VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR DRAHTLOSEN SICNALÜBERTRACUNC UND VERWENDUNG EINES DERARTIGEN VERFAHRENS
[0001 ] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur drahtlosen Übertragung mindestens eines Messwertes sowie die Verwendung eines derartigen Verfahrens, wie sie in den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche beschrieben sind.
[0002] Ein derartiges Verfahren sowie eine entsprechende Vorrichtung und die Verwendung bei relativ zueinander bewegten Teilen ist aus US-Patent Nr. 6378360 bekannt. Eine wesentliche Grundlage dieses bekannten Verfahrens ist eine Amplituden- oder I/Q-Modulation einer Trägerfrequenz, bei welcher ein Frequenzspektrum mit zwei Seitenbändern erzeugt wird. Es hat sich in der Praxis auch sehr gut bewährt. Allerdings erfordert es den Einsatz von linearen Verstärkern.
[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art sowie ihre Verwendung anzugeben, deren Einsatzgebiete vergrößert werden, und welche gleichzeitig mit einfacheren Mitteln realisiert werden können.
[0004] Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
[0005] Die Erfindung hat den Vorteil, dass kostengünstigere nichtlineare Verstärker für die Generatorschaltung eingesetzt werden können. Außerdem hat die Erfindung den Vorteil, dass es auf Seiten der Messeinrichtung passiv arbeitet. Der Einsatz von Batterien zur Versorgung ist nicht notwendig und damit entfällt die Notwendigkeit, regelmäßig Batterien auszutauschen. Das eröffnet der Erfindung neue Einsatzbereiche überall dort, wo wegen der Unwirtschaftlichkeit von Batteriewechseln auf einen Einsatz derartiger drahtloser Signalübertragungen verzichtet werden musste. Außerdem kann die Erfindung sehr
gut in Umgebungen eingesetzt werden, die für den Aufenthalt von Bedienungs- und Wartungspersonal ungeeignet sind oder keinen Zutritt erlauben, beispielsweise kontaminierte Umgebungen oder Umgebungen mit hoher Temperatur. Die Erfindung ist nicht auf bewegte Teile beschränkt, sondern kann ohne weiteres auch bei stationären Teilen angewendet werden.
[0006] Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen weiter beschrieben. Dabei zeigen schematisch:
Figur 1 ein Schaltbild einer ersten drahtlosen Messsignalübertragung zwischen einer Messeinrichtung und einer Steuer- und Auswerteeinrichtung; Figur 2 eine Steuer- und Messeinrichtung eines zweiten Ausführungsbeispiels; Figur 3 eine Steuer- und Messeinrichtung eines dritten Ausführungsbeispiels; und Figur 4 eine Messeinrichtung eines vierten Ausführungsbeispiels.
[0007] In der Figur ist mit 10 eine Steuer- und Auswerteeinrichtung bezeichnet, die als Basisstation mit einer Messeinrichtung 12 über eine drahtlose Übertragungsstrecke 13 zusammenwirkt. Die Übertragungsstrecke 13 umfasst eine erste Strecke von der Steuer- und Messeinrichtung 10 zur Messeinrichtung 12 über zwei erste Antennen 14, 14' und von der Messeinrichtung 12 zur Steuer- und Auswerteeinrichtung 10 über zwei zweite Antennen 15, 15'. Über eine Zuführung 1 1 erhält die Messeinrichtung 12 eine Messgröße und ermittelt daraus einen elektrisch verarbeitbaren Messwert.
[0008] In der Steuer- und Messeinrichtung 10 sind zwei unabhängige Hochfrequenzgeneratoren 16, 17 zur Erzeugung von Signalen mit einer ersten Hochfrequenz f1 bzw. einer zweiten Hochfrequenz f2 im Gigahertzbereich vorhanden, die in einem Addierer 18 addiert werden. Anders als in US-Patent Nr. 6378360 beschrieben, wird nicht ein Frequenzspektrum mit einer Trägerfrequenz und zwei Seitenbändern als Ergebnis einer Modulation einer hochfrequenten Trägersignals und eines niederfrequenten Signals verwendet, sondern die Anregungsfrequenz beruht auf der Differenz f1 -f2 zwischen der ersten und der zweiten Hochfrequenz. Die Ausgangssignale der beiden Hochfrequenzgeneratoren werden jeweils über einen nichtlinearen Verstärker 23, 24 verstärkt.
[0009] Beide Frequenzen f1 und f2 werden über die ersten Antennen 14, 14' zur Messeinrichtung 12 übertragen. In der Messeinrichtung 12 ist ein nichtlineares Element 20 vorhanden, das aus den beiden empfangenen Frequenzen f1 , f2 die Differenzfrequenz fa=f1-f2 erzeugt. Das nichtlineare Element 20 ist bevorzugt eine Halbleiterdiode. Ferner ist ein nachschwingender Quarzresonator 19, bevorzugt ein piezoelektrischer Resonator, vorhanden, der von der Differenzfrequenz der beiden empfangenen Frequenzen f1 und f2 angeregt wird. Durch ein vom Messweit abgeleitetes Signal wird er in Abhängigkeit vom Messwert in seiner Frequenzcharak-
teristik beeinflusst. Das Ausgangssignal des Quarzresonators 19 wird zusammen mit der weiterhin gesendeten Frequenz f1 einem Backscatter-Modulator 25 zugeführt, dessen Ausgangssignal über die zweiten Antennen 15, 15' zu einer Empfänger-/Detektorschaltung 21 der Steuer- und Auswerteeinrichtung übertragen wird.
[0010] Eine Ablaufsteuerung 26 steuert einen Schalter 22, mit welchem der eine Hochfrequenzgenerator 17 und die zweite Frequenz f2 zeitweise abgeschaltet werden, so dass für eine vorgegebene Zeitspanne ausschließlich die erste Frequenz f1 über die ersten Antennen 14, 14' übertragen wird. Wenn die Differenzfrequenz fa etwa dem vermuteten Messwert entspricht, schwingt der Quarzresonator 19 in dieser Zeitspanne weiter. Dann empfängt die Detektorschaltung über die zweiten Antennen 5 ein Signal, welches ausschließlich auf der Modulation der ersten Frequenz f1 durch den Messwert beruht. Aus der Modulation kann dabei auf den Messwert geschlossen werden.
[0011] Die Steuer- und Auswerteeinrichtung 10' nach Fig. 2 unterscheidet sich von der Ausführung in Fig. 1 dadurch, dass der erste Hochfrequenzgenerator 16 über den Verstärker 23 unmittelbar mit der Antenne 14 verbunden ist, über welche ein Signal mit der Frequenz f1 abgestrahlt wird. Das vom zweiten Hochfrequenzgenerator 17 erzeugte Signal mit der Frequenz f2 wird separat über eine weitere Antenne 9 abgestrahlt. Eine Addition der beiden Signale erfolgt somit senderseitig nicht.
[0012] Die mit dieser Steuer- und Auswerteeinheit zusammenwirkende Messwerteinrichtung kann wie in der in Fig. 1 oder Fig. 4 dargestellten Ausführung ausgebildet sein.
[0013] Bei dem dritten Ausführungsbeispiel einer Steuer- und Auswerteeinrichtung 10" nach Fig. 3 ist nur eine einzige Antenne 14' vorhanden, die sowohl als Sende- als auch als Empfangsantenne wirkt. Die Sende- und Empfangsantenne 14' ist mit einem Addierer 27 verbunden, welcher in Senderichtung die von den beiden Hochfrequenzgeneratoren 16, 17 kommenden Signale addiert und in Empfangsrichtung die von einer Messeinrichtung empfangenen Signale an die Detektorschaltung 21 leitet. Gleichzeitig wird das gesendete Signal mit der ersten Frequenz f1 als lokales Oszillatorsignal für den Empfänger/Detektor 21 zugeführt.
[0014] Auch diese dritte Ausführung der Steuer- und Auswerteeinrichtung 10" kann mit einer Messeinrichtung entsprechend Fig.1 oder Fig. 4 zusammenwirken.
[0015] Die Ausführung einer Messeinrichtung 12' nach Fig. 4 weist eine einzige Antenne 14' auf, die als Sende- und Empfangsantenne dient. Das nichtlineare Element 20' ist dabei so ausgebildet, dass es auch als Modulator arbeitet.