JP6716791B2 - 導線を監視するための方法と測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、通常状態からの偏差に基づいて導線を監視するための方法および測定装置に関する。

導線は、好ましくは導線の全長に沿って延在する測定導体を備えている。

導線は例えばエネルギおよび／または信号を伝送する働きをし、少なくとも１本の芯線、通常は複数本の芯線、すなわち絶縁された導体を備えている。複数本の芯線はしばしば、共通の導線シースによって１本の導線にまとめられている。特にデータ導線または信号導線の場合さらに、頻繁に遮蔽層が形成されている。例えば自動車分野での多くの用途では、導線は持続時間や強さが不明の種々の負荷を受ける。頻繁に変化する環境条件、例えば熱の作用は、導線の摩耗を予測できるようにするために、しばしば推定することができないかまたは十分に推定することができない。さらに、導線は例えば振動によって、損傷を引き起こし得る機械的な負荷を頻繁に受ける。所定の最短寿命を保証できるようにするために、導線は一般的に過大寸法に設計されている。代替的に、導線を運転中または少なくとも規則的な時間的間隔で監視し、コントロールすることもできる。

欠陥に基づいて導線を検査するための公知の方法は、いわゆる時間領域反射器測定、短く言うとＴＤＲ（Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒｍｅｔｒｙ）である。その際、導線に沿って延在する導体内に、測定パルスが供給され、応答信号の電圧経過が評価される。この場合、実際の電圧経過は比較的に精巧で高価な測定機器によって検出および評価される。ＴＤＲは通常、測定実験室または高価な測定装置で使用される。ＴＤＲはさらに、ＥＳＤ（静電放電）に非常に敏感である。

しかし、このような方法は、それに伴うコスト、複雑性または故障しやすさに基づいて、例えば工業分野または自動車分野における導線のルーチン検査のためには適していない。

この背景をふまえて、本発明の根底をなす課題は、導線の監視を低コスト化で、特に繰り返してまたは規則的に行うことができる方法と測定装置を提供することである。その際、監視は特に、導線を最終製品に組み込んだ状態でおよび／または導線の予定された運転で行うべきである。

この課題は本発明に従い、請求項１に記載の特徴を有する方法によっておよび請求項１５に記載の特徴を有する測定装置によって解決される。方法と測定装置の有利な実施形はそれぞれ従属請求項に記載されている。方法に関して説明する効果と有利な実施形は同様に、測定装置に適用可能であり、その逆も可能である。

方法と測定装置により、導線に関する状態量の監視が簡単で低コストの構成で可能である。状態量は例えば導線の内部の状態量である。従って、導線状態自体が監視される。その代わりに、外部の状態量が監視される。この変形の場合には、周囲の状態、例えば監視すべき構成要素の状態が間接的に検査される。

方法によって監視すべき導線は、スタート時間に測定信号が供給される測定導体を備えている。測定導体は障害個所の存在を監視される。障害個所とは、測定信号が少なくとも部分的に反射される場所であると理解される。少なくとも部分的な反射は一般的に、障害個所による測定導体の波抵抗の変化時に行われる。障害個所は導線端部または接続個所でもよい。測定導体は、導線端部または複数の他の障害個所で反射させられて戻る成分について監視される。戻る成分の振幅が検出され、設定された電圧閾値（以下短縮して閾値と言う）を上回るときに、デジタルのストップ信号が発生させられる。さらに、スタート時間とストップ信号の間の経過時間が検出および評価される。障害個所が存在しないと、ストップ信号を発生しない。これは無傷の導線を示す。

閾値を上回るとは特に、閾値の下方の値から閾値の上方の値への正の上回りであると理解される（狭義の上回り）。閾値を上回るとは好ましくは、高い値から低い値への負の上回りも意味すると理解される（狭義の下回り）。

閾値の上回りは好ましくは、コンパレータによって検出される。このコンパレータは閾値を上回るときに、特に正の上回りと負の上回りのときに、ストップ信号を発する。閾値は閾値の定義に相応して基本的にはゼロではなく、例えば供給された信号の振幅の少なくとも１０％以上である。反射した成分と供給された信号の重なりが行われると、閾値は例えば、供給された信号の振幅の少なくとも１０％上方または下方にある。

反射した成分が閾値を上回るときにデジタルのストップ信号だけを発生することが、方法の低コストの構成にとって重要な意味を有する。この場合、デジタルのストップ信号とは、デジタルの状態情報イエス／ノー（または１／０）だけを伝える２進信号であると理解される。従って、反射した信号の振幅の大きさに関する情報を含んでいない。振幅に関する情報は、選択された閾値との組合せで生じる。この閾値はストップ信号のためのトリガ閾値である。従って、閾値と組合せられるストップ信号に基づいて、反射信号の（最小）振幅の割り当てが可能である。その際、この振幅を測定する必要がない。

ストップ信号は基本的にはアナログ信号でもよいがしかし、好ましくは例えば電圧パルスまたは電圧の急激な変化の形をしたデジタル信号である。ストップ信号によって、比較的に簡単な評価回路が可能である。従って、ＴＤＲ測定の場合とは違って、実際の電圧経過の時間分解能的な測定が行われない。ＴＤＲ測定は実施されない。個別の測定毎に、すなわち測定信号／各測定信号の発信の後で、所定の電圧閾値のときにストップ信号が発生および評価させられる。本発明に係る方法は、デジタル回路技術によって簡単に実現することができる。ＴＤＲ測定装置の場合に必要であるようなアナログ／デジタル変換器は本発明では用いられない。

反射は障害個所で行われるかまたは一般的に伝播する測定信号のための波抵抗が変化する個所で行われる。測定装置は特に、測定導体の導線端部で測定信号の部分反射または全反射が行われるように形成されている。そのために、測定導体は特に、いわゆる開放した端部を備えている。

基本的には、スタート時間とストップ信号の間の測定された経過時間の絶対的な評価が可能である。従って、例えば導線長さが知られている場合、波抵抗が知られている場合および測定導体を取り囲む（温度依存性の）誘電体の温度依存性が知られている場合には、経過時間から測定導体の実際の温度負荷を直接推測することができる。実際に測定された経過時間から、例えば障害個所の場所、例えば導線の折れ曲がり等を直接検出することができる。測定のために、特に付加的な基準導体を使用せずに、（戻り導体と関連して）測定導体に関する測定だけが行われる。基準導体には、例えば測定信号が基準信号として平行に供給される（および場合によっては反射した信号が評価される）。

しかし、このような絶対評価は一般的に、評価時の高い精度と、特に導線の特性に関する非常に正確な情報を必要とする。従って、合目的な実施形では、設定された基準との比較が行われる。少なくとも、導線の通常の状態の経過時間に関する基準時間との比較が行われる。基準時間に対して偏差がある場合は、通常の状態からの偏差が確認される。

最も簡単な場合には、導線は測定導体と通常は必要な戻り導体だけを備えている。このような場合、導線は例えば純粋なセンサ導線として形成されている。このセンサ導線は例えば、１つまたは複数の状態量の検出のほかに、他の機能を有していない。その代わりに、測定導体は、データおよび／または出力を伝達するために形成されかつ例えば複数の伝達要素を備えている導線の構成部品であってもよい。変形では、測定導体を介して、データまたは出力の伝達が行われる。従ってこの変形では、測定導体が測定導体としての機能と、データ／電気的な出力を伝達するための通常の導体としての機能の２つの機能を有する。従って、本測定思想のために、既存の従来の導線を、付加的な測定導体の分だけ拡張させる必要はない。

有利な実施形では、測定サイクルが連続する複数の個別の測定によって実施される。この場合、各個別の測定時に、１つのストップ信号が発生させられるので、異なる経過時間を有する複数のストップ信号が得られる。従って、各個別の測定時に、調節された閾値と経過時間からなる対の値が記録および記憶される。その際、複数のストップ信号は特に、導線端部で反射した成分の全体経過時間の少なくとも１０％、好ましくは少なくとも３０％、さらに好ましくは少なくとも５０％または少なくとも７５％の時間範囲にわたって延在している。時間範囲が導線端部で反射した成分の全体経過時間を含んでいると有利である（通常条件、乾燥、２０°Ｃのとき）。その際、全体経過時間は供給個所における測定導体への測定信号の供給から、導線端部で反射した成分の、供給個所への到着までの時間によって生じる。この手段により、導線長さにわたって分散した障害個所を検出することができるかまたは障害個所によって生じる信号経過を考慮して所定の障害個所をより正確に測定することができる。従って、少なくとも部分範囲にわたって、複数のストップ信号によって、すなわち特にストップ信号に含まれる、複数の対の値（閾値の高さと経過時間）によって、実際の信号経過が再現される。この対の値が記憶および評価されるので、この対の値から信号経過が再現される。

従って、測定サイクルの間、連続する個別の測定信号が測定導体に供給される（個別の測定あたり１つの測定信号）。その際、それぞれの測定信号は方形信号として形成され、連続する２つの測定信号の間に休止が供給される。休止時間、すなわち２つの測定信号の間の時間は好ましくは測定信号の時間よりも大きく、例えば少なくとも１．５倍または２倍である。信号時間（パルス時間）に対する休止時間の比は例えば２：１である。特に、この比は測定サイクルの経過中に変化する。

さらに、好ましくは測定信号のために最大時間が設定される。測定信号は例えばストップ信号の認識後中止される。すなわち、測定信号の時間は一般的に個別の測定の間で変化する。しかし、ストップ信号が検出されない場合は、設定された最大時間に達した後で測定信号が終了し、測定が終わる。

導線は往々にして、理想的な状態と異なり、組み込まれた状態で既に、障害作用を少しだけ有する。この障害作用は通常状態を表すがしかし、通常の運転にとって重要ではない。このすべての障害個所は測定信号の部分反射を生じる。従って、各導線は通常状態で既に、好ましいことに複数の反射成分の特徴的なパターンを有する。以後これを基準パターンと呼ぶ。逆に、検査すべき導線はある程度の運転時間の後で同様に、この時点での導線を表す、少なくとも１つのストップ信号を含むストップパターンを有する。合目的には、
ストップパターンが基準パターンと比較され、偏差に関して検査される。反射して戻る個別のいろいろな成分の経過時間のほかに、特にこの反射成分の電圧値の高さが検出および評価される。その際、基準パターンとストップパターンはいろいろな経過時間を有するストップ信号の数によって形成される。

閾値が可変調節可能であると有利である。これにより、例えば信号高さ（電圧値）に関しての反射成分の評価が可能である。閾値を上回るときに１つだけのデジタルストップ信号を発生する測定原理に基づいて、閾値の変化によって、反射成分の信号高さ、すなわち信号電圧に関しての評価が可能になり、実施される。すなわち、反射成分の実際の信号高さが求められる。この手段により、いろいろな欠陥ケースまたは状況を検出することができる。複数の個別の測定からなる測定サイクルと組み合わせた閾値の変化はさらに、信号経過を立ち上がりエッジおよび／または立ち下がりエッジによって近似的に求めることを可能にする。

有利な実施形では、閾値が、測定信号の振幅の少なくとも０．５倍そして好ましくは少なくとも０．７５倍に相当する範囲にわたって変化する。特に、閾値は例えば測定信号の振幅の０．２倍と０．９倍または１倍の間の範囲にわたって変化する。連続的な個別の測定と閾値の変化によって、信号経過が生成または近似形成される。測定信号の振幅の比較的に大きな範囲にわたる変化によって、小さな反射率を有する障害個所と、全反射までの高い反射率を有する障害個所の両方が検出される。

複数の個別の測定を有する測定サイクルの範囲内で、個別の測定の度に測定信号が供給され、異なる個別の測定に関して、好ましくはすべての個別の測定に関して、閾値が変化させられる。従って、複数の個別の測定から、複数のストップ信号が発生し、このストップ信号は検査すべき導線の特徴的なストップパターンに入り、特にストップパターンを形成する。

閾値の変化は、若干の特徴的な障害作用が反射成分の所定の振幅をもたらすことになるという考察に基づいている。閾値を高めることにより、高い反射信号振幅を有する障害個所だけが検出される。

それぞれの個別の測定は本発明による測定原理に基づいて好ましくは、ストップ信号が発せられるや否や終了する。導線に関して、その都度類似する信号振幅を有する反射成分をもたらす複数の同様な障害個所が存在するかどうかを確実に検査するために、有利な実施形では、最初の個別の測定の後で測定デッドタイムが設定され、この測定デッドタイムの間測定装置はほとんど作動停止し、ストップ信号に応答しない。その際特に、最初の個別の測定と検出された最初のストップ信号の後で、第２の個別の測定が行われる。この第２の個別の測定では、好ましくは最初の個別の測定の場合と同じ閾値が生じる。ストップ信号の検出が行われない測定デッドタイムは、最初の個別の測定時に検出される、スタート信号とストップ信号の間の経過時間よりも（少しだけ）大きい。それによって、最初のストップ信号に割り当てられた反射成分が第２の個別の測定時に検出されることが回避される。このサイクルは好ましくは、他のストップ信号がもはや検出されなくなるまで、複数回繰り返される。すなわち、測定デッドタイムはその都度、先行する個別の測定時に検出された（第１、第２、第３等）のストップ信号の経過時間に適合され、すなわち少しだけ大きく選定され、この調節された閾値まで他のストップ信号を発しない。

閾値の変化と組み合わせた、その都度の測定デッドタイムの適切な調節により、信号経過が正確に測定されると合目的である。これによって特に、信号経過において立ち下がりエッジも検出される。従って、立ち上がりエッジと立ち下がりエッジを有する信号ピークを検出および評価することできる。

複数の個別の測定によって、それゆえ一般的に、異なる所定の閾値で、反射成分の経過時間（ストップ信号）が検出される。その限りでは、この方法は、電圧不連続の時間測定方法と見なすことができる。その際、個別の測定の数は好ましくは１０以上、さらに好ましくは２０以上または５０以上および例えば１００個までまたはそれ以上である。

供給された測定信号は、一般的に１×１０^８ｍ／ｓと２．５×１０^８ｍ／ｓの間の速度で測定導体内を進む。例えば自動車分野の非常に関心のある１〜２０ｍの導線長さの場合、測定信号の経過時間は数ナノ秒から数１０ナノ秒までの範囲内にある。

十分な分解能を保証するために、測定デッドタイムがその前に検出されたストップ信号の経過時間よりも０．１〜１ナノ秒（ｎｓ）、好ましくは０．５ｎｓだけ大きく選定されていると合目的である。

さらに、閾値の変化によって、いわゆるトリガ波が検出されると有利である。このトリガ波に基づいて、波抵抗の程度が決定される。閾値の連続的な変化（上昇）により、反射成分の信号振幅の最大値が少なくとも近似的に（閾値の歩幅に依存して）検出される。信号振幅が障害個所の波抵抗の高さの程度であるので、これから波抵抗の（絶対的な）大きさを求めることができる。さらに、トリガ閾値に基づいて、導線がまだ十分良好な状態であるかどうかあるいは場合によっては交換すべきであるかどうかの決定基準が求められる。絶対的な評価のほかに、基準パターンとの比較による評価の方法がある。この場合、例えば反射成分の信号振幅の高さの増大の程度に依存して、導線がまだ良好であるかどうかが決定される。

基本的には、比較的に短い測定信号を測定パルスのように測定導体に供給し、反射した成分を検出することもできる。しかしこれは非常に正確で高精細の供給装置と測定装置を必要とする。従って、供給される測定信号が、所定の長さの導線長さを有する導線を通る測定信号の信号経過時間の少なくとも２倍に相当する信号時間を有することが好ましい。それによって、測定信号と反射成分との重なりが行われる。これに相応して、閾値は測定信号の電圧の上方にある。代替的な変形では、閾値は測定信号の電圧の下方にある。

その際、測定信号の信号時間は好ましくは、ｋＨｚ範囲および特にＭＨｚ範囲の周波数に相当し、例えば最大で約８ＭＨｚである。測定原理にとって、測定信号の時間は重要ではない。もちろん、測定サイクルを実施する際に、長い信号時間は、導線の測定時の全体測定時間を長くすることになる。１つの測定サイクルのために、複数の個別の測定、例えば１０以上、２０以上、５０以上または１００以上の個別の測定を実施すると有利である。それ故、信号時間は好ましくはＭＨｚ範囲、特に１〜１０ＭＨｚ範囲に選定される。

有利な実施形では、測定信号の信号時間は異なる個別の測定時に異なるように調節される。特に、信号時間は反射成分が到達するまでの経過時間に適合させられる。すなわち、信号時間は反射成分の経過時間に依存して調節され、例えば少なくともこの経過時間に一致しているかまたはこの経過時間よりも少しだけ（＋１０％）大きい。ストップ信号が検出されるや否や、測定信号の供給が制御によって積極的に終了させられると有利である。測定信号の信号時間のこの適合と変形は、測定サイクルの加速、すなわち全体測定時間の短
縮を促進する。

測定信号は一般的に、既知の形状を有し、特に方形信号として形成されている。できるだけ明確な測定結果を得るために、測定信号が非常に急上昇する立ち上がりエッジを有すると合目的である。この場合、急上昇するとは特に、最大２０００ｐｓ（ピコ秒）内で、
好ましくは最大１００ｐｓ内で測定信号の振幅の１０％から９０％への上昇が行われることであると理解される。

既に説明したように、好ましくは、導体を測定するために１つの測定サイクルの範囲内で、複数の個別の測定が実施される。この複数の個別の測定から、時間的に分配配置された複数のストップ信号が検出されると有利である。従って、複数のストップ信号は、供給された測定信号と反射した成分の実際の信号経過を近似的に表す。このストップ信号から、供給されて導線端部で反射した測定信号の実際の信号経過が例えば数学的な曲線の当てはめによって近似的に求められると合目的である。

その際、近似的に求められた信号経過は好ましくは、基準パターンの同様に近似的に求めた信号経過と視覚的に比較できるようにするために、可視化される。

複数の個別の測定の場合好ましくは、閾値が連続的に変化させられる。この場合好ましくは、異なる閾値歩幅が設定される。歩幅が微細であればあるほど、経過を正確に近似的に求めることができる。その際、連続する２つの閾値の間の歩幅は好ましくは、例えばその前に検出された測定結果に依存して適応適合させられる。例えばストップ信号が検出されると、それぞれの障害個所を示す信号ピークが達成されるかまたは再び減衰されるまで、次の閾値のためにできるだけ小さな歩幅が調整される（増大／減少する）。

さらに、有利な実施形では、ストップ信号の経過時間に基づいて、障害個所の場所が推定される。従って一般的に、障害個所に関しての場所の評価、ひいては場所を解明したストップパターンが発生または評価される。

特にできるだけ高い場所の分解能を達成するために、一般的に測定装置は高い時間分解能を有する。この時間分解能は好ましくは１００ｐｓよりも小さく、好ましくは約５０ｐｓである。すなわち、この時間分解能よりも時間的に大きく互いに離隔されている２つの事象は、分離された事象として検出および評価される。

合目的な実施形では、複数の行を有する時間パターン（ストップ−時間パターン）が発生させられる。各行には、所定の（一定の）閾値のストップ信号の経過時間が表示されている。所定の閾値は行毎に変化する。従って、この時間パターンに基づいて、どの時点でどの閾値を上回るかが直ちに識別可能であり、従ってどの障害個所がどの位置にあるかが直ちに判る。

特に、基準パターンについても、このような時間パターン（基準時間パターン）が表示されるので、ストップ−時間パターンとの比較によって位置のずれが非常に簡単に認識および評価可能である。従って、それぞれの時間パターンは特に二次元のマトリックスである。縦欄はいろいろな経過時間を表し、行はいろいろな閾値を表す。

基準パターンとストップパターンの間のできるだけ簡単な比較に関連して、基準パターンは出発状態の導線に基づいて基準測定の範囲内で検出される。ここでも、ストップパターンの場合のように、複数の（１０以上、２０以上、５０以上または１００以上の）個別の測定による設定された測定サイクルの実施が行われる。従って、この基準測定の場合、導線の信号経過全体を出発状態で検出することができる。その際、出発状態とは、導線の組立て状態または設備また構成要素に組み込まれた導線の状態であると理解される。これは、組立て時、すなわち構成要素へのプラグまたはコネクタの固定時に既に、本来の障害個所が発生するという考察に基づいている。これは、導線の不所望な延長形状あるいはプラグの範囲内の締付け個所による折れ曲がり個所または曲げ個所である。規定通りの接続の場合には、この本来の障害個所は通常の状態または出発状態では、導線の通常の運転に
とって問題ではない。従って、通常の状態または出発状態での導線の測定と、ある程度の運転時間後の導線の後の測定とにより、導線の状態の変化が既に発生しているかどうかまたはどの程度発生しているかが簡単に判る。この手段によって特に、導線の起こり得る故障停止時間または残りの寿命に関して、予測が可能になり、かつ行うことができる。従って、この手段によって、はっきり現れる欠陥に対して過早に対応することができ、必要の場合には導線を交換することができる。

その際、導線の測定は繰り返して、特に周期的に繰り返して行われる。用途に応じて、測定の間には、秒、分、時、日または月が存在する。自動車分野では例えば、定期点検の範囲内でその都度検査を行うことができる。

基準パターンが符号化またはコード化された形で記録されると有利である。この手段により、コード化を知っている権限を有する者だけが導線の検査と評価を行うことができる。

導線を監視するための方法が、温度負荷または温度過負荷で使用すると合目的である。そのために、測定導体は温度に依存する誘電率を有する絶縁体（誘電体）によって取り囲まれている。この場合、絶縁体は特に、特別なＰＶＣまたはＦＲＮＣ材料（難燃性非腐食性材料）である。温度に依存する誘電率を有する絶縁材料は知られている。温度依存性に基づいて、温度変化は反射した成分の経過時間を変化させることになるので、検出されたストップ信号の経過時間は基準パターンの基準時間と比較して移動させられる。この時間的な移動から、変化した温度負荷が推定される。基準パターンは一般的に例えば２０°Ｃの周囲温度で検出される。導線長さを介して伝えられる温度を求めるためには、反射成分の経過時間の測定で十分である。反射成分は導線端部でまたは場所的に定められた既知の障害個所で反射する。

さらに、時間的な移動の程度から、変化した温度負荷の程度が推測される。これからさらに、絶対的な実際の温度を推定することできる。これは基本的には、基準パターンと比較しないで、経過時間だけに基づいて可能である。設定された温度を上回ると、これは導線の過負荷として認識される。しかし、基準パターンとの比較が行われ、相対的な移動から、場合によっては許容されない温度負荷が推定されると有利である。

有利な発展形態では、方法によって、導線の外側の外部状態量が求められ、特にその値が決定される。この場合、外部状態量は導線に沿って変化する。これは、導線に沿って変化する外部状態量が障害量として表面化し、それによって方法を用いて検出可能な障害個所を形成するという考察に基づいている。状態量は例えば温度または取り囲む媒体の変化、例えば特にガス状から液状への状態変化である。

導線が特別な測定方法によってセンサとして、特に充填レベルセンサとして使用されると有利である。すなわち、特に場所分解能と組み合わせて、充填レベル高さの正確な決定が可能である。

代替的に、導線が温度センサとして形成され、例えば監視すべき装置内に敷設されていてもよい。この場合特に、場所分解能による温度測定が行われる。例えば装置内で、異なる温度を有する範囲を検出および監視することができる。

方法を実施するために、本発明に従って、測定装置は、方法を実施するように形成された測定ユニットを備えている。第１変形に従って、測定ユニットは組立てられた導線に直接組み込まれている、すなわち例えば導線のプラグ内にまたは導線に直接組み込まれている。その代わりに、第２変形に従って、測定ユニットを、例えば自動車の車両電気システ
ムの制御ユニットに組み込んでもよい。第３変形では、測定ユニットが例えば手動操作の外部の測定機器に組み込まれている。この場合、測定機器は検査すべき導線に可逆的に接続可能である。

測定ユニットは合目的な実施形では、マイクロコントローラ、調節可能なコンパレータ、信号発生器および時間測定要素を備えている。測定ユニットは特に、例えばマイクロチップに組み込まれたデジタルのマイクロ電子回路である。測定ユニットとしてのこのようなマイクロチップは、簡単であるので、複数個および低コストで製作可能である。測定ユニットは導線にまたはプラグ内に直接組み込むことができる。測定ユニットまたはマイクロチップがさらに、警告信号を発するように形成され、および／または上位の評価ユニットに接続されていると有利である。さらに、測定ユニットおよび／または上位の評価ユニットが検出された測定値を記憶するためのメモリを備えていると有利である。

その際、可変の閾値は測定ユニットによって特にマイクロコントローラを介して調節され、自動的に変化する。その際、マイクロコントローラが上述の測定サイクルを自動的に実施するようにセットされていると合目的である。

次に、図に基づいて本発明の実施の形態を詳しく説明する。

測定ユニットと監視すべき導線とを有する測定装置の簡略化した図である。 方法を説明するための測定ユニットのブロック図である。 いろいろな状況についての信号経過を示す。 いろいろな状況についての信号経過を示す。 いろいろな状況についての信号経過を示す。 基準曲線を有する電圧−時間−グラフである。 付設された基準パターンを示す。 第１の測定曲線の電圧−時間−グラフである。 付設されたストップパターンを示す。 第２の測定曲線の電圧−時間−グラフである。 付設されたストップパターンを示す。 ストップ−時間パターンと基準−時間パターンの対比を示す。 ストップ−時間パターンと基準−時間パターンの対比を示す。

図１には、測定装置２が示してある。この測定装置は測定導体６を有する導線４を備えている。この測定導体は導線４に沿って長手方向に、特に導線の全長にわたって延在している。導線４は図示した実施の形態では、簡単な個別の芯線状の導線４である、すなわち中央導体１０を有する芯線８である。この導体は絶縁体１２によって取り囲まれている。絶縁体１２内には測定導体６が埋め込まれている。基本的には他の構造も可能である。例えば中央導体１０自体を測定導体として用いることができる。代替的に、測定導体６は同軸導線の内側導体であってもよい。この場合、測定導体は誘電体を取り囲む絶縁体と、例えば網状物として形成された外側導体とによって取り囲まれている。一般的に、測定導体６には戻り導体が付設されている。この戻り導体は図には明示されていない。戻り導体は例えば同軸導線の外側導体である。代替的に、測定導体６と戻り導体は例えば一対の芯線によって形成してもよい。

測定導体６が戻り導体と共に、測定ユニット１４に接続されているので、通常の状態からの偏差に関して導線４を監視することができる。このような偏差の例は、設定された運転温度を超えた導線４の過剰加熱および／または例えば過剰の曲げの結果としての外側導
体の損傷、例えば破損である。導線４の負荷は測定導体６も受ける。

図２は測定ユニット１４の簡略化したブロック図であり、方法を説明するために役立つ。測定ユニット１４は信号発生器１６、マイクロコントローラ１８、時間測定要素２０および調節可能なコンパレータ２２を備えている。マイクロコントローラ１８は方法を制御および実施するために役立つ。従って、マイクロコントローラ１８はその都度の個別の測定を実施するためのスタート信号Ｓ１を発する。このスタート信号Ｓ１は信号発生器１６と時間測定要素２０に伝送される。マイクロコントローラ１８はさらに、調節信号Ｐを送信する。この調節信号を介して、電圧閾値Ｖが設定され、コンパレータ２２で調節される。

スタート信号Ｓ１の後、信号発生器１６は測定信号Ｍ、特に設定された時間Ｔを有する方形信号を発生する。この測定信号Ｍは供給個所２４で導線４内に供給される。導線４内において、測定信号Ｍは導線端部１３の方へ伝播する。この導線端部において測定導体６が開放形成されている。これにより、測定信号Ｍは導線端部１３で反射する。反射した成分Ａ（図３Ａ〜図３Ｃ参照）は再び供給個所２４へ反対方向に移動する。

供給個所２４は本実施の形態では同時に測定個所２５である。この測定個所では、測定導線６で生じる信号レベル（電圧レベル）が測定される。この場合しかし、コンパレータ２２によって、信号レベルが設定された閾値Ｖを上回るかどうか（狭い意味で上回るまたは下回る）だけが検査される。閾値Ｖを上回ることをコンパレータが検出するや否や、コンパレータ２２はストップ信号Ｓ２を時間測定要素２０に供与する。時間測定要素はスタート信号Ｓ１とストップ信号Ｓ２の間の時間差を求め、この時間差を、反射した成分Ａの検出された経過時間ｔとして伝送する。この個別の測定時には、先ず最初に個別の測定信号Ｍが１つだけ供給され、反射した成分Ａが評価される。個別の測定中は、複数の測定信号の供給は行われない。

個別の測定が行われた後で、マイクロコントローラ１８は測定を繰り返す。そのために、特にその前にストップ信号Ｓ２が発せられなかったら、マイクロコントローラは閾値Ｖを変更する。このような場合（ストップ信号なしの場合）、測定ユニット１４は設定された最大測定時間後に、個別の測定を中止する。

ストップ信号Ｓ２が発せられた場合、マイクロコントローラ１８は測定デッドタイムＤをセットし、この測定デッドタイムを例えばコンパレータ２２または時間測定要素２０に伝送する。測定デッドタイムＤは一般的に、その前に検出された経過時間ｔの上方、数１０ｐｓにある。この測定デッドタイムＤの間、時間測定要素２０は偶然入ってくるストップ信号Ｓ２を無視するかあるいはコンパレータ２２はストップ信号Ｓ２を発生しない。

測定デッドタイムの調節は好ましくは、特にいわゆるラッチ入力で、付加的なブロッキング信号をコンパレータ２２に供給することによって行われる。このラッチ入力により、コンパレータは供給されるブロッキング信号の時間の間作動しない、すなわち出力信号を発しない。このブロッキング信号は例えばマイクロコントローラによって発生させられる。

その際、下側からおよび上側から閾値Ｖを上回る場合、コンパレータ２２からストップ信号Ｓ２が発せられる。評価の開始時または測定デッドタイムＤ後に既に、電圧値が閾値Ｖの上方にあると、コンパレータ２２は閾値Ｖを下回るときに初めてストップ信号Ｓ２を発する。それによって特に、信号レベルの立ち下がりエッジを検出および評価することができる。

コンパレータ２２は好ましくは２つの状態（１と０）を有する。この状態はそれぞれ、実際の電圧値が閾値の上方にあるか下方にあるかどうかを表す。すなわち、状態変化（１から０へまたは０から１への交代）時に、ストップ信号Ｓ２が発せられる。コンパレータ２２の状態が好ましくは同様に評価可能であるので、例えば測定の開始時に既に、供給される電圧が閾値Ｖの上方（または下方）にあるかどうかを直接認識することができる。

次に、図３Ａ〜図３Ｃに基づいて、いろいろな状況についての信号経過、すなわち測定個所２５での実際の電圧経過を説明する。その際、図３Ａは通常の場合（基準）の導線の信号経過を示し、図３Ｂは例えば障害個所としての折れ曲がり個所の場合の信号経過を示し、そして図３Ｃは温度負荷の変化時の信号経過を示す。

３つのすべての図において、それぞれ上側の部分には、供給される測定信号Ｍが概略的な方形信号として、設定された信号時間Ｔと共に示してある。中央の部分にはそれぞれ、反射した成分Ａが示してあり、下側の部分には測定個所２５に供給される、測定信号Ｍと反射した成分Ａの間の重なった電圧が示してある。すなわち、測定個所２５では、測定信号Ｍと反射した成分Ａとの重なりによる合成信号経過ｒＵが得られる。その際、図３Ａ、図３Ｂにはそれぞれ、電圧Ｕが経過時間ｔに対して正規化された単位で記載されている。

図３Ｂからよく判るように、信号時間Ｔは、測定信号Ｍと反射した成分Ａが測定個所２５で重ねられるように測定される。従って、合成信号経過ｒＵは（減衰を無視すると）所定の時間範囲について測定信号Ｍの２倍の電圧を有する。

障害個所が存在する場合、図３Ｂに示すように、付加的な信号成分が短い経過時間Ｔで反射させられる。この付加的な反射成分Ａは重ねられた信号経過ｒＵ内で同様に良好に認識することができる。

変化した温度は一般的に、測定信号Ｍの異なる信号経過時間をもたらす。測定導体１６が端部で開放し、それによって端部で反射が生じるので、経過時間ｔは温度に依存して特有の態様で変化する。これは、図３Ａに示した基準と比べて、反射成分Ａを移動（シフト）させることになる。この移動に基づいて、温度変化の実際の量を推測することができる。

図４Ａ、図５Ａ、図６Ａは測定個所２４における重ねられた合成信号経過ｒＵを非常にリアルに示す。その際、図４Ａは、通常の状態の、すなわち基準測定時の重ねられた信号経過ｒＵを示す。図５Ａは、付加的な障害個所の場合および温度上昇時の重ねられた信号経過ｒＵを示す。図６Ａは、付加的な障害個所の場合および短絡時の重ねられた信号経過ｒＵを示す。障害個所は例えば測定導体６の範囲内の破損または損傷である。それによって、波抵抗が変化し、反射を生じることになる。

これらの３つの状況の各々について、導線４はその都度測定サイクルの範囲内で測定される。この測定サイクルの場合、閾値Ｖが徐々に高められ、その都度割り当てられた閾値Ｖについての経過時間ｔが検出される。図４Ａ、図５Ａ、図６Ａの実施の形態では、電圧が基準単位で記載されている。値１は例えば１ボルトまたは１００ｍＶに相当する。供給された測定信号の振幅（電圧ピーク）は好ましくは１Ｖである。閾値は例えばその都度、供給された測定信号の振幅の１０〜２０％の歩幅で高められる。割り当てられた閾値Ｖに関する作動開始時間、すなわちストップ信号Ｓ２を発することによってコンパレータ２２の作動開始が何時行われるかは、その都度垂直な線によって示されている。複数の個別の測定に基づいて、例えば全部で１０の閾値で個別の測定が行われ、基準パターンＲＥＦが例えば図４Ｂに従って発生させられるかまたはストップパターンＳＴが例えば図５Ｂまたは図６Ｂに従って発生させられる。その際、各閾値Ｖについて、それぞれの閾値Ｖを何時
上回るかの時間が（ナノ秒ｎｓで）検出される。数字ｔ１は、閾値「１」を上回るまでの経過時間ｔを表し、数字ｔ２は閾値「２」を上回るまでの時間ｔを表す等々。

付加的な障害個所を有する重ねられた信号経過ｒＵの場合、立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジを有する付加的な信号ピークが認識可能である。

好ましくは、閾値の分解能、すなわち閾値相互の間隔が、異なる電圧範囲で異なるように調節される。例えば、特異な信号経過を示す第１範囲、例えば信号ピークの範囲では、閾値Ｖの間の間隔を小さくすることによって、分解能が高められる。実施の形態では、例えば４．５と５．５の間の電圧範囲において、閾値Ｖが小さな歩幅で調節される。その際、連続する閾値の間の間隔は、それぞれ通常の単位に関して、例えば１以下、好ましくは０．５以下、さらに好ましくは０．２以下である。逆に第２範囲では、好ましくは閾値の間のより大きな間隔によってより小さな分解能が生じる。実施の形態では、これは例えば０と４．５の間の電圧範囲と６と９の間の電圧範囲である。その際、連続する閾値の間の間隔は、それぞれ通常の単位に関して、例えば０．５以上、好ましくは１以上または好ましくは１．５以上である。その際、分解能は好ましくはマイクロコントローラ１８を介して調節される。

図４Ａ、図４Ｂに基づいて判るように、最初の４つの閾値に経過時間０が割り当てられている（ｔ＝０）。というのは、重ねられた信号経過ｒＵの信号レベルが開始からこの（小さな）閾値Ｖの上方にあるからである。導線端部１３での反射に基づいて、導線長さと相関関係にある所定の信号時間の後で、電圧値は測定信号Ｍの電圧のほぼ２倍の値に連続的に上昇する。これにより、異なる時間ｔ５〜ｔ９で、連続する複数の閾値Ｖを上回ることになる。

その際、基準測定値、特に基準測定の基準パターンＲＥＦは好ましくは、測定ユニット１４の図示していないメモリ内に格納されているかあるいはその代わりに他の場所、例えば上位の評価ユニットに格納されている。

図５Ｂのストップパターンは先ず最初に、電圧値１〜４についての小さな閾値Ｖの場合の同じパターンを示している。しかし、値５は複数回、すなわち時間ｔ５＝１．１ｎｓ、１．５ｎｓおよび７．５ｎｓで上回っている。これにより、１．１ｎｓと１．５ｎｓの間の経過時間ｔにおいて反射した成分Ａが存在することが判る。この反射した成分は障害個所に起因すると考えられる。これは前もって基準パターンＲＥＦで認識することはできない。従って、基準パターンＲＥＦとのストップパターンＳＴの比較に基づいて、導線４が運転の途中で損傷したことを直接認識することができる。損傷の程度に応じて、マイクロコントローラ１８は、警告信号を発するかどうかおよびどの程度発するかを決定する。

さらに、導線端部１３で反射した信号成分Ａについての経過時間ｔ６〜ｔ９がより長い経過時間ｔの方へずれたことが判る。このずれに基づいて、導線４の変化した温度負荷、特に増大した温度負荷を付加的に推測することができる。ずれに基づいて、マイクロコントローラ１８は、警告信号を発するかどうかおよびどの程度発するかを決定する。

図６Ａに示した状況の場合、短絡に基づいて、導線端部１３での反射は行われない。これは、より高い閾値Ｖについては反射した成分Ａをもはや検出できないことから判る。

測定サイクルの結果は基本的には、図７Ａ、図７Ｂにおいて基準パターンＲＥＦについての基準時間パターンＺ（Ｒ）に基づいておよびストップパターンＳＴについてのストップ時間パターンＺ（Ｓ）に基づいて示すように、マトリックス状の時間パターンＺ内にも記録することができる。その際、左側半分はそれぞれ、重ねられた信号経過ｒＵを電圧−
時間グラフで示している。それぞれの時間パターンＺにおいて、各行はそれぞれ一定の閾値Ｖに一致し、各列は所定の経過時間ｔに割り当てられているかまたはそれぞれの列（またはセル）に、それぞれのストップ信号Ｓ２の経過時間ｔについての実際に測定された値が記載されている。図７Ａ、図７Ｂでは、時間パターンＺは０と１のビットパターンとして例示的に示してある。従ってこの場合、各列は設定された一定の経過時間ｔ（時間ウインドウ）に一致する。基準についての時間パターンＺ（ＲＥＦ）に基づいて、重ねられた典型的な信号経過ｒＵを実感として理解することができる。

図７Ｂに従って、基準パターンＲＥＦについての時間パターンＺ（Ｒ）とストップパターンＳＴについての時間パターンＺ（Ｓ）を比較することにより、変化が発生していることがよく判る。一方では、第２の電圧閾値Ｖ（第２行）と第２列において、すなわちセル［２；２］において、０の代わりに１を含んでいる。さらに、セル［４；２］、［５；３］、［６；４］、［７；５］（座標値[列；行]）は、図７Ａの時間パターンＺ（Ｒ）の場合とは異なり、割り当てられていない。これは同様に、ずれを指し示している。この両時間パターンＺ（Ｒ）、Ｚ（Ｓ）は例えば比較によって評価される。好ましくはビットパターンの代わりに、それぞれの閾値Ｖを何時上回るかまたは下回るかの正確な経過時間ｔを表示する時間パターンが作成される。その際、精度が高められると同時に、必要な情報量が低減される。

Claims (16)

1. 測定導体を備えた導線を監視するための方法であって、
   スタート時間に測定信号を前記測定導体に供給し、
   障害個所が存在する場合、この障害個所で測定信号を少なくとも部分的に反射させ、
   前記測定導体の反射成分を監視し、閾値を上回った場合その都度デジタルのストップ信号を発生し、前記スタート時間と前記ストップ信号の間の経過時間を検出および評価し、
   測定サイクルの範囲内で、複数の個別の測定が実施され、各個別の測定時に、前記測定信号が供給され、異なる個別の測定のために前記閾値が変化させられ、
   異なる経過時間を有する複数のストップ信号が、複数の個別の測定によって求められ、各個別の測定時に調節された閾値とこの閾値に関連する経過時間が対の値として記録され、複数の対の値から、信号経過が求められ、
   複数の前記ストップ信号によって前記導線の特徴を表すストップパターンを発生し、このストップパターンを、前記導線の通常の状態に関して基準パターンと比較し、偏差を検査し、
   前記ストップパターンおよび基準パターンは、それぞれ障害箇所によって生じる複数の反射部分を有し、前記ストップパターンおよび前記基準パターンは、異なる経過時間を有するストップ信号によって形成されることを特徴とする方法。
2. 連続する複数の個別の測定によって測定サイクルが実施され、それによって異なる経過時間を有する複数のストップ信号が得られ、複数の前記ストップ信号が、測定信号を供給個所から導線端部までそして前記供給個所に戻すために必要である最大の全体経過時間の少なくとも１０％の範囲にわたって延在することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記測定信号の振幅の少なくとも０．５倍に相当する範囲にわたって、前記閾値を変化させることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 第１の個別の測定時に最初のストップ信号を検出した後で、第２の個別の測定が行われ、第２の個別の測定時に、第１の個別の測定時に検出された最初のストップ信号の経過時間よりも大きな測定デッドタイムが設定され、それによって最初のストップ信号に割り当てられた反射成分が第２の個別の測定時に検出されないことを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 信号経過における立ち上がりまたは立ち下がりエッジが、しきい値の変動と組み合わせて測定デッドタイムによって検出される、請求項４に記載の方法。
6. 前記閾値の変化によってトリガ閾値が求められ、このトリガ閾値に基づいて前記測定信号の波抵抗の高さの程度が決定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 前記測定信号が少なくとも、前記導線を通る２倍の信号経過時間に相当する信号時間を有し、それによって前記測定信号と前記反射成分が重ねられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 前記個別の測定に関して前記測定信号の信号時間が変化させられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
9. 複数の行を有する時間パターンが発生させられ、各行に、行毎に異なる所定の閾値のストップ信号の経過時間が表示されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
10. 前記基準パターンが出発状態の導線に基づく基準測定によって求められ、前記ストップパターンが運転時間中に特に繰り返して測定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
11. 前記基準パターンが符号化された形で表示されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
12. 前記測定導体が導体と、この導体を取り囲み、温度依存の誘電率を有する絶縁体とを備え、それによって温度変化が反射成分の変化した経過時間をもたらし、この経過時間が温度負荷に関して評価され、基準時間に対する前記ストップ信号の時間的なずれから、変化した温度負荷が推定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
13. 時間的なずれの程度が測定され、これから変化した温度負荷の程度が求められることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 外部の状態量、特に導線に沿って変化する充填レベルが検出されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
15. 測定ユニットを備えた、導線を監視するための測定装置において、この測定ユニットが測定導体への接続時に、
    スタート時間に測定信号を前記測定導体に供給し、
    障害個所で反射する成分を監視し、
    閾値を上回ると、その都度デジタルのストップ信号を発生し、
    前記スタート時間と前記ストップ信号の間の経過時間を検出し、
    さらに測定装置、特に前記測定ユニットが、この経過時間を評価するように形成され、
    測定サイクルの範囲内で、複数の個別の測定が実施され、各個別の測定時に、前記測定信号が供給され、異なる個別の測定のために前記閾値が変化させられ、
    異なる経過時間を有する複数のストップ信号が、複数の個別の測定によって求められ、各個別の測定時に調節された閾値とこの閾値に関連する経過時間が対の値として記録され、複数の対の値から、信号経過が求められ、
    複数の前記ストップ信号によって前記導線の特徴を表すストップパターンを発生し、このストップパターンを、前記導線の通常の状態に関して基準パターンと比較し、偏差を検査し、
    前記ストップパターンおよび基準パターンは、それぞれ障害箇所によって生じる複数の反射部分を有し、前記ストップパターンおよび前記基準パターンは、異なる経過時間を有するストップ信号によって形成されることを特徴とする測定装置。
16. 前記測定ユニットが前記導線のプラグまたは車両電気システムの制御ユニットまたは測定機器に組み込まれていることを特徴とする請求項１５に記載の測定装置。

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