DE2755619C2

DE2755619C2 - Sendeempfangsweiche

Info

Publication number: DE2755619C2
Application number: DE2755619A
Authority: DE
Inventors: Henning Max Nordborg Hansen (Daenemark)
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1977-12-14
Filing date: 1977-12-14
Publication date: 1979-09-27
Also published as: JPS5491365A; DK537378A; NL175230B; DK149660C; NL7811746A; FR2412209B1; FR2412209A1; GB2010483A; SE7812806L; US4222113A; NL175230C; JPS5822710B2; SE427231B; DE2755619B1; GB2010483B; DK149660B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sendeempfangsweiche zwischen einem Sendeempfangsumformer und einer zu einer Sendeempfangseinrichtung mit Spannungsquelle führenden Übertragungsleitung, mit einem Sendekanal, über den ein Sendesignal von der Übertragungsleitung zum Sendeempfangsumformer geleitet wird, und mit einem Empfangskanal, der einen Empfangssignalverstärker aufweist, über den ein Empfangssignal vom Sendeempfangsumformer zur Übertragungsleitung geleitet wird. Eine derartige Sendeempfangsweiche ist einem »Operation Manual« für Durchflußmesser der Firma WESMAR zu entnehmen und wird als zum Stand der Technik gehörend betrachtet.

Bekannte Anordnungen mit einer Sendeempfangsweiche dieser Art weisen einen elektroakustischen, insbesondere piezoelektrischen, Sendeempfangsumformer auf. Dieser formt zur Entfernungsmessung nach dem Echolotprinzip oder zur Messung anderer physikalischer Größen ein elektrisches Sendesignal in auszusendende Schallwellen um. Desgleichen formt er vom Meßobjekt reflektierte oder von einem anderen Sendeempfänger ausgesendete Schallwellen bei dessen Empfang in ein elektrisches Empfangssignal um. Die Sende- und Empfangssignale werden in Abhängigkeit

von ihrer Amplitude von der Sendeempfangsweiche entweder über den Sendekanal oder Ober den EmpfangskanaJ übertragen. Hierbei können sich der Sendeempfangsumformer und die Sendeempfangsweiehe in Abhängigkeit von der Länge der Übertragungsleitung in großer Entfernung von einer zentralen Sendeempfangseinrichtung, in der die Sendesignale erzeugt und die Empfangssignale ausgewertet werden, befinden. Dabei liegt im Empfangskanal der Sendeempfangsweiche ein Verstärker, der das in der Regel schwache Empfangssignal soweit verstärkt, daß die Empfangsleistung am Eingang der Sendeempfangseinrichtung nach der Übertragung des Empfangssignals über die Übertragungsleitung noch hinreichend hoch ist, vm das Empfangssigna] in der Sendeempfangseinrichtung auswerten zu können. Für die Stromversorgen des Empfangssignalverstärkers ist eine zusätzliche Stromversorgungsleitung von der Spannungsquelle der Sendeempfangseinrichtung zum Empfangssignalverstärker in der Sendeempfangsweiche verlegt Zusätzlich zu der bereits zweiadrigen Übertragungsleitung ergibt sich mithin durch diese Stromversorgungsleitung ein zusätzlicher Leitungsaufwand

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sendeempfangsweiche der gattungsgemäßen Art anzugeben, die mit geringerem Aufwand hinsichtlich der Stromversorgung de5 Empfangssignalverstärkers auskommt

Nach der Erfindung ist diese Aufgabe dadurch gelöst daß an den Sendekanal der Sendeempfangsweiche ein Energiespeicher zum Speichern eines Teils der Sendeenergie des Sendesignals angeschlossen und der Empfangssignalverstärker aus diesem Energiespeicher gespeist ist

Bei dieser Ausbildung der Sendeempfangsweiche entfällt eine zusätzliche Stromversorgungsleitung für den Empfangssignalverstärker. Eine eigene Stromversorgungsquelle für den Empfangssignalverstärker am Ort des Sendeempfangsumformers und der Sendeempfangsweiche ist ebenfalls nicht erforderlich. Da die Sende* und Empfangssignale einander im Normalfalle abwechseln, reicht der von dem leistungsstarken Sendesignal abgezweigte und im Energiespeicher zwischengespeicherte Teil der Sendeenergie aus, um eine Empfangssignal so weit zu verstärken, daß die Empfangsleistung am Eingang der Sendeempfangseinrichtung zur Auswertung ausreicht.

In besonders einfacher Ausgestaltung der Erfindung kann der Energiespeicher einen Kondensator aufweisen, der vom Sendesignal aufgeladen wird.

Sodann kann der Energiespeicher in Reihe mit dem Kondensator einen Gleichrichter aufweisen. Auf diese Weise kann der Kondensatcr auch von ihre Richtung wechselnden Sendesignalen aufgeladen werden. Darüber hinaus verhindert der Gleichrichter eine Entladung des Kondensators nach dem Verschwinden des Sendesignals.

Vorzugsweise ist ferner dafür gesorgt, daß auf der Eingangsseite des Sendekanals ein das Sendesignal hochtransformierender Transformator liegt und der Energiespeicher auf der der Sendeempfangseinrichtung zugekehrten Seite des Transformators angeschlossen ist. Der Transformator bewirkt zum einen eine Anhebung der dem Sendeempfangsumformer über den Sendekanal zugeführten Spannungsamplitude des Sendesignals, um eine durch die Übertragungsleitung bewirkte Dämpfung zumindest teilweise zu kompensieren, und stelle zum anderen sicher, daß nur ein Teil der

Energie des Sendesignals in den Energiespeicher geleitet wird. Sodann ermöglicht der Transformator eine Anpassung des Widerstands des Sendeempfangsumformers und der Sendeempfangsweiche an den Wellenwiderstand der Übertragungsleitung. Im Empfangsbetrieb bewirkt der Transformator zwar eine Abwärtstransformation der Spannung des Empfangssignals, ohne jedoch die der Übertragungsleitung zugeführte Emniangsenergie merklich zu verringern. Dagegen stellt diese Abwärtstranüformation sicher, daß der Energiespeicher nicht wieder vom Empfangssignal aufgeladen wird.

Wenn der Energiespeicher vorzugsweise einen Ladewiderstand aufweist, ist auch bei höherem Eingangswiderstand des Transformators im Sendebetrieb sichergestellt, daß nur ein definierter Teil der Sendeenergie in den Energiespeicher geleitet wird.

Vorzugsweise ist der Transformator ein Spartransformator. Dieser hat sehr geringe Eigenverluste und läßt sich im Vergleich zu einem normalen Transformator mit geringe! em Materialaufwand herstellen, weil die Unterspannungswicklung bereits einen Teil der Oberspannungswicklung bildet

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden im folgenden anhand der Zeichnung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:

F i g. 1 einen Senderempfänger mit einer nach der Erfindung ausgebildeten Sendeempfangsweiche in schematischer Darstellung,

F i g. 2 ein ausführlicheres Schaltbild der Sendeemp- «> fangsweiche nach F i g. 1,

Fig.3 ein Ersatzschaltbild der Sendeempfangsweiche im Sendebetrieb und

Fig.4 ein Ersatzschaltbild der Sendeempfangsweiche im Empfangsbetrieb. J5

Der Sendeempfänger nach F i g. 1 ist eine elektroakustische Meßeinrichtung zur Messung von Entfernungen oder anderer physikalischer Größen nach dem Echolot-Prinzip. Zu diesem Zweck weist er einen piezoelektrischen Sendzempfangsumformer 1, der elektrische ·«> Signale in Schallwellen, vorzugsweise Ultraschallwellen, und umgekehrt, umformt, eine Sendeempfangsweiche 2, eine koaxiale Übertragungsleitung 3, eine Sendeempfangseinrichtung 4, in der die Sendesignale erzeugt und die Empfangssignale ausgewertet werden, und eine ■'"> Spannungsquelle 5 am Ort der Sendcempfangseinrichtung 4 auf. Die Sendeempfangsweiche 2 ist einerseits über einen Anschluß 6 mit dem Sendeempfangsumformer 1 und andererseits über einen Anschluß 7 mit der Übertragungsleitung 3 verbunden, deren anderes Ende w über einen Anschluß 8 an die Sendeempfangseinrichtung 4 angeschlossen ist

Die Sendeempfangsweiche 2 besteht aus einem Sendekanal 9 und einem Empfangskanal 10, die sich an den Enden überschneiden. v>

Beiden ist eine elektronische Umschalteinrichtung 11, die zur besseren Anschauung mit einem Umschaltkontakt dargestellt ist, und ein Spartransformator 12 gemeinsam, wobei die Umschalteinrichtung 11 auf der Ausgangsseite des Sendekanals 9 beziehungsweise der ^wl Eingangsseite des Empfangskanals 10 und der Spartransformator 12 auf der Eingangs eite des Sendekanals 9 beziehungsweise der Ausgangsseite des Empfangskanals 10 liegt. Sodann enthält der Empfangskanal 10 einen Verstärker 13, um die schwachen Empfangssigna- ^hi Ie so weit zu verstärken, daß sie, je nach der Länge der Übertragungsleitung 3, ■!. der Seindeempfangseinrichtung 4 nach verwertbar sind. Die Stromversorgung des Verstärkers 13 erfolgt aus einem Energiespeicher 14, der eingangsseitig am Sendekanal 9 angeschlossen ist Der Energiespeicher 14 enthält einen Kondensator IS, einen ohmschen Ladewiderstand 16 und einen Gleichrichter 17 in Form einer Diode in Reihe.

Die Umschalteinrichtung U nimmt bei hohen Signalen, die der Sendeempfangsweiche 2 zugeführt werden, also bei Sendesignalen, den dargestellten Zustand ein, in dem sie den Sendekanal 9 mit dem Sendeempfangsumformer 1 verbindet und den Fmpfangskanal 10 abtrennt Wenn der Sendeempfangsweiche 2 dagegen niedrige Signale, also Empfangssignale, zugeführt werden, nimmt die Umschalteinrichtung 11 den anderen Zustand ein, in dem sie den Sendeempfangsumformer 1 mit dem Empfangskanal 10 verbindet und den Sendekanal abtrennt

Im Sendebetrieb wird mithin ein von der Sendeempfangseinrichtung 4 ausgesendetes elektrisches Signal über die Leitung 3, den die Spannungsamplitude des Sendesignals hochtransformierender Transformator 12, den sich daran anschließenden Teil öes Sendekanals 9 und die Umschalteinrichtung 11, die den dargestellten Zustand einnimmt dem Sendeempfangsumformer 1 zugeführt, der das Sendesignal in eine Schallwelle umformt und diese aussendet Gleichzeitig wird der Kondensator 15 über den Gleichrichter 17 und den Ladewiderstand 16 von einem Teil des Sendesignals aufgeladen. Der Spartransformator 12 und der Ladewiderstand 16 stellen sicher, daß nicht die gesamte Sendeenergie in den Energiespeicher 14 fließt, aber dennoch eine hinreichend hohe Spannung zur Umschaltung der Umschalteinrichtung U und Aussendung der Schallwellen zur Verfügung steht Der Ladewiderstand 16 verhindert ferner eine Überlastung des Kondensators 15.

Im Empfangsbetrieb, wenn also der Sendeempfangsumformer 1 Schallwellen empfängt wird die Umschalteinrichtung 11 umgeschaltet, so daß das Empfang'.signal vom Sendeempfangsumformer 1 über den Umschaltkontakt der Umschalteinrichtung 11, den Verstärker 13, der jetzt aus dem Kondensator 15 gespeist wird, den Transformator 12 und die Übertragungsleitung 3 der Sendeempfangseinrichtung 4 zur Auswertung zugeführt wird. Bei den empfangenen Schallwellen kann es sich um das Echo einer ausgesendeten Schallwelle oder um die von einem anderen elektroakustischen Senderempfänger im Wechsel mit dem dargestellten Senderempfänger ausgesendeten Schallwellen handeln. Die Ausgangsspannung des Verstärkers 13 wird zwar vom Spartransformator 12 heruntertransformiert, doch wird der Strom hochtransformiert, so daß sichergestellt ist, daß der Gleichrichter Yt im Empfangsbetrieb gesperrt wird, ober dennoch am Eingang 8 der Sendeempfangseinrichtung 4 hinreichend Empfangsleistung zur Verfügung steht

Der Transformator 12 ermöglicht darüber hinaus eine Anpassung des Widerstands des Sendeempfangsumformers und der Sendeempfangsweiche an den Wellenwiderstand der Übertragungsleitung 3. Für alle Fälle ist es günstiger, wenn der Transformator 12 einstellbar ist.

F i g. 2 zeigt den Aufbau der Sendeempfangsweiche 2 ausführlicher. Danach enthält die Umscftölteinrichtung 11 zwei antiparallel geschaltete Dioden 18 und 19, die einerseits mit dem Anschluß 6 und andererseits mit dem nicht geerdeten Ende des Spartransformators 12 verbunden sind. Der Verstärker 13 enthält einen NPN-Transistor 20, dessen Emitter geerdet und dessen Kollektor über einen ohmschen Arbeitswiderstand 21

mit dem Ausgang des Energiespeichers 14 zwischen Kondensator IS und Ladewiderstand 16 verbunden ist. Sodann führt ein Ausgangskondensator 22 vom Kollektor des Transistors 20 zum nicht geerdeten Ende des Spartransformators 12. Zwischen Kollektor und Basis des Transistors 20 liegen ein ohmscher Widerstand 23 und eine Diode 24 in Parallelschaltung, wobei die Anode dieser Diode 24 mit dem Kollektor verbunden ist. Eine weitere Diode 25 liegt zwischen Basis und Emitter des Transistors 20, und zwar mit ihrer Kathode an der Basis. Die Basis ist schließlich über einen Eingangskondensator 26 mit dem Anschluß 6 verbunden.

Wenn die Sendeempfangseinrichtung 4 dem Anschluß 7 ein so hohes Sendesignal zuführt, daß die Kniespannung der Dioden 18, 19 und 24 überschritten wird, stellen diese Dioden praktisch einen Kurzschluß dar, so daß der Transistor 20 leitend und gleichzeitig vor 25 nicht überschritten wird. Diese Dioden sind daher praktsich gesperrt. Ferner ist die Diode 17 gesperrt, so daß sich das in Fig.4 dargestellte Ersatzschaltbild ergibt. Wie man sieht, wird das Empfangssignal vom

Anschluß 6 über den Kondensator 26 der Basis des aus

dem Kondensator 15 gespeisten Transistors 20 und von dessen Kollektor verstärkt über den Kondensator 22 und den Transformator 12 dem Anschluß 7 zugeführt.

Der Vorteil dieser Ausbildung der Sendeempfangs-

weiche 2 besteht darin, daß man ohne eine zusätzliche Stromversorgungsleitung zwischen dem Verstärker 13 und der Spannungsquelle 5 oder ohne eine eigene Spannungsquelle für den Verstärker 13 auskommt und dennoch den Umformer 1 zusammen mit der Sendeempfangsweiche 2 in großer Entfernung — entsprechend der Länge der Übertragungsleitung 3 — von der zentralen Sendeempfangsweiche 4 anordnen kann.
Bei einer speziellen Ausführung hatten die Wider-

VUVi jpaiifiuiigbii gbauiiui&i tau vaiici cigiisi 3IUIi UO3 in siaiiucuiiu nuiiu F i g. 3 dargestellte Ersatzschaltbild. Wie man sieht, wird

das Sendesignal zum einen in den Energiespeicher 14 Widerstand 16

und zum anderen über den Spartransformator 12 direkt Widerstand 21

dem Anschluß 6 zugeführt. Widerstand 23

Wenn dagegen der Sendeempfangsumformer 1 dem Kondensator 15 Anschluß 6 ein Empfangssignal zuführt, ist dieses so 25 Kondensator 22

schwach, daß die Kniespannung der Diode 18,19,24 und Kondensator 26

jcuSaiurcu luigcnuc rrcftc;

47 Ohn.
22 Kiloohm
180 Kiloohm
10 Mikrofarad, 35 Volt
1 Nanofarad, 400 Volt
1 Nanofarad, 400 Volt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Sendeempfangsweiche zwischen einem Sendeempfangsumformer und einer zu einer Sendeempfangseinrichtung mit Spannungsquelle führenden Übertragungsleitung mit einem Sendekanal, über den ein sendesignal von der Übertragungsleitung zum Sendeempfangsumformer geleitet wird, und mit einem Empfangskanal, der einen Empfangssignalverstärker aufweist, über den ein Empfangssignal vom Sendeempfangsumformer zur Übertragungsleitung geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß an den Sendekanal (9) der Sendeempfangsweiche (2) ein Energiespeicher (14) zum Speichern eines Teils der Sendeenergie des Sendesignals angeschlossen und der Empfangssignalverstärker (13) aus diesem Energiespeicher (14) gespeist ist

2. Sendeempfangsweiche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher (14) einen Kondensator (15) aufweist

3. Sendeempfangsweiche nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher (14) in Reihe mit dem Kondensator (15) einen Gleichrichter (17) aufweist

4. Sendeempfangsweiche nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Eingangsseite des Sendekanals (9) ein das Sendesignal hochtransformierender Transformator (12) liegt und der Energiespeicher (14) auf der der Sendeempfangseinrichtung (4) zugekehrten Seite des Transformators (12) angeschlossen ist

5. Sendeempfangsweiche nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher (14) einen Ladewiderstand (16) aufweist

6. Sendeempfangsweiche nach einem der Ansprüche 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator (12) ein Spartransformator ist