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Schaltungsanordnung zum zeitgetreuen Umformen von unregelmäßig verformten,
von Stromstoßsendern in Fernmelde-, insbesondere Fernsprechvermittlungsanlagen erzeugten
Gleichstromimpulsen in zeitgleiche Rechteckspannungsimpulse bzw. Kontaktbetätigungen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum zeitgetreuen Umformen
von unregelmäßig verformten Gleichstromimpulsen, die von Stromstoßsend'ern (z. B.
von einem einen Ruhestrom impulsweise unterbrechenden Nummernschalterkontakt nsi)
in Fernmelde-, insbesondere Fernsprechvermittlungsanlagen erzeugt und an beliebigen
Stellen der sie führenden Leitungen bezüglich ihrer Dauer oder auf Verzerrungen
ihrer Dauer zu messen sind, in zeitgleiche, einen Impulszeitmesser steuernde Rechteckspannungsimpulse
bzw. Kontaktbetätigungen unter Verwendung eines die Anstiegs- und Abfallflanken
der bezüglich ihrer Dauer zu messenden Impulse differenzierenden Verstärkers, dem
eine bistabile Kippschaltung nachgeschaltet ist, die ihrerseits einen Ausgang bzw.
Kontakt steuert, welcher zum Impulszeitmesser führt.
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Zur Messung der Schaltzeiten von Stromstoßsendern, z. B. von Nummernschaltern
in Fernmeldeanlagen verwendet man meist schreibende Impulszeitmesser. Verwendet
man diese, ohne den Nummernschalter von der Funkenlöschung freizuschalten, so entstehen
Meßfehler von ± 1 ms bis ± 4 ms. Wird aber die Messung, wie oft erwünscht, über
eine längere Leitung vorgenommen, so werden die Meßfehler noch größer. Den Einsatz
der Impulse und auch die Impulsdauer kann man dann genau ermitteln, wenn man für
die Messung Schleifenoszillographen einsetzt. Abgesehen davon, daß hierfür geschulte
Kräfte eingesetzt werden müssen, ist dieser Aufwand meist zu groß. Auch zur Messung
der Impulsdauerverzerrung in Übertragungseinrichtungen einer Wählvermittlungsstelle,
z. B. in einer Amtsübertragung einer Nebenstellenanlage, muß meist ein Schleifenoszillograph
verwendet werden, weil der die Impulse erzeugende Stromstoßsendekontakt nur einmal
vorhanden ist. Man kann deshalb nicht nutzbare Impulse erzeugen und sie gleichzeitig
einem schreibenden Impulszeitmesser zuführen.
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Durch die deutsche Patentschrift 918151 ist bereits eine Schaltungsanordnung
für zeitgetreue Verstärkung von Gleichstromimpulsen, die induktiv einer Verstärkersehaltung
und dann einem polarisierten Relais zugeführt werden, insbesondere zur Prüfung von
Nummernschaltern in Fernsprechstellen bekannt, bei der das polarisierte Relais zwecks
Aufnahme von formverzerrten Gleichstromimpulsen vor Beginn und Ende jedes Impulses
in seiner Empfindlichkeit erhöht wird.
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Bei dieser bekannten Schaltungsanordnung muß aber die bestehende Leitung
an der jeweils gewünschten Stelle aufgetrennt werden, was stets einen unerwünschten
Eingriff bedeutet. Da diese bekannte Schaltungsanordnung mit ihrem niederohmigen
Eingang in Reihe mit dem eigentlichen Arbeits- oder Nutzstromkreis liegt, kann sie
die dort beabsichtigte Wirkung darüber hinaus in unerwünschter Weise beeinflussen.
Um diese Nachteile zu vermeiden, ist es bereits bekannt, Impulszeitmesser in Fernsprechanlagen
hochohmig und potentialfrei an beliebiger Stelle der Leitung parallel an diese anzuschalten.
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Ferner ist durch die deutsche Auslegeschrift 1007 810 eine Schaltungsanordnung
zur Entzerrung eines von einem Fotowiderstand gelieferten und anschließend verstärkten
Fotostromes bekannt, bei der in Abhängigkeit von der steilen Änderung des Fotostromes
zu Beginn eines Lichtsteuerimpulses ein Entladungsgefäß gezündet und in Abhängigkeit
von der steilen Änderung des Fotostromes am Ende des Lichtsteuerimpulses. durch
davon gesteuerte Schaltmittel wieder gelöcht wird, um von sich aus einen rechteckigen
Impuls aufzubauen, dessen Beginn und Ende dem Lichtsteuerimpuls entsprechen.
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Bei dieser bekannten Schaltungsanordnung ist dem die Anstiegs- und
Abfallflanken der Lichtsteuerimpulse differenzierenden Verstärker eine bistabile
Kippschaltung nachgeschaltet, die ihrerseits einen
Ausgang steuert.
Aber auch mit dieser bekannten Schaltungsanordnung kann die spezielle Aufgabe der
Umformung von unregelmäßig verformten, bezüglich ihrer Dauer zu messenden Gleichstromimpulsen
nicht gelöst werden, weil neben den allein interessierenden Anstiegs- und Abfallflanken
zu Beginn und Ende der Impulse in störender Weise während der Impulse in deren Spannungsverlauf
zusätzlich steile Stellen auftreten können, z. B. durch übertragungsverzerrungen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß der Umformer in an sich bekannter
Weise hochohmig und potentialfrei parallel an die gewünschten Leitungsstellen anschalbar
ist, daß der differenzierende Verstärker für die Anstiegs- bzw. Abfallflanken der
Impulse je einen getrennten Kanal aufweist und durch gegebenenfalls mehrfache Differentialion,
Begrenzung mittels vorgespannter Schwellen und Verstärkung nur der Anstiegs- bzw.
Abfallflanke entsprechende Eingangsimpulse für die bistabile Kippschaltung erzeugt,
so daß deren eine Lage stets der stromerfüllten Pause zwischen zwei Impulsen und
deren andere Lage stets der Impulsdauer zugeordnet ist, und daß zwischen den zeitmäßig
zu ermittelnden Anstiegs- und Abfallflanken störenderweise zusätzlich im Spannungsverlauf
der umzuformenden Impulse auftretende steile Stellen unwirksam bleiben.
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Eine weitere Ausbildung der Erfindung, bei welcher der von der bistabilen
Kippschaltung gesteuerte Ausgang für den nachgeschalteten, gegebenenfalls schreibenden
Impulsmesser als Relaisschaltung ausgebildet ist, besteht darin, daß ein erstes
polarisiertes Relais mit seinen beiden Erregerwicklungen gegensinnig in je eine
der beiden Anodenzuleitungen derart eingeschleift ist, daß dessen Kontakt während
der Dauer jedes Impulses eine Steuerwicklung eines mit seiner anderen Wicklung in
einem Ortsstromkreis dauernd gegensinnig erregten, zweiten polarisierten Relais
einschaltet, so daß dessen Kontakt den zum Impulszeitmesser führenden Ruhestromkreis
genau für die Dauer der zu messenden Impulse öffnet.
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Der Umformer gemäß der Erfindung wird an Hand eines in Abb. 1 dargestellten
Ausführungsbeispiels erläutert. Der Umformer wird in an sich bekannter Weise hochohmig
und potentialfrei mit seinen Eingangsklemmen a (-) und b (-) parallel
an eine beliebige Stelle L 1, L 2 der Leitung geschaltet, an welcher die Impulsdauer
gemessen werden soll. Zur Messung der Dauer der Impulse eines Nummernschalterkontaktes
nsi oder der Impulsdauerverzerrungen einer Übertragungseinrichtung erfolgt die Anchaltung
beispielsweise gemäß Abb. 2 bzw. Abb. 3.
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Die Spannungen U, U 1, U 2 an den Eingangsklemmen
a (-), b (-I-) des Umformers haben ungefähr den in Abb. 4 dargestellten Verlauf.
Im Eingang liegt in Reihe mit einem ohmschen Widerstand W von etwa 20 kOhm die Primärwicklung
eines Übertragers Ue. Der Strom im Eingang wird im wesentlichen durch den ohmschen
Widerstand W bestimmt und hat daher annähernd die gleiche Kurvenform wie die am
Eingang wirksame Spannung. Durch den übertrager Ue wird dieser Strom in bekannter
Weise in eine seinem Differentialquotienten proportionale Sekundärspannung verwandelt.
In den öffnungs- und Schließzeitpunkten eines Nummernschalterkontaktes nsi weist
diese Sekundärspannung Spannungspilzen stets sehr steiler Vorderflanke auf. Diese
beiden Vorderflanken stellen die zu messenden Anfangs- und Endzeitpunkte der Impulse
mit großer Genauigkeit dar. Dabei hat die Spannungsspitze für den Anfangs-oder Öffnungszeitpunkt
eine andere Polarität, Steilheit und Amplitude als die Spannungsspitze am Schließzeitpunkt.
Von diesem an sich bekannten Sachverhalt geht nun die Erfindung aus.
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Durch die verschiedene Polarität lassen sich die beiden Spannungsspitzen
leicht voneinander trennen und getrennt auf eine für die Ansteuerung einer bistabilen
Kippschaltung erforderliche Form bringen. Eine solche bistabile Kippschaltung ist
beispielsweise in Abb. 1 in Form zweier Röhren Rö 5 a und Rö 5 b
dargestellt.
Es sind hierfür auch verschiedene Transistorschaltungen bekannt, die sinngemäß verwendet
werden können. Für die Spannungsspitzen in den Schließzeitpunkten genügt eine einmalige
Verstärkung, z. B. in Abb. 1 durch die Röhre Rö 4. Da das Gitter dieser Röhre ausreichend
negativ vorgespannt ist, werden nur diejenigen positiven Spannungsspitzen p wirksam,
deren Größe einen bestimmten Wert überschreitet. Sie bewirken Anodenstromimpulse,
die an einem Anodenwiderstand W 4 Spannungs- oder Eingangsimpulse sch hervorrufen,
mit denen die Röhre Rö 5 b angesteuert wird.
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Zur Gewinnung der Eingangsimpulse ö für die <Öffnungszeitpunkte
wird in der Sekundärwicklung induzierte Spannung zunächst durch eine Diode Rö 1
von allen positiven (p, po) und kleinen negativen (ne) Amplituden befreit
(s. Abb. 4), so daß nur die Spannungsspitzen (n) im Öffnungszeitpunkt selbst mit
verhältnismäßig großer negativer Amplitude an das Gitter der RöhreRö2 gelangen können.
Man kann diese Röhre Rö2 noch zusätzlich im oberen Knick der Kennlinie arbeiten
lassen, so daß nur die negativen Spannungsspitzen verstärkt werden. Am Anodenwiderstand
der Röhre Rö 2 entstehen dabei positive Spannungsspitzen, die an der Reihenschaltung
von Kondensator C und Widerstand W 5 nochmals differenziert werden. Die dabei entstehenden
Spannungsspitzen sp werden dem Steuergitter der Röhre Rö 3 zugeleitet. Diese Röhre
arbeitet genauso wie die Röhre Rö 4, so daß nur die bei der zweiten Differentialion
entstehenden positiven Spannungsspitzen sp verstärkt werden. Die am Anodenwidertand
W 3 dieser Röhre entstehenden negativen Eingangsimpulse ö reichen zur Ansteuerung
der Röhre Rö 5 a aus.
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Als bistabile Kippschaltung ist in Abb.1 die von E c c l e s und Jordan
angegebene Schaltung eingezeichnet. In den Anodenzuleitungen der Röhren Rö
5 a und Rö 5 b liegen zwei gegensinnig gepolte Wicklungen eines polarisierten
Relais J. Nur eine dieser beiden Röhren führt jeweils Strom. Deshalb wird nur eine
der beiden Wicklungen erregt. Wenn die Röhre Rö 5 b Strom führt, legt - wie
aus Abb. 1 und 4 ersichtlich ist - das polarisierte Relais J seinen Kontakt
i auf die Trennseite T um. Führt dagegen die Röhre Rö 5 a Strom,
so legt das Relais J seinen Kontakt i- auf die unbenutzte Zeichenseite Z um. Die
Umschlagzeit - bzw. genauer die Flugzeit f -eines solchen Relaiskontaktes beträgt
etwa 2 ms. Diese Flugzeit f fehlt an der Dauer der Kontaktschließung sowohl auf
der Trennseite T als auch auf der unbenutzten Zeichenseite Z. Der Kontakt i ist
deshalb auf der Trennseite T um diese Flugzeit f kürzer geschlossen, als
es der Pause P zwischen Dauer D des Impulses entspricht (D-f ), und -der
Trennseitenkontakt ist somit gegenüber der Pause P zwischen zwei Impulsen um die
Flugzeit f
länger geöffnet (P-f). Da der nachgeschaltete Impulszeitmesser
meist einen Einfachkontakt erfordert, der genau für die Dauer je des zu messenden
Impulses geöffnet ist, muß man den Einfluß dieser Flugzeit f noch ausschalten.
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Dies wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung dadurch erreicht,
daß ein erstes polarisiertes Relais J mit seinen beiden Erregerwicklungen gegensinnig
in je eine der beiden Anodenzuleitungen derart eingeschleift ist, daß dessen Kontakt
i, T während der Dauer D jedes Impulses eine Steuerwicklung eines mit seiner
anderen Wicklung in einem Ortsstromkreis (über 2R) dauernd gegensinnig erregten
zweiten polarisierten Relais H einschaltet, so daß dessen Kontakt h, T, den
zum Impulsmesser führenden Ruhestromkreis genau für die Dauer des zu messenden Impulses
öffnet.
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Steuert man also über den Kontakt i, und zwar über seine bei jedem
Impuls geschlossene Trennseite T ein zweites, die gleiche Flugzeit f wie
das Relais J aufweisendes polarisiertes Relais H, das über seine fest
in einem Ortsstromkreis über einen Widerstand 2R gegensinnig vorerregte zweite Wicklung
eine Trennstromdauererregung erhält, so wird dieses über die Trennseite des Kontaktes
i während der um die Flugzeit f des Kontaktes i verkürzten Impulsdauer mit
Zeichenstrom erregt. Wie aus Abb. 4 ersichtlich ist, ist dann die Öffnungszeit D
der Trennseite T des Kontaktes h gleich der Summe aus seiner Betätigungszeit
auf der Zeichenseite und seiner Flugzeit f, die ja gleich der des Kontaktes
i ist. Mithin ist diese Öffnungszeit D genau gleich der Dauer
D
des Impulses, der ja - abgesehen von der beispielsweise auf der Leitung
oder in der Übertragungseinrichtung erlittenen und zu ermittelnden Verzerrung seiner
Dauer - der Öffnungszeit des Nummerschalters nsi - oder der Kontakte s I, s III
der Abb. 3 - entspricht.
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In Abb. 4 bezeichnet D die Impulsdauer, P die Impulspause, ai die
Anlaufzeit des Relais J, ah die Anlaufzeit des Relais H, die gleichgesetzt
ist des Relais J - also ai = ah -, f die Flugzeit des Relaiskontaktes, das
ist die Zeit, in der der bewegliche Kontakt von dem einen festen Kontakt zum anderen
festen Kontakt schwingt. ö bezeichnet den Zeitpunkt der verstärkten (linken) Impulsflanke
beim Öffnen des hsi-Kontaktes, und Sch bezeichnet den Zeitpunkt der verstärkten
(rechten) Impulsflanke beim Schließen des nsi-Kontaktes (Abb.1).
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In der oberen Darstellung von Abb. 4 ist unter D die beispielsweise
auftretende Spannungskurve eines solchen in seiner Amplitude verzerrten Impulses
und darunter die erste Ableitung dU/dt mit der steilen rechten Flanke, dem Schließungsimpuls
p (vgl. Abb.1, Rö 4) dargestellt.
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Beim Öffnen des Stromkreises des Nummernschalterkontaktes nsi wird
durch den Eingangsimpuls ö die Röhre Rö 5 a gesperrt (vgl. Abb.1), so daß
die Röhre Rö 5 b dadurch leitend wird und die Wicklung II des Relais J einschaltet,
das. nach Ablauf der Anlaufzeit ai und der Flugzeit f die Trennseite T seines
Kontaktes i schließt. Dadurch wird nach Ablauf der Anlaufzeit ah des
Relais H dessen Kontakt h von T nach Z gesteuert.