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Verfahren und Anordnung zum selbsttätigen Prüfenfrequenzabhängiger
Größen auf Einhaltung bestimmter, freguenzabhängig gestufter Grenzwerte
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum selbsttätigen Prüfen frequenzabhängiger
Größen auf Einhaltung bestimmter, frequenzabhängig gestufter Grenzwerte.
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Um frequenzabhängige Größen, z. B. die frequenzabhängige Dämpfung
einer Fernsprechleitung, auf die Einhaltung ebenfalls frequenzabhängiger Grenzwerte
hin zu überprüfen, werden diese Größen nach dem Stand der Technik in entsprechende
Spannungswerte umgesetzt und mit einem spektral auflösenden Wechselspannungsmesser,
beispielsweise dem sogenannten Pegelsichtgerät, angezeigt. Der angezeigte Wert muß
dann von einer Person mit den für jede Frequenz vorgegebenen oberen und unteren
Grenzwerten verglichen werden. Bei Verwendung eines Pegelsichtgeräts, das den gesamten
Verlauf der interessierenden Größe in einem bestimmten Frequenzbereich auf dem Schirm
einer Kathodenstrahlröhre sichtbar macht, wird für die Gut-Schlecht-Entscheidung
eine direkt auf den Schirm aufgelegte graphische Darstellung, das sogenannte Toleranzschema,
benutzt, in dem die erlaubten Gebiete für die betreffende Größe deutlich von den
unerlaubten unterschieden sind. Die Prüfung kann sich dabei auf die Feststellung
beschränken, daß der angezeigte Kurvenzug an keiner Stelle durch ein unerlaubtes
Gebiet geht, ist aber immer noch an die Beobachtung durch eine Bedienungsperson
gebunden.
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Die Erfindung hat zum Ziel, diesen personellen Aufwand zu beseitigen
und eine Möglichkeit zum selbsttätigen Prüfen frequenzabhä,ngiger Größen auf Einhaltung
bestimmter, frequenzabhängig
gestufter Grenzwerte zu schaffen.
Dies wird nach der F,rfindung durch ein Verfahren erreicht, das dadurch gekennzeichnet
ist, daß aus der zu prüfenden Größe durch frequenzselektive Mittel ein Kriterium
über den Frequenzbereich, der dieser Größe zugrundeliegt, gewonnen wird und dieses
Kriterium zur Steuerung von Vergleichsschaltungen verwendet wird, die ein Kriterium
für die Lage der zu prüfenden Größe inner- oder außerhalb der für den vorher ermittelten
Frequenzbereich vorgegebenen Grenzen liefern. Durch dieses Verfahren wird also aus
der zu prüfenden Größe selbst gleichzeitig der Frequenzbereich, in dem sie auftritt,
und ihr Über- oder Unterschreiten der für diesen Frequenzbereich maßgebenden Grenzen
ermittelt. Eine Weiterbildung des Verfahrens der Erfindung sieht vor, daß die zu
prüfenden Größen zunächst jeweils in eine analoge Spannung bzw. einen analogen Strom
umgesetzt und diese Spannung bzw. dieser Strom einerseits einer Anzahl von Filtern
mit nachgeschalteten, jeweils einen von zwei möglichen Zuständen einnehmenden Schaltstufen
und andererseits einer Anzahl von Schwellenwertschaltungen zugeführt wird, die ihrerseits
durch die Schaltstufen gesteuert werden und bei Über- oder Unterschreiten ihrer
Ansprechschwellen ein Ausgangssignal abgeben, das in eine Registriereinrichtung
gelangt.
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Eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet,
daß so'viele Filter vorgesehen sind, als aufeinanderfolgende Bereiche unterschiedlich
gestufter Grenzwerte zu berücksichtigen sind, und jedem Filter eine Schaltstufe
nachgeschaltet ist, deren Ausgang mit dem Steuereingang mindestens einer Schwellenwertschaltung
verbunden . ist, wobei jede Schwellenwertschaltung noch einen zweiten Eingang als
Signaleingang aufweist, der mit der Klemme, an der die der zu prüfenden Größe analoge
Spannung bzw. der der zu prüfenden Größe analoge Stromabnehmbar ist, in.Verbindungsteht,
und
daß die Ausgänge sämtlicher Schwellenwertchaltungen
an eine Registriereinrichtung gelegt sind.
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Für die. Auslegung der Filter gibt es verschiedene Möglichkeiten.
In einer Ausführung der genannten Anordnung ist vorgesehen, daß die Filter Bandpässe
sind, die eingangsseitig parallelgeschaltet und mit der Klemme, an der die der zu
prüfenden Größe analoge Spannung bzw. der der zu prüfenden Größe analoge Strom abnehmbar
ist, verbunden sind. Eine andere Ausführung der vorher genannten Anordnung ist demgegenüber
so aufgebaut, daß eines der Filter ein Bandpaß und die übrigen Filter Hoch- oder
Tiefpässe sind, wobei sämtliche Filter in Serie geschaltet sind und der Eingang
des ersten Filters mit der Klemme, an der die der zu prüfenden Größe analoge Spannung
bzw. der der zu prüfenden Größe analoge Strom abnehmbar ist, verbunden ist.
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Da im letzteren Fall mehrere Filter gleichzeitig Ausgangssignale abgeben
könnten, sieht eine Weiterbildung dieser Anordnung vor, daß die den Filtern nachgeschalteten
Schaltstufen derart untereinander verbunden sind, daß beim Übergang einer dieser
Schaltstufen in den Arbeitszustand alle gemäß dem Signalfluß durch die übergeordneten
Filter vor der betreffenden Schaltstufe liegenden Schaltstufen zwangsweise in-den
Ruhezustand versetzt werden.
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In einer Ausführung der Erfindung ist jedem frequenzselektiven Glied
eine getrennte Schwellenwertschaltung für den unteren und/oder oberen Grenzwert
zugeordnet.
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Daneben ist es aber auch möglich, die Anordnung der Erfindung so aufzubauen,
daß nur so viele Schwellenwertschaltungen für den unteren Grenzwert und für den
oberen Grenzwert vorgesehen
sind, als frequenzabhängige Abstufungen
dieser Grenzwerte, zu berücksichtigen sind, und jede Schwellenwertschaltung einem
oder mehreren Filtern über die Schaltstufen nachgeschaltet ist.
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Im letzteren Fall könnte bei Auftreten eines Fehlers dieser Fehler
unter Umständen mehreren Frequenzbereichen zugeordnet werden. Um hier eine klare
Trennung zu schaffen, sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, daß
die Registriereinrichtung außer mit den Schwellenwertschaltungen noch mit den Schaltstufen
verbunden ist.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in den Fig. 1 bis 3 dargestellten
Ausführungsbeispiels näher beschrieben und in ihrer Wirkungsweise erläutert. Es
stellen dar: Fig. 1 ein Beispiel für die mit der Erfindung zu lösende Aufgabe Fig.
2 eine Ausführung der Erfindung mit Band Pässen als frequenzselektiven Gliedern
Fig. 3 eine Ausführung der Erfindung mit einem Bandpaß und vier Tiefpässen als frequenzselektiven
Gliedern.
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In Fig. 1 ist die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe schematisch
dargestellt. Eine frequenzabhängige Größe, zum Beispiel ein Widerstand, die Ausgangsspannung
eines Verstärkers oder auch die Dämpfung einer Fernsprechleitung, ist daraufhin
zu überprüfen, daß sie in verschiedenen Frequenzbereichen I bis V jeweils zwischen
den durch die schraffierten Felder angedeuteten Grenzen liegt, also beispielsweise
einen Verlauf gemäß der dazwischen eingezeichneten Kurve nimmt. Diese Aufgabe hat
eine besondere Bedeutung
bei der Prüfung von Fernmeldeleitungen,
deren Dämpfung im Sprachfrequenzbereich von etwa 250 Hz bis 3,3 kHz bestimmte Grenzwerte
weder über- noch unterschreiten darf, wobei die Grenzen aber im unteren und oberen
Teil des genannten Frequenzbereichs weiter auseinander liegen als in der Bereichsmitte.
So sei beispielsweise im Bereich I von 250 Hz bis 400 Hz eine Dämpfung zwischen
0,# Np und -0,1 Np gestattet, im Bereich II von 400 Hz bis 600 Hz eine Dämpfung
zwischen 0,2 Np und -0,1 Np, im Bereich III von 600 Hz bis 2,4 kHz eine Dämpfung
zwischen 0,1 Np und -0,1 Np, im Bereich IV von 2,4 kHz bis 3 kHz eine Dämpfung zwischen
0,2 Np und -0,1 Np und im Bereich V von 3 kHz bis 3,3 kHz eine Dämpfung zwischen
0,4 und -0,1 Np. Es muß nun bei einer Vielzahl von Leitungen geprüft werden, ob
diese Grenzen eingehalten werden und wenn nicht, der Fehler gemeldet werden, wobei
außer der Tatsache, daß die Leitung fehlerhaft ist, auch der Frequenzbereich, in
dem der Fehler auftritt, und die Art des Fehlers (Unter- oder Überschreitung der
Grenzen) interessiert.
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Diese Aufgabe wird mit den Anordnungen von Fig. 2 und Fig. 3 wie folgt
gelöst. Die Anordnung von Fig. 2 enthält fünf Filter 1, die als Bandpässe ausgebildet
sind. Der Durchlaßbereich jedes dieser Filter 1 entspricht jeweils einem anderen
der Frequenzbereiche I bis V. Alle fünf Filter 1 sind eingangsseitig - evtl. über
hochohmige Anpassungsstufen oder hochohmige Widerstände - derart zusammengeführt,
daß sie sich nicht gegenseitig beeinflussen. Der gemeinsame Eingang ist mit der
Klemme verbunden, an der ein der zu prüfenden Größe analoges elektrisches Signal
A (Strom oder Spannung) verfügbar ist. Die Umsetzung der zu prüfenden Größen in
elektrische Größen ist nicht dargestellt, da sie in an sich bekannter Weise geschieht,
wenn die zu prüfenden Größen nicht von vornherein als Strom- oder Spannungsamplituden
anstehen.
Jedem Filter 1 ist eine Schaltstufe 2 nachgeschaltet,
die zwei Zustände, nämlich einen Arbeits- und einen Ruhezustand einnehmen kann.
Der Aufbau derartiger Schaltstufen ist auch an sich bekannt und braucht nicht näher
erläutert zu werden. Die Ausgänge der Schaltstufen 2 sind mit den Steuereingängen
von je zwei Schwellenwertschaltungen 3a und b, beispielsweise Spannungsdiskriminatoren,
verbunden. Wenn sich eine Schaltstufe 2 im Ruhezustand befindet, sperrt sie die
zugehörigen Schwellenwertschaltungen 3a und b, so daß diese auf Signale an ihrem
zweiten Eingang nicht ansprechen können. Befindet sich eine Schaltstufe 2 dagegen
im Arbeitszustand, gibt sie die zugehörigen Schwellenwertschaltungen 3a und b frei,
so daß diese auf ein Signal entsprechender Höhe an ihrem zweiten Eingang mit einem
Ausgangssignal reagieren können.
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Die Signaleingänge der Schwellenwertschaltungen 3 liegen sämtlich
an der Eingangsklemme für die der zu prüfenden Größe analoge elektrische Größe A.
Die Ausgänge aller Schwellenwertschaltungen 3 führen zu einer Registriereinrichtung
4, zum Beispiel einem Druckwerk. Die Schwellenwerte der Schwellenwertschaltungen
3 sind gemäß den vorgegebenen Grenzwerten in jedem Frequenzbereich, der dem Durchlaßbereich
des jeweils zugeordneten Filters 1 entspricht, gewählt. Dabei ist immer eine Schwellenwertschaltung
3a für den oberen und eine zweite Schwellenwertschaltung 3b für den unteren Grenzwert
vorgesehen. Die Schwellenwertschaltung 3a spricht bei Überschreitung ihres Schwellenwerts
und die Schwellenwertschaltung 3b bei Unterschreitung ihres Schwellenwerts an. Dies
kann bei sonst gleichem Aufbau der Schaltungen 3a und b durch eine der Schaltung
3a oder 3b nachgeschaltete Umkehrstufe erreicht werden.
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Die Anordnung arbeitet nun folgendermaßen. Steht am Eingang ein elektrisches
Signal mit einer Frequenz an, die in den Durehlaßbereich eines der Filter
1 fällt, so wird es vom
betreffenden Filter 1 hindurchgelassen
und bringt die zugeordnete Schaltstufe 2 in die Arbeitsstellung. Die betreffende
Schaltstufe 2 gibt die ihr nachgeschalteten beiden Schwellenwertschaltungen 3a und
b über deren Steuereingang frei. An den Signaleingängen sämtlicher Schwellenwertschaltungen
3 liegt gleichzeitig das zu prüfende Signal A. Es kann aber nur die beiden freigegebenen
Diskriminatoren 3a und b beeinflussen. Liegt das zu prüfende Signal unterhalb des
Schwellenwerts der Schaltung 3a und oberhalb des Schwellenwerts der Schaltung 3b,
gibt keine der beiden Schwellenwertschaltungen ein Ausgangssignal ab. Wird dagegen
der Schwellenwert'der Schaltung 3a über- oder der der Schaltung 3b unterschritten,
liefert die betreffende Schaltung ein Ausgangs-Signal, das zum Druckwerk 4 gelangt
und dort eine Registrierung des Fehlers nach Frenuenzbereich und Art (Unter- oder
Überschreitung der Toleranzgrenzen) bewirkt.
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Durch eine einfache Erweiterung der beschriebenen Anordnung läßt sich
im Bedarfsfall daneben auch die ungefähre Größe des Fehlers ermitteln. Man kann
nämlich statt einer Schwellenwertschaltung 3a bzw. 3b für jeden Grenzwert zwei oder
mehr Schwellenwertschaltungen vorsehen, von denen die eine genau auf den Grenzwert
und die andere mehr oder weniger darüber eingestellt ist. Dann läßt sich aus den
gedruckten Fehlerangaben später entnehmen, ob der Grenzwert nur geringfügig oder
in stärkerem Maße über- oder unterschritten wird.
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Damit die Prüfergebnisse nicht durch - meistens sehr kurze -Störspannungen
usw. verfälscht werden, ist es ferner möglich, das Ansprechen der Schwellenwertschaltungen
3 von einer Mindestdauer des Signals A abhängig zu machen, was zum Beispiel durch
getrennte Zeitglieder an den Steuereingängen oder ein gemeinsames Zeitglied in der
Zuführung zu den Signaleingängen bewirkt werden kann. Derartige Zeitglieder können
aber auch an anderen passenden Stellen der Gesamtanordnung vorgesehen werden.
In
der Anordnung von Fig. 2 sind jedem Frequenzbereich I bis V zwei getrennte Schwellenwertschaltungen
3a und b zugeordnet, obwohl bei der hier betrachteten Aufgabe gemäß Fig. 1 der obere
Grenzwert für alle Frequenzbereiche gleich ist (er entspricht beispielsweise einer
Dämpfung von -0,1 Np) und der untere Grenzwert jeweils für die Bereiche L und V
sowie II und IV ebenfalls gleich ist (er entspricht beispielsweise für die Bereiche
I und V einer Dämpflang von 0,4 Np und für die Bereiche 2I und IV einer Dämpfung
von 0,2 Np). Die getrennte Zuordnung von Schwellenwertschaltungen 3 zu jedem Filter
1 hat aber den Vorteil, das aus dem Ausgangssignal eindeutig auf den Frequenzbereich,
in dem der Fehler liegt, geschlossen werden kann. Man kann die Anordnung jedoch
ohne weiteres auch mit einer nur der Anzahl der zu berücksichtigenden Grenzwertstufen
entsprechenden Zahl von Schwellenwertschaltungen 3a und b aufbauen. Dies wird weiter
unten anhand von Fig. 3 beschrieben.
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Die Anordnung von Fig. 3 enthält anstelle von fünf Bandpässen einen
Bandpaß 5 und vier Tiefpässe 6 bis 9, die hintereinandergeschaltet sind. Der Bandpaß
5 hat einen Durchlaßbereich, der den gesamten zu betrachtenden Frequenzbereich umfaßt,
im genannten Zahlenbeispiel also von 250 Hz bis 3,3 kIiz. Der nachfolgende Tiefpaß
6 sperrt an der unteren Bereichsgrenze V, also ab 3 kHz, der nächste Tiefpaß 7 an
der unteren Bereichsgrenze IV, also ab 2,4+ kHz, der folgende Tiefpaß 8 an der unteren
Bereichsgrenze III, also ab 600 Hz und der letzte Tiefpaß 9 an der unteren Bereichsgrenze
II, also ab 250 Hz. Der Ausgang jedes Filters 5 bis 9 ist wieder mit einer Schaltstufe
10 verbunden, wobei aber die Schaltstufen 10 untereinander derart verknüpft sind,
daß ein im Arbeitszustand einer Schaltstufe 10 an ihrem Ausgang auftretendes Signal
sämtliche links von ihr liegenden Schaltstufen zwangsweise in den Ruhezustand versetzt.
| Die Ausgänge der den Bere/ ichen I und V zugeordneten Schalt- |
stufen 10 führen zu einer gemeinsamen Schwellenwertschaltung 11 für den in diesen
beiden Bereichen gleichen unteren Grenzwert und einer weiteren Schwellenwertschaltung
14 für den oberen Grenzwert. Die Ausgänge der den Bereichen II und IV zugeordneten
Schaltstufen 10 führen ebenfalls zu einer gemeinsamen Schwellenwertschaltung 12
für den in diesen beiden Bereichen gleichen unteren Grenzwert und zu der Schwellenwertschaltung
14 für den allen Bereichen gemeinsamen oberen Grenzwert. Der Ausgang der dem Bereich
III zugeordneten Schaltstufe 10 ist dagegen mit einer eigenen Schwellenwertschaltung
13 für den unteren und mit der gemeinsamen Schwellenwertschaltung 14 für den oberen
Grenzwert verbunden.
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Die Signaleingänge aller vier Schwellenwertschaltungen 11 bis 14 sind
wieder an die Klemme für das zu prüfende Signal A geführt, mit der auch der Eingang
des ersten Filters, nämlich des Bandpasses 5, in Verbindung steht. Die Ausgänge
der drei Schwellenwertschaltungen 11 bis 13 für die unteren Grenzwerte sind parallelgeschaltet
und mit dem Druckwerk 15 verbunden, zu dem auch getrennt der Ausgang der Schwellenwertschaltung
14 für den oberen Grenzwert führt. Weitere Eingänge des Druckwerks sind einzeln
mit den fünf Schaltstufen 10 verbunden.
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Die Anordnung arbeitet folgendermaßen. Steht am Eingang ein Signal
A beispielsweise mit einer Frequenz des Bereichs III an, so wird es vom Bandpaß
5, Tiefpaß 6 und Tiefpaß 7 hindurchgelassen und würde folglich die drei ersten Schaltstufen
10 (von links) in die Arbeitsstellung steuern. Die Umsteuerung der dritten Schaltstufe
10 bewirkt aber durch die gegenseitige Verknüpfung der Schaltstufen, daß die ersten
beiden Schaltstufen zwangsweise in der Ruhestellung verharren müssen.
Somit
erreicht letzten Endes nur die erwähnte dritte Schaltstufe 10 den Arbeitszustand.
Sie gibt die Schvrellenwert: chaltung 13 für den unteren Grenzwert und die Schwellenwert.schaltung
14 für den oberen Grenzwert frei. Das Signal A wird wie bei Fig. 2 beschrieben mit
diesen Grenzwerten verglichen. Gibt eine der Stufen 13 oder 14 ein Fehlersignal
an das Druckwert, 15 weiter, so wird dieses mit dem ebenfalls am Druckwerk 15 anstehenden
Ausgangssignal der dritten Schaltstufe 10 kombiniert, so daß der Abdruck eederum
Aufschluß über den Frequenzbereich und die Art des Fehlers gibt.
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Wie vorher bei Fig. 2 ist auch bei Fig. 3 eine Störunterdrückung durch
Zeitglieder möglich. Desgleichen können durch Verdopplung oder Verdreifachung usw.
der Schwellenwertschaltungen 11 bis 14 genauere Angaben über die Fehlergröße gewonnen
werden.
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Die Anordnungen von Fig. 2 und Fig. 3 sind gegenseitig übertragbar,
d. h. auch bei Fig. 2 können anstelle der Bandpässe 1 und Schaltstufen 2 hintereinandergeschaltete
Band- und Tiefpässe 5 bis 9 mit untereinander verknüpften Schaltstufen 10 vorgesehen
werden, während bei Fig. 3 die hintereinanderges^halteten Filter 5 bis 9 und verknüpften
Schaltstufen 10 durch parallelgeschaltete Bandpässe 1 und einfache Schaltstufen
2 ersetzbar sind.
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Anstelle von Tiefpässen können in Fig. 3 auch Hochpässe eingesetzt
werden, wobei der Hochpaß 6 bis zur unteren Grenze des Bereichs II, der Hochpaß
7 bis zur unteren Grenze des Bereichs III usw. zu sperren hätte. Auch Kombinationen
von Hoch-, Tief- und Bandpässen sind denkbar, wobei deren Dimensionierung nach dem
vorhergehenden für jede Aufgabe möglich ist.