CN109981148B - 一种交叉感应环线调谐装置及其实现阻抗补偿的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种交叉感应环线调谐装置，包括调谐装置本体，所述调谐装置本体包括信号变压器、并型电容矩阵、串型电容矩阵、电阻调节矩阵、检测变压器和信号检测单元，所述检测变压器原边、信号变压器副边、串型电容矩阵和电阻调节矩阵串联，所述并型电容矩阵和信号变压器副边并联，所述信号检测单元和检测变压器副边电性连接。本发明的调谐装置既可实现对轨旁室内外信号馈缆与感应环线之间的整体传输补偿，又可根据不同交叉感应环线系统设计方案进行灵活适配，有较强的可移植性和实用性。

Description

一种交叉感应环线调谐装置及其实现阻抗补偿的方法
技术领域
本发明属于通信技术领域，特别涉及一种交叉感应环线调谐装置及其实现阻抗补偿的方法。
背景技术
交叉感应环线系统利用电磁感应原理，以轨旁安装的感应环线、列车安装的感应天线为信息传输媒介，通过对信号进行调制和解调，实现车地间信息传输。
交叉感应环线系统中的感应环线作为车地之间信息的传递通道，需要对传输线路的阻抗参数进行匹配，以便于保证车地之间通信信号的传输质量。交叉感应环线系统可以把联锁的屏蔽门信息和ATS的ATO控车信息(包括站停时间、系统时钟、运行等级等信息)发送给车载ATC设备，同时把车载ATC设备的状态信息和停稳、停准信息发送给联锁和ATS。交叉感应环线系统是实现站台屏蔽门联动和列车自动运行调整的重要设备。
交叉感应环线调谐装置用于匹配环线电缆阻抗，同时感应车对地信号并通过室内外信号馈缆送回室内环线检测滤波板；并通过在环线输出端串联变压器的方式进行环线完整性检测。
现有交叉感应环线系统中的交叉感应环线调谐装置主要安装在感应环线始/终端，依据谐振原理采用固定阻容参数的方式对感应环线进行调谐参数补偿，从而使传输线缆上的阻抗基本保持一致。由于车地通信的信息是在室内外信号馈缆传递和感应环线之间进行传递，现有设备只能实现对感应环线的阻抗匹配，而却忽视系统外部的室内外信号馈缆的阻抗补偿因素，故此可能造成传输信号质量的下降；同时，随着车地通信系统设计方案的不断变化，该装置阻容参数的调节具有一定的局限性，不能满足环线长度改变的需求。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种交叉感应环线调谐装置，包括调谐装置本体，所述调谐装置本体包括信号变压器、并型电容矩阵、串型电容矩阵、电阻调节矩阵、检测变压器和信号检测单元，所述检测变压器原边、信号变压器副边、串型电容矩阵和电阻调节矩阵串联，所述并型电容矩阵和信号变压器副边并联，所述信号检测单元和检测变压器副边电性连接。
进一步地，所述并型电容矩阵包括若干组相互并联的电容。
进一步地，所述串型电容矩阵包括若干组相互并联的电容。
进一步地，所述电阻调节矩阵包括若干组相互串联和/或并联的电阻。
本发明还提供了一种利用上述调谐装置实现阻抗补偿的方法，所述方法包括：
确定室内外信号馈缆和感应环线的等效阻抗范围；
选择调谐装置本体；
将调谐装置本体和感应环线电性连接；
将调谐装置本体通过室内外信号馈缆和交叉感应环线室内设备电性连接；
线路连通完成，感应环线和交叉感应环线室内设备之间相互传输信号；
检测变压器采集线路的电流信号，并将电流信号转换成电压信号；
检测变压器将电压信号传输至信号检测单元进行信号调理；
信号检测单元将调理后的检测信号传输至交叉感应环线室内设备，交叉感应环线室内设备进行环线断线检测判断及检测结果显示，并实现报警功能；
根据室内外信号馈缆和感应环线的实际铺设长度，确定整体传输通道的阻抗参数，对调谐装置本体进行调整。
进一步地，根据所述整体传输通道的阻抗参数，选择对应阻容参数的调谐装置本体。
进一步地，所述阻容参数包括并型电容矩阵的电容值、串型电容矩阵的电容值和电阻调节矩阵的电阻值。
进一步地，通过调整并型电容矩阵的电容值和/或调整串型电容矩阵的电容值和/或调整电阻调节矩阵的电阻值，实现对调谐装置本体的调整。
本发明的调谐装置既可实现对轨旁室内外信号馈缆与感应环线之间的整体传输补偿，又可根据不同交叉感应环线系统设计方案(感应环线尺寸的改变、室内外信号馈缆长度的变化)进行灵活适配，有较强的可移植性和实用性。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了根据本发明实施例的调谐装置的结构示意图；
图2示出了根据本发明实施例的调谐装置工作环境的示意图；
图3示出了根据本发明实施例的调谐装置的等效电路示意图；
图4示出了根据本发明实施例的地对车传递信号时环线电流和并型电容矩阵的关系图；
图5示出了根据本发明实施例的车对地传递信号时环线接收电压和并型电容矩阵的关系图；
图6示出了根据本发明实施例的地对车传递信号时环线电流和串型电容矩阵的关系图；
图7示出了根据本发明实施例的车对地传递信号时环线接收电压和串型电容矩阵的关系图。
图中：1信号变压器、2并型电容矩阵、3串型电容矩阵、4电阻调节矩阵、5检测变压器、6信号检测单元、7交叉感应环线室内设备、8室内外信号馈缆、9感应环线、10调谐装置本体。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种交叉感应环线调谐装置，包括调谐装置本体10，所述调谐装置本体10包括信号变压器1、并型电容矩阵2、串型电容矩阵3、电阻调节矩阵4、检测变压器5和信号检测单元6。具体的，所述并型电容矩阵2包括若干组相互并联的电容，且若干组电容的电容值可以不相同，并型电容矩阵2的电容值可以通过调整其内并联的电容个数实现调整。所述串型电容矩阵3包括若干组相互并联的电容，且若干组电容的电容值可以不相同，串型电容矩阵3的电容值同样可以通过调整其内并联的电容个数实现调整。所述电阻调节矩阵4包括若干组电阻，且若干组电阻的电阻值可以不相同，电阻调节矩阵4的电阻值同样可以通过调整其内电阻的个数和连接关系实现调整。示例性的，电阻调节矩阵4的电阻可以是相互串联，也可以是相互并联，也可以是串并联组合使用。所述检测变压器5原边、信号变压器1副边、串型电容矩阵3和电阻调节矩阵4相互串联，所述并型电容矩阵2和信号变压器1副边并联，所述信号检测单元6和检测变压器5原边电性连接。
本发明还提供一种利用上述调谐装置实现阻抗补偿的方法，所述方法包括：
步骤一：确定室内外信号馈缆8和感应环线9的等效阻抗范围。具体的，根据室内外信号馈缆8和感应环线9的长度确定室内外信号馈缆8和感应环线9的整体等效阻抗范围。例如，已知室内外信号馈缆8和感应环线9的材质对应的阻抗系数，当室内外信号馈缆8的长度为100米、感应环线9的长度为10米时，根据线缆阻抗系数与线缆长度的对应关系，计算得到室内外信号馈缆8和感应环线9构成的整体传输线路阻抗大概在100-130Ω范围内。
步骤二：选择调谐装置本体10；具体的，根据室内外信号馈缆8的等效阻抗范围，选择对应阻容参数的调谐装置本体10。具体的，所述阻容参数包括并型电容矩阵2的电容值、串型电容矩阵3的电容值和电阻调节矩阵4的电阻值。例如，当室内外信号馈缆8和感应环线9的整体传输线路阻抗大概在100-130Ω范围内时，可选用电容值为3μF的并型电容矩阵2、电容值为4μF的串型电容矩阵3和电阻值为20Ω的电阻调节矩阵4。
步骤三：将调谐装置本体10和感应环线9电性连接。
步骤四：将调谐装置本体10通过室内外信号馈缆8和交叉感应环线室内设备7电性连接；具体的，感应环线9和室内外信号馈缆8实现通信，调谐装置本体10对感应环线9和室内外信号馈缆8之间传输的信号进行阻抗补偿。
步骤五：线路连通完成，感应环线9和交叉感应环线室内设备7之间相互传输信号；具体的，信号在传输过程中，由于感应环线9、交叉感应环线室内设备7和室内外信号馈缆8等自身存在的阻抗影响，导致信号电流不稳定，从而导致信号传输接收不准确。
步骤六：通过检测变压器5采集线路的电流信号，并将电流信号转换成电压信号，完成信号调理；具体的，检测变压器5把采集的电流信号转换成电压信号后传递给信号检测单元6，在信号检测单元6中完成对电压信号的调理工作。
步骤七：信号检测单元6将调理后的检测信号传输至交叉感应环线室内设备7，进行检测判断及检测结果显示，并实现报警功能；具体的，信号检测单元6的Uc端为检测信号的输出端口，通过室内外信号馈缆8传输至交叉感应环线室内设备7，交叉感应环线室内设备7进行环线断线检测判断，最终实现检测信号的判断及报警提示功能。
步骤八：根据室内外信号馈缆8和感应环线9的实际敷设长度，确定整体传输通道的阻抗参数，对调谐装置本体10进行调整。具体的，通过调整并型电容矩阵2的电容值和/或调整串型电容矩阵3的电容值和/或调整电阻调节矩阵4的电阻值，实现对调谐装置本体10的调整。示例性的，增加并型电容矩阵2内的并联电容数量，就会增加并型电容矩阵2的电容值，减少并型电容矩阵2内的并联电容数量，就会减小并型电容矩阵2的电容值；增加串型电容矩阵3内的并联电容数量，就会增大串型电容矩阵3的电容值，减少串型电容矩阵3内的并联电容数量，就会减小串型电容矩阵3的电容值；增加电阻调节矩阵4内的串联电阻数量，就会增大电阻调节矩阵4的电阻值，减少电阻调节矩阵4内的串联电阻数量，就会减小电阻调节矩阵4的电阻值，增加电阻调节矩阵4内的并联电阻数量，就会减小电阻调节矩阵4的电阻值，减少电阻调节矩阵4内的并联电阻数量，就会增大电阻调节矩阵4的电阻值。
图1示出了根据本发明实施例的调谐装置的结构示意图。调谐装置本体10包括信号变压器1、并型电容矩阵2、串型电容矩阵3、电阻调节矩阵4、检测变压器5和信号检测单元6。示例性的，检测变压器5原边、信号变压器1副边、串型电容矩阵3和电阻调节矩阵4依次串联，但检测变压器5、信号变压器1、串型电容矩阵3和电阻调节矩阵4的串联顺序不限于图1所示，也可以按照其它顺序依次串联。并型电容矩阵2和信号变压器1原边并联，信号检测单元6和检测变压器5副边电性连接。具体的，信号变压器1是根据车地信号参数设计而成，同时对发送电缆进行简单的信号匹配；检测变压器5用于采集环线内部电流，转换成电压值后对环线的工作情况进行检测，并通过信号检测单元6对检测信息进行表示；并型电容矩阵2和串型电容矩阵3是由多个不同容值的电容组成，可实现不同容值的电容组合；电阻调节矩阵4是由多个功率电阻组合而成。
本发明提供的调谐装置的阻抗补偿方式主要采用单端补偿(即在感应环线的始端进行阻抗匹配)的方法，如图2所示，每个交叉感应环线室内设备7通过室内外信号馈缆8和调谐装置本体10的输入(输出)端电性连接，调谐装置本体10的输出端与对应的感应环线9电性连接。具体的，一个交叉感应环线室内设备7接收一个感应环线9传输的信号。交叉感应环线室内设备7和感应环线9实现了信号传输，调谐装置本体10实现整体信号传输线路的阻抗参数补偿。与现有的交叉感应环线调谐装置的阻抗补偿方式(即在感应环线的始/终端进行两端阻抗匹配)相比，该装置具有结构设计简单、安装方便的特点，仅在感应环线9始端使用一个调谐装置本体10，就能完成传输通道的整体阻抗参数补偿。同时，具有节省产品成本，提升工作效率的优势。并且，不同使用要求的调谐装置本体10可以选用不同的并型电容矩阵2、串型电容矩阵3和电阻调节矩阵4。现有的交叉感应环线调谐装置仅能实现对感应环线的阻抗匹配，而却忽视轨旁室内外信号馈缆8对信号传输的影响，其局限性已不能满足交叉感应环线系统设计方案不断变化的需求。而本发明提供的调谐装置，既可实现对轨旁室内外信号馈缆8与感应环线9之间的整体传输补偿，又可根据不同交叉感应环线系统设计方案(感应环线9尺寸的改变、室内外信号馈缆8长度的变化)的灵活适配，有较强的移植性和实用性。
示例性的，如图1所示，信号变压器1的初级线圈两端为Ui，信号变压器1的次级线圈串联在线路内，线路信号输出两端为Uo，Ui和Uo均为调谐装置本体10的输入输出端。例如，将交叉感应环线室内设备7的输出端通过室内外信号馈缆8和Ui端电性连接，将感应线圈9的输入端和Uo端电性连接。本实施例交叉感应环线调谐装置的实际应用如图2所示，地对车信号由交叉感应环线室内设备7通过室内外信号馈缆8传递给调谐装置本体10进行参数补偿，最后通过感应环线9把信号传递给车载设备。车对地信号由车载设备通过感应环线9传递给调谐装置本体10进行参数补偿，最后通过室内外信号馈缆8把信号传递给交叉感应环线室内设备7。在信号传输过程中，检测变压器5对感应环线9内部电流进行采集，并将采集的电流信号转换成电压信号，检测变压器5将电压信号传递至连接信号检测单元6，信号检测单元6对电压信号进行信号调理，得到检测信号，并将检测信号传输至室内的交叉感应环线室内设备7，交叉感应环线室内设备7进行环线断线检测判断及检测结果显示，并实现报警功能。具体的，检测变压器5的初级线圈串联在线路内，检测变压器5的次级线圈和初级线圈电磁感应，将线路内电流信号转换成电压信号，信号检测单元6和检测变压器5的次级线圈的两端电性连接，信号检测单元6的Uc端和交叉感应环线室内设备7进行连通，由交叉感应环线室内设备7进行环线断线检测判断及检测结果显示，并实现报警功能。另外，在进行调谐装置本体10安装调试过程中，操作人员可以将万用表和信号检测单元6的Uc端连通，通过万用表的显示数据，对调整调谐装置本体10实现了辅助功能。
本发明提供的交叉感应环线调谐装置的工作原理可进行电路等效，如图3所示，交叉感应环线系统中交叉感应环线室内设备7可等效为信号源V，交叉感应环线室内设备7的内部阻抗等效为Z1，室内外信号馈缆8的等效阻抗为Z2，调谐装置本体10的等效阻抗为Z3，感应环线9的等效阻抗为Z4，车载设备的等效阻抗为Z5，F为信号滤波网络。
如图3所示，电路中任意阻抗的改变，都会影响电路整体的阻抗参数，体现了交叉感应环线调谐装置使用环境的不稳定性。但是不论等效阻抗Z2、Z4怎样改变，都可通过调节Z3的参数，使得电路的整体传输阻抗基本保持一致。具体的，在实际工作中，随着感应环线9长度的改变以及室内外信号馈缆8长度的不断变化，通过调节并型电容矩阵2、串型电容矩阵3、电阻调节矩阵4三者的阻容参数，进而达到降低系统阻抗敏感度、抑制非线性元件特性漂移的目的。即可根据不同交叉感应环线系统的设计方案，灵活适配不同的阻抗匹配参数。示例性的，预设在交叉感应环线室内设备7和感应线圈9进行信号传输时，为保证流过感应线圈9的电流最大，首先根据谐振原理，通过感应环线9、串型电容矩阵3、电阻调节矩阵4构成的谐振电路，确定该电路的谐振工作点；然后，使用电流钳测量感应线圈9的电流信号数值。最后，调节并型电容矩阵2，增加或减小容值使之感应线圈9的电流达到使用要求。
如图4所示，在地对车信号传输过程中，在并型电容矩阵2电容参数不变的前提下，随着串型电容矩阵3电容参数的增大，地对车环线(感应环线9)的电流逐渐下降。由于使用环境的不确定性，地对车环线电流会出现一定的范围波动，如图4中，上方曲线表示为串型电容矩阵3电容值对应的地对车环线电流的最大值，下方曲线表示为串型电容矩阵3电容值对应的地对车环线电流的最小值。
如图5所示，在车对地信号传输过程中，在并型电容矩阵2电容参数不变的前提下，随着串型电容矩阵3电容参数的增大，地对车环线(感应环线9)接收电压逐渐下降。由于使用环境的不确定性，地对车环线电流会出现一定的范围波动，如图5中，上方曲线表示为串型电容矩阵3电容值对应的地对车接收电压的最大值，下方曲线表示为串型电容矩阵3电容值对应的地对车接收电压的最小值。
如图6所示，在地对车信号传输过程中，在串型电容矩阵3电容参数不变的前提下，随着并型电容矩阵2电容参数的增大，地对车环线(感应环线9)电流逐渐增大。由于使用环境的不确定性，地对车接收电压会出现一定的范围波动，如图6中，上方曲线表示为并型电容矩阵2电容值对应的地对车环线电流的最大值，下方曲线表示为并型电容矩阵2电容值对应的地对车环线电流的最小值。
如图7所示，在车对地信号传输过程中，在串型电容矩阵3电容参数不变的前提下，随着并型电容矩阵2电容参数的增大，车对地环线(感应环线9)接收电压逐渐增大。由于使用环境的不确定性，车对地接收电压会出现一定的范围波动，如图7中，上方曲线表示为并型电容矩阵2电容值对应的车对地接收电压的最大值，下方曲线表示为并型电容矩阵2电容值对应的车对地接收电压的最小值。
综上，在串型电容矩阵3电容参数不变的前提下，随着并型电容矩阵2电容参数的增大，当并型电容矩阵2电容值到串联谐振点(与环线电感呈串联谐振)后，地对车环线(感应环线9)电流和车对地接收电压值趋于稳定。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种交叉感应环线调谐装置，包括调谐装置本体(10)，其特征在于，
所述调谐装置本体(10)包括信号变压器(1)、并型电容矩阵(2)、串型电容矩阵(3)、电阻调节矩阵(4)、检测变压器(5)和信号检测单元(6)，所述检测变压器(5)原边、信号变压器(1)副边、串型电容矩阵(3)和电阻调节矩阵(4)串联，所述并型电容矩阵(2)和信号变压器(1)副边并联，所述信号检测单元(6)和检测变压器(5)副边电性连接；
所述交叉感应环线调谐装置能够根据室内外信号馈缆(8)和感应环线(9)的实际铺设长度，通过对调谐装置本体(10)进行调整，实现整体传输通道的阻抗参数补偿。
2.根据权利要求1所述的调谐装置，其特征在于，所述并型电容矩阵(2)包括若干组相互并联的电容。
3.根据权利要求1所述的调谐装置，其特征在于，所述串型电容矩阵(3)包括若干组相互并联的电容。
4.根据权利要求1所述的调谐装置，其特征在于，所述电阻调节矩阵(4)包括若干组相互串联和/或并联的电阻。
5.一种利用权利要求1-4中任一项所述的调谐装置实现阻抗补偿的方法，其特征在于，所述方法包括：
确定室内外信号馈缆(8)和感应环线(9)的等效阻抗范围；
选择调谐装置本体(10)；
将调谐装置本体(10)和感应环线(9)电性连接；
将调谐装置本体(10)通过室内外信号馈缆(8)和交叉感应环线室内设备(7)电性连接；
线路连通完成，感应环线(9)和交叉感应环线室内设备(7)之间相互传输信号；
检测变压器(5)采集线路的电流信号，并将电流信号转换成电压信号；
检测变压器(5)将电压信号传输至信号检测单元(6)进行信号调理；
信号检测单元(6)将调理后的检测信号传输至交叉感应环线室内设备(7)，交叉感应环线室内设备(7)进行环线断线检测判断及检测结果显示，并实现报警功能；
根据室内外信号馈缆(8)和感应环线(9)的实际铺设长度，确定整体传输通道的阻抗参数，对调谐装置本体(10)进行调整。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述整体传输通道的阻抗参数，选择对应阻容参数的调谐装置本体(10)。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述阻容参数包括并型电容矩阵(2)的电容值、串型电容矩阵(3)的电容值和电阻调节矩阵(4)的电阻值。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，通过调整并型电容矩阵(2)的电容值和/或调整串型电容矩阵(3)的电容值和/或调整电阻调节矩阵(4)的电阻值，实现对调谐装置本体(10)的调整。
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Title
数字编码制式无绝缘轨道电路调谐单元探析;邹雷滨;《城市轨道交通研究》;20060530;参见第43-45页、图1-5 *

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