Устройство для измерения скорости движения поезда

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДА, содержащее импульсный датчик, соединенный с формирователем импул1(сов, и конденсатор , подключенный параллельно входу усилителя, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона измерения, в него введены интегратор, сумматор и нелинейньш элемент с зоной нечувствительности , причем выход формирователя через интегратор, сумматор и нелинейньй элемент подключен к входу усилителя, а выход усилителя соединен с вторым входом сумматора. 7

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (!9) (!1) . 4(1) С 01 Р 3/46

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHO5hV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3683157/24-10 (22) 02.01.84 (46) 23.06.85. Вюл. Р 23 (72) В.И. Головин, К.Г. Красноселов, Ю.Г. Кутыев, С.А. Максимов и А.И. Фалалеев (71) Уральское отделение Всесоюзного ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательского института " железнодорожного транспорта (53) 531.77:621.3.083 (088.8) (Se) 1. Авторское свидетельство СССР

У 581431, кл. G 01 P 3/46, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

У 321758, кл. G 01 P 3/58, 1969 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДА, содержащее импульсный датчик, соединенный с формирователем импульсов, и конденсатор, подключенный параллельно входу усилителя, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью расширения диапазона измерения, в него введены интегратор, сумматор и нелинейный элемент с зоной нечувствительности, причем выход формирователя через интегратор, сумматор и нелинейный элемент подключен к входу усилителя, а выход усилителя соединен с вторым входом сумматора.

1163269

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости движения поезда.

Известно устройство для измерения скорости поезда, содержащее последовательно включенные датчик, формирователь калиброванных по площади импульсов, конденсаторное дозирующее устройство и сглаживаю- 10 щий фильтр L1$.

При изменении скорости движения поезда в широких пределах пропорционально изменяется частота калиброванных импульсов и для снижения 15 амплитуды пульсаций выходного напряжения увеличивают постоянную времени сглаживающего фильтра. Однако увеличение постоянной времени сглаживающего фильтра вызывает значитель- 20 ные динамические ошибки при изменении частоты калиброванных импульсов, т.е. скорости движения поезда °

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигае- 25 мому результату является автокомпенсационный тахометр, состоящий из тахогенератора, формирователя импульсов стабильной длительности, интегрирующей RC-цепи с переключа- ЗО

< тепем источника напряжения,потенциометра с источником компенсации его начального напряжения и указывающего прибора Г23.

Известное устройство с целью снижения уровня пульсации напряжения на конденсаторе от воздействия калиброванных импульсов имеет постоянную времени интегрирующий

RC-цепи значительно большую, чем 4g длительность калиброванных импульсов и пауз между ними во всем диапазоне измеряемых скоростей. Поэтому при изменении скорости движения поезда (разгон, торможение) появляются значительные динамические ошибки, а уменьшение постоянной времени интегрирующей RC-цепи увеличивает уровень пульсации напряжения на конденсаторе в области низких скорос- у тей, что резко ограничивает диапазон измерений.

Целью изобретения является расширение диапазона измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения скорости движения поезда, содержащее последовательно соединенные импульсный датчик и формирователь импульсов, и конденсатор, подключенный параллельно входу усилителя, введены сумматор, интегратор и нелинейный элемент с зоной нечувствительности, причем выход формирователя через интегратор, сумматор и нелинейный элемент с зоной нечувствительности подключен к входу усилителя, а выход усилителя соединен с вторым входом сумматора.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства для измерения скорбсти движения поезда, на фиг.2диаграмма, поясняющая работу устройства; на фнг.3 — схема реализации предложенного устройства.

Устройство содержит последовательно соединенные оптронный датчик 1, формирователь 2 импульсов стандартной формы, интегратор 3 с отрицательной обратной связью 4, суммируюший элемент 5, нелинейный элемент 6, конденсатор. 7 и усилитель 8, причем выход усилителя 8 соединен с вторым входом сумматора.

На фиг.2 приведены диаграммы напряжений на выходе отдельных элементов устройства, где U„ - импульсы напряжения на выходе датчика 1 при постоянной скорости движения поезда в интервале О-Е1 и при изменении скорости с постоянным ускорением в интервале > г„; U — им- . пульсы напряжения на выходе формирователя 2 калиброванных импульсов для заданных условий движения, U> — напряжение на выходе интегратора 3; Us — напряжение на выходе суммирующего элемента 5; U — выходное напряжение устройства.

Устройство работает следующим образом.

При вращении колесной пары осевой модулятор, выполненный в виде зубчатого вращающегося диска, периодически перекрывает путь света от излучателя к фотоприемнику и модулирует световой поток в области инфракрасного спектра в зависимости от скорости вращения колесной пары локомотива. На выходе оптронного датчика 1 формируются прямоугольные импульсы с частотой прямо пропорциональной скорости вращения колесной пары и длительностью обратно пропор" циональной этой скорости. Импульсы датчика 1 поступают на вход форци163269 рователя 2 стандартных импульсов калиброванных по площади, длительность О которых значительно меньше периода (импульсов датчика 1 (8 .- Т). При поступлении на вход ин-. тегратора 3, охваченного отрицательной обратной связью 4, последовательности коротких импульсов калиброванной площади íà его выходе формируется пилообразное напряжение, среднее значение которого пропорционально частоте входных импульсов, а амплитуда пульсации не зависит от частоты этих импульсов. Ксли величина зоны нечувствительности нелинейного элемента 6 выбрана равной амплитуде пульсации напряжения на выходе интегратора 3, то при постоянной частоте входных импульсов напряжение на конденсаторе 7 и выходе усилителя 8 не содержит пульсаций и равно среднему арифметическому от максимального и минимального значений напряжения на выходе интегратора 3 в течение периода входного импульса (если верхнее значение порога чувствительности нелинейного элемента +Ь равно инверсии нижнего значения

-Ь), так как суммирующий элемент 5, вычитая из выходного напряжения интегратора 3 напряжение усилителя

8, формирует разностный сигнал, представляющий собой переменную составляющую выходного напряжения интегратора 3, амплитуда которой не превышает порог чувствительности нелинейного элемента 6. При этом напряжение на конденсаторе 7 и выходе усилителя 8, обладающего большим входным сопротивлением, остается постоянным, поскольку нелинейный элемент отключает выход суммирующего элемента 5 от конденсатора

7 и входа усилителя 8. В случае из менения частоты входных импульсов происходит изменение напряжения на выходе интегратора 3, разностный сигнал с выхода суммирующего элемента 5 в зависимости от знака производной частоты входных импульсов превышает верхний или нижний IIo рог чувствительности нелинейного элемента 6, который обеспечивает форсированный режим заряда или разряда конденсатора 7 с малой постоянной. времени в течение каждого периода входного импульса. Включение нелинейного элемента 6 с зоной нечувствительности между выходом суммирующего элемента 5 и входом усилителя 8 с конденсатором 7 обеспечивает

5 высокое быстродействие устройства, т.е. резко уменьшает динамическую ошибку измерения скорости движения поезда при низком уровне пульсации выходного напряжения во всем !

0 диапазоне скоростей. В зависимости от технического исполнения в качестве нелинейного элемента 6 с зоной нечувствительности могут быть использованы двуханодные стабилитроны !

t два встречно-параллельно включенные стабисторы, диоды или транзисторы.

Введение интегрирующего усилителя 3 с отрицательной обратной связью 4 обеспечивает формирование

20 напряжения, пропорционального скорости движения поезда, с пульсациями, амплитуда которых постоянна и не зависит от скорости движения поезда, 25 а включение нелинейного элемента 6 с зоной нечувствительности между выходом суммирующего элемента 5 и входом усилителя 8 с конденсатором 7 обеспечивает резкое снижение динамической ошибки измерения скорости движе30 ния поезда при низком уровне пульсации выходного напряжения во всем диапазоне скороСтей. Такое решение позволяет в отличие от известного реализовать адаптивную RC-цепь, 35 постоянная времени которой автоматически регулируется обратно пропорционально производной скорости движения поезда.

В качестве примера реализации

40 предложенного устройства на фиг.З приведена принципиальная схема устройства для измерения скорости движения поезда для системы автоматического управлЕния торможением поезда. Устройство содержит формирователь калиброванных импульсов датчика, выполненный на транзисторе V1 интегратор на операционном усилителе А1 с конденсатором С2 в цепи отрицательной обратной связи, нелинейный элемент с зоной чувствительности на транзисторах 74, Ч5, усйлитель

t напряжения, выполненный на транзисторах V7, V8, главную отрицательную обратную связь на резисторе R9 включенную между выходом измерителя скорости и входом операционного усилителя.

1163269

Конденсатор С 1 в течение половины периода входного сигнала датчика пути и скорости (ДПС) разряжается до нулевого напряжения через открытый транзистор V1 по цепи С1,V1 V2, а в следующую половину периода при закрывании транзистора Ч1 заряжается до напряжения питания схемы Е по цепи R3, С1, ЧЗ. Ток заряда конденсатора С 1 поступает на вход операционного усилителя А1 и его среднее значение определяется следующим выражением: .)ср = С H i где f — частота входных импульсов датчика.

Постоянная времени заряда конденсатора С1, равная R3-С1, значительно меньше периода входной частоты импульсов датчика при максимальной скорости движения поезда, что обеспечивает линейность характеристики преобразователя.

Среднее значение выходного напряжения измерителя скорости определяется резистором главной отрицательной обратной связи R9 чар "- ср ° R 9 .

Сглаживание пульсаций выходного напряжения измерителя скорости осуществляется нелинейным фильтром на транзисторах 74, 75, резисторе R4, конденсаторах С2, С3. В момент действия импульса заряда дозирующего конденсатора С1 на вход операционного усилителя А1 на его выходе нблюдается скачок напряжения ь0= — Е

С1

И а. между импульсами заряда дозирующего конденсатора выходное напряжение интегрирующего усилителя плавно уменьшается на величину этого скачка при постоянной входной частоте.

ПульсиРующее выходное напряжение операционного усилителя подается на вход нелинейного элемента (транзисторы Ч4, VS), имеющего зону нечувствительности, равную амплитуде

10 пульсаций. Поэтому в установившемся режиме при постоянной входной частоте импульсов датчика отсутствуют пульсации на входе усилителя на- пряжения, выполненного на транзисторах 77, V8 и резисторах R6,R7,R8.

За счет высокого коэффициента усиления транзисторов 74, 75 уменьшается постоянная времени сглаживающего фильтра и обеспечивается его высо2б кое быстродействие. Усилитель напряжения, включенный к выходу нелинейного фильтра, имеет коэффициент усиления Ky = (R7+R6) /R6, высокое входное сопротивление Rgg = R6 В.У.R3 и низкое выходное сопротивлениеВ переходных режимах работы, когда изменяется скорость движения поезда, что соответствует изменению частоты. входных импульсов, на выходе измерителя скорости наблюдаются пульсации напряжения с амплитудой аЧ=а/f, где а — ускорение поезда.

Настройка масштаба выходного напряжения измерителя скорости осуществляется резистором R9 а цепи главной отрицательной обратной связи.

Изменяя его величину, можно настраи- . вать измеритель в зависимость от действительного диаметра бандажа колесной пары.

Предложенное устройство позволит значительно расширить диапазон измеряемых скоростей, имеет простую реализацию при сохранении высоких метрологических характеристик.

1163269

1163269

Составитель Ю. Мручко

Техред Т.Дубинчак Корректор О. Тигор

Редактор А. Сабо

Тираж 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 4100/45

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4