AT397640B

AT397640B - SENSOR DEVICE FOR RAILWAY SYSTEMS

Info

Publication number: AT397640B
Application number: AT302687A
Authority: AT
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1986-12-22
Filing date: 1987-11-16
Publication date: 1994-05-25
Also published as: DE3643970C2; CH674343A5; ATA302687A; DE3643970A1

Description

AT 397 640 BAT 397 640 B

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sensoreinrichtung für Eisenbahnanlagen, bei welcher eine LC-Oszillatorschaltung in Abhängigkeit von äußerer, induktiver Beeinflussung wahlweise mit einer von zwei vorgegebenen Amplituden schwingt, mit einem Oszillatortransistor, an dessen Emitterelektrode ein Widerstand und an diesen ein elektronischer Schwellwertschalter angeschlossen sind, der gemeinsam mit der 5 Oszillatorschaltung über eine Zweidrahtieitung mit elektrischer Energie versorgt wird.The invention relates to a sensor device for railway systems, in which an LC oscillator circuit oscillates with one of two predetermined amplitudes depending on external inductive influence, with an oscillator transistor, to the emitter electrode of which a resistor and to which an electronic threshold switch are connected, which, together with the 5 oscillator circuit, is supplied with electrical energy via a two-wire line.

Einrichtungen der o.g. Art dienen vielfach als Schienenkontakte zum Auslösen von Impulsen beim Passieren von Fahrzeugrädern. Die Impulse werden beispielsweise Zähleinrichtungen zugeführt, die nach dem Einzählen eines ersten Impulses der am Anfang des betreffenden Gleisabschnittes angeordneten Sensoreinrichtung eine Besetztmeldung ausgeben und nach dem Auszählen aller eingezählten Impulse den 10 besagten Gleisabschnitt wieder freimelden. Zum Bestimmen von richtungsabhängigen Impulsen werden am Gleis dicht beieinander zwei Sensoreinrichtungen angeordnet, die aus Sicherheitsgründen über zwei Zweidrahtleitungen mit einer entfernt liegenden Einrichtung verbunden sind. Diese Einrichtung sorgt u.a. für die Energieversorgung der zugeordneten Sensoreinrichtungen. Da sich bei Betätigung der Sensoreinrichtungen deren Stromaufnahme ändert, u. zw. durch Auslösen des jeweiligen elektronischen Schwellwertschal-75 ters, können aufgrund einer Bewertung der Speiseströme der Sensoreinrichtungen zentral die erforderlichen Zählimpulse generiert werden. Zu diesem Zweck kann beispielsweise ein Fensterdiskriminator vorgesehen werden, der beim Vorhandensein eines vorgegebenen Betriebsstromes kein Ausgangssignal, jedoch bei Abweichungen des Stromes um einen vorgegebenen Betrag vom Betriebsstrom einen diesbezüglichen Impuls abgibt. 20 Selbstverständlich ist es auch möglich, in der von der Sensoreinrichtung entfernt liegenden Zentrale zwischen die Zweidrahtleitung einen ohmschen Meßwiderstand einzufügen, an welchem der Speisestrom einen vorgegebenen Spannungsabfall hervorruft, der durch einen Schwellwertschalter zwecks Auslösung der Zählimpulse bewertet wird.Facilities of the above Art are often used as rail contacts to trigger pulses when passing vehicle wheels. The pulses are supplied, for example, to counting devices which, after counting in a first pulse from the sensor device arranged at the beginning of the relevant track section, issue a busy message and, after counting all counted pulses, release the said track section again. To determine direction-dependent pulses, two sensor devices are arranged close together on the track, which for safety reasons are connected to a remote device via two two-wire lines. This facility provides among other things for the energy supply of the assigned sensor devices. Since the current consumption changes when the sensor devices are actuated, u. by triggering the respective electronic threshold switch, the required counting pulses can be generated centrally based on an evaluation of the feed currents of the sensor devices. For this purpose, a window discriminator can be provided, for example, which, in the presence of a predetermined operating current, does not emit an output signal, but, in the event of deviations in the current by a predetermined amount from the operating current, emits a relevant pulse. 20 Of course, it is also possible to insert an ohmic measuring resistor between the two-wire line in the center located away from the sensor device, at which the supply current causes a predetermined voltage drop, which is evaluated by a threshold switch for the purpose of triggering the counting pulses.

Eine Sensoreinrichtung der eingangs genannten Art ist in der DE-OS 33 27 329 als elektronisches, 25 vorzugsweise berühungslos arbeitendendes Schaltgerät näher beschrieben. Bei diesem bekannten Schaltgerät erfolgt die Beeinflussung des Oszillators, dessen Oszillatortransistor in Emitterschaltung arbeitet, über das Rückkopplungsnetzwerk. Eine weitere, unerwünschte Beeinflussung des Arbeitens der Oszillatorschaltung erfolgt dadurch, daß in Abhängigkeit von der Ausführung der Einrichtungen in der vom Schaltgerät entfernt liegenden Zentrale beim Arbeiten des Schaltgerätes auf der Zweidrahtleitung unterschiedliche 30 Spannungsverhältnisse vorliegen.A sensor device of the type mentioned at the outset is described in more detail in DE-OS 33 27 329 as an electronic switching device which preferably operates in a contactless manner. In this known switching device, the oscillator, whose oscillator transistor operates in an emitter circuit, is influenced via the feedback network. A further, undesirable influence on the operation of the oscillator circuit is achieved in that, depending on the design of the devices in the control center remote from the switching device, different voltage conditions are present on the two-wire line when the switching device is working.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Sensoreinrichtungen der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß mindestens die Oszillatorschaltüng der Sensoreinrichtung im Betrieb, also mit bzw. ohne Beeinflussung, besseren (konstanten) elektrischen Bedingungen unterliegt.The invention has for its object to develop sensor devices of the type mentioned in such a way that at least the oscillator circuit of the sensor device is subject to better (constant) electrical conditions during operation, that is to say with or without influence.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die passiven Bauelemente der Oszillatorschaltung 35 so bemessen sind, daß der Oszillatortransistor wechselspannungsmäßig stark übersteuert arbeitet, daß der Oszillatortransistor ferner als Stellglied in eine Gleichstromstabilisierungsschaitung einbezogen ist und daß an den Emitterwiderstand über ein Siebglied ein Gleichspannungs-Schwellwertschalter angeschlossen ist.According to the invention the object is achieved in that the passive components of the oscillator circuit 35 are dimensioned in such a way that the oscillator transistor operates in an overdriven manner in terms of AC voltage, that the oscillator transistor is also included as an actuator in a DC stabilization circuit and that a DC voltage threshold switch is connected to the emitter resistor via a filter element is.

Diese besondere Ausbildung der Sensoreinrichtung hat den großen Vorteil, daß im Hinblick auf verschiedene Einsatzfäile nur sehr geringe Anforderungen an die Schnittstellenbedingungen gestellt werden 40 müssen. Dies bedeutet, daß die Stromversorgung über die Zweidrahtleitung seitens zentraler ortsfester Einrichtungen von Anwendungsfall zu Anwendungsfall in einem großen Bereich streuen darf. Somit wird die Sensoreinrichtung universell einsetzbar, und es ist nicht mehr erforderlich, für die einzelnen Anwendungsfälle jeweils speziell dimensionierte Sensoreinrichtungen zu entwickeln.This special design of the sensor device has the great advantage that, with regard to various applications, only very small requirements have to be made on the interface conditions. This means that the power supply via the two-wire line on the part of central, fixed facilities may vary from case to case in a large area. Thus, the sensor device can be used universally, and it is no longer necessary to develop specially dimensioned sensor devices for the individual applications.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß als Gleichspannungs-Schwellwertschalter 45 ein Operationsverstärker vorgesehen ist, dessen Meßeingang mit dem Siebglied und dessen Referenzeingang mit einem eine Referenzspannung erzeugenden Element der Gleichstromstabilisierungsschaltung verbunden sind.A preferred embodiment of the invention provides that an operational amplifier is provided as the DC voltage threshold switch 45, the measurement input of which is connected to the filter element and the reference input of which is connected to an element of the DC stabilization circuit which generates a reference voltage.

Diese Sensoreinrichtung kommt in vorteilhafter Weise mit einem relativ geringem Bauteilaufwand aus.This sensor device advantageously manages with a relatively small amount of components.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestelit und wird nachfolgend näher so erläutert. Es zeigen Fig. 1 die Schaltung eines elektronischen Sensors für Eisenbahnaniagen und Fig. 2 in mehreren Diagrammlinien die Signalverläufe an verschiedenen Meßpunkten der Schaltung.An embodiment of the invention is shown in the drawing and is explained in more detail below. 1 shows the circuit of an electronic sensor for railway installations and FIG. 2 shows the signal profiles at various measuring points of the circuit in several diagram lines.

Der rechte, strichpunktiert eingerahmte Teil von Fig. 1 zeigt schematisch eine ortsfeste Station SN, an welche Über eine Zweidrahtleitung ZG ein induktiv beeinflußbarer elektronischer Sensor angeschlossen ist. Über die Zweidrahtleitung ZG versorgt die ortsfeste Station SN die elektronische Sensorschaltung mit 55 elektrischer Energie aus einer Spannungsquelle UB. Aufgrund eines Modulationsvorganges des Speisestromes E bei Beeinflussungsvorgängen werden diese der ortsfesten Station SN rückgemeldet.The right, dash-dotted part of FIG. 1 schematically shows a stationary station SN, to which an inductively influenceable electronic sensor is connected via a two-wire line ZG. The fixed station SN supplies the electronic sensor circuit with 55 electrical energy from a voltage source UB via the two-wire line ZG. Due to a modulation process of the feed current E during influencing processes, these are reported back to the fixed station SN.

Die an die Zweidrahtleitung ZG angeschlossene Sensorschaitung besteht aus zwei Teilen, u. zw. im linken Teil aus einer LC-Oszillatorschaltung und im rechten Teil aus einem Gleichspannungs-Schwellwertschalter. 2The sensor circuit connected to the two-wire line ZG consists of two parts, u. in the left part from an LC oscillator circuit and in the right part from a DC voltage threshold switch. 2nd

AT 397 640 BAT 397 640 B

Die induktiv beeinflußbare LC-Oszillatorschaltung weist als aktives Element einen Oszillatortransistor T1 auf, der wechselspannungsmäßig gesehen in Basisschaltung arbeitet. Gleichzeitig ist jedoch der Oszillatortransistor T1 als Stellglied in eine Gleichstromstabilisierungsschaltung einbezogen, die aus einem Widerstand R1, einem Emitterwiderstand R2 und einer eine Referenzspannung erzeugenden Zenerdiode Z besteht. Parallel 5 zur Zenerdiode Z liegt ein Kondensator C1. Dieser hat die Aufgabe, die Basiselektrode des Oszillatortransi-stors T1 für die Frequenz der Oszillatorschaltung besonders niederohmig mit Massepotential zu verbinden. Die so gebildete Gleichstromstabilisierungsschaltung stabilisiert den Kollektorstrom des Oszillatortransistors T1 auf einen vorgegebenen Wert in einem weiten Bereich unabhängig von der sich auf der Zweidrahtleitung ZG betriebsmäßig ausbildenden Versorgungsspannung. Wechselstrommäßig gesehen stellt ein Übertrager io U, dessen Primärwicklung U1 im Kollektorstromkreis des Oszillatortransistors T1 liegt, mit seiner Sekundärwicklung U2, an die zwei Kondensatoren C3 und C4 angeschlossen sind, einen Schwingkreis dar.The LC oscillator circuit which can be influenced inductively has an oscillator transistor T1 as the active element, which, in terms of AC voltage, operates in the basic circuit. At the same time, however, the oscillator transistor T1 is included as an actuator in a DC stabilization circuit, which consists of a resistor R1, an emitter resistor R2 and a Zener diode Z generating a reference voltage. A capacitor C1 is connected in parallel with the Zener diode Z. This has the task of connecting the base electrode of the oscillator transistor T1 for the frequency of the oscillator circuit in a particularly low-resistance manner to ground potential. The direct current stabilization circuit formed in this way stabilizes the collector current of the oscillator transistor T1 to a predetermined value in a wide range, regardless of the supply voltage that is normally formed on the two-wire line ZG. In terms of alternating current, a transformer io U, whose primary winding U1 is in the collector circuit of the oscillator transistor T1, with its secondary winding U2, to which two capacitors C3 and C4 are connected, represents an oscillating circuit.

Eine Besonderheit der Oszillatorschaltung ist nun, daß die beiden Kondensatoren C3 und C4 im Kapazitätswert etwa gleich groß gewählt sind und der Verbindungspunkt V der in Reihe geschalteten Kondensatoren C2 und C3 mit der Emitterelektrode des Oszillatortransistors T1 verbunden ist. Hiedurch wird eine sehr 75 hohe wechselstrommäßige Übersteuerung des Oszillatortransistors T1 erzielt, wodurch die Schwingungen bei den in der Praxis auftretenden induktiven Beeinflussungen auf keinen Fall abreißen, sondern wahlweise eine von zwei vorgegebenen Amplituden beibehalten. Es sei besonders darauf hingewiesen, daß bei einer induktiven Beeinflussung der Oszillatorschaltung weder die Rückkopplungsbedingungen noch die Gegenkopplung der Schaltung verändert werden. 20 Der durch die Oszillatorschaltung steuerbare Gleichspannungs-Schwellwertschalter hat als aktives Element einen Operationsverstärker OP, dessen Ausgang OP1 über einen Widerstand R3 mit einer der beiden Leitungen ZG verbunden ist. Ein Referenzeingang OP2 des Operationsverstärkers OP ist über einen Widerstand R4 an die Zenerdiode Z angeschlossen. Der Referenzeingang OP2 ist ferner über eine Diode DE und einen Widerstand R5 mit dem Ausgang OP1 des Operationsverstärkers OP verbunden. Die beiden 25 Widerstände R4 und R5 bilden einen Spannungsteiler und bestimmen die Schalthysterese des Operationsverstärkers OP. Die Diode DE verhindert, daß die über die Zweidrahtleitung ZG zugeführte Versorgungsspannung auf den Referenzeingang OP2 zurückwirkt. Somit sind der Ein- und Ausschaltpunkt des Gleichspannungs-Schwellwertschalters unabhängig von der Versorgungsspannung auf der Zweidrahtleitung ZG.A special feature of the oscillator circuit is that the two capacitors C3 and C4 are selected to have approximately the same capacitance value and the connection point V of the capacitors C2 and C3 connected in series is connected to the emitter electrode of the oscillator transistor T1. This achieves a very high AC overdrive of the oscillator transistor T1, so that the vibrations in the inductive influences that occur in practice do not break off, but instead maintain one of two predetermined amplitudes. It should be particularly pointed out that when the oscillator circuit is influenced inductively, neither the feedback conditions nor the negative feedback of the circuit are changed. The DC voltage threshold switch which can be controlled by the oscillator circuit has an operational amplifier OP as its active element, the output OP1 of which is connected to one of the two lines ZG via a resistor R3. A reference input OP2 of the operational amplifier OP is connected to the Zener diode Z via a resistor R4. The reference input OP2 is also connected via a diode DE and a resistor R5 to the output OP1 of the operational amplifier OP. The two 25 resistors R4 and R5 form a voltage divider and determine the switching hysteresis of the operational amplifier OP. The diode DE prevents the supply voltage supplied via the two-wire line ZG from acting back on the reference input OP2. The switch-on and switch-off points of the DC voltage threshold switch are therefore independent of the supply voltage on the two-wire line ZG.

Die Emitterelektrode des Oszillatortransistors T1 ist über einen aus zwei weiteren Widerständen R6 und R7 30 gebildeten Spannungsteiler mit dem Meßeingang OP3 des Operationsverstärkers OP verbunden. Ein parallel zum Widerstand R7 geschalteter Kondensator C4 hat die Aufgabe, unerwünschte Wechselspannungsanteile zu unterdrücken. Die Verbindung des Meßeinganges OP3 des Operationsverstärkers OP mit der Emitterelektrode des Oszillatortransistors T1 unter Verzicht auf eine Gleichrichterschaltung ist aufgrund folgender Überlegung möglich: 35 Bei hinreichend starker wechselspannungsmäßiger Übersteuerung des Oszillatortransistors T1 wirkt dessen Basis-Emitter-Diode wie ein Gleichrichter und gestattet eine Verlagerung des Potentials der rückgekoppelten Wechselspannungsamplitude. Der arithmetische Mittelwert folgt dabei dem jeweiligen Bedämpfungsverlauf. Nähere Einzelheiten hiezu werden im Zusammenhang mit der Erläuterung eines Arbeitsbeispieles an Hand der Diagramme in Fig. 2 noch aufgezeigt. 40 Die Signalverläufe in den sechs Diagrammlinien der Fig. 2 in Abhängigkeit von der Zeit werden nachfolgend zu drei verschiedenen Zeitpunkten fl, t2 und t3 untersucht bzw. miteinander verglichen. In der Diagrammlinie LA sind die Oszillatorschwingungen dargestellt, die sich am Meßpunkt A einstellen, wenn die Sensorschaltung keiner Beeinflussung unterliegt. Entsprechend den Kapazitäten der Kondensatoren C2 und C3 wird der Wert der Schwingungsamplitude am Meßpunkt A geteilt, so daß sich am Meßpunkt V der in der 45 Diagrammlinie LV dargestellte Signalverlauf ergibt. Die Signalverschiebung in positiver vertikaler Richtung basiert auf dem Gleichrichtereffekt der Basis-Emitter-Diode des Oszillatortransistors T1. Am Meßpunkt C steht die dem Operationsverstärker OP zugeführte, geglättete Steuerspannung zur Verfügung, die bei unbedämpfter Sensorschaltung zum Zeitpunkt t1 einen relativ hohen Wert hat, vgl. Diagrammlinie LC. Die aus den Widerständen R6 und R7 bzw. R4 und R5 gebildeten Spannungsteiler sind nun so bemessen, daß so bei nicht beeinflußter Sensorschaltung, also im für den Betrachtungszeitpunkt angenommenen Ruhezustand, der Operationsverstärker OP durchgeschaltet ist, so daß dessen Ausgang OP1 und damit der Meßpunkt D auf tiefem Potential liegt. Dies ist in der Diagrammlinie LD zum Zeitpunkt tl dargestellt. Im Ruhezustand fließt über den Widerstand R3 ein erhöhter Speisestrom E, dessen Amplitude in der Diagrammlinie LE dargestellt ist. Dieser erhöhte Speisestrom E hat nun an einem Meßwiderstand RV in der 55 ortsfesten Station SN einen erhöhten Spannungsabfall F zur Folge, der an zwei Klemmen K1, K2 abgegriffen und einer nicht weiter dargestellten Auswerteeinrichtung zugeführt werden kann. Der Amplitudenverlauf der Spannung am Meßwiderstand RV ist in der Diagrammlinie LF gezeigt. Aufgrund des erhöhten Spannungsabfalles am Meßwiderstand RV steht allerdings auf der Zweidrahtleitung ZG eine 3The emitter electrode of the oscillator transistor T1 is connected to the measurement input OP3 of the operational amplifier OP via a voltage divider formed from two further resistors R6 and R7 30. A capacitor C4 connected in parallel with the resistor R7 has the task of suppressing undesired AC voltage components. The connection of the measurement input OP3 of the operational amplifier OP to the emitter electrode of the oscillator transistor T1 without a rectifier circuit is possible on the basis of the following consideration: 35 If the oscillator transistor T1 is overdriven with sufficient voltage, its base-emitter diode acts like a rectifier and permits a shift in the potential the feedback AC amplitude. The arithmetic mean follows the respective damping curve. Further details are shown in connection with the explanation of a working example using the diagrams in FIG. 2. The signal profiles in the six diagram lines of FIG. 2 as a function of time are subsequently examined or compared with one another at three different times fl, t2 and t3. The diagram line LA shows the oscillator vibrations that occur at measuring point A when the sensor circuit is not influenced. The value of the oscillation amplitude at measuring point A is divided according to the capacitances of capacitors C2 and C3, so that the signal curve shown in diagram line LV is obtained at measuring point V. The signal shift in the positive vertical direction is based on the rectifier effect of the base-emitter diode of the oscillator transistor T1. At the measuring point C, the smoothed control voltage supplied to the operational amplifier OP is available, which has a relatively high value at time t1 when the sensor circuit is undamped, cf. Chart line LC. The voltage dividers formed from the resistors R6 and R7 or R4 and R5 are now dimensioned such that when the sensor circuit is not influenced, that is to say in the idle state assumed for the time of observation, the operational amplifier OP is switched through, so that its output OP1 and thus the measuring point D is at low potential. This is shown in the diagram line LD at time t1. In the idle state, an increased supply current E flows through the resistor R3, the amplitude of which is shown in the diagram line LE. This increased supply current E now results in an increased voltage drop F at a measuring resistor RV in the 55 stationary station SN, which can be tapped at two terminals K1, K2 and fed to an evaluation device (not shown). The amplitude profile of the voltage across the measuring resistor RV is shown in the diagram line LF. Due to the increased voltage drop across the measuring resistor RV, however, there is a 3 on the two-wire line ZG

Claims

AT 397 640 B reduced supply voltage compared to the operating case at time t2 (influence). However, this has no effect on the oscillator circuit, since the oscillator transistor T1 operates with a constant collector current and a DC-type separation of the excitation and resonant circuit windings U1 / U2 are provided. Thus the AC voltage amplitude, for example at measuring point A, remains independent of the level of the supply voltage on the two-wire line ZG. At time t2 it can be assumed that the sensor device is subject to a maximum inductive influence and thus damping, so that the vibrations decrease greatly in amplitude, but are not completely suppressed, cf. Chart line LA. The particular advantage of the present sensor device now also consists in the fact that the influences, for example by railroad wheels rolling past at very high speed, may be very brief; they are still recognized and reported. The envelope curve, cf. between times t1 / t3 and diagram line LA, the damping curve caused by a rolling vehicle wheel follows without any inertia, since the oscillator always works in a highly overdriven manner and thus the oscillator vibrations do not break off in any operating case. At the time t2 in the diagram line LV it can be seen that the arithmetic mean of the signals at the measuring point V also decreases when influenced. As a result, the measuring input OP3 of the operational amplifier OP is only provided with such a low control voltage due to the circuit dimensions, cf. Diagram line LC that the operational amplifier OP switches off as long as the control voltage at the measurement input OP3 falls below the two threshold values S1 and S2. The output OP1 and thus the measuring point D is at a high positive potential, cf. Diagram line LD and the feed current E drop to a considerably reduced value. This results in a lower voltage drop across the measuring resistor RV, cf. Diagram line LF as unaffected at time t1. The change in the voltage F at the terminals K1 and K2 can serve as a counting pulse in the stationary station SN of the device (not shown). At time t3, the inductive influencing and thus the damping of the sensor circuit may have ceased completely, so that the same conditions occur as have already been described for time tt. In summary, it should be noted once again that the alternating voltage amplitude of the oscillator and the on and off point of the direct voltage threshold switch are advantageously independent of the respective supply voltage on the two-wire line ZG. 1. Sensor device for railway systems, in which an LC oscillator circuit depending on external, inductive influence alternately vibrates with one of two predetermined amplitudes, with an oscillator transistor, on the emitter electrode of which a resistor and an electronic threshold switch are connected, which together with the oscillator circuit is supplied with electrical energy via a two-wire line, characterized in that the passive components (C2, C3) of the oscillator circuit are dimensioned in such a way that the oscillator transistor (T1) operates in a manner that is heavily overloaded in terms of AC voltage, so that the oscillator transistor (T1) is also used as an actuator in a DC stabilization circuit (R1, Z, R2) is involved and that a DC voltage threshold switch (OP) is connected to the emitter resistor (R2) via a filter element (R6, C4).

2. Sensor device according to claim 1, characterized in that an operational amplifier (OP) is provided as a DC voltage threshold switch, the measuring input (OP3) with the filter element (R6, C4) and the reference input (QP2) with an element generating a reference voltage (Z) the DC stabilization circuit (Ri, Z, R2, T1) are connected. Including 1 sheet of drawings 4