WO2019048487A1 - Verfahren und messanordnung zur überwachung einer leitung auf veränderte umgebungsbedingungen - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a method and a measuring arrangement for monitoring a line to changing environmental conditions.
  • the line is an electrical line with at least one conductor, which is surrounded by insulation.
  • the conductor surrounded by insulation is also referred to below as a wire.
  • the insulation has a predetermined dielectric constant. Signal transmission within the electrical conductor is influenced by the dielectric constant.
  • cables are subjected to very different loads, which are often unknown in terms of their duration and strength.
  • loads In principle, varied and varied environmental conditions, in particular heat influences, can often not or not sufficiently be estimated in order to predict wear of a pipe can.
  • a cable is typically designed oversized.
  • the object of the invention is to enable a simple and cost-effective monitoring of a line for changed ambient conditions.
  • the inventive method is used to monitor a line to changing environmental conditions.
  • the line has a measuring line of a predetermined length, which has a measuring conductor surrounded by an insulation with a known dielectric constant.
  • the line can have, in addition to the measuring line, further line components, in particular further electrical line wires or other electrical lines. In a preferred embodiment, however, the line has only the measuring line.
  • an analog signal is generated, which is fed into the measuring line at a feed location.
  • the measuring line is purposefully designed such that the signal is particularly strongly reflected at a known, fixed reflection location, preferably completely or almost completely and a reflected signal component in the measuring conductor runs back.
  • a signal amplitude is now measured and from this signal amplitude, a measure of the changed environmental condition is determined.
  • This environmental condition or environmental parameter is in particular the temperature.
  • the term environmental condition or environmental parameters is to be understood generally. According to a first embodiment, it is an ambient condition outside the line. In this case, a further component is therefore generally monitored by means of the measuring line.
  • the condition is an internal environmental condition, such as a condition of the conduit itself, such as the temperature of the conduit. In the latter case, which is therefore an inherent internal condition of the line being monitored, the monitoring method therefore serves to monitor the line itself. On the basis of the determined values for the changed inherent condition, it is further preferable to make predictions for the wear of the line Derived line.
  • the measuring line is preferably designed overall such that forms a standing wave between the feed and the reflection location.
  • the method proposed here is fundamentally based initially on the consideration that the propagation speed of the signal within the measuring line depends on the dielectric constant of the insulation.
  • the dielectric constant varies - in particular with a suitable choice of the material for the insulation - with the ambient conditions, in particular with the temperature.
  • a changing ambient temperature therefore affects the respective propagation velocity of the signal in the measuring line via the dielectric constant.
  • the changed propagation velocity leads to a quasi shift of the phase of the signal at the defined fixed measuring location, so that the signal amplitude varies at the measuring location as a function of the temperature.
  • This signal amplitude is therefore a measure of the changed propagation velocity and thus also a measure of the changed environmental condition (temperature).
  • By evaluating the signal amplitude at the fixed measuring location conclusions about the current environmental conditions, in particular temperature, are drawn. Preferably, only the signal amplitude is used for the evaluation.
  • the proportions of the signal generally overlap with those of the reflected signal.
  • a predetermined line length ie given length between the feed and reflection location, and at a given location depending on the temperature a defined voltage amplitude at the site.
  • the measured signal amplitude is the amplitude of the superposed signal components of the injected signal and the reflected signal.
  • the injected signal and the reflected signal would be canceled out in total reflection. However, this is due to transmission losses due to z. As of attenuation in a real line or even with a total incomplete reflection is not the case.
  • the reflected signal is smaller than the injected signal.
  • the conclusions about the changed ambient conditions, in particular temperature from the signal amplitude, is made either by an algorithm or by comparison with comparison or reference values for the measured signal amplitude.
  • an analog signal This generally refers to a continuously variable signal with a continuous, uninterrupted signal path, in contrast to a digital signal, which typically has only one step-by-step sequence of (two) discrete states (0, 1). This has the advantage that it has a much lower frequency compared to digital measuring pulses. As a result, the signal attenuation of the signal is comparatively low.
  • the signal is generally a periodic signal with a predetermined frequency, in particular a continuously changing signal of steadily increasing or decreasing amplitude, especially a sine or cosine signal.
  • the known, defined reflection location is preferably an end of the measurement line.
  • the end of the measuring line is open, that is, it is a free end, which is not further electrically contacted or, for example, connected to ground. This open end ensures the desired high reflection and the formation of the desired standing wave.
  • other measures for generating the high reflection and the standing wave are possible, such as a short circuit.
  • the location of the measurement is one of these maxima.
  • the sum is also reduced due to the higher line attenuation of the reflected signal.
  • the measured amplitude decreases even more.
  • the frequency of the signal is in the range of several 10KHz up to 1000MHz.
  • the total frequency is in the range between 0.5 and 500 MHz and preferably at 200-400 MHz.
  • the frequencies in the range of several hundred MHz are used in particular for short lines with a line length of eg less than 5m. This may In particular, effects such as an increase in attenuation or a mismatch in addition to the phase shift can be determined.
  • the predefined frequency preferably decreases with increasing cable length. This dependence of the frequency on the line length is of particular advantage, since signal attenuation usually increases at higher frequencies, which may therefore have a negative effect on longer measuring conductors under certain circumstances.
  • the present method with the analog measuring signals is therefore particularly suitable for longer line lengths.
  • the frequency is preferably constant, whereby a particularly simple measuring arrangement is made possible.
  • the line lengths of the measuring conductor between the place of entry and the reflection site are generally preferably in the range of a few meters to a few tens of meters.
  • the length of the measuring conductor is not limited.
  • the length of the measuring conductor can also be several 10m up to 100m or a few 100m.
  • the measurement line generally has a dual function and is used, for example, in addition to the measurement function for a power supply.
  • the generally high-frequency signal is additionally modulated onto a direct current or also an alternating current (for example with a frequency of 50 Hz) of the power supply.
  • This measure therefore makes it possible to integrate an additional measuring function in conventional cable assemblies without having to lay an additional measuring conductor.
  • an existing core of a cable construction is preferably used as the measuring line or measuring wire.
  • this existing core is a supply wire via which a current, in particular direct current, is transmitted during operation.
  • the supply current is, for example, a charging current.
  • currents in the range of greater than 1 ampere, preferably greater than 10 Amps, greater than 50 amps or greater 100 amps transferred.
  • the method described here is preferably used for temperature monitoring, especially of a charging cable, with which a battery of a vehicle driven by an electric motor can be charged.
  • the measuring line is in particular a so-called "power charger" of the charging cable, the coupling of the signal preferably being non-contact (capacitive / inductive).
  • the measuring line is laid in a component to be monitored, in particular for monitoring the temperature.
  • the component is generally a cable which itself is to be monitored, such as the charging cable just mentioned.
  • the measuring cable is integrated within this electrical cable. Specifically, it is a cable which is laid in operation in a motor vehicle, for example in the engine area.
  • the component to be monitored is a component, such as an engine component or another component whose temperature is to be monitored and / or controlled.
  • the component may also be a mass, for example a hardening mass whose temperature is to be monitored.
  • a hardening mass whose temperature is to be monitored.
  • it is a potting compound in the construction industry, such as concrete.
  • the measuring line is embedded within the mass and remains in this after hardening of the mass.
  • a common monitoring unit which is therefore a structural unit and this is arranged for example in a common housing or on a common carrier, such as a circuit board is arranged, only the measuring line is connected. Specifically, this is done via a reversible connection option at contact terminals.
  • the measuring arrangement 2 shown in the single figure has, as essential components, a signal generator 4, a voltmeter 6 and a measuring line 8.
  • the internal resistance of the signal generator is adapted to the characteristic impedance of the measuring line 8.
  • the measuring line 8 in turn has a central measuring conductor 10, which is surrounded by a particular extruded insulation 12 with a known, temperature-dependent dielectric constant.
  • the measuring line 8 additionally has a shield, which forms an outer conductor, which is preferably connected to a ground terminal 14 with a defined reference potential, in particular ground potential.
  • the measuring line 8 may be, for example, a coaxial cable.
  • an analog signal especially a sine or cosine signal with a defined predetermined frequency, for example in the range between 1 to 1000 megahertz is generated.
  • the frequency of the signal is kept constant during the measurement and not changed.
  • the generated signal is fed to the measurement conductor 10 at a feed location 16 and passes through the measurement conductor 10 through its entire length, up to a reflection location 18 at which at least the largest portion of the signal is reflected, so that a reflected signal is generated and in the measurement conductor 10th runs back.
  • the reflection location 18 is, for example, an open line end, that is to say at this end the measurement conductor 10 is no longer electrically contacted. Due to the special structure, therefore, the length between the feed and reflection 18 is known.
  • the voltmeter 6 is designed to tap the signal amplitude at a fixed, defined measuring location 20. Due to the high degree of reflection at the reflection location 18, a standing wave arises within the measuring conductor 10, as shown in the lower half of the figure. The waves shown here are envelopes. In the figure, an idealized behavior of the measuring line is shown without damping. In a real line, the amplitude of the reflected signal is lower due to the attenuation.
  • the propagation velocity of the signal within the measuring line 8 changes with a temperature change.
  • the two sinusoidal waveforms shown schematically in the lower half of the figure indicate the location-dependent amplitude for two different temperatures.
  • the phase position of the signal shifts so that a noticeable change in the signal amplitude occurs at the fixed measuring location 20.
  • the length of the two indicated arrows, which are directed to the two signal courses at the measuring location 20, represent the signal amplitude respectively measured at the measuring location 20 for the respective signal course.
  • the voltmeter 6 is further connected to an evaluation unit not shown here.
  • an evaluation unit not shown here.
  • these are drawn on the basis of the measured signal amplitude conclusions about the prevailing environmental condition, in particular temperature. This is done, for example, by means of a comparison with stored reference data. In general, therefore, based on the signal amplitude, for example, the propagation velocity and, derived therefrom, the temperature in the surroundings of the measuring line or the measuring line itself can be detected.

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Abstract

Das Verfahren dient zur Überwachung einer Leitung auf Veränderung der Umgebungsbedingungen, wobei die Leitung eine Messleitung mit einer vorbestimmtem Länge aufweist, die einen von einer Isolierung mit bekannter Dielektrizitätskonstante umgebenen Messleiter aufweist. Bei dem Verfahren wird ein analoges Signal mit vorgegebener Frequenz erzeugt und an einem Einspeiseort eingespeist. Das Signal wird an einem vorbestimmten Reflexionsort reflektiert und eine resultierende Signalamplitude wird an einem vorgegebenen Messort gemessen. Aus der Signalamplitude wird ein Maß für die Umgebungsbedingung, insbesondere Temperatur, ermittelt.

Description

VERFAHREN UND MESSANORDNUNG ZUR ÜBERWACHUNG EINER LEITUNG AUF VERÄNDERTE UMGEBUNGSBEDINGUNGEN
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Messanordnung zur Überwachung einer Leitung auf veränderte Umgebungsbedingungen.
Bei der Leitung handelt es sich um eine elektrische Leitung mit zumindest einem Leiter, welcher von einer Isolierung umgeben ist. Der von Isolierung umgebene Leiter wird nachfolgend auch als Ader bezeichnet. Die Isolierung weist eine vorgegebene Dielektrizitätskonstante auf. Eine Signalübertragung innerhalb des elektrischen Leiters wird von der Dielektrizitätskonstanten beeinflusst.
Häufig sind mehrere Adern zu einer Leitung zusammengefasst. Bei vielen Anwendungen, beispielsweise im automotiven Bereich, unterliegen Leitungen dabei unterschiedlichsten Belastungen, welche häufig bezüglich ihrer Dauer und Stärke unbekannt sind. Auch prinzipiell vielfältige und wechselreiche Umgebungsbedingungen, insbesondere Wärmeeinflüsse, können oftmals nicht oder nicht hinreichend abgeschätzt werden, um einen Verschleiß einer Leitung vorhersagen zu können. Um eine bestimmte Mindestlebensdauer garantieren zu können, wird eine Leitung typischerweise überdimensioniert ausgelegt.
Im Bereich der E-Mobilität kommt dem Laden von elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen zunehmend Bedeutung zu. Um die Ladedauer kurz zu halten, sind hierbei zukünftig hohe Ladeströme vorgesehen. Dies führt bei den entsprechenden Ladekabeln zu einer hohen Temperaturbelastung, die überwacht werden kann. Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine einfache und kostengünstige Überwachung einer Leitung auf veränderte Umgebungsbedingun- gen zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Messanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei gelten die Ausführungen im Zusammenhang mit dem Verfahren sinngemäß auch für die Messanordnung sowie umgekehrt.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Überwachung einer Leitung auf veränderte Umgebungsbedingungen. Die Leitung weist eine Messleitung mit einer vorbestimmten Länge auf, die einen von einer Isolierung mit bekannter Dielektrizitätskonstante umgebenen Messleiter aufweist. Die Leitung kann dabei neben der Messleitung weitere Leitungskomponenten, insbesondere weitere elektrische Leitungsadern oder sonstige elektrische Leitungen aufweisen. Bei einer bevorzugten Ausführungsvariante weist die Leitung jedoch nur die Messleitung auf.
Weiterhin wird ein analoges Signal erzeugt, welches an einem Einspeiseort in die Messleitung eingespeist wird. Die Messleitung ist dabei zielgerichtet derart ausgebildet, dass das Signal an einem bekannten, festen Reflexionsort insbesondere stark reflektiert wird, vorzugsweise vollständig oder nahezu vollständig und ein reflektierter Signalanteil im Messleiter zurück läuft. An einem ortsfesten Messort wird nunmehr eine Signalamplitude gemessen und aus dieser Signalamplitude wird ein Maß für die veränderte Umgebungsbedingung ermittelt.
Bei dieser Umgebungsbedingung oder auch Umgebungsparameter handelt es sich insbesondere um die Temperatur. Der Begriff Umgebungsbedingung, bzw. Umgebungsparameter ist dabei allgemein zu verstehen. Gemäß einer ersten Ausführungsvariante handelt es sich um eine Umgebungsbedingung außerhalb der Leitung. In diesem Fall wird daher mithilfe der Messleitung eine weitere Komponente allgemein überwacht. Alternativ hierzu handelt es sich bei der Bedingung um eine innere Umgebungsbedingung, beispielsweise eine Bedingung der Leitung selbst, beispielsweise die Temperatur der Leitung. Im letztgenannten Fall, bei dem es sich also um eine inhärente, innere Bedingung der Leitung handelt, die überwacht wird, dient das Überwachungsverfahren daher zur Überwachung der Leitung selbst. Anhand der ermittelten Werte für die veränderte inhärente Bedingung werden weiter vorzugsweise Prognosen für den Verschleiß der Leitung abgeleitet.
Die Messleitung ist dabei vorzugsweise insgesamt derart ausgebildet, dass sich zwischen dem Einspeiseort und dem Reflexionsort eine stehende Welle ausbildet.
Das hier vorgeschlagene Verfahren beruht grundsätzlich zunächst auf der Überlegung, dass die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Signals innerhalb der Messleitung von der Dielektrizitätskonstanten der Isolierung abhängt. Die Dielektrizitätskonstante variiert dabei - insbesondere bei einer geeigneten Wahl des Materials für die Isolierung - mit den Umgebungsbedingungen, insbesondere mit der Temperatur. Eine sich verändernde Umgebungstemperatur wirkt sich daher über die Dielektrizitätskonstante auf die jeweilige Ausbreitungsgeschwindigkeit des Signals in der Messleitung aus. Die veränderte Ausbreitungsgeschwindigkeit führt an dem definierten, festen Messort quasi zu einer Verschiebung der Phase des Signals, sodass am Messort in Abhängigkeit der Temperatur die Signalamplitude variiert. Diese Signalamplitude ist daher ein Maß für die veränderte Ausbreitungsgeschwindigkeit und damit auch ein Maß für die veränderte Umgebungsbedingung (Temperatur). Durch Auswertung der Signalamplitude am festen Messort werden daher Rückschlüsse auf die aktuelle Umgebungsbedingung, insbesondere Temperatur, gezogen. Bevorzugt wird für die Auswertung ausschließlich die Signalamplitude herangezogen.
Aufgrund der Ausgestaltung der Leitung mit der starken Reflexion am Reflexionsort und der bevorzugten Ausbildung einer stehenden Welle überlagern sich dabei allgemein die Anteile des Signals mit denen des reflektierten Signals. Allgemein ergibt sich bei vorgegebener Frequenz, bei vorgegebener Leitungslänge, also vor- gegebener Länge zwischen Einspeiseort und Reflexionsort, sowie bei vorgegebenem Messort je nach Temperatur eine definierte Spannungsamplitude am Messort. Bei der gemessenen Signalamplitude handelt es sich um die Amplitude der einander überlagerten Signalanteile des eingespeisten Signals und des reflektierten Signal.
Bei einer idealen Leitung würde bei einer Totalreflexion das eingespeiste Signal und das reflektierte Signal sich auslöschen. Dies ist jedoch aufgrund von Übertragungsverlusten infolge z. B. von Dämpfung bei einer realen Leitung oder auch bei einer nicht vollständigen Totalreflexion nicht der Fall. Das reflektierte Signal ist kleiner als das eingespeiste Signal.
Die Rückschlüsse auf die veränderte Umgebungsbedingung, insbesondere Temperatur aus der Signalamplitude erfolgt wahlweise über einen Algorithmus oder auch durch Vergleich mit Vergleichs- oder Referenzwerten für die gemessene Signalamplitude.
Von besonderer Bedeutung für das vorliegende Verfahren ist die Verwendung eines analogen Signals. Hierunter wird allgemein ein stufenloses Signal mit einem durchgehenden unterbrechungsfreien Signalverlauf angesehen, im Unterschied zu einem digitalen Signal, welches typischerweise lediglich eine stufenförmige Abfolge von (zwei) diskrete Zustände (0,1 ) aufweist. Dies hat den Vorteil, dass dieses im Vergleich zu digitalen Messimpulsen eine deutlich geringere Frequenz aufweist. Dies führt dazu, dass die Signaldämpfung des Signals vergleichsweise gering ist.
Bei dem Signal handelt es sich allgemein um ein periodisches Signal mit einer vorgegebenen Frequenz, insbesondere um ein sich kontinuierlich veränderndes Signal mit stetig ansteigender bzw. abfallender Amplitude, speziell ein Sinus- oder Cosinus-Signal. Daneben besteht grundsätzlich auch die Möglichkeit, andere Signalgeometrien wie beispielsweise Dreiecksignale zu verwenden. Bei dem bekannten, definierten Reflexionsort handelt es sich vorzugsweise um ein Ende der Messleitung. Zweckdienlicherweise ist dabei das Ende der Messleitung offen, das heißt es ist ein freies Ende, welches nicht weiter elektrisch kontaktiert oder beispielsweise mit Masse verbunden ist. Durch dieses offene Ende ist die gewünschte hohe Reflexion und die Entstehung der gewünschten stehenden Welle gewährleistet. Grundsätzlich sind aber auch andere Maßnahmen zur Erzeugung der hohen Reflexion und der stehenden Welle möglich, wie z.B. ein Kurzschluss.
Wie oben bereits erwähnt, sind reale Leitungen Leitungen verlustbehaftet und die reflektierte Welle (das reflektierte Signal) ist somit am Leitungsanfang kleiner. Mit der sich verändernden Dielektrizitätskonstante (in Abhängigkeit der Umgebungsbedingung, speziell der Temperatur) verändert sich auch die Leitungskapazität und somit die Einfügedämpfung und der Wellenwiderstand. Wenn der Ort der Spannungsmessung in Verbindung mit der Frequenz geeignet gewählt wird, addieren sich zwei oder sogar drei Effekte (Phasenverschiebung, Dämpfungserhöhung und Wellenwiderstandsreduzierung) am Messort auf. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird dies ausgenutzt, um zusätzlich oder alternativ zur Temperatur auch eine Veränderung der (Einfüge-)Dämpfung oder die Wellenwiderstandsreduzierung zu ermitteln. Beispiel: Die Dielektrizitätszahl steigt mit der Temperatur an. Bei Raumtemperatur addieren sich gesendete und reflektierte Wellen vektoriell maximal auf (ca. 0 Grad Phasenverschiebung). Der Ort der Messung liegt bei einem dieser Maxima. Bei Temperaturerhöhung reduziert sich nun die Vektorsumme (= Amplitude) aufgrund der Phasenverschiebung. Zusätzlich reduziert sich die Summe auch noch aufgrund der höheren Leitungsdämpfung des reflektierten Signales. Weiterhin wird aufgrund der steigenden Fehlanpassung mehr Signalenergie am Eingang der Leitung reflektiert [Anpassung bei Raumtemperatur, Fehlanpassung bei höheren Temperaturen], d. h. die gemessene Amplitude verringert sich noch mehr.
Zweckdienlicherweise liegt die Frequenz des Signals im Bereich von mehreren 10KHz bis zu 1000MHz. Vorzugsweise liegt die Frequenz insgesamt im Bereich zwischen 0,5 und 500MHz und vorzugsweise bei 200-400MHz. Die Frequenzen im Bereich von mehreren hundert MHz werden insbesondere bei kurzen Leitungen mit einer Leitungslänge von z.B. kleiner 5m eingesetzt. Hierdurch können insbe- sondere auch Effekte wie eine Dämpfungserhöhung oder eine Fehlanpassung zusätzlich neben der Phasenverschiebung ermittelt werden. Dabei nimmt die vordefinierte Frequenz bevorzugt mit zunehmender Leitungslänge ab. Diese Abhängigkeit der Frequenz von der Leitungslänge ist von besonderem Vorteil, da eine Signaldämpfung üblicherweise bei höheren Frequenzen zunimmt, was sich also bei längeren Messleitern unter Umständen negativ auswirken kann. Durch die reziproke Beziehung zwischen Leitungslänge des Messleiters und Frequenz eignet sich das vorliegende Verfahren mit den analogen Messsignalen daher insbesondere bei größeren Leitungslängen. Während der Messung ist die Frequenz bevorzugt konstant, wodurch ein besonders einfache Messanordnung ermöglicht ist. Alternativ besteht grundsätzlich aber auch die Möglichkeit, die Frequenz während der Messung zu variieren.
Die Leitungslängen des Messleiters zwischen Einspeiseort und Reflexionsort liegen allgemein vorzugsweise im Bereich von einigen Metern bis einige 10m.
Grundsätzlich ist die Länge des Messleiters jedoch nicht beschränkt. Die Länge des Messleiters kann auch mehrere 10m bis hin zu 100m oder einige 100m betragen.
In bevorzugter Ausgestaltung hat die Messleitung allgemein eine Doppelfunktion und wird beispielsweise neben der Messfunktion für eine Leistungsversorgung herangezogen. Das allgemein hochfrequente Signal wird dabei zusätzlich auf einen Gleichstrom oder auch einen Wechselstrom (z.B. mit einer Frequenz von 50Hz) der Leistungsversorgung mit aufmoduliert. Durch diese Maßnahme besteht daher die Möglichkeit, bei herkömmlichen Kabelaufbauten eine zusätzliche Messfunktion zu integrieren, ohne dass ein zusätzlicher Messleiter verlegt werden müsste Allgemein wird daher vorzugsweise eine bestehende Ader eines Kabelaufbaus als Messleitung oder Messader herangezogen.
Speziell handelt es sich bei dieser bestehenden Ader um eine Versorgungsader, über die ein Strom, insbesondere Gleichstrom im Betrieb übertragen wird. Bei dem Versorgungsstrom handelt es sich beispielsweise um einen Ladestrom. Allgemein werden Ströme im Bereich von größer 1 Ampere, vorzugsweise von größer 10 Ampere, größer 50 Ampere oder größer 100 Ampere übertragen. Das hier beschriebene Verfahren wird vorzugsweise zur Temperaturüberwachung speziell eines Ladekabels eingesetzt, mit dem eine Batterie eines elektromotorisch angetriebenen Fahrzeugs geladen werden kann. Die Messleitung ist insbesondere eine sogenannte„Powerader" des Ladekabels. Die Einkopplung des Signals erfolgt dabei vorzugsweise berührungslos (kapazitiv/induktiv).
Allgemein ist die Messleitung in einer zu überwachenden Komponente verlegt und zwar insbesondere zur Überwachung der Temperatur. Bei der Komponente handelt es sich gemäß einer ersten Ausgestaltung allgemein um ein Kabel, welches selbst überwacht werden soll, wie beispielsweise das eben erwähnte Ladekabel. Die Messleitung ist dabei innerhalb dieses elektrischen Kabels integriert. Speziell handelt es sich um ein Kabel, welches im Betrieb in einem Kraftfahrzeug, beispielsweise im Motorenbereich verlegt ist.
Alternativ handelt es sich bei der zu überwachenden Komponente um ein Bauteil, wie beispielsweise ein Motorenbauteil oder ein sonstiges Bauteil, dessen Temperatur überwacht und/oder kontrolliert werden soll. Dabei kann es sich bei der Komponente auch um eine Masse handeln, beispielsweise eine aushärtende Masse, deren Temperatur überwacht werden soll. Beispielsweise handelt es sich um eine Vergussmasse im Baugewerbe, beispielsweise Beton. In diesem Fall ist die Messleitung innerhalb der Masse eingebettet und verbleibt nach dem Aushärten der Masse auch in dieser.
Im Hinblick auf die Messanordnung sind vorzugsweise sämtliche Einspeise- sowie Auswertekomponenten innerhalb einer gemeinsamen Überwachungseinheit integriert. An dieser Überwachungseinheit, welche also eine Baueinheit ist und hierzu beispielsweise in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet ist oder auf einem gemeinsamen Träger, wie beispielsweise eine Platine angeordnet ist, ist lediglich die Messleitung angeschlossen. Speziell erfolgt dies über eine reversible Anschlussmöglichkeit an Kontaktanschlüssen. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der einzigen Figur näher erläutert. Diese zeigt in einer stark vereinfachten schematisierten Darstellung eine Messanordnung mit einer Messleitung und mit unterschiedlichen Signalverläufen.
Die in der einzigen Figur dargestellte Messanordnung 2 weist als wesentliche Komponenten einen Signalgenerator 4 einen Spannungsmesser 6 sowie eine Messleitung 8 auf. Der Innenwiderstand des Signalgeneratores ist dabei auf den Wellenwiderstand der Messleitung 8 angepasst. Die Messleitung 8 wiederum weist einen zentralen Messleiter 10 auf, der von einer insbesondere aufextrudier- ten Isolierung 12 mit einer bekannten, temperaturabhängigen Dielektrizitätskonstante umgeben ist. Vorzugsweise weist die Messleitung 8 ergänzend noch eine Schirmung auf, die einen Außenleiter bildet, welcher vorzugsweise an einem Er- dungsanschluss 14 mit einem definierten Bezugspotenzial, insbesondere Massepotenzial verbunden ist. Bei der Messleitung 8 kann es sich beispielsweise um ein Koaxial-Kabel handeln.
Mittels des Signalgenerators 4 wird ein analoges Signal, speziell ein Sinus- oder Cosinussignal mit einer definierten vorgegebenen Frequenz beispielsweise im Bereich zwischen 1 bis 1000 Megahertz erzeugt. Die Frequenz des Signals wird während der Messung konstant gehalten und nicht verändert. Das erzeugte Signal wird in den Messleiter 10 an einem Einspeiseort 16 eingespeist und durchläuft den Messleiter 10 durch dessen gesamte Länge, bis zu einem Reflexionsort 18, an dem zumindest der größte Anteil des Signals reflektiert wird, sodass ein reflektiertes Signal erzeugt wird und im Messleiter 10 zurück läuft. Bei dem Reflexionsort 18 handelt es sich beispielsweise um ein offenes Leitungsende, das heißt an diesem Ende ist der Messleiter 10 nicht weiter elektrisch kontaktiert. Durch den speziellen Aufbau ist daher die Länge zwischen Einspeiseort und Reflexionsort 18 bekannt.
Weiterhin ist der Spannungsmesser 6 zum Abgriff der Signalamplitude an einem festen, definierten Messort 20 ausgebildet. Durch den hohen Reflexionsgrad am Reflexionsort 18 entsteht innerhalb des Messleiters 10 eine stehende Welle, wie dies in der unteren Bildhälfte dargestellt ist. Bei der dargestellten Wellen handelt es sich dabei um Hüllkurven. In der Figur ist ein idealisiertes Verhalten der Messleitung ohne Dämpfung dargestellt. Bei einer realen Leitung ist die Amplitude des reflektierten Singais aufgrund der Dämpfung geringer.
Mit Einfluss der Dämpfung verringert sich also die„Amplitude der Hüllkurve". Auch wird bei einer Fehlanpassung (Einfügedämpfung) ebenfalls weniger Signalenergie eingespeist. Diese Effekte sind in der vereinfachten Figur nicht dargestellt.
Aufgrund der Temperaturabhängigkeit der Dielektrizitätskonstanten der Isolierung 12 verändert sich bei einer Temperaturänderung die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Signals innerhalb der Messleitung 8. Die beiden in der unteren Bildhälfte schematisch dargestellten Sinus-Signalverläufe deuten hierbei die ortsabhängige Amplitude für zwei unterschiedliche Temperaturen an. Bei einer Temperaturveränderung verschiebt sich die Phasenlage des Signals, sodass an dem festen Messort 20 eine spürbare Änderung der Signalamplitude auftritt. Die Länge der beiden angezeigten Pfeile, die auf die beiden Signalverläufe am Messort 20 gerichtet sind, repräsentieren dabei die jeweils für den jeweiligen Signalverlauf gemessene Signalamplitude am Messort 20.
Der Spannungsmesser 6 ist weiterhin mit einer hier nicht näher dargestellten Auswerteeinheit verbunden. In dieser werden anhand der gemessenen Signalamplitude Rückschlüsse auf die herrschende Umgebungsbedingung, insbesondere Temperatur, gezogen. Dies erfolgt beispielsweise mittels eines Vergleichs mit hinterlegten Referenzdaten. Allgemein kann anhand der Signalamplitude daher beispielsweise die Ausbreitungsgeschwindigkeit und hieraus abgeleitet die Temperatur in der Umgebung der Messleitung oder der Messleitung selbst erfasst werden.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zur Überwachung einer Leitung auf veränderte Umgebungsbedin- gungen, wobei die Leitung eine Messleitung mit einer vorbestimmten Länge aufweist, die einen von einer Isolierung umgebenen Messleiter aufweist, wobei
- ein analoges Signal erzeugt wird,
- das Signal an einem Einspeiseort in die Messleitung eingespeist wird
- das Signal an einem bekannten Reflexionsort reflektiert wird und ein reflektierter Signalanteil im Messleiter zurückläuft
- an einem festen Messort eine Signalamplitude gemessen und aus der Signalamplitude ein Maß für die veränderte Bedingung ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem sich zwischen dem Einspeiseort und dem Reflexionsort eine stehende Welle ausbildet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der bekannte Reflexionsort ein Ende der Messleitung ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das Ende der Messleitung offen ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die veränderte Bedingung eine Temperatur, eine Dämpfung der Messleitung und/oder eine Einfügedämpfung der Messanordnung ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Signal eine Frequenz von größer 10KHz bis mehrere 100MHz- aufweist, insbesondere eine Frequenz im Bereich von 200 MHz bis 500 MHz.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Messleitung eine Versorgungsader ist, über die ein Strom, insbesondere ein Gleichstrom übertragen wird und das analoge Signal dem Strom überlagert wird.
8. Messanordnung zur Überwachung einer Leitung auf veränderte Umgebungsbedingungen, die aufweist - eine Messleitung mit einer vorbestimmten Länge, die einen von einer Isolierung umgebenen Messleiter hat,
- einen Signalgenerator zur Erzeugung eines analogen Signals mit vorgegebener Frequenz,
- ein Spannungsmesser zur Messung einer Signalamplitude an einem festen
Messort am Messleiter,
- eine Auswerteeinheit zur Ermittlung eines Maßes für die veränderte Bedingung auf Grundlage der am Messort gemessenen Signalamplitude.
9. Messanordnung nach Anspruch 8, bei dem die Messleitung an einem Ende offen ist.
10. Messanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 9, bei der die Messleitung in einer zu überwachenden Komponente verlegt ist, insbesondere zur Über- wachung einer in der Komponente herrschenden Temperatur.
1 1 . Messanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10 bei der die Messleitung eine Versorgungsader insbesondere eines Ladekabels ist.
12. Messanordnung nach Anspruch 10, bei dem es sich bei der Komponente um ein Kabel, ein thermisch belastetes Bauteil oder um eine Masse handelt, welche sich durch eine exotherme- oder endotherme Reaktion verändert.
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