DE3643970A1 - Sensoreinrichtung fuer eisenbahnanlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sensoreinrichtung für Eisenbahnanlagen, bei welcher eineLC-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 ange­ schlossen sind, der gemeinsam mit der Oszillatorschaltung über eine Zweidrahtleitung 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 besagten Gleisabschnitt wieder frei­ melden. Zum Bestimmen von richtungsabhängigen Impulsen werden am Gleis dicht beieinander zwei Sensoreinrichtungen angeordnet, die aus Sicherheitsgründen über zwei Zweidrahtlei­ tungen 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, und zwar durch Auslösen des jeweiligen elektronischen Schwellwertschalters, können aufgrund einer Bewertung der Speiseströme der sensor­ einrichtungen zentral die erforderlichen Zählimpulse generiert werden. Zu dem Zweck kann beispielsweise ein Fensterdiskrimina­ tor vorgesehen werden, der beim Vorhandensein eines vorgege­ benen Betriebsstromes kein Ausgangssignal, jedoch bei Abwei­ chungen des Stromes um einen vorgegebenen Betrag vom Betriebs­ strom einen diesbezüglichen Impuls abgibt.

Selbstverständlich ist es auch möglich, in der von der Sensor­ einrichtung entfernt liegenden Zentrale zwischen die Zweidraht­ leitung einen ohmschen Meßwiderstand einzufügen, an welchem der Speisestrom einen vorgegebenen Spannungsabfall hervorruft, der durch einen Schwellwertschalter zwecks Auslösung der Zählim­ pulse bewertet wird.

Eine Sensoreinrichtung der eingangs genannten Art ist in der DE-OS 33 27 329 als elektronisches, vorzugsweise berührungslos arbeitendes Schaltgerät näher beschrieben. Bei diesem be­ kannten Schaltgerät erfolgt die Beeinflussung des Oszillators, dessen Oszillatortransistor in Emitterschaltung arbeitet, über das Rückkopplungsnetzwerk. Eine weitere, unerwünschte Beein­ flussung 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 Span­ nungsverhältnisse vorliegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Sensoreinrichtungen der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß mindestens die Oszillatorschaltung 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 so bemessen sind, daß der Oszillatortransistor wechselspannungsmäßig stark über­ steuert arbeitet, daß der Oszillatortransistor ferner als Stellglied in eine Gleichstromstabilisierungsschaltung einbe­ zogen ist und daß an den Emitterwiderstand über ein Stellglied ein Gleichspannungs-Schwellwertschalter angeschlossen ist.

Diese besondere Ausbildung der Sensoreinrichtung hat den großen Vorteil, daß im Hinblick auf verschiedene Einsatzfälle nur sehr geringe Anforderungen an die Schnittstellenbedingungen gestellt werden müssen. Dies bedeutet, daß die Stromversorgung über die Zweidrahtleitung seitens zentraler ortsfester Einrich­ tungen von Anwendungsfall zu Anwendungsfall in einem großen Be­ reich streuen darf. Somit wird die Sensoreinrichtung universell einsetzbar, und es ist nicht mehr erforderlich, für die einzel­ nen Anwendungsfälle jeweils speziell dimensionierte Sensorein­ richtungen zu entwickeln.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß als Gleichspannungs-Schwellwertschalter ein Operationsverstär­ ker vorgesehen ist, dessen Meßeingang mit dem Siebglied und dessen Referenzeingang mit einem eine Referenzspannung erzeu­ genden Element der Gleichstromstabilisierungsschaltung verbun­ den sind.

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

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dar­ gestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die Schaltung eines elektronischen Sensors für Eisenbahnanlagen und

Fig. 2 in mehreren Diagrammlinien die Signalverläufe an ver­ schiedenen 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 elektrischer Energie aus einer Spannungsquelle UB. Aufgrund eines Modulationsvorganges des Speisestromes E bei Beeinflus­ sungsvorgängen werden diese der ortsfesten Station SN rückge­ meldet.

Die an die Zweidrahtleitung ZG angeschlossene Sensorschaltung besteht aus zwei Teilen, und zwar im linken Teil aus einer LC-Oszillatorschaltung und im rechten Teil aus einem Gleich­ spannungs-Schwellwertschalter. Die induktiv beeinflußbare LC-Oszillatorschaltung weist als aktives Element einen Oszil­ latortransistor T 1 auf, der wechselspannungsmäßig gesehen in Basisschaltung arbeitet. Gleichzeitig ist jedoch der Oszilla­ tortransistor T 1 als Stellglied in eine Gleichstromstabili­ sierungsschaltung einbezogen, die aus einem Widerstand R 1, einem Emitterwiderstand R 2 und einer eine Referenzspannung er­ zeugenden Zenerdiode Z besteht. Parallel zur Zenerdiode Z liegt ein Kondensator C 1. Dieser hat die Aufgabe, die Basiselektrode des Oszillatortransistors T 1 für die Frequenz der Oszillator­ schaltung besonders niederohmig mit Massepotential zu verbin­ den. Die so gebildete Gleichstromstabilisierungsschaltung stabilisiert den Kollektorstrom des Oszillatortransistors T 1 auf einen vorgegebenen Wert in einem zweiten Bereich unabhängig von der sich auf der Zweidrahtleitung ZG betriebsmäßig ausbil­ denden Versorgungsspannung. Wechselstrommäßig gesehen stellt ein Übertrager U, dessen Primärwicklung U 1 im Kollektorstrom­ kreis des Oszillatortransistors T 1 liegt, mit seiner Sekundär­ wicklung U 2, an die zwei Kondensatoren C 3 und C 4 angeschlossen sind, einen Schwingkreis dar.

Eine Besonderheit der Oszillatorschaltung ist nun, daß die beiden Kondensatoren C 3 und C 4 im Kapazitätswert etwa gleich groß gewählt sind und der Verbindungspunkt V der in Reihe ge­ schalteten Kondensatoren C 2 und C 3 mit der Emitterelektrode des Oszillatortransistors T 1 verbunden ist. Hierdurch wird eine sehr hohe wechselstrommäßige Übersteuerung des Oszillatortran­ sistors T 1 erzielt, wodurch die Schwingungen bei den in der Praxis auftretenden induktiven Beeinflussungen auf keinen Fall abreißen, sondern wahlweise eine von zwei vorgegebenen Amplitu­ den beibehalten. Es sei besonders darauf hingewiesen, daß bei einer induktiven Beeinflussung der Oszillatorschaltung weder die Rückkopplungsbedingungen noch die Gegenkopplung der Schal­ tung verändert werden.

Der durch die Oszillatorschaltung steuerbare Gleichspannungs- Schwellwertschalter hat als aktives Element einen Operations­ verstärker OP, dessen Ausgang OP 1 über einen Widerstand R 3 mit einer der beiden Leitungen ZG verbunden ist. Ein Referenzein­ gang OP 2 des Operationsverstärkers OP ist über einen Widerstand R 4 an die Zenerdiode Z angeschlossen. Der Referenzeingang OP 2 ist ferner über eine Diode DE und einen Widerstand R 5 mit dem Ausgang OP 1 des Operationsverstärkers OP verbunden. Die beiden Widerstände R 4 und R 5 bilden einen Spannungsteiler und bestim­ men die Schalthysterese des Operationsverstärkers OP. Die Diode DE verhindert, daß die über die Zweidrahtleitung ZG zuge­ führte Versorgungsspannung auf denReferenzeingang OP 2 zurück­ wirkt. Somit sind der Ein- und Ausschaltpunkt des Gleichspan­ nungs-Schwellwertschalters unabhängig von der Versorgungsspan­ nung auf der Zweidrahtleitung ZG.

Die Emitterelektrode des Oszillatortransistors T 1 ist über einen aus zwei weiteren Widerständen R 6 und R 7 gebildeten Span­ nungsteiler mit dem Meßeingang OP 3 des Operationsverstärkers OP verbunden. Ein parallel zum Widerstand R 7 geschalteter Konden­ sator C 4 hat die Aufgabe, unerwünschte Wechselspannungsanteile zu unterdrücken. Die Verbindung des Meßeinganges OP 3 des Ope­ rationsverstärkers OP mit der Emitterelektrode des Oszillator­ transistors T 1 unter Verzicht auf eine Gleichrichterschaltung ist aufgrund folgender Überlegung möglich:
Bei hinreichend starker wechselspannungsmäßiger Übersteuerung des Oszillatortransistors T 1 wirkt dessen Basis-Emitter-Diode wie ein Gleichrichter und gestattet eine Verlagerung des Potentials der rückgekoppelten Wechselspannungsamplitude. Der arithmetische Mittelwert folgt dabei dem jeweiligen Bedämp­ fungsverlauf. Nähere Einzelheiten hierzu werden im Zusammen­ hang mit der Erläuterung eines Arbeitsbeispieles anhand der Diagramme in Fig. 2 noch aufgezeigt.

Die Signalverläufe in den sechs Diagrammlinien der Fig. 2 in Abhängigkeit von der Zeit werden nachfolgen zu drei verschie­ denen Zeitpunkten t 1, t 2 und t 3 untersucht bzw. miteinander verglichen. In der Diagrammlinie LA sind die Oszillatorschwin­ gungen dargestellt, die sich am Meßpunkt A einstellen, wenn die Sensorschaltung keiner Beeinflussung unterliegt. Entsprechend den Kapazitäten der Kondensatoren C 2 und C 3 wird der Wert der Schwingungsamplitude am Meßpunkt A geteilt, so daß sich am Meß­ punkt V der in der Diagrammlinie LV dargestellte Signalverlauf ergibt. Die Signalverschiebung in positiver vertikaler Richtung basiert auf dem Gleichrichtereffekt der Basis-Emitter-Diode des Oszillatortransistors T 1. Am Meßpunkt C steht die dem Operati­ onsverstärker OP zugeführte, geglättete Steuerspannung zur Ver­ fügung, die bei unbedämpfter Sensorschaltung zum Zeitpunkt t 1 einen relativ hohen Wert hat, vgl. Diagrammlinie LC. Die aus den Widerständen R 6 und R 7 bzw. R 4 und R 5 gebildeten Spannungs­ teiler sind nun so bemessen, daß bei nicht beeinflußter Sensor­ schaltung, also im für den Betrachtungszeitpunkt angenommenen Ruhezustand, der Operationsverstärker OP durchgeschaltet ist, so daß dessen Ausgang OP 1 und damit der Meßpunkt D auf tiefem Potential liegt. Dies ist in der Diagrammlinie LD zum Zeitpunkt t 1 dargestellt. Im Ruhezustand fließt über den Widerstand R 3 ein erhöhter Speisestrom E, dessen Amplitude in der Diagramm­ linie LE dargestellt ist. Dieser erhöhte Speisestrom E hat nun an einem Meßwiderstand RV in der ortsfesten Station SN einen erhöhten Spannungsabfall F zur Folge, der an zwei Klemmen K 1, K 2 abgegriffen und einer nicht weiter dargestellten Aus­ werteeinrichtung zugeführt werden kann. Der Amplitudenverlauf der Spannung am Meßwiderstand RV ist in der Diagrammlinie LF gezeigt. Aufgrund des erhöhten Spannungsabfalles am Meßwider­ stand RV steht allerdings auf der Zweidrahtleitung ZG eine ge­ genüber dem Betriebsfall zum Zeitpunkt t 2 (Beeinflussung) ver­ ringerte Versorgungsspannung zur Verfügung. Dies hat jedoch auf die Oszillatorschaltung keinen Einfluß, da der Oszillator­ transistor T 1 mit konstantem Kollektorstrom arbeitet und eine gleichstrommäßige Trennung von Erreger- und Schwingkreiswick­ lung U 1/U 2 vorgesehen sind. Somit bleibt also die Wechselspan­ nungsamplitude, beispielsweise am Meßpunkt A, unabhängig von der Höhe der Versorgungsspannung auf der Zweidrahtleitung ZG.

Zum Zeitpunkt t 2 kann davon ausgegangen werden, daß die Sensor­ einrichtung 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 Ge­ schwindigkeit vorbeirollenden Eisenbahnrädern, durchaus sehr kurzzeitig sein dürfen; sie werden trotzdem noch erkannt und gemeldet. Der Hüllkurvenverlauf, vgl. zwischen den Zeitpunkten t 1/t 3 und Diagrammlinie LA, folgt trägheitslos dem durch ein vorbeirollendes Fahrzeugrad bewirkten Bedämpfungsverlaufes, da der Oszillator stets stark übersteuert arbeitet und somit die Oszillatorschwingungen in keinem Betriebsfall abreißen.

In der Diagrammlinie LV ist zum Zeitpunkt t 2 zu erkennen, daß der arithmetische Mittelwert der Signale am Meßpunkt V bei der Beeinflussung ebenfalls absinkt. Dies hat zur Folge, daß dem Meßeingang OP 3 des Operationsverstärkers OP aufgrund der Schal­ tungsdimensionierung nur noch eine so geringe Steuerspannung zur Verfügung gestellt wird, vgl. Diagrammlinie LC, daß der Operationsverstärker OP abschaltet, solange die Steuerspannung am Meßeingang OP 3 die beiden Schwellwerte S 1 und S 2 unterschrei­ tet. Dabei liegt der Ausgang OP 1 und damit der Meßpunkt D auf hohem positivem Potential, vgl. Diagrammlinie LD und der Spei­ sestrom E sinkt auf einen erheblich verringerten Wert ab. Dies hat am Meßwiderstand RV einen geringeren Spannungsabfall zur Folge, vgl. Diagrammlinie LF, als zum Zeitpunkt t 1 ohne Beein­ flussung. Die Änderung der Spannung F an den Klemmen K 1 und K 2 kann in der ortsfesten Station SN der nicht weiter dargestell­ ten Einrichtung als Zählimpuls dienen.

Zum Zeitpunkt t 3 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 t 1 bereits beschrieben wurden.

Zusammenfassend soll noch einmal festgestellt werden, daß die Wechselspannungsamplitude des Oszillators und der Ein- und Ausschaltpunkt des Gleichspannungs-Schwellwertschalters in vor­ teilhafter Weise unabhängig sind von der jeweiligen Versorgungs­ spannung auf der Zweidrahtleitung ZG.

Claims (2)

1. Sensoreinrichtung für Eisenbahnanlagen, bei welcher eine LC-Oszillatorschaltung in Abhängigkeit von äußerer, induktiver Beeinflussung wahlweise mit einer von zwei vorgegebenen Ampli­ tuden schwingt, mit einem Oszillatortransistor, an dessen Emitterelektrode ein Widerstand und an diesen ein elektroni­ scher Schwellwertschalter angeschlossen sind, der gemeinsam mit der Oszillatorschaltung über eine Zweidrahtleitung mit elektri­ scher Energie versorgt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die passi­ ven Bauelemente (C 2, C 3) der Oszillatorschaltung so bemessen sind, daß der Oszillatortransistor (T 1) wechselspannungsmäßig stark übersteuert arbeitet, daß der Oszillatortransistor (T 1) ferner als Stellglied in eine Gleichstromstabilisierungs­ schaltung (R 1, Z, R 2) einbezogen ist und daß an den Emitter­ widerstand (R 2) über ein Siebglied (R 6, C 4) ein Gleichspan­ nungs-Schwellwertschalter (OP) angeschlossen ist.

2. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Gleichspannungs-Schwellwert­ schalter ein Operationsverstärker (OP) vorgesehen ist, dessen Meßeingang (OP 3) mit dem Siebglied (R 6, C 4) und dessen Referenz­ eingang (OP 2) mit einem eine Referenzschaltung erzeugenden Ele­ ment (Z) der Gleichstromstabilisierungsschaltung (R 1, Z, R 2, T 1) verbunden sind.