DE19839677C1 - Vorrichtung zur Messung der Länge einer elektrischen Leitung nach dem Impulsechoverfahren - Google Patents

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Messung der Länge einer elektrischen Leitung in einem verzweigten Leitungsnetz, mit einem Impulsgeber zum Einspeisen von Impulsen in die Leitung und einer Einrichtung zur Auswertung des Impulsechos, beschrieben, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, daß an das Ende der Leitung ein Zweipol angeschaltet ist, dessen komplexer elektrischer Widerstand auf die Periodendauer des Impulses in der Weise abgestimmt ist, daß sich das daran reflektierte Impulsecho von Echos von anderen Leitungsbauelementen in durch die Auswerteeinrichtung auswertbarer Weise unterscheidet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Länge einer elektrischen Leitung in einem verzweigten Leitungsnetz, mit einem Impulsgeber zum Einspeisen von Impulsen in die Leitung und einer Einrichtung zur Auswertung des Impulsechos, insbesondere unter Betriebsbedingungen und in Leitungsnetzen der Energie- und Nachrichtentechnik.

Zur Messung der Länge einer elektrischen Leitung mit mindestens zwei voneinander isolierten, im wesentlichen parallel liegenden Leitern, beispielsweise eines Kabels, ist das Impulsechoverfahren bekannt. Bei diesem Verfahren wird der Effekt genutzt, daß ein in die Leitung eingespeister elektrischer Impuls an Stellen reflektiert wird, an denen eine Veränderung der elektrischen Parameter zwischen den Leitern vorliegt. Der Abstand zwischen Einspeisepunkt und Reflexionspunkt kann durch eine Messung der zwischen der Einspeisung des Impulses und dem Empfang des Impulsechos verstrichenen Zeitdauer mit Hilfe eines Impulsecho- Meßgerätes bestimmt werden.

Die Darstellung des Abstandes kann direkt als Anzeige eines Zahlenwertes erfolgen. Weiterhin ist die Darstellung des Abstandes als Graph in einem Amplituden-Zeit-Diagramm bekannt.

Mit diesen bekannten Verfahren werden nur dann eindeutig auswertbare Ergebnisse erzielt, wenn das am Anfang des Kabels angeschaltete Impulsecho-Meßgerät mit seinen elektrischen Parametern an die elektrischen Parameter des Kabels angepaßt ist. Außerdem muß das Kabel im gesamten Verlauf zunmindest weitgehend homogen und am Ende möglichst mit einem Leerlauf oder Kurzschluß abgeschlossen sein.

Diese idealen Meßbedingungen bestehen nur, wenn entlang der zu messenden Leitung keinerlei Verbinder, Verteiler und/oder Abzweige geschaltet sind. Diese Bedingungen sind praktisch nur im Lieferzustand auf einer Kabeltrommel oder nach der Leitungsverlegung, jedoch vor der Installation der elektrischen Verbinder erfüllbar.

Bei einem Einsatz von Impulsecho-Meßgeräten mit direkter Ziffernanzeige in Leitungsnetzen mit Verbindern, Verteilern und/oder Abzweigen im Bereich der zu messenden Leitungslänge werden falsche Meßergebnisse angezeigt, wenn beispielsweise eine Verbindungsmuffe eine Reflexion erzeugt, da diese Meßgeräte die jeweils erste eintreffende Reflexion des Impulses auswerten.

Bei Meßgeräten, bei denen die Meßergebnisse als Amplituden-Zeit-Diagramm dargestellt werden, wird die Bewertung des Meßergebnisses durch die Darstellung aller an den genannten Elementen erzeugten Impulsechos erschwert. Das zu messende Impulsecho kann nur dann dem Leitungsende zugeordnet werden, wenn die Länge der Leitung annähernd bekannt ist und die Abstände zwischen den anderen Reflexionen hinreichend groß sind.

Als Abhilfe ist die Herstellung eines zeitlich begrenzten Kurzschlusses am Ende der Meßstrecke möglich. Dazu ist jedoch die Hilfe einer zweite Person erforderlich, mit der bei vergleichsweise langen Leitungen eine Kommunikationsverbindung bestehen muß. Möglich ist auch eine automatisierte Umschaltung zwischen Leerlauf und Kurzschluß am Ende der Meßstrecke.

So beschreibt die DE 195 46 455 C1 ein Meßverfahren und eine Meßanordnung, bei dem eine Meßeinrichtung mit einem am Ende der Meßstrecke angeordneten umschaltbaren Leitungsabschluß in Verbindung steht. Zur Bestimmung der Länge der Meßstrecke wird der Leitungsabschluß für eine erste Messung auf Kurzschluß und für eine zweite Messung auf Leerlauf eingestellt. Beide Meßergebenisse werden voneinander subtrahiert, so daß die im Verlauf der Meßstrecke bestehenden störenden Reflexionen eliminiert werden.

Bei der Anwendung dieses Verfahrens mit der Schaltung eines direkten Kurzschlusses am Ende der Kabellänge besteht der Nachteil, daß die Leitung spannungsfrei geschaltet sein muß und alle elektrischen Betriebsmittel vom Leitungsnetz getrennt sein müssen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zur Messung der Länge einer elektrischen Leitung in einem verzweigten Leitungsnetz zu schaffen, mit der die Leitungslänge wesentlich genauer und zuverlässiger bestimmt werden kann, ohne daß das Leitungsnetz von seiner betriebsmäßigen Gleich- und/oder Wechselspannung freigeschaltet werden muß.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Merkmalskombination nach Anspruch 1.

Ein wesentlicher Vorteil dieser Lösung besteht darin, daß bestehende elektrische Verbindungen und andere Leitungsbauelemente, die bei bekannten Vorrichtungen dieser Art die Messung verfälschen, nicht von der zu messenden Leitung getrennt werden müssen und auch das Leitungsnetz nicht freigeschaltet werden muß. Eine Längenmessung ist folglich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung sehr schnell und einfach durchführbar.

Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.

Ferner kann an das Ende der Leitung ein erster Schalter angeschaltet sein, der über einen ersten Taktgeber zum Verbinden und Trennen des Zweipols mit/von der Leitung ansteuerbar ist.

Weiterhin kann an den Eingang der Leitung ein zweiter Schalter, ein Impulsechospeicher und ein zweiter Taktgeber in der Weise angeschaltet sein, daß der zweite Schalter mit dem zweiten Taktgeber umschaltbar ist, so daß entweder der Impulsgeber oder der Impulsechospeicher mit der Leitung verbunden ist.

Der erste und der zweite Taktgeber sind vorzugsweise synchron mit gleicher Taktfrequenz betreibbar.

Die Einrichtung zur Auswertung weist vorzugsweise einen Bewerter auf, dem die in dem Impulsechospeicher gespeicherten Impulsechos zur Auswertung zugeführt werden.

Schließlich ist vorzugsweise eine Anzeige vorgesehen, auf der das ausgewertete Impulsecho angezeigt wird.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung. Es zeigt:

Fig. 1 einen Übersichtsschaltplan eines verzweigten Leitungsnetzwerks;

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und

Fig. 3a, 3b beispielhafte Reflektogramme.

Fig. 1 zeigt ein Leitungsnetzwerk, das einen bezüglich seiner Länge zu messenden Leitungsabschnitt 1 aufweist. Entlang dieses Leitungsabschnittes befindet sich eine Verbindungsmuffe 3 und ein Leitungsabzweig 4. Von dem Abzweig 4 gehen weitere Leitungen 6, 7 ab, die jeweils an einem Leitungsabschluß 8, 9 enden.

An einen Eingang 10 des Leitungsabschnittes 1 ist eine Spannungseinspeisung 2 (zum Beispiel für eine Wechselspannung von 230 V und 50 Hz) geschaltet, während ein Ende 14 des Leitungsabschnittes 1 mit einem Leitungsabschluß 5 verbunden ist. Ein solches Leitungsnetzwerk ist ein typischer Anwendungsfall für eine erfindungsgemäße Vorrichtung, die in Fig. 2 dargestellt ist.

Gemäß Fig. 2 umfaßt eine solche Vorrichtung verschiedene Komponenten am Eingang 10 sowie am Ende 14 des im Hinblick auf seine Länge zu messenden Leitungsabschnitts 1. Ein wesentliches Element ist dabei ein in Form eines ersten Bandpasses 15 an das Ende 14 des Leitungsabschnittes 1 geschalteter Zweipol, dessen komplexe elektrische Parameter sich deutlich von den komplexen elektrischen Parametern des Leitungsnetzwerkes unterscheiden und dessen Verhalten auf die Periodendauer und das Frequenzspektrum der von einem Impulsgeber 12 auf den Leitungsabschnitt 1 ausgesandten Impulse abgestimmt ist. Der erste Bandpaß 15 ist außerdem derart dimensioniert, daß die betriebsmäßig auf der Meßstrecke vorhandenen elektrischen Signale, beispielsweise Wechselspannungen mit einer Frequenz von 50 Hz oder Tonfrequenzsignale von Fernsprecheinrichtungen, nicht beeinflußt werden.

Der erste Bandpaß 15 kann über einen ersten Schalter 16 definiert und periodisch mit dem Leitungsabschnitt 1 verbunden bzw. von diesem getrennt werden. Zu diesem Zweck wird der erste Schalter 16 durch einen ersten Taktgeber 17 entsprechend angesteuert.

Am Eingang 10 des Leitungsabschnitts liegt ein zweiter Bandpaß 11, dem ein zweiter Schalter 22 vorgeschaltet ist. Der zweite Schalter 22 stellt einen Umschalter dar, an dessen erstem Eingang der Impulsgeber 12 und an dessen zweitem Eingang ein Impulsechospeicher 19 anliegt. Der zweite Schalter 22 wird durch einen zweiten Taktgeber 18 in der Weise angesteuert, daß entweder der Impulsgeber 12 oder der Impulsechospeicher 19, jeweils über den zweiten Bandpaß 11, mit dem Eingang 10 des Leitungsabschnitts 1 verbunden ist.

Gleichzeitig steuert der zweite Taktgeber 18 den Impulsgeber 12 sowie den Impulsechospeicher 19 an.

Weiterhin ist ein Bewerter 20 vorgesehen, der mit dem Impulsechospeicher 19 verbunden ist und dessen Ausgangssignale an einer Anzeige 21 wiedergegeben werden.

Wie bereits erwähnt wurde, wird mit dem Impulsgeber 12 nach entsprechender Ansteuerung durch den zweiten Taktgeber 18 über den zweiten Schalter 22 und den zweiten Bandpaß 11 ein Impuls auf den Leitungsabschnitt 1 ausgesendet und gelangt über den ersten Schalter 16 zu dem ersten Bandpaß 15. Der Impuls wird an den verschiedenen, im Zusammenhang mit Fig. 1 erläuterten Leitungskomponenten sowie an dem ersten Bandpaß 15 reflektiert. Die Impulsechos laufen über den Leitungsabschnitt 1 zurück und werden nach Umschalten des zweiten Schalters 22 mit dem zweiten Taktgeber 18 in dem Impulsechospeicher 19 gespeichert. Der erste und der zweite Taktgeber 17, 18 sind hierbei vorzugsweise synchronisiert und haben die gleiche Taktfrequenz.

Der durch den zweiten Taktgeber 18 ebenfalls synchronisierte Bewerter 20 liest die in dem Speicher 19 gespeicherten Impulsechos aus und selektiert aus allen empfangenen Echos dasjenige, das von dem ersten Bandpaß 15 reflektiert wurde. Sofern sich bei der Auswertung ergibt, daß keines der Impulsechos eindeutig dem ersten Bandpaß 15 zugeordnet werden kann, ist es möglich, durch entsprechende Beaufschlagung des ersten Taktgebers 17 den ersten Bandpaß 15 periodisch von dem Leitungsende 14 zu trennen, so daß sich ein zusätzliches Auswerterkriterium ergibt.

Die Echos werden dann zum Beispiel gemäß Fig. 3b auf der Anzeige 21 in Form eines Amplituden-Zeit-Diagramms wiedergegeben, wobei das von dem ersten Bandpaß 15 erzeugte Echo invertiert dargestellt ist, so daß es eindeutig identifiziert und die Länge des Leitungsabschnitts 1 bestimmt werden kann. Alternative dazu ist es auch möglich, die Anzeige direkt in einen numerischen Wert umzurechnen, der die Länge des Leitungsabschnitts 1 angibt.

Wenn der Bandpaß 15 durch entsprechende Betätigung des ersten Schalters 16 von der Leitung getrennt ist, ergibt sich das in Fig. 3a gezeigte Reflektogramm, wobei jeweils die Reflexion des Impulses am Eingang 10 des Leitungsabschnitts 1, an der Verbindungsmuffe 3, am Abzweig 4, am Leitungsabschluß 9, 8 sowie am Leitungsabschluß 5 am Ende 14 des Leitungsabschnitts 1 dargestellt ist.

Aus den Fig. 3a und 3b wird insbesondere die Änderung des Reflektogramms nach der Anschaltung des ersten Bandpasses 15 deutlich.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Messung der Länge einer elektrischen Leitung in einem verzweigten Leitungsnetz, mit einem Impulsgeber zum Einspeisen von Impulsen in die Leitung und einer Einrichtung zur Auswertung des Impulsechos, wobei an das Ende (14) der Leitung (1) ein Zweipol (15) angeschaltet ist, dessen komplexer elektrischer Widerstand auf die Periodendauer des Impulses in der Weise abgestimmt ist, daß sich das daran reflektierte Impulsecho von Echos von anderen Leitungsbauelementen in durch die Auswerteeinrichtung (19, 20) auswertbarer Weise unterscheidet und der komplexe Zweipol (15) ein erster Bandpaß ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an das Ende (14) der Leitung (1) ein erster Schalter (16) angeschaltet ist, der über einen ersten Taktgeber (17) zum Verbinden und Trennen des Zweipols (15) mit/von der Leitung (1) ansteuerbar ist.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den Eingang (10) der Leitung (1) ein zweiter Schalter (22), ein Impulsechospeicher (19) und ein zweiter Taktgeber (18) in der Weise angeschaltet ist, daß der zweite Schalter (22) mit dem zweiten Taktgeber (18) umschaltbar ist, so daß entweder der Impulsgeber (12) oder der Impulsechospeicher (19) mit der Leitung (1) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Taktgeber (17, 18) synchron mit gleicher Taktfrequenz betreibbar sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Auswertung einen Bewerter (20) aufweist, dem die in dem Impulsechospeicher (19) gespeicherten Impulsechos zur Auswertung zugeführt werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzeige (21) vorgesehen ist, auf der das ausgewertete Impulsecho angezeigt wird.