CN101821592A - 具有数字信号处理的电缆电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电缆电路，用于将传感器模块连接至测量变换器。电缆电路包括非接触接口，用于电缆电路与传感器模块之间的信号传输，其中传感器模块与电缆电路流电隔离，并且其中电缆电路和传感器模块之间的信号传输在光学、电感或电容路径上进行。另外，电缆电路包括信号处理单元以及用于连接电缆的电缆接口，该电缆将电缆电路与测量变换器相连。信号处理单元集成在信号路径中。信号处理单元通过电缆接口接收来自测量变换器的信号，处理该信号并且通过非接触接口将信号发送至传感器模块；并且通过非接触接口接收来自传感器模块的信号，处理该信号并通过电缆接口将信号发送至测量变换器。

Description

具有数字信号处理的电缆电路
技术领域
本发明涉及一种如权利要求1前序部分所限定的电缆电路以及根据权利要求30的用于传输测量数据的系统。另外，本发明涉及一种如权利要求31所述的用于传输测量信号的方法，以及如权利要求32所述的用于传输测量信号的方法。
背景技术
在过程自动化技术中，许多不同的传感器用于检测过程变量。这种传感器的例子有pH传感器、气体传感器、流体传感器、质量流量传感器等等。在现代工业工厂中，这种传感器经常在恶劣的环境条件下工作；例如，传感器暴露于腐蚀性化学品、高温、震荡，等等。
为了将这些传感器连接至上位测量系统，已经证明通过非接触接口将传感器与电缆电路耦合是有益的，该电缆电路通过电缆与测量变换器相连。非接触接口可以例如是光学接口、电容接口或者电感接口。通过使用非接触接口，避免了易于磨损的电子触点。由于这种传感器模块具有用于电子触点的开口，所以传感器模块的表面被密封。传感器模块的表面材料完全包围传感器模块并且能够匹配特定用途或者特定的腐蚀性介质。
德国专利申请10218606A1公开了一种电位计传感器。电位计传感器，特别是pH传感器或氧化还原传感器，包括：基本传感器，其用于检测电位变量，特别是pH值或氧化还原电位；和接口，用于将依赖于电位变量的信号输出至上位单元，特别是发射机。这里，电位计传感器包括数字数据存储器，其牢固地与基本传感器相连。
在德国专利申请DE 10313639A1中公开了一种电化学气体传感器。气体传感器模块包括：用于检测气体浓度的基本传感器；用于保存传感器数据或过程数据的数字数据存储器；和非接触接口，其用于连接至向气体传感器模块供电的上位单元并且用于气体传感器模块和上位单元之间的数据交换。
发明内容
本发明的目的是改善在传感器模块和电缆电路之间的数据传输的质量。
这个目的通过权利要求1、30、31和32中的特征得以实现。
从属权利要求中给出本发明的具有优点的进一步发展。
本发明涉及一种电缆电路，其通过非接触接口与传感器模块耦合。通过电缆，电缆电路与测量变换器相连。为了改进电缆电路中的信号传输，信号处理单元(例如，微控制器)集成在信号传输路径中。信号处理单元负责在测量变换器和传感器模块之间双向传输的数据的信号处理。
由测量变换器通过电缆发送至电缆电路的数据被信号处理单元接收并分析。然后，信号处理单元发送这些数据经由非接触接口到传感器模块。
在反向的传输方向上，电缆电路经由非接触接口接收来自传感器模块的数据。这些数据被信号处理单元接收、处理，并经由电缆接口发送至测量变换器。
插入信号路径的信号处理单元在两个传输方向中都用作中继器。通过接收并重新发送数据，改善所传输的信号的质量。特别地，改善了损坏的边沿并且校正了接收信号的时标。在电缆电路中信号的质量改善使得传感器模块和测量变换器之间的数据交换的传输质量提高。通过使用本发明的技术方案可以减小传输误差的数目。
除了改进传输质量之外，将信号处理器集成在信号路径中还有其他优点。在一个优选实施例中，通过信号处理单元可以提供索引结构，其使得可以对于电缆电路的特定参数进行寻址。以这种方式，可以由测量变换器存取电缆电路的特定参数。特别地，借助索引结构，测量变换器可以从电缆电路询问有关电缆电路的型号、制造者、序列号和软件版本的信息。电缆电路和传感器模块的参数可以与测量变换器分离地寻址。
将信号处理单元集成在电缆电路的信号路径中还提供了其他优点。在一个实施例中，可以在电缆电路和传感器模块之间进行信息交换，其中两个单元彼此通知各自所支持的功能性。
在本发明的一个优选实施例中，电缆电路将其自身的信息叠加在从测量变换器传输至传感器模块的电报上，以由此打开到传感器模块的通讯信道。传感器模块也可以在传输至测量变换器的电报上叠加对于电缆电路的信息。优选地，电报的未使用的比特用于在电缆电路和传感器模块之间的信息交换。
通过这个信息交换，电缆电路可以向传感器模块传输有关传感器模块支持哪些功能的请求。作为应答，传感器模块可以在传输至测量变换器的电报上叠加有关它支持哪些功能的信息。以这种方式，电缆电路得到有关传感器模块的能力的知识。
在本发明的一个优选实施例中，在电缆电路侧决定是否为了通过非接触接口进行数据传输而应当转换到另一编码方法。借助于集成在信号路径中的信号处理单元，可以转变为对于经由非接触接口的数据传输具有优点的编码方法。
在一个优选实施例中，为了经由非接触接口进行传输，使用一种编码方法来替代在现有技术中频繁使用的“不归零”(NRZ)编码方法。在一个优选实施例中，例如，可以使用8B10B编码方法或曼彻斯特编码方法，用于经由非接触接口的数据传输。以这种方式，改进经由非接触接口的数据传输的质量。
附图说明
现在根据附图中显示的几个实施例详细解释本发明，附图中：
图1显示了测量变换器、电缆电路和传感器模块之间的数据交换；
图2显示了根据现有技术的电缆电路的框图；
图3显示了电缆电路和传感器模块的一个实施方式；
图4显示了本发明的电缆电路的框图；
图5显示了E类放大器的特征曲线；和
图6显示了为了转换为另一编码方法而在电缆电路和传感器模块之间的数据交换。
具体实施方式
图1显示了本发明的用于检测及转发测量值的系统。该系统包括传感器模块1，其经由非接触接口2与电缆电路3通信。概念“非接触”在这里应当是指传感器侧的接口与发射机侧的接口电子或流电隔离。非接触接口2可以例如实施为光学、电容或电感接口，其中图1示出的是电感接口。为了能够将检测的数据转发至上位系统，电缆电路3经由电缆4与测量变换器5相连。测量变换器5可以耦合至现场总线。
传感器模块1包括基本传感器6。基本传感器6可以例如是体积流量传感器、质量流量传感器、pH传感器、气体传感器或其他的传感器。另外，传感器模块1包括微控制器7，其优选地装备有集成的模数转换器(ADC)8，以能够将由基本传感器6检测的模拟测量值转换为相应的数字值。优选地，传感器模块1还包括数字数据存储器9，其中可以存储传感器数据或过程数据。优选地在数字数据存储器9中还存储对于各个基本传感器6的标定数据，借助于该标定数据，由基本传感器6提供的模拟信号可以被转换为相应的物理测量值。对于基本传感器6确定的标定值可以存储在传感器模块1内部，从而实现标定数据与基本传感器6的固定配属。由于每一传感器模块1都具有其自身的标定数据，所以防止了不同组的标定数据混淆。
在图1所示的实施例的情况中，非接触接口2被实施为电感接口。电感接口包括设置在电缆电路3方面的初级绕组10以及设置在传感器模块1方面的次级绕组11。当传感器模块被利用插塞联接器插到电缆电路3上时，初级绕组10和次级绕组11到达相对于彼此的限定的空间位置，从而可以在电缆电路3和传感器模块1之间双向传输高频信号。以这种方式，实现电缆电路3和传感器模块1之间的数据交换。另外，传感器模块1的电能供应也可以经由电感接口进行。为此，由电缆电路3产生的高频信号被传感器模块1的次级绕组11接收并整流，以由此产生用于微控制器7、用于数字数据存储器9以及可能用于基本传感器6的工作电压。
除了非接触接口2之外，电缆电路3还具有到电缆4的接口，通过该接口展开与测量变换器5的数据交换。在图1所示实施例的情况中，测量变换器5和电缆电路3之间的数据传输是根据EIA485标准进行的。为了将待传输的信号转变为EIA485标准，测量变换器5包括EIA485接口转换器12，并且电缆电路3也装备有EIA485接口转换器13。
测量变换器5、电缆电路3和传感器模块1之间的整个通信都以半双工模式进行。这意味着，数据要么经由电缆电路3从测量变换器5传输至传感器模块1，要么以相反的方向从传感器模块1经由电缆电路3传输至测量变换器5。半双工模式中不可能同时发送及接收数据。这里，特定的传输方向是由电缆电路3上设置的微控制器15所产生的方向信号14所给出的。每当所谓的“电报”传输结束时，微控制器15转换数据传输的方向。
首先，设定数据传输方向，使得数据可以从测量变换器5传输至传感器模块1。要传输的电报被接口转换器12编码，并且被经由电缆4传输至电缆电路3。接收的数据被接口转换器13解码并且馈送至微控制器15的Rx输入端。
与现有技术不同，在本发明的电缆电路3中，微控制器15集成在信号路径中。微控制器15接收位于Rx输入端的信号，处理该信号，并将该信号发送至调制器16。于是，插入信号路径的微控制器15起到中继器的作用。经处理的信号到达调制器16，后者对应于待传输的数据调制高频信号以用于经由电感接口的传输。经调制的高频信号从初级绕组10传输至次级绕组11，并且可以随后在传感器模块1方面由处理器7进行分析。
微控制器15识别到从测量变换器5到传感器模块1的电报传输何时结束，并且随后反转传输方向。现在，数据可以沿相反的方向从传感器模块1经由电缆电路3传输至测量变换器5。在传感器模块1方面，要被传输的电报被微处理器7调制到高频信号上。经调制的高频信号被经由次级绕组11传输至初级绕组10并且从初级绕组到达解调器17。解调器17从高频信号中抽取被调制的数据并且将这些数据转发至集成在信号路径中的微控制器15。微控制器15处理从解调器17获得的数据并将这些数据经由Tx输出端发送至EIA485接口转换器13。于是，插入信号路径中的微控制器15在反向传输方向中也用作对于从传感器模块1接收的数据的中继器。这些数据随后被EIA485接口转换器13转换为EIA485标准并且经由电缆4传输至测量变换器5。在测量变换器5，数据被EIA485接口转换器12解码。
为了更好地理解本发明，图2显示了根据现有技术的电缆电路18。在这种电缆电路18中，微控制器19没有插入信号路径中。图2中显示的微控制器19仅仅负责观察在信号线路20、21上的数据业务并依此产生用于反转传输方向的方向信号22。在现有技术的电缆电路18的情况中，由EIA485接口转换器23接收的信号未经进一步信号处理就到达调制器24。调制器24产生相应于这些数据调制的高频信号，其随后被经由初级绕组25传输至传感器模块。沿着信号路径，被传输的信号的质量下降、时标恶化，并且边缘陡峭度部分丧失。于是，会产生传输误差。
对于相反方向上的信号传输也是如此。由初级绕组25接收的经调制的高频信号被馈送至解调器26，并且经解调的信号没有经过进一步信号处理就直接达到EIA485接口转换器23。这里也存在信号质量沿着传输路径下降，其中时标部分丢失并且信号边缘恶化。
通过比较图1所示的本发明的技术方案与图2所示的现有技术的方案，可以认识到，通过将微控制器15插入信号路径，可以实现中继器功能。这个中继器功能的实现不需要附加的部件开销。微控制器15被引入数据业务或数据传输，并且新产生接收信号。以这种方式，接收数据的时标及边缘陡度得到处理。有效抵消了信号质量沿着传输路径的降低。微控制器在数据传输的双方向上消除了可能由于恶化的边缘或者时标问题而引起的误差。于是，测量变换器和传感器模块接收质量更高的信号，并且由于信号质量提高，所以出现传输误差的频率降低。
图3显示了设置在电缆27末端上的电缆电路28的一个实施例。另外，显示了传感器模块29，其能够经由插塞联接器与电缆电路28相连，从而可以经由电感接口进行数据及能量传输。传感器模块29包括用于检测测量值的基本传感器30。传感器模块29的外壳具有螺纹31，以能够将传感器模块29装入铠装。在传感器模块29远离基本传感器30的末端上有圆柱体端部32，其中设置有电感接口的次级绕组33。在圆柱体端部32的外表面中有卡口接头的凹口。
传感器模块29的圆柱体端部32具有端侧凹口34，其用于容纳在电缆电路28的壳体上形成的圆柱状突出部35。在圆柱状突出部35内部有铁氧体磁芯，其带有电感接口的初级绕组。一旦将电缆电路28插到传感器模块29上，布置在突出部35内部的初级绕组就被带入一个相对于次级绕组的限定的空间位置，从而可以进行在电缆电路28和传感器模块29之间的数据及能量传输。电缆电路28的壳体在其端侧具有套筒状外表面36，其轴向突出并且同轴围绕突出部35。一旦电缆电路28被插到传感器模块29上，套筒状外表面36就至少围绕传感器模块29的圆柱体端部32的一部分。在套筒状外表面36上径向向内分布的凸起因而与卡口接头的凹口接合，并且固定插塞联接器。
图4显示了本发明的电缆电路37的框图。电缆电路37经由电缆38与测量变换器相连。电缆38包括供电线Ub、地线GND以及两条信号线A和B，数据可以经由信号线以半双工模式传输至测量变换器或者被从测量变换器接收。信号线A和B经由滤波器39与EIA485接口40相连。电缆38可以长达几百米。于是，在测量变换器和电缆电路之间的传输路径上可能引入电磁干扰。滤波器39的任务是在接收的数据被引至EIA485接口40并在那里解码之前，滤除这些电磁干扰。
经解码的数据被馈送至微控制器41的Rx输入端。微控制器41既集成在前向传输路径中，也集成在后向传输路径中。另外，微控制器41产生方向信号42，其建立数据传输方向。
微控制器41将从EIA485接口40获得的数据转换为用于E类放大器44的驱动信号43。在图4所示实施例的情况中，微控制器41借助于以软件实现的调制器45生成驱动信号43。因此，不需要以硬件实现的单独的调制器来生成驱动信号43。作为替代，由微控制器41中存储的信号处理例程产生驱动信号43。
E类放大器44的任务是生成经由电感接口传输的高频信号。利用驱动信号43，要传输的数据被调制到这个高频信号上。经调制的高频信号被馈送至电感接口的初级绕组46并且经由电感接口传输至传感器模块。
对于高频信号的调制，有不同的可能性。第一种可能性是向E类放大器44提供高频驱动信号43，其中要传输的数据以频移键控的形式施加于驱动信号43上。图5显示了这种调制方法。图5显示了由E类放大器44产生的高频信号的幅度与驱动信号43的频率的函数关系。当驱动信号43的频率大致对应于E类放大器43的谐振频率fRes时，达到最大幅度。这个谐振频率可以例如为230kHz。当驱动信号43的频率为f1时，产生幅度为A1的高频信号。当驱动信号43的频率为f2时，由E类放大器44产生的高频信号的幅度减至值A2。通过驱动信号43的频移，可以对于E类放大器44产生的高频信号调幅，以由此将数据传递至传感器模块。
在一个优选实施例中，微控制器41包括模数转换器47，其监控由E类放大器44产生的高频信号的幅度并且重调高频驱动信号43的频率，使得高频信号的幅度保持恒定。由于在微控制器41中提供用于重调信号幅度的控制回路，所以电缆电路37可以适合具有不同能耗的不同传感器模块。
可以使用其他调制方法来替代刚刚描述的频移键控，以对高频信号进行调幅。例如，可以对由E类放大器44产生的高频信号进行负载调制。在这种调制方法中，微控制器41提供低频驱动信号，其中相应于这个驱动信号来切换在E类放大器43输出端上的负载。通过这种负载调制，由E类放大器44产生的高频信号经历幅度调制。以这种方式，借助于低频驱动信号43，要传输的数据也可以被调制到高频信号上。
在反向传输方向上，电缆电路37经由初级绕组46接收从传感器模块发送的高频信号。接收的高频信号到达解调器48，其解调接收的信号并且将这样获得的数据提供给微控制器41。解调器48可以例如是包络线检波器，其执行对于高频信号包络线的微分分析。在微控制器41中，从解调器48获得的数据被处理并经由微控制器41的Tx输出端发送至EIA485接口40，之后它们被经由电缆38引导至测量变换器。于是，微控制器41在反向传输方向中也用作中继器，其处理并重新发送从解调器48获得的信号。
在图4所示实施例中，电缆电路37的供电是从测量变换器经由电缆38而进行的。特别地，由测量变换器提供电源电压Ub。这里，测量变换器和电缆电路37之间的电缆38可以长达几百米。沿着这段距离，每100m电缆大约有150mV的电压降。由此，电缆电路37上的电压Ub经历一定的波动。为了能够提供稳定的电源电压VCC，电缆电路37包括变压器49，其将由测量变换器提供的电压Ub转换为限定的工作电压VCC。有优点的是使用开关电源作为变压器49，因为开关电源具有90％以上的非常好的效率。稳定的电源电压VCC被馈送至微控制器41、E类放大器44和解调器48。稳定的电源电压特别是对于解调器48非常重要，以避免在对从电感接口接收的信号进行解码时的误差。通过应用稳定的电源电压，可以以较高精度产生经调幅的高频信号。总的来说，通过使用稳定的电源电压，减少了在经由电感接口的数据传输中出现传输误差的危险。
除了已经描述的主要涉及改善信号质量的优点之外，将微控制器41插入信号路径还使得能够使用由可编程微控制器41提供的不同功能。下面描述这些新功能。
微控制器41集成在电缆电路37的信号路径中使得能够提供索引结构，利用该索引结构可以从测量变换器询问电缆电路37的特定参数。在现有技术的技术方案中，测量变换器仅仅能够存取传感器模块的参数，而不可能有目的的询问电缆电子器件的参数。相反，在本发明的技术方案中，集成在信号路径中的微控制器41可以借助于完全独立于传感器模块的独立的索引结构而管理电缆电路37的特定参数。以这种方式，测量变换器可以将电缆电路视为可独立寻址的功能单元。这特别是提供了借助于独立的索引结构由测量变换器从电缆电路37的参数以及传感器模块的参数中进行寻址以及分离地存取两个功能单元的可能性。例如，测量变换器可以在片段0x01存取传感器模块的参数，并且在片段0xF1存取电缆电路的参数。
作为电缆电路37的特定参数，可能会询问以下的一种或多种信息：电缆电路的类型、标识符或序列号；电缆电路的制造商细节；以及有关电缆电路中安装的软件版本的信息。这种信息常常以组合的形式被称为“公用设备记录”(CER)。
进一步，电缆电路可以装备有温度敏感元件，其中，可以通过索引结构存取电缆电路的测量温度。在另一优选实施例中，位于电缆电路中的微控制器借助于工作时间计数器检测工作时间，其中可以借助于索引结构读出当前计数器读数。在另一优选实施例中，作为替代或者补充，检测超过预定温度的工作小时数。
借助于索引结构，所有这些参数都可以由测量变换器询问并且随后显示在控制室或者PC上。以这种方式，为用户提供关于当前系统构件以及系统当前状态的概览。另外，可以由测量变换器监控电缆电路的工作状况。
另外，连接在电缆电路的信号路径中的微控制器还提供了以下优点：通过微控制器能够实现一种新的在电缆电路和传感器模块之间数据交换的类型。这里，微控制器可以询问传感器模块所支持的功能和编码方法。下面详细说明这种数据交换。
在图1所示的传输系统的情况中，测量变换器5被构造为主设备，电缆电路3和传感器模块1以从模式操作。这意味着，测量变换器5控制测量变换器、电缆电路和传感器模块之间的整体数据业务。于是，电缆电路不能独立地与传感器模块通信。
然而，为了能够实现由电缆电路发起的在电缆电路和传感器模块之间的信息交换，微控制器将其自身的消息插入从测量变换器传输至传感器模块的电报。例如，微控制器可以写入电报的未用比特，以由此直接询问传感器模块。当传感器模块支持这种先进功能时，它可以通过将相应的应答施加在从传感器模块传输至测量变换器的电报上而对这种询问进行应答。例如，传感器模块可以在这种应答中告诉微控制器它支持哪些编码方法。
图6显示了在电缆电路和传感器模块之间的通信的过程。在第一步骤50，测量变换器51向电缆电路53发送电报52。电缆电路53具有集成在信号路径中的微控制器54。微控制器54修改电报52的未用传输比特并且以这种方式在电报52上叠加对于传感器模块55的请求。在电报包括测试和的情况，微控制器还相应于改变的传输比特修改这个测试和。然后，修改的电报56从电缆电路53经由非接触接口传输至传感器模块55。以这种方式，在电缆电路53和传感器模块55之间打开一条新类型的通信信道。在第一步骤50中，根据“不归零”(NRZ)编码方法传输电报52和修改的电报56，该方法是对于在测量变换器51、电缆电路53和传感器模块55之间的数据传输标准使用的。
当传感器模块是不支持在电缆电路和传感器模块之间的上述通信形式的较老型号时，利用修改的电报所传输的请求保持未被回答。相反，当传感器模块支持本发明的在电缆电路和传感器模块之间的通信时，从电缆电路发送的请求被识别及回答。
假设传感器模块55支持前述利用电缆电路53的通信。在第二步骤57中，显示了传感器模块55如何回答电缆电路53的请求。为了回答请求，传感器模块55在引向测量变换器51的电报上叠加相应的应答。在这个应答中，传感器模块55通知它所支持的功能。例如，传感器模块55能够在这个应答中向电缆电路53通知除了NRZ之外还支持哪些其他编码方法。为了在电报上编码对于电缆电路53的请求的应答，传感器模块55修改电报的未用传输比特并且以这种方式产生编码有附属信息的电报58，该电报被发送至电缆电路53。在电缆电路的方面，电报58被微控制器54分析。以这种方式，微控制器54得知哪些功能是传感器模块55所支持的。于是，微控制器54向测量变换器51发送相应的电报59。这里，在电缆电路53和传感器模块55之间的附加的信息交换不破坏测量变换器51和传感器模块55之间的数据业务。在第二步骤57中，也根据对于数据传输标准使用的“不归零”(NRZ)编码方法进行数据传输。
现在，微控制器54既知道电缆电路53的功能范围，也知道由传感器模块55所支持的功能。特别地，微控制器54从传感器模块55的应答得知除了NRZ之外传感器模块55还支持哪些替代的编码方法。微控制器54现在可以决定是否应当将电缆电路53和传感器模块55之间的通信切换为另一编码方法，以及将来应当将哪一种编码方法用于这种通信。
假设微控制器决定将来利用电缆电路53和传感器模块55都支持的“8B10B”编码方法对经由非接触接口传输的电报进行编码。对于经由非接触接口的数据传输，8B10B编码方法提供了与NRZ不同的优点。一个优点是，根据8B10B编码的信号具有恒定的直流电压部分，而在NRZ的情况中，直流电压部分是可变的。因此，在经由非接触接口的数据传输中应用NRZ的情况中，可能会由于串联电容而存在电压平均值的损失，并且这会导致传输误差。于是，直流电压部分恒定的传输方法(诸如8B10B或曼彻斯特编码)更好地适用于经由非接触接口进行可靠的数据传输。
在第三步骤60中，微控制器54开始令传感器模块55切换到8B10B，作为新的编码方法。相应的切换指令被编码到电缆电路53从测量变换器51接收的电报61上。为此，微控制器54写入电报61的未用比特。经修改的电报62被传输至传感器模块55。应当注意的是，在第三步骤60中，整个通信仍然是根据NRZ编码方法而编码的。
在传感器模块55的方面，从电缆电路53接收的电报62得到分析，并且这个电报中包含的切换指令被识别出来。相应于这个切换指令，在第四步骤63中，电缆电路53和传感器模块55之间的数据传输被切换为新的编码方法8B10B。从传感器模块55发送至电缆电路53的下一电报64被根据8B10B编码方法而编码。由于从现在开始，经由非接触接口的整个数据传输都是根据8B10B编码方法进行的，所以电缆电路53和传感器模块55之间的数据传输的可靠性得到提高。
在电缆电路53的方面，电报64被接收并由微控制器54分析。然后，微控制器54将接收的数据作为电报65转发至测量变换器51。这里，仍然可以使用在电缆电路53和测量变换器51之间的传输路径上使用的NRZ编码方法。电缆电路53和测量变换器51之间的数据传输经由电缆进行，从而在这个传输路径上将NRZ用作编码方法不会引起传输问题。关键的是经由非接触接口的数据传输，其中应用其他编码方法会引起传输质量的改进。
通过将微控制器54插入电缆电路53的信号路径，可以灵活地转换到适合电缆电路53和传感器模块55之间的数据传输的编码方法。通过使用具有优点的编码方法(例如，8B10B编码或曼彻斯特编码)，经由非接触接口的数据传输的可靠性可以得到提高。

Claims (32)

1.电缆电路(3)，用于连接传感器模块(1)与测量变换器(5)，该电缆电路包括：
-非接触接口(2)，用于电缆电路(3)与传感器模块(1)之间的信号传输，其中传感器模块(1)与电缆电路(3)流电隔离，并且其中电缆电路(3)和传感器模块(1)之间的信号传输在光学、电感或电容路径上进行；
-信号处理单元(15)；和
-用于连接电缆(4)的电缆接口(13)，该电缆将电缆电路(3)与测量变换器(5)相连；
其特征在于，
-所述信号处理单元(15)集成在信号路径中，以及
-所述信号处理单元(15)通过所述电缆接口(13)接收来自所述测量变换器(5)的信号，处理该信号并且通过所述非接触接口(2)将信号发送至所述传感器模块(1)；并且通过所述非接触接口(2)接收来自所述传感器模块(1)的信号，处理该信号并通过所述电缆接口(13)将信号发送至所述测量变换器(5)。
2.根据权利要求1所述的电缆电路，其中，信号处理单元用作对于在测量变换器和传感器模块之间的信号传输的中继器。
3.根据权利要求1或2所述的电缆电路，其中，测量变换器和电缆电路之间的数据传输根据EIA485标准进行。
4.根据前述任一权利要求所述的电缆电路，其中，非接触接口包括初级侧的插塞连接件，并且传感器模块包括次级侧的插塞连接件，其中初级侧的插塞连接件和次级侧的插塞连接件能够经由插塞联接器彼此连接。
5.根据权利要求4所述的电缆电路，其中，初级侧的插塞连接件和次级侧的插塞连接件之间的信号传输电感式地进行，其中初级侧的插塞连接件包括初级绕组，并且其中次级侧的插塞连接件包括次级绕组。
6.根据前述任一权利要求所述的电缆电路，其中，非接触接口是电感接口，其中传感器模块通过电感接口得到供电。
7.根据前述任一权利要求所述的电缆电路，其中，信号处理单元包括微控制器。
8.根据前述任一权利要求所述的电缆电路，其中，电缆电路包括变压器，其将由测量变换器提供的电压转换为限定的工作电压以供应给电缆电路。
9.根据前述任一权利要求所述的电缆电路，其中，电缆电路包括E类放大器，其产生用于电缆电路和传感器模块之间的信号传输的高频信号。
10.根据权利要求9所述的电缆电路，其中，信号处理单元提供用于E类放大器的驱动信号，其中由E类放大器产生的高频信号被相应于驱动信号而得到调制。
11.根据权利要求10所述的电缆电路，其中，用于E类放大器的驱动信号将要传输的数据调制到高频信号上。
12.根据权利要求9或10所述的电缆电路，其中，电缆电路将经调制的高频信号经由非接触接口传输至传感器模块。
13.根据前述任一权利要求所述的电缆电路，其中，电缆电路具有解调器，用于解调经由非接触接口从传感器模块接收的高频信号。
14.根据前述任一权利要求所述的电缆电路，其中，测量变换器、电缆电路和传感器模块之间的数据传输以半双工模式进行。
15.根据前述任一权利要求所述的电缆电路，其中，信号处理单元依赖于所传输的数据而产生用于反转传输方向的换向信号。
16.根据前述任一权利要求所述的电缆电路，其中，测量变换器被构造为主设备，传感器模块被构造为从设备，并且电缆电路被构造为与传感器模块并列的从设备。
17.根据前述任一权利要求所述的电缆电路，其中，信号处理单元提供索引结构，通过该索引结构，能够由测量变换器寻址电缆电路的特定参数。
18.根据前述任一权利要求所述的电缆电路，其中，信号处理单元提供索引结构，通过该索引结构，能够由测量变换器写和/或读电缆电路的特定参数。
19.根据前述任一权利要求所述的电缆电路，其中，电缆电路包括一个或多个存储单元，电缆电路的特定参数保存在该存储单元中，其中能够由测量变换器通过独立于传感器模块的独立索引结构寻址特定参数。
20.根据前述任一权利要求所述的电缆电路，其中，信号处理单元在要从测量变换器传输至传感器模块的电报上叠加有关传感器模块的消息，其中信号处理单元写入电报的未用传输比特。
21.根据前述任一权利要求所述的电缆电路，其中，信号处理单元在要从测量变换器传输至传感器模块的电报上叠加以下有关传感器模块的信息之一：
-有关传感器模块支持哪些有利的编码方法的询问，
-有关从当前使用的编码方法切换至有利的编码方法的请求。
22.根据权利要求20或21所述的电缆电路，其中，信号处理单元还令特定的测试和匹配改变的传输比特。
23.根据前述任一权利要求所述的电缆电路，其中，传感器模块在要从传感器模块传输至测量变换器的电报上叠加有关电缆电路的消息，其中电报的未用比特被写入。
24.根据前述任一权利要求所述的电缆电路，其中，传感器模块在要从传感器模块传输至测量变换器的电报上叠加以下有关电缆电路的消息：
-有关传感器模块支持哪些有利的编码方法的应答。
25.根据前述任一权利要求所述的电缆电路，其中，信号处理单元分析从传感器模块传输至测量变换器的电报的特定传输比特，以确定传感器模块支持哪些有利的编码方法。
26.根据前述任一权利要求所述的电缆电路，其中，对于电缆电路和传感器模块都支持其他有利的编码方法的情况，电缆电路和传感器模块之间的数据传输切换为一种有利的编码方法，而测量变换器和电缆电路之间的数据传输仍然是根据标准所使用的编码方法。
27.根据权利要求26所述的电缆电路，其中，根据标准所使用的编码方法是不归零编码。
28.根据权利要求26或27所述的电缆电路，其中，在有利的编码方法中，信号的直流电压部分基本恒定。
29.根据权利要求26～28中任一条所述的电缆电路，其中，有利的编码方法是8B10B或者曼彻斯特编码。
30.用于传输测量数据的系统，具有：
-根据权利要求1～29之一所述的电缆电路(3)；
-测量变换器(5)，其经由电缆(4)与所述电缆电路(3)的电缆接口(13)相连；和
-传感器模块(1)，其经由非接触接口(2)与所述电缆电路(3)交换数据。
31.用于在测量系统中传输测量数据的方法，其中该测量系统包括测量变换器(5)、具有信号处理单元(15)的电缆电路(3)、以及传感器模块(1)，其中电缆电路(3)和传感器模块(1)之间的信号传输是经由非接触接口(2)进行的，其特征在于以下步骤：
-从所述测量变换器(5)向所述电缆电路(3)传输信号；
-由所述电缆电路(3)接收所述信号；
-由所述信号处理单元(15)处理所接收的信号；
-对应于从所述测量变换器(5)接收的信号，调制载波信号；
-经由所述非接触接口(2)将经调制的载波信号传输至所述传感器模块(1)。
32.用于在测量系统中传输测量数据的方法，其中该测量系统包括测量变换器(5)、具有信号处理单元(15)的电缆电路(3)、以及传感器模块(1)，其中电缆电路(3)和传感器模块(1)之间的信号传输是经由非接触接口(2)进行的，其特征在于以下步骤：
-经由所述非接触接口(2)将经调制的载波信号从所述传感器模块(1)传输至所述电缆电路(3)；
-由所述电缆电路(3)接收所述经调制的载波信号；
-对经由所述非接触接口(2)接收的经调制的载波信号进行解调；
-由所述信号处理单元(15)处理经解调的信号；
-从所述电缆电路(3)向所述测量变换器(5)传输经处理的信号。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103872525A (zh) * 2012-12-13 2014-06-18 恩德莱斯和豪瑟尔测量及调节技术分析仪表两合公司 用于将线缆电路与传感器模块相连接的插头连接单元
US9762290B2 (en) 2012-12-13 2017-09-12 Endress+Hauser Conducta Gmbh+Co. Kg Plug connecting unit for connecting a cable circuit with a sensor module

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008043336B4 (de) 2008-10-30 2021-06-24 Endress+Hauser Conducta Gmbh+Co. Kg Modulares Messgerät mit verteilten Daten und Algorithmen
DE102008053920A1 (de) 2008-10-30 2010-05-06 Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG Verteilermodul bzw. damit gebildetes Messsystem
CN103262386A (zh) * 2010-12-17 2013-08-21 松下电器产业株式会社 供电装置及供电方法
DE102010063970A1 (de) 2010-12-22 2012-06-28 Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG Wechselarmatur
CN104736929A (zh) 2012-08-20 2015-06-24 库帕技术公司 使用有机发光二极管的照明应用
DE102013100045B4 (de) * 2012-12-18 2022-07-14 Endress + Hauser Wetzer Gmbh + Co Kg Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung einer Prozessgröße
US10731641B2 (en) * 2013-01-14 2020-08-04 Ingersoll-Rand Industrial U.S., Inc. Diaphragm pump with sensor mount
US9284956B2 (en) * 2013-01-14 2016-03-15 Ingersoll-Rand Company Diaphragm pump with muffler-mounted sensor
US9509146B2 (en) * 2013-03-05 2016-11-29 Cooper Technologies Company Inductive power transmission for electrical devices
DE102013113635A1 (de) 2013-12-06 2015-06-11 Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG Steckverbindungseinheit zur Verbindung eines Kabelschaltungsmoduls mit einem Sensormodul
DE102014101502A1 (de) * 2014-02-06 2015-08-06 Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG Elektronische Schaltung und Verfahren zum Übertragen eines ASK Signals
DE102014108871A1 (de) * 2014-06-25 2015-12-31 Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG Elektronische Schaltung, Feldgerät umfassend zumindest eine solche elektronische Schaltung und Verfahren
DE102015105087A1 (de) * 2015-04-01 2016-10-06 Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG Elektronische Schaltung zum Übertragen von Energie und Messgerät umfassend eine solche
US9971714B2 (en) * 2015-05-05 2018-05-15 Oath Inc. Device interfacing
DE102015111594A1 (de) 2015-07-16 2017-01-19 Endress+Hauser Conducta Gmbh+Co. Kg Verfahren zur Kommunikation zwischen einem Sensor und einem mit dem Sensor verbindbaren Anschlusselement
DE102015112949A1 (de) * 2015-08-06 2017-02-09 Endress+Hauser Conducta Gmbh+Co. Kg Sensoranordnung zum Einsatz in der Prozessautomatisierung
DE102015223216A1 (de) 2015-11-24 2017-05-24 Zf Friedrichshafen Ag Viskositätsmessung
EP3441278A1 (en) * 2017-08-08 2019-02-13 Railnova SA A cable assembly for accessing data from a fieldbus in rolling stock
CN111352371B (zh) * 2020-03-17 2022-05-27 山东易码智能科技股份有限公司 一种用于激光切割的总线式电容传感器及检测系统
DE102021124968A1 (de) * 2021-09-27 2023-03-30 INNIRION GmbH Messeinheit und Messsystem

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6523383B2 (en) * 2000-12-28 2003-02-25 The Timken Company Monitoring and controlling system with connectorless quick-change components
DE10218606A1 (de) 2002-04-25 2003-11-06 Conducta Endress & Hauser Potentiometrischer Sensor
DE10220450A1 (de) * 2002-05-07 2003-11-20 Conducta Endress & Hauser Kontaktloses Verbindungskabel
US6983024B2 (en) 2003-03-18 2006-01-03 Qualcomm Inc. Quadra-polar modulator
DE10313639A1 (de) 2003-03-26 2004-10-07 Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG Elektrochemischer Gassensor
DE10344262A1 (de) 2003-09-23 2005-04-14 Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG Steckmodul für einen Flüssigkeits- oder Gassensor
US20050262272A1 (en) * 2004-05-24 2005-11-24 Eaton Corporation Wirelessly and passively programmable sensor
US7061407B1 (en) * 2005-06-14 2006-06-13 Xilinx, Inc. Encoding of 8B10B control characters
DE102005049483B4 (de) * 2005-10-13 2007-10-18 Ifm Electronic Gmbh Elektrischen Stecker und Verfahren zur dezentralen Speicherung der Parameter eines Sensors

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103872525A (zh) * 2012-12-13 2014-06-18 恩德莱斯和豪瑟尔测量及调节技术分析仪表两合公司 用于将线缆电路与传感器模块相连接的插头连接单元
US9762290B2 (en) 2012-12-13 2017-09-12 Endress+Hauser Conducta Gmbh+Co. Kg Plug connecting unit for connecting a cable circuit with a sensor module
CN103872525B (zh) * 2012-12-13 2018-01-26 恩德莱斯和豪瑟尔分析仪表两合公司 用于将线缆电路与传感器模块相连接的插头连接单元

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