用于借助于變壓器進行通信的方法和設備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明描述了一種用于借助于變壓器（3）進行通信的方法，該變壓器具有至少一個作為振蕩電路的部件的初級線圈（31）和次級線圈（32），其中，該振蕩電路在初級側(cè)上被供應有激勵頻率。本發(fā)明的特征在于，為了將信號從次級側(cè)（Ⅱ）傳輸?shù)匠跫墏?cè)（I），對次級線圈（32）的電感進行調(diào)制。同樣提供了一種用于執(zhí)行該方法的相應的設備。
【專利說明】用于借助于變壓器進行通信的方法和設備
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于借助于變壓器進行通信的方法和設備，該變壓器具有作為振蕩電路的部件的至少一個初級線圈和次級線圈，其中，該振蕩電路在初級側(cè)上被供應有激勵頻率。該設備是例如電容性的、導電的、或電子振動的填充料位測量裝置，尤其是振蕩音叉、溫度和/或水分或濕度傳感器或用于確定介質(zhì)的PH值、導電性、或濁度的測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]對于用于在爆炸危險區(qū)中使用的過程自動化的現(xiàn)場裝置，功率和數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆辣踩珜嵤├浅Ｖ匾?。為此，電子單元與測量裝置的傳感器之間的功率傳輸經(jīng)電容性或感應性接口頻繁地發(fā)生。對于初級側(cè)與次級側(cè)之間的通信，常常使用防爆安全光耦合器。然而，這些光耦合器是昂貴的并且在電子殼體中需要額外的空間。
[0003]對光耦合器的替代是調(diào)制傳輸?shù)男盘?。為了?shù)據(jù)從初級側(cè)經(jīng)導電或感應接口傳輸?shù)酱渭墏?cè)，通常來說，對信號的頻率進行調(diào)制。為此，根據(jù)待傳輸?shù)男盘柺沁壿婳或是邏輯1，初級側(cè)電子單元產(chǎn)生具有第一頻率或具有第二頻率的信號。該信號同時用于能量傳輸。為了從次級側(cè)到初級側(cè)的通信，例如，對次級側(cè)的電流需求進行調(diào)制。例如在德國公開說明書DE102006051900A1中公開了這種能量和數(shù)據(jù)傳輸形式。
[0004]例如在德國公開說明書W02008/135402A1中描述了借助于振幅調(diào)制進行從次級側(cè)到初級側(cè)的通信的進一步的方法。經(jīng)振幅調(diào)制的信號由E級放大器產(chǎn)生。輸出信號中的振幅移位鍵控在這樣的情況下通過改變E級放大器的工作頻率或在恒定的工作頻率的情況下通過借助于可添加的負載使放大器的共振頻率移位來實現(xiàn)。
[0005]在振幅調(diào)制的情況下的不利之處是相對于被耦合進的信號具有相對高的干擾敏感性。
[0006]本發(fā)明的目的是提供用于經(jīng)感應接口的抗干擾數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O備和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]該目的由其中為了信號從次級側(cè)到初級側(cè)的傳輸而對次級線圈的電感進行調(diào)制的方法來實現(xiàn)。
[0008]在初級側(cè)，對起因于次級電感的調(diào)制的頻率變化進行評估。在次級側(cè)，為相應于待傳輸?shù)男畔⒍{(diào)節(jié)的電感值分配邏輯O或邏輯。在初級側(cè)，對應的二進制數(shù)字被分配給根據(jù)相應的電感而調(diào)節(jié)的共振頻率。
[0009]用于從次級側(cè)到初級側(cè)的信號傳輸?shù)姆椒ù黹g接頻率調(diào)制。間接地，由于在次級側(cè)上的頻率不是主動地受到控制而是替而通過改變次級側(cè)上的振蕩電路的可變特性(這導致初級側(cè)上的可檢測的頻率變化)而受到控制。該解決方案使得能夠以高效率實現(xiàn)信號傳輸。能量和信息經(jīng)相同的接口被傳輸。
[0010]確定效率此外能夠用于診斷目的。如果效率小于預期的，或共振頻率不對應于預期的共振頻率，則功率損耗正在一些位置發(fā)生。從效率的評估出發(fā)，能夠為操作人員產(chǎn)生報警信號，使得，例如，能夠開始維修。
[0011]在本發(fā)明的解決方案的第一實施例中，通過改變次級線圈的匝數(shù)來調(diào)制電感。
[0012]在該方法的實施例中，為了信號的初級側(cè)評估，檢測由對電感的調(diào)制所導致的振蕩電路的共振頻率的調(diào)制。
[0013]與此相關聯(lián)的實施例提供的是，振蕩電路的共振頻率和/或振蕩電路的共振頻率的變化根據(jù)變壓器的振幅和/或效率來確定。
[0014]在該方法的有利的實施例中，為了第二信號從初級側(cè)到次級側(cè)的傳輸，對激勵頻率進行調(diào)制。頻率調(diào)制代表通信的強抗干擾方法。
[0015]另一個實施例提供的是，通信期分配給次級側(cè)，在此期間，僅次級側(cè)傳輸數(shù)據(jù)，并且振蕩電路在通信期期間以共振頻率被激勵。
[0016]在進一步的發(fā)展中，激勵頻率在從次級單元到初級單元的通信期期間受到控制，使得激勵頻率在次級電感的變化的情況下也總是對應于振蕩電路的共振頻率。
[0017]在進一步的發(fā)展中，基于激勵頻率的重新調(diào)節(jié)來識別和評估次級線圈的電感的調(diào)制。
[0018]在該方法的實施例中，次級側(cè)獨立于振蕩電路被激勵的激勵頻率與初級側(cè)進行通信。換句話說，次級側(cè)未被束縛于為其分配的通信期，而是替而能夠在任何時候與初級側(cè)進行通信。
[0019]本發(fā)明的實施例包括借助于次級電感的調(diào)制來實施頻率移位鍵控。
[0020]該目的進一步由用于借助于變壓器進行通信的設備來實現(xiàn)，該變壓器具有:作為振蕩電路的部件的初級線圈和次級線圈；初級邏輯單元，該初級邏輯單元對振蕩電路供應激勵頻率；以及，次級邏輯單元，其中，為了信號從次級側(cè)到初級側(cè)的傳輸，該次級邏輯單元調(diào)制次級線圈的電感。
[0021]在該設備的有利的實施例中，次級線圈包括至少一個可連接且可斷開的線圈段，并且次級邏輯單元通過連接和斷開線圈段來調(diào)制電感。
[0022]初級邏輯單元控制振蕩電路的激勵頻率，并且以這樣的方式重新調(diào)節(jié)激勵頻率，使得即使當共振頻率由于次級電感的變化而改變時，激勵頻率也總是對應于共振頻率。以這種方式，功率傳輸?shù)靡詢?yōu)化。
[0023]這樣的裝置例如為應用于過程自動化的現(xiàn)場裝置。術(shù)語現(xiàn)場裝置意味著包括所有類型的測量裝置和致動器。測量裝置用于記錄過程變量并且包括例如填充料位測量裝置、流量測量裝置、壓力和溫度測量裝置、PH測量裝置、導電性測量裝置等，分別記錄對應的過程變量、填充料位、流量、壓力、溫度、PH值、和導電性。致動器用于影響過程變量，并且包括閥和泵，例如管線中的液體的流量或容器中介質(zhì)的填充料位經(jīng)所述閥和泵而改變。原則上，設備能夠被應用于能量和信息經(jīng)變壓器傳輸?shù)娜魏蔚胤健?br> 【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]現(xiàn)在將基于附圖就該方法和用于執(zhí)行該方法的設備更詳細地解釋本發(fā)明。在附圖中，相同的部分被提供有相同的參考標記。附圖示出如下:
[0025]圖1為具有感應接口的設備的框圖；
[0026]圖2a為在通信期間設備的第一狀態(tài)；以及[0027]圖2b為在通信期間設備的第二狀態(tài)。
【具體實施方式】
[0028]圖1示出用于借助于變壓器3進行通信和功率傳輸?shù)脑O備的示意框圖。變壓器3形成初級側(cè)I與次級側(cè)II之間的接口。初級側(cè)I具有電壓源4。次級側(cè)II不具有其自身的能源，而是替而被供應來自初級側(cè)I的能量。在次級側(cè)II上的用電設備5是例如用于確定和/或監(jiān)測一個或多個過程變量的傳感器。初級側(cè)I和次級側(cè)II分別具有邏輯單元I和2，所述邏輯單元I和2，除其他之外，經(jīng)變壓器3控制通信。經(jīng)基本上由初級線圈31和次級線圈32構(gòu)造的變壓器3，發(fā)生從初級側(cè)I到次級側(cè)II的能量和信號傳輸以及從次級側(cè)II到初級側(cè)I的信號傳輸。因此，變壓器3也能夠被稱為傳輸代理。為了確保到次級側(cè)II的部件的充分的能量供應以及設備的高效率，信號傳輸借助于具有高效率的方法發(fā)生。
[0029]圖2a和圖2b示出在邏輯O的傳輸?shù)那闆r下設備的狀態(tài)和在邏輯I的傳輸?shù)那闆r下設備的狀態(tài)，在每種情況下均為從次級側(cè)II到初級側(cè)I的傳輸。例如，圖2a中所示的狀態(tài)對應于基本狀態(tài)或邏輯O的傳輸，并且圖2b中所示的狀態(tài)對應于邏輯I的傳輸。然而，反向的設置同樣是可能的。此外，基本狀態(tài)能夠是邏輯1，而不是邏輯O。
[0030]初級線圈31和次級線圈32是振蕩電路的部件，其共振頻率基本上由兩個線圈31、32的電感預先確定。振蕩電路的激勵頻率的設置經(jīng)初級電子單元I發(fā)生。
[0031]次級線圈32被劃分成三個部分。如果兩個內(nèi)部切換元件62諸如圖2a中那樣打開，則三個部分相互連接。然后，通過所有三個部分的總匝數(shù)來確定次級線圈32的電感。兩個外部切換元件61將次級線圈32與整流器71相連接，該整流器71將傳輸?shù)慕涣麟妷恨D(zhuǎn)換成直流電壓。整流器71依次與對用電設備5供應恒壓的直流電壓轉(zhuǎn)換器72相連接。用電設備5被示意性地示出為負載阻抗，該用電設備5例如是傳感器元件。
[0032]在圖2b中，兩個外部切換元件61被打開，而兩個內(nèi)部切換元件62被閉合，即，它們將次級線圈32的中心部分與整流器71相連。次級線圈32的電感在該狀態(tài)下由中心部分的匝數(shù)確定。其它影響電感的參數(shù)是恒定的。
[0033]切換元件61、62受到次級電子元件2的控制。次級電子元件2也對從初級側(cè)I傳輸?shù)酱渭墏?cè)II的信號進行解碼并且評估傳輸?shù)男畔ⅰ?br> [0034]從初級側(cè)I到次級側(cè)II的通信優(yōu)選地借助于頻率調(diào)制來執(zhí)行。頻率調(diào)制方法使得能夠?qū)崿F(xiàn)能量有效的數(shù)據(jù)傳輸。對待傳輸?shù)男盘柧幋a的兩個頻率優(yōu)選被這樣地選定使得它們各自以小量偏離振蕩電路的共振頻率并且因此偏離在最大功率傳輸是可能的情況下的頻率。第一頻率例如比變壓器的共振頻率略小，并且第二頻率比變壓器的共振頻率略大相同的量。術(shù)語略小和略大意味著頻率僅偏離于共振頻率使得兩個頻率彼此并且與共振頻率安全地可區(qū)別，從而在相應的頻率下傳輸?shù)墓β嗜匀灰愿咝时粋鬏?。待以對應的頻率傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的編碼由初級邏輯單元I執(zhí)行。作為頻率調(diào)制的替代，從初級側(cè)I到次級側(cè)II的通信能夠借助于振幅調(diào)制發(fā)生。
[0035]根據(jù)本發(fā)明，為了從次級側(cè)II到初級側(cè)I的通信，對次級電感進行調(diào)制。在次級電子元件2中寄存在待傳輸?shù)亩M制數(shù)字與切換元件61、62的對應的位置之間的關聯(lián)。變壓器的電感并且因此共振頻率在次級電子元件2的控制下借助于次級線圈32的繞組的連接和斷開而改變。這樣的改變例如通過測量振蕩電路的共振頻率或通過評估振蕩電路到共振頻率的自動重新調(diào)節(jié)在初級側(cè)I上是可檢測的。
[0036]借助于對次級電感的調(diào)制，從次級側(cè)II到初級側(cè)I的通信不僅是抗干擾的而且還以高效率發(fā)生。次級電感的調(diào)制連同用于從初級側(cè)I到次級側(cè)II的數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑯泳哂懈咝实姆椒ū粚嵤┑难b置尤其是測量裝置因此具有它能夠利用小的供應電壓被操作的優(yōu)點。
[0037]優(yōu)選地，到次級側(cè)II的數(shù)據(jù)傳輸和來自次級側(cè)II的數(shù)據(jù)傳輸不同時發(fā)生，而是替而為從次級側(cè)II到初級側(cè)I的通信保留某些時間間隔。這些時間間隔能夠是預先確定的，例如，周期性的，其中，它們相互的時間間隔以及它們的長度對特定應用而言是可適配的。在這些時間間隔期間，初級側(cè)I產(chǎn)生具有不同于通信所使用的頻率的頻率的信號。優(yōu)選地，產(chǎn)生具有共振頻率的信號，使得在這些時間間隔期間，最大功率被傳輸?shù)酱渭墏?cè)II。
[0038]為了對在初級側(cè)I上的信號進行解碼，在一個實施例中，振蕩電路的共振頻率被確定并且被評估。共振頻率唯一地與電感并且因此與待傳輸?shù)男畔⑾嚓P聯(lián)。為了評估通信信號，在初級邏輯單元I中寄存兩個出現(xiàn)的共振頻率與它們代表的相應的二進制數(shù)字的關聯(lián)。
[0039]在替代實施例中，作為共振頻率的補充或替代，共振頻率的變化被檢測并且被評估。例如，共振頻率被定義，在該情況下，發(fā)生從次級側(cè)II到初級側(cè)I的通信。這被分配一個二進制數(shù)字。該預設的共振頻率的增加或減小相應地與互補的二進制數(shù)字相關聯(lián)。共振頻率的變化例如經(jīng)功率傳輸?shù)男实淖兓强蓹z測的。此外，對效率的確定提供監(jiān)測接口的機會。如果效率不期望地劇烈地下降，這是發(fā)生缺陷的指示，并且能夠產(chǎn)生關于裝置維修的報警信號。由于過程測量裝置的故障在例如隨后的基于其測量而控制閥或泵的情況下會具有嚴重的后果，所以尤其是在過程測量裝置的情況下，早期的缺陷檢測具有高度重要性。
[0040]在實施例中，振蕩電路的激勵頻率在共振頻率的變化的情況下被這樣調(diào)節(jié)使得振蕩電路的當前振蕩頻率再次對應于共振頻率。從次級側(cè)II傳輸?shù)男盘柣诠舱耦l率的變化是可解碼的。
[0041]附圖標記列表
[0042]I初級邏輯單元
[0043]2次級邏輯單元
[0044]3變壓器
[0045]31初級線圈
[0046]32次級線圈
[0047]4 電壓源
[0048]5用電設備
[0049]61外部開關元件
[0050]62內(nèi)部開關元件
[0051]71整流器
[0052]72直流電壓轉(zhuǎn)換器
[0053]I初級側(cè)
[0054]II次級側(cè)
【權(quán)利要求】
1.一種用于借助于變壓器(3)進行通信的方法，所述變壓器具有作為振蕩電路的部件的至少一個初級線圈(31)和次級線圈(32)，其中，所述振蕩電路在初級側(cè)上被供應有激勵頻率， 其特征在于， 為了信號從次級側(cè)(II)到初級側(cè)(I)的傳輸，調(diào)制所述次級線圈(32)的電感。
2.如權(quán)利要求1所述的方法， 其特征在于， 通過改變所述次級線圈(32)的匝數(shù)來調(diào)制所述電感。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法， 其特征在于， 為了所述信號的初級側(cè)評估，檢測由調(diào)制所述電感所導致的對所述振蕩電路的共振頻率的調(diào)制。
4.如權(quán)利要求3所述的方法， 其特征在于， 根據(jù)所述變壓器(3)的振幅和/或頻率確定所述振蕩電路的共振頻率和/或所述振蕩電路的共振頻率的變化。
5.如前述權(quán)利要求中的任一項所述的方法， 其特征在于， 為了第二信號從所述初級側(cè)(I)到所述次級側(cè)(II)的傳輸，調(diào)制所述激勵頻率。
6.如前述權(quán)利要求中的任一項所述的方法， 其特征在于， 將通信期分配給所述次級側(cè)(II )，在此期間，僅所述次級側(cè)(II)傳輸數(shù)據(jù)，并且 在通信期期間以所述共振頻率激勵所述振蕩電路。
7.如權(quán)利要求6所述的方法， 其特征在于， 在從所述次級側(cè)(II)到所述初級側(cè)(I)的通信期期間控制所述激勵頻率，使得所述激勵頻率在次級電感變化的情況下也總是對應于所述振蕩電路的共振頻率。
8.如權(quán)利要求7所述的方法， 其特征在于， 基于所述激勵頻率的重新調(diào)節(jié)來識別和評估所述次級線圈(32)的電感的調(diào)制。
9.如權(quán)利要求1至5中的任一項所述的方法， 其特征在于， 所述次級側(cè)(II)獨立于激勵所述振蕩電路的激勵頻率地與所述初級側(cè)(I)通信。
10.如前述權(quán)利要求中的任一項所述的方法， 其特征在于， 借助于所述次級電感的調(diào)制來實現(xiàn)頻率移位鍵控。
11.一種用于借助于變壓器(3)進行通信的設備，所述設備具有:作為振蕩電路的部件的初級線圈(31)和次級線圈(32);對所述振蕩電路供應激勵頻率的初級邏輯單元(I);以及次級邏輯單元(2)，其特征在于， 為了信號從次級側(cè)(II)到初級側(cè)(I)的傳輸，所述次級邏輯單元(2)調(diào)制所述次級線圈(32)的電感。
12.如權(quán)利要求11所述的設備， 其特征在于， 所述次級線圈(32)具有至少一個可連接且可斷開的線圈段，并且 所述次級邏輯單元(2)通過 連接和斷開所述線圈段來調(diào)制所述電感。
【文檔編號】H04B5/00GK103548282SQ201280024361
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2012年4月17日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月19日
【發(fā)明者】亞歷山大·米勒, 馬丁·烏爾班 申請人:恩德萊斯和豪瑟爾兩合公司