DE3612536A1 - Anordnung zur anzeige der betaetigung zweier lichtwellenleiter-schalter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Anzeige von Betätigungen von Lichtwellenleiter-Schaltern, die Bestandteile von Sensoren bzw. Aktuatoren sein können, in denen sie in Abhängigkeit von bestimmten äußeren Ereignissen betätigt werden.

Ein solches Ereignis kann die Beeinflussung eines zwischen zwei in einer Ebene spiegelbildlich zueinander angeordneten, in Richtung ihrer Magnetachse jeweils zwischen zwei Grenzpositionen beweglich gelagerten Magneten sich ausbildenden dauermagnetischen Feldes durch einen ferromagnetischen Körper sein, wobei sich die Magnete bei dem ferromagnetischen Körper unbeeinflußtem Magnetfeld jeweils in ihrer äußeren Grenzposition und bei vom ferromagnetischen Körper beeinflußtem Magnetfeld jeweils in ihrer inneren Grenzposition befinden; mit solchen Magneten können dann die beweglichen Lichtleitfasern von Lichtwellenleiter-Schaltern mechanisch gekoppelt sein, deren Betätigung die Aktivierung bzw. Deaktivierung des betreffenden Sensors anzeigt. Derartige Sensoren bzw. Aktuatoren können insbesondere zur Gleisfreimeldung in der Eisenbahnsignal- und -sicherungstechnik Anwendung finden, wobei die Magnetfeldbeeinflussung durch das Rad bzw. dessen Spurkranz bewirkt wird.

Die Erfindung stellt sich nun die Aufgabe, die Betätigung zweier solcher Lichtwellenleiter-Schalter nicht nur jeweils für sich, sondern auch in Relation zueinander anzeigen und damit eine Rückführung auf entsprechend komplexere äußere Ereignisse ermöglichen zu können.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Anzeige der Betätigung wenigstens zweier Lichtwellenleiter-Schalter, insbesondere zur Gleisfreimeldung in Eisenbahnanlagen; diese Anordnung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß in einen an seinem einen Ende über einen ersten Strahlteiler an einen optischen Sender und an einen optischen Empfänger angekoppelten und an seinem anderen Ende reflektierend abgeschlossenen Lichtwellenleiter der erste Lichtwellenleiter-Schalter sowie ein zweiter Strahlteiler eingefügt sind, über den an den Lichtwellenleiter ein zweiter an seinem anderen Ende reflektierend abgeschlossener Lichtwellenleiter angekoppelt ist, dessen Länge derjenigen des Lichtwellenleiterabschnitts zwischen dem genannten zweiten Strahlteiler und dem genannten anderen Ende des ersten Lichtwellenleiters entspricht und in den der zweite Lichtwellenleiter-Schalter eingefügt ist.

Die Erfindung, die auf dem Prinzip beruht, das vom optischen Sender ausgehende Licht in einer für die jeweilige Zustandskombination der Lichtwellenleiter-Schalter charakteristischen Weise gedämpft zum optischen Empfänger gelangen zu lassen, bringt den Vorteil mit sich, Schaltzustände der beiden Lichtwellenleiter-Schalter bereits in Relation zueinander anzeigen zu können, so daß es insoweit einer Verknüpfung der Betätigungsereignisse der beiden Schalter nicht mehr bedarf.

Dabei können die bei verschiedenen Zustandskombinationen verbleibenden Empfängerlichtintensitäten durch Variation der Einfügung von erstem Lichtwellenleiter-Schalter und zweitem Strahlteiler in den ersten Lichtwellenleiter variiert werden, indem in weiterer Ausgestaltung der Erfindung in den ersten Lichtwellenleiter, in Richtung von seinem einen Ende zu seinem anderen Ende hin gesehen, der erste Lichtwellenleiter-Schalter vor dem zweiten Strahlteiler eingefügt ist oder indem in dazu alternativer Ausgestaltung der Erfindung in den ersten Lichtwellenleiter, in Richtung von seinem genannten einen Ende zu seinem anderen Ende hin gesehen, der erste Lichtwellenleiter-Schalter hinter dem zweiten Strahlteiler eingefügt ist; zum gleichen Zweck kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung auch ein Strahlteiler vorgesehen sein, der eine Strahlteilung in zwei ungleiche Teilstrahlen bewirkt.

Dem zweiten Strahlteiler kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung auch wenigstens ein weiterer Strahlteiler - mit entsprechendem weiteren, reflektierend abgeschlossenem Lichtwellenleiter und weiterem Lichtwellenleiter-Schalter - nachgeschaltet sein, was es ermöglicht, nach dem Reflektometerprinzip gemäß der Erfindung auch die Betätigung von mehr als zwei Lichtwellenleiter-Schaltern anzuzeigen.

An den optischen Sender kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung über den durch einen teildurchlässigen Spiegel gebildeten ersten Strahlteiler zusätzlich ein optischer Referenzempfänger angekoppelt sein; dies ermöglicht es, Intensitätsschwankungen des vom optischen Sender ausgehenden Lichts bei der Auswertung der Empfangslichtintensität berücksichtigen zu können.

Sieht man in weiterer Ausgestaltung der Erfindung Pulsbetrieb des optischen Senders mit einem die Laufzeit vom optischen Sender durch den ersten Lichtwellenleiter und zurück zum optischen Empfänger überschreitenden Impulsabstand und einer dagegen um wenigstens eine Größenordnung kleineren Impulsdauer vor, so gibt die Anzahl der Impulse, die mit einer bestimmten Intensität in den optischen Empfänger gelangen, zusammen mit der Impulsperiode die Dauer der zugehörigen Sensorzustandskombination an.

Weitere Besonderheiten der Erfindung werden aus der nachfolgenden näheren Erläuterung der Erfindung anhand der Zeichnung ersichtlich. Dabei zeigt

Fig. 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer solchen Anordnung.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel einer Reflektometeranordnung zur Anzeige der Betätigung zweier Lichtwellenleiter-Schalter gemäß der Erfindung weist zunächst einen Lichtwellenleiter L 1 auf, der an seinem einen Ende über einen Strahlteiler ST 1, beispielsweise einen teildurchlässigen Spiegel, an einen beispielsweise mit einer Infrarotlicht emittierenden Lumineszenzdiode e/o aufgebauten optischen Sendebaustein OS und an einen eine Fotodiode o/e aufweisenden optischen Empfangsbaustein OE angekoppelt ist; über den teildurchlässigen Spiegel ST 1 ist an den optischen Sender OS außerdem ein Referenzempfänger OR angekoppelt. An seinem anderen Ende möge der Lichtwellenleiter L 1 beispielsweise mittels einer verspiegelten Endfläche r reflektierend abgeschlossen sein.

Im eigentlichen Sensorteil der Anordnung nach Fig. 1 ist in den Lichtwellenleiter L 1 ein zweiter Strahlteiler ST 2 eingefügt, beispielsweise wiederum ein teildurchlässiger Spiegel oder ein einfacher T-Koppler. Vom Sende-/Empfangsteil der Anordnung nach Fig. 1 aus gesehen hinter dem zweiten Strahlteiler ST 2 ist in den Lichtwellenleiter L 1 ein erster Lichtwellenleiter-Schalter LS 1 eingefügt; ein zweiter Lichtwellenleiter-Schalter LS 2 ist in einen zweiten Lichtwellenleiter L 2 eingefügt, der über den Strahlteiler ST 2 an den ersten Lichtwellenleiter L 1 angekoppelt ist und der an seinem anderen Ende r wiederum reflektierend abgeschlossen sein möge. Die Länge dieses zweiten Lichtwellenleiters L 2 möge dabei der Länge des zwischen dem zweiten Strahlteiler ST 2 und dem reflektierenden Ende r sich erstreckenden Abschnitts L 1′′ des ersten Lichtwellenleiters L 1 entsprechen.

Die Sendediode e/o möge im Pulsbetrieb mit kurzen Impulsen und sehr kleinem Tastverhältnis, beispielsweise etwa mit einer Impulsdauer von 50µs und einem Tastverhältnis 1 : 2000, arbeiten, so daß die Laufzeit vom optischen Sender OS bis zum jeweiligen Lichtwellenleiterende r und zurück zum optischen Empfänger OE kleiner als der Impulsabstand ist und in einem Sende-Empfangs-Zyklus jeweils gerade ein Lichtimpuls beobachtet wird.

Der ausgesendete Lichtimpuls wird vom teildurchlässigen Spiegel ST 1 beispielsweise im Verhältnis 2 : 1 aufgeteilt, so daß 2/3 seines Lichts in den Lichtwellenleiter L 1 eingekoppelt werden und 1/3 seines Lichts zum Referenzempfänger OR gelangt. Der in den Lichtwellenleiter L 1 eingekoppelte Lichtstrahl möge im zweiten Strahlteiler ST 2 beispielsweise wiederum im Verhältnis 2 : 1 aufgeteilt werden, so daß 2/3 seines Lichts in den Lichtwellenleiterabschnitt L 1′′ des ersten Lichtwellenleiters L 1 und 1/3 des Lichts in den zweiten Lichtwellenleiter L 2 gelangen. Im Lichtwellenleiterabschnitt L 1′′ wird das Licht, je nach dem Schaltzustand des Lichtwellenleiter-Schalters LS 1, entweder am (geöffneten, d. h. nichtleitenden) Lichtwellenleiter-Schalter LS 1 absorbiert oder aber über den (geschlossenen, d. h. leitenden) Lichtwellenleiter-Schalter weitergeleitet und am Lichtwellenleiter-Ende r reflektiert; in entsprechender Weise wird im zweiten Lichtwellenleiter L 2 das Licht, je nach dem Schaltzustand des Lichtwellenleiter-Schalters LS 2, entweder am (geöffneten) Lichtwellenleiter-Schalter LS 2 absorbiert oder aber über den (geschlossenen) Lichtwellenleiter-Schalter LS 2 weitergeleitet und am verspiegelten Faserende r reflektiert.

Die reflektierten Lichtstrahlen werden im zweiten Strahlteiler ST 2 wieder vereinigt und gelangen dann zurück über den Lichtwellenleiter L 1 und den ersten Strahlteiler ST 1 zum optischen Empfänger OE. Die Intensität A des hier empfangenen Lichts ist von den Schaltzuständen der Lichtwellenleiter-Schalter LS 1 und LS 2 abhängig, wie dies (für das angegebene Verzweigungsverhältnis des zweiten Strahlteilers ST 2) aus der nachstehenden Tabelle ersichtlich ist:

worin unter A die Empfangslichtintensität in relativen Einheiten (beim maximaler Reflexion Lichtintensität A=1) angegeben ist; Intensitätsschwankungen der Sendediode e/o können dabei mit Hilfe des Referenzempfängers OR festgestellt und, wie dies auch in der Zeichnung angedeutet ist, dem optischen Empfänger OE angezeigt werden, so daß sie hier bei der Auswertung der Empfangslichtintensität A berücksichtigt werden können.

Wie man sieht, kann man in der in Fig. 1 skizzierten Reflektometeranordnung gemäß der Erfindung also mittels einer Lichtintensitätsmessung eine Aussage über die Schaltzustände zweier Lichtwellenleiter-Schalter LS 1, LS 2 erhalten. Wird die Anordnung mit konstanter Pulsperiode betrieben, so stellt die Anzahl der Impulse, die mit einer bestimmten Intensität in den optischen Empfänger OE gelangen, unmittelbar eine Maßzahl für die zeitliche Dauer der zugehörigen Schaltzustandskombination dar, wobei beispielsweise bei einer Lichtwellenleiter-Länge von etwa 10 km eine Zeitauflösung von etwa 0,1 ms erzielt wird.

Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel einer Reflektometeranordnung zur Anzeige der Betätigung zweier Lichtwellenleiter-Schalter gemäß der Erfindung stimmt in seinem Sende-/Empfangsteil mit demjenigen nach Fig. 1 überein, so daß insoweit die obigen Erläuterungen auch für das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel gelten und hier nicht wiederholt zu werden brauchen. Im Sensorteil der Anordnung nach Fig. 2 ist in Abweichung von den in Fig. 1 dargestellten Verhältnissen der erste Lichtwellenleiter-Schalter LS 1 bereits (vom Sende-/Empfangsteil aus gesehen) vor dem zweiten Strahlteiler ST 2 in den ersten Lichtwellenleiter L 1 eingefügt; über den zweiten Strahlteiler ST 2 ist dabei wiederum ein an seinem anderen Ende r reflektierend abgeschlossener zweiter Lichtwellenleiter LS 2 an den an seinem Ende r ebenfalls reflektierend abgeschlossenen ersten Lichtwellenleiter L 1 angekoppelt, wobei die Länge des zweiten Lichtwellenleiters L 2 wiederum der Länge des zwischen dem zweiten Strahlteiler ST 2 und dem reflektierenden Ende r sich erstreckenden Abschnitts L 1′′ des ersten Lichtwellenleiters L 1 entsprechen möge.

Ein vom ersten Strahlteiler ST 1 in den oben zu Fig. 1 erläuterten Vorgängen entsprechender Weise in den ersten Lichtwellenleiter L 1 eingekoppelter Lichtstrahl wird, je nach dem Schaltzustand des ersten Lichtwellenleiter-Schalters LS 1, entweder am (geöffneten) Lichtwellenleiter-Schalter LS 1 absorbiert oder aber über den (geschlossenen) Lichtwellenleiter-Schalter LS 1 zum zweiten Strahlteiler ST 2 weitergeleitet, wo er (beispielsweise im Verhältnis 1 : 1) auf den Abschnitt L 1′′ des ersten Lichtwellenleiters L 1 und den zweiten Lichtwellenleiter L 2 aufgeteilt wird. Im Lichtwellenleiterabschnitt L 1′′ wird das Licht stets am verspiegelten Faserende reflektiert; im zweiten Lichtwellenleiter L 2 wird das Licht, je nach dem Schaltzustand des zweiten Lichtwellenleiter-Schalters LS 2, entweder am (geöffneten) Lichtwellenleiter-Schalter LS 2 absorbiert oder aber über den (geschlossenen) Lichtwellenleiter-Schalter weitergeleitet und am Lichtwellenleiter-Ende r reflektiert.

Das reflektierte Licht wird im zweiten Strahlteiler ST 2 wieder vereinigt und gelangt dann zurück über den den (geschlossenen) Lichtwellenleiter-Schalter LS 1 enthaltenden Lichtwellenleiter L 1 und den ersten Strahlteiler ST 1 zum optischen Empfänger OE. Die Intensität A des hier empfangenen Lichts ist von den Schaltzuständen der Lichtwellenleiter-Schalter LS 1 und LS 2 abhängig, wie dies (für das angegebene Verzweigungsverhältnis des zweiten Strahlteilers ST 2) aus der nachstehenden Tabelle ersichtlich ist:

worin unter A die Lichtintensität wiederum in relativen Einheiten (A=1 bei vollständiger Reflexion) angegeben ist, wobei, wie dies auch in Fig. 2 angedeutet ist, Intensitätsschwankungen der Sendediode e/o wiederum mit Hilfe des Referenzempfängers OR festgestellt und bei der Auswertung der Empfangslichtintensität A im optischen Empfänger OE berücksichtigt werden können.

In den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1 und Fig. 2 wird die Betätigung gerade zweier Lichtwellenleiter-Schalter LS 1, LS 2 angezeigt. Bei nicht zu großer Streckendämpfung ist es aber auch möglich, eine solche Anzeige auf mehr als zwei Lichtwellenleiter-Schalter auszudehnen, indem dem zweiten Strahlteiler ST 2 (in Fig. 1 und Fig. 2) wenigstens ein weiterer Strahlteiler nachgeschaltet wird, über den (wenigstens) ein weiterer Lichtwellenleiter mit (wenigstens) einem weiteren Lichtwellenleiter-Schalter in die Reflektormeteranordnung einbezogen wird. Mittels eines weiteren Strahlteilers kann die Reflektometeranordnung auch so gestaltet werden, daß auch im Ruhezustand der Anordnung Licht in den optischen Empfänger OE (in Fig. 1 und Fig. 2) reflektiert wird, womit die Anordnung insoweit einer ständigen Funktionskontrolle unterliegt.

Weiterhin kann die Anordnung gemäß der Erfindung auch dahingehend ausgestaltet werden, daß in einen Lichtwellenleiter zwei Lichtwellenleiter-Schalter parallel zueinander eingefügt werden, womit die Lichtwellenleiter-Schalter dann zueinander redundant wirken.

Die obige Erläuterung der Ausführungsbeispiele nach Fig. 1 und Fig. 2 beruhte auf einem Pulsbetrieb des optischen Senders OS (in Fig. 1 und Fig. 2), bei dem sich insbesondere bei kleinem Tastverhältnis spezielle Maßnahmen zur Kühlung der Sendediode e/o erübrigen und bei dem die konstante Pulslaufzeit vom optischen Sender OS zum optischen Empfänger OE (in Fig. 1 und Fig. 2) eine sehr effektive Rauschunterdrückung ermöglicht; es sei jedoch bemerkt, daß die Erfindung nicht auf einen solchen Pulsbetrieb beschränkt ist.

Die im vorstehenden beschriebene Reflektometeranordnung gemäß der Erfindung kann, wie eingangs bereits angedeutet wurde, in der Eisenbahnsignal- und -sicherungstechnik zur Gleisfreimeldung eingesetzt werden. Die Anordnung detektiert dabei jeden Radsatz, der den Sensorbereich durchläuft; das Meßsignal wird über die Lichtwellenleiter-Strecke einer den optischen Empfänger enthaltenden zentralen Überwachungseinheit zugeführt und dort hinsichtlich seiner Intensität und Dauer ausgewertet, wobei mit Hilfe einer Zwei-Schalter-Anordnung gemäß Fig. 1 sowohl die Bewegungsrichtung als auch die Geschwindigkeit eines vorbeirollenden Radsatzes bestimmt werden kann und wobei sich neben Verschleißarmut und geringer Wartungsbedürftigkeit auch die Unempfindlichkeit der Anordnung gegenüber elektrischen Störungen als vorteilhaft erweist.

Claims (7)

1. Anordnung zur Anzeige der Betätigung wenigstens zweier Lichtwellenleiter-Schalter, insbesondere zur Gleisfreimeldung in Eisenbahnanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß in einen an seinem einen Ende über einen ersten Strahlteiler (ST 1) an einen optischen Sender (OS) und an einen optischen Empfänger (OE) angekoppelten und an seinem anderen Ende reflektierend abgeschlossenen Lichtwellenleiter (L 1) der erste Lichtwellen-Schalter (LS 1) sowie ein zweiter Strahlteiler (ST 2) eingefügt sind, über den an den Lichtwellenleiter (L 1) ein zweiter an seinem anderen Ende reflektierend abgeschlossener Lichtwellenleiter (L 2) angekoppelt ist, in den der zweiten Lichtwellenleiter-Schalter (L 2) eingefügt ist und dessen Länge derjenigen des Lichtwellenleiterabschnitts (L 1′′) zwischen dem genannten zweiten Strahlteiler (ST 2) und dem genannten anderen Ende des ersten Lichtwellenleiters (L 1) entspricht.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den optischen Sender (OS) über den durch einen teildurchlässigen Spiegel gebildeten ersten Strahlteiler (ST 1) außerdem ein optischer Referenzempfänger (OR) angekoppelt ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den ersten Lichtwellenleiter (L 1), in Richtung von seinem einen Ende zu seinem anderen Ende hin gesehen, der erste Lichtwellenleiter-Schalter (LS 1) vor dem zweiten Strahlteiler (ST 2) eingefügt ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den ersten Lichtwellenleiter (L 1), in Richtung von seinem einen Ende zu seinem anderen Ende hin gesehen, der erste Lichtwellenleiter-Schalter (LS 1) hinter dem zweiten Strahlteiler (ST 2) eingefügt ist.

5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Strahlteiler (ST 2) eine Strahlteilung in zwei ungleiche Teilstrahlen bewirkt.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem zweiten Strahlteiler (ST 2) wenigstens ein weiterer Strahlteiler nachgeschaltet ist.

7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Pulsbetrieb des optischen Senders (OS) mit einem die Laufzeit vom optischen Sender (OS) durch den ersten Lichtwellenleiter (L 1) und zurück zum optischen Empfänger (OE) überschreitenden Impulsabstand und einer dagegen um wenigstens eine Größenordnung kleineren Impulsdauer.