CN106063142A - 用于信号传输的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于在位置测量设备(10)和配套电子件(100)之间传输电流供应信号和数据信号的装置，其中，位置测量设备(10)具有两个电流供应接头和用于双向地、差动地进行数据传输的两个数据传输接头，并且电流供应信号和数据信号的经由主传输路段的传输以经由唯一的线对(25)的混合信号形式实现，其中，装置包括四线/双线转换器(20)，其在测量设备侧具有两个电流供应接头和两个数据传输接头，这些接头能够与位置测量设备(10)的相对应的接头连接，从配套电子件(100)一方向该转换器输送混合信号，并且该转换器构造用于从混合信号中提取电流供应信号和从配套电子件(100)到达四线/双线转换器的数据信号，并且将这些信号经由电流供应接头和数据传输接头输出给位置测量设备(10)，以及该转换器构造用于将由位置测量设备(10)发送给配套电子件(100)的数据信号插入到混合信号中。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1所述的、在位置测量设备和配套电子件之间传输电流供应信号和数据信号的装置。一种根据本发明的装置允许经由仅仅一个线对进行信号传输。
背景技术
位置测量设备在自动化技术中广泛传播。它们用于测量长度或者角度，配套电子件需要这些长度或角度作为用于位置调节回路的实际值，从而能够准确地定位机器的组件。这类位置测量设备经常用于机床中，在机床中还需要位置值来精确地引导刀具主轴，从而能够精确、自动化地加工工件。配套电子件在这种情况下被称为数字控制系统(NC)。
此外还公知许多位置测量设备，它们除了位置值(长度或角度)以外或者作为位置值的代替还生成速度值或加速度值。也就是说，位置测量设备在这里不仅仅理解为用来生成位置测量值或者位置测量值本身变化的测量装置，而是还应理解为此外还用于获取位置值的时间相关性的测量装置，尤其是以速度测量值或加速度测量值的形式。
此外，位置测量设备还可以是一种所谓的扫描系统，该扫描系统具有可偏转的探针，利用探针也可以与时间相关地获取(扫描)物体的空间界限。
位置测量设备和配套电子件之间的数据传输优选地数字地经由串行端口实现。EP0 660 209 A1例如描述了一种具有这类串行端口的位置测量设备。为了在位置测量设备和配套电子件之间进行通信，在此需要两个线对，一个用于双向地传输指令和数据，另一个用于传递用于使传输同步的扫描信号。为了进行信号传输而使用线对，因为为了实现更高的抗干扰性而优选地差动地传输信号，例如按照在自动化技术中广泛采用的RS-485标准。因为除了为了通信所必需的两个线对以外，为了位置测量设备的电流供应还需要至少两条导线，所以为了位置测量设备的运行而在配套电子件处需要三个线对。
因为在此使用的电导线恰恰在位置测量设备和配套电子件在空间上分隔很远地布置的机器和设备中是主要的成本因素，所以存在以下要求，即减少为了位置测量设备的运行而在配套电子件处所需要的导线的数量。因此，DE 10 2008 027 902 A1提出一种端口，其不需要单独的扫描线对。由此将所需要的导线的数量减少到两个线对。
此外希望将导线的数量甚至减少到一个线对。为此需要产生一个混合信号，利用这个混合信号不仅能够传输电流供应信号，还能够传输数据信号。但是因为对于适用于工业应用的位置测量设备在紧凑构造方式中需要150℃和更多的可靠的设备温度，经常遇到的问题是，为了生成或处理混合信号所需要的电组件难以集成到位置测量设备中。
发明内容
因此，本发明的目的是，提供一种装置，这种装置允许在考虑到所谓的边沿条件的情况下经由数量减少的导线进行信号传输。
该目的通过一种用于在位置测量设备和配套电子件之间传输电流供应信号和数据信号的装置来实现，其中，位置测量设备具有两个电流供应接头和用于双向地、差动地进行数据传输的两个数据传输接头，并且电流供应信号和数据信号的经由主传输路段的传输以经由唯一的线对的混合信号的形式实现，其中，装置包括四线/双线转换器，其在测量设备侧具有两个电流供应接头和两个数据传输接头，这些接头能够与位置测量设备的相对应的接头连接，从配套电子件一方向四线/双线转换器输送混合信号，并且四线/双线转换器构造用于从混合信号中提取电流供应信号和那些从配套电子件到达四线/双线转换器的数据信号，并且经由电流供应接头和数据传输接头将电流供应信号和数据信号输出给位置测量设备，以及将由位置测量设备发送给配套电子件的数据信号插入混合信号中。
附图说明
本发明的其他优点以及细节在图中示出，并且在以下说明中得以阐述。
图中示出：
图1A示出了根据本发明的装置的第一实施方式的原则性构造，
图1B示出了根据本发明的装置的另一种实施方式的原则性构造，
图2A示出了根据本发明的装置的另一种实施方式的原则性构造，
图2B示出了根据本发明的装置的另一种实施方式的原则性构造，
图2C示出了根据本发明的装置的另一种实施方式的原则性构造，
图3A示出了根据本发明的装置的另一种实施方式的原则性构造，
图3B示出了根据本发明的装置的另一种实施方式的原则性构造，
图4示出了根据本发明的装置的框图。
图5示出了根据本发明的装置的一种优选实施方式的电路图。
具体实施方式
图1A示出了一种根据本发明的、用于在位置测量设备100和配套电子件100之间传输电流供应信号和数据信号的装置的第一实施方式的原则性构造，其中，配套电子件100可以是自动化技术的任意控制设备，例如是数字机床控制系统(NC)。
因为位置测量设备通常由配套电子件供应电流，所以从配套电子件100到位置测量设备10单向地进行电流供应信号的传输。相反地，数据信号是双向地传输的。因此，配套电子件100向位置测量设备10例如发送指令并且可能还有数据(例如配置数据)，而位置测量设备10执行接收到的指令并且可能还将被请求的数据，尤其是测量值(例如位置值、速度值、加速度值等等)传输给配套电子件100。
位置测量设备10具有两个电流供应接头和两个数据供应接头，用于双向的、差动的数据传输，例如按照公知的RS-485标准。这类端口例如由DE 10 2008 027 902 A1公知，并且在下面被称为四线端口。根据本发明的装置现在包括四线/双线转换器20，其在测量设备侧同样也具有两个电流供应接头和两个数据传输接头，这些接头能够与位置测量设备10的四线端口的相对应的接头连接。电流供应接头和数据传输接头的连接在本实施例中经由第一插式连接件30实现，第一插式连接件30能够连接在位置测量设备10处的相应的配对件处。在这里，四线/双线转换器20布置在第一插式连接件30的壳体中。
四线/双线转换器20适当地构造用于从混合信号中提取电流供应信号以及应由配套电子件100传输给位置测量设备10的数据信号并且将该电流供应信号和该数据信号经由相应的接头输送给位置测量设备10，混合信号从配套电子件100经由唯一的线对25输送给四线/双线转换器。此外，四线/双线转换器20适当地构造用于将应由位置测量设备10传输给配套电子件100的数据信号插入到混合信号中。混合信号是适当的信号，利用该信号能够经由线对25传输电流供应信号和(双向的)数据信号。混合信号例如可以是具有调谐好的数据信号的电流供应信号。在优选的实施方式中，可以简单地通过借助高通滤波器的耦合和退耦进行数据信号的插入和提取，正如下面借助图4和5所示的那样，相反地，为了将电流供应信号与数据信号分离可以设置低通滤波器。
作为替代，混合信号可以由此构成，即电流供应信号和数据信号以时分多路法经由线对25传输。
线对25的两个线芯有利地相互绞合。此外，线对25可以由屏蔽物(例如金属丝网或金属薄膜)包围，以便避免因为线对25周围环境中的电磁场干扰混合信号。为了防止机械损坏，线对25和选择性的屏蔽物有利地由塑料罩面包围。这类电缆及其连接技术对于专业技术人员来说是已知的。
在配套电子件100一方，可以设置第二插式连接件40，其可以连接到配套电子件100处的相应的配对件处。在本实施例中，配套电子件100具有双线端口，其上传输混合信号的线对25可以直接地连接到双线端口处。第二插式连接件40因此为了连接仅需要一个触头对。
线对25的长度就是主传输路径，电流供应信号和数据信号作为混合信号经由主传输路径传输。
图1B示出了根据本发明的、用于在位置测量设备10和配套电子件100之间传输电流供应信号和数据信号的装置的另一种实施方式的原则性构造。除了借助图1A所描述的实施方式以外，这里在配套电子件100的一侧上布置了双线/四线转换器50作为相对于四线/双线转换器的配对件。双线/四线转换器具有两个电流供应接头和两个数据传输接头，这些接头能够与配套电子件100的相对应的接头连接，以及双线/四线转换器具有两个用于与线对25相连的接头，经由线对传输混合信号。
双线/四线转换器50适当地构造用于将电流供应信号和从配套电子件100的方向到达双线/四线转换器50的数据信号插入到混合信号中，并且将该电流供应信号和该数据信号经由线对25输出给配置测量设备10，以及将从位置测量设备10到达双线/四线转换器50的数据信号从混合信号中提取出并且输出给配套电子件100。
本实施方式因此适合用于将具有四线端口(两个电流供应接头和两个数据传输接头)的配套电子件100与位置测量设备10的相对应的四线端口连接，其中，经由主传输路径的信号传输以经由唯一的线对25的混合信号的形式来实现。根据本发明的装置因此可以取代传统的连接电缆，传统的连接电缆为了在整个传输路段上进行信号传输而会需要两个线对。
而且在本实施例中，线对25的长度等于主传输路径。
图2A示出了根据本发明的装置的另一种实施方式的原则性构造。相比先前的实施方式，在这里，经由具有两个线对的连接导线65实现装置的、特别是四线/双线转换器20在位置测量设备10的四线端口上的连接。位置测量设备10和四线/双线转换器20因此可以在空间上分开地布置，并且因此最佳地热退耦。这意味着，相比例如位置测量设备10或其组件，用来组成四线/双线转换器的组件可能可以设计用于更低的运行温度。在此特别有利的是，连接导线65与主传输路径(其中布置了线对25的电缆的长度)相比尽可能的短。
为了制造连接，此外还可以设置第一插式连接件30，其现在可以借助第三插式连接件60连接到连接导线65上。四线/双线转换器布置在第一插式连接件30的壳体中，为了制造连接因此在插式连接件30、60中分别需要两个触点对。
为了将连接导线65连接到位置测量设备10的电流供应接头和数据传输接头上，虽然还可以在位置测量设备10的壳体处设置另一个插式连接件，然而这种连接有利地在壳体内完成，例如经由微型插式连接件、焊接或夹持连接，因为这种连接需要的空间非常少。位置测量设备10因此可以很小地构造，并且由于位置测量设备10的壳体处没有插式连接，所以需要很少的安装空间。
此外，电流供应信号和数据信号经由主传输路径的传输以仅仅经由一个线对25的混合信号的形式实现。在配套电子件100一方，本实施例中也可以设置第二插式连接件40，在其壳体内布置双线/四线转换器50，配套电子件100的端口是指四线端口。
因此，这种实施方式除了已经提及的优点以外还提供两个附加的优点：一方面是实现位置测量设备10的紧凑的构造方式，另一方面是位置测量设备10和四线/双线转换器20现在能够最佳地热退耦。
图2B示出了在图2A中所示的实施方式的一个变体作为其他的实施方式。在这里，四线/双线转换器20布置在第三插式连接件60的壳体内。由此能够将插式连接件30、60的触点的数量分别减少到一个触点对。
图2C示出了根据本发明的装置的另一种实施方式的原则性构造，装置以先前借助图2A和2B讨论过的变体为基础。四线/双线转换器20在这里布置在模块70中，并且连接导线65的两个线对以及主传输路径的这一个线对25都直接连接到四线/双线转换器20的相应的接头上，例如通过焊接。特别有利的是，模块70是密封的并且可能填充了填料。
装置到位置测量设备10的连接例如经由第一插式连接件30和相应的配对件实现，配对件布置在位置测量设备10的壳体处。
图3A示出了根据本发明的装置的另一种实施方式的原则性构造。位置测量设备10在本实施例中是指嵌入式旋转编码器，它适合用于测量电机200的轴210的位置。
根据本发明的装置基本上等同于借助图2A所描述的装置，也就是说在位置测量设备10和配套电子件100之间的电流供应信号和数据信号的传输经由连接导线65、第三插式连接件260、第一插式连接件230、线对25和第二插式连接件240进行。在第一插式连接件230中布置四线/双线转换器20，在第二插式连接件中可能还布置了双线/四线转换器50。
与借助图2A所描述的装置不同，线对25现在布置在马达电缆225内。马达电缆225除了线对25以外还具有数量n的附加的导线，这些导线用于在配套电子件100和电机200之间的信号传输。附加的导线可以设置用于电机200的功率驱控系统，以及用于传输制动信号或者传感器信号(例如温度传感器)等等。
为了完整起见要提一下，插式连接件230、240、260配有触点，这些触点满足需要经由附加的导线传输的信号在功率和信号质量方面的要求。
图3B示出了借助图3A讨论的实施方式的一种变体的原则性构造。在本实施例中，四线/双线转换器配属于第三插式连接件260，即在第三插式连接件260的壳体内或在马达壳体内在空间上靠近第三插式连接件260。由此再次减少了在插式连接件230、260中需要的触点数量。有利地，在这里为了连接电机200可以使用批量生产的成品的标准化连接电缆，该连接电缆包括第一插式连接件230、马达电缆225和第二插式连接件240，并且具有数量n的导线以及线对25。
图4示出了根据本发明的装置的框图，其中不仅在第一插式连接件30中布置了四线/双线转换器20，还在第二插式连接件40中布置了双线/四线转换器50。插式连接件30、40可以连接在位置测量设备10中或配套电子件100中的对于它们的相应配对件上。
为了将经由线对25传输的混合信号提取出(退耦)数据信号或者将数据信号插入(耦合)，不仅在四线/双线转换器20中，而且在双线/四线转换器50中设置了高通滤波器24、54。高通滤波器一方面与位置测量设备10或配套电子件100的数据传输接头DATA连接，并且另一方面分别与线对25连接。高通滤波器24、54能够使高频的数据信号通过，并且阻挡低频的信号或直流电压信号(电流供应信号)。
为了将电流供应信号与数据信号分开，在四线/双线转换器20中和双线/四线转换器50中设置低通滤波器22、52。它们又一方面与位置测量设备10或配套电子件100的电流供应接头PWR连接，并且另一方面同样分别与线对25连接。
有利地，四线/双线转换器20和双线/四线转换器50实施为一致的。
这种实施方式尤其是在以下情况下是可用的，即传输的数据信号没有相同的组成部分。该情况例如发生在为了数据传输使用没有相同组成部分的编码(例如曼切斯特编码或者8b10b编码)时。
图5现在示出了根据本发明的装置的一种优选的实施方式，该装置以借助图4所描述的实施方式为基础。在此特别有利的是，在四线/双线转换器20中并且在双线/四线转换器50中，为了实现高通滤波器24、54以及低通滤波器22、52而仅仅使用无源的构件，也就是说本身不需要电流供应的构件。
具体来说，高通滤波器24和54分别包括两个电容器C1、C2或C3、C4，并且低通滤波器22和52分别包括两个线圈L1、L2或L3、L4。这些构件不仅价格低廉而且经久耐用，从而以低的经济耗费实现高可靠性。
示例性地但不具有限制性地，针对25MHZ的数据传输频率和12V的供电电压，为线圈L1-L4规定10μH的值并且为电容器C1-C4规定220nF的值。
除了线圈L1-L4和电容器C1-C4，在四线/双线转换器20中或者在双线/四线转换器50中还可以包含其他的构件，例如终端电阻等等。
本发明不局限于所描述的实施例。而是可以由本领域技术人员实现更多的变化方案，而不离开本发明的范畴。
Claims (10)
1.一种用于在位置测量设备(10)和配套电子件(100)之间传输电流供应信号和数据信号的装置，其中，所述位置测量设备(10)具有两个电流供应接头和两个数据传输接头，所述数据传输接头用于双向地、差动地进行数据传输，并且电流供应信号和数据信号的经由主传输路段的传输以经由唯一的线对(25)的混合信号的形式来进行，其中，所述装置包括四线/双线转换器(20)，所述四线/双线转换器在测量设备侧具有两个电流供应接头和两个数据传输接头，所述两个电流供应接头和两个数据传输接头能够与所述位置测量设备(10)的相对应的接头连接，从所述配套电子件(100)一方向四线/双线转换器输送所述混合信号，并且所述四线/双线转换器构造用于从所述混合信号中提取电流供应信号和从所述配套电子件(100)到达所述四线/双线转换器(20)的数据信号，并且所述四线/双线转换器构造用于经由电流供应接头和数据传输接头将该电流供应信号和该数据信号输出给所述位置测量设备(10)，以及所述四线/双线转换器构造用于将由所述位置测量设备(10)发送给所述配套电子件(100)的数据信号插入到所述混合信号中。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，经由第一插式连接件(30)实现到所述位置测量设备(10)的连接，所述第一插式连接件能连接在所述位置测量设备(10)的相应的配对件处，并且所述四线/双线转换器(20)布置在所述第一插式连接件(30)的壳体中。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，经由第一插式连接件(30)和第三插式连接件(60)以及经由连接导线(65)实现到所述位置测量设备(10)的连接，所述第三插式连接件是相对于所述第一插式连接件(20)的配对件，所述连接导线包括两个线对。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述第一插式连接件(30)和所述第三插式连接件(60)具有用于传输所述混合信号的触点对，并且所述四线/双线转换器(20)布置在所述第三插式连接件(60)的壳体中。
5.根据权利要求3所述的装置，其中，所述第一插式连接件(30)和所述第三插式连接件(60)具有用于传输电流供应信号和数据信号的两个触点对，并且所述四线/双线转换器(20)布置在所述第一插式连接件(30)的壳体中。
6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述主传输路径的、用于传输所述混合信号的所述线对(25)能够连接到所述配套电子件(100)处的相应的接头上。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，经由第二插式连接件(40)实现所述连接，所述第二插式连接件能够连接到所述配套电子件(100)处的相应的配对件上，并且所述第二插式连接件(40)具有用于传输所述混合信号的触点对。
8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述配套电子件(100)具有两个电流供应接头和用于双向的、差动的数据传输的两个数据传输接头，并且在所述配套电子件(100)的一侧上布置双线/四线转换器(50)，所述双线/四线转换器具有两个电流供应接头和两个数据传输接头，所述两个电流供应接头和两个数据传输接头能够与所述配套电子件(100)的相对应的接头连接，从所述位置测量设备(10)一方向所述双线/四线转换器输送混合信号，并且所述双线/四线转换器构造用于将电流供应信号和从所述配套电子件(100)到达所述双线/四线转换器(50)的数据信号插入到所述混合信号中并且输送给所述位置测量设备(10)，以及所述双线/四线转换器构造用于从所述混合信号中提取从所述位置测量设备(10)到达所述双线/四线转换器(50)的数据信号并且将该数据信号输送给所述配套电子件(100)。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，经由第二插式连接件(60)实现到所述配套电子件(100)处的连接，所述第二插式连接件具有用于传输电流供应信号和数据信号的两个触点对，并且所述第二插式连接件能够连接到所述配套电子件(100)的相应的配对件上，并且其中，所述双线/四线转换器(50)布置在所述第二插式连接件(60)的壳体中。
10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述线对(25)布置在马达电缆(225)中。
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