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ortaichtung zur Ortung von Kabelfehlern durch Impulsreflexionsmessung
Die erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ortung von Kabelfehlern durch Impulsreflexionsmessung
mit Mitteln zur Erzeugung eines Startimpulses an einem Kabeleingang und einem Oszillographen
zur Beobachtung von Signalen, die durch Reflexion dieses Startimpulses an Kabelfehlern
entstehen, Bei Vorrichtungen dieser Art wird in das zu untersuchende Objekt (Kabel,
Freileitung)ein elektrischer Impuls gegeben. Dieser Im puls wird von gesunden Kabelstücken,
Muffen, Enden und Fehlerstellen unterschiedlich reflektiert. Je nach Entfernung
der Reflexionsstelle von dem Meßort trifft das durch Reflexion des Start impulses
hervorgerufeneSignal früher oder später an dem Meßort ein. Aus der Zeitverzögerung
zwischen Startimpuls und reflektiertem Signal und der bekannten Laufgeschwindigkeit
des Impulses in dem Objekt kann auf die Entfernung der Reflexionsstelle, also zBo
eines Kabelfehlers, von dem Meßort geschlossen werden.
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bblicherweisewird der Startimpuls und werden die reflektierten Signale
auf die Ordinatenablenkung der Oszillographen gegeben, der am Meßort an das Kabel
angeschlossen ist. Der Oszillograph zeigt dann ein t'Reflektogramm",welches Auskunft
über die Beschaffenheit
des Kabels o. dgl. gibt.
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Diese Meßmethode ist mit verschiedenen Fehlern behaftet. Einerder
wesentlichsten Pehler entsteht durch die Nichtlinearität der Zeitablenkung des Oszillaphen.
Das ist besonders unangenehm, wenn ein Teil des Reflektogramms gedehnt betrachtet
werden soll.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine von der Nichtlinearität
der Zeitablenkung des Oszillographen oder ähnlichen Einflüssen unabhängige genaue
Bestimmung der Impulslaufzeit bzw. der Ent-£erdung eines Kabelfehlers o. dgl. von
einem Meßort zu ermöglichen.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung ist-gekennzeichnet durch einen
Oszillator, einen von dem OszillatoraiesteurtenZähler, eine von dem Zählerausgang
beaufschlagte erste Koinzidenzschaltung, durch die bei einem vorgegebenen Zählerstand
der Startimpuls auslösbar ist, einen Digitalgeber zum Vorgeben eines veränderbaren
Digitalwertes und eine zweite Koinzidenzschaltung zum Vergleichen des Zählerstandes
mit dem vorgegebenen Digitalwert des Digitalgebers, durch die bei Zahlengleichheit
ein von dem Oszillographen angezeigter Markenimpuls erzeugbar ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird bei einem vorgegebenen
Zählerstand, z.B. dem Zählerstand 0, ein Startimpuls erzeugt, der auf das Objekt
(Kabel, Freileitung) gegeben wird. Dieser Impuls wird an Kabelfehlern o. dgl. reflektiert
und erscheint zeitversetzt gegen den Startimpuls auf dem Oszillographenschirm. Ebenfalls
auf dem Oszillographenschirm erscheint der Earkenimpuls, der bei einem durch den
Digitalgeber vorgegebenen anderen Zahlersand erzeugt wird. Der Zeitpunkt, in welchem
nun der Markenimpuls erscheint, kann nun durch Verstellung des Digitalgebers in
definierter Weise verschoben werden solange, bis der Markenimpuls auf dem
Oszillographenschirm
mit dem durch Reflexion des Startimpulses erzeugten Signal zusammenfällt0 De? Zeitabstand
zwischen Startimpuls und Markenimpuls und damit zwischen Startimpuls und reflektiertem
Signal ergibt sich dann eindeutig aus dem vorgegebenen Zählerstand bei Erscheinen
des Startimpulses, dem am Digitalgeber vorgegebenen Zählerstand und der Frequenz
des Oszillators. Es ergibt sich so ein sehr genauer digitaler Meßwert, der unabhängig
von der Linearität des Oszillographen ist, da mittels des Oszillographen nur die
Gleichzeitigkeit von Markenimpuls und reflektiertem Signal festgestellt zu werden
braucht. Der Digitalgeber kann bei geeigneter Wahl der Oszillatorfrequenz unmittelbar
in Långeneinheiten geeicht werden. Der Oszillator kann als quarzgesteuerter Oszillator
ausgeführt werden, so daß die Frequenz sehr genau eingehalten wird. Die Pre-quenz
des Oszillators kann aber auch zur Anpassung an unterschiedliche Impulslaufgeschwindigkeiten
in verschiedenen Objekten regelbar gemacht werden0 Es ist vorteilhaft, wenn die
Zeitablenkung des Oszillographen wahlweise durch den Startimpuls oder durch den
Erkenimpulstriggerbar ist0 Im ersteren Falle erscheint der-Startimpuls stets am
Rande des OszillographenbildesO Diese Betriebsweise ist zweckmäßig, wenn zunächst
ein Überblick über das gesamte Reflektogramm gewonnen werden soll, d.h. wenn mit
relativ geringer Ablenkgeschwindigkeit der Zeitablenkung des Oszillographen möglichst
alle auftretenden Signale erfaßt und die relative Lage von Narkenimpuls und reflektiertem
Signal abgeschätzt werden soll. Der SIarkenimpuls kann dann in die Nähe des zu vermessenden
reflektierten Signals auf der zeitachse kurz "vor" dieses Signal geschoben werden.
Dann kann eine Umschaltung erfolgen derart, daß die Triggerung der Zeitablenkung
durch den Markenimpuls erfolgt. Es liegt jetzt der Markenimpuls am Rand des Oszillographenschirms,
und es kann zur genauen Einstellung eine Zeitdehnung auf dem Oszillographen schirm,
d.h. eine Erhöhung der Ablenkgeschwindigkeit der Zeitablenkung erfolgen.
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In der Praxis ergibt sich manchmal die Schwierigkeit, den Markenimpuls
von vornherein von anderen Signalen zu unterscheiden. Um diese Unterscheidung zu
erleichtern, kann weiterhin vorgesehen sein, daß die Markenimpulse abwechselnd mit
unterschiedlichen Polaritäten auf die Ordinatenablenkung des Oszillographen aufschaltbar
sind0 Die Impulse erscheinen ja periodisch, da der Zähler nach Vollaufen wieder
auf 0 zurückschaltetO Es kann nun z.B. durch eine Binärstufe mit einem nachgeschalteten
Differenziernetswerk der Markenimpuls einmal mit positiver und einmal mit negativer
Polarität auf die Ordinatenablenkung des Oszillographen aufgeschaltet werden. Auf
dem Oszillographenschirm erscheint dann wegen der schnellen Impulsfolge für das
Auge eine sowohl nach oben als auch nach unten ragende Spitze, die deutlich von
anderen, jeweils nur nach einer Richtung gehenden Impulsen unterschieden werden
kann.
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Um eine feste Wiederholungsfrequenz der Impulse unabhängig von der
Oszillatorfrequenz und der Zählerkapazität zu erreichen, kann weiterhin vorgesehen
sein, daß der Zähler durch einen Taktgeber periodisch auf einen vorgegebenen Zählerstand
rückstellbar ist und der Oszillator über eine von dem Taktgeber gesteuerte Torschaltung
mit dem Zähler verbunden ist.
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Um für unterschiedliche Objekte, zoBo Kabel oder Freileitungen, definierte
unterschiedliche Frequenzen am Eingang des Zählers zu erhalten kann weiterhin vorgesehen
sein, daß der Ausgang der Torschaltung über einen Umschalter wahlweise direkt oder
über einen Frequenzteiler aufschaltbar ist0 Die Erfindung ist nachstehend an einem
Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert:
Fig. 1 zeigt als Blockschaltbild eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
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Fig. 2 zeigt den Signalverlauf an verschiedenen Punkten der Schaltung
von Fig. 1.
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Fig. 3 ist ein etwas ausführlicheres Blockschaltbild der erfindungsgemäßen
Vorrichtung0 Fig, 4 ist eine Vorderansicht eines nach der Erfindung aufgebauten
Gerätes mit dem Oszilloraphenschirm und den verschiedenen EinstellmittelnO Fig.
5 zeigt ein typisches Beispiel eines mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erhaltenen
"Reflektogramms".
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Figo 6 zeigt das Schirmbild des Oszillographen bei Triggerung durch
den Markenimpuls und Zeitdehnung.
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Fig. 7 zeigt das Schirmbild des Oszillographen bei gleicher Betriebsweise
nach Einstellung des Markenimpulses.
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Fig. 8 ist ein Schaltbild eines bei der Erfindung verwendbaren Oszillators0
Von einem Oszillator 10 werden Zählimpulse erzeugt, die in der zweiten Zeile von
Fig. 2 schematisch dargestellt sind. Die Impulse vom Oszillator 10 werden über eine
Logikschaltung 12 auf einen Zähler 14 gegeben. Die Frequenz des Oszillators 10 kann
beispielsweise so gewählt sein, daß die Zeit zwischen zwei Impulsen gleich der Zeit
für die zweifache Impulslaufzeit (hin und zuruck) auf einem Kabelstück von 10 Meter
Länge ist. Die Iogikschaltung 12 sorgt für die Rückstellung und den Startvorgang
des Zählers. Der
Zähler 14 zählt die Zählimpulse von dem Oszillator
10 und liefert an seinen kodierten Ausgängen den jeweiligen Zählerstand in Form
eines Bitmusters.
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An den Zählerausgängen 16 liegt eine erste Koinzidenzschaltung 20,
die bei einem vorgegebenen Zählerstand, beispielsweise dem Zählerstand 0 jeweils
einen Impuls abgibt. Dieser Impuls stößt einen Impulsverstärker 22 an und liefert
einen Startimpuls 24 (Fig0 2) auf einen Kabeleingang 26. Der Impuls 28-von der Koinzidenzschaltung
20 sowie die reflektierten Signale 29, 30 von dem Kabel 32 werden auf die Ordinatenablenkung
eines Oszillographen gegeben.
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Eine zweite Koinzidenzschaltung 34 liegt zwischen den Zählerausgängen
18 und einem Digitalgeber 36, durch welchen ein bestimmter Digitalwert in der Kodierung
des Zählers vorgebbar ist, der als Bitmuster an Ausgängen 38 des Digitalgebers 36
erscheint. Wenn der Zählerstand des Zählers 14 mit dem durch den Digitalgeber 36
vorgegebenen Digitalwert übereinstimmt, liefert die zweite Koinzidenzschaltung 34
einen Markenimpuls 40, der ebenfalls auf die Ordinaten ablenkung des Oszillographen
gegeben wird.
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Es wird also beim Zählerstand 0 ein Startimpuls erzeugt, Der Startimpuls
pflanzt sich längs des Kabels 32 fort und wird an dort auftretenden Unstetigkeiten
bzw. an dem Kabelende reflektiert, wobei je nach der Art der Unstetigkeit reflektierte
Signalen gleicher und entgegengesetzter Polarität wie der Startimpuls auftreten
können. In der Darstellung in der ersten Zeile von Fig. 2 entspricht das Signal
30 der Reflexion am Kabelende, während das Signal 29 einen Kabel fehler andeutet.
Die erhaltenen Signale werden zusammen mit dem Startimpuls im Oszillographen beobachtet.
Nach einer durch den Digitalgeber 36 vorgegebenen Zeit erscheint der Markenimpuls
40.
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Der Zeitpunkt des Erscheinens des Markenimpulses relativ zu dem Startimpuls
kann durch Verstellung des Digitalgebers 36 verändert
werden. Der
MArkenimpuls 40 kann auf diese Weise solange verschoben werden, bis er beispielsweise
mit dem Signal 29 zeitlich zusammenfällt. An dem Digitalgeber 36 kann dann unmittelbar
die Länge des Kabels zwischen Meßort und Ort des Kabelfehlers abgelesen werden0
Auf die Linearität der Zeitablenkung des Oszillographen kommt es dabei nicht an.
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In Fig.. 3 ist ein etwas ausführlicheres Schaltbild dargestellt.
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Für entsprechende Teile sind in Fig. 3 die gleichen Bezugszei chen
verwendet wie in Fig. 1.
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Der Oszillator 10 liegt über einem NAND-Glied 42 und einem Umscbalter
44 am Eingang des Zählers 14. An dem zweiten Eingang des IiAND-Gliedes liegt ein
vom Netz gesteuerter Taktgeber 46. Durch den Taktgeber 46 ist über einen Eingang
48 der Zähler mit der Netzfrequenz jeweils auf einen vorgegebenen Wert abstellbar,
beispielsweise auf einen Zählerstand 900 000 für einen bis 999 999 zählend den Zähler.
Mit dem Rücksetzen des Zählers 14 auf den vorgegebenen Zählerstand wird gleichzeitig
die Torschaltung mit dem NAND-Glied 42 geöffnet und es werden Zählimpulse von dem
Oszillator 10 mit einer Prequenz von beispielsweise 7,5 Megahertz in den Zähler
eingezählt. Durch den Umschalter 44 kann wahlweise die Einzählung der Impulse über
einen 2:1 Frequenzteiler 50 erfolgen. Dabei erfolgt die direkte Einzählung der Impulse
in den Zähler bei Verwendung zur Fehlerortungin Kabeln, während bei Messungen an
Freileitungen mit dem Frequenzteiler 50 gearbeitet wird. Dadurch wird die geringere
Impulslaufgeschwindigkeit an Freileitungen berücksichtigt.
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Mit 52 ist ein Oszillator bezeichnet, auf den Eingang 54 für die Ordinatenablenkung
wird einmal über Leitung 56 der Startimpuls 24 gegeben. Ferner gelangen über Leitung
56 die durch Reflexion des Startimpulses im Kabel 32 erzeugten Signale 29, 30 (Fig.
2). Diesen Signalen wird überlagert über eine Leitung 58 der Markenimpuls
von
der Koinzidenzschaltung 34. Damit der Markenimpuls 40 deutlich unterschieden werden
kann von reflektierten Signalen 29 und 30, wird der Ausgangsimpuls der Koinzidenzschaltung
34 über eine 2:1 Binärstufe 60 und eine nachgeschaltete, ein Differenziernetzwerk
enthaltende Anpassungsstufe 62 auf die Leitung 58 und den Eingang 54 für die Ordinatenablenkung
des Oszillographen 52 gegeben0 Dadurch wird der Markenimpuls von dem Oszillographen
52 abwechselnd mit der einen und der anderen Polarität aufgeschaltet, so daß, da
dieser Wechsel sehr schnell mit Netzfrequenz geschieht, für den Betrachter eine
Doppelspitze 40' erscheint, wie in Fig. 3 angedeutet ist0 Diese Doppelspitze nach
oben und nach unten ist deutlich von allen anderen Signalen unterschieden, so daß
der Markenimpuls sofort erkannt werden kann0 Über einen Eingang 64 des Oszillographen
52 erfolgt eine Triggerung der Zeitablenkung. Der Eingang 64 ist über einen Schalter
66 wahlweise über eine Leitung 68 mit dem Ausgang der Koinzidenzschaltung 20 oder
über eine Leitung 70 mit dem Ausgang der Koinzidenzschaltung 34 verbunden. Der Schalter
66 ist mit einem Schaltkontakt 72 in der Leitung 58 gekuppelt, durch welchen der
Iarkenimpuls von dem Eingang 54 für die Ordinatenablenkung abtrennbar ist.
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Auf diese Weise kann der Oszillograph mit seiner Zeitablenkung wahlweise
von dem Startimpuls am Ausgang der Koinzidenzschaltung 20 oder von dem Markenimpuls
am Ausgang der Koinzidenzschaltung 34 getriggert werden, d.h. daß der betreffende
Impuls am linken Rand des Oszillographenschirmes 74 erscheint.
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über einen Eingang 76 kann die Geschwindigkeit der Zeitablenkung verändert
werden und damit eine Zeitdehnung des Oszillographenbildes erreicht werden.
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Es wird dann üblicherweise zunächst so gearbeitet, daß die Zeitablenkung
des Oszillographen 52 von dem Startimpuls 28 (Fig. 2) getriggert wird0 Der Startimpuls
erscheint somit am linken Rand des Oszillographenbildes, wie in Fig. 5 dargestellt
ist0 Es wird mit einer relativ geringen Geschwindigkeit der Zeitablenkung gearbeitet,
so daß zunächst auf dem Oszillographenschirm 74 ein vollständiges Reflektogramm
erscheint. Man kann daraus bei dem dargestellten Beispiel grob abschätzen, daß die
Länge des Kabels 150m beträgt (reflektiertes Signal 30) und daß 50 m ein Pehler
liegt, der zu dem reflektierten Signal 59 Anlaß gibt. Der Markenimpuls 40' erscheint
gemäß der in Fig. 1 angedeuteten Einstellung des Digitalgebers 36 zu einem Zeitpunkt,
welcher der Impulslaufzeit über eine Kabellänge von 120m und zurück entspricht.
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Nach dieser Grobübersicht wird durch Verstellen des Digitalgebers
36 der Markenimpuls 40' an einer Stelle der Zeit geschoben, die dicht vor dem interessierenden
Signal 29 liegt.
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Es wird dann der Schalter 66 in die obere Stellung umgelegt. Es wird
jetzt die Zeitablenkung des Oszillographen 52 von-dem Elarkenimpuls 40t getriggert.
Uber den Eingang 76 wird die Zeitachse gedehnt, Es ergibt sich dann ein Oszillogramm,
wie es in Fig. 6 dargestellt ist0 Es kann dann eine Feineinstellung des Digitalgebers
36 erfolgen, so daß der Markenimpuls 40' und damit der Ursprung der Zeitablenkung
zu dem Signal 29 hinverschoben wird0 Dabei ergibt sich ein Oszillographenbild gemaß
Fig. 7. An dem Digitalgeber 36 kann dann die Entfernung des Kabelfehlers vom Meßort
mit hoher Genauigkeit abgelesen werden.
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Fig. 4 zeigt eine Vorderansicht eines nach der Erfindung aufgebauten
Gerätes.
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An der Stirnwand eines Gehäuses 78 ist der Oszillographenschirm 74
angebracht. Daneben sind zwei Stellknöpfe 80 und 82 für Helligkeit
und
Schärfe des Oszillographenbildes. An einem-darunterliegenden Stellknopf 84 kann
die Geschwindigkeit der Zeitablenkung eingestellt werden, d.ho die Strecke in dem
Kabel 32, die einem Abszissendurchgang des Oszillographenbildes entspricht.
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Ein Knopf 86 gestattet es, die Art der Triggerung einzustellen.
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Dieser Knopf ist mit dem Schalter 66, 72 verbunden.
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Ein Knopf 88 gestattet es, die Dauer des auf das Objekt (Kabel) 52
gegebenen Impulses zu variieren. Dieser Knopf ist mit einem Potentiometer 90 gekuppelt,
mit welchem der Impulsverstärker 22 beschaltet ist.
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Ein Knopf 92, der mit ,dem Schalter 44 gekuppelt ist, gestattet eine
Umschaltung der Zählfrequenz je, nachdem, ob eine Messung an einer Freileitung oder
an einem Kabel erfolgen-soll. Durch einen Knopf 94, der mit einem Potentiometer
96, mit welchem der Oszillator 10 beschaltet ist, gekuppelt ist, kann%ielektrizitätskonstante,
welche einen Einfluß auf die Impulslaufgeschwindigkeit hat, berücksichtigt werden.
Dabei sind zwei Einstellpunkte vorgesehen, je nachdem ob die Messung an einem Kabel
oder an einer Freileitung erfolgt. Durch den Knopf 94 kann eine Peinregelung der
Oszillatorfrequenz erfolgen.
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Schließlich ist unten die Einstelleinrichtung für den Digitalgeber
36 vorgesehen.
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In Fig. 8 ist ein Beispiel eines quarzgesteuerten Oszillators dargestellt.
Mit 98 ist ein Schwingquarz bezeichnet. In Reihe mit dem Schwingquarz liegt ein
einstellbarer Kondensator 100. Parallel zu dem Kondensator 100 und dem Schwingquarz
98 liegen zwei Inverter 102, 104. Parallel zu dem Inverter 102 liegt ein Ohmscher
Widerstand 106. Der Punkt zwischen den Invertern 102, 104, der mit dem
Ohmschen
Widerstand 106 verbunden ist, liegt an einem Eingang eines NAND-Gliedes 108, an
dessen anderem Eingang 110 eine Versorgungsspannung anliegt. An einem Ausgang 112
erscheint dann eine Impulsfolge mit einer durch den Schwingquarz 98 bestimmten Impulsfrequenz0