CN102590600A

CN102590600A - 地铁回流系统杂散电流传感器

Info

Publication number: CN102590600A
Application number: CN2012100026214A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: XUZHOU RUNZE ELECTRIC Co Ltd
Current assignee: XUZHOU RUNZE ELECTRIC Co Ltd
Priority date: 2012-01-06
Filing date: 2012-01-06
Publication date: 2012-07-18

Abstract

一种地铁回流系统杂散电流传感器，主要由道床排流网结构钢筋测量端子或隧道壁结构钢筋测量端子、牵引钢轨测量端子、参比电极、单片机、AD转换器、通信转换芯片、隔离收发器及复位带看门狗电路组成，可以将检测到的数据通过单片机进行相应计算后通过CAN总线或标准的RS485总线传送至中央管理系统，形成了整个地铁系统的杂散电流综合监测网，对杂散电流进行实时在线监测，为地铁运行提供可靠数据。

Description

地铁回流系统杂散电流传感器

一、技术领域

本发明涉及一种地铁回流系统杂散电流传感器，尤其适合于轻轨或地铁系统中杂散电流的在线监测。

二、背景技术

在轻轨或地铁系统中，牵引供电系统一般采用直流供电方式，利用钢轨作为返回线，非常容易产生杂散电流。杂散电流是一种有害的电流，会对地铁附近的地下金属体，如建筑物的结构钢筋、水管、煤气管道、通信电缆等造成电化学腐蚀，造成严重影响。地铁杂散电流的监测是通过监测结构钢筋的极化电位、牵引钢轨对结构钢筋的电位等综合分析得到的。传统的方法是在地铁建设过程中，事先在地铁隧道区间内埋好参比电极，并从结构钢筋引出测量端子，在一定时间内，人工操作接好导线进行测量记录。然而这种测量方法存在一些弊端，由于杂散电流对金属的腐蚀是累积效应，现场临时布线不能反映地铁全部运营时间杂散电流情况；并且由于是局部测量，测量的结果不能反映整个地铁线路杂散电流分布情况；此外现场测量工作条件及隧道空间的限制，给测量带来不便和危险。

三、技术内容

1、发明目的

本发明的目的在于提供一种地铁回流系统杂散电流在线监测的传感器，该传感器对轻轨或地铁运行期间有关杂散电流的相关参数进行自动监测、实时上报，并存储监测数据。当出现杂散电流相关参数超标等异常情况时，自动上传报警信息，通过上位机提醒值班工作人员注意并采取相应处理措施，保障城市轨道交通的安全可靠运行。

2、技术方案

本发明地铁回流系统杂散电流传感器，由单片机电路和3个电极组成。单片机电路由信号放大器、AD转换器等组成的变换电路，单片机及接口电路，包含工业级现场总线接口的通信电路以及复位带看门狗电路组成。测量三个电极的信号经过信号放大器放大、AD转换等变换电路，由模拟量转换为数字量，CPU通过采集的数字量进行相应计算，并存储判断，最终将结果通过通信电路上传至中央管理系统。

3、技术效果

本发明地铁回流系统杂散电流传感器，可以实时在线监测隧道壁结构钢筋、道床排流网结构钢筋杂散电流情况。通过工业级现场总线与中央管理器连接，形成整个地铁系统的杂散电流综合监测网，对杂散电流进行实时在线监测，为地铁运行提供可靠数据，保障地铁的安全运行。

四、附图说明

附图1是本发明地铁回流系统杂散电流传感器电路原理图。

附图2是本发明地铁回流系统杂散电流传感器各模块工作示意图。

五、具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施作进一步说明：

如附图2所示，各模块工作示意图。

电极根据传感器测量信号的不同而分为两类，一类用于测量牵引钢轨对道床排流网结构钢筋电压、道床排流网结构钢筋对参比电极的电位，因而3个电极为牵引钢轨测量端子、道床排流网结构钢筋测量端子、参比电极，另一类用于测量牵引钢轨对隧道壁结构钢筋电压、隧道壁结构钢筋对参比电极电位，因而3个电极为牵引钢轨测量端子、隧道壁结构钢筋测量端子、参比电极。

参比电极为氧化钼参比电极，工业级现场总线可以选用CAN总线或标准的RS485总线，可以通过修改单片机电路中的通信电路来选择不同的工业级现场总线。各测量信号经过信号放大器放大、AD转换等变换电路，由模拟量转换为数字量，CPU通过采集的数字量进行相应计算，并存储判断，最终将结果通过通信电路上传至中央管理系统。一般情况下，地铁回流系统杂散电流的某个监测点需要检测牵引钢轨对道床排流网结构钢筋电压、道床排流网结构钢筋对参比电极的电位或牵引钢轨对隧道壁结构钢筋电压、隧道壁结构钢筋对参比电极的电位，而整个地铁沿线要有若干个监测点，因此传感器配有工业级现场总线接口，通过工业级现场总线把测量结果传送到中央管理系统。数据采集每隔一定时间进行一次，分别采集以上2个信号，把对应的2个信号通过信号放大器、AD转换器转换为数字量送入单片机进行相应计算，并存储判断。杂散电流对结构金属体的腐蚀是长期累积的效果，所以通过判断一段时间内极化电位的平均值是否超过规定指标来衡量杂散电流腐蚀影响。本发明传感器利用检测到的极化电位计算出极化电位半小时平均值，利用检测到的牵引钢轨对结构钢筋的电位差计算出此电位差的半小时最大值，最后通过通信电路上传至中央管理系统。中央管理系统与每个传感器的通讯采用主从通讯结构，每个传感器都有自己的分站通讯地址，中央管理系统每段时间向各个传感器提取有效数据，形成数据库。当出现杂散电流相关参数超标等异常情况时，传感器也会自动上传报警信息，通过上位机提醒值班工作人员注意并采取相应处理措施，保障地铁的安全可靠运行。

如图1为详细的电路原理图。

本发明地铁回流系统杂散电流传感器本身为一个单片机控制的数据采集装置，IC1为单片机，采用ATmega16，它是整个装置的核心。测量道床排流网结构钢筋的极化电位或测量隧道壁结构钢筋的极化电位经电阻R6、压敏电阻R7（阀值电压3.3V）进入由运算放大器IC6和双向二极管D2、D3组成的电压跟随器进行信号采样保持，其输出为AN2；测量牵引钢轨对道床排流网结构钢筋的电压或测量牵引钢轨对隧道壁结构钢筋的电压经电阻R8、R9、R10和压敏电阻R11（阀值电压3.3V）进入由运算放大器IC7和双向二极管D4、D5组成的电压跟随器进行信号采样保持，其输出为AN1。AN2与AD转换器（IC5:AD7705）的差分模拟输入通道AIN2+连接，AN1与AD转换器（IC5:AD7705）的差分模拟输入通道AIN1+连接，AD转换器的串行时钟输入SCLK与单片机的PB7连接，AD转换器的主时钟信号输入/输出MCLK IN/MCLK OUT与由电容C9、C10和晶振U3构成的外部时钟连接，AD转换器的片选CS和复位RESET分别与单片机的PB4和复位RESET连接，AD转换器的串行数据输入/输出DIN/DOUT与单片机的PB5、PB6连接，这样输入的模拟信号经AD转换器转换成的数字信号通过串行数据输入DIN送入单片机。单片机（IC1: ATmega16）读取AD转换器输出的数据，并进行相应的计算，最后将结果通过PA0到PA7输出。CAN通信转换芯片SJA1000（IC4）的输入AD0到AD7与单片机的PA0到PA7连接，用于接收单片机的输出结果，SJA1000的外部晶振XTAL1、XTAL2与由电容C7、C8和晶振U2构成的外部时钟连接，SJA1000的ALE、CS分别与单片机的PB0、PB1连接，SJA1000的RD、WR分别与单片机的PB2、PB3连接，由单片机控制完成数据的读取或写入，SJA1000的RST、INT分别与单片机的RESET、PD3连接，SJA1000的串行数据输出为TX0、串行数据输入为RX0。通用CAN隔离收发器CTM8251（IC3）的TXD、RXD分别与SJA1000的TX0、RX0连接，用于发送、接收数据，CTM8251的CANH、CANL为CAN总线的接线端，由此实现和CAN总线的通信。此外，电路中的MAX706（IC2）为复位、看门狗电路，MAX706的复位RES与单片机的RESET连接，MAX706的WDI与单片机的PD2连接，电路中还设计了手动复位电路，当按键S1被按下时，手动复位电路产生的低电平信号作用至MAX706的MR，用于手动对单片机进行复位，电阻R1为复位的辅助电阻，电容C1对复位信号起滤波作用。

Claims

1.一种地铁回流系统杂散电流传感器，其特征在于：它由单片机电路和3个电极组成，可对轻轨或地铁运行期间有关杂散电流的相关参数进行自动监测、实时上报，并存储监测数据。

2.根据权利要求1所述的地铁回流系统杂散电流传感器，其特征在于：单片机电路由信号放大器、AD转换器等组成的变换电路，单片机及接口电路，包含工业级现场总线接口的通信电路以及复位带看门狗电路组成。

3.根据权利要求1所述的地铁回流系统杂散电流传感器，其特征在于：电极根据传感器测量信号的不同而分为两类，一类用于测量牵引钢轨对道床排流网结构钢筋电压、道床排流网结构钢筋对参比电极的电位，因而3个电极为牵引钢轨测量端子、道床排流网结构钢筋测量端子、参比电极，另一类用于测量牵引钢轨对隧道壁结构钢筋电压、隧道壁结构钢筋对参比电极电位，因而3个电极为牵引钢轨测量端子、隧道壁结构钢筋测量端子、参比电极。

4.根据权利要求2所述的地铁回流系统杂散电流传感器单片机电路，其特征在于：测量道床排流网结构钢筋的极化电位或测量隧道壁结构钢筋的极化电位经电阻R6、压敏电阻R7（阀值电压3.3V）进入由运算放大器（IC6）和双向二极管D2、D3组成的电压跟随器进行信号采样保持，其输出为AN2；测量牵引钢轨对道床排流网结构钢筋的电压或测量牵引钢轨对隧道壁结构钢筋的电压经电阻R8、R9、R10和压敏电阻R11（阀值电压3.3V）进入由运算放大器（IC7）和双向二极管D4、D5组成的电压跟随器进行信号采样保持，其输出为AN1；AN2与AD转换器（IC5）的差分模拟输入通道AIN2+连接，AN1与AD转换器（IC5）的差分模拟输入通道AIN1+连接，AD转换器（IC5）的串行时钟输入SCLK与单片机（IC1）的PB7连接，AD转换器（IC5）的主时钟信号输入/输出MCLK IN/MCLK OUT与由电容C9、C10和晶振U3构成的外部时钟连接，AD转换器（IC5）的片选CS和复位RESET分别与单片机（IC1）的PB4和复位RESET连接，AD转换器（IC5）的串行数据输入/输出DIN/DOUT与单片机（IC1）的PB5、PB6连接，这样输入的模拟信号经AD转换器转换成的数字信号通过串行数据输入DIN送入单片机（IC1）；单片机（IC1）读取AD转换器（IC5）输出的数据，并进行相应的计算，最后将结果通过PA0到PA7输出；通信转换芯片（IC4）的输入AD0到AD7与单片机（IC1）的PA0到PA7连接，用于接收单片机（IC1）的输出结果，通信转换芯片（IC4）的外部晶振XTAL1、XTAL2与由电容C7、C8和晶振U2构成的外部时钟连接，通信转换芯片（IC4）的ALE、CS分别与单片机（IC1）的PB0、PB1连接，通信转换芯片（IC4）的RD、WR分别与单片机（IC1）的PB2、PB3连接，由单片机（IC1）控制完成数据的读取或写入，通信转换芯片（IC4）的RST、INT分别与单片机（IC1）的RESET、PD3连接，通信转换芯片（IC4）的串行数据输出为TX0、串行数据输入为RX0；通用隔离收发器（IC3）的TXD、RXD分别与通信转换芯片（IC4）的TX0、RX0连接，用于发送、接收数据；此外，电路中还设计了复位带看门狗电路（IC2），复位带看门狗电路（IC2）的复位RES与单片机（IC1）的RESET连接，复位带看门狗电路（IC2）的WDI与单片机（IC1）的PD2连接，复位带看门狗电路（IC2）中还设计了手动复位电路，当按键S1被按下时，手动复位电路产生的低电平信号作用至复位带看门狗电路（IC2）的MR，用于手动对单片机（IC1）进行复位，电阻R1为复位的辅助电阻，电容C1对复位信号起滤波作用。

5.根据权利要求2所述的地铁回流系统杂散电流传感单片机电路，其特征在于：所述的单片机可采用ATmega16，AD转换器可采用AD7705，通信转换芯片可采用SJA1000，通用隔离收发器可采用CTM8251，复位带看门狗电路可采用MAX706。

6.根据权利要求2所述的地铁回流系统杂散电流传感器的通信电路，其特征在于：所述的工业及现场总线既可以选用CAN总线，也可以选用RS485总线。