DE959623C - Verfahren zur Mehrfachuebertragung von Messwerten nach dem Impulsfrequenzverfahren - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 7. MÄRZ 1957

T 11262 VIIId-I'74b

ist als Erfinder genannt worden

TESLA, n. p., Prag-Hloubetin

Patenterteilung bekanntgemacht am 14. Februar 1957

In großen Lastverteilungszentren von Energieversorgungssystemen sind viele Fernmeßwerte zu übertragen. Für die Fernmessung kann z. B. ein Impulsfrequenzverfahren angewendet werden. Bai solchen Systemen wird die gemessene Größe für Übertragungszwecke in Impulse umgewandelt, deren Häufigkeit in der Zeiteinheit (Frequenz) der gemessenen Größe proportional ist. Die Maximalfrequenz der Impulse ist gewöhnlich kleiner als 25 Imp/see. Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die Genauigkeit der Übertragung von der Verzerrung der Impulse und also auch von den Eigenschaften der Übertragungsleitung praktisch unabhängig ist. Insofern im folgenden nicht ausdrücklich von einem anderen Verfahren gesprochen wird, handelt es sich ausschließlich um ein Impulsfrequenzverfahren .

Bei Fernübertragungen bei Lastverteilern sind Hochfrequenzübertragungen über Höchstspannungsleitungen das wichtigste Übertragungsmittel. Die Breite des für diese Zwecke reservierten Frequenzbandes ist jedoch sehr beschränkt, und es ist deshalb wichtig, dieses Frequenzband möglichst gut auszunutzen.· Bei bisher verwendeten Vorrichtungen für Fernmeßübertragung werden gewöhnlich die Impulse auf eine Hilf strägerf requenz aufmoduliert. Jedem gemessenen Wert ist eine Frequenz zugeteilt. Die maximale Frequenz von 25 Imp/sec

erfordert eine Bandbreite von 120 Hz für jeden Kanal. Die Gesamtzahl der Kanäle, welche durch eine Anlage dieser Art übertragen werden kann, ist aus Gründen, die in der entsprechenden Fachliteratur dargelegt werden, auf etwa 12 bis 24 beschränkt.

Für große Lastverteiler reicht diese Anzahl nicht aus. Die Verwendung einer größeren Anzahl von selbständigen ÜbeTtragungsanlagen dieser Art ist jedoch nur in wenigen Fällen, insbesondere wegen der schlechten Ausnutzung des Frequenzbandes, möglich. Es wurden deshalb Wege gesucht, die Anzahl der übertragenen Werte ohne Änderung der Bandbreite zu steigern. In den meisten Fällen wird eine bestimmte Art zyklischer Umschaltung oder Umschaltung durch Wahl verwendet. Keine dieser Vorrichtungen bietet jedoch eine ununterbrochene Übertragung des Meßwertes. Ein bekannter zyklischer Schalter kommt zwar praktisch einer ununterbrochenen Übertragung nahe, eignet sich jedoch nicht für Fernmeldeübertragung nach dem Impulsfrequenzverfahren, sondern nur für Fernmeßübertragung mit Frequenzänderung. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß der Ausschlag des Meßinstrumentes während einer relativ langen Zeit, die für die Übertragung der anderen Werte notwendig ist, fixiert werden muß. Sogenannte Speicherschaltungen, die für diese Zwecke verwendet werden, komplizieren den Empfänger erheblich. Alle bekannten Arten von Schaltern besitzen den Nachteil, daß ihre Umlaufgeschwindigkeit klein ist, etwa ein Umlauf pro Sekunde. Ein schnell umlaufender Schalter würde hingegen eine ununterbrochene Übertragung aller Meßwerte möglich machen. Mit der steigenden Umlaufgeschwindigkeit steigt jedoch auch der An^ Spruch an die Bandbreite. Laut bekannten Lehren aus der Theorie von Zeit-Multiplexsystemen muß die Wiederholungsfrequenz der Impulse mindestens zweimal höher als die höchste Signal frequenz sein. Bei Fernmeldeübertragung mit maximaler Impulshäufigkeit von 25 Imp/sec sind also etwa 60 Umläufe pro Sekunde notwendig. Aus bekannten Beziehungen zwischen der Umlaufgeschwindigkeit des Schalters und der notwendigen Bandbreite kann man entnehmen, daß die nötige Nettobreite des Frequenzbandes etwa 90 Hz für jeden übertragenen Wert beträgt, d. h. die Bandbreite ist annähernd dieselbe, wie bei dem gewöhnlichen Übertragungsverfahren unter Anwendung von besonderen Hilfsträgerfrequenzen für jeden Meßwert. Trotzdem kann durch ein solches System das Frequenzband besser ausgenutzt werden.

In dem Frequenzband eines Telephonkabels von 2,5 bis 3 kHz können auf diese Weise 20 bis 24 Fernmeldekanäle ununterbrochen übertragen werden. Vorrichtungen dieser Art befinden sich derzeit im Entwicklungsstadium.

Die Erfindung ermöglicht eine höhere Anzahl von ununterbrochen übertragenen Fernmeldewerten bei unveränderter Bandbreite. Dies wird durch Kompression des übertragenen Frequenzbandes im Verhältnis von 1 :2 erzielt. Es wird ein zyklischer Schalter mechanischer, elektronischer, magnetischer oder anderer Ausführungsart verwendet, dessen Umlaufzahl etwas höher ist, als die Wiederholungsfrequenz der Fernmeldeimpulse. Auf einen Telephonkanal von 2,5 bis 3 kHz Übertragungsbreite können auf diese Weise 40 bis 48 Fernmeldewerte ununterbrochen übertragen werden. Diese Anzahl genügt auch für hohe Ansprüche.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung, die schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt, erklärt

Fig. ι das Wesen des Erfindungsgegenstandes, und

Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm des erfindungsgemäßen Systems.

Bei der Anordnung nach der Erfindung werden Auswertungsinstrumente von üblicher Konstruktion verwendet, durch welche die aus dem Sender ankommenden Impulse zuerst in rechteckige Impulse umgewandelt und dann differenziert werden, wie aus den beiden Diagrammen der Fig. 1 ersiehtlieh ist. Der Ausschlag des Meßinstrumentes ist der Anzahl der Spitzen pro Sekunde proportional. Es ist aus Fig. 1 ersichtlich, daß die Entfernung zwischen den positiven und negativen Spitzen, also die Impulslänge, nicht ausschlaggebend ist, solange go sie sich nicht gegenseitig überdecken. Durch geeignete Wahl der Zeitkonstanten der Differenziationskreise wird die Überdeckung der Kurven auch bei den höchsten Frequenzen, d. h. auch bei den kürzesten Impulsen, verhindert. Es ist auch ersichtlich, daß auf eine positive Spitze notwendigerweise eine negative in der Entfernung von r ^ 2_m,-„ folgen muß, wobei A_min die Länge des kürzesten im Betrieb vorkommenden Impulses bezeichnet.

Gemäß der Erfindung erfolgt die Übertragung derart, daß das Übertragungsband im Verhältnis 1 : 2 dadurch zusammengepreßt wird, daß nur eine Kante der Meßimpulse übertragen wird, während die zweite Kante an der Empfangsseite in einem festen oder veränderlichen Abstand hinzugefügt wird.

Bei einem festen Abstand gilt die Bedingung τ 5^ zlfmax, wo f_max die Maximalfrequenz der Impulse ist. Bei 25 Imp/sec ist z. B. bei einer veränderlichen Entfernung vorteilhafterweise tt^z/f, wo / die augenblickliche Frequenz der Impulse angibt. Es wird somit der Informationsinhalt der Signale auf die Hälfte herabgesetzt, was gemäß der Informationstheorie bedeutet, daß auch die notwendige Bandbreite nur die Hälfte beträgt. Bei einer praktischen Durchführung des Erfindungsgegenstandes wurde ein Schalter mit Umlaufgeschwindigkeit f_r — 27V2 U/s bei f_max = 25 verwendet. Die auf einen Wert entfallende Bandbreite betrug etwa 40 Hz.

Ein Ausführungsheispiel der Erfindung wird an Hand des Blockdiagramms der Fig. 2 beschrieben. D bezeichnet den Geber der Fernmeßwerte, 5" ist ein Speicherelement, CP und CP' sind zyklische Schalter des Senders und Empfängers des Systems, M bezeichnet den gemeinsamen Modulator und die übrigen Elemente des Senders, P den gemeinsamen

Teil des Empfängers, Sy und Sy' ist die Synchronisierung im Sender und Empfänger, B ist ein Verlängerungskreis für die empfangenen Impulse, und V ist die Auswertungsvorrichtung dar übertragenen Fernmeßwerte.

Die Impulse aus dem Geber der Fernmeßwerte werden im Speicherelement S empfangen. Dieses Element muß imstande sein, einen Impuls während des Zeitintervalle von i//_r, d. h. in einem Intervall

to zwischen zwei Abtastimpulsen aus dem Schaltglied CP₁ aufzuspeichern. Das Element 5" kann von beliebiger bekannter Konstruktion sein, z. B. elektromechanisch, magnetisch oder mit Elektronenröhren oder Glimmröhren usw. arbeiten. Dieses Element registriert die ankommenden Impulsvorderfianken, vorteilhaft nach vorausgehender Differenziation. Wenn nun ein Abtastimpuls aus dem Schalter CP ankommt, sendet das Speicherelement, falls es vorher einen Signalimpuls empfing, einen Impuls an den

ao Modulator M des Senders aus und kehrt in die Ruhelage zurück. Falls im Intervall zwischen zwei Abtastimpulsen kein Signalimpuls empfangen wird,, bleibt das Speicherelement im Ruhezustand, und in den Modulator wird kein Impuls gesendet.

Die Schaltung des Speicherelements muß so dimensioniert werden, daß beim gleichzeitigen Vorkommen eines Signalimpulses und eines Abtastimpulses, der Signalimpuls stets sicher registriert werden kann. Die Wiederholungsfrequenz der Abtastimpulse f_r (d. h. die Anzahl der Schalterumläufe) muß größer als die maximale Frequenz der Signalimpulse f_max sein, damit das Speicherelement stets sicher in die Ruhelage zurückkehren kann, bevor ein weiterer Impuls anlangt.

Die Ausgänge aller Speicherelemente einer Gruppe sind parallel zueinander geschaltet, wie in üblicher Weise in Fig. 2 angedeutet ist. Die Modulationsimpulse aus den einzelnen Speicherelementen sind gegeneinander zeitlich verschoben.

Der Empfänger ist mit einem ähnlichen Schalter CP' wie der Sender versehen. Der Empfangsschalter CP' arbeitet synchron und phasengleich mit dem Schalter CP des Senders. Der Synchronismus und die gegenseitige Phasenlage werden in bekannter Weise aufrechterhalten. Das empfangene Signal wird durch den Schalter CP' auf die entsprechenden Ausgänge verteilt. Jeder Ausgang ist mit einem an sich bekannten Verlängerungskreis B versehen·, der den ankommenden Impuls auf eine Zeitdauer von 2/f_max streckt. Dieses Signal wird in an sich bekannter Weise der Auswertungsvoirrichtung V der Fernmeldewerte zugeführt. Falls notwendig, kann die Impulsverlängerung der Häufigkeit der ankommenden Impulse proportional gemacht werden, wodurch die ursprüngliche Form des Signals wiederhergestellt werden kann. Dies erfordert allerdings einen erhöhten technischen Aufwand und kann in an sich bekannter Weise durch Verlängerung der Zeitkonstanten des Verlängerungskreises in Abhängigkeit von der Häufigkeit der ankommenden Impulse erzielt werden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Mehrfachübertragung von Meßwerten nach dem Impulsfrequenzverfahren mit einem zyklischen Schalter, dadurch gekemv zeichnet, daß das Übertragungsband im Verhältnis von ι : 2 dadurch zusammengepreßt wird, daß nur eine Kante der Meßimpulse übertragen wird, während die zweite Kante der Impulse an der Empfangsseite in einem festen oder veränderlichen Abstand hinzugefügt wird.

2. System zur Durchführung des Verfahrens laut Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wiederholungsfrequenz des zyklischen Schalters (CP, CP') höher als die höchste Frequenz der Meßimpulse ist.

3. System zur Durchführung des Verfahrens laut Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die empfangenen Impulse durch Verlängerungskreise (B) im Empfänger derart gestreckt werden, daß sie so lange wie der kürzeste Impuls dauern oder annähernd ihre ursprüngliche Länge wiedererlangen.

4. System zur Durchführung des Verfahrens laut Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Meßwert am Eingang des Senders ein Speicherelement (S) angeordnet ist, welches die ankommenden Impulse sammelt und in einem durch den Schalter (CP) bestimmten Augenblick für jeden ankommenden Impuls einen kürzeren Impuls in den gemeinsamen Teil (M) des Senders aussendet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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