EP0231980A2 - Method for transmitting measuring signals of at least two sensors via an opticaltransmission link - Google Patents

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EP0231980A2
EP0231980A2 EP87200161A EP87200161A EP0231980A2 EP 0231980 A2 EP0231980 A2 EP 0231980A2 EP 87200161 A EP87200161 A EP 87200161A EP 87200161 A EP87200161 A EP 87200161A EP 0231980 A2 EP0231980 A2 EP 0231980A2
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EP
European Patent Office
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optical
pulses
pulse
measured value
signal
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EP87200161A
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EP0231980B1 (en
EP0231980A3 (en
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Jürgen Dipl.-Ing. Kordts
Reiner Uwe Dr. Orlowski
Ingobert Heinrich Gorlt
Gerhard Dr. Martens
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Envec Mess und Regeltechnik GmbH and Co
Original Assignee
Envec Mess und Regeltechnik GmbH and Co
Philips Patentverwaltung GmbH
Philips Gloeilampenfabrieken NV
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G08SIGNALLING
    • G08CTRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C19/00Electric signal transmission systems
    • G08C19/16Electric signal transmission systems in which transmission is by pulses
    • G08C19/24Electric signal transmission systems in which transmission is by pulses using time shift of pulses
    • GPHYSICS
    • G08SIGNALLING
    • G08CTRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C23/00Non-electrical signal transmission systems, e.g. optical systems
    • G08C23/06Non-electrical signal transmission systems, e.g. optical systems through light guides, e.g. optical fibres

Definitions

  • the invention relates to a method for transmitting at least two measured values by means of light pulses directed from an optical transmitter via an optical transmission path to an optical receiver, the time interval between which is evaluated as a measure of the measured value.
  • a method of this type is known from EP-Al 00 75 70l.
  • Optical transmission links and in particular optical fibers (LWL) are insensitive to electromagnetic interference. They are suitable for use in potentially explosive environments and enable measured values to be transmitted over long distances.
  • Energy from a voltage source is required for the electronic processing of the measured values and for the formation of the optical transmission pulses.
  • the required voltage is generated by photo elements, to which light output is supplied via an optical line.
  • batteries could also be provided in the measuring device. In any case, it is desirable to keep the energy consumption of the measuring device low.
  • the invention is therefore based on the object of designing the method of the type mentioned at the outset in such a way that the energy consumption for the optical transmission of the measured values is reduced.
  • the optical transmission path could be a free beam path.
  • a single optical fiber is preferably used, by means of which the measured values are transmitted in chronological succession.
  • One of the measured values is identified in the receiving device with the aid of the identification pulse.
  • the transmitting device consists of an oscillator stage 4, a differentiating and decoding stage, which contains the differentiating stages 5, 6 and 7 and a monostable flip-flop 8, and an optical transmitting stage with a light source, which preferably consists of a semiconductor laser diode 10.
  • the fixed time t o results from the fact that the capacitances of the sensors 1 and 2 already have a finite value if the measured variables ml and / or m2 have the value zero.
  • the diodes D1, D2 and D3 suppress negative signals, so that a voltage sum signal according to g according to FIG. 2 is present at the control connection of the electronic switch 9, which voltage voltage consists of the sum of the needle-shaped signals d, e and f.
  • the light source is connected to the DC voltage U via the switch 9.
  • the light source 10 forms optical needle signals 3 which have the chronological sequence of the signals g according to FIG. 2.
  • the capacitor C2 which had previously been charged via the charging resistor R2, is discharged very quickly via the light source.
  • the optical pulse signals 3 running according to g according to FIG. 2 are passed to the photodiode II of the receiving device shown in FIG. 3, which consists of the photo amplifier l2 and a decoding unit l3 and finally delivers signals o and p (FIG. 4) which correspond to the original Signals a and b correspond to Figure 2.
  • the output signals o and p are fed together with intermediate signals k and l to an evaluation circuit (not shown), at whose output a DC voltage proportional to the difference between the measured values (ml-m2) is then output.
  • an evaluation circuit can be constructed in a manner known to the person skilled in the art, for example in the manner described in the earlier application P 35 28 4l6.1. In this way, for example, a pressure difference of a differential pressure sensor can be read directly.
  • the photodiode II of the photo amplifier 12 is followed by a current-voltage converter.
  • the photodiode II produces an electrical current from the optical signal, which then appears at the output of the operational amplifier OP1 as a voltage signal.
  • This signal h is amplified again with the operational amplifier OP2.
  • the DC signal is separated in this stage with the capacitor C3, so that the dark current of the photodiode II and offset currents of the operational amplifier OP1 have no influence.
  • the signal is limited with the Zener diode D4 so that no overdrive can occur.
  • the comparator K then generates a TTL-compatible pulse signal i (see FIG. 4).
  • a reference voltage is generated with the resistors R3 and R4.
  • the comparator K switches when the input signal is larger than the reference signal. Interference signals contained in the signal h which are smaller than the reference signal are thus suppressed.
  • the needle pulse-shaped output signal of the comparator K now passes through the decoding circuit I3. There the rectangular original signal is regenerated from the needle pulses.
  • Figure 4 shows the pulse diagram of this stage.
  • the monostable flip-flop reacts to the falling edge of the needle pulses i of the comparator K.
  • the pulse time t m of the monostable flip-flop MFF must be greater than the time t k and less than the time t 2.
  • the non-inverted output signal of the monostable flip-flop MFF reaches the gate U1, to which the needle pulse signal is also present.
  • the gate Ul then ensures that only the additional pulse of the needle pulse signal is passed on. This signal then reaches the reset input of the D flip-flop DFF.
  • the invention was explained on the basis of the description of a transmission of only two measured values for simplicity of illustration.
  • An advantageous application example is the pressure difference measurement.
  • it is advantageous not to transmit the value of the pressure difference directly, but rather the individual pressure values.
  • the energy expenditure for electronic conversion and evaluation of the pressure values for the pressure difference value can be delivered at the receiving end.
  • the circuits shown can be modified in a manner familiar to the person skilled in the art in order to be able to transmit more than two measured values, even then only one identification pulse being required.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von mindestens zwei Meßwerten mittels von einem optischen Sender über eine optische Übertragungsstrecke zu einem optischen Empfänger geleiteter Lichtimpulse, deren zeitlicher Abstand als Maß für den Meßwert ausgewertet wird.The invention relates to a method for transmitting at least two measured values by means of light pulses directed from an optical transmitter via an optical transmission path to an optical receiver, the time interval between which is evaluated as a measure of the measured value.

Der Energieverbrauch für die optische Übertragung der Meßwerte wird dadurch verringert, daß die Meßwerte in stets gleicher Reihenfolge unmittelbar zyklisch aufeinanderfolgend übertragen werden, daß je Meßwert ein optischer Meßimpuls übertragen wird, dessen zeitlicher Abstand vom einem vorhergehenden Meßwert zugeordneten optischen Meßimpuls ein Maß für die Größe des Meßwerts bildet, und daß für jeden Zyklus von Meßwerten ein optischer Kennungsimpuls übertragen wird, dessen zeitlicher Abstand von einem vorhergehenden Meßimpuls kleiner ist als der minimal mögliche zeitliche Ab­stand zwischen zwei aufeinanderfolgenden optischen Meßimpulsen.

Figure imgaf001
The energy consumption for the optical transmission of the measured values is reduced by the fact that the measured values are transmitted directly in cyclical succession in always the same order, that an optical measuring pulse is transmitted for each measured value, the time interval from which an optical measuring pulse assigned to a previous measured value is a measure of the size of the Forms measured value, and that for each cycle of measured values an optical identification pulse is transmitted, the time interval from a previous measurement pulse is smaller than the minimum possible time interval between two successive optical measurement pulses.
Figure imgaf001

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Übertra­gung von mindestens zwei Meßwerten mittels von einem optischen Sender über eine optische Übertragungsstrecke zu einem optischen Empfänger geleiteter Lichtimpulse, deren zeitlicher Abstand als Maß für den Meßwert ausgewertet wird. Ein Verfahren dieser Art ist durch die EP-Al 00 75 70l bekannt.The invention relates to a method for transmitting at least two measured values by means of light pulses directed from an optical transmitter via an optical transmission path to an optical receiver, the time interval between which is evaluated as a measure of the measured value. A method of this type is known from EP-Al 00 75 70l.

Optische Übertragungsstrecken und insbesondere Licht­wellenleiter (LWL) sind unempfindlich gegenüber elektro­magnetischer Störstrahlung. Sie sind zur Verwendung in explosionsgefährdeter Umgebung geeignet und ermöglichen eine Meßwertübertragung über große Entfernungen.Optical transmission links and in particular optical fibers (LWL) are insensitive to electromagnetic interference. They are suitable for use in potentially explosive environments and enable measured values to be transmitted over long distances.

Im bekannten Fall wird ohne nähere Begründung bereits die Möglichkeit erwähnt, optische Signale in Form von Impuls­folgen zu übertragen, bei denen die Impulsphase moduliert wird.In the known case, the possibility of transmitting optical signals in the form of pulse sequences in which the pulse phase is modulated is already mentioned without further explanation.

Zur elektronischen Aufbereitung der Meßwerte und zur Bildung der optischen Sendeimpulse wird Energie aus einer Spannungsquelle benötigt. Im bekannten Fall wird die benötigte Spannung durch Photoelemente erzeugt, welchen Lichtleistung über eine optische Leitung zugeführt wird. Stattdessen könnten auch Batterien in der Meßeinrichtung vorgesehen werden. In jedem Fall ist es wünschenswert, den Energieverbrauch der Meßeinrichtung gering zu halten.Energy from a voltage source is required for the electronic processing of the measured values and for the formation of the optical transmission pulses. In the known case, the required voltage is generated by photo elements, to which light output is supplied via an optical line. Instead, batteries could also be provided in the measuring device. In any case, it is desirable to keep the energy consumption of the measuring device low.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Art derart zu gestalten, daß der Energieverbrauch für die optische Übertragung der Meßwerte verringert wird.The invention is therefore based on the object of designing the method of the type mentioned at the outset in such a way that the energy consumption for the optical transmission of the measured values is reduced.

Die Lösung gelingt dadurch, daß die Meßwerte in stets gleicher Reihenfolge unmittelbar zyklisch aufeinander­folgend übertragen werden, daß je Meßwert ein optischer Meßimpuls übertragen wird, dessen zeitlicher Abstand vom einem vorhergehenden Meßwert zugeordneten optischen Meß­impuls ein Maß für die Größe des Meßwerts bildet, und daß für jeden Zyklus von Meßwerten ein optischer Kennungs­impuls übertragen wird, dessen zeitlicher Abstand von einem vorhergehenden optischen Meßimpuls kleiner ist als der minimal mögliche zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden optischen Meßimpulsen.The solution is achieved in that the measured values are transmitted directly in cyclical succession in always the same order, that an optical measurement pulse is transmitted for each measured value, the time interval from which an optical measurement pulse assigned to a previous measured value forms a measure of the size of the measured value, and that for each Cycle of measured values an optical identification pulse is transmitted, the time interval from a previous optical measurement pulse is smaller than the minimum possible time interval between two successive optical measurement pulses.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß zur Bildung der optischen Signale der überwiegende Anteil der benötig­ten Energie verbraucht wird. Es wurde erkannt, daß für die im bekannten Fall bereits alternativ in Erwägung gezogene impulsförmige Übertragung bereits erheblich weniger Ener­gie benötigt wird, als für eine Übertragung mittels modu­lierten Dauerlichts. Darüberhinaus können die Meßinforma­tionen bei Impuls-Übertragung nicht durch variable Dämpfungen der Übertragungsstrecke verfälscht werden.The invention is based on the knowledge that the majority of the energy required is used to form the optical signals. It was recognized that for the pulsed transmission already considered alternatively in the known case, considerably less energy is required than for transmission by means of modulated continuous light. In addition, the measurement information during pulse transmission cannot be falsified by variable attenuations of the transmission path.

Dadurch, daß erfindungsgemäß nur ein einziger optischer Impuls pro Meßwert übertragen und nur ein einziger Kennungsimpuls für eine Gruppe von mehreren Meßwerten benötigt wird, ergibt sich ein sehr geringer Energie­verbrauch, welcher von einer einzigen Lithium-Batterie über die gesamte Lebensdauer einer Meßeinrichtung zur Verfügung gestellt werden kann.The fact that, according to the invention, only a single optical pulse is transmitted per measured value and only a single identification pulse is required for a group of several measured values, there is a very low energy consumption which is made available by a single lithium battery over the entire service life of a measuring device can.

Die optische Übertragungsstrecke könnte eine Freistrahl­strecke sein. Vorzugsweise wird jedoch ein einziger LWL verwendet, durch welchen die Meßwerte in zeitlicher Auf­einanderfolge übertragen werden. In der Empfangsein­richtung wird einer der Meßwerte mit Hilfe des Kennungs­impulses identifiziert.The optical transmission path could be a free beam path. However, a single optical fiber is preferably used, by means of which the measured values are transmitted in chronological succession. One of the measured values is identified in the receiving device with the aid of the identification pulse.

Für die übrigen Meßimpulse ist keine Kennung erforderlich, da sie in stets gleichbleibender zyklischer Folge zum gekennzeichneten Meßwert übertragen werden. Für den Kennungimpuls wird erfindungsgemäß keine zusätzliche Übertragungszeit benötigt.No identification is required for the remaining measuring pulses, since they are transmitted in a constant, cyclical sequence to the marked measured value. According to the invention, no additional transmission time is required for the identification pulse.

Wenn Meßwerte übertragen werden müssen, die im Bereich von Null bis zu einem Maximalwert liegen können, ist es vorteilhaft, daß zwei aufeinanderfolgend übertragene optische Meßimpulse im zeitlichen Abstand to + tn′ gesendet werden, wobei die konstante Zeit to größer als tk und die Zeit tn′ vom Meßwert abhängig ist. Dann ist die minimal mögliche Länge der Zeit zwischen aufeinan­derfolgenden Meßimpulsen mit Sicherheit größer als der Zeitabstand eines Kennungsimpulses vom vorhergehenden Meßimpuls, so daß empfangsseitig stets eine eindeutige Identifizierung des Kennungsimpulses erreichbar ist.If measured values have to be transmitted, which can be in the range from zero to a maximum value, it is advantageous that two successively transmitted optical measuring pulses are sent at a time interval t o + t n ', the constant time t o being greater than t k and the time t n 'depends on the measured value. Then the minimum possible length of time between successive measurement pulses is certainly greater than the time interval between an identification pulse and the previous measurement pulse, so that a clear identification of the identification pulse can always be achieved at the receiving end.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die originären Meßwerte in elektrische Rechteck-Signale umgewandelt werden, deren Dauer in vor­bestimmter Weise von der Größe der Meßwerte abhängig ist, daß durch die Beendigung eines jeden Rechtecksignals der Beginn des Rechtecksignals des nachfolgend gemessenen Meß­werts initiiert wird, und daß ein Kennungssignal mit einer konstanten Verzögerungszeit gegenüber dem Beginn eines einem vorbestimmten Meßsignal zugeordneten Rechtecksignals erzeugt wird. Dabei können die Rechtecksignale nachfolgend durch Differenzierstufen in Nadelimpulse umgeformt werden, welche als Summensignal über eine gemeinsame Leitung einer Ansteuerstufe einer LED zugeführt werden.A preferred embodiment of the invention is characterized in that the original measured values are converted into electrical square-wave signals, the duration of which depends in a predetermined manner on the size of the measured values, so that the start of the square-wave signal of the subsequently measured value is initiated by the termination of each square-wave signal and that an identification signal with a constant delay time compared to the start of a square wave signal associated with a predetermined measurement signal is generated. The square-wave signals can subsequently be converted into needle pulses by differentiating stages, which are fed as a sum signal to a control stage of an LED via a common line.

Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung, für welche nur ein geringer Aufwand an elektronischen Schaltungselementen erforderlich ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß die nadelimpulsförmigen elektrischen Ausgangssignale des optischen Empfängers gegebenenfalls nach Verstärkung mittels einer Kippstufe in Rechteckimpulse umgewandelt werden, deren Dauer größer als die Verzögerungszeit tk des Kennungsimpulses und kleiner als die Differenz aus einer minimal möglichen Meßzeit t₁ oder t₂ und der Verzögerungszeit tk ist, daß diese Rechteckimpulse einem ersten Eingang eines ersten Und-Gatters zugeführt werden, während dem zweiten Eingang des ersten Und-Gatters das Eingangssignal der Kippstufe zugeführt wird, so daß am Ausgang des ersten Und-Gatters den Kennungsimpulsen phasengleiche Signale entstehen, und daß das invertierte Ausgangssignal der Kippstufe und das Eingangssignal der Kippstufe einem zweiten Und-Gatter zugeführt werden, an dessen Ausgang entsprechend dem Zeitabstand der Meßimpulse aufeinanderfolgende Signale entstehen.A preferred embodiment of the invention, for which only a small amount of electronic circuit elements is required, is characterized in that the needle-pulse-shaped electrical output signals of the optical receiver, if necessary after amplification are converted by means of a flip-flop into square-wave pulses, the duration of which is greater than the delay time t k of the identification pulse and less than the difference between a minimum possible measurement time t 1 or t 2 and the delay time t k that these square-wave pulses are fed to a first input of a first AND gate are, while the input signal of the flip-flop is supplied to the second input of the first AND gate, so that in-phase signals are generated at the output of the first AND gate, and that the inverted output signal of the flip-flop and the input signal of the flip-flop to a second AND gate are supplied, at the output of which successive signals are generated in accordance with the time interval between the measuring pulses.

Die Erfindung wird anhand der Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten vorteilhaften Ausführungsbeispiels näher erläutert.

  • Figur l zeigt ein Ausführungsbeispiel einer zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten sendeseitigen Schaltung.
  • Figur 2 zeigt an bezeichneten Stellen der Figur l meßbare charakteristische Signalverläufe.
  • Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten empfangsseitigen Schaltung.
  • Figur 4 zeigt an bezeichneten Stellen der Figur 3 meßbare charakteristische Signalverläufe.
The invention is explained in more detail on the basis of the description of an advantageous exemplary embodiment shown in the drawing.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a transmission-side circuit suitable for carrying out the method according to the invention.
  • FIG. 2 shows characteristic signal curves which can be measured at the designated points in FIG.
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of a reception-side circuit suitable for carrying out the method according to the invention.
  • FIG. 4 shows characteristic signal profiles which can be measured at the designated points in FIG.

Mittels der in Figur l dargestellten Sendeeinrichtung werden die Größen zweier Meßwerte ml und m2 (z.B. Druck­werte) mittels der kapazitiven Sensoren l und 2 abgetastet.The sizes of two measured values ml and m2 (for example pressure values) are scanned by means of the capacitive sensors 1 and 2 by means of the transmission device shown in FIG.

Die Sendeeinrichtung bildet aus den ermittelten Kapazi­tätswerten der Sensoren l und 2 schließlich optische Impulse 3, welche in den LWL geleitet und zur in Figur 3 dargestellten Empfangseinrichtung übertragen werden.The transmitting device finally forms optical pulses 3 from the determined capacitance values of the sensors 1 and 2, which are passed into the optical fiber and transmitted to the receiving device shown in FIG.

Ein kapazitiver Drucksensor besteht beispielsweise aus einem zylindrischen Grundkörper, an dessen Stirnseiten jeweils metallisierte Membranen angeordnet sind, deren Abstände zu Gegenelektroden sich druckabhängig ändern.A capacitive pressure sensor consists, for example, of a cylindrical base body, on the end faces of which metallized membranes are arranged, the distances of which from counter electrodes change depending on the pressure.

Die Sendeeinrichtung besteht aus einer Oszillatorstufe 4, einer Differenzier- und Dekodierstufe, welche die Differenzierstufen 5,6 und 7 und ein monostabiles Flip-Flop 8 enthält, sowie einer optischen Sendestufe mit einer Lichtquelle, die vorzugsweise aus einer Halbleiterlaserdiode l0 besteht..The transmitting device consists of an oscillator stage 4, a differentiating and decoding stage, which contains the differentiating stages 5, 6 and 7 and a monostable flip-flop 8, and an optical transmitting stage with a light source, which preferably consists of a semiconductor laser diode 10.

Von der Oszillatorsrstufe 4 werden Rechteckimpulse a und b erzeugt, wie sie in Figur 2 zeitabhängig dargestellt sind. Die zeitliche Länge t₁ eines jeden Impulses a enthält die Information über die Größe der Kapazität des Sensors l und somit über die Meßgröße m₁.Die zeitliche Länge t₂ des Impulses b ist entsprechend ein Maß für den Meßwert m₂.Rectangular pulses a and b are generated by the oscillator stage 4, as shown in FIG. 2 as a function of time. The time length t₁ of each pulse a contains the information about the size of the capacitance of the sensor l and thus about the measured variable m₁. The time length t₂ of the pulse b is a measure of the measured value m₂.

Wesentlich ist, daß die Impulszeiten t₁ und t₂ ohne Pause unmittelbar aufeinanderfolgen. Das wird mittels der Oszillatorstufe 4 mit dem Fachmann bekannten und in der Zeichnung nur angedeuteten elektronischen Schaltmitteln bewirkt (vergl. die ältere Anmeldung P 35 28 4l6.l). Dabei werden vornehmlich sich gegenseitig fortschaltende mono­stabile Kippstufen eingestzt, deren Schaltzustandsdauer von den Ladezeiten der Sensorkapazitäten l und 2 abhängig ist. Die Rechteckimpulse a bzw. b werden durch die Differenzierstufen 5 bzw. 7 in Nadelstromimpulse umgewan­delt (vergl. Fig. 2 Pulsfolgen d und e).It is essential that the pulse times t 1 and t 2 follow one another immediately without a break. This is effected by means of the oscillator stage 4 with the electronic switching means known to the person skilled in the art and only indicated in the drawing (cf. the older application P 35 28 4l6.l). Mutually advancing monostable multivibrators are primarily used, the switching status of which depends on the charging times of the sensor capacities 1 and 2. The rectangular pulses a and b are converted into needle current pulses by the differentiating stages 5 and 7 (see FIG. 2 pulse sequences d and e).

Zusätzlich wird vom monostabilen Flip-Flop 8 eine Rechteck-Impulsfolge c (Figur 2) zur Differenzierstufe 6 geleitet, an deren Ausgang eine Stromimpulsfolge f gemäß Figur 2 erscheint.Der Beginn der Impulse c ist um die Zeit tk gegenüber dem Beginn des zu kennzeichnenden Impulses b verzögert. Die Verzögerungszeit tk ist durch die Kapazität C₁ und dem Widerstand R₁ vorgebbar. Sie muß kleiner sein als der minimal mögliche Wert der Zeiten t₁ und t₂.In addition, from the monostable flip-flop 8, a rectangular pulse sequence c (Figure 2) is passed to the differentiating stage 6, at whose output a current pulse sequence f of Figure 2 erscheint.Der start of pulses c at the time t k with respect to the beginning of the to be identified Impulse b delayed. The delay time t k can be predetermined by the capacitance C 1 and the resistor R 1. It must be less than the minimum possible value of the times t 1 and t 2.

Damit auch solche Meßwerte meßbar und übertragbar sind, welche von Null bis zu einem Maximalwert variieren können, bestehen die Zeiten t₁ und t₂ (allgemein tn) aus einer meßwertunabhängigen konstanten Zeit to zuzüglich einer meßwertabhängigen variablen Zeit t₁′ bzw. t₂′ (allgemein tn′). Also ist: t₁=to + t₁′ und t₂ = to + t₂′.
Bei einer beliebigen Anzahl von zu übertragenden Meßwer­ten gilt tn = tn′+to. Dabei enthält die Zeit tn′ jeweils die Information über den n-ten Meßwert.
So that such measured values are measurable and transferable, which can vary from zero to a maximum value, the times t 1 and t 2 (generally t n ) consist of a measured value-independent constant time t o plus a measured value-dependent variable time t 1 ′ or t 2 ′ (general t n ′). So is: t₁ = t o + t₁ ′ and t₂ = t o + t₂ ′.
For any number of measured values to be transmitted, tn = t n ′ + t o . The time t n 'contains the information about the nth measured value.

Im vorliegenden Fall ergibt sich die Festzeit to dadurch, daß die Kapazitäten der Sensoren l und 2 bereits einen endlichen Wert haben, wenn die Meßgrößen ml und/oder m2 den Wert Null aufweisen.In the present case, the fixed time t o results from the fact that the capacitances of the sensors 1 and 2 already have a finite value if the measured variables ml and / or m2 have the value zero.

Die Dioden Dl,D2 und D3 unterdrücken negative Signale, so daß am Steueranschluß des elektronischen Schalters 9 ein Spannungssummensignal gemäß g nach Figur 2 anliegt, welches aus der Summe der nadelförmigen Signale d, e und f besteht. Beim Vorhandensein dieser nadelförmigen Signale wird die Lichtquelle über den Schalter 9 an die Gleich­spannung U gelegt. Infolgedessen bildet die Lichtquelle l0 optische Nadelsignale 3, welche die zeitliche Folge der Signale g nach Figur 2 aufweisen. Der Kondensator C2, der sich über den Ladewiderstand R2 vorher aufgeladen hatte, wird sehr schnell über die Lichtquelle entladen.The diodes D1, D2 and D3 suppress negative signals, so that a voltage sum signal according to g according to FIG. 2 is present at the control connection of the electronic switch 9, which voltage voltage consists of the sum of the needle-shaped signals d, e and f. In the presence of these needle-shaped signals, the light source is connected to the DC voltage U via the switch 9. As a result, the light source 10 forms optical needle signals 3 which have the chronological sequence of the signals g according to FIG. 2. The capacitor C2, which had previously been charged via the charging resistor R2, is discharged very quickly via the light source.

Der dabei auftretende kurzzeitige aber hohe Stromfluß durch die Lichtquelle erzeugt dann einen optischen Impuls. Während der langen Pausenzeiten zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen kann sich C2 dann wieder über R 2 aufladen. Der mittlere Stromverbrauch ist gering, weil die Lichtquelle nur kurzzeitig angeschlossen ist. Der für die Erzeugung hoher optischer Impulse benötigte Spitzenstrom wird dabei zur Verringerung der Belastung der Spannungsquelle dem Kondensator C2 entnommen.The short-term but high current flow through the light source then generates an optical pulse. During the long pause between two successive pulses, C2 can then recharge via R 2. The average power consumption is low because the light source is only connected for a short time. The peak current required for the generation of high optical pulses is taken from capacitor C2 to reduce the load on the voltage source.

Während die Lichtquelle von der ungeregelten Spannung einer Lithium-Batterie betrieben wird, ist zur Stromver­sorgung der Stufen 4 bis 8 eine durch eine nicht darge­stellte Schaltung konstant geregelte Spannung Uo erforder­lich. Insgesamt wird für die Stromversorgung der gesamten Sendeeinrichtung nur ein mittlerer Strom von etwa 30 uA benötigt.While the light source is operated by the unregulated voltage of a lithium battery, a voltage Uo which is constantly regulated by a circuit, not shown, is required for the power supply of stages 4 to 8. Overall, only an average current of about 30 uA is required to power the entire transmitter.

Die gemäß g nach Figur 2 verlaufenden optischen Puls-­Signale 3 werden auf die Photodiode ll der in Figur 3 dargestellten Empfangseinrichtung geleitet, welche aus dem Photoverstärker l2 und einer Dekodiereinheit l3 besteht und schließlich Signale o und p (Figur 4) liefert, welche den ursprünglichen Signale a und b nach Figur 2 entsprech­en. Die Ausgangssignale o und p werden gemeinsam mit Zwischensignalen k und l einer nicht dargestellten Auswerteschaltung zugeführt, an deren Ausgang dann bei­spielsweise eine der Differenz der Meßwerte (ml-m2) proportionale Gleichspannung abgegeben wird. Eine solche Auswerteschaltung kann in dem Fachmann bekannter Weise aufgebaut sein, beispielsweise in der Weise, wie es in der älteren Anmeldung P 35 28 4l6.l beschrieben ist. Auf diese Weise kann beispielsweise eine Druckdifferenz eines Diffe­renzdrucksensors direkt abgelesen werden.The optical pulse signals 3 running according to g according to FIG. 2 are passed to the photodiode II of the receiving device shown in FIG. 3, which consists of the photo amplifier l2 and a decoding unit l3 and finally delivers signals o and p (FIG. 4) which correspond to the original Signals a and b correspond to Figure 2. The output signals o and p are fed together with intermediate signals k and l to an evaluation circuit (not shown), at whose output a DC voltage proportional to the difference between the measured values (ml-m2) is then output. Such an evaluation circuit can be constructed in a manner known to the person skilled in the art, for example in the manner described in the earlier application P 35 28 4l6.1. In this way, for example, a pressure difference of a differential pressure sensor can be read directly.

Der Photodiode ll des Photoverstärkers l2 ist ein Strom-­Spannungswandler nachgeschaltet. Die Photodiode ll erzeugt aus dem optischen Signal einen elektrischen Strom, der dann am Ausgang des Operationsverstärkers OPl als Spannungssignal erscheint. Mit dem Operationsverstärker OP2 wird dieses Signal h nochmals verstärkt. Darüberhinaus wird in dieser Stufe das Gleichsignal mit dem Kondensator C3 abgetrennt, damit der Dunkelstrom der Photodiode ll und Offsetströme des Operationsverstärkers OPl keinen Einfluß haben. Mit der Zenerdiode D4 wird das Signal begrenzt, damit keine Übersteuerung vorkommen kann. Der Komparator K erzeugt dann ein TTL-kompatibles Pulssignal i (vergl. Figur 4). Mit den Widerständen R3 und R4 wird eine Referenzspannung erzeugt. Der Komparator K schaltet um, wenn das Eingangssignal größer als das Referenzsignal ist. Damit werden im Signal h enthaltene Störsignale unterdrückt, die kleiner als das Referenzsignal sind.The photodiode II of the photo amplifier 12 is followed by a current-voltage converter. The photodiode II produces an electrical current from the optical signal, which then appears at the output of the operational amplifier OP1 as a voltage signal. This signal h is amplified again with the operational amplifier OP2. In addition, the DC signal is separated in this stage with the capacitor C3, so that the dark current of the photodiode II and offset currents of the operational amplifier OP1 have no influence. The signal is limited with the Zener diode D4 so that no overdrive can occur. The comparator K then generates a TTL-compatible pulse signal i (see FIG. 4). A reference voltage is generated with the resistors R3 and R4. The comparator K switches when the input signal is larger than the reference signal. Interference signals contained in the signal h which are smaller than the reference signal are thus suppressed.

Das nadelimpulsförmige Ausgangssignal des Komparators K durchläuft nun die Dekodierschaltung l3. Dort wird aus den Nadelimpulsen das rechteckförmige Ursprungssignal regene­riert. Das Impulsdiagramm dieser Stufe zeigt Figur 4. Das monostabile Flip-Flop reagiert auf die abfallende Flanke der Nadelimpulse i des Komparators K. Die Pulszeit tm des monostabilen Flip-Flops MFF muß größer als die Zeit tk und kleiner als die Zeit t₂ sein. Das nicht­invertierte Ausgangssignal des monostabilen Flip-Flops MFF gelangt an das Gatter Ul, an dem auch das Nadelimpuls­signal anliegt. Das Gatter Ul sorgt dann dafür, daß jeweils nur der Zusatzpuls des Nadelimpulssignals weiter­gegeben wird. Dieses Signal gelangt dann an den Reset-­Eingang des D-Flip-Flops DFF. Das invertierte Ausgangs­signal des monostabilen Flip-Flops MFF gelangt an das Gatter U2. An dessen Ausgang erscheint das Nadel­impulssignal ohne den Zusatzpuls. Diese Signal wird nun auf den "Clock"-Eingang des D-Flip-Flops gegeben, das als bistabile Kippstufe arbeitet, also mit jedem Nadelimpuls umspringt. Am Ausgang Q des D-Flip-Flops erscheint dann ein Rechtecksignal, wobei die Pulszeit bei High-Pegel entsprechend der Pulszeit t₁ und damit der Sensorkapazität Cl und die Pulszeit bei Low-Pegel entsprechend C2 zugeordnet werden kann. Die einwandfreie Zuordnung erfolgt mit dem Zusatzpuls, der mit dem Gatter Ul ausgetastet wurde und am Reset-Eingang des D-Flip-Flops D-FF liegt.Dieser in der Zeit t₂ erscheinende Impuls erzwingt ein Rücksetzen des D-Flip-Flops, so daß am Ausgang Q während dieser Zeit ein Low-Pegel erscheint.The needle pulse-shaped output signal of the comparator K now passes through the decoding circuit I3. There the rectangular original signal is regenerated from the needle pulses. Figure 4 shows the pulse diagram of this stage. The monostable flip-flop reacts to the falling edge of the needle pulses i of the comparator K. The pulse time t m of the monostable flip-flop MFF must be greater than the time t k and less than the time t 2. The non-inverted output signal of the monostable flip-flop MFF reaches the gate U1, to which the needle pulse signal is also present. The gate Ul then ensures that only the additional pulse of the needle pulse signal is passed on. This signal then reaches the reset input of the D flip-flop DFF. The inverted output signal of the monostable flip-flop MFF reaches the gate U2. At its output the needle pulse signal appears without the additional pulse. This signal is now sent to the "clock" input of the D flip-flop, which works as a bistable flip-flop, which means that it jumps with every needle pulse. A square-wave signal then appears at the output Q of the D flip-flop, the pulse time being high corresponding to the pulse time t 1 and thus the sensor capacitance Cl and the pulse time at low level corresponding to C2. The correct assignment is made with the additional pulse, which was blanked with the gate Ul and is at the reset input of the D flip-flop D-FF. This pulse appearing in time t 2 forces a reset of the D flip-flop, so that a low level appears at output Q during this time.

Die Erfindung wurde der einfacheren Darstellbarkeit wegen anhand der Beschreibung einer Übertragung von nur zwei Meßwerten erläutert. Ein vorteilhaftes Anwendungsbeispiel ist die Druckdifferenzmessung. Dabei ist es zur Einsparung von senderseitig benötigter Energie vorteilhaft, nicht den Wert der Druckdifferenz direkt zu übertragen, sondern die Einzeldruckwerte. Dann kann der Energieaufwand zur elektronischen Wandlung und Auswertung der Druckwerte zum Druckdifferenzwert empfangsseitig geliefert werden. Die dargestellten Schaltungen können in dem Fachmann geläufiger Weise abgewandelt werden, um mehr als zwei Meßwerte übertragen zu können, wobei auch dann nur ein Kennungsimpuls benötigt wird.The invention was explained on the basis of the description of a transmission of only two measured values for simplicity of illustration. An advantageous application example is the pressure difference measurement. In order to save the energy required by the transmitter, it is advantageous not to transmit the value of the pressure difference directly, but rather the individual pressure values. Then the energy expenditure for electronic conversion and evaluation of the pressure values for the pressure difference value can be delivered at the receiving end. The circuits shown can be modified in a manner familiar to the person skilled in the art in order to be able to transmit more than two measured values, even then only one identification pulse being required.

Claims (7)

1. Verfahren zur Übertragung von mindestens zwei Meßwerten mittels von einem optischen Sender über eine optische Übertragungsstrecke zu einem optischen Empfänger geleiteter Lichtimpulse, deren zeitlicher Abstand als Maß für den Meßwert ausgewertet wird,
dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerte (ml,m2) in stets gleicher Reihenfolge unmittelbar zyklisch aufeinander­folgend übertragen werden, daß je Meßwert ein optischer Meßimpuls übertragen wird, dessen zeitlicher Abstand (t₁,t₂) vom einem vorhergehenden Meßwert zugeordneten optischen Meßimpuls ein Maß für die Größe des Meßwerts bildet, und daß für jeden Zyklus von Meßwerten ein Kennungsimpuls übertragen wird, dessen zeitlicher Abstand (tk) vom einem vorhergehenden Meßwert zugeordneten optischen Meßimpuls kleiner ist als der minimal mögliche zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden optischen Meßimpulsen.
1. Method for the transmission of at least two measured values by means of light pulses directed from an optical transmitter via an optical transmission path to an optical receiver, the time interval of which is evaluated as a measure of the measured value,
characterized in that the measured values (ml, m2) are always transmitted in the same order, immediately cyclically in succession, that an optical measurement pulse is transmitted for each measured value, the time interval (t₁, t₂) of the optical measurement pulse assigned to a previous measured value being a measure of the size of the measured value, and that for each cycle of measured values an identification pulse is transmitted whose time interval (t k ) from the optical measurement pulse assigned to a previous measured value is smaller than the minimum possible time interval between two successive optical measurement pulses.
2. Verfahren nach Anspruch l,
dadurch gekennzeichnet, daß zwei aufeinanderfolgend übertragene optische Meßimpulse im zeitlichen Abstand to + tn′ gesendet werden, wobei die konstante Zeit to größer als tk und die Zeit tn′ vom Meßwert abhängig ist.
2. The method according to claim 1,
characterized in that two successively transmitted optical measuring pulses are sent at a time interval t o + t n ', the constant time t o being greater than t k and the time t n ' being dependent on the measured value.
3. Verfahren nach Anspruch l oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Übertragungsweg durch einen einzigen Lichtwellenleiter (LWL) gebildet ist, in dessen Anfang von einer Lichtquelle, insbesondere Halbleiterlaserdiode l0 die Meßimpulse sowie der Kennungsimpuls gesendet und zu einem Photodetektor (ll) geleitet werden.
3. The method according to claim l or 2,
characterized in that the transmission path is formed by a single optical waveguide (LWL), in the beginning of which the measuring pulses and the identification pulse are sent from a light source, in particular semiconductor laser diode l0, and passed to a photodetector (II).
4. Verfahren nach einem der Ansprüche l bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die originären Meßwerte (ml,m2) in elektrische Rechteck-Signale (a,b) umgewandelt werden, deren Dauer (t₁,t₂) in vorbestimmter Weise von der Größe der Meßwerte abhängig ist, daß durch die Beendigung eines jeden Rechteck-Signals (a bzw. b) der Beginn des Rechteck-Signals (a bzw. b) des nachfolgend gemessenen Meßwerts initiiert wird, und daß ein Kennungssignal (c,f) mit einer konstanten Verzögerungs­zeit tk gegenüber dem Beginn des einem vorbestimmten Meßsignals (m2) zugeordneten Rechteck-Signals (b) erzeugt wird.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
characterized in that the original measured values (ml, m2) are converted into electrical square-wave signals (a, b), the duration (t₁, t₂) of which depends in a predetermined manner on the size of the measured values, that by the completion of each square Signal (a or b) the beginning of the rectangular signal (a or b) of the subsequently measured value is initiated, and that an identification signal (c, f) with a constant delay time t k compared to the start of a predetermined measurement signal ( m2) assigned rectangular signal (b) is generated.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Rechteck-Signale (a,b,c) durch Differenzierstufen (5,6,7) in Nadelimpulse (d,e,f) umgeformt werden.
5. The method according to claim 4,
characterized in that the square-wave signals (a, b, c) are converted into needle pulses (d, e, f) by differentiating stages (5, 6, 7).
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Nadelimpulse (d,e,f) über eine gemeinsame Leitung einer Ansteuerstufe (9) einer LED oder einer Halbleiterdiode l0 zugeführt werden.
6. The method according to claim 5,
characterized in that the needle pulses (d, e, f) are supplied via a common line to a control stage (9) of an LED or a semiconductor diode l0.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche l bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die nadelimpulsförmigen elektrischen Ausgangssignale des optischen Empfängers (l2) gegebenenfalls nach Verstärkung mittels einer Kippstufe (MFF) in Rechteckimpulse umgewandelt werden, deren Dauer tm größer als die Verzögerungszeit tk und kleiner als als die Differenz aus einer minimal möglichen Meßzeit t₁ oder t₂ und der Verzögerungszeit tk ist, daß diese Rechteckimpulse (k) einem ersten Eingang eines ersten Und-Gatters (Ul) zugeführt werden, während dem anderen Eingang des ersten Und-Gatters das Eingangssignal (i) der Kippstufe (MMF) zugeführt wird, so daß am Ausgang des ersten Und-Gatters (Ul) den Kennungsimpulsen (f) phasengleiche Signale (m) entstehen, und daß das invertierte Ausgangssignal (l) und das Eingangssignal (i) der Kippstufe (MMF) einem zweiten Und-Gatter (U2) zugeführt werden, an dessen Ausgang entsprechend dem Zeitabstand der Meßimpulse aufeinanderfolgende Nadelsignale (n) entstehen.
7. The method according to any one of claims 1 to 6,
characterized in that the needle pulse-shaped electrical output signals of the optical receiver (l2) are optionally converted into rectangular pulses after amplification by means of a flip-flop (MFF), the duration t m of which is greater than the delay time t k and less than the difference from a minimum possible measuring time t 1 or t₂ and the delay time t k is that these square-wave pulses (k) are fed to a first input of a first AND gate (Ul), while the other input of the first AND gate is supplied with the input signal (i) of the flip-flop (MMF) , so that at the exit of the first AND gate (Ul) the identification pulses (f) in-phase signals (m) arise, and that the inverted output signal (l) and the input signal (i) of the flip-flop (MMF) are fed to a second AND gate (U2) the output of which results in successive needle signals (n) in accordance with the time interval between the measuring pulses.
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