JPS63166000A - センサーの測定値送信用装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、送信回路と評価回路を含んだ受信回路とを
具えた、すくなくとも１つのセンサーの測定値を好適に
は光ファイバーを介して送信する装置に関するものであ
る。

この種装置はセンサーにより発生された信号を送信回路
から伝送線を介して受信回路に送信する。

例えば、か＼る伝送線は同軸ケーブルであってもよい。

好適には伝送線は光ファイバーから成っている。センサ
ーにより発生された電気信号は光送信器により光信号に
変換され、その光信号は光ファイバーに連結される。受
信回路は評価二ニア）に供給するため光信号を再び電気
信号に変換する光受信器を具えている。光ファイバーを
介した伝送の結末、送信された信号は電磁妨害場により
影響されない。

この種装置の公知例にはヨーロッパ特許出願公開第００
５３７９０号がある。公知の装置は例えば容量性または
抵抗性要素により圧力または温度測定の可能なセンサー
とともに複数の送信器を具えている。送信回路は光ファ
イバーを介して受信回路に接続されている。測定の開始
に先立ち、受信器はそれによりその度ごとに送信回路の
コンデンサが充電される電荷パルスを出力する。コンデ
ンサにより吸収されたエネルギーは測定中送信回路の他
の要素を付勢するのに使用される。電荷パルスの終了後
、受信回路は所定の順序で簡単なパルスを出力し、その
アドレスを表わすパルスは関連の送信回路で評価される
。次の開始パルスが現われた後選択された送信回路が測
定を開始する。送信回路は測定結果に依存して開始され
る光パルスを出力する。測定結果がパルスの巾に依存す
るパルスを発生することがまた可能である。送信回路が
全く自由電位の方法で動作するので、例えば電力システ
ムを介したセンサーと連結する妨害は排除される。動作
が自由電位であるという事実の結果、センサーは被爆の
危険のある場所でもまた使用される。センサーはその都
度積分回路（ＲＣ要素）に含まれ、センサーは可変抵抗
要素であったり可変容量性要素であったりする。この構
成に起因して、４極センサー例えば歪ゲージ測定ブリッ
ジが使用される。

アドレス評価が各測定に先立ち行われるから記載の送信
回路は複雑な構成を有する。さらに、連続の速い測定値
の伝送が不可能であり、それは第１には送信回路でのエ
ネルギー供給用コンデンサが充電されねばならず、その
後アドレスが評価され次に測定結果が積分後出力される
からである。

それ放水発明の目的は、測定値の伝送が速くかつ受信回
路とは独立したす（なくとも１つのセンサーの測定値送
信用装置を提供せんとするものである。

呈示された種類の装置でこの目的は、センサーがパルス
発生回路により発生される制御パルスにより活性化され
、センサーがパルス発生回路に制御パルスの発生の間測
定パルスを供給し、その測定パルスが測定値に依存し、
制御パルスの繰り返し周波数および／または巾が測定パ
ルスの振巾値に依存する本発明に係わる装置で達成され
る。

この装置では、制御パルスが発生する時のみセンサーが
活性化される。センサーが次に測定結果に依存する測定
パルスを供給する。測定パルスの振巾値は測定値に対応
する。センサーに続くパルス発生回路で測定パルスは一
定の振巾値を有する制御パルスに変換される。制御パル
スの繰り返し周波数または巾または繰り返し周波数と巾
が測定値に依存し得る。一定のデユーティサイクル（す
なわちパルス巾の周期間隔に対する比）の場合、制御パ
ルスの巾と繰り返し周波数は変化する。可変デユーティ
サイクルの場合、制御パルスの繰り返し周波数か巾が測
定値に依存する。

パルス発生回路はそれがセンサーの測定範囲内で常に制
御パルスを発生するよう構成されねばならない。装置の
活性化パルスの巾と所定の繰り返し周波数を有する制御
パルスが発生されねばならない。

送信回路用に要求されるエネルギーが電池により供給さ
れる時は、電池の長い有効寿命が確保されねばならぬ。

これは低いエネルギー消費を有する部品、例えばＣＭ（
１Ｓ要素を送信回路の構成として使用することにより達
成される。か＼る低いエネルギー要素が使用される時に
はセンサーがエネルギーの主たる消費者となるだろう。

しかしながら、センサーのエネルギー消費はパルス状の
活性化の結果また低くなるだろう。

本発明に係わる装置の別の利点は４極センサー、例えば
歪ゲージ測定ブリッジが使用され得ることである。この
場合センサーの２極入力は制御信号により制御されセン
サーの２極出力は測定パルスを供給する。

本発明に係わる他の実施態様は、パルス発生回路が測定
パルス発生の際の値と続くパルス休止期間の間の値との
差を形成することで測定パルスの振巾値を決定する検出
回路を具え、パルス発生回路がまた決定されたそれぞれ
の振巾値に依存する制御パルスを発生する変換回路を続
いて具えている。

検出回路が直流信号分離回路と測定パルス発生の間直流
信号分離回路の出力信号を蓄積するサンプルアンドホー
ルド回路とを具えるよう構成されてもよい。センサーに
より供給される測定パルスは直流信号成分と交流信号成
分を含んでいる。測定結果は測定パルスの振巾値に依存
するから直流信号は直流信号分離回路で分離される。測
定パルスの振巾値は次に予定の量に関係づけられる。直
流信号分離回路の出力信号は次のサンプルアンドホール
ド回路に蓄積される。サンプルアンドホールド回路は蓄
積が積分回路を介して行なわれる時には測定値の平均値
をまた形成することができる。

変換回路が制御パルスを発生し信号を比較する比較器を
含み、その信号はスイッチにより供給され、その比較器
は測定パルス発生の間決定される振巾値と測定パルス休
止期間の間の基準値とに相当する信号を、制御パルスを
積分し制御パルス休止期間の間のぼり一定の第１の基準
値の上向き傾斜の積分と制御パルスの間のはソー、定の
第２の基準値の下向き傾斜の積分とを実施する積分回路
からの積分信号と比較するよう構成されることもできる
。制御パルスの休止期間の間積分回路は基準値が到達さ
れるまで比較器出力信号の上向き傾斜の積分を実施する
。比較器は次に積分回路により下向き傾斜に積分される
制御パルスを発生する。

振巾値に相当し検出回路により供給される値が到達され
ると、比較器は制御パルスの発生を終了する。積分回路
は制御パルス休止期間の間の時定数が制御パルスの間の
それよりより小さいように構成されてもよい。変換回路
はまた例えば緩和発振器を具えていてもよい。

本発明に係わる他の実施態様は、パルス発生回路が制御
パルスに基づいてセンサー用に適切な活性化パルスを発
生するセンサー活性化回路に連結されている。サンサー
活性化回路は例えば歪ゲージ測定ブリッジ用に例えば電
圧パルスを電流パルスに変換したり、または所定の巾を
有する活性化パルスを発生する。

エネルギー消費をさらに削減するためには、パルス発生
回路はその後に制御パルスを微分する微分要素を続かせ
る。微分された制御パルスは例えば光ファイバーに連結
される光送信器に印加されることができる。

以下添付図面を参照し実施例により本発明の詳細な説明
する。

第１図は光ファイバー２を介したセンサー１の測定値送
信用装置のブロック線図を示す。センサー１により送信
回路に供給された測定パルスは光ファイバー２を介して
受信回路に印加される光信号に変換される。送信回路は
パルス発生回路３を具えその回路ではセンサーｌにより
供給される測定パルスが増巾器４と次の検出回路５を介
して変換回路６に印加される。増巾器４で増巾された測
定パルスは検出回路５に含まれる直流信号分離回路７で
直流信号成分から分離され、その後測定パルスは他の予
定の直流信号値と関係づけられる。

直流信号分離回路７に続き検出回路５に含まれるサンプ
ルアンドホールド要素８は次の測定パルスが発生するま
で測定パルスの値を保持する。

検出回路５またはサンプルアンドホールド要素８により
供給された信号は変換回路６で制御パルスに変換される
。制御パルスの繰り返し周波数または巾または繰り返し
周波数と巾は検出回路５の出力信号に依存する。かくて
制御パルスの繰り返し周波数および／または巾は測定パ
ルスの振巾値の尺度となる。制御パルスは１方ではセン
サー活性化回路１０に他方では微分器１１に印加される
。センサー活性化回路１０はセンサー１を活性化するに
適切な活性化パルスを形成し、例えば、センサー活性化
回路は電圧パルスを電流パルスに変換したり電圧パルス
の巾を変化させたりする。

微分器１１では制御パルスは微分されて光送信器１２に
印加される。光送信器１２は微分された電気制御パルス
を光ファイバー２に結合される光信号に変換する。光フ
ァイバー２は光信号を受信回路の一部を形成する光受信
器１３に伝達し、光受信器１３は次の処理のため評価ユ
ニット１４に評価パルスとして供給するため光信号を電
気信号に再び変換する。

第１図示装置の動作は第２図に線図的に示される信号に
よりさらに図解されている。パルス発生回路３または変
換回路６の出力信号は信号Ａと参照符号化される制御パ
ルスにより形成される。センサー活性化回路１０では信
号Ａは信号Ｂと参照符号化される活性化パルスに変換さ
れる。活性化パルスの発生の間、センサー１はその出力
信号が第２図で信号Ｃとして示される増巾器４で増巾さ
れる測定パルスを出力する。かくて、センサー１は活性
化パルスが存在するときのみ測定パルスを発生する。測
定結果に関連する情報または測定パルスの測定値は測定
パルスの振巾値により与えられる。この振巾値を得るた
め、信号Ｃでのオフセット存在は除去されねばならない
し、増巾された測定パルスはこの実施例では零に等しい
予定の基準値と関係づけられねばならない。直流信号分
離回路７の出力での分離信号Ｃは、サンプルアンドホー
ルド要素８に印加され測定パルスの発生の開法の測定パ
ルスが現われるまで持続する信号りを形成する。サンプ
ルアンドホールド要素８は変換回路６で制御パルスまた
は信号Ａに変換される信号Ｅを供給する。

第３図は光ファイバー２を介してセンサー１の測定値を
送信する装置の第２のより詳細な実施例を示す。この実
施例のセンサー１は４つの抵抗２０゜２１、２２と２３
を具えた歪ゲージ測定ブリッジからなっている。各時刻
に抵抗２０と２１の接続はセンサー活性化回路１０に接
続される。センサー活性化回路１０は演算増巾器２５を
具えており、抵抗２６はその非反転入力に接続され、抵
抗２６の他の接続はパルス発生回路３に接続される。抵
抗２７は非反転入力と抵抗２０．２１の共通接合点間に
接続されている。抵抗２８は演算増巾器２５の出力と抵
抗２０．２１の共通接合点間に接続されている。さらに
、抵抗２９は演算増巾器２５の反転入力と出力間に接続
されている。

接地抵抗３０は演算増巾器２５の反転入力に接続されて
いる。制御パルスからセンサー活性化回路１０が活性化
パルスとして歪ゲージ測定ブリッジに印加される電流パ
ルス１１を導出する。信号■１は第４図に線図的に示さ
れている。

歪ゲージ測定ブリッジの抵抗２２と２３の共通接合点は
接地されている。歪ゲージ測定ブリッジの第１の出力接
続３２は抵抗２１と２３の共通接続を形成し、第２の出
力接続３３は抵抗２０と２２の共通接続を形成する。

接続３２は演算増巾器３５の反転入力に抵抗３４を介し
て接続され、接続３３は演算増巾器３５の非反転入力に
抵抗３６を介して接続される。非反転入力はまた抵抗３
７を介して直流電圧を供給する基準電圧源ＩＪｒｅｆに
接続される。演算増巾器３５の反転入力と出力間には接
続される抵抗３８がまたある。演算増巾器３５の出力に
は信号０１　（第４図参照）が形成されこれは増巾され
た測定パルスを表わす。測定結果に対応する測定パルス
の振巾値Ｕつは、測定パルスの発生の際の値と続くパル
ス休止期間の間の値との差により形成される。要素３４
から３８はそれらが次の段で簡単に処理され得るまで歪
ゲージ測定ブリッジの測定パルスを増巾する増巾器４を
形成する。

信号Ｕ１は次のコンデンサ４０（直流信号分離回路）で
分離され予定の直流基準値Ｕｒｅｒに関係づけられる。

コンデンサ４０の後にはスイッチ４１が続き、これは測
定パルス休止期間の間は直流電圧源Ｕｒｓｆに測定パル
ス発生の間は次の抵抗４２にコンデンサを接続する。ス
イッチは制御パルスにより制御され、それは制御パルス
と測定パルスかはゾ同時に発生するからである。コンデ
ンサ４０は測定パルス休止期間の間直流電圧源Ｕｒ＠ｔ
に接続されるから、この直流電圧値は測定パルスに重畳
される（第４図、信号Ｕ２参照）。

一方抵抗４２は接地されるコンデンサ４３に接続される
。要素４１．４２と４３はサンプルアンドホールド回路
を形成し、すなわち測定パルスの間コンデンサ４３に蓄
積される値は測定パルス休止期間の間保持されている（
第４図Ｕ３参照）。同時に、積分回路を形成する抵抗４
２とコンデンサ４３とにより平均値が複数の測定パルス
で形成される。測定値の妨害とかふらつきはかくてはゾ
抑圧される。積分回路の時定数は抵抗４２の抵抗とコン
デンサ４３の容量の選択に依存する。上述の要素４０か
ら４３は検出回路５を形成する。

検出回路５に続く変換回路６はスイッチ４５を具えてい
る。スイッチ４５は電位差計４６の中央タップに接続さ
れ、電位差計の１つの外部接続は接地され他の外部接続
は２Ｕｒ＠ｆになる直流電圧を供給する直流電圧源に接
続される。スイッチ４５は比較器４７の反転入力を、検
出回路５の出力すなわち抵抗４２とコンデンサ４３の共
通接合点か、または電位差計４６の中央タップかに接続
する。スイッチ４５は制御パルスにより制御される。か
くて、測定パルスの量検出回路５の出力値Ｕ、が比較器
４７の反転入力に現われ、一方測定パルス休止期間の間
電位差計４６により供給される値Ｕ、（第４図、信号Ｕ
４参照）がそこに現われる。

演算増巾器４８の出力とコンデンサ４９は比較器４７の
非反転入力に接続される。演算増巾器４８の非反転入力
は直流電圧Ｕｒｓｆを供給する直流電圧源に接続される
。その反転入力は一方では演算増巾器４８の出力に接続
されるコンデンサ４９に他方では２つの抵抗５０と５１
の共通接合点に接続される。抵抗５０と５１はスイッチ
５２の２つの異なった出力接続に接続される。スイッチ
５２０入力接続は比較器４７の出力に接続される。スイ
ッチ５２は一方では抵抗５１を他方では抵抗５０を比較
器４７の出力に接続する。

スイッチ５２は制御パルスにより制御される。

測定パルス休止期間の間２つのスイッチ４５と５２は第
３図示の位置を占め、すなわち電位差計４６は比較器４
７の反転入力に接続されそして比較器４７の出力は抵抗
５１に接続される。電位差計４６はそれにより供給され
る電圧がＵｒ＠ｒより高＜２Ｕｒ＠ｒより低くなるよう
調整されねばならない。測定パルス休止期間の間比較器
４７の出力に現われる電圧は、要素４８から５２で成る
積分回路により、電位差計４６により供給される電圧値
Ｕ。が得られるまで上向き傾斜に積分される。この電圧
値になると、比較器４７はスイッチ４５と５２を切り換
える制御パルスを発生する。次に積分回路は検出回路５
により供給される値Ｕ２が得られるまで比較器４７の出
力信号の電圧値を下向き傾斜に積分する。比較器は次に
制御パルスの発生を終結させる。スイッチ４５の出力に
現われる信号Ｕ４、比較器４７の非反転入力に現われる
信号Ｕ５、そして制御パルスを含む比較器の出力信号Ｕ
６は第４図に示されている。この実施例ではデユーティ
サイクルは常に同じである（デユーティサイクルはパル
ス巾のパルス周期期間に対する比である）。振巾値への
測定信号の依存は信号Ｕ６のパルス巾Ｔ２とパルス周期
期間Ｔｌにより実現される。デユーティサイクルは抵抗
５０と５１の抵抗値により調整される。制御パルスの繰
り返し周波数と巾は電位差計４６の再調整により左右す
ることができる。制御パルスの周期期間Ｔ１またはパル
ス巾Ｔ２は検出手段５の出力信号に比例する。電位差計
４６により供給される電圧は制御パルスが活性化時にそ
して最小測定値用に発生されるのを確実にするためにＵ
ｒ＠ｒより高くなければならない。

信号Ｕ６はまた微分器１１に印加され、その微分器は比
較器４７の出力に接続されるコンデンサ５５を具え、コ
ンデンサ５５の他の接続は一方では接地される抵抗５６
に他方ではまた接地されるダイオード５７に接続されて
いる。ダイオード５７のアノードは接地される。コンデ
ンサ５５、抵抗５６およびダイオード５７の共通接合点
はスイッチ５８の制御入力に接続される。微分された制
御パルスがあると、スイッチ５８は閉じられる。スイッ
チ５８は一方は接地され他方は光放射ダイオード５９の
カソードに接続されている。ダイオード５９のアノード
は接地されるコンデンサ６０と抵抗６１に接続される。

抵抗６１の他の接続は電圧２Ｕ、。、を供給する直流電
圧源に接続される。

第３図示送信回路は電池により、例えばリチウム電池に
より、電位の自由度を確保するため駆動される。エネル
ギーの消費を最小にするため、エネルギー節約の要素と
りわけＣＭＯ３回路要素が使用されるべきである。か＼
る低エネルギー要素が使用されると、エネルギーの主た
る消費はセンサーでおこるであろう。しかし、エネルギ
ー消費はパルス活性化の結果非常に低いものになろう。

第３図示歪ゲージ測定ブリッジは使用されるセンサーの
１例を形成する。第５図は例えば温度測定用に使用され
る抵抗センサーを示し、その抵抗は温度の関数として変
化する。抵抗センサー６５は一方は接地され他方はセン
サー活性化回路１０と増巾器４に接続される。センサー
活性化回路１０は抵抗センサー６５に電流パルスを供給
する。抵抗センサー６５の非線形は適切な反対の利得特
性により補償される。

第６図は例えば湿度測定用に使用される容量センサーを
示し、その容量は湿度の関数として変化する。容量セン
サー６６はコンデンサ６７と増巾器４に接続される。コ
ンデンサ６７の他の接続はセンサー活性化回路ｌＯから
電圧パルスを受信する。容量センサー６６とコンデンサ
６７は電圧分割器を形成し、そこでセンサーの電圧信号
はこの電圧分割器の出力信号に依存する。

最後に、第７図は３つのコンデンサが直列に接続され、
２つの端部のコンデンサが測定コンデンサを現わし例え
ば差圧センサーの要素であるセンサーを示している。第
１の容量センサー６８は一方が接地され他方が基準コン
デンサ６９と和算増巾器として構成される増巾器４の接
続とに接続されている。コンデンサ６９の他の接続は増
巾器４の別の人力と第２の容量センサー７１の接続とに
接続されている。容量センサー７１の他の接続はセンサ
ー活性化回路１０と増巾器４の別の人力とに接続されて
いる。

上述の構成を有する送信回路はセンサーの型には依存し
ない光信号、すなわち標準化された信号を発生する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、光ファイバーを介したセンサーの測定値送信
用装置のブロック線図を示し、第２図は、第１図示装置
で発生する信号を線図的に示し、 第３図は、光ファイバーを介したセンサーの測定値送信
用装置の第２のより詳細な実施例を示し、第４図は、第
３図示装置で発生する信号を線図的に示し、 第５図、第６図、第７図は、第３図示装置での使用に適
した各種センサーをそれぞれ示す。 ｌ・・・センサー　　　　　２・・・光ファイバー３・
・・パルス発生回路　　４・・・増巾器５・・・検出回
路　　　　　６・・・変換回路７・・・直流信号分離回
路 ８・・・サンプルアンドホールド回路 １０・・・センサー活性化回路 １１・・・微分器　　　　　　１２・・・光送信器１３
・・・光受信器　　　　　１４・・・評価ユニット２０
〜２３・・・４つの抵抗　　２５．３５．４８・・・演
算増巾器２６〜３０・・・抵抗　　　　　３２．３３・
・・各接続３４．３６．３７．３８・・・抵抗 ４０、　４３．　４９．　５５．６０・・・コンデンサ
４１、　４５．　５２．　５８・・・スイッチ４２、５
０．５１．５６．６１・・・抵抗４６・・・電位差計　
　　　　４７・・・比較器５７・・・ダイオード　　　
　５９・・・放射ダイオード６５・・・抵抗 ６６〜６９．　７１・・・コンデンサ 特許出願人　　　エヌ・ベー・フィリップス・フルーイ
ランペンファブリケン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、送信回路と評価回路（１４）を含んだ受信回路とを
   具えた、すくなくとも１つのセンサー（１）の測定値を
   好適には光ファイバー（２）を介して送信する装置にお
   いて、 センサー（１）がパルス発生回路（３）に より発生される制御パルスにより活性化され、センサー
   がパルス発生回路（３）に制御パルスの発生の間測定パ
   ルスを供給し、その測定パルスが測定値に依存し、制御
   パルスの繰り返し周波数および／または巾が測定パルス
   の振巾値に依存することを特徴とするセンサーの測定値
   送信用装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の装置において、パルス
   発生回路（３）が測定パルス発生の際の値と続くパルス
   休止期間の間の値との差を形成することで測定パルスの
   振巾値を決定する検出回路（５）を具え、パルス発生回
   路がまた決定されたそれぞれの振巾値に依存する制御パ
   ルスを発生する変換回路（６）を続いて具えることを特
   徴とするセンサーの測定値送信用装置。 ３、特許請求の範囲第２項記載の装置において、検出回
   路（５）が直流信号分離回路（７）と測定パルス発生の
   間直流信号分離回路（７）の出力信号を蓄積するサンプ
   ルアンドホールド回路（８）とを具えたことを特徴とす
   るセンサーの測定値送信用装置。 ４、特許請求の範囲第２項または第３項記載の装置にお
   いて、変換回路（６）が制御パルスを発生し信号を比較
   する比較器（４７）を含み、その信号はスイッチ（４５
   ）により供給され、その比較器は測定パルス発生の間決
   定される振巾値と測定パルス休止期間の間の基準値とに
   相当する信号を、制御パルスを積分し制御パルス休止期
   間の間のほゞ一定の第１の基準値の上向き傾斜の積分と
   制御パルスの間のほゞ一定の第２の基準値の下向き傾斜
   の積分とを実施する積分回路（４８から５２）からの積
   分信号と比較することを特徴とするセンサーの測定値送
   信用装置。 ５、特許請求の範囲第１項から第４項いずれかに記載の
   装置において、パルス発生回路（３）が制御パルスに基
   づいてセンサー（１）用に適切な活性化パルスを発生す
   るセンサー活性化回路に連結されることを特徴とするセ
   ンサーの測定値送信用装置。 ６、特許請求の範囲第１項から第５項いずれかに記載の
   装置において、パルス発生回路（３）がその後に制御パ
   ルスを微分する微分要素 （１１）を続かせることを特徴とするセンサーの測定値
   送信用装置。