DE3107823A1

DE3107823A1 - Vorrichtung zum aufzeichnen von stoerungen in einem wechselsignal

Info

Publication number: DE3107823A1
Application number: DE19813107823
Authority: DE
Inventors: Ronald Henry Basingstoke Hampshire Ellis
Original assignee: Pitney Bowes Document Messaging Technologies Ltd
Current assignee: Pitney Bowes Document Messaging Technologies Ltd
Priority date: 1980-02-26
Filing date: 1981-02-24
Publication date: 1982-01-07
Also published as: GB2070356A; FR2476850A1

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß Oberbegriff des HauptanSpruchs.
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Störungen in der Netzstromversorgung müssen zu den verschiedensten Zwecken angezeigt werden, beispielsweise für die Elektronikindustrie, die wissen muß, ob der Betrieb ihrer Geräte durch derartige Störungen beeinträgtigt wurde. Beispiele für derartige Vorrichtungen, die an sich störungsfrei zu betreiben sind, sind u.a. Computer, Steuergeräte, Fernübertragungsanlagen, medizinische Geräte, Langzeit-Zerstörungsprüfer u.a.

Eine Möglichkeit der Aufzeichnung einer Wechselstromversorgung liegt in der Verwendung eines Blattschreibers, der den Netzstrom und/oder die Netzspannung in Abhängigkeit von der Zeit aufträgt. Ein Nachteil dieser Aufzeichnungsvorrichtung liegt jedoch darin, daß einerseits sehr viel Papier verbraucht wird und andererseits das Überprüfen von eventuellen Netzstörungen äußerst zeitaufwendig ist.

Eine andere bekannte Vorrichtung verwendet als Speichermedium eine Magnettrommel, wobei Signale an Schreibköpfe übertragen werden, die mit der sich andauernd drehenden Eisenoxidtrommel in Kontakt stehen. Beim Auftreten einer Störung wird eine Transport-

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einrichtung für Aufzeichnungspapier angesteuert, während von den Aufzeichnungsköpfen stammende Signale Drehspulinstrumente ansteuern. Die auf der Trommel befindlichen Signale werden gelöscht, ehe sie die Aufzeichnungsköpfe erreichen. Die bekannte Vorrichtung ist allerdings bezüglich ihrer Bandbreite verhältnismäßig engen Grenzen unterworfen, ist teuer und unterliegt einem nicht unbeträchtlichen elektrischen Rauschen.

Es ist ferner bereits bekannt, ein digitales Schieberegister zur Verzögerung eines Störungssignals zu verwenden. Eine derartige Vorrichtung arbeitet folgendermaßen:

Zunächst werden Signale von Signalvorbereitungsschaltungen vorbereitet. In diesen Vorbereitungsschaltungen enthaltene Diskriminatoren sind derart eingestellt, daß das Aufzeichnungsgerät von einer Steuerschaltung beim Auftreten einer Störung eingeschaltet wird. Gegebenenfalls können die Signale und die Schaltbefehle von dem Abnehmer zur Verfügung gestellt werden.

Die Signale werden anschließend über ein Tiefpaßfilter an einen Multiplexer gelegt, der nacheinander jedes Eingangssignal abfragt. Der Ausgang des Multiplexers liegt an einem Zwischenspeicher, der seinen momentanen Wert beibehält. Aus einem nachgeschalteten Analog-Digital-Wandler wird anschließend ein 8 bit Datenwort gebildet.

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Die Ausgangssignale des A/D-Wandlers werden dann an einem digitalen Schiebregister eingegeben, das mit der gleichen Frequenz wie die Abfrage getaktet wird und damit Information durch das Register schiebt.
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Eine vorgesehene Verzögerung hängt von der Kapazität des Schieberegisters und der Frequenz des Taktgenerators ab.

Die Ausgaben des Schieberegisters werden dann einem Digital-Analog-Wandler eingegeben.

Die gemultiplexten Signale werden synchron mit dem Eingangsmultiplexer dekodiert.

Die dekodierten Signale werden schließlich über ein Tiefpaßfilter geschleift, um das ursprüngliche Signal wiederherzustellen.

Die Bandbreite für eine derartige Vorrichtung mit einem kontinuierlich abgefragten Kanal beträgt typischerweise 2 kHz.

Werden mehr Kanäle gebraucht, dann reduziert sich die Bandbreite entsprechend der Anzahl der Kanäle, d.h. ein Vierkanalgerät hat eine ideale Bandbreite von jeweils 500 Hz. Die eingangs- und Ausgangsfilter müssen an die neuen Bandbreiten angepaßt werden. Aufgrund des komplexen Aufbaues, ist ein derarti-

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ges Gerät verhältnismäßig teuer. Zur Erhöhung der Bandbreite müßte darüberhinaus ein wesentlich größeres Schieberegister gewählt wenden. Da nach dem Eingangsfilter und vor dem Ausgangsfilter keine Kanal-Kanaltrennung erfolgt, lassen sich Gleichtaktprobleme nur sehr schwer unterdrücken.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung zum Aufzeichnen von Störungen in einem Wechselsignal zu schaffen, die billiger und einfacher als bislang bekannte Geräte ist. 10

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Maßnahmen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Aufzeichnung von Störungen "'S in einem Wechselsignal umfaßt Einrichtungen zum Erkennen einer Störung im Wechselsignal, die beim Auftreten einer derartigen Steuerung einen Steuerbefehl liefern; ferner einen ersten Filter zur Filterung des Wechselsignals, wobei ein gefiltertes elektrisches Signal ausgebbar ist; eine analoge Verzögerungsschaltung zur Verzögerung des gefilterten elektrischen Signals für die Bildung eines verzögerten Signals; einen zweiten Filter zur Filterung des verzögerten Signals für die Bildung eines Ausgangssignals; und eine Aufzeichnungseinrichtung für die Ausgangssignale, die beim Auftreten des Steuersignals eine vorgegebene 2^ Zeitspanne lang aufzeichnet.

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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist eine Einrichtung zum Abfragen jedes Signals mit vorbegegebener Frequenz sowie eine Kanaltrennungseinrichtung für die abgefragten Signale vorgesehen. Das Aufzeichnungsgerät weist außerdem eine Vielzahl von Aufzeichnungseingängen auf.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels und einer Figur näher erläutert.

Die Figur zeigt eine Vorrichtung 10 zum Aufzeichnen einer Störung in einem elektrischen Eingangssignal. Die Vorrichtung 10 weist eine Fehlererkennungsschaltung 12 auf, die auch als Fehlersensor bezeichnet wird. Die Fehlererkennungsschaltung 12 weist an sich bekannte Diskriminatoren auf. Sie ist so ausgelegt, daß eine Störung in einem Wechselstromsignal an seiner Eingangsklemme 12a erkannt wird und an einem Ausgang 12b ein Steuerbefehl erscheint. Dieser Steuerbefehl wird an einen Eingang 13a eines Rekorders 14 gelegt, um diesen anzusteuern. Der Rekorder 14 ist in einer Ausführung ein Vielkanal Lichtstrahlrekorder mit entsprechendem Frequenzgang, beispielsweise ein Bell & Howell Gerät des Typs BHL 5000 Memograph. Dem Fachmann sind jedoch auch andere geeignete Rekorder bekannt.

Die Fehlererkennungsschaltung 12 ist so aufgebaut, daß der Steuerbefehl eine vorbestimmte Zeitspanne lang am Rekorder

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14 ansteht und diesen somit aufzeichnen läßt. In einer anderen Ausführung ist die Fehlererkennungsschaltung 12 so aufgebaut, daß anstelle eines langen Steuerbefehls ein kurzer Steuerimpuls erzeugt wird. In diesem Fall würde der Rekorder 14 beim Auftreten des Steuerimpulses an seinem Eingang 13a über die vorgegebene Zeitspanne aufzeichnen.

Die Fehlererkennungsschaltung 12 weist ferner einen Signalausgang 12c auf, an dem das aufzuzeichnende, dem Wechselstromsignal entsprechende Signal erscheint. Dieses Signal wird von den übrigen Bauteilen der Vorrichtung 10 weiterverarbeitet. Das am Signalausgang 12c auftretende Signal wird einem linearen Tiefpaßphasenfilter 15 eingegeben, der auf eine bestimmte Bandbreite voreingestellt ist. In einer bevorzugten Ausführung ist der Filter 15 ein sechspoliger linearer Phasenfilter mit einer Bandbreite von Gleichstrom bis 1500 Hz. Der Hauptzweck des Phasenfilters 15 liegt in der Unterdrückung von Verfremdungsfehlern (aliasing errors), die bei jeder Abfrageschaltung auftreten.

Der Ausgang des Phasenfilters 15 ist an eine analoge Verzögerungsleitung 16 angeschlossen, die periodisch von einem in Trasistor-Transistor-Logik aufgebauten Rechteckschwingungsgenerator 18 abgefragt wird. Der Ausgang der analogen Verzögerungsleitung 16 ist an einen sechspoligen Tiefpaßfilter 20

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angeschlossen, der eine Bandbreite von Gleichstrom bis 1000 Hertz besitzt. Der Tiefpaßfilter 20 filtert die während des Abfragebetriebes hinzugefügten hochfrequenzanteile weg und stellt dadurch elektrisches Signal wieder her. Die Ausgaben des Tiefpaßfilters 20 werden anschließend von einem Treiberverstärker 24 verstärkt. Diese Ausgangssignale werden anschliessend vom Ausgang des Treiberverstärkers 24 an einen Eingang 14a des Rekorders 14 übertragen.

-jO Als analoge Verzögerungsleitung 16 kommt eine RETICON SAD-406 in Frage, die eine allgemein verwendbare η-Kanal (bucket brigade) Audioverzögerungsleitung für beispielsweise Nachhalleffekte, Toneffekte, veränderbare Sprachsteuerung u.a. ist. Es lassen sich aber auch andere Verzögerungsleitungen verwenden, beispielsweise ladungsgekoppelte Einrichtungen (CCD) oder andere Einrichtungen, die eine wahre analoge Verzögerung liefern und nicht über ein digitales Schieberegister arbeiten, das zunächst am Eingang einen Analog-Digital-Wandler und am Ausgang einen Digital-Analog-Wandler erfordert.

Es lassen sich weitere Signale aufzeichnen und speichern, indem man eine nicht dargestellte, vervielfachte Schaltung mit einer weiteren Fehlererkennungsschaltung 12, den Tiefpaßfiltern 15 und 20, der analogen Verzögerungsleitung 16 und dem Treiberverstärker 24 verwendet. Die Ausgaben jedes der Treiberverstär-

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ker 24 werden über einen der unbenutzten Eingänge 14b bis 14g des Rekordens 14 eingegeben. Der Steuerbefehl für jede dieser getrennte Schaltungen läßt sich vom Ausgang 12b der jeweiligen Fehlererkennungsschaltung 12 abnehmen und zur Ansteuerung an den Rekorder 14 legen. In der dargestellten Zeichnung sind lediglich zwei weitere Steuerbefehl-Eingänge 13b und 13c dargestellt .

Um die Kanäle miteinander zu synchronisieren, ist ein Ausgang des Rechteckschwingungsgenerators 18 an einen Optokoppler 22 gelegt. Der Optokoppler 22 trennt den Rechteckschwingungsgenerator 18 von den analogen Verzögerungsleitungen in den identischen Schaltungsgruppen. Es können weitere Optokoppler verwendet werden, um weitere analoge Verzögerungsleitungen in zusätzliehen Schaltungseinheiten von dem Rechteckschwingungsgenerator 18 anzusteuern.

Ein typischer Anwendungsfall für ein Siebenkanalgerät stellt das Aufzeichnen einer Dreiphasen-Versorgungsspannung einschließlieh des Nulleiters dar. Dazu lassen sich die Eingangskanäle 14a bis 14g verwenden. Um eine noch weitergehende Trennung zwischen den einzelnen identischen Schaltungsgruppen zu erzielen, lassen sich Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler zur Stromversorgung für jede der identischen Schaltungsgruppen heranziehen.

Die Verzögerung T der analogen Verzögerungsleitung 16 ist

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eine Funktion der Abfragefrequenz FC gemäß der nachfolgenden
Beziehung:

T = (Anzahl der Abfragen/FC)

wobei es nicht darauf ankommt, ob als Verzögerungsleitung ein 5

bucket brigade- oder ein CCD-Element gewählt wird.

Der bereits erwähnte BHL-500 Rekorder weist eine Wolfram-Jod-Lampe und ein laufendes, fotoempfindliches Papier auf, um Daten oder Signale aufzuzeichnen. Für den BHL-500 Rekorder ist bei-

spielsweise die erforderliche Verzögerungszeit T für die Aufzeichnung eines elektrischen Signals vor oder nach dem Auftreten einer Störung eine Funktion von:

-)5 a) der Anlaufzeit der Wolfram-Jod-Lampe, die etwa 150 msec
beträgt,

b) der Beschleunigung des Papiertransporters bis zur Arbeitsgeschwindigkeit, die etwa 150 msec ausmacht

c) der Aufzeichnungsdauer der Störung von beispielsweise 300

msec.

Da (a) und (b) gleichzeitig ablaufen, beträgt die gesamte erforderliche Verzögerungszeit etwa 450 msec Die zuvor genannte Verzögerungsleitung, nämlich die RETICON SAD-4096, nimmt beispielsweise 2048 Abfragen vor.

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Durch Umschreiben der vorgenannten Beziehung in FC = (Anzahl der Abfragen/T»)

folgt, daß für eine Verzögerung von 450 msec mit einer 2048 Abfragen Verzögerungseinrichtung sich eine Abfragefrequenz ergibt:

FC = (2048/0,45) = 4551 Hz.

Für eine Abfragefrequenz von 4000 Hz ergibt sich eine Verzögerungszeit von Td = 512 msec, was etwa 362 msec Aufzeichnungszeit vor dem Auftreten der Störung ergibt.

Obgleich die durch die analoge Verzögerungsleitung 16 geschleiften elektrischen Signale 512 msec verzögert werden, behalten sie ihren analogen Wert bei. Am Ausgang der analogen Verzögerungsleitung 16 erscheint eine Treppenkurve. Diese Treppenkurve wird von dem sechspoligen linearen Tiefpaßfilter 20 wieder zusammengesetzt und über den Treiberverstärker 24 in den Rekorder 14 eingespeist. Wie bereits erwähnt, ist die Aufzeichnungszeit für den Rekorder 14 einstellbar.

Um die Folge, die Uhrzeit und den Tag des Auftretens von Störungen in der Vorrichtung 10 anzugeben, ist an einen unbesetzten Eingang des Rekorders 14 eine in der Figur nicht dargestellte Zeiteinheit angeschlossen, die bei jeder Ansteuerung des Rekor-

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ders 14 die entsprechende Information eingibt. Derartige Zeiteinheiten sind dem Fachmann bekannt; ihr Einbau bereitet keine Schwierigkeiten.

hu/do

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Claims

Februar 1981 Vorrichtung zum Aufzeichnen von Störungen in einem

Wechselsignal
Patentansprüche
/ 1./ Vorrichtung zum Aufzeichnen von Störungen in einem Wechselsignal, gekennzeichnet durch eine Fehlererkennungsschaltung (12) zum Feststellen einer Störung im Wechselsignal sowie zur Bildung eines Steuerbefehls beim Auftreten einer derartigen Störung; einen ersten Filter (15) zum Filtern des Wechselsignals; eine analoge Verzögerungsleitung (16) zur Verzögerung des gefilterten elektrischen Signals; einen zweiten Filter (20) zur Filterung des verzögerten Signals sowie zur Bildung eines Ausgangssignals; und einen Rekorder (14) zum Aufzeichnen des Ausgangssignals bereits eine vorgegebene Zeitspanne vor dem Auftreten des Steuerbefehls.
2. Vorrichtungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerbefehl in der Fehlererkennungsschaltung (12)

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in Form eines Ansteuersignals von vorgegebener Länge erzeugterioi. und daß der Rekorder (14) in Abhängigkeit von diesem Steuerbefehl ansteuerbar ist.
3. Vorrichtungen nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen an die analoge Verzögerungsleitung (16) angeschlossenen Taktgenerator (18) zur Steuerung der Zeitverzögerung.
4. Vorrichtungen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktgenerator ein Rechteckschwingungsgenerator (18) ist.
5. Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Filter (15) ein Tiefpaßfilter ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die analoge Verzögerungsleitung (16) eine bucket brigade Verzögerungsleitung ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die analoge Verzögerungsleitung (16) ein CCD-Element ist.

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8. Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Filter (20) ein Tiefpaßfilter ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 3 bzw. 5 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Tiefpaßfilter (15 bzw. 20) eine Abschaltfrequenz von weniger als der halben Frequenz des Taktgenerators aufweist.

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