DE102019134029A1

DE102019134029A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Ermitteln einer Temperaturverteilung einer Sensorleitung

Info

Publication number: DE102019134029A1
Application number: DE102019134029.2A
Authority: DE
Inventors: Bastian Hitz; Sandro Link; Romeo Bianchetti
Original assignee: Leoni Kabel GmbH
Current assignee: Leoni Kabel GmbH
Priority date: 2019-12-11
Filing date: 2019-12-11
Publication date: 2021-06-17
Anticipated expiration: 2039-12-12
Also published as: WO2021116155A1; DE102019134029B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln einer Temperaturverteilung entlang zumindest eines Abschnitts einer Sensorleitung. Das Verfahren umfasst ein Ermitteln einer Referenztemperatur zumindest des Abschnitts der Sensorleitung. Das Verfahren umfasst ferner ein Ermitteln mindestens einer potentiellen Temperaturverteilung entlang zumindest des Abschnitts der Sensorleitung bei mindestens einer potentiell vorherrschenden Feuchte. Das Verfahren umfasst ferner ein Ermitteln mindestens eines potentiellen Temperaturmittelwerts zumindest des Abschnitts der Sensorleitung aus der mindestens einen potentiellen Temperaturverteilung entlang zumindest des Abschnitts der Sensorleitung bei der mindestens einen potentiell vorherrschenden Feuchte. Das Verfahren umfasst ferner ein Ermitteln der Temperaturverteilung zumindest des Abschnitts der Sensorleitung basierend auf der Referenztemperatur zumindest des Abschnitts der Sensorleitung und dem mindestens einen potentiellen Temperaturmittelwert zumindest des Abschnitts der Sensorleitung bei der mindestens einen potentiell vorherrschenden Feuchte.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ermitteln einer Temperaturverteilung zumindest eines Abschnitts einer Sensorleitung.
Es ist wünschenswert, elektrische Leitungen auf verschiedene Messgrößen wie Temperatur, mechanische Belastung, Beschädigungen und/oder Feuchtigkeit zu überwachen. Elektrische Leitungen mit elektrischen Leitern und elektrische Leiter als solche können sich zum Beispiel intern durch elektrische Ströme, welche den elektrischen Leiter durchfließen, oder zum Beispiel extern durch Sonneneinstrahlung erwärmen. Hierdurch können sich die Eigenschaften der Leiter, zum Beispiel eine Impedanz der Leiter, verändern. Zum Beispiel werden im technischen Bereich der Elektromobilität Ladekabel zum Aufladen von Akkumulatoren von Elektrofahrzeugen verwendet, die während eines Ladebetriebs von Strömen mit teils erheblicher Stromstärke durchflossen werden. Eine Folge ist eine abschnittsweise oder vollständige Erwärmung des Ladekabels, einhergehend mit einer teilweise signifikanten Erhöhung der Leitungsimpedanz. Unter der Leitungsimpedanz sind in diesem Fall nicht die stromdurchflossenen Leiter in dem Ladekabel sondern einer Sensorleitung mit guten Hochfrequenz(HF)-Eigenschaften zu verstehen.
Auch bei anderen Anwendungen beispielsweise im Automobilbereich unterliegen Leitungen diversen Belastungen, welche bezüglich Dauer und Stärke unbekannt sind. Auch die häufig variierenden Umgebungsbedingungen, zum Beispiel Wärmeeinflüsse, können oftmals nicht oder nicht hinreichend abgeschätzt werden, um zum Beispiel den Verschleiß einer Leitung vorhersagen zu können. Daneben unterliegen die Leitungen häufig auch einer mechanischen Belastung, beispielsweise durch Vibrationen, welche zu einer Beschädigung führen können. Um eine bestimmte Mindestlebensdauer garantieren zu können, wird eine Leitung daher typischerweise überdimensioniert ausgelegt. Alternativ besteht auch die Möglichkeit, die Leitung im Betrieb oder zumindest in regelmäßigen Abständen zu überwachen und zu kontrollieren.
Auch andere Einflüsse als die Temperatur, wie Feuchtigkeit, mechanische Belastung und/oder Beschädigungen der Leitung, können die elektrischen Eigenschaften der Leitung beeinflussen und verändern.
Sollen neben den qualitativen auch die quantitativen Auswirkungen einer Erwärmung oder anderweitigen Beeinträchtigung eines Leiters auf dessen Eigenschaften ermittelt werden, so werden eine entsprechende (Mess-)Vorrichtung und/oder ein entsprechendes (Mess-)Verfahren benötigt.
Ein bekanntes Verfahren zur Überwachung elektrischer Leitungen, beispielsweise auf Kabelbeschädigungen oder Defekte, ist die Zeitbereichsreflektometrie (in Englisch: Time Domain Reflectometry, kurz TDR). Hierbei wird ein elektrisches Signal, vorzugsweise ein Pulssignal, einer elektrischen Leitung zugeführt. Ist die elektrische Leitung an einer Stelle durchtrennt, so wird das Signal an dieser Stelle reflektiert. Durch eine Laufzeitmessung des reflektierten Signals kann eine Position der Durchtrennungsstelle ermittelt werden. Ist die Leitung nicht durchtrennt, jedoch an einer Stelle beschädigt, sodass eine Impedanz der Leitung im Bereich der Beschädigung verändert, z.B. erhöht, ist, so verursacht die veränderte, z.B. erhöhte, Impedanz eine Teilreflektion des Signals. Anhand einer Laufzeitmessung des teilweise reflektierten Signals kann eine Position der erhöhten Impedanz und anhand der Amplitude des reflektierten Signals eine Relation der erhöhten Impedanz zur umgebenden Leitungsimpedanz ermittelt werden. Anders ausgedrückt, wird bei der TDR in einen Leiter, welcher sich entlang der Leitung erstreckt, ein Messpuls eingespeist und der Spannungsverlauf eines Antwortsignals ausgewertet. Hierbei wird mit einer Messapparatur der tatsächliche Spannungsverlauf erfasst und entsprechend ausgewertet. Mit Hilfe der TDR wird ein Spannungs- und/oder Impedanzverlauf über die Leitungslänge ermittelt. Der entsprechende Verlauf wird mit einer Referenzkurve verglichen. Hieraus soll dann auf Messgrößen wie Temperatur, mechanische Belastung oder Feuchtigkeit geschlossen werden.
Problematisch ist hierbei, dass der Signalverlauf durch mehrere Messgrößen gleichzeitig beeinflusst werden kann. So zeigen die bisher und aktuell zur Temperaturmessung verwendeten Sensorleitungen auch eine Sensitivität gegenüber Feuchtigkeit, die eine Aussage über allein die mittlere Temperatur oder deren Verlauf erschwert. Temperatur und Feuchtigkeit haben beide einen Einfluss auf die relative Dielektrizitätskonstante (heutzutage üblicherweise bezeichnet als relative Permittivität) des Dielektrikums in einer Sensorleitung, beispielsweise einer Koaxial-Sensorleitung (Koax-Sensorleitung) oder einer Twisted-Pair-Leitung / einem Twisted-Pair-Kabel. In der gemessenen TDR-Kurve können diese zwei Einflussgrößen deshalb nicht ohne weiteres auseinander gehalten werden. Eine beispielhafte Sensorleitung bei XX Grad Celsius und 20% Feuchte oder 20% relativer Luftfeuchtigkeit ist aus dem TDR Signal ununterscheidbar von derselben Leitung bei YY Grad Celsius und 80% Feuchte oder 80% relativer Luftfeuchtigkeit.
Es besteht somit ein Bedarf an einer verbesserten, insbesondere genaueren, Vorrichtung und einem verbesserten, insbesondere genaueren, Verfahren zur Überwachung einer Sensorleitung.
Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zum Ermitteln einer Temperaturverteilung entlang zumindest eines Abschnitts einer Sensorleitung bereitgestellt. Das Verfahren umfasst ein Erhalten einer Referenztemperatur zumindest des Abschnitts der Sensorleitung. Das Verfahren umfasst ferner ein Ermitteln mindestens einer potentiellen Temperaturverteilung entlang zumindest des Abschnitts der Sensorleitung bei mindestens einer potentiell vorherrschenden Feuchte. Das Verfahren umfasst ferner ein Ermitteln mindestens eines potentiellen Temperaturmittelwerts zumindest des Abschnitts der Sensorleitung aus der mindestens einen potentiellen Temperaturverteilung entlang zumindest des Abschnitts der Sensorleitung bei der mindestens einen potentiell vorherrschenden Feuchte. Das Verfahren umfasst ferner ein Ermitteln der Temperaturverteilung entlang zumindest des Abschnitts der Sensorleitung basierend auf der Referenztemperatur zumindest des Abschnitts der Sensorleitung und dem mindestens einen potentiellen Temperaturmittelwert zumindest des Abschnitts der Sensorleitung bei der mindestens einen potentiell vorherrschenden Feuchte.
An Stelle des Begriffs „potentiell“ kann auch der Begriff „möglich“ verwendet werden. An Stelle des Begriffs „Feuchte“ kann auch der Begriff „Feuchtigkeit“ verwendet werden. Unter der vorherrschenden Feuchte kann eine Luftfeuchtigkeit um die Sensorleitung oder eine im verwendeten Material aktuell vorherrschende Feuchte verstanden werden. Insofern kann der Begriff der Feuchte oder vorherrschenden Feuchte auch durch den Begriff der Materialfeuchte oder Feuchte des verwendeten Materials ersetzt werden. Insbesondere handelt es sich dabei nicht um die reelle oder reale Luftfeuchtigkeit der Umgebung sondern um die Feuchte, die sich beispielsweise um die Sensorleitung oder in dem die Sensorleitung aufweisenden Kabel eingestellt hat. Dabei kann es sich um die Feuchte handeln, die beispielsweise in den Mantel des Kabels hineindiffundiert ist.
Bei der mindestens einen potentiell vorherrschenden Feuchte kann es sich um mehrere potentiell vorherrschende Feuchtigkeiten handeln. Bei der mindestens einen potentiellen Temperaturverteilung kann es sich um mehrere potentielle Temperaturverteilungen handeln. Bei dem mindestens einen potentiellen Temperaturmittelwert kann es sich um mehrere potentielle Temperaturmittelwerte handeln.
Bei der potentiell vorherrschenden Feuchte kann es sich um realistischerweise mögliche Feuchtigkeiten handeln. Werden mehrere potentielle Feuchtigkeiten angenommen, so kann jede der mehreren potentiellen Temperaturverteilungen als eine Temperaturverteilung bei einer der mehreren potentiell vorherrschenden Feuchtigkeiten verstanden werden. Dementsprechend kann jeder mehreren potentiellen Temperaturmittelwerte als ein Temperaturmittelwert bei einer der mehreren potentiell vorherrschenden Feuchtigkeiten verstanden werden.
Vorteilhaft bei dem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt ist, dass die Referenztemperatur zumindest des Abschnitts der Sensorleitung unabhängig von der vorherrschenden Feuchte, beispielsweise Luftfeuchtigkeit oder Materialfeuchte, ist. Da die Referenztemperatur unabhängig von der Luftfeuchtigkeit ist, bietet das Ermitteln der Temperaturverteilung entlang zumindest des Abschnitts der Sensorleitung basierend auf der Referenztemperatur zumindest des Abschnitts der Sensorleitung und des mindestens einen potentiellen Temperaturmittelwerts zumindest des Abschnitts der Sensorleitung bei der mindestens einen potentiellen vorherrschenden Feuchte den Vorteil, dass die ermittelte Temperarturverteilung ebenfalls unabhängig ist von der Feuchte/Feuchtigkeit. Die Feuchte, oder genauer gesagt der Einfluss der Feuchte auf Eigenschaften, wie die Temperatur, der Sensorleitung wurde sozusagen bei der Ermittlung der Temperaturverteilung rausgerechnet. Die ermittelte Temperaturverteilung ist dadurch präziser und/oder genauer als das Ergebnis bekannter Verfahren.
Bei der Sensorleitung kann es sich prinzipiell um jede elektrische Leitung handeln. Die Sensorleitung kann beispielsweise einen Messleiter aufweisen, welcher sich in Längsrichtung entlang der Sensorleitung zum Beispiel über deren gesamte Länge erstreckt. Die Sensorleitung kann eine einfache einadrige Sensorleitung sein, die eine Ader mit einem beispielsweise zentralen Leiter aufweist, welcher von einer Isolierung umgeben ist. In diese Isolierung kann beispielsweise der Messleiter eingebettet sein. Andere Aufbauten sind möglich. Zum Beispiel kann der (zentrale) Leiter selbst als Messleiter ausgebildet sein. Alternativ kann es sich bei dem Messleiter um einen Innenleiter einer Koaxialleitung handeln. In diesem Fall ist der Messleiter z.B. von einer ein Dielektrikum aufweisenden Isolierung umgeben sowie ggf. von einem beispielsweise als Geflecht ausgebildeten Außenleiter umgeben. Dem Messleiter kann ein Rückleiter zugeordnet sein. Bei diesem kann es sich beispielsweise um den Außenleiter einer Koaxialleitung handeln. Alternativ sind Messleiter und Rückleiter beispielsweise durch ein, z.B. verseiltes/verdrilltes, Adernpaar gebildet. Ferner kann die Sensorleitung in einem elektrischen Kabel angeordnet sein. In dem elektrischen Kabel können sich außer der Sensorleitung weitere Leiter oder Leitungen befinden. Unabhängig von der genauen Ausgestaltung kann es sich bei der vorherrschenden Feuchte um die tatsächliche Feuchte in oder um die Sensorleitung oder in oder um das die Sensorleitung aufweisenden Kabel handeln.
Das Verfahren kann ferner ein Ermitteln einer vorherrschenden Feuchte zumindest des Abschnitts der Sensorleitung durch Vergleichen der Referenztemperatur zumindest des Abschnitts der Sensorleitung und des mindestens einen potentiellen Temperaturmittelwerts zumindest des Abschnitts der Sensorleitung bei der mindestens einen potentiell vorherrschen Feuchte umfassen. Die ermittelte vorherrschende Feuchte kann hierbei als zusätzliche Information betrachtet werden, die sich bei der Ermittlung der Temperaurverteilung ergibt.
Wie beschrieben, kann mit dem Verfahren die vorherrschende Feuchte zumindest eines Abschnitts der Sensorleitung ermittelt werden. Gemäß einer Realisierung kann die vorherrschende Feuchte der gesamten Sensorleitung ermittelt werden, z.B. die vorherrschende Feuchte/Feuchtigkeit entlang der gesamten Länge der Sensorleitung. Die vorherrschende Feuchte der gesamten Länge kann auch als mittlere vorherrschende Feuchte bezeichnet werden. Gemäß einer weiteren Realisierung kann die vorherrschende Feuchte eines einzigen Abschnitts (Teils/Bereichs) der Sensorleitung ermittelt werden. Gemäß einer weiteren Realisierung kann die vorherrschende Feuchte mehrerer, zumindest teilweise nicht angrenzender oder angrenzender, Abschnitte (Teile/Bereiche) der Sensorleitung ermittelt werden.
Als Referenztemperatur zumindest des Abschnitts der Sensorleitung kann die mittlere Temperatur zumindest des Abschnitts der Sensorleitung ermittelt werden. Die ermittelte mittlere Temperatur ist unabhängig von der vorherrschenden Feuchte. Als von der vorherrschenden Feuchte unabhängige Referenztemperatur kann zusätzlich oder alternativ zu der mittleren Temperatur auch eine durch einen oder mehrere externe Temperatursensoren gemessene Temperatur verwendet werden.
Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt kann das Ermitteln der mittleren Temperatur zumindest des Abschnitts der Sensorleitung ein Einspeisen eines Messsignals in zumindest den Abschnitt der Sensorleitung mit kurzgeschlossenem Ende aufweisen. Beispielsweise kann das Messsignal in einen Anfang des Abschnitts der Sensorleitung eingespeist werden. Gemäß der beispielhaften Ausgestaltung kann das Ermitteln der mittleren Temperatur zumindest des Abschnitts der Sensorleitung ferner aufweisen ein Erfassen eines Spannungsabfalls aus dem Messsignal nach einer Zeitspanne, deren Dauer über einem vorgegebenen zeitlichen Schwellenwert liegt. Gemäß der beispielhaften Ausgestaltung kann ferner die mittlere Temperatur zumindest des Abschnitts der Sensorleitung ermittelt werden durch Vergleichen des erfassten Spannungsabfalls und eines Referenzspannungswerts bei bekannter mittlerer Temperatur.
Vorteilhaft hierbei ist, dass die ermittelte mittlere Temperatur zumindest des Abschnitts der Sensorleitung unabhängig von der vorherrschenden Feuchte ist.
Wie beschrieben, kann gemäß der beispielhaften Ausgestaltung das Ende des Abschnitts der Sensorleitung kurzgeschlossen sein oder das Ende der Sensorleitung kann kurzgeschlossen sein. Das eingespeiste Messsignal breitet sich entlang der Sensorleitung aus. Aufgrund des kurzgeschlossenen Endes erfolgt an dem Ort des Kurzschlusses eine invertierte Reflexion. Anders ausgedrückt, wird das eingespeiste Messsignal an dem Kurzschluss invertiert und zumindest nahezu vollständig (in der invertierten Form) reflektiert. Im Idealfall liegt somit nach der Reflexion keine Spannung oder zumindest nahezu keine Spannung am Eingang an. Im Realfall, d.h. bei nicht idealer oder vollständiger Reflexion, wird für gewöhnlich ein geringer Spannungsabfall ermittelt werden, der dem Spannungsabfall über einen kurzgeschlossenen DC-Widerstand entsprechen kann (DC: direct current; Gleichstrom). Wird der vorgegebene zeitliche Schwellenwert zumindest so groß wie die Dauer des Messsignals gewählt, so wird als Spannungsabfall ein Wert ermittelt, der sich in einen Widerstandswert umrechnen lässt, der zumindest nahezu dem Widerstand des Abschnitts der Sensorleitung oder der Sensorleitung entspricht. Beispielsweise kann als zeitlicher Schwellenwert ein Wert gewählt werden, der zumindest einer Laufzeit des Messsignals vom Einspeiseort zu dem kurzgeschlossenen Ende plus einer Laufzeit eines reflektierten Anteils des Messsignals entspricht.
Gemäß einer beispielhaften Realisierung des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt, die mit der beispielhaften Ausgestaltung des Verfahrens kombiniert werden kann, kann das Ermitteln der mindestens einen potentiellen Temperaturverteilung entlang zumindest des Abschnitts der Sensorleitung ein Einspeisen eines Messsignals in zumindest den Abschnitt der Sensorleitung umfassen. Die beispielhafte Realisierung kann ferner ein Erfassen mindestens eines Spannungswerts, z.B. eines einzigen oder mehrerer Spannungswerte, aus dem Messsignal nach einer Zeitspanne umfassen, deren Dauer unter einem vorgegebenen zeitlichen Schwellenwert liegt. Die beispielhafte Realisierung kann ferner ein Ermitteln eines Verlaufs der relativen Permittivität eines Dielektrikums der Sensorleitung entlang zumindest des Abschnitts der Sensorleitung basierend auf dem erfassten mindestens einen Spannungswert umfassen. Beispielsweise kann der Verlauf der relativen Permittivität aus einer bekannten Beziehung zwischen Spannungswerten, z.B. dem mindestens einen Spannungswert, und der relativen Permittivität abgeleitet werden.
Gemäß der beispielhaften Realisierung kann das Ende des Abschnitts oder kann die Sensorleitung kurzgeschlossen oder offen sein. In einer bevorzugten Variante ist das Endes des Abschnitts oder die Sensorleitung kurzgeschlossen. Das gemäß der beispielhaften Realisierung eingespeiste Messsignal kann das gleiche Messsignal sein wie oder ein unterschiedliches Messsignal als das gemäß der beispielhaften Ausgestaltung eingespeiste Messsignal. Falls es sich um das gleiche Messsignal handelt, so ist das Ende des Abschnitts oder das Ende der Sensorleitung kurzgeschlossen. Ferner wird in diesem Fall der mindestens eine Spannungswert in einem zeitlichen Bereich vor dem zeitlichen Schwellenwert erfasst. Der zeitliche Schwellenwert kann dem zuvor in Bezug auf die beispielhafte Ausgestaltung beschriebenen Schwellenwert entsprechen.
Ist das Endes des Abschnitts oder die Sensorleitung nicht kurzgeschlossen sondern offen, so wird das Messsignal an dem offenen Ende ohne Invertierung reflektiert. Als Ergebnis liegt am Eingang nach einiger Zeit die doppelte angelegte Spannung an.
Auch wenn in Bezug auf die beispielhafte Ausgestaltung und die beispielhafte Realisierung stets Bezug genommen wurde auf eine Spannung, einen Spannungsabfall und/oder einen Spannungswert (Spannungswerte), so können stattdessen auch Werte anderer elektrischer Größen auf geeignete Weise ermittelt werden und ggf. in Spannungswerte umgerechnet werden, wie z.B. Stromwerte, über die sich Widerstandswerte/Impedanzwerte ermitteln lassen, oder dergleichen.
Die mindestens eine potentielle Temperaturverteilung entlang zumindest des Abschnitts der Sensorleitung bei der mindestens einer potentiell vorherrschenden Feuchte kann ermittelt werden durch Vergleichen des ermittelten Verlaufs der relativen Permittivität des Dielektrikums der Sensorleitung entlang zumindest des Abschnitts der Sensorleitung und einer vorgegebenen Beziehung zwischen relativer Permittivität und Temperatur bei der mindestens einen potentiell vorherrschenden Feuchte.
Das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt umfasst, wie beschrieben, ein Ermitteln einer Temperaturverteilung entlang zumindest des Abschnitts der Sensorleitung. Die Temperaturverteilung kann ermittelt werden unter Berücksichtigung der ermittelten vorherrschenden Feuchte zumindest des Abschnitts der Sensorleitung. Anders ausgedrückt kann die ermittelte vorherrschende Feuchte zumindest des Abschnitts der Sensorleitung weiter verwendet werden für das Ermitteln der Temperaturverteilung entlang zumindest des Abschnitts der Sensorleitung. Die ermittelte Temperaturverteilung kann genauer ermittelt werden als mit herkömmlichen Verfahren. Die Genauigkeit wird unter anderem dadurch erhöht, dass die tatsächliche Feuchte, d.h. die tatsächlich vorherrschende Feuchte, zumindest annähernd exakt bestimmt und/oder bei der Ermittlung der Temperaturverteilung berücksichtigt oder herausgerechnet wird.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird eine Vorrichtung zum Ermitteln einer Temperaturverteilung entlang zumindest eines Abschnitts einer Sensorleitung bereitgestellt. Die Vorrichtung weist eine Recheneinheit auf. Die Recheneinheit ist ausgebildet, eine Referenztemperatur zumindest des Abschnitts der Sensorleitung zu erhalten oder zu ermitteln.
Die Recheneinheit ist ferner ausgebildet, mindestens eine potentielle Temperaturverteilung entlang zumindest des Abschnitts der Sensorleitung bei mindestens einer potentiell vorherrschenden Feuchte zu ermitteln. Die Recheneinheit ist ferner ausgebildet, mindestens einen potentiellen Temperaturmittelwert zumindest des Abschnitts der Sensorleitung aus der mindestens einen potentiellen Temperaturverteilung entlang zumindest des Abschnitts der Sensorleitung bei der mindestens einen potentiell vorherrschenden Feuchte zu ermitteln. Die Recheneinheit ist ausgebildet, die Temperaturverteilung entlang zumindest des Abschnitts der Sensorleitung basierend auf der Referenztemperatur zumindest des Abschnitts der Sensorleitung und dem mindestens einen potentiellen Temperaturmittelwert zumindest des Abschnitts der Sensorleitung bei der mindestens einen potentiell vorherrschenden Feuchte zu ermitteln.
Die Recheneinheit kann ausgebildet sein, die vorherrschende Feuchte zumindest des Abschnitts der Sensorleitung durch Vergleichen der Referenztemperatur zumindest des Abschnitts der Sensorleitung und des mindestens einen potentiellen Temperaturmittelwerts zumindest des Abschnitts der Sensorleitung bei der mindestens einen potentiell vorherrschenden Feuchte zu ermitteln.
Die Recheneinheit kann ausgebildet sein, als Referenztemperatur zumindest des Abschnitts der Sensorleitung die mittlere Temperatur zumindest des Abschnitts der Sensorleitung zu ermitteln.
Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt kann die Vorrichtung eine Einspeisekomponente und eine Erfassungskomponente aufweisen. Die Einspeisekomponente kann ausgebildet sein, ein Messsignal in zumindest den Abschnitt der Sensorleitung mit kurzgeschlossenem Ende einzuspeisen. Die Erfassungskomponente kann ausgebildet sein, einen Spannungsabfall aus dem Messsignal nach einer Zeitspanne zu erfassen, deren Dauer über einem vorgegebenen zeitlichen Schwellenwert liegt. Die Ermittlungskomponente kann ausgebildet sein, die mittlere Temperatur zumindest des Abschnitts der Sensorleitung durch Vergleichen des erfassten Spannungsabfalls und eines Referenzspannungswerts bei bekannter mittlerer Temperatur zu ermitteln. Die Einspeisekomponente und die Erfassungskomponente können an einem unterschiedlichen Ort oder am gleichen Ort angeordnet sein. Genauer gesagt können die Einspeisekomponente und die Erfassungskomponente ausgebildet sein, am gleichen Ort oder an einem unterschiedlichen Ort das Messsignal in zumindest den Abschnitt der Sensorleitung einzuspeisen und den Spannungsabfall aus dem Messsignal nach einer Zeitspanne zu erfassen.
Gemäß einer beispielhaften Realisierung der Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt kann die Vorrichtung eine weitere Einspeisekomponente und eine weitere Erfassungskomponente aufweisen. Alternativ kann es sich bei der Einspeisekomponente und/oder der Erfassungskomponente der beispielhaften Realisierung um die Einspeisekomponente und/oder die Erfassungskomponente der oben beschriebenen beispielhaften Ausgestaltung handeln. Unabhängig davon kann die Einspeisekomponente ausgebildet sein, ein Messsignal in zumindest den Abschnitt der Sensorleitung einzuspeisen. Die Erfassungskomponente kann ausgebildet sein, mindestens einen Spannungswert, beispielsweise mehrere Spannungswerte, aus dem Messsignal nach einer Zeitspanne zu erfassen, deren Dauer unter einem vorgegebenen zeitlichen Schwellenwert liegt. Die Recheneinheit kann ausgebildet sein, einen Verlauf der relativen Permittivität eines Dielektrikums der Sensorleitung entlang zumindest des Abschnitts der Sensorleitung basierend auf dem erfassten mindestens einen Spannungswert, beispielsweise der mehreren Spannungswerte, zu ermitteln.
Die Recheneinheit kann ausgebildet sein, die mindestens eine potentielle Temperaturverteilung entlang zumindest des Abschnitts der Sensorleitung bei jeweils mindestens einer potentiell vorherrschenden Feuchte durch Vergleichen des ermittelten Verlaufs der Permittivität des Dielektrikums der Sensorleitung entlang zumindest des Abschnitts der Sensorleitung und einer vorgegebenen Beziehung zwischen relativer Permittivität und Temperatur bei der mindestens einen potentiell vorherrschenden Feuchte zu ermitteln.
Die Recheneinheit kann ferner ausgebildet sein, eine Temperaturverteilung entlang zumindest des Abschnitts der Sensorleitung bei der ermittelten vorherrschenden Feuchte zumindest des Abschnitts der Sensorleitung zu ermitteln.
Die Vorrichtung kann ferner einen oder mehrere entlang zumindest des Abschnitts der Sensorleitung angeordnete Temperatursensoren aufweisen. Die Temperatursensoren können jeweils ausgebildet sein, die Temperatur der Sensorleitung zu erfassen und beispielsweise an die Recheneinheit weiterzugeben. Die Recheneinheit kann ausgebildet sein, die Referenztemperatur zumindest des Abschnitts der Sensorleitung aus der jeweils von dem einen oder mehreren Temperatursensoren erfassten Temperatur zu ermitteln.
Auch wenn einige Details nur in Bezug auf das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt beschrieben wurden, können diese entsprechend in der Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt realisiert sein/werden. Hierfür können in der Vorrichtung geeignete Komponenten und/oder Einheiten vorgesehen sein/werden.
Das beschriebene Verfahren kann ganz oder teilweise mit Hilfe eines Computerprogramms durchgeführt werden. So kann ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodeabschnitten für das Ausführen des Verfahrens vorgesehen sein. Das Computerprogramm kann auf einem computerlesbaren Speichermedium oder in der Vorrichtung gespeichert sein. Wenn die Programmcodeabschnitte des Computerprogramms in einen Rechner, Computer oder Prozessor (beispielsweise einen Mikroprozessor, Mikrocontroller oder digitalen Signalprozessor (DSP)) geladen sind, oder auf einem Rechner, Computer oder Prozessor laufen, können sie den Computer oder Prozessor dazu veranlassen, einen oder mehrere Schritte oder alle Schritte des hierin beschriebenen Verfahrens auszuführen.
Entsprechend kann die Vorrichtung zumindest teilweise ein Computerprogramm verwenden, das z.B. auf einem computerlesbaren Speichermedium oder in der Vorrichtung gespeichert sein. Die Recheneinheit kann einen Rechner, Computer oder Prozessor (beispielsweise einen Mikroprozessor, Mikrocontroller oder digitalen SignalProzessor (DSP)) aufweisen, und dazu ausgebildet sein, einen oder mehrere Schritte oder alle Schritte des hierin beschriebenen Verfahrens auszuführen.
Ferner können die Recheneinheit und/oder die Einspeisekomponente und/oder die Erfassungskomponente und/oder die gesamte Vorrichtung angeordnet sein in einem Stecker der Leitung, der Sensorleitung und/oder des die Sensorleitung aufweisenden Kabels oder einer Steuereinheit eines (Bord-)Netzes oder einem Messgerät. Ferner können die Recheneinheit und/oder die Einspeisekomponente und/oder die Erfassungskomponente und/oder die gesamte Vorrichtung integriert sein in einen Stecker der Leitung, der Sensorleitung und/oder des die Sensorleitung aufweisenden Kabels oder eine Steuereinheit eines (Bord-)Netzes oder ein Messgerät.
Weitere Merkmale, Eigenschaften, Vorteile und mögliche Abwandlungen werden für einen Fachmann anhand der nachstehenden Beschreibung deutlich, in der auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen ist.

1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zum Ermitteln einer Temperaturverteilung entlang zumindest eines Abschnitts einer Sensorleitung;
2 zeigt schematisch ein Flussdiagram eines Verfahrens zum Ermitteln einer Temperaturverteilung entlang zumindest eines Abschnitts einer Sensorleitung;
3a zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Überwachung einer Leitung mit offenem Ende;
3b zeigt einen beispielhaften, von der Vorrichtung aus 3a ermittelten Spannungsverlauf über der Zeit;
4a zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Überwachung einer Leitung mit kurzgeschlossenem Ende;
4b zeigt einen beispielhaften, von der Vorrichtung aus 4a ermittelten Spannungsverlauf über der Zeit;
4c zeigt einen beispielhaften, von der Vorrichtung aus 4a ermittelten Spannungsverlauf über der Zeit;
4d zeigt einen beispielhaften, von der Vorrichtung aus 4a ermittelten Spannungsverlauf über der Zeit;
4e zeigt einen vergrößerten Teil des Spannungsverlaufs über der Zeit aus 4d;
5a zeigt einen beispielhaften, von der Vorrichtung aus 4a ermittelten Spannungsverlauf über der Zeit;
5b zeigt den beispielhaften ermittelten Spannungsverlauf über der Zeit aus 5a mit Markierung;
5c zeigt einen Verlauf der relativen Permittivität über dem Ort entlang einer Sensorleitung;
5d zeigt einen Verlauf der relativen Permittivität über der Temperatur; und
5e zeigt einen Verlauf der relativen Permittivität über der Temperatur für verschiedene vorherrschende Feuchtigkeitswerte.

Im Folgenden werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, spezifische Details dargelegt, um ein vollständiges Verständnis der vorliegenden Offenbarung zu liefern. Es ist einem Fachmann jedoch klar, dass die vorliegende Offenbarung in anderen Ausführungsbeispielen verwendet werden kann, die von den nachfolgend dargelegten Details abweichen können. Beispielsweise werden im Folgenden spezifische Konfigurationen und Ausgestaltungen beschrieben, die nicht als einschränkend anzusehen sind.
Es ist dem Fachmann zudem klar, dass die nachfolgend dargelegten Erläuterungen unter Verwendung von Hardwareschaltungen, Softwarekomponenten oder einer Kombination davon implementiert sein/werden können. Die Softwarekomponenten können im Zusammenhang stehen mit programmierten Mikroprozessoren oder einem allgemeinen Rechner, Computer, einer ASIC (Application Specific Integrated Circuit; auf Deutsch: anwendungsspezifische integrierte Schaltung) und/oder DSPs (Digital Signal Processors; auf Deutsch: digitalen Signalprozessoren). Es ist zudem klar, dass auch dann, wenn die nachfolgenden Details in Bezug auf ein Verfahren beschrieben werden, diese Details auch in einer geeigneten Vorrichtungseinheit (z.B. der im Folgenden beschriebenen Recheneinheit), einem Computerprozessor oder einem mit einem Prozessor verbundenen Speicher realisiert sein können, wobei der Speicher mit einem oder mehreren Programmen versehen ist, die das Verfahren durchführen, wenn sie durch den Prozessor ausgeführt werden.
1 zeigt schematisch den Aufbau einer Vorrichtung 10 zum Ermitteln einer Temperaturverteilung entlang zumindest eines Abschnitts einer Sensorleitung. Die Vorrichtung 10 weist eine Recheneinheit 12, eine Einspeisekomponente 14 und eine Erfassungskomponente 16 auf. In 1 sind beispielhaft die Einspeisekomponente 14 und die Erfassungskomponente 16 getrennt voneinander als separate Komponenten dargestellt. Die Einspeisekomponente 14 und die Erfassungskomponente 16 können alternativ in einer gemeinsamen Entität angeordnet sein.
2 zeigt ein Flussdiagram für ein Verfahren zum Ermitteln einer Temperaturverteilung entlang zumindest eines Abschnitts einer Sensorleitung. Das Verfahren kann beispielsweise durch die Vorrichtung aus 1 realisiert werden.
In einem Schritt S202 wird durch die Recheneinheit 12 eine Referenztemperatur zumindest des Abschnitts der Sensorleitung ermittelt. In Schritt S204 wird durch die Recheneinheit 12 mindestens eine potentielle Temperaturverteilung entlang zumindest des Abschnitts der Sensorleitung bei mindestens einer potentiell vorherrschenden Feuchte ermittelt. In Schritt S206 wird durch die Recheneinheit 12 mindestens ein potentieller Temperaturmittelwert zumindest des Abschnitts der Sensorleitung aus der mindestens einen potentiellen Temperaturverteilung entlang zumindest des Abschnitts der Sensorleitung bei der mindestens einen potentiell vorherrschenden Feuchte ermittelt. In Schritt S208 wird die Temperaturverteilung entlang zumindest des Abschnitts der Sensorleitung basierend auf der Referenztemperatur zumindest des Abschnitts der Sensorleitung und dem mindestens einen potentiellen Temperaturmittelwert zumindest des Abschnitts der Sensorleitung bei der mindestens einen potentiell vorherrschenden Feuchte ermittelt.
Weitere Details der Vorrichtung 10 aus 1 und des zugehörigen Verfahrens aus 2 werden nun in Bezug auf die weiteren Figuren erläutert.
3a zeigt den Aufbau einer Messanordnung 1, die auf dem Prinzip der Zeitbereichsreflektometrie (TDR) basiert. Eine solche Messanordnung 1 wurde beschrieben in der Veröffentlichung EP3371611A1 , deren Inhalt hiermit in die vorliegende Patentanmeldung durch Bezugnahme aufgenommen wird.
In 3a ist eine solche Messanordnung 1 dargestellt. Diese ist mit einer Sensorleitung 2 gekoppelt oder sie weist die Sensorleitung 2 auf. Die Sensorleitung 2 kann beispielsweise einen Messleiter aufweisen, welcher sich in Längsrichtung entlang der Sensorleitung 2 insbesondere über deren gesamte Länge erstreckt. Die Sensorleitung 2 kann eine einfache einadrige Sensorleitung sein, die eine Ader mit einem zentralen Leiter aufweist, welcher von einer Isolierung umgeben ist. In diese Isolierung kann beispielsweise der Messleiter eingebettet sein. Andere Aufbauten sind möglich. Beispielsweise kann der zentrale Leiter selbst als Messleiter ausgebildet sein. Alternativ kann es sich bei dem Messleiter um einen Innenleiter einer Koaxialleitung handeln. In diesem Fall ist der Messleiter z.B. von einer ein Dielektrikum aufweisenden Isolierung umgeben sowie ggf. von einem beispielsweise als Geflecht ausgebildeten Außenleiter umgeben. Dem Messleiter ist allgemein ein Rückleiter zugeordnet, welcher in den Figuren nicht explizit dargestellt ist. Bei diesem kann es sich beispielsweise um den Außenleiter einer Koaxialleitung handeln. Alternativ sind Messleiter und Rückleiter beispielsweise durch ein Adernpaar gebildet.
Der Messleiter ist zusammen mit dem Rückleiter an einer Messeinheit der Messanordnung 1 angeschlossen, sodass die Sensorleitung 2 hinsichtlich einer Abweichung von einem Normalzustand überwacht werden kann. Beispiele für eine solche Abweichung sind eine übermäßige Erwärmung der Sensorleitung 2 über eine vorgegebene Betriebstemperatur hinaus und/oder eine Beschädigung, beispielsweise ein Bruch des Außenleiters beispielsweise in Folge eines übermäßigen Verbiegens der Sensorleitung 2. Die Belastungen der Sensorleitung 2 erfährt auch der Messleiter.
Wird ein Messsignal, insbesondere ein Rechtecksignal, an einem Einspeiseort in die Sensorleitung 2 eingespeist, propagiert das Messsignal innerhalb der Sensorleitung 2 in Richtung zu einem Leitungsende, an dem der Messleiter offen ausgebildet ist. Hierdurch wird das Messsignal am Leitungsende reflektiert. Der reflektierte Anteil läuft in entgegengesetzter Richtung wieder zum Einspeiseort. Der Einspeiseort kann zugleich ein Messort sein, an dem der am Messleiter anliegende Signalpegel (Spannungspegel) abgegriffen wird. Zudem kann eine Reflexion an einer Störstelle erfolgen oder allgemein an einer Stelle, an der sich der Wellenwiderstand für das sich ausbreitende Messsignal ändert. Die Messanordnung 1 ist, wie beschrieben, insbesondere derart ausgebildet, dass am Leitungsende des Messleiters eine Teil- oder Totalreflektion des Messsignals erfolgt. Hierzu weist der Messleiter das offene Ende auf.
Anders ausgedrückt weist die zu überwachende Sensorleitung 2 einen Messleiter auf, in den ein Messsignal zu einer Startzeit eingespeist wird. Der Messleiter wird nunmehr auf das Vorliegen einer Störstelle überwacht. Unter Störstelle wird allgemein ein Ort verstanden, an dem das Messsignal zumindest teilweise reflektiert wird. Eine zumindest teilweise Reflexion erfolgt typischerweise bei einer Änderung des Wellenwiderstands des Messleiters infolge der Störstelle. Bei der Störstelle kann es sich auch um ein offenes Leitungsende oder eine Anschlussstelle handeln. Der Messleiter wird im Hinblick auf einen zurücklaufenden Anteil überwacht, der an einem Leitungsende oder an einer oder an mehreren anderen Störstellen reflektiert wird. Die Amplitude des zurücklaufenden Anteils wird erfasst.
Anhand der 3b wird nachfolgend der Signalverlauf, also der tatsächliche Spannungsverlauf am Messort, für eine Sensorleitung 2 ohne Störstelle illustriert. 3b zeigt dabei den Signalverlauf einer Sensorleitung 2 im Normalfall. Wie anhand der 3b gut zu erkennen ist, ist die Signaldauer des Messsignals derart bemessen, dass am Messort eine Überlagerung des Messsignals mit dem reflektierten Anteil erfolgt. Der resultierende Signalverlauf weist daher (bei Vernachlässigung der Dämpfung) einen Signalverlauf auf, der sich wie folgt ergibt: am Anfang steigt die Kurve an, weil ein Rechtecksignal als Messsignal angelegt wurde/wird. Das Signal propagiert in der Leitung und führt zu einem mittleren Bereich, der in der 3b als „Messplateau“ bezeichnet ist. Am Ende der offenen Leitung wird das Signal reflektiert, so dass sich zumindest nahezu die doppelte Eingangsspannung ergibt. Die Länge des Signals entspricht zumindest nahezu der Länge des beispielsweise als Rechtecksignal ausgebildeten Messsignals.
Eine veränderte Temperatur führt allgemein zu einer unterschiedlichen Signallaufzeit des Messsignals. Da der Messleiter am Ende offen ist und damit eine Reflexion am Ende stattfindet, verändert sich die Laufzeit in Abhängigkeit der Temperatur in charakteristischer Weise, was zu einer Verschiebung des reflektierten Anteils im Vergleich zu dem Normalbetrieb führt. Anhand dieser Verschiebung kann auf das tatsächliche Maß der Temperaturänderung zurückgeschlossen werden. Allerdings verändert Feuchtigkeit ebenfalls Eigenschaften der Sensorleitung 2, wie die Laufzeit. Ferner führen Störungen entlang der Leitung zu einer Veränderung der Amplitude des gemessenen Signals.
Es lässt sich nicht sagen, ob diese Veränderungen von der veränderten Temperatur oder der Feuchtigkeit herrührt.
Die Messanordnung 1 kann ausgebildet sein, eine TDR-Messung auszuführen. Alternativ kann die Messanordnung 1 ausgebildet sein, eine gegenüber einer TDR-Messung vereinfachte Messung auszuführen, die lediglich auf TDR basiert (im Folgenden als auf TDR basierende Messung oder auf TDR basierendes Verfahren bezeichnet).
Im letztgenannten Fall wird, wie in Bezug auf TDR beschrieben, die Amplitude des zurücklaufenden Anteils erfasst und bei Überschreiten eines vorgegebenen Spannungsschwellwertes, nachfolgend kurz Schwellwert, wird ein digitales Stoppsignal erzeugt. Weiterhin wird die Laufzeit zwischen der Startzeit und dem Stoppsignal erfasst und ausgewertet. Liegt keine Störstelle vor, so wird kein Stoppsignal erzeugt, was auf eine intakte Leitung hindeutet.
Der Unterschied zu einer herkömmlichen TDR-Messung ist die Erzeugung lediglich eines digitalen Stoppsignals bei Überschreitung eines Schwellwertes für den reflektierten Anteil. Unter digitalem Stoppsignal wird hierbei ein binäres Signal verstanden, welches lediglich eine digitale Zustandsinformation ja / nein (bzw. 1 / 0) übermittelt. Es enthält daher keine Information über die Amplitudenhöhe des reflektierten Signals. Eine Aussage zu der Amplitude ergibt sich in Kombination mit dem gewählten Schwellwert, welcher also eine Auslöseschwelle für das Stoppsignal ist. Anhand des Stoppsignals in Kombination mit dem Schwellwert ist daher eine Zuordnung einer (Mindest-)Amplitude des reflektierten Signals möglich, ohne dass diese Amplitude gemessen werden muss.
Das Stoppsignal kann dabei grundsätzlich ein analoges Signal sein, ist vorzugsweise jedoch ein digitales Signal beispielsweise in Form eines Spannungsimpulses oder auch eines Spannungsprungs. Durch das Stoppsignal ist eine vergleichsweise einfache Auswerteschaltung ermöglicht. Anders als bei einer TDR-Messung ist daher gerade keine zeitaufgelöste Messung des tatsächlichen Spannungsverlaufs vorgesehen. Es wird keine TDR-Messung durchgeführt. Pro Einzelmessung, d.h. nach Aussenden des / jedes Messsignals, wird insbesondere genau ein Stoppsignal zu einem definierten Spannungs-Schwellwert erzeugt und ausgewertet. Das Verfahren lässt sich in einfacher Weise mit digitaler Schaltungstechnologie umsetzen. Ein Analog-/Digitalwandler, wie er bei TDR-Messanordnung erforderlich ist, wird nicht eingesetzt.
4a zeigt eine Vorrichtung, die beispielhaft mit dem Bezugszeichen 10 versehen ist, da sie ausgebildet sein kann wie die Vorrichtung 10 aus 1. Die Vorrichtung 10 weist beispielhaft eine Spannungsquelle 10a, einen Widerstand 10b und ein Spannungsmessgerät 10c auf. In dem Beispiel aus 4a ist die Vorrichtung 10 in einem Stecker einer Sensorleitung 20 angeordnet oder in diesen integriert. Die Vorrichtung 10 ist mit der Sensorleitung 20 gekoppelt oder weist diese Sensorleitung 20 alternativ auf. Die Sensorleitung 20 kann grundsätzlich so aufgebaut sein wie die Sensorleitung 2 aus 3a. Zumindest unterscheidet sich die Sensorleitung 20 aus 4a jedoch dadurch von der Sensorleitung 2 aus 3a, dass die Sensorleitung 20 ein kurzgeschlossenes Ende aufweist.
Wie in Bezug auf die 3a und 3b beschrieben, kann mittels der Vorrichtung 10 eine TDR-Messung oder eine auf TDR basierende Messung durchgeführt werden.
Wird ein Messsignal, insbesondere ein Rechtecksignal, an einem Einspeiseort in die Sensorleitung 20, z.B. mittels der Einspeisekomponente 14 eingespeist, propagiert das Messsignal innerhalb der Sensorleitung 20 in Richtung zu dem Leitungsende, an dem der Messleiter kurzgeschlossen ist. Das Messsignal wird am kurzgeschlossenen Leitungsende invertiert und reflektiert. Es läuft somit ein invertierter reflektierter Anteil in entgegengesetzter Richtung wieder zum Einspeiseort.
Der Einspeiseort kann zugleich ein Messort sein, an dem der am Messleiter anliegende Signalpegel (Spannungspegel) abgegriffen und von einer Spannungsmessvorrichtung 10c gemessen (z.B. ein Spannungsabfall über den Widerstand 10b) wird. Anhand der 4b wird nachfolgend der Signalverlauf, also der tatsächliche Spannungsverlauf am Messort, illustriert. 4b zeigt dabei den Signalverlauf einer Leitung im Normalfall. Wie anhand der 4b gut zu erkennen ist, entspricht der Signalverlauf des gemessenen Signals im Wesentlichen dem Signalverlauf des Messsignals. Es erfolgt, aufgrund des kurzgeschlossenen Endes, eine Invertierung und eine Reflexion des Messsignals an dem kurzgeschlossenen Ende und folglich im Idealfall eine Auslöschung des Messsignals durch den invertierten und reflektierten Anteil. Im Realfall wird für gewöhnlich ein geringer Spannungsabfall ermittelt werden. Der Spannungsabfall kann einem Spannungsabfall über einen kurzgeschlossenen DC-Widerstand entsprechen / dem DC-Spannungsabfall über der Leitung/Sensorleitung 20. Im Vergleich dazu ist gestrichelt der Signalverlauf aus 3b gezeigt, bei dem, aufgrund des offenen Endes und dem daraus resultierenden reflektierten Signalanteil, für einen gewissen Zeitbereich zumindest nahezu die zweifache Spannung des Messsignals gemessen wird.
Der Spannungsabfall am Ende des gezeigten Signalverlaufs aus 4b bei kurzgeschlossenem Ende entspricht dem Widerstand der Sensorleitung 20.
In diesem Zusammenhang zeigen die 4c und 4d zwei Signalverläufe eines mit der Vorrichtung 10 aus 1 oder 4a gemessenen Signals bei zwei verschiedenen Sensorleitungen. 4c zeigt den Signalverlauf bei einer ersten Leitung, beispielsweise einer ersten Koaxialleitung, mit 8,6m Länge bei drei verschiedenen Temperaturen. 4d zeigt den Signalverlauf bei einer zweiten Leitung, beispielsweise einer zweiten Koaxialleitung, von 50m Länge bei drei verschiedenen Temperaturen. Wie zu erkennen, unterscheiden sich die gemessenen Signale in den 4c und 4d jeweils abhängig von ihrer Temperatur.
4e zeigt den Signalverlauf aus 4d bei einer höheren Auflösung, genauer gesagt bei einem Zoom in den Übergang von einem ersten/vorderen Kurvenabschnitt mit hohen Spannungswerten zu einem zweiten/hinteren Kurvenabschnitt mit geringeren/niedrigen Spannungswerten. Es zeigt sich anhand von 4e, dass sich die Signalverläufe bei größerer Laufzeit in Abhängigkeit der Temperatur deutlich unterscheiden. Es ist deutlich sichtbar, wie sich der Spannungsabfall mit ändernder Temperatur ändert. Wie im Folgenden genauer beschrieben, entspricht der Signalpegel am Ende der Laufzeit dem Gesamtwiderstandswert der Sensorleitung 20 (bei einem Spannungswert von 0 wäre auch der Gesamtwiderstandswert bei 0). Anhand des von der Vorrichtung 10, beispielsweise der Erfassungskomponente 16, gemessenen Signalverlaufs aus 4b bis 4e kann, z.B. von der Recheneinheit 12, durch Vergleich mit einem für die jeweilige Sensorleitung 20 bekannten Referenzspannungsverlauf bei bekannter Temperatur die mittlere Temperatur über den Widerstand (der jeweiligen Sensorleitung 20) bestimmt werden.
Die 5a zeigt einen weiteren Signalverlauf eines durch die Vorrichtung 10 gemessenen Signals bei einer bestimmten Temperatur und bei einer Sensorleitung 20 von 10m Länge. Bei der Leitung kann es sich um eine Koaxialleitung oder eine andere Leitung handeln. Wie beschrieben, wird zunächst ein Messsignal durch die Einspeisekomponente 14 in die Sensorleitung 20 eingespeist. Ferner wird ein durch Einspeisung des Messsignals resultierendes Signal durch die Erfassungskomponente 16 erfasst/gemessen. Durch die Recheneinheit 12 wird ein Abschnitt am Ende des Signalverlaufs ausgewertet, genauer gesagt ein Abschnitt des Signalverlaufs, der über einem zeitlichen Schwellenwert liegt, d.h. der hintere Abschnitt des Signalverlaufs. Der dort gemessene Spannungsabfall entspricht dem Widerstand der Sensorleitung 20. Beispielsweise kann als zeitlicher Schwellenwert ein Wert gewählt werden, der mindestens einer Laufzeit des Messsignals vom Einspeiseort zu dem kurzgeschlossenen Ende plus einer Laufzeit eines reflektierten Anteils des Messsignals entspricht. Der reflektierte Anteil entsteht durch Reflexion des Messsignals an einem Ort, an dem die Sensorleitung 20 kurzgeschlossen ist.
Durch Vergleich des ermittelten Widerstandswerts der Sensorleitung 20 mit Referenzspannungswerten der entsprechenden Sensorleitung 20 bei bekannten mittleren Temperaturen der Sensorleitung 20, lässt sich die mittlere Temperatur der Sensorleitung 20 durch die Recheneinheit 12 ermitteln, z.B. 20 Grad Celsius.
Anders ausgedrückt wird mittels einer TDR-Messung oder einer auf TDR basierenden Messung ein Signalverlauf der Sensorleitung 20 mit kurzgeschlossenem Ende erfasst. Im hinteren Kurvenabschnitt (bei großen Zeiten über dem Schwellenwert, d.h. (weit) nach einer Leitungsende-Reflexion) wird der pseudo-DC Spannungsabfall über der Sensorleitung 20 gemessen und mit dem Spannungswert (bei gleicher Zeit) aus einer einmaligen Referenzmessung bei bekannter Temperatur verglichen. Die Änderung der Spannung lässt sich in eine Änderung des mittleren Ohm'schen Widerstands der Sensorleitung 20 umrechnen. Der Ohm'sche Widerstand ändert sich für die eingesetzten metallischen Leiter linear mit der Temperatur, wobei die Änderungsrate beispielsweise durch eine einmalige Charakterisierung des Materials des Innenleiters und Schirms bestimmt wird. Da es sich um Metalle handelt, ist diese Änderungsrate unabhängig von der vorherrschenden Feuchte. Somit kann durch die mit der TDR-Messung oder der auf TDR basierenden Messung mittels der Vorrichtung 10 gemessene Spannungsänderung im hinteren Kurvenabschnitt die mittlere Temperatur der Leitung 20 unabhängig von der vorherrschenden Feuchte gemessen werden. Die Genauigkeit der Temperaturmessung nimmt mit zunehmendem Ohm'schen Widerstand der Leitung zu. Allerdings nimmt auch die Dämpfung zu, so dass die Leitungslänge, über die im TDR-Messverfahren oder auf TDR basierenden Messverfahren akkurat die Temperatur gemessen werden kann, eingeschränkt wird. Der Widerstand kann erhöht werden, indem der Durchmesser z.B. des Innenleiters reduziert wird und ein Material mit geringerem Leitwert (z.B. Stahl statt Kupfer) verwendet wird. Der Widerstand nimmt linear mit der Leitungslänge zu.
Es wird mit der Vorrichtung 10 jedoch nicht nur die mittlere Temperatur der Sensorleitung 20, wie zuvor beschrieben, bestimmt. Die Bestimmung der mittleren Temperatur wird kombiniert, wiederum mit einem TDR-Messverfahren oder einem auf TDR basierenden Messverfahren, welches auf den vorderen Teil der erhaltenen Kurve (des Signalverlaufs) angewendet wird. Als vorderer Teil kann ein Zeitabschnitt verstanden werden, der unter dem zeitlichen Schwellenwert liegt (vor einer Leitungsende-Reflexion). Das heißt, die Recheneinheit 12 kann den vorderen Teil des Signalverlaufs des gemessenen Signals auswerten. Dabei kann es sich im vorliegenden Fall um den in 5b durch Einrahmung hervorgehobenen Bereich handeln. Die Recheneinheit 12 kann aus diesem vorderen Teil des Signalverlaufs, z.B. aus einer bekannten Beziehung zwischen den Spannungswerten und der relativen Permittivität, den Verlauf der relativen Permittivität (relativen Dielektrizitätskonstante) der Sensorleitung 20 entlang der Sensorleitung 20 ermitteln. Dieser Verlauf, auch als Permittivitäts-Verteilung bezeichnet, ist in 5c beispielhaft gezeigt. Die Abszisse in 5c zeigt den jeweiligen Ort entlang der Sensorleitung 20 in Meter.
Die Permittivitäts-Verteilung (relative Permittivität entlang der Sensorleitung 20) wird nun mit einer Kurve verglichen, welche die relative Permittivität über der Temperatur beschreibt, wie dies in 5d dargestellt ist. Aus diesem Vergleich wird die Änderung der relativen Permittivität des Dielektrikums entlang der Sensorleitung 20 in eine Änderung der Temperatur umgerechnet, mit Hilfe einer einmalig zu charakterisierenden Beziehung zwischen Permittivität und Temperatur (epsilon(T); ε(T)), wie sie beispielhaft in 5d gezeigt ist. Diese Beziehung zwischen Permittivität und Temperatur wird nun für alle potentiell vorherrschenden Feuchtigkeiten charakterisiert (epsilon(T,Feuchte) ε(T, Feuchte)), wie dies beispielhaft in 5e gezeigt ist. Dadurch kann die potentielle Temperaturverteilung in der Sensorleitung 20 für jede mögliche Feuchtigkeit, d.h. jede potentiell vorherrschende Feuchtigkeit, bestimmt werden.
Anschließend wird für jede dieser potentiellen Temperaturverteilungen (d.h. die Temperaturverteilungen bei jeder möglichen Luftfeuchtigkeit) die potentielle mittlere Temperatur berechnet. Das heißt, aus jeder ermittelten potentiellen Temperaturverteilung wird ein Mittelwert gebildet, der im Folgenden jeweils als potentieller Temperaturmittelwert bezeichnet wird.
Daraufhin kann der bei jeder potentiell vorherrschenden Feuchte jeweils ermittelte potentielle Temperaturmittelwert (d.h., der aus der potentiellen Temperaturverteilung für jede mögliche vorherrschende Feuchte jeweils ermittelte potentielle mittlere Temperaturwert) mit dem mittleren Temperaturwert (d.h., dem aus dem Spannungsverlauf im hinteren Teil der Kurve ermittelten mittleren Temperaturwert) verglichen werden. Daraus ermittelt die Recheneinheit 12 die passende vorherrschende Feuchte, d.h. die tatsächlich vorherrschenden Feuchte. Denn der mittleren Temperatur T_eps_mittel (T_εmittel) der potentiellen Temperaturmittelwerte, d.h. dem Temperaturmittelwert der potentiellen Temperaturverteilungen, welche mit der mittleren Temperatur T_R_mittel (T_Rmittel) zumindest nahezu oder am besten übereinstimmt (d.h. von der ermittelt wird, dass sie mit der mittleren Temperatur, T_Rmittel, übereinstimmt), liegt in guter Näherung die korrekte, in der Sensorleitung 20 vorherrschende Feuchtigkeit zu Grunde. Damit lässt sich also (durch Vergleich von T_εmittel und T_Rmittel) implizit die Feuchtigkeit bestimmen. Ferner wird ein deutlich verbesserter, da insbesondere genauerer, Temperaturverlauf ermittelt.
Mit Hilfe der passenden Feuchtigkeit kann nun die Recheneinheit 12 aus den zuvor ermittelten potentiellen Temperaturverteilungen bei verschiedenen potentiell vorherrschenden Feuchtigkeiten die Temperaturverteilung bei der passenden Feuchtigkeit (d.h. der zuvor ermittelten Feuchtigkeit) auswählen. Das heißt, es lässt sich mit Hilfe der Vorrichtung 10 nicht nur die tatsächliche Feuchtigkeit bestimmen sondern es lässt sich auch die Temperaturverteilung entlang der Sensorleitung 20 mit einem deutlich kleineren systematischen Fehler als durch bislang bekannte Verfahren messen. Darüber hinaus wird mit diesem Verfahren eine zur Beziehung zwischen relativer Permittivität und Temperatur (zum epsilon(T)) unabhängige und intrinsisch genauere Messung der mittleren Temperatur bereitgestellt.
Die 5e veranschaulicht, wie stark die relative Permittivität nicht nur von der Temperatur sondern auch von der Feuchtigkeit abhängt. Ferner liegen keine Schnittpunkte der Kurven im relevanten Temperaturbereich vor. Das heißt, das Verhältnis von relativer Permittivität zu Feuchtigkeit sowie das Verhältnis von relativer Permittivität zu Temperatur lassen sich jeweils gut interpolieren.
Der beschriebenen Vorrichtung 10 und dem zugehörigen Verfahren liegt also die Überlegung zu Grunde, in der bei kurzgeschlossenem Leiterende einer Sensorleitung 20 durch eine TDR-Elektronik oder eine auf TDR basierende Elektronik ermittelten Messkurve im hinteren Abschnitt (bei großen Zeiten nach Reflexion) den Spannungsabfall zu ermitteln, und damit den Feuchtigkeitseinfluss auf den vorderen Abschnitt (entlang der Sensorleitung) zu bestimmen.
Das heißt in Bezug auf die in 4d und 4e gezeigte TDR-Kurve bei kurzgeschlossenem Leitungsende: Der vordere Abschnitt der Kurve vor dem Leitungsende wird für das TDR Messverfahren oder das auf TDR basierende Messverfahren verwendet, der hintere Abschnitt wird zur Bestimmung der mittleren Temperatur über den Ohm'schen Widerstand genutzt.
Das beschriebene Messverfahren ermöglicht die Erfassung sowohl der mittleren Temperatur als auch des Temperaturverlaufes einer zu messenden Sensorleitung 20, ohne die Notwendigkeit eines zusätzlichen Referenz-Sensors. Dadurch können einfache und günstige Realisierungen einer solchen Messung durch eine TDR-Elektronik realisiert werden. Die TDR-Elektronik kann modifiziert werden, um die Auflösung des Spannungsabfalls im hinteren Kurvenabschnitt ausreichend groß zu gestalten. Der Feuchtigkeitseinfluss kann durch das beschriebene Verfahren und mittels der Vorrichtung 10 herausgerechnet werden. Ein auf TDR basierendes Messsystem kann jedoch beibehalten werden. Ferner wird eine implizite Messung der Feuchtigkeit bereitgestellt. Das zusätzliche Messverfahren der mittleren Temperatur reduziert die Fehleranfälligkeit. Denn herkömmliche TDR-Messverfahren alleine sind ohne die hierin beschriebene Methode in feuchten Umgebungen mit großem Fehler behaftet.
Zusätzlich kann in der Recheneinheit 12, z.B. in der Elektronik, ein umschaltbarer Messbereich implementiert werden, sodass die Messung des vorderen Kurvenabschnittes bis Leitungsende bei einem größeren Spannungs-Messbereich erfolgt, und die Messung des hinteren Abschnittes mit kleinerem Messbereich und somit bei höherer Auflösung.
Das hierin beschrieben Verfahren kann auf verschiedene Applikationen angewendet werden. Beispielhaft sei an dieser Stelle genannt die Temperaturüberwachung der Ladeleitung beim High Power Charging (HPC; Hochleistungsladen). Ferner ist eine Anwendung denkbar bei weiteren Applikationen, bei denen die Temperatur entlang einer Leitung relevant ist.
Von Bedeutung ist an der oben beschriebenen, ermittelten mittleren Temperatur, dass diese unabhängig ist von der Feuchtigkeit. Als von der Feuchtigkeit unabhängige Temperatur kann zusätzlich oder alternativ zu der mittleren Temperatur über den Widerstand auch eine durch externe Temperatursensoren ermittelte Temperatur verwendet werden. Auch die Ermittlung mehr als einer Temperatur auf verschiedenen Abschnitten der Sensorleitung 20 ist möglich. Dieser Ansatz kann eingesetzt werden, falls eine Störstellenerkennung/Hotspoterkennung nicht akkurat genug ist (also die mittlere Temperatur verfälscht ist) oder falls verschiedene Abschnitte unterschiedliche Luftfeuchtigkeit haben. Auch ist es denkbar, die externen Temperatursensoren als zusätzliche Sensoreinheit(en) einzusetzen, um die Fehler zu reduzieren. Diese Anwendung kann Verwendung finden, wenn die Sensorleitung in eine HPC-Ladeleitung eingezogen wird. Dann könnte zusätzlich zur Widerstandsmessung ein diskreter Temperatursensor auf die Sensorleitung im ersten Abschnitt (innerhalb der Ladesäule) eingebracht werden, um diesen Raum (in dem eine separate Feuchte oder Luftfeuchte herrscht) richtig abzubilden.
Es versteht sich, dass die zuvor erläuterten beispielhaften Ausführungsformen nicht abschließend sind und den hier offenbarten Gegenstand nicht beschränken. Insbesondere ist für den Fachmann ersichtlich, dass er die beschriebenen Merkmale beliebig miteinander kombinieren kann und/oder verschiedene Merkmale weglassen kann, ohne dabei von dem hier offenbarten Gegenstand abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 3371611 A1 [0047]

Claims

Verfahren zum Ermitteln einer Temperaturverteilung entlang zumindest eines Abschnitts einer Sensorleitung, wobei das Verfahren umfasst: Erhalten einer Referenztemperatur zumindest des Abschnitts der Sensorleitung; Ermitteln mindestens einer potentiellen Temperaturverteilung entlang zumindest des Abschnitts der Sensorleitung bei mindestens einer potentiell vorherrschenden Feuchte; Ermitteln mindestens eines potentiellen Temperaturmittelwerts zumindest des Abschnitts der Sensorleitung aus der mindestens einen potentiellen Temperaturverteilung entlang zumindest des Abschnitts der Sensorleitung bei der mindestens einen potentiell vorherrschenden Feuchte; und Ermitteln der Temperaturverteilung entlang zumindest des Abschnitts der Sensorleitung basierend auf der Referenztemperatur zumindest des Abschnitts der Sensorleitung und dem mindestens einen potentiellen Temperaturmittelwert zumindest des Abschnitts der Sensorleitung bei der mindestens einen potentiell vorherrschenden Feuchte.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren ferner umfasst ein Ermitteln einer vorherrschenden Feuchte zumindest des Abschnitts der Sensorleitung durch Vergleichen der Referenztemperatur zumindest des Abschnitts der Sensorleitung und des mindestens einen potentiellen Temperaturmittelwerts zumindest des Abschnitts der Sensorleitung bei der mindestens einen potentiell vorherrschenden Feuchte.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Temperaturverteilung entlang zumindest des Abschnitts der Sensorleitung unter Berücksichtigung der ermittelten vorherrschenden Feuchte zumindest des Abschnitts der Sensorleitung ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei als Referenztemperatur zumindest des Abschnitts der Sensorleitung die mittlere Temperatur zumindest des Abschnitts der Sensorleitung ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die mittlere Temperatur zumindest des Abschnitts der Sensorleitung ermittelt wird durch: Einspeisen eines Messsignals in zumindest den Abschnitt der Sensorleitung mit kurzgeschlossenem Ende; Erfassen eines Spannungsabfalls aus dem Messsignal nach einer Zeitspanne, deren Dauer über einem vorgegebenen zeitlichen Schwellenwert liegt; und Ermitteln der mittleren Temperatur zumindest des Abschnitts der Sensorleitung durch Vergleichen des erfassten Spannungsabfalls und eines Referenzspannungswerts bei bekannter mittlerer Temperatur.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Ermitteln der mindestens einen potentiellen Temperaturverteilung entlang zumindest des Abschnitts der Sensorleitung bei der mindestens einen potentiell vorherrschenden Feuchte umfasst: Einspeisen eines Messsignals in zumindest den Abschnitt der Sensorleitung; Erfassen mindestens eines Spannungswerts aus dem Messsignal nach einer Zeitspanne, deren Dauer unter einem vorgegebenen zeitlichen Schwellenwert liegt; und Ermitteln eines Verlaufs der relativen Permittivität eines Dielektrikums der Sensorleitung entlang zumindest des Abschnitts der Sensorleitung basierend auf dem erfassten mindestens einen Spannungswert.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Ermitteln der mindestens einen potentiellen Temperaturverteilung entlang zumindest des Abschnitts der Sensorleitung bei der mindestens einen potentiell vorherrschenden Feuchte umfasst: Ermitteln der mindestens einen potentiellen Temperaturverteilung entlang zumindest des Abschnitts der Sensorleitung bei der mindestens einen potentiell vorherrschenden Feuchte durch Vergleichen des ermittelten Verlaufs der relativen Permittivität des Dielektrikums der Sensorleitung entlang zumindest des Abschnitts der Sensorleitung und einer vorgegebenen Beziehung zwischen relativer Permittivität und Temperatur bei der mindestens einer potentiell vorherrschenden Feuchte.
Vorrichtung zum Ermitteln einer Temperaturverteilung entlang zumindest eines Abschnitts einer Sensorleitung, wobei die Vorrichtung eine Recheneinheit aufweist, die ausgebildet ist: eine Referenztemperatur zumindest des Abschnitts der Sensorleitung zu erhalten; mindestens eine potentielle Temperaturverteilung entlang zumindest des Abschnitts der Sensorleitung bei mindestens einer potentiell vorherrschenden Feuchte zu ermitteln; mindestens einen potentiellen Temperaturmittelwert zumindest des Abschnitts der Sensorleitung aus der mindestens einen potentiellen Temperaturverteilung entlang zumindest des Abschnitts der Sensorleitung bei der mindestens einen potentiell vorherrschenden Feuchte zu ermitteln; und die Temperaturverteilung entlang zumindest des Abschnitts der Sensorleitung basierend auf der Referenztemperatur zumindest des Abschnitts der Sensorleitung und dem mindestens einen potentiellen Temperaturmittelwert zumindest des Abschnitts der Sensorleitung bei der mindestens einen potentiell vorherrschenden Feuchte zu ermitteln.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Recheneinheit ausgebildet ist, eine vorherrschende Feuchte zumindest des Abschnitts der Sensorleitung durch Vergleichen der Referenztemperatur zumindest des Abschnitts der Sensorleitung und des mindestens einen Temperaturmittelwerts zumindest des Abschnitts der Sensorleitung bei der mindestens einen potentiell vorherrschenden Feuchte zu ermitteln.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Recheneinheit ferner ausgebildet ist: die Temperaturverteilung entlang zumindest des Abschnitts der Sensorleitung unter Berücksichtigung der ermittelten vorherrschenden Feuchte zumindest des Abschnitts der Sensorleitung zu ermitteln.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Recheneinheit ausgebildet ist, als Referenztemperatur zumindest des Abschnitts der Sensorleitung die mittlere Temperatur zumindest des Abschnitts der Sensorleitung zu ermitteln.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Vorrichtung eine Einspeisekomponente und eine Erfassungskomponente aufweist, wobei die Einspeisekomponente ausgebildet ist, ein Messsignal in zumindest den Abschnitt der Sensorleitung mit kurzgeschlossenem Ende einzuspeisen, die Erfassungskomponente ausgebildet ist, einen Spannungsabfall aus dem Messsignal nach einer Zeitspanne zu erfassen, deren Dauer über einem vorgegebenen zeitlichen Schwellenwert liegt; und die Recheneinheit ausgebildet ist, die mittlere Temperatur zumindest des Abschnitts der Sensorleitung durch Vergleichen des erfassten Spannungsabfalls und eines Referenzspannungswerts bei bekannter mittlerer Temperatur zu ermitteln.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die Vorrichtung eine Einspeisekomponente und eine Erfassungskomponente aufweist, wobei die Einspeisekomponente ausgebildet ist, ein Messsignal in zumindest den Abschnitt der Sensorleitung einzuspeisen; die Erfassungskomponente ausgebildet ist, mindestens einen Spannungswert aus dem Messsignal nach einer Zeitspanne zu erfassen, deren Dauer unter einem vorgegebenen zeitlichen Schwellenwert liegt; und die Recheneinheit ausgebildet ist, einen Verlauf der relativen Permittivität eines Dielektrikums der Sensorleitung entlang zumindest des Abschnitts der Sensorleitung basierend auf dem erfassten mindestens einen Spannungswert zu ermitteln.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Recheneinheit ausgebildet ist, die mindestens eine potentielle Temperaturverteilung entlang zumindest des Abschnitts der Sensorleitung bei der mindestens einen potentiell vorherrschenden Feuchte durch Vergleichen des ermittelten Verlaufs der relativen Permittivität des Dielektrikums der Sensorleitung entlang zumindest des Abschnitts der Sensorleitung und einer vorgegebenen Beziehung zwischen relativer Permittivität und Temperatur bei der mindestens einen potentiell vorherrschenden Feuchte zu ermitteln.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei die Vorrichtung ferner einen oder mehrere entlang zumindest des Abschnitts der Sensorleitung angeordnete Temperatursensoren aufweist, die jeweils ausgebildet sind, eine Temperatur der Sensorleitung zu erfassen, und die Recheneinheit ausgebildet ist, die Referenztemperatur zumindest des Abschnitts der Sensorleitung aus der jeweils von dem einen oder mehreren Temperatursensoren erfassten Temperatur zu ermitteln.