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Einrichtung zur elektrischen Übertragung von mehreren Informationen
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur elektrischen Übertragung von mehreren
Informationen mittels eines Senders, der ausgangsseitig an eine Übertragungsleitung
angeschlossen ist, wobei jede Information einem bestimmten periodischen Signal einer
zyklischen Folge von Bezugssignalen zugeordnet ist, welche von einem Wechselstromnetz
abgeleitet sind.
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Es ist bekannt, zur Übertragung mehrerer Informationen einen Übertragungskanal
zu verwenden. Dabei wird pro Bezugssignalzyklus eine einzige Information übertragen,
und die Unterscheidung der einzelnen Informationen erfolgt dadurch, daß ,auf Grund
einer zeitlichen Verschiebung der einzelnen Informationen innerhalb der Bezugsperiode
jeder Information eine ganz bestimmte Lage innerhalb dieser Periode zugeordnet wird.
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Ferner ist es bekannt, ein Mehrphasennetz zur Erzeugung von Bezugssignalen
zu verwenden. Den zu übertragenden Informationen wird auch dabei eine bestimmte
Phasenlage innerhalb des Bezugssignalzyklus zugewiesen.
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Des weiteren ist eine elektrische Fernsteuereinrichtung bekannt, bei
der mittels einer Leitung zeitlich verschobene und bestimmte Informationen darstellende,
gerichtete Impulse übertragen werden. Die erforderlichen Bezugssignale werden mittels
eines Synchronmotors oder mittels Transformatoren von einem Mehrphasennetz abgeleitet.
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Diese bekannten Vorrichtungen haben den Nachteil, daß pro Periode
des Bezugssignals entweder nur eine einzige Information oder nur eine geringe Anzahl
von Informationen übertragen werden kann, wobei das von der Sendeeinrichtung auf
die Übertragungsleitung gegebene Signal entweder die Form eines Gleichstromimpulses
oder die Frequenz des zur Gewinnung der Bezugssignale verwendeten Mehrphasennetzes
aufweist, wodurch eine einwandfreie Übertragung zumindest über größere Strecken
erschwert wird. Außerdem erfordern diese Einrichtungen im allgemeinen viele mechanische
Elemente und weisen einen relativ komplizierten Aufbau auf.
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Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer zur elektrischen Übertragung
von. mehreren Informationen auf einer Leitung dienenden Einrichtung, welche ohne
gleichzeitige Mitübertragung von Bezugssignalen auf dieser Leitung arbeitet und
die zu übermittelnden Informationen in Form von Signalen aussendet, die auch über
größere -Entfernungen einfach zu übertragen,-sind, und die sich durch große Betriebssicherheit
auszeichnet und von einfachem. Aufbau ist: - Dies wird erfindungsgemäß . dadurch
erreicht, . daß die Bezugssignale über eine der Anzahl zu übertragender Informationen
entsprechende Anzahl von Schaltern eine einzige Schaltvorrichtung beeinflussen,
die den eine feste Frequenz erzeugenden Sender tastet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Bezugssignale über Gleichrichter
von einem Mehrphasennetz abgeleitet.
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In einer weiteren Ausführungsform sind die Gleichrichter über je einen
Schalter, dessen Stellung jeweils einer der zu übertragenden Informationen entspricht,
an einen den Sendeausgang tastenden Schalttransistor angeschlossen.
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Gemäß einer weiteren Besonderheit der Erfindung ist wenigstens ein
Teil der Bezugssignale durch Phasenvervielfachung von dem Wechselstromnetz abgeleitet.
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Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus
der nachfolgenden Beschreibung hervorgehen. Diese erfolgt unter Bezugnahme auf die
Zeichnungen, welche verschiedene mögliche Ausführungsbeispiele einer Sendeeinrichtung
gemäß der Erfindung darstellen.
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In den gewählten Beispielen ist .angenommen, daß das Dreiphasennetz,
welches die Bezugssignale liefert, das Stromversorgungsnetz eines Bergwerks ist.
Natürlich soll diese Annahme keinerlei einschränkende Bedeutung haben. Insbesondere
bedeutet F i g. 1 das mögliche Schaltbild eines Senders, der besonders zur aufeinanderfolgenden
Übertragung von drei Informationen während. einer Periode des dreiphasigen Kraftstrom-Versorgungsnetzes
geeignet ist, F i g. 2 ein Diagramm; das die. Wirkungsweise des Senders nach -F
i g. .1.:erläutert, . ,_ . . ..
F i g. 3 das Schaltbild einer möglichen
Ausführungsvariante eines Senders, der insbesondere zur aufeinanderfolgenden Übertragung
von sechs Informationen während einer Periode des dreiphasigen Kraftstrom-Versorgungsnetzes
geeignet ist, die F i g. 4 und 5 Diagramme, die die Wirkungsweise des Senders nach
F i g. 3 erläutern.
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In der F i g. 1 bezeichnet die Bezugszahl 5 das dreiphasige Reviernetz
eines Bergwerks, die Bezugszahl 13 die zweidrahtige Übertragungsleitung für die
Informationen, ferner die Bezugszahl 12a das örtliche Zweidraht-Übertragungsnetz
und die Bezugszahl 6 den Oszillator des Senders, der die Frequenz .des Impulses
liefert; -der die zu übertragende Information darstellt.
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Der Oszillator 6 vom klassischen L-C-Typ ist um einen Transistor A
herum aufgebaut. Er liefert eine feste Frequenz, deren Amplitude in der um einen
Transistor B herum aufgebauten Verstärkerstufe verstärkt wird. Die verstärkte Frequenz
wird in die Primärwicklung eines Kopplungstransformators T1 eingespeist, dessen-Sekundärwicklung
an die zweidrähtige übertragungsleitung 13 über das örtliche Zweidrahtnetz 12a angeschlossen
ist. Ein Transistor D ist als'Schalter in Reihe mit der Stromversorgung der Verstärkerstufe
geschaltet, was bewirkt, daß diese Stufe nur dann- mit Strom versorgt wird, wenn
der Transistor D,-normalerweise gesperrt, leitend ist. Die Basis dieses Transistors
D ist mit Masse über einen Widerstand RB verbunden, wodurch vermieden wird', daß
die Basis von D »in der Luft hängt«. Der Punkt Q ist der der Basis- von D-
und dem Widerstand RB gemeinsame Punkt.
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Die Anordnung wird über die Klemmen b1 und b2, die den negativen bzw.
positiven Pol darstellen, mit Gleichstrom versorgt, wobei b1 an Masse gelegt ist.
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Ein Abspanntransformator T2 ist an das Dreiphasennetz 5 des Reviers
angeschlossen. Jede Spule seiner in Sternschaltung geschalteten Sekundärwicklung
ist mit Masse. über eine gerichtete Verbindung verbunden, die in Serie eine über
eine in Durchlaßrichtung geschaltete Diode, wie z. B. di, und einen Widerstand Ri
enthält. Die Punkte Mi sind für jedes aus einer Diode di - und einem Widerstand
Rii bestehende Paar die gemeinsamen Punkte.
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Der .Sternpunkt der Sekundärwicklung ist mit Masse über den Widerstand
Rp verbunden. Zwischen die Punkte ML und den Punkt Q ist eine Sternschaltung
gelegt, von der jeder Zweig in Reihenschaltung einen Schalter wie Il, 12 und 13
enthält sowie einen Widerstand R;.
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Um das Verständnis für das Arbeiten der vorstehend'beschriebenen Einrichtung
zu erleichtern, sei nachstehend die Wirkungsweise einer gerichteten, von einer Dreiphasenspannung
gespeisten Verbindung, wie der Sternschaltung di bis Ri, in das Gedächtnis zurückgerufen.
Hierzu wird zweckmäßigerweise auf das Diagramm der F i g. 2 zurückgegriffen, das
in rechtwinkligen Koordinaten die Ströme und Potentiale in der Sternschaltung di
bis Ri als Funktionen der Zeit wiedergibt.
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Der Strom i, der in einem der Zweige der gerichteten Sternschaltung
di bis R, fließt, ist durch einen der drei einander gleichen Abschnitte der gestrichelt
gezeichneten Kurve dargestellt. Dieser Strom fließt nur während eines Drittels der
Periode des Netzes 5. Er verursacht während dieses Drittels der Periode eine Spannung
an dem betreffenden Widerstand Ri. Der eine der drei gleichen Abschnitte der mit
durchgezogenem Strich gezeichneten Kurve stellt das Potential des entsprechenden
Punktes Mi im Verlauf desselben Drittels der Periode dar. Da die Belastung dieses
gerichteten Stromkreises rein ohmisch ist, sind der Strom und das Potential in Phase.
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Wenn der eine der Schalter wie z. B. Il geschlossen ist, fließt während
eines Drittels der Periode des Netzes 5 in dem Stromkreis Mi- I1 R! Q-Emitter-B.asis-Strecke
von D-Masse ein Strom. Dieser Strom ist durch einen der drei verstärkt gezeichneten
Abschnitte dargestellt, die mit den vorgenannten Kurven in Phase sind. Dieser Strom
macht den Transistor D während des entsprechenden Drittels der Periode leitend,
und der Verstärker des Senders wird mit Strom versorgt. Die Frequenz wird in die
Primärwicklung von T, eingespeist und auf das Netz 13 übertragen.
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Durch das gleichzeitige Spiel der Dioden d; und der Schalter wie Il
kann man die von dem Oszillator 6 abgegebene Frequenz während eines oder mehrerer
Drittel der Periode des Netzes 5 aussenden.
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Man kann, wenn die drei Schalter Il, 121,3 geschlossen sind, einen
Zug von Frequenzimpulsen aussenden, der sich aus drei aufeinanderfolgenden Impulsen
gleicher Frequenz zusammensetzt, die jeweils für ein Drittel der Periode des Netzes
5 andauern. Jeder Impulszug wiederholt sich in jeder Periode von 5. Die Abfolge
der Impulse bleibt erhalten und wird nicht beeinträchtigt, wenn etwa ein Impuls
fehlt, was vorliegt, wenn einer der Schalter offen ist.
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Wenn man eine weitere Sternschaltung abzweigt (in F i g. 1 gestrichelt
dargestellt), von der jeder Zweig in Reihenschaltung einen Schalter wie Il und einen
Widerstand wie R; enthält, nämlich zwischen den Punkten Ml und der Basis des Transistors
D', welcher als Schalter in den Ausgangskreis eines (nicht dargestellten) Oszillators
6' geschaltet ist, der eine von der Frequenz des Oszillators 6 verschiedene Frequenz
abgibt, dann erkennt man, daß man während desselben Drittels der Periode des Netzes
5 gleichzeitig zwei Impulse übertragen kann, wobei jeder eine andere Information
darstellt.
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Wenn man eine größere Anzahl von Informationen in Form von Impulsen
fester- Frequenz im Laufe einer Periode dies Netzes 5 übertragen möchte, genügt
es, im Laufe einer Periode von 5 so viele regelmäßig phasenverschobene Spannungen
vorzusehen, wie Informationen zu übertragen sind, ebenso viele Stromkreise di bis
R= durch diese Spannungen zu speisen und ebenso viele Stromkreise Il bis R; vorzusehen,
deren gemeinsamer Punkt .an die Basis eines Transistors D angeschlossen ist.
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Um diese Möglichkeit anschaulich zu machen, betrachte man die F i
g. 3, 4 und 5, die einen Sender betreffen, der insbesondere in der Lage ist, im
Laufe einer Periode des Netzes 5 nacheinander sechs Informationen zu übertragen.
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In F i g. 3 kann man feststellen, daß der Transformator T2 zwei Sekundärwicklungen
S1 und S2 besitzt, deren einander gleiche Spulen paarweise gemäß F i g. 3 gewickelt
sind. Die Sternpunkte der beiden Sekundärwicklungen sind mit Masse über ein und
denselben Widerstand R, verbunden. Diese beiden Sekundärwicklungen liefern erstens
die in F i g. 4 der vektoriellen Darstellung der von T2 abgegebenen Spannungen wiedergegebenen
Spannungen 1-2-3 und zweitens die Spannungen 1'-2'-3'-, welche zu den
Spannungen
1-2-3 in Gegenphase sind und die gleiche Amplitude haben wie diese.
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Man hat also sechs gleiche, regelmäßig um ein Sechstel der Periode
des Netzes 5 phasenverschobene Spannungen. Man bemerkt außerdem, daß - mit den oben
eingeführten Bezeichnungen gesprochen -sechs Verbindungen dz bis Ri und sechs Verbindungen
Il bis Ri vorgesehen sind. Auf die gleiche Weise wie oben auseinandergesetzt, kann
die Basis-Emitter-Strecke des Transistors D von sechs ,aufeinanderfolgenden, um
ein Sechstel der Periode des Netzes 5 gegeneinander phasenverschobenen Strömen durchflossen
werden. Der Transistor D ist also in der Lage, sechsmal nacheinander im Laufe einer
Periode leitend zu werden, und es entsteht ein Impulszug, dessen Impuls-e eine Dauer
von einem Sechstel der Periode des Netzes 5 besitzen.
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Im allgemeinen Fall setzt sich ein Impulszug aus Impulsen von derselben
Frequenz, von gleicher Dauer und von gleicher Amplitude zusammen und wiederholt
sich nach Maßgabe der Periode des Netzes 5 in einer unveränderlichen Reihenfolge.
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Die Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der gegebenen Beschreibung
klar hervor.
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In dem Sonderfall, in dem die Information nur zwei verschiedene Zustände
annehmen kann, z. B. Lauf oder Stillstand eines Motors oder auf der einen oder der
anderen Seite einer Grenze gelegene Meßwerte, kann man die Anzahl der Frequenzen
reduzieren, ebenso wie die Anzahl der Sendeeinrichtungen zur Übertragung der den
Zustand der Information wiedergebenden Signale oder Impulse.
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Es ist klar, daß man den Rahmen der Erfindung nicht verläßt, wenn
man beispielsweise die Schalter durch irgendeine mechanische oder elektrische Unterbrechervorrichtung
ersetzt, wie z. B. einen Schalttransistor in Reihe zwischen den Punkten Mt und
Q,
oder wenn man an die Basis des Transistors D nacheinander Spannungen anlegt,
die von der Information selbst erzeugt werden (z. B. Thermoelement oder Dehnungsmeß
streifen).
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Außerdem kann das Bezugssignal durch jedes Mittel geliefert werden,
das geeignet ist, aufeinanderfolgende und im Rahmen einer Betriebsperiode der Synchronisationsvorrichtung
festliegende Spannungen abzugeben. Auch diese Synchronisationsvorrichtung braucht
nicht aus dem dreiphasigen Stromversorgungsnetz zu bestehen, sondern kann eine andere
sein.
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Schließlich kann man auch eine von der Zahl 3 oder 6 verschiedene
Anzahl von Impulsen, z. B. 2 und 4 aussenden. Diese werden vorteilhafterweise# mittels
eines Bezugssignals erzeugt, das durch einen an das Kraftstromverteilernetz angeschlossenen
Transformator bereitgestellt wird, dessen Sekundärwicklung zweckmäßigerweise so
geschaltet ist, daß sie zwei oder vier Spannungen abgeben kann, die im Zuge einer
Periode des sie synchronisierenden Verteilernetzes regelmäßig gegeneinander in der
Phase verschoben sind.