EP2491414A2 - Method for operating an electromechanical converter system and electromechanical converter system - Google Patents

Method for operating an electromechanical converter system and electromechanical converter system

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Publication number
EP2491414A2
EP2491414A2 EP10768023A EP10768023A EP2491414A2 EP 2491414 A2 EP2491414 A2 EP 2491414A2 EP 10768023 A EP10768023 A EP 10768023A EP 10768023 A EP10768023 A EP 10768023A EP 2491414 A2 EP2491414 A2 EP 2491414A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
signal
criterion
current
interrogation
characteristic value
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10768023A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Di Rzehorska (Fh) Martin
Di Jerome Gruaz
Klaus-Christoph Harms
Rüdiger Teichmann
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AVL List GmbH
Original Assignee
AVL List GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by AVL List GmbH filed Critical AVL List GmbH
Publication of EP2491414A2 publication Critical patent/EP2491414A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0001—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means
    • G01L9/0008—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using vibrations
    • G01L9/0022—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using vibrations of a piezoelectric element
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/16—Measuring force or stress, in general using properties of piezoelectric devices
    • G01L1/162—Measuring force or stress, in general using properties of piezoelectric devices using piezoelectric resonators
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L27/00—Testing or calibrating of apparatus for measuring fluid pressure
    • G01L27/007—Malfunction diagnosis, i.e. diagnosing a sensor defect
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/08—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of piezoelectric devices, i.e. electric circuits therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/282—Testing of electronic circuits specially adapted for particular applications not provided for elsewhere
    • G01R31/2829—Testing of circuits in sensor or actuator systems

Definitions

  • the invention relates to a method for operating an electromechanical transducer system having at least one piezoelectric transducer element, at least one identification element, and control electronics, wherein on at least one piezoelectric transducer element associated Nutzsignale a particular, defined by the frequency band and time window via a line system with only one electrical signal line Nutz worriess gleiches, as well as query and response signals for functional verification of the transducer system are transmitted, and an electromechanical transducer system consisting of at least one piezoelectric transducer element, in addition to at least one identification element, and from a line system with only one electrical signal line for transmitting on the one hand the at least one piezoelectric transducer element associated Nutzsignalen a particular, defined by the frequency band and time window en Nutz worriess Kunststoffes, as on the other hand of query and response signals for functional testing of the transducer system, and a control electronics.
  • No. 5,821,425 describes a SAW element with a type of predetermined breaking point between the input and output transducer provided as a breakage sensor. If a structure connected to such a sensor is mechanically damaged, an output signal can no longer be received, which can then be used as an indication of structural damage, but not on the functionality of the measuring chain.
  • the object of the present invention is therefore a simple and reliable diagnostic option of the input circuit for cable break, with a corresponding increase in reliability, shortening of troubleshooting times and simplification of operation.
  • At least one interrogation signal is transmitted to the converter in a phase with a secured state and error-free operation of the transducer system, and at least one reference characteristic is formed and stored from the resulting response signal, the correspondence being sufficient in the operating phase of the respective current, from the response signal currently formed characteristic value with this reference characteristic value is used as a criterion.
  • At least one interrogation signal is transmitted before the first transmission of a useful signal, this can ensure that the intended operation takes place only when the transducer system is correctly coupled and functional.
  • the repetition frequency of the interrogation signals lies in the zero frequency band of the converter.
  • the identification element works purely passive and interrogation signals of high frequency are used.
  • the coupling of the interrogation unit takes place in an inductive manner, but also capacitive coupling or antenna coupling is possible.
  • the high frequency of the interrogation signal typically in the range of over 400 MHz
  • the characteristic value formed from the response signal is the data of the identification element contained in the response signal, an unambiguous assignment of the transducer system in the overall arrangement can be made simultaneously with the function control.
  • a particularly simple embodiment of the method provides that one of the electrical variables current or voltage with a non-zero constant Value is applied as an interrogation signal to the transducer system, that the other of the two variables is detected as the resulting response signal, wherein the criterion for the error message is a previously determined limit value for a characteristic value of the detected size.
  • the characteristic value used is an integral value, proportional to the charge quantity, of a current detected as a response signal.
  • the integration duration can be used as the criterion characteristic value until reaching a predetermined integral value.
  • a further variant of the method according to the invention is characterized in that the rate of increase of an integral value, proportional to the amount of charge, of a current detected as a response signal is used as characteristic value.
  • the voltage rise can be detected as characteristic value of the response signal.
  • a further variant of the method according to the invention provides that a current that is permanently applied to the converter system anyway is used as the interrogation signal, wherein the deviation of a voltage resulting therefrom from a constant voltage in the control electronics is used as a control variable for the current, and this control variable is used as a criterion becomes.
  • the current applied permanently to the converter system for the drift compensation of a charge amplifier can advantageously be used as a query signal and a control signal controlling the current generation as a criterion.
  • the transducer system described above is to solve the task according to the invention characterized in that the interrogation signals are located outside the Nutzfeld Anlagen Victoria Victoria Victoria, and that in the control electronics, a module is implemented which forms from the response signal at least one characteristic value and non-compliance of a previously certain criteria generates an error message.
  • the repetition frequency of the interrogation signals is in the zero frequency band of the converter.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the identification element operates purely passive, and the interrogation unit generates a high-frequency interrogation signal.
  • a high frequency interrogation signal typically in the range above 400 MHz, makes possible, in particular, effective inductive coupling to the transducer element without interaction with useful signal and resonant frequencies of the transducer element.
  • units for capacitive coupling or antenna coupling would also be possible.
  • the criterion stored is a reference characteristic value obtained from the data of the identification element. This can be a unique characteristic value with the unique identification of the converter system in the overall system connect.
  • the transducer system is characterized in that a device is provided with which one of the electrical quantities current or voltage with a non-zero constant value is applied as an interrogation signal to the transducer system, and that a further device is provided, with which the respective other of the two variables is detected as the resulting response signal, a criterion for the error message being a previously determined limit value for a characteristic value of the detected variable.
  • a device for determining an integral value, proportional to the amount of charge, of a current detected as a response signal for use as a characteristic value can be provided.
  • the device for determining the integral value achieved during the duration of the interrogation signal is designed as a characteristic value.
  • the device for determining the integration duration is designed as a characteristic value until a predetermined integral value is reached.
  • the device is designed to determine the rate of increase of an integral value, proportional to the amount of charge, of a current detected as a response signal.
  • Another, easily realizable embodiment of the invention is characterized in that a device for determining the voltage increase is provided as a characteristic value.
  • An advantageous embodiment of the invention taking advantage of proven and usually already existing components is finally characterized in that a device for the drift compensation of a charge amplifier is provided, the permanently applied to the converter system current is used as a query signal, and that in the module controlling the power generation control signal Criterion is used.
  • FIG. 1 shows very schematically the simplest arrangement according to the invention
  • FIG. 2 shows a circuit diagram of an electromagnetic transducer element according to the invention
  • FIG. 3 is a circuit diagram of a circuit for carrying out the method according to the invention on the basis of the current-voltage relationship
  • FIG. 3 is a circuit diagram of a circuit for carrying out the method according to the invention on the basis of the current-voltage relationship
  • FIG. 5 is a circuit diagram of a comparison with FIG. 3 extended circuit for performing the method according to the invention based on the current-voltage relationship.
  • electromechanical transducer system consists of at least one piezoelectric transducer element 1, which may be preferably additionally provided with at least one identification element 2.
  • transducer element 1 and identification element 2 Via a line system with only one electrical signal line 3, this arrangement of transducer element 1 and identification element 2 is connected to an interrogation unit 4 for the identification element 2 and an operational unit 5 for operating the transducer element 1. Via the line 3, both the useful signals assigned to the piezoelectric transducer element 1 are transmitted, as well as the interrogation and response signals for functional testing of the transducer system. Moreover, an additional control electronics, which is not shown here, can be provided.
  • Each piezoelectric transducer system 1 has a specific useful operating range defined by a frequency band and time window.
  • the interrogation signals of the interrogation unit 4 are located outside of this Nutzfeld Kunststoffes the transducer element 1.
  • the interrogation signal or the response signal may have a significantly higher frequency, e.g. a few orders of magnitude higher than a regular measuring signal, which makes it very easy to distinguish between interrogation signal or response signal and measuring signal.
  • the interrogation signals for transducer elements 1 in the form of piezoelectric sensors are in the region of over 400 MHz.
  • the response signal to the interrogation signals is evaluated in a module which may be implemented in the control electronics or even in the interrogation unit 4 itself, this evaluation comprising the formation of at least one characteristic value from the interrogation signal. If this characteristic value does not fulfill a previously defined criterion stored in the module, an error message is generated.
  • a piezoelectric transducer system 1 may, for example, be a piezoelectric pressure transducer in a measurement data acquisition arrangement which is connected via measuring sensor lines to a suitable measuring amplifier.
  • the measuring amplifier can be a separate device, which is connected via measuring signal lines 3 with a measured data evaluation unit. unit 5, such as an indexing device or a test bench control connected.
  • the measurement signal line 3 of the sensor 1 is at the same time also a query line for this sensor.
  • the interrogation unit 4 can advantageously be connected to the measurement data evaluation unit 5 or integrated into it.
  • the interrogation signal passing over the common measurement signal / interrogation line 3 is picked up by the measuring amplifier of the piezoelectric pressure transducer of the transducer system 1 and processed, for example, by transmitting a corresponding response signal in sequence, e.g. as a pulse, pulse sequence or in a digital data transmission, or as a signal of a specific frequency, etc.
  • the response signal is advantageously different from the measurement signals in order to enable easy detection.
  • the identification element 2 can be embodied, for example, as a SAW tag and thus work purely passively.
  • the interrogation signal generated by the interrogation unit 4 can be inductively coupled with high frequency-in comparison with the useful signals of the transducer element 1-inductively.
  • the frequencies of the interrogation signals for piezoelectric sensor systems are in the range above 400 MHz.
  • a capacitive coupling could also be provided, or even an antenna coupling.
  • the capacitance or the ohmic resistance of the arrangement of transducer element 1 and identification element 2 are represented in the diagram by the capacitance 6 or the resistor 7.
  • This identification of the transducer system 1 which can also be integrated, for example, in measuring amplifiers of sensors, can be used to check the configuration of a measuring arrangement or to automatically detect this configuration. If, for example, an input of the measurement data evaluation unit provided according to a stored configuration does not receive a response signal, or if this signal arrives at a false input, there may be a cabling error or a faulty cable.
  • the configuration can be recorded and, for example, transferred to a management software. Also, the during cabling, eg by constantly checking during wiring whether the connected cables also correspond to the intended configuration.
  • a method is explained by means of a circuit diagram in which a current Iinp is applied with a non-zero constant value as a query signal to the transducer system 1, 2.
  • the resulting voltage Uout is then detected as the resulting response signal, the criterion for the error message being a previously defined limit value for a parameter of the detected magnitude voltage.
  • the voltage rise is detected as a relevant characteristic value of the response signal, the course of which is reproduced in FIG.
  • the switch 8 in FIG. 3 is in the "operat- ed" position
  • the switch 8 is brought into the "test” position and thus via a voltage source 9 a test voltage Utest to the non-inverting input of the parallel placed to the capacitor 10 operational amplifier 11.
  • a test voltage Utest to the non-inverting input of the parallel placed to the capacitor 10 operational amplifier 11.
  • FIG. 1 A further exemplary embodiment, in order to conclude a possible line break when applying a test voltage from the resulting output signal, is illustrated in FIG.
  • a query current Iinp is permanently applied to the converter system 1, 2 incl. Cable 3, and the resulting voltage at the input of the charge amplifier 12 is compared with the virtually always present low offset voltage Uoffset not equal to zero.
  • test voltage is not supplied to the non-inverting input of the operational amplifier 12, but generated by a digital-to-analog converter 13, controlled by the microprocessor 14 and supplied as a test current Id via the resistor 15 to the inverting input of the operational amplifier 12 , Any small deviation is amplified almost infinitely detected by an analog-to-digital converter with sample and hold member 15 and the microprocessor 14 at certain times and used as a control variable for the generation of the polling stream.
  • the microprocessor 14 is also used to evaluate the output voltage Uout caused by the test voltage and to detect a potential cable break. For this purpose, a digital line from the analog-to-digital converter with sample and hold member 15 is provided to the microcomputer 14 to query this control variable. If this control value exceeds a value specified as a criterion, then either the bias current or the leakage current (offset / risolation) is too large.

Abstract

In order to operate an electromechanical converter system comprising at least one piezoelectric converter element, if necessary at least an identification element, and control electronics, the useful signals of a certain useful operating range defined by the frequency band and time window, which signals are associated with at least one piezoelectric converter, as well as polling and response signals for identifying and/or checking the function of the converter system are transmitted by means of a line system comprising only one electric signal line. In order to enable a simple and reliable diagnosis possibility of the input circuit for cable breaks, that suitably increases the operational reliability, shortens the troubleshooting times, and simplifies the operation, at least one polling signal located outside of the useful operating range of the converter element is transmitted to the converter system, and at least one characteristic value is formed from the resulting response signal and polled for at least one previously determined criterion, wherein an error message is generated when the criterion is not met.

Description

Verfahren zum Betreiben eines elektromechanischen Wandlersystems, sowie elektromechanisches Wandlersystem  Method for operating an electromechanical transducer system, and electromechanical transducer system
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektromechanischen Wandlersystems mit zumindest einem piezoelektrischen Wandlerelement, zumindest einem Identifikationselement, und einer Steuerelektronik, wobei über ein Leitungssystem mit nur einer elektrischen Signalleitung einerseits die zumindest einem piezoelektrischen Wandlerelement zugeordneten Nutzsignale eines bestimmten, durch deren Frequenzband und Zeitfenster definierten Nutzbetriebsbereiches, als andererseits auch Abfrage- und Antwortsignale zur Funktionsüberprüfung des Wandlersystems übermittelt werden, sowie ein elektromechanisches Wandlersystem, bestehend aus zumindest einem piezoelektrischen Wandlerelement, aus zusätzlich zumindest einem Identifikationselement, und aus einem Leitungssystem mit nur einer elektrischen Signalleitung zur Übertragung von einerseits den zumindest einem piezoelektrischen Wandlerelement zugeordneten Nutzsignalen eines bestimmten, durch deren Frequenzband und Zeitfenster definierten Nutzbetriebsbereiches, als andererseits auch von Abfrage- und Antwortsignalen zur Funktionsüberprüfung des Wandlersystems, sowie einer Steuerelektronik. The invention relates to a method for operating an electromechanical transducer system having at least one piezoelectric transducer element, at least one identification element, and control electronics, wherein on at least one piezoelectric transducer element associated Nutzsignale a particular, defined by the frequency band and time window via a line system with only one electrical signal line Nutzbetriebsbereiches, as well as query and response signals for functional verification of the transducer system are transmitted, and an electromechanical transducer system consisting of at least one piezoelectric transducer element, in addition to at least one identification element, and from a line system with only one electrical signal line for transmitting on the one hand the at least one piezoelectric transducer element associated Nutzsignalen a particular, defined by the frequency band and time window en Nutzbetriebsbereiches, as on the other hand of query and response signals for functional testing of the transducer system, and a control electronics.
Prinzipiell ist es bekannt, zur Überprüfung bzw. Überwachung des aktuellen Zustan- des einer Kabelverbindung von und zu Sensoren Laufzeitmessungen durchzuführen, was aber durch die Notwendigkeit einer diesbezüglichen Mess- und Auswerteanordnung schon aufwendig ist. Umso mehr gilt dies bei Verwendung von Kabeln unterschiedlicher Länge.  In principle, it is known to perform runtime measurements for checking or monitoring the current state of a cable connection from and to sensors, which is already complicated due to the necessity of a relevant measurement and evaluation arrangement. All the more so when using cables of different lengths.
Bei piezoelektrischen Sensoren - samt Kabel und Stecker - ist eine Kabelbrucherkennung durch die geforderte hohe Isolation am Eingang des Ladungsverstärkers nur sehr schwierig feststellbar. In der EP 423 273 Bl ist eine Anordnungen beschrieben, bei welchen Veränderungen der Resonanzfrequenz von piezoelektrischen Elementen als Kennzeichen für die Funktionsfähigkeit der gesamten Messkette, vom Sensor über das Kabel, usw. bis hin zum Verstärker, herangezogen wurden.  In piezoelectric sensors - including cables and connectors - cable break detection is very difficult to detect due to the required high isolation at the input of the charge amplifier. In EP 423 273 Bl an arrangement is described in which changes in the resonant frequency of piezoelectric elements as characteristics for the functionality of the entire measuring chain, from the sensor via the cable, etc., up to the amplifier, were used.
In der US 5,821,425 ist ein SAW-Element mit einer Art Sollbruchstelle zwischen Eingangs- und Ausgangstransducer versehen als Bruchsensor beschrieben. Wenn eine mit einem derartigen Sensor verbundene Struktur mechanisch beschädigt wird, kann kein Ausgangssignal mehr empfangen werden, was dann als Hinweis auf eine Strukturbeschädigungen herangezogen werden kann, nicht aber auf die Funktionsfähigkeit der Messkette.  No. 5,821,425 describes a SAW element with a type of predetermined breaking point between the input and output transducer provided as a breakage sensor. If a structure connected to such a sensor is mechanically damaged, an output signal can no longer be received, which can then be used as an indication of structural damage, but not on the functionality of the measuring chain.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher eine einfache und zuverlässige Diagnosemöglichkeit des Eingangskreises auf Kabelbruch, mit entsprechender Erhöhung der Betriebssicherheit, Verkürzung von Fehlersuchzeiten und Vereinfachung der Bedienung. Zur Lösung diese Aufgabe ist das eingangs beschriebene Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein außerhalb des Nutzbetriebbereiches des Wandlerelementes angesiedeltes Abfragesignal an das Wandlersystem übermittelt und aus dem resultierenden Antwortsignal zumindest ein Kennwert gebildet und auf zumindest ein zuvor bestimmtes Kriterium abgefragt wird, wobei bei Nicht-Erfüllung des Kriteriums eine Fehlermeldung generiert wird. Damit kann die Funktionskontrolle und die Messsignal-Übermittlung gut getrennt werden und beide Vorgänge können unbeeinflusst voneinander stattfinden, allenfalls auch gleichzeitig oder überschneidend. The object of the present invention is therefore a simple and reliable diagnostic option of the input circuit for cable break, with a corresponding increase in reliability, shortening of troubleshooting times and simplification of operation. To solve this problem, the method described above is characterized in that at least one out of Nutzbetriebbereiches the transducer element located query signal transmitted to the transducer system and formed from the resulting response signal at least one characteristic and is queried on at least one predetermined criterion, wherein non-compliance of the criterion an error message is generated. Thus, the function control and the measurement signal transmission can be well separated and both processes can take place uninfluenced from each other, possibly at the same time or overlapping.
Gemäß einer ersten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass in einer Phase mit sichergestelltem Zustand und fehlerfreier Funktion des Wandlersystems zumindest ein Abfragesignal an den Wandler übermittelt wird und aus dem resultierenden Antwortsignal zumindest ein Referenzkennwert gebildet und gespeichert wird, wobei die in der Betriebsphase hinreichende Übereinstimmung des jeweils aktuellen, aus dem Antwortsignal aktuell gebildeten Kennwertes mit diesem Referenzkenn wert als Kriterium herangezogen wird.  According to a first embodiment of the method according to the invention, at least one interrogation signal is transmitted to the converter in a phase with a secured state and error-free operation of the transducer system, and at least one reference characteristic is formed and stored from the resulting response signal, the correspondence being sufficient in the operating phase of the respective current, from the response signal currently formed characteristic value with this reference characteristic value is used as a criterion.
Wenn gemäß einer weiteren Ausführungsvariante des Verfahrens zumindest ein Abfragesignal bereits vor der ersten Übertragung eines Nutzsignals übermittelt wird, kann damit sichergestellt werden, dass der bestimmungsgemäße Betrieb nur erfolgt, wenn das Wandlersystem korrekt angekoppelt und funktionsfähig ist.  If, according to a further embodiment variant of the method, at least one interrogation signal is transmitted before the first transmission of a useful signal, this can ensure that the intended operation takes place only when the transducer system is correctly coupled and functional.
Bei einer Verfahrensvariante, bei welcher während der bestimmungsgemäßen Betriebsphase des Wandlersystems zumindest einmal ein Abfragesignal übermittelt wird, kann damit der ordnungsgemäße Betrieb überwacht werden.  In a variant of the method in which an interrogation signal is transmitted at least once during the intended operating phase of the converter system, the proper operation can thus be monitored.
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die Repetitionsfrequenz der Abfragesignale im Nullfrequenzband des Wandlers liegt.  Advantageously, it is provided that the repetition frequency of the interrogation signals lies in the zero frequency band of the converter.
Gemäß einer vorteilhaften Variante ist vorgesehen, dass das Identifikationselement rein passiv arbeitet und Abfragesignale hoher Frequenz verwendet werden. Vorteilhafterweise erfolgt dabei die Ankoppelung der Abfrageeinheit auf induktive Weise, aber auch kapazitive Ankopplung oder Antennenankopplung ist möglich. Dabei erlaubt die hohe Frequenz des Abfragesignals (typischerweise im Bereich von über 400 MHz) eine effiziente Ankopplung, insbesondere im Fall der induktiven Ankopplung, ohne Wechselwirkung mit Nutzsignal- und Resonanzfrequenzen des Wandlerelements.  According to an advantageous variant it is provided that the identification element works purely passive and interrogation signals of high frequency are used. Advantageously, the coupling of the interrogation unit takes place in an inductive manner, but also capacitive coupling or antenna coupling is possible. In this case, the high frequency of the interrogation signal (typically in the range of over 400 MHz) allows efficient coupling, in particular in the case of inductive coupling, without interaction with useful signal and resonance frequencies of the transducer element.
Wenn der aus dem Antwortsignal gebildete Kennwert die im Antwortsignal enthaltenen Daten des Identifikationselements sind, kann gleichzeitig mit der Funktionskontrolle eine eindeutige Zuordnung des Wandlersystems in der Gesamtanordnung getroffen werden.  If the characteristic value formed from the response signal is the data of the identification element contained in the response signal, an unambiguous assignment of the transducer system in the overall arrangement can be made simultaneously with the function control.
Eine besonders einfache Ausführungsvariante des Verfahrens sieht vor, dass eine der elektrischen Größen Strom oder Spannung mit einem von Null verschiedenen konstanten Wert als Abfragesignal an das Wandlersystem angelegt wird, dass als resultierendes Antwortsignal die jeweils andere der beiden Größen erfasst wird, wobei das Kriterium für die Fehlermeldung ein zuvor bestimmter Grenzwert für einen Kennwert der erfassten Größe ist. A particularly simple embodiment of the method provides that one of the electrical variables current or voltage with a non-zero constant Value is applied as an interrogation signal to the transducer system, that the other of the two variables is detected as the resulting response signal, wherein the criterion for the error message is a previously determined limit value for a characteristic value of the detected size.
Gemäß einer weiterführenden Ausgestaltung kann dann vorgesehen sein, dass als Kennwert ein zur Ladungsmenge proportionaler Integralwert eines als Antwortsignal erfassten Stroms herangezogen wird.  According to a further refinement, it can then be provided that the characteristic value used is an integral value, proportional to the charge quantity, of a current detected as a response signal.
Es könnte als Kennwert auch der während der Dauer des Abfragesignals erreichte Integralwert herangezogen werden.  It could also be used as characteristic value of the integral value achieved during the duration of the interrogation signal.
Alternativ dazu kann als Kriteriumskennwert die Integrationsdauer bis zum Erreichen eines vorbestimmten Integralwerts herangezogen werden.  Alternatively, the integration duration can be used as the criterion characteristic value until reaching a predetermined integral value.
Eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass als Kennwert die Anstiegsgeschwindigkeit eines zur Ladungsmenge proportionalen Integralwertes eines als Antwortsignal erfassten Stroms herangezogen wird.  A further variant of the method according to the invention is characterized in that the rate of increase of an integral value, proportional to the amount of charge, of a current detected as a response signal is used as characteristic value.
Auch kann als Kennwert des Antwortsignals der Spannungsanstieg erfasst werden. Also, the voltage rise can be detected as characteristic value of the response signal.
Eine weitere erfindungsgemäße Variante des Verfahrens sieht vor, dass ein ohnedies permanent am Wandlersystem angelegter Strom als Abfragesignal genutzt wird, wobei die Abweichung einer daraus resultierenden Spannung von einer konstanten Spannung in der Steuerelektronik als Steuergröße für die Stromstärke verwendet wird, und diese Steuergröße als Kriterium herangezogen wird. A further variant of the method according to the invention provides that a current that is permanently applied to the converter system anyway is used as the interrogation signal, wherein the deviation of a voltage resulting therefrom from a constant voltage in the control electronics is used as a control variable for the current, and this control variable is used as a criterion becomes.
Dabei kann vorteilhafterweise der für die Driftkompensation eines Ladungsverstärkers permanent am Wandlersystem angelegte Strom als Abfragesignal und ein die Stromgenerie- rung steuerndes Steuersignal als Kriterium genutzt werden.  In this case, the current applied permanently to the converter system for the drift compensation of a charge amplifier can advantageously be used as a query signal and a control signal controlling the current generation as a criterion.
Das eingangs beschriebene Wandlersystem ist zur Lösung der gestellten Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Abfragesignale außerhalb des Nutzbetriebbereiches des Wandlerelementes angesiedelt sind, und dass in der Steuerelektronik ein Modul implementiert ist, welches aus dem Antwortsignal zumindest einen Kennwert bildet und bei Nicht-Erfüllung eines zuvor bestimmten Kriteriums eine Fehlermeldung generiert.  The transducer system described above is to solve the task according to the invention characterized in that the interrogation signals are located outside the Nutzbetriebbereiches of the transducer element, and that in the control electronics, a module is implemented which forms from the response signal at least one characteristic value and non-compliance of a previously certain criteria generates an error message.
Vorteilhafterweise ist dabei vorgesehen, dass die Repetitionsfrequenz der Abfragesignale im Nullfrequenzband des Wandlers liegt.  Advantageously, it is provided that the repetition frequency of the interrogation signals is in the zero frequency band of the converter.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Identifikationselement rein passiv arbeitet, und die Abfrageeinheit ein Abfragesignal mit hoher Frequenz erzeugt. Ein derartiges Abfragesignal hoher Frequenz, typischerweise im Bereich von über 400 MHz, macht insbesondere eine effektive induktive Ankopplung an das Wandlerelement ohne Wechselwirkung mit Nutzsignal- und Resonanzfrequenzen des Wandlerelements möglich. Bei anderen Ausführungsformen wären auch Einheiten zur kapazitiven Ankopplung oder Antennenankopplung möglich. Vorteilhafterweise ist als Kriterium ein aus den Daten des Identifikationselements gewonnener Referenzkennwert gespeichert. Damit läßt sich ein eindeutiger Kennwert mit der eindeutigen Identifizierung des Wandlersystems im Gesamtsystem verbinden. A further advantageous embodiment of the invention provides that the identification element operates purely passive, and the interrogation unit generates a high-frequency interrogation signal. Such a high frequency interrogation signal, typically in the range above 400 MHz, makes possible, in particular, effective inductive coupling to the transducer element without interaction with useful signal and resonant frequencies of the transducer element. In other embodiments, units for capacitive coupling or antenna coupling would also be possible. Advantageously, the criterion stored is a reference characteristic value obtained from the data of the identification element. This can be a unique characteristic value with the unique identification of the converter system in the overall system connect.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Wandlersystem dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung vorgesehen ist, mit welcher eine der elektrischen Größen Strom oder Spannung mit einem von Null verschiedenen konstanten Wert als Abfragesignal an das Wandlersystem angelegt wird, und dass ein weitere Einrichtung vorgesehen ist, mit welcher als resultierendes Antwortsignal die jeweils andere der beiden Größen erfasst wird, wobei als Kriterium für die Fehlermeldung ein zuvor bestimmter Grenzwert für einen Kennwert der erfassten Größe gespeichert ist.  According to an advantageous embodiment of the invention, the transducer system is characterized in that a device is provided with which one of the electrical quantities current or voltage with a non-zero constant value is applied as an interrogation signal to the transducer system, and that a further device is provided, with which the respective other of the two variables is detected as the resulting response signal, a criterion for the error message being a previously determined limit value for a characteristic value of the detected variable.
Dabei kann eine Einrichtung zur Ermittlung eines zur Ladungsmenge proportionalen Integralwertes eines als Antwortsignal erfassten Stroms zur Verwendung als Kennwert vorgesehen sein.  In this case, a device for determining an integral value, proportional to the amount of charge, of a current detected as a response signal for use as a characteristic value can be provided.
Vorteilhafterweise ist dabei die Einrichtung zur Ermittlung des während der Dauer des Abfragesignals erreichten Integralwertes als Kennwert ausgelegt.  Advantageously, the device for determining the integral value achieved during the duration of the interrogation signal is designed as a characteristic value.
Andernfalls könnte auch vorgesehen sein, dass die Einrichtung zur Ermittlung der Integrationsdauer bis zum Erreichen eines vorbestimmten Integralwerts als Kennwert ausgelegt ist.  Otherwise, it could also be provided that the device for determining the integration duration is designed as a characteristic value until a predetermined integral value is reached.
Auch wäre eine Ausführungsform denkbar, bei welcher die Einrichtung zur Ermittlung der Anstiegsgeschwindigkeit eines zur Ladungsmenge proportionalen Integralwertes eines als Antwortsignal erfassten Stroms ausgelegt ist.  An embodiment would also be conceivable in which the device is designed to determine the rate of increase of an integral value, proportional to the amount of charge, of a current detected as a response signal.
Eine andere, einfach realisierbare Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Ermittlung des Spannungsanstieges als Kennwert vorgesehen ist.  Another, easily realizable embodiment of the invention is characterized in that a device for determining the voltage increase is provided as a characteristic value.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann auch eine Einrichtung vorgesehen sein, mit welcher permanent ein Strom am Wandlersystem angelegt und die Abweichung einer daraus resultierenden Spannung von einer konstanten Spannung als Steuergröße für die Stromstärke verwendet wird, und dass im Modul diese Steuergröße als Kriterium herangezogen wird.  According to another embodiment, it is also possible to provide a device with which a current is permanently applied to the transducer system and the deviation of a voltage resulting therefrom from a constant voltage is used as a control value for the current, and that this control variable is used as a criterion in the module.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung unter Ausnutzung erprobter und meist ohnedies vorhandener Komponenten ist schließlich dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung für die Driftkompensation eines Ladungsverstärkers vorgesehen ist, dessen permanent am Wandlersystem angelegter Strom als Abfragesignal genutzt wird, und dass im Modul das die Stromgenerierung steuerndes Steuersignal als Kriterium genutzt wird.  An advantageous embodiment of the invention, taking advantage of proven and usually already existing components is finally characterized in that a device for the drift compensation of a charge amplifier is provided, the permanently applied to the converter system current is used as a query signal, and that in the module controlling the power generation control signal Criterion is used.
In der nachfolgenden Beschreibung soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigt die Fig. 1 ganz schematisch die einfachste erfindungsgemäße Anordnung, Fig. 2 zeigt ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen elektromagnetischen Wandlerelements, Fig. 3 ist ein Schaltbild einer Schaltung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf Basis des Strom-Spannungs-Zusammenhanges, Fig. 4 ist ein Diagramm der während einer Abfrage mit der Anordnung der Fig. 3 auftretenden Spannungsverläufe, und Fig. 5 ein Schaltbild einer gegenüber Fig. 3 erweiterten Schaltung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf Basis des Strom-Spannungs-Zusammenhanges. In the following description, the invention will be explained in more detail by means of embodiments and with reference to the accompanying drawings. 1 shows very schematically the simplest arrangement according to the invention, FIG. 2 shows a circuit diagram of an electromagnetic transducer element according to the invention, FIG. 3 is a circuit diagram of a circuit for carrying out the method according to the invention on the basis of the current-voltage relationship, FIG a diagram of the occurring during a query with the arrangement of FIG. 3, voltage waveforms, and Fig. 5 is a circuit diagram of a comparison with FIG. 3 extended circuit for performing the method according to the invention based on the current-voltage relationship.
Das in Fig. 1 skizzierte elektromechanische Wandlersystem besteht aus zumindest einem piezoelektrischen Wandlerelement 1, das vorzugsweise mit zusätzlich zumindest einem Identifikationselement 2 versehen sein kann.  The sketched in Fig. 1 electromechanical transducer system consists of at least one piezoelectric transducer element 1, which may be preferably additionally provided with at least one identification element 2.
Über ein Leitungssystem mit nur einer elektrischen Signalleitung 3 ist diese Anordnung aus Wandlerelement 1 und Identifikationselement 2 mit einer Abfrageeinheit 4 für das Identifikationselement 2 und einer operationeilen Einheit 5 zum Betreiben des Wandlerelements 1 verbunden. Über die Leitung 3 werden sowohl die dem piezoelektrischen Wandlerelement 1 zugeordneten Nutzsignale übertragen, als auch die Abfrage- und Antwortsignalen zur Funktionsüberprüfung des Wandlersystems. Überdies kann noch eine zusätzliche Steuerelektronik, die hier nicht dargestellt ist, vorgesehen sein.  Via a line system with only one electrical signal line 3, this arrangement of transducer element 1 and identification element 2 is connected to an interrogation unit 4 for the identification element 2 and an operational unit 5 for operating the transducer element 1. Via the line 3, both the useful signals assigned to the piezoelectric transducer element 1 are transmitted, as well as the interrogation and response signals for functional testing of the transducer system. Moreover, an additional control electronics, which is not shown here, can be provided.
Jedes piezoelektrische Wandlersystem 1 hat einen bestimmten, durch ein Frequenzband und Zeitfenster definierten Nutzbetriebsbereich. Um nun durch die Funktionsüberprüfung des Wandlersystems 1 nicht dessen bestimmungsgemäßen Betrieb zu beeinflussen, sind die Abfragesignale der Abfrageeinheit 4 außerhalb dieses Nutzbetriebbereiches des Wandlerelementes 1 angesiedelt. Das Abfragesignal bzw. das Antwortsignal kann dabei eine deutlich höhere Frequenz aufweisen, z.B. einige Zehnerpotenzen höher, als ein reguläres Messsignal, wodurch sehr einfach zwischen Abfragesignal bzw. Antwortsignal und Messsignal unterschieden werden kann. Typischerweise liegen die Abfragesignale für Wandlerelemente 1 in Form von piezoelektrischen Sensoren im Bereich von über 400 MHz.  Each piezoelectric transducer system 1 has a specific useful operating range defined by a frequency band and time window. In order not to influence its intended operation by the functional check of the converter system 1, the interrogation signals of the interrogation unit 4 are located outside of this Nutzbetriebbereiches the transducer element 1. The interrogation signal or the response signal may have a significantly higher frequency, e.g. a few orders of magnitude higher than a regular measuring signal, which makes it very easy to distinguish between interrogation signal or response signal and measuring signal. Typically, the interrogation signals for transducer elements 1 in the form of piezoelectric sensors are in the region of over 400 MHz.
Das Antwortsignal auf die Abfragesignale wird in einem Modul ausgewertet, das in der Steuerelektronik oder auch bereits in der Abfrageeinheit 4 selbst implementiert sein kann, wobei diese Auswertung die Bildung zumindest eines Kennwerts aus dem Abfragesignal umfasst. Sollte dieser Kennwert nicht ein zuvor bestimmtes und im Modul abgelegtes Kriterium erfüllen, wird eine Fehlermeldung generiert.  The response signal to the interrogation signals is evaluated in a module which may be implemented in the control electronics or even in the interrogation unit 4 itself, this evaluation comprising the formation of at least one characteristic value from the interrogation signal. If this characteristic value does not fulfill a previously defined criterion stored in the module, an error message is generated.
Ein piezoelektrisches Wandlersystem 1 kann beispielsweise ein piezoelektrischer Druckaufnehmer in einer Anordnung zur Messdatenerfassung sein, der über Messsensorleitungen mit einem geeigneten Messverstärker verbunden ist. Der Messverstärker kann dabei ein separates Gerät sein, das über Messsignalleitungen 3 mit einer Messdatenauswerteein- heit 5, wie z.B. einem Indiziergerät oder einer Prüfstandssteuerung, verbunden ist. Die Messsignalleitung 3 des Sensors 1 ist gleichzeitig auch eine Abfrageleitung für diesen Sensor. A piezoelectric transducer system 1 may, for example, be a piezoelectric pressure transducer in a measurement data acquisition arrangement which is connected via measuring sensor lines to a suitable measuring amplifier. The measuring amplifier can be a separate device, which is connected via measuring signal lines 3 with a measured data evaluation unit. unit 5, such as an indexing device or a test bench control connected. The measurement signal line 3 of the sensor 1 is at the same time also a query line for this sensor.
Die Abfrageeinheit 4 kann vorteilhafterweise mit der Messdatenauswerteeinheit 5 verbunden oder in diese integriert sein. Das über die gemeinsame Messsignal/Abfrageleitung 3 gehende Abfragesignal wird vom Messverstärker des piezoelektrischen Druckaufnehmers des Wandlersystems 1 aufgenommen und verarbeitet, indem beispielsweise in Folge ein ein entsprechendes Antwortsignal übermittelt wird, z.B. als Impuls, Impulsfolge oder in einer digitalen Datenübertragung, oder als Signal einer bestimmten Frequenz, etc. Das Antwortsignal ist dabei vorteilhaft unterschiedlich zu den Messsignalen, um eine einfache Erkennung zu ermöglichen. Kommt bei der Abfrageeinheit 4 der Messdatenauswerteeinheit kein Antwortsignal an, so kann davon ausgegangen werden, dass die Verkabelung zwischen dem Eingang der Messdatenauswerteeinheit und dem zugehörigen Messverstärker des Druckaufnehmers fehlerhaft bzw. nicht vorhanden ist, z.B. durch ein fehlerhaftes Kabel oder durch ein nicht oder schlecht gestecktes Kabel. So kann ein möglicher Verkabelungsfehler auf eine kleine Einheit eingegrenzt werden. Durch die Auswertung der Signalqualität des Antwortsignals kann auch die Verbindungsqualität überprüft werden, was auch eine Diagnose der Verkabelung zulässt.  The interrogation unit 4 can advantageously be connected to the measurement data evaluation unit 5 or integrated into it. The interrogation signal passing over the common measurement signal / interrogation line 3 is picked up by the measuring amplifier of the piezoelectric pressure transducer of the transducer system 1 and processed, for example, by transmitting a corresponding response signal in sequence, e.g. as a pulse, pulse sequence or in a digital data transmission, or as a signal of a specific frequency, etc. The response signal is advantageously different from the measurement signals in order to enable easy detection. If no response signal arrives at the interrogation unit 4 of the measurement data evaluation unit, then it can be assumed that the cabling between the input of the measurement data evaluation unit and the associated measurement amplifier of the pressure transducer is faulty or absent, e.g. due to a faulty cable or a bad or bad cable. Thus, a possible cabling error can be limited to a small unit. By evaluating the signal quality of the response signal and the connection quality can be checked, which also allows a diagnosis of the wiring.
Wie aus der Fig. 2 mit einem Schaltbild der Anordnung aus Wandlerelement 1 und Identifikationselement 2 zu erkennen ist, kann als Identifikationselement 2 beispielsweise als SAW-Tag ausgeführt sein und somit rein passiv arbeiten. Damit kann das von der Abfrageeinheit 4 erzeugte Abfragesignal mit hoher Frequenz - im Vergleich mit den Nutzsignalen des Wandlerelements 1 - ideal induktiv angekoppelt werden. Typischerweise liegen die Frequenzen der Abfragesignale für piezoelektrische Sensorsysteme im Bereich über 400 MHz. Andererseits könnte aber auch eine kapazitive Ankopplung vorgesehen sein, oder auch eine An- tennenankopplung. Die Kapazität bzw. der ohmsche Widerstand der Anordnung aus Wandlerelement 1 und Identifikationselement 2 sind im Schaltbild durch die Kapazität 6 bzw. den Widerstand 7 repräsentiert.  As can be seen from FIG. 2 with a circuit diagram of the arrangement comprising transducer element 1 and identification element 2, the identification element 2 can be embodied, for example, as a SAW tag and thus work purely passively. In this way, the interrogation signal generated by the interrogation unit 4 can be inductively coupled with high frequency-in comparison with the useful signals of the transducer element 1-inductively. Typically, the frequencies of the interrogation signals for piezoelectric sensor systems are in the range above 400 MHz. On the other hand, however, a capacitive coupling could also be provided, or even an antenna coupling. The capacitance or the ohmic resistance of the arrangement of transducer element 1 and identification element 2 are represented in the diagram by the capacitance 6 or the resistor 7.
Diese Identifikation des Wandlersystems 1, das auch beispielsweise in Messverstärkern von Sensoren integriert sein kann, kann zur Überprüfung der Konfiguration einer Messanordnung bzw. zur selbsttätigen Erfassung dieser Konfiguration genutzt werden. Kommt beispielsweise an einem laut gespeicherter Konfiguration vorgesehenen Eingang der Messdatenauswerteeinheit kein Antwortsignal an, oder kommt dieses Signal an an einem falschen Eingang an, so kann ein Verkabelungsfehler oder ein fehlerhaftes Kabel vorliegen. Durch einzelne Abfrage der Wandlersysteme 1 und Überprüfung auf welchem Kanal einer mehrka- naligen Messdatenauswerteeinheit eine bestimmte Antwort zurückkommt, kann die Konfiguration erfasst und z.B. einer Verwaltungssoftware übergeben werden. Auch kann das Be- dienpersonal bei der Verkabelung unterstützt werden, z.B. indem während der Verkabelung laufend überprüft wird, ob die gesteckten Kabel auch der vorgesehenen Konfiguration entsprechen. This identification of the transducer system 1, which can also be integrated, for example, in measuring amplifiers of sensors, can be used to check the configuration of a measuring arrangement or to automatically detect this configuration. If, for example, an input of the measurement data evaluation unit provided according to a stored configuration does not receive a response signal, or if this signal arrives at a false input, there may be a cabling error or a faulty cable. By a single query of the converter systems 1 and checking which channel of a multichannel measurement data evaluation unit returns a specific response, the configuration can be recorded and, for example, transferred to a management software. Also, the during cabling, eg by constantly checking during wiring whether the connected cables also correspond to the intended configuration.
In Fig. 3 ist mittels eines Schaltbildes ein Verfahren erläutert, bei welchem ein Strom Iinp mit einem von Null verschiedenen konstanten Wert als Abfragesignal an das Wandlersystem 1, 2 angelegt wird. Als resultierendes Antwortsignal wird dann die resultierende Spannung Uout erfasst, wobei das Kriterium für die Fehlermeldung ein zuvor bestimmter Grenzwert für einen Kennwert der erfassten Größe Spannung ist. Im dargestellten Beispiel wird als relevanter Kennwert des Antwortsignals der Spannungsanstieg erfasst, dessen Verlauf in Fig. 4 wiedergegeben ist.  In Fig. 3, a method is explained by means of a circuit diagram in which a current Iinp is applied with a non-zero constant value as a query signal to the transducer system 1, 2. The resulting voltage Uout is then detected as the resulting response signal, the criterion for the error message being a previously defined limit value for a parameter of the detected magnitude voltage. In the example shown, the voltage rise is detected as a relevant characteristic value of the response signal, the course of which is reproduced in FIG.
Im normalen Messbetrieb befindet sich der Schalter 8 in Fig.3 in der Stellung„opera- te". Für einen Abfrage wird der Schalter 8 in die Stellung„test" gebracht und damit über eine Spannungsquelle 9 eine Testspannung Utest an den nichtinvertierenden Eingang des parallel zum Kondensator 10 geschalteten Operationsverstärkers 11 gelegt. Dabei ergeben sich die in Fig.4 dargestellten Spannungsverläufe, wobei dann aus dem Verlauf der Ausgangsspannung Uout ein allfälliger Leitungsbruch erkannt werden kann.  In the normal measuring operation, the switch 8 in FIG. 3 is in the "operat- ed" position For a query, the switch 8 is brought into the "test" position and thus via a voltage source 9 a test voltage Utest to the non-inverting input of the parallel placed to the capacitor 10 operational amplifier 11. This results in the voltage waveforms shown in Figure 4, in which case from the course of the output voltage Uout a possible line break can be detected.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel, um beim Anlegen einer Testspannung aus dem resultierenden Ausgangssignal auf einen möglichen Leitungsbruch zu schließen, ist in Fig. 5 dargestellt. Permanent wird ein Abfrage-Strom Iinp an das Wandlersystem 1, 2 inkl. Kabel 3 angelegt und die resultierende Spannung am Eingang des Ladungsverstärkers 12 wird mit der praktisch immer vorhandenen geringen Offsetspannung Uoffset ungleich Null verglichen. Im Gegensatz zu Fig.3 wird hier eine Testspannung nicht dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 12 zugeführt, sondern mittels eines Digital-Analog-Konverters 13 erzeugt, über den Mikroprozessor 14 gesteuert und als Teststrom Id über den Widerstand 15 dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 12 zugeführt. Eine etwaige geringe Abweichung wird quasi unendlich verstärkt, von einem Analog-Digital-Konverter mit Abtast- und Halteglied 15 und dem Mikroprozessor 14 zu bestimmten Zeitpunkten erfasst und als Steuergröße für die Generierung des Abfragestroms verwendet.  A further exemplary embodiment, in order to conclude a possible line break when applying a test voltage from the resulting output signal, is illustrated in FIG. A query current Iinp is permanently applied to the converter system 1, 2 incl. Cable 3, and the resulting voltage at the input of the charge amplifier 12 is compared with the virtually always present low offset voltage Uoffset not equal to zero. In contrast to Figure 3 here a test voltage is not supplied to the non-inverting input of the operational amplifier 12, but generated by a digital-to-analog converter 13, controlled by the microprocessor 14 and supplied as a test current Id via the resistor 15 to the inverting input of the operational amplifier 12 , Any small deviation is amplified almost infinitely detected by an analog-to-digital converter with sample and hold member 15 and the microprocessor 14 at certain times and used as a control variable for the generation of the polling stream.
Der Mikroprozessor 14 wird außerdem zur Auswertung der von der Testspannung verursachten Ausgangsspannung Uout und zur Detektion eines möglichen Kabelbruches verwendet. Dazu ist eine Digitalleitung vom Analog-Digital-Konverter mit Abtast- und Halteglied 15 zum Mikrocomputer 14 vorgesehen, um diese Steuergröße abzufragen. Übersteigt diese Steuergröße einen als Kriterium vorgegebenen Wert, dann ist entweder der Bias-Strom oder der Leckstrom (Uoffset / Risolation) zu groß.  The microprocessor 14 is also used to evaluate the output voltage Uout caused by the test voltage and to detect a potential cable break. For this purpose, a digital line from the analog-to-digital converter with sample and hold member 15 is provided to the microcomputer 14 to query this control variable. If this control value exceeds a value specified as a criterion, then either the bias current or the leakage current (offset / risolation) is too large.

Claims

Ansprüche: Claims:
1. Verfahren zum Betreiben eines elektromechanischen Wandlersystems mit zumindest einem piezoelektrischen Wandlerelement, zumindest einem Identifikationselement, und einer Steuerelektronik, wobei über ein Leitungssystem mit nur einer elektrischen Signalleitung einerseits die zumindest einem piezoelektrischen Wandlerelement zugeordneten Nutzsignale eines bestimmten, durch deren Frequenzband und Zeitfenster definierten Nutzbetriebsbereiches, als andererseits auch Abfrage- und Antwortsignale zur Funktionsüberprüfung des Wandlersystems übermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein außerhalb des Nutzbetriebbereiches des Wandlerelementes angesiedeltes Abfragesignal an das Wandlersystem übermittelt und aus dem resultierenden Antwortsignal zumindest ein Kennwert gebildet und auf zumindest ein zuvor bestimmtes Kriterium abgefragt wird, wobei bei Nicht-Erfüllung des Kriteriums eine Fehlermeldung generiert wird. 1. A method for operating an electromechanical transducer system having at least one piezoelectric transducer element, at least one identification element, and an electronic control unit, wherein on a line system with only one electrical signal line on the one hand at least one piezoelectric transducer element associated useful signals of a specific, defined by the frequency band and time window Nutzbetriebsbereiches on the other hand, interrogation and response signals for functional testing of the transducer system are transmitted, characterized in that at least one interrogation signal located outside the useful range of the transducer element is transmitted to the transducer system and at least one characteristic value is formed from the resulting response signal and interrogated for at least one previously determined criterion, whereby an error message is generated if the criterion is not fulfilled.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Phase mit sichergestelltem Zustand und fehlerfreier Funktion des Wandlersystems zumindest ein Abfragesignal an den Wandler übermittelt wird und aus dem resultierenden Antwortsignal zumindest ein Referenzkennwert gebildet und gespeichert wird, wobei die in der Betriebsphase hinreichende Übereinstimmung des jeweils aktuellen, aus dem Antwortsignal aktuell gebildeten Kennwertes mit diesem Referenzkennwert als Kriterium herangezogen wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that in a phase with ensured state and error-free operation of the transducer system at least one interrogation signal is transmitted to the converter and from the resulting response signal at least one reference characteristic is formed and stored, wherein the sufficient in the operating phase agreement of the respective current, from the response signal currently formed characteristic value is used with this reference characteristic as a criterion.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Abfragesignal bereits vor der ersten Übertragung eines Nutzsignals übermittelt wird. 3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that at least one interrogation signal is transmitted before the first transmission of a useful signal.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass während der bestimmungsgemäßen Betriebsphase des Wandlersystems zumindest einmal ein Abfragesignal übermittelt wird. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that at least once a query signal is transmitted during the intended operating phase of the converter system.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Repetiti- onsfrequenz der Abfragesignale im Nullfrequenzband des Wandlers liegt. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the repetition frequency of the interrogation signals is in the zero frequency band of the converter.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Identifikationselement rein passiv arbeitet und Abfragesignale hoher Frequenz verwendet werden. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the identification element operates purely passive and high frequency interrogation signals are used.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der aus dem Antwortsignal gebildete Kennwert die im Antwortsignal enthaltenen Daten des Identifikationselements sind.  7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the characteristic value formed from the response signal are the data contained in the response signal of the identification element.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine der elektrischen Größen Strom oder Spannung mit einem von Null verschiedenen konstanten Wert als Abfragesignal an das Wandlersystem angelegt wird, dass als resultierendes Antwortsignal die jeweils andere der beiden Größen erfasst wird, wobei das Kriterium für die Fehlermeldung ein zuvor bestimmter Grenzwert für einen Kennwert der erfassten Größe ist. 8. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that one of the electrical quantities current or voltage is applied with a non-zero constant value as an interrogation signal to the transducer system that as a result of the other response signal of the two variables is detected, where the criterion for the error message is a previously determined limit value for a parameter of the detected variable.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Kennwert ein zur Ladungsmenge proportionaler Integralwert eines als Antwortsignal erfassten Stroms herangezogen wird. 9. The method according to claim 8, characterized in that a proportional to the amount of charge integral value of a current detected as a response signal is used as the characteristic value.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Kennwert der während der Dauer des Abfragesignals erreichte Integralwert herangezogen wird. 10. The method according to claim 9, characterized in that is used as a characteristic of the achieved during the duration of the interrogation signal integral value.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Kriteriumskennwert die Integrationsdauer bis zum Erreichen eines vorbestimmten Integralwerts herangezogen wird. 11. The method according to claim 9, characterized in that is used as the criterion characteristic value, the integration time until reaching a predetermined integral value.
12. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Kennwert die Anstiegsgeschwindigkeit eines zur Ladungsmenge proportionalen Integralwertes eines als Antwortsignal erfassten Stroms herangezogen wird. 12. The method according to claim 8, characterized in that is used as characteristic value, the rate of increase of a proportional to the amount of charge integral value of a detected as response signal current.
13. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Kennwert des Antwortsignals der Spannungsanstieg erfasst wird. 13. The method according to claim 8, characterized in that is detected as the characteristic value of the response signal, the voltage increase.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein ohnedies permanent am Wandlersystem angelegter Strom als Abfragesignal genutzt wird, wobei die Abweichung einer daraus resultierenden Spannung von einer konstanten Spannung in der Steuerelektronik als Steuergröße für die Stromstärke verwendet wird, und diese Steuergröße als Kriterium herangezogen wird. 14. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that an already permanently applied to the converter system current is used as a query signal, wherein the deviation of a resulting voltage from a constant voltage in the control electronics is used as a control variable for the current, and this control variable is used as a criterion.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der für die Driftkompensation eines Ladungsverstärkers permanent am Wandlersystem angelegte Strom als Abfragesignal und ein die Stromgenerierung steuerndes Steuersignal als Kriterium genutzt wird. 15. The method according to claim 14, characterized in that for the drift compensation of a charge amplifier permanently applied to the converter system current is used as a query signal and a current generation controlling control signal as a criterion.
16. Elektromechanisches Wandlersystem, bestehend aus zumindest einem piezoelektrischen Wandlerelement (1), aus zusätzlich zumindest einem Identifikationselement (2), und aus einem Leitungssystem mit nur einer elektrischen Signalleitung (3) zur Übertragung von einerseits den zumindest einem piezoelektrischen Wandlerelement (1) zugeordneten Nutzsignalen eines bestimmten, durch deren Frequenzband und Zeitfenster definierten Nutzbetriebsbereiches, als andererseits auch von Abfrage- und Antwortsignalen zur Funktionsüberprüfung des Wandlersystems (1, 2, 3), sowie einer Steuerelektronik (4, 5), dadurch gekennzeichnet, dass die Abfragesignale außerhalb des Nutzbetriebbereiches des Wandlerelementes (1) angesiedelt sind, und dass in der Steuerelektronik (4, 5) ein Modul (4) implementiert ist, welches aus dem Antwortsignal zumindest einen Kennwert bildet und bei Nicht-Erfüllung eines zuvor bestimmten Kriteriums eine Fehlermeldung generiert. 16. Electromechanical transducer system consisting of at least one piezoelectric transducer element (1), in addition at least one identification element (2), and from a line system with only one electrical signal line (3) for transmitting on the one hand the at least one piezoelectric transducer element (1) associated payload signals a certain, defined by the frequency band and time window Nutzbetriebsbereiches, as on the other hand of query and response signals for functional verification of the transducer system (1, 2, 3), and an electronic control unit (4, 5), characterized in that the interrogation signals outside the Nutzbetriebbereiches of Transducer element (1) are settled, and that in the control electronics (4, 5) a module (4) is implemented, which forms from the response signal at least one characteristic value and generates an error message if a previously determined criterion is not met.
17. Wandlersystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Repetitionsfrequenz der Abfragesignale im Nullfrequenzband des Wandlers (1) liegt. 17. transducer system according to claim 16, characterized in that the repetition frequency of the interrogation signals in the zero frequency band of the transducer (1).
18. Wandlersystem nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Identifikationselement (2) rein passiv arbeitet, und die Abfrageeinheit (4) ein Abfragesignal mit hoher Frequenz erzeugt. 18. transducer system according to claim 16 or 17, characterized in that the identification element (2) operates purely passive, and the interrogation unit (4) generates a high-frequency interrogation signal.
19. Wandersystem nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass als Kriterium ein aus den Daten des Identifikationselements (2) gewonnener Referenzkennwert gespeichert ist. 19. Hiking system according to one of claims 16 to 18, characterized in that as a criterion from the data of the identification element (2) obtained reference characteristic value is stored.
20. Wandlersystem nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung vorgesehen ist, mit welcher eine der elektrischen Größen Strom oder Spannung mit einem von Null verschiedenen konstanten Wert als Abfragesignal an das Wandlersystem (1, 2, 3) angelegt wird, und dass ein weitere Einrichtung vorgesehen ist, mit welcher als resultierendes Antwortsignal die jeweils andere der beiden Größen erfasst wird, wobei als Kriterium für die Fehlermeldung ein zuvor bestimmter Grenzwert für einen Kennwert der erfassten Größe gespeichert ist. 20. converter system according to one of claims 16 to 19, characterized in that a device is provided with which one of the electrical variables current or voltage with a non-zero constant value as an interrogation signal to the transducer system (1, 2, 3) is applied , And that a further device is provided, which detects as a result of the other response signal of the other two sizes is used, as a criterion for the error message, a previously determined limit value for a parameter of the detected size is stored.
21. Wandlersystem nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Ermittlung eines zur Ladungsmenge proportionalen Integralwertes eines als Antwortsignal erfassten Stroms zur Verwendung als Kennwert vorgesehen ist. 21. A converter system according to claim 20, characterized in that a device for determining an integral value proportional to the amount of charge of a detected as a response signal current for use as a characteristic value is provided.
22. Wandlersystem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Ermittlung des während der Dauer des Abfragesignals erreichten Integralwertes als Kennwert ausgelegt ist. 22. converter system according to claim 21, characterized in that the means for determining the achieved during the duration of the interrogation signal integral value is designed as a characteristic value.
23. Wandlersystem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Ermittlung der Integrationsdauer bis zum Erreichen eines vorbestimmten Integralwerts als Kennwert ausgelegt ist. 23. converter system according to claim 21, characterized in that the means for determining the integration duration is designed to achieve a predetermined integral value as a characteristic value.
24. Wandlersystem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Ermittlung der Anstiegsgeschwindigkeit eines zur Ladungsmenge proportionalen Integralwertes eines als Antwortsignal erfassten Stroms ausgelegt ist. 24. converter system according to claim 21, characterized in that the means for determining the rate of rise of a proportional to the amount of charge integral value of a detected as a response signal current is designed.
25. Wandlersystem nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Ermittlung des Spannungsanstieges als Kennwert vorgesehen ist. 25. converter system according to claim 20, characterized in that a device for determining the voltage increase is provided as a characteristic value.
26. Wandlersystem nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (8, 9) vorgesehen ist, mit welcher permanent ein Strom am Wandlersystem (1, 2, 3) angelegt und die Abweichung einer daraus resultierenden Spannung von einer konstanten Spannung als Steuergröße für die Stromstärke verwendet wird, und dass im Modul diese Steuergröße als Kriterium herangezogen wird. 26. transducer system according to claim 20, characterized in that means (8, 9) is provided, with which a current permanently applied to the transducer system (1, 2, 3) and the deviation of a resulting voltage from a constant voltage as a control variable for the current is used, and that in the module this control variable is used as a criterion.
27. Wandlersystem nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (13, 14, 15) für die Driftkompensation eines Ladungsverstärkers (12) vorgesehen ist, dessen permanent am Wandlersystem (1, 2, 3) angelegter Strom als Abfragesignal genutzt wird, und dass im Modul das die Stromgenerierung steuerndes Steuersignal als Kriterium genutzt wird. 27. converter system according to claim 21, characterized in that means (13, 14, 15) for the drift compensation of a charge amplifier (12) is provided, whose permanently on the converter system (1, 2, 3) applied current is used as an interrogation signal, and that in the module the control signal controlling the power generation is used as a criterion.
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