CN117413468A - 用于对能量引导链中的管线进行状态监测的系统 - Google Patents

Abstract

一种监测系统，其包括：具有可运动区段的管线导向装置(1；41)和至少一条与待监测的管线区段(130)一起由管线导向装置(1；41)导向的管线(13)，和监测装置(10)，其具有第一模块(200A)和第二模块(200B)，所述模块分别设置在待监测的管线区段两侧。根据本发明，模块(200A，200B)共同起作用地实施，以在正在运行时求取管线区段(13A；13B)的与预先确定的高频(HF)信号相关的电传输特性。第一模块(200A)包括与待监测的管线(13)耦合的HF发生器，以将预先确定的HF信号作为检验信号耦合到管线区段(130)上。第二模块(200B)具有HF接收器，其与待监测的管线耦合以将HF信号从管线区段(130)耦出，并且设置用于评估所接收的HF信号的特性，以求取至少一个涉及在管线区段(130)上的传输质量的值。

Description

用于对能量引导链中的管线进行状态监测的系统

技术领域

本发明总体上涉及对导电的管线、尤其下述管线进行状态监测的领域：所述管线由例如能量引导链或者诸如此类的动态的管线导向装置导向，以便供给可运动的消耗器。本发明尤其涉及对运动的管线的监测。

这类的管线(例如用于数据和/或用于电流供给的供给管线)的有限的使用寿命和可能导致的停止运转取决于由应用确定的运动而不可避免，并且会导致危急的情形和高的成本。

本发明尤其涉及一种用于在管线正在实时运行时进行管线状态监测的系统和方法，所述系统包括监测装置，该监测装置具有第一模块和第二模块，所述第一模块和第二模块分别设置、例如连接或者耦合在待监测的管线区段的两侧。该待监测的管线区段典型地布置在可移动的管线导向装置中，用于对至少被监测的管线进行受保护地导向，其中，管线导向装置具有在第一接头位置和相对于该第一接头位置可相对运动的第二接头位置之间的至少一个可运动的区段，待监测的、由于运动而被加负荷的管线区段由所述至少一个可运动的区段导向。

背景技术

例如，在申请人的WO 2020/104491 A1中已提出这种类型的系统。在这里，在待监测的管线区段上在端侧设置有两个模块。这些模块分别使用数字的数据传输协议的协议层的特性来实现状态监测。在这里缺点是，用该原理只能监测下述管线：所述管线被确定或者至少也充分地适用于这类数字的数据协议(例如以太网)。此外，原本的数据传输——因为要使用其协议特性——有时会至少轻微地被系统影响，由于仅仅为了检验或者监测管线状态而被传输的附加的数据。

DE10112844A1中已提出一种用于在正在运行时不影响原本的用户数据传输的情况下进行在线的管线状态监测的解决方案。在这里，检验方法例如通过场总线管线检测数据传输协议的不活动的阶段，以便在不活动的阶段期间借助于检验装置在不中断传输协议的情况下传输检验信号。探测并且评估检验信号沿着传输管线的反射。

不同于WO 2020/104491 A1地，大多数到现在为止所提出的解决方案(例如在DE10112844A1中也)使用反射测量、在大多数情况下根据时域反射计(TDR：time-domainreflectometry)的原理的反射测量来通过观察被反射的波形确定电导线的特性。在这里的优点是，由此能够定位故障位置。然而，这些方法在技术上非常费事并且在大多数情况下不适用于正在运行中(在线)的应用。

发明内容

因此，本发明的第一任务在于，因此提出一种解决方案，该解决方案允许在运行期间对电导线进行状态监测，其中，该解决方案应能够在对既定的运行具有尽可能小或者没有影响的情况下和/或以相对小的花费实现。该任务通过根据权利要求1所述的监测系统、根据权利要求2所述的适配器系统或者还有根据权利要求15所述的应用或方法相互独立地解决。

在根据来自权利要求1的前序部分所述的这种类型的监测系统中，为了解决任务而提出：两个模块共同起作用地实施，以在正在运行时求取待监测的管线区段的与预先确定的高频信号、尤其HF信号相关的至少一种电传输特性，所述预先确定的高频信号与待监测的管线的既定的使用无关或者既定地不作为有效信号(Nutzsignal)使用并且优选地尽可能无干扰地选择用于使用，尤其在可能的干涉方面。在这里，根据本发明的基本思想，求取涉及非预期(bestimmungsfremd)的HF信号在管线区段上的传输质量的值、尤其是关于所接收的信号强度或者信号衰减的值并且将其用于评估。

为此，尤其首先设置：第一监测模块包括HF发生器或者HF源，所述HF发生器或者HF源与待监测的管线耦合，以将预先确定的HF信号作为单独的、独立于目的确定的应用的信号以检验信号方式引到待检验的管线区段上，例如用电施加或者耦入(馈入、并入、调制或者诸如此类)到管线的至少一个导体中。

另一方面，第二模块具有适用于HF信号的HF接收器或者HF信号部(HF-Signalsenke)，所述HF接收器或者HF信号部与待监测的管线耦合，以从管线区段接收HF信号，并且该模块或者HF接收器设置用于评估所接收的HF信号的特性，以求取至少一个涉及在管线区段上的传输质量的值、尤其关于所接收的信号强度或者信号衰减的值。优选地，第二模块设置用于通过另外的连接、尤其有线的或者还有无线的连接将该值输出给上级的单元。

与待监测的管线的耦合能够是导电的或者非导电的，例如电容式地和/或感应式地进行。视应用情况而定地，在数据管线的情况下可能导电地进行，在传导供给电压的管线的情况下优选非导电地进行，例如为了保护绝缘的目的。

当前，如一般地在具有高频(HF，英语RF表示radio frequency)的电子技术中，首先总体上大约10kHz至THz范围的频率范围被称为高频(HF)(也就是说，不只是例如来自短波的无线电技术的受限的HF定义或者在MF无线电和VHF无线电之间的范围)。当前，高频尤其理解为在从至少1MHz直至10GHz的范围内的频率，尤其还有典型的无线电频率。特别优选地能够使用根据ITU无线电规则(2012版第5款)的免批准和免许可的ISM带(工业的、科学的和医疗的频带)中的一种。

此外，提出一种用于在运行时对管线进行状态监测的适配器系统，该适配器系统具有两个相应的模块，所述模块能够分别按适配器方式连接在待监测的管线区段的第一端部或者第二端部上。根据本发明，在这里相应地设置：

-所述模块共同起作用地实施，以在正在运行时求取管线区段的与预先确定的HF信号相关的至少一种电学的HF(高频)传输特性，所述信号优选与待监测的管线的既定的使用无关，和

-第一模块包括HF发生器，所述HF发生器能够与待监测的管线耦合，以将预先确定的HF信号作为检验信号施加；和

-第二模块具有HF接收器，所述HF接收器与待监测的管线耦合，以从管线区段接收被施加的HF信号，并且所述HF接收器设置用于评估所接收的HF信号的特性，以求取至少一个涉及在管线区段上的传输质量的值、尤其是关于所接收的信号强度或者信号衰减的值。

此外，至少第二模块能够设置用于，通过另外的连接、尤其是有线的连接将该值输出给上级的单元。

本发明首先基于反直觉的方案：将管线改变用途地用于非既定的HF信号，所述HF信号尤其能够具有同样反直觉的、确定用于无线的传输的无线电信号的形式。本发明能够设有无线电信号、尤其设有用于进行无线地数据通信(用于检验有线的导体)的无线电信号。例如能够涉及一种具有高频的载波频率的无线电信号，必要时通过调制将信息调制到所述载波频率上，然而，所述信息的使用对于管线的既定的使用不重要。

此外，本发明基于以下的认识：如果HF信号的使用不是打算用于其原本的信号功能、例如信息传输，则在管线和HF信号之间的不利的匹配不重要。所述检验信号的绝对传输质量对于本发明不重要。

相反地，在不想要被理论约束的情况下，在具有干扰位置的管线、尤其是单线管线或者两线管线上的辐射损耗大约随着信号频率二次幂地提高。因此，较高频率的信号通常适用于对在运动的柔性的管线中、尤其在能量引导链中(例如由持续弯曲变换引起的横截面改变、弯折、绞合线断裂或者其他的干扰位置引起)的典型的磨损现象的识别。然而，例如在理想化的单线导体或者两线导体中，信号衰减能够是相对低的。

基本上，监测检验信号的传输质量的相对改变并且将其作为用于管线的磨损或者取决于磨损的退化的指标来利用。

因而，在一个实施例中设置，用于监测的预先确定的HF信号是无线电数据传输信号。

在这里，HF单元(HF发生器和/或HF接收器)分别能够实施为相应的无线电收发器的组成部分。由此，能够使用例如商业上通用的、价格便宜的无线电收发器。

一种有利的实施方式设置，HF发生器和HF接收器实施为集成的电路、尤其是无线电IC(IC＝integrated circuit/集成电路)的组成部分。HF单元优选地能够作为无线电IC的组成部分存在，所述组成部分在两个模块中结构相同，这尤其使结构类型统一化并且降低成本。

在这样的实施方式中，优选地设置，HF发生器和HF接收器分别实施为用于根据商业上通用的无线协议或者无线标准进行数据传输的无线电IC的组成部分，所述组成部分自然地已经实现用于估计所接收的信号强度的功能。这样的无线电IC的实施例是例如用于WLAN、LoRa-WAN、LTE或者用于无线数据传输的类似的协议/标准的IC或者芯片组。在此，不必或者不应使用原本的用于数据传输的功能，而主要是使用用于信号品质确定、尤其用于HF信号或者无线电信号(其通过被监测的区段接收)的相对质量的估计的集成功能。例如，WLAN/WiFi在2.4GHz频带(IEEE 802.11b/g/n)或者5GHz频带(IEEE 802.11a/h和IEEE802.11n)中设置RSSI测量或者RCPI测量。RSSI表明所接收的功率电平。LoRa-WAN例如在欧洲具有大约433至435MHz(ISM频带区间1)和863至870MHz(SRD频带)的频带或者在北美具有902至928(基本频率915MHz)的频带，在LoRa-WAN的情况下，RSSI测量或者诸如此类的测量典型地已被设置为商业上通用的LoRa-IC的附带提供的功能。其他同类的、用于估计在被监测的管线上所接收的信号强度或者信号衰减的方案也位于本发明的框架下。

优选地，为此而使用商业上通用的无线电IC的协议或者标准固有地实现的功能以用于根据商业上通用的无线协议或者无线标准进行数据传输。这尤其避免了费事的测量技术的成本，这在常用的TDR方案中是常见的。

优选地，所使用的HF信号具有与待监测的管线的原本的实际应用的既定的使用尽可能无关的频谱，尤其是在明显较高的频带中、例如尤其是在1MHz直至10GHz的范围内、尤其是在100MHz<f<7GHz的范围内的基本频率f周围的频带中。在此，用于协议或者标准固有地调制的载波频率也能够/替代地能够位于这个范围内。选择应如下进行，使得HF信号与管线的有效信号产生尽可能少的干涉。

根据示例性的原型进行的初始试验表明，LoRa无线电信号施加或者并入到以太网线上，允许基于RSSI值进行在磨损或者磨耗方面敏感的监测，而不过度地干扰以太网传输。

因此，优选地能够设置，至少第二模块设置用于，尤其预先配置HF接收器或者无线电IC，用于所接收的HF信号的HF衰减测量，尤其用于RSSI测量。在结构相同的IC中，这种可能性存在于两个模块中，从而在合适地实施的情况下也实现可互换的使用。

尤其是在使用传统的无线电IC时，这些无线电IC能够借助于既定的天线接头与待监测的管线区段耦合或者是可耦合的，为此，必要时设置合适的耦合单元或者耦合电路。

在一种实施方式中，两个模块包括用于将HF发生器或者HF接收器与待监测的管线区段直流式地耦合的耦合电路。有利地，所述两个模块能够包括另外的功能单元，尤其是：

-第一滤波器元件，尤其是具有与HF信号相匹配的滤波器特性；

-用于与多导体管线的不同的导体可选择地耦合的切换元件；和/或

-阻抗匹配元件。

在从属权利要求8-14中可得系统或者模块的另外的有利扩展方案。

在使用模块的情况下的监测优选地在额定运行期间持续地进行，必要时例如在时间上不连续地在预先确定的规则的或者不规则的时间点进行。

在这里，尤其是要强调对检验信号的质量值的优选外部的进一步处理，所述质量值对于在被监测的管线区段上的传输质量是指示性的。为此，用作接收器的模块能够将确定的值(例如，RSSI值)必要时在转换为数字值之后以任意合适的格式传送给独立的评估单元。

因而，在一种实施方式中设置，系统具有独立的评估单元，所述评估单元基于涉及传输质量的值来求取关于待监测的管线的状态的信息，并且为此例如将该值与预先存储的信息进行比较。

对此补充地或者替代地，第二模块能够通过另外的连接、尤其有线或者还有无线的连接与上级的单元或者评估单元可连接或者被连接。

为此，评估单元尤其能够将传输质量值(例如RSSI值)与预先存储的公差范围进行比较。典型地，公差范围与应用相关，尤其例如与管线型式、管线长度、所使用的插头和另外的参数相关。公差范围能够在投入使用时通过初始化和/或在最初被看作无缺陷的运行时段期间确定并且例如被存储在评估单元中。纯示例性地，如果在投入使用时在能量链的若干个移动行程之后，RSSI值在-52dBm至-56dBm(Decibel-Milliwatt，分贝毫瓦)之间波动，则作为公差范围关于这些值+/-2dBm的值(即从-50dBm到-58dBm的值)能够视为是名义上可接受的。对预先确定的公差范围的相应离开能视为潜在的不良情况。为了避免假阴性的结果，对不良情况的判断在必要时应借助于判断公差(例如通过在同时进行的时间窗口期间的积分)来触发反应。该反应能够是例如用于预测性地维护的维护消息或者用于为安全目的而触发设备停止的控制信号。

现在，对例如RSSI值或者类似值(所述RSSI值或者类似值提供关于所接收的信号强度或者信号衰减的信息)的监测和其与预先存储的公差范围的比较被视为一种优选的方案。预先存储的公差范围能够例如由经验值作为程序输入或者参数化或者通过与应用相匹配的初始化过程来训练，其中，其他的方案也是可行的。

总体上优选地，在管线导向装置运行期间持续地监测。

在导电地耦入的情况下，所提出的模块能够具有与被监测的管线相配地选择的、用于可松脱的插入式连接的插口。因为两个模块中的一个尤其布置在能量引导链或者动态的管线导向装置外部的、可运动的消耗器上，所提出的系统能够固有地识别在可运动的接头上的插头中故障的不少见地发生的情况。由于运动负荷，在实践中经常会发生故障情况，所述故障情况不是由于在原本的管线中的磨损引起，而是由于机械式的负荷、例如在芯线中的使可运动的接头上的插头发生故障的拉力引起。在这种情况下，传输的恶化自然地也可能被同时检测到。

此外，本发明也涉及一种用于在运行(在线)时对管线进行状态监测的方法或者这样的系统的应用，其具有根据独立权利要求15的方法特征。

除了由单个的链节制成的能量引导链之外，也可考虑其他类型的动态的管线导向装置，在所述管线导向装置中，在运行时给管线动态地加负荷。纯示例性地，例如WO 2016/042134 A1公开了一种用于净化空间应用的柔性的管线导向装置，本发明也能够应用到所述净化空间应用上。

所提出的解决方案适用于在正在运行时对不同的管线(连同数据线、例如也用于电流供给管线的总线线路在内)进行状态监测。在此，管线尤其能够在动态的管线导向装置中被导向。该原理能够应用到极不同的数据线上，例如以太网(IEEE 802.3)、PROFIBUS或者例如CAN总线、EIA-485或者诸如此类的其他的工业场总线类型或者其他的控制线。然而，例如，不同于在WO 2020/104491 A1中，所提出的原理也能够容易地应用到用于纯电流供给的供应管线上。

所提出的解决方案允许尤其前瞻性或预防性的维护以避免停止运转。

附图说明

以下，在不限制以上所述的一般性的情况下，根据优选的实施例参照随图解释本发明的另外的有利的特征和作用。在这里示出：

图1：在侧视图中的能量引导链的原理草图，该能量引导链具有根据第一实施例的、根据本发明的监测系统；

图2：用于将HF信号施加到管线上的模块的原理示意图；

图3A：用于监测系统的、尤其根据图1的监测系统的、根据本发明的模块的实施例的原理示意图；

图3B：具有用于监测系统的、尤其是根据图1的监测系统的、根据图3A的原理的两个模块的系统的原理示意图；

图4：工业机器人的侧视图作为应用示例，该工业机器人具有可在空间上偏转的能量引导链，该能量引导链能够配备有根据图1的监测系统；和

图5：在侧视图中的能量引导链的原理草图，该能量引导链具有根据第二实施例的、根据本发明的监测系统，该监测系统具有感应式的耦合。

具体实施方式

在图1中，作为动态的管线导向装置的实施例，示意性地示出的能量引导链总体用1表示。能量引导链1用于将电导线(未更详尽地示出)受保护地导向至可运动的消耗器。在运动的部段2(这里是上部段)和静止的部段3(这里是下部段)之间，能量引导链1构成具有预先给定的曲率的随同运动的转向弧4。为了避免管线断裂，转向弧4具有预先给定的、最小的曲率半径。能量引导链1以此确保，不低于被导向的管线的允许的曲率半径。典型地，能量引导链1构成内部导向通道，与应用相关的数量和类型的管线在所述内部导向通道中被导向。能量引导链1的结构类型对于本发明而言不是决定性的；例如，可考虑所有自身已知的动态的管线导向装置，必要时也考虑这样的没有单个的链节的管线导向装置，例如带式的管线束或者在柔性的软管中被导向的管线束。

图1纯示例性地示出一种典型的布置，其具有线性地并且在一个平面内例如水平地移动的能量引导链1。在图1中，运动的部段2在第一接头端部2A上例如以下述端部链节终止，所述端部链节紧固在可运动的机器件(未示出)的带动件上。静止的部段3在第二接头端部3A上例如以下述端部链节终止，所述端部链节紧固在机器或者设备的固定点上，如在图1中示意性地标明的。图4示出一种其他的、通常在工业机器人上使用的类型的能量引导链，其具有在空间上可偏转的链节，也就是说，可三维地运动的能量引导链。

图1示意性地示出监测装置作为本发明的一方面，该监测装置总体用10表示。监测装置10包括第一模块200A和第二模块200B，所述第一模块和第二模块根据本发明包括HF(高频)单元，如现在更详尽地说明的。

模块200A，200共同起作用，以便在管线13或者被其供给的机器或者设备正在运行时求取管线在能量引导链1中被导向的管线区段130(图3B)的与预先确定的HF信号相关的至少一种电学的HF(高频)传输特性，所述预先确定的HF信号作为检验信号特地为此目的耦合到管线区段130上。

图2非常示意性地示出第一模块200A，其具有HF发生器(英语：RF，radiofrequency)，所述HF发生器将预先确定的HF信号20(在图2中示意性地打点地示出)在这里交付或者耦(入)到被监测的单芯线13A上。信号13A与在管线13的既定的使用中所使用的信号23(示意性地点划线地在单芯线13A上示出)无关，并且以此产生优选最小的或者不值得注意的干涉。例如，原本的运行信号23纯示例性地能够是以太网信号、根据任意的工业总线的信号、或者也可以是非基于数据包的总线系统的信号、或者任意的数字的或者模拟的控制管线或者测量管线，例如用于促动器(驱动器、发动机或者诸如此类的)或者任意的传感器、例如旋转编码器。

本发明基本上也能够应用到电流供应管线上。如图2示意性地示出的，第一模块200A具有HF发生器210，所述HF发生器与待监测的管线13(这里例如是单芯线13A)耦合，以便将预先确定的HF信号作为一种类型的检验信号附加地施加到单芯线13A上。原则上，尤其是在数据管线的情况下，考虑各种合适的导电的耦合，或者尤其是在进行电压引导的供给管线的情况下，考虑无接触的耦合、尤其是感应式的耦合。

如图3B更详尽地示出的，第二模块200B连接在待监测的管线区段130的另外的端部上，例如通过插头插口连接来连接。这些模块能够按适配器方式实施，具有与被监测的管线相配的输入和输出插口，例如用于CAT7以太网线路的RJ-45插口或者其他的合适的插口。图3B示意性地直观地说明多条单芯线13A，13B等等，所述多条单芯线在这里示例性地作为四对双绞线存在，然而是应用特定的，也就是说，取决于待监测的管线13。

第二模块200B具有HF接收器，例如呈HF收发器210形式的HF接收器(参看图3A)，所述HF收发器与待监测的管线耦合并且从管线区段130截取或者接收检验信号或者HF信号20。第二模块200B尤其设置或者配置用于求取一值，该值描绘检验信号的所接收的质量、尤其在管线13的可运动的接头上用模块200所接收的HF信号20的信号强度或者信号衰减。为此，例如，在第二模块200B中的HF收发器210设置用于，评估所接收的HF信号的特性，并且因此为在管线区段130上的传输质量生成用于信号强度或者信号衰减的指示值。

如图1示出地，第二模块200B优选地设置用于，通过另外的连接(例如有线的USB连接，所述USB连接同时用电供应模块200B)将至少该值输出给上级的监测单元100，例如输出给下述模块：该模块可通过igus GmbH，51147科隆的商标“i.Cee:plus”或“iCom”买到。监测单元100尤其能够设置用于，与在所期望的应用中的设施技术或与云解决方案通信。

在一种实施方式中，在两个模块200A，200B中使用用于无线电数据传输的、结构相同的集成电路，简称为无线电IC 210(英语术语“radio”)，所述集成电路不但能够用作发送器(Tx)或者HF发生器而且能够用作接收器(Rx)。因此，HF发生器和HF接收器优选地由这样的无线电IC 210的收发器(Trx)实现。

优选地，使用用于在商业上通用的在ISM频带、例如LoRa-WAN(Long Range WideAreaNetwork，长距离广域网：见https://lora-alliance.org/)中的无线电标准的无线电IC 210，其具有RSSI测量或者类似的。同样地，可考虑WLAN-IC或者芯片组，尤其根据Wi-Fi或者IEEE 802.11家族的标准。优选地，考虑各种无线电IC 210，其具有RSSI(ReveivedSignal Strength Indicator，接收信号强度指示器)或者类似RSSI的功能、例如根据IEEE-802.11的RCPI(Reveived Channel Power Indicator，接收通道电源指示灯)。因而，在第二模块200B中的在接收器侧的无线电IC 210自然地并且低成本地适合于，提供关于所接收到的信号强度或者信号衰减的所期望的值，尤其是作为根据无线电IC 210的制造商规格的数字的输出值提供。HF接收器能够以任意格式输出该值，例如也能够将其作为在接头上的模拟的电压输出。

在一些商业上通用的无线电IC 210中，例如在ZF放大器之前的中频级(ZF)中导出RSSI。那么，RSSI输出能够作为IC的模拟的直流电平提供，并且例如在外部转换为数字值。所有相应的模拟值(合适的无线电IC 210将所述模拟值作为集成的接收场强测量的结果提供)能够例如根据设备地进行衡量(skalieren)并且转换为RSSI值或者转换为无量纲的功率电平，单位为dBm，或者用ASU(Arbitrary Strength Unit，任意强度单位)或者诸如此类的表达和使用。来自无线电IC 210中的ZF级的这样的模拟值也能够由在无线电IC 210中的内部的模数转换器(ADC)扫描，所述模数转换器通过接口(例如外围的处理器总线)数字地提供产生的值以供使用。提供的和值的特定的类型不重要。

原则上，本发明能够有利地使用各种合适的方式的充分确定性地求取、估计或者测量，尤其是在所接收到的检验信号的质量、例如信号强度或信号衰减或者接收场强方面。使用具有已经为此集成的功能(例如在LoRa-WAN IC中的RSSI确定或者WiFi-IC的RCPI确定)的商业上通用的无线电IC 210是特别成本有利的。典型地，该值在对数刻度上位于<0dBm(无损耗的传输的理想值)直至-100dBm([准]无信号接收)的范围内。其他的无线电标准也提供这样的功能，例如LTE。

图3A直观地说明一种硬件实现，该硬件实现不但能够作为发射器侧的第一模块200A使用，而且能够作为接收器侧的第二模块200B使用。在这里，模块200A或者200B尤其在硬件上结构相同地实施，但必要时在软件上不同地配置或者编程，尤其配置或者编程为发射器(Tx)和具有对接收信号的质量的评估功能的接收器(Rx)。

与之相应的是所使用的无线电IC 210、例如LoRa-WAN IC，借助于所述LoRa-WANIC的天线接头212与待监测的管线区段130耦合。在模块200A，200B中设置耦合电路220用于耦合，这里例如用于天线接头212与待监测的管线区段130、尤其是与多条单芯线中的一条或者有选择地其中一条等等直流地耦合。

能够在耦合电路220中设置第一滤波器或者第一滤波器元件，其尤其具有与HF信号20相匹配的滤波器特性，从而尽可能小的份额或者没有份额的既定信号23到达天线接头212上。滤波器元件能够例如作为陡边的π滤波器或者说带通滤波器调设到HF信号20的无线电频带上并且优选能够用具有离散成分的模拟技术来实现。耦合电路220必要时能够具有切换单元或者切换元件，用于能选择地或者能调设地与管线区段130的不同的导体或者芯线13A，13B等等(参看图3B)耦合，尤其是当必须监测所有管线的功能能力时。此外，必要时，能够设置至少一个阻抗匹配元件，用于至少改进在芯线13A，13B等等和天线接头212之间的匹配。

一般而言优选地，无论所使用的耦合的类型如何，也就是说，例如在感应式的耦合的情况下也设置合适的去耦合滤波电路，所述去耦合滤波电路抑制检验信号或者HF信号20的所有寄生的、尤其是有线的或者非期望的传播路径，并且检验信号被局限于被监测的管线区段130上。

此外，图3A示出用于为了在监测期间既定地使用待监测的管线的目的而用于管线13或者其单导体13A，13B构成回路的电路组成部分或者装置230。在该电路组成部分230中优选地包括有滤波器元件232，所述滤波器元件将HF信号到用于管线13的两个接头201，202之一的传输基本上局限于待监测的管线区段130上。为此，滤波器元件232能够例如实施为带阻滤波器或者带止滤波器，所述带阻滤波器或者带止滤波器让伪无线电信号或者检验信号20的频带尽可能不经过客户设备的部分15，16。

优选地，该模块具有在壳体204中或者借助壳体204实现的、尽可能进行包围的屏蔽罩，以尽可能完全地减少由无线电IC 210引起的无线电辐射，从而尽可能地排除在模块200A，200B之间的非期望的空气连接。壳体204的屏蔽罩也防止，例如外部的无线电信号干扰并且短暂地或者持续地歪曲诊断结果。

为了控制和/或进行信号评估或者对来自无线电IC 210的值进行进一步处理，该模块还能够具有控制单元、尤其是如微处理器240或者诸如此类的可编程的集成电路。所述微处理器能够通过另外的合适的接头203出于数据连接的目的与评估单元100连接，例如通过用于控制无线电IC 210中的HF发生器或者HF接收器的USB接头连接。通过微处理器240和接头203例如也能够根据发射器行为(在用作第一模块200A时)或者接收器行为和评估(在用作第二模块200B时)进行有选择地调设。如在图3A中的架构可见，所示出的模块200A/200B能够有选择地用作发射器或者接收器，为此，仅需要对接头进行反向地使用(交换设备侧/能量链侧)和相应编程。

电流供给(未示出)或者能够通过被监测的管线13或者也能够通过例如USB接头203进行，这取决于该模块是用作发射器模块200A还是用作接收器模块200B，因为接收器模块200B优选通过接头203连接到上级的独立的评估单元100上并且能够例如与其一起装配在开关柜中。

评估单元100能够必要时通过控制单元240和接头203或者替代地通过另外的未示出的外部无线连接从模块200B或者从无线电IC 210持续地获得当前涉及传输质量的值、例如RSSI值，并将该值例如与预先存储的参考信息(优选地具有公差范围)进行比较，和/或将该值转发给另外的上级的计算机控制装置，该计算机控制装置评估所述值并且在必要时能够在设备中进行干预，例如触发紧急停止。

评估单元100或者其他的、优选与紧凑的成本便宜的模块200A，200B分隔开的单元基于所获得的涉及模块200B上的接收质量的值来求取关于待监测的管线的状态的状态信息，该值对于在被监测的管线区段130中的非期望的物理的变化以及在必要时其与接头201或者202的插入式连接是有效力的。

在一个实施例中，评估单元100自身通过将RSSI值与先前所存储的公差范围进行比较来对其进行评估。在其低于或者还有超过的情况下，评估单元100向上级的监测器发出警告或者错误消息，优选通过独立的通道发出。由此实现预测性的维护，因为在接收器模块200B上的接收质量的恶化通常在管线13完全不起作用之前发生。

作为用于监测装置10的示例性的应用情况，图4示出一种关节臂机器人40，例如用于在生产过程中对工件进行全自动地手操纵。这里，例如可线性地移动的能量引导链1(类似于图1-3地)从关节臂机器人的位置固定的基座40A导向至一转动关节，从该转动关节出发，在空间上可偏转的第二能量引导链41(例如根据WO 2004/093279 A1)继续延伸至端部执行器42或者端部侧的机器人工具。典型地，在端部执行器42上设置有一定数量的促动器和传感器，所述促动器和传感器已经适用于常见的场总线协议或者例如PROFINET协议。

这些促动器和传感器也能够通过管线13供应，所述管线以一区段130(图3B)在第二能量引导链中导向。因而，根据图1-2和图3A-3B的原理的监测装置10能够对至少一条或者必要时对所有的数据和/或信号管线监测其磨损状态，所述数据和/或信号管线由能量引导链1，41、尤其由能量引导链41导向。为此，仅需要可价格便宜地实现的模块200A，200B和必要时的评估单元100，所述评估单元也能够以软件模块形式在已存在的计算机上实现。已存在的控制单元或者监测单元也能够用作评估单元100。

在发射模式下使用收发器(可能是接收器模块200B)时，能够将检验信号的相关质量值回传给发送器模块200A。因而，与在图1中所示出地相反地，接收器模块200B也能够布置在运动的机器或者设备部分上，并且必要时通过检验信号20将例如RSSI值连续地回传给发射器模块200A，所述发射器模块然后又与评估单元100连接。

因而，所提出的、用于监测管线状态的系统提供一种用于支持预测性维护和/或用于减少或者避免停机时间的价格便宜的解决方案。本发明尤其允许较脆弱的并且有时也成本密集的数据管线、专用管线或者诸如此类的在它们可能的使用寿命方面最大限度地使用，也就是说，避免不必要的过早地更换。

此外，该解决方案也能够应用到电路供给管线上。

图5示出一个优选的实施例，其具有两个模块500A，500B，以检验信号20(图2)感应式地耦入或者耦出到管线13的待监测的管线区段130上，所述管线在能量引导链1中被导向(参看图1)。

为此，根据图5，在每个模块500A，500B中，感应线圈520缠绕在管线区段130的相应的端部区域周围，并且将所期望的检验信号20感应式地耦入或者耦出。每个模块500A，500B具有两个成对的或者彼此相配的半壳504A，504B，所述半壳提供尽可能地进行包围的屏蔽罩，以便尽可能完全地减少通过在模块500A，500B之间的非期望的空气连接或者无线电连接引起的无线电辐射。这也防止，例如外部的无线电信号干扰。

在半壳504A中分别设置有与图3A相应的结构类型的电路，用于耦入或者耦出检验信号20。该电路(未更详尽地示出)同样地具有合适的无线电IC 210(参看图3A)，根据其频带调整例如感应线圈520的长度。感应线圈520与无线电IC 210导电地连接。与图3A相反地，在图5中，检验信号20在管线13中的耦入和耦出然而纯感应式地(也就是说，在待检验的管线13上没有改变地)进行。

此外，两个半壳504A，504B具有成形槽，以确保预先确定的绕组几何形状、特别是恒定的绕组捻距和感应线圈520到管线13的相同的径向间距。检验信号20的耦入和耦出在图5中也优选地通过结构相同的单元或者模块500A，500B实现。

与管线区段130的感应式地耦合能够以各种合适的结构型式实现。对在图5中所示出的结构类型替代地，这例如也能够以电流转换器或者单绕组变压器(英语：single-winding-transformer)的方式实现。在这里，在每个模块500A，500B中，围绕管线区段130的端部区域能够分别布置有可磁化的环式芯、例如由两个芯件(例如半环)制成的铁氧体磁芯(未示出)。感应线圈520能够以感应式的电流转换器或者插入式互感器的方式作为次级线圈与环式芯共同起作用，其中，管线区段130在理想电路图中是(唯一的)初级绕组。以此方式，也能够实现检验信号在感应线圈520之间的传输，所述传输实现对管线区段130的状态的监测。

例如根据图5的感应式耦合基本上是优选的。感应式耦合的重要优点在于，能够在没有各种改变或者没有干预的情况下将模块500A，500B安装在待监测的管线上，通过在能量引导链1的两侧的所期望的位置上简单地缠绕或者包围来安装。例如根据图5的感应式耦合尤其也适合于进行电压传导的供给管线，在所述供给管线上，由于安全原因，干预更是非希望的。

在适当地选择无线电IC 210的情况下，本发明允许一种没有复杂的技术的价格便宜的解决方案，该解决方案能够在运行时使用，而不干扰管线13(例如所传输的数据)的既定使用。检验信号20必要时能够仅被用于检验其传输质量，也就是说，尤其不必用于原本的消息传输或者信息传输。

尤其在另一方面，被监测的管线13自身的用于原本的应用的既定信号不被用于监测目的。此外，以相对小的功率实现对管线状态的持续地(必要时连续地)检验/监测。

能够使用不同的度量来检验在接收器模块中的接收质量，只要它们对于管线区段的当前的状态具有效力。

根据本发明的系统或者方法借助于HF技术求取管线在正在运行时的数据传输特性。因此，不再需要附加的导体或者测量芯线或者牺牲芯线。模块200A，200B或者500A，500B构成在待监测的区域的始端和末端上的通道适配器，尤其穿过管线导向装置1，42。模块200A，200B或者500A，500B的紧凑的构造型式实现后续容易地安装。接着，在正在运行时进一步处理所检测的值。在传输特性开始恶化时，这能够直接视为及时的管线更换的指标。通过对包括插接器在内的整个运动的管线的这种智能状态监测也能够防止系统停止运转。

附图标记列表

图1

1 管线导向装置(能量引导链)

2 运动的部段

2A 第一接头端部

3 静止的部段

3A 第二接头端部

4 转向弧

10 监测装置

100 监测单元

13 总线线路/供给线路

15 第一区域(客户-网络/总线)

16 第二区域(客户-网络/总线)

200A 第一模块

200B 第二模块

图2和图3A-3B

13 管线

13A，13B 单芯线(例如，双绞线)

20 无线电信号

23 有效信号

130 被监测的管线区段

200A 第一模块

200B 第二模块

201，202，203 接头(插口，例如RJ-45)

204 壳体(具有屏蔽罩)

210 无线电IC(例如LoRaWAN)

212 天线接头

220 耦合电路

230 通道电路

232 滤波器

240 控制单元(微处理器)

图4

1 第一能量引导链(可直线式运动)

2 第一部段

3 第二部段

4 转向弧

40 关节臂机器人

40A 基座

41 第二能量引导链(可在空间上偏转)

42 端部执行器

图5

13 管线

130 被监测的管线区段

500A 第一模块

500B 第二模块

504A 第一半壳

504B 第二半壳

520 感应线圈/天线

Claims (15)

1.一种用于对管线进行状态监测的监测系统，所述管线由管线导向装置、尤其能量引导链导向，所述监测系统包括：

-能移动的管线导向装置(1；41)，所述管线导向装置用于对管线在第一接头位置和相对于所述第一接头位置可相对运动的第二接头位置之间进行导向，其中，所述管线导向装置(1；41)具有至少一个可运动的区段和与待监测的管线区段(130)一起由所述管线导向装置(1；41)导向的至少一条管线(13)；和

-监测装置(10)，所述监测装置具有第一模块(200A)和第二模块(200B)，所述第一模块和第二模块分别设置在所述待监测的管线区段两侧；其特征在于，

-所述模块(200A，200B)共同起作用地实施，以便在正在运行时求取所述管线区段(13A；13B)的与预先确定的高频(HF)信号相关的至少一种电传输特性，和

-所述第一模块(200A)包括HF发生器，所述HF发生器与所述待监测的管线(13)耦合，以便将预先确定的HF信号作为检验信号耦合或者引到所述管线区段(130)上，所述信号优选与所述待监测的管线的既定的使用无关；和

-所述第二模块(200B)具有HF接收器，所述HF接收器与所述待监测的管线耦合，以便从所述管线区段(130)耦出或者接收所述HF信号，并且所述HF接收器设置用于，评估所接收的HF信号的特性，以求取至少一个涉及在所述管线区段(130)上的传输质量的值，尤其是与所接收的信号强度或者信号衰减有关的值。

2.一种用于在运行时对管线进行状态监测的适配器系统，所述适配器系统包括第一模块(200A)和第二模块(200B)，所述第一模块和第二模块能分别按适配器方式连接或者耦合在待监测的管线区段(130)的第一端部上或者第二端部上；其特征在于，

-所述模块(200A，200B)共同起作用地实施，以便在正在运行时求取所述管线区段(130)的与预先确定的HF信号相关的至少一种电学的HF(高频)传输特性，所述信号优选与所述待监测的管线(13)的既定的使用无关，并且

-所述第一模块(200A)包括HF发生器(210)，所述HF发生器能与所述待监测的管线(13)耦合，以便将预先确定的HF信号作为检验信号施加；和

-所述第二模块(200B)具有HF接收器(210)，所述HF接收器与所述待监测的管线耦合，以便从所述管线区段(130)接收所施加的HF信号，并且所述HF接收器设置用于，评估所接收的HF信号的特性，以求取至少一个涉及在所述管线区段上的传输质量的值，尤其是与所接收的信号强度或者信号衰减有关的值。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于

-所述预先确定的HF信号(20)是无线电数据传输信号，和/或

-所述HF发生器和HF接收器分别实施为相应的无线电收发器(210)的组成部分。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述HF发生器和HF接收器分别实施为集成电路的组成部分、尤其是无线电IC(210)的组成部分，优选地实施为在两个模块(200A，200B)中的结构相同的无线电IC(210)的组成部分。

5.根据权利要求3至4中任一项所述的系统，其特征在于，

至少所述第二模块(206B)设置用于，尤其是所述HF接收器或者所述无线电IC(210)预先配置用于所接收的HF信号(20)的强度的测量，尤其用于RSSI测量。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其特征在于，所述HF发生器和HF接收器、尤其是两个无线电IC(210)借助于既定的天线接头(212)与所述待监测的管线区段耦合或者能耦合。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的系统，尤其是根据权利要求6所述的系统，其特征在于，两个模块(500A，500B)包括用于与所述待监测的管线区段感应式地耦合的耦合电路，其中，所述耦合电路分别尤其具有耦合线圈(520)，所述耦合线圈

-能缠绕或者被缠绕在所述待监测的管线区段(130)的端部区域上；或者

-围绕能磁化的环式芯卷起，所述环式芯围绕所述待监测的管线区段的端部区域被布置或者能布置，以使所述检验信号感应式地在所述待监测的管线区段中耦入或者耦出并且与所述HF发生器或者HF接收器导电地连接。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的系统，尤其是根据权利要求6所述的系统，其特征在于，两个模块(200A，200B)包括耦合电路(220)，用于使所述HF发生器或者HF接收器与所述待监测的管线区段直流式地耦合，其中，所述耦合电路尤其包括：

-第一滤波器元件，尤其具有与所述HF信号匹配的滤波器特性；

-用于与所述管线的不同的导体能选择地耦合的转换元件；和/或

-阻抗匹配元件。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的系统，尤其是根据权利要求7或者根据权利要求8所述的系统，其特征在于，每个模块(200A，200B)分别包括至少一个滤波器元件(232)，所述滤波器元件使所述HF信号的传输基本上局限于所述待监测的管线区段。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的系统，其特征在于，

所述系统具有独立的评估单元(100)，所述评估单元基于涉及所述传输质量的值来求取关于所述待监测的管线(13)的状态的信息，尤其是将所述值与预先存储的参考信息、优选公差范围进行比较；和/或

至少所述第二模块(200B)通过另外的连接、尤其有线的连接与上级的单元或者所述评估单元(100)能连接或者被连接。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的系统，尤其是根据权利要求7所述的系统，其特征在于，每个模块(200A，200B)具有用于减少、优选避免无线电辐射的屏蔽罩(204)，其中，所述屏蔽罩尤其是由两个半壳实施，所述半壳能围绕所述待监测的管线区段的端部区域封闭。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的系统，其特征在于，每个模块(200A，200B；500A，500B)具有用于与所述待监测的管线耦合的装置(520)和/或用于所述管线或者所述管线的单导体(13A，13B……)构成回路的装置(230)，用于在所述监测期间既定地使用所述待监测的管线(13)的目的。

13.根据以上权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述模块与所述待监测的管线区段的所述耦合(220)实施为进行传导的耦合或者实施为无接触的耦合、尤其是感应式耦合。

14.根据以上权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，每个模块具有控制单元(240)、尤其是能编程的集成电路，用于控制所述HF发生器或者HF接收器(210)。

15.一种用于在正在运行时对管线进行状态监测的系统的应用，所述系统包括第一模块和第二模块，所述第一模块和第二模块分别按适配器方式设置在待监测的管线区段的第一端部上或者第二端部上，其中

-所述模块共同起作用，以便在正在运行时求取所述管线区段的至少一种与预先确定的HF信号相关的电传输特性，所述预先确定的HF信号与所述待监测的管线的既定的使用无关，并且

-所述第一模块将预先确定的无线电信号作为检验信号引到或者耦入到所述管线区段上；和

-所述第二模块从所述管线区段接收所述无线电信号并且评估所接收到的无线电信号的特性，以求取涉及所接收的无线电信号的传输质量、尤其是信号衰减的指标值，其中，所述指标值用于评估所述待监测的管线状态，所述指标值优选地传递给独立的监测单元。