DE3333298C2

DE3333298C2 - Gleisstromkreisempfänger mit Phasennachregelung

Info

Publication number: DE3333298C2
Application number: DE3333298A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing. 7250 Leonberg Uebel
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1983-09-15
Filing date: 1983-09-15
Publication date: 1985-11-28
Also published as: ES535907A0; YU45658B; ES8604052A1; DE3333298A1; YU157884A; ZA846942B

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Gleisstromkreisempfänger, der eine ihm zugeführte Gleisspannung mittels Synchrondemodulation auswertet und hierzu eine frequenzstabilisierte Vergleichswechselspannung als Referenzspannung verwendet. Um eine Phasenabweichung zwischen Gleisspannung und Vergleichswechselspannung zu verhindern, wird die Phase der Vergleichswechselspannung der Phase der Gleisspannung nachgeführt. Dies geschieht durch Zumischen einer niedrigen Frequenz zur Vergleichswechselspannung, sobald ein zweiter Synchrondemodulator, der als Referenzspannung eine zur Vergleichswechselspannung um 90° phasenverschobene Spannung verwendet, ein über einen Schwellwert ansteigendes Ausgangssignal liefert und dadurch eine Phasenabweichung anzeigt. Wird die Frequenz der Vergleichswechselspannung gleich der unteren Grenzfrequenz des Empfangsbereichs des Gleisstromkreisempfängers gewählt, so läßt sich eine nahezu stufenlose Phasennachführung nach beiden Richtungen erreichen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gleisstromkreisempfänger nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solcher Gleisstromkreisempfänger ist z. B. aus der DE-PS 26 23 967 bekannt Die dort beschriebene Phasensynchronsteuerung hat die Aufgabe, Phasenuntcrschiede zwischen der auszuwertenden Gleisspannung und einer zur Synchrondemodulation notwendigen, dem Generator des Gleisstromkreissenders entnommenen Vergleichswechselspannung auszugleichen. Dies gcschieht dadurch, daß die Phase der Vergleichswechselspannung so oft um einen bestimmten Betrag verschoben wird, bis ein zur Auswertung durch Synchrondemodulation geeigneter Phasenunterschied (z. B. <p=0") erreicht ist Letzteres wird an der Lage zweier Schwcllwertschalter, welche die Ausgangsgleichspannung des Synchrondemodulators mit zwei Referenzspannungen unterschiedlicher Polarität vergleichen, festgestellt.

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 Halbpcriode 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.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gleisstromempfänger der oben beschriebenen Art zu schaffen, der eine kürzere Anpassungszeit aufweist und frequenzsymmetrisch arbeitet.

Ein solcher Gleisstromkreisempfänger wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 beschrieben. Bei diesem Gleisstromkreisempfänger erfolgt die Phasenanpassung durch eine geringe Änderung der Frequenz der Vergleichswechselspannung in feiner S'ufung und nach beiden Richtungen. Die Phasenanpassung geschieht deshalb schnell und genau. Eine Frequenzunsymmetrie tritt nicht auf. Auftretende Phasenabweichungen werden auch nicht, wie bei dem bekannten Gleisstromkreisempfänger, erst dann erkannt und korrigiert, wenn keine Auswertung des Empfangssignals 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.

Das Merkmal, daß zwei Synchrondemodulatoren eingesetzt werden, ist dabei aus der DE-AS 22 17 133 bckannt Es erfolgt dort allerdings eine reine Parallelschaltung von zwei oder mehr Synchrondemodulatoren zur Erhöhung der Sicherheit. Ein Einsatz eines Synchrondemodulators zur Steuerung des Referenzsignals für einen anderen Synchrondemodulator ist dort nicht erwähnt.

Die Frequenzänderung der Vergleichswechscl.spiinnung kann, wie in einer in Anspruch 2 beschriebenen Ausgestaltung des Gleisstromkreiscs nach der lirfindung, durch additives Mischen der Vcrgleichswcch.scl-

spannung mil einer Wechselspannung sehr niedriger J-requenz vorgenommen werden.

Hierbei kann die der Vergleichswechselspannung zuzumischcnde niederfrequente Wechselspannung durch Teilung der Vergleichswechselspannung, oder wie im Patentanspruch 3 beschrieben, mittels eines spannungsgcstcucrlen Oszillators (VCO) gewc enen werden. Wird als Vergleichswechselspannung nicht genau die Empfangsfrequenz, sondern eine etwas niedrigere Frequenz, z. B. die untere Grenzfrequenz des Empfangsbea iches 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 Vergleichswechseispannung aufgrund des vorgegebenen Frequenzunterschiedes, während der Zeiten, in denen nicht zuaddiert wird, von selbst ausgeglichen.

Bei Verwendung eines spannungsgesteuerlen Oszillators, der die zuzuniischende Wechselspannung erzeugt, läßt sich eine Frequenzänderung der Vergleichswechselspannung sehr einfach über den Sieuereingang des spannungsgesteuerten Oszillators vornehmen.

Eine in Anspruch 4 beschriebene Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gleisstromkreises betrifft eine einfache Möglichkeit zur Erzeugung einer Grundfrequenz, aus der die für die beiden Synchrondemodulatoren erforderlichen Referenzsignale gewonnen werden.

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.

Die Ansprüche 6 und 7 betreffen Ausgestaltungen der Erfindung, die eine Verarbeitung von frequenzmodulierier bzw. mit 180° phasengetasteter Gleisspannung zulassen.

Anhand einer Figur soll nun ein Ausführungsbeispiel des Gleisstromkreisempfängers nach der Erfindung ausführlich beschrieben und seine Funktion erklärt werden.

In der Figur ist ein Gleisstromkreisempfänger nach der Erfindung dargestellt, dem an einem Eingang Feine 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 Synchrondemodulator anstehendes Gleichspannungssignal wird einem ersten Schwellwertschalter 5Wl zugeführt und löst die Gleisfreimeldung an dessen Ausgang aus. wenn eine bestimmte Spannungsschwelle überschritten wird. Die Ausgangsspanr.ung des Synchrondemodulators ist abhängig vom Phasenunterschied zwischen Empfangsspannung und Vergleichswechselspannung. Dieser sollte, damit das volle Ausgangssignal erhalten wird, etwa φ—0° oder {27=180° betragen. Bei einem Phasenunterschied von φ=0° wird das Ausgangssignal positiv, bei {»=180° negativ. Bei (ί'=90^ο oder {»=270° wird das Ausgangssignal null.

Das sich die Empfangsspannung z. B. infolge von Witterungseinflüssen in ihrer Phasenlage verändern kann, ist es wichtig, ihr die Phasenlage eier Vergleichswechseispannung 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 quarzgesteuerten Muttergenerator Q und einen nachgeschalteten Frequenzteiler Γ3 enthaltenden Wechselspannungsquelle G erzeugt wird. Das Mischungsprodukt wird dann in einem dem Mischglied nachgeschalteten Frequenzteiler Ti auf die Frequenz der Empfangsspannung heruntergeteilt und dem Synchrondemodulator als Vergleichswechselspannung zugeführt. Der Frequenzteiler Ti weist dabei ein möglichst hohes Teilerverhältnis auf.

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.
Der zweite Schwellwertschalter ist eingangsseitig mit dem Ausgang eines zweiten Synchrondemoduiators SD 2 verbunden. Dieser erhält als Referenzsignal zur Auswertung der Empfangsspannung eine gegenüber der Vergleichswechselspannung um 90° phasenverschobene Spannung, welche aus der Vergleichswechselspannung mittels einer Phasenschiebeschaitung PH erzeugt wird. Sein Ausgangssignal ist demnach null, solange die Phasenverschiebung zwischen Empfangsspannung und Vergleichswechselspannung φ=0° beträgt. Das Erscheinen eines Ausgangssignals ^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.

Damit zur Korrektur von Phasenabweichungen der Empfangsspannung nicht einmal aufwärts- und einmal abwärtsgemischt werden muß, liefert der Muttergenerator Q eine Wechselspannung, die nach Teilung in den Frequenzteilern TX und TZ, 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 Zuiückbleiben 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.

Die Frequenz der Vergleichswechselspannung einschließlich dem zugemischten Frequenzanteil bildet dann die obere Grenzfrequenz des Gleisstromkreisempfängers. Die Teilerverhältnisse der Frequenzteiler Ti und T2 werden nach der Gleisstromkreisfrequenz

und nach der gewünschten Bandbreite des Gleisstromkreisempfängers ausgewählt.

Soll beispielsweise die Empfangsfrequenz 20 kHz und die Bandbreite ±5 Hz sein, so läßt sich mit Teilerverhältnissen, Tl = 128, 72=16 bei Verwendung einer Quarzfrequenz von 2,5593 MHz für den Muttergenerator eine untere Grenzfrequenz von 19 995 Hz und eine obere Grenzfrequenz von 20 005 Hz für den Gleisstromkreisempfänger einstellen.

Wird die zuzumischende niedrige Frequenz mittels eines spannungsgesteuerten Oszillators erzeugt, so kann diese nach Durchgang durch den Teiler Ti z. B. der halben Bandbreite des Empfangsbereiches 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 Änderung der Steuerspannung des spannungsgesteuerten Oszillators erreichen. Der Steuereingang des Oszillators kann hierzu direkt vom Ausgangssignal des zweiten Synchrondemodulators SD 2 beeinflußt werden. Ein dem Synchrondemodulator nachgeschalteter Schwellwertschalter und eine Torschaltung können bei Verwendung eines spannungsgesteuerten Oszillators entfallen.

Soll der in der Figur dargestellte Gleisstromkreisempfängei· 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 zweckmäßig, das Ausgangssignal des zweiten Synchrondemodulators SD 2 parallel einem dritten, in der Figur nicht dargestellten Schwellwertschalter zuzuführen, der eine größere Schalthysterese aufweist als der zur Phasennachführung verwendete Schwellwertschalter SVK 2. An seinem Ausgang steht dann nur das Modulationssignal an.

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 Synchrondemodulators aufgrund der Phasenumtastung zu vermeiden. Eine solche Maßnahme 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 p?=90° nicht zu ändern, vor dem Eingang der Phasenschiebeschaltung PH erfolgen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Gleisstromkreisempfänger mit einem ersten Synchrondemodulator und einer nachgeschalteten, einen Schwellwertschalter enthaltenden Amplitudenauswerteschaltung sowie einer automatisch arbeitenden Phasensteuerschaltung, die eine dem Synchrondemodulator als Referenzsignal zugeführte, zur Synchrondemodulation notwendige Vergleichswechselspannung in einer bestimmten Phasenlage gegenüber der Empfangswechselspannung hält, dadurch gekennzeichnet, daß er einen zweiten Synchrondemodulator (SD 2) aufweist, der mit einem gegenüber der Vergleichswechselspannung von einem Phasenschieber (PH) um 90° phasenverschobenen Referenzsignal arbeitet und daß die Phasensteuerschaltung (M Ti, T2, SW2, UG) eine Schaltung ist, welche die Frequenz der Vergleichswechselspannung abhängig vom Ausgangssignal des zweiten Synchrondemodulators (SD 2) in feiner Stufung verändert, bis die Phasen angepaßt und.

2. Gleisstromkreisempfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzregelschaltung aus einem Mischglied (M), einem dem Mischglied nachgeschalteten ersten Frequenzteiler (Ti), einem zweiten Frequenzteiler (T2), einem mit der Ausgangsspannung des zweiten Synchrondemodulators (SD 2) beaufschlagten zweiten Schwellwertschalter (SW2) und einer von diesem angesteuerten, dem zweiten Frequenzteiler (T2) vorgeschalteten Torschaltung (UG) besteht, daß ein Eingang des Mischgliedes mit dem Ausgang einer Wechselspannungsquelle (G) verbunden ist, deren Ausgangsspannung eine entsprechend dem Teilerverhältnis des ersten Frequenzteilers (Tl) mehrfach höhere Frequenz als die Vergleichswechselspannung aufweist, und daß ein zweiter Eingang des Mischgliedes (M) mit dem Ausgang des zweiten Frequenzteilers (T2) und der Ausgang des ersten Frequenzteilers (Ti) sowohl mit dem Referenzsignaleingang des ersten Synchrondemodulators (SD I) als auch mit dem Eingang der Torschaltung (UG) als auch über eine Phasenschiebeschaltung (PH) mit dem Referenzsignaleingang des zweiten Synchrondemodulators (SD 2) verbunden sind.

3. Gleisstromkreisempfänger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des zweiten Frequenzteilers (T2) ein spannungsgesteuerter Oszillator verwendet wird.

4. Gleisstromkreisempfänger nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselspannungsquelle (G) aus einem quarzgesteuerten Muttergenerator (Q) und einem nachgeschalteten dritten Frequenzteiler (T3) besteht.

5. Gleisstromkreisempfänger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der quarzgesteuerte Muttergenerator (Q) g'eichzeitig der Muttergenerator des Gleisstromkreissenders ist.

6. Gleisstromkreisempfänger nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Schwellwertschalter vorgesehen ist, dem die Ausgangsspannung des zweiten Synchrondemodulators (SD2) zugeführt wird und dessen Schalthysterese höher eingestellt ist als die des zweiten Schwellwertschalters (SW2).

7. Glcisstromkreisempfänger nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß beiden Eingängen des zweiten Synchrondemodulators (SD 2) Zweiweggleichrichter zur Frequcnzverdopplung vorgeschaltet sind, wobei der vom Referenzsignal beaufschlagte Zweiweggleichrichter vor der Phasenschiebeschaltung (PH) angeordnet ist