KR102451512B1 - 신호를 등록하고 처리하기 위한 측정 회로, 및 상기 측정 회로를 사용하기 위한 측정 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 신호를 등록하고 처리하기 위한 측정 회로(3)에 관한 것으로서, 다수(N)의 제 1 신호(S1.1 내지 S1.N) 및 동일한 수(N)의 제 2 신호가 제공되고, 측정 회로(3)는 제 1 신호(S1.1 내지 S1.N) 및 제 2 신호(S2.1 내지 S2.N)로부터 적어도 하나의 차동 신호(D.1 내지 D.N)를 생성하도록 조정되며, 하나의 제 1 신호(S1.1 내지 S1.N)는 하나의 정반대의 제 2 신호(S2.1 내지 S2.N)에 대응하고, 제 1 신호(S1.1 내지 S1.N)의 수(N)는 적어도 2 개이고, 측정 회로(3)는 제 1 신호(S1.1 내지 S1.N)의 수에 대응하는 수의 신호 입력(36)을 가지며, 측정 회로(3)는 추가 신호 입력(36)을 가지며, 제 1 신호(S1.1 내지 S1.N)는 측정 회로(3)에 의해 개별적으로 등록될 수 있고, 제 2 신호 합(S2)이라 불리는 제 2 신호(S2.1 내지 S2.N)의 합(S2)이 등록될 수 있다.
Description
본 발명은 독립항의 전제부의 정의에 따른 신호를 등록하고 처리하기 위한 측정 회로, 그리고 측정 회로, 변환기 및 상기 측정 회로와 변환기를 연결하는 케이블로 이루어진 측정 장치에 관한 것이다.
신호를 등록하고 차동 신호를 처리하기 위한 측정 회로는 특히 계량학에서 알려져 있다. 이러한 측정 회로는 예를 들어 변환기의 신호를 등록한다. 변환기는 소위 입력 변수인 적어도 하나의 물리적 변수를 검출하고, 소위 출력 변수인 적어도 하나의 물리적 변수를 출력한다. 예를 들어 출력 변수는 전압, 전류 또는 전하이다. 이러한 출력 변수는 케이블을 통해 측정 회로로 전송되며, 이를 위해 상기 케이블은 각각 신호를 전달하는 적어도 2 개의 도체를 포함한다. 이 점에서 흥미로운 것은 일반적으로 두 개의 도체 간의 전위차와 같은 두 개의 도체의 신호 간의 차이이며, 이 경우 차이는 전압의 형태로 결정된다. 그러나, 전기장, 자기장 또는 전자기장이 발생하여 이러한 신호를 방해할 수 있다. 데이터 시트 9001a_000-105d-05.18에 설명된 키슬러(Kistler) 1-성분 힘 센서 유형 9001A와 같이 하나의 물리적 변수를 등록하는 변환기가 알려져 있다. 또한, 3 개의 힘을 등록하고 데이터 시트 9047C_000-592d-04.07에 설명되어 있는 키슬러로부터의 유형 9047C와 같은 복수의 물리적 변수를 등록하는 변환기가 이용 가능하다. 또한, 데이터 시트 9139AA_003-198d-06.15에 설명된 키슬러로부터의 다-성분 동력계 유형 9139AA와 같은 훨씬 더 많은 물리적 변수를 등록하는 변환기가 알려져 있다.
간섭을 검출하기 위한 측정 회로가 EP 0987554 B1에서 알려져 있다. EP 098755 B1은 전송 케이블에 의해 측정 회로에 연결된 변환기를 포함하는 측정 회로를 개시하고 있고, 여기서 상기 변환기는 대칭으로 연결되고, 상기 측정 회로는 오류 신호를 제공하기 위해 변환기의 단자에서 신호 값의 합을 계산하고, 변환기의 단자에서 신호 값들 사이의 차이를 계산한다.
또한, EP 0987551 B1은 변환기 및/또는 회로의 다른 부분에서 오류 및 간섭 효과를 검출하기 위해 변환기의 단자에 공급되는 보조 신호의 형태로 인위적 간섭을 부과하기 위한 수단을 설명하고 있다.
그러나, 내재된 단점은, 진단 목적으로 인위적으로 생성된 간섭이 검출되더라도, 등록된 차동 신호가 시스템 외부로부터의 간섭에 의해 여전히 위조될 수 있다는 점이다. 또한, EP 0987551 B1의 주제는 등록된 신호를 케이블의 2 개의 신호 도체를 통해 측정 회로로 전송하는 하나의 변환기 요소만을 갖는 변환기에만 적용될 수 있다.
본 발명의 제 1 목적은 변환기가 적어도 2 개의 변환기 요소를 포함하는 변환기의 변환기 요소 당 2 개 미만의 신호 입력이 존재하도록 신호 입력의 수를 감소시킴으로써, 신호를 등록하고 이들을 차동 신호로 처리하기 위한 측정 회로의 비용을 감소시키는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 변환기 요소의 신호를 등록하고 신호에 대한 외부 간섭의 영향을 최소화시키는 것이다.
이들 목적 중 적어도 하나는 독립 청구항의 특징에 의해 달성된다.
본 발명은 신호를 등록하고 처리하기 위한 측정 회로에 관한 것으로서; 다수의 제 1 신호 및 동일한 수의 제 2 신호가 제공되고, 측정 회로는 제 1 신호 및 제 2 신호로부터 적어도 하나의 차동 신호를 생성하도록 조정되고(adapted); 각각의 제 1 신호는 하나의 정반대의(negated) 제 2 신호에 대응하고; 제 1 신호의 수는 적어도 2 개이고; 측정 회로는 제 1 신호의 수에 대응하는 수의 신호 입력을 포함하고; 측정 회로는 추가 신호 입력을 포함하고; 제 1 신호는 측정 회로에 의해 개별적으로 등록되고, 제 2 신호의 합(sum of the second signals), 소위 제 2 신호 합(second signal sum)이 등록된다.
변환기는 일반적으로 이러한 입력 변수에 대해 민감한 변환기에 배열된 변환기 요소를 통해 적어도 하나의 입력 변수를 검출한다. 변환기 요소는 일반적으로 각각 신호를 포함하는 2 개의 접점을 포함한다. 이것은 대칭 신호 전송으로서 당업자에게 알려져 있다. 출력 변수의 결정은 2 개의 신호를 결정하여 수행될 수 있다. 따라서, 전압이 출력 변수인 경우, 이는 접점의 전위차를 결정함으로써 결정된다. 전하 또는 전류 출력 변수를 결정하기 위한 방법은 당업자에게 잘 알려져 있다. 따라서, 출력 변수는 또한 차동 신호라고도 한다.
일반적으로, 접점은 변환기에 배열된 플러그 커넥터에 전기 전도성 방식으로 연결된다. 커넥터의 각각의 대응물을 포함하는 케이블은 신호를 측정 회로로 전송한다. 대안적으로, 변환기와 관련된 케이블이 접점에 직접 연결될 수도 있다.
변환기 요소의 2 개의 신호가 서로에 대해 정반대인 기준값이 존재할 때 변환기 요소는 대칭으로 연결된다. 입력 변수의 변동은 제 1 신호 및 제 2 신호의 서로에 대한 역 변동을 초래한다. 기준값은 입력 변수의 신호의 절대값의 변화와 독립적이다. 기준값은 시간에 따라 변할 수 있다.
종종, 기준값은 기준 전위이다. 명확성을 위해, 다음 설명에서 기준값은 0인 것으로 가정될 것이다. 따라서, 기준 전위는 접지 전위와 같다. 그러나, 0과 다른 기준값을 사용하는 것도 또한 가능하다.
본 발명에 따른 측정 회로에 신호를 제공하기에 적합한 변환기는 각각의 제 1 및 제 2 신호와의 제 1 접점 및 제 2 접점을 각각 갖는 적어도 2 개의 변환기 요소를 포함한다. 변환기 요소의 제 2 접점은 항상 이들의 신호가 가산되는 방식으로 결합된다. 이러한 제 2 신호의 합을 제 2 신호 합이라고 하며, 측정 회로의 신호 입력으로 전송된다. 제 1 접점에 대응하는 신호는 측정 회로의 개별 신호 입력으로 전송된다. 이는 모든 제 1 신호 및 모든 제 2 신호를 개별적으로 등록하는 측정 회로에 비해 신호 입력의 수를 감소시킨다. 각각의 신호 입력에는 측정 회로 내에서 별도의 신호 검출이 필요하기 때문에, 측정 회로를 제조하기 위한 비용이 감소된다. 또한, 필요한 부품의 갯수가 감소되기 때문에, 측정 회로도 또한 더욱 견고하다. 또한, 신호를 측정 회로로 전송하는 케이블을 제조하는 것은 더 적은 도체가 필요하기 때문에 더욱 비용 효율적이다.
신호 또는 제공된 신호를 제공하는 것은 추가 사용을 위해, 예를 들어 전자 처리를 위해 제공된 신호를 제공하는 것을 의미하는 것으로 이해된다. 신호를 제공하는 것에는 전자 데이터 메모리에 신호를 저장하고 이러한 데이터 메모리로부터 신호를 로딩할 수 있는 능력도 포함된다. 신호를 제공하는 것은 또한 신호를 디스플레이에 디스플레이하는 것도 포함한다. 다음에서, 제공된 신호는 일반적으로 아날로그 신호이다. 그러나, 당업자는 또한 디지털 신호를 사용하여 아래의 설명을 실시할 수도 있다.
변환기 요소의 제 1 및 제 2 신호의 차동 신호는 신호 입력에 제공된 신호를 사용하는 산술 요소에 의해 측정 회로에 의해 계산될 수 있고, 상기 신호는 제 2 신호 합 및 개별 제 1 신호이다. 산술 요소는 덧셈, 뺄셈, 나눗셈 또는 곱셈을 통해 복수의 신호를 서로 관련시키고 결과를 제공하도록 조정된다.
변환기 요소의 차동 신호 외에도, 측정 회로는 또한 간섭 신호를 계산하도록 조정된다. 간섭 신호는 등록된 입력 변수의 변화가 아니라 간섭으로 인한 신호의 변화이다. 간섭은 예를 들어 전기장 또는 자기장 또는 전자기장의 발생이다. 변환기 또는 케이블이 간섭이 존재하는 공간 영역에 위치되는 경우, 실질적으로 동일한 위상 위치를 갖는 간섭 신호가 변환기 요소의 제 1 및 제 2 접점과 같은 변환기의 전기 전도성 구성 요소에 또는 케이블의 도체에 발생한다. 이는 당업자에게 공통 모드 간섭으로 알려져 있다. 일반적으로, 간섭은 외부 소스로부터 발생한다.
간섭 신호의 크기는 케이블 또는 변환기로의 간섭의 입력에 대응한다.
측정 회로에 의한 간섭 신호의 검출에서, 가산기가 제 1 신호 합을 획득하기 위해 제공된 제 1 신호의 합을 먼저 계산한다. 가산기는 2 개의 신호를 합산하고 그 합을 제공하도록 조정된 요소이다. 그 후, 가산기는 간섭 신호를 제공하는 제 1 신호 합 및 제공된 제 2 신호 합의 합을 계산한다. 간섭이 존재하지 않는다면, 간섭 신호는 0이 될 것이다. 0이 아닌 간섭 신호는 검출된 간섭 신호에 의해 정량화될 수 있는 간섭이 존재한다는 것을 나타낸다.
기준 전위가 0과 다른 경우, 간섭이 없는 경우에도 간섭 신호는 0과 다를 것이다. 간섭이 없는 경우, 간섭 신호는 간섭 전위에 등록된 신호의 수를 곱한 값과 같다. 명확성을 위해, 기준 전위는 0인 것으로 가정될 것이고, 따라서 다음 설명에서 접지 전위와 동일하다. 그러나, 본 발명의 실시에서, 0과 다른 기준 전위를 사용하는 것도 또한 가능하다. 기준 전위가 알려져 있기 때문에, 아래에 언급된 공식은 그에 따라 용이하게 조정될 수 있다.
측정 회로의 입력 신호에 대한 간섭의 영향은 실질적으로 동일하므로, 산술 요소에 의해 제공된 제 1 신호 및 제공된 제 2 신호 합으로부터 간섭이 본질적으로 제거될 수 있다.
측정 회로는 검출된 간섭을 제거하여 본질적으로 간섭이 없는 차동 신호를 생성함으로써 변환기 요소의 차동 신호를 계산한다.
변환기, 케이블 및 측정 회로의 배열이 측정 장치이다.
이하에서, 본 발명은 도면을 참조하여 예로서 설명될 것이다.
도 1은 다수(N)의 제 1 신호에 대한 측정 회로의 일 실시예의 개략적인 부분도를 도시한다.
도 2는 도 1의 측정 회로, 케이블 및 변환기를 포함하는 측정 장치의 일 실시예의 개략적인 부분도를 도시한다.
도 3은 2 개의 제 1 신호에 대한 측정 회로의 일 실시예의 개략적인 부분도를 도시한다.
도 4는 3 개의 제 1 신호에 대한 측정 회로의 일 실시예의 개략적인 부분도를 도시한다.
도 5는 도 1의 측정 회로, 케이블 및 변환기를 포함하는 측정 장치의 일 실시예의 개략적인 부분도를 도시한다.
도 6은 도 1의 측정 회로, 케이블 및 변환기를 포함하는 측정 장치의 일 실시예의 개략적인 부분도를 도시한다.
도 7은 도 1의 측정 회로, 케이블 및 변환기를 포함하는 측정 장치의 일 실시예의 개략적인 부분도를 도시한다.
도 8은 신호 입력에서 제공되는 간섭 신호로 중첩된 제 1 신호 중 3 개의 제 1 신호 및 제 2 신호 합을 갖는 일 예의 개략도를 도시한다.
도 9는 간섭 신호로 중첩된 제 1 신호 중 3 개의 제 1 신호 및 제 2 신호 합, 제1 신호 합, 그리고 측정 회로 내에서 검출된 간섭 신호를 갖는 일 예의 개략도를 도시한다.
도 10은 간섭 신호로 중첩된 제 1 신호 중 3 개의 제 1 신호 및 제 2 신호 합, 제 1 신호 합, 검출된 간섭 신호, 차동 신호, 및 간섭-보정된 차동 신호를 갖는 일 예의 개략적 표현을 도시한다.
도 1은 다수(N)의 제 1 신호에 대한 측정 회로의 일 실시예의 개략적인 부분도를 도시한다.
도 2는 도 1의 측정 회로, 케이블 및 변환기를 포함하는 측정 장치의 일 실시예의 개략적인 부분도를 도시한다.
도 3은 2 개의 제 1 신호에 대한 측정 회로의 일 실시예의 개략적인 부분도를 도시한다.
도 4는 3 개의 제 1 신호에 대한 측정 회로의 일 실시예의 개략적인 부분도를 도시한다.
도 5는 도 1의 측정 회로, 케이블 및 변환기를 포함하는 측정 장치의 일 실시예의 개략적인 부분도를 도시한다.
도 6은 도 1의 측정 회로, 케이블 및 변환기를 포함하는 측정 장치의 일 실시예의 개략적인 부분도를 도시한다.
도 7은 도 1의 측정 회로, 케이블 및 변환기를 포함하는 측정 장치의 일 실시예의 개략적인 부분도를 도시한다.
도 8은 신호 입력에서 제공되는 간섭 신호로 중첩된 제 1 신호 중 3 개의 제 1 신호 및 제 2 신호 합을 갖는 일 예의 개략도를 도시한다.
도 9는 간섭 신호로 중첩된 제 1 신호 중 3 개의 제 1 신호 및 제 2 신호 합, 제1 신호 합, 그리고 측정 회로 내에서 검출된 간섭 신호를 갖는 일 예의 개략도를 도시한다.
도 10은 간섭 신호로 중첩된 제 1 신호 중 3 개의 제 1 신호 및 제 2 신호 합, 제 1 신호 합, 검출된 간섭 신호, 차동 신호, 및 간섭-보정된 차동 신호를 갖는 일 예의 개략적 표현을 도시한다.
도 1은 다수(N)의 신호 입력(36) 및 추가 신호 입력(36)을 포함하는 측정 회로(3)의 개략적인 부분도를 도시한다. 신호 입력(36)은 다수(N)의 제 1 신호(S1.1 내지 S1.N)를 등록하여 제공하고, 제 2 신호(S2.1 내지 S2.N)의 합(S2)을 등록하여 제공하도록 구성되고, 여기서 수(N)는 1보다 큰 자연수이다.
제 1 신호(S1.1 내지 S1.N) 및 제 2 신호(S2.1 내지 S2.N)에 대해, 제 1 신호(S1.1 내지 S1.N)는 간섭이 없는 경우 신호의 각 값에 대해 제 2 신호(S2.1 내지 S2.N)의 음의 값에 대응한다:
제 1 신호(S1.1 내지 S1.N)의 변화는 제 2 신호(S2.1 내지 S2.N)의 동일하지만 반대의 변화를 수반한다.
고려되는 경우, 제 1 신호 및 제 2 신호가 서로에 대해 정반대인 기준 전위는 0과 같다. 0과 다른 기준 전위의 경우, 위의 공식 및 다음 공식은 적절히 조정되어야 한다.
제 1 신호(S1.1 내지 S1.N) 및 제 2 신호(S2.1 내지 S2.N)의 합(S2)은 각각 도체(21)에 의해 측정 회로(3)의 신호 입력(36)으로 전송된다.
도 3은 3 개의 신호 입력을 포함하고 따라서 2 개의 제 1 신호(S1.1 및 S1.2) 및 제 2 신호 합(S2)을 등록하도록 조정된 측정 회로를 예시적으로 보여준다.
도 4는 4 개의 신호 입력을 포함하고 따라서 3 개의 제 1 신호(S1.1 내지 S1.3) 및 제 2 신호 합(S2)을 등록하도록 조정된 측정 회로를 예시적으로 보여준다.
간섭의 경우, 이러한 간섭은 제공된 제 1 신호(S1.1 내지 S1.N) 및 제공된 제 2 신호 합(S2) 각각에 동일한 양으로 영향을 미치며, 상기 간섭은 동위상이다. 따라서 도 8에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 측정 회로(3)의 각 신호 입력(36)에서, 간섭에 의해 야기된 간섭 신호(St)의 비율이 각각 제 1 신호(S1.1 내지 S2.N) 또는 제 2 신호 합(S2)에 가산적으로 중첩될 것이다. 중첩된 간섭 신호(St)의 비율(1/(N+1))은 측정 회로(3)의 신호 입력(36)의 수에 의해 제공된다.
중첩된 비례 간섭 신호(St/(N+1))와 제 1 신호(S1.1 내지 S1.N)는 측정 회로(3) 내에서 가산되고, 결과는 도 9에 도시된 바와 같이 제 1 신호 합(S1)으로 제공된다.
간섭 신호(St)는 제 1 신호 합(S1)과 제 2 신호 합(S2)을 가산함으로써 결정될 수 있으며, 여기서 제 2 신호 합(S2)은 비례 간섭 신호(St/(N+1))에 의해 추가적으로 중첩된다. 따라서, 제 2 신호 합(S2)은 이상적인 간섭 없는 제 2 신호 합(S2')과 간섭 신호(St/(N+1))에 의해 주어진다.
따라서 간섭 신호(St)는 다음에 의해 결정된다:
따라서 총 간섭 신호(St)는 각각의 중첩된 비례 간섭 신호(St/(N+1))와 함께 신호 입력(36)에 제공된 제 1 신호(S1.1 내지 S1.N) 및 제 2 신호 합(S2)으로부터 결정될 수 있다. 간섭 신호는 도 9에 예시적으로 도시되어 있다.
간섭 신호가 알려진 경우, 간섭 신호의 각각의 비율은 산술 요소의 신호 입력(36)에 제공된 제 1 신호(S1.1 내지 S1.N) 및 제 2 신호 합(S2)으로부터 간단하게 감산될 수 있다. 결과적인 간섭-보정된 제 1 신호(Sb1.1 내지 Sb1.N) 및 간섭-보정된 제 2 신호 합(Sb2)이 도 1 내지 도 7에 도시되어 있다.
제 1 신호 합(S1)을 획득하기 위해 제 1 신호(S1.1 내지 S1.N)를 가산하는 것은 가산기(31)에 의해 수행된다. 가산기(31)는 측정 회로(3)에 배열된다. 유사하게, 제 1 신호 합(S1) 및 제 2 신호 합(S2)을 가산하는 것도 또한 가산기(31)에 의해 수행된다. 2 개 이상의 신호를 가산하는 구성 요소는 전기 공학 분야의 당업자에게 알려져 있다. 따라서, 디지털 신호의 가산은 예를 들어 마이크로 프로세서를 통해 수행된다. 아날로그 신호의 가산은 가장 간단한 경우에, 예를 들어 전하 또는 전류에 대해, 2 개의 도체 사이의 전도성 연결을 통해 수행된다.
제공된 제 1 신호(S1.1 내지 S1.N) 및 제 2 신호 합(S2)으로부터 제 1 신호(S1.1 내지 S1.N) 및 제 2 신호(S2.1 내지 S2.N)의 차동 신호(D.1 내지 D.N)가 계산된다. 이를 위해, 차동 신호(D.1 내지 D.N) 계산될 제 1 신호(S1.k)를 제외한 모든 제 1 신호(k는 한계값을 포함하여 1 내지 N의 범위에 있음)는 제 2 신호 합(S2)에 가산된다. 더욱이, 제 1 신호(S1.1 내지 S1.N) 및 제 2 신호 합(S2)에 각각 또한 비례 간섭 신호(St/(N+1))가 중첩된다.
그 후 제 1 신호(S1.k)에 대한 차이(1에서 N까지의 k1)가 계산된다.
차동 신호(D.1 내지 D.N)의 알려진 비율((N-1)/(N+1))은 간섭 신호(St)로 구성된다. 이 비율은 알려져 있고 간섭 신호(St)는 이미 결정되었으므로, 차동 신호(D.1 내지 D.N)는 차동 신호(D.1 내지 D.N)로부터 간섭(St)의 비율을 제거함으로써 보정될 수 있다.
간섭-보정된 차동 신호(Db.1 내지 Db.N)는 신호에 영향을 미치는 간섭 신호(St)가 없다. 이후에, 모든 제 1 신호(S1.1 내지 S1.N)에 대해 간섭-보정된 차동 신호(Db.1 내지 Db.N)가 결정될 수 있다. 차동 신호(D.1 내지 D.N) 및 간섭-보정된 차동 신호(Db.1 내지 Db.N)가 도 10에 예시적으로 도시되어 있다.
일 실시예에서, 측정 회로(3)는 제 2 신호의 합(S2)뿐만 아니라 각각의 제 1 신호(S1.1 내지 S1.N)도 디지털화하는 아날로그-디지털 컨버터를 포함한다. 용어 제 1 신호(S1.1 내지 S1.N) 또는 제 2 신호(S2.1 내지 S2.N)는 신호가 아날로그 또는 디지털 형태로 측정 회로(3)에 존재하는지 여부와 무관하다. 측정 회로(3) 내의 동작은 디지털 신호 처리 또는 아날로그 신호 처리에 의해 수행될 수 있다. 따라서, 2 개의 신호를 가산하도록 조정된 가산기(31)는 마이크로 프로세서 또는 적절한 아날로그 회로에 의해 구현된다. 마찬가지로, 덧셈, 뺄셈, 나눗셈 또는 곱셈에 의해 복수의 신호를 서로 관련시키는 산술 요소(33)는 마이크로 프로세서 또는 적절한 아날로그 회로에 의해 구현된다.
일 실시예에서, 각각의 신호 입력(36)은 각각의 증폭기(32)에 전기 전도성 방식으로 연결되고, 상기 증폭기(32)는 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 측정 회로(3) 내에 배열된다. 증폭기(32)는 적어도 2 개의 신호 입력을 포함하고, 그 중 제 1 신호 입력이 측정 회로(3)의 신호 입력(36)에 전기 전도성 방식으로 연결된다. 증폭기(32)의 제 2 신호 입력은 기준 전위(34)에 연결된다. 일 실시예에서, 증폭기(32)는 또한 아날로그-디지털 컨버터를 포함할 수 있다. 신호 입력(36)에 근접한 증폭기(32)의 배열은 증폭된 신호에 대해 간섭에 덜 취약한 측정 회로(3) 내에서의 추가 신호 처리에 유리하다.
일 실시예에서, 증폭기(32)는 제 1 신호(S1.1 내지 S1.N) 및 제 2 신호 합(S2)의 물리적 변수를 다른 물리적 변수로 변환한다. 예를 들어, 전하인 제 1 신호(S1.1 내지 S1.N) 및 제 2 신호 합(S2)에 대해, 증폭기는 따라서 바람직하게는 상기 전하를 전압 또는 전류로 변환한다. 이러한 전압 또는 전류는 물리적 변수에 관계없이 각각 제 1 신호(S1.1 내지 S1.N) 또는 제 2 신호 합(S2)이라고 한다. 용어 제 1 신호(S1.1 내지 S1.N) 또는 제 2 신호 합(S2)은 제 1 신호 또는 제 2 신호 합이 표현되는 물리적 변수 또는 제 1 신호(S1.1 내지 S1.N) 또는 제 2 신호 합(S2)이 측정 회로(3) 내에서 변환될 수 있는 물리적 변수와 무관하다.
일 실시예에서, 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 제 1 신호(S1.1 내지 S1.N) 및 제 2 신호 합(S2)의 특성으로 인해 측정 회로(3)에는 증폭기(32)가 필요하지 않다.
유리하게는, 측정 회로(3)는 적합한 변환기(1) 및 변환기(1)와 측정 회로(3)를 연결하는 케이블(2)과 함께 사용된다. 변환기(1), 케이블(2) 및 측정 회로(3)의 이러한 배열을 측정 장치(123)라고 한다. 측정 장치(123)가 도 2에 예시적으로 도시되어 있다.
변환기(1)는 적어도 하나의 물리적 변수를 등록한다. 이를 위해, 물리적 변수를 등록하고 제 1 접점(12) 및 제 2 접점(13)을 보유하는 적어도 하나의 변환기 요소(10)가 변환기(1)에 배열된다. 변환기 요소(10)는 제 1 신호(S1.1 내지 S1.N)를 제 1 접점(12)에서 제공하고, 제 2 신호(S2.1 내지 S2.N)를 제 2 접점(13)에서 제공한다. 신호는 예를 들어 전압, 전류 또는 전하이다. 물리적 변수는 예를 들어 힘, 압력, 가속도, 토크, 전압, 전류, 전하, 온도, 자속 밀도, 측광 변수 또는 임의의 다른 물리적 변수이다.
일 실시예에서, 변환기(1)는 다축 압전 힘 변환기 또는 다축 압전 가속 변환기이다.
본 발명에 따르면, 변환기 요소(10)의 제 2 신호(S2.1 내지 S2.N)는 제 2 합(S2)을 획득하기 위해 가산기(11)에 의해 가산된다. 가산기(11)의 구조는 제 2 신호(S2.1 내지 S2.N)의 물리적 변수에 의존한다. 따라서, 전류 또는 전하에 대한 가산기(11)는 전기 전도성 연결일 수 있다. 그러나, 제 2 신호(S2.1 내지 S2.N)의 가산을 가능하게 하는 더 복잡한 회로도 또한 고려될 수 있다.
일 실시예에서, 가산기(11)는 도 2, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 변환기(1) 내에 배치된다. 이것은 전기 전도성 방식으로 상기 변환기(1)를 측정 회로(3)에 연결하는 케이블(2)이 모든 제 1 및 제 2 신호가 케이블을 통해 개별적으로 전송되는 경우보다 더 적은 도체를 필요로 한다는 이점을 갖는다.
일 실시예에서, 가산기(11)는 도 7에 도시된 바와 같이 변환기 측의 케이블(2)의 플러그 내에 배열된다. 변환기 측의 케이블(2)의 플러그는 케이블(2)을 변환기(1)에 연결하는 플러그이다. 이것은 또한 제 2 신호를 결합하는 요건을 충족하지 않는 변환기(1)가 측정 회로(3)를 갖는 측정 장치(123)에서 사용될 수 있다는 이점을 갖는다. 가산기(11)는, 간섭의 경우, 이 간섭의 동일한 비율이 제공된 제 1 신호(S1.1 내지 S1.N) 및 제공된 제 2 신호 합(S2)에 각각 영향을 미치도록, 변환기에 가깝게, 특히 변환기 측의 플러그에 위치되어야 하고, 여기서 상기 간섭은 동위상이다. 케이블(2)과 변환기(1) 간의 연결이 플러그 없이 이루어지면, 이 경우 간섭의 동일한 비율이 제공된 제 1 신호(S1.1 내지 S1.N) 및 제공된 제 2 신호 합(S2)에 각각 영향을 미치도록 보장하기 위해, 가산기(11)는 변환기(1)에 매우 근접하여 케이블(2)에 통합되어야 하고, 여기서 상기 간섭은 동위상이다. 매우 근접이라 함은 변환기(1)와 측정 회로(3) 사이의 케이블(2)의 총 길이의 10 % 미만의 거리를 지칭한다.
일 실시예에서, 가산기(11)는 증폭기 또는 아날로그-디지털 컨버터, 또는 둘 모두를 포함한다.
일 실시예에서, 케이블(2)의 도체(21) 및 변환기(1)의 접점(12, 13)은 도 5에 도시된 바와 같이 플러그 접점(16)에 의해 전기 전도성 방식으로 연결된다.
플러그 접점은 플러그 및 소켓으로 이루어지며, 이중 하나는 케이블(2) 상에 있고, 다른 하나는 변환기 상에 있으며, 이것은 케이블(2)의 도체(21)와 변환기(1)의 접점을 전기 전도성 방식으로 서로 연결하는 역할을 한다.
일 실시예에서, 케이블(2)은 변환기(1)에 분리 불가능하게 연결되고, 제 1 접점(12) 및 제 2 접점(13)은 도 2 및 도 6에 도시된 바와 같이 재료 결합 또는 강제 잠금 연결에 의해 케이블(2)의 도체(21)에 연결된다.
일 실시예에서, 측정 회로(3)의 신호 입력(36)은 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이 케이블(2)의 도체(21)를 측정 회로(3)에 전기 전도성 방식으로 연결하는 플러그 접점으로서 설계된다.
일 실시예에서, 측정 회로(3)의 신호 입력(36)은 케이블(2)이 측정 회로(3)에 분리 불가능하게 연결되고 케이블(2)의 도체(21)는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 재료 결합 또는 강제 잠금 연결을 통해 측정 회로(3)의 신호 입력(36)에 연결되는 방식으로 설계된다.
일 실시예(도시되지 않음)에서, 복수의 변환기(1)는 상이한 변환기(1)에 위치된 변환기 요소(10)의 제 2 신호(S2.1 내지 S2.N)가 가산 방식으로 결합되는 방식으로 측정 회로(3)에 연결된다. 이것은 예를 들어 유체 시스템에서 복수의 압력 변환기의 배열일 수 있다. 이러한 압력 변환기는 예를 들어 공통 플러그 접점에 의해 케이블(2)에 연결될 수 있고, 제 2 신호(S2.1 내지 S2.N)는 가산 방식으로 케이블(2)에 결합될 수 있다. 이러한 압력 변환기는 압전 또는 압전 저항 압력 변환기 또는 이온화 진공 게이지 또는 열 전도성 진공 게이지일 수 있다. 변환기 요소(10)가 다른 변환기(1)에 배열되는 다른 적용도 또한 고려될 수 있다.
실행 가능하다면, 본 문헌에 개시된 실시예들의 다양한 특징들을 조합하는 실시예도 또한 가능하다.
1 변환기
2 케이블
3 측정 회로
10 변환기 요소
11 가산기
12 제 1 접점
13 제 2 접점
16 신호 출력
21 도체
31 가산기
32 증폭기
33 산술 요소
34 기준 전위
36 신호 입력
123 측정 장치
St 간섭 신호
N 변환기 요소의 수
S1.1 내지 S1.N 변환기 요소의 제 1 신호
S2.1 내지 S2.N 변환기 요소의 제 2 신호
S1 제 1 신호 합
S2 제 2 신호 합
S2' 간섭 없는 제 2 신호 합
Sb2 간섭-보정된 제 2 신호 합
Sb1.1 내지 Sb1.N 간섭-보정된 제 1 신호
D.1 내지 D.N 변환기 요소의 차동 신호
Db.1 내지 Db.N 변환기 요소의 간섭-보정된 차동 신호
2 케이블
3 측정 회로
10 변환기 요소
11 가산기
12 제 1 접점
13 제 2 접점
16 신호 출력
21 도체
31 가산기
32 증폭기
33 산술 요소
34 기준 전위
36 신호 입력
123 측정 장치
St 간섭 신호
N 변환기 요소의 수
S1.1 내지 S1.N 변환기 요소의 제 1 신호
S2.1 내지 S2.N 변환기 요소의 제 2 신호
S1 제 1 신호 합
S2 제 2 신호 합
S2' 간섭 없는 제 2 신호 합
Sb2 간섭-보정된 제 2 신호 합
Sb1.1 내지 Sb1.N 간섭-보정된 제 1 신호
D.1 내지 D.N 변환기 요소의 차동 신호
Db.1 내지 Db.N 변환기 요소의 간섭-보정된 차동 신호
Claims (15)
- 신호를 등록하고 처리하기 위한 측정 회로(3)로서; 다수(N)의 제 1 신호(S1.1 내지 S1.N) 및 상기 제 1 신호와 동일한 수(N)의 제 2 신호가 제공되고, 상기 측정 회로(3)는 제 1 신호(S1.1 내지 S1.N) 및 제 2 신호(S2.1 내지 S2.N)로부터 적어도 하나의 차동 신호(D.1 내지 D.N)를 생성하도록 조정되고(adapted); 상기 제 1 신호(S1.1 내지 S1.N) 각각은 하나의 정반대의(negated) 제 2 신호(S2.1 내지 S2.N)에 대응하는, 상기 측정 회로(3)에 있어서,
제 1 신호(S1.1 내지 S1.N)의 수(N)는 적어도 2 개이고; 상기 측정 회로(3)는 제 1 신호(S1.1 내지 S1.N)의 수에 대응하는 수의 신호 입력(36)을 포함하고; 상기 측정 회로(3)는 추가 신호 입력(signal inputs; 36)을 포함하고; 상기 제 1 신호(S1.1 내지 S1.N)는 상기 측정 회로(3)에 의해 개별적으로 등록될 수 있고, 상기 제 2 신호(S2.1 내지 S2.N)의 합(S2), 소위 제 2 신호 합(S2)이 등록될 수 있는 것을 특징으로 하는 측정 회로. - 제 1 항에 있어서,
상기 측정 회로(3)는 상기 등록된 제 1 신호(S1.1 내지 S1.N)의 합을 계산하여 제 1 신호 합(S1)을 획득하도록 구성되고; 상기 측정 회로(3)는 상기 제 1 신호 합(S1) 및 상기 등록된 제 2 신호 합(S2)을 합산하여 결과를 간섭 신호(St)로서 제공하도록 조정되는 것을 특징으로 하는 측정 회로. - 제 2 항에 있어서,
상기 측정 회로(3)는 상기 등록된 제 1 신호(S1.1 내지 S1.N) 및 상기 등록된 제 2 신호 합(S2)으로부터 상기 간섭 신호의 비율을 각각 감산하고, 간섭-보정된(interference-corrected) 제 1 신호(Sb1.1 내지 Sb1.N) 및 간섭-보정된 제 2 신호 합(Sb2)을 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 측정 회로. - 제 3 항에 있어서,
상기 측정 회로(3)는 상기 등록된 제 1 신호(S1.1 내지 S1.N) 및 상기 등록된 제 2 신호 합(S2)으로부터 적어도 하나의 차동 신호(D1 내지 DN)를 계산하여 제공하도록 구성되고; 상기 측정 회로(3)는 적어도 하나의 간섭-보정된 차동 신호(Db.1 내지 Db.N)를 계산하여 제공하도록 구성되고; 상기 간섭-보정된 차동 신호(Db.1 내지 Db.N)는 상기 차동 신호(D.1 내지 D.N)와 비례 간섭 신호(St) 간의 차이이고, 상기 간섭 신호(St)의 비율은 상기 측정 회로(3)의 신호 입력(36)의 수(N)에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 측정 회로. - 제 2 항에 있어서,
상기 측정 회로(3)는 3 개의 제공된 제 1 신호(S1.1 내지 S1.3) 및 제공된 상기 제 2 신호 합(S2)으로부터 3 개의 차동 신호(D.1 내지 D.3)를 생성하도록 구성되고; 상기 측정 회로(3)는 3 개의 제공된 제 1 신호(S1.1 내지 S1.3) 및 제공된 상기 제 2 신호 합(S2)으로부터 상기 간섭 신호(St)를 생성하도록 구성되고; 상기 측정 회로(3)는 3 개의 간섭-보정된 차동 신호(Db.1 내지 Db.3)를 계산하여 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 측정 회로. - 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 측정 회로(3) 및 변환기(1) 및 상기 측정 회로(3)와 변환기(1)를 연결하는 케이블(2)로 이루어진 측정 장치(123)로서; 상기 변환기(1)는 다수(N)의 변환기 요소(10)를 포함하고; 변환기 요소(10)는 제 1 신호(S1.1 내지 S1.N) 및 제 2 신호(S2.1 내지 S2.N)를 제공하고; 상기 변환기 요소(10)의 상기 제 1 신호(S1.1 내지 S1.N)는 상기 변환기 요소(10)의 음의 제 2 신호(S2.1 내지 S2.N)와 동일하고; 상기 변환기 요소(10)의 상기 제 1 신호(S1.N) 및 상기 제 2 신호(S2.N)는 상기 변환기 요소(10)의 제 1 접점(12) 및 제 2 접점(13)에 존재하는, 상기 측정 장치(123)에 있어서,
상기 제 2 신호(S2.1 내지 S2.N)는 제 2 신호 합(S2)을 획득하기 위해 가산 결합되고; 상기 제 1 신호(S1.1 내지 S1.N) 및 상기 제 2 신호 합은 상기 측정 회로(3)의 상기 신호 입력(36)에 제공되는 것을 특징으로 하는 측정 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 변환기(1) 내에서의 상기 제 2 신호(S2.1 내지 S2.N)의 상기 가산 결합은 상기 제 2 접점(13)의 및 상기 제 2 접점(13) 중의 가산기(11)에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 측정 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 제 2 신호의 상기 가산 결합은 상기 케이블(2) 내에서 수행되고; 도체(21)는 상기 변환기(1) 측의 상기 케이블(2)의 플러그 내에서 가산기(11)에 의해 상호 연결되고, 상기 도체(21)는 전기 전도성 방식으로 상기 제 2 접점(13)에 연결되는 것을 특징으로 하는 측정 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 간섭 신호(St)의 크기는 상기 케이블(2) 또는 상기 변환기(1)로의 간섭의 입력에 대응하는 것을 특징으로 하는 측정 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 변환기(1)는 전류 또는 전압 또는 전하의 형태로 상기 제 1 신호(S1.1 내지 S1.N) 및 상기 제 2 신호(S2.1 내지 S2.N)를 제공하는 것을 특징으로 하는 측정 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 변환기(1)는 적어도 하나의 물리적 변수를 검출하고, 물리적 변수는 공간 방향의 가속도 또는 일 방향의 힘 또는 압력 또는 질량 흐름인 것을 특징으로 하는 측정 장치. - 제 6 항에 있어서,
적어도 하나의 변환기 요소(10)는 검출될 물리적 변수에 민감하고; 적어도 하나의 변환기 요소(10)는 압전 변환기 요소(10)인 것을 특징으로 하는 측정 장치. - 간섭 없는 방식으로 적어도 2 개의 측정된 변수를 검출하기 위한 방법에 있어서,
상기 측정된 변수는 제 1 신호(S1.1 내지 S1.N) 및 제 2 신호(S2.1 내지 S2.N)의 형태로 검출되고, 상기 제 1 신호(S1.1 내지 S1.N) 및 제 2 신호(S2.1 내지 S2.N)는 서로에 대해 반전되고(inverted); 상기 측정된 변수의 상기 제 1 신호(S1.1 내지 S1.N)는 개별적으로 등록되고, 상기 제 2 신호(S2.1 내지 S2.N)의 합은 제 2 신호 합(S2)으로서 등록되고; 등록된 상기 제 1 신호(S1.1 내지 S1.N)는 합산되어 제 1 신호 합(S1)을 제공하고; 상기 제 1 신호 합(1) 및 상기 등록된 제 2 신호 합(S2)의 합은 간섭 신호(St)를 제공하고; 상기 간섭 신호(St)는 상기 제 1 신호(S1.1 내지 S1.N) 및 상기 제 2 신호(S2.1 내지 S2.N)의 외부 전자기 간섭(external electromagnetic interference)에 대응하거나 또는 상기 간섭 신호(St)는 상기 제 1 신호(S1.1 내지 S1.N) 및 상기 제 2 신호 합(S2)의 외부 전자기 간섭에 대응하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 간섭 신호(St)는 적어도 하나의 제 1 신호(S1.1 내지 S1.N)로부터 비례적으로 감산되고, 결과는 간섭-보정된 제 1 신호(Sb1.1 내지 Sb1.N)이며; 상기 간섭 신호(St)는 상기 제 2 신호 합(S2)으로부터 감산되고, 결과는 간섭-보정된 제 2 신호 합(Sb2)인 것을 특징으로 하는 방법. - 제 14 항에 있어서,
상기 등록된 제 2 신호 합(S2) 및 상기 등록된 제 1 신호(S1.1 내지 S1.N)로부터 적어도 하나의 차동 신호(D.1 내지 D.N)가 계산되고, 상기 차동 신호(D.1 내지 D.N)는 측정된 변수와 관련된 상기 제 1 신호(S1.1 내지 S1.N) 및 제 2 신호(S2.1 내지 S2.N) 간의 차이에 대응하며; 상기 간섭 신호(St)는 상기 차동 신호(D.1 내지 D.N)로부터 비례적으로 감산되고, 이로 인해 적어도 하나의 차동 신호(D.1 내지 D.N)로부터 기존 간섭 신호(St)가 제거되는 것을 특징으로 하는 방법.
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