DE19510452C2 - Sende- und Empfangseinrichtung zur drahtlosen Abfrage eines physikalischen Parameters - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sende- und Empfangseinrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art (US-PS 4 531 526).

Solche Sende- und Empfangseinrichtungen eignen sich vorteilhaft zum drahtlosen Abfragen von physikalischen Parametern über relativ kurze Distanzen innerhalb einer Anlage, deren Geräte räumlich verteilt, z. B. in den verschiedenen Räumen eines Gebäudes oder einer Gebäudegruppe, untergebracht sind. Die Anlage ist z. B. eine Klima- und/oder Heizungsanlage, während die abzufragenden physikalischen Parameter z. B. Schaltkontaktstellungen und/oder Meßwerte physikalischer Größen sind, welche letztere mittels Sensoren ferngemessen werden sollen. Die physikalischen Größen sind z. B. ein Druck p, Temperaturen T, Entfernungen d, Feuchtigkeit, Lichtstärke, usw.

Es ist bekannt, Informationen zwischen einzelnen Anordnungen einer Anlage drahtlos mittels hoch­ frequenter elektromagnetischer Wellen zu übertragen. Übertragungen mittels solcher elektromagnetischer Wellen sind in den meisten Ländern äußerst strengen Vorschriften der Postverwaltungen unterworfen oder möglicherweise sogar ganz verboten, da leistungsstarke elektromagnetische Wellen den Funkverkehr sowie die öffentlichen Rundfunk- und Fernsehübertragungen stören können.

Eine Sende- und Empfangseinrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art ist aus der US- PS 4 531 526 bekannt. Zur Abfrage eines physikalischen Parameters eines Objektes verwendet sie das bekannte Echo-Prinzip mit trägerfrequenten Impulsen, wobei die Trägerfrequenz mittels eines PLL- Phasenregelkreises auf die Resonanzfrequenz des Objektes abgestimmt wird.

Aus der CH-PS 679 707 ist eine Sende- und Empfangseinrichtung bekannt, die zum Senden und Empfangen zwei gegeneinander um 90° verdrehte Antennen verwendet, um ein Übersprechen vom Sender auf den Empfänger zu vermeiden, wodurch ein bestimmtes Verhältnis von Reichweite zu Sendeleistung erzielt wird.

Aus der DE 28 54 199 C2 ist eine Einrichtung zur Übertragung von Meßwerten bekannt, die ebenfalls einen einzigen Schwingkreis zum Senden des Abfragesignals und Empfangen des Echosignals verwendet. Eine Nachregelung der Abfragefrequenz findet dort nicht statt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Empfindlichkeit und damit das Verhältnis von Reichweite zu Sendeleistung einer Sende- und Empfangseinrichtung zu vergrößern.

Die Erfindung ist im Anspruch 1 gekennzeichnet. Vorteilhafte Ausgestaltung und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Sende- und Empfangseinrichtung,

Fig. 2 verschiedene Signale und

Fig. 3 die Verwendung einer Sende- und Empfangseinrichtung zur Frostschutzüberwachung.

Ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Sende- und Empfangseinrichtung 1 zur drahtlosen Abfrage eines physikalischen Parameters mindestens eines Objektes 13 ist in der Fig. 1 dargestellt. Sie weist einen Mikroprozessor 2 als Kontroll- und Steuereinheit, einen spannungsgesteuerten Oszillator 3, einen Schwingkreis 4, einen Differenzverstärker 5, ein schaltbares Filter 6, einen Phasenschieber 7, einen Phasendetektor 8, einen Synchrondetektor 9, einen Multiplizierer 10 und zwei Schalter 11 und 12 auf. Jeweils ein Ausgang des Mikroprozessors 2 ist mit einem Steuereingang des Oszillators 3, des Schwing­ kreises 4 bzw. des Filters 6 verbunden. Der Phasendetektor 8, der Synchrondetektor 9 und der Multipli­ zierer 10 weisen je zwei Eingänge und einen Ausgang auf. Der Ausgang des Oszillators 3 ist mit dem ersten Eingang des Synchrondetektors 9, dem ersten Eingang des Multiplizierers 10 und über den zwischengeschalteten Phasenschieber 7 mit dem ersten Eingang des Phasendetektors 8 verbunden. Der Schwingkreis 4 ist mittels des Schalters 12 entweder mit dem Ausgang des Oszillators 3 oder mit dem ersten, nicht invertierenden Eingang 5a des Differenzverstärkers 5 verbindbar und somit auf Senden bzw. Empfangen schaltbar. Der zweite, invertierende Eingang 5b des Differenzverstärkers 5 ist mittels des Schalters 11 mit dem Ausgang des Multiplizierers 10 verbindbar. Der Ausgang des Differenzverstärkers 5 ist über das Filter 6 mit den zweiten Eingängen des Phasendetektors 8 und des Synchrondetektors 9 verbunden. Der Ausgang des Phasendetektors 8 ist mit einem Eingang des Mikroprozessors 2, der Ausgang des Synchrondetektors 9 ist mit einem weiteren Eingang des Mikroprozessors 2 und mit dem zweiten Eingang des Multiplizierers 10 verbunden. Zur Ausfilterung der trägerfrequenten Signalanteile ist dem Ausgang des Phasendetektors 8 ein Filter 8a vorgeschaltet, welches beispielsweise ein Tiefpaß oder ein Integrierglied sein kann.

Der Schwingkreis 4 besteht aus einer Spule L_SE und einem kapazitiven Element C_SE, dessen Wert veränderbar ist. Das kapazitive Element C_SE kann beispielsweise eine Anordnung von zu- und abschalt­ baren Kondensatoren oder eine Kapazitätsdiode sein. Der Mikroprozessor 2 ist dahingehend programmiert, durch Veränderung des Wertes des kapazitiven Elementes C_SE die Resonanzfrequenz des Schwingkreises 4 auf die Schwingfrequenz f_T des Oszillators 3 abzustimmen, so daß der Schwingkreis 4 die zu sendenden und zu empfangenden trägerfrequenten Impulse möglichst verlustlos abstrahlen und empfangen kann.

Als Objekt 13 ist ein Sensor dargestellt, dessen physikalischer Parameter eine Temperatur ist. Es weist einen Parallelresonanzkreis 14 auf, der aus einer Spule L_O, einem Kondensator C_O und einem temperatur­ abhängigen Widerstand R_O besteht. Der Widerstand R_O wirkt als Dämpfungsglied. Die Frequenz f_OP mit welcher der freie, gedämpfte Parallelresonanzkreis 14 schwingt, beträgt

ist also sowohl vom Wert des Widerstandes R_O abhängig als auch verschieden vom Wert der Resonanz­ frequenz

Sind die Spule L_O, der Kondensator C_O und der Widerstand R_O in Serie geschaltet und bilden einen Serieresonanzkreis, dann beträgt dessen Frequenz f_OS bei freier Schwingung

Falls mehrere Objekte 13 zur drahtlosen Abfrage durch eine gemeinsame Sende- und Empfangseinrichtung 1 vorgesehen sind, weisen sie je nach ihrer Aufgabe unterschiedliche Resonanzfrequenzen f_OR auf. Zur Einhaltung der anfangs erwähnten Vorschriften liegen die Resonanzfrequenzen f_OR typischerweise in der Gegend von 100 kHz.

Die Sende- und Empfangseinrichtung 1 arbeitet nach dem bekannten Echo-Prinzip, indem sie im Betrieb zum drahtlosen Abfragen des Objektes 13 kurze, durch Impulslücken voneinander getrennte träger­ frequente Impulse aussendet und während der Impulslücken das vom Objekt 13 abgestrahlte Signal erfaßt, wobei die Trägerfrequenz gleich der Schwingfrequenz f_T des Oszillators 3 ist. Der Schwingkreis 4 dient dabei als Sende- wie als Empfangsantenne. Falls die Trägerfrequenz f_T der Impulse annähernd gleich der Resonanzfrequenz f_OR des Schwingkreises 14 des Objektes 13 ist, wird der Schwingkreis 14 mit nennens­ werter Amplitude erregt. Das vom Objekt 13 abgestrahlte Signal hat ebenfalls die Form trägerfrequenter Impulse, deren Umhüllende exponentiell ansteigende Vorderflanken sowie exponentiell abfallende Rück­ flanken aufweist. Die Trägerfrequenz dieser Impulse ist gleich der Frequenz f_T des Oszillators 3, solange die Sende- und Empfangseinrichtung 1 auf Senden eingestellt ist. Sobald die Erregung des Schwingkreises 14 unterbrochen ist, nimmt die Trägerfrequenz dieser Impulse jedoch den Wert der Frequenz f_OP des Schwingkreises 14 an.

In einer ersten Phase erfolgt in an sich bekannter Weise eine grobe Abstimmung des Oszillators 3 auf die Resonanzfrequenz f_OR des Schwingkreises 14 des abzufragenden Objektes 13. Dabei ist der Schalter 11 offen, so daß der Eingang 5b des Differenzverstärkers 5 vom Ausgang des Multiplizierers 10 getrennt ist und der Differenzverstärker 5 als normaler Verstärker arbeitet. Der Mikroprozessor 2 erhöht die Steuer­ spannung am Oszillator 3 nach und nach, so daß die Schwingfrequenz f_T des Oszillators 3 größer und größer wird, bis am Ausgang des Synchrondetektors 9 ein Signal U₇ mit nennenswerter Amplitude erscheint. Der Mikroprozessor 2 interpretiert dieses Ereignis dahingehend, daß die Schwingfrequenz f_T des Oszillators 3 in der Nähe der Resonanzfrequenz f_OR des abzufragenden Objektes 13 ist, worauf er zur Steuerung der Schwingfrequenz f_T des Oszillators 3 in einer nun folgenden zweiten Phase eine Steuer­ spannung abgibt, die er beispielsweise als Summe aus der zuletzt abgegebenen Steuerspannung und aus der am Ausgang des Phasendetektors 8 zur Verfügung stehenden Spannung U₆ kontinuierlich bildet. In einer bevorzugten Variante bildet der Mikroprozessor 2 die Steuerspannung für den Oszillator 3 mittels eines PI-Regelalgorithmus. Der Phasenschieber 7, der Phasendetektor 8, der Oszillator 3 und der Mikro­ prozessor 2 mit oder ohne PI-Regelung arbeiten nun in bekannter Weise als PLL-Phasenregelkreis (phase- locked-loop) zur Nachführung der Trägerfrequenz des ersten Signales U₂ nach der Trägerfrequenz des zweiten Signales U₃, so daß die Trägerfrequenz f_T der gesendeten Impulse in der Nähe der Frequenz f_OP des abzufragenden Objektes 13 einrastet.

Zur weiteren Steigerung der Empfindlichkeit bezüglich des Einrastens auf die Frequenz f_OP ist eine zweite Regelschleife vorgesehen, welche aus dem Differenzverstärker 5, dem Synchrondetektor 9, dem Multiplizierer 10 und dem Schalter 11 gebildet ist. In einer dritten Phase schaltet deshalb der Mikro­ prozessor 2 nun die beiden Schalter 11 und 12 mit einer gegenüber der Schwingfrequenz f_T des Oszillators 3 um beispielsweise das Zwanzigfache langsameren Frequenz synchron so, daß der Eingang 5b des Differenzverstärkers 5 immer dann mit dem Ausgang des Multiplizierers 10 verbunden ist, wenn die Sende- und Empfangseinrichtung 1 auf Empfang geschaltet ist.

Die Wirkungsweise der zweiten Regelschleife wird anhand des zeitlichen Spannungsverlaufes verschiedener Signale U₁ bis U₆ erläutert, die in der Fig. 2 aus Darstellungsgründen mit unterschiedlicher vertikaler Skala gezeichnet sind. Am Ausgang des Oszillators 3 ist ein sinusförmiges Signal U₁ mit der Schwingfrequenz f_T vorhanden. Die Erregung des Schwingkreises 4 der Sende- und Empfangseinrichtung 1 und des Schwingkreises 14 des abzufragenden Objektes 13 erfolgt mittels eines ersten Signales U₂, welches mit dem Schalter 12 aus dem Signal U₁ gebildet ist und das die Form trägerfrequenter Impulse aufweist. Die Spannung U₃ zeigt den Verlauf des vom Objekt 13 abgestrahlten Signales, wie es während der Empfangszeit am Eingang 5a des Differenzverstärkers 5 anliegt. Das Signal U₃ ist ein trägerfrequentes Ist-Signal, dessen Trägerfrequenz in einer Übergangsphase zu Beginn des Empfangsfensters jeweils von der Trägerfrequenz f_T des ersten Signales U₂ zur Frequenz f_OP des Schwingkreises 14 des abstrahlenden Objektes 13 übergeht. Am Eingang 5b liegt ein erwartetes trägerfrequentes Soll-Signal U₄ an, dessen Frequenz und Phase gleich der Trägerfrequenz und deren Phase des ersten Signales U₂ sind und dessen Umhüllende gleich der Umhüllenden des Signales U₅ am Ausgang des Differenzverstärkers 5 ist. Das Soll- Signal U₄ wird mit Hilfe des Synchrondetektors 9 und des Multiplizierers 10 aus dem Signal U₅ und aus dem als Referenzsignal dienenden Signal U₁ erzeugt. Das Signal U₅ ist auch dem Phasendetektor 8 zugeführt, dem als Referenzsignal ein mittels des Phasenschiebers 7 gegenüber dem Signal U₁ um 90° phasenverschobenes Signal dient, so daß am Ausgang des Phasendetektors 8 ein Regelsignal U₆ mit einem Vorzeichen vorhanden ist, das gleich dem Vorzeichen der Differenz der Trägerfrequenz f_T und der Frequenz f_OP ist, wodurch der Frequenzunterschied der Trägerfrequenzen f_T und f_OP der beiden Signale U₁ und U₅ gegen null regelbar ist. Das Signal U₆ dient einerseits als Korrektursignal zur Regelung der Steuerspannung für den Oszillator 3, andererseits dient es zur Bestimmung des Zeitpunktes, zu welchem die Sende- und Empfangseinrichtung 1 optimal auf das Objekt 13 eingestellt ist. Die Fig. 2 zeigt in überspitztem zeitlichem Maßstab wie sich infolge der Wirkung der zweiten Regelschleife die Form der Signale U₃ und U₄ von Impuls zu Impuls mehr angleicht, so daß die Amplitude des Signales U₆ gegen einen konstanten Wert null strebt. Sobald der Absolutwert des über die Dauer mehrerer Impulse gemittelten Signales U₆ einen vorbestimmten Schwellenwert ε unterschreitet, erfaßt der Mikroprozessor 2 das am Ausgang des Synchrondetektors 9 vorhandene Signal U₇, welches im nun eingeschwungenen Zustand des Systems aus Sende- und Empfangseinrichtung 1 und Objekt 13 der Umhüllenden des Signales U₅ und damit auch der Umhüllenden des vom Objekt 13 ausgesendeten Signales U₃ entspricht. Der Wert des Widerstandes R_O und damit dessen Temperatur T sind damit am Ende der dritten Phase in bekannter Weise bestimmbar aus dem zeitlichen Verlauf des Signales U₇.

Dank der zweiten Regelschleife kann die Empfindlichkeit der Sende- und Empfangseinrichtung 1 gegen­ über bekannten Schaltungen wesentlich gesteigert werden. Der Differenzverstärker 5 muß nur noch die Differenz des empfangenen Ist-Signales U₃ zu einem erwarteten Soll-Signal U₄ verstärken. Nach erfolgter Angleichung sind die Signale U₃ und U₄ in Phase und weisen eine bis auf einen vom Verstärkungsfaktor des Differenzverstärkers 5 abhängigen konstanten Faktor die gleiche Umhüllende auf, da die Schwing­ frequenz f_T des Oszillators 3 gleich der Frequenz f_OP des Objektes 13 ist. Der Differenzverstärker 5 kann somit mit einem hohen Verstärkungsfaktor von wenigstens 100 versehen sein, ohne daß die Gefahr der Sättigung besteht. Aus der am Ausgang des Differenzverstärkers 5 auftretenden Spannung U₅ wird mittels des Phasenschiebers 7 und des Phasendetektors 8 ein Regelsignal U₆ erzeugt und dem Mikroprozessor 2 zur Steuerung des Oszillators 3 zugeführt, dank dem eine wesentlich bessere Übereinstimmung der Schwingfrequenz f_T des Oszillators 3 und der Frequenz f_OP des Schwingkreises 14 erzielbar ist. Mit der erhöhten Empfindlichkeit der Sende- und Empfangseinrichtung 1 ist entweder bei gleicher Sendeleistung eine größere Entfernung zu den abzufragenden Objekten 13 möglich oder eine kleinere Sendeleistung bei unveränderter Maximalreichweite.

Das Filter 6 ist ein Tiefpaß oder ein Bandpaß mit veränderbarer Grenz- bzw. Resonanzfrequenz. Es ist z. B. in der Form eines switched capacitor filters (SCF) verwirklicht. Der Mikroprozessor 2 führt die Grenz- bzw. Resonanzfrequenz des Filters 6 der Schwingfrequenz f_T des Oszillators 3 nach. Sein Frequenzgang ist vorteilhaft so vorbestimmt, daß Oberwellen der Schwingfrequenz f_T unterdrückt werden. Es dient der Erhöhung der Stabilität der Sende- und Empfangseinrichtung 1.

Bei einer weiteren Ausführung der Erfindung ist die Arbeitsweise der Sende- und Empfangseinrichtung 1 weiter verfeinert. Aus dem in der Fig. 2 dargestellten Beispiel ist ersichtlich, daß die Spannung U₅ am Ausgang des Differenzverstärkers 5 eine große Amplitude haben kann, wenn die Phasendifferenz zwischen der Trägerfrequenz f_OP des Signales U₃ und der Trägerfrequenz f_T des Signales U₄ groß ist. Damit der Differenzverstärker 5 mit einem möglichst hohen Verstärkungsfaktor ohne Gefahr der Sättigung versehbar ist, erfolgt in der dritten Phase der Wechsel des Schalters 11 in die Empfangsstellung in bekannter Weise jeweils zeitverzögert um beispielsweise drei Schwingungsperioden des Signales U₁ nach dem Wechsel des Schalters 12. Auf diese Weise sind auch beim Betätigen des Schalters 12 auftretende Transienten unterdrückbar.

Die Tastzeiten des Schalters 12, mit denen die Dauer der Sendezeit wie der Empfangszeit pro gesendetem Impuls festgelegt sind, sind mit Vorteil dem Schwingungsverhalten des Objektes 13 angepaßt. Bei starker Dämpfung und entsprechend tiefer Güte des Schwingkreises 14 verlaufen die Einschwingvorgänge relativ schnell, bei schwacher Dämpfung und entsprechend hoher Güte des Schwingkreises 14 dauert es länger, bis der Schwingkreis 14 in einem stationären Zustand ist. Es ist deshalb eine vierte Phase vorgesehen, in welcher die Tastzeiten des Schalters 12 vom Mikroprozessor 2 entsprechend der am Ende der dritten Phase aus dem Signal U₇ bestimmten Güte des Schwingkreises 14 festgelegt sind. Weiter ist die Dauer der Zeitverzögerung zwischen dem Betätigen der Schalter 12 und 11 so weit verkürzbar, auf z. B. nur noch eine Schwingungsperiode, wie für den Differenzverstärker 5 keine Sättigungsgefahr besteht. Der Mikroprozessor 2 bestimmt nun den Wert des interessierenden physikalischen Parameters aus dem Signal U₇ am Ende der vierten Phase.

Bei einer weiteren Ausführung der Erfindung sind die Eingänge 5a und 5b des Differenzverstärkers 5 während der Sendezeit der Sende- und Empfangseinrichtung 1 mittels weiterer Schalter an Masse anschließbar oder miteinander verbindbar.

Die Sende- und Empfangseinrichtung 1 eignet sich zur drahtlosen Abfrage eines Objektes 13 mit einem schwach oder kaum gedämpften Schwingkreis 14. Dann gilt näherungsweise f_OP ≅ f_OR. Der Grad der Dämpfung ist dann bestimmbar aus dem zeitlichen Verlauf des Signales U₇. Bei einem Objekt 13, das aus einem aus einem Kondensator C_O und aus einer Spule L_O gebildeten Schwingkreis 14 besteht, bei dem der zu messende physikalische Parameter direkt der Wert des Kondensators C_O oder der Wert der Spule L_O ist, ist die Information über den Zustand des Objektes 13 als Frequenzänderung gegenüber einer festgelegten Bezugsfrequenz vorhanden. Dank der hohen Empfindlichkeit der Sende- und Empfangs­ einrichtung 1 ist eine solche Frequenzänderung mit hoher Genauigkeit bestimmbar.

Eine Analyse der Sende- und Empfangseinrichtung 1 im Frequenzbereich zeigt auf, daß die Wirkung der zweiten Regelschleife darin besteht, die Spektrallinie bei der Trägerfrequenz ω = f_T zu unterdrücken bzw. im eingeschwungenen Zustand annähernd zu eliminieren, so daß der PLL-Phasenregelkreis nur die sogenannten "double side band (DSB)" Spektrallinien der Phasenmodulation detektiert. In anderen Worten ausgedrückt geht es darum, daß der Verstärker 5 in der Nähe des optimalen Arbeitspunktes bei f_T ≅ f_OP nicht durch Signale übersteuert wird, die keine Information enthalten.

Die Fig. 3 zeigt die Verwendung einer Sende- und Empfangseinrichtung 1 zur drahtlosen Abfrage von Temperaturfühlern 15, die an verschiedenen Stellen auf einem Heizregister 16 eines Warmwasser-Luft­ erhitzers angebracht sind. Das Heizregister 16 ist in einem Lüftungsrohr 17 angeordnet zur Erhitzung von Zuluft. Die Temperaturfühler 15 erfassen luftseitig die Temperatur des Heizregisters 16 zur Vermeidung von Frostschäden, da bei tiefen Außentemperaturen das Wasser im Heizregister 16 gefrieren könnte.

Die Temperaturfühler 15 stellen Objekte 13 (Fig. 1) dar, die alle in der gleichen Art ausgeführt sind als ein Schwingkreis 14, der aus einer Spule L_O und einem kapazitiven Element C_O besteht. Die Kapazität des Elementes C_O weist eine vorbestimmte Temperaturabhängigkeit auf, so daß eine Temperaturänderung zu einer wohldefinierten Änderung der Resonanzfrequenz f_O des entsprechenden Temperaturfühlers 15 führt. Die Sende- und Empfangseinrichtung 1 ist dahingehend programmiert, in regelmäßigen Abständen oder kontinuierlich die Schwingfrequenz f_T des Oszillators 3 in einem Frequenzband durchzufahren, dessen Grenzfrequenzen den Resonanzfrequenzen f_O angepaßt ist, die bei der tiefsten und der höchsten zu erwartenden Temperatur der Temperaturfühler 15 entstehen. Immer dann, wenn wenigstens einer der Temperaturfühler 15 in Resonanz ist, erscheint am Ausgang des Synchrondetektors 9 ein Signal U₇ mit nennenswerter Amplitude. Aus der kleinsten oder höchsten der in einem Frequenzscan gemessenen Resonanzfrequenzen f_O bestimmt die Steuer- und Kontrolleinheit 2 der Sende- und Empfangseinrichtung 1 oder ein mit ihr verbundenes Steuer- oder Regelgerät 18 die tiefste der gemessenen Temperaturen und veranlaßt bei Bedarf in bekannter Weise geeignete Maßnahmen wie Erhöhung der Heizleistung des Heizregisters 16 durch mit sinkender Temperatur proportionales Öffnen eines Heizventils 19 oder Drosselung der Luftzufuhr, etc.

Besteht das Lüftungsrohr 17 aus metallischem Material, kann es einen starken Einfluß auf die räumliche Verteilung des elektromagnetischen Feldes ausüben, das sich aufgrund der Erregung des Schwingkreises 4 (Fig. 1) der Sende- und Empfangseinrichtung 1 und der Schwingkreise 14 der Temperaturfühler 15 aus­ bildet: es kann wie ein Hohlleiter wirken. Hohlleiter sind dadurch charakterisiert, daß elektromagnetische Felder unterhalb einer sogenannten Cutoff Frequenz die Form exponentiell gedämpfter Felder annehmen, während sich oberhalb der Cutoff Frequenz laufende oder stehende Wellen in der Form ganz bestimmter Moden ausbilden können. Oberhalb der Cutoff Frequenz sind somit die in Abhängigkeit der Temperatur kontinuierlich veränderlichen Resonanzfrequenzen f_O der Temperaturfühler 15 nicht meßbar. Gemäß Angaben in Lehrbüchern, z. B. R.P. Feynman, R.B. Leighton und M. Sands in "Vorlesungen über Physik", Oldenbourg Verlag, ist die Cutoff Frequenz im wesentlichen bestimmt durch die charakteristischen Abmessungen des Hohlleiters, die im Falle des Lüftungsrohres 17 als typische Querschnitte von einigen Dezimetern und Längen von einigen bis zu einigen zehn Metern auftreten können, so daß die Cutoff Frequenz oberhalb von einigen zehn MHz liegt. Weiter nimmt die Dämpfung der Felder mit abnehmender Frequenz zu, so daß die Sende- und Empfangseinrichtung 1 und die Temperaturfühler 15 mit Vorteil zur Arbeit mit Frequenzen etwas unterhalb der Cutoff Frequenz ausgebildet sind, wo die Dämpfung am geringsten ist. Unterhalb der Cutoff Frequenz weist das elektromagnetische Feld einen exponentiellen, im Wesentlichen knotenfreien Feldverlauf auf, so daß keine Gefahr besteht, daß die Temperaturfühler 15 in einem Knoten positioniert sind, wo die Feldstärke verschwindet. Ein Vorteil des metallischen Lüftungs­ rohres 17 ist darin zu sehen, daß es mit seiner Wirkung als Hohlleiter auch als Abschirmung wirkt, so daß außerhalb des Lüftungsrohres 17 keine von der Sende- und Empfangseinrichtung 1 stammenden unerwünschten elektromagnetischen Felder auftreten. Dank dieser Abschirmungseigenschaft ist die Sendeleistung beliebig erhöhbar, bis jeder Temperaturfühler 15 abfragbar ist, ohne in Konflikt mit irgend­ welchen fernmelderechtlichen Vorschriften zu kommen. Eine Bestimmung der zur sicheren Abfrage der Temperaturfühler 15 benötigten Sendeleistung kann mittels eines kleinen Programmes im Mikroprozessor 2 bei der Installation der Temperaturfühler 15 für jeden Temperaturfühler 15 einzeln erfolgen. Weiter vermag das Lüftungsrohr 17 eine mögliche, durch das Heizregister 16 verursachte Schattenbildung für das elektromagnetische Feld mindestens teilweise auszugleichen, so daß die Positionierung der Temperatur­ fühler 15 wenig kritisch ist, obwohl eine Sichtverbindung zwischen den Temperaturfühlern 15 und der Sende- und Empfangseinrichtung 1 vorzuziehen ist.

Zur Kühlung vorbeiströmender Luft ist anstelle des Heizregisters 16 ein Kühlelement oder ein Kühl- und Heizelement einsetzbar, wobei sich die Problematik des Frostschutzes in gleicher Weise stellt.

Claims (9)

1. Sende- und Empfangseinrichtung (1) zur drahtlosen Abfrage eines physikalischen Parameters mindestens eines Objektes (13) nach dem Echoprinzip, mit einem spannungsgesteuerten Oszillator (3) und einem Schalter (12) zur Erzeugung und Mitteln (4) zur Abstrahlung eines ersten trägerfrequenten Signales (U₂), Mitteln zur Erfassung (4) und Verstärkung (5) eines vom Objekt (13) abgestrahlten zweiten träger­ frequenten Signales (U₃), und Mitteln (7, 8) zur Bildung eines Regelsignales (U₆) zur Nachführung der Trägerfrequenz des ersten Signales (U₂) nach der Trägerfrequenz des zweiten Signales (U₃), wodurch ein PLL-Phasenregelkreis gebildet ist, mit dem in einer ersten und zweiten Phase die Steuerspannung für den Oszillator (3) annähernd eingeregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (5) zur Verstärkung einen Differenzverstärker (5) mit einem nicht invertierenden Eingang (5a), einem invertierenden Eingang (5b) und einem Ausgang aufweisen und daß in einer dritten Phase durch synchrone Betätigung des Schalters (12) zum abwechselnden Senden und Empfangen und eines dem invertierenden Eingang (5b) vorgeschalteten weiteren Schalters (11) eine zweite Regelschleife aktivierbar ist, welche aus dem Differenzverstärker (5), Mitteln (9, 10) zur Erzeugung eines dritten trägerfrequenten Signales (U₄), dessen Trägerfrequenz und deren Phase gleich der Trägerfrequenz und deren Phase des ersten Signales (U₂) sind und dessen Umhüllende gleich der Umhüllenden des am Ausgang des Differenzverstärkers (5) vorhandenen Signales (U₅) ist, und dem weiteren Schalter (11) besteht, wobei dem nicht invertierenden Eingang (5a) während des Empfangens das zweite Signal (U₃) und dem invertierenden Eingang (5b) das dritte Signal (U₄) zugeführt sind.

2. Sende- und Empfangseinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (9, 10) zur Erzeugung des dritten Signales (U₄) ein Synchrondetektor (9) und ein Multiplizierer (10) sind, denen das trägerfrequente Signal (U₁) des Oszillators (3) als Referenzsignal zugeführt ist.

3. Sende- und Empfangseinrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Regelschleife ein Filter (6) enthält, dessen Frequenzgang auf die Schwingfrequenz (f_T) des Oszillators (3) abstimmbar ist.

4. Sende- und Empfangseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannung für den Oszillator (3) mittels eines PI-Regelalgorithmus aus dem Regelsignal (U₆) gebildet wird.

5. Sende- und Empfangseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingänge (5a, 5b) des Differenzverstärkers (5) beim Senden an Masse angeschlossen oder miteinander verbunden sind.

6. Sende- und Empfangseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (4) zur Abstrahlung des ersten trägerfrequenten Signales (U₂) und die Mittel (4) zur Erfassung des zweiten trägerfrequenten Signales (U₃) ein einziger Schwingkreis sind.

7. Sende- und Empfangseinrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzfrequenz des Schwingkreises (4) auf die Frequenz (f_T) des Oszillators (3) abstimmbar ist.

8. Sende- und Empfangseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in einer vierten Phase jeweils beim Wechsel vom Senden auf Empfangen die Betätigung des weiteren Schalters (11) um einen Wert zeitverzögert nach der Betätigung des Schalters (12) erfolgt, wenn für den Differenzverstärker (5) keine Sättigungsgefahr besteht.

9. Verwendung einer Sende- und Empfangseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Frostschutzüberwachung eines in einem Lüftungsrohr (17) vorhandenen Heizregisters (16) und/oder Kühlelementes, wozu am Heizregister (16) und/oder Kühlelement mindestens ein als Temperaturfühler (15) dienendes Objekt (13) angebracht ist.