DE60028260T2 - Anzeigeverfahren von Zeitdomänenreflektometermessungen - Google Patents

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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Zeitdomänenreflektometer und insbesondere betrifft sie ein Verfahren zur Minimierung von Signalfehlern und Anomalien.
  • Ausgangssituation der Erfindung
  • Mit der ständig zunehmenden Anzahl weltweit eingesetzter Nachrichten- und Übertragungskabel, ist es wünschenswert, dass Anomalien, zum Beispiel Fehler, Teilentladungen, Kabelschäden und Spleiße auf Nachrichten- und Starkstrom-Übertragungskabeln geortet werden können, ohne die Notwendigkeit einer physischen Fehlersuche und Prüfung. Ein Zeitdomänenreflektometer [Time Domain Reflectometer (TDR)], kann verwendet werden, um ein Kabel in bezug auf Anomalien oder Veränderungen der Kabelimpedanz zu analysieren, um derartige Anomalien zu orten. Ein typisches TDR sendet einen Impuls elektrischer Energie in Kabel, die aus zwei durch ein dielektrisches Material getrennten Leitern bestehen. Wenn der Impuls auf eine Impedanzänderung im Kabel trifft, wird ein Teil der Impulsenergie zurück zum TDR reflektiert. Amplitude und Polarität dieser Reflexion sind der Impedanzänderung proportional. Derartige Reflexionen werden gewöhnlich in graphischer Form auf dem Bildschirm eines typischen TDR angezeigt, wobei eine Bedienperson die Ergebnisse interpretieren und die speziellen Anomalien des Kabels orten kann.
  • In der Vergangenheit war die Befähigung einer Bedienperson, eine angezeigte Wellenform zu interpretieren, auf Grund des Unvermögens eines TDR, qualitativ hochwertige Informationen bereitzustellen, eingeschränkt. Informationen, die sich auf den Teil des Kabels beziehen, der dem TDR am nächsten liegt, weisen eine höhere Qualität auf, als die von weiter entfernten Teilen des Kabels. Dies hat seine Ursache darin, dass das reflektierte Signal mit zunehmender Länge schwächer wird. Im Ergebnis nimmt die Genauigkeit der Wellenform ab, wenn die Entfernung zwischen dem Teil des Kabels, der gemessen wird und dem TDR vergrößert wird. Zur Zeit stehen einige Lösungen zur Verfügung, um die Abschwächung der Wellenform zu überwinden. Eine solche Lösung besteht darin, den TDR an beiden Enden des zu analysierenden Kabels anzuordnen. Dies ist unangenehm, weil die Bedienperson die beiden Wellenformen manuell vergleichen und eine Berechnung durchführen müßte, um den Ort des interessierenden Objektes zu bestimmen, zum Beispiel den Ort und die Bestimmung der Anomalien.
  • Eine andere Lösung besteht darin, an jedes Kabelende eine Signalleitung anzuschließen und die reflektierte Welle gleichzeitig zu messen. Das TDR wäre dann in der Lage, die beiden Signale so zu verarbeiten, dass Anomalien genauer zu lokalisieren wären. Dies ist jedoch unbeliebt, weil eine große Länge der Prüfkabel erforderlich ist, um gleichzeitig an beiden Enden eines langen Kabelabschnitts mit einem einzigen TDR zu messen. Zusätzliche Probleme treten auf, wenn ein übliches dreiphasiges Starkstromkabel analysiert wird und immer nur eine Phase zu einer Zeit aufgezeichnet werden kann. Dies führt zu potentiellen Fehlern beim subjektiven Vergleich, wenn die Orte der Spleiße und Fehler entziffert werden. Bei vieladrigen Kabeln ist dieses Problem sogar noch offensichtlicher.
  • Ein weiteres Problem, das im Zusammenhang mit der Verwendung der zur Zeit verfügbaren TDR aufgetreten ist, stellt ein Kabelmedium mit veränderlicher Segmentimpedanz dar. Häufig enthält ein Kabel mehrere Segmente mit Medien unterschiedlicher Leitfähigkeit, die miteinander verspleißt sind, um ein zusammenhängendes Kabelstück zu formen. Der Grund für die Existenz segmentierter Kabel liegt darin, dass Längenabschnitte durch unterschiedliche Leitermaterialien ersetzt werden mußten, infolge von Schäden am Kabel oder auf Grund der Notwendigkeit, spezielle Abschnitte des Kabels durch ein anderes Medium zu ersetzen. Eine Änderung des Mediums beeinflußt die Impedanz, weil es kleine, herstellungsbedingte Unterschiede in der Geometrie des Kabels oder bei den Werkstoffen gibt, wodurch die Signalausbreitungsgeschwindigkeit (VOP) beeinflußt wird. Dies führt zu einer ungenauen Information in bezug auf Anomalien, die im Leiter weiter entfernt sind. Andere Faktoren können die VOP ebenfalls beeinflussen, zum Beispiel ein Wechsel des Dielektrikums, das die Leiter im Inneren eines Kabels voneinander trennt. Wasser, das in das Innere von Kabeln eindringt, bei denen Luft als Teil der dielektrischen Trennung von Leitern verwendet wird, stellte bisher ein besonderes Problem dar, das die Signalausbreitungsgeschwindigkeit eines vom TDR ausgehenden Signals beeinflußt.
  • Die europäische Anmeldung 00982473.1 vom selben Anmelder beansprucht ein ähnliches Verfahren zur Anzeige von drei Messkurven, mit Ausnahme von Schritt d.) des vorliegenden Anspruchs 1.
  • Aus diesem Grunde besteht ein Bedarf an einer graphischen Anzeige von Informationen, die von einer Vorrichtung erfaßt wurden, von der sich ein Signal über die Länge eines Kabels ausbreitet.
  • Bekannt sind das Dokument US-A-5 461 318 und der „Tektronix technical test and measurement product Catalogue 1994", Seite 238; beide Dokumente offenbaren Prüfverfahren, bei denen Zeitdomänenreflektometer eingesetzt werden, die zwei Wellen für Prüfzwecke verwenden und Wellenpaare für die Analyse durch eine Bedienperson anzeigen.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren, eine Vorrichtung und einen computerlesbaren Datenträger bereit, um die Qualität und die Genauigkeit von Informationen zu verbessern, die bei der Ausbreitung eines Signals über die Länge eines Kabels erfaßt wurden, um spezielle Anomalien auf der Länge des Kabels genau zu lokalisieren. Dieses Ausführungsbeispiel verbessert die Qualität und die Genauigkeit, indem eine Vielzahl von Wellen gleichzeitig angezeigt wird und mehrere Signalaufbereitungsschritte auf Rohdaten angewendet werden, die von einem TDR erfaßt wurden. Die Signalverarbeitungsschritte umfassen:
    Signaldatenerfassung, Wellenumkehr, Wellenverschiebung, Mehrfachwellendarstellung, segmentweise Ausbreitungsgeschwindigkeit, Multicursorbetrieb und Berechnung der nassen Kabellänge.
  • Unter Verwendung der verschiedenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung kann eine Bedienperson in Verbindung mit einem TDR mehrere, bestimmten Kabeln entsprechende Wellenformen an beiden Enden der bestimmten Kabel aufzeichnen, ändern und anzeigen und die erfaßten und aufgezeichneten Informationen zu einem späteren Zeitpunkt verarbeiten. Insbesondere kann eine Bedienperson eine Gruppe von zwei aufgezeichneten Wellenformen, die an ein und demselben Kabel erfaßt wurden, heranziehen und die Wellenformen vergleichen, um den Ort von Anomalien zu bestimmen. Falls die beiden Wellenformen von gegenüberliegenden Enden des Kabels aufgezeichnet wurden, kann das Verfahren der Wellenumkehr verwendet werden, um die Wellenformen zu verarbeiten, um eine genauere Darstellung des Ortes der Anomalien entlang des Kabels zu erzeugen.
  • So kann zum Beispiel, ohne dass dies eine Einschränkung darstellt, falls die zwei Wellenformen an zwei verschiedenen Stellen des Kabels in derselben Ausbreitungsrichtung aufgezeichnet werden, bei der Verarbeitung der Wellenformen das Verfahren der Wellenverschiebung angewendet werden, um eine genauere Darstellung der Orte der Anomalien entlang des Kabels zu erzeugen.
  • Um den Ort von Anomalien entlang einer Gruppe von Leitern genauer aufzuschlüsseln, können mehrere Wellenformen gleichzeitig angezeigt werden. Eine Bedienperson kann leicht den Ort bestimmter Anomalien, zum Beispiel Dreiphasenfehler oder schwerwiegend beschädigte Kabel, genau lokalisieren, indem sie mehrere Wellenformen gleichzeitig analysiert.
  • Zusätzlich kann in einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Genauigkeit der Lokalisierung von Anomalien verbessert werden, falls der Bedienperson Segmente mit unterschiedlichen Medien entlang der Kabellänge bekannt sind. Durch Identifizieren des speziellen Mediums des Segmentes, auf dem sich das Signal ausbreitet, kann das TDR eine Änderung der VOP kompensieren, die anderenfalls die Genauigkeit der Lokalisierung des tatsächlichen Ortes der Anomalie beeinflussen würde. Ein typisches TDR misst das Zeitintervall zwischen zwei Cursors (Positionsanzeigern), die manuell oder automatisch positioniert werden können. Auf Grund dieser Beschränkung auf zwei Positionsanzeiger mußten mehrere Segmente bisher separat analysiert werden. Die verschiedenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind jedoch in der Lage, mehrere Positionsanzeiger gleichzeitig zu verwenden, um die gesamte Länge des Kabels mit mehreren unterschiedlichen Medien und folglich jedes mit einer unterschiedlichen VOP zu analysieren.
  • Schließlich ist in noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Berechnung der Gesamtlänge des Kabels möglich, deren Impedanz durch eingedrungenes Wasser beeinflußt wird. Eine Bedienperson, der diese Informationen vorliegen, ist in der Lage, die Signalaufbereitung anzupassen, um diese Bedingung vor der Identifizierung der Anomalien und ihrer entsprechenden Orte entlang des Kabels zu berücksichtigen. Dieses Ausführungsbeispiel verbessert auch die Genauigkeit bei der Lokalisierung von Anomalien.
  • Nachfolgend werden in größerer Einzelheit ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein computerlesbarer Datenträger vorgestellt, die in der Lage sind, Aktionen durchzuführen, die im allgemeinen mit der zuvor genannten Datenerfassung und Signalaufbereitung zur Bestimmung des Ortes von Anomalien entlang eines Kabels übereinstimmen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die zuvor genannten Aspekte und viele der mit der vorliegenden Erfindung verbundenen Vorteile werden mit Bezug auf die nachfolgende ausführliche Beschreibung anhand der Zeichnungen besser ersichtlich, auf denen folgendes dargestellt ist:
  • 1 ist ein Blockschaltbild eines Mehrzweck-Computersystems für die Implementierung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ist ein Blockschaltbild eines Zeitdomänenreflektometers (TDR) nach dem Stand der Technik;
  • 3 ist ein Flußdiagramm eines allgemeinen Programmaufbaus für ein Verfahren zum Anzeigen von Wellen, die von einem TDR erfaßt wurden;
  • 4 ist ein Flußdiagramm einer Wellenumkehr-Unterroutine, in einem Verfahren zum Anzeigen von Wellen, die von einem TDR erfaßt wurden, das in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;
  • 5 ist ein Flußdiagramm einer Wellenverschiebungs-Unterroutine, in einem Verfahren zum Anzeigen von Wellen, die von einem TDR erfaßt wurden, das in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;
  • 6 ist ein Flußdiagramm einer Unterroutine zur Mehrfachwellendarstellung in einem Verfahren zum Anzeigen von Wellen, die von einem TDR erfaßt wurden, das in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;
  • 7 ist ein Flußdiagramm einer Unterroutine zur segmentweisen Ausbreitungsgeschwindigkeit in einem Verfahren zum Anzeigen von Wellen, die von einem TDR erfaßt wurden, das in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;
  • 7A ist ein Flußdiagramm einer Berechnung der Gesamtlänge des Kabels, dessen Impedanz durch eingedrungenes Wasser beeinflußt wird, in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 8 ist ein Flußdiagramm einer Unterroutine für Mehrfachcursor-/Markensetzung, in einem Verfahren zum Anzeigen von Wellen, die von einem TDR erfaßt wurden, das in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;
  • 9 ist eine beispielhafte Wellenform, die auf einem TDR angezeigt wird, das in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;
  • 10 ist eine beispielhafte, umgekehrte Wellenform, die auf einem TDR angezeigt wird, das in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;
  • 11 ist eine beispielhafte Kombination einer Wellenform und ihrer umgekehrten Messkurve, die auf einem TDR angezeigt werden, das in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;
  • 12 ist eine beispielhafte, Korrosion anzeigende Wellenform, die auf einem TDR angezeigt wird, das in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;
  • 13 ist ein beispielhafter Vergleich einer Mehrfach-Wellenform, die auf einem TDR angezeigt wird, das in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;
  • 14 ist eine beispielhafte Dreiphasen-Wellenform, die auf einem TDR angezeigt wird, das in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;
  • 15 ist eine beispielhafte Gruppe von Wellenformen, die auf einem TDR mit segmentweiser VOP-Kompensation angezeigt wird, das in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;
  • 16 ist eine beispielhafte Gruppe von Wellenformen, die auf einem TDR mit segmentweiser VOP-Kompensation angezeigt wird, das in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
  • Zeitdomänenreflektometer (TDR) senden einen Impuls elektrischer Energie in Kabel, die zwei durch ein dielektrisches Material getrennte Leiter enthalten. Wenn der elektrische Impuls auf eine Veränderung im Kabel trifft, die eine Veränderung der Impedanz zur Folge hat, wird ein Teil der Energie des Impulses zurück zum TDR reflektiert. Durch Messen der Amplitude und der Polarität der reflektierten Welle kann die Proportionalität der Impedanzänderung bestimmt werden. Zusätzlich kann durch Messen der Laufzeit der Ort der Impedanzänderung ebenfalls bestimmt werden. Typische Anomalien, die eine Impedanzänderung hervorrufen, umfassen Änderungen des Kabelmediums, Spleiße, Fehler, Teilentladungen und Beschädigung des Kabels.
  • In Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung führt das TDR-Anzeigeverfahren Quellprogramme auf einem Computer, vorzugsweise einem Mehrzweckcomputer aus, der über grundlegende Eingabe-/Ausgabefunktionen für ein tragbares Gerät verfügt. 1 und die folgende Erörterung zielen darauf ab, eine kurze, allgemeine Beschreibung einer geeigneten Rechnerumgebung bereitzustellen, in welcher die aktuellen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden können. Obwohl dies nicht erforderlich ist, werden die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im allgemeinen Kontext von computerausführbaren Befehlen beschrieben, zum Beispiel Programmmodulen, die von einem PC ausgeführt werden. Im allgemeinen umfassen Programmmodule Routinen, Programme, Objekte, Komponenten, Datenstrukturen usw., die spezielle Aufgaben abarbeiten oder spezielle abstrakte Datentypen implementieren. Darüber hinaus ist für den Fachmann leicht zu erkennen, dass die verschiedenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung auch mit anderen Computer-Systemkonfigurationen praktisch umgesetzt werden können, dies schließt tragbare Geräte, Systeme mit mehreren Prozessoren, mikroprozessorbasierte oder programmierbare Verbraucherelektronik, Netzwerk-PCs, Minicomputer, Großrechner usw., ein. Die verschiedenen Ausführungsbeispiele der Erfindung können auch in Umgebungen mit verteilten Rechnern verwirklicht werden, wo Aufgaben von abgesetzten Verarbeitungseinrichtungen abgearbeitet werden, die über ein Kommunikationsnetz miteinander verbunden sind. In einer Umgebung mit verteilten Rechnern können Programmmodule sowohl in lokalen als auch in entfernten Datenspeichergeräten angeordnet sein.
  • Gemäß 1 umfaßt ein beispielhaftes System zur Implementierung der Ausführungsbeispiele der Erfindung ein Mehrzweck-Computersystem in Form eines herkömmlichen Personalcomputers 120. Der Personalcomputer 120 umfaßt eine Verarbeitungseinheit 121, einen Systemspeicher 122 und einen Systembus 123, der die verschiedenen Systemkomponenten einschließlich des Systemspeichers 122 mit der Verarbeitungseinheit 121 verbindet. Der Systembus 123 kann eine beliebige aus einer Vielzahl von Busstrukturen aufweisen, einschließlich eines Speicherbusses oder einer Speichersteuereinheit, eines Peripheriegerätebusses und eines Lokalen Busses, unter Verwendung einer beliebigen, aus einer Vielzahl von Busarchitekturen. Der Systemspeicher 122 umfaßt einen Lesespeicher (ROM) 124, einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) 125 und ein Basis-Eingabe-Ausgabesystem(BIOS) 126, das die grundlegenden Routinen enthält, die hilfreich bei der Übertragung von Informationen zwischen den Elementen innerhalb des Personalcomputers 120 sind.
  • Der Personalcomputer 120 enthält weiterhin ein Festplattenlaufwerk 127 zum Lesen von einer und zum Schreiben auf eine Festplatte (nicht dargestellt), ein Magnetplattenlaufwerk (Disklaufwerk) 128, zum Lesen von einer und Schreiben auf eine wechselbare magnetische Diskette 129 und ein optisches Disklaufwerk 130 zum Lesen von einer und zum Schreiben auf eine wechselbare optische CD 131, zum Beispiel eine CD-ROM oder einen anderen optischen Datenträger. Das Festplattenlaufwerk 127, das Disklaufwerk 128 und das optische Disklaufwerk 130 sind mit dem Systembus 123 über eine Festplattenlaufwerk-Schnittstelle 132, eine Magnetplattenlaufwerk-Schnittstelle 133, beziehungsweise eine optische Laufwerk-Schnittstelle 134 verbunden. Die Laufwerke und ihre zugehörigen computerlesbaren Datenträger stellen die nichtflüchtige Speicherung von computerlesbaren Befehlen, Datenstrukturen, Programmmodulen und anderen Daten für den Personalcomputer 120 bereit.
  • Obwohl bei der zuvor beschriebenen exemplarischen Umgebung eine Festplatte, eine wechselbare magnetische Disk 129 und eine wechselbare optische Disk 131 eingesetzt werden, ist es für den Fachmann leicht zu erkennen, dass andere Arten computerlesbarer Datenträger, welche Daten speichern können, auf die ein Computer zugreifen kann, zum Beispiel Magnetbandkassetten, Flash-Speicherkarten, DVD, Bernoullikassetten, Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAMs), Lesespeicher (ROM), und so weiter, in der exemplarischen Betriebsumgebung ebenfalls verwendet werden können.
  • Eine Anzahl von Programmmodulen kann auf der Festplatte, der magnetischen Disk 129, der optischen Disk 131, im ROM 124 oder im RAM 125 gespeichert werden, einschließlich eines Betriebssystems 135, eines oder mehrerer Anwendungsprogramme 136 und Programmdaten 138. Eine Bedienperson kann Befehle und Informationen in den Personalcomputer 120 über Eingabegeräte, zum Beispiel eine Tastatur 140 und ein Zeigergerät 142 eingeben. Andere Eingabegeräte (nicht dargestellt), können ein Mikrophon, Joystick, Tastaturfeld, Berührungsbildschirm, Scanner oder etwas ähnliches sein. Diese und weitere Eingabegeräte werden häufig mit der Verarbeitungseinheit 121 über eine serielle Anschlußschnittstelle 146 verbunden, die an den Systembus 123 angeschlossen ist, sie können jedoch auch mit Hilfe anderer Schnittstellen, zum Beispiel mit einem Parallelport, Gameport oder einem universellen seriellen Bus (USB) angeschlossen werden. Ein Monitor (Anzeige) 147 oder eine andere Art eines Anzeigegerätes ist ebenfalls an den Systembus 123 über eine Schnittstelle angeschlossen, zum Beispiel über einen Videoadapter 148. Ein oder mehrere Lautsprecher 157 sind ebenfalls an den Systembus 123 über eine Schnittstelle angeschlossen, zum Beispiel über einen Audioadapter 156. Zusätzlich zum Monitor und zu den Lautsprechern umfassen Personalcomputer typischerweise weitere periphere Ausgabegeräte (nicht dargestellt), zum Beispiel Drucker.
  • Die oben beschriebene Computerumgebung kann in einem transportablen Gerät untergebracht sein, das mit einem Kabelleiterpaar verbunden ist. Auf 2 ist ein allseits bekanntes und typisches transportables TDR dargestellt. Die Verarbeitungseinheit ist in einem Fach 210 untergebracht, wie dies zuvor beschrieben wurde. Im Fach 210 sind die Verarbeitungseinheit 121, die Anzeige 147, eine Tastaturfeld- oder Berührungsbildschirm-Schnittstelle 140, der Systemspeicher 122, ein Impulsgenerator 211 und ein Impulsdetektor 212 dargestellt. Wenn das Programm ausgeführt wird, wird vom Impulsgenerator 211 ein Impuls erzeugt und in das Kabel 213 eingespeist, auf dem sich der Impuls ausbreitet. Der Impulsdetektor 212 ist daraufhin in der Lage, jede Reflexion zu detektieren, die auf Grund einer Änderung der Impedanz auf dem Kabel 230 auftritt. Wenn die reflektierten Wellen detektiert werden, empfängt das Programm Impulsinformationen vom Impulsdetektor 212 und bereitet die anzuzeigenden Informationen für eine Darstellung in graphischer Form auf der Anzeige 147 auf. Die Bedienperson des TDR ist in der Lage, Informationen aus der graphischen Darstellung der auf dem Kabel 213 detektierten Anomalien zu interpretieren.
  • Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Aufzeichnen, Verarbeiten und Darstellen der mit Hilfe des TDR erfaßten Informationen. Es ist auch möglich, zuvor erfaßte und auf einem Computer gespeicherte Informationen zu verarbeiten und darzustellen. Auf 3 ist die Gesamtarchitektur des Programms dargestellt. Wenn das Programm ausgeführt wird, wählt eine Bedienperson im Schritt 310 eine Welle aus, die auf der Anzeige dargestellt werden soll. Durch Auswahl einer darzustellenden Welle werden die zur Welle gehörenden Daten in das Programm geladen. Die geladenen Wellendateien können mit Hilfe einer, aus einer Anzahl der nachfolgend beschriebenen Methoden modifiziert werden. Das Laden einer Welle erfolgt durch auswählen einer Browser-Unterroutine, die es der Bedienperson gestattet, Dateien aus dem Speicher oder die aktuelle Messkurve auszuwählen. Wenn eine Vielzahl von Wellen geladen ist, dann ist die letzte zu modifizierende Welle (oder die zuletzt geladene) die aktive Welle. Nur die aktive Welle kann individuell modifiziert werden. Um eine andere Welle zu modifizieren, muß die Bedienperson die andere Welle als aktive Welle auswählen.
  • Sobald eine bestimmte gespeicherte Welle ausgewählt wird, um sie zu laden, wird die Bedienperson im Schritt 315 aufgefordert, auszuwählen, ob das Verfahren der Wellenumkehr ausgeführt werden soll oder nicht. Falls Wellenumkehr ausgewählt wurde, wird die Wellenumkehr-Unterroutine ausgeführt, die auf 4 dargestellt ist und später diskutiert wird. Falls die Bedienperson Wellenumkehr nicht auswählt, wird die Wellendatei im Schritt 320 in einen Ausgangsbildschirm geladen. Die Bedienperson wird anschließend gefragt, ob sie das Laden einer anderen Welle wünscht. Die Bedienperson kann die Schritte 310 bis 320 wiederholen, falls eine andere Welle gewünscht wird, wenn dies jedoch nicht der Fall ist, geht das Programm weiter und zeigt im Schritt 325 auf dem Bildschirm eine aktive Welle an.
  • Die Bedienperson wählt anschließend im Schritt 325 eine der geladenen Wellen als aktive Welle aus. Die Bedienperson kann im Schritt 330 individuelle Welleneigenschaften (Parameter) modifizieren, die lediglich die aktive Welle beeinflussen, oder sie kann im Schritt 335 globale Welleneigenschaften modifizieren, wodurch alle geladenen Wellen beeinflußt werden. Die Modifikation der individuellen Welleneigenschaften umfaßt Wellenverschiebung, wie sie auf 5 dargestellt ist, oder Mehrfachcursor-/Markensetzung, die auf 8 dargestellt ist. Modifikationen der globalen Welleneigenschaften umfassen Panoramierung und Zoomen und segmentweise Ausbreitungsgeschwindigkeit, wie sie auf 7 dargestellt ist. Zusätzlich kann die Bedienperson eine Berechnung der nassen Kabellänge an einem beliebigen Kabel oder einem Teil davon ermöglichen. Nachdem alle Modifikationen ausgeführt wurden, werden im Schritt 340 alle geladenen Wellen auf der Anzeige 147 dargestellt. Dieses Verfahren der Mehrfachwellendarstellung ist in den Gesamtablauf von 3 eingefügt und wird genauer auf 8 dargestellt. Jedes Verfahren zum modifizieren von Eigenschaften wird nachfolgend im einzelnen näher beschrieben.
  • 4 ist ein Flußdiagramm einer Unterroutine für die Wellenumkehr. Falls eine Bedienperson im Schritt 315 Wellenumkehr auswählt, wird diese Unterroutine ausgeführt. Wie dies weiter oben festgestellt wurde, wird das Wellenumkehrverfahren ausgeführt, wenn eine spezielle Welle geladen wird. Ein separates Browserfenster wird im Schritt 410 auf der Anzeige geöffnet, das es einer Bedienperson ermöglicht, im Schritt 415 eine spezielle Wellendatei auszuwählen. Die Bedienperson kann anschließend im Schritt 420 wählen, Wellenumkehr auszuführen. Wenn Wellenumkehr ausgewählt ist, wird ein Datei-Dienstprogramm geöffnet, das die normalen Daten in einem transponierten Modus wiedergibt.
  • Durch Wellenumkehr können zwei Messkurven einer reflektierten Welle ein und desselben Kabels auf der Anzeige 147 dargestellt werden, wobei eine Messkurve umgekehrt ist. Die erste Messkurve ist eine aufgezeichnete oder eine direkt gemessene Kurve und als eine Welle dargestellt, die sich vom Ende A zum Ende B ausbreitet, wie dies auf 9 dargestellt ist. Ende A repräsentiert den Ort des TDR, und Ende B repräsentiert das andere Ende des Leiters. Eine zweite Welle, dies ist die umgekehrte Welle, ist eine aufgezeichnete Messkurve oder eine direkt gemessene Kurve und ist vom Ende B zum Ende A dargestellt, wie dies auf 10 gezeigt ist. Zusätzlich können die Enden A und B vertauscht werden, wobei Ende B den Ort des TDR und A das andere Ende des Leiters repräsentieren. Obwohl im vorausgegangenen Beispiel zwei Wellen verwendet wurden, sollte es einleuchten, dass die gleiche Erfindung auf mehrere Wellen angewandt werden kann, zum Beispiel auf sechs Wellen (dies repräsentiert von beiden Enden eines Dreiphasenkabelsystems reflektierte Wellen) oder mehr (wenn Mehrfachleiterkabel repräsentiert werden, wie sie zum Beispiel in der Nachrichtentechnik eingesetzt werden).
  • Wenn ein Impuls auf einem Kabel entlangläuft, wird seine Amplitude gedämpft. Unvollkommenheiten, zum Beispiel Spleiße und Korrosionsstellen, die häufig als Anomalien bezeichnet werden, reflektieren einen Teil der Signalwelle zurück zum TDR. Folglich sind Reflexionen, die von weiter entfernten Stellen auf dem Kabel herrühren, schwächer als Reflexionen von näher liegenden Stellen. Zusätzlich zu dieser durch das Kabel verursachten Dämpfung absorbieren Objekte, auf die der Impuls trifft, einen Teil der Impulsenergie und dämpfen den Impuls ebenfalls. Wenn sich zwei Spleiße im Kabel befinden, wird die wellenähnliche Reflexion von der zweiten Spleißstelle generell schwächer als die erste erscheinen. Die Reflexion von einer Korrosionsstelle am Neutralleiter ist eine kleine, stets positive Reflexion. Sie ist häufig so schwach, dass sie schwer zu erkennen ist.
  • Es wird nun erneut auf 4 Bezug genommen, wo im Schritt 430 beide Messkurven gleichzeitig senkrecht, mit Abstand zueinander angezeigt werden, wobei entweder die erste oder die zweite direkt gemessen ist, jedoch nicht beide. Beide können jedoch auch aus dem Speicher stammen. Die zweite Messkurve wird umgekehrt von links nach rechts angezeigt, so dass die Enden A und B beider Messkurven korrelieren. Dies ist auf 11 dargestellt. Wie dies gezeigt wird, passen die Echos senkrecht nicht zueinander und können leicht als nur ein einziges Echo ausgelegt werden, wogegen andere Anomalien an der gleichen Stelle erscheinen. Auf 9 sind auch repräsentative Anomalien dargestellt, die ein TDR lokalisieren und anzeigen kann. Eine Korrosionsstelle 910, ein Spleiß 920 und ein Echo 930 sind auf dieser speziellen Messkurve dargestellt.
  • Von Korrosionsstellen stammende Reflexionen und hin und wieder auch Reflexionen von Spleißstellen können mit Echos verwechselt werden. Diese Echos rühren vom Impuls und von reflektierten Wellen her, die zwischen Objekten, zum Beispiel Spleißstellen, hin und her reflektiert werden. Durch Wellenumkehr wird der Unterschied zwischen Echos und echten Reflexionen besser ersichtlich. So kann in einem Beispiel, das jedoch nicht im einschränkenden Sinne zu verstehen ist, wenn nur eine Welle dargestellt ist, eine schwache Reflexion, die ein Echo oder eine vom TDR-Kabel weit entfernte Anomalie sein kann, nicht einfach identifiziert werden. Betrachtet man die selbe Welle jedoch umgekehrt und vom zweiten Ende her, wird sich ein Echo nicht an der selben Stelle befinden. Wenn die zweite Welle umgekehrt und an die erste angelegt wird, sind Anomalien, die Echos sind, viel besser zu erkennen.
  • Wenn die Ansicht von beiden Enden aus unter Verwendung der Wellenumkehr ausgerichtet wird, erscheinen die Reflexionen einiger Objekte nicht ausgerichtet. Dies hat seine Ursache darin, dass die linke Kante der Reflexion der Punkt ist, wo der Impuls zuerst auf die linke Kante des Objektes trifft. Wenn eine Messkurve umgekehrt wird, ist die rechte Seite der Reflexion an der rechten Seite des Objektes. Weil die beiden Messkurven Ansichten des selben Kabels von gegenüberliegenden Enden sind, ist die Differenz der Positionen der beiden Reflexionen gleich der Differenz zwischen der wahren Position der linken und rechten Enden des Objekts. Auf diese Art und Weise kann die Länge eines Objektes gemessen werden. Dies ist nützlich, weil die Länge einer Reflexion größer als die Länge des Objektes ist, das sie hervorgerufen hat. Dies ist beim Messen der Ausdehnung von Korrosionsstellen auf Starkstromkabeln besonders hilfreich. Diese Korrosionsstelle 1210 ist auf 12 dargestellt.
  • 5 ist ein Flußdiagramm der Unterroutine zur Wellenverschiebung. Wellenverschiebung bewirkt eine horizontale Verschiebung einer auf der Anzeige dargestellten aktiven Welle, relativ zu anderen Wellen, so dass Reflexionen am Kabelende oder Anomalien korreliert werden können. Dies ist auf 13 allgemein dargestellt. Wellenverschiebung ist als Hilfe zur Verwendung der vorigen Funktion (Wellenumkehr) erforderlich. Ohne Wellenverschiebung würde die Zeitkoordinate der zweiten Messkurve, die eine umgekehrte Ansicht des zweiten Kabels darstellt, nicht mit der der ersten korrelieren, wodurch jeder Vergleich in Frage gestellt würde. Mit beiden läßt sich jedoch erkennen, wenn eine Reflexion ihre scheinbare Position ändert, wenn sie vom anderen Ende aus betrachtet wird. Dies führt zu einer besseren Erkennbarkeit der Echos 1310, da diese nicht mit irgend einer Reflexion auf einer begleitenden Messkurve korrelieren.
  • Es wird nun erneut auf 5 Bezug genommen, wo eine Bedienperson im Schritt 510 eine spezielle Welle auswählt, die verschoben werden soll. Im Schritt 520 wählt die Bedienperson einen Startpunkt für die Wellenverschiebung aus. Im Schritt 530 berechnet das Programm die Zeitkoordinate für den Start der Wellenverschiebung. Nachdem diese Eingaben von der Bedienperson gemacht wurden, editiert das Programm die Welle mit Parametern für Startpunkt und Zeitkoordinate. Im Anschluß an die Berechnung wird im Schritt 540 die neue Welle erneut angezeigt.
  • 6 ist ein Flußdiagramm der Anzeigefunktion für Mehrfachwellendarstellung der vorliegenden Erfindung. Nach dem Stand der Technik kann ein einkanaliger TDR typischerweise zwei Wellen aus dem Speicher oder eine aus dem Speicher und die andere direkt anzeigen (häufig aktualisiert mit aktuellen Daten aus dem Kabel, mit dem das TDR gerade verbunden ist). In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können mit einem einkanaligen TDR mehr als zwei Wellen zur gleichen Zeit dargestellt werden. Weil viele Starkstromkabel, die geprüft werden, Teil eines Dreiphasensystems sind (ein Stromkreis besteht aus drei parallelen Kabeln), können mit bestimmten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung alle drei Phasen geprüft, aufgezeichnet und anschließend mit einem einkanaligen TDR dargestellt werden, wodurch Komplexität und Kosten verringert werden.
  • Mehrfachwellendarstellung erlaubt es, mehr als zwei (gewöhnlich drei und manchmal sechs) Messkurven gleichzeitig in beliebiger Kombination mit einer einzelnen direkt gemessenen Messkurve darzustellen, während die restlichen aus gespeicherten Dateien stammen. Dies erleichtert das Verständnis und das Erkennen von Kabelproblemen in mehrphasigen Kabelsystemen. Dieses Konzept ist beispielhaft auf 14 dargestellt, wobei drei Kabel eines Dreiphasensystems für den einfachen Vergleich vertikal korreliert dargestellt sind. Bei Verwendung der Wellenumkehr können bis zu sechs Wellen gleichzeitig dargestellt werden. Die Messkurven können senkrecht mit Abstand zueinander dargestellt werden, um die Visualisierung von Unterschieden zu erleichtern oder sie können unter Verwendung von Datenpunktaddition, Mittelwertbildung oder Subtraktion verschmolzen werden, um eine zusammengesetzte Messkurve zu bilden, um die Visualisierung von Anomalien zu erleichtern, die allen gemeinsam sind.
  • Im Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit Mehrfachdarstellungsverfahren werden im Schritt 610 einzelne Wellen in das Anzeigeprogramm geladen. Mit jeder Addition können im Schritt 620 einzelne Welleneigenschaften modifiziert werden (Wellenumkehr, Wellenverschiebung), zusätzlich zu den Selektionen der Bedienperson, ob die Welle im Schritt 630 sichtbar sein soll und welcher Abstand zwischen den angezeigten Wellen zur vertikalen Trennung in Schritt 640 eingestellt werden soll (vertikaler Offsetwert). Diese Schritte korrelieren grob mit den Schritten der Wellenumkehr 315, der individuellen Modifikation der Eigenschaften 330 und der globalen Modifikation der Welleneigenschaften 335. Sobald alle Wellen geladen und entsprechend modifiziert wurden, wird im Schritt 650 jede sichtbare Welle auf der Anzeige 147 dargestellt.
  • 7 ist ein Flußdiagramm der Unterroutinen zur segmentweisen Ausbreitungsgeschwindigkeit. Die segmentweise Ausbreitungsgeschwindigkeit (VOP) erlaubt es, die Messkurve(n) in Segmente mit unabhängigen VOP-Einstellwerten zu unterteilen. Ein VOP-Einstellwert ist eine Festlegung der Geschwindigkeit, mit der ein Impuls auf einem Kabel entlangläuft, und er wird von den physikalischen Eigenschaften des Kabels bestimmt. Diese VOP-Zahlen sind nach dem Stand der Technik für alle typischen Leiterwerkstoffe gut bekannt. Mit diesen VOP-Einstellwerten kann man Abschnitte des Kabels kompensieren und korrigieren, die unterschiedliche Impuls-Ausbreitungsgeschwindigkeiten aufweisen. Diese unterschiedlichen Ausbreitungsgeschwindigkeiten können von unterschiedlichen Kabeltypen herrühren, die miteinander verspleißt wurden, oder von den Wirkungen anderer Unterschiede, die sich im Anschluß an die Herstellung einstellen, zum Beispiel von Wasser oder Füllmitteln in Nachrichtenkabeln. Ohne Segmentierung würden langsame Kabelabschnitte länger oder kürzer erscheinen, als es ihrer tatsächlichen Länge entspricht, und alle Messungen der Zwischenabstände wären ungenau, weil man mit einer einzelnen VOP-Einstellung nur in der Lage wäre, die VOP des gesamten Kabels einzurichten. Auf 15 ist anschaulich dargestellt, wie eine ganz spezielle Kabellänge auf diese Art und Weise falsch interpretiert werden kann.
  • Wenn die VOP zwischen Spleiß 1, dem das Bezugszeichen 1510 zugeordnet ist, und Spleiß 2, dem das Bezugszeichen 1520 zugeordnet ist, geringer ist, als im Rest des Kabels, werden die Reflexionen 1530 und 1540 an der falschen Stelle erscheinen. In 16 werden die VOP der drei Segmente 1610, 1620 und 1630, die gemeinsam das Kabel bilden, unabhängig eingestellt. Dies führt zu einer Justierung des horizontalen Maßstabs der Anzeige so dass die unterschiedlichen Geschwindigkeiten kompensiert werden, und folglich wird Spleiß 1, 1640, korrekt mit seiner Reflexion 1660 korrelieren, so wie auch Spleiß 2, 1650, korrekt mit seiner Reflexion 1670 korrelieren wird.
  • Um eine gewünschte VOP für ein spezielles Segment einzustellen, öffnet eine Bedienperson in Schritt 710 ein Dialogfenster. Die Bedienperson wählt in Schritt 720 einen Ort „Von Marke", in Schritt 730 einen Ort „Bis Marke" und in Schritt 740 einen VOP-Wert für das spezielle Segment. Nachdem diese Eigenschaften ausgewählt sind, schließt die Bedienperson das Dialogfenster und der in Schritt 740 eingestellte Wert in der Gruppe ersetzt in Schritt 750 die VOP-Standardeinstellung der Variablen „D". An dieser Stelle wird das Programm in Schritt 760, falls der neue Wert des „globalen Intervalls" nicht gleich „D" ist, die neue VOP des Segments bestimmen, das den relevanten Datenpunkt enthält und das X-Intervall modifizieren, das zwischen den wiedergegebenen relevanten Datenpunkten im Abstandsschritt 770 angezeigt wird. Sobald die neuen Wellendateien modifiziert wurden und sobald die Bedienperson irgendwelche neuen Zoom- und Scroll-Optionen in Schritt 780 eingibt, werden in Schritt 790 alle neuen Werte auf der Anzeige 140 dargestellt.
  • In einem besonderen Ausführungsbeispiel kann ein Segment analysiert werden, um die vorhandene nasse Kabellänge zu bestimmen. Bei einigen Nachrichtenkabeln befindet sich, wenn sie installiert werden, Luft zwischen den Leitern der Leiterpaare. Im Lauf der Zeit kann sich dieser Raum mit Wasser füllen, wodurch die Qualität des Kabels herabgesetzt wird. Bei der herkömmlichen Verwendung eines TDR ist das Wasser als Reflexion mit negativem Vorzeichen zu erkennen, und durch anordnen von Cursors (Positionsanzeigern) an beiden Enden der Reflexion kann die Länge des nassen Abschnitts angenähert werden. Es kann jedoch auch vorkommen, dass das Wasser keinen einfach zu erkennenden, zusammenhängenden Abschnitt ausfüllt. Es kann in viele nasse Stellen mit einer Länge von einigen Zoll bis zu mehreren hundert Fuß getrennt sein. In Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann ein TDR benutzt werden, um die Gesamtlänge eines Kabels, das Wasser enthält, automatisch zu berechnen, wobei folgende Gleichung verwendet wird: Lw = Vwx{[L – (Dt × Vd)]/(VOPw – VOPd)}dabei gilt:
  • VOPw
    = Impulsgeschwindigkeit im nassen Kabel
    VOPd
    = Impulsgeschwindigkeit im trockenen Kabel
    Dt
    = erforderliche Zeit für einen Impuls, zum Durchlaufen des Kabelsegmentes
    L
    = wahre Länge des Kabelsegmentes
    Lw
    = Gesamter Teil des Kabelsegmentes, der naß ist
  • VOPw und VOPd sind Eigenschaften, die für einen gegebenen Kabeltyp vorhergesagt oder gemessen werden können. Wie dies am besten anhand von 7A zu erkennen ist, werden diese Werte von der Bedienperson in den Schritten 792 beziehungsweise 793 eingegeben. Wenn eine Bedienperson die Funktion zur Berechnung der nassen Kabellänge verwendet, werden bekannte Daten aus einer Kabelinformationstabelle bestimmt und die Bedienperson gibt diese Werte vor der Berechnung in den TDR ein. Alternativ könnten diese Daten im TDR in einer Datei gespeichert sein aus der die Bedienperson einen Kabeltyp auswählen könnte. Dt wird mit dem TDR gemessen, indem im Schritt 794 Positionsanzeiger an den Reflexionen vom Anfang und Ende des Kabels plaziert werden. Die Bedienperson würde dann die wahre Länge des Kabels (L) im Schritt 795 eingeben, nachdem diese mit einem Rad gemessen wurde. Mit diesen Informationen kann das TDR automatisch Schritt 796 berechnen und in Schritt 797 die Gesamtlänge aller Teile des Kabels anzeigen, die naß sind.
  • 8 ist ein Flußdiagramm eines Verfahrens zum Hinzufügen, Entfernen oder Justieren von Marken und/oder Positionsanzeigern bei einer aktiven Welle. Ein herkömmliches TDR misst das Zeitintervall zwischen zwei Positionsanzeigern, die manuell oder automatisch an der dargestellten Messkurve positioniert werden können. Ein Positionsanzeiger ist eine Kennzeichnung eines Punktes an einer Messkurve, welche die Bedienperson zu identifizieren versucht, um Informationen über diesen speziellen Ort zu gewinnen. Der Positionsanzeiger kann manuell an jedem beliebigen Punkt entlang einer Messkurve positioniert werden, unter Verwendung einer Eingabevorrichtung, zum Beispiel einer Maus. Das TDR kann den Längenabstand zwischen zwei Positionsanzeigern berechnen. Die Fähigkeit, mehr als zwei Positionsanzeiger an der Messkurve zu positionieren, würde die oben geschilderte Funktion der segmentweisen Ausbreitungsgeschwindigkeit und zur Darstellung mehrerer Messkurven erleichtern. Eine beliebige Anzahl von Positionsanzeigern könnte erzeugt und individuell an einer speziellen Messkurve positioniert werden. Das Zeitintervall zwischen ausgewählten Positionsanzeigern würde dann mit der VOP des Segmentes multipliziert werden, um die Länge eines jeden Segmentes abzuleiten und anzuzeigen.
  • Ein Ausführungsbeispiel dieser Erfindung könnte die Form eines einzelnen aktiven Positionsanzeigers und zahlreicher Marken annehmen. Der aktive Positionsanzeiger kann entlang der X-Koordinatenachse manövriert werden und repräsentiert Punkte, die für alle geladenen Wellen mit seiner X-Koordinate korrespondieren. Eine Marke kann an einer speziellen geladenen Welle plaziert werden. Jede Marke wäre durch eine Skalenmarkierung an einer speziellen Welle einer Mehrfachwellendarstellung repräsentiert. Wenn diese Welle relativ zu anderen Wellen verschoben wird, würde die Marke mit der X-Koordinate dieser Einzelwelle verbunden bleiben. Andererseits würde der aktive Positionsanzeiger nicht mit einer Einzelwelle verschoben werden. Er ist nur mit der X-Koordinate der globalen Anzeige verbunden und würde Positionen verschieben, wenn globaler Zoom und Bildlauf eingestellt werden.
  • Marken können von einer Bedienperson in Schritt 810 durch auswählen einer aktiven Welle hinzugefügt werden. Die Bedienperson positioniert anschließend im Schritt 820 den Positionsanzeiger an der Stelle, wo eine Marke angebracht, entfernt oder modifiziert werden soll. Die Bedienperson kann anschließend im Schritt 830 eine Marke anbringen, entfernen oder modifizieren; den Höhepunkt des Ganzen bildet ein Editieren des Markenfeldes für die aktive Welle mit einer neuen X-Koordinate für jede Marke, die im Schritt 840 hinzugefügt, entfernt oder modifiziert wurde. Wenn Marken hinzugefügt, entfernt oder modifiziert werden, werden sie im Schritt 850 als Skalenmarkierungen auf ihren entsprechenden Wellen auf der Anzeige 147 dargestellt.
  • Die zuvor genannten Funktionen können unter Verwendung von computerausführbaren Befehlen ausgeführt werden, die sich auf einem computerlesbaren Datenträger befinden.

Claims (2)

  1. Verfahren zum Anpassen von Daten unter Verwendung eines Zeitdomänenreflektometers, wobei das Verfahren umfasst: a. Einschreiben von mindestens drei Reflexionswellen eines Signals in einen Speicher, wobei das Signal von einem Zeitdomänenreflektometer ausgeht und sich auf elektrischen Leitern ausbreitet; b. Modifizieren von mindestens einer der drei Reflexionswellen auf mindestens eine der folgenden Arten: i. Anwenden einer Wellenumkehr-Signalaufbereitung; ii. Anwenden einer Wellenverschiebungs-Signalaufbereitung; iii. Anwenden einer Multicursor-Signalaufbereitung; iv. Anwenden einer segmentweisen Ausbreitungsgeschwindigkeits-Signalaufbereitung; und v. Anwenden eines Verfahrens zur Berechnung der nassen Kabellänge; c. Anzeigen der mindestens drei Reflexionswellen auf einer Anzeige eines Zeitdomänenreflektometers; und d. Vergleichen der mindestens drei Reflexionswellen zur Lokalisierung von Anomalien.
  2. Computerlesbarer Datenträger mit computerausführbaren Befehlen zum Ausführen des in Anspruch 1 angegebenen Verfahrens.
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