EP0960797B1 - Übertragungssystem insbesondere für verkehrstechnische Systeme - Google Patents

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EP0960797B1
EP0960797B1 EP99109061A EP99109061A EP0960797B1 EP 0960797 B1 EP0960797 B1 EP 0960797B1 EP 99109061 A EP99109061 A EP 99109061A EP 99109061 A EP99109061 A EP 99109061A EP 0960797 B1 EP0960797 B1 EP 0960797B1
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EP
European Patent Office
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voltage
arrangement
accordance
capacitor
data
Prior art date
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EP99109061A
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English (en)
French (fr)
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EP0960797A2 (de
EP0960797A3 (de
Inventor
Rolf Schmid
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Schweiz AG
Original Assignee
Siemens Schweiz AG
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Publication date
Application filed by Siemens Schweiz AG filed Critical Siemens Schweiz AG
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Publication of EP0960797A3 publication Critical patent/EP0960797A3/de
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Publication of EP0960797B1 publication Critical patent/EP0960797B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L21/00—Station blocking between signal boxes in one yard
    • B61L21/04—Electrical locking and release of the route; Electrical repeat locks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L3/00—Devices along the route for controlling devices on the vehicle or train, e.g. to release brake or to operate a warning signal
    • B61L3/02—Devices along the route for controlling devices on the vehicle or train, e.g. to release brake or to operate a warning signal at selected places along the route, e.g. intermittent control simultaneous mechanical and electrical control
    • B61L3/08—Devices along the route for controlling devices on the vehicle or train, e.g. to release brake or to operate a warning signal at selected places along the route, e.g. intermittent control simultaneous mechanical and electrical control controlling electrically
    • B61L3/12—Devices along the route for controlling devices on the vehicle or train, e.g. to release brake or to operate a warning signal at selected places along the route, e.g. intermittent control simultaneous mechanical and electrical control controlling electrically using magnetic or electrostatic induction; using radio waves
    • B61L3/121—Devices along the route for controlling devices on the vehicle or train, e.g. to release brake or to operate a warning signal at selected places along the route, e.g. intermittent control simultaneous mechanical and electrical control controlling electrically using magnetic or electrostatic induction; using radio waves using magnetic induction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B61L3/08—Devices along the route for controlling devices on the vehicle or train, e.g. to release brake or to operate a warning signal at selected places along the route, e.g. intermittent control simultaneous mechanical and electrical control controlling electrically
    • B61L3/12—Devices along the route for controlling devices on the vehicle or train, e.g. to release brake or to operate a warning signal at selected places along the route, e.g. intermittent control simultaneous mechanical and electrical control controlling electrically using magnetic or electrostatic induction; using radio waves
    • B61L3/126—Constructional details
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    • B61L3/16—Continuous control along the route
    • B61L3/22—Continuous control along the route using magnetic or electrostatic induction; using electromagnetic radiation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B61L7/00—Remote control of local operating means for points, signals, or track-mounted scotch-blocks
    • B61L7/06—Remote control of local operating means for points, signals, or track-mounted scotch-blocks using electrical transmission
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B61L19/00—Arrangements for interlocking between points and signals by means of a single interlocking device, e.g. central control
    • B61L19/06—Interlocking devices having electrical operation
    • B61L2019/065—Interlocking devices having electrical operation with electronic means

Definitions

  • the present invention relates to an arrangement for data transmission for traffic systems according to the preamble of patent claim 1.
  • a terrestrial station e.g. to a rail-bound vehicle balises (see Fig. 5) or leakage cables are used, as described in [1].
  • the block diagram of a track equipment is shown in [1], picture 3.
  • a balise and a loop cable connected to a loop electronics are connected via connecting lines with a logic circuit that exchanges signals with a signal box and / or a signal adapter.
  • a high-frequency carrier signal is normally used, which is modulated according to the data to be transmitted.
  • the generation and modulation of a carrier signal can be done in the balise or in the logic circuit. Normally transmitted information or status information should be reported back to the signal box.
  • an arrangement for data transmission in which the receiver is powered by the electromagnetic field of the transmitter with energy.
  • the impedance of the receiver is modulated with respect to the data to be transmitted.
  • the transmitted signals are reconstructed into data from the changes in the electrical properties detected by the modulation.
  • the aforementioned changes include, for example, the current strength of a rectified current or the phase position and voltage at the antenna of the transmitter.
  • the present invention therefore has for its object to provide a wired arrangement for data transmission for traffic systems, which has a high reliability and can be realized with less effort.
  • the inventive arrangement for data transmission for traffic systems has a high reliability and can be realized inexpensively.
  • data is transmitted in one direction via the transmission line and detected at the receiving end.
  • modulated carrier signals can be transmitted in both directions via the transmission line.
  • at least one of these signals is used to detect data transmitted by means of impedance changes.
  • the module provided for the detection of impedance changes hardly loads carrier-frequency signals which are transmitted via the transmission line.
  • transmission lines with different lengths and impedances can be used.
  • FIG. 1 shows an arrangement for data transmission, by which data from a logic module LOG provided in a balise B can be transmitted via a transmission line LTG to a receiver or to a detection module DET, by which load changes can be detected, which are dependent on the logic module LOG caused to be transmitted.
  • a voltage source Q preferably via a transformer XFMR
  • an AC signal of constant amplitude is applied to the terminals I1a, I1b of the transmission line LTG, which is terminated by a controllable load VL connected to terminals I2a, I2b.
  • the load VL which can be controlled by the logic module LOG or can be switched between two states, consists of an impedance Z1 permanently connected to the transmission line LTG, to which a second impedance Z2 is parallel through a switch SW connected to the logic module LOG can be switched.
  • a reduction of the alternating voltage applied to the terminals I1a, I1b of the transmission line LTG occurs due to the voltage drop across the internal resistance of the AC voltage source.
  • the detection of alternating voltage changes takes place by the detection module DET, to which the alternating voltage applied to the terminals I1a, I1b of the transmission line LTG or to the secondary winding ws of the transformer XFMR is supplied.
  • the detection module DET to which the AC signal to be monitored is supplied via two inputs e1 and e2, has a first and a second capacitor C1, C2, of which the first via two series-connected diodes D1 and D2 and the second via a further diode D3 is loaded at the occurrence of positive half-waves to the voltage value Ua or Uk.
  • the cathode of a light emitting diode D4 is connected, which is part of an optocoupler (see Fig. 2, OK).
  • a voltage of 3.7 V and at the cathode a voltage of 4.35 V is applied to the anode of the light-emitting diode D4.
  • the LED D4 therefore has a negative bias of -0.65V on, which must be overcome in addition to the threshold voltage before in the LED D4 begins to flow a current and electrical energy is converted into light energy.
  • a resistor R1 or R2 is connected, through which each capacitor C1; C2 is discharged as soon as the amplitude of the monitored AC voltage decreases and the voltage applied across the diodes D1, D2 and D3 voltage falls below their threshold.
  • the value of the voltage Ua should follow slow changes of the AC voltage.
  • the discharge via the resistor R1 should be negligibly small.
  • the voltage Ua applied to the first capacitor C1 should decrease only slightly, and the voltage Uk applied to the second capacitor C2 should decrease sharply, so that the voltage applied to the LED D4 applied negative bias voltage of -0.65V canceled and the threshold voltage of the LED D4 is exceeded.
  • the first capacitor C1 is discharged during the period t1 via the resistor R2 and the resistors R1 and R2 connected in parallel by the light-emitting diode D4.
  • the voltage Ua is reduced only slightly by discharging the first capacitor C1.
  • Fig. 6 the waveforms of the voltages Uk and Ua are recorded, which occur shortly before, during and after a load change through which, for example, a data bit is transmitted.
  • the capacitors C1 and C2 are charged to the maximum values Uk max and Ua max .
  • Uk max 4.35V
  • Ua max 3.7V in the present circuit arrangement.
  • the switch SW is actuated by the logic module LOG and the impedance Z2 is connected in parallel to the impedance Z1. Increasing the load results in a reduction in the amplitude U1p of the AC voltage output by the transformer XFMR.
  • the diodes D1, ..., D3 start to conduct again, as a result of which the second capacitor C2 is quickly recharged and the light-emitting diode D4 is blocked.
  • the first capacitor C1 is also recharged.
  • the first capacitor C1 is therefore to be dimensioned so that it is able to operate the light-emitting diode D4 during the interval t1 or tb-ta.
  • the bias voltage of the light-emitting diode D4 is selected such that it does not get into the conductive state in the event of changes in the AC voltage emitted by the transformer XFMR, which are not caused by switched load changes. This bias voltage is selected according to the expected AC voltage fluctuations.
  • a desired bias can be set.
  • resistance bridges which could also be used to set a bias voltage
  • an undesirable load on the AC voltage supplied by the transformer XFMR is avoided.
  • the voltage Ua applied to the capacitor C1 is tracked by the resistor R1 to slow reductions in the amplitude U1p.
  • the bias voltage of the LED D4 can therefore be made smaller.
  • a third capacitor C3 is connected in parallel with the light-emitting diode D4. Voltage peaks, which are superimposed on the voltage applied to the light-emitting diode D4, are therefore smoothed by the third capacitor C3. Corresponding disturbances are also suppressed by the two coils L provided in the transmission path.
  • FIG. 2 shows the receiving-side part of the arrangement for data transmission according to FIG. 1 with a supplementary circuit arrangement for detecting the transmitted signals.
  • the light emitting diode D4 part of an optocoupler OK having a phototransistor T, the output signals of which are supplied to an operational amplifier OVST.
  • the operational amplifier OVST which preferably has the function of a Schmitt trigger, outputs at its output a square-wave signal D B , which corresponds to the switching signal supplied to the switch SW.
  • an operating voltage Ub and a resistor R3 are provided for powering the optocoupler OK and the operational amplifier OVST, which is galvanically isolated from the diodes D1, ..., D3 and the capacitors C1 and C2; an operating voltage Ub and a resistor R3 are provided.
  • Fig. 3 shows the arrangement for data transmission with a transformer XFMR2, which has a secondary and three primary windings ws or wp1, wp2 and wp3.
  • the primary windings wp1 and wp2 are connected to an amplifier DV, which outputs to the first primary winding wp1 a square wave signal s1 of the frequency f1 and to the second primary winding wp2 a square wave signal s2 of the frequency f2.
  • the signals s1 and s2 can be used to transmit control signals and data to the Balise B.
  • the signal s2 may e.g. also serve for Femspeisung a transponder.
  • the detection module DET is therefore preferably provided on the secondary side of the transformer XFMR2 in the present circuit arrangement because the measurement of smaller amplitude square wave signals on the primary side of the transformer would be difficult.
  • the logic module LOG of Beautyse B different signals RF signals or status signals sens signal systems
  • the logic module LOG can output binary switching signals D B to the switch SW, which is realized, for example, by a switching transistor.
  • the logic module LOG may also transmit data by modulating a carrier signal to a receiver RX connected to the third primary winding wp3 of the transformer XFMR2.
  • Diode D3 has been omitted. Instead, the second capacitor C2 is charged via the diode D1.
  • the bias of the LED D4 can be adjusted as desired by the choice of the diodes D1, D2, ....
  • Fig. 5 shows the use of the arrangement for data transmission in railway engineering.
  • Two balises B1 and B2 are arranged on the sleepers of railroad tracks TR1, TR2 and connected by transmission lines LTG to a signal box ESTW.
  • the transmission lines LTG can have lengths of up to several hundred meters.
  • a vehicle ZK On the tracks TR1 is a vehicle ZK, on the underside of which a transponder TP is arranged, which exchanges radio signals during the passage with the balise B1.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Datenübertragung für verkehrstechnische Systeme nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Zur Übertragung von Daten von einer erdgebundenen Station z.B. zu einem schienengebundenen Fahrzeug werden Balisen (siehe Fig. 5) oder Leckkabel eingesetzt, wie sie in [1] beschrieben sind. Das Blockschaltbild einer Gleisausrüstung ist in [1], Bild 3 gezeigt. Dabei sind eine Balise und eine an ein Leckkabel angeschlossene Loop-Elektronik über Verbindungsleitungen mit einer Logikschaltung verbunden, die Signale mit einem Stellwerk und/oder einem Signaladapter austauscht.
  • Verfahren und Vorrichtungen zur Übertragung von Daten von einer erdgebundenen Balise zu einem fahrzeugseitigen Transponder sind in [2] und [3] beschrieben. Zur Datenübertragung wird normalerweise ein hochfrequentes Trägersignal verwendet, das entsprechend den zu übertragenden Daten moduliert wird. Die Erzeugung und Modulation eines Trägersignals kann in der Balise oder auch in der Logikschaltung erfolgen. Normalerweise sind übertragene Informationen oder Statusinformationen zurück an das Stellwerk zu melden.
  • Aus [1], Bild 3 ist erkennbar, dass innerhalb eines verkehrstechnischen Kommunikationssystems verschiedenste mehrheitlich sicherheitsrelevante Informationen übertragen werden. Bestehende Übertragungssysteme mit Trägermodulation weisen eine relativ hohe Komplexität auf, weshalb eine geringe, jedoch oft unerwünschte Störanfälligkeit resultiert.
  • In [7] ist eine Anordnung zur Datenübertragung offenbart, bei dem der Empfänger durch das elektromagnetische Feld des Senders mit Energie versorgt wird. Um Daten vom Empfänger zum Sender zu übertragen, wird die Impedanz des Empfängers bezüglich der zu übertragenden Daten moduliert. Im Sender werden aus den durch die Modulation festgestellten Änderungen der elektrischen Eigenschaften die übertragenen Signale zu Daten rekonstruiert. Die vorgenannten Änderungen beinhalten beispielsweise die Stromstärke eines gleichgerichteten Stroms oder die Phasenlage und Spannung an der Antenne des Senders.
  • Eine Anordnung zur Übertragung von Daten im Gleisbereich, z.B. von einem Stellwerk zu einer Balise muss hohen Sicherheitstechnischen Anforderungen genügen. Die in [7] offenbarte Anordnung («dispositif de transmission») beruht auf einer nicht galvanischen Übertragung.
  • Ausgehend von der in [7] offenbarten Anordnung liegt der vorliegenden Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine drahtgebundene Anordnung zur Datenübertragung für verkehrstechnische Systeme zu schaffen, die eine hohe Zuverlässigkeit aufweist und mit geringerem Aufwand realisiert werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Massnahmen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Ansprüchen angegeben.
  • Die erfindungsgemässe Anordnung zur Datenübertragung für verkehrstechnische Systeme weist eine hohe Zuverlässigkeit auf und kann kostengünstig realisiert werden. Durch Änderungen der Impedanz einer am Ende einer Übertragungsleitung anliegenden Last werden Daten in einer Richtung über die Übertragungsleitung übertragen und empfangsseitig detektiert. Über die Übertragungsleitung können ferner in beiden Richtungen modulierte Trägersignale übertragen werden. Vorzugsweise wird wenigstens eines dieser Signale zur Detektion von mittels Impedanzänderungen übertragenen Daten verwendet. Besonders vorteilhaft ist, dass das zur Detektion von lmpedanzänderungen vorgesehene Modul trägerfrequente Signale, die über die Übertragungsleitung übertragen werden, kaum belastet. Femer sind Übertragungsleitungen mit verschiedenen Längen und Impedanzen einsetzbar. Durch das Vorsehen einer Leuchtdiode zur Auskopplung der detektierten Daten ist die Störanfälligkeit deutlich reduziert, da Licht durch die im Gleisbereich auftretenden elektromagnetischen Felder nicht beeinflusst wird.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Dabei zeigt:
    • Fig. 1
    eine Anordnung zur Datenübertragung für verkehrstechnische Systeme,
    Fig. 2
    den empfangsseitigen Teil der Anordnung zur Datenübertragung gemäss Fig. 1 mit einer ergänzenden Schaltungsanordnung zur Detektion der übertragenen Signale,
    Fig. 3
    die Anordnung zur Datenübertragung gemäss Fig. 1 mit einem Sendeverstärker DV,
    Fig. 4
    eine alternative Ausgestaltung der zur Signaldetektion vorgesehenen Schaltungsanordnung,
    Fig. 5
    den Einsatz der Anordnung zur Datenübertragung in der Eisenbahntechnik und
    Fig. 6
    Verläufe von Spannungen im empfangsseitigen Teil des Systems zur Datenübertragung.
  • Fig. 1 zeigt eine Anordnung zur Datenübertragung, durch das Daten von einem in einer Balise B vorgesehenen Logikmodul LOG über eine Übertragungsleitung LTG zu einem Empfänger bzw. zu einem Detektionsmodul DET übertragbar sind, durch das Laständerungen detektierbar sind, die vom Logikmodul LOG in Abhängigkeit der zu übertragenden Daten verursacht werden. Dabei wird von einer Spannungsquelle Q, vorzugsweise über einen Übertrager XFMR, ein Wechselspannungssignal konstanter Amplitude an die Anschlüsse I1a, I1b der Übertragungsleitung LTG angelegt, die durch eine mit Anschlüssen I2a, I2b verbundene steuerbare Last VL abgeschlossen ist. Die Last VL, die durch das Logikmodul LOG steuerbar bzw. zwischen zwei Zuständen umschaltbar ist, besteht in der gezeigten Anordnung aus einer fest mit der Übertragungsleitung LTG verbundenen Impedanz Z1, zu der eine zweite Impedanz Z2 durch einen mit dem Logikmodul LOG verbundenen Schalter SW parallel geschaltet werden kann. Bei der Reduktion der Impedanz der steuerbaren Last VL entsteht aufgrund des Spannungsabfalls über dem Innenwiderstand der Wechselspannungsquelle eine Reduktion der an den Anschlüssen I1a, I1b der Übertragungsleitung LTG anliegenden Wechselspannung. Die Detektion von Wechselspannungsänderungen erfolgt durch das Detektionsmodul DET, dem die an den Anschlüssen I1a, I1b der Übertragungsleitung LTG bzw. die an der Sekundärwicklung ws des Übertragers XFMR anliegende Wechselspannung zugeführt wird.
  • Das Detektionsmodul DET, dem das zu überwachende Wechselspannungssignal über zwei Eingänge e1 und e2 zugeführt wird, weist einen ersten und einen zweiten Kondensator C1, C2 auf, von denen der erste über zwei in Serie geschaltete Dioden D1 und D2 und der zweite über eine weitere Diode D3 beim Auftreten von positiven Halbwellen auf den Spannungswert Ua bzw. Uk geladen wird. Bei positiven Halbwellen mit einer Amplitude von 5,0 V und einer Schwellspannung der Dioden D1, D2 und D3 von etwa 0,65 V nimmt Ua zumindest annähernd den Wert 5.0V - 2 * 0.65V = 3,7V und Uk zumindest annähernd den Wert 5,0V -1 * 0,65V = 4,35V an. An den Kondensator C1 sowie die Kathode der Diode D2 ist die Anode und an den Kondensator C2 sowie die Kathode der Diode D3 ist die Kathode einer Leuchtdiode D4 angeschlossen, die Teil eines Optokopplers (siehe Fig. 2, OK) ist. Nach der Ladung der Kondensatoren C1 und C2 liegt an der Anode der Leuchtdiode D4 daher eine Spannung von 3,7V und an der Kathode eine Spannung von 4,35V an. Die Leuchtdiode D4 weist daher eine negative Vorspannung von-0,65V auf, die zusätzlich zur Schwellspannung überwunden werden muss, bevor in der Leuchtdiode D4 ein Strom zu fliessen beginnt und elektrische Energie in Lichtenergie umgewandelt wird.
  • Parallel zu den Kondensatoren C1 und C2 ist je ein Widerstand R1 bzw. R2 geschaltet, durch den jeder Kondensator C1; C2 entladen wird, sobald die Amplitude der überwachten Wechselspannung absinkt und die über den Dioden D1, D2 und D3 anliegende Spannung deren Schwellwert unterschreitet. Der lediglich vorzugsweise vorgesehene Widerstand R1, der parallel zum Kondensator C1 geschaltet ist, soll sicherstellen, dass eine langsame Änderung der überwachten Wechselspannung nicht zu einer fehlerhaften Detektion eines Signals führen kann. Durch langsame Entladung des Kondensators C1 soll der Wert der Spannung Ua langsamen Änderungen der Wechselspannung folgen. Für schnelle Änderungen der Wechselspannung, die jeweils bei einer Umschaltung der Last VL entstehen, soll die Entladung über den Widerstand R1 jedoch vemachlässigbar klein sein. Die in diesem Fall entstehende Entladung des zweiten Kondensators C2 über den Widerstand R2 soll jedoch derart schnell vor sich gehen, dass eine Detektion der aufgetretenen Lastumschaltung möglich ist. Für eine Zeitdauer t1, während der die Last durch Schliessen des Schalters SW erhöht bzw. die Impedanz reduziert wird, soll die am ersten Kondensator C1 anliegende Spannung Ua nur gering und die am zweiten Kondensator C2 anliegende Spannung Uk stark abnehmen, so dass die an der Leuchtdiode D4 anliegende negative Vorspannung von -0,65V aufgehoben und die Schwellspannung der Leuchtdiode D4 überschritten wird. Der zweite Kondensator C2 wird daher schnell auf einen Wert von Uk = 3,0V entladen, wonach der erste Kondensator C1 einen Durchlassgleichstrom von z.B. 20mA über die Leuchtdiode D4 und den Widerstand R2 abgibt. Der erste Kondensator C1 wird während der Zeitdauer t1 über den Widerstand R2 bzw. die durch die Leuchtdiode D4 parallel geschalteten Widerstände R1 und R2 entladen. Da die Zeitkonstante τ 12=C1 * R2 jedoch vorzugsweise deutlich grösser als die Zeitdauer t1 gewählt wird, reduziert sich die Spannung Ua durch Entladung des ersten Kondensators C1 nur geringfügig. Nach Ablauf der Zeitdauer t1 erhöht sich der Wert der Wechselspannung wieder, wodurch der zweite Kondensator C2 schnell wieder auf den ursprünglichen Wert (Uk = 4,35V) aufgeladen und die Leuchtdiode D4 gesperrt wird.
  • In bezug auf die Zeitdauer t1 ist die Zeitkonstante τ 11=C1 * R1 daher sehr hoch, die Zeitkonstante τ 22=C2*R2 klein und die Zeitkonstante τ 12=C1 * R2 hoch zu wählen.
  • In Fig. 6 sind die Verläufe der Spannungen Uk und Ua aufgezeichnet, die kurz vor, während und nach einer Laständerung auftreten, durch die z.B. ein Datenbit übertragen wird. Vor der Laständerung sind die Kondensatoren C1 und C2 auf die Maximalwerte Ukmax und Uamax aufgeladen. Bei einer beispielsweise gewählten Wechselspannungsamplitude U1p=5V sind Ukmax=4.35V und Uamax=3.7V in der vorliegenden Schaltungsanordnung. Zum Zeitpunkt ta wird der Schalter SW durch das Logikmodul LOG betätigt und die Impedanz Z2 parallel zur Impedanz Z1 geschaltet. Durch die Erhöhung der Last entsteht eine Reduktion der Amplitude U1p der vom Übertrager XFMR abgegebenen Wechselspannung. Die an den Anoden der Dioden D1, ..., D3 anliegenden Spannungen fallen unter den Wert der Spannungen Ua und Uk, wodurch die Dioden D1, ..., D3 in den gesperrten Zustand überführt werden. Anschliessend wird der zweite Kondensator C2 durch den Widerstand R2 soweit entladen, bis die negative Vorspannung aufgehoben und die Schwellspannung der Leuchtdiode D4 überschritten ist und diese zu leiten beginnt. Der erste Kondensator C1 der vom Widerstand R1 nur geringfügig belastet wird, wird nun über die Leuchtdiode D4 und den Widerstand R2 entladen. Zu einem Zeitpunkt tb wird der Schalter SW wieder geöffnet, wodurch die Last reduziert und die Wechselspannung am Ausgang des Übertragers XFMR wieder erhöht wird. Die Dioden D1, ..., D3 beginnen wieder zu leiten, wodurch der zweite Kondensator C2 schnell wieder aufgeladen und die Leuchtdiode D4 gesperrt wird. Parallel dazu wird auch der erste Kondensator C1 wieder aufgeladen. Der erste Kondensator C1 ist daher derart zu bemessen, dass er während dem Intervall t1 bzw. tb-ta in der Lage ist, die Leuchtdiode D4 zu betreiben. Die Vorspannung der Leuchtdiode D4 ist derart gewählt, dass diese bei Änderungen der vom Übertrager XFMR abgegebenen Wechselspannung, die nicht durch geschaltete Laständerungen verursacht werden, nicht in den leitenden Zustand gerät. Diese Vorspannung wird entsprechend den zu erwartenden Wechselspannungsschwankungen gewählt. Z.B. durch Überbrückung der Diode D2 oder durch die Wahl von Dioden D1, ..., D3 mit entsprechenden Schwellspannungen, kann eine gewünschte Vorspannung eingestellt werden. Durch die Vermeidung von Widerstandsbrücken, die ebenfalls zur Einstellung einer Vorspannung verwendet werden könnten, wird eine unerwünschte Belastung der vom Übertrager XFMR abgegebenen Wechselspannung vermieden. Es wurde bereits erwähnt, dass durch den Widerstand R1 die am Kondensator C1 anliegende Spannung Ua langsamen Reduktionen der Amplitude U1p nachgeführt wird. Durch die vorzugsweise Verwendung des Widerstandes R1 kann die Vorspannung der Leuchtdiode D4 daher kleiner gewählt werden.
  • Zur Vermeidung von Übertragungsfehlern beim Auftreten von transienten Störungen ist ein dritter Kondensator C3 parallel zur Leuchtdiode D4 geschaltet. Spannungsspitzen, die sich der an der Leuchtdiode D4 anliegenden Spannung überlagem, werden durch den dritten Kondensator C3 daher geglättet. Entsprechende Störungen werden auch durch die beiden im Übertragungsweg vorgesehen Spulen L unterdrückt.
  • Fig. 2 zeigt den empfangsseitigen Teil der Anordnung zur Datenübertragung gemäss Fig. 1 mit einer ergänzenden Schaltungsanordnung zur Detektion der übertragenen Signale. Daraus ist ersichtlich, dass die Leuchtdiode D4 Teil eines Optokopplers OK ist, der einen Fototransistor T aufweist, dessen Ausgangssignale einem Operationsverstärker OVST zugeführt werden. Der Operationsverstärker OVST, der vorzugsweise die Funktion eines Schmitt-Triggers aufweist, gibt an seinem Ausgang ein Rechtecksignal DB ab, das dem dem Schalter SW zugeführten Schaltsignal entspricht. Zur Spannungsversorgung des Optokopplers OK und des Operationsverstärkers OVST, der von den Dioden D1, ..., D3 und den Kondensatoren C1 und C2 galvanisch getrennt ist; sind eine Betriebsspannung Ub sowie ein Widerstand R3 vorgesehen. Leuchtdioden sowie Optokoppler sind in [5] beschrieben. Selbstverständlich sind verschiedene Optokoppler, z.B. auch solche mit Fotodioden anstelle von Fototransistoren anwendbar. Die lediglich vorzugsweise vorgesehenen Bauteile R1 und C3 sind in Fig. 2 nicht gezeigt.
  • Fig. 3 zeigt die Anordnung zur Datenübertragung mit einem Übertrager XFMR2, der eine Sekundär- sowie drei Primärwicklungen ws bzw. wp1, wp2 und wp3 aufweist. Die Primärwicklungen wp1 und wp2 sind mit einem Verstärker DV verbunden, der an die erste Primärwicklung wp1 ein Rechtecksignal s1 der Frequenz f1 und der an die zweite Primärwicklung wp2 ein Rechtecksignal s2 der Frequenz f2 abgibt. Durch die Signale s1 und s2 können Steuersignale und Daten zur Balise B übertragen werden. Das Signal s2 kann z.B. auch zur Femspeisung eines Transponders dienen.
  • Das Detektionsmodul DET ist in der vorliegenden Schaltungsanordnung vorzugsweise deshalb auf der Sekundärseite des Übertragers XFMR2 vorgesehen, weil die Messung von Rechtecksignalen kleinerer Amplitude auf der Primärseite des Übertragers mit Schwierigkeiten verbunden wäre. Aus Fig. 3 ist ferner ersichtlich, dass dem Logikmodul LOG der Balise B verschiedene Signale (HF-Signale oder Statussignale sens von Signalanlagen) zuführbar sind. Entsprechend diesen Signalen kann das Logikmodul LOG binäre Schaltsignale DB an den Schalter SW abgeben, der z.B. durch einen Schalttransistor realisiert wird. Femer kann das Logikmodut LOG Daten auch durch Modulation eines Trägersignals zu einem Empfänger RX übertragen, der an die dritte Primärwicklung wp3 des Übertragers XFMR2 angeschlossen ist.
  • Die bidirektionale Übertragung von Daten von der Balise zu einem fahrzeugseitig vorgesehenen Transponder mittels "up- und down link"-Kanälen ist in [6], Bild 1 gezeigt. Die von einer Balise empfangenen Daten eines "down tink"-Kanals können von der Balise anhand der erfindungsgemässen Anordnung zu einem Stellwerk übertragen werden.
  • Fig. 4 zeigt ein Detektionsmodul DET in einer vorzugsweisen Ausgestaltung. Die Diode D3 wurde weggelassen. Statt dessen wird der zweite Kondensator C2 über die Diode D1 geladen. Die Werte der Spannungen Uk und Ua, die sich nach dem Laden der beiden Kondensatoren C1 und C2 einstellen, bleiben unverändert. Wie erwähnt, kann die Vorspannung der Leuchtdiode D4 durch die Wahl der Dioden D1, D2, ... nach Wunsch eingestellt werden.
  • Fig. 5 zeigt den Einsatz der Anordnung zur Datenübertragung in der Eisenbahntechnik. Zwei Balisen B1 und B2 sind auf den Schwellen von Eisenbahngeleisen TR1, TR2 angeordnet und durch Übertragungsleitungen LTG mit einem Stellwerk ESTW verbunden. Die Übertragungsleitungen LTG können Längen von bis zu mehreren hundert Meter aufweisen. Auf den Geleisen TR1 befindet sich ein Fahrzeug ZK, auf dessen Unterseite ein Transponder TP angeordnet ist, der während der Überfahrt mit der Balise B1 Funksignale austauscht.
    • Literaturliste
    • [1] SIGNAL + DRAHT, Tetzlaff Verlag, Hamburg, Ausgabe 10/97, Seiten 22 - 24
    • [2] WO 94/11754
    • [3] EP 0 747 995 A2
    • [4] EP 0 787 639 A1
    • [5] K. Beuth, Bauelemente, Vogel Buchverlag, Würzburg 1991, 13. Auflage, Seiten 292-296
    • [6] SIGNAL + DRAHT, Tetzlaff Verlag, Hamburg, Ausgabe 5/98, Seiten 5-9
    • [7] FR 2 657 479 A1
      Bertin & Cie
      Dispositif de transmission bidirectionnelle d'informations à recepteur alimenté par l'émetteur

Claims (10)

  1. Anordnung zur Datenübertragung für verkehrstechnische Systeme mit einer Übertragungsleitung (LTG), die an einem Ende über erste Anschlüsse (11a, 11b) mit einer Wechselspannungsquelle (Q) und am anderen Ende über zweite Anschlüsse (12a, 12b) mit einer Last (VL) verbunden ist, wobei die von der Wechselspannungsquelle (Q) abgegebenen und von der Übertragungsleitung (LTG) übertragenen Wechselspannungen der Übertragung von Daten (DB) dienen, und die Last (VL) durch ein Logikmodul (LOG) in Abhängigkeit von zu übertragenden Daten (DB) zwischen zwei Lastzuständen derart umschaltbar ist, dass an den ersten Anschlüssen (11a, 11b) der Übertragungsleitung (LTG) Änderungen der Amplitude der von der Wechselspannungsquelle (Q) abgegebenen Wechselspannung auftreten, die über Eingänge (e1, e2) einem Detektionsmodul (DET) zugeführt wird, durch das die genannten Änderungen feststellbar und die dazu entsprechenden Daten (DB) erzeugbar sind;
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - die Eingänge (e1, e2) des Detektionsmoduls (DET) über einen ersten Kondensator (C1) und wenigstens eine dazu in Serie geschaltete Diode (D1, D2) sowie über einen zweiten Kondensator (C2) sowie einen dazu parallel geschalteten Widerstand (R2) und wenigstens eine dazu in Serie geschaltete Diode (D1; D3) miteinander verbunden sind,
    - die beiden Kondensatoren (C1, C2) über eine Leuchtdiode (D4) miteinander verbundenen sind und beim Auftreten von Halbwellen entsprechender Polarität über die Dioden (D1; D2; D3) geladen werden, wobei die Leuchtdiode (D4) Teil eines Optokopplers (OK) ist und die Dioden (D1; D2; D3) und der Widerstand (R2) derart gewählt sind, dass an die Leuchtdiode, (D4) bei maximaler Ladung der beiden Kondensatoren (C1, C2) eine Sperrspannung und nach einer Reduktion der Wechselspannung durch Entladung des zweiten Kondensators (C2) über den Widerstand (R2) eine Durchlassspannung angelegt ist.
  2. Anordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die beiden Kondensatoren (C1, C2) auf Spannungen Uamax und Ukmax geladen werden, die entsprechend der für die Leuchtdiode (D4) vorgesehenen Vorspannung Uamax - Ukmax gewählt sind.
  3. Anordnung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Vorspannung Uamax - Ukmax entsprechend der Höhe der zu erwartenden Wechselspannungsänderungen gewählt sind, die nicht durch geschaltete Laständerungen verursacht werden.
  4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Last (VL) aus einer ersten Impedanz (Z1) besteht, zu der für die Übertragung einer Dateneinheit DB zu einem Zeitpunkt ta über einen vom Logikmodul (LOG) gesteuerten Schalter (SW) eine zweite Impedanz (Z2) zuschaltbar und zu einem späteren Zeitpunkt tb wieder trennbar ist, wodurch die am Eingang (e1, e2) des Detektionsmoduls (DET) anliegende Wechselspannung während dem Intervall t 1 = t b − t a
    Figure imgb0001
    auf einen reduzierten Wert abfällt.
  5. Anordnung nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    parallel zum ersten Kondensator (C1) ein Widerstand (R1) geschaltet ist, wobei die Zeitkonstante τ 11 = C 1 ∗ R 1
    Figure imgb0002
    um ein vielfaches grösser ist als das Intervall t1.
  6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die für den zweiten Kondensator (C2) und den dazu parallel geschalteten Widerstand (R2) vorgesehene Zeitkonstante τ 22 = C 2 ∗ R 2
    Figure imgb0003
    kleiner.
  7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die für den ersten Kondensator (C1) und den durch die Leuchtdiode (D4) dazu parallel schaltbaren Widerstand (R2) vorgesehene Zeitkonstante τ 12 = C 1 ∗ R 2
    Figure imgb0004
    grösser als das Intervall t1 ist.
  8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    ein Sendeverstärker (DV) vorgesehen ist, der über wenigstens eine Primärwicklung (wp1, wp2) eines Übertragers (XFMR, XFMR2) eine Wechselspannung an die Anschlüsse (11a, 11b) der Übertragungsleitung (LTG) abgibt.
  9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    anhand wenigstens eines modulierten Trägersignals vom Sendeverstärker (DV) Daten zum Logikmodul (LOG) und/oder vom Logikmodul (LOG) Daten zu einem Empfänger (RX) übertragbar sind, der mit einer weiteren Primärwicklung (wp3) des Übertragers (XFMR2) verbunden ist.
  10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Logikmodul (LOG) Teil einer standortgebundenen Balise (B) ist, über die Daten mit einem fahrzeuggebundenen Transponder (TP) ausgetauscht werden.
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