Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abfragen von mehreren räumlich verteilten Transpondern entsprechend dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Es sind verschiedene Arten der Übertragung von Messdaten von einer grossen Anzahl von Messwertgebern zu einer zentralen Einheit bekannt. Die einfachste Art der Messwertübertragung verwendet einzelne Zweidrahtleitungen, was aber bei sehr vielen Messwertgebern und bei grösseren Distanzen sehr aufwendig ist. Messdaten können auch drahtlos übertragen werden, wobei aber bei einer Funkverbindung jeder Messwertgeber mit einem Sender und einer eigenen Speisung versehen sein muss, was wiederum einem grossen Aufwand entspricht.
Eine besondere Art der drahtlosen Datenübertragung ist die passive Telemetrie mit Absorptions-Modulation. Aus der Patentschrift CH 676 164 bzw. der internationalen Offenlegungsschrift WO 89/11701 ist ein derartiges Verfahren bekannt. Hier werden Messdaten drahtlos mittels eines gekoppelten Antennenpaars, ähnlich wie bei einem Transformator, über eine kurze Distanz übertragen, wobei der Messwertgeber, genannt Transponder, völlig passiv ist. Der Transponder bezieht seine Betriebsenergie von einem starken HF-Feld, das von einem Basisgerät geliefert wird. Zugleich bewirkt der Transponder eine Absorptions- oder Impedanzmodulation, die eine reflektierte, rücklaufende Welle zum Basisgerät hervorruft und dadurch die Messwertgeber-Information übermittelt.
Vom Antennenpaar ausgehend können sowohl zum Basisgerät, als auch zum Transponder fast beliebig lange Antennenleitungen führen. Somit kann der Transponder sehr weit vom Basisgerät entfernt installiert werden, so dass die eigentliche drahtlose Strecke, d.h. der Abstand der beiden Antennen, kurz gehalten werden kann.
Der grosse Vorteil dieser Methode liegt darin, dass bei periodischem oder dauerndem Betrieb über längere Perioden keine Eingriffe, insbesondere keine Batteriewechsel mehr am Messobjekt gemacht werden müssen.
Es besteht nun das Bedürfnis, verschiedene, räumlich weit auseinanderliegende Transponder von einem einzigen Basisgerät aus im Zeitmultiplex zu betreiben. Hierzu müssen die Transponder über ein Kabel, das adressierbare Abzweigungen mit angeschlossenen Erregerantennen besitzt, angesteuert werden können.
Die hiermit angegebene Aufgabe der Erfindung wird durch den kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche geben Ausgestaltungen der Erfindung an.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von zwei Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 - Blockschema einer Abfrageeinheit für mehrere Transponder,
Fig. 2 - Schematische Darstellung eines Anwendungsbeispiels.
Fig. 1 zeigt ein adressierbares Kabel 11, das mit seinem einen Ende an ein Basisgerät 13 angeschlossen ist. In das Kabel 11 sind seriell eine Mehrzahl von Kabelabzweiggeräten 15 eingefügt. Das Kabel 11 dient im Falle der passiven Telemetrie zugleich als HF-Energieübertragungsleitung vom Basisgerät 13 zu Transpondern 17 und als Messinformationsleitung. Zum Anwählen des jeweils gewünschten Transponders 17 wird eine Fernsteuerung der Kabelabzweiggeräte 15 angewendet, die auf einer Ortscodierung basiert. Hierdurch wird an Stelle von mehreren Fernsteuercodes nur ein einziges Fernsteuersignal gebraucht, das für alle fernzusteuernden Kabelabzweiggeräte 15 gleich ist. Die Kabelabzweiggeräte 15 benötigen daher keine individuelle Identifikationsnummer. Mit jedem Fernsteuersignal wird das nächste Kabelabzweiggerät aktiviert.
Die Reihenfolge der angesprochenen Kabelabzweigerät 15 hängt allein von deren Plazierung entlang des Kabels 11 ab, was der genannten Ortscodierung entspricht.
Die Kabelabzweiggeräte 15 brauchen durch diese Art Steuerung keinerlei Kennzeichnung. Am Kabelabzweiggerät 15 muss also keine Identifikationsnummer eingestellt werden. Der Vorteil dieser Ortscodierung liegt darin, dass die einzelnen Kabelabzweiggeräte 15 völlig identisch aufgebaut, geprüft, eventuell vergössen und an Lager gelegt werden können, ohne dass jemals eine Identifikationsnummer eingestellt oder programmiert werden muss.
Um den Aufwand für die Kabelabzweiggeräte 15 so gering wie möglich zu halten, wurde ein spezielles Verfahren entwickelt. Insgesamt gibt es pro Gerät drei Zustände: Erstens der inaktive, zweitens der aktive und drittens der durchgeschaltete Zustand. Die allgemeine Informationstheorie besagt, dass für drei Zustande mindestens zwei logische Zustandsspeicher (z.B. Flip-Flop) benötigt werden. Das folgende Prinzip erfordert dagegen nur einen einzigen Zustandsspeicher:
Das kurzzeitige Unterbrechen oder eine Modulation der Betriebsspannung wird als Fernsteuersignal benutzt, so dass der Reihe nach von einem Kabelabzweiggerät 15 zum nächsten dieser Geräte durchgeschaltet wird. Fig. 2 zeigt ein Anwendungsbeispiel zur Erklärung des Funktionsmusters. Die Abbildung zeigt in Art eines Blockschaltbildes einen HF-Generator 10, an den über das adressierbare Kabel 11, ausgebildet als Koaxialkabel, seriell das Basisgerät 13, zwei Kabelabzweiggeräte 15 und am Ende eine Kabelabschlüsseinheit 19 angeschlossen sind. Nach Art einer Phantomspeisung wird vom Basisgerät 13 auf das Koaxialkabel 11 zusätzlich zum HF-Signal die Speisespannung der Kabelabzweiggeräte 15 eingespiesen und das Fernsteuersignal eingekoppelt. Wird die Anordnung eingeschaltet, schliesst der Schalter S1a im ersten Kabelabzweiggerät 15 und leitet die HF-Energie auf dessen Antenne 21.
Wird vom Basisgerät ein Fernsteuersignal eingekoppelt, öffnet der genannte Schalter S1a und schliesst ein weiterer Schalter S1b. Dieser Schalter bleibt nun solange geschlossen, wie die Betriebsspannung anliegt. Jetzt liegt die Betriebsspannung am zweiten Kabelabzweiggerät und dessen ersten Schalter S2a schliesst. Beim nächsten Fernsteuersignal öffnet schliesslich dieser Schalter S2a wieder und der zugeordnete weitere Schalter S2b schaltet die Betriebsspannung zum nächsten Kabelabzweiggerät durch. Auf diese Weise lassen sich sukzessive die Schalter aller Kabelabzweiggeräte 15 ein- und ausschalten.
Mit Hilfe der Kabelabschlusseinheit 19 am Ende des adressierbaren Kabels 11 kann eine nicht gezeigte Detektionsschaltung im Basisgerät 13 kontrollieren, ob das letzte Kabelabzweiggerät 15 durchgeschaltet ist. Auf diese Weise ist eine einfache Funktionskontrolle des Systems möglich.
Die Anordnung erlaubt folgende Anwendungsmöglichkeiten:
a) Den vorgehend beschriebenen Fall, also eine HF-Übertragung und eine Antennenverbindung vom jeweiligen Kabelabzweiggerät 15 zu einem jeweils dazugehörenden Transponder.
b) Eine HF-Übertragung auf dem adressierbaren Kabel 11, aber an Stelle von Antennen 21 jeweils normale Koaxialverbindung vom jeweiligen Kabelabzweiggerät 15 zu einem zugeordneten Transponder.
c) An Stelle von Hochfrequenz kann eine Niederfrequenz als Trägerfrequenz für das modulierte Messwertsignal verwendet werden, wobei der Transponder wie unter b) drahtgebunden ist.
d) An Stelle einer Trägerfrequenz kann auch eine Gleichspannungsspeisung mit einer durch den Transponder verursachten Strommodulation verwendet werden. Der Transponder ist hier wie unter b) drahtgebunden.
Die Schalter S1a, S1b, S2a, S2b usw. können als Kontakte von Relais oder als Halbleiterschalter ausbildet werden. Im weiteren ist zu beachten, dass die Betriebszuverlässigkeit mit einer zusätzlichen Überwachungselektronik der Schaltzustände der weiteren Schalter S1b, S2b usw. und einer redundanten Steuerung dieser Schalter erheblich gesteigert werden kann.
The invention relates to a device for querying a plurality of spatially distributed transponders in accordance with the preamble of claim 1.
Various types of transmission of measurement data from a large number of sensors to a central unit are known. The simplest type of measured value transmission uses individual two-wire lines, but this is very complex with a large number of transmitters and at larger distances. Measurement data can also be transmitted wirelessly, but in the case of a radio connection, each transmitter must be provided with a transmitter and its own supply, which in turn corresponds to a great deal of effort.
A special type of wireless data transmission is passive telemetry with absorption modulation. Such a method is known from the patent specification CH 676 164 and the international publication WO 89/11701. Here, measurement data is transmitted over a short distance wirelessly using a coupled antenna pair, similar to a transformer, with the transmitter, called the transponder, being completely passive. The transponder draws its operating energy from a strong RF field, which is supplied by a basic device. At the same time, the transponder effects an absorption or impedance modulation, which causes a reflected, returning wave to the base unit and thereby transmits the transmitter information.
Starting from the pair of antennas, almost any length of antenna cables can lead to the base unit as well as to the transponder. Thus, the transponder can be installed very far from the base device, so that the actual wireless route, i.e. the distance between the two antennas can be kept short.
The great advantage of this method is that in the case of periodic or continuous operation over longer periods, no interventions, in particular no battery changes, have to be made on the measurement object.
There is now a need to operate different, spatially widely spaced transponders from a single base unit in time division multiplex. For this purpose, the transponders must be able to be controlled via a cable that has addressable branches with connected excitation antennas.
The object of the invention specified herewith is achieved by the characterizing part of claim 1. The dependent claims provide embodiments of the invention.
The invention is described in more detail below with reference to two figures. Show it:
1 - block diagram of an interrogation unit for several transponders,
Fig. 2 - Schematic representation of an application example.
Fig. 1 shows an addressable cable 11, which is connected at one end to a base device 13. A plurality of cable branching devices 15 are inserted serially into the cable 11. In the case of passive telemetry, the cable 11 also serves as an HF energy transmission line from the base device 13 to transponders 17 and as a measurement information line. To select the desired transponder 17, remote control of the cable branch devices 15 is used, which is based on location coding. As a result, instead of several remote control codes, only a single remote control signal is needed, which is the same for all cable branch devices 15 to be controlled remotely. The cable branch devices 15 therefore do not require an individual identification number. The next cable branch device is activated with each remote control signal.
The order of the addressed cable branch device 15 depends solely on its placement along the cable 11, which corresponds to the location coding mentioned.
Due to this type of control, the cable branch devices 15 do not need any identification. No identification number therefore has to be set on the cable branch device 15. The advantage of this location coding is that the individual cable branch devices 15 can be constructed, checked, possibly cast and stored in an identical manner, without an identification number ever having to be set or programmed.
In order to keep the effort for the cable branch devices 15 as low as possible, a special method was developed. In total there are three states per device: first the inactive, second the active and third the switched-through state. General information theory states that three states require at least two logical state memories (e.g. flip-flop). The following principle, on the other hand, only requires a single status memory:
The brief interruption or a modulation of the operating voltage is used as a remote control signal, so that it is switched through in sequence from one cable branch device 15 to the next of these devices. Fig. 2 shows an application example for explaining the functional pattern. The figure shows, in the form of a block diagram, an RF generator 10 to which the base unit 13, two cable branch units 15 and a cable termination unit 19 are connected in series via the addressable cable 11, designed as a coaxial cable. In the manner of a phantom power supply, the supply voltage of the cable branch devices 15 is fed from the base device 13 onto the coaxial cable 11 in addition to the RF signal, and the remote control signal is coupled in. If the arrangement is switched on, the switch S1a closes in the first cable branch device 15 and conducts the RF energy to its antenna 21.
If a remote control signal is coupled in from the base unit, said switch S1a opens and another switch S1b closes. This switch now remains closed as long as the operating voltage is applied. Now the operating voltage is on the second cable branch device and its first switch S2a closes. At the next remote control signal, this switch S2a finally opens again and the associated further switch S2b switches through the operating voltage to the next cable branching device. In this way, the switches of all cable branch devices 15 can be switched on and off successively.
With the help of the cable termination unit 19 at the end of the addressable cable 11, a detection circuit (not shown) in the base unit 13 can check whether the last cable branch unit 15 is switched through. In this way, a simple function check of the system is possible.
The arrangement allows the following possible uses:
a) The case described above, that is, an RF transmission and an antenna connection from the respective cable branching device 15 to a respective transponder.
b) An RF transmission on the addressable cable 11, but instead of antennas 21 a normal coaxial connection from the respective cable branching device 15 to an assigned transponder.
c) Instead of high frequency, a low frequency can be used as the carrier frequency for the modulated measured value signal, the transponder being wired as in b).
d) Instead of a carrier frequency, a DC voltage supply with a current modulation caused by the transponder can also be used. The transponder is wired as in b).
The switches S1a, S1b, S2a, S2b etc. can be designed as contacts of relays or as semiconductor switches. It should also be noted that the operational reliability can be increased considerably with additional monitoring electronics for the switching states of the further switches S1b, S2b etc. and with redundant control of these switches.