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Verfahren zur Fehlerortsbestimmung auf Leitungen nach der Impuls-
oder Spannungssprung-Reflexionsmethode In den letzten Jahren sind eine Reihe von
Schaltungen mit Oszillographengeräten bekanntgeworden, mit denen es möglich ist,
nach der Impuls- oder Spannungssprung-Reflexionsmethode Echlerortungen an Kabeln
und Leitungen vorzunehmen. Dabei ging man davon aus, kurzzeitige periodische Impulse
zu erzeugen, die von einem möglichst frequenzkonstanten Generator synchronisiert
werden. Die Forderung hoher Freqnenzkonstanz ist dabei wichtig, weil zur genügend
genauen Febleroftshestimmung der Zeitabstand zwischen den periodisch auf die Leitung
übertragenen Primärimpulsen und den rückkehrenden Echoimpul sen wegen der hohen
Ausbreitungsgeschwindigkeit elektrischer Wellen sehr genau bestimmt werden muß.
Da die Fehlerentfernungen viele Kilometer betragen können, kommt eine niedrige Impulsfolgefreqnenz
der Primärimpulse von etwa 500 bis 1000 Hz zur Anwendung. Da andererseits für eine
genügend genaue Fehlerortsbestimmung der Zeital>sta.n.d der Echos vom Primärimpuls
bis auf etwa 1 10-8 Sekunden bestimmt werden muß, ist eine große Zeitdehnung der
Zeitacllse erforderlich. Andererseits verlangt eine ausreichend genaue Fehlerortsbestimmung
auch den Zeitabstand der Echos vom Primärimpuls auf etwa 1 10-8 Sekunden bzw. noch
eine Zehnerpotenz exakter genau zu messen. Das erfolgt oszillographisch mit Braunschen
Röhren und erfordert zeitliche Auflösungen von etwa 0,5 bis 1 10-8 Sekunden oder
eine Zehnerpotenz mellr pro mm geschriehener Zeitkoordinate. Wegen des begrenzten
Schirmdurchmessers einer Braunschen Röhre bedeutet dies, daß auf dem Schirm des
Rohres im allgemeinen nur Zeitbereliche für 1 bis 2 Fsec unterzubringen sind.
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Da der Zeitabstand des Primärimpulses von seinen Echos demgegenüber
viele 100 Fsec betragen kann, ist es notwendig, den auf dem Schirmbild sichtbaren
Zeitbereichausschnitt von etwa 1 bis 2 Fsec gegenüber dem Primärimpuls mit einer
Genauigkeit verschiebbar zu machen, die etwa 1 10-8 Sekunden oder weniger oft nicht
unterschreiten darf. Für die Lösung dieser Aufgabe gibt es einige bekannte Verfahren.
Bei der einen Gruppe von diesen wird aus der Wechselspannung eines Mutteroszillators
hoher Frequenzkonstanz, der die Zeitfolge der Primärspule stabilisiert, durch Synchronisation
über einen geeichten Phasenschieber ein Ablenkgenerator im Gleichlauf gehalten,
dessen Kippfrequenz dann der Impulsfrequenz der Sendeimpulse entspricht und von
dem nur der Aufwärts-oder Abwärtsspannungsverlauf hell getastet und damit für die
Zeitachsenschreibung ausgenutzt wird.
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Andere Verfahren verwenden an Stelle des Phasenschiebers eine Polarkoordinatenaufzeichnung
zur Zeitmessung, indem aus der Impulsfrequenz eine Oberwelle ausgesiebt wird, mit
welcher Ablenkspannungen
für eine polare Aufzeichnung in Spiralform oder für eine
Mehrzeilendarstellung der Zeitkoordinate gewonnen werden.
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Bei einem anderen Verfahren werden zunächst aus einer Impulsfolge,
die einerseits die Zeitablenkspannung für die Erzeugung einer Zeitbasis synchronisiert,
andererseits mittels Phasenschieber eine gegenüber der ersten Impulsfolge zeitlich
beliebig verschiebbare zweite Impulsfolge der gleichen Frequenz gewonnen.
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Zu dieser zweiten Impulsfolge wird zum Zwecke der Unwirksammachung
von Ungenauigkeiten des verwendeten Phasenschiehers eine zu dieser Folge höherfrequente
synchrone dritte Impulsfolge so überlagert, daß jeweils nur ein durch Überlagerung
mit der zweiten Impulsfolge ausgezeichneter Impuls der dritten höherfrequenten Folge
aussortiert und für die Synchronisierung eines Sendeimpulses verwendet wird. Bei
dielsem Verfahren dient ein höherfrequenter Muttergenerator jedoch lediglich dazu,
um zwischen verschieden frequenten Impuisfolgen durch Ableitung aus einem gemeinsa.men
Muttergenerator einen Synchronismus zu erreichen.
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Das Verfahren nach der Erfindung gestattet demgegenüber, unter Beibehaltung
einer hohen Zeitdehnung von mindestens 0,5 bis 1 10-8 sec/mm geschriebener Zeitachse,
einen sichtbaren Zeitbereich unter Einhaltung der gleichen Meßgenauigkeit gegenüber
dem Primärimpuls um beliebige Zeitabstände zu verschieben, die ihrerseits im allgemeinen
selbst nicht auf dem Schirmbild der verwendeten Braunschen Röhre zur Darstellung
kommen, wobei also nur die zeitliche Umgebung irgendeines in beliebigem Zeitabstand
vom Primärimpuls vorhandenen Echos mit großer Zeitdehnung auf dem Schirm der Braunschen
R ohre zur Darstellung gebracht wird.
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Dies wird bei einem Verfahren zur Fehlerortsbestimmung auf Leitungen
nach der Impuls- oder Spannungssprung-Reflexionsmethode, bei dem das Meß ergebnis
auf einem Kathodenstrahioszillographen dargestellt wird, erfindungsgemäß dadurch
erreicht, daß die Frequenz der primären Sendeimpulsfolge durch Frequenzteilung aus
derjenigen einer Wechselspannung eines Muttergenerators gewonnen wird, die den Ablenkgenerator
synchronisiert oder aus der zwei um 900 in der Phase verschobene Wechselspannungen
für die Erzeugung eines Kreisdiagramms geleitet werden.
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Die hohe Zeitmeßgenauigkeit, die das Verfahren zuläßt, ist durch
folgende Schaltungsweise bedingt: Ausgehend von einem Muttergenerator M (s. Abb.
1) mit der Frequenz VM (etwa 200 KBz) wird mittels zweier Phasenschieber Ph1 und
Ph11 der Kathodenstrahl einer Braunschen Röhre in bekannter Weise so gesteuert,
daß der entstehende Leuchtpunkt auf dem Schirm eine Kreisbahn durchläuft. Von der
Wechselspannung des einen Phasenschiebers Ph11 in Abb. 1 wird dann, gegebenenfalls
iiber einen Impulsverstärker IV, ein Frequenzteiler FT synchronisiert, der an seinem
Ausgang eine phasenstarr an die Wechselspannung des Muttergenerators gebundene sekundäre
Impulsfrequenz zur Synchronisation eines Sendeimpulsgebers SJ liefert. Dessen Impulse
werden in bekannter Weise an ein Kabel geleitet. Die im Kabel zurück-Iaufenden Echos
gelangen dann gegebenenfalls über einen Verstärker V an den polar ablenkenden Zylinderkondensator
Pz der Polarkoordinatenröhre Br. Um die mit einem derartigen Verfahren verbundenen
Vieldeutigkeiten in der Zeitmessung auszuschalten, wird mit der zur Synchronisation
des Sendeimpulses dienenden sekundären Impulsfolge ein Sägezahngenerator SG synchronisiert.
Damit der zeitliche Anfang dieser Impulse vor dem des Sendeimpulses zu liegen kommt,
wird aus der sekundären Impulsfolge des Frequenzteilers zur Synchronisation des
Sägezahngenerators die zeitlich erste ImpuIsflanke verwendet und für den Sendeimpulsgeber
die zeitlich nachfolgende Impulsflanke. Gemäß der Abb. 2 liegt dann für jede Wiederholungsperiode
der Sägezahnbeginn beispielsweise an dem Anfang der in Abb. 2 dargestellten Zeitkoordinate,
während der Sendeimpuls um einen festen Zeitabstand A r verschoben ist. Um die Mehrdeutigkeit
in der Zeitmessung zu beseitigen, wird nun aus der ansteigenden Sägezahnspannung
mittels bekannter Abschneideschaltungen (s. Abb. 1) eine weitere in. beliebig einregelbarem
Zeitabstand dt vom Sendeimpuls stehende Impulsfolge gewonnen. Mit ihr wird ein Multivibrator
Mu synchronisiert, der für einen Zeitbereich A T eine Helltastspannung für den Kathodenstrahl
der Braunschen Röhre liefert. X T wird zweckmäßig etwa gleich der Periodendauer
der Mutterfrequenz gewählt, vorzugsweise etwas geringer oder etwas größer, als dieser
Periodendauer entspricht, damit eine Marke rung auf dem Kreisumlauf entsteht. Wird
dann das Regelglied R in Abb. 1, durch das der Wert von dt festgelegt ist, geeicht,
was nur eine geringe Eichgenauigkeit erfordert, da mit ihm nur die Vieldeutigkeit
des Kreisumlaufes zu beseitigen ist, kann. der Zeitabstand eines Echos eindeutig
und mit einer Meßgenauigkeit ermittelt werden, die der Zeitauflösung des mit der
Mutterfrequenz erfolgenden Kreisumlaufes des Kathodenstrahls entspricht.
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Um die zeitliche Lage des Sendeimpulses auf dem Kreisumlauf zu markieren,
wird aus dem Frequenzteiler auch noch. ein Helltastimpuls entnommen, der einen kleinen
Zeitbereich um den Sendeimpuls herum
durch Helltastung auf der Braunschen Röhre sichtbar
macht (Abb. 1 Heiltastimpuis für Primärimpuls zum Wehneltzylinder). Die Messung
des Zeitabstandes eines Echos vom Sendeimpuls erfolgt dann gemäß Abb. 3 durch eine
Winkelmessung a, die gegebenenfalls an einer Gradskala SK abgelesen werden kann.
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In Abb. 3 bedeutet dabei RJ den Reflexionsimpuls bzw. den Echoimpuls
und SJ den durch die Helltastung aus FT abgeleiteten, stets sichtbaren Sendeimpuls.
Inwieweit zu dem Wert von a dann x ganzzahlige Vielfache der Periodendauer der Mutterfrequenz
hinzuzuaddieren sind, ergibt sich aus der für die Sichtbarmachung des Echos erforderlich
gewesenen Regel einstellung des geeichten Reglers R der Abb. 1, d. h. aus dem Wert
von d t der Abb. 2.
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An Stelle des vom Multivibrator Mn erzeugten Helltastimpulses, der
mit der Sendeimpulsfolge vorzugsweise während einer Zeitdauer dT (s. Abb. 2) gleich
etwa der Periodendauer der Mutterfrequenz den Kathodenstrahl auftastet, kann man
auch den Kathodenstrahlumlauf mit Hilfe einer Teilspannung des Sägezahnspannungsgenerators
SG über ein Potentiometer Po in eine Spirale verwandeln. Dies geschieht gemäß Abb.
1 durch Betätigung des Schalters Sch.
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Das beschriebene Meßverfahren kann man prinzipiell statt mit einer
Polarkoordinatenröhre auch mit einer üblichen Kathodenstrahlröhre und Erzeugung
einer linearen Zeitachse realisieren, wenn geringe Schaltungsänderungen durchgeführt
werden. Sie gehen aus der Abb. 4 hervor. In dieser Abbildung bedeutet MG mit der
Frequenz VM wieder den Muttergenerator der Abb. 1, an dem über einen Phasenschieber
Ph3 der Frequenzteiler FT angeschlossen. ist. SJ-Gen in Abb. 4 ist der Primärimpulsgenerator
SJ der Abb. 1, S-Gen in Abb. 4 der Sägespannungserzeuger SG der Abb. 1. Aus ist
das Aus- bzw. Abschneideglied A der Abb. 1, Mu der Impulsgenerator, der wie in Abb.
1 den durch das Aus- bzw. Abschneideglied zeitlich verschiebbaren Helltastimpuls
der Zeitdauer dT der Abb. 2 liefert. Das in Abb. 1 im Primärimpulsgenerator SJ enthaltene
und bekannte Symmetrierglied Sym.-Glied der Abb. 4 für den Kabel- und Verstärkeranschluß
ist in Abb. 4 gesondert herausgezeichnet.
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Der Verstärker V ist der gleiche wie in Abb. 1. Die Zuleitung vom
FrequenzteilerFT zum Wehneltzylinder liefert ebenso wie in Abb. 1 den Helltastimpuls
für den ständig sichtbar zu machenden Primärimpuls.
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Zum Unterschied von Abb. 1 führt vom Muttergenerator MG ein Anschluß
zu einem um etwa 3600 in der Phase verschiebbaren Phasenschieber Ph4, dem ein Synchronisierimpulsgeber
SSsnImp der Frequenz VM nachfolgt. An ihn ist ein Sägezahugenerator S-Gen angeschlossen,
der mit einer Impulsfolge der Frequenz VM synchron,isiert wird und der die Ablenkspannung
für eine normale Kathodenstrahlröhre in üblicher Weise liefert. Die durch diese
Ablenkspannung erzeugte Zeitbasis auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre ist Zeitbasis
für das anzuwendende Meßverfahren.
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Wie die Abb. 6 zur Erläuterung zeigt, bestehen bestimmte Zeitbeziehungen
zwischen dem Beginn der Zeitachse auf dem Schirmbild der Braunschen Röhre, dem Primärimpuls
und dem Reflexionsimpuls.
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Einen durch das Meßobjekt bedingten festen Zeitabstand etwa gleich
t in Abb. 6, a hat zunächst der Primärimpuls Pl vom Relexionsimpuis RJ. Zu diesem
dadurch gegebenen Zeitintervall möge die Sägezahnspannung der Frequenz VM, wie in
Abb. 6, b dargestellt, liegen. Danach fiele der Primärimpuls PJ zeitlich mit dem
Anfang des Sägezahnspannungsanstiegs zusammen, während der Refiexionsimpuls RJ an
eine Stelle B
zu liegen käme, was auf der Zeitbasis des Leuchtschirmbildes
der Länge 1 (s. Abb. 6, d) einen Re flexionsimpuls RJ bei B und einen Primärimpuls
Pl bei A ergäbe. Die zwischen PJ und RJ liegenden Vielfachen der Sägezahnspannungsperiode
ergeben sich aus der Sägezahnspannung der Frequenz Vp (s. Abb. 6, c), aus der Einstellung
von zl t (s. auch Abb. 2), während dT ebenso wie in Abb. 2 die Zeitdauer des Helltastimpulses
bedeutet, die durch Mu festgelegt ist. Um nun die zusätzliche Zeitdifferenz zwischen
den Punkten 1 und B der Abb. 6, d genau messen zu können, ist es zweckmäßig, auf
dem Röhrenschirm eine Marke St (s. Abb. 6, d") anzubringen und den Primärimpuls
PJ durch Betätigen des Phasenschiebers Ph3. der eine Zeitverschiebung gegenüber
der Mellbasis um d t" erlauben möge, auf diese Marke St einzustellen. RJ fällt dann
außerhalb des Zeitintervalls 1 T. Mit Hilfe des Phasenschiebers Ph4 kann man nunmehr
den Keflexionsimpuls RI, wie Abb. 6. d' zeigt, auf die gleiche Marke einstellen,
auf der vorher der Primärimpuls PJ eingestellt worden war. PJ fällt dann außerhalb
der Zeitbasis. Die zu dt für die Ermittlung des Zeitabstandes zwischen PJ und RJ
hinzuzuaddierende Zeitdifferenz ist also diejenige, die sich aus der Verstellung
des Phasenschiebers Ph4 ergibt. Sie kann am Phasenschieber sehr genau abgelesen
werden, da er zu einer Wechselspannung der hohen Frequenz vM gehört. Verwendet man
zusätzlich einen Summer S als Schalter, der den 8y'iIip in der einen Schaltung (s.
Abb. 4) an den Eingang a von Ph4 legt und in der anderen an den Ausgang b, dann
erhält man eine Überlagerung der Abb. 6, d' und 6, d" und damit eine Überlagerung
von Pf und RJ für die visuelle Betrachtung des Schirmbildes, wodurch eine genaue
Messung der Zeitdifferenz zwischen beiden Impulsen außerordentlich erleichtert wird.
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Zur Gewinnung eines bloßen Übersichtsbildes ist noch ein Schalter
Sch in Abb. 4 vorgesehen, der die Ahlenkplattenpaare der Braunschen Röhre für die
Zeitbasiserzeugung vom Generator S-Gen der hohen Frequenz VM abschaltet und an die
Sägezahnspannung der tiefen Frequenz yp anzuschließen gestattet.
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Es hat sich bei Messungen, bei denen eine Braunsche Röhre als Anzeigegerät
dient, als zweckmäßig erwiesen, die Schaltungen so zu entwickeln, daß die Meßgröße
auf einen bestimmten Punkt der Zeitbasis - im Falle einer Polarkoordinatenbeschreibung
vorzugsweise auf den untersten Punkt der Kreisperipherie - gebracht wird, wo dann
zur Unterstützung der Einstellung eine Marke angebracht wird.
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Um dies auch für den vorliegenden Fall zu ermöglichen, wird gemäß
Abb. 5 vom Punkt A aus ein regelbarer Zwlischenphasenschieber Ph5 und Ph4 eingeschaltet.
Durch den Phasenschieber Ph3 kann der Primärimpuls auf die bezeichnete Marke gebracht
werden und durch den Phasenschieber Ph4, der eine Phasenschiebung um 3600 erlauben
muß, der Echoimpuls. Um beide auf den gleichen Punkt einstellen zu können, ist es
daher erforderlich, mittels eines periodischen Schalters 8 mit den Schaltkontakten
ci und b abwechselnd den Primärimpuls und dann den Echoimpuls in verschiedenen Zeitlagen
gegenüber den Nulldurchgängen derSpannung des Muttergenerators M
zu bringen. Von
der Wechselspannung der Phasen schieber Ph,e, und Ph4 wird der Frequenzteiler FT
synchronisiert.
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PATENTANSPRtJCHE: 1. Verfahren zur Fehlerortsbestimmung auf Leitungen
nach der Impuls- oder Spannungssprung-Refiexionsmethode, bei dem das Meßergebnlis
auf einem Kathodenstrahloszillographen dargestellt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß die Frequenz der primären Sendeimpulsfolge durch Frequenzteilung aus derjenigen
einer Wechselspannung eines Muttergenerators gewonnen wird, die den Ablenkgenerator
synchronisiert oder aus der zwei um 900 in der Phase verschobene Wechselspannungen
für die Erzeugung eines Kreis diagramms gebildet werden.