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Fehlerortbestimmungsgerät
Da eine Fehlerstelle in einer Leitung eine
Reflexionsstelle für elektrische Wellen ist, kann bei bekannter Laufzeitgeschwindigkeit
der Wellen aus der Zeitdifferenz zwischen einem elektrischen Primärimpuls und dem
an der Fehlerstelle reflektierten Echoimpuls die Entfernung des Fehlerortes in einem
Kabel l>estimmt werden. Zu diesem Zweck werden l>ei einem bekannten Fehlerortbestimmungsperlit
eiii elektrischer Impuls und sein an der Fehlerstelle reHektierter Echoimpuls auf
eine Praunsche Röhre gegeben und über einer Zeitachse auf ihrem Bildschirm zur Darstellung
gebracht.
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Wegen der großen Laufzeitgeschwindigkeit müssen die Impulse, die über
einem Arbeitswiderstand durch Entladung eines Kondensators über ein gittergesteuertes
Gasentladungsrohr erzeugt werden, sehr spitz sein, und es darf ihre zeitlich Breite
nur gering Sein, will man noch hinreichend genau messen. Beispielsweise haben sie
eine feste, vorgegebene Breite von etwa 0,1 µsec. Da in den in der Starkstromtechnik
verwendeten Kabeln die hohen Frequenzen gegenüber den niedrigen stark gedämpft werden,
wird ein solcher, einer hohen Frequenz entsprechender Impuls nicht mehr genügend
stark reflektiert, so daß die Messung wegen der schwachen Echos ungenau, wenn nicht
sogar unmögbich wird. Will man auch jedes beliebige Kabel mit diesem Gerät untersuchen.,
so muß letzteres entsprechend umgewandelt und verbessert werden.
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Dies geschieht bei einem Fehlerortbestimmungsgerät der obengenannten
Gattung erflndungsgemäß dadurch, daß Impulse solcher Breite und Form erzeugt werden,
daß ihr Gehalt an tieferen Frequenzen den Wellenfortleitungseigenschaften der zu
untersuchenden Kabel angepaßt ist. Zu diesem Zweck werden beispiellsweise die Impulse
in einem von einem spitzen Impuls angestoßenen Schwingungskreis wählbarer Eigenfrequenz
und geeigneter Dämpfung erzeugt und somit die Impulsbreite und Impulsform dem jeweiligen
Kabel angepaßt. l)a ein derartiger I(reis al>er in der Regel ausschwingt und
diese Ausschwingungen zu Impulsverlireiterungen und damit zur Messungsgenauigkeit
Anlaß geben, wird gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens eine Gleichnichterstufe
vorgesehen, welche die umgekehrte Halbwelle abschneidet und damit den Kreis vollständig
dämpft.
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I)er Schwingungskreis wird entweder unmittelbar in den Anodenkreis
des g,ittergesteuerten Gasentladungsrohres zum Erzeugen des anstoßenden Impulses
gelegt oder über ein Kopplungsglied mit ihm verbunden. Der auf das Kabel zu gebende
Impuls wird dann im ersten Fall über ein Kopplungsglied und im zweiten Fall unmittelbar
vom Schwingkreis abgenommen.
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Als besonders vorteilhaft hat sich auch die Impulserzeugung in einer
Art Multivibratorschaltung erwiesen, bei der zwei Mehrgitteröhren derart geschaltet
sind, daß im Ruhezustande die erste Röhre stromdurchflossen und die zweite gesperrt
ist und bei Zufuhr eines negativen Impulses auf das Gitter der ersten Röhre diese
jedoch gesperrt und die zweite geöffnet wird.
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Die vorliegende Erfindung wird in ihrer Anwendung bei einem schon
anderweitig vorgeschlagenen Fehlerortbestimmungsgerät an Hand der Abb. 1 bis 5 beschrieben
und erläutert. Es zeigt Abb. 1 das Prinzipschaltbild des Fehlerortbestimmungsgerätes,
Abb. 2 die Schaltung zum Erzeugen des Impulses in einem unmittelbar angeschlossenen
Schwingungskreis, Abb. 3 die Schaltung zum Erzeugen des Impulses in einem über ein
Kopplungsglied angeschlossenen Schwingungskreis, Abb. 4 die Schaltung zum Erzeugen
der Impulse in eienr Art Multivibratorschaltung, Abb. 5 die schematische Darstellung
der Stromverhältnisse in der Multivibratorschaltung.
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Aus dem im Tonfrequenzgenerator 1 erzeugten Wechselstrom von beispielsweise
500 Hz werden in dem Verstärker 2 durch Begrenzungsiderstände rechteckförmige Impulse
der Impulsfolgefrequenz von 500 Hz herausgeschnitten, aus denen in der Schaltanordnung
3 scharfe Zündimpulse gewonnen werden. Diese werden. wie z. B. in der Zeitschrift
»Arclliv der elektrischen Übertragung« (A.E.tl.) 1, 1974, S. 108 bis 113, ausführlich
beschrieben ist, auf den Impulserzeuger 4 gegeben, der rechteckförmige Impulse von
wählbarer Impulsdauer, z. B.
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1 µsec, und der Impulsfolgefrequenz von 500 Hz erzeugt. Diese dienen
zur Steuerung des Kippgerätes 5, das eine sägezahn förmige zeitproportionale Kippspannung
liefert, die auf die horizontal ablenkenden Platten der Braunschen Röhre 6 gegeben
wird. Ihre abfallende Flanke ist durch die Breite der in 4 erzeugten Impulse bestimmt,
in dem gewählten Beispiel also von 1 µsec Dauer, während die ansteigende Flanke
der Sägezahnspannung einen Bereich von etwa 2000 µsec umfaßt. Ein Teil der Spannung
des Impulsgenerators 4 wird auf die senkrecht ablenkenden Platten der Braunschen
Röhre 6 gegelien, wodurch der Elektronenstrahl während der Dauer des Impulses und
damit während der absteigenden Flanke der Sägezahnspannung nach oben ausgelenkt
wird. Dadurch entstehen auf dem Bildschirm zwei übereinanderliegende lineare Zeitskalen
gleicher räumlicher Länge, deren zeitliche Längen von den Flanken der Sägezahnspannung
abhängen. ZUm Beispiel durchläuft bei einer Impulsfolgefrequenz von 500 Hz und der
Impulsbreite von 1 µsec der Elektronenstrahl die obere Skala in 1 µsec un die untere
in umgekehrter Richtung in etwa 2000 µsec.
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Vom Impulsgenerator 4 wird ferner ein Hellspannungsimpuls abgenommen
und an den Wehneltzylinder der Braunschen Röhre 6 gelegt, der die schnell durchl,aufende
Basis des Rechteckumlaufes so weit zusätzlich aufhellt, daß die Leuchtstärke des
gesamten Rechtecks auf beiden Basislinien gleich ist.
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Die ferner an den Tonfrequenzgenerator I angeschlossenen Schaltungen
7 bis 10 dienen zum Erzeugen der Meßimpulse, die teils unmittelbar, teils nach Reflexion
an der Fehlerstelle der Kabels 12 auf die senkrecht ablenkenden Platten der Braunschen
Röhre gegeben werden. Durch den Phasenschieber 7 kann die Phase indes die Meßimpulse
erzeugenden Wechsel stromes meßbar verschoben werden, wodurch eine zeitliche Verchiebung
der Meßimpulse auf dem Bildschirm bewirkt wird. Eben.so Wie in der Schaltung 2 werden
auch in der Schaltung 8 aus dem Wechselstrom rechteckförmige Impulse ausgeschnitten
und in der im wesentlichen ein gittergesteuertes Gasentladungsrohr und einen Kondensator
enthaltenden Schaltung 9 spitze Impulse von der Impulsfolgefrequenz 500 Hz erzeugt.
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Da zur genauen Messung, insbesondere von Breitbandkabeln, möglichst
kurzzeitige und spitze Impulse notwendig sind und die in g erzeugten Impulse noch
nicht spitz genug sind, wird in der folgenden Schaltung 10 aus Idem in g erzeugten
Impuls ein neuer Impuls gewonnen, der genügend scharf ist und eine Gesamtbreite
von etwa 0,1 µsec umfaßt. Diese Impulse werden teils unmittelbar auf die Braunsche
Röhre 6, teils auf das zu untersuchende Kabel 112 Igegeben und von dort als Echoimpulse
über den Verstärker II auf das Braunsche Rohr geleitet. Der Verstärker 1 1 soll
nur die Echoimpulse verstärken, weshalb er durch die im Impulserzeuger 4 erzeugten
Impulse in der Zeit des schnellen Rücklaufes des Elektronenstrahles der Braunschen
Röhre so hoch getastet wird, daß ein in diese Zeit fallender Impuls stark verstärkt
wird.
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Zur Untersuchung von Kabeln der Starkstromtechnik eignet sich das
bisher beschriebene Gerät noch Ilicht. da in solchen Kabeln hohe Frequenzen zu stark
gedämpft werden. Um auch diese Kabel Onit einem solchen Gerät untersuchen zu können,
wird nach Weiterbildung des Erfindungsgedankens all dem IMpulserzeuger 10 ein Schwingungskreis
mit der I nduktivi tät 13, dem Dämpfungswiderstand 14 und der Kapazität 15 geschaltet
(Abb. 2 und 3).
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Mit 16 ist der Kondensator des Impulsgenerators 10 bezeichnet, durch
dessen Entladung über das gittergesteuerte Gasentladungsrobr lg die genannten spitzen
Impulse erzeugt werden. Dies stoßen der Schwingungskreis an, dessen Frequenz einstellbar
ist. Zur Beseitigung der Ausschwingungen muß der Dämpfungswiderstand geeignet dimensioniert
werden und es wird ferner ein Gleichrichter 18 angeordnet. der die umgekehrte Halbwelle
abschneidet und den Kreis vollständig dämpft. Der Schwingkreis wird entweder unmittelbar
in den Anodenkreis des gittergesteuerten Gasentladungsrohres zum Erzeugen des aiostoßenden
Impulses gelegt oder über ein Kopplungsglied mit ihm verbunden (Abb. 2 und 3). Der
auf das Kabel zu gebende Impuls wird dann im ersten Fall über ein Kopplungsglied
un im zweiten Fall unmittelbar bei 19 abgenommen. Durch Wahl der Eigenfrequeiiz
des Schw ingungskreises i rd die Breite und F Form <les Impulses und damit der
Gehalt an niederen Frequenzen dem zu untersuchenden Kabel angepaßt so daß ein genügend
starker Echoimpuilrs auf dem Bildschirm der Braunschen Röhre sichtloar ist.
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Ein zur Untersuchung von Kabeln der Starkstromtechnik geeigneter
Impuls kann auch durch die in Abb. 4 dargestellte Art der bekannten Multivibratorschaltung
gewonnen werden. Diese besteht aus den beiden Mehrgitterröhren 20 und 21 mit den
Arbeitswiderständen 22 und 23. Die Anode <1er ersten lt(Shre ist über den Kondensator
24 und deio Widerstand 25 mit dem Steuergitter der zweite Röhre verbunden, die ihre
Vorspannung über den Widerstand 26 von der Spannungsquelle 27 erhält. Das Steuergitter
der ersten Röhre ist einerseits üler den Kondensator 28 mit dr Anode der zweite
Röhre und andererseits über den Widerstand 29 mit der Spannungsquelle 27 verbunden.
Die gemeinsame Anodenspannung wird von der Spannungsquelle 30 geliefert. Die Röhre
20 ist normalerweise stromdurchflossen und die Röhre 21 infolge der von der Spannungsquelle
27 gelieferten negativen Gittervorspannung gesperrt.
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Wird das Steuergitter der Röhre 20 bei 3I mit einem negativen Spannungsimpuls
beaufschlagt, dessen zeitlicher Verlauf in Abb. 5 a dargestellt ist, so wird die
Röhre 20 sofort nach Einsetzen des steilen Impulses gesperrt (Abb. 5 b). Dadurch
werdien die Anode der Röhre 20 und das Steuergitter der Röhre 21 positiver. ISei
entsprechender Dimensionierullg des aus den Widerständen 25 und 26 bestehenden Spannungsteilers
ist die entstehende positive Gitterspannung an der Röhre 21 so groß, tla13 sofort
der maximale Anodenstrom fließt (Abb. 5c). Steigt die Spannung des bei 31 zugeführten
Impuls Iwieder an, so beginnt von einem bestimmten Wert an der Anodenstrom wieder
zu fließen. Dadurch werden die Anodenspannung der Röhre 20 und die Gitterspannung
der Röhre 2I negativer. Hierdurch sinkt der Anodenstrom dieser Röhre, was wiederum
ein Ansteigen der Steuergitterspannung der Röhre 20 zur Folge hat. In diesem Augenblick
bewirkt also die Schaltung nach Art eines üblichen Multi.vliiDrators ein lawinenartiges
Ansteigen der Steuergitterspannung und damit des Anodenstromes der Röhre 20 und
in gleichem Maße ein Absinken des Anodenstromes der Röhre 2I. Auf diese Weise stellt
sich in kurzer Zeit der Ausgangszustand wieder her, bei dem die Röhre 20 stromdurchflossen
und die Röhre 2I gesperrt ist. Die Röhre 20 kann nun wieder von neuem von einem
negativen Impuls beaufschlagt werden, und das Spiel beginnt von neuem. Der gewünschte
Impuls wird über dem Arbeitswiderstand 23 abgenommen und auf das Kabel I2 geleitet.
Um Meßimpulse verschiedener Breite zu erhalten, wird die Breite des in 10 erzeugten,
bei 3I der Multivibratorschaltung zugeführten Impulses verändert.
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Dies erfolgt durch Verstellen des Abgriffes an dem Wilderstand des
aus Entladekondensator, Widerstand und gittergesteuertem Gasentladungsrohr bestehenden
Kreises des Impulsgenerators 10.
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Zur Messung eines Kabels der Starkstromtechnik wird zunächst eine
der beiden genannten erfindungsgemäßen Zusatzeinrichtungen angeschaltet und ein
für das Kabel geeigneter Impuls eingestellt. Durch Betätigen des Phasenschiebers
7 wird der Primärimpuls auf die auf der oberen Zeitskala angebrachte Meßmarke geschoben.
Dann wird im allgemeinen der Echoimpuls auf der unteren Skala sichtbar sein. Nun
wird durch weitere Verstellung des Phasenschiebers 71 der Echoimpuls unter die Meßmarke
geschoben. Die hierzu notwendige Verstellung des Phasenschiebers 7 bildet dann das
gesuchte Maß für die Entfernung des Fehlerortes von der Meßstelle.