DE4225800C1 - Antwortgerät für eine Informationsübertragungseinrichtung - Google Patents
Antwortgerät für eine InformationsübertragungseinrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Antwortgerät für eine Informa
tionsübertragungseinrichtung, an dem ein Abfragegerät in
vorgegebener Relativbewegung vorbeiführbar ist, mit einer
Empfangseinrichtung, die bei der Passage der beiden Geräte
an einem vorgegebenen Ort ein von dem Abfragegerät gesen
detes Abfragesignal empfängt und mit einer von der Abfra
gesignalenergie gespeisten Sendeeinrichtung, die ein di
gital codiertes Antwortsignal an eine Empfangseinheit des
Abfragegerätes abgibt. Sie betrifft insbesondere eine In
formationsübertragungseinrichtung zur Informationsüber
tragung von einer Streckeneinrichtung an eine Verarbei
tungseinrichtung auf einem spurgebundenen Fahrzeug. Das
Antwortsignal ist vorzugsweise gemäß einer von dem Ant
wortgerät an das Abfragegerät abzugebenden situations
spezifischen Information codiert.
Es ist zur punktförmigen induktiven Zugbeeinflussung be
kannt ("Eisenbahnsicherungstechnik"/Autorenkollektiv,
4. Aufl., 1987, Berlin, S. 323-325), die von einem
passiv arbeitenden Antwortgerät ausgehende magnetische
Rückschlußwirkung auf ein ein Abfragesignal sendendes
Abfragegerät auszuwerten.
Aus der DE 28 46 129 B1 ist ein Antwortgerät der eingangs
genannten Art bekannt, an dem ein Abfragegerät in einer
Relativbewegung vorbeiführbar ist, die aufgrund eines
festgelegten Abstandes und einer festgelegten Bewegungs
richtung vorgegeben ist. Ein von einer Sendeeinrichtung
des Abfragegeräts über eine Sendeantenne abgestrahltes
Abfragesignal wird bei einer Passage der beiden Geräte
bzw. Antennen an einem vorgegebenen Ort über eine Empfangs
antenne einer Empfangseinrichtung des Antwortgeräts emp
fangen. Die Antennen weisen einen kurzen linienförmigen
Einwirkbereich auf. Das Antwortgerät enthält eine von der
Abfragesignalenergie gespeiste Sendeeinrichtung, die wäh
rend der Passage mittels einer Sendeantenne ein Antwort
signal an das Abfragegerät abgibt. Das Antwortsignal be
steht aus einer Folge digitaler Daten, die einen gemäß
der von dem Antwort gerät an das Abfragegerät abzugebenden
Information verschlüsselten Code darstellen.
Üblicherweise erfolgt die induktive Kopplung in der Wir
kungsrichtung zwischen dem Abfragegerät und dem Antwort
gerät über Ferritstäbe, wobei sich durch eine zweimalige
Feldumkehr während der Annäherung bzw. Entfernung der
Ferritstäbe Nullstellen der Koppelkurven ergeben. Durch
diese kopplungsbedingten Beeinträchtigungen (Nullstellen)
der Abfragesignalübertragung wird die für das Antwort
signal zur Verfügung stehende Übertragungsstrecke oder
-zeit - verglichen mit der theoretisch möglichen Über
tragungsstrecke oder -zeit - erheblich eingeschränkt.
Die Informationsübertragungsleistungen des bekannten
Antwortgerätes sind daher insbesondere bei Fernbahnen mit
hohen Fahrgeschwindigkeiten und bei zunehmend größeren zu
übertragenden Datenmengen (Telegrammlängen) nicht immer
ausreichend.
Aus der DE 26 06 566 B2 ist ein Kleinsender bekannt, dessen
Versorgungsspannung zwar zum Betrieb seines Sendeoszilla
tors, nicht aber zum Betrieb eines die Ausgangssignale des
Senders in vorgegebener Weise beeinflussenden Modulators
ausreicht. Der Sender speist über eine erste Anzapfung der
Sendeinduktivität auf den Sendeschwingkreis. An einer zwei
ten Anzapfung der Sendeinduktivität wird eine zum Betrieb
des Modulators ausreichende höhere Spannung abgegriffen.
Die Sendeinduktivität mit ihren verschiedenen Abgegriffen hat
damit die Funktion eines Resonanz-Spartransformators. Der
bekannte Kleinsender ist nicht dazu geeignet, plötzliche
Spannungseinbrüche in der Energieversorgung eines Antwort
gerätes nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 zu kompensie
ren.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem derartigen Antwort
gerät eine lückenlose Energieversorgung zur Datenübertra
gung über eine möglichst lange Übertragungsstrecke zur
Verfügung zu stellen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Antwortgerät
der eingangs genannten Art durch einen Energiespeicher ge
löst, der die Sendeeinrichtung während kopplungsbedingter
Beeinträchtigungen des Abfragesignal-Empfangs mit zusätz
licher Energie versorgt. Ein wesentlicher Vorteil der Er
findung besteht darin, daß die infolge der Feldumkehr ent
stehenden Energieversorgungslücken geschlossen werden, so
daß annähernd während der gesamten theoretisch verfügbaren
Übertragungsstrecke die Abgabe eines Antwortsignals mög
lich ist. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht
darin, daß der durchschnittliche Energieaufnahmebedarf des
Energiespeichers äußerst gering eingestellt werden kann;
die zwischen den jeweils abzugebenden Antwortsignalen lie
genden Zeitspannen sind im praktischen Betrieb nämlich
meist äußerst lang, so daß durch den integrativen Charak
ter der Energiespeicher-Aufladung nur ein äußerst geringer
Aufladeenergiebedarf besteht. Dieser Energiebedarf kann
beispielsweise durch an dem Antwortgerät angebrachte So
larzellen oder andere energiegewinnende Einrichtungen ge
deckt werden. Ein erheblicher Vorteil der Erfindung be
steht darin, daß die durch die nicht exakt vorherbestimm
bare Lage der Kopplungslücken bei dem bekannten Antwort
gerät auftretenden Datenverluste (Abbrechen der Telegram
me) entfallen.
Ein besonders einfacher Aufbau des erfindungsgemäßen Ant
wortgeräts und eine leichte Nachrüstbarkeit von bereits
bestehenden signalgebenden Anlagen ist gemäß einer vor
teilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Antwort
geräts dadurch möglich, daß das Antwortgerät im Bereich
einer elektrischen, signalgebenden Einrichtung angeordnet
ist und daß die signalgebende Einrichtung den Energie
speicher mit Energie speist.
Eine schaltungstechnisch besonders aufwandarme Ausbildung
des erfindungsgemäßen Antwortgeräts besteht darin, daß
der Energiespeicher mit der Sendeeinrichtung über einen
eingangsspannungsgetriggerten Schalter verbunden ist, über
den auch die Abfragesignal-Energie zuführbar ist, und daß
die Ladespannung des Energiespeichers auf einen unterhalb
der Triggerspannung des Schalters liegenden Wert einge
stellt ist. Da die Ladespannung des Energiespeichers un
terhalb der Triggerspannung gehalten wird, ist lediglich
ein einziger Schalter notwendig.
Um den Energiespeicher bedarfsweise schneller mit einer
vergleichsweise hohen Spannung aufladen zu können, ist
gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungs
gemaßen Antwortgeräts vorgesehen, daß die Abfragesignal-
Energie über einen eingangspannungsgetriggerten Schalter
zuführbar ist und daß der Energiespeicher über einen wei
teren Schalter mit der Sendeeinrichtung verbunden ist, der
zusammen mit dem eingangsspannungsgetriggerten Schalter
schließbar ist.
Eine schaltungstechnisch besonders günstige weitere Ausge
staltung des erfindungsgemäßen Antwortgerätes besteht
darin, daß der Energiespeicher ein Kondensator ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines zeichnerisch
dargestellten Ausführungsbeispiels weiter erläutert.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Kopp
lung eines Abfragegeräts mit einem erfindungsgemäßen
Antwortgerät,
Fig. 2 zeigt den Zusammenhang zwischen Kopplungsverhält
nissen und Übertragungsbereich und die
Fig. 3 und 4 zeigen detaillierte Darstellungen hinsicht
lich der Beschaltung eines Energiespeichers.
Fig. 1 zeigt ein Fahrzeug 1, das in einer Regelfahrt
richtung 2 ein Gleis 3 befährt. In dem Fahrzeug 1 ist ein
Abfragegerät 4 vorgesehen, das eine Energiequelle 5, eine
Sendeeinrichtung 6 und eine Sendeantenne 7 enthält. Die
Sendeantenne 7 sendet ein Abfragesignal 8 mit einer Pola
risation in Richtung des Gleises 3 aus. An dem Gleis 3 ist
ein Antwortgerät 10 angeordnet, das eine Empfangsantenne
12 mit einer nachgeordneten Empfangseinrichtung 14 auf
weist. Wenn das in Richtung 2 bewegte Fahrzeug 1 einen Ort
16 erreicht, empfängt die Empfangseinrichtung 14 das über
die Sendeantenne 7 ausgestrahlte Abfragesignal 8 des Ab
fragegeräts 4. Die Energie des empfangenen Abfragesignals
8 speist einen Umsetzer 17 des Antwortgeräts 10. Der
Umsetzer 17 gibt ein digital codiertes Antwortsignal 18
ab, das gemäß einer von dem Antwortgerät 10 situations
bedingt abzugebenden Information aus einem Speicher 19
ausgewählt ist. Das Antwortsignal 18 besteht aus einer
Folge digitaler Daten (Telegramme) und wird einer Sende
einrichtung 20 zugeführt, die über eine Sendeantenne 21
das Antwortsignal 18′ ausstrahlt.
Das Antwortsignal 18′ wird von einer Empfangsantenne 23
des Abfragegeräts 4 empfangen und über eine Empfangsein
heit 24 einer Auswerteeinrichtung 25 zur Entschlüsselung
und Weiterverarbeitung zugeführt. Die für die Sendeein
richtung 20 des Antwortgeräts 10 notwendige Energie wird
im wesentlichen von der Energie des Abfragesignals 8 nach
deren Umsetzung in der Empfangseinrichtung 14 bereitge
stellt. Die Sendeeinrichtung 20 und ggf. der Umsetzer 17
werden erfindungsgemäß zusätzlich von einem Energiespei
cher 30 gespeist; dessen Eingang 31 ist zum Aufladen mit
einem verhältnismäßig geringen Energiebetrag beaufschlag
bar.
Fig. 2 zeigt zur Verdeutlichung der Verhältnisse bei der
Übertragung des Abfragesignals 8 bzw. des Antwortsignals
18′ die jeweiligen Kopplungsverhältnisse k in Abhängigkeit
von der relativen Bewegung der Sende- bzw. Empfangsanten
nen des Abfrage- bzw. Antwortgeräts. Die von dem Antwort
gerät 10 abzugebenden Antwortsignale werden beispielsweise
im 850 kHz-Bereich über eine Rahmenantenne übermittelt.
Dabei ergibt sich die mit durchgezogener Linie darge
stellte Kopplungsfunktion 40; man erkennt einen verhält
nismäßig flachen Verlauf der Kopplungsfunktion 40, zwi
schen deren Nullstellen (bzw. oberhalb eines Kopplungs
grades von 0,1) ein verhältnismäßig breiter maximaler
Übertragungsbereich 41 bestimmt ist.
Fig. 2 zeigt weiterhin in strichlierter Darstellung eine
Kopplungsfunktion 42 der Übertragung des Abfragesignals 8,
die im 100 kHz-Bereich zur Gleiskoppelspule (Empfangsan
tenne 12) erfolgt. Hierbei sind ausgeprägte Minima im Be
reich der Nullstellen erkennbar, an die sich jeweils ein
Nebenmaximum (Vor- bzw. Nachimpuls) anschließt. Wie ober
halb der Funktionskurven 40 und 42 in Fig. 2 gezeigt,
sind durch den Verlauf der Kopplungsfunktion 42 die mit
dem eingangs genannten bekannten Antwortgerät ausnutzbaren
Übertragungsteilbereiche 44a bis 44c bestimmt. Die Über
tragungslücke beispielsweise zwischen den Übertragungs
teilbereichen 44a und 44b birgt die Gefahr eines Daten
verlustes durch plötzliches Abbrechen der Datenfolgen
(Telegramme).
Durch das erfindungsgemäße Antwortgerät werden die Ener
gieabsenkungen im Bereich der Nullstellen der Kopplungs
funktion 42 durch den Energiespeicher ausgeglichen, so daß
gemäß der Kopplungsfunktion 40 auch in diesen Bereichen
zuverlässig Dateninformationen übertragen werden können.
Fig. 3 zeigt eine mögliche Energiebeaufschlagung des
Eingangs 31 des Energiespeichers 30 über eine elektrische
Ankopplung an eine Signalbaugruppe 50, die beispielsweise
die Funktion einer signalgebenden Einrichtung in Form
einer Signallampe 51 steuert und überwacht. Der Energie
speicher 30 besteht aus einem Kondensator C1, der über
eine Diode 52 aufladbar ist. Aufgrund der zwischen den
Ausgabezeitpunkten der Antwortsignale liegenden verhält
nismäßig großen Zeitspannen bedarf es zur Ladung des Kon
densators C1 auf einen ausreichend hohen Ausgangsspan
nungswert lediglich eines äußerst geringen, über einen
Ladewiderstand R fließenden Eingangsstroms 53, so daß in
diesem Beispiel keinerlei Beeinträchtigung der Helligkeit
der Signallampe 51 zu befürchten ist. Damit ist eine
äußerst geringe Belastung bereits bestehender elektrischer
signalgebender Einrichtungen bei der nachträglichen Aus
rüstung mit dem erfindungsgemäßen Antwortgerät gewähr
leistet.
Ausgangsseitig ist der Energiespeicher 30 auf den Eingang
54 eines von einer Triggerschaltung 55 eingangsspannungs
triggerbaren Schalters S gelegt, auf den auch das im 100
kHz-Bereich empfangene Abfragsignal 8 (vgl. Fig. 1) nach
entsprechender Gleichrichtung und Filterung geführt ist.
Beim Überschreiten einer einstellbaren Spannung schließt
die Triggerschaltung 55 den eingangsspannungsgetriggerten
Schalter S, so daß die Sendeeinrichtung 20 (vgl. Fig. 1)
mit einer zur Aussendung des Antwortsignals 18 ausrei
chenden Energie beaufschlagt wird. Nimmt in Folge der
Kopplungseigenschaften (vgl. Kopplungsfunktion 42 in Fig.
2) der zur Verfügung stehende Energiebetrag bis unterhalb
eines für den Betrieb der Sendeeinrichtung 20 kritischen
Wertes ab, wird kurzzeitig durch Entladung des Konden
sators C1 von dem Energiespeicher 30 eine entsprechende
Überbrückungsenergie zur Verfügung gestellt. Dadurch ist
der Sendebetrieb der Sendeeinrichtung 20 auch im Bereich
der Nullstellen der Kopplungsfunktion 42 (Fig. 2) gewähr
leistet. Nach dem Übertragen des Antwortsignals wird nach
Abklingen des Abfragesignals der Schalter S wieder geöff
net, so daß eine erneute Aufladung des Kondensators C1 auf
den Ausgangsspannungswert erfolgen kann.
Fig. 4 zeigt einen leicht modifizierten Ausschnitt aus
Fig. 3, mit dem eine Schaltungsvariante hinsichtlich des
eingangspannungsgetriggerten Schalters S erläutert wird.
Bei dieser Variante ist der Ausgang des Energiespeichers
30 mit einem weiteren Schalter S2 verbunden, während ein
von einer Triggerschaltung 56 gesteuerter eingangsspan
nungsgetriggerter Schalter S1 mit der Abfragesignalenergie
beaufschlagt ist.
Wenn die Abfragesignalenergie einen vorgegebenen Span
nungswert übersteigt, werden sowohl der Schalter S1 als
auch der Schalter S2 von der Triggerschaltung 56 geschlos
sen. Bei dieser Variante ist das Schließen des eingangs
spannungsgetriggerten Schalters S1 von der Ausgangsspannung
des Energiespeichers 30 unabhängig; damit kann in vorteil
hafter Weise auch eine Aufladung des Kondensators C1 auf
einen oberhalb der Triggerspannung für den Schalter S1
liegenden Spannung erfolgen.
Mit dem erfindungsgemäßen Antwortgerät werden die kopp
lungsbedingten Beeinträchtigungen bei dem Abfragesig
nalempfang in vorteilhafter Weise ausgeglichen, so daß im
wesentlichen über die gesamte theoretisch zur Verfügung
stehende Übertragungsstrecke, die von der Kopplungs
funktion 40 (Fig. 2) bestimmt ist, eine Datenübertragung
ermöglicht ist. Das erfindungsgemäße Antwortgerät erlaubt
damit eine äußerst sichere und umfangreiche Datenüber
tragung bei einem verhältnismäßig einfachen schaltungs
technischen Aufbau.
Claims (5)
1. Antwortgerät für eine Informationsübertragungseinrich
tung, an dem ein Abfragegerät (4) in vorgegebener Relativ
bewegung vorbeiführbar ist,
- - mit einer Empfangseinrichtung (14), die bei der Passage der beiden Geräte (4,10) an einem vorgegebenen Ort (16) ein von dem Abfragegerät (4) gesendetes Abfragesignal (8) empfängt und
- - mit einer von der Abfragesignalenergie gespeisten Sende einrichtung (20), die ein digital codiertes Antwort signal (18′) an eine Empfangseinheit (24) des Abfrage gerätes (4) abgibt, gekennzeichnet durch einen Energie speicher (30), der die Sendeeinrichtung (20) während kopp lungsbedingter Beeinträchtigungen des Abfragesignal- Empfangs mit zusätzlicher Energie versorgt.
2. Antwortgerät nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Antwortgerät (10) im Bereich einer elektrischen,
signalgebenden Einrichtung (51) angeordnet ist und daß die
signalgebende Einrichtung (51) den Energiespeicher (30)
mit Energie speist.
3. Antwortgerät nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Energiespeicher (30) mit der Sendeeinrichtung (10)
über einen eingangsspannungsgetriggerten Schalter (S)
verbunden ist, über den auch die Abfragesignal-Energie
zuführbar ist, und daß die Ladespannung des Energie
speichers (30) auf einen unterhalb der Triggerspannung des
Schalters (5) liegenden Wert eingestellt ist.
4. Antwortgerät nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Abfragesignal-Energie über einen eingangsspannungsge
triggerten Schalter (S1) zuführbar ist und daß der Ener
giespeicher (30) über einen weiteren Schalter (S2) mit
der Sendeeinrichtung (20) verbunden ist, der zusammen mit
dem eingangsspannungsgetriggerten Schalter (S1) schließbar
ist.
5. Antwortgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Energiespeicher (30) ein Kondensator (C1) ist.
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