DE3019112A1

DE3019112A1 - Lichtbogenortung

Info

Publication number: DE3019112A1
Application number: DE19803019112
Authority: DE
Inventors: Errol Lloyd Root
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1979-06-13
Filing date: 1980-05-20
Publication date: 1980-12-18
Also published as: NL8003086A; FR2458818B1; US4316139A; GB2056203B; IT1132116B; GB2056203A; JPS5625801A; IT8022773A0; FR2458818A1

Description

E.L.Root-1

L i ch tb oge nor t ung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Ortsfeststellung eines Lichtbogens in einem Hohlleiter.

Die bisher bekannten Verfahren zur Ortsfeststellung eines Lichtbogens in einem Hohlleiter sind nicht wirkungsvoll oder teuer und bringen Ergebnisse, die fast nur etwas besser als geratene Angaben sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung anzugeben, die bei vertretbaren Kosten Ergebnisse mit genügender Genauigkeit bringt.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im Anspruch angegebenen Mitteln. Weiterbildungen und Ausgestaltungen können den ünteransprüchen entnommen werden.

Die Erfindung macht sich das Entstehen von elektromagnetischen und Vibrationsstörungen beim Auftreten eines Lichtbogens zunutze. Diese Störungen werden durch Detektoren erfaßt und das Zeitintervall zwischen dem Auftreten am Ort der Detektoren zur Ortfeststellung herangezogen. Dadurch wird ein hoher Genauigkeitsgrad erreicht. Die Kosten werden dann niedrig gehalten, wenn der meist schon vorhandene Richtkoppler zur Messung des Spannungsstehwellenverhältnisses zum Erfassen der elektromagnetischen Störung mit herangezogen wird.

030051/0676

E.L.Root-1

Wenn der Zähler wie vorgeschlagen betrieben wird, gibt sein dargestelltes Zählergebnis direkt die Entfernung zum Lichtbogen an. In besonderen Anwendungen kann das ganzzahlige Vielfache auch jeden anderen, auch gebrochenen Wert annehmen.

Die Erfindung wird nun anhand von Zeichnungen eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig.1 eine einfache Darstellung eines Hohlleiters mit einem Lichtbogen;

Fig.'.. 2 ein Ablauf diagramm bei der Benutzung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und

Fig.3 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.

In Fig.T ist in einfacher Weise ein Hohlleiter 1 dargestellt, dessen Querschnitt rund, elliptisch oder rechteckig sein kann. Der Hohlleiter 1 kann jede Lange aufweisen; jedoch kommt die Schaltungsanordnung zur Ortsfeststellung eines Lichtbogens besonders bei sehr langen Hohlleitern zur Anwendung, da die Probleme der bisherigen Methoden bei Zunahme der Hohlleiterlänge.auch größer wurden. Durch das Bezugszeichen 2 ist ein Lichtbogen im Hohlleiter 1 gekennzeichnet, der von Zeit zu Zeit an Fehlstellen im Hohlleiter auftreten kann. Da die Fehlstellen in der inneren Oberfläche des Hohlleiters auftreten,

030051/0678

E.L.Root-1

ist eine Inspektion der äußeren Oberfläche zur Ortsfeststellung des Lichtbogens nicht brauchbar. Darüber hinaus kann ein Fehler praktisch an jeder Stelle im Hohlleiter 1 auftreten.

Hohlleiter sind im allgemeinen an einen Richtkoppler zur Messung des Spannungsstehwellenverhältnisses (VSWR) angeschlossen, insbesondere bei Hochleistungsradargeräten. Ein Schallwandler 4 als Detektor für die Vibrationsstörungen ist an den Hohlleiter 1 angekoppelt. Ein auftretender Lichtbogen erzeugt Vibrationsstörungen und ein hohes VSWR. Vom Richtkoppler 3 wird das hohe VSWR und vom Schall.wandler 4 die Vibrationsstörung erfaßt. Vorzugsweise wird der Schallwandler 4 nahe bei dem Richtkoppler 3 angeordnet. Er kann aber auch an anderen Steilen am Hohlleiter 1 angeordnet sein.

In Fig.2 sind die erforderlichen Schritte zur Ortsfeststellung eines Lichtbogens aufgezeigt. Zuerst wird ein hohes VSWR detektiert, wobei ein Pegel von 2,5 bevorzugt wird. Andere Pegel können auch benutzt werden, wobei der normale Wert bei 1,2 bis 1,5 liegt. Dann wird ein Zähler gestartet und hochgezählt bis die Vibrationsstörung detektiert wird. Da die Vibrationsstörung langsamer durch den Hohlleiter läuft als die elektromagnetische Störung, zeigt der Zähler einen diesem Zeitintervall entsprechenden Stand auf, aus dem die Distanz des Lichtbogens kalkuliert werden kann.

030051/0678

— *7 —·■

. Li-ROQt-T;

Die Genauigkeit dieser Ortsfeststellung ist von drei Faktoren abhängig-. Der erste Faktor ergibt sich durch die Ableitung aus den Ausbreitungsgeschwindigkeiten der Störungen. Wird die Distanz aus dem Zeitintervall zwischen dem Eintreffen der elektromagnetischen und der Vibrationsstörung multipliziert mit der Geschwindigkeit der Schallausbreitung berechnet, dann wird vorausgesetzt, daß die Erfassung der elektromagnetischen '_'- Störung sofort erfolgt. Dies ist meistens der Fall und in Bezug auf die sehr viel geringere Schallgeschwindigkeit ergibt sich nur ein Fehler in der Größe von 0,002 %, der leicht kompensiert werden kann, z.B. dadurch, daß der Schallwandler 4 nahe am Rieh t._—-—koppler angeordnet wird.

Der zweite Faktor ergibt sich aus der nicht genauen Kenntnis der Schallgeschwindigkeit im Material des Hohlleiters. Ist der Hohlleiter wie üblich aus Aluminium, dann kann die Geschwindigkeit zwischen 3,04 . 10^ nun pro Sekunde und 6,42 , 10^ mm pro Sekunde liegen, je nach Verarbeitungsart des Aluminiums. Im weiteren wird der Wert5,1562 . TO⁵ mm pro Sekunde benutzt.

Der dritte Faktor ergibt sich aus der Vieldeutigkeit der Vorderflanke der Vibrationsstörung. Das Überschreiten der Schwelle des Schallwandlers 4 ist auch von der Frequenz der detektierten Welle abhängig. Deswegen ist der Schallwandler 4 an einen Breitbandverstärker angeschlossen, der nicht nur hörbare Schallwellen, sondern

030051/0676

E.L.Root-1

auch Ultraschall verstärkt, um einen steilen Anstieg zu erreichen. Dieser Fehler kann nicht mehr als 90 der Wellenfront ausmachen. Bei einem Schall von. 15 KHz und einer Schallgeschwindigkeit von 5,1562 mm pro Sekunde ergibt sich eine Wellenlänge von 34,25 cm. Wenn die Wellenfront innerhalb der ersten 90 ° detektiert wird, dann ist sie nach ungefähr 8,6 cm erfaßt.

Wenn die Schallgeschwindigkeit genau bekannt ist, kann man nach dem Obengesagten die Ortsfeststellung auf + 4,5 cm genau machen. In der Praxis reicht eine Genauigkeit von 30 cm zur Ortsfeststellung einer Fehlstelle mit anschließender Reparatur völlig aus.

In Fig.3 ist ein Blockschaltbild einer Schaltungsan- · Ordnung zur Ortsfeststellung von Lichtbögen in Hohlleitern dargestellt. Wenn ein Lichtbogen 2 in einem Hohlleiter 1 entsteht, erzeugt er ein hohes VSWR, das vom Richtkoppler 3 erfaßt und an einen Diodendetektor weitergegeben wird. Der Ausgang des Diodendetektors ist mit dem Eingang eines Komparators oder Schmidt-Triggers 2ΐ

20- verbunden, der einen bistabilen Schaltkreis 22 setzt, wenn seine Schwelle durch das hohe VSWR überschritten ist. Ein monostabiler Schaltkreis 23 ist mit dem Ausgang des bistabilen Schaltkreises 22 verbunden. Das Ausgangssignal des monostabilen Schaltkreises 23 nimmt für eine bestimmte Zeit einen hohen logischen Pegel an, in der die Vibrationsstörung die Entfernung von der Fehlstelle bis zum Schallwandler 4 überwinden kann.

030051/0676

E.L.Root-1

Die Zeit beträgt etwa 6 Millisekunden bei einem 3O48 cm langen Hohlleiter aus Aluminium. Die Zeit des monostabilen Schaltkreises 23 muß entsprechend der Länge des Hohlleiters und seinem Material bemessen sein. '

An den mönostabilen Schaltkreis 23. ist eine NAND-Schaltung 24 angeschlossen, an die auch ein Taktgenerator 25 und ein bistabiler Schaltkreis 27 angeschlossen ist, -Die NAND-Schaltung 24 ist mit dem Eingang eines Zählers 26 verbunden. Der Schallwandler ist an den Breitbandverstärker 28 angeschlossen, auf den ein Komparator oder Schmidt-Trigger 29 folgt, dessen Ausgang mit dem Setzeingang des bistabilen Schaltkreises 27 verbunden ist.. Der bistabile Schaltkreis 27 ist vorbereitet, wenn der bistabile Schaltkreis 22 durch ein hohes VSWR gesetzt ist und er wird gesetzt, wenn eine Vibrationsstörung vom Schallwandler erfaßt wird. Ist die Vibrationsstörung erfaßt, dann geht der Q-Ausgang des bistabilen Schaltkreises 27 auf einen niedrigen logischen Pegel und stoppt dadurch eine weitere Abgabe von Taktimpulsen des Taktgenerators 25 an den Zähler 26. Bei Auswahl einer bestimmten Taktfrequenz ist das Zählergebnis des Zählers 26, durch einen Dekoder 30 dekodiert und auf einer Anzeige 31 dargestellt, mit hoher Genauigkeit die Distanz zwischen dem Ort des Schallwandlers 4 und der Fehlstelle im Hohlleiter. Eine Bedienungsperson kann nach Ablesen des Meßergebnisses die Schaltungsanordnung durch Anlegen

03005 1A0676

E.L.Root-1

eines Rücksetzsignales · an den Rücksetzeingang zurückstellen.

Es können auch abnorme VSWR auftreten, die nicht von Lichtbögen herrühren. In diesem Falle zählt der Zähler, bis der monostabile Schaltkreis 23 wieder zurückschaltet. Da eine bestimmte Zeit vergangen ist, erscheint ein entsprechend hohes Zählergebnis am Zähler 26- Die Schal- tungsanordnung kann dann zurückgestellt werden oder eine logische Schaltung macht dies automatisch. Eine Möglichkeit ist durch die NAND-Schaltung 33 angedeutet/ die einen der maximalen Standzeit des monostabilen Schaltkreises 23 entsprechenden Zählerstand erfaßt und auswertet. Andere Ausführungen fühlen den Q-Ausgang des bistabilen Schaltkreises 27 in Bezug auf den monostabilen Schaltkreis ab. [

Normalerweise entspricht das Zählergebnis der Distanz zum Ort des Lichtbogens auf 3 cm genau. Wenn die Schallgeschwindigkeit 5156 m pro Sekunde im Material des Hohlleiters beträgt und die Taktfrequenz ist 515,6 KHz, dann ist das Zählergebnis auf 1 cm genau. Sind der Schallwandler 4 und der Richtkoppler 3 nahe beieinander angeordnet, dann kann der erste Fehlerfaktor vernachlässigt werden, da er nur 0,002 % beträgt. Bei anderen Taktfrequenzen weist die Anzeige des Zählergebnisses andere Meßeinheiten auf. Bei einer Taktfrequenz von z.B. 5,156 MHz ist das Ergebnis auf 1/TO mm genau, während bei einer Taktfrequenz von 51,56 KHz das Ergebnis

030051^0678

E it.Root-1

auf 10 cm genau ist. Wenn die Schallgeschwindigkeit im Material des Hohlleiters K Wegeinheiten pro Zeiteinheit beträgt und der Zähler mit einer Taktfrequenz von X . N betrieben wird, wobei X eine ganze Zahl und vorzugsweise eine Potenz von 10 ist, dann ist die angezeigte Zahl· die Entfernung auf 1/N genau. Der Wert von N kann etwas verändert werden, um die aufgezeigten Fehler zu korrigieren.

In der Schaltung gemäß Fig.3 wird das Zählergebnis des Zählers 26 auf einer alphanumerischen Anzeige 31 solange dargestellt, wie der Rücksetzschalter nicht geschlossen wurde. Das Rücksetzen kann auch automatisch zu bestimmten Zeiten erfolgen. Der bistabile Schaltkreis 27 und der Zähler 26 werden durch das logische Signal auf der Leitung 32 im zurückgesetzten Zustand gehalten, bis ein hohes VSWR detektiert wird, damit beide Schaltungsteile zu Beginn eines hohen VSWR im richtigen Anfangszustand sind. Der monostabile Schaltkreis 23 kann bei Bedarf entfernt werden und der Fachmann kann auch noch andere Änderungen vornehmen.

In der Praxis wird ein gegebener Sender mit der Schaltungsanordnung zur Ortsfeststellung eines Lichtbogens an jeweils einen von einer kleinen Anzahl von Hohlleitern angeschlossen sein. Um eine Anpassung an die verschiedenen Höhlleiterη vorzunehmen, kann die Schaltungsanordnung mit einem Schalter versehen werden,- der den Taktgenerator umschaltet. Mit dem Schalter wird die Taktfrequenz ausgewählt und dem Zähler 26 zugeführt, die der Schallgeschwindigkeit in dem jeweils eingeschalteten Hohlleiter entspricht.

10 Ansprüche

2 Blatt Zeichnungen"

030051/0678

Claims

Patentanwalt

Dipl. -Phys .ieo Thul . ''- _

Kutze Str.8 3Ql 91

Stuttgart 30 ------

INTERNATIONAL "STANDARD ELECTRIC CORPORATION, NEW YORK

Patentansprüche

Schaltungsanordnung zur Ortsfeststellung eines Lichtbogens in einem Bohl leiter., dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Detektor (3) zum feststellen von einer durch den Lichtbogen hervorgerufenen elektromagnetischen Stör-ung im -Hohlleiter (1)> ein zweiter Detektor (4) zum Peststeilen von einer durch den Lichtbogen hervorgerufenenVibrationsstörung Im Hohlleiter Ϊ1), wobei der zweite Detektor IA) an einer vorbestimmten Stelle am Hohlleiter <1) angeordnet ist/ ein elektronischer Zähler (26) zum Messen des Zeitintervalls zwischen dem Detektieren der elektromagnetischen und der Vibrationsstörung und eine logische Schaltung zur Berechnung der Distanz zwischen dem Ort des Lichtbogens und dem Ort des zweiten Detektors (4) aufgrund des gemessenen Zeitintervalls und der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Vibrationsstörung im Hohlleiter (1) vorhanden ist.

06.05.19SÖ

Wr-Sr - ^:

030051/0676

3313112

E.L.Root-1

2. Schaltungsanordnung nach-Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Zähler (26) im^: Zeitintervall mit einem .Taktgenerator i25)ι. mit einer vorbestimmten Taktfrequenz verbindbar ist;

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktfrequenz.um ein f anzzahliges Vielfaches höher liegt als die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Vibrationsstörüng.

4h. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3/dadurch , gekennzeichnet, daß das Vielfache gleich einer Potenz von zehn ist. .

.5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2,dadurch .gekennzeichnet, daß an den Zähler (26) -eiire Anzeige Ϊ31) zur Darstellung des Zählerergebnis^ses angeschlossen ist,

6.'. Schaltungsaiiordnung nach Anspruch T, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Detektor (4) ein Schallwandler ist, der akustisch mit dem Hohlleiter (1) gekoppelt ist»

1, Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 _f dadurch gekennzeichnet, daß der erste Detektor (3) ein Richtkoppler ist.

1/0676

E.L.Root-1 \

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 und 7,dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale der
Detektoren ".(3,4) bei vorgewählten Schwellen zusammengeführt werden. -

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,* daß die Detektoren (3,4) über bistabile Schaltkreise (22,27) und eine NAND-Schaltung (24) mit dem Zähler (26) verbunden sind.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 und 9. dadurch gekennzeichnet, daß der Taktgenerator (25) ebenfalls über die NAND-Schaltung (24) mit dem Zähler (26) verbunden ist.

O3O051/0676