JPH0585079B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 測定変換装置を備えた測定装置における信号
伝送装置であつて、上記測定変換装置はそれとは
遠隔に配設されている評価装置に２線式線路を介
して接続されており、該２線式線路を介して測定
変換装置の作動に必要な給電直流電流が評価装置
から上記測定変換装置に伝送され、その際上記測
定変換装置は伝送すべき測定値を一定の振幅のパ
ルス変調された測定値電流パルスに変換し、該測
定値電流パルスは上記給電直流電流に２線式線路
において測定値信号として重畳され、かつ上記評
価装置は２線式線路との接続のために評価インタ
ーフエースを有し、該評価インターフエースは上
記測定値電流パルスに応答する信号受信器を含ん
でおり、かつ上記信号伝送装置は少なくとも１つ
の通信ユニツトを具備しており、該通信ユニツト
は通信信号を送信および受信するように構成され
ている通信インターフエースを介して上記測定変
換装置に並列に上記２線式線路に接続可能である
形式のものにおいて、通信インターフエース３３
は、パルス変調された通信電流パルスI_Kを発生す
る信号発生器５３を含んでおり、該通信電流パル
スのパルス振幅は測定値電流パルスI_Mのパルス振
幅とは異なつておりかつ２線式線路１５において
給電直流電流I₀に通信信号S_Kとして重畳され、か
つ評価インターフエース２３の信号受信器８０は
測定値電流パルスI_Mと通信電流パルスI_Kとをその
異なつたパルス振幅に基いて区別するための振幅
弁別器８５を含んでいることを特徴とする装置。 ２ 評価インターフエース２３の信号受信器８０
の振幅弁別器は、AD変換器８５によつて形成さ
れており、該AD変換器は測定値電流パルスI_Mと
通信電流パルスI_Kとの和に相応する全信号U_Sを別
個のデジタル信号U_M，U_Kに変換する請求の範囲
第１項に記載の装置。 ３ 通信インターフエース３３の信号発生器５３
は、送信すべき通信信号のパルス変調に相応して
切換られる分岐路を含んでいる請求の範囲第１項
または第２項に記載の装置。 ４ 評価インターフエース２３の信号発生器７０
は、２線式線路１５における給電直流電圧を送信
すべき通信信号のパルス変調に相応して２つの電
圧値の間で切換え、かつ通信インターフエース３
３の信号受信器５８はパルス変調された電圧変化
に応答する請求の範囲第１項から第３項までのい
ずれか１項に記載の装置。 ５ 評価インターフエース２３における２線式線
路１５は、制御可能な電圧調整器７１を介して電
圧源２１に接続されている請求の範囲第４項に記
載の装置。 ６ 測定変換装置１０は、２線式線路１５におけ
る電圧変化の作用を抑圧する電圧調整器４０また
はエネルギー蓄積器を含んでいる請求の範囲第１
項から第５項までのいずれか１項に記載の装置。 ７ 通信ユニツト３０は固有のエネルギー供給部
なしに構成されておりかつその作動に必要な直流
電流エネルギーは２線式線路１５を介して評価装
置２０から取り出される請求の範囲第１項から第
６項までのいずれか１項に記載の装置。 ８ 通信ユニツト３０は、２線式線路１５におけ
る電圧変化の作用を抑圧する電圧調整器５０また
はエネルギー蓄積器を含んでいる請求の範囲第７
項に記載の装置。 明細書 本発明は、測定変換装置を備えた測定装置にお
ける信号伝送装置であつて、上記測定変換装置は
それとは遠隔に配設されている評価装置に２線式
線路を介して接続されており、該２線式線路を介
して測定変換装置の作動に必要な給電直流電流が
評価装置から上記測定変換装置に伝送され、その
際上記測定変換装置は伝送すべき測定値を一定の
振幅のパルス変調された測定値電流パルスに変換
し、該測定値電流パルスは上記給電直流電流に２
線式線路において測定値信号として重畳され、か
つ上記評価装置は２線式線路との接続のために評
価インターフエースを有し、該評価インターフエ
ースは上記測定値電流パルスに応答する信号受信
器を含んでおり、かつ上記信号伝送装置は少なく
とも１つの通信ユニツトを具備しており、該通信
ユニツトは通信信号を送信および受信するように
構成されている通信インターフエースを介して上
記測定変換装置に並列に上記２線式線路に接続可
能である形式のものに関する。 測定変換装置および評価装置が空間的に相互に
離れておりかつ２線式線路を介してのみ相互に接
続されている測定装置は非常に広範に使用されて
いる。２線式線路に付加的に接続可能でありかつ
通信信号を２線式線路を介して送信および受信す
ることができる通信ユニツトによつて、例えば測
定変換装置の設置場所においてまたは別の場所か
らも評価装置を利用して調整動作、設定動作、試
験動作または保守作業を実施することができる。
通信ユニツトは例えばキーボード装置および数字
または英数字表示部を備えたポケツト計算機に類
似した装置である。キーボード装置の操作によつ
て操作員は必要な情報を評価装置から呼び出し、
かつこの呼び出しに基く応答として評価装置から
伝送された情報が通信ユニツトの表示部にて可視
表示される。このような情報交換のために伝送さ
れる通信信号は、２線式線路を介して伝送されか
つ伝送すべき情報に応じて変調されるパルス列で
ある。これにより殊に、２線式線路を介して伝送
される測定値信号もパルス列によつて表示される
とき問題が生じる。その場合、測定値信号および
通信信号が相互に干渉し合つて、障害を受ける危
険がある。この種の干渉および障害を回避するた
めに、通信ユニツトの使用期間中は測定値信号の
伝送を中断することが必要になつてくることがあ
る。 本発明の課題は、冒頭に述べた形式の測定装置
において同じ２線式線路を介してパルス状の測定
値信号およびパルス状の通信信号を、これら信号
が相互に干渉し合うかまたは障害を及ぼし合うこ
となく同時に伝送することができるようにした装
置を提供することである。 本発明によればこの課題は、通信インターフエ
ースが信号発生器を含んでおり、該信号発出器は
パルス変調された通信電流パルスを発生し、該通
信電流パルスのパルス振幅は測定値電流パルスの
パルス振幅とは異なつておりかつ上記通信電流パ
ルスは給電直流電流に２線式線路において通信信
号として重畳され、かつ評価インターフエースの
信号受信器は測定値電流パルスと通信電流パルス
とを、その異なつたパルス振幅に基いて区別する
ための振幅弁別器を含んでいるようにしたことに
よつて解決される。 本発明により構成された信号伝送装置では、同
じ２線式線路に伝送される通信電流パルスおよび
測定値パルスを、パルス列が同時に存在しかつパ
ルスが相互に重畳しているときでも、異なつたパ
ルス振幅に基いて一義的に区別することができ
る。この区別のために受信側において、従つて評
価装置において比較的簡単な構成の振幅弁別器を
設ければ十分であり、その結果回路コストは僅か
である。 本発明の有利な構成および実施例は請求の範囲
の実施態様項に記載されている。 本発明の別の特徴および利点は以下の図面を用
いた実施例の説明から明らかである。その際、第
１図は、本発明を使用可能な測定装置の原理を示
す図であり、 第２図は、測定変換装置インターフエースを有
する測定変換装置を比較的詳細に示す回路図であ
り、 第３図は、通信インターフエースの回路略図で
あり、第４図は、評価インターフエースの回路略
図であり、第５図は、信号の時間経過を示す信号
波形図である。 第１図は、測定変換装置１０を有する測定装置
を示す。この測定変換装置は２線式線路１５を介
して測定変換装置とは遠隔に配設されている評価
装置２０に接続されている。測定変換装置１０は
測定すべき物理量（例えば温度、圧力、湿度、充
填状態）を検出するためのセンサ１１と、このセ
ンサ１１に接続されている電子測定変換器１２と
を含んでいる。この測定変換器は測定量の瞬時値
を表示する電気信号を送出する。測定変換装置１
０は固有のエネルギー源を有しておらず、その作
動に必要な直流エネルギを２線式線路１５を介し
て評価装置２０に設けられている電圧線２１から
得る。同じ２線式線路を介して、測定量の瞬時値
を表示する測定値信号S_Mが測定変換装置１０か
ら評価装置２０に伝送される。測定変換装置１０
は、一方において測定変換装置１０の、２線式線
路１５からのエネルギー供給を保証しかつ他方に
おいて測定変換器１２の出力信号を２線式線路１
５を介して伝送するのに適した測定信号S_Mに変
換する測定変換装置インターフエース１３を介し
て２線式線路１５に接続されている。通例の技術
に相応して測定値信号S_Mは、パルス状にキーイ
ングされた直流電流であり、その結果測定値は一
定のパルス振幅を有するパルス変調、殊にパルス
周波数変調（PFM）またはパルスコード変調
（PCM）によつて表わされている。パルスに状キ
ーイングされた直流電流も電圧源２１から取り出
されかつ測定変換装置１０のエネルギー供給のた
めに用いられる、２線式線路１５を介して供給さ
れる給電直流電流I₀₀に重畳される。 評価装置２０は、測定値信号の処理および評価
のためにマイクロコンピユータ２２を含んでい
る。評価装置２０を２線式線路１５に接続するた
めに、評価インターフエース２３が用いられる。
このインターフエースは、一方において測定変換
装置１０が必要とする直流電流エネルギーを電圧
源２１から２線式線路１５に伝送する作用をし、
他方においてマイクロコンピユータ２２における
引き続く処理に適したデジタル信号を、２線式線
路１５を介して流れる全電流に含まれている、測
定信号S_Mのパルス状にキーイングされた直流電
流から取り出す。 第１図の測定装置のこれまで説明してきた部分
は、この種の測定装置の従来の構成および動作法
に相応する。この部分はこの種の測定装置のよう
に、時として非常に厳し環境条件にさらされる測
定変換装置を比較的簡単かつ頑丈に構成しかつ固
有のエネルギー源を必要とせず、一方で評価装置
を測定変換装置から任意に離れた所に配設するこ
とができ、その際測定変換装置と評価装置との間
の接続に対して簡単な２線式線路で十分であると
いう利点がある。 第１図には更に、通信ユニツト３０が図示され
ている。この通信ユニツトは測定変換装置に並列
に２線式線路１５に接続されておりかつ、それに
より測定装置の正常な作動が妨げられることな
く、評価装置２０におけるマイクロコンピユータ
２２との情報交換を実施することができるように
構成されている。通信ユニツト３０はキーボード
装置３１とデジタル表示部３２並びに信号処理に
必要なエレクトロニクス部分を備えたポケツト計
算機のような装置である。２線式線路１５との接
続は、通信インターフエース３３および、接続端
子３５，３６を用いて必要に応じて２線式線路１
５に接続形成することができる２心線の接続線路
３４を介して行われる。 通信ユニツト３０は殊に、測定変換装置１０の
設置場所において遠隔配設された評価装置２０を
利用して、調整動作、設定動作または試験動作を
行うことを可能にし、その結果この種の動作を実
施するために測定変換装置の設置場所に評価装置
を設ける必要がなくなる。キーボード装置３１の
操作により通信ユニツト３０からマイクロコンピ
ユータ２２に伝送すべき情報は、通信インターフ
エース３３に含まれている信号発生器によつて２
線式線路１５を介する伝送に適した通信信号S_K
に変換される。評価インターフエース２３は、２
線式線路１５を介して伝送される通信信号S_Kに
応答しかつこの信号を、マイクロコンピユータ２
２に供給されるデジタル信号に変換する信号受信
器を含んでいる。マイクロコンピユータ２２から
通信ユニツト３０に伝送すべき情報は、評価イン
ターフエース２３に含まれている信号発生器によ
つて２線式線路１５を介する伝送に適した通信信
号S_Aに変換され、この信号が通信インターフエ
ース３３に含まれている信号受信器によつて受信
される。インターフエース２３と３３との間で交
換される通信信号S_KおよびS_Aの形式は、２線式
線路１５を介して伝送される測定値信号S_Mとは、
通信信号がインターフエース２３および３３にお
いて測定値信号と区別できるように、相異してい
る。 通信ユニツト３０は固有のエネルギー源を具備
することができるが、有利には通信ユニツト３０
のエネルギー供給も２線式線路１５を介して評価
装置２０における電圧源２１から行われる。測定
変換装置１０の給電直流電流I₀₀に付加的に、電
圧源２１から更に通信ユニツト３０に対する給電
直流電流I₀₁も取出される。 第２図、第３図および第４図は、次の点が特別
である実施例における測定インターフエース１
３、通信インターフエース３３および評価インタ
ーフエース２３の回路略図を示す： −測定変換装置１０から送出される測定値信号
S_Mはパルス変調された直流電流である； −通信ユニツト３０から送出される通信信号S_K
もパルス変調された直流電流であるが、測定値
信号S_Mとは異なるパルス振幅よつて区別可能
である； −評価装置２０から送出される通信信号S_Aは、
２線式線路１５に印加される直流電圧に重畳さ
れるパルス変調された電圧である； −通信ユニツト３０のエネルギー供給は評価装置
２０における電圧源２１から２線式線路１５を
介して行われる。 第２図は、第１図に相応するセンサ１１および
測定変換器１２並びに測定変換器インターフエー
ス１３を比較的詳しく示している。２線式線路１
５は電圧調整器４０の入力端子に接続されてい
る。この電圧調整器の出力端子から、２線式線路
１５における電圧変化に無関係に一定に維持され
る安定化直流電圧U_Bが送出される。電圧調整器
４０出力端子には、測定変換器１２の電圧供給の
ために用られかつ給電直流電流I₀₀が流れる２つ
の導体４１，４２が接続されている。更に導体４
１および４２は、電流制限器４５と直列に接続さ
れたスイツチ４４によつて図示されている切換ら
れる分岐路４３によつて橋絡される。スイツチ４
４が閉成されてるとき、この分岐路４３を介して
直流電流が流れる。直流電流の大きさは電流制限
器４５によつて決められ、一方スイツチの開放時
には電流は零である。スイツチ４４の開放および
閉成は、測定値をパルス周波数変調（PFM）す
る、測定変換器１２の出力信号によつて制御され
る。従つて分岐路４３を介して第５図Ａに図示の
パルス変調された直流電流I_Mが流れる。パルス
は、電流制限器４５によつて決められる、例えば
10mAの一定のパルス振幅および測定値に依存し
て変化するパルス繰り返し周波数を有する。パル
ス周波数変調に代わつて、一定のパルス振幅を有
する別のパルス変調、即ちパルス持続時間変調
（PDM）、パルス位相変調（PPM）または有利に
はパルスコード変調（PCM）を使用することも
できる。 パルス変調される直流電流I_Mは電圧調整器４０
および２線式線路１５を介して評価装置２０にお
ける電圧源２１から取り出される；従つて分岐路
４３は、パルス状に電圧源に接続される付加的な
負荷の機能を有する。２線式線路１５において、
測定電流としてのパルス変調された直流電流I_M
が、第５図Ｂに示されているように一定の給電直
流電流I₀₀に重畳されている。 電流制限器４５は最も簡単な場合抵抗であつて
もよい。この場合スイツチ４４はなければならな
いが、実際にはそれは第２図に図示されているよ
うな機械式切換接点ではなく、例えばトランジス
タまたは電界効果トランジスタのような高速の電
子スイツチである。しかし有利には、電流制限器
４５に対しては、第２図に回路記号によつて示さ
れているように、印加される電圧の広い範囲にお
いて供給されるデジタル制御信号にのみ依存する
一定の電流を流す、“定電流源”として公知の半
導体回路が使用される。その場合測定変換器１２
の出力信号は電流のパルス変調のために直接定電
流源の制御電極に加えることができ、その結果ス
イツチ４４は省略される；スイツチは第２図では
機能を示すために図示されているにすぎない。 第３図に図示の通信インターフエース３３は電
圧調整器５０を含んでいる。この電圧調整器の入
力端子は、通信ユニツト３０が２線式線路１５に
接続されているとき、接続線路３４を介して２線
式線路１５に接続されている。電圧調整器５０は
その出力端子に、２線式線路１５における電圧変
化に無関係に一定の安定化直流電圧U_Bを送出す
る。電圧調整器５０の出力端子には、通信ユニツ
ト３０のエレクトロニクス部分の電圧供給のため
に用いられかつ電圧調整器５０、接続線路３４お
よび２線式線路１５を介して評価装置２０におけ
る電圧源２１から取出される給電直流電流I₁₀を
流す２本の導体５１，５２が接続されている。 通信インターフエース３３は更に、導体５１お
よび５２の間に接続された切換られる分岐路５４
を有する信号発生器５３を含んでいる。この分岐
路は、測定変換装置インターフエース１３におけ
る分岐路４３において既に説明したように構成す
ることができる。第３図に図示のように分岐路５
４は、増幅器５６を介してその制御電極に供給さ
れる制御信号によつて開放および遮断することが
できる制御可能な定電流源５５を含んでいる。制
御信号は通信ユニツト３０のエレクトロニクス部
分に所属する通信プロセツサ５７から供給されか
つ伝送すべき情報に相応してパルスコード変調さ
れている。従つて分岐路５４を介して第５図Ｃに
図示されているようなパルスコード変調された直
流電流I_Kが流れる。これらパルスは一定のパルス
振幅を有しているが、その振幅は測定電流I_Mのパ
ルス振幅とは異なつている。例として第５図に
は、電流I_Kのパルス振幅が測定電流I_Mのパルス振
幅の1/2の大きさであるものとしてある。パルス
変調された電流I_Kは、通信ユニツト３０から評価
装置２０のマイクロプロセツサ２２に伝送すべき
通信信号S_Kを表している。それも同様直流電圧
源２１から取り出されかつ２線式線路１５におい
て給電直流電流I₀₀およびI₀₁並びに測定電流I_Mに
重畳される。従つて第５図Ｃに図示の通信電流I_K
および第５図Ａに図示の測定電流I_Mが同時に存在
するとき、２線式線路１５において評価装置２０
と通信ユニツト３０の接続箇所との間において第
５図のＤに図示の全電流I_Gが流れる。 一定の全給電直流電流をI₀で表すと： I₀＝I₀₀＋I₀₁ 第５図Ｄは、２線式線路１５における全電流I_G
が、測定電流I_Mおよび通信電流I_Mのパルス信号値
０または信号値１を有するかどうかに応じて、次
のように４つの異なつた値をとることができるこ
とを示している：

【表】 このようにパルス変調された電流I_MおよびI_Kは
全電流I_Gから一義的に識別される。 通信インターフエース２３は第３図の回路図に
よればその他に、２線式線路１５における電圧変
化に応答する信号受信器５８を含んでいる。この
信号受信器５８は差動増幅器５９を含んでおり、
それにはシユミツトトリガ６０が後置接続されて
いる。回路５９および６０の電圧供給は同様、導
体５１および５２によつて行われる。２線式線路
１５に生じる電圧はコンデンサ６１および６２を
介して差動増幅器５９の差動入力側に加わるの
で、その結果この増幅器は交流電圧成分しか増幅
しない。シユミツトトリガ６０によつて増幅器５
９の出力信号は、通信プロセツサ５７の入力側に
供給される２つの信号値を有するデジタル信号に
変換される。 第４図に図示の評価インターフエース２３は信
号発生器７０および信号受信器８０を含んでい
る。信号発生器の重要な構成部分は制御可能な電
圧調整器７１であり、その入力端子には電圧源２
１の安定化されない直流電圧が印加されかつその
出力端子に２線式線路１５が接続されている。電
圧調整器７１は出力側に安定化された直流電圧を
送出する。この電圧は制御入力側７１ａに印加さ
れる制御信号によつて２つの電圧値の間で切換可
能である。制御信号はマイクロコンピユータ２２
の出力側から制御入力側７１ａに印加されかつマ
イクロコンピユータ２２から通信ユニツト３０に
伝送すべき情報に従つてパルスコード変調されて
いる。このようにして、２線式線路１５に印加さ
れる直流電圧はパルスコード変調に相応して、第
５図Ｆに図示されているように２つの値U_Oおよ
びU_O＋U_Aの間で切換られる。基本電圧U_Oに重畳
されるパルス変調された電圧成分U_Aは、マイク
ロコンピユータ２２から通信ユニツト３０に伝送
すべき通信信号S_Aを表しかつ通信インターフエ
ース３０における信号受信器５８によつて全電圧
から取り出される。測定変換装置インターフエー
ス１３ないし通信インターフエース３３における
電圧調整器４０および５０は、パルス状の電圧変
化が測定変換装置１０および通信ユニツト３０に
おけるエレクトロニクスの機能に影響を及ぼすこ
とがないようにする。 評価インターフエース２３における信号受信器
８０には、電圧源２１と電圧調整器７１との間の
線路に直列に挿されている抵抗８１が属してい
る。第５図Ｄに図示されている２線式線路１５を
介して流れる全電流I_Gは抵抗８１をも介して流れ
かつ全電流I_Gに比例する電圧降下がこの抵抗にて
生じる。抵抗８１にて取り出される電圧は差動増
幅器８２における増幅後一方において減算回路８
３の第１の入力側に供給され、他方において最小
値メモリ８４に供給される。最小値メモリ８４は
全電流I_Gの最小値に相応する電圧値を固定する。
第５図のＤによれば、この値は給電直流電流の和
電流：I₀＝I₀₀＋I₀₁である。記憶された最小値は
減算回路８３の第２入力側に供給されかつこの減
算回路において第１入力側に供給される全電圧か
ら減算され、その結果減算回路８３の出力側から
パルス変調された測定電流I_Mとパルス変調された
通信電流I_Kとの和に比例する、第５図のＥに図示
の電圧U_Sが送出される。電圧U_Sは値０の他に、
電流値５、ないし10ないし15mAに比例している
３つの異なつた値U_S1，U_S2，U_S3をとる。 減算回路８３はAD変換器８５の入力側に接続
されており、このAD変換器は２つの出力側８５
ａおよび８５ｂに、次の表に示すように電圧U_S
の値に依存するデジタル信号U_MおよびU_Kを送出
する：

【表】 デジタル信号U_Mの時間経過は、第５図Ａに図
示のパルス変調された測定電流I_Mの時間経過に正
確に相応し、かつ信号U_Kの時間経過は第５図Ｃ
に図示の通信電流I_Kの時間経過に正確に相応す
る。AD変換器８５から送出される信号はマイク
ロコンピユータ２２の相応の入力側に直接供給す
ることができる。 第２図ないし第５図に基いて説明した、測定装
置の実施例は、すべての情報信号が、それらが相
互干渉することなく、同時に２線式線路に存在す
ることができるという利点を有する。殊に測定値
信号の伝送は、通信ユニツトが接続されておりか
つ通信信号を評価装置と交換するときも、中断ま
たは妨害されない。このことは殊に、測定値信号
がパルス変調されたパルス列によつて形成されて
いるとしてこれまで仮に説明してきた例に対して
も当てはまる。 通信ユニツト３０の形式の複数の通信ユニツト
を同時に２線式線路に接続して、その場合通信ユ
ニツトを交互にマイクロコンピユータ２２に接続
することもできる。この場合それぞれの通信ユニ
ツトはそれに対して特定の通信信号を評価するよ
うに、その都度所望の通信ユニツトがアドレスに
よつて呼び出される。しかし２つの通信ユニツト
は直接相互接続することはできない。というのは
信号受信器は、評価装置から到来する、電圧パル
スの形の通信信号にしか応答せず、別の通信ユニ
ツトの信号発生器から送出される、電流パルスの
形の通信信号には応答しないからである。