CN100575164C - 双轨内侧粘贴绝缘导体的轨道电路系统及其检测方法 - Google Patents

Abstract

双轨内侧粘贴绝缘导体的轨道电路系统及检测方法，本发明提出了基于差动原理的轨道电路系统。利用双轨内侧粘贴金属导体形成传输线并终接其特性阻抗作为差动系统的一端，另一端终接Z_c。当轨道无车时，Z_入＝Z_C，差动系统中I₁＝I₂，在受信端无输出电流，显示列车可通行的信号。如轨道上有车或轨道被切断或者破坏，则改变了传输线的R、L、C，Z_入≠Z_C，则I₁≠I₂，受信端有电流，显示列车不能进入该闭塞区段的信号。这种基于差动原理的轨道电路系统可以满足模拟和数字编码信息的传输，还可实现车—地通信。

Description

双轨内侧粘贴绝缘导体的轨道电路系统及其检测方法

技术领域

本发明涉及双轨内侧粘贴绝缘导体的轨道电路系统及其检测方法，本发明所提出的“基于差动原理双轨内侧粘贴绝缘导体的轨道电路系统”属于轨道交通行车指挥技术领域，特别属于利用轨道电路指挥行车的技术领域。

背景技术

目前的铁路行车指挥基本上是依靠轨道电路来实现的，但是这种轨道电路对地绝缘很差，平均每公里对地绝缘为1欧姆左右，遇有大雨或低洼水淹地区，则这种轨道电路的绝缘不能保证安全指挥行车的需求。尤其是目前在铁路干线上都是采用长钢轨，则轨道电路的闭塞区段结构比较复杂，而且有数米～二十米的盲区。另外，如果轨道遭意外而被切断时，因为处在开路状态，这种轨道电路仍然显示绿灯，将导致严重的行车事故。由于双轨间的绝缘很差，钢轨的电阻又随频率的提高而剧增，使得现有的轨道电路所使用的频率很低，约1KHz～3KHz，调制的信号频率为数十赫兹以内。所以严重影响车地间信息的交换量。此外，在运量稀少且天气潮湿的铁路区段，轨道极易生锈，而铁锈是绝缘的，这也容易产生错误的显示而导致行车事故。要消除这种轨道上的铁锈，维修工作量极大。为了改进上述轨道电路的种种缺陷，迫切需要一种新的轨道电路来取代。

发明内容

为了克服现有技术结构的不足，本发明提供双轨内侧粘贴绝缘导体的轨道电路系统及其检测方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明在国际上首次将差动原理用于轨道电路系统。提出了“基于差动原理双轨内侧粘贴绝缘导体的轨道电路系统”。其发明的主要内容如下：

本发明有双轨、绝缘导体、混合线圈、或桥T型电阻网，绝缘导体含有绝缘体和导体，导体由铜带、铜箔或铝带、铝箔组成，绝缘体包裹所述导体，上述的绝缘导体紧贴在双轨的钢轨内侧形成传输线，终端连接该传输线的特性阻抗。混合线圈或桥T型电阻网的一端连接该传输线的始端，另一端连接该传输线的特性阻抗。

双轨内侧粘贴绝缘导体的轨道电路系统及其检测方法，提出在双轨的内侧粘贴绝缘导体，这种导体由铜带、铜箔或铝带、铝箔所组成，由于其厚度(包括绝缘的厚度)只有几个毫米，所以不会影响铁路的正常运行和轨道的维护和检修。这样两根带绝缘的导体形成了新的传输线，其对地绝缘电阻将高达百兆欧·公里，从根本上解决了轨道对地绝缘的问题；另外由于铜(铝)导体的阻抗随使用频率的提高比钢轨要小得多，所以这种利用绝缘的铜(铝)导体紧贴在钢轨内侧所形成的传输线具有较小的损耗，传输频带可以是1KHz～30KHz。(如果不怕相互干扰，则传输频率还可更高，传输的距离在2公里以上)

在上述利用绝缘的铜(铝)导体紧贴在钢轨内侧所形成的传输线的终端连接该传输线的特性阻抗，则在传输线任何两点的输入阻抗都等于特性阻抗。因此在这种传输线始端的输入阻抗等于特性阻抗。

本发明所提出的差动原理可以由变压器式的差动系统(又名混合线圈)或桥T型电阻网来实现。将混合线圈的一端接上特性阻抗Z_c，在另一端连接利用绝缘的铜(铝)导体紧贴在钢轨内侧所形成的传输线的两端，这就形成了差动系统。在送信端接上信号源，该信号源可以是1KHz至30KHz为载波，被数十至数百Hz调制的模拟信号或数字编码信号，受信端接至轨道电路信号处理系统。当轨道上无车辆时，差动系统两端对称平衡，在受信端无输出电流。则系统显示绿灯，表示列车可通行。如在无地面信号显示区段，例如高速或客运专线，则可通过机车感应器接收到可通行的指令。如果轨道上有车，则改变了传输线的电容、电感和电阻，受信端有电流输出。则系统显示红灯，表示轨道上有车。如在无地面信号显示区段，例如高速或客运专线，则可通过机车感应器接收到不可通行的指令。如果遭遇不测，轨道被切断或者破坏，输出端有电流输出，则系统显示列车不能进入该闭塞区段的信号。

本发明的有益效果是完全克服了现有的轨道电路所存在的问题，解决轨道电路对地绝缘不良和轨道阻抗随频率升高而剧增的缺陷，可进一步确保列车的安全运行。本发明的推广应用，将产生巨大的社会效益和经济效益。据所查阅的资料，世界上尚未见到有关“基于差动原理双轨内侧粘贴绝缘导体的轨道电路系统”的报道。

附图说明

下面结合附图和实施例对发明进一步说明。

图1为本发明中在钢轨内侧粘贴绝缘导体形成的传输线结构示意图。

图2为差动系统结构示意图。

图3为基于差动原理双轨内侧粘贴绝缘导体的轨道电路系统构成示意图。

图4为绝缘导体结构示意图。

具体实施方式

实施例1：如图1所示，双轨1的钢轨内侧粘贴绝缘导体2，绝缘导体2含有绝缘体3和导体4，导体4由铜带、铜箔或铝带、铝箔组成，绝缘体3包裹所述导体4，如图4所示。上述的绝缘导体2紧贴在双轨1的钢轨内侧所形成传输线，终端连接该传输线的特性阻抗。混合线圈或桥T型电阻网(如图2所示)的一端连接该传输线的始端，另一端连接该传输线的特性阻抗，如图3所示。

1、本发明提出在双轨1的内侧粘贴绝缘导体2，这种导体4由铜带、铜箔或铝带、铝箔所组成，如图1、4所示。由于其厚度(包括绝缘的厚度)只有几个毫米，所以不会影响铁路的正常运行和轨道的维护和检修。这样两根带绝缘的导体形成了新的传输线，如图1所示。其对地绝缘电阻将高达百兆欧·公里，从根本上解决了轨道对地绝缘的问题；另外由于铜(铝)导体的阻抗随使用频率的提高比钢轨要小得多，所以这种利用铜(铝)导体紧贴在钢轨内侧所形成的传输线具有较小的损耗，传输频带可以是1KHz～30KHz。(如果不怕相互干扰，则传输频率还可更高，传输的距离在2公里以上)

2、在上述利用铜(铝)导体紧贴在钢轨内侧所形成的传输线的终端，连接该传输线的特性阻抗，则在传输线任何两点的输入阻抗都等于特性阻抗。因此在这种传输线始端的输入阻抗等于特性阻抗。

U_x＝U_lchγx+I_lZ_cshγx

$I_x=I_l\mathrm{ch\γx}+\frac{U_l}{Z_c}\mathrm{sh\γx}$

式中，Z_c表示传输线的特性阻抗，γ表示传输线的传输系数。

在任意点的输入阻抗可表示为：

如传输线终端连接特性阻抗Z_c，则U_l/I_l＝Z_c，于是Z_入x＝Z_c。

3、本发明所提出的差动原理可以由变压器式的差动系统(又名混合线圈)或桥T型电阻网来实现，如图2(a)、(b)所示。将混合线圈的一端(图2(a)中的3、3′)接上特性阻抗Z_c，在1、1′端连接利用铜(铝)导体紧贴在钢轨内侧所形成的传输线的两端，这就形成了差动系统，如图3所示。在图3的信号输入端4、4′接上信号源，该信号源可以是1KHz至30KHz为载波，被数十至数百Hz调制的模拟信号或数字编码信号。受信端接至轨道电路信号处理系统。当轨道上无车辆时，Z_入＝Z_C，差动系统两端对称平衡，I₁＝I₂，在受信端2、2′无输出电流。则系统显示列车可通行信号。如果轨道上有车，则改变了传输线的电容、电感和电阻，此时Z_入≠Z_C，则I₁≠I₂，受信端有电流输出。则系统显示轨道上有车的信息。如果遭遇不测，轨道被切断或者破坏，则Z_入≠Z_C，则I₁≠I₂，受信端有电流输出，则系统显示列车不能进入该闭塞区段的信号。

实施例2：

1、在钢轨内侧粘贴的绝缘导体2在实施中最好采用铜带，厚度一般在0.1～0.3毫米之间，宽度在10～20毫米之间，其厚度和宽度需由轨道电路闭塞区段的长度来确定。这种铜带上绝缘可以是聚乙烯、聚氯乙烯或其它绝缘材料。粘贴的胶可以是环氧树脂或者地板胶之类的其它粘胶。

2、需用阻抗电桥测试这种利用铜(铝)导体紧贴在钢轨内侧所形成的传输线的开路阻抗Z_∞和短路阻抗Z₀，则该传输线的特性阻抗

$Z_c=\sqrt{Z_{\∞}{Z}_0}$

用电阻、电容或电感组成所测试的特性阻抗Z_c值，将所组成的Z_c接入利用铜(铝)导体紧贴在钢轨内侧所形成的传输线的终端和上述差动系统的3、3′端，

3、差动系统最好采用混合线圈，如果采用桥T型电阻网，则该系统的灵敏度将大为降低。混合线圈的设计和制造一定要保证较完整的对称性。所以在制造图2中3、3′和4、4′的线圈时一定要交叉绕制，选择适合尺寸的铁氧体或叵镆合金铁芯。整个混合线圈漏磁应小于1％。

4、如属雷击区，则需在图3的3、3′间和4、4′间加微法级电容。

实施例3：

一种有无列车占用的轨道检测方法，包括在双轨的内侧粘贴带绝缘的带状导体形成新的传输线，带状线的厚度和宽度不影响铁路的正常运行和轨道的维护和检修，其对地绝缘电阻将高达百兆欧·公里，从根本上解决了轨道对地绝缘的问题。同时其传输损耗较小，传输频带可以从1KHz～30KHz。在双轨的内侧粘贴带绝缘的带状导体形成新的传输线终端连接特性阻抗，在始端的输入阻抗等于特性阻抗。这两根带状线在电气化区段是等电位的，可防止电气化的干扰。

基于上述传输线和利用混合线圈或桥T型电阻网构成的差动系统，将差动系统的一端连接在双轨的内侧粘贴带绝缘的带状导体形成新的传输线，由于其终端接有特性阻抗，则在始端的输入阻抗就等于特性阻抗。在差动系统的另一端连接特性阻抗。在差动系统的送信端连接信号的模拟或数字编码信息源，在差动系统的受信端接轨道电路信号处理系统。例如在受信端无电流输出则显示列车可通行信号，有电流输出则显示列车不可进入该闭塞区段的信号。当轨道无车时，Z_入＝Z_C，差动系统中I₁＝I₂，在2、2′端无输出电流，这样该区段无车时则显示列车可通行信号。有车时或轨道遭破坏时，则显示列车不可进入该闭塞区段的信号。列车车轮和车厢位于钢轨上则改变了传输线的分布电阻R、电感L和电容C，从而改变差动系统两端的平衡状态，Z_入≠Z_C，则I₁≠I₂，受信端有电流输出，系统显示列车不可进入该闭塞区段的信号。还可通过车一地间的感应实现车地通信。

Claims (4)

1.双轨内侧粘贴绝缘导体的轨道电路系统，有双轨、绝缘导体以及混合线圈或桥T型电阻网，其特征是：绝缘导体含有绝缘体和导体，导体由铜带、铜箔或铝带、铝箔组成，绝缘体包裹所述导体，上述的绝缘导体紧贴在双轨的钢轨内侧所形成传输线的终端连接该传输线的特性阻抗，混合线圈或桥T型电阻网的一端连接该传输线的始端，另一端连接该传输线的特性阻抗，混合线圈的信号源是1KHz至30KHz为载波被数十至数百Hz调制的模拟信号或数字编码信号，混合线圈的受信端接至轨道电路信号处理系统。

2.根据权利要求1所述的双轨内侧粘贴绝缘导体的轨道电路系统，其特征是：铜带的厚度为0.1～0.3毫米，宽度为10～20毫米。

3.根据权利要求1或2所述的双轨内侧粘贴绝缘导体的轨道电路系统，其特征是：混合线圈交叉绕制，选择铁氧体或叵镆合金铁芯。

4.根据权利要求1所述的双轨内侧粘贴绝缘导体的轨道电路系统的检测方法，其特征是，在双轨的内侧粘贴绝缘导体，所述绝缘导体由绝缘体包裹铜带、铜箔或铝带、铝箔所组成，形成了传输线，在上述利用绝缘的铜或铝导体紧贴在钢轨内侧所形成的传输线的终端，连接该传输线的特性阻抗，变压器式的差动系统或混合线圈或桥T型电阻网的一端接上特性阻抗，在另一端连接利用铜或铝导体紧贴在钢轨内侧所形成的传输线的始端，形成差动系统，在送信端接上信号源，该信号源是1KHz至30KHz为载波被数十至数百Hz调制的模拟信号或数字编码信号，混合线圈的受信端接至轨道电路信号处理系统，当轨道上无车辆时，差动系统两端对称平衡，在受信端无输出电流，则系统显示列车可通行的信号，如果轨道上有车，则改变了传输线的电容、电感和电阻，受信端有电流输出，则系统显示轨道上有车，列车不能进入该闭塞区段的信号，如果遭遇不测，轨道被切断或者破坏，受信端有电流输出，则系统显示列车不能进入该闭塞区段的信号。

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