DE3220014C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Bestimmung des kapazitiven Blindanteils einer Impedanz durch Messung eines Meßstromes, der durch eine aus einer Impulsfolge bestehenden Meßspannung getrieben wird und der außer über die Im­ pedanz auch über wenigstens einen in Reihe zu dieser geschalteten Halbleiter fließt, insbesondere für Teilnehmeranschlußleitungen in Fernsprechvermittlungsanlagen.

Eine Schaltungsanordnung dieser Art ist bereits durch die DE 26 27 936 B2 bekannt. Hierin geht es um eine Messung kapazitätsbehaf­ teter Widerstandswerte. Besondere Probleme ergeben sich in derartigen Schaltungsanordnungen, wenn in einem Meßstromkreis außer realen und kapazitiven Widerständen auch Halbleiter liegen. Bekanntlich weisen diese spannungsabhängige und/oder stromab­ hängige Widerstandswerte auf. Diese ziehen eine Verfälschung von Meßergebnissen nach sich, wenn kapazitive Einflüsse so auf den Meßstrom einwirken, daß die Stromabhängigkeit und/oder Spannungs­ abhängigkeit von Halbleiterwiderständen ebenfalls den Meßstrom beeinflussen.

Für die Erfindung besteht deshalb ganz allgemein die Aufgabe, eine Schaltungsanordnung der eingangs angegebenen Art zu auszu­ gestalten, daß der Verfälschungseffekt bei einer über Halbleiter vorgenommenen Widerstandsmessung kapazitätsbehafteter Meßobjekte vermieden wird.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß zur Be­ stimmung des Blindanteils der Impedanz durch die Schaltungsan­ ordnung der Meßstrom jeweils bei einer in der Nähe des Nulldurch­ gangs einer der Impulsflanken vorbestimmten Phasenlage der den Meßstrom treibenden einzelnen Impulse der Impulsfolge erfaßt wird, wobei die einzelnen Impulse bei der bestimmten Phasen­ lage dieselbe Flankensteilheit aufweisen, und daß der Scheitel­ spannungswert der Impulse wenigstens doppelt so groß wie der Knickspannungswert der Halbleiter gewählt ist.

Solche Verfälschungseffekte durch eine ent­ sprechende Erhöhung des Meßstromes zu vermeiden, verbietet sich aufgrund einer hinzukommenden Forderung, durch entsprechende Messungen keine unerwünschten Reaktionen in dem betreffenden Meßobjekt zu verursachen; handelt es sich dabei z. B. um Teil­ nehmerstationen in Fernsprechvermittlungsanlagen, so soll bei entsprechenden Messungen im laufenden Betrieb vermieden werden, daß es durch den Meßvorgang zu einem Reagieren in Rufsignal- Empfangseinrichtungen der betreffenden Teilnehmerstelle kommt.

Die Erfindung schafft also die Möglichkeit, den Meßvor­ gang zeitlich zu begrenzen, und zwar jeweils auf solche Phasen der genannten Impulsfolge, in denen der ver­ fälschende Effekt der Halbleiter eliminiert ist.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung nur in wesentlich zu ihrem Verständnis beitragenden Bestandteilen dargestellt, auf welches sie jedoch keines­ wegs beschränkt ist.

Die Zeichnung ist durch eine strichpunktierte Linie unter­ teilt. Rechts von dieser ist auszugsweise eine Teilnehmer­ anschlußleitung mit den Leitungsadern a und b dargestellt. Eine Teilnehmerstation Y ist auszugsweise dargestellt, von welcher nur die im Zusammenhang der Erfindung wesentlichen Bestandteile angedeutet sind. Teilnehmerstationen dieser Art sind bereits bekannt, und zwar durch die von Siemens AG 1981 herausgegebene Druckschrift "Siemens Components 19", Heft 4, Seite 145 ff.

In Verbindung mit der Teilnehmeranschlußleitung ist ein Widerstand V dargestellt. Durch ihn soll ein endlicher Isolationswiderstand zwischen den beiden Leitungsadern a und b angedeutet werden.

Die Leitungsadern jeder Teilnehmeranschlußleitung unterliegen außerdem Fremdspannungseinflüssen.

Endliche Isolationswiderstände zwischen den Leitungs­ adern verschiedener räumlich benachbarter Teilnehmer­ anschlußleitungen sind mit Hilfe des Widerstandes E angedeutet. Eine Teilnehmeranschlußleitung unterliegt also unter anderem einem Gleichspannungs-Fremdeinfluß. Dieser ist symbolisch dargestellt durch eine Gleich­ spannungsquelle P. Da dieser Gleichspannungs-Fremdein­ fluß auf die beiden Leitungsadern einer Teilnehmeran­ schlußleitung über entsprechenden Vorwiderstand sich auswirkt, ist in der Zeichnung ein entsprechender Vor­ widerstand E angegeben.

Darüber hinaus unterliegt jede Teilnehmeranschlußleitung einem Wechselspannungs-Fremdeinfluß. In jede Teilnehmer­ anschlußleitung wird eine Wechselspannung als Fremd­ spannung induziert, und zwar auf induktivem und/oder kapa­ zitivem Wege. Dies ist mit Hilfe der Wechselspannungs­ quelle K in der Zeichnung angedeutet. Da auch ein solcher Fremdwechselspannungseinfluß über entsprechenden Vorwider­ stand besteht, ist letzterer symbolisch in der Zeichnung durch den Vorwiderstand G angedeutet.

Die Teilnehmerstation Y enthält auch einen Kondensator C. Dieser liegt unter anderem über Halbleiter H an der Teilnehmeranschlußleitung. Hierbei kann es sich um antiseriell in Reihe geschaltete Zenerdioden handeln, wie es in der Zeichnung dargestellt ist. Ebenso können aber auch antiparallel geschaltete Gleichrichter vorge­ sehen sein. Ebensogut können aber auch Gleichrichter, Zenerdioden und Halbleiter jeder anderen Art einzeln oder in jeglicher Kombination vorgesehen sein, soweit eine solche in den betreffenden technischen Zusammenhängen nützlich ist. Der Kondensator C kann mit der Teilnehmer­ anschlußleitung über weitere, hier nicht im einzelnen dargestellte Schaltmittel verbunden sein, was mit Hilfe der gestrichelten Linie unterhalb des Kondensators ange­ deutet sein soll.

Die Teilnehmeranschlußleitung ist in an sich bekannter Weise mit einer Teilnehmeranschlußschaltung verbunden. Aufbau und Arbeitsweise von Teilnehmerstationen, Teilnehmer­ anschlußleitungen und Vermittlungsanlagen, insbesondere solchen der Fernsprechtechnik werden hier als bekannt vorausgesetzt und deshalb nicht im einzelnen beschrieben.

Die in der Zeichnung dargestellte Anordnung dient zur Routineprüfung sämtlicher an einer Fernsprechvermittlungs­ anlage angeschlossener Teilnehmerstationen. Anstelle von Fernsprechteilnehmerstationen, die an eine Fern­ sprechvermittlungsanlage angeschlossen sind, kann es sich auch um Fernschreibteilnehmeranschlüsse handeln und um Fernschreibvermittlungsstellen, ebensogut aber auch um Datenvermittlungsstellen, an die Datenübertragungs- Teilnehmerstationen angeschlossen sind.

Die in der Zeichnung links und unterhalb der strichpunktier­ ten Linie angedeutete Meßanordnung ist einzeln an jede der Teilnehmeranschlußleitungen über die Schaltpunkte A und B anschaltbar. Unter anderem ist ein Dreieckgenerator D vorgesehen. Dieser liefert gegenüber Erdpotential (oder Massepotential) eine Dreieckspannung mit dem Spitzen­ spannungswert u und einer Periode von 2t. Die von dem Dreiecksgenerator gelieferte Meßspannung entspricht also einer kontinuierlichen Folge von Dreieckimpulsen, die lückenlos aneinander anschließen. Die Dreieckimpulse sind symmetrisch, d. h. die Flankensteilheit ist reziprok die gleiche auf der Impulsvorderseite und der Impulshinter­ seite eines jeden Impulses. Die Flankensteilheit ist gleichbleibend von Impuls zu Impuls. Sie ergibt sich aus dem Zeitwert t und dem Spitzenspannungswert u.

Meßobjekt ist jeweils der Kondensator C in einer jeden der Teilnehmerstationen, die routinemäßig einer Prüfung unterzogen werden. Die Widerstandsbestimmung betrifft den komplexen Widerstand, der sich aus der Kapazität des Kondensators ergibt. Die Messung erfolgt mit Hilfe eines Meßstromes, dessen treibende Spannung die einen Wechselstrom bewirkende Impulsfolge ist; die Impulse dieser Impulsfolge sind - wie bereits erläutert - Dreieckimpulse. Es können aber auch Impulse einer anderen Impulsform verwendet werden. Erforderlich ist lediglich, daß solche Impulse in einer bestimmten festgelegten Phasenlage eine gegebene definierte Flanken­ steilheit aufweisen. Wird Sinuswechselstrom als Meßstrom verwendet, so ist z. B. die Flankensteilheit jeweils im Nulldurchgang eindeutig definiert. Die Impulse der Impulsfolge, die den Meßstrom bewirkt, können aber auch jede andere symmetrische Form haben, z. B. die Form eines Trapezes. Zweckmäßig ist es jedoch, eine Dreieckspannung zu verwenden, wie es in der Zeichnung angedeutet ist.

Um einen Verfälschungseffekt durch den über den Wider­ stand V fließenden Strom zu vermeiden, ist ein Null­ punktindikator L vorgesehen, der als Operationsver­ stärker ausgebildet sein kann. Dieser Nullpunktindikator liefert dann ein Ausgangssignal, wenn die Spannung zwischen seinen beiden Eingangsanschlüssen gleich oder nahezu gleich Null ist. Dieses Ausgangssignal wird einem Analog- Digital-Wandler W als Triggerinformation zugeführt. Dieser Wandler nimmt also den ihm über seinen Eingang w angebotenen Analog-Spannungswert nur auf, wenn die Spannung zwischen den beiden Punkten A und B gleich oder nahezu gleich Null ist, wenn also über den Widerstand V kein Strom fließt. Folglich ist das gewonnene Meßergebnis unabhängig von dem Einfluß des Widerstandes V. Ein Strom, der über diesen Widerstand fließt, geht also in die Messung nicht ein, kann also das Meßergebnis nicht ver­ fälschen. Der über den Schaltpunkt B′ fließende Strom fließt über den Widerstand R. Der Widerstand R und ein Operationsverstärker P arbeiten als Strommesser. Das über den Operationsverstärker P gelieferte Ausgangssignal ist ein Analogsignal und ist so beschaffen, daß der über den Schaltpunkt B′ und über den Widerstand R fließende Strom in diesem Widerstand einen solchen Spannungsabfall ver­ ursacht, daß am Eingang p ein Spannungspotential herrscht, welches nur in sehr geringem Maße vom Erdpotential ab­ weicht. Diese Abweichung ist nur so groß, daß der Opera­ tionsverstärker P das erforderliche Eingangssignal erhält. Erhält er ein negatives Eingangssignal, so gibt es ein positives Ausgangssignal ab und umgekehrt. In der Kombina­ tion von Operationsverstärker P und Widerstand R liegt also gleichsam eine Regeleinrichtung vor, bei der über den Widerstand R verlaufende Strompfad der Gegenkopplung dient. Operationsverstärker, der hier verwendbaren Art, insbesondere in ihrer hier relevanten Betriebsart, sind bereits bekannt durch die Veröffentlichung "Operations­ verstärker und ihre Schaltungstechnik" von W. Schaufelberger, 3. Auflage, erschienen bein KONTRON GmbH, München-Feldmoching, Lerchenstr. 8.

Das über den Ausgang des Operationsverstärkers P gelieferte Ausgangssignal entspricht also der Höhe des Meßstromes. Dieses Ausgangssignal wird über einen Tiefpaß T dem Eingang w des bereits erwähnten Analog-Digital-Wandlers W zugeführt. Am Schaltpunkt B herrscht ein nahezu konstantes Potential, wodurch der Meßstrom in bekannter Weise abhängig ist einerseits von dem Verlauf der Meßspannung und anderer­ seits von der Kapazität des Kondensators C. Dadurch, daß die Messung jeweils nur im Zeitpunkt des Nulldurch­ gangs der zwischen den Schaltpunkten A und B herrschenden Meßspannung gewertet wird, ist die Messung von dem über den Widerstand V fließenden Strom unabhängig. Außerdem wird dadurch aber auch bewirkt, daß der Einfluß der Zener­ dioden H eliminiert wird. Hierzu ist vorgesehen, daß die Meßspannung u wenigstens oder mehr als doppelt so groß ist wie die Zenerspannung jeder der beiden Zenerdioden bei H. Im Zeitpunkt der Triggerung des Wandlers W muß also der Momentanwert der treibenden Meßspannung so groß sein, daß jegliche vom Meßstrom durchflossenem Halbleiter sich bezüglich ihrer Strom-Spannungs-Kennlinie im linearen Bereich befinden.

Um außerdem den durch die Wechselspannungsquelle K bedingten Verfälschungseffekt zu eliminieren, ist der Tiefpaß T vorgesehen. Mit seiner Hilfe werden entsprechende Störwechselspannungen ausgefiltert.

Darüber hinaus besteht ein Störeinfluß durch die Gleichspannungsquelle P. Diese vergrößert beim Nulldurchgang der Meßspannung in der einen Richtung den Meßstrom und verringert ihn in gleichem Maße beim Nulldurchgang in der umgekehrten Richtung. Folglich werden vom Analog-Digital-Wandler W bei zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen zwei unterschiedliche Meßstromwerte erfaßt. Der eine dieser beiden Meßstromwerte ist in der positiven und der andere dieser beiden Meßstromwerte in der negativen Richtung durch den über den Widerstand E fließenden Gleichstrom verfälscht. Beide Meßstromwerte werden vom Analog-Digital-Wandler W in Digitalform einem Mikroprozessor M zugeführt, der durch Addition und Halbierung einen Mittelwert bildet, der das richtige Meßergebnis für den über den Kondensator C fließenden Strom darstellt. Aus diesem Mittelwert sowie aus dem Zeitwert t und dem Spitzenspannungswert U ergibt sich der Kapazitätswert des zu messenden Kondensators C.

Durch besondere Maßnahmen kann auch noch vorgesehen werden, daß der dem Analog-Digital-Wandler zugeführte Triggerimpuls noch etwas früher gegeben wird.

Sollten sich beim Meßvorgang durch den Operationsver­ stärker P und/oder den Tiefpaß T geringfügige Verzögerungen ergeben, so können solche durch eine entsprechende zeitliche Vorverlegung des Triggerimpulses ausgeglichen werden, damit der Wandlungsvorgang im Analog-Digital- Wandler W jeweils ganz genau im Nulldurchgang der Meßspannung erfolgt.

Claims (9)

1. Schaltungsanordnung zur Bestimmung des kapazitiven Blindan­ teils einer Impedanz durch Messung eines Meßstromes, der durch eine aus einer Impulsfolge bestehenden Meßspannung ge­ trieben wird und der außer über die Impedanz auch über we­ nigstens einen in Reihe zu dieser geschalteten Halbleiter fließt, insbesondere für Teilnehmeranschlußleitungen in Fernsprechvermittlungsanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung des Blindanteils (c) der Impedanz durch die Schaltungsanordnung der Meßstrom jeweils bei einer in der Nähe des Nulldurchgangs einer der Impulsflanken vorbestimmten Phasen­ lage der den Meßstrom treibenden einzelnen Impulse der Impuls­ folge erfaßt wird, wobei die einzelnen Impulse bei der bestimm­ ten Phasenlage dieselbe Flankensteilheit aufweisen, und daß der Scheitelspannungswert (u) der Impulse wenigstens doppelt so groß wie der Knickspannungswert der Halbleiter (H) gewählt ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanken der einzelnen Impulse der Impulsfolge eine wenigstens annähernd konstante Flankensteilheit aufweisen.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanken der einzelnen Impulse der Impulsfolge jeweils wenigstens annähernd gleiche Flankensteilheit in den einander entsprechenden Phasenlagen zu Impulsbeginn und Impulsende haben.

4. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse Dreiecksimpulse sind und die Meßspannung eine Dreiecksspannung ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einem Kondensator (C) ein ohmscher Nebenschlußwiderstand (V) parallel geschaltet ist, und daß die vorbestimmte Phasenlage so festgelegt ist, daß sie mit dem Nulldurchgang der Meßspannung zusammenfällt.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Nullpunktindikator (L) die Meßspannung empfängt und bei Nulldurchgang des Momentanwertes der Meßspannung einen Trigger­ impuls an einen Meßstromempfänger (R, P) abgibt.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein dem Meßstrom im Meßstromempfänger (R, P) entsprechendes Ausgangssignal desselben über einen Tiefpaß (T) geführt wird, der kapazitiv und/oder induktiv auf die zu und von dem Kondensa­ tor (C) verlaufende Meßstrompfade (a, b) eingekoppelte Wechsel­ spannungen (K) ausfiltriert.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Meßteilwert in einer einem Impulsbeginn ent­ sprechenden Phasenlage und wenigstens ein Meßteilwert in einer einem Impulsende entsprechenden Phasenlage gebildet wird und daß aus diesen beiden Meßteilwerten durch Addition ein Mittelwert gebildet wird, der das Meßergebnis darstellt und über Neben­ schlußwiderstände den Meßstrompfaden (a, b) zugeführte Stör­ gleichspannungen eliminiert.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Meßstromempfänger (R, P) ein Analog-Digital-Wandler (W) nachgeschaltet ist, und daß dieser jeweils so frühzeitig einen Triggerimpuls erhält, daß ein dadurch ausgelöster Wand­ lungsvorgang jeweils im Nulldurchgang der Meßspannung erfolgt.