DE102009006874A1

DE102009006874A1 - Messystem und Verfahren zum Identifizieren einer Systemkomponete an einem Messsystem

Info

Publication number: DE102009006874A1
Application number: DE200910006874
Authority: DE
Inventors: Jochen Hauer; Ingo Priemer
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2009-01-30
Filing date: 2009-01-30
Publication date: 2010-08-05

Abstract

Das Messsystem (1) zum Erfassen wenigstens einer Messgröße umfasst ein Messmodul, eine Systemkomponente und Identifikationsmittel, die ausgelegt sind, um die Identität und/oder die Art der Systemkomponente festzustellen und dem Messsystem mitzuteilen. Der Systemkomponente ist eine Schaltungsanordnung (8) mit einem Informationsspeicher zugeordnet, in dem eine Kennung der Systemkomponente individuell gespeichert ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Messsystem zum Erfassen einer Messgröße nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Identifizieren einer Systemkomponente an einem Messsystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 12.
Messsysteme mit einem zentralen Messmodul und daran anzuschließenden Sensoren werden in vielen technischen Gebieten eingesetzt.
Um die Sensoren voneinander unterscheidbar zu machen, ist es bekannt, die Anschlussleitungen der einzelnen Sensoren mit einem Code zu beschriften. Diese Vorgehensweise ist nicht nur umständlich und aufwändig, sondern es besteht darüber hinaus insbesondere bei einem Messsystem mit auswechselbaren Systemkomponenten ein erhebliches Risiko der Verwechslung zwischen den einzelnen Systemkomponenten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abhilfemaßnahme für die zuvor beschriebene Problematik vorzuschlagen. Es soll eine einfache Identifizierung einer Systemkomponente an einem Messsystem ohne Zutun eines Nutzers ermöglicht werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Messsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale beinhalten die Unteransprüche.
Das Messsystem zum Erfassen wenigstens einer Messgröße umfasst wenigstens ein Messmodul und eine mit dem Messmodul in Wirkverbindung stehende Systemkomponente. Das Messsystem weist ferner Identifikationsmittel auf, die ausgelegt sind, um die Identität und/oder die Art der Systemkomponente festzustellen und dem Messsystem mitzuteilen. Der Systemkomponente ist eine Schaltungsanordnung mit einem Informationsspeicher zugeordnet. Im Informationsspeicher ist eine Kennung der Systemkomponente individuell gespeichert. Bei dem Informationsspeicher handelt es sich beispielsweise um einen elektronischen Datenspeicher.
Gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung umfasst das Messsystem mehrere räumlich verteilte Sensoren, bei denen es sich zum Beispiel jeweils um ein Thermoelement zur Temperaturerfassung handelt. Dabei ist zwischen jedem Sensor und einem zentralen Messmodul eine Verbindung zum Übertragen der vom jeweiligen Sensor erfassten Messdaten eingerichtet. Jedem Sensor ist eine Schaltungsanordnung mit einem Informationsspeicher zugeordnet, in dem eine betreffende Kennung des jeweiligen Sensors individuell gespeichert ist.
Die Kennungen werden beispielsweise beim Herstellen des gesamten Messsystems unmittelbar bei der Installation der Sensoren vor Ort in die Identifikations-Schaltungsanordnung eingebracht.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist
im zentralen Messmodul eine Zuordnung der Kennungen zu den räumlichen Lagen der jeweiligen Sensoren gespeichert.
Dadurch werden Irrtümer bei der Bereitstellung von Ortsinformationen der jeweiligen Sensoren so gut wie ausgeschlossen und im Betrieb der Messsysteme die richtige Zuordnung der Messdaten zur jeweiligen Messstelle sichergestellt.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung sind im oder am zentralen Messmodul Energieversorgungsmittel zur Ausgabe elektrischer Energie vorgesehen. An oder in wenigstens einer Schaltungsanordnung ist eine Empfangseinheit zum Energieempfang für den Betrieb der Schaltung vorgesehen.
Um die Anzahl der Verbindungsleitungen so gering wie möglich zu halten und somit die Komplexität des Aufbaus des Messsystems zu minimieren ist es von Vorteil, wenn bei einer Ausführungsvariante der Erfindung die von wenigstens einem bestimmten Sensor erfassten Messdaten, die elektrische Energie zur Versorgung der Schaltungsanordnung des bestimmten Sensors und ein die Kennung des bestimmten Sensors enthaltendes Identifikations-Signal über ein und dasselbe gemeinsame Übertragungsmedium übertragbar sind.
Bei dem gemeinsamen Übertragungsmedium handelt es sich zum Beispiel um eine elektrische Kabelverbindung.
Dank der Erfindung sind die Fehlerquellen zur Verwechslung der Systemkomponenten so gut wie ausgeschlossen. Die Installation des Messsystems erfolgt im Vergleich zum Stand der Technik schneller, weil insbesondere das mühsame Kennzeichnen und Identifizieren der Systemkomponenten durch den Nutzer entfallen.
Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen noch etwas näher beschrieben. Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild des prinzipiellen Aufbaus eines erfindungsgemäß ausgestalteten Messsystems;
2 ein Blockschaltbild einer Energieübertragungsschaltung des erfindungsgemäß ausgestalteten Messsystems;
3 ein Blockschaltbild einer Identifikations-Schaltungsanordnung des erfindungsgemäß ausgestalteten Messsystems;
4 ein Blockschaltbild einer Signalaufbereitungsschaltung des erfindungsgemäß ausgestalteten Messsystems;
5 ein Schaltbild einer Gleichrichtungsschaltung der Signalaufbereitungsschaltung von 4; und
6 ein Blockschaltbild einer Digitalisierungsschaltung Signalaufbereitungsschaltung von 4.
1 zeigt ein Blockschaltbild des prinzipiellen Aufbaus eines erfindungsgemäß ausgestalteten Messsystems 1.
Ein Sensor 2 ist über eine Sensorleitung 3 mit einem Messmodul 4 verbunden. Letzeres umfasst eine Energieübertragungsschaltung 5, eine Signalaufbereitungsschaltung 6 und einen Prozessor 7.
Am Sensor 2, bei dem es sich beispielsweise um ein Thermoelement zum Erfassen der Temperatur handelt, ist eine Identifikations-Schaltungsanordnung 8 mit einem Informationsspeicher angeordnet. In dem Informationsspeicher ist eine eindeutige Kennung des Sensors 2 individuell gespeichert.
Das eine Ende der Sensorleitung 3 ist mit der Signalaufbereitungsschaltung 6 und zugleich mit der Energieübertragungsschaltung 5 elektrisch verbunden, während das andere Ende der Sensorleitung 3 mit der Identifikations-Schaltungsanordnung 8 elektrisch verbunden ist.
Vor Beginn einer Messung wird mit dem Messsystem 1 ein Identifikationsverfahren durchgeführt, bei dem in einem ersten Schritt von der Energieübertragungsschaltung 5 ausgegebene Energie über die Sensorleitung 3 an die Identifikations-Schaltungsanordnung 8 übertragen wird.
Gleichzeitig mit der Energieübertragung sendet ein am Sensor 2 vorgesehener Mikrocontroller ein die Kennung enthaltendes Identifikations-Signal über die Sensorleitung 3.
Das gesendete Identifikations-Signal wird in der Signalaufbereitungsschaltung 6 aufbereitet und anschließend an den Prozessor 7 weitergleitet.
Nach Empfang des Identifikations-Signals in der Signalaufbereitungsschaltung 6 wird die Energieübertragung beendet, wonach die eigentliche Messwerterfassung beginnt.
2 zeigt ein Blockschaltbild der Energieübertragungsschaltung 5, die eine sinusförmige Ausgangsspannung zum Übertragen von Energie über die Sensorleitung 3 erzeugt.
Ein Oszillator 50 stellt der Energieübertragungsschaltung 5 eine geeignete Frequenz für die Energieübertragung bereit.
Eine Treiberstufe 51 lädt die inneren Kapazitäten eines Schalttransistors 52 schnell um, um so ein schnelles Sperren und Durchschalten zu gewährleisten.
Der Schalttransistor 52 wird für die Energiezufuhr zu einem Übertrager eingesetzt. Der Schalttransistor 52 wird als Schalter verwendet, d. h. dass der Schalttransistor 52 sich entweder im Sperrzustand befindet oder vollständig durchgeschaltet ist. Dies hat den Vorteil, dass der Schaltungsaufwand sowie Verluste durch den Schalttransistor 52 geringgehalten werden.
Ein ausgangsseitiges mit der Sensorleitung 3 verbundenes erstes kombiniertes Übertrager/Schwingkreis-Organ 53 dient zur galvanisch getrennten Übertragung der Energie und der Daten, so dass nach Abschluss des oben beschriebenen Identifikationsverfahrens die eigentliche Messwerterfassung nicht verfälscht wird.
Um eine sinusförmige Ausgangsspannung zu erreichen wird im ersten kombinierten Übertrager/Schwingkreis-Organ 53 parallel zu einem ersten Übertrager eine erste Kapazität angeschlossen, die mit dem ersten Übertrager einen ersten Parallelschwingkreis bildet. Die erste Kapazität ist so dimensioniert, dass sich der erste Schwingkreis bei der Schaltfrequenz in Resonanz befindet.
Die Energieübertragungsschaltung 5 umfasst schließlich einen DC/DC-Wandler 54.
3 zeigt ein Blockschaltbild der am Sensor vorgesehenen Identifikations-Schaltungsanordnung 8, die zum einen den Mikrocontroller mit der übertragenen Energie versorgt und zum anderen die Kennung, die ein Controller seriell an einem Ausgang zur Verfügung stellt, in Form einer Impedanzmodulation über die Sensorleitung 3 überträgt.
Ein eingangsseitiges mit der Sensorleitung 3 verbundenes zweites kombiniertes Übertrager/Schwingkreis-Organ 81 dient zur galvanisch getrennten Aufnahme der übertragenen Energie, so dass nach Abschluss des oben beschriebenen Identifikationsverfahrens die eigentliche Messwerterfassung nicht verfälscht wird.
Um mögliche Oberwellen der Versorgungsspannung zu unterdrücken wird im zweiten kombinierten Übertrager/Schwingkreis-Organ 81 parallel zu einem zweiten Übertrager eine zweite Kapazität angeschlossen, die mit dem zweiten Übertrager einen zweiten Parallelschwingkreis bildet. Die zweite Kapazität ist so dimensioniert, dass sich der zweite Schwingkreis bei der Schaltfrequenz in Resonanz befindet.
Eine Gleichrichtungs- und Siebungseinrichtung 82 dient der Gleichrichtung und Glättung der auf die Identifikations-Schaltungsanordnung übertragenen Energie.
Die Spannung wird mittels einer Spannungsstabilisierungseinrichtung 84 stabilisiert und als Versorgungsspannung dem Controller 83 zugeführt.
Der Controller 83 beginnt mit der Impedanzmodulation sobald die Spannung an der Versorgung des Mikrocontrollers hinreichend hoch ist. Diese Übertragung wird solange wiederholt bis der Controller 83 mit genügend Energie versorgt ist.
Zur mit einer Impedanzmodulationseinrichtung 85 durchgeführten Impedanzmodulation ist anzumerken, dass der Ausgang des Controllers 83 einen Transistor für eine kurze Zeit an- und danach für einen längeren Zeitraum wieder ausschaltet. Im eingeschalteten Zustand des Transistors fließt über letzteren ein hoher Strom. Somit wird die Schaltung der Energieübertragung stark belastet. Dabei kommt es leicht zu einer Änderung der Spannung am Ausgang der Energieübertragungsschaltung 5. Diese Änderungen werden ausgewertet. Die unterschiedlichen Pausenlängen stellen Werte 0, 1 und den Start der Übertragung dar.
4 zeigt ein Blockschaltbild der Signalaufbereitungsschaltung 6. An einen Übertrager 60 der Energieversorgungsseite wird zusätzlich eine Wicklung angebracht, um das Signal der Energieübertragung zu empfangen. Der mit der Wicklung versehene Übertrager 60 ist sehr hochohmig und wirkt sich daher nicht störend auf die übrige Signalaufbereitungsschaltung 6 aus.
Das Signal der Energieübertragung wird mittels einer Gleichrichtungseinrichtung 61, deren Schaltbild 5 gezeigt ist, gleichgerichtet und leicht geglättet. Im Falle einer Änderung der Energieübertragung in Folge der Impedanzmodulation kann sich ein Kondensator 62 der Gleichrichtungseinrichtung 61 schnell entladen bzw. laden. Diese Änderung wird ausgewertet.
Mittels eines Bandpasses einer Filterungseinrichtung 63 wird das auszuwertende Signal gefiltert. Da das Signal mit der Frequenz der Energieübertragung überlagert ist, wird speziell diese Frequenz gedämpft.
Nach der Filterung wird das Signal mittels einer ausgangsseitig mit dem Prozessor 7 verbundenen Digitalisierungseinrichtung 64 digitalisiert, um dem Prozessor 7 zu ermöglichen, das Signal auszuwerten, welches der Prozessor 7 zur Verarbeitung benötigt.
Ein Blockschaltbild der Digitalisierungseinrichtung 64 ist in 6 dargestellt. Das Signal wird einmal direkt und einmal gefiltert einem Komparator zugeführt. Um eine Hysterese zu bilden, wird der gefilterte Anteil des Signals mit Hilfe eines Spannungsteilers um einen geringfügigeren Gleichspannungsanteil herabgesetzt. Der Komparator schaltet in Folge eines Einbruchs des ungefilterten Signals.
Weil die Gefahr besteht, dass Störungen von umliegenden elektronischen Geräten in die Sensorleitung 3 induziert werden ist es sinnvoll, dass die Höhe der Hysterese vom Prozessor verändert werden kann. Der Ausgangsimpuls des Signals wird verlängert, so dass letzteres eine unterschiedliche Form aufweisen kann. Damit ist sichergestellt, dass das Signal während der Schaltzeit der Impedanzmodulation aktiv bleibt

Claims

Messsystem zum Erfassen wenigstens einer Messgröße umfassend ein Messmodul, wenigstens eine Systemkomponente und Identifikationsmittel die ausgelegt sind, um die Identität und/oder die Art der Systemkomponente festzustellen und dem Messsystem mitzuteilen, dadurch gekennzeichnet, dass der Systemkomponente eine Schaltungsanordnung (8) mit einem Informationsspeicher zugeordnet ist, in dem eine Kennung der Systemkomponente individuell gespeichert ist.
Messsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsystem (1) mehrere räumlich verteilte Sensoren (2) umfasst, wobei zwischen jedem Sensor (2) und einem zentralen Messmodul (4) eine Verbindung zum Übertragen der vom jeweiligen Sensor erfassten Messdaten eingerichtet ist, wobei jedem Sensor (2) eine Schaltungsanordnung (8) mit einem Informationsspeicher zugeordnet ist, in dem eine betreffende Kennung des jeweiligen Sensors (2) individuell gespeichert ist.
Messsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zentrale Messmodul (4) ausgelegt ist, um die Kennung jedes Sensors (2) einzulesen und die Kennungen mit den Messdaten zu verknüpfen, die von dem die jeweilige Kennung aufweisenden Sensor (2) geliefert werden.
Messsystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass im zentralen Messmodul (4) eine Zuordnung der Kennungen zu den räumlichen Lagen der jeweiligen Sensoren (2) gespeichert ist.
Messsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zentrale Messmodul (4) eine Energieversorgungeinrichtung zur Ausgabe elektrischer Energie umfasst und dass an oder in wenigstens einer Schaltungsanordnung (8) eine Empfangseinheit zum Energieempfang für den Betrieb der Schaltungsanordnung (8) vorgesehen ist.
Messsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die von einem bestimmten Sensor (2) erfassten Messdaten, die elektrische Energie zur Versorgung der Schaltungsanordnung (8) des bestimmten Sensors (2) und ein die Kennung des bestimmten Sensors (2) enthaltendes Identifikations-Signal über ein gemeinsames Übertragungsmedium übertragbar sind.
Messsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das gemeinsame Übertragungsmedium eine elektrische Kabelverbindung ist.
Messsystem nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgungseinrichtung ausgelegt ist, um eine periodische, insbesondere sinusförmige Versorgungsspannung auszugeben, wobei ein Ausgang der Energieversorgungseinrichtung mit einer ersten Anschlussstelle der elektrischen Kabelverbindung verbunden ist, über die die Versorgungsspannung dem betreffenden Sensor (2) zuführbar ist
Messsystem nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgungseinrichtung die folgenden in festgelegter Reihenfolge hintereinander geschalteten Komponenten umfasst: einen Oszillator (50) zur Bereitstellung der Frequenz der Energieübertragung, einen Schalttransistor (52), eine Treiberstufe (51) zum Laden der inneren Kapazitäten des Schalttransistors (52) und ein mit einer ersten Anschlussstelle einer Sensorleitung (3) verbundenes kombiniertes erstes Übertrager/Schwingkreis-Organ (53).
Messsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (8) wenigstens eines Sensors (2) die folgenden in festgelegter Reihenfolge hintereinander geschalteten Komponenten umfasst: ein mit einer zweiten Anschlussstelle der Sensorleitung (3) verbundenes zweites Übertrager/Schwingkreis-Organ (81), eine Gleichrichtungs- und Siebungseinrichtung (82) zur Gleichrichtung und Glättung der übertragenen Versorgungsspannung, eine Spannungsstabilisierungseinrichtung (84), einen Controller (83) und eine Impedanzmodulationseinrichtung (85).
Messsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Signalaufbereitungseinrichtung (6) zur Aufbereitung eines die Kennung enthaltenden Identifikations-Signals die folgenden in festgelegter Reihenfolge hintereinander geschalteten Komponenten umfasst: einen Übertrager (60), eine Gleichrichtungseinrichtung (61) zur Gleichrichtung und Glättung eines Energieübertragungssignals, einen Bandpassfilter zur Filterung des auszuwertenden Identifikations-Signals, eine Digitalisierungseinrichtung (64) zur Digitalisierung eines Impedanzmodulationassignals, deren Ausgang mit einem Prozessor des Messmoduls verbunden ist.
Verfahren zum Identifizieren einer Systemkomponente an einem Messsystem (1), wobei Identifikationsmittel bereitgestellt werden, mit denen die Identität und/oder die Art der Systemkomponente zu einer vorbestimmten oder vorbestimmbaren Zeit, insbesondere vor Beginn einer Messung festgestellt und dem Messsystem (1) mitgeteilt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Systemkomponente eine Schaltungsanordnung (8) mit einem Informationsspeicher zugeordnet wird, in dem eine Kennung der Systemkomponente individuell gespeichert wird
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsystem (1) mehrere räumlich verteilte Sensoren (2) umfasst, die über jeweils eine Übertragungsstrecke Messdaten an ein zentrales Messmodul (4) senden, wobei jedem Sensor (2) eine Schaltungsanordnung (8) mit einem Informationsspeicher zugeordnet wird, in dem eine betreffende Kennung des jeweiligen Sensors (2) individuell gespeichert wird
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das zentrale Messmodul (4) die Kennung jedes Sensors (2) einliest und dass die Kennung jedes Sensors (2) im zentralen Messmodul (4) mit den Messdaten verknüpft wird, die von dem die jeweilige Kennung aufweisenden Sensor (2) geliefert werden.
Verfahren nach einem der Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass im zentralen Messmodul (4) eine Zuordnung der Kennungen zu den räumlichen Lagen der einzelnen Sensoren (2) gespeichert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass in oder am zentralen Messmodul (4) Energieversorgungsmittel zur Ausgabe elektrischer Energie und an oder in wenigstens einer Schaltungsanordnung (8) eine Empfangseinheit zum Energieempfang für den Betrieb der Schaltungsanordnung (8) bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die von einem bestimmten Sensor (2) erfassten Messdaten, die elektrische Energie zur Versorgung der Schaltungsanordnung (8) des bestimmten Sensors und eine die Kennung des bestimmten Sensors (2) enthaltendes Identifikations-Signal über ein gemeinsames Übertragungsmedium übertragen werden.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass vor Beginn jeder Messung zunächst ein Identifikationsverfahren mit den folgenden Schritten durchgeführt wird: Ausgeben der elektrischen Energie durch die Energieversorgungsmittel – Übertragen der ausgegebenen elektrischen Energie über das gemeinsame Übertragungsmedium an die Empfangseinheit eines Sensors (2), – Versorgen der Schaltung des betreffenden Sensors (2) mit der empfangenen Energie, – Senden des Identifikations-Signals über das gemeinsame Übertragungsmedium an eine Signalaufbereitungseinrichtung (6) im zentralen Messmodul (4) synchron mit der Übertragung der elektrischen Energie, – Beenden der Übertragung der elektrischen Energie nach dem Empfangen des Identifikations-Signals in der Signalaufbereitungseinrichtung (6).