DE2004848A1

DE2004848A1 - Schaltungsanordnung zum Ermitteln von Fehler oder Inhomogemtatsstellen auf elektrischen Leitungen bzw Kabeln

Info

Publication number: DE2004848A1
Application number: DE19702004848
Authority: DE
Inventors: Karl 8000 München Turban Josef Dipl Ing 8026 Ebenhausen Kuhnemann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-02-03
Filing date: 1970-02-03
Publication date: 1971-08-19
Also published as: FR2079208B1; US3710240A; FR2079208A1; GB1320814A

Description

Schaltungsanordnung zum Ermitteln von Fehler-oder Inhomogenitätsstellen auf elektrischen Leitungen bzw. Kabeln-

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung
zum Ermitteln von Fehler- oder Inhomogenitätsstellen auf
elektrischen Leitungen bzw. Kabeln nach dem Impulsreflexionsverfahren, bei der Prüfimpulse über eine Brückenschaltung auf den Leitungseingang gegeben und die reflektierten Impulsanteile in einer dem Brückenausgang nachgeschalteten Auswerteeinrichtung nach Größe und/oder Laufzeit ausgewertet werden, und bei der die Brückenschaltung mittels einer einstellbaren Leitungsnachbildung abgleich-' bar ist.

Die genannte Brückenschaltung, die auch als Differentialschaltung aufgebaut sein kann, enthält de:i Eingangswiderstand der Leitung bzw. des Kabels und die Leitungsnachbil-* dung in jeweils einem Brückenzweig. Im abgeglichenen Zustand ist die mit dem Brückenausgang verbundene Auswerte- einrichtung gegen die der Eingangsdiagonale zugeführten
Prüfimpulse weitgehend entkoppelt. Bei unvollständigem
Abgleich schlagen jedoch die Prüfimpulse mehr Daer.weniger durch und können dabei zu einer zeitlich begrenzten Übersteuerung der in der Auswerteeinrichtung enthaltenen Verstärker führen, da sie eine wesentlich größere Amplitude
aufweisen als die reflektierten ImpulsantQiIe. Als Folge einer solchen Übersteuerung wird die gesamte Auswerteeinrichtung für einen bestimmten Zeitraum nach dem Auftreten jedes Prüfimpulses periodisch, außer Funktion gesetzt, 60 daß ein diesem Zeitraum entsprechender Ceil ö.es örtli-

VPA 9/430/3212 St/Bla

" ' 1 Ci9834/072 T

-2-

SR'

— 2. —

chen Meßbereiches auf der Leitung nicht ausgewertet werden kann. Es ist daher unbedingt erforderlich, die Brücke innerhalb enger Toleranzen abzugleichen, um ein derartiges Übersteuern zu vermeiden.

Weiterhin ist es üblich, bestimmte Leitungskennwerte, wie z.B. den Wert des Realteiles des Wellenwiderstandes für sehr hohe Frequenzen, an der in Abgleichstellung befindlichen Leitungsnachbildung, deren Einstellmittel entsprechend geeicht sind, direkt abzulesen. Mit der hierbei verlangten Genauigkeit steigen auch die Anforderungen an die Genauigkeit des Brückenabgleichs.

Bei den bekannten Schaltungsanordnungen der eingangs genannten Art war es jedoch bisher nicht möglich, den Brükkenabgleich mit der für genaue Pehlerortsmessungen bzw_o für genaue Ermittlungen der Leitungskennwerte anhand der eingestellten Leitungsnachbildung erforderlichen engen IDoleranz durchzuführen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu beseitigen. Das wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß in der Leitungsnachbildung enthaltene, veränderbare, ohmsche Widerstände elektrisch steuerbar ausgebildet sind, vorzugsweise in Form von Heißleitern, und über zugeordnete Steuerstromkreise, insbesondere Gleichstrom- oder niederfrequent betriebene Wechselstrombrücken, beeinflußt werden, die die Einstellmittel für die Widerstandsänderung enthalten.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist für den Fall, daß die Leitungsnachbildung eine vornehmlich zum Abgleich der Blindkomponente des Leitungseingangs dienende, veränderbare Kapazität auf v/eist, diese ebenfalls elektrisch steuerbar ausgebildet, vorzugsweise in Form einer Kapazitätsdiode, wobei eic über einen Steuerstromkreis beein-

VPA 9/430/3212 -3-

109834/0721

■- 3 ■-:

flußt wird, der die" Einstellmittqil ftir. die Kapazitätsänderung enthält. ■ .

Gemäß einer bevorzugtenAusgestaltung der Erfindung dienen die Steuerstromkreise zur Fernsteuerung der Kapazität und/oder der ohmschen Widerstände in der Leitungsnachbildung, wobei die Einstellmittel.vorzugsweise am Ort der vonr Leitungseingang und/oder der Brückenschaltung entfernt untergebrachten Auswerteeinrichtung angeordnet sind. ' ; -

Der mit der Erfindung erzlelbare Vorteil liegt insbesondere darin, daß durch die getroffene Ausbildung der veränderbaren ohmschen Y/iderstände der Brückenabgleich in dem gesamten für das Impulsreflexionsverfahren interessierenden Frequenzbereich mit der für hohe Genauigkeitsanforderungen vorauszusetzenden Exaktheit durchführbar ist-Dieser Vorteil tritt bei einer Schaltung gemäß, der erstgenannten Weiterbildung der Erfindung noch stärker in Erscheinung, da hier die am Leitungseingang auftretende Blindwiderstandskomponente kompensiert wird, so daß sie den Abgleich der Leitungsnachbildung nicht nachteilig beeinflußt. /

Werden die Steuerstromkreise, zur Fernsteuerung der ohmschen Widerstände und gegebenenfalls der Kapazität herangezogen, so können Messungen an bereits verlegten Kabeln auf relativ einfache Weise durchgeführt werden« In diesem Fall wird die Brückenschaltung einschließlich der Leitungsnachbildung mit Vorteil an den im Kabelschacht befindlichen Kabeleingang angeschlossen, während die am Ort der Auswerteeinrichtung untergebrachten Einstellmittel yön* einer ,Meßperson bedient werden können, die gleichzeitig das von dem Kathodenstrahloszillografen der Auswerteeinrichtung angezeigte Reflexionsbild betrachtet,

VPA 9/430/3212 , . -4_

109834/0721

das zur Abgleichkoiitrolle dient. Der Abgleich wird dabei — wie auch in den übrigen Anwendungsfällen — in der Weise durchgeführt, daß die Auslenkung des Elektronenstrahls, die auf direkt über die Brückenschaltung übertragene Anteile der Prüfimpulse zurückgeht, auf ein Minimum reduziert wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiels nä- ■ * her erläutert. Dabei zeigt

Fig.1 zwei Schaltungsvarianten einer Koaxialkabelnach-φ bildung und

Fig.2 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem elektrisch steuerbaren ohmschen Widerstand und einer entsprechend ausgebildeten Kapazität.

In Fig.1a sind die Bingangsklemmen einer Koaxialkabelnachbildung mit 1 und 2 bezeichnet. Sie besteht im einzelnen aus der Serienschaltung eines konstanten ohmschen Widerstandes 3 und eines steuerbaren ohmschen Widerstandes 4j die in Serie zum Eingang 5, 6 einer Vierpol-Kettenschaltung angeordnet ist. Diese weist in einer oder mehreren Querableitungen RC-Serienkombinationen R1, C1 ; R2, G2; ... Rn, Cn auf. Hierbei entspricht der Wert der W Serienschaltung 3, 4 dem Realteil des Kabelwellenwiderstandes für sehr hohe Frequenzen, während die Vierpol-Kettenschaltung den frequenzabhängigen Teil des Wellenwiderstandes nachbildet. Zum zusätzlichen Abgleich von am Kabeleingang auftretenden Blindwiderstandskomponenten dient eine Kapazität 7, die zwischen den Eingangsklemmen 1 und 2 liegt und somit die Serienschaltung aus 3, 4 und 5, 6 überbrückt.

In Fig.1b ist eine Schaltungsvariante zu Fig.1a dargestellt, bei der die Serienschaltung 3, 4 durch eine Par-

VPA 9/430/3212 -5-

109834/0721

alleischa!bung V, 4^!ersetztist. Her Widerstandswert ■ dieser Barallelschaltung stimmt jedooh mit dem Wert-der Serienschaltung 2, 4 überein» ^

Weiterhin sind auch Abwandliingen der Kabelnachbildiingen . nach den Eiguren la und 1b üblieli, bei denen anstelle der Se'rienkombinationen in den Querableitungen jeweils ohmsche Widerstände in den längs zweigen und Kapazitäten in den Querableitungen vorgesehen sind«

Fig.2 zeigt schematisch eine gemäß der Erfindungausgebildete Schaltungsanordnung zum Ermitteln der Fehler- oder Inhomogenitätsstollen eines elektrischen Kabels L Der Kabeleingang K|, K^ ist hierbei in den einen Zweig einer Widerstandsbrücke 7'eingefügt, die eine gemäß Fig.Tb ausgebildete Kabelnachbildung mit den Eingangsklemmen 1, 2 in einem Yergleichszweig 8 enthält, über die Eingangsdiagonale 9, 10 eingespeiste, von einem Impulsgeber 11 erzeugte, insbesondere periodische Prüfimpulse 12 werden auf das zu imtersuehende Kabel K und auf die Kabelnachbildung gleichzeitig gegeben, so daß sie im abgeglichenen Zustand der Brücke Vnicht an den Ausgang 13,.'14 gelangen und somit von einer nachgeschalteten Auswerteeinrichtung 15 ferngehalten werden. Lediglich die in der Amplitude wesentlich kleineren Impulsanteile, die von den Fehlerstellen des Kabels K an den Kabeleingang K₁, Kp reflektiert werden, gelangen über den Auogang Tj, 14 in die Auswerteeinriehtung 15, werden dort im Verstärker 16 verstärkt und zweckmäßigerweise der vertikalen Ablenkeinrichtung eines mit der Folgefrequenz der Prüfimpulse 12 synchronisierten Kathodenstrahloszillograf en 17 zugeführt, auf dessen Bildschirm das sogenannte "Reflexionsbild" 18 des Kabels erscheint. Dieses läßt eine Auswertung der Fehler oder Inhomogenitäten über der gesamten Kabellänge oder über einem 'J?eil derselben zu.

VPA 9/430/32T2'"^: -6-

109834/072 1

Im nicht oder unvollständig abgeglichenen Zustand der Brücke 7' entsteht am Bildschirm von 17 eine u.U. starke, zusätzliche Auslenkung 19 infolge der über 7'direkt auf die Einrichtung 15 übertragenen Anteile dor einzelnen Prüf impulse 12, die zur zeitv/eisen Übersteuerung des Verstärkers 16 führen können.

Zur weitgehenden Ausschaltung der bei unvollkommenem Abgleich von 7'auftretenden Nachteile weist die Leitungsnachbildung, die beim dargestellton Schaltungsbeispiel der Fig.1b entspricht, folgende Merkmale auf: Der veränderbare Widerstand 4' von Fig.1b ist als elektrisch steuerbarer Widerstand, z.B. Heißleiter, ausgebildet, der über einen Steuerstromkreis 21 auf beliebige Y/erte einstellbar ist. Die Einstellung kann entweder über ein" an die Leitungen 21 angeschlossenes, an der Hilfsspannung IL liegendes Potentiometer P erfolgen oder mit besonderem Vorteil über eine Brückenschaltung 20, 21 gemäß Fig.2. Diese enthält den steuerbaren Widerstand 4' in einem ihrer Zweige und ein Potentiometer 22 im gegenüberliegenden Zweig, während die übrigen mit Festwiderständen 23 und 24 beschaltet sind. Die Eingangsdiagonale 25, 26 der Brückenschaltung 20, 21 ist mit dem Ausgang eines Verstärkers 27 verbunden, der Brückenausgang mit dem Eingang desselben. Der Verstärker 27 ist über 20, 21 rückgekoppelt, wobei die Dimensionierung der Schaltung so getroffen ist, daß er selbsterregt wird. Nach dem Einschalten regelt sich die zunächst stark verstimmte Brücke durch Veränderung des Widerstandswertes von 4^f bis auf einen verbleibenden Restfehler, der durch das maximale Größenverhältnis zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung des Verstärkers 27 bestimmt wird, in den abgeglichenen Zustand. Hierdurch ergibt sich eine sehr vorteilhafte Möglichkeit, den Widerstandswert von 4' durch Verstellen des Potentiometers 22 zu steuern. Durch eine Ableseskäla

VPA .9/430/3212 -7-

109834/0721

— 7— -""■"■ ·

28, die zweckmäßigerweise nach Werben des Gesamtwider-Standes der Parallelschaltung von 3¹ und 4 '.geeicht ist, kann der Healteil des Eingangswiderstandes der Kabelnachbildung für sehr holiG Frequenzen unmittelbar abgelesen werden, der in Abgleichstellung dem Reälteil des Kabelwellenwiderstandes für sehr hohe Frequenzen entspricht. Dieser Wert ist insbesondere für die Einstufung des Kabels K interessant und muß dementsprechend mit möglichst großer Genauigkeit ermittelbar sein= Die sich bei 5, 6 anschließende Vierpöl-ICettenschaltung entspricht dem gleichbezeichneten Schaltungsteil in Figo 1b»

Der Brückenabgleich von T¹ kann, wie bereits erwähnt, weiter verfeinert werden, sofern die Blindkomponente am Kabeleingang K₁, Kp in der Nachbildung ebenfalls berücksichtigt wird." Zu diesem Zweck dient die veränderbare Kapazität 7 gemäß den Figuren Ta und Ib, die in Fig«2 ebenfalls elektrisch steuerbar ausgebildet ist ο Sie ist durch eine Kapazitätsdiode 29 realisiert, die in einem Steuerstromkreis 30 in. Sperrichtung gepolt angeordnet ist ο Ein Potentiometer 31 liefert eine die Kapazität bestimmende negative Vorspannung einstellbarer Größe»

Zur Trennung der die Steuerung von 4'und 29 bewirkenden Steuerstromkreise von der 'hochfrequenzmäßig .betriebenen Kabelnachbildung dienen einerseits Koppelkondensatoren 32, 33 sowie 34, 35 und andererseits Koppelinduktivitäten 36, 37 und 38,, 39- .

Die Steuerstromkreise 21 bzw. 20, 21 und gegebenenfalls 30 können mit besonderem Vorteil zur Fernsteuerung der Elemente 4 und 29 herangezogen werden« Dies ist in jenen Anwendungsfällen von Bedeutung, in denen die Kabelnachbildung am Eingang K^, K₂ eines bereits verlegten. Kabels eingesetzt wird, beispielsweise in einem Kabelschacht,

VPA 9/430/3212 . _8-

1Ο983Λ/07 2 1

und die Ausv/erteeinrichtung 15 an einem hiervon entfernten Ort untergebracht ist. Da die Meßperson, die den Abgleich von 7' durchführt, das Reflexionsbild 18 als Abgieiohkontrolle benutzt, ist es 2.B. mit Hilfe entsprechend verlängerter leitungen 21 und 30" möglich, die Einstellmittel 22 und gegebenenfalls 51 ebenfalls an den Ort der Auswerteeinrichtung 15 zu verlegen, so daß der Abgleich mittels dieser Fernsteuerung auf einfache Weise vorgenommen v/erden kann»

7 Patentansprüche
2 Figuren

VPA 9/430/3212 -9-

109834/0721

Claims

■^;" '.'.: 2OQ4848 .Λ ί

• - 9 - . '.. . '.,- · .-■ j Patentanspruch e

Schaltungsanordnung zum Ermitteln von Fehler- oder * Inhomogenitätsstellen auf elektrischen leitungen bzw<, Kabeln nach dem Impulsreflexionsverfahren, bei der · Prüfimpulse über eine Brückenschaltung auf den ieitungseingang gegeben und die reflektierten Impulsan- * .: teile in einer dem Brückenausgang nachgeschalteten Auswerteeinrichtung nach Größe und/oder laufzeit, ausgewertet werden, und bei der die Brückenschaltung mittels einer einstellbaren leitungsnachbildung ab- a gleichbar ist, dadurch g e k e η η .ζ e i c hn e t, daß in der leitungsnachbildung enthaltene, veränderbare, ohmsche Widerstände (4, 4^f) elektrisch Steuerbar ausgebildet sind, vorzugsweise in Form von : Heißleiter, und über zugeordnete Steuerstromkreise (20, 21), insbesondere Gleichstrom- oder niederfrequent betriebene Wechselstrombrücken, beeinflußt werden, die die Einstellmittel (22, 28) für die Wider- ".' Standsänderung enthalten-.

2. Schaltungsanordnung nach'Anspruch 1, bei der die lei-

tungsnäehbildung eine vornehmlich zum Abgleich der ^

\ - .Blindkomponente- am Leitungseingang dienende, veränder- ™ - .. bare Kapazität aufweist, d a d u r c h -g e k e η nz ei c h η e t, daß diese ebenfalls elektrisch steuerbar ausgebildet ist, vorzugsweise in Form einer Kapazitätsdiode (29),und über einen Steuerrtromkreis (30) .beeinflußt wird, der die Einstellmittel (31) für die •Kapazitätsänderung enthält.

3> Schaltungsanordnung nach Anspruchs oder 2, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t, daß die Steuerstromkreise (20, 21, 30) zur Fernsteuerung dienen und die-Einstell-.

VPA 9/430/'3212 _io-

1098%£ /07 21

-ΊΟ -

mittel (22, 28, 31) vorzugsweise am Ort der vom Iieitungseingang (K₁, K₂) und/oder der Brückenschaltung (7¹) entfernt untergebrachten Auswerteeinrichtung (15) angeordnet sind.

Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die leitungsnachbildung aus der Serien- oder Parallelschaltung eines konstanten ohraschen Widerstandes (3, 3') und eines steuerbaren Widerstandes (4, 4') besteht, die in Serie zum Eingang (5, 6) einer Vierpol-Kettenschaltung (R1, C1; R2, C2; ... Rn, Cn) geschaltet ist, welche in einer oder mehreren Querableitungen oder in den einzelnen Längszweigen einschließlich der folgenden Querableitungen jeweils RC-Serienkombinatio'-nen aufweist, und daß die letztere Serienschaltung (3> 4, 5, 6) gegebenenfalls durch die veränderbare Kapazität (7) überbrückt ist.

Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerstromkreis für einen oder mehrere der steuerbaren Widerstände (4, 4^f) aus einer Widerstands-Brückenschaltung (20, 21) besteht, die in gegenüberliegenden Brückenzweigen jeweils die steuerbaren Widerstände (4¹)» insbesondere in Form von Heißleitern, und die Einstellmittel (22, 28), insbesondere in Form eines oder mehrerer einstellbarer Widerstände, enthält, und vorzugsweise durch einen den Brückenausgang mit dem Brückeneingang (25, 26) verbindenden Strompfad ergänzt ist, der über einen insbesondere selbsterregten Verstärker (27) verläuft.

VPA 9/430/3212 -11-

1 0 9 8,3 A / 0 7 2 1

20048Λ8

6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da d u r c h g e; k e η η ζ ei c h net, daß die steuerbaren Widerstände (4') und gegebenenfalls die steuerbare Kapazität (29) über Koppelkapa-

: zitäten (32 bis 35) in die Schaltung der Iieltungsnachbildung und über Koppelinduktivitäten (36 bis 39) in die Schaltung des zugeordneten Steuerstromkreises (20, 2i, 30) eingefügt sind.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, d a du r c h g e k e η η ze ic h η et, daß als Einstollmittel für die elektrisch steuerbare Kapazität (29) ein Potentiometer (31) vorgesehen ist.

10983A/0721

Lee rseite