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Identifizierungssystem unter Verwendung einer gerichteten Nachrichtenübertragung
mittels einer Induktionsschleife Die Erfindung betrifft ein Identifizierungssystem
unter Verwendung einer gerichteten Nachrichtenübertragung mittels einer Induktionsschleife
für sich längs dieser Schleife bewegende Gegenstände, z. B. Eisenbahnwagen, wobei
während der Vorüberfahrt einer an dem sich bewegenden Gegenstand befestigten Identifizierungseinheit
längs der Induktionsschleife einer Auslesestation der in der Identifizierungseinheit
fixierte, aus einer Anzahl von Zeichen bestehende IdentifizierungskodemittelselektromagnetischerSignale
auf die Auslesestation übertragen wird.
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Bei Verwendung dieses Systems zum Identifizieren der Eisenbahnwagen,
insbesondere der Güterwagen, muß die Ausführungsform möglichst widerstandsfähig,
einfach und billig sein, wobei die Identifizierungseinheiten sich bequem .an den
Güterwagen sehr verschiedener Bauart, möglicherweise ohne Einzelteile, befestigen
lassen müssen, die nach gewisser Zeit zu Störungen oder Ausfall führen könnten.
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Solche Identifizierungssysteme sind bekannt aus der deutschen Auslegeschrift
1140 245 und einem Artikel »Die Technik der Güterwagenidentifizierung« von
Dr.-Ing. Hans Ulrich M e y e r in »Signal und Draht«, 54 (1962), 1, S. 11 bis 14.
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Bei Verwendung der bekannten Identifizierungssystemetreten bei einem
aus sieben oder mehr Dezimalzeichen bestehenden Kode Schwierigkeiten auf bei einer
Antennenlänge von z. B. 3 m und bei Zuggeschwindigkeiten von z. B. 160 km/h.
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Für universelle Anwendung, z. B. im europäischen Eisenbahnnetz, müssen
Identifizierungskoden von zwölf bis vierzehn Zeichen benutzt werden, und eine zuverlässige
Auslesung wird bei einer Zuggeschwindigkeit von 160 km/h eine Antennenlänge von
etwa 3 m in der Praxis erfordern.
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Das Identifizierungssystem nach der Erfindung genügt den gestellten
Anforderungen dadurch, daß jedes der Zeichen des Identifizierungskodes durch eine
für das Zeichen spezifische Kombination aus mehreren Hörfrequenzsignalen gekennzeichnet
ist, die für mehrere Zeichen gleichzeitig übertragen werden.
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Bei den erwähnten, bekannten Systemen werden die Zeichen des Identifizierungskodes
nacheinander übertragen. Mit Rücksicht auf die Einschwingdauer ist eine gewisse
Zeitspanne zum zuverlässigen Erkennen und Übertragen eines Zeichens erforderlich,
während in der Auslesestation nach dem Empfang und nach der Aufzeichnung eines Zeichens
auch eine gewisse Zeit zum Umschalten der Apparatur auf die Übertragung des nächstfolgenden
Zeichens erforderlich ist. Im Falle von Eisenbahnwagen ist weiter die Länge der
Empfangsantenne an der Auslesestation beschränkt, um gleichzeitige Kopplung mit
den Identifizierungseinheiten von zwei Wagen eines Zuges zu vermeiden. Die zum Übertragen
aller Zeichen des Identifizierungskodes erforderliche Zeit und die gewählte Länge
der Empfangsantenne bedingen die maximale Geschwindigkeit des Zuges, bei welcher
eine zuverlässige Identifizierung jedes Wagens noch möglich ist.
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Bei Durchführung der Erfindung werden die erwähnten Nachteile durch
gleichzeitige Übertragung des Identifikationskodes aller oder mindestens mehrerer
Zeichen behoben, so daß die Erkennungszeit pro Zeichen der maximalen Wahrnehmungszeit
oder einem erheblichen Teil dieser Zeit, z. B. der Hälfte, entspricht.
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Die gewünschte gleichzeitige Übertragung kann dadurch bewerkstelligt
werden, daß entweder ein Frequenzmultiplexübertragungssystem oder ein Zeitmultiplexübertragungssystem
oder eine geeignete Kombination dieser beiden Verfahren verwendet wird.
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Unter Zeitmultiplexübertragung soll hier ein Übertragungssystem verstanden
werden, bei dem aufeinanderfolgende Zeichen mit einer Frequenz abgetastet werden,
die erheblich höher ist als die höchste zu übertragende Zeichenfrequenz, z. B. mindestens
zweiundeinhalbmal höher.
Bei Verwendung eines Frequenzmultiplexsystems
ist es aus praktischen Gründen erwünscht, die :zum Übertragen verwendeten Trägerwellenfrequenzen
niedriger als etwa 150 kHz zu wählen, einerseits auf Grund von Störungen, die durch
das System in Funkverbindungen hervorgerufen werden können, -und andererseits auf
Grund der .zu erwartenden Störungen in dem Ideiitifikationssystäm, z. B. wenn eine
Auslesestelle in der Nähe eines Lang- oder Mittelwellenseüders angebracht ist.
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Bei Verwendung eines Zeitmultiplexübertragungssystems ist es erwünscht,
zum Übertragen der dabei auftretenden, verhältnismäßig breiten Frequenzbänder von
z.B. 40 bis 100 kHz für die Übertragung von sieben bis dreizehn Zeichen diese breiten
Frequenzbänder auf aus praktischen Gründen sehr hohen Trägerfrequenzen von z. B.
20 bis 30 MHz zu übertrageü.Diese verhältnismäßig hohen Trägerfrequenzen erfordern
verhältnismäßig geringe Trägerwcllenleistungen, um das Zeichen des sich bewegenden
Gegenstandes auf die Auslesestelle zu übertragen, da Störungen der in der Nähe vorhandenen
Funksender einen verhältnismäßig niedrigen Pegel haben und die von Fahrströmen stammenden
Störungen in diesem Frequenzbereich verhältnismäßig gering sind.
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Zum Erzielen einer züfriedenstellenden Übertragung soll die Modulationsfrequenz
vorzugsweise nicht größer sein als etwa 1 bis 2 °/o der Trägerfrequenz, so daß mit
Rücksicht auf vorstehendes die Mödulätionsfrequenzen auf ein Maximum von etwa 1500
Hz beschränkt werden. Bei Anwendung mehrerer Trägerwellen wird die höchste Modulationsfrequenz
durch die niedrigste Trägerfrequenz bedingt, was zu der Wahl der Hörfrequenzsignale
im Gesprächsband von 300 bis 3400 Hz, vorzugsweise Staridatdtelegraphiefrequenzen
mit einem Zwischenraum von 120 Hz, zum Kennzeichnen der Zeichen des Identifikationskodes
führt.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand einiger Ausführungsbeispiele
der schematischen Zeichnung näher erläutert.
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F i g. 1 zeigt ein vereinfachtes Schaltbild einer Identifizierungseinheit
nach der Erfindung; F i g. 1a zeigt eine Abart der Speiseeinheit der Vörrichtung
nach F i g. 1; F i g. 2 zeigt das Prinzip der $mpfangsvorrichtung an der Auslesestelle
zum Zusammenwirken mit Identifizierungseinheiten nach F i g: 1; F i g. 3 zeigt eine
andere Ausführungsform der Identifizierungseinheit; F i g. 4 zeigt eine Empfangsvorrichtung,
die mit der Identifizierungseinheit nach F i g. 3 zusammenwirkt.
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Die Identifizierungseinheit nach F i g. 1 dient für einen aus sieben
Dezimalziffern bestehenden Identifizicrungskode, welche Ziffern mittels sieben Trägerwellen
gleichzeitig durch Amplitudenmodulation jeder dieser Trägerwellen mit zwei kennzeichnenden
aus fünf Tonfrequenzen übertragen werden. Die Speiseeinheit 1 liefert zwei verschiedene
Gleichspannungen für das Netz 2, an welches sieben 'rrägerwellenoszillatoren CGl
... CG7 und fünf Tongeneratoren AG,... A05 angeschlossen sind.
Die Speiseeinheit 1
kann eine beliebige Gleichstromquelle sein, aber für Eisenbahnwagen
kommt eine Batterie oder eine andere mitgeführte Stromquelle aus vorerwähnten Gründen
kaum oder gar nicht in Betracht, und es wird daher in dem dargestellten Beispiel
die Speiseenergie auf elektromaglnetischeln Wege der Auslesestelle mittels der lgmpfaUgsspüle
L, entnommen, die mit dem Kondensator Üi tiineü auf die Speisefrequenz abgestimmten
Kreis bildet und an die über die Gleichrichter Bi und Bz das Netz 2 angeschlossen
ists in dem dle Cjileich`späiiiiüngerl durtli die !Cfindensätbren -;v. und C3 geglättet
werden. Sobald die Empfangsspule L, in den Bereich der durch die Speisefrequenz
erregten Sendeschleife für die Speiseenergie der Auslesestelle gelangt und die Gleichspannungen
im Netz auftreten, werden gleichzeitig die erwähnten sieben Trägerwellenoszillatoren
und die fünf Tongeneratoren wirksam.
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Die längs der Bahn angeordnete Auslesestelle kann selbsttätig von
einem herankommenden Zug durch ein geeignetes Signal wirksam gemacht werden, das
z. B. einem Gleisstromlauf entnommen wird, so daß die Sendeschleife der Auslesestelle
bereits durch die Speiseenergie der gewählten Speisefrequenz erregt wird und die
Empfangsglieder der Auslesestelle bereits zum Auslesen der Identifizierungskode
bereit sind, wenn die erste Identifizierungseinheit des Zuges, die an dessen erstem
Wagen befestigt ist, die Auslesestelle erreicht.
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In der Kodierungsmatrix M jeder Identifizierungseinheit werden die
Tonfrequenzen entsprechend der Identität des betreffenden Wagens von den Primärleitungen
P,... P5 auf die Sekundärleitungen Si ... S7 übertragen. In dem dargestellten Beispiel
wird vorausgesetzt, daß der 2-aus-5-Kode wie folgt zusammengesetzt ist:
| Ziffer l P:, I P2 I P3 P4 P' |
| 1 x x - - - |
| 2 x - x - - |
| 3 x - - x - |
| 4 x - - - x |
| 5 - x x - - |
| 6 - x - x - |
| 7 - x - - x |
| 8 - - x x - |
| 9 - - x - x |
| 0 - - - x x |
Die Kodierungsmatrix M ist im Beispiel nach F i g. 1 auf den Kode 4 0 716 7 8 eingestellt.
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Auf diese Weise werden die erste Sekundärleitung S, an den ersten
Trägerwellenoszillator CGI gleichzeitig die zwei Tonfrequenzen zugeführt, die von
dem ersten Tongenerator AG" in der Primärmatrixleitung P, und von dem fünften
Tongenerator AG, in der Primär= matrixleitung P5 geliefert werden. Die durch
Punkte an den Kreuzungsstellen schematisch angedeuteten Kopplungen in der Matrix
müssen verhältnismäßig schwach gehalten werden, z. B. durch Begrenzungsimpedanzen,
da jede Tonfrequenz gleichzeitig in mehrere Sekundärleitungen gespeist werden muß.
Es wird in dem dargestellten Beispiel die zweite Ton-Irequenz über die zweite Primärleitung
P2 gleichzeitig den vier Sekundärleitungen S3, 94, SS und SB zugeführt. Ein
anderer Grund, weshalb die Matrixkopplungen schwach sein müssen, ist der, daß z.
B, (F i g. 1) die zweite Tonfrequenz nicht über die drei Kopplungen P,S4, 54P1 und
PISl die Leitung S, auf einem Störpegel erreichen darf. Es ist weiter erwünscht,
daß die Kodierungsmatrix bequem geändert werden kann: Besonders zweckmäßig eignet
sich die Spulenmatrix nach der niederländischen Patentanmeldung 292 364,
Die
durch die Primärleitungen P1 und P5 auf die Sekundärleitungen S1 übertragenen Hörfrequenzen
afl und a f, werden durch den Modulator CM, auf die erste Trägerwellenfrequenz
cfl aufmoduliert; die mit dieser Modulation ausgesandt wird. Dies kann z. B. durch
einen Ferritstab F1 erfolgeni der einen gemeinsamen Kern für Induktivitäten und
Kopplungsspulen des Trägerwellengenerators CGl und den Modulator CM, bildet.
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Auf analoge Weise werden die anderen Träger- a wellen cfz... cf, mit
je zwei der fünf Hörfrequenzen afl ... afg moduliert und ausgesandt.
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Die kennzeichnenden Hörfrequenzen können auch an der Auslesestelle
erzeugt und auf die Speisefrequenz aufmoduliert werden. Die Speiseeinheit jeder
Identifizierungseinheit nach F i g. 1a liefert in diesem Falle nach Gleichrichtung
(Bi, B@ der aufgefangenen Energie eine Gleichspannung, welcher die fünf Tonfrequenzen
überlagert sind. Die Gleichstromenergie wird über die Tiefpaßfilter LFl und LFt
an die Trägerwellengeneratoren CGl ... CG7 zugeführt, während die fünf Hörfrequenzen
fünf Tonfiltern zugeführt werden, welche die Tongeneratoren AG,...
AG» nach Fig. 1 ersetzen und den Primärmatrixleitungen P1 ... P6 die gleichen
Tonfrequenzen afl ... afb zuführen.
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Die Empfangsvorrichtung an der Auslesestelle für die von der Identifizierungseinheit
nach F i g. 1 ausgesandten Signale ist schematisch in F i g. 2 dargestellt.
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Die Antennenschleife 3 empfängt gleichzeitig sieben Trägerfrequenzen,
die mit je zwei aus fünf Tonfrequenzen während der ganzen Dauer der zur Verfügung
stehenden Auslesezeit gekennzeichnet werden. Nach Verstärkung in dem Antennenverstärker
4 werden die sieben Trägerfrequenzen durch die Filter CF'1 ... CF7 voneinander getrennt.
An den Ausgang jeder dieser Filter ist ein Amplitudendetektor Dl ...
D7 angeschlossen, von denen nur der erste, Dl, in Fig. 2 dargestellt ist. Der Detektor
Dl liefert die zwei Hörfrequenzen, welche die erste Trägerfrequenz cfl modulieren,
im Beispiel nach Fig. 1 die zwei Hörfrequenzen a f, und a fg
. Nach Verstärkung in dem Niederfrequenzverstärker 5 werden sie dem gemeinsamen
Eingang einer Gruppe von fünf Tonfiltern AF, :.. AF, zugeführt, von denen
in dein gewählten Beispiel nur die Filter AF, und AF, je ein Ausgangssignal liefern,
während die übrigen drei Filter AF2, AF, und AF, kein Ausgangssignal erzeugen, da
die betreffenden Tonfrequenzen fehlen.
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Die Ausgänge der fünf Tonfilter sind an eine 2/5-Dekodierungsschaltung
6 angeschlossen, die das erste Zeichen (»4u in dem dargestellten Beispiel) des Identifizierungskodes
in einer zur weiteren Verarbeitung geeigneten Form, z. B. zum Durchlochen eines
Bandes oder zum Telexübertragen auf eine zentrale Kommandostelle, erzeugt.
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An jedes der sieben Trägerwellenfilter CFl ... CF7 ist eine
identische Gruppe eines Detektors D, eines Niederfrequenzverstärkers 5, einer Gruppe
von fünf Tonfiltern AF, - - - AF, und einer 2/5-Dekodierungsschaltung 6 angeschlossen.
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Die Anzahl von Trägerwellen, die in dem angegebenen Beispiel nur sieben
ist, kann unbedenklich ausgedehnt werden. In dem Bereich von 45 bis 146 kHz können
mit Intervallen von 10 °/o zwischen benachbarten Trägerfrequenzen dreizehn Trägerfrequenzen
untergebracht werden, die mit je zwei aus fünf Tonfrequenzen moduliert werden können,
die z. B. die Standardtelegraphiefrequenzen von 420, 540, 660, 780 und 900 Hz sein
können.
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F i g. 3 zeigt schematisch die Identifizierungseinheit eines Ausführungsbeispiels,
bei dem die kennzeichnenden Tonfrequenzen der dreizehn Ziffern eines dezimalen Identifizierungskodes
in Zeitmultiplex mittels einer einzigen Trägerfrequenz gleichzeitig übertragen werden.
Die Speiseeinheit ist in F i g. 3 nicht dargestellt; sie kann der nach den F i g.
1 und 1a entsprechen. Die fünf Tongeneratoren oder Tonfilter AG,...
AGg speisen die Primärleitungen P,... P, der Ködierungsmatrix M mit fünf Ton> frequenzen,
die entsprechend dem Identifizierungskode auf gleiche Weise wie in dem vorhergehenden
Beispiel auf die dreizehn Sekundärleitungen S,... S" übertragen werden, die mit
je einer normalerweise gegperr= ten Torschaltung G1 ... G13 verbunden sind. , Dem
Eingang jedes Tores wird somit ein Gemisch von zwei aus fünf Tonfrequenzen zugeführt.
Die Steuerelektroden der Torschaltungen sind mit den dreizehn Ausgängen eines elektronischen
Ringzählers verbunden, an dem zyklisch Durchlaßimpulse kurzer Dauer auftreten. Wenn
der Ringzähler 7 mit einem Rhythmus von 3000 Zyklen pro Sekunde angetrieben wird,
wer= den somit die Torschaltungen je 3000mal pro Sekunde für eine kurze Zeit, z.
B. während 10 .sec, geöffnet, und sie lassen dann den Augenblickswert der aus zwei
Tonfrequenzen bestehenden Eingangsspannung durch. Die kurzen durchgelassenen Impulse
reichen jedoch aus, um die zwei Eingangstonfrequenzen vollständig zu bestimmen.
Da das Öffnen der Torschaltungen in zyklischer Reihenfolge von dem Ringzähler gesteuert
wird, erscheint an dem gemeinsamen Ausgang eine mit konstanten Intervallen weiterlaufende
Reihe von Impulsen veränderlicher Größe mit einer Frequenz von 3000 - 13 = 39000
Hz. Dieses Signal Wird von dem Modulator 9 auf die von dem Trägerwellengenerator
8 gelieferte Trägerfrequenz von z. B. 27 MHz aufmoduliert, die mit dieser Modulation
durch die Antenne 10 ausgesandt wird.
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An der Auslesestelle empfängt der Empfänger nach F i g. 4 das Signal
durch die Antenne 11 und nach Verstärkung in einem Verstärker 12 werden die durch
Detektion in einem Detektor 13 erhaltenen Impulse dem gemeinsamen Eingang einer
Gruppe von dreizehn Torschaltungen Gi ... G13 zugeführt, die durch einen Ringzähler
14 in Synchronismus mit der Steuerung der Torschaltungen G1 ... G13 der F i g. 3
gesteuert werden: Die Torschaltungen Gi ... G13 lassen infolgedessen die
von dem gemeinsamen Detektor 13 stammenden Impulse in solchen Zeitpunkten passieren;
daß am Ausgang eines bestimmten Tores G' lediglich die Impulse auftreten, die das
Gemisch der zwei kennzeichnenden Tonfrequenzen für die betreffende Ziffer des Identifizierungskodes
vertreten. Es kann daraus wieder durch fünf Tonfilter AFl, AF, und eine 2/5=Dekodierungsschaltung
15 die übertragene Ziffer erhalten werden.
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Die Synchronisierung der Ringzähler 7 und 14 kann auf verschiedene
bekannte Weisen erfolgen; es kann z. B. den gewünschten dreizehn Ziffern ein vierzehntes
Zeichen zur Markierung einer bestimmten Stelle in dem Abtastzyklus zugeordnet werden.
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Das Identifizierungssystem nach der Erfindung ermöglicht das Auslesen
eines aus zwölf oder mehr Zeichen bestehenden Identifizierungskodes bei einer Zuggeschwindigkeit
von 160 km/h oder mehr mit einer Länge der Antennenschleife von nicht mehr als
3
m auf'zuverlässige Weise, und das erfindungsgemäße System erbringt außerdem verschiedene
weitere Vorteile. Ist eine Trägerwelle zugegen und fehlt der Hörfrequenzkode, so
kann das System z. B. dieses Fehlen positiv angeben. Weiter führen die empfangsseitig
vorgesehenen Tonfilter, die eine beschränkte Bandbreite haben, selbsttätig eine
Erkennenszeit von 10 m/sec oder mehr für jeden der Töne herbei, so daß lediglich
Tonfrequenzen, die während mindestens dieser Zeit empfangen werden, aufgezeichnet
oder weitergeleitet werden. Dies bedeutet eine große Unempfindlichkeit gegen Störungen,
die durch Funken zwischen Oberleitung und Stromabnehmer oder sonstwo in der Starkstromanlage
eines Zuges entstehen können. Infolge des gleichzeitigen Auslesens entsprechend
den angegebenen Ausführungsbeispielen steht die erwähnte lange Erkennenszeit stets
pro Zeichen ganz zur Verfügung, da alle Zeichen des Identifizierungskodes die ganze
Auslesezeit benutzen können.
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Es sei bemerkt, daß das geschilderte Identifizierungssystem unabhängig
von der Fahrtrichtung wirksam ist, so daß z. B. durch Puffererscheinungen hervorgerufene
Schwingbewegungen der Identifizierungseinheit an der Stelle der Auslesestation das
Auslesen der Identifizierungskode nicht stören.