DE2527933C2 - Verfahren und Schaltungsanordnung zum störwechselspannungsunabhängigen Ermitteln von Fremd-Gteichspannungen in Fernmelde-, insbesondere Fernsprechanlagen - Google Patents

Description

" /zweiten Meßphase einschaltbaren Inverter (N) mit 'einem Integrator (T) verbunden ist, daß ein Speicher

'&f(C) des Integrators (T) an einen Vergleicher (G) Angeschlossen ist, daß der Vergleicherausgang mit feiner Torschaltung (L) eines Ergebnisspeichers (E) !verbunden ist, daß die Torschaltung (L) außerdem •mit einer Zeitsteuerung (Z) verbunden ist, die die

-■-■ Reihenfolge und die Zeitdauer der einzelnen ;Meßphasen (d, e), der Beruhigungsphasen und der

'!Türöffnung ^bestimmt

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch ^gekennzeichnet, daß der Lastwiderstand (RL) für eine quantitative Messung veränderbar ist.

■ 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch !gekennzeichnet, daß außerhalb der beiden Meßphasen (d, ejder Eingang (R 6) des Integrators (T) über einen Kontakt (K 4) mit einem Bezugspotential (U) ^verbunden ist.

■ 5. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge-, kennzeichnet, daß der Lastwiderstand (RL) mit dem gleichen Bezugspotential (U) verbunden ist, wie der Eingang (R6) des Integrators (T).

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch {gekennzeichne', daß der Ergebnisspeicher (E) einen ■als 1-Bit-Speicher ausgebildeten Ausgabespeicher (S/Venthä!t.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zum störwechselspannungsunabhängigen Ermitteln von Fremd-GIeichspannungen in Fernmelde·, insbesondere Fernsprechanlagen, mit einer Gut- oder Schlechtaussage, bezogen auf einen vorgegebenen Grenzwert,

In Fernmeldeanlagen machen sich zwei Störungsarten besonders unangenehm bemerkbar, Es sind dies Fremd-GIeichspannungen, beispielsweise Erdpolential oder ein anderes Potential, dessen Größe zwischen Null und der Amtsspannung liegen kann, die durch Berührung mit spannungsführenden oder geerdeten

ίο Teilen entstehen, und Fremd-Wechselspannungen, beispielsweise von Bahnleitungsstrom (16²/j Hz) oder von technischem Wechselstrom (50 Hz), die auf Amtseinrichtungen, insbesondere Leitungen, induktiv oder kapazitiv eingekoppelt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, Fremd-GIeichspannungen, die von Stör-Wechselspannungen überlagert sein können, bezogen auf einen einstellbaren, vorgegebenen Grenzwert zu ermitteln.
Es ist schon eine Anzahl von Schaltungsanordnungen

to bekannt, die zur Sicherstellung des Zeichenempfangs induzierte Fremd-Wechselspannungen, insbesondere von Kabeln, eliminieren. Die einen, beispielsweise die in der deutschen Patentschrift 20 28 897 beschriebenen, verwenden dazu Transformatoren, die aber wegen der niedrigen Frequenz von Bahnströmen sehr groß und schwer gebaut sein müssen. Andere Schaltungsanordnungen, beispielsweise gemäß der deutschen Auslegeschrift 1190 052 oder !6 16 449, verwenden zwei Verstärker, mit denen die Stör-Wechselspannungen mit entgegengesetzter Polarisation aufgenommen, verstärkt und addiert werden.

Die Erfindung löst die bekannte Aufgabe auf eine andere Weise. Die Lösung gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Messung in zwei

Meßphasen erfolgt, vor welchen je eine Beruhigungszeit vorgesehen ist, daß sich die Zeitdauer jeder Meßphase nach dem kürzesten Zeitraum bernißt, in dem volle Perioden aller zu erwartenden Stör-Wechselspannungen auftreten, daß in der ersten Meßphase das

Meßobjekt unter Leerlaufbedingungen an die Meßschaltung angeschaltet ist, in der zweiten Meßphase aber der Eingang der Meßschaltung mit einer einstellbaren Last beaufschlagt ist, daß in jeder Meßphase das aus der aufgenommenen und vorverar-

beiteten Fremdspannung gewonnene Signal integriert wird, und daß das Integrationsergebnis der zweiten Meßphase vom Integrationsergebnis der ersten Meßphase abgezogen wird, wobei das Resultat dieser Rechenoperation die Gut- oder Schlechtaussage der Messung bildet.

Durch Einfügen des invertierenden Verstärkers für die 2. Meßphase benötigt die Schaltungsanordnung nur einen Satz Geräte, insbesondere nur einen impedanzwandler und einen Integrator, sowie einen einzigen Integrationsspeicher. Das hat nicht nur den Vorteil, daß der Aufwand klein gehalten werden kann, sondern auch, daß keine duplizierten Geräte mit identischen Meßwerten, wie Verstärkungsfaktoren, Kennlinien usw., erforderlich sind.

Jede Meßphase umfaßt nur ganzzahlige Perioden der zu erwartenden Stör-Wechselspannungen. Dadurch wird nur über ganze Perioden integriert, so daß sich die negativen Bestandteile der Störschwingungen gegen die positiven aufheben.

Gegenüber den Schaitungsanordnungen mit Transformatoren hat die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung zusätzlich noch den Vorteil, daß sie kleiner und leichter aufgebaut sein kann.

Weitere Vorteile gehen nus dem Beispiel der Erfindung hervor, das anhund der Fig. I bis 3 beschrieben ist, Wührend in Fig. I die Baugruppen gezeigt sind, die zur Durchführung der erfindungsgemäßen Messen erforderlich sind, sind in F i g. 2 Kurvenzüge dargestellt, die an den einzelnen Punkten der Schaltungsanordnung gemäß Fig, 1 entstehen, In Fig.3 ist eine Schaltungsanordnung gezeigt, in der beispielsweise die Schaltungsanordnung gemäß Fig. I angewendet wird.

Gemiiß Fig. I setzen sich die störenden Fremdspannungen aus einem Gleichspannungsanteil UFG und einem Wechselspannungsanteil UFW zusammen, die über einen Fremdwiderstand /?/%der sich beispielsweise an der Berührungsstelle bildet, in das Fernmeldenetz gelangen. Mit dieser Schaltungsanordnung werden beispielsweise die Sprechadern in einem Koppelnctz einschließlich evtl. vorhandener externer Leitungen des Koppelnetzes, die beispielsweise- zu einem anderen Koppelnetz führen, auf Vorhandensein von Fremd-Schlüssen untersucht.

Die Störspannung UFW soll /ür dieses Beispiel vom glSEBahnsirom (16Vj Hz) und vom technischen Wechsel-I^strom (50Hz) herrühren Da in einer Periode des 3J§#lBahnstromes drei gan/zahlige Perioden des technischen ^l?S5 Wechselstromes enthalten sind, wird die Schwingungsi;dauer einer Periode des Bahnstromes, also 60 ms, für __jffi1}ede Meßphase festgelegt.

f'& Die zu messenden Fremdspannungen werden am f^: Punkt M von einer Prüf-Eingangsschaltung P abgegrif-

Jfen. Da die Spannung, gegen die der zu ermittelnde ä l|Fremdschlußwiderstani5 bezogen ist. im Einzelfall nicht κ Ä'bekannt ist, statt dessen nur ein möglicher Bereich P fl zugrunde gelegt werden kann, läuft das Prinzip der s ^Messung darauf hinaus, den Innenwiderstand einer

iiunbekannten Spannungsquelle qualitativ zu bestimmen. u n$|Qualitanv heißt in diesem Fall, daß von dem Meßgerät ι::Γ· feine Gut/Schlechtaussage hinsichtlich eines vorgegebe-'p- insu Grenzwertes gebildet wird. Dies kann nur in zwei * iMeßphasen, im Leerlauf- und Belastungsfall, durchgefe'führt werden.

vijj Der Belastungsfall wird dadurch gebildet, daß der ^IlMeßeingang mit einem Belastungswiderstand RL gegen ■$Φ. !eine Bezugsspannung U beaufschlagt wird.
S"f§tJ, Der Prüf-Eingangsschaltung P folgt ein Impedanz-

-J^fund Spannungswandler, der einen gegengekoppelten f"^r' jOperationsverstärker Vl enthält. Sein nicht invertie- ψ irender Eingang ist. genauso v,ie die gleichen Eingänge f '" tder nachfolgenden Operationsverstärker, über einen ,{Widerstand RK auf Bezugspotential U gelegt. Aufgabe vdes Impedanzwandler W ist es, hohe, über den zu ΐ:,:4 ^ermittelnden Fremdschlußwiderstand RF anliegende X .. «externe Spannungen zur Vermeidung von Sättigungsef- ,j J ffekten zu reduzieren und den nachfolgenden Integrator ;7 niederohmig und unbeeinflußbar vom äußeren * ^Netzwerk anzusteuern.

Der sich an den impedanzwandler VV anschließende -Inverter iV tritt, aktiviert über Kontakt Kl, nur während der zweiten Meßphase, der Belastungsphase. * in Aktion. Er dreht als gegengekoppelter Operationsverstärker V2 die vom Impedanzwandler angebotene Meßspannung in der Phase um 180^c und verstärkt sie zugleich um den Faktor, um den die Eingangs-Ainplitude am Punkt Af für den Grenzfall des Fremdschlußwiderstandes abgesunken ist. wenn der Widerstandswert RF gleich dem Belastungswiderstand RL ist. Bei einer Verminderung der Eingangs-Amplitude auf 50% beträgt der Verstärkungsfaktor des Inverters Λ/also 2.

Dadurch ist eine völlige Kompensation der am Meßpunkt M im Belastungen abgesunkenen Amplitude erreicht, Der Inverter N ermöglicht damit eine definierte Auswertung eines Fremdschlußv/iderstandes hinsichtlich eines vorgegebenen Grenzwertes unabhängig von der unbekannten Höhe der an ihm anliegenden Fremdspannung.

Der nachfolgende Integrator Γ besteht im wesentlichen aus einem Operationsverstärker VZ, einem als Kondensator ausgeführten Integralionsspeicher C und einem aus den Widerständen R 5 und R 6 zusammengesetzten Integrationswidersund. Der Operationsverstärker V3 liegt eingangsseitig über einen Kontakt K 4 auf Bezugspotential U und wird nur für die Dauer der beiden Meßphasen zur Ansteuerung durch die vorgeordneten Stufen freigegeben.

Dem Integrator Tist ein Vergleiche C nachgeschaltet, der mit einem freilaufenden Operationsverstärker V4 bestückt ist.

Dem Vergleicher G folgt am Ausgang der Meßano dnung ein Ergebnisspeicher E mit einer Torschaltung L und mit einem 1 -Bit-Speicher SPiür das Meßergebnis.

Das zeitgerechte Betätigen der einzelnen Kontakte sowie die Ausgabe des Speicherübergabeimpulses / besorgt die ZeitsteuerungZ

Im einzelnen spielen sich folgende Vorgänge ab.

Zu Beginn der Prüfung wird über den Eingang 5 an die Zeitsteuerung Z das Startzeichen gegeben. Gemäß Fig.2 ist das die Zeit rO. Es werden dabei gleichzeitig die schnellschaltenden Rela-s K 1 und K 3 erregt. Die Verwendung ausschließlich solcher Relais ist zweckmäßig, um die Integrationszeit exakt einzuhalten.
., Mit dem Kontakt K 1 wird daraufhin die Meßanordnung an den Punkt M angeschaltet. Bei Vorhandensein feiner Stör-Gleichspannung UFG und einer Stör-Wechselspannung UFW entsteht dort ein Spannungsverlauf, wie in Kurve 1 in F i g. 2 dargestellt.

Gleichzeitig öffnet der Kontakt K 3, über den sowie über den Widerstand R 7 sich zuvor der Kondensator C im Integrator Tentladenhat. Damit ist die Ausgangsbedingung der ersten Meßphase c/erreicht.

Nach einer bis zum Zeitpunkt /1 andauernden kurzen Beruhigungszeit, während der die Meßanordnung Zeit zum Einschwingen hat, v/ird bis zum Zeitpunkt 12 die Eingangsspannung am Meüpunkt M im Leerlauf, d. h. mit vernachlässigbarer Belastung des hochohmigen Eingangswiderstandes Λ t des Impedanzwandlers W ausgewertet. Hierzu gelangt durch öffnen des Kontaktes K 4 für die Dauer einer l6Vj-Hz-Penode(60 ms) das vom Impedanzwandler Wabgeschwächte Meßsignal unter Umgehung des nachfolgenden Inverters N (Ruheseite des Kontaktes K 2) zum Integrator T. Die Spannungskurve 2 am Eingang und 3 am Ausgang des Inverters N smd dabei identisch, wie aus Fig.2 hervorgeht.

..j Am Ende dieser ersten Meßphase d, wenn zum Zeitpunkt / 2 der Kontakt K 4 wieder schließt hält der Integrationskondensator C das Ergebnis als Ladespannungswert am Ausgang des Operationsverstärkers V3 über die folgende Umschaltephase bis zu Beginn der zweiten Meßphase fest.

Zu Beginn der Umschaltephase im Zeitpunkt 12. wird durch Betätigen des Kontaktes K 5 der Lastwiderstand RL an den Meßpunkt Wangelegt und der Prüf-Eingangsschaltung P Gelegenheit gegeben, sich auf die veränderten Verhälir.i^se einzustellen. Während dieser Einschwingzeit scualtet auch der Kontakt K 2 den Inverter Λ/in den Leitungszug.

Zum Zeitpunkt (3 beginnt die zweite Meßphase eals Belastungsphase abzulaufen, wobei wiederum für die Dauer von 60ms der Integrator Tuber Kontakt K4 aktiviert wird. Beide Meßphasen sind also gleich lang und bewirken aufgrund ihrer zeitlichen Bemessung, daß beide Stör-Wechselspannungen völlig eliminiert werden und damit das Meßergebnis nicht verfälschen können. Dies ist deutlich in F i g. 2 zu erkennen. Die schraffierten Flächen ρ und q sind eingeschlossen von den Kurven 3,4 und der Bezugsspannung U. Diese Flächen stellen das Integrationsergebnis der beiden Meßphasen dar. Ist die Fläche q kleiner als die Fläche p. so endet die Kurve 5 im Bereich m. also oberhalb der Bezugslinie U, im anderen Falle unterhalb dieser Bezugslinie.

Der Verlauf der Kurve 3 zeigt eindeutig, daß die Fremdwechselspannung, die die Flächen ρ und q begrenzt, die Größe dieser Flächen nicht beeinflußt. Dabei spielt es keine Rolle, ob die Stör-Wechselspannung UFW induktiv oder kapazitiv in die zum Punkt M führende Leitung eingekoppelt worden ist.

Ausgangsbedingung der Belastungsphase e für den Integrator Tist diejenige Ladung, weiche als Ergebnis der Leerlaufphase d gewonnen wurde und im Kondensator Cgespeicher¹, ist. Dieser Speicher C wird nunmehr umgeladen bis auf eine zu bewertende Spannung f. die bei zulässigen Fremdschlußwiderständen kleiner, bei unzulässigen größer und im Grenzfall gleich der Bezugsspannung U ist. Im ersteren Fall liegt die Größe /im Bereich m. im zweiten im Bereich π und im dritten ist sie gleich Null. Dementsprechend schaltet der Operationsverstärker V4 im Vergleicher G im ersteren Fall seinen Ausgang in die andere Betriebslage. Im Zeitpunkt /5 legt die Zeitsteuerung Z einen Speicherübergabeimpuls / an die Torschaltung L, so daß für eine Gutaussage an den Eingängen der Torschaltung Signalkoinzidens vorliegt. Dadurch wird der Speicher SP gesetzt. Im zweiten Fall schaltet der Vergleicher G nicht durch, der Meßwertspeicher SPwird nicht gesetzt, was als Schlechtaussage gewertet wird. Im Grenzfall ist die Aussage unbestimmt.

Durch Ergänzung mit einer weiteren Torschaltung und mit einem Speicher läßt sich diese Schaltung auch so erweitern, daß auch eine Schlechtaussage und/oder der Grenzfall angezeigt wird.

In Fig.2 ist die Bezugsspannung Ueingetragen, die um einen bestimmten Wert von der Spannung Null (F.rdpotential) entfernt ist. Diese Differenz ist notwendig, um Erdschlüsse feststellen zu können.

Wie in F i g. 1 angedeutet, können für den Belastungswiderstand RL verschiedene Größen als Grenzwerte für den zu messenden Fremdwiderstand RFdurch eine übergeordnete Steuerung vorgegeben werden, wenn die Meßanordnung entsprechend mit einer programmgesteuerten Grenzwertvorgabe entsprechend erweitert wird. Dabei gelangt man über die beschriebene qualitative Fremdschlußbestimmung hinaus mit einer Gut/Schlechtaussage hinsichtlich eines vorgegebenen Grenzwertes je nach Zusatzaufwand zu einer mehr oder weniger feinen quantitativen Auswertung, wenn man eine Bereichsschachtelung vornimmt und sich dem effektiven Wert in mehreren aufeinander folgenden Meßschritten immer mehr annähert. Der bei der letzten Messung erreichte Wert RL der den ersten Grenzfall A=O oder die erste Gutaussage liefert, ist dann bei dem gewählten Beispiel (Verstärkungsfaktor 2 des Operationsverstärkers V2 im Inverter N) auch gleichzeitig der Wert des Widerstandes RF. Eine derartige quantitative Messung ist beispielsweise dann interessant, wenn über die Routineprüfung hinaus statistische . Ergebnisse gewonnen werden sollen. το Die beschriebene Meßanordnung kann auch als Indikator zum Erkennen fehlerhaft oder gezielt angelegter Potentiale dienen. Ein Beispiel dafür ist in F i g. 3 dargestellt.

An das Koppelnetz KN ist über eine längere Leitung ein Konzentrator K T angeschlossen. Einer von mehreren von ihm bedienten Teilnehmern ist mit Tn 1 bezeichnet, seine zugehörige Teilnehmerschaltung mit TS.

Außerdem ist noch einer von vielen Teilnehmern Tn 2 direkt an das Koppelnetz KN angeschaltet. Beide zum Koppelnetz KN führenden Leitungen können durch Fremdwechselspannungen UFW beeinflußt sein, die wie gezeichnet, zwischen den Adern a und b auftreten. Außerdem ist zwischen der Ader a und Erde ein Widerstand RFi eingezeichnet, der einen Masseschluß darstellen soll.

Im Koppelnetz KN ist ein Widerstand RFl angedeutet, der einen Schluß gegen eine benachbarte, potential führende Ader symbolisiert. An das Koppelnetz KN ist ferner noch eine Anzahl von Sätzen angeschlossen, von denen hier ein Vermittlungssatz VSgezeichnet ist.

Schließlich ist mit dem Koppelnetz auch noch eine Prüfeinrichtung Pr verbunden, die ein Fremdschlußmeßteil FM, wie beispielsweise gemäß F i g. 1 enthält. Dieser Fremdschlußmeßteil FM kann wahlweise an die Ader a oder die Ader b angeschlossen werden.

Mit Hilfe dieses Fremdschlußmeßteils FM können nicht nur Fremdspannungen UFG innerhalb des Koppelnetzes KN und den daran angeschlossenen, ggf. mit Stör-Wecnseispannungen beeinflußten Leitungen gemessen werden, es können auch andere Messungen über jeweils nur eine Ader durchgeführt werden, bei denen übliche Glcichstromschleifen-Meßverfahren zu keinem Ergebnis führen. So kann beispielsweise das öffnen von Koppelkontakten im Konzentrator KT überwacht werden. Hierzu wird z. B. im Konzentrator KT über die Teilnehmerschaltung TS Potential an die entsprechenden Adern angelegt und der Fremdschlußmeßteil FM veranlaßt, gegen dieses vom Koppelnetz KN aus über die gegebenenfalls stark störspannungsbeeinflußte Konzentrator-Verbindungsleitung zu prüfen. Im Normalfall befindet sich zwischen Meßteijd|W und Gegenpotential der jn|äer Regel:geöffnete?Kpnp^:tkpritakt, die Meßanordnung FM spricht dann nicht an (Gutaussage). Bei verhaktemsKpppelkpntaktijiefertdie Meßanordnung eine Schlecntaüssage, ,da der Slnrienwiderstand der Teilnehmerschaltung TS als wesentlich kleiner als der Widerstand RF angenommen werden kann.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche;

   NW ι, Verfahren zum störwechselspannungsunabhängigen Ermitteln von Fremd-Gleichspannungen in !pernmelde-, insbesondere Fernsprechanlagen, mil einer Gut- oder Schlechtaussage, bezogen auf einen vorgegebenen Grenzwert, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung in zwei Meßphasen (d, e) erfolgt, vor welchen je eine Beruhigungszeit vorgesehen ist, daß sich die Zeitdauer jeder Meßphase (d, e) nach dem kürzesten Zeitraum (60 ms) bemißt, in dem volle Perioden c'ler zu erwartenden Stör-Wechselspannungen (UFW; 50 Hz, I6V3 Hz) auftreten, daß in der ersten Meßphase (d) das Meßobjekt (M) unter Leerlaufbedingungen an die Meßschaltung angeschaltet ist, in der zweiten Meßphase (e) aber der Eingang (M) der Meßschaltung mit einer einstellbaren Last (RL) beaufschlagt ist, daß in jeder Meßphase (d, e) das aus der

   ^Aufgenommenen und vorverarbeiteten Fremdspan-

   fejt'nung (UFG, UFW) gewonnene Signal (4) integriert

   J ^ird, und daß das Integrationsergebnis (9) der zweiten Meßphase (e) vom Integrationsergebnis (p) Jder ersten Meßphase ^abgezogen wird, wobei das Resultat dieser Rechenoperation (C) die Gut- oder Scnlechtaussage der Messung bildet.

   ■•h 2. Schaltungsanordnung zum Durchführen des ^Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an das zu untersuchende Objekt (M)\n einer Prüf-Eingangsschaltung (P) ein Lastwiderstand (RL) Während der zweiten Meßphase (e) zusätzlich anschaltbar ist, daß das Objekt (M) über einen ,Impedanzwandler (W) und über einen während der