DE3325249A1

DE3325249A1 - Gleisstromkreisempfaenger

Info

Publication number: DE3325249A1
Application number: DE19833325249
Authority: DE
Inventors: Hans W. Dr.-Ing. 7250 Leonberg Gschwind
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1983-07-13
Filing date: 1983-07-13
Publication date: 1985-01-31
Also published as: DE3325249C2

Description

Obgleich es sehr unwahrscheinlich ist, daß, z.B. wegen der Oberwellen im Triebrückstrom von Fahrzeugen, exakt die Gleisstromkreisfrequenz als Störfrequenz auftritt, läßt sich dies aber nicht mit letzter Sicherheit aus- -schließen. Es ist deshalb ein Bedürfnis, feststellen zu können, ob ein genügend stark empfangenes Signal wirklich als Nutzsignal, d.h. als vom Gleisstromkreissender stammend angesehen werden darf oder ob es auf eine zufällig mit gleicher Frequenz wie das Nutzsignal einfallende Störung zurückzuführen ist.

Die Erfindung gibt hierzu eine Möglichkeit an. Sie wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 beschrieben.

Nach der Erfindung wird die das Nutzsignal enthaltende^ an der Ausspeisestelle des Gleiskreises abgenommene W e c h selspannung zwei Filtern unterschiedlicher Bandbreite zugeführt. Aus dem Ausgangssignal des schmalbandigeren Filters wird das Nutzsignal gewonnen. Das Ausgangssignal des breitbandigen Filters wird mit dem des schmalbandigeren Filters verglichen. Ein Unterschied zwischen beiden Fi Lterausgangssignalen tritt nur auf, wenn neben dem Nutzsignal Störsignale mit von der Nutzsignalfrequenz abweichender Frequenz empfangen werden. Da Störsignale immer durch ein Frequenzgemisch und niemals nur durch eine einzelne, dem Nutzsignal gleiche Frequenz mit gleicher Phasenlage w-i e das Nutzsignal gebildet werden, wird durch den Vergleich eine Meßgröße für den Störpegel gewonnen.

Das Nutzsignal wird erst dann als Gleisfreimeldung angesehen, wenn es einen erforderlichen Mindestpegel aufweist und wenn dazuhin der Störpegel einen vorgegebenen festen

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Schwellwert oder einen auf das Nutzsignal bezogenen Schweltwert (z.B. 20% des Nutzsignals) nicht überschreitet.

Eine in Anspruch 2 angegebene Ausgestaltung der Erfindung betrifft die Aufbereitung des Nutzsignals und die Ausgabe eines Gleisfreimeldesignals in Abhängigkeit vom Pegel des Nutzsi gna Is.

Anspruch 3 betrifft eine zweckmäßige Ausgestaltung der Vergleichsschaltung.

Zur Bewertung des Störpegels hinsichtlich einer Gefährdung der Sicherheit des G Leisfreime Idesigna Is kann gemäß Anspruch 4 eine feste Spannungsschwelle oder gemäß Anspruch 5 eine Spannungsschwelle verwendet werden, deren Wert sich mit dem Pegel des Nutzsignals ändert und beispielsweise immer einen bestimmten Bruchteil des Nutzsigna Ipege I s' bet ragt.

Die Ansprüche 6 uns 7 betreffen zweckmäßige Ausgestaltungen der verwendeten Filter. Die Bandbreite solcher Filter kann über die Bemessung der parallelgeschalteten Tiefpässe eingestellt werden, z.B. so, daß das schma Ibandige Filter eine Bandbreite von FO - 8 1/3 Hz (wobei FO die Frequenz des Nutzsignals ist) und das breitbandige Filter eine Bandbreite von FO ± 33 1/3 Kz aufweist. Damit läßt das breitbandige Filter mehrere Oberwelten des Triebrückstromes mit 16 2/3 Hz passieren, während das schmalbandiqe Fitter nur das Nutzsignal und eine einzelne Oberwette des Triebrückstromes durchläßt.

Die Scha It frequenz der beiden mit der Frequenz des Gleisstromkreis sende rs umlaufenden Kommutatoren jedes Filters

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kann im übrigen dem auf einer hohen Frequenz schwingenden Muttergenerator des G Leisstromkreissenders über einen Frequenzteiler entnommen werden.

Die Fi Lter können nicht nur gemäß Anspruch 8, paraLLelgeschaltet sein, sondern gemäß einer in Anspruch 9 angegebenen Ausgestaltung auch in Reihe betrieben werden. Es muß dann das Filter mit der größeren Bandbreite vor das andere Filter geschaltet sein.

Die Reihenschaltung der beiden Filter ist vor allem dann vorteilhaft, wenn das schma Ibandige nachgeschaltete Filter gemäß Anspruch 10 durch einen entsprechend programmierten Mikrorechner simuliert wird.

Entsprechend einer in Anspruch 11 enthaltenen Ausgestaltung der Erfindung nimmt ein solcher Mikrorechner zusätzlich die Aufgaben der den Filtern nachgeschalteten Scha11ungstei Le wahr. Diese werden somit eingespart.

Anhand von fünf Figuren sollen im Folgenden Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen G Le i s strotnkrei sempf ängers ausführlich beschrieben und ihre Funktion erklärt werden.

Figur 1 zeigt schematisch den Aufbau eines Gleis-

st romkrei ses

Figur 2 zeigt einen Gleisstromkreisempfänger nach der Erfi ndung

Figur3 zeigte in digitalesFilter

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Figur 4 zeigt schematisch einen GLeisstromkreisempfänger mit in Reihe geschalteten Filtern

Figur 5 . zeigt den Gleisstromkreisempfänger mit einem Mikrorechner.

In Figur 1 ist schematisch ein Gleisstromkreis dargestellt. Ein Gleisstromkreissender S speist an einer Einspeisestelle ES einen Gleiswechselstrom in die beiden Schienen eines Gleises GL ein« An einer Ausspeisestelle AS wird durch den Gleisstrom in einer Leitersch Leife eine Wechselspannung induziert, die in einem Gleisstromkreisempfänger E ausgewertet wird und die Ausgabe eines G Ieisfreime Idesigna Is über einen G Leisfrei me Ideausgang GF bewirkt, solange ein vorgegebener Signalpegel überschritten wird. Sobald sich eine Achse zwischen Einspeisestelle und Ausspeisestelle befindet, fließt der Gleisstrom über den Achskurzschluß und die im Gleisstromkreisempfänger anzuwertende Wechselspannung sinkt auf einen Wert nahe null ab. Der Gleisstromkreis wird besetzt gemeldet. Um Störungen eines solchen G Leisstromkreises durch Oberwellen des Triebrückstromes von Fahrzeugen auszuscha Iten, i st der Gleisstromkreisempfänger als Synchrondetektor ausgeführt. Er wird vom
Gleisstromkreissender S so über eine Leitung L angesteuert, daß er nur Signale empfängt,die exakt die Frequenz des
eingespeisten Gleisstromes und eine ganz be-

stimmte, an der Ausspeisestelle zu erwartende Phasenlage aufweisen. Ist der Gleisstromkreisempfänger gemäß der
Erfindung ausgeführt, so werden darüberhinaus auch Störungen erkannt, die sowohl die Frequenz des Gleisstromes als auch die zu erwartende Phasenlage aufweisen. In

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Figur 2 ist ein solcher GLeisstromkreisempfänger dargestellt. Er besteht aus zwei Filtern F1, F2 mit unterschiedlicher Bandbreite, einer Auswerteschaltung AW, einer Vergleichsschaltung VG und einem Und-Glied UG. Das Eingangssignal, die an der Ausspeisestelle gewonnene Wechselspannung, wird beiden Filtern über eine Leitung L1 zugeführt, über eine weitere Leitung L2 sind die Filter zur Synchronisation mit dem Gleisstromkreissender verbunden.

Der Ausgang des die geringere Bandbreite aufweisenden Filters F1 ist sowohl mit der Auswerteschaltung AW als auch mit der Vergleichsschaltung VG verbunden. Der Ausgang des breitbandigeren Filters F2 führt zur Vergleichsschaltung VG. Die Ausgänge der Auswerteschaltung und der Vergleichsschaltung sind auf die Eingänge des Und-Gliedes UG geführt. Der Ausgang des Und-Gliedes bildet den Gleisfrei me Ideausgang GF.

Der Gleisstromkreisempfänger arbeitet wie folgt:

über die Leitung L1 gelangt die an der Ausspeisestelle des Gleises gewonnene Wechselspannung an die Eingänge der Filter. Diese Wechselspannung stellt in der Regel ein Frequenzgemisch dar, welches neben einem die Frequenz des Gleisstromkreissenders aufweisenden Nutzsignal eine ganze Reihe von Störsignalen aufweist. Insbesondere Oberschwingungen des Triebrückstromes, Vielfache von 16 2/3 Hz, machen sich als Störsignale bemerkbar. Die Filter arbeiten beide als Synchrondetektoren und lassen nur Frequenzen in unmittelbarer Umgebung der Nutzsignalfrequenz durch. Hierbei ist z.B. das schma lbandige Filter

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so ausgelegt, daß neben der NutzsignaLfrequenz alLerhöchstens eine Oberschwingung des Triebrückstromes durchgelassen wird. Das breitbandigere Filter F2 läßt dagegen z.B. mehrere Oberschwingungen des Triebrückstromes in der Umgebung der Nutzsignalfrequenz durch. In der Auswerteschaltung wird nun das Ausgangssignal des Filters FI₇ das im wesentlichen das Nutzsignal enthält, einem Verstärker V und anschließend einem Gleichrichter GL1 zugeführt. Die Ausgangsspannung des Gleichrichters stellt dann den vom Besetzungszustand des Gleises abhängigen Nutz- ·· signalpegel dar. Sie wird in einem Schwellwertschalter SW1 mit einer an einem Potentiometer einstellbaren Schwellenspannung verglichen. Der Ausgang des Schwel Iwertscha I te rs ist mit einem Eingang des Und-Gliedes verbunden. Er ist auf hohem Niveau, wenn der Nutzsignalpegel oberhalb der Schwe I Iwertspannung liegt. Das Ausgangssignal des Schwellwert scha lter s SW1 geolangt dann auf den G Ie i sfre i me Ideausgang, wenn auch der zweite Eingang des Und-Gliedes UG, der von der Vergleichsschaltung beaufschlagt wird, auf hohem Spannungsniveau liegt.

Das Ausgangssignal des Filters F2 wird neben dem Nutzsignal mehrere Oberschwingungen der Triebstromfrequenz als Störsignal enthalten, sofern solche in der vom G Le is kommenden Wechselspannung enthalten sind, und wird sich damit vom Ausgangssignal des Filters F1 unterscheiden.

Treten keine Störsignale auf, so läßt das Filter F2, wie das Filter F1, nur die Nutzfrequenz durch und beide Ausgangssignale unterscheiden sich nicht. Der Unterschied zwischen beiden Ausgangssignalen stellt demnach ein Indiz für das Vorhandensein von Störsignalen dar und aus

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der Größe dieses Unterschiedes Läßt sich eine Aussage über den StörsignaLpegeL machen.

Im GLeisstromkreisempfänger der Figur 2 werden die AusgangssignaLe beider FiLter der VergLeichsschaLtung VG zugeführt, dort miteinander vergLichen und es wird ein vom StörpegeL abhängiges AusgangssignaL auf den zweiten Eingang des Und-GLiedes UG ausgegeben. Dieses verhindert eine 6 LeisfreimeLdung, wenn der StörpegeL einen vorgegebenen Schwe L Lenwe rt übersteigt. Die Vergleichsschaltung.· besteht aus einem Differenzverstärker DV, einem nachgeschaLteten G Lei ehrichter GL2 und einem SchweLLwertschaL-ter SW2. Dem Differenzverstärker werden die AusgangssignaLe der beiden FiLter F1 und F2 zugeführt. Ein Unterscheid zwischen den AusgangssignaLen wird verstärkt und durch den G Leichrichter GL2 gLeichgerichtet. Am Ausgang des G Lei ehr i chter s steht dann ein dem StörsignaLpegel proportionaLer G LeichspannungspegeL an. Dieser wird dem SchweLLwertschaLter SW2 zugeführt und dort mit einem SchweLLenwert vergLichen. übersteigt er den SchweL-Lenwert, so wird der nomaLerweise auf hohem Spannungsniveau Liegende Ausgang des SchweLLwertschaLters auf niedriges Spannungsniveau herabgesetzt und damit das Und-GLied, mit dessen zweitem Eingang der Ausgang des SchweLLwertschaLters verbunden ist,für AusgangssignaLe der AuswerteschaLtung gesperrt. Es kann damit keine GleisfreimeLdung auf den GLeisfreimeLdeausgang gelangen.

ALs Schwellwert wird, wie aus Figur 2 ersichtLich, ein an einem Spannungsteiler ST abgegriffener Teil der das Nutzsignal wiedergebenden Ausgangsspannung des Gleich-

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richters GL1 verwendet. Ein solcher/ sich mit dem Nutzsignal ändernder Schwellenwert ermöglicht es, im Gegensatz zu einem fest vorgegebenen Schwellwert, einen höheren Störsigna I pegel zuzulassen, wenn der Nutzsignalpegel entsprechend hoch ist.

Figur 3 stellt ein digitales Filter dar, wie es für den Gleisstromkreisempfänger nach der Erfindung verwendet werden kann. Mehrere parallelgeschaltete, aus je einem Widerstand R und einem Kondensator C bestehende Tiefpässe - im Prinzip genügen bereits zwei Tiefpässe - werden von Kommutatoren K1, K2 über Entkopplungsverstärker EV nacheinander zwischen Filtereingang FE und Fi lter ausgang FA geschaltet. Die Kommutatoren, die hier der Einfachheit halber als Stufenschalter dargestellt, in der Praxis aber als Halbleiterschalter ausgeführt sind, werden abhängig von der Frequenz des Gleisstromkreissenders gesteuert und zwar so, daß sie während einer Periode der Sendefrequenz nacheinander alle vier Tiefpässe für eine bestimmte Zeit anschalten. Die Steuerfrequenz hierzu kann z.B. dem auf wesentlich höherer als der Sendefrequenz arbeitenden Muttergenerator des Gleisstromkreissenders über einen Frequenzteiler entnommen werden. Die Bandbreite des in Figur 3 dargestellten Filters wird durch die Bemessung der Tiefpässe eingestellt. Besteht ein an den FiItereingang FE angelegtes Eingangssignal aus einer einzelnen Frequenz FO, so ergibt sich in der Kondensatorbank, des Filters ein stationäres Abbild des Eingangssignals. Sind neben der Frequenz FO Störfrequenzen im Eingangssignal enthalten, die im Durchlaßbereich des Filters liegen, so ergeben sich Schwebungen, die schwankende Spannungswerte an der

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Kondensatorbank des Filters hervorrufen. Solche digitalen Filter mit unterschi ed Iieher Bandbreite können sehr gut als Filter F1 und F2 in einem Gleisstromkreisempfänger nach Figur 2 eingesetzt werden, denn es erscheinen an beiden Filterausgängen gleiche Signale, so lange nur die Nutzsignalfrequenz an den Filtereingängen anliegt. Sobald Störsignale im Durchlaßbereich der Filter zusätzlich auftreten, weichen die Ausgangssignale voneinander ab, da das breitbandigere Filter F2 von den Stör-Signalen anders beei nf Lußt wi rd als das schma Ibandi gere '"'; Filter F1.

Figur 4 zeigt eine Reihenschaltung der beiden Filter. Eine solche Reihenschaltung ist dann der in Figur 2 dargestellten Schaltung gleichwertig, wenn das breitbandigere Filter die erste Stelle in der Reihenschaltung einnimmt. Das auf das schma Ibandigere, nachgeschaltete Filter F1 gelangende Signal enthält das Nutzsignal in ungeschwächter Form.

Die Reihenschaltung nach Figur 4 eignet sich besonders zur Vereinfachung durch Einsatz eines Mikrorechners, wie in Figur 5 dargestellt, vor allem dann, wenn Auswerteschaltung und Vergleichsschaltung bereits durch einen Mikrorechner realisiert sind. Es kann nämlich dann zusätzlich die Funktion des schma Ibandigeren Filters durch den Rechner wahrgenommen werden. Der Ausgang des breitbandigeren Filters F2 wird an den Rechner über einen Analog/Digitalwandler W angeschlossen. Die Kommutator funktion, die Mittelwertbildung in den Tiefpässen des Filters, die Differenzbildung im Differenzverstärker, die Gleichrichtung und der Schwellwertvergleich können dann durch passende

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Mikrorechnerfunktionen simuliert werden. Beispielsweise läßt sich eine Gleichrichtung durch die Funktion der Quadrierung, die Mittelwertbildung in den Tiefpässen durch eine arithmetische Mittelwertbildung und die DifferenzbiIdung im Differenzverstärker durch einfache arithmetische Subtraktion -ersetzen.

Im Prinzip ist es möglich, auch Filter F2 durch den Mikrorechner zu ersetzen, jedoch übersteigt diese Aufgabe die Kapazitäten handelsüblicher Rechnertypen, wenn wie heute gebräuchlich, Gleisstromkreisfrequenzen von 10 bis 100 kHz verwendet werden.

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- Leerseite -

Claims

Standard ELektrik Lorenz 3325249

AktiengeseLL schaft

Stuttgart

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Patent ansprüche

> 1. GLeisstromkreisempfänger mit einer AuswerteschaL-Vjtung zur Auswertung der AmpLitude einer an einer AusspeisesteLLe eines G Leisstromkreises gewonnenen WechseL spannung■ und zur Abgabe einer G LeisfreimeLdung in Abhängigkeit von der Amp Litudengröße mit einem eingangsseitigen, aLs Synchrondetektor arbeitenden FiLter, weLches abhängig von Frequenz und PhasenLage des AusgangssignaLs eines den G Leisstromkreis an einer EinspeisesteLLe speisenden G Leisstromkreissenders gesteuert ist, d a durch gekennzeichnet, daß ein weiteres in gLeicher Weise gesteuertes FiLter (F2) mit gegenüber der Bandbreite des ersten FiL-ters (F1) größerer Bandbreite vorhanden ist und daß eine VergLeichsschaLtung (VG) vorgesehen ist, weLche die AusgangssignaLe der beiden FiLter miteinander vergLeicht und die Abgabe einer GLeisfreimeLdung verhindert, wenn der PegeL des Di f f erenzsi gna Ls bei der Fi Lter ausgangssi gna Le einen vorgegebenen SchweLLwert oder einen vorgegebenen BruchteiL des PegeLs des am Ausgang des ersten FiLters anstehenden SignaLs übersteigt.
2. GLeisstromkreisempfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die AuswerteschaLtung (AW) in Reihe einen Verstärker V, einen G Lei ehrichter GL1 und einen

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SchweLLwertse haLter SW1 aufweist, daß dem Eingang des Verstärkers das Ausgangs signaL des ersten Filters CF1) zugeführt wird, daß der Schwellwertschalter das gleichgerichtete Ausgangssignals des Verstärkers mit einem an einem Potentiometer einstellbaren konstanten Spannungswert vergleicht und daß der Schwellwertschalter, dessen Ausgang mit dem Eingang eines Und-Gliedes (UG) verbunden ist>

ein GIeisfreime Idesigna I auf das Und-Glied abgibt, wenn das gleichgerichtete Ausgangssignal des Verstärkers größer ist als der konstante Spannungswert.
3. GIeisstromkreisempfänger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsschaltung (VG) einen Differenzverstärker (DV) enthält, dessen Eingänge mit den Ausgängen der beiden Filter (F1, F2) verbunden sind, daß dem Differenzverstärker (DV) ein Gleichrichter (GL2) und ein Schwellwertschalter (SW2) nachgeschaltet sind und daß der Schwellwertschalter die gleichgerichtete Ausgangs spannung des Differenzverstärkers mit einer Vergleichsspannung vergleicht und ein Signal auf das Und-Glied (UG) ausgibt, welches die Ausgabe des von der Auswerteschaltung (AW) bereitgestellten G leisfreime L-designals verhindert, wenn die gleichgerichtete Ausgangsspannung des Differenzverstärkers die Vergleichsspannung übersteigt.
4. Gleisstromkreisempfänger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsspannung ein vorgegebener fester Wert ist.

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5. GLeisstromkreisempfänger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die VergLeichsspannung dem Mittelanschluß eines SpannungsteiLe rs (ST) entnommen wird, an dessen EndanschLüssen eine dem AusgangssignaL des ersten FiLters (FD proportionaLe Spannung ansteht.
6. GLeisstromkreisempfänger nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die FiLter sogenannte digitaLe FiLter sind und aus jeweiLs mehreren pa.raLLeLgeschaLteten Tiefpässen (R, C) bestehen, deren Eingänge und Ausgänge über mit der Frequenz des GLeisstromkreissenders synchron umLaufende Kommutatoren (K1 , K2) nacheinander mit dem jeweiLigen FiLtereinqanq (FE) bzw. FiLterausgang (FA) verbunden werden.
7. GLeisstromkreisempfänger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen FiL te reingang (FE) und Eingangskommutator (K1) und zwischen Ausgangskommutator (K2) und FiLterausgang (FA) je ein Verstärker (EV) zur Entkopplung geschaltet ist.
8. GLeisstromkreisempfänger nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die digitalen FiLter (F1, F2) para LLeLgeschaLtet sind.
9. GLeisstromkreisempfänger nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die digitaLen FiLter (F1 , F2) in der Weise hintereinandergeschaLtet sind, daß die an der Ausspeiseste I Le (AS) des Gleisstromkreises gewonnene Wechselspannung dem mit der größeren Bandbreite ausgestatteten FiLter (F2) zugeführt wird.