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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf eine
Vorrichtung zum Empfang digitaler Signale zwischen mehreren gegeneinander
beweglichen Einheiten.
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Der Übersichtlichkeit halber wird
in diesem Dokument nicht zwischen der Übertragung zwischen gegeneinander
beweglichen Einheiten und einer feststehenden und dazu beweglichen
Einheiten unterschieden, da dies nur eine Frage des Ortsbezugs ist
und keinen Einfluss auf die Funktionsweise der Erfindung hat. Ebenso
wird nicht weiter zwischen der Übertragung
von Signalen und Energie unterschieden, da die Wirkungsmechanismen
hier die selben sind.
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Stand der Technik
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Bei linear beweglichen Einheiten
wie Kran- und Förder- anlagen und auch
bei drehbaren Einheiten wie Radaranlagen oder auch Computertomographen
ist es notwendig, zwischen gegeneinander beweglichen Einheiten elektrische
Signale bzw. Energie zu übertragen.
Hierzu ist meist eine Leiterstruktur in der ersten Einheit und ein
entsprechender Abgriff in der zweiten Einheit vorgesehen. In den
folgenden Ausführungen
bezieht sich der Begriff Leiterstrukturen auf alle denkbaren Formen
von Leiterstrukturen, welche geeignet sind, elektrische Signale
zu führen. Dies
bezieht sich auch auf die bekannten kontaktierenden Schleifbahnen
bzw. Schleifringe.
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Eine entsprechende Vorrichtung ist
in der deutschen Offenlegungsschrift
DE 44 12 958 A1 beschrieben. Das zu übertragende
Signal wird hier in eine Streifenleitung der ersten Einheit, welche
längs des
Weges der Bewegung der gegeneinander beweglichen Einheiten angeordnet
ist, eingespeist. Mittels kapazitiver oder induktiver Kopplung wird
das Signal von der zweiten Einheit abgegriffen. Der Koppelfaktor
des Signals zwischen den beiden Einheiten hängt im wesentlichen von dem
Abstand der beiden Einheiten zueinander ab. Gerade bei räumlich ausgedehnten Übertragungssystemen
und insbesondere bei hohen Bewegungsgeschwindigkeiten lassen sich
auf Grund mechanischer Toleranzen die Abstände zwischen den beweglichen
Einheiten nicht beliebig exakt festlegen. Daher variiert der Koppelfaktor häufig mit
der Position der beiden Einheiten zueinander, der Geschwindigkeit
(z. B. durch Verursachung von Vibrationen) und anderen Einflussgrößen. Gleichzeitig ändert sich
die Signalamplitude am Eingang des Empfängers. Dadurch ergeben sich
bei herkömmlich
aufgebauten Empfängern
Veränderungen
im Signal, welche sich beispielsweise als erhöhter Jitter oder sogar Bitfehler
bemerkbar machen.
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Aus der
US 6,433,631 B2 ist eine
Vorrichtung zur Regelung des Eingangspegels am Empfänger offenbart.
Dadurch wird das Problem der schwankenden Pegel, welches durch Änderungen
der Abstände hervorgerufen
wird, weitgehend gelöst.
Allerdings haften dieser Vorrichtung alle Nachteile bekannter Regelungen
an. So ist die Einstel lung bzw. Optimierung der Regelparameter kritisch
und zeitaufwändig. Der
Regler kann eine Schwingneigung entwickeln, wobei im Falle von Regelschwingungen
eine Signalübertragung
nicht mehr gewährleistet
ist. Zudem ist keine schnelle Reaktion auf Änderungen der Eingangssignalamplitude
möglich.
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Darstellung der Erfindung
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Es stellt sich die Aufgabe, eine
Vorrichtung zur elektrischen Signalübertragung zu gestalten, welche
die oben aufgezeigten Nachteile vermeidet und insbesondere eine
hohe Dynamik im Empfänger
bei hoher Reaktionsgeschwindigkeit aufweist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in
den unabhängigen
Ansprüchen
angegebenen Mitteln gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen weiteren
Ansprüche.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Übertragung
digitaler Signale umfasst eine Empfangsantenne (1) zum
Empfang von Signalen im Nahfeld einer Sendeleiterstruktur. Eine
derartige Sendeleiterstruktur kann beispielsweise ein konventioneller
Schleifring, oder auch eine reflexionsfrei abgeschlossene Leitung
zur Übertragung
hochfrequente Signale sein. Wesentlich ist, dass diese Sendeleiterstruktur
zur Führung
elektrische Signale geeignet ist und ein Empfang von Signalen im
Nahfeld dieser Sendeleiterstruktur möglich ist. Entsprechend wird eine
Empfangsantenne (1) in der Nähe der Sendeleiterstruktur
zum Empfang der Signale im Nahfeld derselben angebracht. Ohne Einfluss
auf die Ausgestaltung der Erfindung ist auch ein direkter galvanischer Kontakt
zwischen der Empfangsantenne (1) und der Sendeleiterstruktur.
Eine solche Ausführung
des Kontakts ist im Gegenstand der Erfindung mit eingeschlossen,
ohne dass dies jeweils im Folgenden ausdrücklich erwähnt wird. Ein galvanischer
Kontakt kann nicht nur durch metallische Kontakte, sondern auch
durch Kohlebürsten,
die auf Schleifbahnen schleifen, erzeugt werden.
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Weiterhin ist eine Messeinrichtung
(7) zur Ermittlung wenigstens eines für die Signalqualität relevanten
Parameters vorgesehen. Derartige Parameter sind beispielsweise die
Signalamplitude, das Rauschen, die Bitfehlerrate oder die spektrale
Zusammensetzung des Signals. Hängt
das Signal beispielsweise auch von der relativen Position zwischen
Sender und Empfänger
der Datenstrecke ab, so ist auch diese ein signalrelevanter Parameter
und daher optional mit in die Erfassung eingeschlossen. Zu Erfassung
dieser zusätzliche
Parameter sind optional weitere Sensoren wie beispielsweise Winkelsensoren, Positionssensoren,
Temperatursensoren sowie Sensoren weitere Umweltparameter, die das
Signal beeinflussen, eingeschlossen. Schließlich ist noch ein Digitalisierer
(3) zur Umwandlung des empfangenen Signals in digitale
Signale (4) vorgesehen. Das von der Empfangsantenne (1)
empfangene Signal hat analoge Eigenschaften, da es schwankende Amplituden,
verzerrte Kurvenformen und Störungen,
sowie Rauschen überlagert
haben kann. Ein Digitalisierer kann beispielsweise als Komparator
oder auch als Verstärker
mit Begrenzungseigenschaften (limiting amplifier) ausgebildet sein.
Ein solcher Digitalisierer wird gelegentlich auch als Demodulator
bezeichnet. Wesentlich für
die Erfindung ist, dass dieser das analoge, in der Amplitude schwankende
Eingangssignal in ein digitales Ausgangssignal mit vorgegebenen Pegelwerten
umsetzt.
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Weiterhin ist erfindungsgemäß die Messeinrichtung
(7) derart mit dem Digitalisierer (3) verbunden,
dass diesem die gemessenen Parameter übermittelt werden und weiterhin
der Digitalisierer derart gestaltet ist, dass dieser die Digitalisierung
der analogen Eingangssignale entsprechend den übermittelten Parameter vornimmt.
Damit kann der Digitalisierer auf schwankende Eingangsamplituden,
schwankende Rauschpegel, schwankende Bitfehlerraten oder andere Änderungen
der Eigenschaften des Eingangssignals reagieren und die Digitalisierung
entsprechend durchführen.
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Diese erfindungsgemäße Lösung ermöglicht einen
direkten Durchgriff der gemessenen Parameter auf den Digitalisierer
ohne eine Regelschleife zwischenzuschalten, wie sie aus dem Stand
der Technik bekannt ist.
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Die Steuerung kann wahlweise über mathematische
Funktionen oder auch Wertetabellen erfolgen. Weiterhin können optional
Mittel zur Steuerung derart vorgesehen sein, dass starke Schwankungen des
Nullpunktes des Signals reduziert bzw. vollständig unterdrückt werden.
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In einer besonders vorteilhaften
Ausgestaltung der Erfindung ist der Digitalisierer (3)
derart ausgestaltet, dass die Schaltschwelle entsprechend den von
der Messeinrichtung (7) signalisierten Parametern einstell bar
ist. Damit kann beispielsweise bei einer hohen Signalamplitude oder
bei hohen Störungen
die Schaltschwelle des Digitalisierung entsprechend erhöht werden
um ein sicheres Schalten zu gewährleisten
und die Störfestigkeit
zu erhöhen. Ebenso
kann auf eine Verringerung der Signalamplitude bzw. der Störungen mit
einer Reduzierung der Schaltschwelle reagiert werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der
Erfindung ist der Digitalisierer (3) derart ausgestaltet,
dass die Hysterese entsprechend den von der Messeinrichtung (7)
signalisierte Parametern einstellbar ist. Damit kann beispielsweise
bei einer hohen Signalamplitude oder bei hohen Störungen die Hysterese
des Digitalisierung entsprechend erhöht werden um ein sicheres Schalten
zu gewährleisten und
die Störfestigkeit
zu erhöhen.
Ebenso kann auf eine Verringerung der Signalamplitude bzw. der Störungen mit
einer Reduzierung der Schaltschwelle reagiert werden.
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In einer anderen Ausgestaltung der
Erfindung ist der Digitalisierer (3) derart ausgestaltet,
dass die Verstärkung
entsprechend den von der Messeinrichtung (7) signalisierte
Parametern einstellbar ist. So ist auch hiermit, wie bereits zuvor
beschrieben, eine Reaktion auf geänderte Bedingungen des Eingangssignals
möglich.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht
vor, dass die Messeinrichtung (7) zur Messung und Signalisierung
der Amplitude des HF-Eingangssignals (4) ausgebildet ist.
Da die Signalamplitude ein besonders wichtiger Parameter des Eingangssignals ist,
wird auch Vorteilhafterweise diese zur Steuerung des Digitalisierung
herangezogen.
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In einer anderen Ausgestaltung der
Erfindung ist die Messeinrichtung (7) zur Messung und Signalisierung
der Rauschleistung des HF-Eingangssignals (4) ausgebildet.
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Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht
vor, dass die Messeinrichtung (7) zur Messung und Signalisierung
des Signal/Rauschabstands des HF-Eingangssignals (4) ausgebildet
ist.
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In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung ist
die Messeinrichtung (7) zur Messung und Signalisierung
der spektralen Zusammensetzung des HF-Eingangssignals (4)
ausgebildet.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung
besteht darin, dass zwischen die Empfangsantenne (1) und
dem Digitalisierer (3) ein in seiner Verstärkung steuerbare
Verstärker
(2) eingefügt
ist. Weiterhin wird diesem Verstärker
mindestens ein für
die Signalqualität
relevanter Parameter von der Messeinrichtung (7) signalisiert.
Der Verstärker
ist derart ausgebildet, dass seine Verstärkung in Abhängigkeit
von den signalisierten Parametern einstellbar ist. Damit kann der Verstärker auf
geänderte
Eigenschaften des Signals reagieren und das Signal, welches dem
Digitalisierer zur Verfügung
gestellt wird, entsprechend anpassen.
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In einer weiteren Ausgestaltung der
Erfindung ist die Messeinrichtung (7) zur Signalisierung der
Amplitude des HF-Eingangssignals (4) ausgebildet. Weiterhin
ist der Verstärker
(2) derart gestaltet, dass seine Verstärkung umgekehrt proportional
zum Signal der Messeinrichtung (7) ist. Damit kann bei
einer Erhöhung
des Eingangssignals durch entsprechende Steuerung des Verstärkers die
Amplitude des verstärkten
und an den Digitalisierer gelieferten Signals reduziert werden.
Ebenso ist bei einer Absenkung des Eingangssignals eine Erhöhung des
an den Digitalisierer gelieferten Signals derart möglich, dass dieses
Signal in beiden Fällen
weitgehend konstant bleibt. Eine solche erfindungsgemäße Ausgestaltung weist
gegenüber
dem Stand der Technik den Vorteil auf, dass hier ein direkter Eingriff
ohne zusätzliche Regelschleife
möglich
ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der
Erfindung ist die Messeinrichtung (7) zur Messung und Signalisierung
der spektralen Zusammensetzung des HF-Eingangssignals (4) ausgebildet. Somit
kann die Verstärkung
entsprechend der spektralen Zusammensetzung des Eingangssignals
angepaßt
werden.
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Beschreibung
der Zeichnungen
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Die Erfindung wird nachstehend ohne
Beschränkung
des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben.
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1 zeigt
in allgemeiner Form schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
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2 zeigt
eine erfindungsgemäße Vorrichtung
mit einem steuerbaren Verstärker.
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3 zeigt
den bekannten Stand der Technik.
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In der 1 ist
eine erfindungsgemäße Vorrichtung
beispielhaft abgebildet. Eine Empfangsantenne (1) in allgemeiner
Form ist zum Abgriff elektrischer bzw. elektromagnetischer Signale
aus dem Nahfeld einer sendenden Leiterstruktur vorgesehen. Das von
dieser Empfangsantenne aufgegriffene HF-Eingangssignal (4)
wird einer Messeinrichtung (7) zur Ermittlung von signalrelevanten
Parametern sowie einem Digitalisierer (3) zur Umsetzung
der analogen Signale in digitale Signale zugeführt. Die Messeinrichtung ermittelt
bestimmte, das HF-Eingangssignal beschreibende Parameter, wie wahlweise
die Signalamplitude, Rauschleistung, Störpegel, Signal/Rauschabstand,
Augenöffnung
in Höhe
bzw. Breite sowie wahlweise eines aus mehreren dieser Parameter
zusammengesetzten summarischen Parameters. Der so ermittelte Parameter
wird als Steuersignal für
die Hysterese (9) dem Digitalisierer zugeführt. Ent sprechend
dieses Steuersignals erfolgt die Digitalisierung des HF-Eingangssignals
und Umsetzung in ein digitales Ausgangssignal (6).
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In 2 ist
eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung
in allgemeiner Form abgebildet. Das von einer Empfangsantenne (1)
aufgegriffene HF-Eingangssignal (4) wird einer Messeinrichtung
(7) zur Ermittlung von signalrelevanten Parametern sowie einem
Verstärker
(2) zur Verstärkung
zugeführt.
Das Ausgangssignal (5) des Verstärkers wird wiederum einem Digitalisierer
(3) zur Umsetzung der analogen Signale in digitale Signale
zugeführt.
Die Messeinrichtung ermittelt bestimmte signalrelevante Parameter,
wie oben beschrieben und signalisiert diese als Steuersignal (10)
für die
Verstärkung
dem Verstärker. Dieser
stellt entsprechend seine Amplitude ein, so dass dem Digitalisierer
ein Signal (5) mit weitgehend Konstanten Eigenschaften übermittelt
wird.
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3 zeigt
schließlich
noch eine dem Stand der Technik entsprechenden Vorrichtung. Hierbei wird
das von der Empfangsantenne (1) empfangene HF-Eingangssignal
(4) einem regelbaren Verstärker (2) zugeleitet.
Das Ausgangssignal (5) des Verstärkers wird einer Messeinrichtung
(7) zur Messung der Signalamplitude und einem Digitalisierer
(3) zu Umsetzung in digitale Signale zugeführt. Weiterhin
ist eine Regelschleife derart vorgesehen, dass das Signal der Messeinrichtung
(7) als Rückkoppelsignal
(8) zur Steuerung des Verstärkers (2) diesem zugeführt wird.
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- 1
- Empfangsantenne
- 2
- Verstärker
- 3
- Digitalisierer
- 4
- HF-Eingangssignal
- 5
- amplitudengeregeltes
Signal
- 6
- digitales
Ausgangssignal
- 7
- Messeinrichtung
- 8
- Rückkopplung
- 9
- Steuersignal
für Hysterese
- 10
- Steuersignal
für Verstärkung