DE2707543B1 - Einrichtung zum Erzeugen und Auswerten von modulierten Messbruecken-Siganlen - Google Patents

Description

• Der besondere Voneil der Erfindung wird darin gesehen, daß die Obertragung der Meßbrücken-Signale weitgehend störunempfindlich ist und die Auswertung der Signale in digitaler Technik mit handelsüblichen integrierten Digitalschaltgliedern erfolgen kann.
• Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels erläutert Es zeigt F i g. 1 eine Dehnungsmeßstreifenbrücke mit nachgeschalteter Umsetzereinrichtung, F i g. 2 den Spannungsverlauf eines Brückenausgangssignals und F i g. 3 eine Auswerteschaltung für frequenzmodulierte Signale mit Meßwertinformationen.
• Fig. 1 zeigt eine Dehnungsmeßstreifenbrücke 1, an die ein Differenzverstärker 2 mit einem Spannungsfrequenzumsetzer 3 angeschlossen ist Außer einem Stromversorgungsteil 4 ist noch eine Regelschaltung 5 zum selbsttätigen Nullabgleich der Dehnungsmeßstreifenbrücke 1 vorhanden. Die Dehnungsmeßstreifenbrükke 1 erzeugt beim Oberrollen der Räder einer Wagenachse als Brückenausgangssignal einen Spannungsverlauf U(t) wie es F i g. 2 zeigt Dabei ist der Spannungsunterschied 21 U zwischen Minimum und Maximum ein MaB für die Achslast Der Spannungsfrequenzumsetzer 3 setzt das Brükkenausgangssignal (Spannungsverlauf F i g.2) in einen entsprechenden Frequenzverlauf einer ohne besonderen Aufwand übertragbaren Wechselspannung fs um.
• Dieses Wechselspannungssignal gelangt wie es die Schaltung nach Fig.3 zeigt, am Ende einer Übertragungsleitung AL auf eine Triggerstufe 6, die es in eine Rechteckwechselspannung umformt Mit der Anstiegsflanke des Rechtecksignals wird ein Kippglied 7 aus der gezeichneten Vorzugsiage in die andere Lage geschaltet Dabei geht das Signal auf der Ausgangsleitung AG 1 von L auf H. Die folgende positive Flanke eines Taktes Tbewirkt in einem nachgeschalteten Kippglied 8 einen entsprechenden Signalwechsel von L auf H auf der Ausgangsleitung AG 2 Dieses Signal wird mit dem über ein Verzögerungsglied 9 verzögert geschalteten Takt T von einem Schieberegister 10 übernommen. Zu dem Zweck ist dessen Eingang E mit der Ausgangsleitung AG 2 des Kippgleides 8 verbunden. Das Signal erscheint entsprechend der Stufenzahl m des Schieberegisters 10 nach der gleichen Anzahl von Taktimpulsen wieder am Ausgang A, der einerseits unmittelbar und andererseits über ein NlCHT-Glied 11 mit den Eingangen zweier NAND-Glieder 12 und 13 verbunden ist Auf weitere Eingänge dieser NAND-Glieder 12 und 13 wirkt gemeinsam noch die über ein NlCHT-Glied 140 gebildete Gegenphase des Taktes 7:Ein dritter Eingang des NAND-Gliedes 12 ist mit dem Ausgang eines NAND-Gliedes 14 verbunden. Der entsprechende Eingang des NAND-Gliedes 13 ist an der Ausgangsleitung AG 2 des Kippgliedes 8 angeschlossen. Die Ausgangssignale der NAND-Glieder 12 und 13 schalten die Rückwärts- und Vorwärtszähleingänge (- und +) eines Differenzzählers 15. Außerdem schaltet das NAND-Glied 13 über ein NAND-Glied 16, dessen zweiter invertierender Eingang mit einem die Differenz der Eingangssignale kennzeichnenden Ausgang 22 eines Vergleichers 17 verbunden ist, den Vorwärtseingang 180 eines Folgezählers 18. Die Rücksetzeingänge R der Zähler 15 und 18 sind mit dem Ausgang eines monostabilen Kippgliedes 19 verbunden, das von einem ODER-Glied 20 von dem ein Eingang mit dem Ausgang des NAND-Gliedes 14 verbunden ist, gesteuert wird.
• Ein weiteres, vom Ausgang des Kippgliedes 8 gesteuertes monostabiles Kippglied 21 arbeitet auf den Rücksetzeingang 71 des Kippgliedes 7. Mit dem NlCHT-Glied 23, das mit dem NAND-Glied 12 verbunden ist, wird erreicht, daß bei Impulsen zur Vorwärtszählung im Zähler 15 die Rückwärtszählung gesperrt wird Andererseits sorgt das NlCHT-Glied 11 dafür, daß bei Impulsen für die Rückwärtszählung die Vorwärtszählung gesperrt wird.
• Das Brückenausgangssignal gem. F i g. 2 wertet die oben beschriebene Schaltung auf folgende Weise aus.
• Durch einen nicht dargestellten Schienenkontakt vor der Meßstelle am Gleis erhalten die Zähler 15 und 18 über das ODER-Glied 20, das das monostabile Kippglied 19 steuert, einen Rücksetzimpuls RS, der die Zähler 15 und 18 auf Null setzt Jede Anstiegsflanke des anstehenden Wechselspannungssignals b gelangt, mit Hilfe der Kippglieder 7 und 8 taktsynchronisiert, als Eingangssignal auf das Schieberegister 10, von dem es durch die über das Verzögerungsglied 9 verzögerte Taktanstiegsflanke übernommen wird. Durch Übernahme des L-Signals von Kippglied 7 mit der folgenden positiven Taktflanke wird von Kippglied 8 der Eingang E des Schieberegisters 10 wieder auf L geschaltet Davor hat das monostabile Kippglied 21 das Kippglied 7 wieder in die Ausgangslage zurückgekippt. Unter der Annahme, daß das Schieberegister 10m=256 Stufen hat und die Taktfrequenz 25,6 kHz beträgt ergibt sich eine Durchlaufzeit von 10 ms. Damit ist für die Auswertung der Signale gem. F i g. 2 ein Frequenzbereich von 100Hz bis etwa 12 kHz erfaßbar. Durch geeignete Dimensionierung der Eingangsschaltungen des Differenzverstärkers 2 und Anpassung an den Spannungsfrequenzumsetzer 3 läßt es sich leicht einrichten, daß die durch die Brückenverstimmung entstehenden Frequenzänderungen in dem für die Auswertung erwünschten Bereich liegen. Durch Variation der Frequenz des Taktes T ergibt sich in vorteilhafter Weise ein veränderlicher Maßstabsfaktor für die Umsetzung Frequenzänderung/Digitalwert.
• Im Ruhezustand (unbeeinflußte Meßbrücke) hat das über die Leitung AL übertragene Wechselspannungssignal eine Frequenz von beispielsweise 5 kHz, das bedeutet, im Schieberegister 10 laufen zwischen dem Eingang E und dem Ausgang A gerade 100 Signale.
• Bedingt durch den Signalverlauf der Brückenausgangsspannung ergibt sich beim Überrollen einer Wagenachse zunächst eine Frequenzänderung mit abnehmender Tendenz. Am Ausgang A des Schieberegisters 10 erscheint während dieser Zeit häufiger Signalspannung (H-Pegel) als an seinem Eingang, so daß vom NAND-Glied 12 häufiger Schaltflanken ausgelöst werden können als vom NAND-Glied 13. Mit dem NAND-Glied 14 wird jedoch verhindert, daß der Differenzzähler 15, wenn er den Zählerstand »Null« erreicht hat, weitere Schaltflanken auf seinen Rückwärtszähleingang ( -) erhält.
• Im weiteren Signalverlauf bei einem Meßvorgang geht die Frequenzänderung in eine, von Störeinflüssen abgesehen, zunehmende Tendenz über, die sich schließlich wieder zur abnehmenden Tendenz umkehrt, wenn die betrachtete Achse die Meßstelle überrollt hat.
• Während der Frequenzzunahme gibt das NAND-Glied 13 häufiger Schaltflanken an den Vorwärtseingang (+) des Differenzzählers 15 als das NAND-Glied 12 an den Rückwärtseingang. Damit erhöht sich nunmehr laufend der Zählerstand des Differenzzählers 15. Der Folgezähler 18 folgt dem Heraufzählen unmittelbar, da der zwischen die Zählerausgänge geschaltete Vergleicher 17 über die Ausgangsleitung 22 ein Steuersignal zur Freigabe des NAND-Gliedes 16 in dem Augenblick schaltet, wenn der Zähler 15 einen höheren Stand erreicht im Vergleich zum Zähler 18. Bei wieder abnehmender Frequenz des Brückenausgangssignals erhält der Differenzzähler 15 wieder häufiger Schaltflanken auf seinen Rückwärtszähleingang (-) als auf seinen Vorwärtszähleingang (+); dadurch wird sein Zählerstand wieder niedriger. Der Folgezähler 18 bleibt jedoch, da er keine Rückwärtszählimpulse erhält, auf dem vom Differenzzähler 15 erreichten höchsten Stand stehen und kann vor dem Befahren der Meßstelle durch eine folgende Achse seinen Stand an eine Datenverarbeitungsanlage DVweitergeben.
• In einer etwas abgewandelten Ausführung der Erfindung (nicht dargestellt.') kann der Folgezähler 18 durch einen Speicher bzw. ein Auffangregister als Speicher ersetzt werden, die jeweils durch ein Vergleicherausgangssignal »Zählerstand > Speicher-bzw. Registerinhalt« zur Übernahme des höheren Zählerstands von Zähler 15 veranlaßt werden.

Claims (1)

1. Patentansprüche: 1. Einrichtung zum Erzeugen und Auswerten von modulierten Achslastmeßbrücken-Signalen in Eisenbahnanlagen, unter Verwendung eines der Meßbrükke nachgeschalteten Spannungsfrequenzumsetzers, der ein frequenzanaloges Signal bildet, das einem aus ditigalen Schaltgliedern bestehenden Schaltwerk zugeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltwerk (F i g. 3) aus Trigger- und Kippstufen (6, 7, 8) besteht, die über ein taktgesteuertes Schieberegister (10) mit Hilfe logischer Verknüpfungsglieder (12, 13) einen Differenzzähler (15) so steuern, daß das Zählerergebnis zwischen einem Frequenzminimum und dem darauffolgenden Maximum des frequenzanalogen Signals dem Frequenzunterschied proportional ist 2 Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das den Zählereingang (+/15) für die Vorwärtszähirichtung steuernde Verknüpfungsglied (13) direkt mit dem Eingang (E)des Schieberegisters (10) und über NlCHT-Glieder (140, 11) mit der Takt-und der Ausgangsleitung des Schieberegisters (10) und das den Zählereingang (-/15) für die Rückwärtszählrichtung steuernde Verknüpfungsglied (12) direkt mit dem Ausgang (A) des Schieberegisters (10) und über das NlCHT-Glied (140) in gleicher Weise mit der Taktleitung verbunden sind.

   3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Differenzzähler (15) ein zweiter Zähler (18) als Speicher zugeordnet ist, dessen Zähleingang (180) über ein Verknüpfungsglied (16) abhängig vom Schaltzustand eines an die Ausgänge der Zähler (15, 18) angeschlossenen Vergleichers (17) steuerbar ist.

   4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein NAND-Glied (14) beim Zählerstand »Null« des Differenzzählers (15) verhindert, daß dieser vom NAND-Glied (12) weitere Schaltflanken auf seinen Rückwärtseingang (-) erhält.

   5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Differenzzähler (15) ein Speicher zugeordnet ist, der zur Obernahme des jeweiligen Zählerstandes des Differenzzählers (15) veranlaßbar ist, wenn der Vergleicher (17) ein Zeichen »Zählerstand > Speicherinhalt« ausgibt Bei der Erfindung wird ausgegangen von einer Einrichtung zum Erzeugen und Auswerten von modulierten Achslastmeßbrücken-Signalen in Eisenbahnanlagen, unter Verwendung eines der Meßbrücke nachgeschalteten Spannungsfrequenzumsetzers, der ein frequenzanaloges Signal bildet, das einem aus digitalen Schaltgliedern bestehenden Schaltwerk zugeführt ist Seit einigen Jahren werden Achsgewichte von Eisenbahnwagen besonders in Ablaufanlagen von Rangierbahnhöfen mit Hilfe von Dehnungsmeßstreifenbrücken gemessen (DE-PS 11 33 141X beispielsweise um die Bremskraft mechanischer Gleisbremsen achslastabhängig steuern zu können. Dabei wird die Meßbrücke über größere Entfernungen vom Stellwerk aus mit Wechselspannungen gespeist Das durch die Beeinflussung der Dehnungsmeßstreifen amplitudenmodulierte Brückenausgangssignal gelangt zurück zum Stellwerk.

   Wegen der geringen Spannungsamplitude des Brückenausgangssignals ist die Gefahr der Signalverfälschung durch Störbeeinflussungen sehr groß. Hierdurch werden als Obertragungsleitungen Spezialkabel erforderlich.

   Die Verarbeitung der amplitudenmodulierten Brakkenausgangssignale erfolgt im Stellwerk über einen Meßverstärker mit nachfolgender Auswerteschaltung.

   Diese bildet mit Hilfe einer Dioden-Kondensatorkombination aus dem Amplitudenunterschied zwischen den Extremwerten der Brückenverstimmung einen Spannungsimpuls, der in erster Näherung der Achslast des über die Meßstelle rollenden Rades proportional ist Um mit dem Meßwert in einem Digitalrechner rechnen zu können, ist die Umsetzung des Analogsignals in einen Digitalwert erforderlich. Dafür muß eine weitere Umsetzerschaltung vorhanden sein. Wegen der Zeitkonstanten der RC-Glieder in der Auswerteschaltung ist der Gewichtsmeßimpuls nur für einen begrenzten Geschwindigkeitsbereich ausreichend genau Besonders bei sehr niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten wird das von der Auswerteschaltung gelieferte Meßergebnis zunehmend ungenauer.

   Aus der DE-OS 1623 760 ist eine Meßeinrichtung, insbesondere Waage, bekannt, bei welcher ein Wandler vorgesehen ist, der die das Gewicht eines zu wägenden Objekts repräsentierende Kraft in eine Spannung umwandelt, deren Größe der einwirkenden Kraft direkt proportional ist Ferner ist dabei ein spannungsabhãngiger Oszillator vorgesehen, der schließlich aus der Spannung ein frequenzanaloges Signal bildet, das in einem aus mehreren digitalen Schaltgliedern aufgebauten Schaltwerk ausgewertet wird. Bei dieser Einrichtung sind zusätzliche Detektormittel zur Bestimmung des Digitalwertes eines Eichfehlers erforderlich Außerdem kann eine betriebsmäßige Eichkontrolle zur Feststellung einer allfälligen Abweichung von der genauen Eichung nur aufgrund einer Bedienungshandlung des Personals erfolge.

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Achslastmeßeinrichtungen im Hinblick auf die Meßwertermittlung und Meßwertauswertung zu vereinfachen und so zu verbessern, daß als tXbertragungsleitung für die im Stellwerk auszuwertenden Signale keine Spezialkabel erforderlich sind, und daß die Meßergebnisse auch bei geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten eine ausreichende Genauigkeit aufweisen Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Schaltwerk aus Trigger- und Kippstufen besteht, die fieber ein taktgesteuertes Schieberegister mit Hilfe logischer Verknüpfungsglieder einen Differenzzähler so steuern, daß das Zählerergebnis zwischen einem Frequenzminimum und dem darauffolgenden Maximum des frequenzanalogen Signals dem Frequenzunterschied proportional ist Dabei kann in bevorzugter Weise das den Zãhlereingang für die Vorwärtszählrichtung steuerende Verknßp fungsglied direkt mit dem Eingang des Schieberegisters und über NICHT-Glieder mit der Takt- und der Ausgangsleitung des Schieberegisters und das den Zählereingang für die Rückwärtszählrichtung steuernde Verknfipfungsglied direkt mit dem Ausgang da Schieberegisters und über das NlCHT-Glied in gleicher Weise mit der Taktleitung verbunden sein.