DE3805328A1

DE3805328A1 - Verfahren zur messwertuebertragung bei einer lichtleiteruebertragung der messwerte

Info

Publication number: DE3805328A1
Application number: DE19883805328
Authority: DE
Inventors: Walter Koenigsdorfer; Gzregorz Dr Skarpetowski
Original assignee: Asea Brown Boveri AG Switzerland; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB Schweiz Holding AG; ABB AB
Priority date: 1988-02-20
Filing date: 1988-02-20
Publication date: 1989-08-31
Also published as: DE3805328C2; CH679090A5

Description

Technisches Gebiet

Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Verfahren zur Meßwerterfassung bei einer Lichtleiterübertragung der Meßwerte nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Stand der Technik

Mit dem Oberbegriff nimmt die Erfindung auf einen Stand der Technik Bezug, wie er aus der Firmendruckschrift : NOT/912-05/86, Mai 1986, MELOPEE, MULTICHANNEL EMP/LIGTHING - DATA ACQUISITION AND MEASUREMENT SYSTEM, THOMSON-CSF, 31, rue Camille Desmoulins/BP 12-92 132 Issy les Moulineaux/France, S. 25-28, bekannt ist. Dort werden elektrische Meßwerte mit einem sehr breiten Frequenzspektrum im Bereich von 100 Hz-150 MHz von einem optischen Sender mit Sendeverstärker und nachgeschalteter, lichtemittierender Sendediode über ein faseroptisches Kabel zu einem optischen Empfänger mit Photodiode und nachgeschaltetem Empfangsverstärker übertragen. Dem Empfangsverstärker ist ein Steuerkreis mit diskontinuierlich variabler Dämpfung mit mehreren steuerbaren Dämpfungsgliedern nachgeschaltet. Zur Einstellung der Dämpfung wir dem Sendeverstärker über einen Schalter ein Kalibriersignal anstelle des sonst anliegenden Meßsignals zugeführt. Am Ausgang des Empfangsverstärkers wird vom Kalibriersignal ein Empfangpegel abgeleitet und zur Steuerung der Dämpfung verwendet. Durch wiederholte Kalibrierung können langsame Änderungen der optischen Dämpfung kompensiert werden, allerdings jeweils mit beschränkter Auflösung, die durch die Größe des kleinsten Schrittes des steuerbaren Dämpfungsgliedes bestimmt ist. Da nur ein Bezugssignal zur Kalibrierung übertragen wird, kann auf der Empfangsseite nur die relative Lage eines Signalpegels kalibriert werden. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß ein zweiter Lichtwellenleiter zur Steuerung der Kalibrierung erforderlich ist.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung, wie sie im Patentanspruch 1 definiert ist, löst die Aufgabe, eine genauere Meßwerterfassung zu ermöglichen.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß zusätzlich zur Kalibrierung eines Signalpegels auch noch die Steilheit der Übertragungskennlinie kalibriert werden kann. Empfangsseitig können die Kalibrierersignale von Nutz-Meßwertsignalen unterschieden und ausgewertet werden, wozu ein Mikroprozessor ausreicht. Steuerbare Dämpfungsglieder auf der Empfangsseite sind nicht erforderlich. Ein 2. Lichtwellenleiter zur Steuerung der Kalibrierung wird nicht benötigt. Eine senderseitige Kalibrier einrichtung arbeitet unabhängig vom Empfänger.

Gemäß vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung werden der symmetrisch zum negativen und positiven Signalbereich eingestellte Nullpegel sowie der Minimal- und Maximalpegel zur Kalibrierung übertragen. Daraus lassen sich empfangsseitig der Nullpegel sowie die Steigung im negativen und im positiven Signalbereich ableiten.

Die Kalibrierung kann nach dem Einschalten des Signalsenders und in Abhängigkeit von einem Prozeß erfolgen und/oder in regelmäßigen Abständen wiederholt werden.

Störeinflüsse können erkannt und weitgehend eliminiert werden. Aufgrund der Verwendung eines Mikroprozessors für die Auswertung der senderseitigen Signale kann die laufende Übertragung durch Plausibilitätstests überwacht werden. Während der Kalibrierung wird der zuvor empfangene Meßwert gespeichert und ausgegeben. Nach jeder Kalibrierung wird die Übertragungsstrecke neu skaliert.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Meßwerterfassungseinrichtung mit einem Signalsender, einem Lichtleiter, einem Signalempfänger und einem Rechner zur Auswertung der Empfangssignale,

Fig. 2 ein idealisiertes Signaldiagramm des Sendediodenstromes in Abhängigkeit vom Eingangssignal des Signalsenders gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Prinzipdarstellung des zeitlichen Verlaufs des Eingangssignals des Signalsenders gemäß Fig. 1 zur Erläuterung der Kalibrierung und

Fig. 4 ein Flußdiagramm für den Rechner gemäß Fig. 1 zur Auswertung der Empfangssignale.

Wege zur Ausführung der Erfindung

In Fig. 1 ist mit 1 eine Meßsignalleitung bezeichnet, in der ein zu erfassender elektrischer Gleich- oder Wechselstrom fließen kann, der einer physikalischen Größe, z. B. einer Temperatur oder einem magnetischen Fluß einer Maschine zugeordnet ist. Dabei wird eine Meßspannung bzw. ein Meßwertsignal U _M an einem Meßwiderstand R _M abgegriffen. Der Meßwiderstand R _M ist einerseits über einen Widerstand R 1′, einen Umschalter 2 in ausgezogen dargestellter Schaltposition und einen weiteren Widerstand R 1 mit einem invertierenden Eingang (-) und andererseits über zwei in Reihe geschaltete Widerstände R 2′ und R 2 einem nichtinvertierenden Eingang (+) eines Differenz verstärkers 3 elektrisch verbunden. Für die Widerstandswerte gilt: R 1′ + R 1 = R 2′ + R 2. In der gestrichelt dargestellten Schaltposition des Umschalters 2 sind die Widerstände R 1′ und R 1 getrennt und die Widerstände R 1 und R 2 miteinander verbunden. An den Eingängen des Differenzverstärkers 3 liegt ein Sendereingangssignal U _S an. Falls direkt eine Spannung erfaßt werden soll, kann der Meßwiderstand R _M entfallen.

Die Ziffer 4 bezeichnet eine positive Speisespannungsquelle mit einer vorgebbaren Spannung U₀ von z. B. +15 V. Der Ausgang des Differenzverstärkers 3 ist einerseits über einen Widerstand R 3 an seinen invertierenden Eingang rückgekoppelt und andererseits mit dem Eingang einer spannungsgesteuerten Stromquelle 5 elektrisch verbunden. Die Bezugszeichen R 4-R 12 bezeichnen Widerstände, die Ziffer 6 einen weiteren Operationsverstärker und die Ziffer 7 einen Leistungsverstärker der spannungsgesteuerten Stromquelle 5. Mit 8 ist ein elektrooptischer Wandler bzw. eine Sendediode bezeichnet, die von einem Sendediodenstrom i 8 durchflossen ist, der von der spannungsgesteuerten Strom quelle 5 geliefert wird. Der Differenzverstärkers 3 mit zugehörigem Widerstand R 3, die spannungsgesteuerte Stromquelle 5 und die Sendediode 8 bilden zusammen einen strichpunktiert umrandeten Signalsender 29.

Fig. 2 zeigt eine idealisierte, lineare Kennlinie für die Sendediode 8, wobei der Sendediodenstrom i 8 in Abhängigkeit von der Meßspannung U _M bzw. von dem Sendereingangssignal U _S aufgetragen ist. Die Sendediode 8 wird im Bereich von 10 mA-30 mA betrieben, in Abhängigkeit von einer Meßspannung U _M im Bereich von -60 mV-+60 mV. Dabei entspricht eine Meßspannung U _M = 0 V einem Sendediodenstrom von 20 mA und einem Sendereingangssignal U _S = U₀/2. Meßspannungen U _M = -60 mV bzw. +60 mV entsprechen Sendediodenströmen von 10 mA bzw. 30 mA und Sendereingangssignalen U _S = U₀/3 bzw. 2×U₀/3.

Das bei fehlender Meßspannungen U _M auf den Spannungswert U₀/2 verschobene Potential am Eingang des Signalsenders 29 wird mittels einer Reihenschaltung von 4 gleichohmigen Widerständen R 14-R 17 erzeugt, an denen von der Spannungsquelle 4 her das Potential U₀ anliegt. Die beiden äußeren Widerstände R 14 und R 17 dieser Reihenschaltung können mittels vorzugsweise elektronischer Schalter 11 bzw. 12 kurzgeschlossen werden. Der Abgriff zwischen den beiden inneren Widerständen R 15 und R 16 dieser Reihenschaltung ist über einen Widerstand R 13 mit dem nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers 3 elektrisch verbunden. Sind die Schalter 11 und 12 geöffnet, so liegt am nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers 3 die Spannung U₀/2 an, bei geschlossenem Schalter 11 die Spannung U₀/3 und bei geschlossenem Schalter 12 die Spannung 2×U₀/3.

Der Signalsender 29 ist über eine faseroptische Übertragungsleitung bzw. einen Lichtleiter 9 mit einem gestrichelt umschlossenen Signalempfänger 19 verbunden, der die übertragenen Lichtsignale mittels eines optoelektrischen Wandlers bzw. einer Photodiode 20 in elektrische Signale umwandelt. Diese Empfangssignale werden über einen Verstärker 21 und einen Widerstand R 18 dem invertierenden Eingang eines Differenzverstärkers 22 zugeführt, dessen Ausgang über einen Widerstand R 19 mit diesem invertierenden Eingang elektrisch verbunden ist. Der nichtinvertierende Eingang des Differenzverstärkers 22 ist mit einer Gleichspannungsquelle 23 verbunden, die ein Referenzsignal bzw. eine vorgebbare Gleichspannung U _REF auf weist.

Ein Empfängerausgangssignal S _x am Ausgang des Differenzverstärkers 22 ist einem Rechner bzw. Mikroprozessor 24 zugeführt, der dessen Auswertung entsprechend dem in Fig. 4 dargestellten Flußdiagramm vornimmt. Ein Ausgang 26 des Mikroprozessors 24 ist mit einer Anzeige- und Registriereinrichtung 25 und mit einem Digital-Analogwandler 27 verbunden. Am Ausgang 26 ist ein berechnetes Meßwertsignal bzw. ein Meßwert S _M abgreifbar.

Zum Kalibrieren der aus Signalsender 29, Lichtleiter 9 und Signalempfänger 19 bestehenden Meßwerterfassungseinrichtung ist eine Kalibriereinrichtung 10 vorgesehen, die autark, d. h. unabhängig vom Signalempfänger 19, arbeitet. Die Kalibriereinrichtung besteht aus dem Umschalter 2, den Widerständen R 14-R 17, den Schaltern 11 und 12, einem nicht nachtriggerbaren, monostabilen Kippglied mit Schwellwerteingang 13, einem nachgeschalteten ODER-Glied 14, einem diesem nachgeschalteten, nicht nachtriggerbaren, monostabilen Kippglied 15 mit vorgebbarer Kippzeit bzw. Kalibrierzeitdauer T 1, einem nachgeschalteten Verzögerungsglied 16 und weiteren monostabilen Kippgliedern 17 und 18.

Der Schwellwerteingang des Kippgliedes 13 ist mit der positiven Spannungsquelle 4 verbunden, so daß das Kippglied beim Erreichen einer vorgebbaren Spannung nach dem Einschalten der Spannungsquelle 4 in den 1-Zustand wechselt und nach einer vorgebbaren Kippdauer T 0 zum 0-Zustand zurückkehrt. In Abhängigkeit vom 0-1-Übergang des Kippgliedes 13 wird über das ODER-Glied 14 das Kippglied 15 in den 1-Zustand versetzt. Ausgangsseitig steht das Kippglied 13 mit dem Schalter 11, dem Verzögerungsglied 16 und den Kippgliedern 17 und 18 in Verbindung, so daß auch die Kippglieder 17 und 18 in Abhängigkeit vom 0-1-Übergang des Kippgliedes 13 vom 0- in den 1-Zustand ändern. In Abhängigkeit vom 1-Zustand des Kippgliedes 15 ist der Schalter 11 geschlossen, sonst geöffnet. Das Verzögerungsglied 16 wechselt in Abhängigkeit vom 0-1-Übergang des Kippgliedes 15 ausgangsseitig mit einer Verzögerung von einer vorgebbaren Zeitdauer T 1-T 2 in seinen 1-Zustand und mit einer Verzögerung einer vorgebbaren Zeitdauer T 2+T 3 nach dem 1-0-Übergang des Kippgliedes 15 in seinen 0-Zustand. Ausgangsseitig steht das Verzögerungsglied 16 mit dem Schalter 12 in Verbindung. In Abhängigkeit vom 1-Zustand des Verzögerungsgliedes 16 ist der Schalter 12 geschlossen, sonst geöffnet. Das Kippglied 17 ist auf eine vorgebbare Kippdauer bzw. Wiederholdauer T 4 eingestellt. Es ist ausgangsseitig mit einem invertierenden Eingang des ODER-Gliedes 14 verbunden. Das Kippglied 18 ist auf eine vorgebbare Kippdauer T 1 + T 2 + T 3 eingestellt. Es ist ausgangsseitig mit dem Schalter 2 verbunden, der in Abhängigkeit vom 1-Zustand des Kippgliedes 18 seine gestrichelt dargestellte Position und ansonsten seine ausgezogen dargestellte Position einnimmt.

Die Wirkung der Kalibriereinwirkung soll nun anhand der Fig. 3 erläutert werden, in welcher der zeitliche Verlauf eines Sender eingangssignals U _S in Prinzipdarstellung wiedergegeben ist. Zum Zeitpunkt t 0 wird der Signalsender 29 bzw. die Spannungs quelle 4 eingeschaltet. Im Zeitpunkt t 1 beginnt eine 1. Kalibrierung der Meßwerterfassungseinrichtung, die bis zum Zeitpunkt t 4 dauert. Die Spannung der Spannungsquelle 4 hat im Zeitpunkt t 1 den im Kippglied 13 vorgebbaren Schwellwert überschritten, so daß über das ODER-Glied 14 das Kippglied 15 vom 0- in den 1-Zustand wechselt und somit während einer 1. Kalibrierzeitdauer T 1 der Schalter 11 geschlossen ist. Gleichzeitig nimmt der Umschalter 2 über das Kippglied 18 während der gesamten Kalibrierzeitdauer T 1 + T 2 + T 3 die gestrichelt dargestellte Position ein. Damit liegt während T 1 bis zum Zeitpunkt t 2 am nichtinvertierenden Eingang von 3 die Spannung U₀/3 an, entsprechend einem minimalen Kalibriersignal K 1. Danach öffnet der Schalter 11, und es liegt während einer 2. Kalibrierzeitdauer T 2 bis zum Zeitpunkt t 3 die Spannung U₀/2 am nichtinvertierenden Eingang von 3 an, entsprechend einem 2. Kalibriersignal K 2. Danach wechselt das Ausangssignal des Verzögerungsgliedes 16 während einer vorgebbaren 3. Kalibrierzeitdauer T 3 vom 0- in den 1-Zustand, so daß während T 3 bis zum Zeitpunkt t 4 der Schalter 12 geschlossen ist. Damit liegt während T 3 am nichtinvertierenden Eingang von 3 die Spannung 2×U₀/3 an, entsprechend einem maximalen Kalibrier signal K 3.

Das Kippglied 17 wechselt im Zeitpunkt t 1 vom 0- in den 1-Zustand und nach der Wiederholzeitdauer T 4 zurück in den 0-Zustand, wodurch über das ODER-Glied 14 ein neuer Kalibrierzyklus im Zeitpunkt t 5 beginnt, der bis zum Zeitpunkt t 8 dauert. Die 1. Kalibrierzeitdauer T 1 endet im Zeitpunkt t 6, die 2. Kalibrier zeitdauer T 2 im Zeitpunkt t 7.

Im Mikroprozessor 24 wird gemäß dem in Fig. 4 vereinfacht dargestellten Flußdiagramm das Empfängerausgangssignal S _x geprüft, ob ein Kalibrierzyklus, ein fehlerhafter Zustand oder ein Nutzsignal zur Berechnung des Meßwertes S _M vorliegt. Mit A-E sind Konnektoren bezeichnet. Im Operationsblock 30 werden Anfangsbedingungen gesetzt, wobei S _xmin eine Minimal wertvariable, S _min einen vorgebbaren Minimalwert von S _x, Δ S _min einen vorgebbaren Toleranzwert von S _min, S_{x 0} eine Nullpunkts variable entsprechend U _M = 0 V, S₀ einen vorgebbaren Nullwert, Δ S₀ einen vorgebbaren Toleranzwert von S₀, S _max eine Minimal wertvariable, S _max einen vorgebbaren Maximalwert von S _x, Δ S _max einen vorgebbaren Toleranzwert von S _max, S_xalt einen Speicherwert von S _M, Test - eine Variable zur Kennzeichnung der verschiedenen Kalibrierteste, T 1, T 2, T 3 vorgebbare Kalibrierzeitdauern für einen 1. bzw. 2. bzw. 3. Kalibriertest mit den Kalibriersignalen K 1 bzw. K 2 bzw. K 3, Δ T 1, Δ T 2, Δ T 3 vorgebbare Toleranzwerte für T 1 bzw. T 2 bzw. T 3 und f 1 sowie f 2 Faktoren bedeuten, welche die Steilheit der Sendediodenstrom-Kennlinie für U _M≧0 V bzw. U _M<0 V definieren.

In der Verzweigung 31 wird getestet, ob das Empfängerausgangssignal S _x einem Kalibriersignal K 1 zuzuordnen ist, d. h., ob es amplitudenmäßig innerhalb eines Wertebereiches S _min ± Δ S _min liegt. Wenn nein, wird in einer Verzweigung 37 getestet, ob S _x einem Kalibriersignal K 2 zuzuordnen ist, d. h., ob es ampli tudenmäßig innerhalb eines Wertebereiches S₀ ± Δ S₀ liegt.

Wenn nein, wird in einer Verzweigung 45 getestet, ob S _x einem Kalibriersignal K 3 zuzuordnen ist, d. h., ob es amplitudenmäßig innerhalb eines Wertebereiches S _max ± Δ S _max liegt. Wenn nein, wird in einer Verzweigung 50 getestet, ob S _x die Grenzwerte S _min oder S _max überschreitet. Wenn ja, wird in einem Unterprogramm 51 eine Fehleranzeige F 1 mit der Bedeutung: "Extremal wertüberschreitung" in der Anzeige- und Registriereinrichtung 25 veranlaßt und danach zum Operationsblock 36 gesprungen. Falls kein Fehler F 1 vorlag, handelt es sich bei S _x um ein der zu erfassenden physikalischen Meßgröße U _M zugeordnetes, sogenanntes Nutzsignal. In einer Verzweigung 52 wird getestet, ob S _x ≧ S _{x 0} ist. Wenn ja, wird in einem Operationsblock S _M berechnet gemäß:

S _M = S _x · f 2-S _{x 0}, (1)

andernfalls wird in einem Operationsblock 54 S _M gemäß:

S _M = S _x · f 1-S _{x 0} (2)

berechnet. In beiden Fällen wird danach in einem Operationsblock 55 S _M als S _xalt gespeichert und die Variable Test auf den Wert 0 gesetzt, mit der Bedeutung, daß kein Kalibriertest vorlag. Danach wird zur Ausgabe 56 gesprungen.

Falls in der Verzweigung 31 ein Kalibriersignal K 1 festgestellt wurde, wird in einer Verzweigung 32 getestet, ob die Variable Test den Wert 1 hat. Wenn nein, tritt das Kalibriersignal K 1 zum 1. Mal innerhalb eines Kalibrierzyklus auf, und es wird in einem Operationsblock 33 die Variable Test auf den Wert 1 gesetzt und die aktuelle Rechnerzeit t in einer Zeitvariablen tx gespeichert. Danach wird in einem Operationsblock 36 der zuletzt vor dem Auftreten eines Kalibriersignals gespeicherte Wert S _xalt als berechneter Wert S _M über die Ausgabe 56 am Digitalausgang 26 zur Verfügung gestellt.

Falls die Variable Test in der Verzweigung 32 bereits den Wert 1 hatte, wird in einer weiteren Verzweigung 34 getestet, ob t-t _x innerhalb eines Wertebereiches T 1 ± Δ T 1 liegt. Wenn ja, kann der Test 1 mit dem Kalibriersignal 1 beendet sein, und es wird in einem Operationsblock 35 der Minimalwertvariablen S _xmin der Wert S _x zugewiesen. Danach wird zum Operationsblock 36 gesprungen und der vor dem Kalibriertest 1 gespeicherte Wert S _xalt als Meßwert S _M ausgegeben.

Liegt t-tx nicht innerhalb des Wertebereiches T 1 ± Δ T 1, so wird zum Operationsblock 36 gesprungen. Es versteht sich, daß eine Überschreitung des Wertes T 1 + Δ T 1 als Fehler ausgewertet werden könnte, entsprechend einer Verzweigung 42, siehe weiter unten, in der eine Überschreitung von T 2 + Δ T 2 als Fehler F 2 ausgewertet wird.

Falls in der Verzweigung 37 festgestellt wird, daß S _x innerhalb des Wertebereiches S₀ ± Δ S₀ liegt, wird in einer Verzweigung 38 getestet, ob die Variable Test den Wert 0 hat. Wenn ja, handelt es sich nicht um ein Kalibriersignal K 2, und es wird zur Verzweigung 52 gesprungen. Andernfalls wird in einer Verzweigung 39 getestet, ob die Variable Test den Wert 2 hat. Wenn nein, tritt das Kalibriersignal K 2 zum 1. Mal innerhalb eines Kalibrierzyklus auf, und es wird in einem Operationsblock 40 die Variable Test auf den Wert 2 gesetzt und die aktuelle Rechnerzeit t in der Variablen tx gespeichert. Danach wird zum Operationsblock 36 gesprungen. Andernfalls wird in einer Verzweigung 41 getestet, ob t-tx innerhalb eines Wertebereiches T 2 ± Δ T 2 liegt. Wenn ja, wird in einem Operationsblock 44 S _x in S _{x 0} gespeichert und danach zum Operationsblock 36 gesprungen. Andernfalls wird in der Verzweigung 42 getestet, ob t-tx < T 2 + Δ T 2 ist. Wenn nein, wird zum Operationsblock 36 gesprungen. Andernfalls wird in einem Unterprogramm 43 eine Fehleranzeige F 2 mit der Bedeutung: "Zeitdauerüberschreitung bei Nullwertsignal" in der Anzeige- und Registriereinrichtung 25 veranlaßt und danach zum Operationsblock 36 gesprungen.

Falls in der Verzweigung 45 festgestellt wird, daß S _x innerhalb des Wertebereiches S _max ± Δ S _max liegt, wird in einer Verzweigung 46 getestet, ob die Variable Test den Wert 3 hat. Wenn nein, tritt das Kalibriersignal K 3 zum 1. Mal innerhalb eines Kalibrierzyklus auf, und es wird in einem Operationsblock 47 die Variable Test auf den Wert 3 gesetzt und die aktuelle Rechnerzeit t in der Zeitvariablen tx gespeichert. Danach wird zum Operationsblock 36 gesprungen. Andernfalls wird in einer Verzweigung 48 getestet, ob t-tx innerhalb eines Wertebereiches T 3 ± Δ T 3 liegt. Wenn nein, wird zum Operationsblock 36 gesprungen, andernfalls wird in einem Operationsblock 49 S _x in S _xmax gespeichert. Die Meßbereichsfaktoren f 1 und f 2 werden gemäß folgenden Gleichungen berechnet:

f 1 = (S _max-S₀)/(S _xmax-S_{x 0}), (3)

f 2 = (S _min-S₀)/(S _xmin-S_{x 0}). (4)

Danach wird zum Operationsblock 36 gesprungen. Es versteht sich, daß auch hier eine Überschreitung des Wertes T 3 + Δ T 3 als Fehler ausgewertet werden könnte, entsprechend der Verzweigung 42.

Weitere logische Kontrollen und Endebedingungen können vorgesehen werden. Das Fehlerdiagramm wurde der Übersichtlichkeit halber nur soweit spezifiziert, wie es zum Verständnis der vorliegenden Erfindung erforderlich ist. Typische Werte für T 1-T 3 liegen von einigen 100 µs bis zu einigen 10 ms. Typische Werte für Δ T 1-Δ T 3 liegen in einem Bereich von 1%-10% der Werte von T 1-T 3. Die Werte für T 1-T 3 können gleichgroß gewählt werden, desgleichen die Werte für Δ T 1-Δ T 3.

Statt 3er Kalibriersignale K 1-K 3 können auch mehrere verwendet werden. Z. B. kann ein weiteres Kalibriersignal K 2 vor K 1 oder nach K 3 vorgesehen sein. Die Reihenfolge von K 1 und K 3 könnte vertauscht sein. Wichtig ist, daß mindestens zwei unterschiedliche Kalibriersignale vorgesehen sind. Davon kann ein Pegelwert und eine Steigung bzw. ein Meßbereichsfaktor abgeleitet werden. Dies kann ausreichen, wenn die Sendediodenstrom-Kennlinie, vgl. Fig. 2, im verwendeten Meßbereich mindestens annähernd linear ist. Die unterschiedlichen Kalibriersignale müssen nicht notwendigerweise unmittelbar aufeinanderfolgen, wie es bei dem Ausführungsbeispiel der Fall ist. Sie können auch in zeitlichen Abständen zueinander übertragen und empfangen werden. Es versteht sich, daß das Flußdiagramm bzw. die Auswertung im Mikroprozessor 24 der Reihenfolge der Kalibriersignale K 1-K 3 usw. angepaßt sein muß. Die Wiederholdauer T 4 kann z. B. auf einige Minuten eingestellt sein. Falls nur eine Anfangskalibrierung nach dem Einschalten des Signalsenders 29 gewünscht wird, kann das Kippglied 17 entfallen. Über einen Eingang 28 des ODER-Gliedes 14 kann eine Kalibrierung in Abhängigkeit von Prozeßdaten, Fehlerzuständen usw. ausgelöst werden.

Anstelle der spannungsgesteuerten Stromquelle 5 kann z. B. ein Analog-Digital-Wandler oder ein Spannungs-Frequenz-Wandler oder ein Pulsdauer- oder ein Pulskodemodulator vorgesehen sein, wobei die Lichtsignale diskontinuierlich übertragen werden. Es versteht sich, daß der Signalempfänger entsprechend angepaßt sein muß. Wichtig ist, daß die erfaßten Ist-Werte möglichst früh in Lichtsignale umgewandelt werden, um

- störungsfrei über längere Strecken übertragen zu werden,
- die Potentialtrennung der Signalübertragung auch für höchste Spannungsdifferenzen zu erreichen,
- die Kosten für die Istwerterfassung zu senken durch Einsatz auswechselbarer Meßwertsonden,
- eine vollständige Entkopplung von Starkstromkreisen von der Leittechnik nicht nur auf Befehlsübertragungsstrecken (Zündimpulse für GTO-Thyristoren), sondern auch bei Istwert erfassungen zu erreichen.

Mit dem beschriebenen Verfahren werden äußere, z. B. durch Temperaturänderungen bedingte Einflüsse, wie die Erwärmung der Sendediode, Drifterscheinungen der Übertragungsstrecke, Alterungserscheinungen usw. kompensiert, ohne daß der Signalempfänger 19 eine spezielle Kompensationseinrichtung benötigt. Die auf der Senderseite benötigte Energie kann

a) direkt aus dem Prozeß ausgekoppelt,
b) durch potentialtrennende Energieumwandlung von außen geliefert oder
c) durch interne Versorgung, z. B. durch eine Batterie, zur Verfügung gestellt sein.

Das Verfahren eignet sich besonders zur Strom- oder Spannungs- Istwerterfassung für Stromrichteranwendungen mit auswechselbaren Meßbereichssonden. Dabei kann das Meßwertsignal S _M am Ausgang 26 des Mikroprozessors 24 direkt zur Steuerung von Thyristoren verwendet werden. Es eignet sich vor allem für Messungen in elektromagnetisch stark gestörter Umgebung, wie in Hochspannungslabors und bei Simulatoren für nukleare elektromagnetische Impulse (NEMP-Simulatoren).

Claims

1. Verfahren zur Meßwerterfassung bei einer Lichtleiterübertragung der Meßwerte

a) mit einem Signalsender, der mindestens einen elektrooptischen Wandler zur Umwandlung elektrischer Signale in optische aufweist,
b) mit einem Signalempfänger, der mindestens einen optoelektrischen Wandler zur Umwandlung optischer Signale in elektrische aufweist,
c) wobei der elektrooptische Wandler über mindestens einen Lichtleiter mit dem optoelektrischen Wandler in Wirkverbindung steht,
d) wobei dem Signalsender eingangsseitig während mindestens einer vorgebbaren Kalibrierzeitdauer einem Kalibriersignal zugeführt wird und
e) wobei ein elektrisches Empfangssignal des Signalempfängers mit mindestens einem Referenzsignal verglichen wird,

dadurch gekennzeichnet,

f) daß dem Signalsender (29) in mindestens einem vorgebbaren Zeitintervall (t 1-t 4, t 5-t 8) nacheinander mindestens zwei Kalibriersignale (K 1-K 3) vorgebbarer Kalibrierzeit dauer (T 1-T 3) und vorgebbarer unterschiedlicher Amplitude zugeführt werden und
g) daß das vom Signalempfänger (19) detektierte Signal oder ein davon abgeleitetes Signal (S _x) auf das Vorhandensein mindestens zweier Kalibriersignale (K 1-K 3) vorgebbare Mindestkalibrierzeitdauer (T 1-Δ T 1, T 2-Δ T 2, T 3-Δ T 3) überwacht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

a) daß mindestens eines der Kalibriersignale (K 2) dem Meßsignalwert 0 zugeordnet ist,
b) daß in Abhängigkeit von der Detektion mindestens eines dem Meßsignalwert 0 zugeordneten Kalibriersignals (K 2) vorgebbarer Mindestkalibrierzeitdauer (T 2-Δ T 2) ein Meßwertbezugssignal (S _{x 0}) und
c) mindestens ein Meßbereichsfaktor (f 1, f 2) abgeleitet wird zur Berechnung von Meßwerten (S _M) nach Beendigung der Kalibrierung.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Kalibriersignal (K 1, K 3) der Bereichsgrenze für den minimalen und für den maximalen Meßsignalwert zugeordnet ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplituden der Kalibriersignale (K 1-K 3) durch vorgebbare Bezugsspannungen oder Bezugsströme bei abgeschaltetem Meßwertsignal (U _M) gebildet werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet,

a) daß die Kalibrierung in vorgebbaren Zeitabständen wiederholt wird,
b) insbesondere, daß die Kalibrierung in regelmäßigen Zeitabständen (T 4) wiederholt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet,

a) daß während der Zeitdauer der Kalibrierung ein vor der Kalibrierung berechneter Meßwert (S _xalt) gespeichert und als Meßwert (S _M) ausgegeben wird,
b) insbesondere, daß der zuletzt vor der Kalibrierung berechnete Meßwert gespeichert und als Meßwert (S _M) ausgegeben wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von einem Überschreiten eines vorgebbaren Extremalwertes (S _max, S_min) für das Ausgangssignal des Signalempfängers (19) mindestens ein 1. Fehlersignal (F 1) erzeugt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekenn zeichnet,

a) daß in Abhängigkeit vom Ausfall eines Meßwertsignals (U _M),
b) insbesondere, daß in Abhängigkeit von einem Überschreiten einer vorgebbaren Zeitdauer (T 2 + Δ T 2) eines Null wertsignals (S _x) ein 2. Fehlersignal (F 2) erzeugt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein dem Meßwert (U _M) zugeordnetes Signal (i 8) digital über den Lichtleiter (9) übertragen wird.