DE4309097C2

DE4309097C2 - Einrichtung zur Prüfung von Impedanzabweichungen in Kabeln

Info

Publication number: DE4309097C2
Application number: DE19934309097
Authority: DE
Inventors: Robert Dipl Ing Dr In Hoffmann
Original assignee: SEBA DYNATRONIK GmbH
Current assignee: SEBA DYNATRONIK GmbH
Priority date: 1993-03-22
Filing date: 1993-03-22
Publication date: 1997-08-28
Anticipated expiration: 2013-03-23
Also published as: WO1994022030A1; DE4309097A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Prüfung von Impedanzabweichungen in Kabeln gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Einrichtungen werden insbesondere zur Ermit telung von Kabel-Inhomogenitäten, d. h. von Stellen in einem Kabel eingesetzt, deren Impedanz größer oder kleiner als der nominelle Wellenwiderstand des Kabels ist.

Eine gattungsgemäße Einrichtung zur Prüfung von Kabeln ist aus der DE 39 21 594 A1 bekannt. Diese Einrichtung weist einen Impulsgenerator, der als Prüf-Signale Im pulse in das zu prüfende Kabel einspeist, und einen Verstärker auf, an dessen Eingangsanschluß das an einer Inhomogenität reflektierte Impuls-Signal ansteht. Fer ner sind ein Komparator und eine Steuer- und Auswerte einheit vorgesehen, die aus dem Ausgangssignal des Komparators die Signal-Laufzeit zu einer Fehlerstelle ermittelt. Diese bekannte gattungsgemäße Einrichtung ist jedoch nicht ohne weiteres in der Lage, mehrere nacheinander angeordnete Kabel-Inhomogenitäten zu er mitteln. Darüberhinaus ist die Anpassung an unter schiedliche Kabeltypen nicht ohne weiteres möglich.

Weitere Einrichtungen zur Prüfung von Kabeln sind u. a. in der DE 32 35 239 C2, der DE 33 47 420 A1, der DE 36 29 153 A1 und der DE 37 11 593 A1 beschrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrich tung zur Prüfung von Kabeln anzugeben, die die Ermitt lung nicht nur der dem Einspeisepunkt eines Prüfsignals am nächsten gelegenen Inhomogenität, sondern sämtlicher in einem Kabel vorhandener Inhomogenitäten erlaubt.

Die erfindungsgemäß gestellte Aufgabe wird dadurch ge löst, daß von einer Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ausgegangen und diese Einrichtung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 ange gebenen Merkmale weitergebildet wird. Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Zur Ermittlung mehrerer beabstandeter Fehlerstellen im Kabel steuert die Steuer- und Auswerteeinheit den Im pulsgenerator derart an, daß er nacheinander eine Reihe von Impulsen in das Kabel einspeist. Die Steuer- und Auswerteeinheit wertet das reflektierte Signal jeweils nur während eines Zeitfensters aus, dessen Beginn ge genüber dem jeweiligen Impuls um eine Verzögerungs-Zeit T_Li verzögert ist, und dessen Breite T_i beträgt, wobei die Verzögerungs-Zeiten derart variiert werden, daß die Zeitfenster den Signal-Laufzeit-Bereich für den zu überprüfenden Teil des Kabels wenigstens teilweise abdecken. Zwischen Verstärker und Komparator ist eine Vergleichswert-Bildungsschaltung geschaltet, die wenigstens einen Kondensator aufweist, der während dem jeweiligen Zeitfenster auf einen Mittelwert der re flektierten Spannung aufgeladen wird und der während eines auszuwertenden Zeitfensters mit dem Komparator verbunden ist, so daß die Impulsantwort des ungestörten Signals kompensierbar ist.

Die erfindungsgemäße Einrichtung arbeitet also nach dem klassischen Impulsechoverfahren an Impedanzänderungen einer Leitung. Durch die selbsttätige Verschiebung des Zeitfensters durch die Steuer- und Auswerteeinheit entfällt die bei herkömmlichen Impulsreflektometern erforderliche Einstellung eines Cursors von Hand auf einem Reflektogramm. Durch die Kompensation der Impuls antwort des ungestörten Signals durch die Vergleichs wert-Bildungsschaltung ist es möglich, die unterschied lichsten Kabellängen und die unterschiedlichsten Kabel typen, beispielsweise Koaxleitungen oder Zweidrahtlei tungen zu prüfen, ohne daß eine Schaltungsänderung oder eine Änderung von eingestellten Parametern vorgenommen werden müßte.

Gemäß der im Anspruch 2 angegebenen Weiterbildung wird das Zeitfenster derart verschoben, daß bei aufeinander folgenden Messungen Kabelabschnitte vermessen werden, deren Abstand vom Einspeispunkt der Impulse größer ist als der Abstand der mit dem vorhergehenden Impuls ver messenen Abschnitte; damit gilt:

T_Li < T_L(i-1)

Dabei ist es bevorzugt, wenn die Breite des Zeitfen sters (T_L) mit zunehmender Verzögerungszeit (T_Li) zu nimmt (Anspruch 3):

T_i T_i-1 = f(T_Li)

Aus meßtechnischen Gründen ist es weiter von Vorteil, wenn die Impulsbreite (t_imp) mit zunehmender Verzöge rungszeit (T_LI) sowie gegebenenfalls zunehmender Breite des Zeitfensters (T_i) zunimmt (Anspruch 4). Als Impulse können dabei beliebige Impulse, beispielsweise Recht eckimpulse, aber auch andere Impulse verwendet werden.

In den Ansprüchen 5 bis 8 sind weitere vorteilhafte Schaltungsausgestaltungen angegeben.

Gemäß Anspruch 9 berechnet die Steuer- und Auswerte einheit aus der ermittelten Signal-Laufzeit und der für einen bestimmten Kabeltyp bekannten Signal-Ausbrei tungsgeschwindigkeit, die als Parameter eingegeben wird, den Abstand (s) dieser Fehlerstelle vom Signal-Einspeisungspunkt.

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungs beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exempla risch beschrieben, auf die im übrigen bezüglich der Offenbarung aller im Text nicht näher erläuterten er findungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Einrichtung, und

Fig. 2 ein Impuls/Zeit-Diagramm.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungs gemäßen Einrichtung zur Prüfung eines Kabels, von dem in der Fig. 1 im wesentlichen nur die Signaleinspei sungspunkte (Anschlüsse) E dargestellt sind, an denen bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel gleichzeitig auch das Meßsignal ausgekoppelt wird.

Die Einrichtung weist einen Impulsgenerator 1 auf, der als Prüf-Signale Impulse in das zu prüfende Kabel an den Einspeisungspunkten E einspeist. Diese Impulse werden an Kabel-Inhomogenitäten, d. h. an Stellen, deren Wellenwiderstand größer oder kleiner als der nominelle Wellenwiderstand ist, reflektiert. Zur -Erfassung des reflektierten Impuls-Signals ist mit den Anschlüssen E ein Verstärker 2 verbunden, der das reflektierte Im puls-Signal verstärkt. Der Ausgangsanschluß des Ver stärkers 2 ist mit einer Vergleichswert-Bildungsschal tung 3 verbunden. Die Schaltung 3 leitet aus dem re flektierten Impuls-Signal einen Vergleichswert ab, der über einen Multiplexer 4 an einem Komparator 5 derart anliegt, daß die Impulsantwort des ungestörten Signals in etwa kompensiert wird. Ferner weist die erfindungs gemäße Einrichtung eine CPU 6, zwei Zähler 7 und 8, ein Flip-Flop 9 und einen Taktgenerator 10 auf.

Im folgenden soll die Funktionsweise der erfindungsge mäßen Schaltung unter Bezugnahme auf Fig. 2 näher er läutert werden:

Der Impulsgenerator 1 besendet das zu prüfende Kabel mit (bspw.) rechteckförmigen Impulsen, deren Dauer bevorzugt der Meßentfernung angepaßt wird. Da die an Inhomogenitäten des Kabels reflektierten Signale einer längenabhängigen Dämpfung unterliegen, nehmen die Am plituden der "Echos" mit zunehmender Leitungslänge ab. Diese Dämpfung setzt sich aus einem Realteil und einem Imaginärteil zusammen. Während der Realteil nur eine amplitudenmäßige Dämpfung bewirkt, ruft der Imaginär teil eine Dispersion hervor, durch die die Echos ver breitert werden. Damit haben die bekannten Impulsre flektometer lediglich eine vergleichsweise geringe maximale Reichweite.

Erfindungsgemäß wird die Reichweite durch eine längen abhängige Dämpfungskompensation und eine Vergleichswert-Bil dungsschaltung 3 vergrößert:

Hierzu wird in der Vergleichswert-Bildungsschaltung 3 der Kondensator C1 auf den Mittelwert des stoßstellen freien Intervalls vor der zu ortenden Stoßstelle auf geladen. Bei der Messung im interessierenden Intervall wird dieser Mittelwert durch das Schließen eines Schal ters S1 an den Komparator angelegt, so daß die Komparator schwelle in Abhängigkeit von den Kabelparametern (und vom Meßort) eingestellt wird.

Um nun mehrere hintereinanderliegende Inhomogenitäten ermitteln zu können, wird - vgl. Fig. 2 - erfindungsge mäß die Zeitachse in mehrere Zeitintervalle aufgeteilt, die jeweils getrennt voneinander ausgewertet werden. Dabei wird für jedes Zeitintervall wenigstens ein Sen deimpuls gesendet. Selbstverständlich ist es möglich, die Messung in jedem Zeitintervall mehrfach zu wieder holen, um die Meßgenauigkeit zu erhöhen. Die Aufteilung der Zeitachse in mehrere Intervalle erlaubt es, für jedes einzelne Intervall eine ganz bestimmte Sendeim pulsbreite einzustellen, und jedes Zeitintervall unab hängig von vorhergehend und nachfolgenden Intervallen zu betrachten. Da für die Intervallbreite gilt, daß sie immer kleiner ist als die kleinste zu erwartende Stoß stellenbreite, wird eine Ortung von mehreren Stoßstel len unabhängig voneinander realisierbar. Für die Zeit intervalle gilt folgende Bildungsvorschrift:

Das erste Zeitintervall ("1") ist die Zeit von T_L1 bis (T_L1 + T₁). An das Zeitintervall "1" schließt sich das Intervall "2" von (T_L1 + T₁) bis [(T_L1 + T₁) + T₂] an. Entsprechend diesem Bildungsgesetz wird der maximale Meßbereich - i.e. Kabellänge - in mehrere unabhängig von einander betrachtete Zeitintervalle resp. Kabelab schnitte eingeteilt.

Die Impulsbreite des Sendeimpulses t_Imp, die Zeit T_L (Beginn des Zeitintervalls) und die Zeit T_L + T₂ (Ende des Zeitintervalles) werden durch die Zeitintervallge nerierung, die mittels der Zähler 8 und 9 erfolgt, bereit gestellt. Der Sendeimpuls wird in den Prüfling einge koppelt und am Verstärker das reflektierte Signal emp fangen. Während des durch die Zeitfenstergenerierung aktivierten Intervalls (T_L bis T_L + T) wird der Schalter S₁ in der Vergleichwert-Bildungsschaltung 3 geschlossen und somit der Ausgang des Verstärkers 2 wechselspan nungsmäßig an den Eingang des Plus/Minus-Multiplexers 4 angelegt. Wird die Zeit t_S, die Schalter S₁ geschlossen ist, durch mehrere Versuche mit T_i länger als t_S = N_*T_i < 5_*C₁_*R₁ (N ist die Anzahl der Versu che), so nimmt C₁ den Mittelwert der Spannung des Zeit fensters T_Li bis T_Li + T_i an. Diese Bildungsvorschrift für den Mittelwert der Spannung wird ebenfalls während des Impulses, der in den Prüfling eingekoppelt wird realisiert.

Der Plus/Minus-Multiplexer 4 leitet je nach Vorgabe von der CPU das invertierte oder nicht invertierte Zeitin tervall dem Komparator 5 zu. Damit wird eine getrennte Ortung von kleineren und größeren Impedanzen als der nominelle Wellenwiderstand an der Leitung realisiert. Das Ausgangssignal des Komparators 5 liegt an der CPU an, so daß diese am Ende eines Zeitintervalls eine Information erhält, ob eine Stoßstelle vorliegt oder nicht.

Da die Ausbreitungsgeschwindigkeit V_i eine bekannte Leitungskonstante ist, kann aus der gemessenen Zeit t_Li = T_Li + T_i die Entfernung der Stoßstelle i vom Einspei sepunkt E berechnet werden, wobei selbstverständlich die Ausbreitungsgeschwindigkeit als Parameter vor der Messung einzugeben ist.

Mit der erfindungsgemäßen Schaltung können Kabellängen von 20 km und mehr überprüft werden.

Claims

1. Einrichtung zur Prüfung von Impedanzabweichungen in Kabeln mit

- einem Impulsgenerator, der als Prüf-Signale Impulse in das zu prüfende Kabel einspeist,
- einem Verstärker (2), an dessen Eingangsanschluß das reflektierte Impuls-Signal ansteht,
- einem Komparator (5), und
- einer Steuer- und Auswerteeinheit (CPU), die aus dem Ausgangssignal des Komparators die Signal-Laufzeit zu einer Fehlerstelle ermittelt,

dadurch gekennzeichnet,
daß zur Ermittlung mehrerer beabstandeter Fehlerstellen im Kabel die Steuer- und Auswerteeinheit (CPU) den Impulsgenerator derart an steuert, daß er nacheinander eine Reihe von Impulsen (i) in das Kabel einspeist,
daß die Steuer- und Auswerteeinheit das reflektierte Signal jeweils nur während eines Zeitfensters auswer tet, dessen Beginn gegenüber dem jeweiligen Impuls (i) um eine Verzögerungs-Zeit T_Li verzögert ist, und dessen Breite T_i beträgt, wobei die Verzögerungs-Zeiten derart variiert werden, daß die Zeitfenster den Signal-Lauf zeit-Bereich für den zu überprüfenden Teil des Kabels wenigstens teilweise abdecken, und
daß zwischen Verstärker (2) und Komparator (5) eine Vergleichswert-Bildungsschaltung (3) geschaltet ist, die wenigstens einen Kondensator auf weist, der während dem jeweiligen Zeitfenster auf einen Mittelwert der reflektierten Spannung aufgeladen wird und der während eines auszuwertenden Zeitfensters mit dem Komparator verbunden ist, so daß die Impulsantwort des ungestörten Signals kompensierbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gilt: T_Li < T_L(i-1)

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Zeitfensters (T_i) mit zunehmender Verzögerungszeit (T_Li) zunimmt: T_i T_i-1 = f(T_Li)

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsbreite (t_imp) mit zunehmender Verzögerungszeit (T_LI) sowie gegebenenfalls zunehmender Breite des Zeitfensters (T_i) zunimmt.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerte- und Steuer einheit das Zeitfenster durch Ansteuern des Komparators öffnet und am Ende des Zeitfensters der Komparator das Ergebnis speichert.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Komparator ein Komparator mit Strobeingang (gelatchter Komparator) ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, ein Multiplexer zwischen Ver stärker und Komparator geschaltet ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Flipflop und ein Zähler vorgesehen sind.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Auswerte einheit aus der ermittelten Signal-Laufzeit und der für einen bestimmten Kabeltyp bekannten Signal-Ausbrei tungsgeschwindigkeit den Abstand (s) dieser Fehlerstel le vom Signal-Einspeisungspunkt ermittelt.