DE2722311C3

DE2722311C3 - Einrichtung zum Erzeugen, Verstärken und Übertragen von Signalen abgleichbarer Meßbrücken, insbesondere von Achslastmeßbrückensignalen in Eisenbahnanlagen

Info

Publication number: DE2722311C3
Application number: DE19772722311
Authority: DE
Inventors: Eberhard Dipl.-Ing. 3300 Braunschweig Schmidt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-05-17
Filing date: 1977-05-17
Publication date: 1979-10-31
Also published as: DE2722311A1; DE2722311B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Erzeugen, Verstärken und Übertragen von Signalen abgleichbarer Meßbrücken, insbesondere von Achslastmeßbrückensignalen in Eisenbahnanlagen.

Seit einigen Jahren werden Achsgewichte von Eisenbahnwagen besonders in Ablaufanlagen von Rangierbahnhof^ mit Hilfe von Dehnungsmeßstreifenbrücken gemessen (DE-PS 11 33 141), beispielsweise um ■ die Bremskraft mechanischer Gleisbremsen achslastabhängig steuern zu können. Dabei wird die Meßbrücke über größere Entfernungen vom Stellwerk aus mit Wechselspannung gespeist Das durch die Beeinflussung der Dehnungsmeßstreifen amplitudenmodulierte Brükkenausgangssignal gelangt zurück zum Stellwerk. Wegen der geringen Spannungsamplitude des Brückenausgangssignals ist die Gefahr der Signalverfälschung durch Störbeeinflussung sehr groß. Hierdurch werden als Übertragungsleitungen Spezialkabel erforderlich.

Die Verarbeitung der amplitudenmodulierten Brükkenausgangssignale erfolgt im Stellwerk über einen Meßverstärker mit nachfolgender Auswerterschaltung. 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.

Wegen der Toleranzen der Dehnungsmeßstreifenwiderstände und Zuleitungen ist ein Nullabgleich der unbeeinflußten Meßbrücke erforderlich. Bei der bekannten Meßeinrichtung werden der Brückennullab-

^ gleich und eine Eichung mit Hilfe eines im wesentlichen aus Einstellwiderständen bestehenden Abgleichfeldes am Ort der Meßsignalauswertung (im Stellwerk) vor der Inbetriebnahme ausgeführt und fixiert. Dabei wird einem Zweig der Brücke nach ihrem Abgleich ein

ⁱ⁽⁾ entsprechender Widerstand zugeschaltet, der sie so weit verstimmt, daß ein Verlauf der Signalamplitude durch Null vermieden wird.

Dieser Brückenabgleich ist wegen der Eigenschaften der langen Verbindungsleitungen zwischen Meßbrücke

^r> und dem Ort der Auswertung über längere Zeitabschnitte jedoch nicht ausreichend stabil. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Brücke am Meßort ständig automatisch abzugleichen, wobei die Regelzeitkonstante so groß zu wählen ist, daß ein merkbarer Einfluß auf

«> die durch Achslasten bewirkten Brückenverstimmungen bei den vorkommenden Fahrgeschwindigkeiten noch nicht feststellbar ist. Die Übertragung der Meßbrückensignale soll dabei so erfolgen, daß keine aufwendige Störschutzmaßnahmen erforderlich sind.

·'"' Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zum selbsttätigen Abgleich einer gleichstromgespeisten Brückenschaltung ein integrierender Verstärker vorgesehen ist, dessen Eingang mittelbar über eine als Spannungsbegrenzer dienende Teilerschaltung mit

^w antiparallelgeschalteten Bauelementen mit kleiner Durchlaßspannung an den Ausgang eines gegengekoppelten Differenzverstärkers angeschlossen ist, wobei der Ausgang des integrierenden Verstärkers mit einem Ausgang der Brückenschaltung verbunden ist, an dem

¹^ ebenfalls mit einem Eingang der gegengekoppelte Differenzverstärker liegt, dessen zweiter Eingang an den anderen Ausgang der Brückenschaltung angeschlossen ist und dessen Ausgang einen Spannungsfrequenzumsetzer speist zur Erzeugung von in einer

^ü{/ Zentrale auswertbaren frequenzanalogen Signalen. Mit Hilfe dieser Einrichtung wird in vorteilhafter Weise eine optimale Stabilität der Meßwertermittlung erzielt. Ferner ist die Grundlage für eine Eichmöglichkeit gegeben. Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind iivi Rahmen des Ausführungsbeispieles angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 Streckeneinrichtungen zur Verstärkung, Abg.'eichregelung und Spannungsfrequenzumsetzung in einer Anlage für Achslastmessungen an fahrenden Eisenbahnwagen und

Fig.2 eine Schaltung zur Begrenzung der Signaländerungsgeschwindigkeit,

F i g. 1 zeigt eine aus vier Dehnungsmeßstreifen-Widerständen gebildete Brückenschaltung 1, die über eine Konstantstromschaltung 2 aus den Spannungsquel len + U unii — U gespeist ist An die mittleren Verbindungsleitungen 11 und 12, die praktisch die Ausgänge der Brückenschaltung 1 bilden, ist ein Differenzverstärker 3 mit seinen Eingängen 31, 32 angeschlossen. Ein Einstellwiderstand 4 dient dazu, die Brückenschaltung 1 näherungsweise symmetrisch zum Massenpotential betreiben zu können, um die Gleichtaktkomponente an den Eingängen 31, 32 der Differenzverstärkerstufe 3 klein zu halten. Dem Differenzverstärker 3 sind zwei Umkehrverstärker 5 und 6 nachgeordnet Am Ausgang des Umkehrverstärkers 6 ist gemäß der Erfindung als Spannungsteiler eine Widerstands Diodenschaltung 7 angeschlossen, die an den Eingang eines integrierenden Verstärkers 8 eine begrenzte positive oder negative Spannung anlegt, wenn ein von Null merklich abweichendes Meßbrückenausgangssignal vorliegt Anstelle der Dioden können auch andere Bauelemente mit kleiner Durchlaßspannung verwendet werden, z. B. Transistoren. Der Ausgang des integrierenden Verstärkers 8 ist über einen Widerstand 9 mit der Verbindungsleitung Il dei MeQbrückenschaltung 1 verbunden. Zwischen die Widerstands-Diodenschaltung 7 und den Eingang des integrierenden Verstärkers 8 sind ein Relaiskontakt 20 und ein Widerstand 21 geschaltet

Vom Ausgang des Umkehrverstärkers 6 führt eine Leitung 22 über einen Widerstand 23 an den Eingang eine¹; Summierverstärkers 24. Zwischen den Ausgang und den invertierenden Eingang des Summierverstärkers 24 und der Versorgungsspannung + LJ ist gemäß der Erfindung in mehreren Zweigen ein Widerstandsnetzwerk WK angeordnet, dessen Widerstände bis auf zwei von Kontakten a\, b\ und el bzw. a2, 62, c2 paarweise einschaltbar sind, wobei die Meßsignalpotentialverschiebung in vorteilhafter Weise vom Verstärkungsfaktor des Summierverstärkers 24 unabhängig von den Schaltstellungen der Kontakte die gleiche Größe hat. Diese Tatsache ist wesentlich für den ordnungsgerechten Betrieb einer noch zu erläuternden, nachgeschalteten Baugruppe.

Beim Ausführungsbeispiel wurden Relaiskontakte als Schaltelemente gewählt; in vorteilhafter Weise können jedoch anstelle dieser Kontakte elektronische Schaltmittel, vorzugsweise Optokoppler, angewendet werdeil. Diese Schaltmittel machen es möglich, die Steuencreise mit den Leuchtdioden von den Schaltkreisen mit den Fototransistoren in gleicher Weise wie bei der Relaisanordnung galvanisch vollständig voneinander zu trennen.

Das Einschalten der einzelnen Gegenkopplungskreise des Widerstandsnetzwerkes WK erfolgt im Ausführungsbeispiel über einen Analog-Digitalumsetzer 25, der stromabhängig eine Kombination der angeschlossenen Relais A, B, C einzuschalten in der Lage ist. Damit ist es möglich, die Einrichtung den jeweiligen örtlichen Gegebenheiten anzupassen, also zu eichen, und zwar vom Stellwerk aus.

Am Ausgang des Summierverstärkers 24 ist ein Spannungsfrequenzumsetzer 26 angeschlossen. Dieser

ι ο

setzt eine zugeführte Eingangsspannung in eine Wechselspannung entsprechender Frequenz um. Mit einem Optokoppler 30 wird schließlich eine galvanische Trennung zwischen den Einrichtungen am Gleis (F i g. 1) und den in größerer Entfernung befindlichen Auswerteschaltungen im Stellwerk (nicht dargestellt) erreicht Die an der strichpunktierten Linie aufhörenden Leitungen LX und L2 leiten die frequenzmodulierten Signale in das Stellwerk zur weiteren Auswertung.

Das Wechselspannungssignal am Ausgang des Spannungsfrequenzumsetzers 26 kann noch mit Hilfe eines aus Frequenzteilern und Zählern oder Kippstufen gebildeten Schaltwerkes 27 zum periodischen Schalten eines Relais 28 benutzt werden, dessen Schließerkontakt 20 den Eingangskreis des integrierenden Verstärkers 8 mit wählbarem Tastverhältnis periodisch schaltet um damit einen Regelvorgang für den selbsttätigen Brückenabgleich ohne Vergrößerung des Widerstands 21 sehr weitgehend verlangsamen zu können.

Fig.2 zeigt eine Schaltung zur Begrenzung der Signaländerungsgeschwindigkeit die bei der in F i g. 1 dargestellten Schaltung zwischen den Ausgang des Umkehrverstärkers 6 und den Eingang des Summierverstärkers 24 eingefügt werden kann. Die Signaländerungsgeschwindigkeit kann hierdurch auf Größenordnungen begrenzt werden, die dem schnellsten Ablauf des Nutzsignals entsprechen. Damit wird die Auswirkung von Störeinflüssen auf den Meßvorgang, beispielsweise durch Flachstellen an den Fahrzeugrädern, gemildert Nähere Einzelheiten werden weiter unten erläutert

Die Briickenschaltung 1 in Fig. 1 wird durch Einstellen des Widerstandes 4 so abgeglichen, daß die Potentiale auf den Verbindungsleitungen 11 und 12 möglichst nahe am Massepotential liegen. Eine verbleibende Abweichung, bei welcher die Leitung 12 ι. B. geringfügig positiv und die Leitung 11 geringfügig negativ ist gegenüber Masse, wird von den angeschlossenen Verstärkerstufen 3, 5, 6 verstärkt. Das ergibt im betrachteten Fall an dem Differenzverstärker } ein negatives, am Umkehrverstärker 5 ein positives und am Umkehrverstärker 6 wieder ein negatives Ausgangssignal. Der Teil der Ausgangsspannung, der an den Dioden der Teilerschaltung 7 abfällt, steuert bei geschlossenem Kontakt 20 einen durch den Widerstand 21 bestimmten, konstanten Ladestrom, der einen linearen, positiven Spannungsanstieg am Ausgang des integrierenden Verstärkers 8 zur Folge hat. Der dabei über Widerstand 9 langsam ansteigende Strom bewirkt einen Potentialanstieg auf der Verbindungsleitung 11, und zwar so lange, bis die Ausgangsspannung am Umkehrverstärker 6 annähernd zu Null geworden ist. Dieser Abgleichvorgang läßt sich durch entsprechende Wahl der Bauteile, insbesondere durch Einsatz eines FET-Operationsverstärkers für den integrierenden Verstärker 8 und durch intermittierende Tastung seiner Eingangsspannung nahezu beliebig verlangsamen und durch Abschalten des Relais 28 mit Hilfe des Kontaktes 29 einer Gleisfreimeldeeinrichtung (nicht dargestellt) auch vorübergehend, z. B. für die Dauer von Gleisabschnittsbesetzungen, vollständig abschalten. Dieser selbsttätige Abgleich ist in der Lage, alle langsamen Veränderungen (z. B. Temperatureinflüsse), die auf das Brückengleichgewicht und die Stabilität des Arbeitspunktes der Verstärkung einwirken, zu eliminieren. Hierdurch entfällt in vorteilhafter Weise ein besonderer Material- und Zeitaufwand für den Brückenabgleich und dessen laufende Überwachung.

Zur Eichung der Achslastmeßeinrichtung ist noch eine Einstellung des Verstärkungsgrades des Verstärkers 24 erforderlich. Um diese Einstellung in bevorzugter Weise vom Ort der Auswertung aus, also in dem Stellwerk, zu ermöglichen und zu fixieren, ist an der Meßstelle der Analog-Digitalumsetzer 25 vorgesehen, der mit einem in der Auswertestelle (Stellwerk) einstellbaren Strom / über die Leitung L 3 gesteuert werden kann. Im Ausführungsbeispiel hat der Umsetzer 25 drei Ausgänge. Damit lassen sich am Verstärker 24 mittelbar insgesamt acht verschiedene Verstärkungsfaktoren einsteilen.

Die Schaltung nach F i g. 2 kann mit dem Eingang EG und dem Ausgang AG in die Leitung 22 der Schaltung nach F i g. 1 zwischengeschaltet werden. Die erste Stufe ist ein nicht gegengekoppelter Operationsverstärker 33, der bei schnellen Potentialänderungen am Eingang in die entgegengesetzte Richtung übersteuert wird. Ein folgender integrierender Verstärker 34 läßt nur einen der Größe seines Eingangswiderstandes und seines Gegenkopplungskondensators 340 entsprechenden Anstieg oder Abfall der Ausgangsspannung zu. Eine an den Ausgang 32 angeschlossene Umkehrstufe 35 liefert eine auf den Eingang des ersten Operationsverstärkers 33 zurückgeführte Gegenkopplungsspannung. Hat die Gegenkopplungsspannung den Wert der Spannung am Eingang 31 erreicht, so hört, da das Potential vom Ausgang des Operationsverstärkers 33 auf Null geht,

ο der Anstieg oder Abfall der Ausgangsspannung am Ausgang 32 auf. Bei Potentialänderungen am Eingang 31, die langsamer sind als die maximale Änderungsgeschwindigkeit der Ausgangsspannung des integrierenden Verstärkers 34, sind der Verlauf der Eingangs- und

ίο Ausgangsspannung identisch.

Die Schaltungsanordnung nach F i g. 1 kann dahingehend variiert werden, daß zur Eichung der Einrichtung die wahlweise einschaltbaren Gegenkopplungswiderstände des Summierverstärkers 24 z. B. beim Umkehr- verstärker 6 vorgesehen werden. Dann entfallen auch die übrigen wahlweise einschaltbaren Widerstände des Widerstandsnetzwerkes WK beim Summierverstärker 24. Die Spannung + U wird dann zur Arbeitspunkteinstellung über einen verbleibenden Testwiderstand zugeführt derart, daß sich am Ausgang des Summierverstärkers 24 eine Spannung ergibt, die bei allen vorkommenden Belastungen der Brückenschaltung nicht durch Null geht, so daß der Spannungsfrequenzumsetzer 26 ordnungsgerecht arbeiten kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Erzeugen, Verstärken und Obertragen von Signalen abgleichbarer Meßbrücken, insbesondere von Achslastmeßbrückensignalen in Eisenbahnanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß zum selbsttätigen Abgleich einer gleichstromgespeisten Brückenschaltung (1) ein integrierter Verstärker (8) vorgesehen ist, dessen Eingang mittelbar über eine als Spannungsbegrenzer dienende Teilerschaltung (7) mit antiparallelgeschalteten Bauelementen mit kleiner Durchlaßspannung an den Ausgang eines gegengekoppelten Differenzverstärkers (3, 5, 6) angeschlossen ist, wobei der Ausgang des integrierenden Verstärkers (8) mit einem Ausgang (11) der BrückenschaUung (1) verbunden ist, an dem ebenfalls mit einem Eingang (31) der gegengekoppelte Differenzverstärker (3, 5, 6) liegt, dessen zweiter Eingang (32) an den anderen Ausgang (12) der Brückenschaltung (1) angeschlossen ist und dessen Ausgang (61) einen Spannungsfrequenzumsetzer (26) speist zur Erzeugung von in einer Zentrale auswertbaren frequenzanalogen Signalen.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ausgang des gegengekoppelten Verstärkers (3, 5, 6) und den Spannungsfrequenzumsetzer (26) ein in seinen Verstärkungseigenschaften ferneinstellbarer Verstärker (24) geschaltet ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Operationsverstärkers (24) in Verbindung mit einem in mehreren Zweigen angeordneten Widerstandsnetzwerk (WK), von dem ein Zweig über stromrichtungsunabhängige, steuerbare Schaltelemente (a 2, b2,c2) unterschiedliche Gegenkopplungen bewirkt und der andere Zweig dabei über entsprechende Schaltelemente (a \,b\,c 1) unterschiedliche additive konstante elektrische Größen zuführt.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Schaltungszusammenhang mit dem Widerstandsnetzwerk (WK) ein stromgesteuerter Analog-Digitalumsetzer (25) vorgesehen ist, dessen Ausgänge mit den Steuerkreisen (A, B, C) der steuerbaren Schaltelemente (al,a2;bl,b2,cl, c 2) verbunden ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang des Spannungsfrequenzumsetzers (26) ein aus Zählelementen aufgebautes Schaltwerk (27) angeschlossen ist zum periodischen Schalten eines Relais (28), von dem ein Arbeitskontakt (20) im Eingangskreis des integrierenden Verstärkers (8) vorgesehen ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Einschaltstromkreis des Relais (28) ein Kontakt (29) einer Gleisfreimeldeeinrichtung vorgesehen ist.