CN110497936A - 一种道岔转辙机表示杆缺口信号处理电路 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种道岔转辙机表示杆缺口信号处理电路，所述输入缓冲电路接收电涡流传感器检测的道岔转辙机表示杆缺口信号，经钳位、阻抗匹配后传输到峰值保持调理电路，采用双T网络串联可变的LC并联网络、运算放大器AR2组成的放大电路对电涡流探头在振荡器模块震荡频率下输出的交流电压信号的频率分量进行放大，之后经峰值保持电路获取表示杆缺口峰值信号并保持一定时间后输出，一路反馈到可变的LC并联网络，实现与交流电压信号的频率分量谐振，提高放大电路放大的频率稳定性，另一路与放大后信号经比较后补偿，提高放大电路放大的幅度稳定性，所述源极跟随输出电路接收峰值保持后信号，经π型滤波、源极跟随器进一步阻抗变换后输出到控制器。

Description

一种道岔转辙机表示杆缺口信号处理电路

技术领域

本发明涉及道岔转辙机技术领域，特别是涉及一种道岔转辙机表示杆缺口信号处理电路。

背景技术

授权公告号为CN104197821B的道岔转辙机表示杆缺口宽度监测系统及其电涡流传感器，电涡流传感器利用高频振荡电流通过电涡流探头产生交变的磁场，利用金属导体移动使电涡流探头产生的磁场发生变化，并转换为电流或电压，并经检波模块整流滤波、温度补偿模块温度补偿、输出缓冲模块放大后输出，设计出了满足实际需求（准确性、灵敏度）的电涡流传感器；电涡流传感器检测的表示杆缺口宽度信息传输到采集器，具体的经采集器中AD采集模块连接到微处理器模块，处理后通过通讯模块（无线通讯模块、电力载波）传输到远程监测终端（远程监测中心、无线手持机等）实现远程监测，然而，通过传输线传输到AD采集模块表示杆缺口宽度信息受环境噪声、道岔转辙机动作噪声干扰，传输线衰减的影响，会使传输到AD采集模块的信号失真。

所以本发明提供一种新的方案来解决此问题。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的在于提供一种道岔转辙机表示杆缺口信号处理电路，具有构思巧妙、人性化设计的特性，有效的解决了传输到AD采集模块信号失真的问题。

其解决的技术方案是，包括输入缓冲电路、峰值保持调理电路、源极跟随输出电路，所述输入缓冲电路接收电涡流传感器检测的道岔转辙机表示杆缺口信号，经并联瞬态抑制二极管、压敏电阻R1串联电容C1钳位后，经三极管Q3为核心的缓冲器阻抗匹配后传输到峰值保持调理电路，采用双T网络串联可变的LC并联网络、运算放大器AR2组成的放大电路对表示杆缺口信号进行放大，放大后信号并经运算放大器AR2、AR3、三极管Q1组成的峰值保持电路，获取表示杆缺口峰值信号，并保持一定时间后输出，峰值保持后信号一路反馈到可变的LC并联网络，提高放大电路放大的频率稳定性，另一路与放大后信号经运算放大器AR1比较后补偿到运算放大器AR2的输入端，提高放大电路放大的幅度稳定性，所述源极跟随输出电路接收峰值保持后信号，通过π型滤波后经MOS管T1、三极管Q4为核心的源极跟随器进一步阻抗变换后输出到控制器。

由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点：1，接入的电涡流传感器信号经并联瞬态抑制二极管、压敏电阻R1串联电容C1钳位，三极管Q3为核心的缓冲器阻抗匹配、时延，提高了信号接收的精度、后级电路协调工作的稳定性；放大保持后信号通过π型滤波电路滤除脉动成分，输出稳定的信号到MOS管T1的栅极，MOS管T1为源极跟随器，利用其输入电阻大、输出电阻小的特性，起到阻抗变换的作用，也即降低输出电阻的作用，三极管Q4接在MOS管T1的源极，相当于增加了控制器的输入电阻，使信号真实的也即无幅度失真的传输给控制器；

2，采用双T网络滤波器串联可变的LC并联网络作运算放大器AR2的反馈电阻，对电涡流传感器中电涡流探头在振荡器模块震荡频率下输出的交流电压信号的频率分量进行放大，放大后信号并经运算放大器AR2、AR3、三极管Q1组成的峰值保持电路，获取电涡流传感器检测的道岔转辙机动作后表示杆缺口峰值信号，并保持一定时间后输出，峰值保持后信号一路反馈到可变的LC并联网络，改变可变的LC并联网络的调谐频率，进一步调节双T网络滤波器串联可变的LC并联网络的频率与交流电压信号的频率分量谐振，提高放大电路放大的频率稳定性，另一路控制+5V信号进入运算放大器AR1的同相输入端，与反相输入端放大后信号进行比较，差值信号补偿到运算放大器AR2的反向输入端，提高放大电路放大的幅度稳定性，输出满足信号幅度要求的信号（0.5-5V）。

附图说明

图1为本发明的输入缓冲电路原理图。

图2为本发明的峰值保持调理电路原理图。

图3为本发明的源极跟随输出电路原理图。

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至图3对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。

下面将参照附图描述本发明的各示例性的实施例。

一种道岔转辙机表示杆缺口信号处理电路，所述输入缓冲电路接收电涡流传感器检测的道岔转辙机表示杆缺口信号，为防止不必要的瞬间高能量脉冲向后级电路传输，使瞬间高能量脉冲经并联的瞬态抑制二极管VD1、压敏电阻R1通过电容C1释放到地，以此达到钳制高能量脉冲向后传输的作用，之后经二极管D1单向导电加到三极管Q3的基极，三极管Q3为缓冲器，一方面起到阻抗匹配的作用，使信号不受衰减的向后级电路传输，另一方面起时延作用，使电涡流传感器监测的信号和后级电路协调工作，最后再经二极管D2单向导电后传输到峰值保持调理电路，采用电阻R2-电阻R4、电容C2-电容C4组成的双T网络滤波器串联可变的LC并联网络，作运算放大器AR2的反馈电阻，对电涡流传感器中电涡流探头在振荡器模块震荡频率下输出的交流电压信号的频率分量进行放大，而对其它的频率分量进行陷波，放大后信号并经运算放大器AR2、AR3、三极管Q1组成的峰值保持电路，获取电涡流传感器检测的道岔转辙机动作后表示杆缺口峰值信号，并保持一定时间后输出，峰值保持后信号一路经电阻R6、电阻R9分压采样，采样电压小于正常放大后最小电压时，三极管Q5发射结正偏，导通，采样电压反馈到可变的LC并联网络，改变变容二极管DC1的电容值，改变可变的LC并联网络的调谐频率，进一步调节双T网络滤波器串联可变的LC并联网络的频率与交流电压信号的频率分量谐振，提高放大电路放大的频率稳定性，另一路与放大后信号超过常放大后最大电压时，三极管Q2发射结正偏，导通，+5V信号进入运算放大器AR1的同相输入端，与反相输入端放大后信号进行比较，差值信号补偿到运算放大器AR2的反向输入端，提高放大电路放大的幅度稳定性，输出满足信号幅度要求的信号（0.5-5V），所述源极跟随输出电路接收峰值保持后信号，通过电容C7、电容C8、电感L2组成的π型滤波电路滤除脉动成分，输出稳定的信号到MOS管T1的栅极，MOS管T1为源极跟随器，利用其输入电阻大、输出电阻小的特性，起到阻抗变换的作用，也即降低输出电阻的作用，三极管Q4接在MOS管T1的源极，相当于增加了控制器的输入电阻，使信号真实的也即无幅度失真的传输给控制器。

在上述技术方案中，所述峰值保持调理电路接收输入缓冲电路输出的信号，采用电阻R2-电阻R4、电容C2-电容C4组成的双T网络滤波器串联可变的LC并联网络（电感L1并联串联的变容二极管DC1、电容C5组成可变的LC并联网络），作运算放大器AR2的反馈电阻，对电涡流传感器中电涡流探头在振荡器模块震荡频率下输出的交流电压信号的频率分量进行放大，而对其它的频率分量进行陷波，不予放大，放大后信号并经运算放大器AR2、AR3、三极管Q1组成的峰值保持电路，获取电涡流传感器检测的道岔转辙机动作后表示杆缺口峰值信号，并保持一定时间（由电解电容E1的值决定）后输出，峰值信号获取的详细过程为，当表示杆缺口信号变大时，运算放大器AR2输出为放大后的正信号，三极管Q1导通、电解电容E1充电，运算放大器AR3输出电压升高，当表示杆缺口信号变小时，运算放大器AR2输出为放大后的负信号，三极管Q1截止、电解电容E1保持的作用，运算放大器AR3输出电压输出不变，以此输出道岔转辙机动作后最大表示杆缺口信号，峰值保持后信号一路经电阻R6、电阻R9分压采样，采样电压小于正常放大后最小电压时，三极管Q5发射结正偏，导通，采样电压反馈到可变的LC并联网络，改变变容二极管DC1的电容值，改变可变的LC并联网络的调谐频率，进一步调节双T网络滤波器串联可变的LC并联网络的频率与交流电压信号的频率分量谐振，提高放大电路放大的频率稳定性，另一路与放大后信号超过常放大后最大电压时，三极管Q2发射结正偏，导通，+5V信号进入运算放大器AR1的同相输入端，与反相输入端放大后信号进行比较，差值信号补偿到运算放大器AR2的反向输入端，提高放大电路放大的幅度稳定性，输出满足信号幅度要求的信号（0.5-5V），包括电阻R2、电容C2，电阻R2的一端、电容C2的一端均连接二极管D6的负极，电容C2的另一端分别连接电阻R4的另一端、电容C4的另一端，电阻R2的另一端分别连接电阻R3的一端、电容C5的一端，电阻R3的另一端、电容C4的另一端均连接运算放大器AR2的同相输入端，电阻R4的另一端分别连接电容C5的另一端、变容二极管DC1的正极、电感L1的一端，变容二极管DC1的负极连接电容C6的一端，运算放大器AR2的输出端分别连接电感L1的另一端、电容C6的另一端、电阻R5的一端、二极管D3的正极，电阻R5的另一端分别连接二极管D4的负极、三极管Q1的发射极，运算放大器AR2的反相输入端分别连接二极管D4的正极、三极管Q1的基极、运算放大器AR3的反相输入端、运算放大器AR3的输出端、电阻R6的一端、电阻R7的一端，三极管Q1的集电极分别连接接地电解电容E1的正极、运算放大器AR3的同相输入端，电阻R6的另一端分别连接接地电阻R9的一端、三极管Q5的发射极、二极管D5的正极，三极管Q5的基极、二极管D5的负极连接电源+0.5V，三极管Q5的集电极连接变容二极管DC1的负极，电阻R7的另一端连接电阻R8的另一端，电阻R8的另一端连接三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极通过电阻R13连接电源+10V，三极管Q2的集电极连接运算放大器AR1的同相输入端，运算放大器AR1的反相输入端连接二极管D3的负极，二极管D3的正极连接运算放大器AR2的输出端，运算放大器AR1的输出端分别连接二极管D1的负极、二极管D2的正极，二极管D1的正极和电容C3的一端连接运算放大器AR2的同相输入端，二极管D2的负极和电容C3的另一端连接运算放大器AR2的反相输入端。

在上述技术方案中，所述输入缓冲电路接收电涡流传感器检测的道岔转辙机表示杆缺口信号（电压信号），为防止不必要的瞬间高能量脉冲（道岔转辙机应用环境交通噪声、静电放电、电磁波等）向后级电路传输，利用瞬态抑制二极管VD1、压敏电阻R1在受到高能量冲击时低阻抗的特性，使瞬间高能量脉冲经并联的瞬态抑制二极管VD1、压敏电阻R1通过电容C1释放到地，以此达到钳制高能量脉冲向后传输的作用，之后经二极管D1单向导电加到三极管Q3的基极，三极管Q3为缓冲器，一方面起到阻抗匹配的作用，使信号不受衰减的向后级电路传输，另一方面起时延作用，使电涡流传感器监测的信号和后级电路协调工作，避免后级电路在未结束处理一次检测信号时，另一个信号就到来，造成信号混乱的问题，最后再经二极管D2单向导电后传输到峰值保持调理电路，包括瞬态抑制二极管VD1、电阻R1、二极管D5，瞬态抑制二极管VD1的上端、电阻R1的一端、二极管D5的正极均连接电涡流传感器输出的表示杆缺口宽度信号，瞬态抑制二极管VD1的下端、电阻R1的另一端均通过电容C1连接地，二极管D5的负极分别连接三极管Q3的基极、接地电阻R0的一端，三极管Q3的集电极分别连接电阻R11的一端、二极管D6的正极，电阻R11的另一端连接电源+5V，二极管D6的负极连接电解电容E2的正极；

所述源极跟随输出电路接收峰值保持后信号，通过电容C7、电容C8、电感L2组成的π型滤波电路滤除脉动成分，输出稳定的信号到MOS管T1的栅极，MOS管T1为源极跟随器，利用其输入电阻大、输出电阻小的特性，起到阻抗变换的作用，也即降低输出电阻的作用，三极管Q4接在MOS管T1的源极，相当于增加了控制器的输入电阻，使信号真实的也即无幅度失真的传输给控制器， 其中电阻R12、电阻R13、电阻R14为MOS管T1的偏置电阻，电阻R15、电阻R16、电阻R17为三极管Q4的偏置电阻，包括电容C8、电感L2，电容C8的一端、电感L2的一端均连接电阻R7的另一端，电感L2的另一端分别连接接地电容C7的一端、接地电阻R13的一端、MOS管T1的栅极，MOS管T1的漏极连接电阻R14的一端，电阻R12的另一端和电阻R14的另一端连接电源+5V，MOS管T1的源极分别连接三极管Q4的集电极、控制器，三极管Q4的基极分别连接电阻R15的一端、接地电阻R17的一端，电阻R15的另一端接电源+5V，三极管Q4的发射极连接接地电阻R16的一端。

本发明具体使用时，输入缓冲电路接收电涡流传感器检测的道岔转辙机表示杆缺口信号（电压信号），为防止不必要的瞬间高能量脉冲（道岔转辙机应用环境交通噪声、静电放电、电磁波等）向后级电路传输，利用瞬态抑制二极管VD1、压敏电阻R1在受到高能量冲击时低阻抗的特性，使瞬间高能量脉冲经并联的瞬态抑制二极管VD1、压敏电阻R1通过电容C1释放到地，以此达到钳制高能量脉冲向后传输的作用，之后经二极管D1单向导电加到三极管Q3的基极，三极管Q3为缓冲器，一方面起到阻抗匹配的作用，使信号不受衰减的向后级电路传输，另一方面起时延作用，使电涡流传感器监测的信号和后级电路协调工作，避免后级电路在未结束处理一次检测信号时，另一个信号就到来，造成信号混乱的问题，最后再经二极管D2单向导电后输出到峰值保持调理电路，采用电阻R2-电阻R4、电容C2-电容C4组成的双T网络滤波器串联可变的LC并联网络（电感L1并联串联的变容二极管DC1、电容C5组成可变的LC并联网络），作运算放大器AR2的反馈电阻，对电涡流传感器中电涡流探头在振荡器模块震荡频率下输出的交流电压信号的频率分量进行放大，而对其它的频率分量进行陷波，不予放大，放大后信号并经运算放大器AR2、AR3、三极管Q1组成的峰值保持电路，获取电涡流传感器检测的道岔转辙机动作后表示杆缺口峰值信号，并保持一定时间后输出，峰值信号获取的详细过程为，当表示杆缺口信号变大时，运算放大器AR2输出为放大后的正信号，三极管Q1导通、电解电容E1充电，运算放大器AR3输出电压升高，当表示杆缺口信号变小时，运算放大器AR2输出为放大后的负信号，三极管Q1截止、电解电容E1保持的作用，运算放大器AR3输出电压输出不变，以此输出道岔转辙机动作后最大表示杆缺口信号，峰值保持后信号一路经电阻R6、电阻R9分压采样，采样电压小于正常放大后最小电压时，三极管Q5发射结正偏，导通，采样电压反馈到可变的LC并联网络，改变变容二极管DC1的电容值，改变可变的LC并联网络的调谐频率，进一步调节双T网络滤波器串联可变的LC并联网络的频率与交流电压信号的频率分量谐振，提高放大电路放大的频率稳定性，另一路与放大后信号超过常放大后最大电压时，三极管Q2发射结正偏，导通，+5V信号进入运算放大器AR1的同相输入端，与反相输入端放大后信号进行比较，差值信号补偿到运算放大器AR2的反向输入端，提高放大电路放大的幅度稳定性，输出满足信号幅度要求的信号（0.5-5V），所述源极跟随输出电路接收峰值保持后信号，通过电容C7、电容C8、电感L2组成的π型滤波电路滤除脉动成分，输出稳定的信号到MOS管T1的栅极，MOS管T1为源极跟随器，利用其输入电阻大、输出电阻小的特性，起到阻抗变换的作用，也即降低输出电阻的作用，三极管Q4接在MOS管T1的源极，相当于增加了控制器的输入电阻，使信号真实的也即无幅度失真的传输给控制器。

Claims (3)

1.一种道岔转辙机表示杆缺口信号处理电路，其特征在于，包括输入缓冲电路、峰值保持调理电路、源极跟随输出电路，所述输入缓冲电路接收电涡流传感器检测的道岔转辙机表示杆缺口信号，经并联瞬态抑制二极管、压敏电阻R1串联电容C1钳位后，经三极管Q3为核心的缓冲器阻抗匹配后传输到峰值保持调理电路，采用双T网络串联可变的LC并联网络、运算放大器AR2组成的放大电路对表示杆缺口信号进行放大，放大后信号并经运算放大器AR2、AR3、三极管Q1组成的峰值保持电路，获取表示杆缺口峰值信号，并保持一定时间后输出，峰值保持后信号一路反馈到可变的LC并联网络，提高放大电路放大的频率稳定性，另一路与放大后信号经运算放大器AR1比较后补偿到运算放大器AR2的输入端，提高放大电路放大的幅度稳定性，所述源极跟随输出电路接收峰值保持后信号，通过π型滤波后经MOS管T1、三极管Q4为核心的源极跟随器进一步阻抗变换后输出到控制器。

2.如权利要求1所述一种道岔转辙机表示杆缺口信号处理电路，其特征在于，所述峰值保持调理电路包括电阻R2、电容C2，电阻R2的一端、电容C2的一端均连接二极管D6的负极，电容C2的另一端分别连接电阻R4的另一端、电容C4的另一端，电阻R2的另一端分别连接电阻R3的一端、电容C5的一端，电阻R3的另一端、电容C4的另一端均连接运算放大器AR2的同相输入端，电阻R4的另一端分别连接电容C5的另一端、变容二极管DC1的正极、电感L1的一端，变容二极管DC1的负极连接电容C6的一端，运算放大器AR2的输出端分别连接电感L1的另一端、电容C6的另一端、电阻R5的一端、二极管D3的正极，电阻R5的另一端分别连接二极管D4的负极、三极管Q1的发射极，运算放大器AR2的反相输入端分别连接二极管D4的正极、三极管Q1的基极、运算放大器AR3的反相输入端、运算放大器AR3的输出端、电阻R6的一端、电阻R7的一端，三极管Q1的集电极分别连接接地电解电容E1的正极、运算放大器AR3的同相输入端，电阻R6的另一端分别连接接地电阻R9的一端、三极管Q5的发射极、二极管D5的正极，三极管Q5的基极、二极管D5的负极连接电源+0.5V，三极管Q5的集电极连接变容二极管DC1的负极，电阻R7的另一端连接电阻R8的另一端，电阻R8的另一端连接三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极通过电阻R13连接电源+10V，三极管Q2的集电极连接运算放大器AR1的同相输入端，运算放大器AR1的反相输入端连接二极管D3的负极，二极管D3的正极连接运算放大器AR2的输出端，运算放大器AR1的输出端分别连接二极管D1的负极、二极管D2的正极，二极管D1的正极和电容C3的一端连接运算放大器AR2的同相输入端，二极管D2的负极和电容C3的另一端连接运算放大器AR2的反相输入端。

3.如权利要求1所述一种道岔转辙机表示杆缺口信号处理电路，其特征在于，所述输入缓冲电路包括瞬态抑制二极管VD1、电阻R1、二极管D5，瞬态抑制二极管VD1的上端、电阻R1的一端、二极管D5的正极均连接电涡流传感器输出的表示杆缺口宽度信号，瞬态抑制二极管VD1的下端、电阻R1的另一端均通过电容C1连接地，二极管D5的负极分别连接三极管Q3的基极、接地电阻R0的一端，三极管Q3的集电极分别连接电阻R11的一端、二极管D6的正极，电阻R11的另一端连接电源+5V，二极管D6的负极连接电解电容E2的正极；

所述源极跟随输出电路包括电容C8、电感L2，电容C8的一端、电感L2的一端均连接电阻R7的另一端，电感L2的另一端分别连接接地电容C7的一端、接地电阻R13的一端、MOS管T1的栅极，MOS管T1的漏极连接电阻R14的一端，电阻R12的另一端和电阻R14的另一端连接电源+5V，MOS管T1的源极分别连接三极管Q4的集电极、控制器，三极管Q4的基极分别连接电阻R15的一端、接地电阻R17的一端，电阻R15的另一端接电源+5V，三极管Q4的发射极连接接地电阻R16的一端。