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Schaltung zur abschnittsweisen Entzerrung der bei der Bestimmung von
Fehler- oder Inhomogenitätsstellen auf elektrischen Leitungen nach der Impulsreflexionsmethode
auftretenden Reflexionsspannungen Nach der bekannten Impulsreflexionsmethode werden
die Fehler- oder Inhomogenitätsstellen einer Leitung oder eines Kabels dadurch festgestellt,
daß Prüfimpulse geeigneter Form auf den Leitungseingang gegeben werden und die beim
Durchlaufen der Leitung an den Fehlerstellen entstehenden, an den Leitungseingang
zurückkommenden Reflexionsspannungen empfangen und ausgewertet werden. Die Größe
der Reflexionsspannungen läßt hierbei einen Rückschluß auf die Größe des Fehlers
zu, während ihre Laufzeit in bezug auf die gesendeten Prüfimpulse auf die Entfernung
der Fehlerstellen vom Leitungseingang schließen läßt. Die Auswertung wird dabei
üblicherweise so vorgenommen, daß der Elektronenstrahl einer Kathodenstrahlröhre
in horizontaler Richtung synchron mit der gesendeten Prüfimpulsfolge zeitlinear
abgelenkt wird und die empfangenen Reflexionsspannungen der vertikalen Ablenkvorrichtung
zugeführt werden, so daß sie auf dem Bildschirm als Auslenkungen von der horizontalen
Zeitachse erscheinen. Ein bestimmter Abschnitt auf der Zeitachse entspricht hierbei
einer bestimmten Impulslaufzeit und somit einer bestimmten Strecke auf der Leitung,
gemessen vom Leitungseingang.
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Wenn die Impulsreflexionsmethode zu exakten Meßergebnissen führen
soll, ist es bekanntlich erforderlich, die frequenzabhängigen Dämpfungseigenschaften
der Leitung bzw. des Kabels zu berücksichtigen. Der starke Anstieg der Leitungsdämpfung
für höhere Frequenzen führt nämlich dazu, daß ein die Leitung durchlaufender Impuls
in den höheren Frequenzen seines Frequenzspektrums stärker gedämpft wird, so daß
eine Verformung eintritt, die sich hauptsächlich in einer Verflachung der Impulsflanken
und einer Abrundung der Impulsecken äußert. Da diese Impulsverformung mit dem Anwachsen
der durchlaufenen Leitungslängen progressiv in Erscheinung tritt, können weiter
vom Leitungseingang entfernte Fehler- bzw. Inhomogenitätsstellen ohne zusätzliche
kompensierende Maßnahmen nur ungenau ausgewertet werden.
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Bei den bekannten Meßanordnungen wird zur Vermeidung dieses Nachteils
eine Kompensation der Impulsverzerrungen in der Weise vorgenommen, daß die ausgesendeten
Prüfimpulse und/oder die empfangenen Reflexionsspannungen über Entzerrungsglieder
geführt werden, die in ihrem Frequenzgang einstellbar ausgebildet sind, und zwar
derart, daß eine möglichst weitgehende Entzerrung der empfangenen Reflexionsspannungen
für verschiedene und insbesondere möglichst für alle vorkommenden Leitungslängen
bzw. Gesamtlaufzeiten wahlweise einstellbar ist. Die Gesamtlaufzeit setzt sich hierbei
zusammen aus der Teillaufzeit des auf die Leitung gegebenen Prüfimpulses bis zum
Erreichen der betrachteten Fehlerstelle und aus der Teillaufzeit der dort gebildeten
Reflexionsspannungen bis zum Leitungseingang zurück. Als Entzerrungsglieder werden
z.B. Verstärker verwendet, die in ihrem Verstärkungsgrad und Frequenzgang entsprechend
einstellbar sind, oder es werden passive Dämpfungsvierpole mit einstellbaren oder
wahlweise einschaltbaren Schaltelementen vorgesehen, deren Frequenzcharakteristik
jeweils entsprechend verändert wird. Zur Erzielung einer automatischen, punktweisen
Entzerrung des Reflexionsbildes der gesamten Leitung müssen die Entzerrungsglieder
zeitabhängig gesteuert bzw. umgeschaltet werden, wobei sich der Steuervorgang periodisch
mit der Folgefrequenz der Prüfimpulse wiederholt. Eine Verringerung des schaltungstechnischen
Aufwandes für die Impulsentzerrung ergibt sich dadurch, daß die gesamte Leitungslänge
in gewisse Meßabschnitte unterteilt wird und die Entzerrungsglieder für den einzelnen
Meßabschnitt jeweils auf einen festen, für ihn eigentümlichen und optimalen Frequenzgang
eingestellt werden. Sollen jedoch sämtliche Meßabschnitte automatisch nacheinander
ausgewertet werden, so sind auch hier innerhalb einer Periode der Prüfimpulsspannung
mehrere Schaltmaßnahmen erforderlich, durch welche die Entzerrungsglieder nacheinander
auf die einzelnen Meßabschnitte eingestellt werden.
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Eine bekannte Schaltungsanordnung zur Entzerrung der Impulsreflexionsspannungen
ist als Röhrenverstärkerkaskade ausgebildet, wobei jeder einzelnen.
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Verstärkerstufe ein frequenzabhängiges Entzerrungs-
netzwerk
zugeordnet ist. Diese Netzwerke liegen jeweils auf der Anodenseite der Verstärkerröhren
oder in einem die gesamte Verstärkerkaskade umfassenden Rückkopplungskreis, der
zusätzlich mit Hilfsverstärkerstufen bestückt ist. Bei der letzteren Schaltungsvariante
ist es nachteilig, daß zur Entzerrung einer größeren Leitungslänge die Gesamtverstärkung
im Rückkopplungskreis so groß gewählt werden muß, daß die Gefahr der Selbsterregung
besteht.
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Weiterhin ist es aus der Fernsehtechnik bekannt, impulsförmige Störspannungen,
die nach einer Exponentialfunktion abklingen, mittels einer Röhrenverstärkerkaskade
in der Weise auszuschalten, daß RC-Glieder als Kathodenwiderstände vorgesehen werden,
die in den einzelnen Verstärkerstufen jeweils exponentiell abklingende Gegenkopplungsspannungen
dem Steuergitter zuführen. Zur Differentiation einer Signalspannung ist es auch
bekannt, diese dem Eingang einer Röhrenverstärkerstufe zuzuführen, deren Kathodenwiderstand
aus einer RC-Kombination besteht. Dabei ergibt sich innerhalb eines bestimmten Frequenzbereiches
eine differenzierende Wirkung durch die frequenzabhängige Gegenkopplung im Kathodenkreis,
die einer amplitudenmäßigen Anhebung der hohen gegenüber den tiefen Frequenzen innerhalb
dieses Frequenzbereiches entspricht.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur abschnittsweisen
Entzerrung der Reflexionsspannungen, die bei der Bestimmung von Fehler- oder Inhomogenitätsstellen
einer elektrischen Leitung nach der Impulsreflexionsmethode infolge Reflexion der
in die Leitung eingespeisten Prüfimpulse entstehen und am Leitungseingang ausgewertet
werden, bestehend aus einem Verstärker, dessen Verstärkung auf die Dämpfung einer
vorgegebenen Fehlerortsentfernung durch umschaltbare Entzerrungsmittel einstellbar
ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung dieser Art
so auszubilden, daß mit kleinstmöglichem Schaltungsaufwand eine gute Anpassung an
verschiedene Leitungslängen und Leitungsarten der zu überprüfenden Leitungen gewährleistet
ist.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß unter Verwendung
eines Kaskadenverstärkers die Entzerrungsmittel in bekannter Weise auf die einzelnen
Kaskadenstufen aufgeteilt sind und je Entzerrungsabschaitt eine Kaskadenstufe vorgesehen
ist, daß die Entzermngsmittel durch Schaltmittel wahlweise jeweils einem Teil eines
zugleich im Ein- und im Ausgangskreis der betreffenden Kaskadenstufe liegenden Stromgegenkopplungswiderstandes
parallel schaltbar sind, daß die Gegenkopplungswiderstände so bemessen sind, daß
die Verstärkung der zugehörigen Stufen bei geöffneten Schaltmitteln frequenzunabhängig
und gleich eins ists und daß die Entzerrungsmittel so bemessen sind, daß bei allein
geschIossenen Schaitmitteln der ersten Stufe optimale Entzerrung des ersten Leitungsabschnittes
vorliegt während optimale Entzerrung eines der nachfolgenden Leitungsabschnitte
dann vorliegt, wenn die Schaltmittel der diesem Abschnitt entsprechenden Stufe sowie
aller vorhergehenden Stufen geschlossen sind.
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Weitere Bildnngsmerkmale und Vorteile der Schaltung nach der Erfindung
sind der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten, bevorzugten
Ausfülrrnngsbeispieles entnehmbar.
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In der Zeichnung ist eine der in Kaskade geschalteten, von den Reflexionsspannungen
durchlaufenen Verstärkerstufen im einzelnen dargestellt. Sie besteht aus einer Verstärkerröhre
1 mit einem Anodenwiderstand 2, einem geteilten Kathodenwiderstand 3, einem Gitterableitwiderstand4
sowie ein- und ausgangsseitigen Koppelkondensatoren 5 bzw. 6. Ein Teil des Kathodenwiderstandes
3 ist durch ein RC-Netzwerk, das aus mehreren RC-Serienkombinationen R 1, Cl; R
2, C2; R3, C3 besteht, überbrückbar. Das RC-Netzwerk ist hierbei so dimensioniert,
daß bei geschlossenem Schalter 7 und demzufolge überbrückten unteren Teil des Kathodenwiderstandes3
eine Verstärkungscharakteristik entsteht, die eine bestimmte vorgegebene Leitungslänge
bezüglich der durch die Leitungsdämpfung hervorgerufenen Verzerrungen entzerrt.
Dabei wird der Kathodenwiderstand 3 so bemessen, daß bei geöffnetem Schalter 7 die
Spannungsverstärkung der Verstärkerstufe eins beträgt. Der Schalter 7 kann hierbei
bei kleinen Schaltgeschwindigkeiten durch einen Relaiskontakt oder einen mechanischen
Schalter realisiert sein, für höhere Schaltgeschwindigkeiten auch als elektronischer
Schalter (z. B. Schaltdiode, Schalttransistor).
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Durch die Dimensionierung der Verstärkerstufe in der Weise, daß bei
nicht angeschaltetem RC-Netzwerk die Verstärkung eins beträgt, ist es möglich, die
Verstärkerstufe auch dann im Übertragungsweg der Reflexionsspannungen zu belassen,
wenn sie für Entzerrungszwecke nicht benötigt wird. Die Anzahl der in Kaskade geschalteten
Verstärkerstufen kann so gewählt werden, daß eine bestimmte Leitungslänge bei Parallelschaltung
sämtlicher RC-Netzwerke zu den zugehörigen Kathodenwiderständen der einzelnen Verstärkerstufen
und dadurch bedingter maximaler Entzerrungswirkung entzerrt wird. Hierbei sind die
einzelnen Verstärkerstufen untereinander gleichartig aufgebaut, so daß durch jede
von ihnen ein gleich großer Leitungsabschnitt entzerrt wird. Im einzelnen wird für
die Entzerrung des ersten Leitungsabschnittes der Schalter 7 der ersten Verstärkerstufe
geschlossen, für die Entzerrung des zweiten sich anschließenden Leitungsabschnittes
zusätzlich der entsprechende Schalter der nächsten Verstärkerstufe usw. Die Verstärkungscharakteristik
der gesamten Kaskadenschaltung läßt sich durch nacheinanderfolgende Betätigung der
Schalter 7 der einzelnen Verstärkerstufen stufenweise auf einen für den jeweils
betrachteten Leitungsabschnitt optimalen Verlauf einstellen. Dabei kann auf relativ
einfache Weise eine gute Übersichtlichkeit über den Einstellvorgang erreicht werden.
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Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, daß bei der angegebenen schaltungstechnischen
Durchbildung der Verstärkerstufen die RC-Netzwerke sämtlicher Stufen ohne besondere
Schwierigkeiten zu einem gemeinsamen Geräteeinschub vereinigt werden können.
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Werden hierbei zur Anpassung der Meßanordnung an verschiedene Leitungsarten
jeweils unterschiedlich dimensionierte, gegeneinander auswechselbare Geräteeinschübe
vorgesehen, so wird eine vielseitige Verwendbarkeit der Meßschaltung ohne komplizierte
Eingriffe in die einzelnen Schaltungsteile ermöglicht.
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An anderer Stelle ist bereits vorgeschlagen worden, die empfangenen
Reflexionsspannungen einer nach dem an sich bekannten, stroboskopischen Abtastverfahren
arbeitenden Auswerteeinrichtung zuzuführen.
Hierbei wird innerhalb
jeder Periode der Prüfimpulsspannung ein Momentanwert der Reflexionsspannungen abgetastet,
wobei die Momentanwerte aufeinanderfolgender Perioden jeweils um einen geringen
Betrag gegeneinander phasenverschoben sind. Werden die einzelnen abgetasteten Momentanwerte
sodann als Ordinaten über den stroboskopischen Zeitablenkspannungs - Amplituden
als Abszissen nebeneinander aufgezeichnet, so ergibt sich punktweise ein Abbild
der Reflexionsspannungen, das mit der niedrigen Ablenkgeschwindigkeit der stroboskopischen
Zeitablenkung durchlaufen wird. Eine mit der stroboskopischen Zeitablenkspannung
synchronisierte Impulsspannung kann hierbei den Schaltmitteln 7 in der Weise zugeführt
werden, daß die einzelnen Impulse eine Folge von automatischen Schaltbefehlen niedriger
Folgefrequenz darstellen und eine aufeinanderfolgende Betätigung der den einzelnen
Verstärkerstufen zugeordneten Schaltmittel bewirken. Dabei können bei einer hinreichend
niedrigen Folgefrequenz die Schaltmittel aus Relaiskonstanten bestehen.
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Hiervon abgesehen, ist jedoch die Schaltungsanordnung nach der Erfindung
auch für Meßanordnungen geeignet, die nach dem Impulsreflexionsverfahren arbeiten
und nicht mit einer stroboskopischen Abtaststufe ausgerüstet sind. Bei den in diesem
Fall höheren Folgefrequenzen der automatischen Schaltbefehle ist es lediglich erforderlich,
zum Zweck einer automatischen, abschnittsweisen Entzerrung schnell arbeitende Schalter,
wie z. B. elektronisch gesteuerte Schaltdioden oder Schalttransistoren, zu verwenden.
Im übrigen ist auch eine nicht automatische, abschnittsweise Entzerrung des Reflexionsbildes
durch Betätigung der Schalter 7 der einzelnen Verstärkerstufen im Handbetrieb möglich.