CN104714127A

CN104714127A - 基于虚拟仪器的轨道电路抗牵引电流干扰测试装置

Info

Publication number: CN104714127A
Application number: CN201510058658.2A
Authority: CN
Inventors: 杨世武; 田建兆; 崔勇; 陈海康
Original assignee: China Railway Corp
Current assignee: China Railway Corp
Priority date: 2015-02-04
Filing date: 2015-02-04
Publication date: 2015-06-17
Anticipated expiration: 2035-02-04
Also published as: CN104714127B

Abstract

基于虚拟仪器的轨道电路抗牵引电流干扰测试装置，属于铁路信号设备抗牵引电流干扰测试领域。解决了轨道电路抗牵引电流干扰测试的问题；该装置的PXI多功能采集卡模拟输出经功放与发送端耦合装置、接收端耦合装置中点连接；钢轨I、II电流传感器安装在模拟钢轨I、II的一端；发送端耦合装置的两端并接在模拟钢轨I、II的另一端上；钢轨I、II电流传感器输出与PXI多功能采集卡的模拟输入端口连接；接收端耦合装置两端并接在钢轨I、II上；轨道继电器接点与PXI多功能采集卡的数字输入端口连接。该装置可同时输出多种叠加的谐波干扰，对被测设备临界干扰的瞬态过程能够精确捕捉，每次测试无需人工干预，测试精度提高并且缩短了测量时间。

Description

基于虚拟仪器的轨道电路抗牵引电流干扰测试装置

技术领域

本发明属于基于虚拟仪器的铁路信号设备测试领域，用于对轨道电路设备进行准确、高效的抗牵引电流干扰测试。

背景技术

铁路信号设备是铁路系统中易受干扰的设备，尤其在电力牵引区段，牵引电流极易对地面和车载信号设备形成强干扰。重载、高速铁路已在中国大规模运用，但牵引干扰电流影响铁路信号设备工作的事件屡有发生。目前，在对轨道电路设备进行抗牵引电流谐波干扰测试中，利用信号发生器、信号分析仪等独立的测量仪器组合搭建，测试过程有如下不足。1)信号发生器一次只能输出一种谐波，而现场实际中某一带内多种谐波并存。2)测试过程中，实现固定谐波比例，施加的不平衡牵引电流需要人工反复调整。3)被测设备的工作状态需要人工观察，测试时间长极易引起人眼疲劳，从而导致漏判、误判，并且临界干扰测试的瞬态过程不能捕捉。4)依靠人工逐次测试并记录结果，存在测试人员多、测试时间长、重复性和数据处理同步性差、测试结果精度低。测试中，对出现的问题也不能快速分析与诊断。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：解决现有轨道电路设备抗牵引电流干扰测试技术中存在的问题。

本发明的技术方案是：

基于虚拟仪器的轨道电路抗牵引电流干扰测试装置，包括PC机、PXI多功能采集卡、PXI机箱、功放、模拟钢轨I、模拟钢轨II、钢轨I电流传感器、钢轨II电流传感器、钢轨I、钢轨II、发送端耦合装置、接收端耦合装置、轨道继电器接点电路；被测设备为轨道电路设备，包括发送设备和接收设备。

模拟钢轨I、模拟钢轨II、钢轨I、钢轨II、发送端耦合装置、接收端耦合装置用来仿真现场测试环境；PC机、PXI多功能采集卡、PXI机箱用来实现牵引电流谐波干扰的输出、钢轨电流信息的采集、轨道继电器状态的采集；钢轨I电流传感器、钢轨II电流传感器用来测量钢轨电流信息；轨道继电器接点电路实现继电器由吸起与落下状态至高电平与低电平转换，通过PXI多功能采集卡数字输入功能实现PC机LabVIEW软件平台对轨道继电器状态的采集，进而实现在牵引电流谐波干扰下对轨道电路设备工作状态的采集。

其中牵引电流谐波干扰生成，利用LabVIEW的信号生成工具包中的正弦信号子函数在PC机LabVIEW软件平台上，生成不同类型、幅度可调的谐波干扰，通过PXI多功能采集卡模拟输出端口AO0输出，再通过功放功率放大后分别进入发送端耦合装置中点、接收端耦合装置中点，进入到接收设备中；钢轨I电流传感器、钢轨II电流传感器用来测量钢轨电流信息，并把钢轨电流信息输送到PXI多功能采集卡AI0、AI1端口，经过PXI多功能采集卡模数转换(ADC)，把数字信号再输送到PC机LabVIEW软件平台，通过与设定值比较结果做出自动调整，使得谐波干扰满足要求。

所述的构成该装置的器件之间的连接为：

PXI多功能采集卡安装在PXI机箱槽内，其模拟输出AO0、GND端口分别与功放的输入IN0、IN1端口连接，功放的输出OUT0、OUT1端口分别与发送端耦合装置、接收端耦合装置中点连接。

钢轨I电流传感器安装在模拟钢轨I的一端，模拟钢轨I的一端与钢轨I的一端连接；钢轨II电流传感器安装在模拟钢轨II的一端，模拟钢轨II的一端与与钢轨II的一端连接。

PXI多功能采集卡的模拟输入AI0、GND端口分别与钢轨I电流传感器的S-OUT0、S-OUT1输出端口连接；PXI多功能采集卡的模拟输入AI1、GND端口分别与钢轨II电流传感器的S-OUT2、S-OUT3输出端口连接。

PXI多功能采集卡的数字输入DI0端口与轨道继电器接点电路的前接点K2连接；PXI多功能采集卡的数字输入DI1端口与轨道继电器接点电路的后接点K3连接。

轨道继电器接点电路的中接点K1与5V电源正极连接，5V电源负极与第一电阻R3和第二电阻R4的一端连接，第一电阻R3和第二电阻R4的另一端分别与轨道继电器接点电路的前接点K2、轨道继电器接点电路的后接点K3连接。

发送端耦合装置的两端并接在模拟钢轨I、模拟钢轨II另一端上；接收端耦合装置的两端并接在钢轨I、钢轨II上。

发送端耦合装置、接收端耦合装置是扼流变压器或空心线圈，当被测设备为站内设备时，采用扼流变压器，当被测设备为区间设备时，采用空心线圈。

PC机通过MXI-Express电缆与PXI机箱中的MXI-Express控制器端口连接。

PC机安装Window操作系统以及LabVIEW软件平台和驱动程序。

测试时，将发送设备的轨道信号输出端分别与模拟钢轨I、模拟钢轨II另一端连接；接收设备的轨道信号输入分别与钢轨I、钢轨II另一端连接。

模拟钢轨I由模拟钢轨I电阻、模拟钢轨I电感串联连接成，模拟钢轨II由模拟钢轨II电阻、模拟钢轨II电感串联连接成，模拟钢轨I与钢轨I的电阻、电感值均相等，模拟钢轨II与钢轨II的电阻、电感值均相等。

本发明的有益效果是：基于虚拟仪器的轨道电路抗牵引电流干扰测试装置，测试操作界面采用虚拟仪器面板，操作简便；实现了牵引电流谐波的输出，多种谐波叠加并同时输出，达到与现场实际情况的逼近；测试过程中，钢轨中的牵引电流谐波实现了实时检测；牵引电流谐波自动调整，省去人工调整环节，提高了测试效率；轨道继电器状态实现了实时采集，其临界干扰时的瞬态过程能够准确捕捉，找到的临界干扰限值更科学；PXI机箱、PXI多功能采集卡，抗干扰能力强、精度高、速度快；各类谐波干扰测试无需人工干预，避免了人为误差，提高了测试精度。

附图说明

图1是基于虚拟仪器的轨道电路抗牵引电流干扰测试装置原理图。

图2是PXI机箱接口端子电路连接图。

图3是基于虚拟仪器的轨道电路抗牵引电流干扰测试装置测试流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

基于虚拟仪器的轨道电路抗牵引电流干扰测试装置，如图1、图2。该装置包括PC机1、PXI多功能采集卡2、PXI机箱3、功放4、模拟钢轨I5-1、模拟钢轨II5-2、钢轨I电流传感器6-1、钢轨II电流传感器6-2、钢轨I7-1、钢轨II7-2、发送端耦合装置8、接收端耦合装置9、轨道继电器接点电路12；发送设备10和接收设备11为被测设备，所述的构成该装置的器件之间的连接为：

PXI多功能采集卡2安装在PXI机箱3槽内，其模拟输出AO0、GND端口分别与功放4输入IN0、IN1端口连接，功放4输出OUT0、OUT1端口分别与发送端耦合装置8、接收端耦合装置9中点连接。PXI多功能采集卡2模拟输出端口输出的谐波干扰经功放4功率放大后，通过发送端耦合装置8、接收端耦合装置9耦合到被测设备中。发送端耦合装置8、接收端耦合装置9是扼流变压器或空心线圈，当被测设备为站内设备时，采用扼流变压器，当被测设备为区间设备时，采用空心线圈。

钢轨I电流传感器6-1安装在模拟钢轨I5-1的一端，模拟钢轨I5-1的一端与钢轨I7-1的一端连接；钢轨II电流传感器6-2安装在模拟钢轨II5-2的一端，模拟钢轨II5-2的一端与与钢轨II7-2的一端连接。

PXI多功能采集卡2的模拟输入AI0、GND端口分别与钢轨I电流传感器6-1的S-OUT0、S-OUT1输出端口连接；PXI多功能采集卡2的模拟输入AI1、GND端口分别与钢轨II电流传感器6-2S-OUT2、S-OUT3输出连接。

PXI多功能采集卡2的数字输入DI0端口与轨道继电器接点电路12的前接点K2连接；PXI多功能采集卡2的数字输入DI1端口与轨道继电器接点电路12的后接点K3连接。

轨道继电器接点电路12的中接点K1与5V电源正极连接，5V电源负极与第一电阻R3和第二电阻R4的一端连接，第一电阻R3和第二电阻R4的另一端分别与轨道继电器接点电路12的前接点K2、轨道继电器接点电路12的后接点K3连接；其中，轨道继电器接点电路12的前接点K2是吸起导通，轨道继电器接点电路12的后接点K3是落下导通。其中，K1、K2、K3是轨道继电器的接点。

发送端耦合装置8的两端并接在模拟钢轨I5-1、模拟钢轨II5-2另一端上；接收端耦合装置9的两端并接在钢轨I7-1、钢轨II7-2上。

PC机1通过MXI-Express电缆与PXI机箱3的MXI-Express控制器端口连接。

PC机1安装Window操作系统以及LabVIEW软件平台和驱动程序。

测试时，将发送设备10的轨道信号输出端分别与模拟钢轨I5-1、模拟钢轨II5-2另一端连接；接收设备11的轨道信号输入端分别与钢轨I7-2、钢轨II7-2另一端连接；被测设备即为轨道电路设备：发送设备10是ZPW2000A轨道电路发送设备或者25Hz相敏轨道电路发送设备，接收设备11是ZPW2000A轨道电路接收设备或者25Hz相敏轨道电路接收设备。

模拟钢轨I6-1由模拟钢轨I电阻R1、模拟钢轨I电感L1串联连接成，模拟钢轨II6-2由模拟钢轨II电阻R2、模拟钢轨II电感L2串联连接成，模拟钢轨I6-1与钢轨I7-1的电阻、电感值均相等，模拟钢轨II6-2与钢轨II7-2的电阻、电感值均相等。

PXI多功能采集卡2采用NI PXI 6229，具有16个差分或32个单端输入通道，ADC分辨率为16bits，采样率可达250kS/s，4个独立模拟输出通道，DAC分辨率为16bits，采样率833kS/s，48路TTL电平兼容的数字输入和输出通道。

PXI多功能采集卡2模拟输入功能主要是对输入模拟信号进行采样和模数转换(ADC)，模拟输出功能主要是对输出数字信号进行数模转换(DAC)。数字输入功能，主要是采集被测设备状态继电器接点电压(判断0或1状态)，进而作为判断被测设备工作状态的依据。

PXI机箱3采用NI PXI-1033，3U、5槽，集成MXI-Express控制器，通过MXI-Express控制器与PC机连接，从而实现PC机对PXI机箱3及PXI多功能采集卡2控制。

包括以下步骤：

步骤一：设置牵引电流谐波参数。

本步骤中，依据TB3073牵引电流各次谐波比例，设置牵引电流谐波参数，如谐波频率、幅值，以及谐波单次输出、谐波多次叠加输出。例如，对ZPW2000A轨道电路设备，载频为1700-1，按照TB3073进行抗牵引电流谐波干扰测试时，设置谐波频率为1650Hz、1700Hz、1750Hz，谐波幅值为308mA、90mA、249mA，3类谐波可以设置逐次输出或同时输出。

步骤二：牵引电流谐波输出。

本步骤中，牵引电流谐波通过PC机LabVIEW软件平台输出数字信号，经PXI多功能采集卡数模转换(DAC)，从模拟输出端子输出模拟信号，经功率放大后施加在耦合装置中点，进而耦合到被测设备中。

步骤三：电流传感器实时采集钢轨电流信息。

本步骤中，钢轨I电流传感器、钢轨II电流传感器在模拟钢轨I、模拟钢轨II一端实时采集钢轨电流信息。

步骤四：对采集的数据进行处理并存储。

本步骤中，电流传感器采集的模拟信号输送到PXI多功能采集卡模拟输入端口，经过PXI多功能采集卡模数转换(ADC)，把数字信号再输送到PC机LabVIEW软件平台，PC机LabVIEW软件平台对该数据进行存储。

步骤五：对采集的钢轨中牵引电流谐波值判断是否符合要求。

本步骤中通过与步骤一初设定值比较，例如，对ZPW2000A轨道电路设备，载频为1700-1，电流传感器检测的牵引电流谐波信息与根据TB3073设置的频率为1650Hz、1700Hz、1750Hz，幅值为308mA、90mA、249mA的各次谐波比较，当符合要求时，直接输出，不符合要求时回到设置环节重新调整，使得牵引电流谐波满足TB3073要求。

步骤六：采集轨道继电器接点电路前接点K2、后接点K3的电压。

当谐波输出符合要求后，启动轨道电路设备在谐波干扰下工作，其工作状态反应到轨道继电器的吸起与落下状态。轨道继电器前、后接点与PXI多功能采集卡数字输入端子连接，当轨道继电器吸起时，前接点K2导通，此时K2接点处电压为5V高电平，再通过PXI多功能采集卡数字输入进入到PC机LabVIEW软件平台，对应的状态为1，当轨道继电器(落下)时，前接点K2断开，此时K2接点处电压为0V低电平，对应的状态为0；同理，判断后接点K3的状态。通过判断轨道继电器的状态来评判牵引电流谐波干扰下轨道电路设备的工作状况，从而实现对轨道电路设备抗牵引电流谐波干扰测试。

步骤七：根据轨道继电器状态判断轨道电路设备工作是否正常并输出测试结果。

当轨道继电器接点电路的前接点K2电压为5V高电平时，即轨道继电器吸起状态，则判断轨道电路设备为正常工作，输出测试结果及报告；当轨道继电器接点电路的后接点K3电压为低电平时，即轨道继电器落下状态，则判断轨道电路设备异常，此时，可以对步骤4存储的钢轨电流信息数据进行回放分析，通过对钢轨电流时域波形及频域分析，确定轨道电路设备对牵引电流谐波抗扰度，再输出测试结果及报告。

PXI多功能采集卡采集的模拟信号，可在显示器上同时动态显示时频域的波形；PXI多功能采集卡数字输入功能可对继电器状态实时采集，特别对测试过程中，人眼不易察觉的轨道继电器波动过程进行捕捉，这对测量并分析被测设备的临界抗扰度非常便捷。

Claims

1.基于虚拟仪器的轨道电路抗牵引电流干扰测试装置，其特征在于：该装置包括PC机(1)、PXI多功能采集卡(2)、PXI机箱(3)、功放(4)、模拟钢轨I(5-1)、模拟钢轨II(5-2)、钢轨I电流传感器(6-1)、钢轨II电流传感器(6-2)、钢轨I(7-1)、钢轨II(7-2)、发送端耦合装置(8)、接收端耦合装置(9)、轨道继电器接点电路(12)；发送设备(10)和接收设备(11)为被测设备，所述的构成该装置的器件之间的连接为：

PXI多功能采集卡(2)安装在PXI机箱(3)槽内，其模拟输出AO0、GND端口分别与功放(4)输入IN0、IN1端口连接，功放(4)输出OUT0、OUT1端口分别与发送端耦合装置(8)、接收端耦合装置(9)中点连接；

钢轨I电流传感器(6-1)安装在模拟钢轨I(5-1)的一端，模拟钢轨I(5-1)的一端与钢轨I(7-1)的一端连接；钢轨II电流传感器(6-2)安装在模拟钢轨II(5-2)的一端，模拟钢轨II(5-2)的一端与与钢轨II(7-2)的一端连接；

PXI多功能采集卡(2)的模拟输入AI0、GND端口分别与钢轨I电流传感器(6-1)的S-OUT0、S-OUT1输出端口连接；PXI多功能采集卡(2)的模拟输入AI1、GND端口分别与钢轨II电流传感器(6-2)的S-OUT2、S-OUT3输出端口连接；

PXI多功能采集卡(2)的数字输入DI0端口与轨道继电器接点电路(12)的前接点K2连接；PXI多功能采集卡(2)的数字输入DI1端口与轨道继电器接点电路(12)的后接点K3连接；

轨道继电器接点电路(12)的中接点K1与5V电源正极连接，5V电源负极与第一电阻(R3)和第二电阻(R4)的一端连接，第一电阻(R3)和第二电阻(R4)的另一端分别与轨道继电器接点电路(12)的前接点K2、轨道继电器接点电路(12)的后接点K3连接；

发送端耦合装置(8)的两端并接在模拟钢轨I(5-1)、模拟钢轨II(5-2)的另一端上；接收端耦合装置(9)两端并接在钢轨I(7-1)、钢轨II(7-2)上；

PC机(1)通过MXI-Express电缆与PXI机箱(3)的MXI-Express控制器端口连接；

PC机安装Window操作系统以及LabVIEW软件平台和驱动程序；

测试时，将发送设备(10)的轨道信号输出端分别与模拟钢轨I(5-1)、模拟钢轨II(5-2)另一端连接；接收设备(11)轨道信号输入端分别与钢轨I(7-2)、钢轨II(7-2)另一端连接。

2.根据权利要求1所述基于虚拟仪器的轨道电路抗牵引电流干扰测试装置，其特征在于：

模拟钢轨I(6-1)由模拟钢轨I电阻(R1)、模拟钢轨I电感(L1)串联连接成，模拟钢轨II(6-2)由模拟钢轨II电阻(R2)、模拟钢轨II电感(L2)串联连接成，模拟钢轨I(6-1)与钢轨I(7-1)的电阻、电感值分别相等，模拟钢轨II(6-2)与钢轨II(7-2)的电阻、电感值分别相等。

3.根据权利要求1所述基于虚拟仪器的轨道电路抗牵引电流干扰测试装置，其特征在于：

发送端耦合装置(8)、接收端耦合装置(9)是扼流变压器或空心线圈，当被测设备为站内设备时，采用扼流变压器，当被测设备为区间设备时，采用空心线圈。