可靠检测多模拟输入信号的方法、模拟输入电路及具有该电路的测量传感器和测量变换器的制作方法
专利名称：可靠检测多模拟输入信号的方法、模拟输入电路及具有该电路的测量传感器和测量变换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于可靠检测多个模拟输入信号的方法，该输入信号利用第一和 第二模数转换器被转换为相应的数字的单次测量值。本发明涉及一种模拟输入电路，具有用于多个模拟输入信号的电输入端；用于 输出对应一致的测量值的测量值输出端；以及用于输出信息、特别是错误信息或报警信息 的信息输出端。模拟输入电路具有一个上一级控制单元；两个模数转换器以及至少一个 在前接入的、可控制的多路复用器，该多路复用器用于利用控制单元将输入信号的至少一 部分连接于各个模数转换器。最后，本发明涉及一种测量传感器以及一种特别是用于在双线电流回路上运行的 测量变换器。测量传感器以及测量变换器分别具有多个用于检测如压力、力、温度或类似 值的物理测量值的传感器单元；以及至少一个这样的模拟输入电路，该模拟输入电路用于 检测相应的、来自于各个传感器单元的模拟输入信号。
背景技术：
模拟输入信号理论上可以来自于任意的信号源，例如来自于测量传感器或来自于 音频源或视频源。本申请的重点是那些在其中检测作为测量值的物理值的方法，这些值例如为压 力、温度、力、流量或类似值。测量值典型地来自于传感器单元，例如来自于压力传感器、温 度传感器、力传感器或流量传感器。传感器单元例如可以集成在测量传感器或测量变换器 中，或者连接在其上。测量变换器可以是现场设备，该设备典型地使用于系统技术和自动化 技术中，例如使用于化学工业、石油化学中和井下开采中。这样的测量变换器，例如西门子 公司(Fa. Siemens)的型号为SITRANS P的测量变换器，在双线电流回路上运行以用于传输 测量值。通过同一个双线电流回路，测量变换器也被供给了用于为电子电路馈电的电能。通常这样的测量传感器和测量变换器具有一个或多个模拟输入电路，这些电路利 用相应的测量方法实现测量。对此，模拟输入电路具有一个或多个所谓的模拟_/数字-转 换器，缩写为模数转换器(A/D-Umsetzer)。该转换器将施加的模拟输入信号或测量信号转 换为对应一致的数字的测量值。可以通过来自于多个单次测量值的平均值来提高需要检测 的输入信号的准确性。如果设计为检测多个输入信号，那么可以在模数转换器之前接入模 拟的多路复用器。这种多路复用器例如可以由上一级控制单元、例如由微控制器进行控制， 以用于选择期望的测量通道。可替换的是，多路复用器可以已经被集成在模数转换器中。在 此情况下，模数转换器具有多个用于模拟输入信号的信号输入端。为了检测开头所述的测量值，在测量传感器和测量变换器中，特别是为了实现精 确地调节工业的或化学的过程而需要高度精确的并且同时快速的测量，以便例如可以在 压力下降的情况下能够以过程技术(prozesstechnisch)快速接入(eingreifen)。在其 上还对运行安全性和可靠性提出了高要求的那些测量传感器和测量变换器也必须以更高的标准进行认证，例如根据所谓的按照IEC 61508的SIL标准(SIL表示安全完整性等级 (Safety Integrity Level))。为了满足该标准已知的是，冗余地装配测量传感器或测量变换器。在这种解决方 案中不利的是由于两倍或甚至于多倍的设计而产生的大的空间需求量以及高费用。也已知 了测量设备，该设备满足以上所述标准，并且同时不冗余地设计。然而这样的测量设备很昂 贵，这是因为所需要的模数转换器必须是快速的、安全的并且同时也还必须是高精度的。这 种特殊的模数转换器与常规的模数转换器相比贵许多倍，常规的模数转换器相比较而言或 者是快速但精度低，或者是精度高但速度慢。特殊的模数转换器的价格经常高于被大批量 生产的商业的模数转换器多个价格等级。此外也要考虑的是，采样率通过模拟输入信号的 多路复用而被大大降低。在通常应用的希格马_德尔塔转换器(Sigma-Deltal-Umsetzern) 中，即使当例如两个或三个输入信号被“多路复用(gemultiplext)”时，采样率甚至降低了 6个系数(Faktor)。其原因在于模数转换器的输入电路中滤波器的必需的起振时间。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提出一种用于可靠检测多个模拟输入信号的方法，以及 一种用于实施该方法的模拟输入电路。本发明的另一个目的在于，提出具有这种类型的模拟输入电路的一种合适的测量 传感器以及一种合适的测量变换器。本发明的目的在方法方面利用权利要求1所述的特征实现。有利的方法变体在从 属权利要求2至6中给出。在权利要求7中给出了一种用于实施根据本发明的方法的模拟 输入电路。分别在权利要求8中给出了一种测量传感器和在权利要求9中给出了一种测量 变换器，该测量传感器和测量变换器都具有根据本发明的模拟输入电路。根据本发明，该方法规定用于可靠检测多个模拟输入信号。输入信号利用两个模 数转换器被转换为相应的数字的单次测量值。具有测量时钟脉冲的预设总数的第一测量平 均周期由上一级控制单元进行预设。模数转换器可以利用至少一个可由控制单元控制的多 路复用器连接于输入信号的至少一部分。分别在第一测量平均周期内，由第一模数转换器 在第一数量优选是相应于总数的数量的测量时钟脉冲中检测第一输入信号，并且由控制单 元累计地求平均以得到第一测量值。由第二模数转换器在和第一数量相比较小数量的测量 时钟脉冲中检测第二输入信号，并且累计地求平均以得到第二测量值。由第二模数转换器 在第三数量的测量时钟脉冲中、优选的是在仅仅一个测量时钟脉冲中检测第一输入信号， 作为至少另一个单次测量值。如果至少另一个单次测量值(Dl')与同步地由第一模数转 换器(2)检测的单次测量值(Dl)的偏差、或与到那时为止被求平均的第一测量值(MWl') 的偏差超过最大允许的偏差值，则输出信息。本发明特别的优点在于，通过适宜地控制两个“常规的”模数转换器，可以实现模 拟输入信号的相比较而言快速、安全并且同时高精度的测量。对此，由监控所需要的第一模 拟输入信号作为主要测量值的载体在大量的测量时钟脉冲中由两个模数转换器中的任一 个求平均以得到高精度的数字测量值。在此期间，该输入信号还被一次或多次“介乎其间 (zwischendrin) ”地由这两个模数转换器中的另一个短时间地“一起测量”，以便检测两个 一样的输入信号彼此间的偏差。由此可以有利地非常快地识别出第一传感器信号的、例如在压力下降时的压力值或流量值的突然的变化。然后可以例如使上一级的过程计算机马上 以调节技术(regelungstechnisch)接入过程中。由两个模数转换器的测量值比较也可以直接确定，是否还可以在指定的公差界限 内精确地检测测量值。此外，表示两个模数转换器中任一个的故障或错误特性的安全指数 不允许有偏差。这种故障或错误特性通过显著的测量值偏差表明。在双重错误的意义上两个模数转换器的同时的、然而极其不可能出现的故障 在这里不再进一步加以考虑。如果也需要排除这种错误，那么例如可以使用两个以不 同技术实现的、尤其是来自不同生产制造者的模数转换器，以便大大降低存在系统错误 的可能性。可替换地或附加地，可以设置有第三模数转换器，以便根据3选2的决策 (2-aus-3-Entscheidung)思想实现还要更高的安全性。在其精确度和速度方面可以彼此相对变化的两个模数转换器例如是所谓的压频 转换器(U-f-Umsetzer) (U表示电压，f表示频率)、希格马-德尔塔转换器或双斜率转换 器。这两个转换器被这样地彼此连接，即它们可以转换所有需要检测的输入信号。该连接 可以利用共同的模拟多路复用器来实现。该连接可以通过各一个在模数转换器之前接入的 多路复用器来实现。多路复用器可以已经集成在模数转换器中。两个模数转换器可以和多 路复用器一起集成在一个共同的电子组件中。可替换地，这样的组件的功能可以是控制单 元的、例如微控制器的一部分。根据一个方法变体，由上一级控制单元预设了具有与测量时钟脉冲的总数相等的 第二测量平均周期。在每个测量平均周期之后，模数转换器与模拟输入信号之间的分配关 系发生变化。这种方法变体的有利之处在于，利用控制单元可以确定各个错误工作的模数转换 器。在此情况下，精确的错误信息例如被输出到监控设备或计算机上。根据另一个方法变体，由上一级控制单元这样地控制至少一个多路复用器，即除 了第二输入信号之外，由各个模数转换器在各个测量平均周期的剩下的测量时钟脉冲中还 检测第三输入信号或另外的输入信号，并且由上一级控制单元累计地求平均以得到第三测 量值或另外的测量值。第三传感器例如可以是温度传感器，其可以在补偿温度误差的意义中用于修正第 一输入信号。特别的是，第三传感器不负责检测主要测量值。根据另一个方法变体，根据测量平均周期的预设数量，由上一级控制单元对用于 第一和第二模数转换器的至少一个校准周期进行预设。另外可替换的是，根据测量平均周期的预设数量，由上一级控制单元交替地对用 于第一或第二模数转换器的校准周期进行预设。优选的是，相应地等于用于校准周期的测量时钟脉冲的总数的每一个测量平均周 期由上一级控制单元进行预设。一个或多个校准周期用于，对例如由于温度影响而产生的 在时间流逝中的测量值的漂移(Wegdriften)进行补偿。此外，本发明的目的通过一种具有用于多个模拟输入信号的电输入端的模拟输入 电路来实现。该输入电路具有用于输出对应一致的测量值的测量值输出端；以及用于输 出信息、特别是错误信息或信号改变信息的信息输出端。该模拟输入电路具有一个上一级 控制单元；两个模数转换器以及至少一个在前接入的、可控制的多路复用器，该多路复用器用于利用控制单元将输入信号的至少一部分连接于各个模数转换器。其特征在于，该控制 单元具有用于实施根据本发明的方法的设备；以及用于测量值和信息的输出设备。有利的是，仅仅在从信号输入端到信号输出端的测量距离的方面冗余地设计这样 的输入电路。这有利地取消了传感器单元或测量位置的双重设计。通过划分成“交错的 (verschachtelte)”周期可以实现监控并且同时避免速度损失，其方式是在其中一个这种 周期内放弃费时的多路复用器。由此可以使用成本低廉的模数转换器，这些转换器在单独 运行中和在没有交错的周期的情况下将可能不能应用。此外，本发明的目的通过一种测量传感器来实现，该测量传感器具有多个用于检 测如压力、力、温度或类似值的物理值的传感器单元。该测量传感器具有至少一个根据本发 明的模拟输入电路，该模拟输入电路用于检测相应的、来自于各个传感器单元的模拟输入信号。最后，本发明的目的通过一种测量变换器来实现，该测量变换器特别地设置用于 在双线电流回路上运行。双线电流回路特别是指一种在工业领域和设备领域中普遍的标准 化的4-20mA_双线电流回路。这样的测量变换器具有多个用于检测如压力、力、温度或类似 值的物理值的、优选地以集成的形式的传感器单元。测量变换器具有至少一个根据本发明的模拟输入电路，其用于检测相应的、来自 于各个传感器单元的模拟输入信号。
下面根据附图进一步对本发明以及本发明的有利的实施方式详细地说明。图中示 出图1示出了用于检测多个模拟输入信号的、具有用于实施根据本发明的方法的控 制单元的模拟输入电路、以及测量传感器和测量变换器；图2示出了根据本发明的方法的第一测量平均周期；图3示出了根据第一方法变体的第一测量平均周期；图4示出了根据第二方法变体的第一和第二测量平均周期；和图5示出了根据第三方法变体的第一和第二测量平均周期。
具体实施例方式图1示出了用于检测多个模拟输入信号S1-S3的、具有用于实施根据本发明的方 法的控制单元6的模拟输入电路1以及测量传感器10和测量变换器20。图1的左边部分示例性地示出三个传感器单元7-9，这些传感器单元提供模拟输 入信号S1-S3作为用于紧接着的模拟输入电路1的测量信号。第一传感器单元7例如是差 压测量器，其根据图1的实例检测差压作为以第一输入信号Sl形式的主要测量值Gl。主要 测量值Gl例如在图1的实例中具有1. 55bar的值。借助于输入电路1，安全地、以高测量精 度并且在很短时间间隔中监控该主要测量值G1。实例性的第二测量单元8是绝对压力测量器。该测量器检测以第二输入信号S2或 测量信号的形式的绝对压力值作为测量值G2，在图1的实例中该值为ll.Sbar。由第二传 感器单元8检测的测量值G2例如可以用于修正由第一传感器单元7检测的主要测量值G1。图1的左下方部分示出了温度传感器单元9，其例如检测作为第三测量值G3的温度85°C。 该第三测量值同样可以用于修正主要测量值G1。模拟输入信号S1-S3例如被输送给两个多路复用器4，5，根据相应的转接信号Xl， X2，这些多路复用器将各个模拟输入信号S1-S3连接到各个接下来的模数转换器2，3上。利 用参考标号MX1，MX2表示了被多路复用的输入信号。为了控制多路复用器4，5，多路复用器 和控制单元6、优选地和微控制器进行连接。此外，控制单元6和两个模数转换器2，3以信 号技术连接，以便利用相应的控制信号Cl，C2调节模数转换器2，3的不同的运行方式。如 图1中举例示出地，各一个多路复用器4，5和模数转换器2，3其中之一构成了电子组合单 元11，12。该单元在图1的实例中以虚线表示。两个模数转换器2，3在输出端提供了数字 的单次测量值D1-D3。这些测量值由控制单元6检测并且相应地进行计算方面的处理。在 输出端方面，控制单元6在测量值输出端上提供了与测量值G1-G3对应一致的数字的测量 值MW1-MW3以及第一单次测量值D1。该第一单次测量值例如可以由上一级的过程控制来 用于进行快速调节。然后在一定条件下在信息输出端上可以获取(abgreifbar)错误信息 M或者在报警信息M的意义上的信号改变信息。传感器单元7-9以及根据本发明的模拟输入电路1在图1的实例中被概括为测量 传感器10。全部的组件例如可以布置在电路板上。此外，利用参考标号20示出了测量变换 器，其除此之外还具有双线连接单元21。该单元将数字的测量值MW1-MW3、数字的单次测量 值Dl以及信息M例如转换为频移键控的HART :现场总线信号(HART表示可寻址远程传 感器高速通道的开放通信协议)。利用这种HART 通信，可以对模拟的现场总线系统进 行扩展，该系统基于标准化的4-20mA-双线电流回路ZL。HART 是一种标准化的、普遍 的通信系统，用于构建工业化的数字现场总线。多个参与者(现场设备)可以通过一个共 同的数字现场总线，通过双线电流回路ZL相应于较老的4-20mA标准实现数字通信。按照 4-20mA标准的现存的线路可以直接被使用，并将两个系统并行地运行。可替换的或附加的 是，通过在双线电流回路ZL中注入(EinprSgen )相应的回路电流值，可将数字的测量值 MW1-MW3中之一利用双线连接单元21经过该双线电流回路ZL进行传输。图2示出了根据本发明的方法的第一测量平均周期Ml。根据本发明，第一测量平均周期Ml具有测量时钟脉冲T的预设总数ZG，该第一测 量平均周期被进行预设。测量时钟脉冲T典型地是这样一个最小持续时间，模数转换器2， 3需要该持续时间以用于将模拟输入信号S1-S3转换为数字的单次测量值D1-D3。测量平 均周期Ml优选地具有在由八至三十二范围中的测量时钟脉冲T的总数ZG。在特别的情况 下，总数ZG也可以位于该范围之下、如在六，或位于该范围之上、如在四十。图2的上方部分示例性地示出在十六个测量时钟脉冲T上延伸的测量框Bi。在 第一测量平均周期Ml内，第一输入信号Sl由第一模数转换器2在第一数量Zl的测量时钟 脉冲T中检测。优选的是，在测量时钟脉冲T的可使用的总数ZG的大部分中检测对应于主 要测量值Gl的第一输入信号Si，例如利用在范围12到16中第一数量Zl的测量时钟脉冲 T。在图1的实例中，第一数量Zl符合测量时钟脉冲T的总数ZG，以便使第一输入信号Sl 可以继续被检测。此外，在每个测量时钟脉冲T中检测的数字的单次测量值Dl分别由控制 单元6累计地求平均以得到第一测量值丽1。“累计”意味着，各个单次测量值D1-D3在每 个测量时钟脉冲T之后由控制单元6检测，并且求平均以得到具有因此增加的测量精确度的各个测量值丽1-MW3。此外，对应于第二测量值A2的第二输入信号S2由第二模数转换器3在和第一数 量Zl相比较小的数量Z2的测量时钟脉冲T中检测。各个数字的单次测量值D2由控制单 元6累计地求平均以得到第二测量值MW2。测量时钟脉冲T的第二数量Z2符合测量时钟脉 冲T的总数ZG的大约40% -60%。在图2的实例中，在测量框B2中实现了测量第二输入 端信号S2，该测量框例如由第三个测量时钟脉冲T延伸至第十个测量时钟脉冲。利用参考标号B5表示了转换框，需要使用该转换框用于将模拟输入信号S1-S3转 换到各个模数转换器2，3上。滤波器起振过程，特别是在两个模数转换器2，3的输入电路 中的滤波器起振过程，对于必要的转接时间来说是决定性的。在图2的实例中，需要两个测 量时钟脉冲T用于将一个输入信号S1-S3转换为另一个输入信号S1-S3。显而易见的是，经 常转换测量通道导致了各个模数转换器2，3的大大降低的有效的测量数据率。在图2的实 例中，在转换框B5中当处于第一和第二测量时钟脉冲T期间，实现在第二模数转换器3上 将第一输入信号Sl转换为第二输入信号S2。在第二测量框B2中成功地测量第二输入信号 S2之后，在另一个转换框B5中实现将第二输入信号S2转换为第一输入信号Si。此外，现在根据本发明，第一输入信号Sl同步于第一模数转换器2，由第二模数转 换器3在第三数量Z3的测量时钟脉冲T的中检测作为至少另一个单次测量值Dl'。在图 2的实例中，在仅仅一个唯一的测量时钟脉冲T中实现了同步检测第一单次测量值Dl以及 另外的单次测量值Dl'。在图2的实例中，利用箭头将该测量时钟脉冲T表示为比较框B4。 与测量时钟脉冲T的可使用的总数ZG相比较，测量时钟脉冲T的第三数量Z3具有的数量 位于测量时钟脉冲T的总数ZG的5% -10%的范围中。优选地分别设置仅仅一个唯一的测 量时钟脉冲T用于同步的检测。可替换的是，该检测(Erfassimg)也可以在另一个紧接着 的测量时钟脉冲T中实现，其中，然后可以对各个另外的第一单次测量值Dl'求平均以得 到另一个共同的第一单次测量值Dl'。例如两个单独的测量时钟脉冲T也可以用于进行并 行的同步比较，其中这些测量时钟脉冲优选地作为比较框B4，在时间上如此布置分布在测 量平均周期Ml上，从而使测量时钟脉冲T的总数ZG的大约三分之一位于两个这样的比较 框B4之间。如果至少另一个单次测量值Dl'超过并行地由第一模数转换器2检测的单次测 量值Dl —个最大允许的偏差，则根据本发明输出信息M。该允许的偏差例如可以位于供使 用的测量值范围的由0. 至3%的范围中。可替换地，如果至少另一个单次测量值Dl'与 到那时为止被求平均的第一测量值MWl ’的偏差超过最大允许的偏差，那么输出信息M。利用参考标号B6表示了节电框，在这段时间内，第二模数转换器3停止检测测量 值。由此，在该不必要的测量时钟脉冲T中，有利地减少了根据本发明的模拟输入电路1的 电流消耗。在图2的实例中示出的、如通过三个点连续地表示的测量平均周期Ml被周期性 地重复。图3示出了根据第一方法变体的第一测量平均周期Ml。区别于图2的实例，在测量框B3中由各个模数转换器2，3除了第二输入信号S2 之外，在示出的测量平均周期Ml的剩下的测量时钟脉冲T中还检测第三输入信号S3。由上 一级控制单元6累计地对该第三输入信号(Dieser)求平均以得到第三测量值MW3。图4示出了根据第二方法变体的第一和第二测量平均周期Ml，M2。
根据本发明，由上一级控制单元6对具有与测量时钟脉冲T的总数ZG相等的第二 测量平均周期M2进行预设。此外，在每个测量平均周期Ml，M2之后，模数转换器2，3与模 拟输入信号S1-S3之间的分配关系发生变化。利用参考标号Mln，M2n表示了测量平均周期 Ml, M2的周期性延续。这种变化布置的特别的优点在于，由上一级控制单元6可以直接确 定错误工作的模数转换器2，3。与以前的实施方式相比，由此提高了根据本发明的模拟输入 电路1的可靠性。在图4的下面部分中，以前的测量平均周期Μ1，Μ2，Μ1η，Μ2η连接了两个校准周期 ΚΙ, K2。在图4示出的实例中，用于校准周期Kl，K2的测量时钟脉冲T的总数ZG分别相应 地等于测量平均周期M1，M2，由上一级控制单元6对总数进行预设。由此实现，根据预设的 数量(这里是η个测量时钟脉冲T的数量)，对两个模数转换器2，3进行校准。这里，交替 地进行校准的优点在于，进一步连续地检测属于主要测量值Gl的第一输入信号Si。图5示出了根据第三方法变体的第一和第二测量平均周期Μ1，Μ2。在当前的实例中交替地又实现通过两个模数转换器2，3检测模拟的输入信号 S1-S3。和前面的图表、图2至图4相比，例如在四个测量时钟脉冲T中检测第二输入信号 S2，以及在三个测量时钟脉冲T中检测第三输入信号S3。重要的是，优选地分别通过测量平均周期Ml，Μ2的总时间宽度，检测分配给主要 测量值Gl的第一输入信号Si。在此期间，同步地通过第二模数转换器3实现至少一次或 多次检测第一传感器信号Si。然后优选地在测量时钟脉冲T内，将两个数字的单次测量值 Dl, Dl'相互进行比较，以便可以尽可能早地彼此确定不允许的偏差。在此情况下，实现了 输出信息Μ，该信息表示测量值检测中出现的错误或第一输入信号Sl的非常快的变化。
权利要求
一种用于可靠检测多个模拟输入信号(S1 S3)的方法，所述输入信号利用两个模数转换器(2，3)被转换为相应的数字的单次测量值(D1 D3)，其中，具有测量时钟脉冲(T)的预设总数(ZG)的第一测量平均周期(M1)由上一级控制单元(6)进行预设；其中，所述模数转换器(2，3)可以利用至少一个可由所述控制单元(6)控制的多路复用器(4，5)连接于所述输入信号(S1 S3)的至少一部分；其中，分别在所述第一测量平均周期(M1)内，由所述第一模数转换器(2)在第一数量(Z1)的优选是相应于所述总数(ZG)的数量的所述测量时钟脉冲(T)中，检测所述第一输入信号(S1)，并且由所述控制单元(6)累计地求平均以得到第一测量值(MW1)；其中，由所述第二模数转换器(3)在和所述第一数量(Z1)相比较小数量(Z2)的所述测量时钟脉冲(T)中检测所述第二输入信号(S2)，并且累计地求平均以得到第二测量值(MW2)；其中，由所述第二模数转换器(3)在第三数量(Z3)的所述测量时钟脉冲(T)中、优选的在仅仅一个测量时钟脉冲(T)中检测第一输入信号(S1)，作为至少另一个单次测量值(D1′)；以及其中，如果至少另一个单次测量值(D1′)与同步地由所述第一模数转换器(2)检测的所述单次测量值(D1)的偏差、或与到那时为止被求平均的第一测量值(MW1′)的偏差超过最大允许的偏差值，则输出信息(M)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由所述上一级控制单元(6)预设具有与所 述测量时钟脉冲(T)的所述总数(ZG)相等的第二测量平均周期(M2)，其中，在每个所述测 量平均周期(Ml，M2)之后，所述模数转换器(2，3)与所述模拟输入信号(S1-S3)之间的分 配关系发生变化。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，由所述上一级控制单元(6)这样地控 制至少一个所述多路复用器(4，5)，即除了所述第二输入信号(S2)之外，由各个所述模数 转换器(2，3)在各个所述测量平均周期(M1，M2)的剩下的所述测量时钟脉冲(T)中还检测 所述第三输入信号(S3)或另外的输入信号，并且由所述上一级控制单元(6)累计地求平均 以得到第三测量值(MW3)或另外的输入信号。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，根据所述测量平均周期 (M1，M2)的预设数量，由所述上一级控制单元(6)对用于所述第一和第二模数转换器(2，3) 的至少一个校准周期(K1，K2)进行预设。
5.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，根据所述测量平均周期(Μ1，Μ2)的 预设数量，由所述上一级控制单元(6)交替地对用于所述第一或第二模数转换器(2，3)的 校准周期(Κ1，Κ2)进行预设。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，相应地等于用于所述校准周期(Κ1， Κ2)的所述测量时钟脉冲⑴的总数(ZG)的每一个所述测量平均周期(Ml，Μ2)由所述上 一级控制单元(6)进行预设。
7.一种模拟输入电路(1)，具有用于多个模拟输入信号(S1-S3)的电输入端；用于输 出对应的测量值(MW1-MW3)和第一单次测量值(Dl)的测量值输出端；以及用于输出至少一 个信息(M)的信息输出端；其中，所述模拟输入电路具有一个上一级控制单元(6)；两个 模数转换器(2，3)；以及至少一个在前接入的、可控制的多路复用器(4，5)，所述多路复用 器用于利用所述控制单元(6)将所述输入信号(S1-S3)的至少一部分连接于各个所述模数 转换器(2，3)，其特征在于，所述控制单元(6)具有用于实施根据前述权利要求中任一项 所述的方法的设备；以及用于所述测量值(MW1-M3)、所述单次测量值(Dl)和所述信息(M)的输出设备。
8.一种具有多个用于检测如压力、力、温度或类似值的物理测量值的传感器单元 (7-9)的测量传感器，其中，所述测量传感器具有至少一个根据权利要求7所述的模拟输入 电路(1)，所述模拟输入电路用于检测相应的、来自于各个所述传感器单元(7-9)的模拟输 入信号(S1-S3)。
9.一种特别是用于在双线电流回路(ZL)上运行的测量变换器，具有多个用于检测如 压力、力、温度或类似值的物理测量值的传感器单元(7-9)，其中，所述测量变换器具有至少 一个根据权利要求7所述的模拟输入电路(1)，所述模拟输入电路用于检测相应的、来自于 各个所述传感器单元(7-9)的模拟输入信号(S1-S3)。
全文摘要
本发明涉及一种用于可靠检测多个模拟输入信号(S1-S3)的方法。输入信号(S1-S4)利用两个模数转换器(2，3)被转换为相应的数字的单次测量值(D1-D3)。具有预设总数(ZG)的测量时钟脉冲(T)的第一测量平均周期(M1)由上一级控制单元(6)进行预设。模数转换器(2，3)可以利用至少一个可由控制单元(6)控制的多路复用器(4，5)连接于输入信号(S1-S3)的至少一部分。分别在第一测量平均周期(M1)内，由第一模数转换器(2)在第一数量(Z1)的、优选是相应于总数(ZG)的数量的测量时钟脉冲(T)中检测第一输入信号(S1)，并且由控制单元(6)累计地求平均以得到第一测量值(MW1)。由第二模数转换器(3)在和第一数量(Z1)相比较小的数量(Z2)的测量时钟脉冲(T)中检测第二输入信号(S2)，并且累计地求平均以得到第二测量值(MW2)。由第二模数转换器(3)在第三数量(Z3)的测量时钟脉冲(T)中、优选的是在仅仅一个测量时钟脉冲(T)中检测第一输入信号(S1)，作为至少另一个单次测量值(D1′)。如果至少另一个单次测量值(D1′)与同步地由所述第一模数转换器(2)检测的所述单次测量值(D1)的偏差、或与到那时为止被求平均的第一测量值(MW1′)的偏差超过最大允许的偏差值，则输出信息(M)。
文档编号G01D1/18GK101903748SQ200880122175
公开日2010年12月1日 申请日期2008年12月18日 优先权日2007年12月19日
发明者丹尼尔·鲍尔, 乌尔里希·哈恩, 埃里克·谢米斯凯, 库尔特·舒尔迈斯特, 彼得·施米特, 拉尔夫·沃尔特, 罗宾·普马尼克, 萨比娜·埃克塔勒, 西蒙·罗尔巴赫, 迈克尔·格佩特, 马丁·施帕茨 申请人:西门子公司
技术领域：
本发明涉及一种用于可靠检测多个模拟输入信号的方法，该输入信号利用第一和 第二模数转换器被转换为相应的数字的单次测量值。本发明涉及一种模拟输入电路，具有用于多个模拟输入信号的电输入端；用于 输出对应一致的测量值的测量值输出端；以及用于输出信息、特别是错误信息或报警信息 的信息输出端。模拟输入电路具有一个上一级控制单元；两个模数转换器以及至少一个 在前接入的、可控制的多路复用器，该多路复用器用于利用控制单元将输入信号的至少一 部分连接于各个模数转换器。最后，本发明涉及一种测量传感器以及一种特别是用于在双线电流回路上运行的 测量变换器。测量传感器以及测量变换器分别具有多个用于检测如压力、力、温度或类似 值的物理测量值的传感器单元；以及至少一个这样的模拟输入电路，该模拟输入电路用于 检测相应的、来自于各个传感器单元的模拟输入信号。
背景技术：
模拟输入信号理论上可以来自于任意的信号源，例如来自于测量传感器或来自于 音频源或视频源。本申请的重点是那些在其中检测作为测量值的物理值的方法，这些值例如为压 力、温度、力、流量或类似值。测量值典型地来自于传感器单元，例如来自于压力传感器、温 度传感器、力传感器或流量传感器。传感器单元例如可以集成在测量传感器或测量变换器 中，或者连接在其上。测量变换器可以是现场设备，该设备典型地使用于系统技术和自动化 技术中，例如使用于化学工业、石油化学中和井下开采中。这样的测量变换器，例如西门子 公司(Fa. Siemens)的型号为SITRANS P的测量变换器，在双线电流回路上运行以用于传输 测量值。通过同一个双线电流回路，测量变换器也被供给了用于为电子电路馈电的电能。通常这样的测量传感器和测量变换器具有一个或多个模拟输入电路，这些电路利 用相应的测量方法实现测量。对此，模拟输入电路具有一个或多个所谓的模拟_/数字-转 换器，缩写为模数转换器(A/D-Umsetzer)。该转换器将施加的模拟输入信号或测量信号转 换为对应一致的数字的测量值。可以通过来自于多个单次测量值的平均值来提高需要检测 的输入信号的准确性。如果设计为检测多个输入信号，那么可以在模数转换器之前接入模 拟的多路复用器。这种多路复用器例如可以由上一级控制单元、例如由微控制器进行控制， 以用于选择期望的测量通道。可替换的是，多路复用器可以已经被集成在模数转换器中。在 此情况下，模数转换器具有多个用于模拟输入信号的信号输入端。为了检测开头所述的测量值，在测量传感器和测量变换器中，特别是为了实现精 确地调节工业的或化学的过程而需要高度精确的并且同时快速的测量，以便例如可以在 压力下降的情况下能够以过程技术(prozesstechnisch)快速接入(eingreifen)。在其 上还对运行安全性和可靠性提出了高要求的那些测量传感器和测量变换器也必须以更高的标准进行认证，例如根据所谓的按照IEC 61508的SIL标准(SIL表示安全完整性等级 (Safety Integrity Level))。为了满足该标准已知的是，冗余地装配测量传感器或测量变换器。在这种解决方 案中不利的是由于两倍或甚至于多倍的设计而产生的大的空间需求量以及高费用。也已知 了测量设备，该设备满足以上所述标准，并且同时不冗余地设计。然而这样的测量设备很昂 贵，这是因为所需要的模数转换器必须是快速的、安全的并且同时也还必须是高精度的。这 种特殊的模数转换器与常规的模数转换器相比贵许多倍，常规的模数转换器相比较而言或 者是快速但精度低，或者是精度高但速度慢。特殊的模数转换器的价格经常高于被大批量 生产的商业的模数转换器多个价格等级。此外也要考虑的是，采样率通过模拟输入信号的 多路复用而被大大降低。在通常应用的希格马_德尔塔转换器(Sigma-Deltal-Umsetzern) 中，即使当例如两个或三个输入信号被“多路复用(gemultiplext)”时，采样率甚至降低了 6个系数(Faktor)。其原因在于模数转换器的输入电路中滤波器的必需的起振时间。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提出一种用于可靠检测多个模拟输入信号的方法，以及 一种用于实施该方法的模拟输入电路。本发明的另一个目的在于，提出具有这种类型的模拟输入电路的一种合适的测量 传感器以及一种合适的测量变换器。本发明的目的在方法方面利用权利要求1所述的特征实现。有利的方法变体在从 属权利要求2至6中给出。在权利要求7中给出了一种用于实施根据本发明的方法的模拟 输入电路。分别在权利要求8中给出了一种测量传感器和在权利要求9中给出了一种测量 变换器，该测量传感器和测量变换器都具有根据本发明的模拟输入电路。根据本发明，该方法规定用于可靠检测多个模拟输入信号。输入信号利用两个模 数转换器被转换为相应的数字的单次测量值。具有测量时钟脉冲的预设总数的第一测量平 均周期由上一级控制单元进行预设。模数转换器可以利用至少一个可由控制单元控制的多 路复用器连接于输入信号的至少一部分。分别在第一测量平均周期内，由第一模数转换器 在第一数量优选是相应于总数的数量的测量时钟脉冲中检测第一输入信号，并且由控制单 元累计地求平均以得到第一测量值。由第二模数转换器在和第一数量相比较小数量的测量 时钟脉冲中检测第二输入信号，并且累计地求平均以得到第二测量值。由第二模数转换器 在第三数量的测量时钟脉冲中、优选的是在仅仅一个测量时钟脉冲中检测第一输入信号， 作为至少另一个单次测量值。如果至少另一个单次测量值(Dl')与同步地由第一模数转 换器(2)检测的单次测量值(Dl)的偏差、或与到那时为止被求平均的第一测量值(MWl') 的偏差超过最大允许的偏差值，则输出信息。本发明特别的优点在于，通过适宜地控制两个“常规的”模数转换器，可以实现模 拟输入信号的相比较而言快速、安全并且同时高精度的测量。对此，由监控所需要的第一模 拟输入信号作为主要测量值的载体在大量的测量时钟脉冲中由两个模数转换器中的任一 个求平均以得到高精度的数字测量值。在此期间，该输入信号还被一次或多次“介乎其间 (zwischendrin) ”地由这两个模数转换器中的另一个短时间地“一起测量”，以便检测两个 一样的输入信号彼此间的偏差。由此可以有利地非常快地识别出第一传感器信号的、例如在压力下降时的压力值或流量值的突然的变化。然后可以例如使上一级的过程计算机马上 以调节技术(regelungstechnisch)接入过程中。由两个模数转换器的测量值比较也可以直接确定，是否还可以在指定的公差界限 内精确地检测测量值。此外，表示两个模数转换器中任一个的故障或错误特性的安全指数 不允许有偏差。这种故障或错误特性通过显著的测量值偏差表明。在双重错误的意义上两个模数转换器的同时的、然而极其不可能出现的故障 在这里不再进一步加以考虑。如果也需要排除这种错误，那么例如可以使用两个以不 同技术实现的、尤其是来自不同生产制造者的模数转换器，以便大大降低存在系统错误 的可能性。可替换地或附加地，可以设置有第三模数转换器，以便根据3选2的决策 (2-aus-3-Entscheidung)思想实现还要更高的安全性。在其精确度和速度方面可以彼此相对变化的两个模数转换器例如是所谓的压频 转换器(U-f-Umsetzer) (U表示电压，f表示频率)、希格马-德尔塔转换器或双斜率转换 器。这两个转换器被这样地彼此连接，即它们可以转换所有需要检测的输入信号。该连接 可以利用共同的模拟多路复用器来实现。该连接可以通过各一个在模数转换器之前接入的 多路复用器来实现。多路复用器可以已经集成在模数转换器中。两个模数转换器可以和多 路复用器一起集成在一个共同的电子组件中。可替换地，这样的组件的功能可以是控制单 元的、例如微控制器的一部分。根据一个方法变体，由上一级控制单元预设了具有与测量时钟脉冲的总数相等的 第二测量平均周期。在每个测量平均周期之后，模数转换器与模拟输入信号之间的分配关 系发生变化。这种方法变体的有利之处在于，利用控制单元可以确定各个错误工作的模数转换 器。在此情况下，精确的错误信息例如被输出到监控设备或计算机上。根据另一个方法变体，由上一级控制单元这样地控制至少一个多路复用器，即除 了第二输入信号之外，由各个模数转换器在各个测量平均周期的剩下的测量时钟脉冲中还 检测第三输入信号或另外的输入信号，并且由上一级控制单元累计地求平均以得到第三测 量值或另外的测量值。第三传感器例如可以是温度传感器，其可以在补偿温度误差的意义中用于修正第 一输入信号。特别的是，第三传感器不负责检测主要测量值。根据另一个方法变体，根据测量平均周期的预设数量，由上一级控制单元对用于 第一和第二模数转换器的至少一个校准周期进行预设。另外可替换的是，根据测量平均周期的预设数量，由上一级控制单元交替地对用 于第一或第二模数转换器的校准周期进行预设。优选的是，相应地等于用于校准周期的测量时钟脉冲的总数的每一个测量平均周 期由上一级控制单元进行预设。一个或多个校准周期用于，对例如由于温度影响而产生的 在时间流逝中的测量值的漂移(Wegdriften)进行补偿。此外，本发明的目的通过一种具有用于多个模拟输入信号的电输入端的模拟输入 电路来实现。该输入电路具有用于输出对应一致的测量值的测量值输出端；以及用于输 出信息、特别是错误信息或信号改变信息的信息输出端。该模拟输入电路具有一个上一级 控制单元；两个模数转换器以及至少一个在前接入的、可控制的多路复用器，该多路复用器用于利用控制单元将输入信号的至少一部分连接于各个模数转换器。其特征在于，该控制 单元具有用于实施根据本发明的方法的设备；以及用于测量值和信息的输出设备。有利的是，仅仅在从信号输入端到信号输出端的测量距离的方面冗余地设计这样 的输入电路。这有利地取消了传感器单元或测量位置的双重设计。通过划分成“交错的 (verschachtelte)”周期可以实现监控并且同时避免速度损失，其方式是在其中一个这种 周期内放弃费时的多路复用器。由此可以使用成本低廉的模数转换器，这些转换器在单独 运行中和在没有交错的周期的情况下将可能不能应用。此外，本发明的目的通过一种测量传感器来实现，该测量传感器具有多个用于检 测如压力、力、温度或类似值的物理值的传感器单元。该测量传感器具有至少一个根据本发 明的模拟输入电路，该模拟输入电路用于检测相应的、来自于各个传感器单元的模拟输入信号。最后，本发明的目的通过一种测量变换器来实现，该测量变换器特别地设置用于 在双线电流回路上运行。双线电流回路特别是指一种在工业领域和设备领域中普遍的标准 化的4-20mA_双线电流回路。这样的测量变换器具有多个用于检测如压力、力、温度或类似 值的物理值的、优选地以集成的形式的传感器单元。测量变换器具有至少一个根据本发明的模拟输入电路，其用于检测相应的、来自 于各个传感器单元的模拟输入信号。
下面根据附图进一步对本发明以及本发明的有利的实施方式详细地说明。图中示 出图1示出了用于检测多个模拟输入信号的、具有用于实施根据本发明的方法的控 制单元的模拟输入电路、以及测量传感器和测量变换器；图2示出了根据本发明的方法的第一测量平均周期；图3示出了根据第一方法变体的第一测量平均周期；图4示出了根据第二方法变体的第一和第二测量平均周期；和图5示出了根据第三方法变体的第一和第二测量平均周期。
具体实施例方式图1示出了用于检测多个模拟输入信号S1-S3的、具有用于实施根据本发明的方 法的控制单元6的模拟输入电路1以及测量传感器10和测量变换器20。图1的左边部分示例性地示出三个传感器单元7-9，这些传感器单元提供模拟输 入信号S1-S3作为用于紧接着的模拟输入电路1的测量信号。第一传感器单元7例如是差 压测量器，其根据图1的实例检测差压作为以第一输入信号Sl形式的主要测量值Gl。主要 测量值Gl例如在图1的实例中具有1. 55bar的值。借助于输入电路1，安全地、以高测量精 度并且在很短时间间隔中监控该主要测量值G1。实例性的第二测量单元8是绝对压力测量器。该测量器检测以第二输入信号S2或 测量信号的形式的绝对压力值作为测量值G2，在图1的实例中该值为ll.Sbar。由第二传 感器单元8检测的测量值G2例如可以用于修正由第一传感器单元7检测的主要测量值G1。图1的左下方部分示出了温度传感器单元9，其例如检测作为第三测量值G3的温度85°C。 该第三测量值同样可以用于修正主要测量值G1。模拟输入信号S1-S3例如被输送给两个多路复用器4，5，根据相应的转接信号Xl， X2，这些多路复用器将各个模拟输入信号S1-S3连接到各个接下来的模数转换器2，3上。利 用参考标号MX1，MX2表示了被多路复用的输入信号。为了控制多路复用器4，5，多路复用器 和控制单元6、优选地和微控制器进行连接。此外，控制单元6和两个模数转换器2，3以信 号技术连接，以便利用相应的控制信号Cl，C2调节模数转换器2，3的不同的运行方式。如 图1中举例示出地，各一个多路复用器4，5和模数转换器2，3其中之一构成了电子组合单 元11，12。该单元在图1的实例中以虚线表示。两个模数转换器2，3在输出端提供了数字 的单次测量值D1-D3。这些测量值由控制单元6检测并且相应地进行计算方面的处理。在 输出端方面，控制单元6在测量值输出端上提供了与测量值G1-G3对应一致的数字的测量 值MW1-MW3以及第一单次测量值D1。该第一单次测量值例如可以由上一级的过程控制来 用于进行快速调节。然后在一定条件下在信息输出端上可以获取(abgreifbar)错误信息 M或者在报警信息M的意义上的信号改变信息。传感器单元7-9以及根据本发明的模拟输入电路1在图1的实例中被概括为测量 传感器10。全部的组件例如可以布置在电路板上。此外，利用参考标号20示出了测量变换 器，其除此之外还具有双线连接单元21。该单元将数字的测量值MW1-MW3、数字的单次测量 值Dl以及信息M例如转换为频移键控的HART :现场总线信号(HART表示可寻址远程传 感器高速通道的开放通信协议)。利用这种HART 通信，可以对模拟的现场总线系统进 行扩展，该系统基于标准化的4-20mA-双线电流回路ZL。HART 是一种标准化的、普遍 的通信系统，用于构建工业化的数字现场总线。多个参与者(现场设备)可以通过一个共 同的数字现场总线，通过双线电流回路ZL相应于较老的4-20mA标准实现数字通信。按照 4-20mA标准的现存的线路可以直接被使用，并将两个系统并行地运行。可替换的或附加的 是，通过在双线电流回路ZL中注入(EinprSgen )相应的回路电流值，可将数字的测量值 MW1-MW3中之一利用双线连接单元21经过该双线电流回路ZL进行传输。图2示出了根据本发明的方法的第一测量平均周期Ml。根据本发明，第一测量平均周期Ml具有测量时钟脉冲T的预设总数ZG，该第一测 量平均周期被进行预设。测量时钟脉冲T典型地是这样一个最小持续时间，模数转换器2， 3需要该持续时间以用于将模拟输入信号S1-S3转换为数字的单次测量值D1-D3。测量平 均周期Ml优选地具有在由八至三十二范围中的测量时钟脉冲T的总数ZG。在特别的情况 下，总数ZG也可以位于该范围之下、如在六，或位于该范围之上、如在四十。图2的上方部分示例性地示出在十六个测量时钟脉冲T上延伸的测量框Bi。在 第一测量平均周期Ml内，第一输入信号Sl由第一模数转换器2在第一数量Zl的测量时钟 脉冲T中检测。优选的是，在测量时钟脉冲T的可使用的总数ZG的大部分中检测对应于主 要测量值Gl的第一输入信号Si，例如利用在范围12到16中第一数量Zl的测量时钟脉冲 T。在图1的实例中，第一数量Zl符合测量时钟脉冲T的总数ZG，以便使第一输入信号Sl 可以继续被检测。此外，在每个测量时钟脉冲T中检测的数字的单次测量值Dl分别由控制 单元6累计地求平均以得到第一测量值丽1。“累计”意味着，各个单次测量值D1-D3在每 个测量时钟脉冲T之后由控制单元6检测，并且求平均以得到具有因此增加的测量精确度的各个测量值丽1-MW3。此外，对应于第二测量值A2的第二输入信号S2由第二模数转换器3在和第一数 量Zl相比较小的数量Z2的测量时钟脉冲T中检测。各个数字的单次测量值D2由控制单 元6累计地求平均以得到第二测量值MW2。测量时钟脉冲T的第二数量Z2符合测量时钟脉 冲T的总数ZG的大约40% -60%。在图2的实例中，在测量框B2中实现了测量第二输入 端信号S2，该测量框例如由第三个测量时钟脉冲T延伸至第十个测量时钟脉冲。利用参考标号B5表示了转换框，需要使用该转换框用于将模拟输入信号S1-S3转 换到各个模数转换器2，3上。滤波器起振过程，特别是在两个模数转换器2，3的输入电路 中的滤波器起振过程，对于必要的转接时间来说是决定性的。在图2的实例中，需要两个测 量时钟脉冲T用于将一个输入信号S1-S3转换为另一个输入信号S1-S3。显而易见的是，经 常转换测量通道导致了各个模数转换器2，3的大大降低的有效的测量数据率。在图2的实 例中，在转换框B5中当处于第一和第二测量时钟脉冲T期间，实现在第二模数转换器3上 将第一输入信号Sl转换为第二输入信号S2。在第二测量框B2中成功地测量第二输入信号 S2之后，在另一个转换框B5中实现将第二输入信号S2转换为第一输入信号Si。此外，现在根据本发明，第一输入信号Sl同步于第一模数转换器2，由第二模数转 换器3在第三数量Z3的测量时钟脉冲T的中检测作为至少另一个单次测量值Dl'。在图 2的实例中，在仅仅一个唯一的测量时钟脉冲T中实现了同步检测第一单次测量值Dl以及 另外的单次测量值Dl'。在图2的实例中，利用箭头将该测量时钟脉冲T表示为比较框B4。 与测量时钟脉冲T的可使用的总数ZG相比较，测量时钟脉冲T的第三数量Z3具有的数量 位于测量时钟脉冲T的总数ZG的5% -10%的范围中。优选地分别设置仅仅一个唯一的测 量时钟脉冲T用于同步的检测。可替换的是，该检测(Erfassimg)也可以在另一个紧接着 的测量时钟脉冲T中实现，其中，然后可以对各个另外的第一单次测量值Dl'求平均以得 到另一个共同的第一单次测量值Dl'。例如两个单独的测量时钟脉冲T也可以用于进行并 行的同步比较，其中这些测量时钟脉冲优选地作为比较框B4，在时间上如此布置分布在测 量平均周期Ml上，从而使测量时钟脉冲T的总数ZG的大约三分之一位于两个这样的比较 框B4之间。如果至少另一个单次测量值Dl'超过并行地由第一模数转换器2检测的单次测 量值Dl —个最大允许的偏差，则根据本发明输出信息M。该允许的偏差例如可以位于供使 用的测量值范围的由0. 至3%的范围中。可替换地，如果至少另一个单次测量值Dl'与 到那时为止被求平均的第一测量值MWl ’的偏差超过最大允许的偏差，那么输出信息M。利用参考标号B6表示了节电框，在这段时间内，第二模数转换器3停止检测测量 值。由此，在该不必要的测量时钟脉冲T中，有利地减少了根据本发明的模拟输入电路1的 电流消耗。在图2的实例中示出的、如通过三个点连续地表示的测量平均周期Ml被周期性 地重复。图3示出了根据第一方法变体的第一测量平均周期Ml。区别于图2的实例，在测量框B3中由各个模数转换器2，3除了第二输入信号S2 之外，在示出的测量平均周期Ml的剩下的测量时钟脉冲T中还检测第三输入信号S3。由上 一级控制单元6累计地对该第三输入信号(Dieser)求平均以得到第三测量值MW3。图4示出了根据第二方法变体的第一和第二测量平均周期Ml，M2。
根据本发明，由上一级控制单元6对具有与测量时钟脉冲T的总数ZG相等的第二 测量平均周期M2进行预设。此外，在每个测量平均周期Ml，M2之后，模数转换器2，3与模 拟输入信号S1-S3之间的分配关系发生变化。利用参考标号Mln，M2n表示了测量平均周期 Ml, M2的周期性延续。这种变化布置的特别的优点在于，由上一级控制单元6可以直接确 定错误工作的模数转换器2，3。与以前的实施方式相比，由此提高了根据本发明的模拟输入 电路1的可靠性。在图4的下面部分中，以前的测量平均周期Μ1，Μ2，Μ1η，Μ2η连接了两个校准周期 ΚΙ, K2。在图4示出的实例中，用于校准周期Kl，K2的测量时钟脉冲T的总数ZG分别相应 地等于测量平均周期M1，M2，由上一级控制单元6对总数进行预设。由此实现，根据预设的 数量(这里是η个测量时钟脉冲T的数量)，对两个模数转换器2，3进行校准。这里，交替 地进行校准的优点在于，进一步连续地检测属于主要测量值Gl的第一输入信号Si。图5示出了根据第三方法变体的第一和第二测量平均周期Μ1，Μ2。在当前的实例中交替地又实现通过两个模数转换器2，3检测模拟的输入信号 S1-S3。和前面的图表、图2至图4相比，例如在四个测量时钟脉冲T中检测第二输入信号 S2，以及在三个测量时钟脉冲T中检测第三输入信号S3。重要的是，优选地分别通过测量平均周期Ml，Μ2的总时间宽度，检测分配给主要 测量值Gl的第一输入信号Si。在此期间，同步地通过第二模数转换器3实现至少一次或 多次检测第一传感器信号Si。然后优选地在测量时钟脉冲T内，将两个数字的单次测量值 Dl, Dl'相互进行比较，以便可以尽可能早地彼此确定不允许的偏差。在此情况下，实现了 输出信息Μ，该信息表示测量值检测中出现的错误或第一输入信号Sl的非常快的变化。
权利要求
一种用于可靠检测多个模拟输入信号(S1 S3)的方法，所述输入信号利用两个模数转换器(2，3)被转换为相应的数字的单次测量值(D1 D3)，其中，具有测量时钟脉冲(T)的预设总数(ZG)的第一测量平均周期(M1)由上一级控制单元(6)进行预设；其中，所述模数转换器(2，3)可以利用至少一个可由所述控制单元(6)控制的多路复用器(4，5)连接于所述输入信号(S1 S3)的至少一部分；其中，分别在所述第一测量平均周期(M1)内，由所述第一模数转换器(2)在第一数量(Z1)的优选是相应于所述总数(ZG)的数量的所述测量时钟脉冲(T)中，检测所述第一输入信号(S1)，并且由所述控制单元(6)累计地求平均以得到第一测量值(MW1)；其中，由所述第二模数转换器(3)在和所述第一数量(Z1)相比较小数量(Z2)的所述测量时钟脉冲(T)中检测所述第二输入信号(S2)，并且累计地求平均以得到第二测量值(MW2)；其中，由所述第二模数转换器(3)在第三数量(Z3)的所述测量时钟脉冲(T)中、优选的在仅仅一个测量时钟脉冲(T)中检测第一输入信号(S1)，作为至少另一个单次测量值(D1′)；以及其中，如果至少另一个单次测量值(D1′)与同步地由所述第一模数转换器(2)检测的所述单次测量值(D1)的偏差、或与到那时为止被求平均的第一测量值(MW1′)的偏差超过最大允许的偏差值，则输出信息(M)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由所述上一级控制单元(6)预设具有与所 述测量时钟脉冲(T)的所述总数(ZG)相等的第二测量平均周期(M2)，其中，在每个所述测 量平均周期(Ml，M2)之后，所述模数转换器(2，3)与所述模拟输入信号(S1-S3)之间的分 配关系发生变化。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，由所述上一级控制单元(6)这样地控 制至少一个所述多路复用器(4，5)，即除了所述第二输入信号(S2)之外，由各个所述模数 转换器(2，3)在各个所述测量平均周期(M1，M2)的剩下的所述测量时钟脉冲(T)中还检测 所述第三输入信号(S3)或另外的输入信号，并且由所述上一级控制单元(6)累计地求平均 以得到第三测量值(MW3)或另外的输入信号。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，根据所述测量平均周期 (M1，M2)的预设数量，由所述上一级控制单元(6)对用于所述第一和第二模数转换器(2，3) 的至少一个校准周期(K1，K2)进行预设。
5.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，根据所述测量平均周期(Μ1，Μ2)的 预设数量，由所述上一级控制单元(6)交替地对用于所述第一或第二模数转换器(2，3)的 校准周期(Κ1，Κ2)进行预设。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，相应地等于用于所述校准周期(Κ1， Κ2)的所述测量时钟脉冲⑴的总数(ZG)的每一个所述测量平均周期(Ml，Μ2)由所述上 一级控制单元(6)进行预设。
7.一种模拟输入电路(1)，具有用于多个模拟输入信号(S1-S3)的电输入端；用于输 出对应的测量值(MW1-MW3)和第一单次测量值(Dl)的测量值输出端；以及用于输出至少一 个信息(M)的信息输出端；其中，所述模拟输入电路具有一个上一级控制单元(6)；两个 模数转换器(2，3)；以及至少一个在前接入的、可控制的多路复用器(4，5)，所述多路复用 器用于利用所述控制单元(6)将所述输入信号(S1-S3)的至少一部分连接于各个所述模数 转换器(2，3)，其特征在于，所述控制单元(6)具有用于实施根据前述权利要求中任一项 所述的方法的设备；以及用于所述测量值(MW1-M3)、所述单次测量值(Dl)和所述信息(M)的输出设备。
8.一种具有多个用于检测如压力、力、温度或类似值的物理测量值的传感器单元 (7-9)的测量传感器，其中，所述测量传感器具有至少一个根据权利要求7所述的模拟输入 电路(1)，所述模拟输入电路用于检测相应的、来自于各个所述传感器单元(7-9)的模拟输 入信号(S1-S3)。
9.一种特别是用于在双线电流回路(ZL)上运行的测量变换器，具有多个用于检测如 压力、力、温度或类似值的物理测量值的传感器单元(7-9)，其中，所述测量变换器具有至少 一个根据权利要求7所述的模拟输入电路(1)，所述模拟输入电路用于检测相应的、来自于 各个所述传感器单元(7-9)的模拟输入信号(S1-S3)。
全文摘要
本发明涉及一种用于可靠检测多个模拟输入信号(S1-S3)的方法。输入信号(S1-S4)利用两个模数转换器(2，3)被转换为相应的数字的单次测量值(D1-D3)。具有预设总数(ZG)的测量时钟脉冲(T)的第一测量平均周期(M1)由上一级控制单元(6)进行预设。模数转换器(2，3)可以利用至少一个可由控制单元(6)控制的多路复用器(4，5)连接于输入信号(S1-S3)的至少一部分。分别在第一测量平均周期(M1)内，由第一模数转换器(2)在第一数量(Z1)的、优选是相应于总数(ZG)的数量的测量时钟脉冲(T)中检测第一输入信号(S1)，并且由控制单元(6)累计地求平均以得到第一测量值(MW1)。由第二模数转换器(3)在和第一数量(Z1)相比较小的数量(Z2)的测量时钟脉冲(T)中检测第二输入信号(S2)，并且累计地求平均以得到第二测量值(MW2)。由第二模数转换器(3)在第三数量(Z3)的测量时钟脉冲(T)中、优选的是在仅仅一个测量时钟脉冲(T)中检测第一输入信号(S1)，作为至少另一个单次测量值(D1′)。如果至少另一个单次测量值(D1′)与同步地由所述第一模数转换器(2)检测的所述单次测量值(D1)的偏差、或与到那时为止被求平均的第一测量值(MW1′)的偏差超过最大允许的偏差值，则输出信息(M)。
文档编号G01D1/18GK101903748SQ200880122175
公开日2010年12月1日 申请日期2008年12月18日 优先权日2007年12月19日
发明者丹尼尔·鲍尔, 乌尔里希·哈恩, 埃里克·谢米斯凯, 库尔特·舒尔迈斯特, 彼得·施米特, 拉尔夫·沃尔特, 罗宾·普马尼克, 萨比娜·埃克塔勒, 西蒙·罗尔巴赫, 迈克尔·格佩特, 马丁·施帕茨 申请人:西门子公司
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