Путевой датчик

 

Использование на железнодорожном транспорте и для контроля прохождения колесной осью транспортного средства точки пути и счета осей подвижных средств в системах, обеспечивающих безопасность движения. Сущность изобретения: путевой датчик содержит источник 1 питающего напряжения, подключенный к передающей катушке 2, через фазовращатель 7 к одному входу фазового детектора 9, приемные катушки 4 и 5, включенные встречно между собой и установленные вдоль рельса, которые через амплитудно-фазовый регулятор 8 подключены к другому входу фазового детектора 9, и индуктор 6, подключенный к рельсу и охваченный магнитопроводом передающей катушки 2. Фазовый детектор 9 определяет изменение фаз напряжения на выходе амплитудно-фазового регулятора 8 относительно опорного напряжения. При этом триггер 20 периодически изменяет свое состояние и через соответствующую усилитель (21 или 22) и накопитель (14 или 15), а также элемент ИЛИ 16 поступает питание на первую обмотку контрольного реле 17. В отсутствии поезда генератор 12 вырабатывает импульсные последовательности и через аналоговые ключи 10 и 11 поочередно шунтирует приемные катушки 4 и 5, на выходах фазового детектора 9 появляются импульсные последовательности и контрольное реле 17 включается. Отказ любого элемента в схеме или соединение датчика от рельса приводит к выключению реле 17. 2 ил.

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности, к устройствам для контроля прохождения колесной осью транспортного средства точки пути и может быть использовано в системах интервального регулирования движения поездов, построенных на основе принципа счета осей подвижный средств и удовлетворяющих требованиям по обеспечению безопасности движения поездов.

Известно устройство для определения проследования рельсового транспортного средства (1), содержащее источник питающего напряжения, фазовый детектор, приемные катушки и дешифрирующий блок. При проезде колесной парой точки подключения источника питающего напряжения фаза сигнала на входе информационного канала фазового детектора меняется на 180^o, а направление движения поезда определяется за счет сравнения амплитуды синхросигнала и информационного сигнала. Недостаток данного устройства заключается в том, что из-за отсутствия контроля работоспособности обрыв какой-либо связи или отказ какого-либо элемента может привести к ошибке в счете осей, что исключает возможность применения устройства в системах, связанных с безопасностью движения.

Известен также точечный путевой датчик, содержащий источник питающего напряжения, подключенный к передающей катушке, дешифрирующий блок и приемные катушки, включенные встречно между собой и установленные вдоль рельса (2). Однако отсутствие контроля исправности его элементов и связей приводит к ненадежной работе датчика, что также исключает возможность его использования в системах, обеспечивающих безопасность движения.

Наиболее близким по технической сущности является путевой датчик, содержащий источник питающего напряжения, подключенный к передающей катушке, дешифрирующий блок, приемную катушку, установленную вдоль рельса, фазовращатель, подключенный входом к источнику питающего напряжения, а выходов к одному из входов фазового детектора, соединенного одним выходом с первым входом дешифрирующего блока и амплитудно-фазовый регулятор (3). Однако отсутствие контроля работоспособности датчика исключает возможность его применения в системах, обеспечивающих безопасность движения поездов.

Цель изобретения повышение надежности работы устройства за счет обеспечения режима самоконтроля.

Поставленная цель достигается тем, что путевой датчик, содержащий источник питающего напряжения, подключенный к передающей катушке, дешифрирующий блок, приемную катушку, установленную вдоль рельса, фазовращатель, подключенный входом к источнику питающего напряжения, а выходом к одному из входов фазового детектора, соединенного одним выходом с первым входом дешифрирующего блока и амплитудно-фазовый регулятор, снабжен индуктором, подключенным в двух точках к рельсу и охваченным в средней части магнитопроводом передающей катушки, дополнительной приемной катушки, включенной встречно с первой и установленной последовательно с ней симметрично относительно контура, образованного индуктором, двумя аналоговыми ключами, генератором тестовых последовательностей, формирователем, двумя усилителями, двумя накопительными конденсаторами, элементом ИЛИ, контрольным реле, двумя диодами, источниками постоянного тока и триггером, выходы которого через соответствующие последовательно соединенные усилители и накопительные конденсаторы подключены к анодам диодов и двум входам элемента ИЛИ, выход которого соединен с одним выводом первой обмотки контрольного реле, вторая обмотка которого подключена к одному из источников постоянного тока непосредственно, при этом катоды диодов и другой вывод первой обмотки контрольного реле подключены к шине нулевого потенциала второго источника постоянного тока, а входы триггера к выходам фазового детектора, к другим входу и выходу которого подключены соответственно через амплитудно-фазовый регулятор, приемные катушки и второй вход дешифрирующего блока, причем ко входам у казанного регулятора через соответствующие ключи дополнительно подключены выходы генератора тестовых последовательностей, вход которого соединен с выходом формирователя, подключенного к питающей сети.

Кроме того, индуктор расположен к плоскости продольно-вертикальной оси симметрии приемных катушек и ниже их по уровню на величину не менее 1,1 и не более 2,4 ширины приемных катушек от их нижней плоскости. Это позволяет повысить чувствительность датчика к воздействию на него колеса подвижного средства. Пределы расстояний между приемными катушками и индуктором по вертикали определены эмпирически.

Предлагаемое техническое решение иллюстрируется двумя фигурами. На фиг.1 приведена функциональная схема путевого датчика, на фиг.2 пространственное расположение приемных катушек и индуктора относительно рельса (без элементов крепления).

Путевой датчик (см. фиг. 1) содержит источник 1 питающего напряжения, подключенный к передающей катушке 2, дешифрирующий блок 3, приемные катушки 4 и 5, включенные между собой встречно и установленные вдоль рельса симметрично относительно контура, образованного индуктором 6, подключенным в двух точках к рельсу и охваченным в средней части магнитопроводом передающей катушки 2, фазовращатель 7, амплитудно-фазовый регулятор 8, фазовый регулятор 80 фазовый детектор 9, два аналоговых ключа 10 и 11, генератор 12 тестовых последовательностей, формирователь 13, два накопительных конденсатора 14 и 15, элемент ИЛИ 16, контрольное реле 17, два диода 18 и 19 и триггер 20, два усилителя 21 и 22, два источника постоянного тока (первый из них 23, а второй на фиг.1 условно не показан). Каждый выход триггера 20 через соответствующие последовательно соединенные усилители и накопительные конденсаторы 21 и 14, 22 и 15 подключены к анодам диодов 18 и 19 и двум входам элемента ИЛИ 16, выход которого соединен с одним выводом первой обмотки контрольного реле 17, вторая обмотка которого подключена к источнику 23 постоянного тока непосредственно. Катоды диодов 18 и 19 и другой вывод первой обмотки контрольного реле 17 подключены к шине нулевого потенциала второго источника питания. Входы триггера 20 подключены соответственно к входам дешифрирующего блока 3 и выходам фазового детектора 9, к входам которого подключены соответственно через фазовращатель 7 источник 1 питающего напряжения, а через амплитудно-фазовый регулятор 8 приемные катушки 4 и 5. Кроме того входы амплитудно-фазового регулятора 8 подключены соответственно через аналоговые ключи 10 и 11 к выходам генератора 12 тестовых последовательностей, вход которого подключен к выходу формирователя 13, входом подключенного к питающей сети. К источнику 23 постоянного тока через контакт 17.1 контрольного реле подключены элементы индикации 24 и 25 соответственно исправного и неисправного состояния путевого датчика.

Индуктор 6 (см. фиг.2) расположен в плоскости продольно-вертикальной оси симметрии приемных катушек 4 и 5 и ниже их по уровню на величину не менее 1,1 и не более 2,4 ширины приемных катушек от их нижней плоскости.

Расстояние между точками крепления индуктора 6 к рельсу меньше минимального расстояния между соседними колесными осями транспортного средства.

Источник 1 питающего напряжения представляет собой генератор гармонических колебаний высокой частоты. Передающая катушка 2 выполнена в виде замкнутого магнитопровода, например, тора, с размещенной на нем обмоткой. Магнитопровод передающей катушки 2 охватывает индуктор 6, выполненный, например, в виде металлического стержня, тем самым образует трансформатор, у которого вторичная обмотка содержит один виток индуктор. Приемные катушки 4 и 5 выполнены без сердечника и имеют, например, прямоугольную форму. Аналоговые ключи 10 и 11 выполнены на основе, например, оптоэлектронных ключей. Генератор 12 тестовых последовательностей может быть выполнен, например, на основе счетчика и дешифратора импульсов. Формирователь 13 преобразует синусоидальный сигнал питающей сети 50 Гц в прямоугольные импульсы. Источник 23 постоянного тока предназначен для питания второй обмотки контрольного реле 17 (реле первого класса надежности) и элементов индикации 24 и 25 состояния путевого датчика и гальванически не связан со вторым источником постоянного тока. Второй источник постоянного тока предназначен для питания элементов схемы датчика.

Устройство работает следующим образом. С целью упрощения понимания работы датчика описание функционирования приводится по условным частям схемы.

При отсутствии колеса подвижного средства в зонах контроля датчика (и воздействия генератора 12 тестовых последовательностей через аналоговые ключи 10 и 11 на приемные катушки 4 и 5) ток источника 1 питающего напряжения, протекая по обмотке передающей катушки 2, индицирует ЭДС в контуре, образованном индуктором 6 и отрезком рельса между точками подключения индуктора. Протекание тока в указанном контуре приводит к возникновению вокруг рельса и индуктора 6 электромагнитных полей, под действием которых в приемных катушках 4 и 5 наводятся практически равные по величине ЭДС. Дифференциальное включение приемных катушек 4 и 5 и использование амплитудно-фазового регулятора 8 обуславливает отсутствие напряжения на выходе последнего. Напряжение на выходах фазового детектора 9 в данном случае также равно нулю: сигналы в дешифрирующий блок 3 и на входы триггера 20 не поступают; контрольное реле 17 выключено, поскольку в его обмотке, подключенной к выходу элемента ИЛИ 16, ток не протекает, а ток, протекающий в обмотке, подключенной непосредственно к источнику 23 недостаточен для его включения.

Формирование сигналов на выходах амплитудно-фазового регулятора 8 и фазового детектора 9 происходит при движении колеса транспортного средства по зонам датчика. Так при движении колеса слева направо и входа его в зону действия приемной катушки 4 (на фиг.1 положение колеса обозначено буквой "а"), происходит взаимодействие электромагнитного поля вокруг рельса с ферромассой колеса. При этом происходит изменение (за счет экранирования колесом) магнитного потока вокруг рельса (магнитный поток вблизи индуктора 6 практически не изменяется), что приводит к уменьшению ЭДС, наведенной от действия каждого из магнитных потоков, в указанной катушке (в катушке 5 при этом величина ЭДС прежняя). На выходе амплитудно-фазового регулятора 8 появляется сигнал переменного тока, совпадающий по фазе с напряжением источника 1 опорным напряжением (совпадение по фазе обеспечивается за счет предварительной настройки фазовращателя 7). Таким образом, на выходе, например, на первом, фазового детектора 9 появляется сигнал, соответствующий принятому направлению движения подвижного состава.

При входе колеса в зону между приемными катушками 4 и 5 (на фиг.1 положение колеса б") ЭДС в приемной катушке 4 начинает возрастать, а в приемной катушке 5 уменьшается в всегда существует такая точка, где эти ЭДС равны по амплитуде (их фазы при этом отличаются на 180^o за счет встречного включения), т.е. на выходах амплитудно-фазового регулятора 8 и фазового детектора 9 напряжение вновь принимает нулевое значение.

При входе колеса в зону действия приемной катушки 5 (на фиг.1 положение колеса "в") работа датчика повторяется с той лишь разницей, что напряжение на выходе амплитудно-фазового регулятора 8 будет отличаться по фазе от опорного на 180^o, и, следовательно, сигнал появится на втором выходе фазового детектора 9.

Таким образом, поочередное проследование колеса по зонам датчика вызывает появление на выходе амплитудно-фазового регулятора 8 напряжения, изменяющего по фазе относительно опорного на 180^o (радиоимпульса), что приводит к поочередному появлению серии импульсов на обоих выходах фазового детектора 9, воздействующих на дешифрирующий блок 3 (этим достигается фиксация каждой оси подвижного средства) и триггер 20. Каждый импульс в серии на выходах фазового детектора 9 формируется от каждой полуволны одной полярности радиоимпульса на выходе амплитуднофазового регулятора 8.

Появление первой серии импульсов на одном выходе цифрового фазового детектора 9 (вступление колеса в зону приемной катушки 4) приводит к установке триггера 20, например, в единичное состояние. При этом накопительный конденсатор 14 начинает заряжаться от усилителя 21 через диод 18, а накопительный конденсатор 15 начинает разряжаться через усилитель 22 и элемент ИЛИ 16 на первую обмотку контрольного реле 17. Реле 17 включается.

При появлении серии импульсов на другом выходе фазового детектора 9 (колесо в зоне приемной катушки 5) триггер 20 устанавливается в нулевое состояние. Контрольное реле 17 начинает получать питание от накопительного конденсатора 14 (конденсатор 15 в это время начинает подзаряжаться). Далее работа повторяется.

Работа датчика при работе генератора 12 тестовых последовательностей происходит следующим образом.

Под действием входных импульсов (например, с периодом следования 0,02 с), поступающих из формирователя 13, на выходах генератора 12 формируются две импульсные последовательности, сдвинутые по времени. Длительность каждого импульса указанных последовательностей выбирается равной 10-15 периодам несущей частоты источника 1 (что заведомо меньше длительности каждого радиоимпульса на выходе регулятора 8 при проходе колеса подвижного средства на максимальной скорости по зонам датчика). Под действием каждого импульса последовательностей генератора 13 поочередно включаются аналоговые ключи 10 и 11, подключенные соответственно параллельно к каждой из приемных катушек 4 и 5. При включении одного из ключей сигнал на выходе соответствующей приемной катушки шунтируется, а на выходе регулятора 8 появляется сигнал с фазой, соответствующей фазе, например, опорного напряжения. При включении другого ключа на выходе регулятора 8 появляется сигнал с фазой, отличающейся на 180^o от фазы опорного напряжения.

Таким образом, под воздействием сигналов генератора 12 на выходах фазового детектора 9 (как и при прохождении колеса по зонам датчика) поочередно появляются импульсные последовательности. Контрольное реле 17 включено, но дешифрирующий блок 3 при этом не работает.

Блокировка работы генератора 12 может производиться либо по сигналу рельсовой цепи (на схеме не показана), в пределах которой производится установка путевого датчика, либо по сигналу из дешифрирующего блока 3, который возникает при появлении колеса в любой из зон контроля путевого датчика, информационным признаком в этом случае является число импульсов несущей частоты в серии а выходе фазового детектора 9. Этот же признак используется для исключения воздействий на дешифрирующий блок 3 при отсутствии колеса подвижного средства в зонах датчика и работе генератора 12.

Таким образом, в предложенном путевом датчике как при прохождении колес подвижного средства по его зонам контроля, так и при их отсутствии за счет воздействий от генератора 12 триггер 20 непрерывно меняет свое состояние, что контролируется включенным состоянием реле 17 и элемента индикации 24 по цепи 23.1-17.1-24-23.2 (один полюс источника 23 нормально-замкнутый контакт реле 17, элемент индикации 24 другой полюс источника 23). Отказ любого элемента или обрыв какой-либо связи датчика, приведет, в конечном счете, к тому, что триггер 20 останется в каком-либо одном состоянии, накопительный конденсатор 14 или 15 разрядится по известной цепи, и контрольное реле 17 выключится. Контактом реле 17 выключится элемент индикации 24 и включится элемент индикации 25, символизирующий неисправное состояние путевого датчика (контактами реле 17 может также блокироваться и дешифрирующий блок 3). Этим же реле обеспечивается и контроль установки датчика на рельсе.

Идентичность и дифференциальное включение приемных катушек 4 и 5 исключает влияние тягового тока на дешифрирующий блок 3. Электрическое влияние на приемные катушки устраняется путем помещения их в электростатические экраны.

Конструктивные и схемные особенности путевого датчика позволяют повысить его надежность благодаря обеспечению режима полного самоконтроля исправности и контроля установки его на рельсе, что является принципиально необходимым при использовании в системах интервального регулирования движения поездов, обеспечивающих безопасность движения.

Предлагаемый принцип построения путевого датчика позволяет, кроме того, иметь фиксированные границы его зон контроля; наличие точки смены фазы обеспечивает возможность с большой точностью определять центр колеса подвижного средства; наличие двух зон контроля позволяет определять направление движения подвижных средств.

Источники информации.

1. А.с. N 783091, кл. В 61 L 1/16. Б.И. 1980, N 44.

2. А.с. N 1054161, кл. В 61 L 1/16. Б.И. 1983, N 42.

3. А.с. N 1682229, кл. В 61 L 1/16, Б.И. 1991, N 37.

Формула изобретения

Путевой датчик, содержащий источник переменного тока, подключенный к передающей катушке, дешифрирующий блок, приемную катушку, установленную вдоль рельса, фазовращатель, подключенный входом к источнику переменного тока, а выходом к одному из входов фазового детектора, соединенного одним выходом с первым входом дешифрирующего блока, и амплитудно-фазовый регулятор, отличающийся тем, что он снабжен индуктором, подключенным в двух точках к рельсу и охваченным в средней части магнитопроводом передающей катушки дополнительной приемной катушкой, включенной встречно с первой и установленной последовательно с ней и симметрично относительно контура, образованного индуктором, двумя аналоговыми ключами, генератором тестовых последовательностей, формирователем импульсов, двумя усилителями, двумя накопительными конденсаторами, элементом ИЛИ, контрольными реле, двумя диодами, дополнительным источником переменного тока, источниками постоянного тока и триггером, каждый выход которого через соответствующие последовательно соединенные усилитель и накопительный конденсатор подключен к аноду соответствующего диода и соответствующему входу элемента ИЛИ, выход которого соединен с одним выводом первой обмотки контрольного реле, вторая обмотка которого соединена с одними выводами одного из источников постоянного тока, при этом катоды диодов и другой вывод первой обмотки контрольного реле подключены к шине нулевого потенциала второго источника постоянного тока, а входы триггера к выходам фазового детектора, к другому входу которого через амплитудно-фазовый регулятор подключены приемные катушки, причем ко входам упомянутого амплитудно-фазового регулятора через соответствующие аналоговые ключи дополнительно подключены выходы генератора тестовых последовательностей, вход которого соединен с выходом формирователя импульсов, входом подключенного к дополнительному источнику переменного тока, а второй вход дешифрирующего блока соединен со вторым выходом фазового детектора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2