中，就發(fā)綠光。
在此作為三色顯示裝置來構(gòu)造的光學顯示裝置l2可以有利地由兩 個顏色不同的發(fā)光二極管12a和12b和一個光導(dǎo)12c來構(gòu)成，其中該 發(fā)光二極管12a和12b通過窗口比較器13來控制，這在圖3中詳細被 表示出。
通過由三個電阻14a、 14b和14c構(gòu)成的分壓器14，作為由兩個單 獨的比較器13a和13b構(gòu)成的窗口比較器13的比較值而形成了兩個閾 值Sl和S2。該閾值Sl和S2比如為120mV (=下限閾值Sl )和240mV
(-上限閾值S2)。迭代探測的接收電平值PW(n)借助比較器13a與上 限閾值S2相比較，并借助另一比較器13b與下限閾值Sl相比較。如 果所探測的電平值PW(n)小于兩個閾值Sl和S2，那么僅僅發(fā)紅光的發(fā) 光二極管12a被控制，也即所探測的電平值PW(n)處于低于120mV的"臨 界"范圍中。如果所探測的電平值PW(n)大于兩個閾值Sl和S2，那么 僅僅發(fā)綠光的發(fā)光二極管12b被控制，也即所探測的電平值PW(n)處于 高于240mV的"綠色"范圍中。如果該電平值PW(n)大于下限閾值Sl
(比如PW(n)〉120mV)并小于上限閾值S2 (比如PW (n) <240mV )并從 而處于該值范圍中，那么在該實施例中通過附加的顏色混合在同時控 制兩個發(fā)光二極管12a和12b的情況下來生成第三顏色(=黃色)。由 這兩個發(fā)光二極管12a和12b所發(fā)射的光線在此借助光導(dǎo)12c而被傳 輸?shù)皆O(shè)備外壁。為了達到充分的顏色混合，該光導(dǎo)12c包含有散射部 件。
圖4示出了一個圖，其中比如借助所探測電壓U的電平值PW(n)以 及分配給所探測電平值PW(n)的接收功率電平Lp可以探測測量量M的 傳輸信號的傳輸質(zhì)量。根據(jù)光導(dǎo)3的影響量，比如發(fā)送功率的強度、 光學發(fā)送機S以及接收機E的環(huán)境溫度、傳輸段的衰減、所使用的傳 輸速率，借助上述的方法通過迭代近似來探測電壓U的電平值PW(n)。 在此所接收的電平值PW(n)可以劃分為如下三個電平范圍 在正常范圍內(nèi)的電平值PW 5V〉U〉240mV, 在臨界范圍內(nèi)的電平值PW 120 mV <=U<=240 mV以及
在差范圍內(nèi)的電平值PW U〈120mV。
為此該光學顯示裝置12比如可以通過相應(yīng)數(shù)量的綠色發(fā)光二極管 12b來顯示"良好"的范圍，通過相應(yīng)數(shù)量的紅色發(fā)光二極管12a來顯 示"差"的范圍，其中可以通過在光導(dǎo)12c中的顏色混合來生成并顯 示"臨界"范圍。
權(quán)利要求
1.用于測量隨時間變化的電測量量(M)的電平的方法，其中該測量量(M)的測量信號被微分并探測該測量量(M)的被微分的測量信號的瞬時幅度值(AW(n))，其中通過把比較值(VW(n))迭代近似到該瞬時幅度值(AW(n))來確定該測量量(M)的電平值(PW(n))。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中該瞬時幅度值(AW(n))被探 測并與可給定的比較值(VW(n))相比較。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中給定該測量量(M)的至少一 個參考值或者之前的電平值(PW(n-1))作為比較值(VW(n))，并且 如果該瞬時幅度值(AW(n))超過給定的參考值或者之前的電平值(PW(n-l)),那么該比較值(VW(n))被遞增一個可給定的增量，或 者如果該瞬時幅度值(AW(n))低于給定的參考值或者之前的電平值 (PW ), 那么'就"i^^^1^比^^^t ( VW (n))。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中該增量是恒定的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的方法，其中該比較值(VW(n)) 被設(shè)置為零作為起始值。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3至5之一所述的方法，其中在可給定的時間內(nèi) 不存在該電測量量(M)的當前測量值的情況下，該比較值(VW(n)) 歸零。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的方法，其中所探測的電平值被 光學輸出。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7之一所述的方法，其中所探測的電平值 (PW(n))借助由兩個閾值(S1，S2)所限定的電平范圍而被分析和評估。
9. 用于測量隨時間變化的電測量量(M)的電平的裝置，其包括微 分器(5)以用于對該測量量(M)的測量信號進行微分并探測該測量 量(M)的被微分的測量信號的瞬時幅度值(AW(n))，以及包括后接 于該微分器(5)的比較器(6)并且包括放大器(8)，它們共同用作 遞增器(9)，如此使得通過把比較值(VW(n))迭代近似到該瞬時幅 度值(AW(n))來確定該測量量(M)的電平值(PW(n))。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中該比較器(5)被構(gòu)造為比 較裝置，用于把該測量量(M)的瞬時幅度值(AW(n))與該比較值(VW(n))相比較。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9或IO所述的裝置，其中該遞增器(9)后接了 窗口比較器(13),該窗口比較器把所探測的電平值(PW(n))與通過 兩個閾值(S1，S2)所限定的值范圍相比較。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9至11之一所述的裝置，其中該遞增器(9)和 /或該窗口比較器(13)后接了光學顯示裝置(12)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中該顯示裝置(12)作為單 色發(fā)光二極管顯示裝置或者作為多色發(fā)光二極管顯示裝置來構(gòu)造。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中該顯示裝置(12)作為單 色光導(dǎo)顯示裝置或者作為多色光導(dǎo)顯示裝置來構(gòu)造。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的裝置，其中在該光學顯示裝置(12 ) 作為三色顯示裝置構(gòu)造時，可以通過兩個不同顏色的發(fā)光二極管(lh，Ub)來生成兩個顏色，可以通過由發(fā)光二極管(12a，12b)的 光色在光導(dǎo)(12c)中進行光混合來生成第三顏色。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中所述光混合可以通過在光 導(dǎo)(12c)中的散射部件來生成。
17. 根據(jù)權(quán)利要求9至16之一所述的裝置，其中該微分器(5)、 比較器(6)以及放大器(8)以模擬電路技術(shù)來實施。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于測量隨時間變化的電測量量(M)、尤其電壓(U)或電流的電平的一種方法，其中該測量量(M)的測量信號被微分，并探測被微分的測量量(M)的瞬時幅度值(AW(n))，其中通過把比較值(VW(n))迭代近似到該瞬時幅度值(AW(n))來確定該測量量(M)的電平值(PW(n))。
文檔編號G01D1/18GK101680772SQ200880019575
公開日2010年3月24日 申請日期2008年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月13日
發(fā)明者A·沃格斯, K·-P·林茨梅爾 申請人:西門子公司