DE2542451A1

DE2542451A1 - Vorrichtung zum bestimmen der lage eines objektes entlang einer festen strecke, insbesondere der lage einer gewinnungsmaschine im untertaegigen bergbau

Info

Publication number: DE2542451A1
Application number: DE19752542451
Authority: DE
Inventors: David James Reginald Martin
Original assignee: Coal Industry Patents Ltd
Current assignee: Coal Industry Patents Ltd
Priority date: 1974-10-04
Filing date: 1975-09-24
Publication date: 1976-04-15
Also published as: FR2293111A1; GB1480779A; US4041495A

Description

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N 5 - 37

Coal Industry (Patents) Limited
Hobart House, Grosvenor Place,
London, SWlX 7AE, England

Vorrichtung zum Bestimmen der Lage eines Objektes entlang einer festen Strecke, insbesondere der Lage einer Gewinnungsmaschine im untertägigen Bergbau.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen der Lage eines Objektes entlang einer festen Strecke, insbesondere der Lage einer Gewinnungsmaschine im untertägigen
Bergbau.

In vielen industriellen Bereichen werden Objekte zwangsgeführt entlang einer festen Strecke bewegt, die eine
beträchtliche Länge haben kann. Die Strecke braucht nicht immer übersichtlich zu sein und häufig ist es notwendig,
die genaue Position des Objektes zu einer beliebigen Zeit zu bestimmen.

Dabei kann es sich um die Bewegung von Waggons auf Eisenbahngleisen handeln oder um Gegenstände, die auf einem
langen Förderer hergestellt werden, bzw. um Objekte, die
auf Förderbändern in Lagerhäusern transportiert werden,
und insbesondere um Kohlegewinnungsmaschinen, die entlang des Kohlenstoßes bewegt werden und ferner um Aufzugskörbe, die innerhalb eines Aufzugschachtes bewegt werden.

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Es sind Schaltsysteme vorgeschlagen worden, die Impulse erzeugen und diese an einen Impulszähler weiterleiten, wenn das Objekt bewegt wird, wobei die Zahl der gezählten Impulse dazu verwendet werden kann, um einen Hinweis auf den Ort des Objektes zu geben. Solche Systeme arbeiten nicht notwendigerweise genau, weil ein Schlupf auftreten kann, und dann falsche Ergebnisse abgelesen bzw. erhalten werden.

Aufgabe der Erfindung ist es , eine Vorrichtung anzugeben, mit der die Lage eines Objektes entlang einer festen Strecke positiv und genau zu jeder Zeit bestimmt werden kann.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Strahlungs-Übertragungsleitung innerhalb oder neben der Strecke; einen dem Objekt zugeordneten und mit diesem beweglichen Sender; eine erste Demodulätionseinrichtung, die mit einem Ende der Übertragungsleitung verbunden ist, zur Weiterleitung eines demodulierten Signals; eine zweite Demodulationseinrichtung, die mit dem anderen Ende der Übertragungsleitung verbunden ist; und durch eine Phasenkomparator-Einrichtung, die mit dem anderen Ende der Übertragungsleitung verbunden ist, zum Empfang demodulierter Signale von beiden Demodulationseinrichtungen und zum Bestimmen der Phasendifferenz zwischen den empfangenen Signalen.

Der Sender wird vorzugsweise so ausgebildet, daß er bei einer sehr hohen Frequenz sendet und die demodulierten Signale sind derart, daß sie bei einer verhältnismäßig geringen Frequenz übertragen werden. Zweckmäßig ist die demodulierte

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Signalwelle so lang, daß sie als Träger für die Hochfrequenzwelle dienen kann. Die Hochfrequenzwelle kann im MHz-Bereich, vorzugsweise zwischen 3o - 5oo MHz liegen.

Der Phasenkomparator kann eine mit ihm verbundene Anzeigevorrichtung aufweisen, die geeignet ist, einen direkte Ablesemöglichkeit der Entfernung des Objektes von einem Ende der Strecke zu liefern. Der Phasenkomparator mißt vorzugsweise Phasenverschiebungen, die 18o ° nicht überschreiten.

Die Strahlungs-Übertragungsleitung kann ein umflochtenes Koaxialkabel oder ein anderer Kabeltyp, der als durchlässiges Antennenkabel bekannt ist, sein. Solch ein Kabel ist allgemein bekannt und wird bei ausgewählter Übertragung als Strahler und als Antenne verwendet. Andererseits kann die Übertragungsleitung auch ein Doppelleiterkabel sein. ■

Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet wie folgt: Von dem neben oder in der Strecke befindlichen Objekt wird ein Hochfrequenzsignal an die Übertragungsleitung gesendet, das von dieser aufgenommen und zu der ersten Demodulationseinrichtung am einen Ende der Übertragungsleitung geleitet und in der Demodulationseinrichtung demoduliert wird, wobei ein erstes demoduliertes Signal über die Übertragungsleitung dem Phasenkomparator zugeführt wird, der mit dem anderen Ende der Übertragungsleitung verbunden ist, und wobei das Hochfrequenzsignal auch von der zweiten Demodulationseinrichtung empfangen und demoduliert wird, die ein zweites demoduliertes

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Signal an den Phasenkomparator abgibt in den die Phasendifferenz der demodulierten Signaj?. bestimmt und daraus ein Maß für die Entfernung des Objektes auf der Strecke abgeleitet wird.

Der Sender kann so ausgebildet sein, daß er kontinuierlich oder intermittierend arbeitet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben. Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Antenne, die entlang eines Kohlenstoßes von 25o m Länge verlegt ist, an dem eine Kohlegewinnungsmaschine vorbeigeführt wird. Die Maschine trägt einen Sender, dessen elektrische Versorgung von der normalen Energieversorgung der Maschine geliefert wird.

Ein durchlässiges Antennenkabel oder eine Doppelleiterleitung 1 verläuft über die volle Länge des Kohlenstoßes oder einer Fahrzeug- oder Maschinenbahn zwischen den dargestellten Punkten A und B. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Leitung 1 die Form eines Koaxialkabels mit einem geflochtenen äußeren Leiter auf, bei dem das Flechtwerk durchlässig ist, um eine optische Abdeckung durch das Flechtwerk von z.B. 6 7 % zu ergeben. Die Leitung kann aber auch aus einer der verschiedenen anderen bekannten Arten von koaxialen Kabeln bestehen, die in durchlässigen Antennensystemen verwendet werden.

Ein Sender 2 ist an der Kohlegewinnungsmaschine befestigt und arbeitet entweder kontinuierlich oder in gewünschter Weise, um ein Signal mit einer Trägerfrequenz von 15o MHz

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abzugeben, das mit einer Frequenz von 2oo KHz durch einen Oszillator 3 moduliert worden ist. Das Signal wird von der in der Nähe befindlichen Leitung 1 empfangen und jedem Ende A, B der Leitung zugeführt. Es sollte bemerkt werden, daß die Übertragung des Hochfrequenzsignals bei dieser Trägerfrequenz durch die freie Luft entlang des Kohlenstoßes sehr gering ist, so daß angenommen werden kann, daß das an den beiden Enden der Übertragungsleitung empfangene Signal mit großer Wahrscheinlichkeit in der Nähe des Senders in die Leitung eingetreten ist. Die relative Phase der empfangenen Signale bei A und B wird somit fast vollständig durch die Übertragungszeiten innerhalb der Übertragungsleitung selbst bestimmt. Diese Zeiten werden wiederum ausschließlich durch die Phasengeschwindigkeit der Übertragungsleitung und die relativen Abstände > zwischen dem Sender und den Enden A und B bestimmt. Die Phasengeschwindigkeit der Übertragungsleitung ist im wesentlichen' konstant und hängt unabhängig von den Umgebungsbedingungen nur von dem Aufb,au der Leitung ab; eine typische Übertragungsleitung,die bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet wird, sollte ein aus festen Polythen bestehendes Dielektrikum aufweisen, so daß in diesem Fall die Phasengeschwindigkeit das o,67-fache der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum beträgt. Deswegen sind die Zeit- und Phasendifferenzen zwischen den bei A und B vom Sender empfangenen Signalen insbesondere nicht durch andauernde Mehrweg-Fortpflanzungseffekte und Strahlenreflektionen beeinflußt, denen eine sich frei fortpflanzende Welle, die nicht durch eine Leitung übertragen wird, unterworfen sein würde. Diese Zeit- und Phasendifferenzen können somit als ein genaues Maß der Lage des Senders am Kohlenstoß genommen werden.

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Eine Hochfrequenz-Drossel 4 ist mit dem Ende B der Leitung 1 verbunden und hält das Signal vom Sender 2 auf. Dieses Signal passiert jedoch einen Kondensator 5 und wird in einen Empfänger 6 demodulier.t. Das demodulierte Signal von 2oo KHz gelangt durch die Hochfrequenz-Drossel M- bei B in die Übertragungsleitung 1 zurück und wird zum Ende A geleitet, wo es eine Hochfrequenz-Drossel 7 passiert, um einem Phasenkomparator Io zugeführt zu werden. Das Signal vom Sender 2 wird auch am Ende A empfangen und durch die Hochfrequenz-Drossel 7 zurückgehalten, jedoch über einen Kondensator 8 zu einem Empfänger 9 geleitet, wo es demoduliert und als 2oo KHz-Signal dem Phasenkomparator Io zugeführt wird.

Der Phasenkomparator Io empfängt somit beide Signale von 2oo KHz, von denen eines vom Sender 2 zum Ende B und dann über die volle Länge der Übertragungsleitung zum Ende A gelaufen ist, während das andere unmittelbar vom Sender zum Ende A gelaufen ist. Die Phasendifferenz zwischen den beiden vom Phasenkomparator Io empfangenen Signalen ist somit ein direktes Maß für die Laufzeit der beiden Signale und damit für die Entfernung des"Senders vom Ende B. Für diese Anzeige spielt es keine Rolle, daß das über das Ende B gelaufene Signal über einen großen Teil der Entfernung als ein mit 2oo KHz moduliertes Hochfrequenzsignal und nur teilweise als 2oo KHz Signal gelaufen ist, während das unmittelbar vom Sender 2 zum Ende A gelaufene Signal als ein mit 2oo KHz aufmoduliertes Hochfrequenzsignal gelaufen ist, weil die Phasengeschwindigkeit der Fortpflanzung für alle Hochfrequenzen gleich ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Anordnung so getroffen, daß die Empfänger 6 und 9 und ihre zugeordneten Schaltkreise

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identisch sind, so daß jede dadurch verursachte zusätzliche Zeitverschiebung oder Phasendifferenz ausgeschaltet ist.

Bei einer typischen Modulationsfrequenz von 2oo KHz entspricht eine Phasendifferenz zwischen 0 und 18o , das heißt von Gleichphase bis zu Gegenphase, einem Zeitunterschied zwischen 0 und 1 yus. Bei Verwendung eines typischen Wertes von o,67 für das Fortpflanzungsgeschwindigkeitsverhältnis der Leitung würde das wiederum einer Streckendifferenz zwischen 0 und 5oo m entsprechen, die sich aus der zwischen 0 und 2 5o m variierenden Entfernung zwischen Sender und dem Ende B ergibt.

Ein Phasenkomparator zum Messen einer solchen Phasenveränderung zwischen 0 und 18o kann nach bekannten Prinzipien ausgelegt und gebaut und so eingerichtet werden, daß er zum Beispiel das Maß auf einem Meßgerät 11 anzeigt. Solch ein Meßgerät kann direkt in Entfernungseinheiten geeigt werden, so daß im betrachteten Fall der volle abgelesene Skalenausschlag eine Entfernung von 2 5o m zwischen Sender und dem Ende B entsprechen würde. Die typischen in diesem Ausführungsbeispiel angegebenen Parameter eignen sich somit zur Anzeige der Lage einer Gewinnungsmaschine an einem Kohlenstoß, der nicht als länger als 2 5o m ist.

Wenn die gewählte Modulationsfrequenz im Verhältnis zur Entfernung über die eine Messung mit dem System gewünscht wird, zu hoch sein sollte, dann überschreitet die Phasendifferenz 18o bei bestimmten Positionen des Senders und die Anzeige der Position wird zweideutig. Das setzt voraus, daß der Phasenkomparator die Polarität der angezeigten Phasen nicht erfassen kann. Wenn die Polarität aufgelöst

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werden kann, dann können auch Entfernungen entsprechend einer Phasendifferenz von 36o bestimmt werden, wobei

die Zweideutigkeit bei Phasendifferenzen größer als 3 auftritt und die Systemparameter dann entsprechend eingestellt werden können.

Andererseits ist die Verwendung einer hohen Modulationsfrequenz vorteilhaft, weil die Empfindlichkeit und Genauigkeit der Anzeige des Phasenkomparator verbessert wird. Die gewählte Modulationsfrequenz sollte deshalb vorzugsweise nicht geringer sein, als es notwendig ist,um Zweideutigkeit zu vermeiden.

Wenn höchste Genauigkeit der Anzeige gefordert wird, ist es vorteilhaft, eine Einrichtung zum Umschalten der Modulationsfrequenz zwischen einer geeigneten niedrigeren Frequenz und einer geeigneten höheren Frequenz vorzusehen. Die höhere Frequenz wird für größte Genauigkeit der Anzeige verwendet, während die niedrigere Frequenz eine weniger genaue Anzeige jedoch unter Ausschaltung der durch die höhere Frequenz verursachten Zweideutigkeit ergibt.

Die Trägerfrequenz, die beim Ausführungsbeispiel 15ο MHz beträgt, kann eine beliebige Hochfrequenz in einem Bereich sein, in dem Strahlungs-Übertragungsleitungs-Systeme wirksam arbeiten, das heißt in einem Bereich zwischen bis 5oo MHz. Es ist ein Vorteil, wenn die freie Wellenfortpflanzung bei der gewählten Trägerfrequenz in der vorhandenen Umgebung sehr gering ist, so daß die Übertragung der Signale im wesentlichen durch die Leitung erfolgt.

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Die gewählten Schaltkreise für die Empfänger und den Sender können von herkömmlichem Aufbau mit geeigneten Eigenschaften ihrer Bauelemente sein, die entsprechend der Frequenz der gewünschten Anlage ausgewählt werden.

Patentansprüche -

Io -

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Claims

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1.!Vorrichtung zum Bestimmen der Lage eines Objektes entlang einer festen Strecke, insbesondere einer Kohlegewinnungsmaschine an einem Kohlenstoß, gekennzeichnet durch eine Strahlungs-Übertragungsleitung (1) innerhalb oder neben der Strecke; einen dem Objekt zugeordneten und mit diesem beweglichen Sender (2); eine erste Demodulationseinrichtung (6), die mit einem Ende (B) der Übertragungsleitung (1) verbunden ist, zur Weiterleitung eines demodulierten Signals; eine zweite Demodulationseinrichtung -(9) , die mit dem anderen Ende A der Übertragungsleitung (1) verbunden ist; und durch eine Phasenkomparator-Einrichtung (lo), die mit dem anderen Ende (A) der Übertragungsleitung (1) verbunden ist, zum Empfang demodulierter Signale von beiden Demodulationseinrichtungen (6, 9) und zum Bestimmen der Phasendifferenz zwischen den empfangenen Signalen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,dadurch g e kennzeichnet , daß der Sender (2) zur Abgabe einer¹ Hochfrequenz eingerichtet ist und daß die demodulierten Signale eine im Verhältnis niedrigere Hochfrequenz aufweisen.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Komparator (lo) eine mit ihm verbundene Anzeigeeinrichtung (11) aufweist, die eine direkte Anzeige der Entfernung des Objektes von einem der Enden (A, B) der Strecke erlaubt.

M-. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß da? Komparator für die Messung von Phasenverschiebungen bis zu 18o ausgelegt ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsleitung (1) ein Koaxialkabel mit einem offenen äußeren Leiter ist.

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