Tastkopf mit Wechseleinrichtung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Tastkopf mit einer Wechseleinrichtung für ein Messgerät, insbesondere ein Oszilloskop.

Spannungstastköpfe für Oszilloskope sind in verschiedenen Varianten erhältlich. Für hochfrequente Signale jenseits von IGHz werden hauptsächlich aktive Tastköpfe eingesetzt, wohingegen passive Wellenleitertastköpfe eine preisgünstige Alternative bieten. Bei den passiven Wellenleitertastköpfen ist der Testpunkt direkt an den mit 50ω terminierten Wellenleiter angeschlossen, wodurch die zu messende Schaltung aufgrund des geringen Widerstands von 50ω belastet ist.

Aus der DE 41 40 506 Al ist ein Hochspannungsabtastkopf bekannt, der ein Hochfrequenz-Koaxialkabel aufweist, das mit seinem Wellenwiderstand über den größten Teil des Hochfrequenzbereiches abgeschlossen ist. Ferner ist in dem in der DE 41 40 506 Al beschriebenen Hochspannungsabtastkopf eine Schaltung mit Widerständen und Kondensatoren vorgesehen, die ein festes Teilerverhältnis unabhängig von der Eingangsfrequenz bereitstellen. Die in der DE 41 40 506 Al beschriebenen Ausführungsbeispiele decken insgesamt einen Messbereich von 0 Hz (Gleichstrom) bis über 100 MHz (Hochfrequenz) ab, wobei dieser Bereich in vier Teilmessbereiche unterteilt ist, so dass jedes Ausführungsbeispiel einen bestimmten Frequenzbereich abdeckt. Von Nachteil ist dabei, dass man beim Messen eines Frequenzbereichs, der von Gleichstrom (0 Hz) bis zu hochfrequenten Wechselströmen von über 100 MHz den Hochspannungsabtastkopf mehrmals austauschen muss. Außerdem ist bei den in der DE 41 40 506 Al beschriebenen Hochspannungsabtastköpfen von Nachteil, dass sie aufgrund des hohen Spannungsteilerverhältnisses dafür ausgelegt sind, Spannungen im Bereich von mehreren zehntausend Volt zu messen. Eine angelegte Spannung von ungefähr 1 Volt

würde von diesen Hochspannungsabtastköpfen nicht mehr mit ausreichender Genauigkeit erfasst werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen Tastkopf zu schaffen, der einen großen Frequenzbereich abdeckt und dessen zu erfassender Spannungsbereich während der Messung schnell und flexibel erweitert bzw. eingeschränkt werden kann, so dass mit einem Tastkopf sowohl ein großer Frequenzbereich als auch ein großer Spannungsbereich messtechnisch erfasst werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den in Anspruch 1 beschriebenen Tastkopf gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Tastkopfs liegt darin, dass der Tastkopf zumindest zwei Messspitzen aufweist, die in einer mit dem Tastkopf verbundenen Wechseleinrichtung vorgesehenen sind. Die Messspitzen können wahlweise mit einem innerhalb des Tastkopfs verlaufenden elektrischen Wellenleiter verbunden werden, so dass Spannungen nahe einer Messbereichsgrenze komfortabel und ohne einen vollständigen Austausch der Messspitze untersucht werden können.

Ein weiterer Vorteil einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Tastkopfes ist, dass der elektrische Wellenleiter ein Koaxialleiter ist, wodurch gewährleistet ist, dass der erfindungsgemäße Tastkopf am Messpunkt einen großen Frequenzbereich erfassen kann.

Weiter ist es von Vorteil, dass der erfindungsgemäße

Tastkopf einfach aufgebaut und robust gegen überspannungen, Temperaturschwankungen und mechanische Belastung ist.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Tastkopfs besteht darin, dass die zu messende Schaltung aufgrund der

in den Messspitzen vorgesehenen Spannungsteiler weniger belastet wird. Die Messgenauigkeit ist somit erhöht.

Weiterhin ist von Vorteil, dass die Vorwiderstände nicht mehr manuell aufgesteckt werden müssen, da sie bereits in den in der Wechseleinrichtung vorgesehenen Messspitzen integriert sind.

Wenn in den Messspitzen des erfindungsgemäßen Tastkopfs Erkennungswiderstände vorgesehen sind, die über eine

Erkennungsleitung mit dem Eingang des Messgeräts verbunden sind, entfällt vorteilhafterweise für den Benutzer die manuelle Korrektur der Anzeigewerte am Messgerät bei einem

Wechsel der Messspitze. Die Anzeigewerte werden automatisch skaliert, da dem angeschlossenen Messgerät über die Erkennungsleitung der Wert der Spannungsteilung in der aktuell verwendeten Messspitze mitgeteilt wird.

Zusätzlich von Vorteil ist, dass die nicht aktive Messspitze, die zur Seite gedreht wurde, nun als Stützpunkt für die Finger des Benutzers dienen kann. Außerdem behindern die nicht benutzten Messspitzen nicht die Adaption der aktiven Messspitze.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Tastkopf;

Fig. 2 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen

Tastkopf mit einer Messspitze im kontaktierten

Zustand;

Fig. 3 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen

Tastkopf mit einer Messspitze im nicht kontaktierten Zustand;

Fig. 4 einen Schnitt durch einen Wechselvorgang der Messspitzen bei einem erfindungsgemäßen Tastkopf;

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Tastkopfs mit einer Messspitze im kontaktierten Zustand und

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Tastkopfs mit einer Messspitze für einen größeren Messbereich im kontaktierten Zustand.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Tastkopf 1, der an ein Messgerät, wie z.B. ein Oszilloskop oder einen Netzwerkanalysator angeschlossen werden kann. Der erfindungsgemäße Tastkopf 1 weist zumindest zwei Messspitzen 3 auf, die in einer mit dem Tastkopf 1 verbundenen Wechseleinrichtung 2 angeordnet sind. Diese Messspitzen 3 sind wahlweise mit einem innerhalb des Tastkopfes 1 verlaufenden elektrischen Wellenleiter 4, insbesondere einer Koaxialleitung 5, verbindbar.

Der erfindungsgemäße Tastkopf 1 weist einen aus nicht leitenden Material, vorzugsweise aus Kunststoff gefertigten Tastkopfkörper 6 auf, in dem radiale Rillen 17 angebracht sind, die bei einer manuellen Bedienung des Tastkopfes 1 ein Abrutschen der Hand des Bedieners verhindern sollen.

In seinem Inneren weist der Tastkopfkörper 6 eine zylinderförmige Führung 21 auf. Entlang der zylinderförmigen Führung 21 ist eine Hülse 7 axial verschieblich, wobei diese Hülse 7 einen Teil des im Inneren des Tastkopfes 1 verlaufenden Wellenleiters 4 umfasst. Die Hülse 7, die an einem ersten Ende 11 des Tastkopfkörpers 6 aus diesem herausragt, weist einen, sich im Inneren des Tastkopfkörpers 6 befindlichen Flansch 8

auf. An diesem Flansch 8 stützt sich eine Feder 9 ab, die die Hülse 7 konzentrisch umgibt. Die Zugkraft der Feder 9 bewirkt, dass die Wechseleinrichtung 2 an einer an einem ersten Ende 11 des Tastkopfkörpers 6 angebrachten ersten Kappe 12 in einem arretierten Zustand anliegt. An einem zweiten Ende 18 des Tastkopfkörpers 6, das einem anzuschließenden Messgerät zugewandt ist, ist eine zweite Kappe 19 angebracht, die als Schutz vor Verschmutzung der zylinderförmigen Führung 21 im Inneren des Tastkopfkörpers 6 dient.

Der erfindungsgemäße Tastkopf 1 weist eine austauschbare Wechseleinrichtung 2 auf, die um eine Achse 10 in einem aus dem Tastkopfkörper 6 herausragenden Ende der den Wellenleiter umfassenden Hülse 7 drehbar ist. Die in der Wechseleinrichtung 2 vorgesehenen und verschraubten Messspitzen 3 sind ebenfalls austauschbar.

Die Wechseleinrichtung 2 weist eine Ausnehmung 20 auf, in die die aus dem Tastkopfkörper 6 herausragende Hülse 7 hineingreift, wobei die Wechseleinrichtung 2 an ihrem aus dem Tastkopfkörper 6 herausragenden Ende befestigt ist.

Der in der Hülse 7 gehaltene Wellenleiter 4 weist an einem zu einem Messpunkt 13 zugewandten Ende eine Ausnehmung 14 auf, die als Steckkontakt dient. Der zugehörige Stecker ergibt sich durch eine komplementär zu der Ausnehmung geformte Erhöhung 15 an der Messspitze 3. Diese Erhöhung 15, die einen Innenleiter 16 der Koaxialleitung 5 umfasst, ist an einer einem Messpunkt 13 abgewandten Ende der Messspitze 3 vorgesehen. Es kann auch jede bekannte Art von HF-Steckverbindung, insbesondere BMA, SMB, verwendet werden.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Tastkopf 1 mit einer Messspitze 3 im kontaktierten Zustand, wobei die weiteren Messspitzen, die an der Wechseleinrichtung 2 befestigt sind, in dieser Darstellung nicht sichtbar sind. Die kontaktierte Messspitze 3 ist auf

dem Wellenleiter 4 aufgesteckt, wobei dieser Steckkontakt mit der Kraft der Feder 9, die sich im Inneren der zylindrischen Führung 21 befindet, beaufschlagt ist.

Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Tastkopf 1 mit einer Messspitze 3 im nicht kontaktierten Zustand. Die Messspitze 3 wird aus dem mit der Zugkraft der Feder 9 beaufschlagten Steckkontakt gelöst, indem gegen die Druckkraft der Feder 9 gezogen wird. In diesem Zustand kann die gerade im Gebrauch gewesene Messspitze 3 gegen eine zweite, auf der Wechseleinrichtung 2 befestigte Messspitze 3 ausgewechselt werden, indem die zweite Messspitze 3 in die richtige Position gedreht wird und so ausgerichtet wird, dass bei einer kräftemäßigen Entlastung der drehbaren Wechseleinrichtung 2 die ausgewechselte Messspitze 3 in den Kontakt einrastet.

Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf den Wechselvorgang der Messspitzen 3 bei einem erfindungsgemäßen Tastkopf 1. Keine der beiden auf der drehbaren Wechseleinrichtung 2 vorgesehenen Messspitzen 3 ist in den Steckkontakt eingerastet. Ein Einrasten einer der beiden Messspitzen 3 kommt dadurch zustande, dass die Wechseleinrichtung 2 entweder weiter gegen den Uhrzeigersinn bzw. mit dem Uhrzeigersinn gedreht wird.

Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Tastkopfs 1 mit einer Messspitze 3 im kontaktierten Zustand. Innerhalb der Wechseleinrichtung 2 des erfindungsgemäßen Tastkopfs 1 ist pro Messspitze 3 ein mit einer Erkennungsleitung 23 verbundener Erkennungswiderstand 24 vorgesehen. Die Erkennungswiderstände 24 sind zwischen der Erkennungsleitung 23 und den Außenleitermassen der einzelnen Messspitzen 3 angeordnet. Wird die Erkennungsleitung 23 über einen zusätzlichen Pin z. B. mit einem Oszilloskop verbunden, so wird beim Wechseln der Messspitze 3 automatisch ein Umschalten der Anzeigeskalierung des Oszilloskops bewirkt.

Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Tastkopfs 1 mit einer Messspitze 3 für einen höheren Spannungsbereich im kontaktierten Zustand. Dadurch, dass der Eingang des Messgeräts über die Erkennungsleitung 23 mit dem Erkennungswiderstand 24 verbunden ist, kann sich die Anzeige nun automatisch auf den höheren Spannungsbereich skalieren. Die beiden in der Wechseleinrichtung 2 vorgesehenen Messspitzen 3 unterscheiden sich durch einen innerhalb der Messspitze vorgesehenen Teilerwiderstand 22, der den zu messenden Spannungsbereich definiert.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungs- beispiel bzw. die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt und kann z.B. sowohl an ein Oszilloskop, einen Signalgenerator oder an einen Netzwerkanalysator Anwendung finden.