DE4225800C1 - Antwortgerät für eine Informationsübertragungseinrichtung - Google Patents

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.