DE102012109583A1 - Sensoranordnung und Verfahren zum Erzeugen eines Ausgangssignals - Google Patents

Abstract

Eine Sensoranordnung (10) umfasst einen Sensor (11) für eine mechanische oder eine thermische Größe, eine Verarbeitungsschaltung (12), die eingangsseitig an den Sensor (11) angeschlossen ist und ein Ausgangssignal (SRF) bereitstellt, das für eine Funkübertragung aufbereitet ist, und ein Kabel (13), das mit der Verarbeitungsschaltung (12) gekoppelt ist, dem das Ausgangssignal (SRF) oder ein vom Ausgangssignal (SRF) abgeleitetes Signal zugeleitet wird und das der Verarbeitungsschaltung eine Versorgungsleistung zuführt.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung, ein Sensorbussystem mit einer Sensoranordnung und ein Verfahren zum Erzeugen eines Ausgangssignals.
• Ein Sensorsystem umfasst häufig mehrere Sensoranordnungen, die Signale an eine Auswerteeinrichtung über eine Signalleitung liefern. Die Auswerteeinrichtung versorgt die Sensoranordnungen mit Energie über eine Spannungsversorgungsleitung.
• Dokument DE 10 2005 059 012 A1 befasst sich mit einem System zum Anschluss mehrerer Sensoren oder Aktuatoren an eine Steuerung, wobei Zweileiter-Flachbandkabel und Koax-Kabel zur Verbindung der Einheiten eingesetzt werden.
• Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Sensoranordnung, ein Sensorbussystem mit einer Sensoranordnung sowie ein Verfahren zum Erzeugen eines Ausgangssignals bereitzustellen, die mit geringem Aufwand realisierbar sind.
• Die Aufgabe wird mit den Gegenständen der Patentansprüche 1 und 12 sowie dem Verfahren gemäß Patentanspruch 14 gelöst. Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
• In einer Ausführungsform umfasst eine Sensoranordnung einen Sensor für eine mechanische oder eine thermische Größe, eine Verarbeitungsschaltung, die eingangsseitig an den Sensor angeschlossen ist, und ein Kabel, das mit der Verarbeitungsschaltung gekoppelt ist. Die Verarbeitungsschaltung stellt ein Ausgangssignal bereit, das für eine Funkübertragung aufbereitet ist. Dem Kabel wird das Ausgangssignal oder ein vom Ausgangssignal abgeleitetes Signal zugeleitet. Das Kabel führt eine Versorgungsleistung der Verarbeitungsschaltung zu.
• Mit Vorteil bereitet die Verarbeitungsschaltung ein vom Sensor abgegebenes Sensorsignal beziehungsweise dessen Kenngrößen für ein Funknetz auf und gibt das so aufbereitete Signal als das Ausgangssignal ab. Das Ausgangssignal wird jedoch nicht in den Raum abgestrahlt. Das Ausgangssignal wird über das Kabel übertragen. Zusätzlich dient das Kabel zur Spannungsversorgung der Sensoranordnung.
• In einer Ausführungsform umfasst die Verarbeitungsschaltung einen Sender, der das Ausgangssignal generiert und dabei für eine Funkübertragung aufbereitet. Das Ausgangsignal ist frei von einem Gleichanteil. Somit hinterlässt der Sender keinen datenabhängigen Gleichanteil.
• In einer Ausführungsform wird das Ausgangssignal derart für den Funkbetrieb aufbereitet, dass es amplituden- und/oder frequenz- und/oder phasenmoduliert ist. Die Bandbreiten des Ausgangssignals sind kleiner als die Trägerfrequenzen des Ausgangsignals. Die Trägerfrequenzen können in einem freien Band liegen.
• In einer Ausführungsform umfasst die Verarbeitungsschaltung einen Empfänger. Der Empfänger hat einen Dynamikbereich größer 60dB.
• Das Kabel kann ein verdrilltes Kabel sein.
• Das Kabel kann geschirmt sein.
• In einer Ausführungsform ist das Kabel ein Koaxial- oder Triaxialkabel.
• Das Kabel weist mindestens eine Leitung, auch Ader genannt, auf.
• Bevorzugt weist das Kabel eine erste Anzahl N von Leitungen, auch Adern genannt, auf, wobei 1 kleiner/gleich N kleiner/gleich 10 ist.
• In einer Ausführungsform umfasst das Kabel genau eine Leitung. Das Kabel ist als einadriges Kabel realisiert. Eine Rückführung kann beispielsweise über Bezugspotential- oder Erdanschlüsse realisiert sein.
• In einer alternativen Ausführungsform weist das Kabel genau zwei Leitungen auf. Das Kabel kann als verdrilltes Kabel oder Koaxialkabel realisiert sein.
• In einer alternativen Ausführungsform weist das Kabel genau drei Leitungen auf. Das Kabel kann als verdrilltes Kabel oder Triaxialkabel realisiert sein. Alternativ kann das Kabel zwei als Innenleiter realisierte Leitungen und einen Außenleiter zur Abschirmung aufweisen.
• In einer alternativen Ausführungsform umfasst das Kabel vier Leitungen. Das Kabel ist vieradrig realisiert. Zwei der vier Leitungen dienen der Leistungsversorgung der Sensoranordnung. Zwei weitere der vier Leitungen dienen zur Übertragung des Ausgangssignals. Beispielsweise sind die Leitungen als Twisted Pair realisiert. Das Kabel kann eine Schirmleitung aufweisen. In einer Ausführungsform umfasst eine Sensoranordnung einen Sensor für eine mechanische oder eine thermische Größe, eine Verarbeitungsschaltung, die eingangsseitig an den Sensor angeschlossen ist, ein als Koaxialkabel realisiertes Kabel und eine Filteranordnung, die an die Verarbeitungsschaltung und das Kabel angeschlossen ist. Die Filteranordnung ist ausgelegt, eine Versorgungsspannung aus einer zwischen einer als Innenleiter realisierten Leitung des Kabels und einem Außenleiter des Kabels anliegenden Kabelspannung zu generieren und an die Verarbeitungsschaltung abzugeben.
• Mit Vorteil überträgt das Kabel sowohl ein Signal wie auch die Energie zur Versorgung der Verarbeitungsschaltung und des Sensors. Da der Außenleiter des Kabels als Abschirmung wirkt, werden Störungen sowohl bei der Versorgungsspannung wie auch beim Signal gering gehalten. Mit Vorteil ist das Kabel über die Filteranordnung mit der Verarbeitungsschaltung gekoppelt, so dass Störungen weiter reduziert werden. Mit Vorteil liegt somit die Versorgungsspannung an der Verarbeitungsschaltung mit ausschließlich geringen Schwankungen zur Energieversorgung der Verarbeitungsschaltung an. Vorteilhafterweise ist die Anzahl von Leitungen gering.
• In einer Ausführungsform umfasst ein Sensorbussystem die Sensoranordnung. Weiter weist das Sensorbussystem eine Auswerteeinrichtung auf, die über das Kabel mit der Sensoranordnung gekoppelt ist. Ferner umfasst das Sensorbussystem eine weitere Sensoranordnung, die über ein weiteres Kabel an die Sensoranordnung angeschlossen ist. Das Sensorbussystem ist frei von einem Funknetz. Die Übertragung des Ausgangssignals von der Sensoranordnung zur Auswerteeinrichtung erfolgt frei von einer Funkübertragung. Die Übertragung des Ausgangssignals von der Sensoranordnung zur weiteren Sensoranordnung erfolgt ebenfalls frei von einer Funkübertragung. Das Sensorbussystem kann als Kabelbussystem realisiert sein. Am Kabelbussystem können mehr als zwei Sender und Empfänger teilnehmen und unterscheidbar sein. Das Sensorbussystem kann als Sensornetz bezeichnet werden. Das Sensorbussystem kann kostengünstig realisiert werden.
• Mit Vorteil kann das Sensorbussystem nicht von weiteren ähnlich aufgebauten Sensorbussystemen oder anderen Systemen gestört werden. Vorteilhafterweise können auch durch Schottwände hindurch Signale übertragen werden. Die Stromversorgung geschieht somit durch ein drahtloses Netzwerk-Kabel. In einer Ausführungsform umfasst die Sensoranordnung eine Schnittstelle, englisch Interface, zur Übermittlung der Sensordaten an die Auswerteeinrichtung. Die Schnittstelle moduliert die Daten auf eine Trägerfrequenz auf. Die Schnittstelle weist einen Signalausgang auf. Der Signalausgang kann als Anschluss zur drahtlosen Datenübermittlung implementiert sein. Der Anschluss zur drahtlosen Datenübermittlung kann als Antennenanschluss oder Koaxialanschluss ausgebildet sein. Die Schnittstelle übermittelt digitale Sensordaten. Zwischen der Schnittstelle und dem Kabel ist die Filteranordnung angeschlossen, die Frequenzen unterhalb der Trägerfrequenz abtrennt. Die Frequenzen unterhalb der Trägerfrequenz dienen zur Stromversorgung des Sensors und der Verarbeitungsschaltung. Weiter weist die Schnittstelle einen Signaleingang auf.
• In einer Ausführungsform ist die Sensoranordnung an eine bidirektionale Busleitung angeschlossen. Dabei ist der Signalausgang an die bidirektionale Busleitung angeschlossen.
• In einer Ausführungsform ist die Schnittstelle eine Wireless Local Area Network-Schnittstelle, abgekürzt WLAN-Schnittstelle.
• In einer Ausführungsform führt die Sensoranordnung die Datenübermittlung mit in die Sensoranordnung integrierten Anschlusskabeln durch.
• In einer Ausführungsform ist die Sensoranordnung als ein signalverarbeitender Funkchip realisiert, dessen Antennenanschluss an sein Stromversorgungskabel angeschlossen ist. Dabei wird der Antennenanschluss nicht notwendig an dieselben Adern des Stromversorgungskabels angeschlossen. Der Funkchip kann auch als FPGA ausgeführt sein kann. Der Funkchip kann als WLAN-Chip oder bevorzugt als WPAN-Chip implementiert sein. WPAN ist die Abkürzung von Wireless Personal Area Network. Ein Vorteil liegt in der Energieersparnis gegenüber einem funkenden Funkchip, der seine Verstärkung für das Funken und Empfangen im Netzwerk energieintensiv überwacht und regelt und sein Sendesignal über einen höheren Dynamikbereich zu regeln hat, als wenn er an ein Kabel angeschlossen ist. In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Erzeugen eines Ausgangssignals das Abgeben eines Sensorsignals durch einen Sensor für mechanische oder thermische Größen. Ein Ausgangssignal wird aus dem Sensorsignal mittels einer Verarbeitungsschaltung erzeugt. Dabei bereitet die Verarbeitungsschaltung das Ausgangssignal für eine Funkübertragung auf. Das Ausgangssignal oder ein vom Ausgangssignal abgeleitetes Signal wird an ein Kabel abgegeben. Der Verarbeitungsschaltung wird eine Versorgungsleistung über das Kabel zugeführt.
• Mit Vorteil wird durch die simultane Übertragung von Energie und Signalen durch das Kabel der Aufwand zur Realisierung gering gehalten.
• Die Erfindung wird im Folgenden an mehreren Ausführungsbeispielen anhand der Figuren näher erläutert. Funktions- beziehungsweise wirkungsgleiche Bauteile oder Funktionsblöcke tragen gleiche Bezugszeichen. Insoweit sich Bauteile oder Funktionsblöcke in ihrer Funktion entsprechen, wird deren Beschreibung nicht in jeder der folgenden Figuren wiederholt.
• Es zeigen:
• 1A bis 1C beispielhafte Ausführungsformen einer Sensoranordnung,
• 2A und 2B beispielhafte Ausführungsformen eines Sensorbussystems und
• 3 eine beispielhafte Ausführungsform einer Sensoranordnung in einer Aufnahmevorrichtung.
• 1A zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Sensoranordnung 10. Die Sensoranordnung 10 umfasst einen Sensor 11, eine Verarbeitungsschaltung 12, ein Kabel 13 und eine Filteranordnung 14. Die Verarbeitungsschaltung 12 ist an einem Eingang an den Sensor 11 angeschlossen. Die Filteranordnung 14 koppelt die Verarbeitungsschaltung 12 an das Kabel 13. Das Kabel 13 ist als Koaxialkabel realisiert. Das Kabel 13 kann ober- oder unterirdisch verlegt sein. Das Kabel 13 ist ein zweipoliges Kabel mit konzentrischem Aufbau. Das Kabel 13 weist eine Leitung 15 und eine weitere Leitung 16 auf. Die Leitung 15 ist als Innenleiter oder Seele realisiert. Die weitere Leitung 16 ist als Außenleiter implementiert. Die Leitung 15 ist in konstantem Abstand von der hohlzylindrischen weiteren Leitung 16 umgeben. Der Zwischenraum besteht aus einem Isolator oder Dielektrikum wie Luft. Die weitere Leitung 16 ist durch einen isolierenden und wasserfesten Schutzmantel nach außen hin geschützt.
• Die Verarbeitungsschaltung 12 umfasst einen Signaleingang 17 und einen Signalausgang 18. Weiter weist die Verarbeitungsschaltung 12 einen Versorgungseingang 19 und einen Bezugspotentialanschluss 20 auf. Die Filteranordnung 14 ist an die Leitung 15, den Versorgungseingang 19 und den Bezugpotentialanschluss 20 angeschlossen. Die Filteranordnung 14 ist zusätzlich an die weitere Leitung 16 angeschlossen. Weiter ist die Filteranordnung 14 mit dem Signaleingang 17 und dem Signalausgang 18 gekoppelt. Die Filteranordnung 14 weist einen Speicherkondensator 21 auf. Eine erste Elektrode des Speicherkondensators 21 ist mit der Leitung 15 und eine zweite Elektrode des Speicherkondensators 21 ist mit der weiteren Leitung 16 gekoppelt. Eine Induktivität 22 ist zwischen dem Speicherkondensator 21 und der Leitung 15 angeordnet. Die erste Elektrode des Speicherkondensators 21 ist mit dem Versorgungseingang 19 der Verarbeitungsschaltung 12 verbunden. Hingegen ist die zweite Elektrode des Speicherkondensators 21 mit dem Bezugspotentialanschluss 20 der Verarbeitungsschaltung 12 verbunden. Ein Versorgungseingang 27 des Sensors 11 ist mit dem Versorgungseingang 19 der Verarbeitungsschaltung 12 gekoppelt. Ebenfalls ist ein Bezugspotentialanschluss 28 des Sensors 11 mit dem Bezugspotentialanschluss 20 der Verarbeitungsschaltung 12 gekoppelt.
• Der Signaleingang 17 ist mit der Leitung 15 gekoppelt. Ein Hochpass 23 der Filteranordnung 14 koppelt die Leitung 15 mit dem Signaleingang 17. Der Hochpass 23 umfasst einen Hochpasswiderstand 24 und einen Hochpasskondensator 25, die seriell zueinander angeordnet sind. Der Hochpasswiderstand 24 verringert eine Einfügedämpfung. Der Signalausgang 18 ist mit der Leitung 15 gekoppelt. Ein Widerstand 26 der Filteranordnung 14 verbindet den Signalausgang 18 mit der Leitung 15. Der Widerstand 26 verringert eine Einfügedämpfung. Die Verarbeitungsschaltung 12 umfasst einen Analog/Digital-Wandler 29, abgekürzt AD-Wandler, der eingangsseitig an den Sensor 11 angeschlossen ist. Der Sensor 11 ist über ein nicht eingezeichnetes Filter und Konditionierstufen mit dem AD-Wandler 29 gekoppelt.
• Weiter umfasst die Versorgungsschaltung 12 einen Prozessor 30, der eingangsseitig am AD-Wandler 29 und am Signaleingang 17 angeschlossen ist. Der Prozessor 30 kann als Mikroprozessor oder digitaler Signalprozessor realisiert sein. Ausgangsseitig ist der Prozessor 30 am Signalausgang 18 angeschlossen. Darüber hinaus umfasst die Verarbeitungsschaltung 12 einen Speicher 31, der mit dem Prozessor 30 verbunden ist. Der Speicher 31 weist einen Datenspeicher 32, einen Programmspeicher 33 und einen Parameterspeicher 34 auf. Die Verarbeitungsschaltung 12 ist somit als Funkfrequenz-Analogprozessor realisiert. Der Signalausgang 18 ist daher als Funkfrequenzausgang implementiert. Der Signalausgang 18 kann auch als Antennenanschluss ausgelegt sein, der zur drahtlosen Datenübertragung ausgelegt ist, jedoch hier an das Kabel 13 angeschlossen wird. Entsprechend ist der Signaleingang 17 als Funkfrequenzeingang ausgebildet.
• Darüber hinaus umfasst die Sensoranordnung 10 ein weiteres Kabel 35 mit einer zusätzlichen Leitung 36 und einer zusätzlichen weiteren Leitung 37. Die zusätzliche Leitung 36 ist als Innenleiter oder Seele realisiert. Die zusätzliche weitere Leitung 37 ist als Außenleiter implementiert. Die zusätzliche Leitung 36 des weiteren Kabels 35 ist an die Leitung 15 des Kabels 13 angeschlossen. Ebenso ist die zusätzliche weitere Leitung 37 des weiteren Kabels 35 an die weitere Leitung 16 des Kabels 13 angeschlossen. Somit sind die beiden Leitungen 15, 36 direkt und permanent aneinander angeschlossen. Ebenso sind die beiden als Außenleiter realisierten weiteren Leitungen 16, 37 direkt und permanent aneinander angeschlossen. Das Kabel 13 und das weitere Kabel 35 bilden einen Koaxialkabelbus.
• Zwischen der Leitung 15 und der weiteren Leitung 16 des Kabels 13 liegt eine Kabelspannung VK an. Die Kabelspannung VK liegt ebenfalls zwischen der zusätzlichen Leitung 36 und der zusätzlichen weiteren Leitung 37 des weiteren Kabels 35 an. Die Kabelspannung VK wird von der Filteranordnung 14 in eine Versorgungsspannung VDD umgewandelt, die am Speicherkondensator 21 anliegt. Somit liegt die Versorgungsspannung VDD zwischen dem Versorgungseingang 19 und dem Bezugpotentialanschluss 20 der Verarbeitungsschaltung 12 und zwischen dem Versorgungseingang 27 und dem Bezugspotentialanschluss 28 des Sensors 11 an. Die Versorgungsspannung VDD versorgt somit den Sensor 11 und die Verarbeitungsschaltung 12 mit elektrischer Energie. Der Speicherkondensator 21 dient zur Speicherung und Glättung der Versorgungsspannung VDD. Die Induktivität 22 hält hochfrequente Signalanteile der Kabelspannung VK vom Speicherkondensator 21 fern. Die Induktivität 22 und der Speicherkondensator 21 haben somit die Wirkung eines Tiefpasses, so dass die Versorgungsspannung VDD nur geringfügig schwankt. Der Speicherkondensator 21 dient somit der Gleichspannungsabkopplung.
• Der Sensor 11 umfasst ein Schwingungs-, ein Beschleunigungs-, ein Geschwindigkeits-, ein Weg-, ein Temperatur-, ein Druck-, ein Drehzahl-, ein Anschlagstellungs- oder ein Winkelsensorelement. Der Sensor 11 kann als Piezosensor, induktiver Sensor oder als Mikrosystem, englisch Micro-Electro-Mechanical System, abgekürzt MEMS ausgeführt sein. Der Sensor 11 kann sehr klein sein. Der Sensor 11 generiert ein Sensorsignal SE. Die Verarbeitungsschaltung 12 generiert aus dem Sensorsignal SE oder dessen Kenngrößen ein Ausgangssignal SRF. Das Sensorsignal SE wird dem AD-Wandler 29 zugeleitet. Ein Ausgangssignal des AD-Wandlers 29 wird dem Prozessor 30 zugeleitet und vom Prozessor 30 verarbeitet. Zur Signalverarbeitung verwendet der Prozessor 30 den im Programmspeicher 33 gespeicherten Code sowie die im Parameterspeicher 34 gespeicherten Parameter. Messdaten sowie Zwischen- und Endergebnisse der Signalverarbeitung legt der Prozessor 30 im Datenspeicher 32 ab. Der Prozessor 30 generiert das Ausgangssignal SRF, das am Signalausgang 18 abgegeben wird. Das Ausgangssignal SRF wird in Abhängigkeit vom Sensorsignal SE gebildet. Das Ausgangssignal SRF wird aus dem Sensorsignal SE mittels digitaler Signalverarbeitungsschritte generiert. Dabei führt der Prozessor 30 beispielsweise ein Down-Samplen, ein Filtern, eine Berechnung einer Hüllkurve und eine Bildung eines Kennwerts durch. Weiter vergleicht der Prozessor 30 so ermittelte Werte mit vorgegebenen Grenzwerten. Das Ausgangssignal SRF wird über den Widerstand 26 der Leitung 15 sowie der zusätzlichen Leitung 36 zugeleitet.
• Die an der Leitung 15 beziehungsweise an der zusätzlichen Leitung 36 anliegende Kabelspannung VK wird mittels des Hochpasses 23 gefiltert und als Eingangssignal SEI über den Signaleingang 17 dem Prozessor 30 zugeleitet. Der Hochpasskondensator 25 bewirkt, dass das Eingangssignal SEI frei von einem Gleichspannungsanteil der Kabelspannung VK ist. Die Verarbeitungsschaltung 12 ist somit zum Empfang von Daten über das Eingangssignal SEI und zum Abgeben von Daten mittels des Ausgangssignals SRF ausgelegt. Die Verarbeitungsschaltung 12 weist genau einen Halbleiterkörper auf, auf den eine Schaltung integriert ist. Somit ist die Verarbeitungsschaltung 12 als Ein-Chip-Lösung realisiert. Die Verarbeitung der Sensordaten einschließlich der Bereitstellung wird in einer zur Übertragung geeigneten Form auf einem einzigen Chip, also mit geringer Sensorgröße und geringem Gewicht ausgeführt.
• Die Kabelspannung VK weist somit ein Gleichspannungsanteil auf, welcher der Versorgungsspannung VDD entspricht. Am Kabel 13 liegt somit die Versorgungsspannung, welche der Sensor 11 benötigt, sowie eine von den Daten des Sensors 11 modulierte Trägerfrequenz an. Das Kabel 13 dient zur Energieversorgung zur Sensoranordnung 10 und zur Datenkommunikation mit der Sensoranordnung 10. Die Trägerfrequenz ist aus einem Bereich von 0,4 bis 7 GHz. Mit Vorteil bewirkt die Filteranordnung 14 eine Trennung von Gleichspannungs- und Wechselspannungsanteilen der Kabelspannung VK. Durch den Gleichspannungsanteil in der Kabelspannung VK wird die Übertragung der Sensordaten nicht gestört. Ebenso stören die hochfrequenten Teile in der Kabelspannung VK nicht die Versorgungsspannung VDD. Der Sensor 11 kann somit mit Vorteil ein genaues Sensorsignal SE liefern. Das Ausgangssignal SRF kann auch als Funksignal bezeichnet werden.
• Der Prozessor 30 kann beispielsweise der Prozessor ADuCRF101 von Analog Devices, der Prozessor STM32W108 von STMicroelectronics, der Prozessor MSP430F6137 von Texas Instruments oder der Prozessor JN5148-001 von NXP sein. Neben der A/D-Wandlung erfolgt im Prozessor 30 die Signalverarbeitung in Form von Down-Sampling, Filterung, der Bildung von Hüllkurven und anderer Kennwerte und der Vergleich mit Grenzwerten zum Beispiel um einen Alarm auszulösen. Dazu verfügt der Mikrocontroller 30 über den Programmspeicher 33, der über den Datenbus geladen werden kann. Weitere Speicher 32, 34 enthalten Parameter und andere Daten. Darüber hinaus wird die Aufbereitung der ermittelten Daten zur RF-Übertragung im Frequenzbereich von 0,4 bis 7 GHz im Mikrocontroller 30 durchgeführt. Die im Prozessor 30 verwendete Trägerfrequenz für das RF-Signal liegt dabei in einem Bereich von 0,4 bis 7 GHz. Auf diesen Träger werden die digitalen Daten aufmoduliert. Vorteilhaft ist dabei, dass der Prozessor 30 neben der Stromversorgung und dem Sensor 11 der einzige Chip auf einer nicht eingezeichneten Leiterplatte sein kann und neben der RF-Übertragung auch eine Vorverarbeitung der Messdaten durchführt.
• Die Sensoranordnung 10 ist kostengünstig zu realisieren, einfach zu installieren und weist ein geringes Gewicht auf. Die Sensoranordnung 10 wird durch ein an den Antennenanschluss 18 zur drahtlosen Datenübertragung angeschlossenes Kabel 13 mit Spannung versorgt. Das Kabel 13 stellt ein kostengünstiges Medium zur Datenübertragung dar. Der Anschluss für das Kabel 13 ist in das Sensorgehäuse integriert. Alternativ kann der Anschluss an der Verbindung für eine Antenne eines WLAN erfolgen. Zur Trennung des hochfrequenten Digitalsignals vom niederfrequenten, der Stromversorgung dienenden Anteil mit der Frequenz Null bei Gleichstromversorgung genügt ein einfacher elektronischer Filter, wie ein LC-Glied. Von Vorteil sind der reduzierte Hardware-Aufwand, der reduzierte Installationsaufwand und der reduzierte Aufwand an Firmware, da weitgehend standardisierte Komponenten verwendet werden. In den genannten Bereichen wird die Vielfalt an Elementen wie Hardware-Bausteine, Firmware und Software reduziert.
• Das Kabel 13 kann eine als Antennenkabel ausgeführte Übertragungslinie zur drahtlosen Datenkommunikation sein. Das Kabel 13 kann ein WLAN-Kabel sein. Zwischen dem Kabel 13 und der Verarbeitungsschaltung 12 ist die Filteranordnung 14, die ein RC- oder LC-Filter ist, eingefügt und dient zur Abtrennung eines elektrisch niederfrequenten Anteils von dieser Antennenleitung. Dieser niederfrequente Anteil wird der Stromversorgung des Sensors 11 und des Prozessors 30 zugeführt. Bei der Konstruktion der Sensoranordnung 10 wird intern der Anschluss für die drahtlose Datenübertragung von und zur Sensoranordnung 10 beziehungsweise dem Prozessor 30 mit der Filteranordnung 14 zur niederfrequenten Abtrennung ausgerüstet. Weiter werden zwei Anschlüsse für eine Antenne beziehungsweise ein Kabel realisiert.
• Eine Sensoranordnung kann nachgerüstet werden, indem im Innern des Gehäuses das Antennenkabel 13 aufgetrennt wird und dort die Filteranordnung 14 eingebaut wird, die den niederfrequenten Anteil des an der Antenne anliegenden Signals abtrennt, damit dieser niederfrequente Anteil zur Spannungsversorgung des Sensors 11 und der Verarbeitungsschaltung 12 eingesetzt werden kann. Anstelle einer üblicherweise an das Gehäuse angeschraubten WLAN-Antenne wird ein T-Verbinder oder Y-Verbinder für die Kabel 13, 35 angebracht. Die WLAN-Antenne beziehungsweise das T-Stück können auch anders als mit einem Gewinde an der Sensoranordnung 10 angebracht werden, zum Beispiel durch Festklemmen oder mit einem Steckverbinder.
• Alternativ kann die Verarbeitungsschaltung 12 mehr als einen Halbleiterkörper mit einer integrierten Schaltung umfassen. Beispielsweise kann die Verarbeitungsschaltung 12 als Zwei-Chip-Lösung implementiert sein. Die Verarbeitungsschaltung 12 kann beispielsweise einen CC2511 System-on-Chip von Texas Instruments und eine Advanced Risc Machine, abgekürzt ARM, mit einem Digitalen Signalprozessor, abgekürzt DSP, umfassen.
• In einer alternativen Ausführungsform ist zwischen dem AD-Wandler 29, dem Signalausgang 18 und dem Signaleingang 17 ein Field Programmable Gate Array, abgekürzt FPGA, angeordnet.
• In einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform liegt die Versorgungsspannung VDD zwischen der weiteren Leitung 16 und dem Bezugspotentialanschluss 20 an. Die weitere Leitung 16 ist dann an die Versorgungseingänge 19, 27 angeschlossen. Die Leitung 15 ist an den Signalausgang 18 und den Signaleingang 17 angeschlossen. Die Versorgungsspannung VDD liegt somit auf dem Schirm des Koaxialkabels 13. Da die Versorgungsspannung VDD nicht an derselben Leitung des Kabels 13 wie das Signal anliegt ist, kann die Filteranordnung 14 entfallen.
• 1B zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform der Sensoranordnung 10, die eine Weiterbildung der in 1A gezeigten Ausführungsform ist. Zusätzlich umfasst die Filteranordnung 14 eine Gleichrichterschaltung 40. Die Gleichrichterschaltung 40 ist zwischen der Induktivität 22 und dem Speicherkondensator 21 angeordnet. Die Gleichrichterschaltung 40 umfasst eine Diode, welche die Induktivität 22 mit dem Speicherkondensator 21 koppelt. Darüber hinaus koppelt ein weiterer Kondensator 41 einen Knoten zwischen der Gleichrichterschaltung 40 und der Induktivität 41 mit der weiteren Leitung 16. Der weitere Kondensator 41 und die Induktivität 22 bilden somit eine Serienschaltung, die die Leitung 15 mit der weiteren Leitung 16 verbindet. Die Versorgungsspannung VDD wird durch Gleichrichtung der Kabelspannung VK mittels der Gleichrichterschaltung 40 erzeugt. Die Versorgungsspannung VDD kann somit aus einem Gleichanteil der Kabelspannung VK wie auch aus einem Wechselspannungsanteil der Kabelspannung VK erzeugt werden. Bevorzugt hat der für die Bildung der Versorgungsspannung VDD vorgesehene Wechselspannungsanteil der Kabelspannung VK eine niedrige Frequenz, sodass die Induktivität 22 ausschließlich einen geringen Wechselspannungswiderstand darstellt.
• Zusätzlich weist die Verarbeitungsschaltung 12 einen Synchronisationseingang 42 auf, der mit der Leitung 15 gekoppelt ist. Die Filteranordnung 14 umfasst einen weiteren Widerstand 43, der zwischen dem Synchronisationseingang 42 und der Leitung 15 angeordnet ist. Der weitere Widerstand 43 verringert eine Einfügedämpfung. An den Synchronisationseingang 42 liegt ein Synchrontriggersignal SY an. Das Synchrontriggersignal SY ist als Pulssignal mit einer niedrigen Frequenz realisiert. Die Pulse haben beispielsweise eine Dauer von 10 µs. Die Verarbeitungsschaltung 12 generiert ein Taktsignal CLK, das mit dem Synchrontriggersignal SY synchronisiert ist. Mittels des Synchrontriggersignals SY können verschiedene Sensoranordnungen so angesteuert werden, dass die Taktsignale CLK der Sensoranordnungen näherungsweise gleich sind. Die Verarbeitungsschaltung 12 umfasst somit eine nicht eingezeichnete Uhr, englisch time ticker, die durch regelmäßige Impulse im Synchrontriggersignal SY von einer Uhr in einer nicht eingezeichneten Auswerteeinrichtung synchronisiert wird. Somit wird ein Driften der Uhr verhindert. Das Synchrontriggersignal SY kann in Abhängigkeit von einer Drehzahl einer Maschine, an der die Sensoranordnung 10 befestigt ist, bereitgestellt werden. Eine Schnittstelle der Verarbeitungsschaltung 12 umfasst den entkoppelten Signaleingang 17, den RF-Signalausgang 18 und den Synchronisationseingang 42. Die Schnittstelle ist als Kommunikationsschnittstelle realisiert.
• Der Sensor 11 umfasst ein weiteres Sensorelement. Das weitere Sensorelement kann als Schwingungs-, Beschleunigungs-, Geschwindigkeits-, Weg-, Temperatur-, Druck-, Drehzahl-, Anschlagstellungs- oder Winkelsensorelement realisiert sein.
• Der Inhalt des Speichers 31 ist mittels vom Kabel 13 übertragenen Informationen in einem Betrieb der Sensoranordnung 10 veränderbar. Mittels des Eingangssignals SEI kann die vom Prozessor 30 durchzuführende Signalverarbeitung geändert werden. Dazu enthält das Eingangssignal SEI einen geänderten Programmcode, der im Programmspeicher 33 gespeichert wird. Der Programmspeicher 33 ist somit nachladbar. Der Programmspeicher 33 ist beispielsweise als EEPROM realisiert. Weiter sind die im Parameterspeicher 34 gespeicherten Parameter mittels des Eingangssignals SEI veränderbar.
• In einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform ist die Gleichrichterschaltung 40 als Zwei-Weg- oder Brückengleichrichter realisiert.
• 1C zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform der Sensoranordnung 10, die eine Weiterbildung der in 1A und 1B gezeigten Ausführungsformen ist. Die Verarbeitungsschaltung 12 umfasst einen Sender 48, der ausgangsseitig mit dem Signalausgang 18 gekoppelt ist. Der Sender 48 umfasst einen Modulator 50, der einen Ausgang des Prozessors 30 mit dem Signalausgang 18 verbindet. Weiter umfasst die Verarbeitungsschaltung 12 einen Empfänger 49, der eingangsseitig mit dem Signaleingang 17 gekoppelt ist. Der Empfänger 49 weist einen Demodulator 51 auf, der den Signaleingang 17 mit einem Eingang des Prozessors 30 koppelt. In einem Sendebetrieb erzeugt der Modulator 50 das Ausgangssignal SRF unter Verwendung der Trägerfrequenz. Der Modulator 50 bereitet ein Ausgangssignal des Prozessors 30 für die Funkübertragung auf und gibt dieses aufbereitete Signal als Ausgangssignal SRF ab. Das Ausgangssignal SRF ist derart ausgelegt, dass es bei Zuführung an eine Antenne sendbar wäre. Das Ausgangsignal SRF wird jedoch dem Kabel 13 und keiner Antenne zugeleitet. In einem Empfangsbetrieb demoduliert der Demodulator 51 das Eingangssignal SEI unter Verwendung einer weiteren Trägerfrequenz. Die Trägerfrequenz und die weitere Trägerfrequenz liegen in einem Bereich von 0,4 bis 7 GHz. Das Ausgangssignal SRF ist somit ein Hochfrequenzsignal, bei dem ein Trägersignal mit den Sensordaten moduliert ist. Entsprechend generiert der Demodulator 51 aus dem hochfrequenten Eingangssignal SEI, das dem hochfrequenten Anteil der Kabelspannung VK entspricht, ein Signal, das dem Prozessor 30 zugeleitet wird. Mittels des Eingangssignals SEI ist das Taktsignal CLK synchronisierbar, das die interne Uhr der Sensoranordnung 10 abgibt. Der Synchronisationseingang 42 kann somit entfallen.
• Die Sensoranordnung 10 umfasst eine Leiterplatte 52, auf der der Sensor 11, die Verarbeitungsschaltung 12 und die Filteranordnung 14 angeordnet ist. Die Leiterplatte 52 ist in einem Gehäuse angeordnet. Das Gehäuse ist wasserdicht und staubdicht.
• 2A zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Sensorbussystemss 60. Das Sensorbussystem 60 weist die Sensoranordnung 10 gemäß einer der in den 1A bis 1C gezeigten Ausführungsformen auf. Darüber hinaus umfasst das Sensorbussystem 60 weitere Sensoranordnungen 61 bis 64. Insgesamt umfasst das Sensorbussystem 60 somit eine erste Anzahl N von Sensoranordnungen. Die erste Anzahl N ist größer gleich 1. Darüber hinaus umfasst das Sensorbussystem 60 eine Auswerteeinrichtung 65, die über das Kabel 13 mit der Sensoranordnung 10 verbunden ist. Die Sensoranordnung 10 ist über das weitere Kabel 35 mit der weiteren Sensoranordnung 61 verbunden. Die Sensoranordnung 10 sowie die weiteren Sensoranordnungen 61 bis 64 sind seriell hintereinander angeordnet und über die Kabel 36, 66 bis 68 miteinander verbunden. Die letzte Sensoranordnung 64 der ersten Anzahl N von Sensoranordnungen ist an ihrem weiteren Kabel 69 an eine Terminierungsschaltung 70 angeschlossen. Der Anschluss der letzten Sensoranordnung 64, an dem keine Verbindung zur nächsten Sensoranordnung besteht, ist an die Terminierungsschaltung 70 angeschlossen. Die Terminierungsschaltung 70 weist einen Widerstand auf, der zwischen der weiteren Leitung und der Leitung des weiteren Kabels 69 angeordnet ist. Dieser Abschlusswiderstand wird gemäß der Kabelimpedanz des als Koaxialkabel realisierten Kabels 13 ausgelegt. Die Sensoranordnung 10 und die Auswerteeinrichtung 65 weisen zwei separate Gehäuse auf. Die Sensoranordnung 10 ist von der Auswerteeinrichtung 65 mindestens einen Meter entfernt.
• Die Auswerteeinrichtung 65 umfasst eine Stromversorgung 71, einen weiteren Prozessor 72 und eine Brücke 73. Die Brücke 73 ist als Hochfrequenzbrücke realisiert. Die Stromversorgung 71 sowie die Brücke 73 sind an das Kabel 13 angeschlossen. Mittels der Stromversorgung 71 wird somit der Gleichspannungsanteil der Kabelspannung VK erzeugt. Die Brücke 73 dient zur Trennung des Gleichspannungsanteils des Kabelspannung VK vom weiteren Prozessor 72 und zur Übermittlung der Signale, die über das Kabel 13 geleitet werden, an den weiteren Prozessor 72. Der weitere Prozessor 72 umfasst einen weiteren Datenspeicher 76. Der weitere Prozessor 72 dient der Datenspeicherung und Auswertung. Das Sensorbussystem 60 ist als Datenkommunikationsnetz realisiert. Die Auswerteeinrichtung 65 sowie die Sensoranordnungen 10, 61 bis 64 können beispielsweise entsprechend wie in einem WLAN, oder einem Wireless Personal Area Network, abgekürzt WPAN, miteinander kommunizieren. Das Sensorbussystem 60 kann den IEEE Standard 802.11x oder den IEEE Standard 802.15.x verwenden. Beispiele für entsprechend vom Sensorbussystem 60 anwendbare Standards sind Bluetooth, ZigBee, Communications Software and Services, abgekürzt CSS, Ultra-Wide Band, abgekürzt UWB, und Wi-Fi. Der weitere Prozessor 72 ist über eine Ethernet-Datenfernübertragung 74 mit einer weiteren nicht gezeigten Einheit verbunden. Die Auswerteeinrichtung 65 kann an ein WPAN, LAN, WAN oder Internet angebunden sein. Der weitere Prozessor 72 weist einen Signaleingang 75 auf, dem eine Information wie ein Drehwinkel und/oder eine Leistung einer Maschine zugeleitet wird.
• Die Verarbeitungsschaltung 12 ist derart implementiert, dass sie ein Ausgangssignal SRF an dem Signalausgang 18 bereitstellt, das über eine Antenne abstrahlbar ist, jedoch über das Kabel 13 an die Auswerteeinrichtung 65 übertragen wird. Das Ausgangssignal SRF wird somit nicht mittels Antenne abgestrahlt. Die Sensoranordnung 10, die weiteren Sensoranordnungen 61 bis 64 sowie die Auswerteeinrichtung 65 sind frei von einer Antenne. Das Ausgangssignal SRF, das bei Vorhandensein einer Antenne über Funk abgestrahlt werden könnte, wird somit ausschließlich über das Kabel 13 von der Sensoranordnung 10 an die Auswerteinrichtung 65 übertragen. Die Kommunikation der Sensoranordnungen 10, 61 und 64 mit der Auswerteeinrichtung 65 erfolgt somit frei von Funkwellen.
• Ein Kabelbus umfasst das Kabel 13 sowie das weitere Kabel 35. Am Kabelbus liegt die von den Sensoren benötigte Gleichspannung, eine mit den Daten modulierte Trägerfrequenz im Bereich von 0,4 bis 7 GHz sowie das Synchrontriggersignal SY an. Die Sensoranordnungen 10, 61 bis 64 sowie die Kabel 13, 36, 66 bis 69 können vorkonfektioniert sein. Aufgrund der Verwendung der Kabel 13, 35, ist die Übertragung der Daten weniger störempfindlich. Das Sensorbussystem 60 gibt nur geringe Störsignale ab. Das Sensorbussystem 60 umfasst mehrere Sensoranordnungen 10, 61 bis 64, die an einem Bus in einer Reihe angeordnet sind. Diese serielle Anordnung ermöglicht eine gegenüber einer sternförmigen Kabelanordnung insgesamt reduzierte Länge an Verbindungskabeln, da nur ein Kabel vom weiteren Prozessor 72 mit Anbindung zu LAN oder einem anderen Netzwerk zur nächstgelegenen Sensoranordnung 10 sowie je ein weiteres Kabel pro Sensoranordnung erforderlich sind.
• An einem Ende des linearen koaxialen Bussystems ist der weitere Prozessor 72 angeordnet. Am weiteren Prozessor 72 sind weitere direkte Anschlüsse 75 für andere Messdaten beziehungsweise Sensoren angebracht. Der weitere Prozessor 72 kann auch eine Schnittstelle für das WLAN über eine Antenne aufweisen. In der Auswerteeinrichtung 65 befinden sich der weitere Prozessor 72, die Energieversorgung 71 der Sensoranordnungen über ein Netzteil sowie die Schnittstelle 74 zum LAN und/oder zu einem weiteren Netzwerk wie über einen Feldbus. Das Netzteil wird ebenso wie in den Sensoranordnungen 10, 61 bis 64 über eine als LC-Filter realisierte Brücke 73 von der Datenleitung 13 entkoppelt. Zusätzliche Bestandteile des weiteren Prozessors 72 sind Speicher für Daten und Programme sowie Anzeigen (Leuchten, Bildschirme) zur Darstellung von Systemzuständen oder Alarmen oder anderer Informationen. Die Auswerteeinrichtung 65 wird über das Stromnetz mit Energie versorgt. Die Auswerteeinrichtung 65 kann den Inhalt des Speichers 31 mittels vom Kabel 13 übertragenen Informationen in einem Betrieb der Sensoranordnung 10 verändern. Die Auswerteeinrichtung 65 kann über das Kabel 13 den Inhalt des Programmspeichers 33 der Sensoranordnung 10 ändern. Ebenso kann die Auswerteeinrichtung 65 über das Kabel 13 den Inhalt des Parameterspeichers 34 der Sensoranordnung 10 ändern.
• In einer Ausführungsform werden die Kabel 13, 35 bereits bei der Fertigung an die Verarbeitungsschaltung 12 angeschlossen. Dadurch kann die Sensoranordnung 10 kleiner und leichter ausgeführt werden als wenn zum Beispiel Steck- oder Schraubverbinder vorgesehen sind. Ein Anschluss beziehungsweise das Kabel 13 dient der Anbindung der Sensoranordnung 10 an die im Bus vorhergehende Sensoranordnung oder den Busserver 65. Der weitere Anschluss beziehungsweise das weitere Kabel 35 dient der Verbindung der Sensoranordnung 10 zur nächstfolgenden Sensoranordnung 61 oder zur Terminierung 69.
• Die Verbindung zwischen dem Kabel 13 zur Sensoranordnung 10 und dem weiteren Kabel 35 zur Sensoranordnung 10 ist frei von einem Kabelstecker und frei von einer Kabelbuchse. Somit kann das Sensorbussystem 60 ohne Kabelstecker und ohne Kabelbuchse realisiert sein. Alternativ weist die Sensoranordnung 10 eine Kabelbuchse zum Anschließen einer Kabelsteckers des Kabels 13 auf. Ebenso kann die Sensoranordnung 10 eine Kabelbuchse zum Anschließen einer Kabelsteckers des weiteren Kabels 36 umfassen. Somit ist ein Austausch der Sensoranordnung 10 bei einem Defekt erleichtert.
• Das Sensorbussystem 60 weist somit einen verkabelt ausgeführten Datenbus in linearer Topologie auf, dessen Kabel 13, 35, 66 bis 69 auch zur Energieversorgung der Sensoranordnungen 10, 61 bis 64 dienen. Von Vorteil ist die Möglichkeit, ein Sensorbussystem 60 mit nur einem einzigen Kommunikationssystem auszurüsten, das je nach den jeweiligen Gegebenheiten drahtgebunden oder drahtlos operabel ist. So wird auch ein Systemübergang zwischen drahtloser und drahtgebundener Kommunikation erleichtert. Ein weiterer Vorteil besteht in einer erhöhten Flexibilität, die in Anpassung an die jeweilige Umgebung einen einfachen Wechsel zwischen drahtlos und drahtgebunden kommunizierenden Sensoranordnungen 10, 61 bis 64 ermöglicht, ohne dass der Einsatz einer anderen Kommunikationshardware erforderlich wird.
• Alternativ wird am Anschluss der letzten Sensoranordnung 64, an dem keine Verbindung zur nächsten Sensoranordnung besteht, eine aktive Terminierung angebracht, wobei auch der zur Energieversorgung dienende Spannungsanteil kompensiert wird. Da die Busleitung zur Energieversorgung verwendet wird, wird mit der aktiven Terminierung im Unterschied zu einem einfachen Abschlusswiderstand der Energieverlust verringert.
• 2B zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform des Sensorbussystems 60, die eine Weiterbildung der in den obigen Figuren gezeigten Ausführungsformen ist. Das Kabel 13 weist genau eine Leitung 15 auf. Das Kabel 13 ist somit einadrig. Die Leitung 15 ist somit als Einzelleitung realisiert. Die Verarbeitungsschaltung 12 umfasst einen Schalter 77, der zwischen der Leitung 15 und dem Sender 48 sowie dem Empfänger 49 angeordnet ist. Der Schalter 77 koppelt somit den Modulator 50 und den Demodulator 51 mit der Leitung 15. Zwischen dem Schalter 77 und der Leitung 15 ist die Filteranordnung 14 angeordnet. Der Schalter 77 ist über den Hochpass 23 mit der Leitung 15 gekoppelt. Die Verarbeitungsschaltung 12 kann als RF Analogprozessor implementiert sein.
• Weiter umfasst die Sensoranordnung 10 ein Symmetrierglied 78. Das Symmetrierglied 78 ist zwischen dem Schalter 77 und der Filteranordnung 14 angeordnet. Das Symmetrierglied 78 kann auch als Balun bezeichnet sein. Eine asymmetrische Seite des Symmetrierglieds 78 ist über die Filteranordnung 14 mit der Leitung 15 gekoppelt. Eine symmetrische Seite des Symmetrierglieds 78 ist mit dem Schalter 77 verbunden. Das Symmetrierglied 78 dient zur Kopplung zwischen dem symmetrisch realisierten Schalter 77 und dem asymmetrisch realisierten Kabel 13. Das Symmetrierglied 78 und der Schalter 77 sind somit über zwei Leitungen verbunden. Ebenfalls sind der Schalter 77 und der Modulator 50 sowie der Schalter 77 und der Demodulator 51 über zwei Leitungen verbunden.
• Zwischen dem Schalter 77 und dem Symmetrierglied 78 liegt ein Funksignals SB an. Zwischen dem Symmetrierglied 78 und der Filteranordnung 14 liegt ein Filtersignal SF an. Das Ausgangssignal SRF des Modulators 50 wird einem Eingang des Schalters 77 zugeleitet und in einem Sendebetrieb an einem Anschluss des Schalters 77 als ein Funksignal SB abgegeben. Der Anschluss des Schalters ist mit der Leitung 15 gekoppelt. Der Eingang des Schalters 77 ist mit dem Modulator 50 verbunden. Das Funksignal SB wird in einem Empfangsbetrieb dem Anschluss des Schalters 77 zugeleitet und vom Schalter 77 an einem Ausgang des Schalters 77 als Empfangssignal SEI an den Demodulator 51 abgegeben. Der Ausgang des Schalters 77 ist an den Demodulator 51 angeschlossen. Der Schalter 77 ist als Umschalter realisiert, der beim Übergang vom Sende- auf den Empfangsbetrieb oder beim Übergang vom Empfangs- auf den Sendebetrieb umschaltet. Die Kabelspannung VK und Das Filtersignal SF sind asymmetrische Signale. Hingegen sind das Funksignal SB, das Ausgangsignal SRF und das Eingangsignal SEI symmetrische Signale.
• Weiter umfasst die Verarbeitungsschaltung 12 einen Generator 79, der mit dem Modulator 50 und dem Demodulator 51 gekoppelt ist. Der Generator 79 ist als Oszillator realisiert. Der Generator 79 erzeugt die Trägerfrequenz und gibt sie an den Modulator 50 ab. Der Generator 79 erzeugt eine Empfangsträgerfrequenz und gibt sie an den Demodulator 51 ab. Mittels einer Kopplung zwischen dem Demodulator 51 und dem Generator 79 wird die Empfangsträgerfrequenz derart rekonstruiert, dass der Empfang durch den Demodulator 51 optimiert ist.
• Die Verarbeitungsschaltung 12 umfasst zusätzlich einen Spannungsregler 88. Der Spannungsregler 88 ist eingangsseitig an den Speicherkondensator 21 angeschlossen. Ausgangsseitig ist der Spannungsregler 88 an den Versorgungseingang 19 der Verarbeitungsschaltung 12 und an den Versorgungseingang 27 des Sensors 11 angeschlossen. Weiter ist der Spannungsregler 88 mit dem Bezugspotentialanschluss 20 verbunden. Ein Glättungskondensator 89 koppelt den Ausgang des Spannungsreglers 88 mit dem Bezugspotentialanschluss 25. Dem Spannungsregler 88 wird die am Speicherkondensator 21 anliegende Spannung zugeführt. Der Spannungsregler 88 gibt ausgangsseitig die Versorgungsspannung VDD ab. Der Spannungsregler 88 kann als Low Dropout Regulator oder DC/DC-Wandler ausgeführt sein.
• Die Brücke 73 der Auswerteeinrichtung 65 weist eine Brückeninduktivität 82 und einen Brückenkondensator 83 auf. Die Brückeninduktivität 82 koppelt die Stromversorgung 71 mit der Leitung 15. Darüber hinaus ist der Brückenkondensator 83 zwischen dem weiteren Prozessor 72 und der Leitung 15 angeordnet. Die Stromversorgung 71 umfasst eine Spannungsquelle 84.
• Der Bezugspotentialanschluss 20 der Verarbeitungsschaltung 12 ist an einen Erdungsanschluss 85 angeschlossen. Die Auswerteeinrichtung 65 ist an einen weiteren Erdungsanschluss 86 angeschlossen. Insbesondere ist die Stromversorgung 71 an den weiteren Erdungsanschluss 86 angeschlossen. Ein Ausgleichsleiter 87 verbindet den Erdungsanschluss 85 mit dem weiteren Erdungsanschluss 86. Der Ausgleichsleiter 87 ist als Maschinenpotentialausgleichsleiter realisiert. Der Ausgleichsleiter 87 bewirkt somit eine Rückführung zwischen der Sensoranordnung 10 und der Auswerteeinrichtung 65. Mit Vorteil ist im Allgemeinen in einer Maschinenanlage bereits der Ausgleichsleiter 87 vorhanden. Für die Installation des Sensorbussystems 60 ist somit ein Kabel mit ausschließlich einer einzigen Leitung 15 ausreichend, da die Bezugspotentialanschlüsse 20, 28 der Sensoranordnung 10 und die Bezugspotentialanschlüsse der Auswerteeinrichtung 65 über den Ausgleichsleiter 87 gekoppelt sind.
• In einer mit Punkten angegebenen Ausführungsform ist an die Sensoranwendung 10 direkt das weitere Kabel 35 angeschlossen. Das weitere Kabel 35 weist die zusätzliche Leitung 36 auf. Auch das weitere Kabel umfasst genau eine Leitung. Das weitere Kabel 35 verbindet die Sensoranordnung 10 mit der weiteren Sensoranordnung 61. Somit ist das Sensorbussystem 60 als lineares System realisiert. Alternativ kann jedoch das weitere Kabel 35 entfallen.
• In einer mit Punkten angegebenen Ausführungsform umfasst das Sensorbussystem 60 eine zusätzliche Leitung 90. Die zusätzliche Leitung 90 ist an einen Knoten der Leitung 15 zwischen der Sensoranordnung 10 und der Auswerteeinrichtung 65 angeschlossen. Die zusätzliche Leitung 90 kann an eine andere Leitung oder an eine weitere Sensoranordnung 62 angeschlossen sein. Das Sensorbussystem 60 kann somit als Baumsystem oder Sternsystem realisiert sein.
• In einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform umfasst das Kabel 13 vier Leitungen. Bei einem vieradrigen Kabel kann man zwei Adern für das Signal verwenden und zwei Adern für die Versorgung. Das Kabel 13 weist optional eine Schirmleitung auf. Bevorzugt ist das Kabel 13 nicht als Koaxialkabel realisiert. Das Kabel 13 kann als Twisted Pair ausgeführt sein. Werden verschiedene Adern für Signal und Versorgung verwendet, kann die Filteranordnung 14 entfallen und durch Leitungen ersetzt werden.
• 3 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der Sensoranordnung 10 mit einer Aufnahmevorrichtung 80, die eine Weiterbildung der in den 1A bis 1C sowie 2A und 2B gezeigten Ausführungsformen ist. Die Aufnahmevorrichtung 80 kann als Edelstahlblechtasche realisiert sein. Die Sensoranordnung 10 umfasst das Kabel 13 und ist frei von einem Metallgehäuse. Die Aufnahmevorrichtung 80 ist mit der Sensoranordnung 10 lösbar verbunden. Die Aufnahmevorrichtung 80 ist ausgelegt, die Sensoranordnung 10 mechanisch zu schützen und zu fixieren. Die Sensoranordnung 10 ist lösbar in die Aufnahmevorrichtung 80 eingeschoben. Die Sensoranordnung 10 wird in die Aufnahmevorrichtung 80 eingeklickt. Die Aufnahmevorrichtung 80 ist auf eine Maschine 81 aufgeklebt. Die Aufnahmevorrichtung 80 wird mit einem Hilfsmagneten während der Kleberaushärtung auf der Maschine 81 festgehalten. Der Sensor 11 umfasst ein Schwingungssensorelement. Die Sensoranordnung 10 ist an einer Messstelle einer auf Schwingungen zu vermessenden Maschine 81 angebracht.
• Bezugszeichenliste

10

Sensoranordnung

11

Sensor

12

Verarbeitungsschaltung

13

Kabel

14

Filteranordnung

15

Leitung

16

weitere Leitung

17

Signaleingang

18

Signalausgang

19

Versorgungseingang

20

Bezugspotentialanschluss

21

Speicherkondensator

22

Induktivität

23

Hochpass

24

Hochpasswiderstand

25

Hochpasskondensator

26

Widerstand

27

Versorgungseingang

28

Bezugspotentialanschluss

29

Analog/Digital-Wandler

30

Prozessor

31

Speicher

32

Datenspeicher

33

Programmspeicher

34

Parameterspeicher

35

weiteres Kabel

36

zusätzliche Leitung

37

zusätzliche weitere Leitung

40

Gleichrichterschaltung

41

weiterer Kondensator

42

Synchronisationseingang

43

weiterer Widerstand

48

Sender

49

Empfänger

50

Modulator

51

Demodulator

52

Leiterplatte

60

Sensorbussystem

61 bis 64

weitere Sensoranordnung

65

Auswerteeinrichtung

66 bis 69

weiteres Kabel

70

Terminierungsschaltung

71

Stromversorgung

72

weiterer Prozessor

73

Brücke

74

Datenfernübertragung

75

Signaleingang

76

weiterer Datenspeicher

77

Schalter

78

Symmetrierglied

79

Generator

80

Aufnahmevorrichtung

81

Maschine

82

Brückeninduktivität

83

Brückenkondensator

84

Spannungsquelle

85

Erdungsanschluss

86

weiterer Erdungsanschluss

87

Ausgleichsleiter

88

Spannungsregler

89

Glättungskondensator

CLK

Taktsignal

SB

Funksignal

SE

Sensorsignal

SEI

Eingangssignal

SF

Filtersignal

SRF

Ausgangssignal

SY

Synchrontriggersignal

VDD

Versorgungsspannung

VK

Kabelspannung

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 102005059012 A1 [0003]
• Zitierte Nicht-Patentliteratur
• IEEE Standard 802.11x [0057]
• IEEE Standard 802.15.x [0057]

Claims (15)

1. Sensoranordnung, umfassend – einen Sensor (11) für eine mechanische oder eine thermische Größe, – eine Verarbeitungsschaltung (12), die eingangsseitig an den Sensor (11) angeschlossen ist und ein Ausgangssignal (SRF) bereitstellt, das für eine Funkübertragung aufbereitet ist, und – ein Kabel (13), das mit der Verarbeitungsschaltung (12) gekoppelt ist, das der Verarbeitungsschaltung (12) eine Versorgungsleistung zuführt und dem das Ausgangssignal (SRF) oder ein vom Ausgangssignal (SRF) abgeleitetes Signal (SB, SF) zugeleitet wird.
2. Sensoranordnung nach Anspruch 1, bei der das Ausgangssignal (SRF) gemäß mindestens einem Modulationsverfahren aus einer Gruppe, umfassend Amplitudenmodulation, Frequenzmodulation und Phasenmodulation, moduliert ist.
3. Sensoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, umfassend einen Sender (48), der mit dem Kabel (13) gekoppelt ist und einen Modulator (50) zum Bereitstellen des Ausgangssignals (SRF) umfasst.
4. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend einen Empfänger (49), der mit dem Kabel (13) gekoppelt ist und einen Demodulator (51) umfasst.
5. Sensoranordnung nach Anspruch 3 und 4, umfassend einen Schalter (77), der zwischen dem Sender (48), dem Empfänger (49) und dem Kabel (13) angeordnet ist.
6. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die Verarbeitungsschaltung (12) umfassend – einen Analog/Digital-Wandler (29), der eingangsseitig mit einem Signalausgang des Sensors (11) gekoppelt ist, – einen Prozessor (30), der eingangsseitig an den Analog/ Digital-Wandler (29) angeschlossen ist, und – einen Speicher (31), der mit dem Prozessor (30) verbunden ist.
7. Sensoranordnung nach Anspruch 6, bei der der Inhalt des Speichers (31) mittels vom Kabel (13) übertragenen Informationen in einem Betrieb der Sensoranordnung (10) veränderbar ist.
8. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der das Kabel (13) als Koaxialkabel realisiert ist und die Sensoranordnung (10) eine Filteranordnung (14) umfasst, die an die Verarbeitungsschaltung (12) und das Kabel (13) angeschlossen ist und ausgelegt ist, eine Versorgungsspannung (VDD) aus einer zwischen einer Leitung (15) des Kabels (13) und einer weiteren Leitung (16) des Kabels (13) anliegenden Kabelspannung (VK) zu generieren und an die Verarbeitungsschaltung (12) abzugeben.
9. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der das Kabel (13) als einadriges Kabel realisiert ist und genau eine Leitung (15) aufweist sowie die Sensoranordnung (10) eine Filteranordnung (14) umfasst, die an die Verarbeitungsschaltung (12) und die Leitung (15) angeschlossen ist und ausgelegt ist, eine Versorgungsspannung (VDD) aus einer zwischen der Leitung (15) und einem Bezugspotentialanschluss (20) oder einem Erdanschluss (85) der Sensoranordnung (10) anliegenden Kabelspannung (VK) zu generieren und an die Verarbeitungsschaltung (12) abzugeben.
10. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der die Verarbeitungsschaltung (12) einen Synchronisationseingang (42), der mit dem Kabel (13) gekoppelt ist, umfasst und ausgelegt ist, ein Taktsignal (CLK) zu erzeugen und das Taktsignal (CLK) mit einem am Synchronisationseingang (42) abgreifbaren Synchrontriggersignal (SY) zu synchronisieren.
11. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, der Sensor (11) aufweisend mindestens ein Element aus einer Gruppe, die ein Schwingungssensorelement, ein Beschleunigungssensorelement, ein Geschwindigkeitssensorelement, ein Wegsensorelement, ein Temperatursensorelement, ein Drucksensorelement, ein Drehzahlsensorelement, ein Anschlagstellungssensorelement und ein Winkelsensorelement umfasst.
12. Sensorbussystem (60), umfassend die Sensoranordnung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 sowie – eine Auswerteeinrichtung (65), die über das Kabel (13) mit der Sensoranordnung (10) gekoppelt ist, wobei die Kommunikation zwischen der Auswerteeinrichtung (65) und der Sensoranordnung (10) drahtgebunden und frei von einer Funkübertragung erfolgt.
13. Sensorbussystem (60) nach Anspruch 12, – umfassend eine weitere Sensoranordnung (61, 62), die über ein weiteres Kabel (35, 90) mit der Sensoranordnung (10) verbunden ist, wobei die Kommunikation zwischen der Auswerteeinrichtung (65) und der weiteren Sensoranordnung (61, 62) drahtgebunden und frei von einer Funkübertragung erfolgt.
14. Verfahren zum Erzeugen eines Ausgangssignals, umfassend – Abgeben eines Sensorsignals (SE) durch einen Sensor (11) für mechanische oder thermische Größen, – Erzeugen eines Ausgangssignals (SRF) aus dem Sensorsignal (SE) mittels einer Verarbeitungsschaltung (12), wobei die Verarbeitungsschaltung (12) das Ausgangssignal (SRF) für eine Funkübertragung aufbereitet, und Abgeben des Ausgangssignals (SRF) oder eines vom Ausgangssignal (SRF) abgeleiteten Signals (SB, SF) an ein Kabel (13) und – Zuführen einer Versorgungsleistung an die Verarbeitungsschaltung (12) über das Kabel (13).
15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem das Ausgangssignal (SRF) eine entsprechend der Daten des verarbeiteten Sensorsignals (SE) modulierte Trägerfrequenz aufweist.

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