CN112136055A - 用于监测电缆的测量设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于监测沿纵向方向延伸的电缆的测量设备和测量方法。

Description

用于监测电缆的测量设备和方法

技术领域

本发明涉及用于监测电缆的测量设备和测量方法。

背景技术

电缆例如用于传输能量和/或信号，并且为此具有至少一个芯线，通常具有多个芯线，也就是说经绝缘的导体。通常将多个芯线通过共用的线路套组合成一个线路元件。电缆，尤其是在数据传输领域中的电缆，通常具有多个线路元件。特别是在数据线路或信号线路的情况中，通常还构造有屏蔽部。在许多应用中，例如在汽车领域中，电缆受到各种载荷，这些载荷在持续时间和强度方面是未知的。经常变化的环境条件，例如热的影响往往是无法估计或无法充分估计到，以便能够预测电缆的磨损。此外，电缆经常还承受例如由于振动所导致的机械载荷，这可能导致损坏。为了能够保证一定的最小使用寿命，电缆并且尤其是线路元件因此典型地将规格尺寸过度设计。替选地还存在在运行期间或至少定期进行电缆的监测和检查的可能性。

尤其是在电缆中具有带多个芯线的多个线路元件的情况下，此类监测是耗费的。此类电缆的另一个方面是，电的数据的传输(例如，Cat5电缆)或电功率的传输不应受到监测的干扰或损害。原则上可能的是，必须对此类电缆、尤其是其线路元件进行监测和测定，但是为此所需的将线路元件从例如插塞器的接口分开是耗费的。

发明内容

基于此，本发明的任务是给出测量设备和方法，通过它们可以简单并且省事地监测电缆。

根据本发明，针对测量设备的任务通过用于监测沿纵向方向延伸的电缆的测量设备来解决。

电缆在此具有电缆芯，电缆芯具有至少一个电的线路元件。线路元件用于传输电的数据或电功率。在当前，线路元件被构造为数据线路或供电线路。优选地，线路元件被构造为数据线路，经由数据线路在运行期间传输数据，尤其是高频信号(其具有在数MHz的范围内的频率)。

此外，电缆具有信号单元，其用于将测量信号馈送到电缆芯内并且用于检测响应信号。在当前，响应信号特别被理解为与测量信号相关联的且可受到电缆的特征的影响的信号。在当前经概括地，电缆的特性被理解为包括电特性，例如波阻，以及机械特性，尤其是特殊的特性，例如损坏。

此外设有传感器单元，其具有沿纵向方向延伸的传感器线路和监测单元。传感器线路布置在电缆芯之内。监测单元被构造成用于识别出至少一个线路单元的传输停顿。在当前，传输停顿被理解为没有发生经由至少一个线路元件进行传输的时间段。即在传输停顿期间，经由电缆并且尤其是至少一个线路元件既没有传输电的数据也没有传输电功率。

为了馈送测量信号，信号单元与至少一个线路元件电连接。此外，信号单元以如下方式构成，即，使得在运行中取决于所检测到的传输停顿将测量信号馈送到至少一个线路元件内。在此检测到响应信号，并且将其传输给评估单元以用于评估。评估单元优选与信号单元集成在共同的结构单元内。替选地，评估单元远离信号单元，例如布置在例如机动车的上级的控制单元或维修中心中。

只有当正在发生传输停顿时，即不传输电的数据或电功率时，才将测量信号馈送到至少一个线路元件内。监测单元在此例如以如下方式构成，即，当在预先给定的优选>5秒、尤其是>15秒并且例如>30秒的时间内不再发生传输时，则监测单元将信号转发给信号单元。然后，测量设备从传输停顿着手，并因此信号单元将测量信号馈送到至少一个线路元件内并且执行测量。如果在测量期间重新开始了通过至少一个线路元件进行的传输，则这一情况被监测单元识别到、特别是检测到，并且将信号输出给信号单元，之后该信号单元停止测量信号的馈送。

以此可以防止测量信号干扰数据或功率传输。信号单元和监测单元在此根据应用特定地例如能在预期的传输停顿方面进行配置。也就是说，在当前，前述测量设备可以被考虑用于不依赖于出现的传输停顿地对电缆进行监测。传输停顿在此可以要么由上述的监测单元识别，要么可以根据应用特定地将其例如以预先给定的时钟时间或预先给定的日期的形式例如保存在信号单元的优选是内部的存储器内。

以此能够实现尤其是在运行中对电缆的监测。在此，在正常运行中出现的传输停顿被考虑用于馈送测量信号并且因此被考虑用于对电缆进行的状态测量。在此，正常运行进而是电缆的传输不受到影响或干扰。

优选地，电缆芯具有外屏蔽部。电缆芯的外屏蔽部优选经由监测单元与传感器线路电连接。以此实现了一种以传感器线路作为内导体并且以外屏蔽部作为外导体的同轴接线方式。基于此设计方案，借助监测单元能检测到在传输时尤其是未屏蔽的线路元件的串扰信号。串扰是在数据传输时可能出现的原理上已知的并且通常是不希望的效应。串扰是由于在数据传输时产生交变场而出现，并且在产生交变场时就出现。因此，串扰信号只有在发生借助至少一个线路元件进行的传输时才出现。因此，检测到的串扰信号表示正在传输。换言之：在当前明确地充分利用此类串扰信号到外屏蔽部内的耦入，以便能够基于此来确定传输停顿。

根据合乎目的的设计方案，传感器线路具有内导体和外导体。优选地在内导体与外导体之间布置有电介质，电介质优选与状态参量、尤其是与温度相关。

根据优选的改进方案，外导体既与信号单元连接又与监测单元连接，并且用于检测和评估状态参量，尤其是温度。以此，以简单的方式将状态参量测量、尤其是温度测量整合在电缆之内。替选地，对状态参量、尤其是温度的检测和评估在外部评估单元内进行，并且因此优选与信号单元无关。

根据优选的设计方案，电缆芯具有多个线路元件，这些线路元件分别与信号单元电连接。因此在发生传输停顿时由信号单元将测量信号馈送到各自的线路元件内。也就是说，优选地将测量信号相继地、即优选不同时地馈送到各自的线路元件内。

此外，信号单元优选具有转换元件，例如集成电路(integrated circuit，IC)形式的半导体转换器。线路元件在此借助转换元件与信号单元连接。此设计方案的优点是，在运行中通过转换元件能将测量信号交替地馈送到线路元件内。因此，可以将其上施加了测量信号的唯一的输入端转换到各个线路元件上，这在测量设备的制造范围内明显减少了接线耗费。

合乎目的地，监测单元具有比较器。在当前，比较器应例如被理解为将两个电压相互进行比较的电路。在当前，两个电压一方面是检测到的耦入到外屏蔽部内的串扰信号，另一方面是比较电压，尤其是比较电压值，该比较电压值被用作发生传输的判据。也就是说在运行中，串扰信号耦入到外屏蔽部内，并且因此也耦入到比较器内，串扰信号的值大于比较电压的预先给定的值，因此监测单元探测到数据或电功率通过至少一个线路元件的传输。如果耦入的串扰信号的值下降且低于比较电压的预先给定的值，或者如果监测单元未检测到耦入的串扰信号，则没有发生通过至少一个线路元件的传输。

比较器的灵敏度，即比较电压的值，应优选与预期耦入的串扰信号的电平匹配，以便确保对传输停顿的可靠探测。此类匹配优选以根据应用特定的和灵活的方式例如在调试、制造测量设备的范围内或在测量设备运行中基于软件进行。因此，也实现了在不同的数据或功率传输时对传输停顿的检测。

优选地，传感器线路、尤其是外导体被用作通向信号单元的响应信号的返回导体，尤其是用于反射的测量信号份额的返回导体。

合乎目的地，响应信号是从电缆芯、尤其是从至少一个线路元件反射到信号单元的测量信号份额。测量信号份额典型地在电缆的具有损坏(例如折断)的位置处反射。因此，反射的测量信号份额可以考虑用于判断电缆的状态。

对反射的测量信号份额的评估在此优选在考虑到至少一个线路元件和/或传感器线路的外导体中的已知的(信号)衰减的情况下进行。换言之，在评估时考虑到由于线路元件内的传播路径而导致的测量信号的或反射的测量信号份额的信号幅值的降低。

通过评估在馈送测量信号与反射的测量信号份额的到达之间的(信号)运行时间，能够得出关于电缆上损坏位置的方位。测量信号尤其是测量脉冲，其尤其具有电压跳跃或电压阶跃的形式。测量信号的或测量脉冲的持续时间在此优选大于或等于测量信号从馈送方位到至少一个线路元件的一端并且又返回到馈送方位的预期的运行时间。由此确保所反射的测量信号份额在馈送方位处叠加馈送的(恒定的)电压幅值。

对于具有方位分辨的测量或为了评估和/或确定电缆上的局部损坏位置的定位，能够例如以时域反射法，简称TDR(Time Domain Reflectometry)的形式进行运行时间测量。在此，将测量脉冲馈送到至少一个线路元件内，并且评估所反射的信号份额的电压走向。

作为TDR测量的替选地使用申请人在2017年10月30日申请的在申请时尚未公开的编号为PCT/EP 2017/077828的国际申请中所述的测量方法。其公开内容，尤其是其权利要求(以及相关的说明书)在此明确地被纳入在本申请中。特别是参考权利要求1、2、6、7和12，以及在第5/6和8/9页上的相关实施方案。在此，在测量循环过程中将执行多次的单个测量，其中，对于每一次单个测量而言由信号单元将测量信号馈送到至少一个线路元件内，其中，在由于反射的信号份额而超过(在馈送方位处的)预先给定的(电压)阈值时将产生停止信号，其中，获知在馈送测量信号与停止信号之间的运行时间，并且其中，在单个测量之间改变(电压)阈值。

因此，每一次单个测量恰好产生一个停止信号。由于在单个测量之间改变的阈值，使得通过不同的运行时间以方位分辨的方式检测不同的干扰位置(在当前是电缆上的所提及的损坏位置)，这些干扰位置因此导致在反射时的不同大小的幅值。换言之，以方位分辨的方式检测到传感器线路沿电缆芯的距离变化或阻抗变化。因此，通过运行时间来确定损坏位置的定位，以及通过评估阻抗变化的次数和大小能确定损坏位置的损坏程度。通过大量的单个测量，因此一般地针对被不同限定的阈值来检测反射的份额的运行时间(停止信号)。就这方面来说，此方法可以被视作电压离散的时间测量方法。单个测量的次数在此优选大于10，更优选大于20或甚至大于50，并且例如高达100次或也包括更多的单个测量。从大量的这些单个测量中因此可以获知大量的停止信号，这些停止信号随时间分布地布置。与阈值相关的大量停止信号因此近似地描述了馈送的测量信号的和反射的份额的实际的信号走向。

在此尤其地，为了检测到超过阈值而整合有比较器。

由于大量的单个测量，因此一般地针对被不同限定的阈值来检测反射的测量信号份额的运行时间(停止信号)。就此方面来说，此方法可以被视作电压离散的时间测量方法。单个测量的次数在此优选大于10，更优选大于20或甚至大于50，并且例如高达100次或也包括更多的单个测量。

替选地，通过在PCT/EP 2017/077828中描述的测量方法也可以实现比较器的功能，以便识别和监测传输停顿。前述的比较器被特别地用于检测到超过阈值。

根据优选的设计方案，至少一个线路元件具有非屏蔽的芯线对，优选地为经扭绞的非屏蔽的双绞线路(twisted-pair-Leitung)类型的芯线对。线路元件并且尤其是电缆优选尤其是例如Cat5电缆类型的纯粹的数据电缆。

合乎目的地，传感器线路在电缆芯中于中央地布置，并且被至少一个线路元件包围。此设计方案是基于如下思考，即，可以因此最佳地通过监测单元检测在传输期间的串扰信号。至少一个线路元件的尤其是非屏蔽的设计方案也有利地用于此，这是因为(有意地)不屏蔽串扰信号。

针对方法的任务通过借助于测量设备监测沿纵向方向延伸的电缆的方法来解决。电缆是前述的具有电缆芯的电缆，电缆芯具有至少一个线路元件。测量设备是在本申请的范围内已经描述的测量设备。

在方法中，识别并且检测电的数据或电功率的传输中的传输停顿，并且取决于所检测到的传输停顿将测量信号馈送到至少一个线路元件内。检测响应信号，尤其是反射的测量信号份额，并且将其传输给评估单元以用于评估。

优选地，取决于由电的数据或电功率的传输引起的串扰信号来识别并且检测传输停顿。

关于测量设备方面列出的优点和优选的设计方案按意义地被转移至方法并且反之亦然。

附图说明

下文中根据附图详细解释本发明的实施例。该附图部分地以极为简化的图示出：

图1示出用于监测电缆的测量设备的示意性的方框图。

具体实施方式

在图1中示出了用于监测沿纵向方向L延伸的电缆4的测量设备2的方框电路图。

电缆4具有电缆芯6，电缆芯6在实施例中具有四个电的线路元件8。线路元件8用于电的数据传输或电的功率传输。在实施例中，电缆4被构造为用于数据传输的Cat5电缆。在实施例中，电缆芯6以及外屏蔽部12一起被保护套13包围。

电缆芯6在外侧10上在周向侧地被外屏蔽部12包围。每个线路元件8都具有非屏蔽的芯线对14，在实施例中为经扭绞的芯线对14(由图1中的虚线边框标识)。为了稳定并且为了实现优选圆形的横截面几何形状，在实施例中在电缆芯6之内布置有填充元件16。

此外，测量设备2具有信号单元18，以用于将测量信号S_M馈送到电缆芯6内。在实施例中，信号单元18以如下方式设立和构成，即，使得在运行中可以将测量信号S_M馈送到每个芯线对14内。此外，信号单元18被构造成用于检测响应信号S_A。

为了馈送测量信号S_M，信号单元18与电的线路元件8电连接，在实施例中与每个芯线对14的每个芯线电连接。

此外，设置有传感器单元20，其具有沿纵向方向L延伸的传感器线路22以及监测单元24。传感器线路22布置在电缆芯6之内，在实施例中于中央地布置在电缆芯6之内，从而使得传感器线路22被线路元件8包围。在实施例中，传感器线路22具有内导体26和外导体28，即以同轴线路方式构成。在内导体26与外导体28之间布置有与状态参量相关的(在实施例中与温度相关的)电介质30。以此能够实现在电缆芯6之内进行温度检测。

传感器线路22也与信号单元18电连接，并且用作针对响应信号S_A的返回导体32。为了监测电缆4，尤其是为了探测沿电缆4的损坏位置，在实施例中优选使用如在WO 2017/216061 A1中已经描述的方法。因此，响应信号S_A是由电缆芯6、并且尤其是由线路元件8反射的测量信号份额S_MA，(粗略简化地说)该测量信号份额与馈送的测量信号S_M的叠加能够给出关于线路元件8损坏的位置和程度。

所检测到的响应信号S_A在运行中被传输给评估单元34以用于评估。在实施例中，评估单元34是信号单元18的一部分。替选地，评估单元34以及对检测到的响应信号S_A的评估在方位上并在时间上与测量设备或对响应信号S_A的检测无关。

监测单元24被以如下方式构成，即，使其识别和监测到通过线路元件8进行数据传输时的传输停顿。为此，监测单元24与电缆芯6的外屏蔽部12以及与传感器线路22电连接，在实施例中与传感器线路22的外导体28电连接。以此构成了同轴的设计方案，线路元件8布置在它们的中间空间内。在运行中，即在通过尤其是非屏蔽的线路元件8进行传输期间，将干扰信号，在实施例中是串扰信号S_N耦入到监测单元24内。因此，串扰信号S_N表示正在发生通过线路元件8进行的传输。监测单元24此外具有比较器36。比较器36用于将耦入的串扰信号S_N与预先给定的且根据应用而言特定的比较值进行比较。如果串扰信号S_N超过比较值，则监测单元24探测到正在发生的传输，并且将此情况转发给信号单元18。为了不干扰通过线路元件8的传输并且反之为了不使测量信号S_M和响应信号S_A由于被传输的数据而失真，仅在发生前述的传输停顿时才进行测量信号S_M的馈送并且因此进行对各个线路元件8的测量。

为了能够将用于测量的测量信号S_M加载到布置在电缆芯6之内的所有线路元件8上，尤其是芯线对14上，信号单元18具有转换元件38，例如集成电路(integrated circuit，IC)形式的半导体转换器或高频切换元件。转换元件38与信号单元18联接，从而使得测量信号S_M在输入侧被馈送到转换元件38内。在输出侧，转换元件分别与芯线对14的各个芯线和内导体26、外导体28以及外屏蔽部12联接。现在，转换元件38在运行中连续可交替地切换到芯线对14的每个芯线上以用于测量测量信号S_M，以便因此完全地测量每个线路元件8。在实施例中，将传感器线路22分别用作返回导体32。替选地，将芯线对14的各一个芯线用作针对芯线对14的待测量的其他芯线的返回导体32。如果例如在测量期间出现传输，则传输停顿被中断，因此信号单元18被以如下方式构成，即，“标记”最后被完全测量的芯线对14，并且在下一次传输停顿时继续测量。

因此，此处描述的测量设备与以下状态检验相组合：

a)根据串扰信号检测传输停顿，

b)交替地检验线路元件(经由“反射测量”，尤其是根据WO 2017/216061 A1中描述的方法)

c)可选地对温度进行探测(经由受到电介质影响的在传感器线路的内导体与外导体之间的“反射测量”)

本发明不限于上述实施例。相反，本领域技术人员也可以从中得出本发明的其他变型方案，而不脱离本发明的主题。尤其地，此外结合实施例描述的所有单独特征也可以以其他方式相互组合，而不脱离本发明的主题。

Claims (15)

1.测量设备，其用于监测沿纵向方向延伸的电缆，其中，所述电缆具有：

-电缆芯，所述电缆芯具有用于传输电的数据或电功率的至少一个电的线路元件，

-信号单元，所述信号单元用于将测量信号馈送到所述电缆芯内并且用于检测响应信号，

其中，

-设有传感器单元，所述传感器单元具有沿纵向方向延伸的传感器线路，所述传感器线路布置在所述电缆芯之内，

-设有监测单元，所述监测单元被构造成用于识别出在传输电的数据或电功率时的传输停顿，

-为了馈送测量信号，所述信号单元与所述至少一个线路元件电连接，并且所述信号单元被以如下方式构成，即，使得在运行中取决于检测到的传输停顿地将所述测量信号馈送到所述至少一个线路元件内，并且检测所述响应信号并将所述响应信号传输给评估单元以用于评估。

2.根据权利要求1所述的测量设备，

其中，所述电缆芯被外屏蔽部包围并且所述外屏蔽部经由所述监测单元与所述传感器线路电连接，并且借助所述监测单元以取决于耦入到所述外屏蔽部内的串扰信号的方式能检测并且能监测电的数据的或电功率的传输。

3.根据权利要求1或2所述的测量设备，

其中，所述传感器线路具有带电介质的内导体和外导体，所述电介质与状态参量相关。

4.根据权利要求3所述的测量设备，

其中，所述外导体与所述信号单元和所述监测单元连接，并且被构造成用于检测和评估所述状态参量。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的测量设备，

其中，所述电缆芯具有多个线路元件，所述线路元件分别与所述信号单元电连接，并且所述线路元件以如下方式构成，即，使得在发生传输停顿时由所述信号单元将测量信号馈送到各自的线路元件内。

6.根据权利要求5所述的测量设备，

其中，所述信号单元具有转换元件，借助所述转换元件将所述线路元件与所述信号单元连接起来，从而在运行中能够将所述测量信号交替地馈送到所述线路元件内。

7.根据权利要求1至6中任一项并且根据权利要求2所述的测量设备，

其中，所述监测单元具有比较器，以用于将耦入到所述外屏蔽部内的串扰信号与预先给定的比较电压进行比较。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的测量设备，

其中，所述传感器线路用作针对所述响应信号的返回导体。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的测量设备，

其中，所述响应信号是从所述电缆芯到所述信号单元的反射的测量信号份额。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的测量设备，

所述测量设备被以如下方式构成，即，使得所述测量设备通过检测和评估所述响应信号的运行时间来探测传输损害。

11.根据权利要求10所述的测量设备，

其中，所述信号单元被以如下方式构成，即，使得在测量循环的过程中执行多次单个测量，其中，对于每一次单个测量而言由所述信号单元将所述测量信号馈送到所述线路元件内，其中，在由于反射的测量信号份额而超过预先给定的阈值时产生停止信号，其中，获知在馈送所述测量信号与所述停止信号之间的运行时间，并且其中，优选在单个测量之间改变所述阈值。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的测量设备，

其中，至少一个电的线路元件具有非屏蔽的芯线对，优选经扭绞的非屏蔽的芯线对。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的测量设备，

其中，所述传感器线路在所述电缆芯中于中央地布置并且被多个线路元件包围。

14.用于监测沿纵向方向延伸的电缆的方法，其中，所述电缆具有电缆芯，所述电缆芯具有用于传输电的数据或电功率的至少一个电的线路元件，并且

-设有信号单元，经由所述信号单元将测量信号馈送到所述电缆芯内并且检测响应信号，

其中，

-识别电的数据的或电功率的传输中的传输停顿，并且

-以取决于检测到的传输停顿的方式，将所述测量信号馈送到所述至少一个线路元件内，并且检测所述响应信号并将所述响应信号传输给评估单元以用于评估。

15.根据权利要求13所述的方法，

其中，所述传输停顿取决于通过电的数据的或电功率的传输所引起的串扰信号地被检测到。

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