DE3824671A1 - Method and device for producing at least one signal, which is coded in the time domain, from an analog signal - Google Patents

Method and device for producing at least one signal, which is coded in the time domain, from an analog signal

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    • G01L1/225—Measuring circuits therefor

Abstract

The subject matter of the invention comprises a method and a device for producing at least one signal, which is coded in the time domain and can be transmitted via a bus, from an analog signal. The analog signal is integrated, using an integrator (12), by means of a double-integration process during a first, firmly specified or measured first time. After this, a reference signal with a suitable mathematical sign is integrated using the same integrator until the original state of the integrator (12) at the start of the double integration is reached. Time-marking signals related to the time variables of the integration steps are transmitted successively to an evaluation arrangement (18). <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung mindestens eines in der Zeitdomäne kodierten busübertragbaren Signals aus einem analogen Signal eines Sensors und auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for production at least one bus-transmissible coded in the time domain Signals from an analog signal from a sensor and onto a Device for performing the method.

Elektrische Meßwertaufnehmer, deren Ausgangssignal ein zeitanaloges Signal ist, sind auf einfache Weise multiplexbar. Ein Beispiel sind hierfür Temperatursensoren mit Schwingquarzen (DE-OS 31 28 706). Deren temperaturabhängige Frequenz wird nach entsprechender Teilung in ein Pulsabstandssignal gewandelt, über einen einfachen Bus übertragen und von einer Auswertungseinheit dekodiert. Ein entsprechendes Vorgehen ist bei Einsatz von Sensorelementen, die Spannungs- oder Brücken­ spannungssignale liefern, zwar mit Hilfe einfacher Oszillator­ schaltungen möglich (Elektroanzeiger Nr. 11 (30), Seiten 25-27 (1977)), scheitert aber in der Praxis bei hohen Genauigkeits­ anforderungen an der Drift bzw. dem Temperaturgang der notwendigen Kondensatoren, die die Frequenz mitbestimmen.Electrical transducers, whose output signal time-analog signal can be easily multiplexed. An example of this are temperature sensors with quartz crystals (DE-OS 31 28 706). Their temperature-dependent frequency after appropriate division into a pulse interval signal converted, transmitted over a simple bus and from one Evaluation unit decoded. A corresponding procedure is when using sensor elements, the voltage or bridges supply voltage signals, with the help of simple oscillators circuits possible (electric indicator No. 11 (30), pages 25-27  (1977)), but fails in practice with high accuracy requirements for the drift or the temperature response of the necessary capacitors that help determine the frequency.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung derart weiterzuentwickeln, daß das analoge Signal des Sensors mit einer Umsetzeranordnung weitgehend unabhängig von den Toleranzen und zeitlichen Änderungen der Kennwerte der Bauelemente der Umsetzer­ anordnung in mindestens ein Zeitabstandssignal umgewandelt wird.The invention has for its object a method of to further develop the genus described above in such a way that the analog signal from the sensor with a converter arrangement largely independent of tolerances and timing Changes in the characteristic values of the components of the converter arrangement converted into at least one time interval signal becomes.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mit einem Doppelintegrationsverfahren zuerst das analoge Signal durch einen Integrator während einer fest vorgegebenen oder gemessenen ersten Zeit integriert wird, daß danach ein Referenzsignal mit geeignetem Vorzeichen mit dem gleichen Integrator so lange integriert wird, bis der Ausgangszustand des Integrators zu Beginn der Doppelintegration erreicht wird und daß auf die zeitlichen Variablen der Integrationsschritte bezogene Zeitmarkensignale nacheinander zu einer Auswertanord­ nung übertragen werden. Die Zeitmarkensignale können zeitmultiplex mit Zeitmarkensignalen anderer Sensoren bzw. Umsetzeranordnungen auf dem gleichen Kanal übertragen werden. Daher ist die Anordnung auch für den Anschluß an einen Bus, z.B. eines Mikrorechners, geeignet. Die Auswertanordnung kann daher die Zeitmarkensignale zahlreicher Sensoren empfangen und verarbeiten. Die den analogen Signalen entsprechenden Werte stellt die Auswertanordnung mit hoher Genauigkeit zur Verfügung.The object is achieved in that with a Double integration process first through the analog signal an integrator during a predetermined or measured first time is integrated that after that Reference signal with a suitable sign with the same Integrator is integrated until the initial state of the Integrators is reached at the beginning of double integration and that on the temporal variables of the integration steps related time stamp signals in succession to an evaluation arrangement be transferred. The time stamp signals can time multiplexed with time stamp signals from other sensors or Converter arrangements are transmitted on the same channel. Therefore, the arrangement is also for connection to a bus, e.g. of a microcomputer. The evaluation arrangement can hence the timestamp signals received by numerous sensors and to process. The values corresponding to the analog signals provides the evaluation arrangement with high accuracy Available.

Vorzugsweise werden zumindest zu Beginn und am Ende der Doppelintegration Zeitmarkensignale erzeugt, wobei die zeitlichen Abstände der nachfolgenden Zeitmarkensignale zu den Zeit­ markensignalen zu Beginn der Doppelintegration von der Auswertanordnung für die Bestimmung der den analogen Signalen entsprechenden digitalen Werte weiterverarbeitet werden. Maßgebend sind also die Zeitabstände zwischen den von der gleichen Umsetzeranordnung erzeugten Zeitmarkensignalen. Diese Zeitabstände bleiben auch bei der Übertragung auf relativ langen Übertragungskanälen bzw. Bussen gleich. Das Verfahren eignet sich deshalb auch für Sensoren, die in größeren Abständen voneinander angeordnet sind.Preferably at least at the beginning and at the end of the Double integration generates time stamp signals, the temporal Distances of the subsequent time stamp signals to the time  brand signals at the beginning of the double integration of the Evaluation arrangement for the determination of the analog signals corresponding digital values are processed further. The decisive factor is the time interval between those of the same converter arrangement generated time stamp signals. These Time intervals also remain relative during transmission long transmission channels or buses. The procedure is therefore also suitable for sensors in larger Distances are arranged from each other.

Bei einer besonders günstigen Ausführungsform ist das Referenzsignal T dem über den Sensor fließenden Strom oder der Speisespannung für eine ein Sensorelement enthaltende Anordnung zur Erzeugung eines analogen Signals proportional, das einer vom Sensor erfaßten physikalischen Größe entspricht. Eine Reihe von Sensoren benötigen Betriebs- oder Speisespannungen, die durch das oben beschriebene Verfahren zugleich zumindest mit einem proportionalen Anteil als Referenzspannung bei der Integration ausgenutzt werden. Die Meßgenauigkeit wird durch Schwankungen der Speisespannung, die Schwankungen der analogen Sensorsignale verursachen, nicht beeinträchtigt.In a particularly favorable embodiment, the reference signal T is proportional to the current flowing through the sensor or the supply voltage for an arrangement containing a sensor element for generating an analog signal which corresponds to a physical quantity detected by the sensor. A number of sensors require operating or supply voltages, which are used at least with a proportional portion as reference voltage during the integration by the method described above. The measurement accuracy is not affected by fluctuations in the supply voltage, which cause fluctuations in the analog sensor signals.

Es ist zweckmäßig, wenn die erste Zeit durch ein, ein präzises Zeitintervall erzeugendes Zeitglied vorgegeben wird, wobei der Wert des Zeitintervalls in der Auswertanordnung gespeichert wird. Bei diesem Verfahren reicht die Übertragung der Zeitmarke zu Beginn und am Ende der Doppelintegration aus, um in der Auswertanordnung das Verhältnis der zweiten Integrationszeit zur gesamten Integrationszeit zu bestimmen. Die zweite Integrations­ zeit ist nämlich die Differenz der gesamten, durch die beiden Zeitmarkensignale bestimmbaren lntegrationszeit und der gespeicherten Zeit. Die zwischen den beiden Zeitmarkensignalen liegende Zeit wird von der Auswertanordnung z.B. mittels Zählung von Taktimpulsen konstanter Frequenz gemessen. Die Bildung des Quotienten aus erster Integrationszeit und gesamter Integrationszeit ist für die Beseitigung von störenden Einflüssen auf die Meßgenauigkeit von Bedeutung.It is useful if the first time by one, a precise Time interval generating timer is specified, the Value of the time interval stored in the evaluation arrangement becomes. With this procedure, the transmission of the time stamp is sufficient at the beginning and at the end of the double integration in order to Evaluation arrangement the ratio of the second integration time to to determine the total integration time. The second integration namely time is the difference of the total, by the two Time stamp signals determinable integration time and the saved time. The one between the two time stamp signals the evaluation system e.g. by means of Counting clock pulses measured at constant frequency. The  Formation of the quotient from the first integration period and overall Integration time is for eliminating disruptive influences of importance to the measuring accuracy.

Bei einer anderen günstigen Ausführungsform wird bei einem die erste Integrationszeit nicht präzise vorgebenden Zeitglied ein Zeitmarkensignal zu Beginn der Doppelintegration, am Ende der ersten Integrationszeit und am Ende der Doppelintegration erzeugt, wobei in der Auswertanordnung zumindest die Zeit zwischen dem ersten und dem zweiten Zeitmarkensignal sowie die Zeit zwischen dem ersten und dem letzten Zeitmarkensignal gemessen wird. Aus den beiden Zeitwerten bestimmt die Auswertanordnung den Quotienten.In another cheap embodiment, the first integration time does not specify a precise time element Time stamp signal at the beginning of the double integration, at the end of the first integration period and at the end of double integration generated, with at least the time in the evaluation arrangement between the first and the second time stamp signal as well as the Time between the first and the last time stamp signal is measured. From the two current values, the Evaluation arrangement the quotient.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht erfindungsgemäß darin, daß in einer Umsetzeranordnung ein Integrator über mindestens ein erstes Schaltelement an das analoge Signal und über mindestens ein zweites Schaltelement an das Referenzsignal anlegbar ist und daß der Integrator an eine Steuerlogik angeschlossen ist, die die Schalter betätigt und die Zeitmarkensignale erzeugt.A device for performing the method exists according to the invention in that in a converter arrangement Integrator via at least a first switching element to the analog signal and via at least one second switching element the reference signal can be applied and that the integrator to a Control logic is connected, which operates the switches and the Time stamp signals generated.

Die analoge Spannung ist zweckmäßigerweise die Ausgangs­ spannung eines Thermoelements. Vorteilhaft ist es auch, die Brückendiagonalspannung einer Brückenschaltung als analoge Spannung zu verwenden, wobei z.B. in der Brückenschaltung ein Dehnungsmeßstreifen angeordnet ist. Als analoge Spannung kann auch der Spannungsabfall an einem Temperaturmeßwiderstand verwendet werden, wobei die Referenzspannung an einem in Reihe mit dem Temperaturmeßwiderstand angeordneten Referenzwider­ stand abgreifbar ist. The analog voltage is expediently the output voltage of a thermocouple. It is also advantageous that Bridge diagonal voltage of a bridge circuit as analog Voltage, e.g. in the bridge circuit Strain gauge is arranged. As an analog voltage can also the voltage drop across a temperature measuring resistor be used, the reference voltage on one in series with the temperature measuring resistor arranged reference resistor stand can be tapped.  

Ein Meßsystem mit mehreren Sensoren, die jeweils mit einer Umsetzeranordnung verbunden sind, enthält zweckmäßigerweise eine Zweidrahtleitung, an die die Umsetzeranordnungen und eine Auswerteanordnung angeschlossen sind, wobei die Umsetzer­ anordnungen durch Adressiersignale der Auswertanordnung zur Ausgabe der Zeitmarkensignale aktivierbar sind. Insbesondere werden als Zeitmarkensignale Stromimpulse verwendet.A measuring system with several sensors, each with one Transducer arrangement are suitably contains a two-wire line to which the converter arrangements and one Evaluation arrangement are connected, the converter arrangements by addressing signals of the evaluation arrangement for Output of the time stamp signals can be activated. In particular current pulses are used as time stamp signals.

Anstelle einfacher Impulse für die Zeitmarkierung können Doppelimpulse definierter Länge mit festem Pulsabstand oder kodierte Pulsgruppen insbesondere dann für die Zeitmarkierung übertragen werden, wenn Störimpulse erkannt und Meßfehler aufgrund von Störimpulsen verhindert werden sollen.Instead of simple impulses for time stamping Double pulses of defined length with a fixed pulse interval or then encoded pulse groups for the time marking are transmitted when interference pulses are detected and measurement errors should be prevented due to interference.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination -, sondern auch aus der nachstehenden Beschreibung von in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispielen.Further details, advantages and features of the invention arise not only from the claims that these taking features - individually and / or in combination -, but also from the description below of in the Preferred embodiments shown in the drawing.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 ein Schaltbild einer Anordnung zum Erzeugen eines in der Zeitdomäne kodierten Signals aus dem analogen Signal einer Brückendiagonale einer einen Sensor enthaltenden Brückenschaltung, Fig. 1 is a diagram of an arrangement for generating a coded signal in the time domain from the analog signal a bridge diagonal of a bridge circuit containing a sensor,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Anordnung zum Erzeugen eines in der Zeitdomäne kodierten Signals aus einem analogen Signal eines Temperaturmeßwiderstandes, Fig. 2 is a block diagram of an arrangement for generating an encoded in the time domain signal from an analog signal from a temperature measuring resistor,

Fig. 3 ein Diagramm des zeitlichen Ablaufs der Integration eines Referenzsignals und eines analogen Signals in Verbindung mit integrationsabhängig erzeugten Zeitmarkensignalen, Fig. 3 is a timing diagram of the integration of a reference signal and an analog signal in connection with integration dependent generated time mark signals,

Fig. 4 ein Schaltbild eines Meßsystems mit Sensoren und Umsetzeranordnungen, die gemeinsam mit einer zentralen Auswertanordnung an eine Zweidrahtleitung angeschlossen sind, Fig. 4 is a circuit diagram of a measuring system with sensors and converter arrangements which are jointly connected to a central evaluation device to a two-wire line,

Fig. 5 ein Zeitdiagramm der von der Auswertanordnung gemäß Fig. 4 erzeugten Adressiersignale und FIG. 5 shows a time diagram of the addressing signals and generated by the evaluation arrangement according to FIG. 4

Fig. 6 ein Zeitdiagramm der von einer Umsetzeranordnung erzeugten Zeitmarkensignale. Fig. 6 is a timing diagram of the time stamp signals generated by a converter arrangement.

So enthält z.B. ein Drucksensor (1) vier in einer Brückenschal­ tung angeordnete Widerstände (R 1), (R 2), (R 3), (R 4), von denen mindestens einer druckabhängig veränderbar als Dehnungs­ meßstreifen ausgebildet ist. Die Brückenschaltung wird von einer Speisespannung versorgt, die mit U ref bezeichnet ist. Die mit U x bezeichnete Brückendiagonalspannung, die ein Maß für den Druck ist, ist an Eingänge (2), (3) einer Umsetzeranordnung (4) gelegt, die weitere Eingänge (5), (6) enthält, an die die Speisespannung U ref gelegt ist. Die Umsetzeranordnung (4) weist an den Eingängen (2), (3) jeweils angeschlossene Schaltelemente (7), (8) auf, die gemeinsam von einer Steuerlogik (9) betätigbar sind. Weiterhin sind an die Eingänge (5), (6) jeweils Schaltelemente (10), (11) angeschlossen, die ebenfalls gemeinsam von der Steuerlogik (9) betätigbar sind. Die Schaltelemente (7), (8) und (10), (11) werden in der Integrierarbeitsweise wechselweise geöffnet und geschlossen, d.h. bei geschlossenen Schaltelementen (7), (8) sind die Schaltelemente (10), (11) offen und umgekehrt. Die Schaltelemente (7), (10) sind gemeinsam an einen Widerstand R eines Integrators (12) angeschlossen. Dem Widerstand R ist ein Differenzverstärker (13) nachgeschaltet, dessen zweiter Eingang an die beiden Schaltelemente (8), (11) angeschlossen ist. Zwischen Eingang und Ausgang des Integrators (13) ist ein Kondensator C angeordnet, zu dem ein von der Steuerlogik (9) betätigbares Schaltelement (14) parallel geschaltet ist. Der Ausgang des Differenzverstärkers (13) ist an die Steuerlogik (9) angeschlossen, die einen nicht näher bezeichneten Komparator aufweist. Die Steuerlogik (9) enthält Ausgänge (15), (16), die an eine Zweidrahtleitung (17) angeschlossen sind. Mit der Zweidrahtleitung (17) ist auch eine Auswertanordnung (18) verbunden.For example, a pressure sensor ( 1 ) contains four resistors ( R 1 ), ( R 2 ), ( R 3 ), ( R 4 ) arranged in a bridge circuit, at least one of which is designed as a strain gauge and can be changed as a function of pressure. The bridge circuit is supplied by a supply voltage, which is designated U ref . The bridge diagonal voltage labeled U x , which is a measure of the pressure, is applied to inputs ( 2 ), ( 3 ) of a converter arrangement ( 4 ) which contains further inputs ( 5 ), ( 6 ) to which the supply voltage U ref is laid. The converter arrangement ( 4 ) has switching elements ( 7 ), ( 8 ) connected to the inputs ( 2 ), ( 3 ), which can be actuated together by a control logic ( 9 ). Switching elements ( 10 ), ( 11 ) are also connected to the inputs ( 5 ), ( 6 ), which can also be operated together by the control logic ( 9 ). The switching elements ( 7 ), ( 8 ) and ( 10 ), ( 11 ) are alternately opened and closed in the integrating mode of operation, ie when the switching elements ( 7 ), ( 8 ) are closed, the switching elements ( 10 ), ( 11 ) are open and vice versa . The switching elements ( 7 ), ( 10 ) are connected together to a resistor R of an integrator ( 12 ). The resistor R is followed by a differential amplifier ( 13 ), the second input of which is connected to the two switching elements ( 8 ), ( 11 ). A capacitor C is arranged between the input and output of the integrator ( 13 ), to which a switching element ( 14 ) which can be actuated by the control logic ( 9 ) is connected in parallel. The output of the differential amplifier ( 13 ) is connected to the control logic ( 9 ), which has a comparator (not shown). The control logic ( 9 ) contains outputs ( 15 ), ( 16 ) which are connected to a two-wire line ( 17 ). An evaluation arrangement ( 18 ) is also connected to the two-wire line ( 17 ).

Mit der in Fig. 1 dargestellten Anordnung wird das analoge Signal U x der Brückendiagonale in Pulsabstandssignale umgesetzt, die auf der Zweidrahtleitung (17) übertragen werden. Mit den Pulsabstandssignalen wird ein Wert in der Auswert­ anordnung (18) gewonnen, der dem Verhältnis U x/Uref propor­ tional und unabhängig von U ref ist.With the arrangement shown in Fig. 1, the analog signal U x of the bridge diagonal is converted into pulse spacing signals which are transmitted on the two-wire line ( 17 ). With the pulse interval signals, a value is obtained in the evaluation arrangement ( 18 ) which is proportional to the ratio U x / U ref and independent of U ref .

In einer ersten Zeit schließt die Steuerlogik (9) die Schalter (7), (8). Während dieser Zeit wird die analoge Spannung U x integriert. Nach Ablauf der ersten Zeit öffnet die Steuerlogik (9) die Schalter (7), (8) und schließt die Schalter (10), (11). Während dieser Zeit wird die Referenzspannung U ref mit umgekehrtem Vorzeichen (invertiert) integriert. Der Komparator in der Steuerlogik (9) stellt während des Doppelintegrations­ verfahrens fest, wenn die integrierte Größe den gleichen Wert wie zu Beginn der Integration eingenommen hat und beendet die Integration durch Öffnen der Schalter (7), (8), (10), (11) bzw. durch Schließen des Schalters (14). Zu Beginn der Integration gibt die Steuerlogik (9) ein Zeitmarkensignal, z.B. einen Impuls, an den Ausgängen (15), (16) aus. Auch am Ende der Integration gibt die Steuerlogik (9) ein digitales Zeit­ markensignal, z.B. einen Impuls, an den Ausgängen (15), (16) aus. Wenn die erste Zeit von der Steuerlogik präzise vorgegeben wird, dann wird ein entsprechender Wert in der Auswertanord­ nung (18) gespeichert. Die Bildung des Verhältnisses U x/Uref geschieht erfindungsgemäß mit dem auch als "Dual-Slope"-Ver­ fahren bezeichneten Verfahren, das bei langsamen Analog- Digital-Wandlern eingesetzt wird. Derartige Analog-Digital-Wand­ ler können direkt zur Realisierung der Umsetzeranordnung (4) eingesetzt werden, sofern sie an einem Ausgang die benötigten Zeitmarkensignale zur Verfügung stellen. Im Gegensatz zum bei AD-Wandlern gewünschten Digitalwert wird hier nur eine Zeitinformation übertragen.In a first time, the control logic ( 9 ) closes the switches ( 7 ), ( 8 ). During this time, the analog voltage U x is integrated. After the first time, the control logic ( 9 ) opens the switches ( 7 ), ( 8 ) and closes the switches ( 10 ), ( 11 ). During this time, the reference voltage U ref is integrated with the opposite sign (inverted). The comparator in the control logic ( 9 ) determines during the double integration process if the integrated variable has reached the same value as at the beginning of the integration and ends the integration by opening the switches ( 7 ), ( 8 ), ( 10 ), ( 11 ) or by closing the switch ( 14 ). At the beginning of the integration, the control logic ( 9 ) outputs a time stamp signal, for example a pulse, at the outputs ( 15 ), ( 16 ). At the end of the integration, the control logic ( 9 ) outputs a digital time stamp signal, for example a pulse, at the outputs ( 15 ), ( 16 ). If the first time is precisely specified by the control logic, then a corresponding value is stored in the evaluation arrangement ( 18 ). The formation of the ratio U x / U ref takes place according to the invention using the method also referred to as the “dual slope” method, which is used in slow analog-digital converters. Such analog-digital converters can be used directly to implement the converter arrangement ( 4 ), provided that they provide the required time stamp signals at an output. In contrast to the digital value desired for AD converters, only time information is transmitted here.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Anordnung ist ein Temperatur­ meßwiderstand R x in Reihe mit einem Referenzwiderstand R ref an eine Speisespannung U gelegt. Die Widerstände R x und R ref sind mit der Umsetzeranordnung verbunden. Hierbei wird die an R x abgegriffene Spannung an die Eingänge (2), (3) gelegt, während die an R ref abgegriffene Spannung den Eingängen (5), (6) zugeführt wird. Die Umsetzeranordnung (4) ist in gleicher Weise wie bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung an die Auswert­ anordnung (18) angeschlossen. Das Widerstandsverhältnis R x/Rref wird bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung in ein Pulsabstandsverhältnis umgesetzt. Es gilt R x/Rref = U x/Uref, wobei das Verhältnis unabhängig von der Speisespannung U ist.In the arrangement shown in FIG. 2, a temperature measuring resistor R x is connected in series with a reference resistor R ref to a supply voltage U. The resistors R x and R ref are connected to the converter arrangement. The voltage tapped at R x is applied to the inputs ( 2 ), ( 3 ), while the voltage tapped at R ref is fed to the inputs ( 5 ), ( 6 ). The converter arrangement ( 4 ) is connected to the evaluation arrangement ( 18 ) in the same way as in the arrangement shown in FIG. 1. The resistance ratio R x / R ref is converted into a pulse spacing ratio in the arrangement shown in FIG. 2. R x / R ref = U x / U ref applies, the ratio being independent of the supply voltage U.

In Fig. 3 ist die Ausgangsspannung des Integrators (12) in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt. Die Doppelintegration beginnt zu einem Zeitpunkt 0. Es sei angenommen, daß die analogen Spannungen U x und U ref während der Dauer der Doppelintegration konstant sind. In Fig. 3, the output voltage of the integrator (12) in function of time t is shown. The double integration starts at a time 0. It is assumed that the analog voltages U x and U ref are constant during the duration of the double integration.

Wie Fig. 3 zeigt, wird zunächst am Beginn eines Meßzyklusses im ersten Integrationsschritt für eine feste Zeit T₀ die Spannung U x mit einem Integrator (12) aufintegriert, wobei folgende Gleichung gilt:As shown in FIG. 3, the voltage U x is first integrated with an integrator ( 12 ) at the beginning of a measuring cycle in the first integration step for a fixed time T ₀, the following equation applying:

Mit U s(t) ist die Ausgangsspannung des Integrators (12) und mit T₀ die erste Integrationszeit bezeichnet. Anschließend wird in einem zweiten Integrationsschritt eine Zeit T x bestimmt, die die invertierte Referenzspannung U ref aufintegriert werden muß, bis der Integrator (12) wieder seinen Ausgangszustand erreicht hat. Hierbei gilt: U s (t) denotes the output voltage of the integrator ( 12 ) and T ₀ the first integration time. A time T x is then determined in a second integration step, which the inverted reference voltage U ref has to be integrated until the integrator ( 12 ) has reached its initial state again. The following applies:

Damit gilt:The following applies:

In die Genauigkeit des Verhältnisses geht die Zeit­ konstante RC des Integrators (12) nicht ein.The time constant RC of the integrator ( 12 ) is not included in the accuracy of the ratio.

Wird die feste Integrationszeit durch ein hinreichend präzises Zeitglied (z. B. hochwertiger Quarzoszillator) in der Umsetzer­ anordnung (4) realisiert, genügt die Übertragung je eines Zeitmarkensignals (19) bzw. (20) zu Beginn und am Ende der Integrationszeit im Abstand T₀+T x . Das Verhältnis von U x/Uref wird dann in der Auswertanordnung (18) durch die Bildung des Quotienten ((T₀+T x )-T₀)/T₀ berechnet, wobei nur T₀+T x gemessen wird und T₀ bekannt ist. Die feste Zeit wird beispielsweise durch Aufsummierung einer vorgegebenen Zahl von Taktimpulsen ermittelt.If the fixed integration time is realized by a sufficiently precise timing element (e.g. high-quality crystal oscillator) in the converter arrangement ( 4 ), it is sufficient to transmit one time stamp signal ( 19 ) or ( 20 ) at the beginning and at the end of the integration time at a distance T ₀ + T x . The ratio of U x / U ref is then calculated in the evaluation arrangement ( 18 ) by forming the quotient (( T ₀ + T x ) - T ₀) / T ₀, only T ₀ + T x and T ₀ being measured is known. The fixed time is determined, for example, by adding up a predetermined number of clock pulses.

Eine Vereinfachung der Schaltung kann dadurch erreicht werden, daß der Einfluß eines ungenauen Zeitgebers für das Zeitintervall T₀ eliminiert wird, indem das Zeitmarkensignal (19) bei Beginn der Integrationsphase, ein Zeitmarkensignal (21) nach Ablauf der festen ersten Integrationszeit T₀ und das Zeitmarkensignal (20) am Ende der Integrationsphase gesendet wird. In der Auswertungselektronik werden dann direkt die beiden Zeitinter­ valle T₀ und T x gemessen und der entsprechende Quotient gebildet. The circuit can be simplified by eliminating the influence of an inaccurate timer for the time interval T ₀ by the time stamp signal ( 19 ) at the beginning of the integration phase, a time stamp signal ( 21 ) after the fixed first integration time T ₀ and the time stamp signal ( 20 ) is sent at the end of the integration phase. The two time intervals T ₀ and T x are then measured directly in the evaluation electronics and the corresponding quotient is formed.

Die Zeitmarkensignale sind in Fig. 3 als Rechtecksignale dargestellt, die durch Ströme i gebildet werden, die auf der Zweidrahtleitung (17) zu der Auswertanordnung (18) gelangen.The time stamp signals are shown in FIG. 3 as square-wave signals which are formed by currents i which reach the evaluation arrangement ( 18 ) on the two-wire line ( 17 ).

In Fig. 4 ist ein Meßsystem dargestellt, das eine Reihe von Sensoren S 1, S 2, S 3 . . . SN enthält, die in einem Prozeß verteilt angeordnet sind und jeweils analoge, für eine physikalische Größe charakteristische Ausgangsspannungen abgeben. Jeder Sensor S 1, S 2, S 3 . . . SN ist an eine Umsetzeranordnung (22), (23), (24), (25) angeschlossen. Die Ausgänge der Umsetzer­ anordnungen (22), (23), (24), (25) sind je mit einer Zweidraht­ leitung (27) verbunden, die vorzugsweise zu einem Bus gehört, der z.B. seriell arbeitet. Mit der Zweidrahtleitung (27) ist eine zentrale Auswertanordnung (28) verbunden.In FIG. 4, a measuring system is illustrated that a number of sensors S 1, S 2, S 3. . . Contains SN , which are distributed in a process and each output analog output voltages that are characteristic of a physical quantity. Each sensor S 1 , S 2 , S 3 . . . SN is connected to a converter arrangement ( 22 ), ( 23 ), ( 24 ), ( 25 ). The outputs of the converter arrangements ( 22 ), ( 23 ), ( 24 ), ( 25 ) are each connected to a two-wire line ( 27 ), which preferably belongs to a bus that works, for example, in series. A central evaluation arrangement ( 28 ) is connected to the two-wire line ( 27 ).

Die Umsetzeranordnungen (22) bis (25) unterscheiden sich von der Umsetzeranordnung (4) darin, daß sie adressierbar sind, d.h. Adressendekodiereinrichtungen und nachgeschaltete Elemente aufweisen, mit denen die Integratoren und die Steuerlogik (9) in Betrieb gesetzt werden. Zum Adressieren werden vorzugsweise Spannungsimpulse, z. B. (26), (29) durch die Auswertanordnung (28) auf die Zweidrahtleitung (27) geschaltet. Als Adressen­ dekodierer können in den Umsetzeranordnungen (22) bis (25) jeweils auf eine bestimmte Zahl voreingestellte Zähler verwendet werden. Erkennt eine der Umsetzeranordnungen (22) bis (25) ihre Adresse, erzeugt sie die in Fig. 3 dargestellten Zeitmarkier­ signale (19), (20) bzw. (19), (20), (21). Zur Unterscheidung von Signal und Störpulsen können statt einfacher Pulse auch Doppelpulse mit festem Pulsabstand oder definierte Pulsgruppen gesendet werden. Doppelpulse (30), (31) zum Zeitpunkt 0, Doppelpulse (32), (33) am Ende der Zeit T₀ und Doppelpulse (34), (35) am Ende der Zeit T₀+T x sind in Fig. 6 dargestellt.The converter arrangements ( 22 ) to ( 25 ) differ from the converter arrangement ( 4 ) in that they are addressable, ie they have address decoding devices and downstream elements with which the integrators and the control logic ( 9 ) are put into operation. For addressing, voltage pulses, e.g. B. ( 26 ), ( 29 ) through the evaluation arrangement ( 28 ) on the two-wire line ( 27 ). Counters preset to a certain number can be used as address decoders in the converter arrangements ( 22 ) to ( 25 ). If one of the converter arrangements ( 22 ) to ( 25 ) detects its address, it generates the time marker signals ( 19 ), ( 20 ) or ( 19 ), ( 20 ), ( 21 ) shown in FIG. 3. To distinguish between signal and interference pulses, double pulses with a fixed pulse interval or defined pulse groups can be sent instead of simple pulses. Double pulses ( 30 ), ( 31 ) at time 0, double pulses ( 32 ), ( 33 ) at the end of time T ₀ and double pulses ( 34 ), ( 35 ) at the end of time T ₀ + T x are shown in FIG. 6 .

Claims (11)

1. Verfahren zur Erzeugung mindestens eines in der Zeitdomäne kodierten, busübertragbaren Signals aus einem analogen Signal eines Sensors, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Doppelintegrationsverfahren zuerst das analoge Signal durch einen Integrator während einer fest vorgegebenen oder gemessenen ersten Zeit integriert wird, daß danach ein Referenzsignal mit dem gleichen Integrator so lange integriert wird, bis der Ausgangszustand des Integrators zu Beginn der Doppelintegration erreicht wird und daß auf die zeitlichen Variablen der Integrations­ schritte bezogene digitale Zeitmarkensignale nacheinander zu einer Auswertanordnung übertragen werden. 1. A method for generating at least one coded in the time domain, bus-transmissible signal from an analog signal from a sensor, characterized in that with a double integration method, the analog signal is first integrated by an integrator during a predetermined or measured first time, and then a reference signal is integrated with the same integrator until the initial state of the integrator is reached at the beginning of double integration and that digital time stamp signals related to the time variables of the integration steps are successively transmitted to an evaluation arrangement. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zu Beginn und am Ende der Doppelintegration Zeitmarkensignale erzeugt werden, wobei die zeitlichen Abstände der nachfolgenden Zeitmarkensignale zu den Zeitmarkensignalen am Beginn der Doppelintegration von der Auswertanordnung für die Bestimmung der den analogen Signalen entsprechenden digitalen Werte weiterverarbeitet werden.2. The method according to claim 1, characterized, that at least at the beginning and at the end of double integration Time stamp signals are generated, the temporal Distances of the following time stamp signals to the Time stamp signals at the beginning of the double integration of the Evaluation arrangement for the determination of the analog Processed signals corresponding to digital values will. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Referenzsignal dem über den Sensor fließenden Strom oder der Speisespannung für eine ein Sensorelement enthaltende Anordnung zur Erzeugung eines analogen Signals proportional ist, das einer vom Sensor erfaßten physika­ lischen Größe entspricht.3. The method according to claim 1 or 2, characterized, that the reference signal is flowing through the sensor Current or the supply voltage for a sensor element containing arrangement for generating an analog signal is proportional to a physica detected by the sensor size. 4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Zeit durch ein ein präzises Zeitintervall erzeugendes Zeitglied vorgegeben wird, wobei der Wert des Zeitintervalls in der Auswertanordnung gespeichert wird.4. Method according to one or more of the preceding Expectations, characterized, that the first time through a precise time interval generating timer is specified, the value of Time interval is stored in the evaluation arrangement. 5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem die erste Zeit nicht präzise vorgebenden Zeitglied Zeitmarkensignale zu Beginn der Doppelintegration, am Ende der ersten Integrationszeit und am Ende der Doppelintegration erzeugt werden, wobei in der Auswert­ anordnung zumindest die Zeit zwischen dem ersten und zweiten Zeitmarkensignal sowie die Zeit zwischen dem ersten und letzten Zeitmarkensignal gemessen wird. 5. The method according to one or more of claims 1 to 3, characterized, that in the case of one that did not precisely specify the first time Timing element time stamp signals at the beginning of double integration, at the end of the first integration period and at the end of the Double integration are generated, being in the evaluation arrange at least the time between the first and second time stamp signal and the time between the first and last time stamp signal is measured.   6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Umsetzeranordnung (4) ein Integrator (12) über mindestens ein erstes Schaltelement (7, 8) an das analoge Signal und über mindestens ein zweites Schaltelement (10, 11) an das Referenzsignal anlegbar ist und daß der Integrator (12) an eine Steuerlogik (9) angeschlossen ist, die die Schalter (7, 8, 10, 11) betätigt und die Zeitmarken­ signale erzeugt.6. Device for performing the method according to one or more of the preceding claims, characterized in that in a converter arrangement ( 4 ) an integrator ( 12 ) via at least a first switching element ( 7 , 8 ) to the analog signal and via at least a second switching element ( 10 , 11 ) can be applied to the reference signal and that the integrator ( 12 ) is connected to a control logic ( 9 ) which actuates the switches ( 7 , 8 , 10 , 11 ) and generates the time stamp signals. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Thermoelement an die Umsetzeranordnung ange­ schlossen ist.7. The device according to claim 6, characterized, that a thermocouple is attached to the converter assembly is closed. 8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Brückenspannung eines eine Brückenschaltung aufweisenden Sensors (1) wie Drucksensor und die Speisespannung der Brückenschaltung an eine Umsetzeranord­ nung (4) gelegt sind.8. The device according to claim 6, characterized in that the bridge voltage of a sensor having a bridge circuit ( 1 ) such as pressure sensor and the supply voltage of the bridge circuit to a converter arrangement ( 4 ) are placed. 9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsabfälle an einem Temperaturmeßwiderstand (R x ) und an einem in Reihe mit dem Temperaturmeßwider­ stand angeordneten Referenzwiderstand (R ref ) an eine Umsetzeranordnung (4) gelegt sind.9. The device according to claim 6, characterized in that the voltage drops across a temperature measuring resistor ( R x ) and at a stand arranged in series with the temperature measuring resistor reference resistor ( R ref ) are placed on a converter arrangement ( 4 ). 10. Meßsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9 mit mehreren Sensoren, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Sensor (S 1, S 2, S 3, SN) an eine Umsetzer­ anordnung (22, 23, 24, 25) angeschlossen ist, daß die Umsetzeranordnungen (22, 23, 24, 25) und eine Auswert­ anordnung (28) gemeinsam an eine Zweidrahtleitung (27) angeschlossen sind und daß die Umsetzeranordnungen (22, 23, 24, 25) durch Adressiersignale der Auswertanordnung (28) zur Ausgabe der Zeitmarkensignale aktivierbar sind.10. Measuring system according to one or more of claims 6 to 9 with several sensors, characterized in that each sensor ( S 1 , S 2 , S 3 , SN ) is connected to a converter arrangement ( 22 , 23 , 24 , 25 ), that the converter arrangements ( 22 , 23 , 24 , 25 ) and an evaluation arrangement ( 28 ) are connected together to a two-wire line ( 27 ) and that the converter arrangements ( 22 , 23 , 24 , 25 ) by addressing signals of the evaluation arrangement ( 28 ) for output the time stamp signals can be activated. 11. Meßsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitmarkensignale Doppelpulse (30, 31; 32, 33; 34, 35) mit festem Pulsabstand und definierter Länge oder Pulsgruppen sind.11. Measuring system according to claim 10, characterized in that the time stamp signals are double pulses ( 30 , 31 ; 32 , 33 ; 34 , 35 ) with a fixed pulse spacing and a defined length or pulse groups.
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