DE2727392B1 - Verfahren zur digitalen Messung von Impulslaufzeiten und Kabellaengen - Google Patents

Description

• Bei dieser bekannten Vorrichtung wird der Impulsablauf durch einen Zähler gesteuert, der mit einer stabilen Referenzfrequenz betrieben wird. Bei einem gewissen Zählerstand (z. B. 0) wird der Sendeimpuls ausgelöst, bei einem anderen wählbaren Zählerstand wird ein Markenimpuls erzeugt und in das Reflektogramm eingeblendet. Der Markenimpuls kann also um definierte, der Periode der Referenzfrequenz entsprechende, diskrete Werte verschoben werden. Diese Methode ist jedoch bei kurzen und mittleren Meßbereichen, bei welchen die Vorteile der Impuls-Echo-Methode, wegen der noch geringen dämpfungsbedingten Verformung der Impulsflanken, voll zum Tragen kommen, technisch schwer realisierbar. Bei einem Meßbereich von 500 Nanosekunden, entsprechend einer Kabellänge von etwa 50 mund nur 100 Verschiebungsschritten müßte die Referenzfrequenz 200 MHz betragen.
• Bekannt ist ferner die Anwendung der Sampling-Technik für die Darstellung schnell verlaufender, periodischer Vorgänge auf Oszillographen allgemein und in Meßverfahren zur Fehlerortung in Kabeln (Klaus L i p i n s k i, »Moderne Oszillographen«, VDE-Verlag, Berlin 1974, Seiten 87 bis 101). Sie ermöglicht eine wesentlich klarere Darstellung des impulsverlaufes, der Veröffentlichung ist aber kein Hinweis auf eine vereinfachte und gleichzeitig genauere Messung der Kabellängen zu entnehmen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und übersichtliche digitale Bestimmung der Impulslaufzeiten bzw. der Entfernung einer Reflektionsstelle vom Leitungsanfang auch in kurzen und mittleren Meßbereichen zu ermöglichen.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 5 angegeben.
• Die Vorteile eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Fehlerortungsgerätes bestehen insbesondere darin, daß es für Messungen sowohl im Labor und im Prüffeld als auch für den mobilen Einsatz geeignet ist. Durch die vereinfachte Bedienung und die direkte Anzeige der Fehlerentfernung kann das Gerät auch von angelerntem Personal angewendet werden.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt F i g. 1 den Verlauf der Spannung der schnellen Zeitbasis, F i g. 2 den Verlauf der Treppenspannung, F i g. 3 ein Blockschaltbild eines Fehlerortungsgerätes, Fig.4 ein Impuls- und Spannungs-Diagramm.
• In der Fig. 3 ist das Blockschaltbild eines Impuls-Reflektometers mit den Zusätzen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Das Meßverfahren soll anhand dieses Blockschaltbildes kurz erläutert werden.
• Ein Taktfrequenz-Generator 1 löst den in Fig. 1 dargestellten periodischen sägezahnförmigen Spannungsverlauf der schnellen Zeitbasis 2 aus, der die Spannungsdifferenz U2- U exakt linear in der Zeit dt durchläuft. Im Augenblick des Durchgangs durch den Spannungspegel U wird vom Komparator 3 der Sendeimpuls-Generator 4 ausgelöst und der Sendeimpuls über eine Anpassungsstufe 5 in das Meßobjekt 6 eingespeist. Am Einspeisepunkt entsteht dann ein Impulsverlauf, bestehend aus dem Sendeimpuls selbst und den vom Meßobjekt reflektierten Echoimpulsen.
• Der Impulsverlauf wird durch jeden Sendeimpuls erneut angeregt, wiederholt sich also periodisch mit der Taktfrequenz und wird, während jeder Periode einmal, in einer Abtastschaltung 9 abgetastet. Die sukzessive Verschiebung des Abtastpunktes wird durch Vergleich der sägezahnförmigen Spannung der schnellen Zeitbasis 2 mit einer in F i g. 2 dargestellten treppenförmigen Spannung aus dem Treppenspannungs-Generator 10 in einem Spannungskomparator 7 realisiert. In dem Augenblick, in dem beide Spannungen gleich sind, wird der Abtastimpuls-Generator 8 angeregt, der den Abtastvorgang einleitet und danach ein Monoflop 12 auslöst, dessen definierter Ausgangsimpuls den Treppenspannungs-Generator 10 um eine Stufe a uweiterstellt.
• Die Treppenspannung wird in einem Komparator 20 mit einer mittels eines Potentiometers 19 frei einstellbaren Spannung Ux verglichen. In dem Augenblick, in dem die Treppenspannung den Wert Ux erreicht, entsteht am Ausgang des Komparators 20 eine negative Impulsflanke, die über ein Monoflop 13 das Monoflop 12 für einige, beispielsweise 20 Perioden der Taktfrequenz perlt.
• Während dieser Zeit wird der Impulsverlauf an der gleichen Stelle mehrfach abgetastet, in der Abbildung auf dem Bildschirm 11 leuchtet der dieser Stelle entsprechende Punkt wesentlich heller.
• Am Ausgang des Komparators 14 entsteht im Augenblick des Durchganges der Treppenspannung durch den Spannungswert U eine positive Impulsflanke, aus welcher zusammen mit der negativen Impulsflanke aus dem Komparator 20 in einem Nand-Gatter 15 ein Impuls geformt wird, dessen Flankenabstand dem Durchgang der Treppenspannung durch U und Ux entsprechen. Dieser Impuls wird in einem weiteren Nand-Gatter invertiert und als Tor-lmpuls dem Nand-Gatter 17 zugeführt, an dessen zweitem Eingang die die Treppenspannung weiterschaltenden Impulse anliegen. Am Ausgang des Gatters 17 erscheinen dann nur Nx Impulse, die der Anzahl der Treppenstufen zwischen den Spannungspegel U und Ux entsprechen.
• Diese Impulse werden im Zähler 18 gezählt und als Zahl Nxgespeichert.
• in einer Multiplizierschaltung 21 wird diese Zahl mit dem in einem Vorwahlschalter 22 eingegebenen halben Wert der Fortpflanzungsgeschwindigkeit und dem Meßbereichsfaktor multipliziert. Das Ergebnis wird auf vier Dezimalstellen abgerundet in einer Digitalanzeige 23 als Entfernung vom Einspeisepunkt bis zu der dem erhellten Punkt entsprechenden Stelle in Metern angezeigt.
• Zur Weiterverdeutlichung der Funktion eines Gerätes nach dem Blockschaltbild F i g. 3 dient der in F i g. 4 dargestellte Impulsverlauf. Mit 24 sind die Taktimpulse am Ausgang des Taktfrequenz-Generators 1 bezeichnet, 25 zeigt noch einmal den zeitgerecht dargestellten Verlauf der sägezahnförmigen Spannung am Ausgang der schnellen Zeitbasis 2 und den Spannungsverlauf am Ausgang des Treppenspannungs-Generators 10, mit 26 ist das Impulsdiagramm bezeichnet, daß auf dem Bildschirm ohne Anwendung der Abtastschaltung 9 entstehen würde, mit 27 ist der Spannungsverlauf am Ausgang der Abtastschaltung 9 bezeichnet, während mit 28 das aus der Überlagerung der einzelnen Kurven entstehende Schirmbild auf dem Bildschirm 11 bezeichnet ist. Das Anhalten der Treppenspannung ist in dieser F i g. 4 der Übersicht wegen nicht dargestellt.
• Die Durchführung einer Fehlerortung mit der erfindungsgemäßen Anordnung ist denkbar einfach.
• Der Sendeimpuls wird in das gemessene Objekt eingespeist, im Vorwahlschalter der anderweitig ermittelte halbe Wert der Fortpflanzungsgeschwindigkeit von Impulsen im zu messenden Kabel eingegeben, der erhellte Punkt im Reflektogramm wird mittels eines Potentiomcters 19 bis zur angemessenen Fehlerstelle verschobcn, worauf in der Anzeige 23 die Entfernung vom Einspeisepunkt zu dieser Fehlerstelle vierstellig in Metern erscheint.

Claims (5)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur digitalen Messung von Impulslaufzeiten, bei dem der Eingang des Meßobjektes mit elektrischen Spannungsimpulsen gespeist wird und mit Bildschirmdarstellung der eingespeisten und der am Ausgang des Meßobjektes auftretenden Impulse unter Verwendung der Sampling-Technik, wobei die X-Ablenkung des Elektronenstrahls auf dem Bildschirm mit einer stufenförmig ansteigenden Sägezahnspannung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstieg der periodisch in genau N Stufen ansteigenden Abtast- und X-Ablenkspannung (Treppenspannung) an jeder beliebig wählbaren, durch einen Digital-Zähler ( 18) angezeigten und damit zeitlich genau definierten Stufe für den Zeitraum einer bestimmten Zahl von Stufen gestoppt wird, daß damit in der Impulsdarstellung auf dem Bildschirm ein Punkt erzeugt wird, der eine wesentlich größere Helligkeit aufweist als der verbleibende Kurvenzug, und daß der so hellgetastete Punkt auf dem Bildschirm auf den Anfang des am Ausgang des Meßobjektes erscheinendem Impulses verschoben wird, so daß am Digitalzähler (18) die Laufzeit der Impulse abgelesen werden kann.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Treppenspannung in einem ersten Komparator (20) mit einer durch ein Potentiometer (19) einstellbaren Spannung U1 verglichen wird und daß die im Zeitpunkt der Gleichheit beider Spannungen am Ausgang des Komparators (20) entstehende Impulsflanke über ein erstes Monoflop (13) ein den Anstieg der Treppenspannung steuerndes zweites Monoflop (12) für einige Perioden der Taktfrequenz sperrt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Treppenspannung in einem zweiten Komparator (14) mit einer den Beginn der Abtastung bestimmenden festen Spannung U verglichen wird, daß die im Zeitpunkt der Gleichheit beider Spannungen am Ausgang des Komparators (14) entstehende Impulsflanke zusammen mit der am Ausgang des ersten Komparators (20) entstehenden Impulsflanke in einem ersten Nand-Gatter (15) zu einem Impuls geformt wird, der nach Invertierung in einem zweiten Nand-Gatter (16) als Torimpuls einem dritten Nand-Gatter (17) zugeführt wird, an dessen zweitem Eingang die die Treppenspannung weiterschaltenden Impulse liegen, und daß die am Ausgang des dritten Gatters (17) zwischen den Spannungswerten U, und Ux der Treppenspannung erscheinenden Impulse, die der Anzahl der Treppenstufen N1 zwischen diesen Spannungswerten entsprechen, in einem Zähler (18) gezählt und gespeichert werden.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeige (23) des Zählers (18) umschaltbar ist und daß die Impuls-Laufzeit und/oder, nach Multiplikation der Impuls-Laufzeit mit dem halben Wert der anderweitig ermittelten Fortpflanzungsgeschwindigkeit von Impulsen auf dem zu messenden Kabel, Längeeinheiten digital angezeigt werden.
5. 5. Anwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 in einem an sich bekannten Impulsreflektometer, bei dem die Einspeisung der Impulse und die Abnahme der am Kabelende oder an einem Kabelfehler reflektierten Impulse über eine Anpassungsstufe (5) am gleichen Ende des zu messenden Kabels erfolgt.

   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur digitalen Messung von Impuls-Laufzeiten, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

   Die Impuls-Echo-Methode wird in zunehmendem Maße bei der Fehler-Vorortung in der Kabelfehler-Meßtechnik angewandt.

   Bei der Anwendung dieser Methode wird in die zu messende Leitung ein elektrischer Impuls eingespeist, der sich mit einer für die jeweilige Leitung konstanten Geschwindigkeit entlang der Leitung fortpflanzt An Fehler- oder Inhomogenitätsstellen wird dieser Impuls je nach Art des Fehlers unterschiedlich reflektiert und kehrt als teil- oder vollreflektierter Echoimpuls mit der gleichen Geschwindigkeit zum Ausgangspunkt zurück.

   Die Impulse werden als Reflektrogramm am Bildschirm einer Oszillographenröhre visuell dargestellt, wobei üblicherweise die Sende- und Echoimpulsedie Y-Ablenkung bewirken, und die X-Ablenkung mit einem durch den Sendeimpuls ausgelösten, zeitproportionalen Spannungsverlauf (Zeitbasis) gesteuert wird.

   Die Zeitverzögerung zwischen Start des Sende-lmpulses und dem Eintreffen des Echo-lmpulses ist gleich der Laufzeit vom Einspeisepunkt bis zur Reflexionsstelle und zurück, bei bekannter Fortpflanzungsgeschwin digkeit kann damit die Entfernung der Reflexionsstelle berechnet werden.

   Allgemein bekannt ist die Bestimmung der Laufzeit über eine Zeitmessung mit Phasenschieber bzw.

   Frequenzteiler. Bei dieser Methode wird die Zeitbasis des Sichtteils abwechselnd durch den Sende-lmpuls oder einen gegen den Sende-lmpuls um vorgegebene Zeitwerte verzögerten Triggerimpuls ausgelöst, so daß der Echo-lmpuls in die Lage des Sende-lmpulses verschoben werden kann. Die Nachteile dieser Methode bestehen insbesondere darin, daß die beiden gegeneinander verschobenen Impulszüge während des Meßvorganges ein recht unübersichtliches Gemisch bilden, die Bildhelligkeit wird beim Schreiben zweier Verläufe entsprechend geringer, die Obersicht des gesamten Meßabschnittes ist erschwert. Die Geräte sind daher meistens mit einem Schalter »Messen-Übersicht« ausgestattet, mit dessen Hilfe wahlweise das Meßbild oder das normale Reflektrogramm zur Anzeige gebracht werden kann.

   Bekannt ist auch 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, die einen Oszillator, einen von dem Oszillator angesteuerten Zähler, eine von dem Zählerausgang beaufschlagte erste Koinzidenzschaltung, durch die bei einem vorgegebenen Zählerstand die Startimpulse auslösbar ist, einen Digitalgeber zum Vorgeben eines veränderbaren Digitalwertes und eine zweite Koinzidenzschaltung zum Vergleich des Zählerstandes mit dem vorgegebenen Digitalwert des Digitalgebers, durch die bei Zahlengleichheit ein vom Oszillographen angezeigter Markenimpuls erzeugbar ist, enthält (DE-OS 23 18 424).