CN106240602B - 一种检测轨道占用的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种检测轨道占用的方法，其特征在于，包括：轨道信号检测单板向轨道发送第一正弦波，所述第一正弦波经设于所述轨道上的传输单元衰减后形成第二正弦波；所述轨道信号检测单板接收所述第二正弦波，并与内存的第一范围进行比较；当所述第二正弦波的相位及幅值在第一范围内时，所述轨道信号检测单板输出轨道未被占用信号，当所述第二正弦波的相位及幅值在第一范围外时，所述轨道信号检测单板输出轨道占用信号。本发明利用谐振原理构成的带通滤波器参数、幅频和频相特性比较稳定，有较好的选频效应，可以有效滤除干扰。

Description

一种检测轨道占用的方法

【技术领域】

本发明涉及轨道检测领域，尤其涉及一种检测轨道占用的方法。

【背景技术】

在铁路信号系统中，实时检测列车对某区段轨道的占用情况十分重要，直接关系到行车和调度的安全作业。轨道占用的检测一般由轨道电路相关设备来实现，其中轨道电路一般由钢轨、绝缘节、轨端接续线、发送端和接收端组成。当区段内无车时，电流从电源经钢轨流过继电器，使继电器动作，从而表示无车占用的情况，即出清状态；当区段内有车时，电流经钢轨改由车轴返回而不经过继电器，使继电器失磁，从而表示占用的情况。

经过不断发展目前有多种轨道电路，包括：交流工频轨道电路、模拟式轨道电路和数字编码式轨道电路，国内常用的是单轨条50Hz相敏轨道电路、25Hz相敏轨道电路和ZPW-2000轨道电路。以单轨条50Hz相敏轨道电路为例，其功能仅为轨道占用和轨道完整性的检查，但其钢轨还承担负牵引回流的作用。这种轨道电路基本组成包括：送电端设备和受电端设备，如图1所示。其中送电端设备由送电端扼流变压器、送电端电源变压器、限流电阻和熔断器组成；受电端由受电端扼流变压器、受电端电源变压器、受电端限流电阻和熔断器、接收变压器盒以及50Hz相敏轨道电路接收器、报警盒等组成。电源采用交流220V/50Hz、110V/50Hz，直流电源为24V，检测应变时间为0.4～0.6s。该轨道电路故障或轨道断裂等情况下将会导致轨道执行继电器落下，从而表示轨道占用或线路不完整；只有当轨道电路完整，而且轨道电源和局部电源电压之间的相位差和电压满足要求时，相敏接收器内部控制器才会将轨道继电器吸起，从而表示轨道出清的情况。

单轨条50Hz相敏轨道电路和25Hz相敏轨道电路在国内较为常用，但是应用条件苛刻，需要的外部设备多而且体积大质量重、电压及功耗也较大、应用和维护成本较高(移动到下面)，容易受到牵引电流干扰的影响，不符合发展趋势的要求。采用的执行继电器也有较多缺点：返还系数较低不利于提高轨道电路传输性能；机械结构容易引起多点卡阻的现象使得继电器不能可靠落下，造成重大事故。另外当电力机车加、减速或升弓、降弓时会产生较大的50Hz牵引脉冲干扰，可能造成继电器错误动作，直接危及行车安全。

【发明内容】

为解决前述问题，本发明提出可靠性更高的一种检测轨道占用的方法，。

为达到前述目的，本发明采用如下技术方案：一种检测轨道占用的方法，其特征在于，包括：

轨道信号检测单板向轨道发送第一正弦波，所述第一正弦波经设于所述轨道上的传输单元衰减后形成第二正弦波；

所述轨道信号检测单板接收所述第二正弦波，并与内存的第一范围进行比较；

当所述第二正弦波的相位及幅值在第一范围内时，所述轨道信号检测单板输出轨道未被占用信号，当所述第二正弦波的相位及幅值在第一范围外时，所述轨道信号检测单板输出轨道占用信号。

本发明的第一优选方案为，所述轨道包括第一轨道及与所述第一轨道并列的第二轨道，所述传输单元包括第一导线、第二导线、第一电容；所述第一导线的一端与所述第一轨道连接，所述第一导线的另一端与所述第二轨道连接；所述第二导线的一端与所述第一轨道连接，所述第二导线的另一端与所述第二轨道连接；所述第一电容的一端与所述第一轨道连接，所述第一电容的另一端与所述第二轨道连接；所述第一电容设于所述第一导线及所述第二导线之间。

本发明的第二优选方案为，所述轨道信号检测单板的第一输出端连接于所述第一导线与第一电容间的第一轨道上，所述轨道信号检测单板的第二输出端连接于所述第一导线与第一电容间的第二轨道上；

所述轨道信号检测单板的第一接收端连接于所述第二导线与第一电容间的第一轨道上，所述轨道信号检测单板的第二接收端连接于所述第二导线与第一电容间的第二轨道上。

本发明的第三优选方案为：所述第一电容为1.2至12uF。

本发明的第四优选方案为：所述第一范围为第一正弦波的相位值加第一相位范围。

本发明可达到如下技术效果：所需设备少：轨道电路构成简单仅需两根短路条和一个电容；电压和功耗低：采用24V电源逆变成正弦波输出；抗干扰能力强：利用谐振原理构成的带通滤波器参数、幅频和频相特性比较稳定，有较好的选频效应，可以有效滤除干扰。可用性好：参数稳定，且不同轨道电路的差异性还可以通过调整第一电容来调整；安全性高：通过相位和幅值、数字和模拟DO来控制两个安全继电器，可以大大提高安全性，避免传统继电器故障导致的严重后果。

本发明的这些特点和优点将会在下面的具体实施方式、附图中详细的揭露。

【附图说明】

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

图1为本发明实施例1的检测系统的架构图。

图2为本发明实施例1中轨道与传输单元构成的带通滤波器模型。

图3为本发明实施例1中轨道信号检测单板的原理框图。

【具体实施方式】

下面结合本发明实施例的附图对本发明实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本发明的保护范围。

实施例1。

参考图1、图2、图3，一种检测轨道占用的方法，包括：

轨道信号检测单板向轨道发送第一正弦波，第一正弦波经设于轨道上的传输单元衰减后形成第二正弦波；

轨道信号检测单板接收第二正弦波，并与内存的第一范围进行比较；

当第二正弦波的相位及幅值在第一范围内时，轨道信号检测单板输出轨道未被占用信号，当第二正弦波的相位及幅值在第一范围外时，轨道信号检测单板输出轨道占用信号。

轨道包括第一轨道及与第一轨道并列的第二轨道，传输单元包括第一导线N6、第二导线N5、第一电容C1；第一导线C1的一端与第一轨道连接，第一导线N6的另一端与第二轨道连接；第二导线N5的一端与第一轨道连接，第二导线N5的另一端与第二轨道连接；第一电容C1的一端与第一轨道连接，第一电容C1的另一端与第二轨道连接；第一电容C1设于第一导线及第二导线之间。

轨道信号检测单板的第一输出端P1连接于第一导线N6与第一电容C1间的第一轨道上，轨道信号检测单板的第二输出端P2连接于第一导线N6与第一电容C1间的第二轨道上；轨道信号检测单板的第一接收端P4连接于第二导线N5与第一电容C1间的第一轨道上，轨道信号检测单板的第二接收端P3连接于第二导线N5与第一电容C1间的第二轨道上。

第一电容C1优选为3.2uF、5.2uF、5.6uF或7.6uF。第一范围的相位范围为第一正弦波的相位值加第一相位范围，第一相位范围为80.9°至81.5°。第一正弦波的幅值范围为8～15V，第一范围的幅值范围为1.5V～0.6V。

图2，轨道电感是2.6uH/m，电阻是0.01Ω/m，还考虑到连接电阻的影响。

其中L1、L2、L3和L4是3米长钢轨(2N1、N2、N3、2N4等)的电感，L5是第一导线N6的电感，L6是第二导线N5的电感，R1、R2、R3和R4是3米长钢轨的电阻，R6为第一导线N6的电阻，R5为第二导线N5的电阻，R7为第一电容C1安装和本身的电阻。需要尽量减小安装点接触电阻和短路线电阻，其中第一电容C1的容值可以选择如3.2uF、5.2uF、7.6uF等，电容越大可通过的频率信号频率越低，增益越小。

当第一电容C1为5.6uF时，谐振频率为21.8Khz，增益为10.8dB，当第一正弦波的频率小于21.3KHz或大于22.5KHz时增益小于7.8dB减小3dB，说明该电路具有较好的带通滤波作用，其他频率信号幅值衰减较大。

第一正弦波频率为21.8Khz时，第二正弦波与第一正弦波相位相差80.9°至81.5°，在该频率范围附近相位角度对频率的敏感度较大。可以应用这个特性判断是否有车占用，当接收和发送信号相位差在80.9°至81.5左右一定范围时，才认为没有列车占用。这两个相位差是电路及外部情况和处理器处理时间共同决定的(软件初始化后减去固有的相位差，认为相位差为0°，第二相位差和第一相位差如果大于-60°则认为占用；占用到出清需要相位差小于-25°)。

发送端峰峰值范围：8～15V，接收端峰峰值范围1.5V～0.6V：

参看图3，操作人员可以根据“MCU显示控制模块”的旋钮和LED屏设置和获取单板工作参数。MCU显示控制模块,根据这些参数，通过SPI总线调整时钟频率模块输出作为信号生成、滤波和控制的基础时钟信号，并通过I2C总线控制外部阻抗测量模块调整期望输出正弦波的频率和幅值，期望输出的正弦波和信号发送处理与采样模块反馈信号通过输出信号比较与控制模块进行比较处理来控制H桥电路的通断，最终通过信号发送处理与采样模块的变压器作为第一正弦波。

信号通过轨道上的传输单元后返回，经过信号接收采样预处理模块分成两路，一路输出到滤波器，另一路输出到数字多路开关；输入到滤波器的信号整流后获得幅值电平、并同外部阻抗测量模块输出的期望正弦波比较获得相位电平，幅值和相位电平作为两路模拟量DO来控制继电器控制检测模块的输出；幅值和相位还发送给MCU显示控制模块用来作为两路数字量DO输出依据。另一路信号同发送端“电流”和“电压”信号一起通过“信号通道选择与控制处理模块”输入到“外部阻抗测量模块”，这些通路的阻抗测量值一起通过I2C总线发送到“MCU显示控制模块”作为两路数字量DO输出另一个依据。

继电器控制与检测模块根据两路数字、模拟DO控制两个安全继电器，安全继电器通过触点实现两种动态方波的切换输出实现轨道电路占用与否的安全表示。

电路实施要点。

正弦波逆变电路：主要是“H桥电路”和“信号发送处理与采样模块”，将H桥MOS管的开关输出通过变压器和滤波电路转换成正弦波信号；

时钟频率模块：采用有源晶振和DDS芯片AD9835以及计数器、分频器来构成相应的时钟频率，时钟输出通过SPI由MCU控制。

输入信号滤波与相位获取模块：这部分电路由精密整流电路和相位比较电路、滤波器可以采用类似LTC1264等芯片；是输入信号的幅值获取电路，U66A和U66B构成一个典型的精密整流电路，幅值电压等于0.45倍正弦波有效值。

相位获取电路，用放大器将期望的正弦波和实际返回的通过放大器整成方波信号，并通过运放进行比较得到占空比同相位差成正比的方波信号，相位差距越小方波占空比越小。

外部阻抗测量模块：主要有AD5933构成，根据MCU命令生成不同频率的正弦波信号，其幅值通过运放U65A数字和电位器AD5241调整后由放大器U65B输出。

输出信号比较与控制模块：用来产生控制H桥的电平信号，实现类似SPWM的正弦波逆变。时钟输入同控制MOS开关周期有关，一般选择40倍正弦波频率；AD5933芯片产生的期望输出波形和实际输入波形经过放大器AD8052(U58B)比较，如果实际输出大于期望输出则控制L两个JK触发器74HC73D使得H桥输出负电平，如果实际输出小于期望输出则控制两个JK触发器使得H桥输出正电平，通过这一“开关控制”实现正弦波的输出控制。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (4)

1.一种检测轨道占用的方法，其特征在于，包括：

轨道信号检测单板向轨道发送第一正弦波，所述第一正弦波经设于所述轨道上的传输单元衰减后形成第二正弦波；

所述轨道信号检测单板接收所述第二正弦波，并与内存的第一范围进行比较；

当所述第二正弦波的相位及幅值在第一范围内时，所述轨道信号检测单板输出轨道未被占用信号，当所述第二正弦波的相位及幅值在第一范围外时，所述轨道信号检测单板输出轨道占用信号；

所述轨道包括第一轨道及与所述第一轨道并列的第二轨道，所述传输单元包括第一导线、第二导线、第一电容；所述第一导线的一端与所述第一轨道连接，所述第一导线的另一端与所述第二轨道连接；所述第二导线的一端与所述第一轨道连接，所述第二导线的另一端与所述第二轨道连接；所述第一电容的一端与所述第一轨道连接，所述第一电容的另一端与所述第二轨道连接；所述第一电容设于所述第一导线及所述第二导线之间。

2.根据权利要求1所述一种检测轨道占用的方法，其特征在于：

所述轨道信号检测单板的第一输出端连接于所述第一导线与第一电容间的第一轨道上，所述轨道信号检测单板的第二输出端连接于所述第一导线与第一电容间的第二轨道上；

所述轨道信号检测单板的第一接收端连接于所述第二导线与第一电容间的第一轨道上，所述轨道信号检测单板的第二接收端连接于所述第二导线与第一电容间的第二轨道上。

3.根据权利要求1所述一种检测轨道占用的方法，其特征在于：所述第一电容为1.2至12uF。

4.根据权利要求1所述一种检测轨道占用的方法，其特征在于：所述第一范围的相位范围为第一正弦波的相位值加第一相位范围。