DE1236647B - Anordnung zum Ermitteln von Fehler- oder Inhomogenitaetsstellen elektrischer Leitungen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

GOIr

GOIs

Deutsche Kl.: 2Ie-29/10

Nummer: 1236 647

Aktenzeichen: S 81322IX d/21 e

Anmeldetag: 6. September 1962

Auslegetag: 16. März 1967

Das Hauptpatent bezieht sich auf eine Anordnung zum Ermitteln von Fehler- oder Inhomogenitätsstellen elektrischer Leitungen, die auf der Impulsreflexionsmethode beruht und Mittel zum Darstellen des zeitlichen Verlaufs des reflektierten, periodisch wiederholten und durch Impulsentzerrungsmittel von den beim Durchlaufen der Leitung entstandenen Verzerrungen befreiten Impulswellenzuges auf der Schreibfläche einer Auswerteeinrichtung (Oszillograph, Schreiber), insbesondere ernes Elektronenstrahl-Oszillographen, aufweist Jene Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Auswerteeinrichtung eine stroboskopisch arbeitende Abtaststufe (A) vorgeschaltet ist, in der durch Vergleich einer Bereich-Sägezahnspannung mit einer im Verhältnis dazu sich langsam ändernden Vergleichsspannung Abtastimpulse für die darzustellende Wellenform erzeugt werden, und daß — im Sinn der Erzielung einer zeitachsengedehnten, stetig entzerrten Darstellung in mindestens zwei Teilabschnitten —

a) die Impulsdauer der Bereich-Sägezahnspannung so gewählt ist, daß sie nur einem vorgegebenen Teilabschnitt des reflektierten Impulswellenzuges bzw. der Prüflingslänge entspricht,

b) Verzögerungsmittel vorgesehen sind, die den zeitlichen Einsatz des Bereich-Sägezahnimpulses mit jeder Periode der sich langsam ändernden Vergleichsspannung zu- oder abnehmend um die Dauer eines oder mehrerer Impulse der Bereich-Sägezahnspannung verzögern,

Anordnung zum Ermitteln von Fehler- oder
Inhomogenitätsstellen elektrischer Leitungen

Zusatz zum Patent: 1219 585

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München,

München 2, Witteisbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Klaus Schlüter, München

c) die Impulsentzerrungsmittel in Abhängigkeit von der Vergleichsspannung stetig sowie in Abhängigkeit von einer mit der Vergleichsspannung synchronisierten Impulsspannung stufenweise einstellbar ausgebildet sind.

Weitere Merkmale der Anordnung nach dem Hauptpatent seien an Hand der nachfolgenden Beschreibung einer in der Zeichnung dargestellten, bevorzugten Ausführungsform näher erläutert:

Ein Impulsgenerator 1 wird zur Synchronisation eines die Prüfimpulse üblicher Form aussendenden Impulsgebers 2 verwendet. Die Prüfimpulse gelangen über eine Brückenschaltung 3 auf die in bezug auf Fehler- oder Inhomogenitätsstellen auszumessende elektrische Leitung Z, die mit ihren Eingangsklemmen in einen Brückenzweig eingefügt ist, wobei gleichzeitig ein Brückenvergleichszweig durch eine Leitungsnachbildung 4 gebildet wird. Die Brückenschaltung, die durch zwei weitere ohmsche Widerstände R vervollständigt wird, bewirkt dabei, daß die Priif- *

impulse wohl auf die Leitung X, jedoch nicht an den Eingang eines nachgeschalteten Differenzverstärkers 5 gelangen. Dieser wird lediglich von den auf der Leitung gebildeten und vom Brückenausgang unsymmetrisch abgegebenen Reflexionsspannungen beeinflußt. Vom Ausgang des Differenzverstärkers gelangen die empfangenen Reflexionsspannungen über einstellbare Entzerrungsmittel 6 zu einer Mischeinrichtung 7. Gesteuert von dem Impulsgeneratori und damit synchron mit den Prüfimpulsen läuft eine zu einer stroboskopischen Abtaststufe A gehörende Verzögerungsschaltung 11 an, die mit einer bestimmten, einstellbaren zeitlichen Verzögerung einen Bereich-Sägezahngenerator 12 auslöst. Die von diesem erzeugte, verzögerte Sägezahnspannung, die im folgenden als Bereich-Sägezahnspannung bezeichnet ist, definiert innerhalb der Periode der Prüfimpulsspannung mittels der Sägezahnbreite jeweils ein kleineres Zeitintervall und somit ein Reflexions-Teilbild, in dem die Reflexionsspannungen ausgewertet werden sollen. Die durch 12 erzeugte Bereich-Sägezahnspannung wird dem einen Eingang einer Spannungsvergleichsschaltung 13 zugeführt. Der andere Eingang von 13 ist mit einem Bereich-Sägezahngenerator 14 verbunden, der eine sich im Verhältnis zur Bereich-Sägezahnspannung langsam ändernde Vergleichs-

709 519/221

3 4

spannung erzeugt und vom Impulsgenerator 15 syn- Zum Zweck einer kontinuierlichen Entzerrung chronisiert wird. Die Vergleichsspannung dient dabei während einer fortlaufenden Aufzeichnung eines in vorteilhafter Weise gleichzeitig als Zeitablenk- Reflexions-Teilbildes wird dabei d^:e vom Sägezahnspannung für die stroboskopische Auswerteeinrich- generator 14 erzeugte stroboskopische Vergleichstung. Dabei ist die Folgefrequenz des Impulsgenera- 5 spannung selbst als Regel- bzw. Steuerspannung zur tors 15 bzw. die Frequenz der stroboskopischen stetigen Einstellung der Entzerrungsmittel 6 verwen-Vergleichsspannung um Größenordnungen kleiner det. Hierbei ergibt sich der wesentliche Vorteil, daß als die Folgefrequenz des Impulsgenerators 1 und die periodische stetige Einstellung des Entzerrungsdamit auch des Bereich-Sägezahngenerators 12. In gliedes 6 bei voller Entzerrungswirkung nicht mit der der Spannungsvergleichsschaltung 13 wird jedesmal, io Frequenz der Prüfimpulsspannung, sondern nur mit wenn die Anstiegsflanke eines von 12 gebildeten der um Größenordnungen niedrigeren Frequenz der Bereich-Sägezahnes den Momentanwert der Ver- stroboskopischen Zeitablenkspannung bzw. mit der gleichsspannung von 14 erreicht, ein Ausgangsimpuls Folgefrequenz des Impulsgenerators 15 zu erfolgen erzeugt, der einen nachgeschalteten Impulsgeber 16 braucht. Es werden hierdurch sowohl die Zeitbedinzur Bildung eines Nadelimpulses veranlaßt. Diese 15 gungen an die einzelnen Teilschaltungen der Entzer-Nadelimpulse liegen entsprechend der langsam an- rungsmittel 6 wesentlich herabgesetzt, als auch die steigenden Vergleichsspannung an jeweils gering- Betriebsbedingungen für die eigentlichen Umschaltfügig gegeneinander verschobenen Punkten der An- organe derart vereinfacht, daß an Stelle von elekstiegsfianken der von 12 erzeugten Bereich-Sägezähne tronischen Schaltern ohne Beeinträchtigung der und sind dementsprechend von Periode zu Periode 20 Funktionssicherheit einfache mechanische Schalter der Reflexionsspannung jeweils um einen gewissen verwendet werden können.

kleinen Betrag gegeneinander phasenverschoben. Die Durch die Phasenlage der von 12 erzeugten Nadelimpulse werden der Mischeinrichtung 7 züge- Bereich-Sägezähne innerhalb der Periode der Prüfführt, die z. B. als Gegentaktmodulatorschaltung aus- impulsspannung werden jeweils vorgegebene Meßgebildet ist, und schalten diese für die ankommende 25 abschnitte auf der zu untersuchenden Leitung gebil-Reflexionsspannung jeweils durchlässig. Entspre- det, wobei zusätzlich eine stufenweise Einstellung der chend der durch die Funktion der Spannungs- Entzerrungsmittel 6 von Meßabschnitt zu Meßvergleichsschaltung 13 festgelegten zeitlichen Folge abschnitt erfolgt. Die vom Impulsgenerator 15 geder einzelnen Nadelimpulse wird daher die emp- bildeten, die stroboskopische Vergleichsspannung fangene Reflexionsspannung in jeder Periode einmal 3° synchronisierenden Impulse dienen dabei als Steuerfür eine sehr kurze Zeit an den Ausgang der Misch- befehle zur stufenweisen Einstellung der Entzerrutigseinrichtung 7 durchgeschaltet, so daß jeweils ein mittel 6. Zur gleichzeitigen Umschaltung auf die Momentanwert abgetastet werden kann. Da die einzelnen Meßabschnitte, d. h. Reflexions-Teilbilder, Momentanwerte aufeinanderfolgender Perioden je- des gesamten Refiexionsbildes wird dabei die Verweils geringfügig gegeneinander phasenverschoben 35 zögerungsschaltung 11 durch den Impulsgenerator 15 sind, erfolgt gewissermaßen eine punktweise strobo- in der Weise beeinflußt, daß durch die Synchronisaskopische Abtastung der Reflexionsspannungen mit tionsimpulse von 15 jeweils eine Weiterschaltung der relativ niedrigen Frequenz der stroboskopischen der zeitlichen Verzögerung in den für die einzelnen Zeitablenkung. In einem nachgeschalteten integrie- Meßabschnitte vorgesehenen zeitlichen Stufen errenden Bandfilter 8 werden die abgetasteten Momen- 40 folgt, was in der Zeichnung durch eine Verbindungstanwerte der Reflexionsspannungen durch die Aus- leitung zwischen 15 und 11 angedeutet ist.
nutzung der Speicherwirkung zu Impulsen wesent- Durch eine geeignete zusätzliche Einstellung von lieh größerer Länge umgeformt, die praktisch inein- zeitbestimmenden Gliedern des Bereich-Sägezahnander übergehen, so daß die Ausgangsspannung des generators 12 kann eine Verkürzung oder Verlänge-Filters 8 die Reflexionsspannungskurve gewisser- 45 rung der jeweils einem Meßabschnitt zugeordneten maßen nachzeichnet, jedoch mit der niedrigen Fre- Bereich-Sägezahnimpulse erzielt werden. Bei einer quenz der stroboskopischen Zeitablenkungsspannung. Verkürzung umfaßt dann das in der betreffenden Im Niederfrequenzverstärker 9 wird diese Ausgangs- Zeile dargestellte Reflexions-Teilbild nur einen Teil spannung verstärkt und sodann der vertikalen Ab- des Meßabschnittes, welches über der ganzen Zeilenlenkvorrichtung des Zweikoordinatenschreibers 10 50 länge gedehnt dargestellt werden kann, während eine zugeführt. Die horizontale Ablenkvorrichtung wird Verlängerung der Sägezahnimpulse dazu führt, daß hierbei entweder, wie schon erwähnt, von der von 14 das Reflexionsbild eines gegenüber dem betrachteten erzeugten stroboskopischen Vergleichsspannung be- Meßabschnitt vergrößerten Leitungsstückes dargeeinflußt oder bei einer Ausbildung der Auswerte- stellt wird. Im letzteren Fall tritt zwischen den Reeinrichtung als Streifenschreiber in der Weise be- 55 flexions-Teilbildern zweier aufeinanderfolgeader tätigt, daß eine kontinuierliche Vorschubbewegung Zeilen jeweils eine gewisse Überlappung ein.
des Aufzeichnungsträgers unabhängig von der stro- Als Sichtgerät zur rein optischen Anzeige des boskopischen Vergleichsspannung entsteht. Reflexionsbildes dient ein Elektronenstrahl-OsziUo-Zur automatischen stetigen Impulsentzerrung wird graph 18, dem einerseits die stroboskopische Verdabei der Frequenzgang der einstellbaren Entzer- 60 gleichsspannung von 14 als Zeitablenkspannung und rungsmittel 6, die zweckmäßigerweise als Verstärker andererseits die Ausgangsspannung des Niedermitregelbarer Frequenzcharakteristik und regelbarem frequenzverstärkers 9 zugeführt wird. Die Schal-Verstärkungsgrad oder als passiver Dämpfungs- tungselemente 17 sowie 19 bis 22 sind bereits im vierpol mit umschaltbaren Schaltelementen im Längs- Hauptpatent nach Aufbau und Wirkungsweise be- und Querzweig ausgebildet sind, durch Zuführung 65 schrieben.

einer Regel- bzw. Steuerspannung an entsprechende Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß

Einstellglieder auf den jeweils gewünschten Verlauf die beschriebene Anordnung nach dem Hauptpatent

eingestellt. zur Durchführung einer an sich bekannten Messung

Claims (1)

des sogenannten äquivalenten Reflexionsfaktors einer elektrischen Leitung mit besonderem Vorteil weitergebildet werden kann. Zur Messung des äquivalenten Reflexionsfaktors in bekannter Weise werden die Reflexionsspannungen einer Leistungsmeßeinrichtung zugeführt, die infolge einer großen Abklingzeitkonstante des Meßorgans integrierend wirkt und einen auswertbaren zeitlichen Mittelwert über die einzelnen, periodisch auftretenden Reflexionsspannungsimpulse bildet. Die Eichung dieser Leistungsmeßeinrichtung erfolgt hierbei mittels in definierter Weise gedämpfter Prüfimpulse, die am Anzeigeinstrument der Leistungsmeßeinrichtung einen Eichwert festlegen. Somit gibt der durch die Messung der Reflexionsspannungen erhaltene Meßwert den Reflexionsfaktor eines an einem Punkt der Leitung konzentriert zu denkenden Kabelfehlers an, der einen solchen Energierückfluß hervorruft, wie ihn sämtliche Fehler- oder Inhomogenitätsstellen des Kabels zusammen bewirken. Bei der Messung des äquivalenten Reflexionsfaktors mit den bekannten Anordnungen treten jedoch Meßungenauigkeiten auf, die darin begründet sind, daß das als Verhältnis der Impulsbreite der an den Fehlerquellen reflektierten Einzelimpulse zur Gesamtperiode der Reflexionsspannungen definierte Tastverhältnis, insbesondere bei größeren zu überprüfenden Leitungslängen, im allgemeinen sehr klein ist. So entspricht z. B. das Tastverhältnis bei nur einer vorhandenen Fehlerstelle auf der Leitung dem Tastverhältnis der Prüfimpulse selbst, da bei großen Leitungslängen und einer dementsprechend niedrigen Folgefrequenz der Prüfimpulse beispielsweise nur 3 ■ 10-' beträgt. Der hierbei von der Leistungsmeßeinrichtung zur Anzeige gebrachte Meßwert ist trotz hoher Impulsleistungen sehr klein. An die Linearität des vor der Leistungsmeßeinrichtung liegenden, notwendigen Verstärkers werden daher außerordentlich hohe Anforderungen gestellt. Eine bekannte Anordnung zur Messung des äquivalenten Reflexionsfaktors an Hochfrequenzkabeln und -leitungen aus Impulsreflexionsspannungen verwendet einen Ladekondensator, der von den empfangenen Reflexionsspannungen über einen Widerstand stufenweise aufgeladen wird, wobei sein Spannungs- +5 endwert ein Maß für den äquivalenten Reflexionsfaktor darstellt. Hierbei wird von dem Spannungsendwert eine einstellbare Gleichspannung subtrahiert, welche die von bestimmten, nicht auszuwertenden Impulsanteilen hervorgerufene Teilaufladung des Ladekondensators gewissermaßen kompensiert. Dabei tritt jedoch der Nachteil auf, daß nur ganze Abschnitte der Impulsreflexionsspannungen, vom Beginn des Reflexionsspannungszuges an gerechnet, kompensiert werden können. Hierdurch wird die Empfindlichkeit der Meßanordnung herabgesetzt. Eine genaue Bestimmung des äquivalenten Reflexionsfaktors infolge einer wesentlichen Vergrößerung des Tastverhältnisses der Reflexionsspannungen wird unter Verwendung der eingangs erwähnten An-Ordnung nach dem Hauptpatent erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Impulswellenzug nach dem Durchlaufen der Impulsentzerrungsmittel und der Abtaststufe einer an sich bekannten, zum Anzeigen des äquivalenten Reflexionsfaktors der Leitung 6g dienenden Leistungsmeßeinrichtung zugeführt wird. Die Einstellung des Abtastbereiches der stroboskopischen Abtaststufe erfolgt bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel mittels der Schalteinheiten 11 und 12. Die Verzögerungsschaltung 11 wird hierbei auf eine Verzögerungszeit eingestellt, die dem Zeitunterschied zwischen dem Eintreffen der ersten Reflexionsspannungen und dem Einsetzen des Abtastvorganges entspricht, während das Ende des Abtastvorganges bzw. die Größe des Abtastbereiches durch die einstellbare Breite des vom Bereich-Sägezahngenerator 12 gelieferten Bereich-Sägezahnimpulses definiert wird. Im Sinn der vorliegenden Erfindung wird die Länge und die Lage des Abtastbereiches der stroboskopischen Abtaststufe in der Weise eingestellt, daß nur jene Teile des Gesamtreflexionsbildes abgetastet werden, welche die einzelnen reflektierten Impulse vollständig oder zumindest im wesentlichen enthalten. Hierdurch bleiben jene Teile des Reflexionsbildes, die keine reflektierten Impulse aufweisen und aus diesem Grund in das Meßergebnis auch nicht eingehen, von der Abtastung ausgeschlossen. Für die abgetasteten reflektierten Impulse erhöht sich durch diese Maßnahme das oben definierte Tastverhältnis erheblich. Die Vergrößerung des Tastverhältnisses ist in jenen Fällen maximal, wo auf der Leitung jeweils nur eine wesentliche Fehlerstelle vorhanden ist, die in schneller Folge immer wieder abgetastet werden kann. Die Einstellung das Abtastbereiches der stroboskopischen Abtaststufe erfolgt vorzugsweise derart, daß die bei einer fehlerhaften Leitungsnachbildung 4 in den Reflexionsspannungen enthaltenen Reste der Prüfimpulse sowie die von einem fehlerhaften Leitungsabschluß herrührenden, reflektierten Impulsspannungen nicht mitausgewertet werden. Hierdurch wird gewährleistet, daß diese Fehlereinflüsse, die nicht vom Meßobjekt, d. h. von der zu überprüfenden Leitung X, herrühren, das Meßergebnis nicht verfälschen. Die Impulsentzerrungsmittel 6 sind zweckmäßigerweise abschaltbar ausgebildet, um bei Messungen an größeren Leitungslängen, z. B. Streckenmessungen an verlegten Kabeln, die Leitungsdämpfung wahlweise auch mitberücksichtigen zu können. Bei Messungen an kurzen Leitungslängen, wie z. B. einzelnen Fabrikationslängen, bleibt das Entzerrungsglied jedoch vorzugsweise angeschaltet. Patentansprüche:

1. Anordnung zum Ermitteln von Fehler- oder Inhomogenitätsstellen elektrischer Leitungen, die auf der Impulsreflexionsmethode beruht und Mittel zum Darstellen des zeitlichen Verlaufs des reflektierten, periodisch wiederholten und durch Impulsentzerrungsmittel von den beim Durchlaufen der Leitung entstandenen Verzerrungen befreiten Impulswellenzuges auf der Schreibfläche einer Auswerteeinrichtung (Oszillograph, Schreiber), insbesondere eines Elektronenstrahl-Oszillographen, aufweist, und bei der der Auswerteeinrichtung eine stroboskopisch arbeitende Abtaststufe (A) vorgeschaltet ist, gemäß Patent 1219585, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulswellenzug nach dem Durchlaufen der Impulsentzerrungsmittel (6) und der Abtaststufe (A) einer an sich bekannten, zum Anzeigen des äquivalenten Reflexionsfaktors der Leitung