DE102017120015A1 - Circuit arrangement for line break detection for continuously scanning measuring systems - Google Patents

Circuit arrangement for line break detection for continuously scanning measuring systems Download PDF

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Abstract

Schaltungsanordnung zur Leitungsbrucherkennung, aufweisend:- einen Taktgeber (1), der dazu ausgebildet ist, ein erstes Taktsignal mit einer Frequenz fals Detektorsignal (1a) auszugeben und ein zweites Signal mit einer Frequenz fals Synchronisationssignal (1b) auszugeben;- eine Wandlereinheit (2), die dazu ausgebildet ist, das Detektorsignal (1a) in eine Wechselspannung zu wandeln, die an die Zuleitung eines Sensors (8) anlegbar ist;- einen selektiven Verstärker (3), der dazu ausgebildet ist, selektiv eine Signalkomponente mit der Frequenz faus einer Wechselspannung, die an der Impedanz des Sensors (8) erzeugbar ist, zu verstärken;- einen Filter (4), der dazu ausgebildet ist, die Signalkomponente mit der Frequenz faus der Wechselspannung, die an der Impedanz des Sensors (8) erzeugbar ist, zu dämpfen;- einen Analog-Digital-Wandler (5), der dem Filter (4) nachgeschaltet ist, der mit dem Synchronisationssignal (1b) getaktet ist, und der dazu ausgebildet ist, ein von dem Filter (4) ausgegebenes Signal in einen digitalen Datenstrom zu konvertieren;- einen Controller (6), der dazu ausgebildet ist, das von dem selektiven Verstärker (3) ausgegebene Signal auszuwerten.Circuit breakage detection circuit, comprising: - a clock generator (1) adapted to output a first clock signal having a frequency fals detector signal (1a) and to output a second signal having a frequency fals synchronization signal (1b), - a converter unit (2) adapted to convert the detector signal (1a) into an AC voltage which can be applied to the supply line of a sensor (8), - a selective amplifier (3) adapted to selectively produce a signal component of frequency f A filter (4) which is adapted to the signal component with the frequency faus the AC voltage, which is generated at the impedance of the sensor (8), to amplify AC voltage which is generated at the impedance of the sensor (8), - an analog-to-digital converter (5) which is connected downstream of the filter (4), which is clocked with the synchronization signal (1b) and which is adapted to one of the filter (4) out convert a given signal into a digital data stream, - a controller (6) which is designed to evaluate the signal output by the selective amplifier (3).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Leitungsbrucherkennung für kontinuierlich abtastende Messsysteme sowie ihre Verwendung zur Leitungsbrucherkennung, und ein Verfahren zur Leitungsbrucherkennung.The present invention relates to a circuit arrangement for line break detection for continuously scanning measuring systems and their use for line break detection, and a method for line breakage detection.

Eine häufige Aufgabe in der elektronischen Messtechnik ist die Erkennung eines Fühlerbruchs eines Sensors oder der Leitungsbruch in der Zuleitung zu einem Messsystem mit einem Sensor. Besonders wichtig ist eine Erkennung bei Fühlern bzw. Sensoren, welche innerhalb ihres Messbereichs auch gültige Spannungen von null Volt ausgeben können und somit über den Zustand des Fühlers keine Aussage aufgrund des Messsignals an sich getroffen werden kann. Hierzu zählen z.B. Thermoelemente, welche keine Messspannung abgeben, wenn beide Leitungsenden sich auf gleicher Temperatur befinden.A common task in electronic measuring technology is the detection of sensor breakage of a sensor or the line break in the supply line to a measuring system with a sensor. It is particularly important to detect sensors or sensors which can also output valid voltages of zero volts within their measuring range, so that no statement can be made about the condition of the sensor due to the measuring signal itself. These include e.g. Thermocouples, which do not deliver a measuring voltage, if both line ends are at the same temperature.

Um die Funktionalität der Sensoranordnung überprüfen zu können, ist es daher im Stand der Technik üblich, einen geringen Gleichstrom durch die Sensoranordnung fließen zu lassen. Wird diese Methode beispielsweise bei einer Sensoranordnung mit einem Thermoelement verwendet, entsteht bei einem Fühler- oder Leitungsbruch am Messeingang eine Spannung, die negativer ist als die maximal mögliche negative Thermospannung. Dadurch kann ein Leitungs- oder Fühlerbruch einfach erkannt werden.In order to be able to check the functionality of the sensor arrangement, it is therefore customary in the prior art to let a small direct current flow through the sensor arrangement. If this method is used, for example, in a sensor arrangement with a thermocouple, a voltage that is more negative than the maximum possible negative thermoelectric voltage is produced at a sensor or line break at the measuring input. This makes it easy to detect a line or sensor break.

Die bekannte Methode zur Leitungsbrucherkennung bringt jedoch verschiede Nachteile mit sich. Zum einen kann der zur Leitungsbrucherkennung angelegte Strom zu Fehlern in den Sensordaten führen. Bei einem Thermoelement beispielsweise erzeugt ein zur Leitungsbrucherkennung angelegter Strom einen konstanten Spannungsabfall am Innenwiderstand des Sensors und dessen Zuleitung. Diesen Fehler erfasst das Messsystem als Offsettemperatur. Zur Erzielung genauer Messergebnisse muss die Leitungsbrucherkennung abgeschaltet werden, was mit einem entsprechenden Sicherheitsverlust einhergeht.However, the known method for line break detection has various disadvantages. On the one hand, the current applied for line break detection can lead to errors in the sensor data. For example, in a thermocouple, a current applied to open circuit detection generates a constant voltage drop across the internal resistance of the sensor and its supply line. This error is detected by the measuring system as the offset temperature. To achieve accurate measurement results, the cable break detection must be switched off, which is associated with a corresponding loss of security.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Leitungsbrucherkennung anzugeben, bei der die oben genannten Nachteile vermieden werden können. Konkret soll eine kontinuierlich arbeitende Leitungsbrucherkennung bereitgestellt werden, die keine Verfälschung des eigentlichen Nutzsignals hervorruft.The present invention has for its object to provide a line break detection, in which the above-mentioned disadvantages can be avoided. Specifically, a continuous line break detection is to be provided, which causes no distortion of the actual useful signal.

Diese Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung zur Leitungsbrucherkennung gemäß Anspruch 1, sowie ein Verfahren zur Leitungsbrucherkennung gemäß Anspruch 7 und eine Verwendung einer Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 9 gelöstThis object is achieved by a circuit arrangement for line breakage detection according to claim 1, and a method for line breakage detection according to claim 7 and a use of a circuit arrangement according to claim 9

Insbesondere wird die Aufgabe gelöst durch eine Schaltungsanordnung zur Leitungsbrucherkennung, aufweisend:

  • - einen Taktgeber, der dazu ausgebildet ist, ein erstes Taktsignal mit einer Frequenz fD als Detektorsignal auszugeben und ein zweites Signal mit einer Frequenz fS als Synchronisationssignal auszugeben;
  • - eine Wandlereinheit, die dazu ausgebildet ist, das Detektorsignal in einen Wechselstrom zu wandeln, der an die Zuleitung eines Sensors anlegbar ist;
  • - einen selektiven Verstärker, der dazu ausgebildet ist, selektiv eine Signalkomponente mit der Frequenz fD aus einer Wechselspannung, die an der Impedanz des Sensors erzeugbar ist, zu verstärken;
  • - einen Filter, der dazu ausgebildet ist, die Signalkomponente mit der Frequenz fD aus der Wechselspannung, die an der Impedanz des Sensors erzeugbar ist, zu dämpfen;
  • - einen Analog-Digital-Wandler, der dem Filter nachgeschaltet ist, der mit dem Synchronisationssignal getaktet ist, und der dazu ausgebildet ist, ein von dem Filter ausgegebenes Signal in einen digitalen Datenstrom zu konvertieren;
  • - einen Controller, der dazu ausgebildet ist, das von dem selektiven Verstärker ausgegebene Signal auszuwerten.
In particular, the object is achieved by a circuit arrangement for line break detection, comprising:
  • a clock adapted to output a first clock signal having a frequency f D as a detection signal and to output a second signal having a frequency f S as a synchronization signal;
  • - A converter unit which is adapted to convert the detector signal into an alternating current, which can be applied to the supply line of a sensor;
  • - A selective amplifier, which is adapted to selectively amplify a signal component with the frequency f D from an AC voltage which can be generated at the impedance of the sensor;
  • - A filter which is adapted to attenuate the signal component with the frequency f D from the AC voltage, which is generated at the impedance of the sensor;
  • - An analog-to-digital converter, which is connected downstream of the filter, which is clocked with the synchronization signal, and which is adapted to convert a signal output from the filter into a digital data stream;
  • a controller adapted to evaluate the signal output by the selective amplifier.

Ein Kerngedanke der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass zur Leitungsbrucherkennung ein aus dem Detektorsignal erzeugter Wechselstrom mit einer festen Frequenz fD verwendet wird. Dieser Wechselstrom erzeugt an der Impedanz des zu überprüfenden Sensors eine Wechselspannung mit der Frequenz fD. Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kann dem für die Leitungsbrucherkennung verwendeten Wechselstrom ein Nutzsignal mit einer von fD verschiedenen Frequenz überlagert werden. Dieses gemischte Signal wird dann dem selektiven Verstärker und dem Filter zugeführt. Der selektive Verstärker isoliert das an der Impedanz des Sensors erzeugte Wechselspannungssignal mit der Frequenz fD und hebt dessen Amplitude auf einen auswertbaren Pegel an. Dies ermöglicht eine vom Nutzsignal weitestgehend ungestörte Leitungsbrucherkennung.A core idea of the present invention resides in the fact that, for line break detection, an alternating current having a fixed frequency f D and generated from the detector signal is used. This alternating current generates an alternating voltage with the frequency f D at the impedance of the sensor to be tested. With the circuit arrangement according to the invention, a useful signal with a frequency different from f D can be superimposed on the alternating current used for line break detection. This mixed signal is then fed to the selective amplifier and the filter. The selective amplifier isolates the AC signal generated at the impedance of the sensor with the frequency f D and raises its amplitude to an evaluable level. This allows for a useful signal largely undisturbed wire break detection.

Das gemischte Signal wird andererseits dem Filter zugeführt, der die zur Leitungsbrucherkennung vorgesehene Signalkomponente mit der Frequenz fD dämpft, so dass am Eingang des Analog-Digital-Wandlers nur noch sehr geringe Anteile der durch die Leitungsbrucherkennung erzeugten Störsignale anliegen. Der Analog-Digital-Wandler konvertiert das anliegende Eingangssignal in einen digitalen Datenstrom mit einer vorgegebenen Abtastrate fs. Die Leitungsbrucherkennung kann mit der erfindungsgemäßen Schaltanordnung also von der eigentlichen Messung am Sensor entkoppelt werden. Es ist nicht notwendig, einen die Messung verfälschenden Gleichstrom zur Leitungsbrucherkennung aufzuprägen. Die Leitungsbrucherkennung kann somit kontinuierlich durchgeführt werden, ohne die Messung am Detektor zu verfälschen. Dies erhöht die Sicherheit des Erkennungssystems, ohne die Messeigenschaften des Messsystems negativ zu beeinflussen.On the other hand, the mixed signal is fed to the filter which attenuates the signal component provided for line break detection with the frequency f D , so that only very small portions of the interference signals generated by the line break detection are present at the input of the analog-to-digital converter. The analog-to-digital converter converts the applied input signal into a digital data stream at a predetermined sampling rate fs. The Line break detection can therefore be decoupled from the actual measurement at the sensor with the switching arrangement according to the invention. It is not necessary to impose a measurement falsifying direct current for lead breakage detection. The cable break detection can thus be carried out continuously, without falsifying the measurement at the detector. This increases the security of the detection system, without adversely affecting the measurement properties of the measuring system.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Frequenz fS ein ganzzahlig Vielfaches der Frequenz fD. Der Analog-Digital-Wandler zur Wandlung des Nutzsignals ist ein integrierendes System. Wird ein Nutzsignal mit einer niedrigeren Frequenz als der Frequenz fD verwendet, können an dem Analog-Digital-Wandler Integrationsperioden verwendet werden, die mehrere Perioden des Detektorsignals umfassen. Da die zur Leitungsbrucherkennung erzeugte Wechselspannung ein flächensymmetrisches Signal ist, werden am Eingang des Analog-Digital-Wandlers noch vorhandene Komponenten dieses Signals während einer Integrationsperiode immer zu Null integriert. Damit kann der Störeinfluss der Leitungsbruchüberwachung auf das Nutzsignal weiter reduziert werden.In a preferred embodiment of the invention, the frequency f S is an integer multiple of the frequency f D. The analog-to-digital converter for converting the useful signal is an integrating system. If a useful signal having a lower frequency than the frequency f D is used, integration periods comprising a plurality of periods of the detector signal can be used on the analog-to-digital converter. Since the AC voltage generated for line break detection is a surface-symmetric signal, remaining components of this signal are always integrated to zero at the input of the analog-to-digital converter during an integration period. Thus, the interference of the line break monitoring on the useful signal can be further reduced.

Es ist bevorzugt, dass die Frequenz fD des Detektorsignals in einem Bereich zwischen 100 Hz und 10 MHz, weiter vorzugsweise zwischen 3 MHz und 5 MHz liegt.It is preferred that the frequency f D of the detector signal is in a range between 100 Hz and 10 MHz, more preferably between 3 MHz and 5 MHz.

In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist der Filter durch einen Bandpassfilter, vorzugsweise einen Tiefpassfilter, weiter vorzugsweise einen Antialiasing-Filter, gebildet, wobei die Frequenz fD oberhalb des Durchlassbereichs des Filters liegt. Dies ermöglicht eine effektive Dämpfung des Signals mit der Frequenz fD bei der Auswertung des Nutzsignals. Wird ein Antialiasing-Filter verwendet, können durch die Tiefpasswirkung des Antialiasing-Filters Signalkomponenten zur Leitungsbruchüberwachung sehr stark gedämpft werden.In a further preferred embodiment, the filter is formed by a bandpass filter, preferably a low-pass filter, more preferably an anti-aliasing filter, wherein the frequency f D is above the passband of the filter. This allows effective attenuation of the signal with the frequency f D in the evaluation of the useful signal. If an anti-aliasing filter is used, the low-pass effect of the antialiasing filter can be used to attenuate signal components for line break monitoring to a very high degree.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Analog-Digital-Wandler durch einen Sigma-Delta-Wandler gebildet, wobei die Frequenz fD außerhalb des Durchlassbereichs des Sigma-Delta-Wandlers liegt. Die Verwendung eines Sigma-Delta-Wandlers birgt den Vorteil, dass dieser Wandler die Wirkung eines mehrbandigen Sperrfilters hat. Liegt die Frequenz fD in einem der Sperrbänder, können Komponenten des Detektorsignals effizient aus dem digitalen Nutzsignalstrom entfernt werden.In a further preferred embodiment, the analog-digital converter is formed by a sigma-delta converter, wherein the frequency f D lies outside the passband of the sigma-delta converter. The use of a sigma-delta converter has the advantage that this converter has the effect of a multi-band blocking filter. If the frequency f D lies in one of the stop bands, components of the detector signal can be efficiently removed from the digital useful signal stream.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist wobei zwischen dem selektiven Verstärker und dem Controller ein Detektor angeordnet, der als Komparator oder Analog-Digital-Wandler ausgebildet ist. Damit kann das zur Leitungsbrucherkennung erzeugte Signal mit der Frequenz fD, das von dem selektiven Verstärker isoliert wurde, auf einfache Weise in ein digitales Signal übersetzt werden. Wird ein Komparator als Detektor verwendet, wird das von dem selektiven Verstärker erzeugte Signal mit einer Referenzspannung verglichen und festgestellt, ob das der Leitungsbrucherkennung dienende Signal unterhalb oder oberhalb eines vorab definierten Schwellwerts liegt. Wird als Detektor ein Analog-Digital-Wandler verwendet, kann das zur Leitungsbrucherkennung erzeugte Signal verwendet werden, um die Impedanz des Sensors zu messen.In a further preferred embodiment, wherein between the selective amplifier and the controller, a detector is arranged, which is designed as a comparator or analog-to-digital converter. Thus, the signal generated for open-circuit detection with the frequency f D isolated from the selective amplifier can be easily translated into a digital signal. If a comparator is used as the detector, the signal generated by the selective amplifier is compared with a reference voltage and it is determined whether the signal serving for line break detection is below or above a predefined threshold value. If an analog-to-digital converter is used as the detector, the signal generated for open-circuit detection can be used to measure the impedance of the sensor.

In einer möglichen Ausführungsform ist der Taktgeber in den Controller integriert. Dies vereinfacht den Aufbau der Schaltungsanordnung.In one possible embodiment, the clock is integrated in the controller. This simplifies the structure of the circuit arrangement.

Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren zur Leitungsbrucherkennung, insbesondere unter Verwendung der obigen Schaltungsanordnung, gelöst,

  • - wobei ein Taktgeber ein erstes Taktsignal mit einer Frequenz fD als Detektorsignal ausgibt und ein zweites Signal mit einer Frequenz fS als Synchronisationssignal ausgibt;
  • - wobei eine Wandlereinheit das Detektorsignal in eine Wechselspannung wandelt, die an die Zuleitung eines Sensors angelegt wird;
  • - wobei ein selektiver Verstärker selektiv eine Signalkomponente mit der Frequenz fD aus einer Wechselspannung, die an der Impedanz des Sensors (8) erzeugt wird, verstärkt;
  • - wobei ein Filter die Signalkomponente mit der Frequenz fD aus der Wechselspannung, die an der Impedanz des Sensors erzeugt wird, dämpft;
  • - wobei ein Analog-Digital-Wandler, der dem Filter nachgeschaltet ist, der mit dem Synchronisationssignal getaktet ist, ein von dem Filter ausgegebenes Signal in einen digitalen Datenstrom konvertiert;
  • - wobei ein Controller das von dem selektiven Verstärker ausgegebene Signal auswertet.
The above object is further achieved by a method for line break detection, in particular using the above circuit arrangement,
  • - A clock generator outputs a first clock signal having a frequency f D as a detector signal and outputs a second signal having a frequency f S as a synchronization signal;
  • - wherein a transducer unit converts the detector signal into an AC voltage which is applied to the supply line of a sensor;
  • - wherein a selective amplifier selectively a signal component with the frequency f D from an AC voltage, based on the impedance of the sensor ( 8th ) is amplified;
  • - wherein a filter attenuates the signal component having the frequency f D from the AC voltage generated at the impedance of the sensor;
  • - wherein an analog-to-digital converter, which is connected downstream of the filter, which is clocked with the synchronization signal, converts a signal output by the filter into a digital data stream;
  • - wherein a controller evaluates the signal output from the selective amplifier.

Vorzugsweise arbeitet der Analog-Digital-Wandler mit fester Abtastfrequenz integrierend, wobei die Frequenz fs ein ganzzahlig-Vielfaches der Frequenz fd ist, wobei das Detektorsignal aufgrund der Sperrfiltereigenschaften des integrierenden Analog-Digital-Wandlers mit fester Abtastfrequenz und des dem Nutzsignal überlagerten Detektorsignals mit einem exakten Vielfachen der Abtastfrequenz unterdrückt wird.Preferably, the analog-to-digital converter operates with fixed sampling frequency integrating, wherein the frequency f s is an integer multiple of the frequency f d , the detector signal due to the blocking filter properties of the integrating analog-to-digital converter with a fixed sampling frequency and the useful signal superimposed detector signal is suppressed with an exact multiple of the sampling frequency.

Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Verwendung der obigen Schaltungsanordnung zur Leitungsbrucherkennung.The above object is further achieved by a use of the above circuit arrangement for line break detection.

Nachfolgend wird die Erfindung auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, die anhand der Abbildung näher erläutert wird. The invention will also be described in terms of further features and advantages based on embodiments, which will be explained in more detail with reference to the figure.

Hierbei zeigt 1 ein Schaltbild einer Schaltungsanordnung zur Leitungsbrucherkennung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.This shows 1 a circuit diagram of a circuit arrangement for line break detection according to an embodiment of the present invention.

In 1 ist ein Schaltbild einer Schaltungsanordnung zur Leitungsbrucherkennung für kontinuierlich abtastende Messsysteme gezeigt. Die Schaltungsanordnung ist über einen Anschluss 9 mit einem Sensor 8 verbindbar, der überwacht werden soll. Die Schaltungsanordnung umfasst einen Taktgeber 1, eine Wandlereinheit 2, einen selektiven Verstärker 3, einen Filter 4, einen Analog-Digital-Wandler 5, einen Controller 6 und einen optionalen Detektor 7.In 1 a circuit diagram of a circuit arrangement for line break detection for continuously scanning measuring systems is shown. The circuit arrangement is via a connection 9 with a sensor 8th connectable to be monitored. The circuit arrangement comprises a clock generator 1 , a transducer unit 2 , a selective amplifier 3 , a filter 4 , an analog-to-digital converter 5 , a controller 6 and an optional detector 7 ,

Der Taktgeber 1 erzeugt zwei Taktsignale, nämlich ein Detektorsignal 1a mit einer Frequenz fD und ein Synchronisationssignal 1b mit einer Frequenz fS, die höher als die Frequenz fD ist. Die Frequenzen fD und fS weisen ein festes Teilverhältnis auf.The clock 1 generates two clock signals, namely a detector signal 1a with a frequency f D and a synchronization signal 1b with a frequency f S which is higher than the frequency f D. The frequencies f D and f S have a fixed split ratio.

Das Detektorsignal 1a wird einer Wandlereinheit 2 zugeführt, die in der vorliegenden Ausführungsform durch ein R-C-Glied gebildet ist und das Detektorsignal in einen Wechselstrom mit der Frequenz fD umwandelt. Dieser wird über den Anschluss 9 an eine Zuleitung zu dem Sensor 8 angelegt. Der Wechselstrom erzeugt an der Impedanz des Sensors 8 eine Wechselspannung mit der Frequenz fD, die einem Nutzsignal überlagert wird, mit dem der Sensor 8 betrieben wird. Die Frequenz des Nutzsignals ist wesentlich kleiner als die Frequenz fD, vorzugsweise mindestens um einen Faktor 10.The detector signal 1a becomes a transducer unit 2 supplied, which is formed in the present embodiment by an RC element and converts the detector signal into an alternating current with the frequency f D. This one is about the connection 9 to a supply line to the sensor 8th created. The alternating current generated at the impedance of the sensor 8th an alternating voltage with the frequency f D , which is superimposed on a useful signal, with which the sensor 8th is operated. The frequency of the useful signal is much smaller than the frequency f D , preferably at least by a factor 10 ,

Das gemischte Signal aus der Wechselspannung und dem Nutzsignal wird über eine Leitung 10 dem selektiven Verstärker 3 und dem Filter 4 zugeführt. Der selektive Verstärker 3 verstärkt das Eingangssignal schmalbandig um die Frequenz fD. Es wird die Amplitude der Frequenzkomponente, die dem Detektorsignal 1a entspricht, auf auswertbare Pegel angehoben. Dadurch wird das zur Leitungsbrucherkennung vorgesehene Signal aus dem gemischten Signal isoliert.The mixed signal from the AC voltage and the useful signal is via a line 10 the selective amplifier 3 and the filter 4 fed. The selective amplifier 3 amplifies the input signal narrowband by the frequency f D. It is the amplitude of the frequency component that is the detector signal 1a corresponds, raised to evaluable levels. As a result, the signal intended for line break detection is isolated from the mixed signal.

Das so isolierte Signal wird an den Eingang des Detektors 7 angelegt. Der Detektor 7 kann als Komparator ausgeführt sein. In diesem Fall wird dem Komparator eine Vergleichsspannung zugeführt und das in dem selektiven Verstärker erzeugte Signal wird darauf überprüft, ob es unterhalb oder oberhalb der Vergleichsspannung liegt. Fällt die Spannung unter die Vergleichsspannung ab, kann auf einen Leitungsbruch geschlossen werden.The signal thus isolated is applied to the input of the detector 7 created. The detector 7 can be designed as a comparator. In this case, a comparison voltage is supplied to the comparator and the signal generated in the selective amplifier is checked to see if it is below or above the comparison voltage. If the voltage drops below the reference voltage, a line break can be concluded.

Alternativ kann der Detektor 7 als Analog-Digital-Wandler ausgeführt werden. In diesem Fall kann die Impedanz des Sensors 8 bestimmt werden und eine genauere Aussage über den Zustand des Sensors 8 getroffen werden. Liegt ein Leitungsbruch vor, steigt die gemessene Impedanz stark an, woraus wiederum auf einen Leitungsbruch oder einen Defekt des Sensors 8 geschlossen werden kann.Alternatively, the detector can 7 be executed as an analog-to-digital converter. In this case, the impedance of the sensor 8th be determined and a more accurate statement about the condition of the sensor 8th to be hit. If there is a line break, the measured impedance rises sharply, which in turn leads to a line break or a defect of the sensor 8th can be closed.

Das gemischte Signal aus der Wechselspannung und dem Nutzsignal wird über die Leitung 10 auch dem Filter 4 zugeführt. Der Filter 4 kann als Band- oder Tiefpassfilter, insbesondere als Antialiasing-Filter ausgeführt sein. Entscheidend ist, dass die Frequenz fD außerhalb des Durchlassbereichs des Filters 4 liegt. Da die Frequenz des Nutzsignals kleiner als die Frequenz fD ist, wird der Filter 4 so gewählt, dass die Frequenz fD oberhalb des Durchlassbereichs des Filters 4 liegt. Somit wird das Detektorsignal stark gedämpft, so dass am Ausgang des Filters 4 nur noch sehr kleine Störsignale aus dem Detektorsignal vorhanden sind.The mixed signal from the AC voltage and the useful signal is sent via the line 10 also the filter 4 fed. The filter 4 can be designed as a bandpass or lowpass filter, in particular as antialiasing filter. It is crucial that the frequency f D outside the passband of the filter 4 lies. Since the frequency of the useful signal is smaller than the frequency f D , the filter 4 chosen so that the frequency f D above the passband of the filter 4 lies. Thus, the detector signal is strongly attenuated, so that at the output of the filter 4 only very small interference signals from the detector signal are present.

Als Filter 4 kann ein Antialiasing-Filter verwendet werden, der auf das Mischsignal eine Tiefpassfilterung anwendet, um hohe Frequenzanteile zu dämpfen. Die Grenzfrequenz wird so gewählt, dass fD außerhalb des Durchlassbereichs des Filters 4 liegt.As a filter 4 For example, an anti-aliasing filter may be used which applies low pass filtering to the mix signal to attenuate high frequency components. The cutoff frequency is chosen so that f D is outside the passband of the filter 4 lies.

Das an dem Ausgang des Filters 4 ausgegebene, aufbereitete Signal wird dem Analog-Digital-Wandler 5 zugeführt. Der Analog-Digital-Wandler 5 ist mit dem von dem Taktgeber erzeugten Synchronisationssignal 1b mit der Frequenz fs getaktet. Der Analog-Digital-Wandler 5 arbeitet integrierend und konvertiert das aufbereitete Signal mit der Abtastrate fs in einen digitalen Datenstrom.That at the output of the filter 4 output, conditioned signal is the analog-to-digital converter 5 fed. The analog-to-digital converter 5 is the synchronization signal generated by the clock 1b clocked at the frequency fs. The analog-to-digital converter 5 works integrating and converts the processed signal with the sampling rate fs into a digital data stream.

Da das Nutzsignal, das bei der Konvertierung durch den Analog-Digital-Wandler 5 erhalten werden soll, eine deutlich niedrigere Frequenz aufweist als die Frequenz fD des Detektorsignals 1a, kann die Integrationsperiode des Analog-Digital-Wandlers lang gegenüber der Periode des Detektorsignals 1a gewählt werden. Das heißt, dass die während einer Integrationsperiode des Analog-Digital-Wandlers 5 aufintegrierten Signale eine Vielzahl an Perioden des Detektorsignals 1a überspannen.As the useful signal, that in the conversion by the analog-digital converter 5 is to be obtained, a significantly lower frequency than the frequency f D of the detector signal 1a , the integration period of the analog-to-digital converter may be long compared to the period of the detector signal 1a to get voted. That is, that during an integration period of the analog-to-digital converter 5 On integrated signals a plurality of periods of the detector signal 1a span.

Die durch das Detektorsignal 1a hervorgerufene Signalkomponente ist eine flächensymmetrische Wechselspannung mit Frequenz fD. Wird ein solches Signal über mehrere Perioden integriert, kompensieren die negativen Flächenanteile die positiven Flächenanteile, so dass ein Integrationswert nahe Null erhalten wird. Da die Abtastrate fS des Analog-Digital-Wandlers 5 ein Vielfaches der Frequenz fD des Detektorsignals 1a ist, kann die Integrationsperiode, die stets ein ganzzahlig Vielfaches des Kehrwertes der Abtastrate fS ist, so gewählt werden, dass in dem zu wandelnden Signal verbleibende Anteile des Signals mit der Detektorfrequenz fD sich unabhängig von der Phasenlage stets zu Null integriert werden. Damit kann ein Störeinfluss der Leitungsbrucherkennung auf das Nutzsignal weitestgehend eliminiert werden.The through the detector signal 1a caused signal component is a surface symmetric AC voltage with frequency f D. If such a signal is integrated over several periods, the negative surface portions compensate for the positive area proportions, so that an integration value close to zero is obtained. Since the sampling rate f S of the analog-to-digital converter 5 a multiple of the frequency f D of the detector signal 1a is, the integration period, which is always an integer multiple of the reciprocal of the sampling rate f S , can be selected so that in the signal to be converted remaining portions of the signal with the detector frequency f D are always integrated into zero regardless of the phase position. Thus, a disturbing influence of the line break detection on the useful signal can be largely eliminated.

Der Analog-Digital-Wandler 5 kann als Sigma-Delta-Wandler ausgebildet sein. Bedingt durch das Wandlerprinzip wirkt ein Sigma-Delta-Wandler als zusätzlicher SINC-Filter, der noch vorhandene Anteile des zu wandelnden Signals mit der Frequenz fD zusätzlich dämpfen kann. Zusammen mit dem Filter 4 können aus der Leitungsbrucherkennung stammende Signalanteile mit der Frequenz fD somit unter die Rauschgrenze des Nutzsignals gedämpft werden, so dass sie in dem gewandelten Signalstrom nicht mehr erkennbar sind.The analog-to-digital converter 5 can be designed as a sigma-delta converter. Due to the converter principle, a sigma-delta converter acts as an additional SINC filter, which can additionally attenuate remaining portions of the signal to be converted with the frequency f D. Together with the filter 4 Thus, signal fractions having the frequency f D originating from the line break detection can thus be attenuated below the noise limit of the useful signal so that they can no longer be detected in the converted signal current.

Der Controller 6 dient der Auswertung des verstärkten Detektorsignals und des gefilterten Nutzsignals. Die oben beschriebenen Auswertungen des Detektorsignals zur Erkennung eines möglichen Leitungsbruchs können in dem Controller 6 automatisiert werden. Es kann bei Auftreten einer anormalen gemessenen Sensorimpedanz beispielsweise ein Warnsignal ausgegeben werden. Wird als Detektor 7 ein Komparator verwendet, kann das Warnsignal ausgegeben werden, wenn das am Komparator anliegende Signal die Vergleichsspannung übersteigt. Wird als Detektor 7 ein Analog-Digital-Wandler verwendet, können verschiedene Warnsignale in Abhängigkeit von der gemessenen Sensorimpedanz festgelegt werden. Ebenso kann der Controller 6 konfiguriert sein, die Messung am Sensor 8 zu unterbrechen, wenn eine voreingestellte Sensorimpedanz überschritten wird.The controller 6 serves the evaluation of the amplified detector signal and the filtered useful signal. The above-described evaluations of the detector signal for detecting a possible line break may occur in the controller 6 be automated. For example, when an abnormal measured sensor impedance occurs, a warning signal can be output. Used as a detector 7 uses a comparator, the warning signal can be output if the signal applied to the comparator exceeds the reference voltage. Used as a detector 7 used an analog-to-digital converter, various warning signals can be set depending on the measured sensor impedance. Likewise, the controller 6 be configured, the measurement on the sensor 8th to interrupt when a preset sensor impedance is exceeded.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Taktgeberclock
1a1a
Detektorsignaldetector signal
1b1b
Synchronisationssignalsynchronization signal
22
Wandlereinheitconverter unit
33
selektiver Verstärkerselective amplifier
44
Filterfilter
55
Analog-Digital-WandlerAnalog to digital converter
66
Controllercontroller
77
Detektordetector
88th
Sensorsensor
99
Anschlussconnection
1010
Leitungmanagement

Claims (9)

Schaltungsanordnung zur Leitungsbrucherkennung, aufweisend: - einen Taktgeber (1), der dazu ausgebildet ist, ein erstes Taktsignal mit einer Frequenz fD als Detektorsignal (1a) auszugeben und ein zweites Signal mit einer Frequenz fS als Synchronisationssignal (1b) auszugeben; - eine Wandlereinheit (2), die dazu ausgebildet ist, das Detektorsignal (1a) in eine Wechselspannung zu wandeln, die an die Zuleitung eines Sensors (8) anlegbar ist; - einen selektiven Verstärker (3), der dazu ausgebildet ist, selektiv eine Signalkomponente mit der Frequenz fD aus einer Wechselspannung, die an der Impedanz des Sensors (8) erzeugbar ist, zu verstärken; - einen Filter (4), der dazu ausgebildet ist, die Signalkomponente mit der Frequenz fD aus der Wechselspannung, die an der Impedanz des Sensors (8) erzeugbar ist, zu dämpfen; - einen Analog-Digital-Wandler (5), der dem Filter (4) nachgeschaltet ist, der mit dem Synchronisationssignal (1b) getaktet ist, und der dazu ausgebildet ist, ein von dem Filter (4) ausgegebenes Signal in einen digitalen Datenstrom zu konvertieren; - einen Controller (6), der dazu ausgebildet ist, das von dem selektiven Verstärker (3) ausgegebene Signal auszuwerten.Circuit arrangement for open-circuit detection, comprising: - a clock generator (1) which is designed to output a first clock signal having a frequency f D as a detector signal (1a) and to output a second signal having a frequency f S as a synchronization signal (1b); - A converter unit (2) which is adapted to convert the detector signal (1a) into an AC voltage which can be applied to the supply line of a sensor (8); - a selective amplifier (3) adapted to selectively amplify a signal component having the frequency f D from an AC voltage which is producible at the impedance of the sensor (8); - A filter (4) which is adapted to attenuate the signal component with the frequency f D from the AC voltage, which is generated at the impedance of the sensor (8); - An analog-to-digital converter (5) which is the filter (4) connected downstream, which is clocked with the synchronization signal (1b), and which is adapted to a signal output from the filter (4) in a digital data stream convert; - A controller (6) which is adapted to evaluate the signal output by the selective amplifier (3). Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Frequenz fs ein ganzzahlig Vielfaches der Frequenz fD ist.Circuit arrangement according to Claim 1 , where the frequency fs is an integer multiple of the frequency f D. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Filter (4) durch einen Bandpassfilter, vorzugsweise einen Tiefpassfilter, weiter vorzugsweise einen Antialiasing-Filter, gebildet ist, und wobei die Frequenz fD oberhalb des Durchlassbereichs des Filters (4) liegt.Circuit arrangement according to one of the preceding claims, wherein the filter (4) by a band-pass filter, preferably a low-pass filter, more preferably an anti-aliasing filter is formed, and wherein the frequency f D is above the passband of the filter (4). Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Analog-Digital-Wandler (5) durch einen Sigma-Delta-Wandler gebildet ist, wobei die Frequenz fD außerhalb des Durchlassbereichs des Sigma-Delta-Wandlers liegt.Circuit arrangement according to one of the preceding claims, wherein the analog-digital converter (5) is formed by a sigma-delta converter, wherein the frequency f D is outside the passband of the sigma-delta converter. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen dem selektiven Verstärker (3) und dem Controller (6) ein Detektor (7) angeordnet ist, der als Komparator oder Analog-Digital-Wandler ausgebildet ist.Circuit arrangement according to one of the preceding claims, wherein between the selective amplifier (3) and the controller (6), a detector (7) is arranged, which is designed as a comparator or analog-to-digital converter. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Taktgeber (1) in den Controller (6) integriert ist.Circuit arrangement according to one of the preceding claims, wherein the clock generator (1) is integrated in the controller (6). Verfahren zur Leitungsbrucherkennung, insbesondere unter Verwendung der Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - wobei ein Taktgeber (1) ein erstes Taktsignal mit einer Frequenz fD als Detektorsignal (1a) ausgibt und ein zweites Signal mit einer Frequenz fS als Synchronisationssignal (1b) ausgibt; - wobei eine Wandlereinheit (2) das Detektorsignal (1a) in eine Wechselspannung wandelt, die an die Zuleitung eines Sensors (8) angelegt wird; - wobei ein selektiver Verstärker (3) selektiv eine Signalkomponente mit der Frequenz fD aus einer Wechselspannung, die an der Impedanz des Sensors (8) erzeugt wird, verstärkt; - wobei ein Filter (4) die Signalkomponente mit der Frequenz fD aus der Wechselspannung, die an der Impedanz des Sensors (8) erzeugt wird, dämpft; - wobei ein Analog-Digital-Wandler (5), der dem Filter (4) nachgeschaltet ist, der mit dem Synchronisationssignal (1b) getaktet ist, ein von dem Filter (4) ausgegebenes Signal in einen digitalen Datenstrom konvertiert; - wobei ein Controller (6) das von dem selektiven Verstärker (3) ausgegebene Signal auswertet.Method for line break detection, in particular using the circuit arrangement according to one of the preceding claims, wherein a clock generator (1) outputs a first clock signal having a frequency f D as a detector signal (1a) and outputs a second signal having a frequency f S as a synchronization signal (1b); - wherein a transducer unit (2) converts the detector signal (1a) into an alternating voltage, which is applied to the supply line of a sensor (8); - wherein a selective amplifier (3) selectively amplifies a signal component having the frequency f D from an AC voltage generated at the impedance of the sensor (8); - wherein a filter (4) attenuates the signal component having the frequency f D from the AC voltage generated at the impedance of the sensor (8); - wherein an analog-to-digital converter (5), which is the filter (4) is clocked with the synchronization signal (1b) converts a signal output from the filter (4) in a digital data stream; - wherein a controller (6) evaluates the signal output by the selective amplifier (3). Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Analog-Digital-Wandler (5) mit fester Abtastfrequenz integrierend arbeitet und die Frequenz fS ein ganzzahlig Vielfaches der Frequenz fD ist, wobei das Detektorsignal aufgrund der Sperrfiltereigenschaften des integrierenden Analog-Digital-Wandlers (5) mit fester Abtastfrequenz und des dem Nutzsignal überlagerten, Detektorsignals mit einem exakten Vielfachen der Abtastfrequenz, unterdrückt wird.Method according to Claim 7 wherein the analog-to-digital converter (5) operates integrally at a fixed sampling frequency and the frequency f S is an integer multiple of the frequency f D , the detector signal due to the rejection filter characteristics of the fixed sampling frequency integrating analog-to-digital converter (5) of the useful signal superimposed, the detector signal with an exact multiple of the sampling frequency is suppressed. Verwendung der Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6 zur Leitungsbrucherkennung.Use of the circuit arrangement according to one of the preceding Claims 1 to 6 for line break detection.
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