CN110073226A - 用于监测线路的方法和测量装置 - Google Patents

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Abstract

在用于监测线路的方法中，在开始时间时将测量信号馈送到测量导体内。测量信号在干扰部位处或在线路端部处被反射，并且在超过阈值方面监测被反射的份额，其中，在超过时产生数字停止信号并且对开始时间与停止信号之间的渡越时间进行评估。

Description

用于监测线路的方法和测量装置
技术领域
本发明涉及用于监测线路偏离正常状态的方法以及测量装置。
背景技术
线路为此具有测量导体，其优选沿线路的整个长度延伸。
线路例如用于传输能量和/或信号，并且为此具有至少一个线芯，通常具有多个线芯，也就是说具有被隔离的导体。多个线芯经常借助共同的线路套组合为线路。特别是在数据或信号线路的情况中，经常还构造有屏蔽层。在许多应用中，例如在汽车领域中，线路受到多种负载，这些负载在其持续时间和强度方面是未知的。为了能够预测线路的磨损，也可能经常对频繁改变的环境条件，例如热影响，没有被估计到或被不足地估计。此外，线路经常也受到例如由于可能导致损坏的振动所引起的机械负载。因此，为了能够保证特定的最小使用寿命，线路典型地被超规格地设计。替选地也存在如下可能性，即，在运行中或至少以定期间隔地监测且检查线路。
用于检验线路的缺陷的已公知的方法是所谓的时域反射法，简称为TDR(英文：Time Domain Reflectometry)。在此，将测量脉冲馈送到沿线路延伸的导体内，并且评估响应信号的电压变化曲线。在此，利用相对成本高且昂贵的测量仪器来检测且相应地评估实际的电压变化曲线。TDR通常在测量实验室内或在成本高的测量装置中使用。此外，其对于ESD(英文：electrostatic discharge，中文：静电放电)很敏感。
然而，对于例如工业中或汽车领域中的线路的常规检验来说，此类方法由于与之相关联的成本、复杂性以及易受干扰性是不合适的。
发明内容
基于此背景，本发明的任务是：说明一种方法和一种测量装置，借助它们能够实现成本低的、尤其是反复的或定期的对线路的监测。在此，该监测应尤其在线路装入在最终产品内的状态中和/或在线路的预设的运行中进行。
该任务根据本发明通过具有权利要求1的特征的方法以及通过具有根据权利要求20的特征的测量装置来解决。方法以及测量装置的优选的设计方案分别包含在从属权利要求中。在方法方面所提及的优点以及优选的设计方案按意义地被传递到测量装置，并且反之亦然。
通过该方法以及该测量装置，以简单的成本低的结构能够实现对相关线路的状态变量的监测。状态变量例如是线路的内部的状态变量，从而因此监控自身的线路状态。替选地，检验外部的状态变量。因此，在该变型方案中，间接地检验例如是待监测的部件的周围环境。
以该方法所要监测的线路具有测量导体，在开始时间时将测量信号馈送到测量导体内。测量导体现在监测干扰部位的存在。干扰部位一般被理解为测量信号至少部分地被反射的地方。至少部分的反射典型地在测量导体的波阻抗由于干扰部位而变化时发生。干扰部位也可以是线路端部或联接部位。测量导体在线路端部处或在一个或多个其他的干扰部位处被反射的返回的份额方面进行监测。检测返回的份额的幅值，并且在超过预先给定的以下简称阈值的电压阈值时，产生数字的停止信号。此外，检测并评估开始时间与停止信号之间的渡越时间。如果不存在干扰部位，则不产生停止信号，这意味着线路完好。
超过(überschreiten)阈值尤其被理解为阈值之下的值向阈值之上的值的正超过(严格意义下的超过)。优选地，超过阈值附加地也被理解为从更高的值向更低的值的负超过(严格意义下的低过(unterschreiten))。
超过阈值优选地借助于比较器获知，因此在发生超过阈值时，比较器给出停止信号，尤其是不仅在正超过时给出，而且在负超过时也要给出。根据阈值的限定，阈值原则上不等于零，并且例如为馈送的信号的幅值的10％或更高。如果反射的份额与馈送信号叠加，则阈值例如至少高于或低于馈送信号的幅值10％。
对于该方法的低成本的设计方案的决定性意义是，在被反射的份额超过阈值时仅产生数字的停止信号。数字的停止信号在此被理解为二进制的信号，其仅传达了数字的状态信息是/否(或1/0)。因此，不含有关于反射信号的幅值大小的信息。关于幅值的结论结合所选择的阈值来得到，该阈值因此是针对停止信号的触发阈值。因此，基于结合了阈值的停止信号，能够实现对反射信号的(最小)阈值的配属，而不必测量此幅值。
停止信号在此可以原则上是模拟的信号，但优选地是例如形式为电压脉冲或电压阶跃的数字信号。通过停止信号能够实现相对简单的评估电路。与在TDR测量中不同地，因此就并不设置对实际的电压变化曲线的时间分辨的测量。不执行TDR测量。每次单独测量，也就是说在送出测量信号/每个测量信号之后，尤其刚好产生针对限定的电压阈值的停止信号并进行评估。根据本发明的方法可以以简单的方式以数字电路技术实施。在当前不使用如在TDR测量装置中要求的模/数转换器。
反射在干扰部位处发生，或者通常在如下部位处发生，在该部位处针对传播的测量信号的波阻抗发生变化。测量装置尤其地以如下方式设计，即，在测量导体的线路端部处发生测量值信号的部分反射或全反射。为此，测量导体尤其具有所谓的开放的端部。
原则上能够对所测得在开始时间与停止信号之间的渡越时间进行绝对评估。因此，例如在已知线路长度、已知波阻抗时且在已知测量导体周围的(与温度相关的)电介质的温度相关性的情况下，可以从渡越时间直接推断出测量导体的当前的温度负载。从实际测得的渡越时间例如也能直接检测干扰部位的位置，例如线路内的弯裂处。对于测量来说，优选地仅经由测量导体(与返回导体相结合)执行测量，尤其是在不使用如下的附加的参考导体的情况下，即例如将测量信号作为参考信号并行地馈送到附加的参考导体内(并且必要时评估反射的信号)。
但是，这种绝对评估在评估时通常要求高精度，并且尤其地也要求对线路的特性有非常准确的了解。因此，在适宜地的设计方案中，也设置有与预先给定的参考量的比较。至少设置有与针对线路的正常状态的渡越时间的参考持续时间的比较。在与参考持续时间有偏差时，识别到与正常状态的偏差。
在最简单的情况下，线路仅具有测量导体以及典型地要求的返回导体。因此，在这种情况中，线路例如实施为纯粹的传感器线路，其例如(除检测一个或多个状态变量外)不具有另外的功能。替选地，测量导体是被构造成用于数据传输和/或功率传输的并且具有多个传输元件的线路的组成部分。在实施变型方案中，经由测量导体也进行对数据或功率的传输。因此，测量导体在该变型方案中具有作为测量导体和作为用于传输数据/传输功率的正常的导体的双重功能。因此，针对当前的测量构思，不必将传统的、现有的线路强制地扩建出附加的测量导体。
在优选的设计方案中，执行具有多次相继跟随的单独测量的测量循环，其中，在每次单独测量中正好产生一个停止信号，从而获得了具有不同的渡越时间的多个停止信号。在此，在每次单独测量中均记录且存储由被调节的阈值和渡越时间构成的值对。在此，多个停止信号尤其地持续如下时间范围，该时间范围为在线路端部处反射的份额的总渡越时间的至少10％，优选至少30％，并且进一步优选至少50％或至少75％。优选地，时间范围包括在线路端部处反射的份额(在正常条件下，干燥，20℃情况下)的总渡越时间。总渡越时间在此通过从将测量信号在馈送位置处馈送到测量导体内直至在馈送位置处出现了于线路端部处反射的份额的时间段得到。通过该措施能够实现的是，检测在线路长度上分布的干扰部位，或对特定的干扰部位在由其所导致的信号变化曲线方面进行更精确测定。因此，(至少在部分区域上)实际的信号变化曲线通过多个停止信号模仿，即特别是通过多个针对每个停止信号获得的值对(阈值的大小和渡越时间)模仿。这些值对因此被存储且评估，从而从这些值对模仿了信号变化曲线。
因此，对于测量循环，将各个测量信号的序列馈送到测量导体内(每个单独测量一个测量信号)。各测量信号在此构造为矩形信号，并且在相继跟随的测量信号之间存在间歇。间歇时间，即在两个测量信号之间的时间，优选比测量信号的持续时间例如大了至少1.5倍或2倍。间歇时间与信号时间(脉冲时间)的比例例如为2:1。特别地，该比例在测量循环运行中改变。
优选地，此外，预先给定针对测量信号的最大的持续时间。测量信号例如在识别到停止信号之后中断，也就是说，测量信号的持续时间典型地在这些单独测量之间改变。但是只要没有检测到停止信号，则测量信号在达到预先给定的最大的持续时间之后才结束，并且结束测量。
往往线路在装入的状态下已经具有(与理想化的状态不同的)微小的干扰效应，该微小的干扰效应限定了正常状态但对于正常运行是不关键的。这些干扰部位中的每个在此产生了测量信号的部分反射。因此，各线路在正常状态中已经具有优选是多个反射的份额的表征化的模型，该模型在下文中被称为参考模型。相反地，待检验的线路在一定的运行时间之后同样具有在该时刻表征了线路的具有至少一个停止信号的停止模型。适宜地，将停止模型与参考模型进行比较，并且在偏差方面进行检验。除了各个的不同的返回的反射的份额的渡越时间外，尤其还检测且评估反射的份额的电压值的大小。参考模型或停止模型在此通过具有不同的渡越时间的多个停止信号形成。
优选地，阈值能可变地调节。由此，例如能够实现对反射的份额在其信号大小(电压值)方面的评估。因此，基于具有在超过阈值时仅产生数字的停止信号的测量原理，使得通过阈值的变动也能够实现且实施在信号大小、即反射的份额的信号电压方面的评估。因此，获知了反射的份额的实际的信号大小。通过该措施能够检测不同的故障情形或状况。阈值的变动结合由多个单独测量构成的测量循环地此外还能够实现对具有上升沿和/或下降沿的信号变化曲线的近似计算。
在优选的设计方案中，阈值在此在如下范围内改变，即，该范围相当于测量信号的幅值的至少0.5倍，且优选是至少0.75倍。尤其地，阈值例如在测量信号的幅值的0.2倍至0.9倍之间改变，或改变直至测量信号的幅值的1倍。通过逐渐的单独测量和阈值的变动，然后建立或近似了信号变化曲线。通过在测量信号的幅值的相对较大的范围内的变动，检测到了仅具有小的反射程度的干扰部位以及具有大的反射程度直至完全反射的干扰部位。
在具有多次单独测量的测量循环的框架内，在每次单独测量时馈送测量信号，并且针对不同的单独测量，优选针对每次单独测量变化阈值。因此，从其中多次单独测量得到多个停止信号，然后将这些停止信号归入到待检验的线路的特征停止模型中，并且尤其形成停止模型。
阈值的变动也基于如下思考，即，一些表征化的干扰效应导致了反射的份额的限定的幅值。通过提高阈值，仅就检测具有高反射信号幅值的那些干扰部位。
基于根据本发明的测量原理，优选地一旦得到停止信号，则结束各单独测量。为了也可靠地检验线路是否存在多个同类的干扰部位，这些干扰部位分别导致具有类似的信号幅值的反射的份额，在优选的设计方案中，在第一次单独测量之后预先给定测量死区时间，在测量死区时间期间测量装置几乎被停用并且不响应于停止信号。特别地，在此设置的是，在第一次单独测量之后且在检测到的第一停止信号之后，实施第二次单独测量，在其中，优选调节出与第一次单独测量时相同的阈值。其内不进行停止信号的检测的测量死区时间在此(略微)大于在第一次单独测量时检测到的在开始信号与停止信号之间的渡越时间。由此避免配属于第一停止信号的反射的份额在第二次单独测量时被检测到。该循环优选地反复多次，直至不再检测到另外的停止信号。也就是说，测量死区时间分别与在先前的单独测量时检测到的(第一、第二、第三等)停止信号的渡越时间相匹配，即略微更大地选择，直至该调节的阈值不再给出另外的停止信号。
适宜地，通过结合阈值的变动合适地调节各测量死区时间，测定了信号变化曲线。尤其地，由此也检测了信号变化曲线中的下降沿。因此可以检测且评估具有上升沿和下降沿的信号峰值。
因此，通过大量单独测量，通常针对不同地限定的阈值检测了反射的份额的渡越时间(停止信号)。就此而言，该方法可被视作电压离散的时间测量方法。单独测量的次数在此优选大于10，进一步优选地大于20或大于50，并且例如直至100次或更多次的单独测量。
所馈送的测量信号在测量导体内典型地以1至2.5 108m/s之间的速度传播。因此，在此处特别有意义的线路长度例如在汽车领域中典型地是1至20米的情况下，测量信号的渡越时间例如在数纳秒直至数十纳秒之间。
为了确保足够的分辨率，测量死区时间在此适宜地选择得比先前检测到的停止信号的渡越时间长了0.1至1纳秒(ns)，优选是长了0.5nm。
优选地，此外通过阈值的变动获知所谓的触发阈值，基于该触发阈值确定针对波阻抗的量。通过逐渐变化(提高)阈值，至少近似地(取决于阈值的级地)检测针对反射的份额的信号幅值的最大值。因为信号幅值是干扰部位处的波阻抗的大小的量，所以由此可以获知波阻抗的(绝对)大小。根据触发阈值，然后也获知了决定标准，即线路是否仍处于足够完好的状态中还是必要时必须更换线路。除了绝对评估外，又存在通过与参考模型比较的评估可能性，其中，因而例如取决于反射的份额的信号幅值的大小的增加量来决定线路是否还完好。
原则上存在如下可能性，即，将按照测量脉冲类型的相对短的测量信号馈送到测量导体内，并且然后检测反射的份额。但这又要求很精确且高精度的馈送以及测量装置。优选地，因此设置的是，被馈送的测量信号具有如下信号时长，其至少相当于测量信号通过具有限定的线路长度的线路的信号渡越时间的两倍，从而发生测量信号与反射的份额的重叠。相应地，阈值也处于测量信号的电压之上。根据替选的变型方案，阈值也处在测量信号的电压之下。
测量信号的信号时长在此优选相当于在kHz的范围内的且尤其是MHz的范围内的频率，并且例如最大约为8MHz。测量信号的时长对于测量原理不是关键的。然而，高的信号时长在执行测量信号时将导致在测量线路时的总测量时长的升高。优选地，针对测量循环执行了大量单独测量，例如大于10次、大于20次、大于50次或大于100次单独测量。由此，信号时长优选地在MHz的范围内选择，特别是在1至10MHz的范围内选择。
在优选的设计方案中，测量信号的信号时长在不同的单独测量中被不同地调节。特别地，信号时长与直至反射的份额到达的渡越时间相匹配，也就是说，信号时长取决于反射的份额的渡越时间来调节，并且例如至少相当于该渡越时间，或者略长于该渡越时间(+10％)。优选地，一旦检测到停止信号，则测量信号的馈送通过控制部主动地结束。测量信号的信号时长的该匹配和变动有利于测量循环的加速，也就是说降低了总测量时长。
测量信号通常具有已知的几何形状，并且尤其构造为矩形波信号。该矩形波信号以适宜的方式在此显示出很陡地上升的上升沿，以便实现尽可能所限定的测量结果。尽可能陡在此尤其被理解为测量信号的幅值的10％至90％的上升在最大2000ps(皮秒)，优选在最大100ps内进行。
如前文所解释，优选地，在用于测量线路的测量循环的框架内执行大量单独测量。优选地，从这些大量单独测量获知大量停止信号，它们在时间上分布地布置。其中多个停止信号因此近似地反映了馈送的测量循环和反射的份额的实际的信号变化曲线。以适宜的方式，从这些停止信号例如通过数学上的曲线拟合来近似计算所馈送的并且在线路端部处反射的测量信号的真实的信号变化曲线。
经近似计算的信号变化曲线在此优选地也被可视化，以便能够实现与参考模型的同样被近似计算的信号变化曲线的视觉上的比较。
优选地，在大量单独测量的情况下通常以如下方式进行，即，使得阈值被逐渐改变，其中，优选地，调节了不同的阈值级。级越精细，则能够越精确地近似计算变化曲线。两个前后相继跟随的阈值之间的级在此优选自适应地例如取决于先前检测到的测量结果来匹配。如果例如检测到停止信号，则调节(增加/降低)距下一个阈值的尽可能小的级，直至达到描述各自的干扰部位的信号峰值或又渐渐消逝。
此外，在优选的设计方案中，根据停止信号的渡越时间来推断干扰部位的位置。通常，因此也产生或评估在干扰部位方面的位置评估进而是位置分辨的停止模型。
尤其地，为了实现尽可能高的位置分辨率，测量装置通常具有高的时间分辨率。该时间分辨率优选小于100ps，并且优选为大约50ps。也就是说，在时间上大于该时间分辨率地相互间隔开的两个事件作为分开的事件被检测且评估。
在适宜的设计方案中，生成具有多个行的时间模型(停止时间模型)，其中，在每行内保存有限定的(固定的)阈值的停止信号的渡越时间，其中，限定的阈值在行之间改变。因此，根据该时间模型可以立即鉴别出哪个阈值在哪个时刻被超过，从而立即识别到干扰部位处在哪个定位处。
特别地，也针对参考模型来保存此类时间模型(参考时间模型)，从而使得通过与停止时间模型的比较可以很简单地识别且评估推移。各时间模型因此尤其是指二维的矩阵。列给出了不同的渡越时间，并且行给出了不同的阈值。
在参考模型和停止模型之间的尽可能简单的比较方面，通常设置的是，基于处于初始状态的线路地在参考测量的范围内检测参考模型。在此，(如在停止模型的情况中)也尤其设置执行具有大量(大于10次、大于20次、大于50次或大于100次)单独测量的预先给定的测量循环。因此，在该参考测量中，可以整体上检测处于初始状态的线路的信号变化曲线。初始状态在此被理解为线路生产出的状态，或线路装入在机组或部件内的状态。这基于如下思考：在生产中，即在将插塞器或接口紧固在部件上时，典型地已经产生了初始的干扰部位。这可以是由于线路的不利的走向导致的或也由于在插塞器的区域内的卡夹部位所导致的折裂处或弯曲部位。然而，在按规定的联接中，这些初始的干扰部位在正常状态中或在原始状态中对于线路的正常运行是不关键的。因此，通过测量处于正常或原始状态中的线路且后续测量在一定的运行时间之后的线路，使得以简单的方式识别到是否且至何种程度已发生线路状态的变化。通过该措施，尤其也能够实现预测，并且也在线路的可能的故障时间方面或在剩余使用寿命方面进行预测。通过该措施可以因此及早对已呈现的缺陷做出反应，并且在需要时例如更换线路。
线路的测量在此反复地进行，尤其是定期地反复。视应用而定地，测量之间间隔为秒、分钟、小时、日或月。在汽车领域中，可以例如分别在例行检查中进行检验。
优选地，参考模型以加密的、经编码的形式保存。通过该措施保证了，只有知晓编码的被授权方才可以检验和评估线路。
适宜地，该方法被用于监测线路的温度负载或温度过载。为此，测量导体被具有与温度有关的介电常数的绝缘部(电介质)包围。在此，该绝缘部尤其是特殊的PVC和FRNC材料(英文：Flame retardant non corrosive material，中文：阻燃非腐蚀性材料)。具有与温度有关的介电常数的绝缘材料是已知的。基于温度相关性，温度变化导致被反射的份额的渡越时间改变，从而使得检测到的停止信号的渡越时间相对参考模型的参考时长相比发生位移。由该时间上的位移通常推导出变化的温度负载。通常，在例如20℃的环境温度下检测参考模型。为了获知在线路长度上被求平均的温度，确定反射的份额的渡越时间就足够了，该反射的份额在线路端部处或在位置上限定的、已知的干扰部位处反射。
此外，从时间上的推移的量推导出针对变化的温度负载的量。由此又可以推断出绝对的当前温度。原则上，这即使在不与参考模型比较的情况下也能够仅结合渡越时间来进行。如果超过预先给定的温度值，则这将被鉴别为线路被过负载。但优选地，进行与参考模型的比较，并且从相对的位移推断出可能的不允许的温度负载。
在优选的改进方案中，借助方法来获知线路外的外部状态变量，尤其是其值，其中，外部状态变量沿线路变化。这基于如下思考，即，沿线路改变的外部状态变量能够作为干扰量被察觉到，并且由此几乎形成干扰部位，这些干扰部位借助方法同样能被检测到。状态变量例如是温度，或也是周围介质内的变换，例如状态变换，尤其是从气态到液态的变换。
优选地，线路以特殊的测量方法被用作传感器、尤其是用作液位传感器。尤其地，结合位置分辨能够实现对液位高度的精确的确定。
替选地，线路构造为温度传感器并且例如被敷设在待监测的设备内部，其中，尤其地进行位置分辨的温度确定。因此，可以例如在设备内部获知或监测具有不同的温度的区域。
为了执行方法，根据本发明设置有具有测量单元的测量装置，测量装置被构造为执行方法。根据第一实施变型方案，测量单元直接整合在生产出的线路内，即例如整合在线路的插塞器内或也直接整合在线路内。作为其替选地，根据第二变型方案，测量单元被整合在例如汽车的车载电网的控制单元内。在第三变型方案中，测量单元最后整合在外部的例如手持的测量仪内，其中，该测量装置可逆地可与待检验的线路联接。
测量单元在此在适宜的设计方案中包括微控制器、可调的比较器、信号生成器以及时间测量元件。测量单元尤其是例如整合到微芯片上的数字式微电子电路。由于简单性，此类微芯片可以作为测量单元以大数量且以低成本生产。测量单元也可以直接整合到电路内或插塞器内。测量单元或微芯片此外还优选被构造成用于给出警告信号和/或与上级评估单元连接。此外，测量单元和/或上级的评估单元优选地也具有用于存储所检测到的测量值的存储器。
可变的阈值在此借助于测量单元尤其经由微控制器调节，并且也自动地改变。以适宜的方式，在此，微控制器通常被设立成用于自动执行前述测量循环。
附图说明
本发明的实施例在下文中根据附图详细解释。其中：
图1示出测量装置的简化图，其具有测量单元和待监测的线路；
图2示出测量单元的方框图用来解释方法；
图3A～3C示出针对不同状况的信号变化曲线的图示；
图4A、4B示出具有参考曲线以及配属的参考模型(图4B)的电压-时间图表；
图5A、5B示出具有第一曲线以及配属的停止模型(图5B)的电压-时间图表；
图6A、6B示出具有第二曲线以及配属的停止模型(图6B)的电压-时间图表；并且
图7A、7B示出相对于参考时间模型的停止时间模型的对照。
具体实施方式
在图1中示出了测量装置2。该测量装置具有线路4，线路又具有测量导体6，测量导体在纵向方向上沿线路4尤其是在线路的整个长度上延伸。线路4在所示的实施例中是简单的单芯线路4，即具有带中心导体10的芯8，中心导体被绝缘部12包围。在该绝缘部12内嵌入了测量导体6。原则上其他构造也是可能的。例如，中心导体10自身被考虑作为测量导体。替选地，测量导体6是同轴线路的内导体。在此情况中，测量导体被包围了电介质的绝缘部和例如构造为编织物的外导体包围。通常给测量导体6配属有返回导体，返回导体在图中未明确示出。返回导体例如是同轴线路的外导体。替选地，测量导体6和返回导体例如通过芯对形成。
测量导体6与返回导体一起与测量单元14联接，从而使线路4可以在与正常状态的偏差方面被监测。针对这种偏差的示例是线路4过度受热超出预先给定的运行温度并且/或者损坏，例如外导体的例如由于线路4的过度弯曲所导致的折断。测量导体6也受线路4的负载。
图2示出了测量单元14的简化的方框图且用于解释方法。测量单元14包括信号生成器16、微控制器18、时间测量元件20以及可调的比较器22。微控制器18用于控制和执行方法。因此，微控制器18给出用于执行各单独测量的开始信号S1。该开始信号S1被转送给信号生成器16和时间测量元件22。此外，微控制器18转送调节信号P，经由调节信号预先给定电压阈值V，并且在比较器22上进行调节。
根据开始信号S1，信号生成器16产生了测量信号M，尤其是矩形波信号，测量信号具有预先给定的时长T。该测量信号M在馈送位置24上被馈送到线路4内。在线路4内部，测量信号M朝线路端部13的方向传播，在线路端部上，测量导体6开放地构造。由此，测量信号M在线路端部13上被反射。反射的份额A(参见图3A～3C)沿相反的方向又行进到馈送位置24。
馈送位置24在实施例中同时是测量位置25，在其上截取到在测量导体6上存在的信号电平(电压水平)。但是在此，借助比较器22仅检验信号电平是否超过预先给定的阈值V(严格意义上的超过或低过)。一旦比较器检测到阈值V被超过，则比较器22将停止信号S2给出到时间测量元件20上。然后，该时间测量元件获知开始信号S1与停止信号S2之间的时间差，并且将该差作为针所测得的对于反射的份额A的渡越时间t转送。在该单独测量中，首先仅馈送单个的测量信号M，并且评估反射的份额A。在单独测量期间不进行多个测量信号的馈送。
在进行了该单独测量之后，微控制器18反复测量。为此，微控制器改变阈值V，尤其是只要事先未得到停止信号S2。在这种情况中(无停止信号)，则测量单元14在预先给定的最大的测量时间之后中断单独测量。
对于得到停止信号S2的情况，微控制器18确认测量死区时间D，并且将其例如转送给比较器22或时间测量元件20。测量死区时间D典型地比事先检测的渡越时间t高数10ps。在该测量死区时间D期间，时间测量元件20忽略掉可能输入的停止信号S2，或比较器22不产生停止信号S2。
测量死区时间的调节优选通过为比较器22加载以附加的阻断信号来进行，尤其是在所谓的锁存器(latch)输入端上，这导致比较器在施加阻断信号期间是停用的，即不给出输出信号。该阻断信号例如通过微控制器产生。
在此，在从下和从上超过阈值V时由比较器22给出停止信号S2。因此如果在评估开始时或在测量死区时间D之后电压值已处于阈值V之上，则比较器22仅在低过阈值V时才给出停止信号S2。由此，可以尤其也检测且评估信号电平的下降沿。
比较器22优选具有两个状态(1和0)，它们分别说明当前的电压值是否位于阈值之上还是之下。在状态变化(从1变为0或从0变为1)时，因此给出停止信号S2。比较器22的状态优选同样是能被评估的，从而例如可直接识别在测量开始时是否所施加的电压已处于阈值V之上(或之下)。
根据图3A至3C下面用图说明针对不同的状况的信号变化曲线，即在测量位置25上的实际的电压变化曲线。图3A在此示出了处于正常状态(参考)的线路的电压变化曲线，图3B示出了例如在作为干扰部位的折裂部位的情况下的信号变化曲线，而图3C示出了在温度负载变化时的信号变化曲线。
在所有三个图中，分别在上部图中示出了作为具有预先给定的信号时长T的示意性的矩形波信号的所馈送的测量信号M。在中部图中分别示出了反射的份额A，而在下部图中示出了在测量位置25处存在的测量信号M与反射的份额A之间的叠加的电压。因此，在测量位置25处通过测量信号M与反射的份额A的叠加获得了所合成的信号变化曲线rU。在图3A、3B中，在此分别以统一的单位说明相对于渡越时间的电压U。
如根据图3B很好地可见，信号时长T以如下方式被定大小，即，使得在测量位置25处实现测量信号M与反射的份额A的叠加。因此，所合成的信号变化曲线rU在一定的时间范围具有(在忽略衰减情况下)测量信号M的两倍电压。
在如在图3B中所示的干扰部位的情况中，附加的信号部分在更短的渡越时间T的情况下反射。该附加的反射的份额A在叠加的信号变化曲线rU中同样被很好地识别。
变化的温度通常导致测量信号M的不同的信号渡越时间。因为测量导体16在端部是开放的且因此在端部处发生反射，所以渡越时间t取决于温度地以表征的方式变化，这导致反射的份额A相比在图3A中所示的参考发生位移。根据该位移能够推断出温度比那话的实际的量。
图4A、5A、6A以多个切合实际的图示来示出在测量位置24处的合成的叠加的信号变化曲线rU。图4A在此示出了在正常状态下的、即在参考测量时的叠加的信号变化曲线rU。图5A示出了在附加的干扰部位以及温度升高的情况下的叠加的信号变化曲线rU。图6A最后示出了在附加的干扰部位的情况下且补充地在短路情况下的叠加的信号变化曲线rU。干扰部位例如是测量导体6的区域内发生折断或损坏，由此通常波阻抗变化且导致反射。
对于这三种状况中的每个来说，线路4分别在测量循环的框架内被测量。在该测量循环中，逐渐地升高阈值V，并且检测针对各自所配属的阈值V的渡越时间t。在图4A、5A、6A的实施例中，电压以统一的单位来说明。值1例如相应于1伏或也相应于100mV。所馈送的测量信号(电压阶跃)的幅值例如为1V。阈值例如分别以所馈送的测量信号的幅值的10％至20％的步长升高。相对所配属的阈值V的触发时间，即当由于给出停止信号S2而发生比较器22的触发时，分别通过垂直的线表示。基于多次单独测量，例如在此执行在总共10个阈值的情况下的单独测量，例如根据图4B产生参考模型REF或例如根据图5B或6B产生停止模型ST。在此，当各自的阈值V被超过时，相对每个阈值V检测时间(以纳秒ns为单位)。指数t1在此意味着渡越时间t超过直至阈值“1”，指数t2在此意味着渡越时间t超过直至阈值“2”。
在具有附加的干扰部位的叠加的信号变化曲线rU的情况中，能识别具有上升沿和下降沿的附加的信号峰值。
优选地通常设置的是，分辨率，即阈值相互间在不同的电压范围内的间距被不同地调节。例如，在例如示出了分外显眼的信号变化曲线的第一范围内，例如在信号峰值的范围内，通过减小阈值V之间的间距来提高分辨率。在实施例中，例如在4.5至5.5之间的电压范围内，以更小的步长调节阈值V。前后相继跟随的阈值之间的间距在此例如分别关于统一的单位地低于1，优选地低于0.5，且进一步优选地低于0.2。优选地，相反，在第二范围内通过阈值之间的更大的间距调节了更小的分辨率。在实施例中，这例如涉及0至4.5之间的电压范围以及6至9之间的电压范围。前后相继跟随的阈值之间的间距在此例如关于统一的单位地高于0.5，优选地高于1，或优选地高于1.5。分辨率在此优选地通过微控制器18调节。
如基于图4A、4B可见，将前4个阈值分配给渡越时间0(t＝0)，这是因为叠加的信号变化曲线rU的信号电平从开始就处于这些(低)阈值V上。由于在线路端部13处的反射，使得在与线路长度相关的限定的信号渡越时间之后，电压值连续地升高到大约测量信号M的电压值的二倍。这导致逐渐地有多个阈值V在不同的时间t5至t9时被超过。
参考测量值，尤其是参考测量的参考模型REF在此优选地存储在未详细示出的测量单元14的存储器内部，或者替选地也存储在其他的地方、例如上级的评估单元上。
根据图5B的停止模型首先示出了在针对电压值1至4的低阈值V的情况中的相同的模型。但值5被多次超过，即在时长t5＝1.1ns；1.5ns以及7.5ns时被超过。以此可识别到的是，在1.1至1.5ns之间的渡越时间t的情况中存在反射的份额A，其归因于干扰部位。该干扰部位先前在参考模型REF中未被识别到。就此而言，现在根据停止模型ST与参考模型REF的比较已经能直接识别到线路4在运行阶段中受到损坏。然后微处理器18根据损坏程度来决定是否给出以及以何种程度给出警告信号。
此外可见的是，针对在线路端部13处反射的信号部分A的渡越时间t6至t9已向更长的渡越时间t推移。根据该推移，附加地推导出线路4的温度负载发生变化、尤其提高。取决于推移地，微控制器18又决定是否给出以及以何种程度给出警告信号。
在图6A中所示的情况下，由于短路，使得在线路端部13处不发生反射。这可看出的是，对于更高的阈值V不再能检测到反射的份额A。
测量循环的结果可以原则上也存储在矩阵式的时间模型Z中，如这结合针对参考模型REF的参考时间模型Z(R)且结合针对停止模型ST的停止时间模型Z(S)在图7A、图7B中示出。左侧半图在此分别以电压-时间图表又示出了叠加的信号变化曲线rU。在各自的时间模型Z中，各行分别相应于固定的阈值V，并且各列要么配属于限定的渡越时间t，要么在各列(或行)中例举了针对各停止信号S2的渡越时间t的实际测量值。在图7A、7B中，时间模型Z示例性地作为具有零和一的Bit模型示出。在该情况中，因此各列仅相应于固定地预先给定的渡越时间t(时间窗)。结合针对参考的时间窗Z(REF)，可以理解典型的叠加的信号变化曲线rU。
通过将针对参考模型REF的时间模型Z(R)与针对停止模型ST的时间模型Z(S)进行比较，根据图7B在此很好地识别到已发生变化。一方面，在第二电压阈值V(第二行)和第二列中，即在单元[2；1]中现在包含1作为0的替代。单元[4；2]、[5；3]、[6；4]、[9；5]也不同于在根据图7A的时间模型Z(R)的情况下地未被占据，这同样意味着发生推移。这两个时间模型Z(R)、Z(S)例如通过比较被评估。优选地，作为Bit模型的替代建立了如下时间模型，在其中，当各阈值V被超过或低过时记录精确的渡越时间t。除了提高精确度外，在此也降低了所要求的数据量。

Claims (25)

1.用于监测具有测量导体的线路的方法，其中，
-在开始时间时将测量信号馈送到所述测量导体内，
-在存在干扰部位的情况下，所述测量信号在所述干扰部位处至少部分被反射，
-对所述测量导体监测被反射的份额，其中，在超过阈值时分别产生数字的停止信号，并且对所述开始时间与所述停止信号之间的渡越时间进行检测和评估。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，执行具有多次相继跟随的单独测量的测量循环，从而获得具有不同的渡越时间的多个停止信号，其中，所述多个停止信号持续至少为最大总渡越时间的10％的范围，所述最大总渡越时间是所述测量信号从馈送位置直至线路端部并返回到所述馈送位置所需的时间。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，通过至少一个停止信号产生表征所述线路的停止模型，并且将所述停止模型与具有至少一个针对所述线路的正常状态下的渡越时间的参考时长的参考模型进行比较并且对偏差进行检验。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述阈值是可调的。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，使所述阈值在相当于所述测量信号的幅值的至少0.5倍并且优选至少0.75倍的范围内改变。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，在测量循环的框架内执行多次单独测量，并且在每次单独测量中馈送测量信号，其中，针对不同的单独测量改变阈值。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，在测量循环的框架内执行多次单独测量，并且在第一次单独测量中检测到第一停止信号之后进行具有优选与在所述第一次单独测量中相同的阈值的第二次单独测量，其中，在所述第二次单独测量中预先给定测量死区时间，所述测量死区时间大于在所述第一次单独测量中检测到的、针对所述第一停止信号的渡越时间，从而使配属于所述第一停止信号的被反射的份额在所述第二次单独测量中不被检测到。
8.根据权利要求3至7中任一项所述的方法，其中，通过改变所述阈值来获知触发阈值，基于所述触发阈值来确定针对所述测量信号的波阻抗的大小的量。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，所述测量信号具有至少相当于穿过所述线路的信号渡越时间的两倍的信号时长，从而进行所述测量信号与所述被反射的份额的叠加。
10.根据权利要求1至9中任一项且根据权利要求6或7所述的方法，其中，针对单独测量改变所述测量信号的信号时长。
11.根据权利要求1至10中任一项且根据权利要求3所述的方法，其中，将上阈值调节到所述测量信号的电压之上或所述测量信号的电压之下。
12.根据权利要求1至11中任一项且根据权利要求6或7所述的方法，其中，通过大量单独测量获知具有不同的渡越时间的大量停止信号，其中，针对每次单独测量均记录所调节的阈值和属于该阈值的渡越时间作为值对，并且从大量值对获知信号变化曲线。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中，基于所述停止信号推断出干扰部位的位置。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其中，生成具有多个行的时间模型，其中，在每行中保存限定的、行与行不同的阈值的停止信号的渡越时间。
15.根据权利要求3至14中任一项所述的方法，其中，基于在初始状态中的线路、尤其是在所述线路生产出之后或在所述线路装入设备内之后，通过参考测量获知所述参考模型，并且后续在运行时间期间尤其是反复地测量所述停止模型。
16.根据权利要求3至15中任一项所述的方法，其中，所述参考模型以经编码的形式保存。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的方法，其中，所述测量导体具有导体以及包围该导体的、具有与温度有关的介电常数的绝缘部，从而使得温度变化导致所述被反射的份额的渡越时间发生变化，对所述渡越时间在温度负载方面进行评估，其中，优选地从所述停止信号相对于参考时长的时间上的推移推导出变化的温度负载。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，测量所述时间上的推移的量，并且由此获知针对所述变化的温度负载的量。
19.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，检测沿所述线路变化的外部状态变量、尤其是液位。
20.用于监测线路的测量装置，所述测量装置具有测量单元，其中，所述测量单元在与测量导体联接的情况下被构造成用于：
-在开始时间时将测量信号馈送到所述测量导体内，
-监测在干扰部位处被反射的份额，
-在超过阈值时分别产生数字的停止信号，
-检测所述开始时间与所述停止信号之间的渡越时间，其中，所述测量装置、尤其是所述测量单元还被构造成用于对所述渡越时间进行评估。
21.根据权利要求20所述的测量装置，其中，所述测量单元整合在所述线路的插塞器内或(车载)电网的控制单元内或测量仪内。
22.根据权利要求20至21中任一项所述的测量装置，其中，所述测量单元具有微控制器、可调的比较器、信号生成器以及时间测量元件。
23.根据权利要求20至22中任一项所述的测量装置，其中，借助于所述测量单元、尤其是通过所述微控制器来调节并且改变所述阈值。
24.根据权利要求20至23中任一项所述的测量装置，其中，所述微控制器被设立成用于自动执行具有多次单独测量的测量循环，其中，针对不同的单独测量使所述阈值变化。
25.根据权利要求20至24中任一项所述的测量装置，所述测量装置构造为传感器、尤其是液位传感器或温度传感器，用以检测外部状态变量。
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