JP2009501323A

JP2009501323A - 測定用プローブのための信号伝送装置並びに伝送方法及び測定用プローブ

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Publication number: JP2009501323A
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Inventors: アマン，ユルゲン
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Abstract

【解決手段】
測定用プローブ（１）、特にペーハー測定用プローブ又は酸素測定用プローブを信号処理ユニット（３）に接続する役目を果たす信号伝送装置であって差動増幅器（ＯＶ）を含み、その非反転入力においては、測定用プローブ（１）の電極（１５；１６）によって提供される入力信号（ｕ_１０）が加えられ、それからは、対応する低インピーダンス出力信号（ｕ_１）が伝送路（Ｌ）に配信され得、それによって出力信号（ｕ_１）が信号処理ユニット（３）に伝送され得る。本発明により、差動増幅器（ＯＶ）の出力は、一方においては、第１の抵抗器（Ｒ１）を経由し伝送路（Ｌ）及び差動増幅器の反転入力（ＯＶ）に接続され、他方においては、第１の制御ユニット（ＴＲ１）の入力（ｉｎｐ）に接続され、それによって伝送路（Ｌ）に加えられるクロック信号及び／又はデータなどの信号が、信号処理ユニット（３）によって登録され得る。
【選択図】図３

Description

本発明は測定用プローブのための信号伝送装置に関し、特にペーハー測定用プローブ又は酸素測定用プローブなどの電気化学的な測定用プローブと、更に請求項１、８及び１２それぞれの導入部による伝送方法及び測定用プローブに関する。

［非特許文献１］U. Tietze, Ch. Schenk, Halbleiterschaltungs-technik, 11. Auflage, 1. Nachdruck, Springer Verlag, Berlin 1999, Kapitel 22, Seiten 1189 und 1190 (U. Tietze, Ch. Schenk, Semiconductor Circuit Design, 11^th edition, 2^ndprinting, Springer Publications, Berlin 1999, Chapter 22, pp. 1189−1190)によると、測定された電気信号を例えば、処理ユニットのアナログ／デジタルコンバータに送る前に、多くの場合、それらを最初に変換することが必要である。［非特許文献１］によると、この目的のために低インピーダンス電圧源によって供給される出力信号を配信する測定回路が必要とされる。信号源に負荷をかけずに高インピーダンス信号源の電圧を測定するための好ましい方法は、インピーダンス変換器として演算増幅器を使用することである。［非特許文献１］によると、高インピーダンスの入力導体線は、容量性干渉に非常に敏感であるという事実に留意する必要がある。

［非特許文献１］の第２３．４章の１２５６〜１２５８ページによると、センサと信号とを評価する場所は、多くの場合、長い距離と高レベルの干渉を伴う区域で分離される。したがって、被測定信号を増幅する役目を果たす増幅器、例えば［非特許文献１］の１１８９ページの図２２．１に表示されるインピーダンス変換器は、センサの近傍に配置される。［特許文献１］WO 92/21962によると、例えば食品加工技術の分野における化学的及び生物学的加工を監視するために、液体中の水素イオン濃度の測定、すなわちペーハー測定用の電極システム用に主にガラス電極を使用する傾向が増えている。これらを目的とする電極の使用が増えたために、長期間使用における測定精度に関しての要求が次第に厳しくなっている。満足できる測定精度の維持には、使用される電極の状態を連続的に監視する必要があり、なぜならば、例えばイオン感応膜、ダイヤフラムの汚れ、導体障害及び／又は電極内部の短絡に関する被害の結果、測定精度が悪化し得るからである。性能を悪化するこれらの要因を可能な限り排除する必要性により、使用される電極の処理を中断せず、特にガラス電極を取り外す必要性も、被測定媒体からそれを取り外す必要性もなく、ガラス電極の状態及び正常機能を監視可能とする障害認識方法に対する需要が高まった。

［特許文献１］によると、ガラス電極及び基準電極を含み、測定媒体に浸漬される測定用プローブは、高インピーダンス電源から可変の振幅及び継続時間の方形波パルスがかけられ、プローブインピーダンスによって変更された測定用プローブの電圧が測定され、その測定値は、実験又は計算によって決定される正常な測定用プローブ用基準値と比較される。この構成における方形波パルスは、プロセッサのアナログ出力において現われ、個別の伝送路を介し測定用プローブに配信される。

［特許文献２］EP 0 419 769 Ａ2に記載の処理においては、制御ユニットによって配信される対称バイポーラ電流パルスによって監視が実行される。電流パルスの周期長は自由に選択でき、プローブ検査のために要求される精度に従って設定され得る。この方法は、比較的大規模な回路、具体的には対称バイポーラ電流パルス生成のために、正の電圧源と負の電圧源との間を切り換え得るか又はペーハー値を測定するための測定フェーズと電極を検査するための検査フェーズとの間の切り換えを可能にする２つの制御線を必要とする。

［特許文献３］EP 0 497 994 A1においては、ガラス電極及び補助電極を含む基準電極に加えて、ペーハー測定電極を検査するための方法が開示されている。開示される概念は、更に２つの処理装置を含み、第１及び第２のジェネレータそれぞれによって交流の検査電圧が供給される。この装置において第１のジェネレータは、第２のジェネレータの周波数の整数倍の周波数で動作する。これによってガラス電極及び基準電極を別々に監視できる。第１の場合においては、ガラス電極及び補助電極のチェーン形成抵抗が検査され、一方、第２の場合においては、基準電極及び補助電極のチェーン形成抵抗が検査される。前述のジェネレータ間の周波数比を使用し、１つの出力信号は片方の電極の処理回路の位相敏感整流作用によってその都度、抑制されるので、２つの処理ユニットの出力信号間において、正確な分別が十分に達成できる。したがって本処理装置は、ガラス電極と基準電極との間の電位差をもはや直接には検出しない。しかし、それらはガラス電極と補助電極との間及び基準電極と補助電極との間の電位差を検出する。双方の電位差は同一の補助電極電位を参照するので、ガラス電極と基準電極との電位差は差動増幅器によって決定され得る。この測定回路と共に測定用プローブは、したがって異なる２つのジェネレータの交流検査電圧を受信する。これらの交流検査電圧は順に、それに続く信号位相同期処理のために使用されるので、適切な導体線を介し通常、処理ユニットから測定用プローブまで伝送される必要もある。
WO 92/21962 EP 0 419 769 A2 EP 0 497 994 A1 U.Tietze，Ch. Schenk，Halbleiterschaltungstechnik，11．Auflage，1．Nachdruck，Springer Verlag，Berlin 1999 （U．Tietze，Ch. Schenk，Semiconductor Circuit Design，11th edition，2nd printing，Springer Publications，Berlin 1999） Process Measurement Solutions Catalog 2005/06，Mettler-Toledo GmbH，CH-8902 Urdorf（http://www.mtpro.com参照）

しかし、更なる信号伝送用導体線の使用は、費用の追加と複雑さを伴う。また、既に導入されたシステムは必要な導体線が不足していてほとんど改良できないか、又はシステムの休止時間を伴う非常に高い費用がかかるだけである。小型化に向かう傾向及び知的コンポーネントの分散配置によって提供される可能性を伴い、更なる信号を伝送する必要性がむしろ増加しているのでこのことは不都合を提示し、したがって分散インストール用に設計され、より高度に開発された測定用プローブは、既存システムにおいては限定的利用に過ぎなくなる。

したがって本発明の目的は、測定用プローブのための改良された信号伝送装置を提案することと、更に信号伝送装置のための伝送方法及び測定用プローブ、特にペーハー測定用プローブ又は酸素測定用プローブを提案することである。

この目的は、請求項１、８、及び１２それぞれに定義された特徴を有する信号伝送装置と、伝送方法と、測定用プローブと、によって満たされる。本発明の利点となる実施形態を更なる請求項において記載する。

測定用プローブに対する使用を意図する信号伝送装置は差動増幅器を含み、その非反転入力において測定用プローブの電極によって提供される入力信号が加えられ得、その出力から対応する低インピーダンス出力信号が伝送路に伝送され、それによって処理ユニットに出力信号が配信され得る。

本発明によると、差動増幅器の出力は、一方においては、第１の抵抗器を経由し差動増幅器の反転入力と共に伝送路に接続され、他方においては、信号処理ユニットによって伝送路に加えられるクロック信号及び／又はデータなどの信号を登録する動作が可能な第１の制御ユニットの入力に接続される。

［非特許文献１］の１１８９ページにおいて推奨されるように、インピーダンス変換器として差動増幅器を使用することによって、高インピーダンス電圧源である電圧、例えば液体に浸漬されたペーハー測定チェーンの電圧が、電圧源に負荷をかけずに測定される。差動増幅器は、伝送路上を被測定信号が低インピーダンスで通過することを保証する高入力抵抗及び低出力抵抗を有する。差動増幅器が１の増幅定数を有する場合には、伝送路に配信する出力電圧は測定された入力電圧のレベルを正確に保持し、処理ユニットによって示される受信終端の負荷とは無関係である。例えば、処理ユニットによって比較的高インピーダンスで伝送路に電圧が加えられる場合、差動増幅器による出力電流の変更によって、これを即座に修正する。今日までこの種類の回路装置において、信号は測定用プローブから処理ユニットまで伝送路を介し単方向のモードだけで伝送されたが、しかし処理ユニットから測定用プローブまでの信号の伝送は、異なる伝送路を介し行われた。

本発明において提案される概念は、対照的に第１の抵抗器を経由し、差動増幅器の低インピーダンス出力に接続される伝送路を介する信号の双方向伝送を可能にする。差動増幅器の反転入力への伝送路の更なる接続によって、伝送路の電圧は、増幅定数が乗じられた入力電圧レベルに正確に保持される。伝送路及び差動増幅器の反転入力を相互に短絡する場合、伝送路内の出力電圧は差動増幅器の非反転入力において示される無負荷の入力電圧と正確に等しくなり、それによって物理量の正確な測定が保証され、それが測定用プローブを用いて実施される測定の目的となる。

伝送路に加えられる電圧又は伝送路に向けられる電流が、差動増幅器の出力における電位変化を介し差動増幅器によって即座に補償され、その結果、伝送路への入力電流は、第１の抵抗器及び差動増幅器の内部抵抗を介し排出される。したがって伝送路に加えられる電圧によって、差動増幅器の出力、従って第１の制御ユニットの入力において、比例する電圧変化が発生する。伝送路内の電圧は被測定信号のレベルで一定に保たれるけれども、それゆえ伝送路を介し処理ユニットから測定用プローブまで信号を伝えることが可能となる。

導入部に前述したように、例えばEP 0 419 769 Ａ2に記載の方法で、制御ユニットによって生成される対称バイポーラ電流パルスによって、ペーハー測定用プローブの監視が実行される。信号プロファイルの結果評価は、処理ユニットにおいて位相同期法で行われる。したがって本発明によって、クロック信号が処理ユニットによって伝送路に入力され、第１の制御ユニットによって受信され、クロック信号に従って調時されるバイポーラ電流パルスが形成されることが可能となる。

この概念を実現するために、処理ユニット内で提供される、特にデータ又はクロック信号の配信のための役目を果たす信号源が、第２の抵抗器を介し伝送路に接続される。この信号源によって発生される信号により、測定用プローブの一部である第１の制御ユニット及び処理ユニットの一部である第２の制御ユニットが相互に同期され得る。伝送されるデータ及び／又はクロック信号に従い、第２の制御ユニットによって信号源を制御することが更に、可能である。信号源の代替として、制御可能なスイッチを提供でき、それによって伝送路又は分圧器に接続される抵抗器を特定の電位、例えば接地電位に接続できる。

信号源によって伝送路に配信されたクロック信号及び／又はデータは、第１の制御ユニットにおいて再生成される。第１又は更に周波数（ｆ_Ｇ）、（ｆ_Ｒ）の対称方形波信号又は更に正弦波信号又は三角波信号のような種類の［特許文献２］又は［特許文献３］記載の検査信号のバイポーラ電流パルスが、望ましくは、前記クロック信号及び／又はデータから導出され、測定用プローブの少なくとも１つの電極に伝送される。電極又は複数電極における電圧の時間に伴うプロファイルは、少なくとも１つの差動増幅器及び少なくとも１つの伝送路を経由しそれらが評価される第２の制御ユニットに伝送される。

測定用プローブの電極それぞれが個別に監視される必要がある場合には、同一の信号伝送装置をいくつか提供することがあり得る。この場合、電極用の検査信号は、ただ１つの伝送路を介し伝送される信号に基づいて生成されるので、測定用プローブ内のただ１つの制御ユニットを使用することで十分である。［特許文献３］に記載されるように異なる周波数（ｆ_Ｇ）、（ｆ_Ｒ）の検査信号が、電極用に使用される場合、クロック信号は第１の周波数（ｆ_Ｇ）のために伝送され、さらなる周波数（ｆ_Ｒ、_・・・）は、例えば周波数分割器によって第１の周波数から導出される。

今日のアプリケーションを考えると、わずかな量のデータ及びクロック信号だけが伝送され、時間窓が第１及び／又は第２の制御ユニットにおいて提供され得、その内部でデータ又はクロック信号が受信され得る。この時間窓外では、制御ユニットがロックされ、そのため干渉要因は抑制される。時間窓は、伝送される信号の極性及び／又は周波数に従い、妥当な場合には使用される伝送プロトコルに従って形成され得る。例えば正極性のパルスが期待される場合、負極性のパルスは無視される。更に、大きな時間間隔で定期的にデータの一団を伝送し、釣り合いのとれた時間窓内に受信することが更に可能である。

望ましくは、マイクロプロセッサが制御ユニットにおいて使用される。したがってマイクロプロセッサの能力により、測定用プローブにおいて多くの操作を実行することが可能である。例えば、測定用プローブの繰り返される負荷への暴露が登録され、処理ユニットによって問い合わせられ得る。

差動増幅器用として使用するのに好まれるのは、電圧入力及び電圧出力を有する演算増幅器、又は電流入力及び電圧出力（トランスインピーダンス増幅器）を有する演算増幅器である。

本発明の信号伝送装置及び本発明の方法は、任意のセンサ又は［非特許文献２］「Process Measurement Solutions Catalog 2005/06」，Mettler−Toledo GmbH，CH-8902 Urdorfの２４、２５ページ及び６６、６７ページに記載された種類のペーハー測定用プローブ又は酸素測定用プローブなどの所望の測定用プローブ用に使用され得る。

このように、さらなる機能を実現するために、信号の双方向伝送用に従来の信号線と共に本発明の信号伝送装置が使用される場合、さらなる設置を必要とせずに、既存システムを拡張することができる。

以下、図面を参照し、更に詳細に本発明を説明する。

図１は、処理物質（６）で満たされた容器（８１）から成る構成（８）を有するシステムであって、パイプライン（８２）を介し、次に続く処理段階のシステムユニットに接続され得る。本発明の信号伝送装置（２）を経由し信号処理ユニット（３ａ）又は（３ｂ）に接続される測定用プローブ（１ａ）、（１ｂ）、（１ｃ）によって加工材料（６）の特性が測定される。他機能を含み測定コンバータとしての役目を果たす信号処理ユニット（３ａ）、（３ｂ）は、セグメントカプラ（３０）を経由し主要なコンピュータ（３００）に接続される。

ガラス電極（１６）、基準電極（１５）及び補助電極（１８）を含む単一ロッドの測定チェーンとして構成されるペーハー測定用プローブの主要構造を図２に図式的に例示する。導体要素（１６）を含むガラス電極及び基準要素（１５）を含む基準電極は、測定用プローブ（１）において構造的に結合される。内部チューブ（１１）内の第１のチェインバー及び隣接する薄壁で囲まれたガラス半球又は、ガラス膜（１１１）において導体要素（１６）が、ガラス膜（１１１）内部と導体要素（１６）との間の導電接続を確立する、所定のペーハー値又は内部のバッファ（１４）の溶液に浸漬される。測定の間、導体要素（１６）においてそれ自体を設定する電圧電位（図５参照、信号源（ＳＱ１_Ｇ））は、基準要素（１５）の電圧電位（図５参照、信号源（ＳＱ１_Ｒ））と比較され、この基準要素（１５）はゆっくりとした拡散（伝播）によって多孔性の分離壁又はダイヤフラム（１２１）を介し検査材料（６）に通っていく電解質中の外部チューブ（１２）又は外部バッファ（１３）の中に浸漬されている。

内部バッファ空間に配置されるのは、温度測定センサ（１７）であって、それを介し温度による影響の自動補正及び温度の繰り返し測定を実現できる。

以下更に詳細に説明する本発明による信号伝送装置（２）が、測定用プローブ（１）の頭部に内蔵され、信号線（Ｌ_Ｇ）、（Ｌ_Ｒ）、（Ｌ_Ｔ）を介し、信号処理ユニット（３）に接続される。

図３は測定用プローブ（１）に内蔵される本発明による信号伝送装置を表示し、差動増幅器（ＯＶ）を有し、その非反転入力は、ガラス電極（１６）によって生成される入力信号（ｕ_１０）（測定点ＭＰ１参照）を受信し、対応するその出力信号（ｕ_ｌ）は、低インピーダンスを伴って伝送路（Ｌ）に配信され得、それによって出力信号（ｕ_ｌ）は、信号処理ユニット（３）に伝送される。ガラス電極（１６）が検査材料に浸漬すると即座に電圧（ｕ_１０）は、ガラス電極（１６）において生ずる前述の電圧電位となる。この場合、検査物質（６）及びガラス膜（１１１）は電圧源（ＳＱｌ）を形成し、その内部インピーダンスはガラス膜（１１１）の抵抗器（Ｒ_Ｇ）によって主に決定される。

電圧（ｕ_２’）を示す差動増幅器（測定点（ＭＰ２）を参照）（ＯＶ）の出力は、第１の抵抗器（Ｒ１）を介し差動増幅器（ＯＶ）の反転入力と同様に伝送路（Ｌ）に接続される（測定点（（ＭＰ３）を参照）。差動増幅器の入力部の電圧差は、実際には０であるので、測定点（ＭＰ３）の電圧（ｕ₁）は、差動増幅器（ＯＶ）の非反転入力及び測定点（ＭＰ１）における入力電圧（ｕ_１０）に正確に従う。信号処理ユニット（３）において、第２の抵抗器（Ｒ２）を介し電圧が伝送路に加えられる場合であっても、測定点（ＭＰ３）における電圧（ｕ_ｌ）は、測定点（ＭＰ１）における電圧（ｕ_１０）と同一レベルに保持される。これは、第２の抵抗器（Ｒ２）を介し流れる電流（ｉ_２）が常に第１の抵抗器（Ｒｌ）を介し流れる電流（ｉ_１）と等しくなければならないという結果を有する。信号源（ＳＱ２）が抵抗器（Ｒ２）を介し電圧（ｕ_２）を伝送路（Ｌ）に伝送し、かつ、伝送路（Ｌ）が他の負荷を全く有しない、という条件のもとでは、以下の式が適用される：
ｉ_１＝ｉ_２
ｕ_Ｒ１／Ｒ１＝ｕ_Ｒ２／Ｒ２
（ｕ_２’−ｕ_１）／Ｒ１＝（ｕ_１−ｕ_２）／Ｒ２
したがって、差動増幅器の出力に存在する電圧（ｕ_２’）は、次の式に従う：
ｕ_２’＝（ｕ_１−ｕ_２）Ｒ１／Ｒ２+ｕ_１
抵抗器（Ｒ１）と（Ｒ２）の値が等しい場合、以下の式が適用される：
ｕ_２’＝（ｕ_１−ｕ_２）＋ｕ_１
ｕ_２’＝２ｕ_１−ｕ_２
従って、差動増幅器（ＯＶ）の出力、測定点（ＭＰ２）には電圧ｕ_ｌ（（ｕ_１０）も）が存在し、（ＭＰ２）上では電圧差（ｕ_１−ｕ_２）が重ね合わされる。測定用プローブ（１）に配置される制御ユニット（ＴＲ１）の入力にこの電圧（ｕ_２’）が伝送され、電圧（ｕ_２）に比例する信号を簡単な方法で生成する能力と、それから更なる信号を取得する能力と、又はデータが伝送される場合、それらを評価する能力と、を有する。

図４に表示されるように、測定点（ＭＰ５）における電圧（ｕ_２）もまた、言うまでもなく制御スイッチ（ＳＱ２’）によって所定の電位、例えば接地電位に設定され得、その場合において、差動増幅器（ＯＶの）出力、すなわち測定点（ＭＰ２）における電圧（ｕ_２’）は、以下の値を呈する：
ｕ_２’＝（ｕ_１−０）Ｒ１／Ｒ２+ｕ_１
ｕ_２’＝ｕ_１（Ｒ１／Ｒ２）＋ｕ_１
ｕ_２’＝ｕ_１（（Ｒ１／Ｒ２）＋１）
スイッチが開位置にある場合、ｕ_１＝ｕ_２であり、したがって：
ｕ_２’＝（ｕ_１−ｕ_１）Ｒ１／Ｒ２＋ｕ_１
ｕ_２’＝ｕ_１
したがってスイッチ（ＳＱ２’）を操作することにより、電圧（ｕ_２）を２値のうちの１つから別の値に切り換え、それによって処理ユニット（３）又は第２の制御ユニット（ＴＲ２）から測定用プローブ（１）又は第１の制御ユニット（ＴＲ１）にクロックパルス又はデータを伝送できる。しかし、スイッチ（ＳＱ２’）１つだけが使用される場合、ユニポーラ信号だけが伝送され得、そうすると、バイポーラ信号が要求される場合、それらは第１の制御ユニット（ＴＲ１）中のユニポーラ信号から取得される必要がある。スイッチ（ＳＱ２’）によって生成されるクロック信号及び／又はデータは、第１の制御ユニット（ＴＲ１）によって登録され、場合によっては再生成され加工される。したがって、［特許文献２］及び［特許文献３］において記載されるように、第１の制御ユニット（ＴＲ１）の出力から望ましくは第３の複素インピーダンス要素（Ｒ３）を介し、電極（１６）すなわち測定点（ＭＰ１）に、望ましくはバイポーラ対称方形波信号の形式で検査信号（ｓｗ）を伝送することが可能である。また、望ましくは周期的な間隔及び短い時間窓で入力信号（ｕ_１０）上にデータを重ね合わせ、第２の制御ユニット（ＴＲ２）によって測定信号からデータを分離することも可能である。図４の矢印で示されるように、データ（ｄｄ）は処理ユニット（３）から測定用プローブ（１）に伝送され、データ（ｄｕ）は測定用プローブ（１）から処理ユニット（３）に伝送される。

図５は、２つの信号経路を有する本発明による信号伝送装置を表示し、その設計構造は実際には、図３の回路装置と同一であって、信号経路それぞれは、双方向信号伝送の役目を果たし、信号経路は電極（１５）及び（１６）それぞれ、例えば測定用プローブ（１）のガラス電極及び基準電極に接続される。信号経路それぞれは第１の制御ユニット（ＴＲ１_Ｇ）、（ＴＲ１_Ｒ）を提供されていて、それによって処理ユニット（３）、具体的には処理ユニット（３）に配置される制御ユニット（ＴＲ２_Ｇ）、（ＴＲ２_Ｒ）によって、配信されるクロック信号及び／又はデータが、登録され加工される。［特許文献３］に記載されるように、異なる周波数の検査信号（ｆ_Ｇ）、（ｆ_Ｒ）は、複素インピーダンス要素（Ｒ３_Ｇ）及び（Ｒ３_Ｒ）、具体的には、ＲＣ−要素（Ｒ_ＴＧ）、（Ｃ_ＴＧ）及び（Ｒ_ＴＲ）、（Ｃ_ＴＲ）を経由し、２つの第１の制御ユニット（ＴＲ１_Ｇ）、（ＴＲ１_Ｒ）から電極（１５）、（１６）に送信される。処理ユニット（３）において提供される信号源（ＳＱ２_Ｇ）、（ＳＱ２_Ｒ）から発する信号が、複素インピーダンス要素（Ｒ２_Ｇ）及び（Ｒ２_Ｒ）、具体的にはＲＣ−要素（Ｒ_ＸＧ）、（Ｃ_ＸＧ）及び（Ｒ_ＸＲ）、（Ｃ_ＸＲ）を経由し、結合する伝送路（Ｌ_Ｇ）、（Ｌ_Ｒ）それぞれに同様に送信される。

図６は、本発明による２つの信号経路を有する信号伝送装置を例示し、そのうち１つだけが双方向信号伝送の役目を果たす。第２の信号経路用の検査信号及びクロック信号は、周波数分割器（ＤＩＶ）によって生成され、それによって回路の構成は、範囲内において大幅に削減される。この構成によって、第１の周波数（ｆ_Ｇ）は、望ましくは（ｆ_Ｇ）の整数倍より高い第２の周波数を導き出すために使用され、除数＜１のとき（ｆ_Ｇ）は（ｆ_Ｒ）より小さく、除数＞１のとき（ｆ_Ｇ）は（ｆ_Ｒ）より大きい。言うまでもなく、第２の経路又は更なる信号経路上にて、双方向信号伝送を実施することもまた可能である。

望ましい実施例において、記載した本発明による信号伝送装置は、任意に選択されるプロトコルのもと、データ及び信号の伝送のために使用され得る。第１及び第２の制御ユニット（ＴＲ１）、（ＴＲ２）においてマイクロプロセッサを使用することによって、将来、実現され得るアプリケーションに対してもまた適切となるデータ量を伝送することが可能である。

本発明による測定用プローブ（１）が従来の測定用プローブに代わって既存システムに導入され得るように、信号伝送装置の必須要素を測定用プローブに内蔵可能であること、に留意しておく必要がある。

以下留意すべきは更に、測定量を示す電流又は電圧を配信する任意の測定用プローブ及びセンサのために、本発明による信号伝送装置が使用され得るということである。信号に応じて、差動増幅器又は演算増幅器のうち［非特許文献１］の４８２ページに示される１つが選択される。

本発明の概念下において動作する単段のシステムを示し、３つの測定用プローブ（１ａ）、（１ｂ）、（１ｃ）が内蔵された容器（８）、（８１）、（８２）を有し、これらは測定コンバータ又は信号処理ユニット（３ａ）、（３ｂ）、セグメントカプラ（３０）及びバスシステムを介し主要なコンピュータ（３００）に接続されている。検査液（６）に浸漬されていて、信号伝送装置（２）によって信号処理ユニット（３）に接続される本発明の測定用プローブ（１）を図的に示す。インピーダンス変換器として機能するために配置される演算増幅器（ＯＶ）を有し、その非反転入力が測定用プローブ（１）の電極に接続され、その出力が第１の抵抗器（Ｒ１）を経由し、処理ユニット内の信号源（ＳＱ２）に接続される伝送路（Ｌ）に接続される本発明の信号伝送装置の回路原理を例示する。制御された信号源（ＳＱ２’）として機能するスイッチを有する図３の信号伝送装置を表示し、該スイッチはクローズ時、第２の抵抗器（Ｒ２）を経由し伝送路（Ｌ）を接地電位に接続する。信号の双方向伝送の役目を果たす２つの信号経路を有する本発明の信号伝送装置を示す。２つの信号経路を有し、そのうち１つだけが信号の双方向伝送の役目を果たす本発明の信号伝送装置を示す。

Claims

測定用プローブ（１）、特にペーハー測定用プローブ又は酸素測定用プローブなどの電気化学的な測定用プローブのための信号伝送装置が差動増幅器（ＯＶ）を含み、その非反転入力においては、前記測定用プローブ（１）の電極（１５；１６）によって提供される入力信号（ｕ_１０）が加えられ得るものと、その出力からは対応する低インピーダンス出力信号（ｕ_１）が伝送路（Ｌ）に配信され得、それによって前記出力信号（ｕ_１）が信号処理ユニット（３）に伝送され得るものであって、前記差動増幅器（ＯＶ）の出力が、一方においては、第１の抵抗器（Ｒ１）を経由し前記伝送路（Ｌ）及び前記差動増幅器（ＯＶ）の反転入力に接続されることと、他方においては、前記信号処理ユニット（３）によって前記伝送路（Ｌ）に加えられるクロック信号及び／又はデータなどの信号を登録する動作が可能な第１の制御ユニット（ＴＲ１）の入力（ｉｎｐ）に接続されること、を特徴とする信号伝送装置。
前記差動増幅器（ＯＶ）が、電圧入力及び電圧出力を有する演算増幅器、又は電流入力及び電圧出力を有するトランスインピーダンス増幅器であること、を特徴とする請求項１記載の信号処理装置。
前記差動増幅器（ＯＶ）が、インピーダンス変換器として作動するために配置されること、を特徴とする請求項１又は２記載の信号処理装置。
前記信号処理ユニット（３）内に存在し、特にデータ又はクロック信号を配信する役目を果たす信号源（ＳＱ２）が、第２の抵抗器（Ｒ２）を経由し前記伝送路（Ｌ）に接続されるものと、
及び／又は前記信号処理ユニット（３）内に存在する信号源（ＳＱ２）が、第２の抵抗器（Ｒ２）を経由し前記伝送路（Ｌ）に接続され、制御線（Ｃ１）を経由し前記信号処理ユニット（３）内に同様に存在する第２の制御ユニット（ＴＲ２）に接続されるものが、前記測定用プローブ（１）から伝送される前記信号及び／又はデータの加工をするための役目を果たし、前記信号源（ＳＱ２）からクロック信号を供給され得るか、又は前記信号源（ＳＱ２）に伝送されるデータ及び／又はクロック信号を伝送すること、を特徴とする請求項１、２又は３記載の信号処理装置。
前記信号源（ＳＱ２）によって前記伝送路（Ｌ）へ伝送される前記クロック信号及び／又はデータが、前記第１の制御装置（ＴＲ１）内において再生成され得、それらから取得される第１の周波数又は更なる周波数（ｆ_Ｇ、ｆ_Ｒ）の方形波などの検査信号が、前記測定用プローブ（１）の少なくとも１つの電極（１５；１６）に加えられ得るとすぐに、前記電極（１５；１６）において発生する電圧プロファイルの結果が、少なくとも１つの差動増幅器（ＯＶ；ＯＶ_Ｇ、ＯＶ_Ｒ）及び少なくとも１つの伝送路（Ｌ、Ｌ_Ｇ、Ｌ_Ｒ）を経由しそれらが加工され得る前記第２の制御ユニット（ＴＲ２）に伝送され得ること、を特徴とする請求項４記載の信号伝送装置。
前記電極（１５；１６）によって配信される前記信号が、インピーダンス変換器として配置され、結合された差動増幅器（ＯＶ_Ｇ、ＯＶ_Ｒ）それぞれを経由し、結合された伝送路（Ｌ_Ｇ、Ｌ_Ｒ）それぞれを経由し、前記信号処理ユニット（３）に伝送され得るものであって、クロック信号及び／又はデータが、前記伝送路（Ｌ_Ｇ、Ｌ_Ｒ）のうち１つだけを介し望ましくは伝送され得、周波数分割器（ＤＩＶ）を望ましくは含む第１の制御ユニット（ＴＲ１）だけによって望ましくは再生成され得、それによって、前記電極（１６）用に存在する検査信号（ｆ_Ｇ、ｆ_Ｒ、_・・・）が再生成され得ること、を特徴とする請求項５記載の信号伝送装置。
前記信号源（ＳＱ２）を前記伝送路（Ｌ；Ｌ_Ｇ、Ｌ_Ｒ）に接続する前記第２の抵抗器（Ｒ２）及び少なくとも第１の制御ユニット（ＴＲ１）を結合された前記電極（１５；１６）に接続する第３の抵抗器（Ｒ３）が、抵抗器（Ｒ_Ｔ１；Ｒ_Ｘ１）及びコンデンサ（Ｃ_Ｔ１；Ｃ_Ｘ１）を有する望ましくはＲＣ要素のような複素インピーダンス要素として形成されること、を特徴とする請求項５記載の信号伝送装置。
測定用プローブ（１）、特にペーハー測定用プローブ又は酸素測定用プローブ、及び測定用プローブ（１）の電極（１５；１６）によって提供される入力信号（ｕ_１０）を非反転入力において受信し、対応する低インピーダンス出力信号（ｕ_１）を伝送路（Ｌ）に配信し、順に前記出力信号（ｕ_１）を信号処理ユニット（３）に配信する、差動増幅器（ＯＶ）を含む信号処理ユニット（３）との間の信号伝送方法であって、前記差動増幅器（ＯＶ）の出力が、一方においては、第１の抵抗器（Ｒ１）を経由し前記伝送路（Ｌ）及び前記差動増幅器（ＯＶ）の前記反転入力に接続され、他方においては、前記信号処理ユニット（３）によって前記伝送路（Ｌ）に加えられるクロック信号及び／又はデータなどの信号を登録する動作が可能な第１の制御ユニット（ＴＲ１）の前記入力（ｉｎｐ）に接続されること、を特徴とする方法。
前記信号処理装置（３）内に存在する信号源（ＳＱ２）が、第２の抵抗器（Ｒ２）を経由し、第２の制御ユニット（ＴＲ２）によって供給され得るデータ又はクロック信号を前記伝送路（Ｌ）に伝送することと、及び／又は、前記信号処理ユニット（３）内に存在する前記信号源（ＳＱ２）が、第２の抵抗器（Ｒ２）を経由し、クロック信号を前記伝送路（Ｌ）に送信し、制御線を経由し前記第２の制御装置（ＴＲ２）に送信すること、を特徴とする請求項８による方法。
前記伝送路（Ｌ）を介し伝送される前記クロック信号及び／又はデータが、前記第１の制御ユニット（ＴＲ１）において再生成され、第１の周波数の方形波信号又は前記周波数を細分することによって取得され得る更なる周波数（ｆ_Ｇ、ｆ_Ｒ）などの検査信号がそれらから望ましくは抽出され、前記測定用プローブ（１）の少なくとも１つの電極（１５；１６）に加えられるとすぐに、前記電極（１５；１６）における電圧プロファイルの結果が、少なくとも１つの差動増幅器（ＯＶ；ＯＶ_Ｇ、ＯＶ_Ｒ）及びそれらが評価される前記第２の制御ユニット（ＴＲ２）への少なくとも１つの伝送路（Ｌ；Ｌ_Ｇ、Ｌ_Ｒ）を経由して前記第２の制御ユニット（ＴＲ２）に伝送されること、を特徴とする請求項８又は９記載の方法。
前記データ及び／又はクロック信号が着信することを期待される時間窓は、伝送されている前記信号の極性及び／又は周波数に望ましくは従い、使用される前記伝送プロトコルにできるだけ従って、前記第１及び／又は前記第２の制御ユニット（ＴＲ１、ＴＲ２）において形成されること、を特徴とする請求項８、９又は１０による方法。
測定用プローブ（１）、特に請求項１、２、３又は６記載による信号伝送装置を有するペーハー測定用プローブ又は酸素測定用プローブ。