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Gleisstromkreisempfänger mit Phasennachregelung
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Die Erfindung betrifft einen Gleisstromkreisempfänger nach dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Ein solcher Gleisstromkreisempfänger ist z.B. aus der DE-PS 26 23
967 bekannt. Die dort beschriebene Phasensynchronsteuerung hat die Aufgabe, Phasenunterschiede
zwischen der auszuwertenden Gleisspannung und einer zur Synchrondemodulation notwendigen,
dem Generator des Gleisstromkreissenders entnommenen Vergleichswechselspannung auszugleichen.
Dies geschieht dadurch, daß die Phase der Vergleichswechselspannung so oft um einen
bestimmten Betrag verschoben wird, bis ein zur Auswertung durch Synchrondemodulation
geeigneter Phasenunterschied (z.B.
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0 T = O) erreicht ist. Letzteres wird an der Lage zweier Schwellwertschalter,
welche die Ausgangsgleichspannung des Synchrondemodulators mit zwei Referenzspannungen
unterschiedlicher Polarität vergleichen, festgestellt.
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Der bekannte Gleisstromkreisempfänger verschiebt die Phase der Vergleichswechselspannung
immer nur in einer Richtung,
so daß bei Abweichung der Phase der
Vergleichswechselspannung von der Phase der Empfangsspannung zur ungünstigen Seite
hin die Anpassung über eine ganze Periode oder wenigstens eine Halbperiode hinweg
in mehreren aufeinanderfolgenden Schiebeschritten erfolgen muß, was eine von der
Größe der Schritte abhängige, bei feiner Stufung sehr lange Anpassungszeit erfordert.
Außerdem führt die nur in einer Richtung mögliche Phasenanpassung zu einer gewissen
Frequenzunsymmetrie.
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Aufgabe der Erfindung ist ein Gleisstromkreisempfänger, der diese
Nachteile nicht aufweist.
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Ein solcher Gleisstromkreisempfänger wird durch die Merkmale des Patentanspruchs
1 beschrieben. Bei diesem Gleisstromkreisempfänger erfolgt die Phasenanpassung durch
eine geringe Anderung der Frequenz der Vergleichswechselspannung in feiner Stufung
und nach beiden Richtungen.
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Die Phasenanpassung geschieht deshalb schnell und genau.
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Eine Frequenzunsymmetrie tritt nicht auf.. Auftretende Phasenabweichungen
werden auch nicht, wie bei dem bekannten Gleisstromkreisempfänger,erst dann erkannt
und korrigiert, wenn keine Auswertung des Empfangssignales mehr möglich ist,.sondern
bereits zu einem Zeitpunkt, zu dem sie noch sehr klein sind und sich auf die Ausgabe
einer Gleisfreimeldung noch nicht auswirken können.
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Die Frequenzänderung der Vergleichswechselspannung kann, wie in einer
in Anspruch 2 beschriebenen Ausgestaltung des Gleisstromkreises nach der Erfindung,
durch additives Mischen der Vergleichswechselspannung mit einer Wechselspannung
sehr niedriger Frequenz vorgenommen werden.
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Hierbei kann die der Vergleichswechselspannung zuzumischende niederfrequente
Wechselspannung durch Teilung der Vergleichswechselspannung,oder wie im Patentanspruch
3 beschrieben, mittels eines spannungsgesteuerten Oszillators (VCO) gewonnen werden.
Wird als Vergleichswechselspannung nicht genau die Empfangsfrequenz, sondern eine
etwas niedrigere Frequenz, z.B. die untere Grenzfrequenz des Empfangsbereiches des
Gleisstromkreisempfängers verwendet, so läßt sich die Phasenanpassung durch wiederholtes
zeitweiliges Zuaddieren der niederfrequenten Wechselspannung zur Vergleichswechselspannung
vornehmen. Ein Zurückbleiben der Phase der Empfangsspannung wird durch stetiges
langsames Zurückbleiben der Phase der Vergleichswechselspannung aufgrund des vorgegebenen
Frequenzunterschiedes, während der Zeiten, in denen nicht zuaddiert wird, von selbst
ausgeglichen.
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Bei Verwendung eines spannungsgesteuerten Oszillators, der die zuzumischende
Wechselspannung erzeugt, läßt sich eine Frequenzänderung der Vergleichswechselspannung
sehr einfach über den Steuereingang des spannungsgesteuerten Oszillators vornehmen.
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Eine in Anspruch 4 beschriebene Ausgestaltung des erfindungsgemät3en
Glelsstromkreises betrifft eine einfache mögilchkelt zur Erzeugung einer Grundfrequenz,
aus der die für die beiden Synchrondemodulatoren erforderlichen Referenzsignale
gewonnen werden.
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Gemäß Anspruch 5 ist ein gemeinsamer Muttergenerator für Gleisstromkreissender
und Gleisstromkreisempfänger vorgesehen. Durch diese bekannte und vor allem bei
Verwendung eines spannungsgesteuerten Oszillators gemäß Anspruch 3
sinnvolle
Maßnahme wird ein quarzgesteuerter Oszillator eingespart.
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Die Ansprüche 6 und 7 betreffen Ausgestaltungen der Erfindung, die
eine Verarbeitung von frequenzmodulierter 0 bzw. mit 180 phasengetasteter Gleisspannung
zulassen.
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Anhand einer Figur soll nun ein Ausführungsbeispiel des Gleisstromkreisempfängers
nach der Erfindung ausführlich beschrieben und seine Funktion erklärt werden.
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Ih der Figur ist ein Gleisstromkreisempfänger nach der Erfindung dargestellt,
dem an einem Eingang E eine auszuwertende Gleisspannung als Empfangsspannung zugeführt
wird. Je nach Höhe der Amplitude dieser Empfangsspannung wird an einem Gleisfreimeldeausgang
GFM eine Gleisfreimeldung oder eine Gleisbesetzungsmeldung an ein nicht dargestelltes
Stellwerk ausgegeben. Die Auswertung der Empfangsspannung geschieht in einem ersten
Synchrondemodulator SD1, dem als ReferenzsignaL eine Vergleichswechselspannung zugeführt
wird, die etwa die gleiche Frequenz wie die Empfangsspannung aufweist. Ein am Ausgang
des Synchrondemodulators anstehendes Gleichspannungssignal wird einem ersten Schwellwertschalter
SW1 zugeführt und löst die Gleisfreimeldung an dessen Ausgang aus, wenn eine bestimmte
Spannungsschwelle überschritten wird.
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Die Ausgangsspannung des Synchrondemodulators ist abhängig vom Phasenunterschied
zwischen Empfangsspannung und Vergleichswechselspannung. Dieser sollte, damit das
volle Ausgangssignal erhalten wird, etwa T = O oder T = 1800 betragen. Bei einem
Phasenunterschied von = = O Oo wird das Ausgangssignal positiv, bei T = 1800 negativ.
Bei t = 900
0 oder T = 270 wird das Ausgangssignal null.
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Da sich die Empfangsspannung z.B. infolge von Witterungseinflüssen
in ihrer Phasenlage verändern kann, ist es wichtig, ihr die Phasenlage der Vergleichswechselspannung
nachzuführen, um eine gleichbleibende Ausgangsspannung am Synchrondemodulator SD1
zu erhalten. Dies geschieht durch geringfügige Frequenzänderung der Vergleichswechselspannung,
welcher hierzu eine Wechselspannung niedriger Frequenz in einem Mischglied M additiv
zugemischt wird. Um Phasensprünge zu unterdrücken, die bei digitaler Mischung auftreten,
erfolgt die Zumischung der niedrigen Frequenz nicht direkt zur Vergleichswechselspannung,
sondern zu einer Wechselspannung mit mehrfach höherer Frequenz, welche in einer
einen quarz gesteuerten Muttergenerator Q und einen nachgeschalteten Frequenzteiler
T3 enthaltenden Wechselspannungsquelle G erzeugt wird. Das Mischungsprodukt wird
dann in einem dem Mischglied nachgeschalteten Frequenzteiler T1 auf die Frequenz
der Empfangsspannung heruntergeteilt und dem Synchrondemodulator als Vergleichswechselspannung
zugeführt. Der Frequenzteiler T1 weist dabei ein möglichst hohes Teilerverhältnis
auf.
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Die Wechselspannung niedriger Frequenz wird dabei aus der Vergleichswechselspannung
durch weitere Frequenzteilung in einem Frequenzteiler T2 gewonnen. Sie wird immer
dann erzeugt, wenn ein Und-Glied UG, das als Torschaltung wirkt, vom Ausgangssignal
eines zweiten Schwellwertschalters SW2 durchlässig gesteuert wird und damit die
Vergleichswechselspannung an den Eingang des Frequenzteilers T2 gelangen kann.
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Der zweite Schwellwertschalter ist eingangsseitig mit dem Ausgang
eines zweiten Synchrondemodulators SD 2 verbunden. Dieser erhält als Referenzsiqnal
zur Auswertunq der Empfangsspannung eine gegenüber der Vergleichswechsel-0 spannung
um 90 phasenverschobene Spannung, welche aus der Vergleichswechselspannung mittels
einer Phasenschiebeschaltung PH erzeugt wird. Sein Ausgangssignal ist demnach null,
solange die Phasenverschiebung zwischen Empfangsspannung und Vergleichswechselspannung
Lf = Oo beträgt. Das Erscheinen eines Ausgangssignales + O am zweiten Synchrondemodulator
zeigt eine Phasenverschiebung zwischen Empfangsspannung und Vergleichswechselspannung
an. Aus der Polarität dieses Ausgangssignals kann zusätzlich die Richtung der Phasenverschiebung
ermittelt werden.
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Damit zur Korrektur von Phasenabweichungen der Empfangsspannung nicht
einmal aufwärts- und einmal abwärtsgemischt werden muß, liefert der r1uttersenerator
Q eine Wechselspannung, die nach Teilung in den Frequenzteilern T1 und T3, ohne
den zugemischten Frequenzanteil, eine Vergleichswechselspannung ergibt, deren Frequenz
wenig unterhalb der Frequenz der Empfangsspannung liegt und gleichzeitig die untere
Grenzfrequenz des Gleisstromkreisempfängers bildet. Es wird damit ein stetiges langsames
Zurückbleiben der Phase der Vergleichswechselspannung gegenüber der Empfangsspannung
erzeugt. Die Frequenz der zuzumischenden niederfrequenten Wechselspannung wird mittels
des Teilers T2 so eingestellt, daß die Frequenz der Vergleichswechselspannung nach
Zumischung der niederfrequenten Wechselspannung um etwa denselben Betrag oberhalb
der Frequenz der Empfangsspannung liegt, wie die Frequenz der ungemischten Vergleichswechselspannung
darunter.
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Die Frequenz der Vergleichswechselspannung einschließelich dem zugemischten
Frequenzanteil bildet dann die obere Grenzfrequenz des Gleisstromkreisempfängers.
Die Teilerverhältnisse der Frequenzteiler T1 und T2 werden nach der Gleisstromkreisfrequenz
und nach der gewünschten Bandbreite des Gleisstromkreisempfängers ausgewählt.
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Soll beispielsweise die Empfangsfrequenz 20 KHz und die Bandbreite
i 5 Hz sein, so läßt sich mit Teilerverhältnissen, T1 = 128, T2 = 16 bei Verwendung
einer Quarzfrequenz van 2,5593 MHz für den Muttergenerator eine untere Grenzfrequenz
von 19995 Hz und eine obere Grenzfrequenz von 20005 Hz für den Gleisstromkreisempfänger
einstellen.
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Wird dne zuzumischende niedrige Frequenz mittels eines spannungsgesteuerten
Oszillators erzeugt, so kann diese nach Durchgang durch den Teiler T1 z.B. der halben
Bandbreite des Emfpangsbereiches des Gleisstromkreisempfängers entsprechen. Die
Vergleichswechselspannung, die sich aus der unteren Grenzfrequenz und der zugemischten
niedrigen Frequenz zusammensetzt, entspricht dann der Mittenfrequenz des Empfangsbereiches.
Eine Frequenzänderung der Vergleichswechselspannung läßt sich dann leicht durch
Anderung der Steuerspannung des spannungsgesteuerten Oszillators erreichen. Der
Steuereingang des Oszillators kann hierzu direkt vom Ausgangssignal des zweiten
Synchrondemodulators SD2 beeinflußt werden. Ein dem Synchrondemodulator nachgeschalteter
Schwellwertschalter und eine Torschaltung können bei Verwendung eines spannungsgesteuerten
Oszillators entfallen.
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Soll der in der Figur dargestelle Gleisstromkreisempfänger frequenzmodulierte
Signale verarbeiten, so wird die Bandbreite etwas größer als der Frequenzhub eingestellt.
Es kann dann das Modulationssignal direkt dem Ausgang des zweiten Schwellwertschalters
SW2 entnommen werden. Da dort jedoch auch in Modulationspausen aufgrund der zur
Phasennachführung notwendigen Schaltvorgänge ein Signal ansteht, das störend wirken
kann, ist es zweckmäpig, das Ausgangssignal des zweiten Synchrondemodulators SD2
parallel einem dritten, in der Figur nicht dargestellten Schwellwertschalter zuzuführen,
der eine größere Schalthysterese aufweist als der zur Phasennachführung verwendete
Schwellwertschalter SW2. An seinem Ausgang steht dann nur das Modulationssignal
an.
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Soll der Gleisstromkreisempfänger in Gleisstromkreisen mit 180°-Phasenumtastung
(z.B. zu Codierzwecken) eingesetzt werden, so müssen Maßnahmen getroffen werden,um
einen Polaritätswechsel der Ausgangsspannung des zweiten Synchróndemodulators åufgrund
der Phasenumtastung zu vermeiden. Eine solche Mapnnahme kann z.B. eine eingangsseitige
Frequenzverdopplung mittels eines Zweiweggleichrichters sein. Es muß dann allerdings
auch das Referenzsignal einer solchen Frequenzverdopplung unterzogen werden. Dies
muß, um die Phasenverschiebung von T = 900 nicht zu ändern, vor dem Eingang der
Phasenschiebeschaltung PH erfolgen.
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