AT397640B - Sensoreinrichtung für eisenbahnanlagen - Google Patents

Description

AT 397 640 B

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sensoreinrichtung für Eisenbahnanlagen, bei welcher eine LC-Oszillatorschaltung in Abhängigkeit von äußerer, induktiver Beeinflussung wahlweise mit einer von zwei vorgegebenen Amplituden schwingt, mit einem Oszillatortransistor, an dessen Emitterelektrode ein Widerstand und an diesen ein elektronischer Schwellwertschalter angeschlossen sind, der gemeinsam mit der 5 Oszillatorschaltung über eine Zweidrahtieitung mit elektrischer Energie versorgt wird.

Einrichtungen der o.g. Art dienen vielfach als Schienenkontakte zum Auslösen von Impulsen beim Passieren von Fahrzeugrädern. Die Impulse werden beispielsweise Zähleinrichtungen zugeführt, die nach dem Einzählen eines ersten Impulses der am Anfang des betreffenden Gleisabschnittes angeordneten Sensoreinrichtung eine Besetztmeldung ausgeben und nach dem Auszählen aller eingezählten Impulse den 10 besagten Gleisabschnitt wieder freimelden. Zum Bestimmen von richtungsabhängigen Impulsen werden am Gleis dicht beieinander zwei Sensoreinrichtungen angeordnet, die aus Sicherheitsgründen über zwei Zweidrahtleitungen mit einer entfernt liegenden Einrichtung verbunden sind. Diese Einrichtung sorgt u.a. für die Energieversorgung der zugeordneten Sensoreinrichtungen. Da sich bei Betätigung der Sensoreinrichtungen deren Stromaufnahme ändert, u. zw. durch Auslösen des jeweiligen elektronischen Schwellwertschal-75 ters, können aufgrund einer Bewertung der Speiseströme der Sensoreinrichtungen zentral die erforderlichen Zählimpulse generiert werden. Zu diesem Zweck kann beispielsweise ein Fensterdiskriminator vorgesehen werden, der beim Vorhandensein eines vorgegebenen Betriebsstromes kein Ausgangssignal, jedoch bei Abweichungen des Stromes um einen vorgegebenen Betrag vom Betriebsstrom einen diesbezüglichen Impuls abgibt. 20 Selbstverständlich ist es auch möglich, in der von der Sensoreinrichtung entfernt liegenden Zentrale zwischen die Zweidrahtleitung einen ohmschen Meßwiderstand einzufügen, an welchem der Speisestrom einen vorgegebenen Spannungsabfall hervorruft, der durch einen Schwellwertschalter zwecks Auslösung der Zählimpulse bewertet wird.

Eine Sensoreinrichtung der eingangs genannten Art ist in der DE-OS 33 27 329 als elektronisches, 25 vorzugsweise berühungslos arbeitendendes Schaltgerät näher beschrieben. Bei diesem bekannten Schaltgerät erfolgt die Beeinflussung des Oszillators, dessen Oszillatortransistor in Emitterschaltung arbeitet, über das Rückkopplungsnetzwerk. Eine weitere, unerwünschte Beeinflussung des Arbeitens der Oszillatorschaltung erfolgt dadurch, daß in Abhängigkeit von der Ausführung der Einrichtungen in der vom Schaltgerät entfernt liegenden Zentrale beim Arbeiten des Schaltgerätes auf der Zweidrahtleitung unterschiedliche 30 Spannungsverhältnisse vorliegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Sensoreinrichtungen der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß mindestens die Oszillatorschaltüng der Sensoreinrichtung im Betrieb, also mit bzw. ohne Beeinflussung, besseren (konstanten) elektrischen Bedingungen unterliegt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die passiven Bauelemente der Oszillatorschaltung 35 so bemessen sind, daß der Oszillatortransistor wechselspannungsmäßig stark übersteuert arbeitet, daß der Oszillatortransistor ferner als Stellglied in eine Gleichstromstabilisierungsschaitung einbezogen ist und daß an den Emitterwiderstand über ein Siebglied ein Gleichspannungs-Schwellwertschalter angeschlossen ist.

Diese besondere Ausbildung der Sensoreinrichtung hat den großen Vorteil, daß im Hinblick auf verschiedene Einsatzfäile nur sehr geringe Anforderungen an die Schnittstellenbedingungen gestellt werden 40 müssen. Dies bedeutet, daß die Stromversorgung über die Zweidrahtleitung seitens zentraler ortsfester Einrichtungen von Anwendungsfall zu Anwendungsfall in einem großen Bereich streuen darf. Somit wird die Sensoreinrichtung universell einsetzbar, und es ist nicht mehr erforderlich, für die einzelnen Anwendungsfälle jeweils speziell dimensionierte Sensoreinrichtungen zu entwickeln.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß als Gleichspannungs-Schwellwertschalter 45 ein Operationsverstärker vorgesehen ist, dessen Meßeingang mit dem Siebglied und dessen Referenzeingang mit einem eine Referenzspannung erzeugenden Element der Gleichstromstabilisierungsschaltung verbunden sind.

Diese Sensoreinrichtung kommt in vorteilhafter Weise mit einem relativ geringem Bauteilaufwand aus.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestelit und wird nachfolgend näher so erläutert. Es zeigen Fig. 1 die Schaltung eines elektronischen Sensors für Eisenbahnaniagen und Fig. 2 in mehreren Diagrammlinien die Signalverläufe an verschiedenen Meßpunkten der Schaltung.

Der rechte, strichpunktiert eingerahmte Teil von Fig. 1 zeigt schematisch eine ortsfeste Station SN, an welche Über eine Zweidrahtleitung ZG ein induktiv beeinflußbarer elektronischer Sensor angeschlossen ist. Über die Zweidrahtleitung ZG versorgt die ortsfeste Station SN die elektronische Sensorschaltung mit 55 elektrischer Energie aus einer Spannungsquelle UB. Aufgrund eines Modulationsvorganges des Speisestromes E bei Beeinflussungsvorgängen werden diese der ortsfesten Station SN rückgemeldet.

Die an die Zweidrahtleitung ZG angeschlossene Sensorschaitung besteht aus zwei Teilen, u. zw. im linken Teil aus einer LC-Oszillatorschaltung und im rechten Teil aus einem Gleichspannungs-Schwellwertschalter. 2

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Die induktiv beeinflußbare LC-Oszillatorschaltung weist als aktives Element einen Oszillatortransistor T1 auf, der wechselspannungsmäßig gesehen in Basisschaltung arbeitet. Gleichzeitig ist jedoch der Oszillatortransistor T1 als Stellglied in eine Gleichstromstabilisierungsschaltung einbezogen, die aus einem Widerstand R1, einem Emitterwiderstand R2 und einer eine Referenzspannung erzeugenden Zenerdiode Z besteht. Parallel 5 zur Zenerdiode Z liegt ein Kondensator C1. Dieser hat die Aufgabe, die Basiselektrode des Oszillatortransi-stors T1 für die Frequenz der Oszillatorschaltung besonders niederohmig mit Massepotential zu verbinden. Die so gebildete Gleichstromstabilisierungsschaltung stabilisiert den Kollektorstrom des Oszillatortransistors T1 auf einen vorgegebenen Wert in einem weiten Bereich unabhängig von der sich auf der Zweidrahtleitung ZG betriebsmäßig ausbildenden Versorgungsspannung. Wechselstrommäßig gesehen stellt ein Übertrager io U, dessen Primärwicklung U1 im Kollektorstromkreis des Oszillatortransistors T1 liegt, mit seiner Sekundärwicklung U2, an die zwei Kondensatoren C3 und C4 angeschlossen sind, einen Schwingkreis dar.

Eine Besonderheit der Oszillatorschaltung ist nun, daß die beiden Kondensatoren C3 und C4 im Kapazitätswert etwa gleich groß gewählt sind und der Verbindungspunkt V der in Reihe geschalteten Kondensatoren C2 und C3 mit der Emitterelektrode des Oszillatortransistors T1 verbunden ist. Hiedurch wird eine sehr 75 hohe wechselstrommäßige Übersteuerung des Oszillatortransistors T1 erzielt, wodurch die Schwingungen bei den in der Praxis auftretenden induktiven Beeinflussungen auf keinen Fall abreißen, sondern wahlweise eine von zwei vorgegebenen Amplituden beibehalten. Es sei besonders darauf hingewiesen, daß bei einer induktiven Beeinflussung der Oszillatorschaltung weder die Rückkopplungsbedingungen noch die Gegenkopplung der Schaltung verändert werden. 20 Der durch die Oszillatorschaltung steuerbare Gleichspannungs-Schwellwertschalter hat als aktives Element einen Operationsverstärker OP, dessen Ausgang OP1 über einen Widerstand R3 mit einer der beiden Leitungen ZG verbunden ist. Ein Referenzeingang OP2 des Operationsverstärkers OP ist über einen Widerstand R4 an die Zenerdiode Z angeschlossen. Der Referenzeingang OP2 ist ferner über eine Diode DE und einen Widerstand R5 mit dem Ausgang OP1 des Operationsverstärkers OP verbunden. Die beiden 25 Widerstände R4 und R5 bilden einen Spannungsteiler und bestimmen die Schalthysterese des Operationsverstärkers OP. Die Diode DE verhindert, daß die über die Zweidrahtleitung ZG zugeführte Versorgungsspannung auf den Referenzeingang OP2 zurückwirkt. Somit sind der Ein- und Ausschaltpunkt des Gleichspannungs-Schwellwertschalters unabhängig von der Versorgungsspannung auf der Zweidrahtleitung ZG.

Die Emitterelektrode des Oszillatortransistors T1 ist über einen aus zwei weiteren Widerständen R6 und R7 30 gebildeten Spannungsteiler mit dem Meßeingang OP3 des Operationsverstärkers OP verbunden. Ein parallel zum Widerstand R7 geschalteter Kondensator C4 hat die Aufgabe, unerwünschte Wechselspannungsanteile zu unterdrücken. Die Verbindung des Meßeinganges OP3 des Operationsverstärkers OP mit der Emitterelektrode des Oszillatortransistors T1 unter Verzicht auf eine Gleichrichterschaltung ist aufgrund folgender Überlegung möglich: 35 Bei hinreichend starker wechselspannungsmäßiger Übersteuerung des Oszillatortransistors T1 wirkt dessen Basis-Emitter-Diode wie ein Gleichrichter und gestattet eine Verlagerung des Potentials der rückgekoppelten Wechselspannungsamplitude. Der arithmetische Mittelwert folgt dabei dem jeweiligen Bedämpfungsverlauf. Nähere Einzelheiten hiezu werden im Zusammenhang mit der Erläuterung eines Arbeitsbeispieles an Hand der Diagramme in Fig. 2 noch aufgezeigt. 40 Die Signalverläufe in den sechs Diagrammlinien der Fig. 2 in Abhängigkeit von der Zeit werden nachfolgend zu drei verschiedenen Zeitpunkten fl, t2 und t3 untersucht bzw. miteinander verglichen. In der Diagrammlinie LA sind die Oszillatorschwingungen dargestellt, die sich am Meßpunkt A einstellen, wenn die Sensorschaltung keiner Beeinflussung unterliegt. Entsprechend den Kapazitäten der Kondensatoren C2 und C3 wird der Wert der Schwingungsamplitude am Meßpunkt A geteilt, so daß sich am Meßpunkt V der in der 45 Diagrammlinie LV dargestellte Signalverlauf ergibt. Die Signalverschiebung in positiver vertikaler Richtung basiert auf dem Gleichrichtereffekt der Basis-Emitter-Diode des Oszillatortransistors T1. Am Meßpunkt C steht die dem Operationsverstärker OP zugeführte, geglättete Steuerspannung zur Verfügung, die bei unbedämpfter Sensorschaltung zum Zeitpunkt t1 einen relativ hohen Wert hat, vgl. Diagrammlinie LC. Die aus den Widerständen R6 und R7 bzw. R4 und R5 gebildeten Spannungsteiler sind nun so bemessen, daß so bei nicht beeinflußter Sensorschaltung, also im für den Betrachtungszeitpunkt angenommenen Ruhezustand, der Operationsverstärker OP durchgeschaltet ist, so daß dessen Ausgang OP1 und damit der Meßpunkt D auf tiefem Potential liegt. Dies ist in der Diagrammlinie LD zum Zeitpunkt tl dargestellt. Im Ruhezustand fließt über den Widerstand R3 ein erhöhter Speisestrom E, dessen Amplitude in der Diagrammlinie LE dargestellt ist. Dieser erhöhte Speisestrom E hat nun an einem Meßwiderstand RV in der 55 ortsfesten Station SN einen erhöhten Spannungsabfall F zur Folge, der an zwei Klemmen K1, K2 abgegriffen und einer nicht weiter dargestellten Auswerteeinrichtung zugeführt werden kann. Der Amplitudenverlauf der Spannung am Meßwiderstand RV ist in der Diagrammlinie LF gezeigt. Aufgrund des erhöhten Spannungsabfalles am Meßwiderstand RV steht allerdings auf der Zweidrahtleitung ZG eine 3

Claims (2)

1. AT 397 640 B gegenüber dem Betriebsfall zum Zeitpunkt t2 (Beeinflussung) verringerte Versorgungsspannung zur Verfügung. Dies hat jedoch auf die Oszillatorschaltung keinen Einfluß, da der Oszillatortransistor T1 mit konstantem Kollektorstrom arbeitet und eine gleichstrommäßige Trennung von Erreger- und Schwingkreiswicklung U1/U2 vorgesehen sind. Somit bleibt also die Wechselspannungsamplitude, beispielsweise am Meßpunkt A, unabhängig von der Höhe der Versorgungsspannung auf der Zweidrahtleitung ZG. Zum Zeitpunkt t2 kann davon ausgegangen werden, daß die Sensoreinrichtung einer maximalen induktiven Beeinflussung und damit Bedämpfung unterliegt, so daß die Schwingungen in ihrer Amplitude stark abnehmen, jedoch nicht vollständig unterdrückt werden, vgl. Diagrammlinie LA. Der besondere Vorteil der vorliegenden Sensoreinrichtung besteht nun auch noch darin, daß die Beeinflussungen, beispielsweise durch mit sehr hoher Geschwindigkeit vorbeirollenden Eisenbahnrädern, durchaus sehr kurzzeitig sein dürfen; sie werden trotzdem noch erkannt und gemeldet. Der Hüllkurvenverlauf, vgl. zwischen den Zeitpunkten t1/t3 und Diagrammlinie LA, folgt trägheitslos dem durch ein vorbeirollendes Fahrzeugrad bewirkten Bedämpfungsverlauf, da der Oszillator stets stark übersteuert arbeitet und somit die Oszillatorschwingungen in keinem Betriebsfall abreißen. In der Diagrammlinie LV ist zum Zeitpunkt t2 zu erkennen, daß der arithmetische Mittelwert der Signale am Meßpunkt V bei der Beeinflussung ebenfalls absinkt. Dies hat zur Folge, daß dem Meßeingang OP3 des Operationsverstärkers OP aufgrund der Schaltungsdimensionierung nur noch eine so geringe Steuerspannung zur Verfügung gestellt wird, vgl. Diagrammlinie LC, daß der Operationsverstärker OP abschaltet, solange die Steuerspannung am Meßeingang OP3 die beiden Schwellwerte S1 und S2 unterschreitet. Dabei liegt der Ausgang OP1 und damit der Meßpunkt D auf hohem positivem Potential, vgl. Diagrammlinie LD und der Speisestrom E sinkt auf einen erheblich verringerten Wert ab. Dies hat am Meßwiderstand RV einen geringeren Spannungsabfall zur Folge, vgl. Diagrammlinie LF, als zum Zeitpunkt t1 ohne Beeinflussung. Die Änderung der Spannung F an den Klemmen K1 und K2 kann in der ortsfesten Station SN der nicht weiter dargestellten Einrichtung als Zähiimpuls dienen. Zum Zeitpunkt t3 möge die induktive Beeinflussung und damit die Bedämpfung der Sensorschaltung wieder völlig aufgehört haben, so daß sich dieselben Verhältnisse einstellen, wie sie für den Zeitpunkt tt bereits beschrieben wurden. Zusammenfassend soll noch einmal festgestellt werden, daß die Wechselsspannungsamplitude des Oszillators und der Ein- und Ausschaltpunkt des Gleichspannungs-Schwellwertschalters in vorteilhafter Weise unabhängig sind von der jeweiligen Versorgungsspannung auf der Zweidrahtleitung ZG. Patentansprüche 1. Sensoreinrichtung für Eisenbahnanlagen, bei welcher eine LC-Oszillatorschaltung in Abhängigkeit von äußerer, induktiver Beeinflussung wahlweise mit einer von zwei vorgegebenen Amplituden schwingt, mit einem Oszillatortransistor, an dessen Emitterelektrode ein Widerstand und an diesen ein elektronischer Schwellwertschalter angeschiossen sind, der gemeinsam mit der Oszillatorschaltung über eine Zweidrahtleitung mit elektrischer Energie versorgt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die passiven Bauelemente (C2, C3) der Oszillatorschaltung so bemessen sind, daß der Oszillatortransistor (T1) wechselspannungsmäßig stark übersteuert arbeitet, daß der Oszillatortransistor (T1) ferner als Stellglied in eine Gleichstromstabilisierungsschaltung (R1, Z, R2) einbezogen ist und daß an den Emitterwiderstand (R2) über ein Siebglied (R6, C4) ein Gleichspannungs-Schwellwertschalter (OP) angeschlossen ist.
2. 2. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Gleichspannungs-Schwellwert-schalter ein Operationsverstärker (OP) vorgesehen ist, dessen Meßeingang (OP3) mit dem Siebglied (R6, C4) und dessen Referenzeingang (QP2) mit einem eine Referenzspannung erzeugenden Element (Z) der Gleichstromstabilisierungsschaltung (Ri, Z, R2, T1) verbunden sind. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 4