通信信号的无接触抽取方法与流程

本发明一方面涉及一种通信信号的无接触抽取方法，所述通信信号在两个通信单元之间交换，其中所述通信信号在多芯电缆的线路上作为电压信号传送。所述两个通信单元具体地一方面为传感器，以及另一方面为致动器以及数字评估或控制单元。此外，本发明涉及执行这样的方法的组装件。

背景技术：

在自动化技术的实践中，我们需要不断地“窃听”信号线中的数据通信，比如为了分析现场总线系统的主方和从方之间的通信。此时在相应的位置分开所述信号线往往是不合适的，因为这至少会关系到临时关闭工厂一次。在传统技术中，已知存在电流夹钳及类似的工具，即钳子式的工具，其夹在电缆周围并根据变压器原理检测信号，无需干预信号线。然而，如果面对的是多芯电缆，则不能分离和夹住其中的单根线，以这样的方式就无法进行抽取，或者检测到的信号过于微弱，使得对原始信号的重建产生的结果不能让人满意。而且，这样的方式只检测电流水平，而不能检测电压信号。

技术实现要素：

本发明的目的是能够甚至在多芯电缆中抽取电压信号，而不必中断线路。

根据本发明，该目的通过根据权利要求1的方法以及根据权利要求4的组装件实现。

根据本发明，所述通信信号被电容抽取，其中至少使用两个电极来抽取，所述电极紧贴电缆覆套之上且相对于电缆轴的角度位置是可变的。为了这一目的，例如，可以考虑钳式的工具，其中所述电极并排沿内周设置。所述至少两个电极均由多个单个电极形成并且被配置为集电极。必不可少的是要通过控制器来顺序地分别改变给所述至少两个集电极的分配的单个电极，从而实现所述集电极的不同角度位置。最后，确定在确定的角度位置上两个电极(10a，10b)之间的差分信号是最大。在这个位置上，在信号线上传送的电压信号可以通过集电极抽取并重建。

在本发明的一个有利的实施例中，分配给所述至少两个集电极的单个电极的改变是在多路复用器中实现的，所述单个电极在所述多路复用器中相互连接，并且所述多路复用器被控制器控制。或者，分配给所述至少两个集电极的单个电极的改变可以通过逻辑单元实现，所述单个电极连接到所述逻辑单元，并且所述逻辑单元被所述控制器控制。

附图说明

以下将基于实施例参考附图对本发明做出更具体的说明。附图包括：

图1a/1b分别示出通过用于无接触抽取通信信号的工具扣住的多芯电缆的截面；

图2示出用于通信信号的无接触抽取方法的第一示范实施例的模块图；以及

图3示出用于通信信号的无接触抽取方法的第二示范实施例的模块图。

在图中，除非另有说明，否则相同标号以同样的含义标识相同的部件。

具体实施方式

图1a和1b分别示出了多芯电缆1的截面。这里示出的是绞合四线控制电缆的典型工业应用。一般而言，该电缆的直径约为5mm，外覆pur或pvc皮。四芯中一般两根是供电线，一根用于模拟处理值，再一根用于通信。通过使用该电缆，两个通信单元被彼此连接起来，其中一个通信单元是传感器或者致动器，而另一个通信单元是数字评估或控制单元，例如plc。这里必要的是两个单元之间以半双工方式进行单向或双向通信，即两个单元不能同时互相交换信息，而只能一个接一个地交换。例如，传感器可能是现场总线装置，比如压力、温度、流量或液面计，该传感器连接到数字评估单元或连接了参数化单元。

具体而言，本发明是用于抽取io-链路通信信号。io-链路是不依赖现场总线的通信系统，用于连接智能传感器及致动器到自动化系统，数据传输率可达230kbaud并且根据标准iec61131-9在国际上被标准化。

为了能够不需切入或中断信号而抽取这些数字通信信号，所述电缆1周围设置了钳形的工具。所述工具主要由多个电极e1-e8形成，这些电极沿着内周并排均匀分布。该实施例如图1a和1b所示包括8个电极只是示例，电极数量可以随意。更多的电极相应地会提高角坐标分辨率。一般而言，当提供的电极比导体多的时候，对于信号测量是更有利的。所述工具的具体结构配置在图1a和1b中省略了，因为具体结构配置对于本发明并不重要。

所述两个集电极10a，10b分别以两个弧形虚线示出。在图1a中，(单)电极e1-e4被连接形成第一集电极10a，且(单)电极e5-e8被连接形成第二集电极，而图1b中(单)电极e1-e3加上e8被连接成第一集电极10a且(单)电极e4-e7被连接形成第二集电极。一个集电极有5个单个电极而另一个仅有3个单个电极也是可以想见的，但是均匀的分布会有利于信号评估。同样，也可以想见仅用两个优选的相对地单个电极实施抽取，而剩余的单个电极被接地，或者所有相对单个电极的信号都被提供给数个放大器。

并且集电极10a，10b都以虚线示出，因为它们不是一成不变的，单个电极e1-e8到两个集电极10a，10b的分配都是可变的，这是图1a和1b的图示需要说明的。通过图2所示的多路复用器21，或者图3所示的逻辑单元25，这一排列一直被改变，直到所有可能的排列以及由此所述集电极10a，10b关于电缆1的所有可能的角度位置都启用一次。一旦启用单个电极的一个排列，单独电容耦合所检测到的通信信号的幅度就被评估并存储到电子评估电路20中。具体做法将参考图2和3进行具体描述。在所有的排列都启用过一次以后，所述评估电路20了解到两个集电极10a，10b针对哪个配置生成了最大的评估信号。就在这一排列中，现在线路2上的通信信号可以用两个集电极10a，10b不断地被“窃听”并且重建。在此，两个集电极10a，10b之间的电容量约为5pf。

图2示出了第一示范实施例中的电子评估电路20的模块图，利用该电子评估电路20，利用电路技术实施对通信信号的抽取和评估。在左边示出了多路复用器21，其在此包括6个单个电极e1-e6。如前所述，单个电极的数量并不限于8个和6个，这里给出的数字只是作为示例。该多路复用器21通过开关位置设置哪个单个电极e1-e6将被连接到第一集电极10a或到第二集电极10b。该多路复用器21被控制器26控制，该控制器26顺序改变分配给两个集电极10a，10b的单个电极e1-e6，直到集电极10a，10b关于电缆的所有可能的角度位置都实现过了。

通过与集电极10a，10b的电容耦合，通信信号的电压变化产生电流信号。在两个集电极10a，10b的每个排列中，这些电流信号起初都各自被提供给低通滤波器22，通过该低通滤波器22，在其他的之外，高频干扰信号可以被滤除，截止频率一般为500khz，然后这些电流信号被提供给放大器23。该放大器23优选以差分跨阻抗放大器的方式实施为差分放大器，以向下游a/d转换器24提供与检测到的电流信号成正比的电压信号。然后在可编程逻辑单元25中，例如fpga或cpld模块中重建数字化信号，如此以在信号线2上提供原始电压信号。

这一电压信号被提供给控制器26，在控制器26中两个集电极10a，10b的各个排列的电流信号各自被存储和评估。然后根据评估情况，通过控制器26实施前述的对多路复用器21的控制。用于视觉显示抽取并重建的通信信号的显示器27以及总线耦合器28一起或互替地连接到控制器26，通过所述控制器26可以建立到数据总线的连接，以便能够将抽取并重建的通信信号通过总线转发到诊断单元。

图3示出了第二示范实施例中的电子评估电路20的模块图，通过该电子评估电路20，通信信号的抽取和评估的可以替代图2的实施例来实现。不同于图2的实施例，单个电极e1-e6到至少两个集电极10a，10b的分配并不是在信号处理开始之时就实施了，而是在其后的处理步骤才实施。

单个电极e1-e6的电流信号再次先各自被提供给低通滤波器22，通过该低通滤波器22，在其他的之外，高频干扰信号可以被滤除，然后这些电流信号各自被提供给放大器23。该放大器信号现在再被提供给a/d转换器24，然后再以数字化的形式被提供到可编程逻辑单元25，例如fpga或cpld模块，这些信号在所述模块中被相互关联。该相关关联操作被下游控制器26控制并且通过加和/或减逻辑进行。因而，所确定的单个电极e1-e6到集电极的分配使得这里的逻辑单元25承担起图2中所示的多路复用器21的功能。在这一实施例中的集电极并不实体可见，因为他们的排列完全是在逻辑单元25中实施，如此以至图3中没有对此给出标记。

在逻辑单元25中，相互关联而产生的数字化的信号被重建到足以让信号线2上的原始电压信号出现在逻辑单元25的输出上的程度。

这一电压信号被提供给控制器26，在控制器26中，两个集电极10a，10b的不同排列的各个电流信号被存储并评估。根据评估情况，通过控制器26实现前述的对逻辑单元25的有关相互关联的控制。用于视觉显示抽取并重建的通信信号的显示器27以及总线耦合器28一起或互替地连接到控制器26，通过所述控制器26可以建立到数据总线的连接，以便能够将抽取并重建的通信信号通过总线转发到诊断单元。

这一实施例较之图2的包括多路复用器的实施例在电路系统方面更为复杂，但是更为灵活。因此，在单个电极到集电极10a，10b的分配中，一些单个电极可以被排除，以至于根据图1a和图1b所示的集电极10a，10b的排列，比如可以仅使用电极e1-e3和e6-e8，而电极e4和e5就不用了。当有的电极因为相对于有效线路的位置而对信号没有贡献的时候这一方案就是有利的了。而且，所述逻辑单元25根据编程情况，既可以顺序也可以同步地评估单极信号的相互关联，而图2所示的多路复用器21只能进行顺序进行相互连接。