Датчик счета колес

 

Использование: для счета колес вагонов, прошедших над датчиком, установленным на рельсе. Сущность изобретения: датчик счета колес содержит установленные вдоль рельса сумматор, фильтр и стабилизатор напряжения, подключенные через согласующий элемент к одному концу соединительной линии, к другому концу которой подключены входы регистраторов текущих значений частоты и значений верхней и нижней частот и источник питания, катушки индуктивности, каждая из которых подключена к входу соответствующего формирователя частотного сигнала по величине индуктивности, выход которого соединен с соответствующим входом сумматора, выходом через фильтр и согласующий элемент связанным с первым упомянутым концом соединительной линии, при этом катушки размещены внутри рельсовой колеи с расположением витков в горизонтальной плоскости на уровне прохождения реборды колеса, а расстояние от плоскости головки рельса до поверхности защитного покрытия катушек выбрано превышающим разность между максимальным значением радиуса реборды колеса и минимальном значением радиуса изношенного обода колеса. 3 ил.

Изобретение относится к датчикам железнодорожной автоматики и предназначено для счета колес вагонов, прошедших над датчиком, установленным на рельсе.

Известен датчик счета колес с одной катушкой (см. М.М. Соколов и др. Измерения и контроль при ремонте и эксплуатации вагонов. М. Транспорт, 1991, с. 130), позволяющий осуществлять счет колес. Недостатками известного датчика является низкая надежность и узкие функциональные возможности.

Известен датчик счета колес с четырьмя катушками индуктивности, двумя усилителями, двумя формирователями частотного сигнала, выпрямителями, фильтрами, сумматором, согласующим элементом, регистраторами значений верхней и нижней частоты, стабилизатором напряжения, источником питания линии. В известном устройстве передающие и приемные катушки индуктивности установлены и закреплены с разных сторон шейки рельса и образуют совместно с рельсом два приемопередающих канала. Выходные напряжения приемных катушек усиливаются, фильтруются, выпрямляются и поступают на входы формирователей частотного сигнала, каждый из которых при отсутствии колеса возле катушек настроен на свою частоту преобразования верхнюю и нижнюю. Выходы формирователей через узкополосные фильтры, настроенные на верхнюю и нижнюю частоты, связаны с согласующим элементом соединительной линии, к другому концу которой подключен источник питания линии и регистраторы значений верхней и нижней частоты. При движении колеса возле катушек изменяется выходное напряжение в каналах, что приводит к перестройке формирователей частотного сигнала и пропаданию частотных сигналов на входах регистраторов значений верхней и нижней частоты. По наличию или исчезновению частотных сигналов в регистраторах значений верхней и нижней частоты выполняется счет колес и определение направления движения.

Известное устройство имеет низкую надежность, т.к. ослабление крепежа катушек из-за вибраций или термовоздействий приводит к изменению коэффициентов передачи каналов, что может привести к пропаданию верхней или нижней частоты и регистрироваться как появление ложных значений счета колес. При остановке колеса над четырьмя катушками пропадают оба частотных сигнала на входах регистраторов, что не позволяет судить о нормальной работе датчика в это время.

Дискретность появления частотных сигналов в соединительной линии не позволяет получать информацию о параметрах движущегося колеса, например об износе, что существенно ограничивает функциональные возможности датчика.

Большое количество функциональных блоков существенно усложняет известный датчик, а необходимость строгой ориентации приемопередающих катушек относительно друг друга и шейки рельса существенно осложняет монтаж датчика и его эксплуатацию.

Таким образом, к недостаткам известного датчика относятся низкая надежность, узкие функциональные возможности и большая сложность.

Целью настоящего изобретения является повышение надежности, расширение функциональных возможностей и упрощение датчика.

Указанная цель достигается тем, что датчик счета колес, содержащий катушки индуктивности и формирователи частотного сигнала по величине индуктивности, установленные вдоль рельса, сумматор, фильтр и стабилизатор напряжения, подключенные через согласующий элемент к одному концу соединительной линии, к другому концу которой подключены входы регистраторов значений верхней и нижней частот и источник питания, снабжен регистратором текущих значений частоты, подключенным входом ко второму концу соединительной линии, каждая из катушек подключена к входу соответствующего формирователя частотного сигнала по величине индуктивности, выход которого соединен с соответствующим входом сумматора, выходом через фильтр и согласующий элемент связанным с первым упомянутым концом соединительной линии, при этом катушки размещены внутри рельсовой колеи с расположением витков в горизонтальной плоскости на уровне прохождения реборда колеса, а расстояние от плоскости головки рельса до поверхности защитного покрытия катушек выбрано превышающим разность между максимальным значением радиуса реборда колеса и минимальным значением радиуса изношенного обода колеса.

На фиг.1 показана функциональная схема датчика; на фиг.2 установка датчика на рельсе; на фиг.3 изменение разностной частоты.

Датчик состоит из первой катушки индуктивности 1, первого формирователя частотного сигнала по величине индуктивности 2, второй катушки индуктивности 3, второго формирователя частотного сигнала по величине индуктивности 4, сумматора 5, фильтра 6, согласующего элемента 7, стабилизатора напряжения 8, соединительной линии 9, источника питания 10, регистратора значения верхней частоты 11, регистратора значения нижней частоты 12, регистратора текущих значений частоты 13. Первая катушка индуктивности 1 соединена с первым формирователем частотного сигнала 2, вторая катушка индуктивности 3 соединена с вторым формирователем частотного сигнала 4, выходы формирователей 2 и 4 соединены с входами сумматора 5, выход которого через фильтр 6 соединен с согласующим элементом 7. Соединительная линия 9 соединяет через согласующий элемент 7 стабилизатор напряжения 8 и источник питания 10. К соединительной линии подключены регистратор значения верхней частоты 11, регистратор значения нижней частоты 12 и регистратор текущих значений частоты 13.

Установка датчика на рельсе показана на фиг.2. Катушки индуктивности 1 и 3 размещены вдоль рельса 14, вблизи рельса в зоне движения реборды 16 внутри рельсовой колеи. Крепежный элемент 17, крепящий, например, катушки индуктивности за подошву рельса 18 обеспечивает установку витков катушки в горизонтальной плоскости. Он также определяет расстояние между защитным покрытием 19 катушек 1, 3 и плоскостью головки рельса. Это расстояние немного больше, чем разность максимального радиуса реборды и минимального значения радиуса износа обода колеса 15, что гарантирует неразрушение датчика от движений различных колес вагонов.

Датчик счета колес работает следующим образом.

Катушки индуктивности 1, 3 датчика без воздействия реборды имеют определенные индуктивности, которые преобразуются в частотные сигналы формирователями частотного сигнала по величине индуктивности 2, 4. Близкие по значениям частоты формирователей 2 и 4 поступают на сумматор 5, где формируется ряд комбинационных частот. Низкая (разностная) частота спектра f_о выделяется фильтром 6 низких частот и через согласующий элемент 7 поступает в соединительную линию 9. Источник питания линии 10 обеспечивает передачу энергии питания по двухпроводной соединительной линии 9 для стабилизатора напряжения 8, от которого запитаны все блоки датчика. Сигнал разностной частоты f_р, снимаемый с соединительной линии 9, преобразуется в регистраторе текущих значений частоты 13 в выходной сигнал, например код, по значениям которого делается вывод о надежной работе датчика.

При движении реборды колеса вагона в направлении от первой катушки индуктивности 1 ко второй катушке 3 изменяется индуктивность катушки 1, что вызывает изменение частоты в формирователе 2. При движении реборды колеса возле второй катушки индуктивности 3 изменяется частота на выходе формирователя 4. Разностная частота, передаваемая в соединительную линию, будет изменяться следующим образом. При изменении частоты формирователя 2 разностная частота, например, увеличивается по сравнению с f_о, а при изменении частоты формирователя 4 уменьшается. Указанные изменения разностной частоты показаны на фиг.3. При текущих значениях разностной частоты, превышающих значения частоты f_в, на выходе регистратора значения верхней частоты 11 появляется импульс, а при разностной частоте, меньшей значения f_н, появится импульс на выходе регистратора значения нижней частоты 12. Счет этих импульсов позволяет определять количество колес, прошедших над катушками 1, 3, а очередность из появления на выходах регистраторов 11, 12 позволяет определять направление движения вагонов.

Срабатывание регистраторов верхней и нижней частоты 11 и 12 при пороговых значениях текущих частот f_в, f_н позволяет менее жестко поддерживать значение разностной частоты f_о при отсутствии наезда колеса, что допускает существенные изменения этой частоты при действии вибраций или термовоздействий без появления ошибок счета. За состоянием датчика при любом положении колеса над катушками можно следить по кодам с выхода регистратора текущих значений частоты. Все вышесказанное свидетельствует о повышении надежности работы заявляемого датчика.

Контроль значений изменения частоты (девиации) при движении реборды колеса позволяет определять износ колеса. Для колес с большим износом девиация частоты будет больше, чем изменение разностной частоты при движении колеса номинального размера, что свидетельствует о расширении функциональных возможностей датчика.

В заявляемом датчике используется меньшее число функциональных блоков и упрощен его монтаж на рельсе, что свидетельствует о его простоте.

Таким образом, заявляемый датчик счета колес имеет высокую надежность, расширенные функциональные возможности и простоту.

При практической реализации в качестве формирователей частотного сигнала могут использоваться известные схемы преобразования индуктивности в частоту с настройкой в диапазоне нескольких десятков кГц (например 40 90 кГц), а разностная частота f_о соответственно выбирается в пределах 1-2 кГц. Частоты настройки регистраторов верхней и нижней частоты выбираются соответственно (f_о+0,1f_о) и (f_о-0,1f_о), что позволяет надежно фиксировать движение реборды колеса относительно катушек датчика. Текущая частота в регистраторе текущих значений частоты преобразуется в код известными техническими решениями, а обработка всех цифровых сигналов при регистрации может быть выполнена на известных микропроцессорных комплектах серии 580 или 1816.

Отметим, что заявляемый датчик имеет низкую стоимость (при серийном производстве затраты составят несколько десятков тысяч рублей), что выгодно отличает его от датчиков компании Siemens (стоимость датчика 6500 DM).

Формула изобретения

Датчик счета колес, содержащий катушки индуктивности и формирователи частотного сигнала по величине индуктивности, установленные вдоль рельса, сумматор, фильтр и стабилизатор напряжения, подключенные через согласующий элемент к одному концу соединительной линии, к другому концу которой подключены входы регистраторов значений верхней и нижней частот и источник питания, отличающийся тем, что он снабжен регистратором текущих значений частоты, подключенным входом к второму концу соединительной линии, каждая из катушек подключена к входу соответствующего формирователя частотного сигнала по величине индуктивности, выход которого соединен с соответствующим входом сумматора, выходом через фильтр и согласующий элемент связанным с первым упомянутым концом соединительной линии, при этом катушки размещены внутри рельсовой колеи с расположением витков в горизонтальной плоскости на уровне прохождения реборды колеса, а расстояние от плоскости головки рельса до поверхности защитного покрытия катушек выбрано превышающим разность между максимальным значением радиуса реборды колеса и минимальным значением радиуса изношенного обода колеса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3