DE102020210152A1 - Measuring device with a sensor unit and a front-end unit spatially separated from it - Google Patents

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Abstract

Messeinrichtung (1) mit einer Sensoreinheit (2), die über eine Leitung (4) mit einer von ihr räumlich getrennten Frontend-Einheit (5) verbunden ist, wobei- die Sensoreinheit (2) einen Sensor (3) zur Erfassung einer Messgröße enthält,- die Frontend-Einheit (5) einen Sender (7) und einen Empfänger (8) enthält die über eine Sende-Empfangsweiche (9) mit der Leitung (4) verbunden sind,- der Sender (7) dazu ausgebildet ist, ein Anregungssignal (10) zur Anregung des Sensors (3) zu erzeugen,- der Empfänger (8) dazu ausgebildet ist, ein auf die Anregung des Sensors (3) von diesem in Abhängigkeit von der erfassten Messgröße erzeugtes Sensorsignal (11) zu empfangen, dadurch gekennzeichnet, dass- der Sender (7) zusätzlich dazu ausgebildet ist, das Anregungssignal (10) auf einem Trägersignal (12) zu erzeugen,- die Sensoreinheit (2) zusätzlich mindestens einen Informationsgeber (13) und einen Modulator (14) enthält, der dazu ausgebildet ist, das Trägersignal (12) mit einem von dem Informationsgeber (13) erzeugten Informationssignal (15) in einem außerhalb des Frequenzbereichs des Sensorsignals (11) liegenden Modulationsfrequenzbereich zu modulieren, und- die Sensoreinheit (2) außerdem eine Weiche (17) enthält, die dazu ausgebildet ist, das Sensorsignal (11) und das modulierte Trägersignal (18) in Richtung auf die Leitung (4) zusammenzuführen und das modulierte Trägersignal (18) von dem Sensor (3) fernzuhalten.Measuring device (1) with a sensor unit (2) which is connected via a line (4) to a spatially separate front-end unit (5), the sensor unit (2) containing a sensor (3) for detecting a measured variable - the front-end unit (5) contains a transmitter (7) and a receiver (8) which are connected to the line (4) via a transceiver (9), - the transmitter (7) is designed for this purpose to generate an excitation signal (10) for excitation of the sensor (3), - the receiver (8) is designed to receive a sensor signal (11) generated by the sensor (3) as a function of the detected measured variable upon the excitation of the sensor (3), characterized characterized in that - the transmitter (7) is additionally designed to generate the excitation signal (10) on a carrier signal (12), - the sensor unit (2) additionally contains at least one information transmitter (13) and a modulator (14) which is designed to the carrier signal (12) with one of the information transmitter (13) to modulate the information signal (15) generated in a modulation frequency range lying outside the frequency range of the sensor signal (11), and- the sensor unit (2) also contains a filter (17) which is designed to combine the sensor signal (11) and the bring together the modulated carrier signal (18) in the direction of the line (4) and keep the modulated carrier signal (18) away from the sensor (3).

Description

Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung mit einer Sensoreinheit, die über eine Leitung mit einer von ihr räumlich getrennten Frontend-Einheit verbunden ist, wobei

  • - die Sensoreinheit einen Sensor zur Erfassung einer Messgröße enthält,
  • - die Frontend-Einheit einen Sender und einen Empfänger enthält die über eine Sende-Empfangsweiche mit der Leitung verbunden sind,
  • - der Sender dazu ausgebildet ist, ein Anregungssignal zur Anregung des Sensors zu erzeugen,
  • - der Empfänger dazu ausgebildet ist, ein auf die Anregung des Sensors von diesem in Abhängigkeit von der erfassten Messgröße erzeugtes Sensorsignal zu empfangen.
The invention relates to a measuring device with a sensor unit that is connected via a line to a front-end unit that is spatially separate from it
  • - the sensor unit contains a sensor for recording a measured variable,
  • - the front-end unit contains a transmitter and a receiver which are connected to the line via a transceiver,
  • - the transmitter is designed to generate an excitation signal to excite the sensor,
  • - the receiver is designed to receive a sensor signal generated by the sensor upon excitation of the sensor as a function of the measured variable detected.

Eine derartige Messeinrichtung ist oft Bestandteil von Messumformern, die in der industriellen Messtechnik von Sensor erfasste Messgrößen in einheitliche elektrische Signale zur Anzeige oder weiteren Verarbeitung in einem Automatisierungssystem umzuformen. Unter dem Frontend ist die Elektronik zu verstehen, die den Sensor zur Erfassung der Messgröße ertüchtigt. Ein Beispiel hierfür ist eine Sende-/Empfangseinrichtung (Frontend) für einen Ultraschallwandler (Sensor), um zur Durchfluss- oder Füllstandsmessung Ultraschallsignale in eine Messumgebung auszusenden und Echosignale aus der Messumgebung zu empfangen. Dabei kann der Sender den Ultraschallwandler mit Hochfrequenzpulsen zur Aussendung der Ultraschallsignale anregen. Bei einem anderen Beispiel besteht der Sensor aus einem Platinmesswiderstand zur Temperaturmessung. In diesem Fall kann das Frontend eine den Platinmesswiderstand mit einem Konstantstrom beaufschlagende Stromquelle (Sender) und einen den Spannungsabfall über dem Platinmesswiderstand erfassenden Analogverstärker enthalten. Bei sogenannten aktiven Sensoren kann die Frontend-Elektronik Bestandteil des Sensors sein. In vielen Fällen ist es jedoch zweckmäßig oder notwendig, dass der Sensor von der Frontend-Elektronik räumlich getrennt und mit ihr über eine Leitung verbunden ist, wobei die Anzahl der Einzelleiter der Leitung von dem Sensor abhängt und auf das notwendige Maß beschränkt ist. Die kann z. B. dann der Fall sein, wenn der Ort oder die Art und Weise der Ankopplung des Sensors an die Messumgebung keinen Raum für die Frontend-Elektronik bietet oder Stör- und Umgebungseinflüsse der Messumgebung, wie z. B. hohe Temperaturen oder aggressive Medien, von der Frontend-Elektronik ferngehalten werden sollen. Auch kann es erwünscht sein, dass der Sensor bei Beibehaltung der Frontend-Elektronik austauschbar sein soll.Such a measuring device is often a component of measuring transducers, which in industrial measuring technology convert measured variables detected by sensors into uniform electrical signals for display or further processing in an automation system. The front end is the electronics that enable the sensor to record the measured variable. An example of this is a transmitting/receiving device (front end) for an ultrasonic transducer (sensor) in order to emit ultrasonic signals into a measurement environment and to receive echo signals from the measurement environment for flow rate or filling level measurement. The transmitter can stimulate the ultrasonic transducer with high-frequency pulses to emit the ultrasonic signals. In another example, the sensor consists of a platinum sense resistor for temperature measurement. In this case, the front end can contain a current source (transmitter) that applies a constant current to the platinum measuring resistor and an analog amplifier that detects the voltage drop across the platinum measuring resistor. With so-called active sensors, the front-end electronics can be part of the sensor. In many cases, however, it is expedient or necessary for the sensor to be spatially separate from the front-end electronics and connected to it via a line, with the number of individual conductors in the line depending on the sensor and being limited to what is necessary. This can e.g. This can be the case, for example, if the location or the way in which the sensor is coupled to the measurement environment does not provide space for the front-end electronics or if there are interference and environmental influences in the measurement environment, such as e.g. B. high temperatures or aggressive media should be kept away from the front-end electronics. It can also be desirable for the sensor to be replaceable while retaining the front-end electronics.

Wenn die Sensoreinheit mit dem Sensor von der Frontend-Einheit räumlich getrennt und mit ihr lediglich über eine Leitung, im einfachsten Fall eine Zweidrahtleitung oder eine Koaxialleitung, verbunden ist, kann es wünschenswert sein, eine über die Messaufgabe hinausgehende Kommunikation zwischen der Sensoreinheit und der Frontend-Elektronik zu ermöglichen. Ein Beispiel wäre das Ein- und/oder Auslesen von sensorpezifischen Informationen wie z. B. Identifikationsdaten (z. B. Seriennummer), Sensortyp, Kalibrierdaten. Ein weiteres Beispiel wäre das Auslesen von Messignalen von zusätzlichen Sensoren in der Sensoreinheit. So könnte eine Sensoreinheit mit einem Ultraschallwandler um einen Temperatursensor ergänzt werden.If the sensor unit with the sensor is spatially separated from the front-end unit and is only connected to it via a line, in the simplest case a two-wire line or a coaxial line, it may be desirable to have communication between the sensor unit and the front-end that goes beyond the measurement task -Enable electronics. An example would be the input and / or reading of sensor-specific information such. B. Identification data (e.g. serial number), sensor type, calibration data. Another example would be the reading of measurement signals from additional sensors in the sensor unit. A temperature sensor could be added to a sensor unit with an ultrasonic transducer.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 angegebene Messeinrichtung gelöst, von der vorteilhafte Weiterbildungen in den Unteransprüchen angegeben sind.According to the invention, this object is achieved by the measuring device specified in claim 1, of which advantageous developments are specified in the dependent claims.

Gegenstand der Erfindung ist somit eine Messeinrichtung mit einer Sensoreinheit, die über eine Leitung mit einer von ihr räumlich getrennten Frontend-Einheit verbunden ist, wobei

  • - die Sensoreinheit einen Sensor zur Erfassung einer Messgröße enthält,
  • - die Frontend-Einheit einen Sender und einen Empfänger enthält die über eine Sende-Empfangsweiche mit der Leitung verbunden sind,
  • - der Sender dazu ausgebildet ist, ein Anregungssignal zur Anregung des Sensors zu erzeugen,
  • - der Empfänger dazu ausgebildet ist, ein auf die Anregung des Sensors von diesem in Abhängigkeit von der erfassten Messgröße erzeugtes Sensorsignal zu empfangen,
  • - dadurch gekennzeichnet, dass
  • - der Sender zusätzlich dazu ausgebildet ist, das Anregungssignal auf einem Trägersignal zu erzeugen,
  • - die Sensoreinheit zusätzlich mindestens einen Informationsgeber und einen Modulator enthält, der dazu ausgebildet ist, das Trägersignal mit einem von dem Informationsgeber erzeugten Informationssignal in einem außerhalb des Frequenzbereichs des Sensorsignals liegenden Modulationsfrequenzbereich zu modulieren, und
  • - die Sensoreinheit außerdem eine Weiche enthält, die dazu ausgebildet ist, das Sensorsignal und das modulierte Trägersignal in Richtung auf die Leitung zusammenzuführen und das modulierte Trägersignal von dem Sensor fernzuhalten.
The subject matter of the invention is therefore a measuring device with a sensor unit which is connected via a line to a front-end unit which is spatially separate from it
  • - the sensor unit contains a sensor for recording a measured variable,
  • - the front-end unit contains a transmitter and a receiver which are connected to the line via a transceiver,
  • - the transmitter is designed to generate an excitation signal to excite the sensor,
  • - the receiver is designed to receive a sensor signal generated by the sensor upon excitation of the sensor as a function of the measured variable detected,
  • - characterized in that
  • - the transmitter is additionally designed to generate the excitation signal on a carrier signal,
  • - the sensor unit additionally contains at least one information transmitter and a modulator, which is designed to modulate the carrier signal with an information signal generated by the information transmitter in a modulation frequency range outside the frequency range of the sensor signal, and
  • - the sensor unit also contains a splitter which is designed to combine the sensor signal and the modulated carrier signal in the direction of the line and to keep the modulated carrier signal away from the sensor.

Der Sender in der Frontend-Einheit erzeugt also zusätzlich zu dem Anregungssignal für den Sensor ein Trägersignal, das in der Sensoreinheit mit einer an den Empfänger in der Frontend-Einheit zu übertragenden Information moduliert wird. Damit die Messfunktion des Sensors nicht gestört wird, erfolgt die Modulation in einem Modulationsfrequenzbereich, der außerhalb des Frequenzbereichs des Sensorsignals liegt, wobei die Sensoreinheit eine Weiche enthält, die das modulierte Trägersignal von dem Sensor fernhält (Splitter) und das Sensorsignal und das modulierte Trägersignal in Richtung zu dem Frontend zusammenzuführt (Combiner). Die Weiche kann z. B. als Frequenzweiche durch einfache Hoch- und Tiefpasskombinationen realisiert werden, so wie dies z. B. von DSL-Splittern bekannt ist. Die Weiche kann auch einen Zeitmultiplexer enthalten, die den Sensor und den Informationsgeber mit Modulator abwechselnd mit der Leitung verbindet, wobei das Trägersignal durch ein einfaches Frequenzfilter von dem Sensor ferngehalten werden kann.In addition to the excitation signal for the sensor, the transmitter in the front-end unit therefore generates a carrier signal which is modulated in the sensor unit with information to be transmitted to the receiver in the front-end unit. So that the measuring function of the sensor is not disturbed, the modulation takes place in a modulation frequency range that lies outside the frequency range of the sensor signal, with the sensor unit containing a filter that keeps the modulated carrier signal away from the sensor (splitter) and the sensor signal and the modulated carrier signal in direction to the frontend (combiner). The switch can z. B. be realized as a crossover by simple high- and low-pass combinations, as z. B. is known from DSL splitters. The switch can also contain a time-division multiplexer, which alternately connects the sensor and the information transmitter with modulator to the line, whereby the carrier signal can be kept away from the sensor by a simple frequency filter.

Bei dem Trägersignal kann es sich um ein Frequenzsignal oder, wenn das Anregungssignal für den Sensor selbst ein Frequenzsignal ist, ein Gleichsignal handeln. Wenn das Trägersignal kein Gleichsignal ist, so kann es in vorteilhafter Weise einen Gleichsignalanteil enthalten, um einen Energiespeicher (Akku, Kondensator) in der Sensoreinheit aufzuladen, der den Informationsgeber und/oder Modulator mit Energie versorgt. Zu diesem Zweck kann die Frequenzweiche ferner dazu ausgebildet sein, den Gleichsignalanteil von dem Trägersignal zu trennen, um ihn dem Energiespeicher zuzuführen.The carrier signal can be a frequency signal or, if the excitation signal for the sensor itself is a frequency signal, a DC signal. If the carrier signal is not a DC signal, it can advantageously contain a DC signal component in order to charge an energy store (accumulator, capacitor) in the sensor unit, which supplies the information transmitter and/or modulator with energy. For this purpose, the diplexer can also be designed to separate the DC signal component from the carrier signal in order to feed it to the energy store.

Der mindestens eine Informationsgeber, mit dessen Informationssignal das Trägersignal moduliert wird, kann einen Speicher mit sensorbezogenen Informationen enthalten, um diese Informationen in das Informationssignal einzufügen. Bei den sensorbezogenen Informationen kann es sich um Identifikationsdaten (Kennung, Seriennummer usw.), Sensortyp und/oder Kalibrierdaten des Sensors handeln.The at least one information transmitter, with whose information signal the carrier signal is modulated, can contain a memory with sensor-related information in order to insert this information into the information signal. The sensor-related information can be identification data (ID, serial number, etc.), sensor type and/or calibration data of the sensor.

Um Informationen, wie z. B. die Kalibrierdaten, in den Speicher einzuschreiben, dass der Sender in der Frontend-Einheit dazu ausgebildet sein, das Trägersignal mit einem weiteren Informationssignal, hier also z. B. den Kalibrierdaten, in einem außerhalb des Frequenzbereichs des Sensorsignals liegenden Modulationsfrequenzbereich zu modulieren. Die Sensoreinheit enthält dann zusätzlich einen Demodulator, der das mit dem weiteren Informationssignal modulierte Trägersignal zu demodulieren und das weitere Informationssignal dem Informationsgeber zuzuführen. Der Modulator und der Demodulator können in einem Modem (Modulator/Demodulator) zusammengefasst sein.For information such as B. the calibration data to write into the memory that the transmitter in the front-end unit can be designed to the carrier signal with another information signal, so here z. B. the calibration data to modulate in a lying outside the frequency range of the sensor signal modulation frequency range. The sensor unit then additionally contains a demodulator, which is used to demodulate the carrier signal modulated with the further information signal and to supply the further information signal to the information transmitter. The modulator and the demodulator can be combined in a modem (modulator/demodulator).

Bei dem von dem mindestens einen Informationsgeber erzeugten Informationssignal kann es sich auch um ein weiteres Sensorsignal handeln. In diesem Fall beinhaltet der mindestens eine Informationsgeber einen weiteren Sensor beinhalten, der eine weitere Messgröße erfasst.The information signal generated by the at least one information transmitter can also be a further sensor signal. In this case, the at least one information transmitter includes an additional sensor that records an additional measured variable.

Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert; im Einzelnen zeigen

  • 1 ein erstes Beispiel für die erfindungsgemäße Messeinrichtung,
  • 2 ein zweites Beispiel für die erfindungsgemäße Messeinrichtung,
  • 3 ein drittes Beispiel für die erfindungsgemäße Messeinrichtung, und
  • 4 sehr einfaches Beispiel für die Modulation des Trägersignals.
The invention is explained below using exemplary embodiments and with reference to the figures of the drawing; show in detail
  • 1 a first example of the measuring device according to the invention,
  • 2 a second example of the measuring device according to the invention,
  • 3 a third example of the measuring device according to the invention, and
  • 4 very simple example for the modulation of the carrier signal.

Gleiche Bezugszeichen haben in den verschiedenen Figuren die gleiche Bedeutung. Die Darstellungen sind rein schematisch und repräsentieren keine Größenverhältnisse.The same reference symbols have the same meaning in the different figures. The illustrations are purely schematic and do not represent any proportions.

1 zeigt in vereinfachter schematischer Darstellung eine Messeinrichtung 1 als Bestandteil eines hier nicht gezeigten Messumformers zur Prozessinstrumentierung. 1 shows a simplified schematic representation of a measuring device 1 as part of a measuring transducer for process instrumentation, not shown here.

Die Messeinrichtung 1 umfasst eine Sensoreinheit 2 mit einem Sensor 3, die über eine einfache Leitung 4, z. B. eine Zweidrahtleitung, Eindrahtleitung gegen Masse oder Koaxialleitung, an einer räumlich getrennten Frontend-Einheit 5 angeschlossen ist. Bei dem gezeigten Sensor 3 handelt es sich um einen Ultraschallwandler 6 für eine ultraschallbasierte Durchflussmessung.The measuring device 1 comprises a sensor unit 2 with a sensor 3 via a simple line 4, z. B. a two-wire line, single-wire line to ground or coaxial line is connected to a spatially separate front-end unit 5. The sensor 3 shown is an ultrasonic transducer 6 for an ultrasonic-based flow measurement.

Die Frontend-Einheit 5 enthält eine Frontend-Elektronik mit einem Sender (Sendeschaltung) 7 und einem Empfänger (Empfängerschaltung) 8, die die über eine Sende-Empfangsweiche 9 mit der Leitung 4 verbunden sind. Der von dem hier nicht gezeigten Messumformer gesteuerte Sender 7 erzeugt ein Anregungssignal 10 beispielsweise in Form von kurzen Hochfrequenzpulsen mit einer Mittenfrequenz von 1 MHz, um den Ultraschallwandler 6 periodisch zur Aussendung von Ultraschallpulsen in ein Messmedium anzuregen. Der Ultraschallwandler 6 empfängt aus dem Messmedium Ultraschallechos und wandelt diese in ein Sensorsignal 11 um, das von dem Empfänger 7 empfangen und zur Weiterverarbeitung an den Messumformer weitergegeben wird.The front-end unit 5 contains front-end electronics with a transmitter (transmitter circuit) 7 and a receiver (receiver circuit) 8 which are connected to the line 4 via a transmit/receive filter 9 . The transmitter 7 controlled by the measuring transducer (not shown here) generates an excitation signal 10, for example in the form of short high-frequency pulses with a center frequency of 1 MHz, in order to periodically excite the ultrasonic transducer 6 to emit ultrasonic pulses into a measurement medium. The ultrasonic transducer 6 receives ultrasonic echoes from the measurement medium and converts them into a sensor signal 11, which is received by the receiver 7 and forwarded to the measuring transducer for further processing.

Zusätzlich erzeugt der Sender 7 ein Trägersignal 12, hier in Form eines Frequenzsignals mit einer Frequenz von beispielsweise 20 MHz. Die Sensoreinheit 2 einen Informationsgeber 13 und einen Modulator 14, der das Trägersignal 12 mit einem Speicher 14, in dem mit Informationen wie Identifikationsdaten, Typ und/oder Kalibrierdaten des Sensors 3 enthalten sind. Der Informationsgeber 13 erzeugt ein diese Informationen beinhaltendes Informationssignal 15, mit dem in einem Modulator 16 das Trägersignal 12 moduliert wird. Die Modulation erfolgt mit einer sehr niedrigen Frequenz, z. B. im kHz-Bereich, außerhalb des Frequenzbereichs des Sensorsignals 11 von, z. B., 1 MHz ±20 kHz. Eine Weiche 17 in Form einer Frequenzweiche führt das Sensorsignal 11 und das modulierte Trägersignal 18 auf der Leitung 4 in Richtung zu dem Empfänger 8 zusammen und hält das das modulierte Trägersignal 18 von dem Sensor 3 fern.In addition, the transmitter 7 generates a carrier signal 12, here in the form of a frequency signal a frequency of, for example, 20 MHz. The sensor unit 2 has an information transmitter 13 and a modulator 14, which transmits the carrier signal 12 to a memory 14 containing information such as identification data, type and/or calibration data of the sensor 3. The information transmitter 13 generates an information signal 15 containing this information, with which the carrier signal 12 is modulated in a modulator 16 . The modulation is done at a very low frequency, e.g. B. in the kHz range, outside the frequency range of the sensor signal 11 of, z. e.g., 1MHz ±20kHz. A splitter 17 in the form of a crossover combines the sensor signal 11 and the modulated carrier signal 18 on the line 4 in the direction of the receiver 8 and keeps the modulated carrier signal 18 away from the sensor 3 .

Dem von dem Sender 7 erzeugten Trägersignal 12 kann ein Gleichsignalanteil überlagert sein, mit dem ein Energiespeicher 19, z. B. ein Kondensator, zur Stromversorgung des Informationsgebers 13 und des Modulators 16 aufgeladen wird.A DC signal component can be superimposed on the carrier signal 12 generated by the transmitter 7, with which an energy store 19, e.g. B. a capacitor to power the information transmitter 13 and the modulator 16 is charged.

Bei dem Trägersignal 12 kann es sich anstelle des gezeigten Frequenzsignals auch um ein Gleichsignal (DC-Signal) handeln, das ebenfalls außerhalb des Frequenzbereichs des Sensorsignals 11 liegt.Instead of the frequency signal shown, the carrier signal 12 can also be a direct signal (DC signal), which is also outside the frequency range of the sensor signal 11 .

Eine Modulation des Trägersignals 12 kann auch durch den Sender 7 in der Frontend-Einheit 5 erfolgen, um bestimmte Informationen, wie z. B. Kalibrierdaten des Sensors 3 in den Speicher 14 des Informationsgebers 13 zu schreiben. In diesem Fall enthält die Sensor-Einheit 2 zusätzlich einen Demodulator bzw. ist der Modulator 16 zu einem Modulator/Demodulator 20 erweitert.A modulation of the carrier signal 12 can also be done by the transmitter 7 in the front-end unit 5 to certain information such. B. calibration data of the sensor 3 in the memory 14 of the information transmitter 13 to write. In this case, the sensor unit 2 also contains a demodulator or the modulator 16 is expanded to form a modulator/demodulator 20 .

Bei dem Informationsgeber 13 kann es sich auch um einen weiteren Sensor, z. B. einen Temperatursensor, handeln, wobei das von dem weiteren Sensor erzeugte weitere Sensorsignal das Informationssignal 15 darstellt.The information transmitter 13 can also be another sensor, e.g. B. a temperature sensor act, wherein the further sensor signal generated by the further sensor represents the information signal 15 .

2 zeigt ein zweites Ausführungsbespiel der erfindungsgemäßen Messeinrichtung 1 mit einem solchen weiteren Sensor 21, der hier z. B. aus dem Energiespeicher 19 gespeist wird. Es können auch mehrere solcher weiteren Sensoren und/oder Informationsgeber, wie in 1 gezeigt, vorgesehen werden. 2 shows a second exemplary embodiment of the measuring device 1 according to the invention with such a further sensor 21, which here z. B. from the energy store 19 is fed. There can also be several such additional sensors and/or information providers, as in 1 shown to be provided.

Wie 2 ferner zeigt, kann die Frequenzweiche 17 als Triplexer ausgebildet sein, der das von dem Sender 7 erzeugte Anregungssignal 10, den Frequenzsignalanteil in dem Trägersignal 12 und den Gleichsignalanteil voneinander getrennt dem Sensor 3, dem Modulator 16 und dem Energiespeicher 19 zuführt.how 2 also shows that the crossover network 17 can be designed as a triplexer, which feeds the excitation signal 10 generated by the transmitter 7, the frequency signal component in the carrier signal 12 and the DC signal component separately to the sensor 3, the modulator 16 and the energy store 19.

Da der weitere Sensor 21 bzw. der Informationsgeber 13 nur in vergleichsweise größeren Zeitabständen mit der Frontend-Einheit 5 kommunizieren, wenn z. B. Kalibrierdaten in den Speicher 14 eingeschrieben werden, sensorbezogene Informationen aus dem Speicher 14 ausgelesen werden oder ein Temperaturmesswert 22 an das Frontend 5 übertragen wird, kann außerhalb solcher Zeiten der Sensor 3 unter Umgehung der Frequenzweiche 17 über einen Bypass 23 mit steuerbaren Schaltern 24, 25 unmittelbar mit der Leitung 4 verbunden werden. Dadurch können mögliche störende Auswirkungen der Frequenzweiche 17 bzw. der zusätzlichen Kommunikation zwischen der Frontend-Einheit 5 und dem Informationsgeber 13 auf die Messung mit dem Sensor 3, hier z. B. die ultraschallbasierte Durchflussmessung, vermieden werden. Um zu verhindern, dass währenddessen die in dem Energiespeicher 19 unter einen für die Stromversorgung des Informationsgebers 13 kritischen Wert fällt, kann der Bypass 23 von dem Energiespeicher 19 durch Ansteuerung der Schalter 24, 25 aufgehoben werden. Unter dem Begriff Energiespeicher ist hier nicht nur der Energiespeicher an sich, sondern auch die zugehörige Ladesteuerung zu verstehen.Since the other sensor 21 or the information transmitter 13 only communicate with the front-end unit 5 at comparatively longer time intervals, e.g. B. calibration data are written into the memory 14, sensor-related information is read out of the memory 14 or a measured temperature value 22 is transmitted to the front end 5, outside of such times the sensor 3 can bypass the crossover 17 via a bypass 23 with controllable switches 24, 25 are directly connected to line 4. As a result, possible disruptive effects of the crossover 17 or the additional communication between the front-end unit 5 and the information transmitter 13 on the measurement with the sensor 3, here z. B. the ultrasonic-based flow measurement can be avoided. In order to prevent the energy storage device 19 from falling below a value that is critical for the power supply of the information transmitter 13, the bypass 23 of the energy storage device 19 can be canceled by actuating the switches 24, 25. The term energy storage means not only the energy storage itself, but also the associated charging control.

3 zeigt ein drittes Ausführungsbespiel der erfindungsgemäßen Messeinrichtung 1, das sich von dem Beispiel nach 1 dadurch unterscheidet, dass die Weiche 17 einen Umschalter 26 enthält, der den Sensor 3 und die Anordnung aus Informationsgeber 14, Modulator 16 bzw. Modulator/Demodulator 20 und Energiespeicher 19 im Zeitmultiplex mit der Leitung 4 verbindet. Die Weiche 17 beinhaltet ferner einfaches Frequenzfilter 27, das das Trägersignal 12, hier z. B. 20 MHz, von dem Sensor 3 fernhält, und eine einfache Frequenzweiche 28, die den Frequenzsignalanteil in dem Trägersignal 12 von dem Gleichsignalanteil für den Energiespeicher 19 trennt. 3 shows a third exemplary embodiment of the measuring device 1 according to the invention, which differs from the example 1 differs in that the switch 17 contains a changeover switch 26, which connects the sensor 3 and the arrangement of the information transmitter 14, modulator 16 or modulator/demodulator 20 and energy store 19 to the line 4 in time-division multiplex. The switch 17 also includes a simple frequency filter 27, the carrier signal 12, here z. B. 20 MHz, away from the sensor 3, and a simple crossover 28, which separates the frequency signal component in the carrier signal 12 from the DC signal component for the energy store 19.

4 zeigt ein sehr einfaches Beispiel für die Modulation des von dem Sender 7 erzeugten Trägersignals 12. Die Sende-Empfangsweiche 9 realisiert eine Ausgangsimpedanz Zout zwischen dem Sender 7 und der Leitung 4 und eine Eingangsimpedanz Zin zwischen dem Empfänger 8 (bzw. der Leitung 4) und Masse. Der zwischen der Leitung 4 und Masse liegende Modulator 16 enthält eine Reihenschaltung aus einer Modulator-Impedanz Zmod und einem von dem Informationssignal 15 gesteuerten Schalter S. Die Impedanzen Zout und Zmod bilden einen Spannungsteiler, der bei jedem Schließen des Schalters S wirksam wird und so die Amplitude des Trägersignals 12 moduliert. Der Empfänger 8 erhält das modulierte Trägersignal 18 mit durch die Eingangsimpedanz Zin verringerter Amplitude 18'. 4 shows a very simple example for the modulation of the carrier signal 12 generated by the transmitter 7. The transceiver 9 implements an output impedance Zout between the transmitter 7 and the line 4 and an input impedance Zin between the receiver 8 (or the line 4) and Dimensions. The modulator 16 connected between the line 4 and ground contains a series connection of a modulator impedance Z mod and a switch S controlled by the information signal 15. The impedances Zout and Z mod form a voltage divider which becomes effective each time the switch S is closed and so the amplitude of the carrier signal 12 is modulated. The receiver 8 receives the modulated carrier signal 18 with the input impedance Z having a reduced amplitude 18'.

Die hier nicht gezeigte Übertragung von Informationen in umgekehrter Richtung von dem Frontend-Einheit 5 zu der Sensoreinheit 2 kann in analoger Weise dadurch realisiert werden, dass der Sender 7 selbst das Trägersignal 12 moduliert und das amplitudenmodulierte in der Sensoreinheit 5 demoduliert wird.The transmission of information in the reverse direction from the not shown here The front-end unit 5 for the sensor unit 2 can be implemented in an analogous manner in that the transmitter 7 itself modulates the carrier signal 12 and the amplitude-modulated signal is demodulated in the sensor unit 5 .

Zusammenfassend besteht der Kern der Erfindung darin, dass das von dem Sender der Frontend-Einheit erzeugte Signal sowohl als Versorgungsspannung bzw. -strom als auch als Träger für eine Modulation durch die Sensoreinheit genutzt wird, wobei der Empfänger der Frontend-Einheit das von der Sensoreinheit kommende modulierte Signal empfängt und demoduliert bzw. decodiert. Durch eine Form des Frequenzmultiplexing werden in der Sensoreinheit das Sensorsignal des Sensors, das modulierte Trägersignal und die Versorgungsspannung (bzw. der Versorgungsstrom) voneinander getrennt.In summary, the essence of the invention is that the signal generated by the transmitter of the front-end unit is used both as a supply voltage or current and as a carrier for modulation by the sensor unit, with the receiver of the front-end unit receiving the signal from the sensor unit incoming modulated signal receives and demodulated or decoded. The sensor signal of the sensor, the modulated carrier signal and the supply voltage (or the supply current) are separated from one another in the sensor unit by a form of frequency multiplexing.

Claims (8)

Messeinrichtung (1) mit einer Sensoreinheit (2), die über eine Leitung (4) mit einer von ihr räumlich getrennten Frontend-Einheit (5) verbunden ist, wobei - die Sensoreinheit (2) einen Sensor (3) zur Erfassung einer Messgröße enthält, - die Frontend-Einheit (5) einen Sender (7) und einen Empfänger (8) enthält die über eine Sende-Empfangsweiche (9) mit der Leitung (4) verbunden sind, - der Sender (7) dazu ausgebildet ist, ein Anregungssignal (10) zur Anregung des Sensors (3) zu erzeugen, - der Empfänger (8) dazu ausgebildet ist, ein auf die Anregung des Sensors (3) von diesem in Abhängigkeit von der erfassten Messgröße erzeugtes Sensorsignal (11) zu empfangen, dadurch gekennzeichnet, dass - der Sender (7) zusätzlich dazu ausgebildet ist, das Anregungssignal (10) auf einem Trägersignal (12) zu erzeugen, - die Sensoreinheit (2) zusätzlich mindestens einen Informationsgeber (13) und einen Modulator (14) enthält, der dazu ausgebildet ist, das Trägersignal (12) mit einem von dem Informationsgeber (13) erzeugten Informationssignal (15) in einem außerhalb des Frequenzbereichs des Sensorsignals (11) liegenden Modulationsfrequenzbereich zu modulieren, und - die Sensoreinheit (2) außerdem eine Weiche (17) enthält, die dazu ausgebildet ist, das Sensorsignal (11) und das modulierte Trägersignal (18) in Richtung auf die Leitung (4) zusammenzuführen und das modulierte Trägersignal (18) von dem Sensor (3) fernzuhalten.Measuring device (1) with a sensor unit (2) which is connected via a line (4) to a spatially separate front-end unit (5), wherein - the sensor unit (2) contains a sensor (3) for detecting a measured variable - The front-end unit (5) contains a transmitter (7) and a receiver (8) which are connected to the line (4) via a transceiver (9), - the transmitter (7) is designed to to generate an excitation signal (10) for excitation of the sensor (3), - the receiver (8) is designed to receive a sensor signal (11) generated by the sensor (3) in response to the excitation of the sensor (3) as a function of the measured variable detected, characterized characterized in that - the transmitter (7) is additionally designed to generate the excitation signal (10) on a carrier signal (12), - the sensor unit (2) additionally contains at least one information transmitter (13) and one modulator (14) which is designed to the carrier signal (12) with one of the information to modulate the information signal (15) generated by the sensor (13) in a modulation frequency range lying outside the frequency range of the sensor signal (11), and - the sensor unit (2) also contains a filter (17) which is designed to transmit the sensor signal (11) and to combine the modulated carrier signal (18) in the direction of the line (4) and to keep the modulated carrier signal (18) away from the sensor (3). Messeinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägersignal (12) ein Gleichsignal ist oder einen Gleichsignalanteil aufweist, dass die Sensoreinheit (2) einen Energiespeicher (19) enthält, der von dem Gleichsignal oder dem Gleichsignalanteil aufgeladen wird und den Informationsgeber (13) mit Energie versorgt.Measuring device (1) according to claim 1 , characterized in that the carrier signal (12) is a direct signal or has a direct signal component, that the sensor unit (2) contains an energy store (19) which is charged by the direct signal or the direct signal component and supplies the information transmitter (13) with energy. Messeinrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Weiche (17) ferner dazu ausgebildet ist, den Gleichsignalanteil von dem Trägersignal (12) zu trennen.Measuring device (1) according to claim 2 , characterized in that the filter (17) is also designed to separate the DC signal component from the carrier signal (12). Messeinrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Informationsgeber (13) einen Speicher (14) mit sensorbezogenen Informationen enthält und diese in das Informationssignal (15) einfügt.Measuring device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one information transmitter (13) contains a memory (14) with sensor-related information and inserts this into the information signal (15). Messeinrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Informationsgeber (13) einen weiteren Sensor (21) zur Erfassung einer weiteren Messgröße umfasst und das Informationssignal (15) in Form eines weiteren Sensorsignals (22) erzeugt.Measuring device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one information transmitter (13) comprises a further sensor (21) for detecting a further measured variable and generates the information signal (15) in the form of a further sensor signal (22). Messeinrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dass dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (7) dazu ausgebildet ist, das Trägersignal (12) mit einem weiteren Informationssignal in einem außerhalb des Frequenzbereichs des Sensorsignals (11) liegenden Modulationsfrequenzbereich zu modulieren, und dass die Sensoreinheit (2) zusätzlich einen Demodulator enthält, der dazu ausgebildet ist, das mit dem weiteren Informationssignal modulierte Trägersignal (18) zu demodulieren und das weitere Informationssignal dem Informationsgeber (13) zuzuführen.Measuring device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the transmitter (7) is designed to modulate the carrier signal (12) with a further information signal in a modulation frequency range outside the frequency range of the sensor signal (11), and that the sensor unit (2) additionally contains a demodulator which is designed to demodulate the carrier signal (18) modulated with the further information signal and to supply the further information signal to the information transmitter (13). Messeinrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Informationssignal sensorbezogene Informationen enthält.Measuring device (1) according to claim 6 , characterized in that the further information signal contains sensor-related information. Messeinrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dass dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (3) ein Ultraschall- oder Radarsensor (6) ist.Measuring device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor (3) is an ultrasonic or radar sensor (6).
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