Путевой датчик

 

Использование: для счета осей железнодорожных подвижных составов. Сущность изобретения: путевой датчик содержит два генератора электромагнитных колебаний диапазона одной длины волны, две линии передачи, два участка рельсов одного железнодорожного пути, две перемычки рельсов, колесную пару, две нагрузки, два фильтра и два детектора, электрические длины линий передачи кратны половине длины волны, перемычек и колесной пары, кратны рабочей длине волны, участки рельсов равны трем четвертям длины волны и расположены напротив друг друга. Нагрузки включены в линии передачи последовательно, входы фильтров соединены с выходами нагрузок, а выходы фильтров соединены с выходами детекторов. 3 ил.

Изобретение относится к устройствам счета осей железнодорожных подвижных составов, применяемых в системах свободного пути. Изобретение может быть использовано для получения электрических импульсов при прохождении колесных пар (осей) по рельсам в зоне действия путевого датчика.

Известен путевой датчик, содержащий генератор электромагнитных колебаний и два фильтра, каждый из которых подключен к соответствующему детектору.

Недостатками прототипа являются сложность конструкции и недостаточная устойчивость к электромагнитным помехам и помехам электромагнитных тормозов.

Техническим результатом изобретения являются упрощение конструкции датчика и увеличение его помехоустойчивости.

Технический результат достигается тем, что путевой датчик, содержащий генератор электромагнитных колебаний и два фильтра, каждый из которых подключен к соответствующему детектору, снабжен вторым генератором электромагнитных колебаний, двумя элементами защиты от перегрузки и двумя перемычками, концы каждой из которых присоединены к одному и другому рельсам, а упомянутые генераторы выполнены с возможностью формирования сигналов одинаковой длины и через элементы защиты от перегрузки подключены посредством соединительных проводов к рельсам между перемычками, при этом каждый генератор подключен к рельсам в точках, находящихся на линии, перпендикулярной продольной оси железнодорожной колеи, длины перемычек выбраны кратными длине волны, а расстояние между точками присоединения к рельсу одного и другого соединительного провода и расстояние между точками присоединения к рельсу соединительного провода и ближайшей перемычки кратными четверти длины сигнала, вырабатываемого генератором, которая выбрана равной длине токопроводящего элемента, образованного колесной парой применяемого подвижного состава, деленой на число натурального ряда.

На фиг. 1 представлена структурная схема путевого датчика; на фиг. 2 - структурная схема устройства счета осей (колесных пар), позволяющая определять количество прошедших через датчик осей и направление движения состава; на фиг. 3 профиль железнодорожного полотна с колесной парой и участками рельса входящего в состав датчика с точками присоединения к ним перемычек, и линий передачи (а, в и с, о), фиг. 3А; график изменения напряжения на выходе первого детектора (Д1) 7 при прохождении через датчик колесной пары фиг. 3 В; график изменения напряжения на выходе второго детектора (Д2) 7 при прохождении через датчик колесной пары фиг. 3С; график напряжения на выходе схемы и при прохождении через датчик колесной пары фиг. 3Д.

На фиг. приняты следующие обозначения: 1 СВЧ генератор (Г1, Г2); 2 линия передачи сигнала генератора (ЛП); 3 участок рельса датчика длиной три четверти длины волны генераторов (l_р); 4 перемычка рельсов (l_прм); 5 колесная пара (l_кп); 6 фильтр полосовой (ФП); 7 детектор (Д1, Д2); 8 - конденсатор (С); 9 логическая схема И (И); 10 ключ (Кл1, Кл2); 11 счетчик осей (Сч1, Сч2); 12 нагрузка (R1, R2).

СВЧ генератор 1 может быть выполнен по схеме автогенератора по известным схемам на транзисторах метрового диапазона волн, мощностью несколько десятков мВт. Длины волн Г1 и Г2 равны (близкие).

Линия 2 передачи может быть выполнена из коаксиального кабеля, электрическая длина которого должна быть кратна половине длины волны (λ/2) генератора 1.

Участок 3 рельса должен иметь длину, равную 3/4λ (l_р=3/4 Перемычка 4 выполняется из металла (меди) и ее длина должна быть кратна l(l_прм= n˙λ где n=1, 2, 3,).

Колесная пара 5 состава должна иметь электрическую длину, кратную λ(l_кп= n˙λ) Фильтр 6 может быть выполнен в виде Г- или П-образных цепочек индуктивностей и емкостей. Центральная частота фильтра должна быть равна рабочей частоте генераторов, а полоса должна быть шире нестабильности частоты генераторов.

Детектор 7 может быть выполнен на полупроводниковом диоде.

Схема И 9, ключ 10 и счетчик 11 могут быть выполнены на интегральных микросхемах (ИМС).

Нагрузка 12 может быть активной и индуктивной (R или L).

Конструкция путевого датчика упрощается за счет того, что уменьшается количество его функциональных узлов, а частями датчика являются присущие железной дороге части (колесные пары, участки рельсов).

Устойчивость к электромагнитным помехам увеличивается за счет того, что рабочая частота датчика составляет сотни МГц, а электромагнитные помехи лежат в области десятков и сотен КГц.

Принцип действия датчика состоит в следующем. В отсутствии колесной пары в пределах двух перемычек генераторы Г1 и Г2 нагружены на линии, длина которых кратна нечетному числу λ/4 т.е. генераторы работают в режиме холостого хода (х. х.). При нахождении колесной пары над точками соединений линий 2 с рельсами (c, d) генераторы нагружаются на линию передачи длиной, кратной λ/2 т.е. замыкаются на коротко (к.з.).

В отсутствии колесной пары в зоне действия датчика (режим х.х. генераторов) через резисторы 12 течет малый ток и напряжение на них мало (V₀, фиг. 3В, С). При вхождении колесной пары в зону действия датчика (точки а и в фиг. 3А) ток генератора увеличивается, увеличивается напряжение на резисторе 12 и достигает максимума, когда колесная пара находится над точками с или d (фиг. 3В, С) (режим к.з.). Схема И вырабатывает один импульс на два импульса путевого датчика. В точке e (фиг. 3В) включается один ключ 10 и блокирует второй ключ 10, поэтому импульс пройдет только на один счетчик 11. При подходе колесной пары с другой стороны к датчику сработает первым другой ключ 10 и включит другой счетчик 11.

Путевой датчик содержит СВЧ генераторы 1 Г1 и Г2, работающие на одной длине волны, равной 1,25 м, две линии 2 передачи электрической длины 4λ каждая, две перемычки 4 электрической длиной 2λ каждая, колесную пару 5 электрической длиной 2λ два фильтра 6, два детектора 7, два резистора 12 и два участка 3 рельсов длиной 3/4λ Линии 2 своими входами соединены с одним генератором 1, а выходы линий присоединены к участкам 3 рельсов на расстоянии l/4 от их концов, к которым присоединены перемычки 4. Колесная пара 5 установлена на рельсах с возможностью перемещения по ним. К выходам генераторов 1 присоединены фильтры 6, выходы которых соединены с детекторами 7. Резисторы 12 включены в линии 2 последовательно. Выходы детекторов являются выходами путевого датчика.

Один из возможных вариантов счета импульсов, а следовательно, и осей может осуществляться по схеме фиг. 2.

Датчик работает следующим образом.

В отсутствии колесной пары 5 в зоне действия датчика (зона действия датчика точки а и в фиг. 1 и фиг. 3А) генераторы Г1 и Г2 работают в режиме х.х. напряжение на резисторах 12 минимально (V₀, фиг. 3В, С). При пересечении колесной парой точки а, длина линии, на которую нагружен генератор 11, изменяется от кратной нечетному числу λ/4 до кратной λ/2 Ток через сопротивление R1 увеличивается, увеличивается и падение напряжения на нем (фиг. 3В). При пересечении колесной парой точки с (фиг. 1 и 3А) напряжение на R1 начинает уменьшаться, а на R2 увеличиваться (фиг. 3В, С). В момент превышения сигналов на двух резисторах R1 и R2 порогового значения V_порог срабатывает схема И, которая выдает на своем выходе прямоугольный импульс (фиг. 3Д), который через НО контакт ключа Кл1 поступает на вход счетчика 11 Сч.1. В это время второй ключ Кл2 заблокирован НЗ контактом Кл1.

При подходе колесной пары с другой стороны датчика сработает схема И, первым сработает ключ Кл2, заблокирует Кл1, и поэтому сигнал с выхода схемы И поступит на Сч 2.

Необходимо отметить, что поскольку схема датчика работает на СВЧ в перемычки, для развязки рельсов по постоянному току, могут быть включены разделительные конденсаторы. Контакт колесной пары с рельсами не обязательно должен быть по постоянному току, он может быть и емкостным по переменному току.

Формула изобретения

Путевой датчик, содержащий генератор электромагнитных колебаний и два фильтра, каждый из которых подключен к соответствующему детектору, отличающийся тем, что он снабжен вторым генератором электромагнитных колебаний, двумя элементами защиты от перегрузки и двумя перемычками, концы каждой из которых присоединены к одному и другому рельсам, а упомянутые генераторы выполнены с возможностью формирования сигналов одинаковой длины волны и через элементы защиты от перегрузки подключены посредством соединительных проводов к рельсам между перемычками, при этом каждый генератор подключен к рельсам в точках, находящихся на линии, перпендикулярной продольной оси железнодорожной колеи, длины перемычек выбраны кратными длине волны, длины соединительных проводов половине длины волны, а расстояние между точками присоединения к рельсу одного и другого соединительного провода и расстояние между точками присоединения к рельсу соединительного провода и ближайшей перемычки кратными четверти длины волны сигнала, вырабатываемого генератором, которая выбрана равной длине токопроводящего элемента, образованного колесной парой применяемого подвижного состава, деленной на число натурального ряда.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3