CN110865297B - 一种相敏轨道电压相角综合采集传感器 - Google Patents

Abstract

本发明为一种相敏轨道电压相角综合采集传感器，包括模拟信号处理模块、MCU和开关量隔离输入模块；模拟信号处理模块用于对第一输入信号进行隔离、滤波和稳压处理，并将处理后的第一输入信号发送输出信号给MCU；MCU用于对经过处理后的第一输入信号依次进行AD转换、数字滤波和信号分析与处理；开关量隔离输入模块用于对第二输入信号进行信号隔离处理，并将经过处理后的第二输入信号发送给MCU；本发明同时采集轨道电压信号和局部电压信号以及轨道开关量信号，并计算出各信号的有效值和频率，并计算出局部电压信号和轨道电压信号间的相角差，实现了电压相角的综合采集，为25Hz相敏轨道电路故障的预警和排除提供了帮助。

Description

一种相敏轨道电压相角综合采集传感器

技术领域

本发明涉及轨道电压检测技术领域，具体涉及一种相敏轨道电压相角综合采集传感器。

背景技术

25Hz相敏轨道电路作为信号联锁中的重要室外设备之一，主要作用是监督列车对轨道区段的占用状况。现场25Hz相敏轨道电路出现的常见故障归结为不正常红光带现象和分路不良现象；不正常红光带故障是指轨道区段实际没有被列车占用，但是轨道继电器却无法正常励磁吸起的异常现象。分路不良指的是轨道区段实际被车占用，可车辆轮轴对轨道电路回路达不到足够的分流作用，本应该失磁落下的轨道继电器却不能成功落下或者出现时而落下时而吸起的不正常情形。因此，作为信号联锁的重要组成部分，相敏轨道电路故障成为当前安全生产的一个突出薄弱环节，由于相敏轨道电路故障造成的事故给全路带来了重大损失和惨痛的教训。

现有技术中，由于电路设计简单，不能同时提取25Hz相敏轨道电路上的局部电压信号和七路轨道电压信号、轨道电压信号中的牵引回流电压信号、七路轨道电压信号与局部电压信号之间的相位差值、以及七路轨道开关量信号，对故障预警的误差较大，不能准确判断轨道电路的工作状态是否正常，降低除隐患效率。

发明内容

本发明提供一种相敏轨道电压相角综合采集传感器，解决传统轨道电压采集传感器不能不能同时提取25Hz相敏轨道电路上的局部电压信号和七路轨道电压信号、轨道电压信号中的牵引回流电压信号、七路轨道电压信号与局部电压信号之间的相位差值、以及七路轨道开关量信号的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种相敏轨道电压相角综合采集传感器，包括模拟信号处理模块、MCU和开关量隔离输入模块；所述模拟信号处理模块用于接收第一输入信号，对第一输入信号进行隔离、滤波和稳压处理，并将经过模拟信号处理模块处理后的第一输入信号发送输出信号给MCU；所述第一输入信号包括轨道电压信号和局部电压信号；所述MCU用于接收经过模拟信号处理模块处理后的第一输入信号，对经过模拟信号处理模块处理后的第一输入信号依次进行AD转换、数字滤波、信号分析与处理；所述信号分析与处理包括电压有效值运算、频率计算、以及轨道电压信号与局部电压信号之间的相角差计算；所述开关量隔离输入模块用于接收第二输入信号，对第二输入信号进行信号隔离处理，并将经过隔离输入模块处理后的第二输入信号发送给MCU；所述第二输入信号包括轨道开关量信号；

本技术方案中，来自轨道测试盘侧面端子的轨道电压信号和当前采集的咽喉轨道区段对应的局部电压信号经过模拟信号处理模块，通过模拟信号处理模块对轨道电压信号和局部电压信号进行隔离、滤波和稳压处理后，进入MCU进行AD转换、数字滤波、电压有效值运算，频率计算和相角差计算处理；同时，轨道开关量信号经过开关量隔离输入模块，通过开关量隔离输入模块对轨道开关量信号进行隔离后，进入MCU，转换为二进制开关数据；以上过程，实现了对25Hz轨道电压信号、50Hz牵引回流电压信号和轨道开关量信号的有效采集，完成了电压有效值运算，局部电压信号频率计算，七路轨道电压信号与局部电压信号之间的相角差计算，使得设备维护人员通过实时读取传感器的上传数据可随时掌握25Hz相敏轨道电路上的局部信号的电压有效值与七路轨道信号的电压有效值及相互之间的相位关系，并结合七路轨道开关量信号，准确判断轨道电路的工作状态是否正常，为轨道电路的工作状态提供预警，同时为轨道电路的日常维护提供依据；传感器上传的50Hz的牵引回流电压信号，可为设备维护人员提供设备工作环境参考，便于及时发现和排查相敏轨道电路工作中存在的安全隐患，同时当相敏轨道电路出现故障时，该数据可辅助排查故障。

作为本发明的进一步改进，所述模拟信号处理模块包括信号隔离模块、滤波处理模块和信号调理模块；所述信号隔离模块用于接收第一输入信号，对第一输入信号进行信号隔离处理，并将经过信号隔离模块处理后的第一输入信号发送给滤波处理模块；所述滤波处理模块用于接收经过信号隔离模块处理后的第一输入信号，对经过信号隔离模块处理后的第一输入信号进行信号中的移频信号及高频噪声干扰信号的滤除，并将经过滤波处理模块处理后的第一输入信号发送给信号调理模块；所述信号调理模块用于接收经过滤波处理模块处理后的第一输入信号，对经过滤波处理模块处理后的第一输入信号进行稳压处理，并将经过信号调理模块处理后的第一输入信号发送给MCU；

本技术方案中，第一输入信号先进入信号隔离模块进行隔离处理，然后进入滤波处理模块滤除移频信号和高频噪声干扰信号，接着进入信号调理模块进行稳压处理，最后，第一输入信号将进入MCU，完成对模拟输入信号的预处理。

进一步，所述信号隔离模块包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、互感器N和运算放大器U；所述互感器N包括第一绕组和第二绕组；第一输入信号分别接入电阻R1的一端和电阻R2的一端，电阻R1的另一端、第一绕组和电阻R2的另一端依次串联；第二绕组的一端连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接运算放大器U的反相输入端，第二绕组的另一端连接运算放大器U的同相输入端，电阻R3的一端连接第二绕组的一端，电阻R3的另一端连接运算放大器U的同相输入端，运算放大器U的输出端连接滤波处理模块的输入端，电阻R5的一端连接运算放大器U的反相输入端，电阻R5的另一端连接运算放大器U的输出端；

本技术方案中，信号隔离模块利用电磁感应原理，采用互感器对第一输入信号进行实时测量；在工作时，第一输入信号经过前端限流电阻R1接入互感器N的第一绕组，通过电磁隔离方式，使第一输入信号特性几乎无损失，并且电路设计简便，有效完成对第一输入信号的隔离处理。

进一步，所述第一输入信号包括七路轨道电压信号和一路局部电压信号；所述信号分析与处理包括局部电压信号的电压有效值和频率计算、七路轨道电压信号的有效值计算以及七路轨道电压信号与局部电压信号之间的相角差计算；所述MCU包括AD采样模块、数字滤波模块和信号分析与处理模块；所述AD采样模块用于接收经过模拟信号处理模块处理后的第一输入信号，对经过模拟信号处理模块处理后的第一输入信号进行AD转换处理，并将经过AD采样模块处理后的第一输入信号发送给数字滤波模块；所述数字滤波模块用于接收经过AD采样模块处理后的第一输入信号，对经过AD采样模块处理后的第一输入信号进行带通滤波处理，并将经数字滤波模块处理后的第一输入信号发送输给信号分析与处理模块；所述信号分析与处理模块用于接收经过数字滤波模块处理后的第一输入信号，对经过数字滤波模块处理后的第一输入信号进行电压有效值运算、频率计算、以及轨道电压信号与局部电压信号之间的相角差计算处理；所述7路轨道电压信号由25Hz轨道电压信号和50Hz牵引回流电压信号混频而成；所述数字滤波模块对经过AD采样模块处理后的第一输入信号进行带通滤波处理时，提取出第一输入信号中的25Hz轨道电压信号和50Hz牵引回流电压信号；

本技术方案中，经过模拟信号处理模块处理后的第一输入信号进入AD采样模块进行AD模数转换，然后进入数字滤波模块，通过一个八阶带通滤波器提取25Hz轨道电压信号和通过一个六阶带通滤波器提取50Hz牵引回流电压信号，最后经过信号分析与处理模块，计算局部电压信号和七路轨道电压信号的有效值，并采用相位差迭代算法实现各电压频率的计算，最后利用频率计算的结果，计算七路轨道电压信号相对于局部电压信号的相角差值。

进一步，所述开关量隔离输入模块包括第一光电隔离电路和第二光电隔离电路；所述第一光电隔离电路的输入端接收第二输入信号，第一光电隔离电路输出端和第二光电隔离电路的输入端通过光耦连接，第二光电隔离电路的输出端连接MCU。

进一步，所述第一光电隔离电路包括电阻R6、电阻R7、电容C1、第一光电接收二极管PD1、运算放大器A1；所述光耦包括发光二极管LED和第二光电接收二极管PD2；所述第二光电隔离电路包括电阻R8、电容C2和运算放大器A2；所述电阻R6的一端接收第二输入信号，电阻R6的另一端连接运算放大器A1的反相输入端，第一光电接收二极管PD1的负极连接电阻R6的另一端，第一光电接收二极管PD1的正极接地，运算放大器A1的正相输入端接地，运算放大器A1的输出端连接电阻R7的一端，电阻R7的另一端连接发光二极管LED的负极，发光二极管LED的正极连接电源电压VCC，电容C1的一端连接电阻R6的另一端，电容C1的另一端连接运算放大器A1的输出端；所述第二光电接收二极管PD2的负极连接运算放大器A2的反相输入端，第二光电接收二极管PD2的正极接地；运算放大器A2的正相输入端接地，运算放大器A2的输出端连接MCU，电阻R8和电容C2并联后的一端连接运算放大器A2的反相输入端，电阻R8和电容C2并联后的另一端连接运算放大器A2的输出端；

本技术方案中，轨道开关量信号采用光耦隔离的方式输入，使用运算放大器A1，搭配第一光电接收二极管PD1来监测发光二极管LED的光输出，并自动调整发光二极管LED电流以弥补非线性和光输出变化，运算放大器A1用来稳定和线性化发光二极管LED的光输出；接着，第二光电接收二极管PD2把发光二极管LED的稳定线性化管输出转为电流信号，并通过运算放大器A2转换回电压信号，同时，配合适当的应用电路设计，满足轨道开关量信号的模拟隔离需求。

进一步，所述MCU采用单片机STM32F103C8。

综上，本发明的有益效果包括：

通过本发明，能同时提取25Hz相敏轨道电路上的局部电压信号和七路轨道电压信号、轨道电压信号中的牵引回流电压信号、七路轨道电压信号与局部电压信号之间的相位差值、以及七路轨道开关量信号，帮助监测者实时监控轨道电压信号数据，在设备故障之前提供预警，并对25Hz相敏轨道电路故障进行有效判断。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的相敏轨道电压相角综合采集传感器的结构框图；

图2为本发明的信号隔离模块的电路示意图；

图3为本发明的滤波处理模块的电路示意图；

图4为本发明的开关量隔离输入模块的电路示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1所示，一种相敏轨道电压相角综合采集传感器，其特征在于，包括模拟信号处理模块、MCU和开关量隔离输入模块；所述模拟信号处理模块用于接收第一输入信号，对第一输入信号进行隔离、滤波和稳压处理，并将经过模拟信号处理模块处理后的第一输入信号发送输出信号给MCU；所述第一输入信号包括轨道电压信号和局部电压信号；所述MCU用于接收经过模拟信号处理模块处理后的第一输入信号，对经过模拟信号处理模块处理后的第一输入信号依次进行AD转换、数字滤波、信号分析与处理；所述信号分析与处理包括电压有效值运算、频率计算、以及轨道电压信号与局部电压信号之间的相角差计算；所述开关量隔离输入模块用于接收第二输入信号，对第二输入信号进行信号隔离处理，并将经过隔离输入模块处理后的第二输入信号发送给MCU；所述第二输入信号包括轨道开关量信号。

来自轨道测试盘侧面端子的轨道电压信号和当前采集的咽喉轨道区段对应的局部电压信号经过模拟信号处理模块，通过模拟信号处理模块对轨道电压信号和局部电压信号进行隔离、滤波和稳压处理后，进入MCU进行AD转换、数字滤波、电压有效值运算，频率计算和相角差计算处理；同时，轨道开关量信号经过开关量隔离输入模块，通过开关量隔离输入模块对轨道开关量信号进行隔离后，进入MCU，转换为二进制开关数据；以上过程，实现了对25Hz的有效轨道电压信号、50Hz的牵引回流电压信号和轨道开关量信号的有效采集，完成了电压有效值运算，局部电压信号频率计算，七路轨道电压信号与局部电压信号之间的相角差计算，使得设备维护人员通过实时读取传感器的上传数据可随时掌握25Hz相敏轨道电路上的局部信号的电压有效值与七路轨道信号的电压有效值及相互之间的相位关系，并结合七路轨道开关量信号，准确判断轨道电路的工作状态是否正常，为轨道电路的工作状态提供预警，同时为轨道电路的日常维护提供依据；传感器上传的50Hz的牵引回流电压信号，可为设备维护人员提供设备工作环境参考，便于及时发现和排查相敏轨道电路工作中存在的安全隐患，同时当相敏轨道电路出现故障时，该数据可辅助排查故障。

所述模拟信号处理模块包括信号隔离模块、滤波处理模块和信号调理模块；所述信号隔离模块用于接收第一输入信号，对第一输入信号进行信号隔离处理，并将经过信号隔离模块处理后的第一输入信号发送给滤波处理模块；所述滤波处理模块用于接收经过信号隔离模块处理后的第一输入信号，对经过信号隔离模块处理后的第一输入信号进行信号中的移频信号及高频噪声干扰信号的滤除，并将经过滤波处理模块处理后的第一输入信号发送给信号调理模块；所述信号调理模块用于接收经过滤波处理模块处理后的第一输入信号，对经过滤波处理模块处理后的第一输入信号进行稳压处理，并将经过信号调理模块处理后的第一输入信号发送给MCU；

第一输入信号先进入信号隔离模块进行隔离处理，然后进入滤波处理模块滤除移频信号和高频噪声干扰信号，接着进入信号调理模块进行稳压处理，最后，第一输入信号将进入MCU，完成对模拟输入信号的预处理。

所述MCU采用单片机STM32F103C8；单片机STM32F103C8是基于ARM Cortex-M3核的微嵌入式应用控制器，性能稳定可靠，其功能配置能有效满足本发明的需求。

进一步，如图1所示，输出总线与MCU相连接；所述输出总线用于将相敏轨道电压相角综合采集传感器所采集到的数据参数传送到监测站机，供维护人员读取和分析。所述输出总线采用RS485总线或CAN总线，以此来满足实际的通信需求。

如图2所示，所述信号隔离模块包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、互感器N和运算放大器U；所述互感器N包括第一绕组和第二绕组；第一输入信号分别接入电阻R1的一端和电阻R2的一端，电阻R1的另一端、第一绕组和电阻R2的另一端依次串联；第二绕组的一端连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接运算放大器U的反相输入端，第二绕组的另一端连接运算放大器U的同相输入端，电阻R3的一端连接第二绕组的一端，电阻R3的另一端连接运算放大器U的同相输入端，运算放大器U的输出端连接滤波处理模块的输入端，电阻R5的一端连接运算放大器U的反相输入端，电阻R5的另一端连接运算放大器U的输出端；

信号隔离模块利用电磁感应原理，采用互感器N对第一输入信号进行实时测量；在工作时，第一输入信号经过前端限流电阻R1接入互感器N的第一绕组，利用互感器N的工作原理，完成对第一输入信号的电压隔离处理，同时配合运算放大器U，对第一输入信号进行进一步放大处理，使第一输入信号特性几乎无损失，并且满足下级模块对输入信号的要求；该电路设计简便，能有效完成对第一输入信号的隔离处理。

如图3所示，所述滤波处理模块包括电阻R和电容C；所述经过信号隔离模块处理后的第一输入信号接入电阻R的一端和电容C的一端，电阻R的另一端连接电容C的另一端，并将电容C的两端作为滤波处理模块的两个输出端连接信号调理模块；

滤波处理模块作为第一级滤波处理，采用模拟RC滤波器方式，能够有效滤除第一输入信号中的移频信号及高频噪声干扰信号，防止干扰信号进入下级模块，为提取目标参数排除干扰。

所述第一输入信号包括七路轨道电压信号和一路局部电压信号；所述信号分析与处理包括局部电压信号的电压有效值和频率计算、七路轨道电压信号的有效值计算以及七路轨道电压信号与局部电压信号之间的相角差计算；所述MCU包括AD采样模块、数字滤波模块和信号分析与处理模块；所述AD采样模块用于接收经过模拟信号处理模块处理后的第一输入信号，对经过模拟信号处理模块处理后的第一输入信号进行AD转换处理，并将经过AD采样模块处理后的第一输入信号发送给数字滤波模块；所述数字滤波模块用于接收经过AD采样模块处理后的第一输入信号，对经过AD采样模块处理后的第一输入信号进行带通滤波处理，并将经数字滤波模块处理后的第一输入信号发送输给信号分析与处理模块；所述信号分析与处理模块用于接收经过数字滤波模块处理后的第一输入信号，对经过数字滤波模块处理后的第一输入信号进行电压有效值运算、频率计算、以及轨道电压信号与局部电压信号之间的相角差计算处理；所述7路轨道电压信号由25Hz轨道电压信号和50Hz牵引回流电压信号混频而成；所述数字滤波模块对经过AD采样模块处理后的第一输入信号进行带通滤波处理时，提取出第一输入信号中的25Hz轨道电压信号和50Hz牵引回流电压信号。

经过模拟信号处理模块处理后的第一输入信号进入AD采样模块进行AD模数转换，然后进入数字滤波模块，提取25Hz轨道电压信号和50Hz牵引回流电压信号。

本发明需要提取出有效的25Hz轨道电压信号和50Hz牵引回流电压信号，这就要求产品在滤波器设计的时候需要首先考虑滤除含移频信号和高频干扰信号，然后分别提取出23Hz～27Hz和45Hz～55Hz两个频率段的信号；如果全部采用模拟滤波器势必带来成本的增加，且由于23Hz～27Hz和45Hz～55Hz两个频率段相隔很近，实现难度较大；而如果全部采用数字滤波器实现，则会造成运算量和数据存储的增加，因此最终采用先模拟滤波，再采用数字滤波的方式进行目标频段的提取。由于25Hz轨道电压信号和50Hz牵引回流电压信号的频率十分接近，且正好为倍频关系，使用模拟滤波器难以实现信号的分离提取，而采用数字滤波器时需要重点考虑检测精度、响应速率和幅频特性之间的平衡关系；综合考虑各个因素之间的相互影响，本发明最终采用一个8阶和一个6阶IIR椭圆滤波器实现信号的分离提取。

在分别得到25Hz轨道电压信号和50Hz牵引回流电压信号之后，由于这两种信号为两个独立频率的正弦周期信号，因此，由三角函数转换可知，两个相同的正弦周期信号相乘，可得到一个直流分量和一个频率为原信号频率2倍的交流信号，此时该直流分量值一定为原信号幅值的平方；因此只需提取出该直流分量即可准确计算出原信号有效值。最终，通过一个低通滤波器，可以分别准确提取25Hz轨道电压信号和50Hz牵引回流电压信号的直流分量，继而可方便地计算出原始信号的交流有效值。

在预先知道被测信号大致频率的前提下，设定一个与被测频率十分接近的假定值，之后，按被测频率假定值获取的一组采样数据。在采样数据中，根据假定的频率测量第一周期的相位信号及后续间隔第N个周期的相位信号，利用N个周期之间的相位差值计算出实际的频率值与假定频率值之间的差值，从而计算出实际的频率值。因此，按照此方法，该发明可分别计算出七路轨道电压信号、一路局部电压信号、25Hz轨道电压信号、50Hz牵引回流电压信号和轨道开关量信号的频率值。

最终，在得到七路轨道电压信号和一路局部电压信号的电压频率之后，对每路电压分别进行傅里叶变换，可计算出每路电压信号当前的实时相位，从而可得出七路轨道电压相对于局部电压的相位差值；与现有的轨道电路相位检测方法相比，该算法无需另外增加比较单元，节约了硬件成本和软件开销；具体的计算公式和处理程序为现有技术，为本领域技术人员熟知，本实施例中不再赘述。

如图4所示，所述开关量隔离输入模块包括第一光电隔离电路和第二光电隔离电路；所述第一光电隔离电路的输入端接收第二输入信号，第一光电隔离电路输出端和第二光电隔离电路的输入端通过光耦连接，第二光电隔离电路的输出端连接MCU；

所述第一光电隔离电路包括电阻R6、电阻R7、电容C1、第一光电接收二极管PD1、运算放大器A1；所述光耦包括发光二极管LED和第二光电接收二极管PD2；所述第二光电隔离电路包括电阻R8、电容C2和运算放大器A2；所述电阻R6的一端接收第二输入信号，电阻R6的另一端连接运算放大器A1的反相输入端，第一光电接收二极管PD1的负极连接电阻R6的另一端，第一光电接收二极管PD1的正极接地，运算放大器A1的正相输入端接地，运算放大器A1的输出端连接电阻R7的一端，电阻R7的另一端连接发光二极管LED的负极，发光二极管LED的正极连接电源电压VCC，电容C1的一端连接电阻R6的另一端，电容C1的另一端连接运算放大器A1的输出端；

所述第二光电接收二极管PD2的负极连接运算放大器A2的反相输入端，第二光电接收二极管PD2的正极接地；运算放大器A2的正相输入端接地，运算放大器A2的输出端连接MCU，电阻R8和电容C2并联后的一端连接运算放大器A2的反相输入端，电阻R8和电容C2并联后的另一端连接运算放大器A2的输出端。

轨道开关量信号采用光耦隔离的方式输入，使用运算放大器A1，搭配第一光电接收二极管PD1来监测发光二极管LED的光输出，并自动调整发光二极管LED电流以弥补非线性和光输出变化，运算放大器A1用来稳定和线性化发光二极管LED的光输出；接着，第二光电接收二极管PD2把发光二极管LED的稳定线性化管输出转为电流信号，并通过运算放大器A2转换回电压信号，同时，配合适当的应用电路设计，满足轨道开关量信号的模拟隔离需求。

在现有技术中，通常只能采集提取25Hz相敏轨道电路上的局部电压信号和七路轨道电压信号，同时测量数据不准确，并且不能同时采集轨道电压信号中的牵引回流电压信号、七路轨道电压信号与局部电压信号之间的相位差值、以及七路轨道开关量信号，导致预警误差，不能对25Hz相敏轨道电路故障进行有效判断的问题，因此，本申请通过设计模拟信号处理模块、MCU和开关量隔离输入模块，有效解决上述问题，满足市场对轨道电路监测的需求。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种相敏轨道电压相角综合采集传感器，其特征在于，包括模拟信号处理模块、MCU和开关量隔离输入模块；

所述模拟信号处理模块用于接收第一输入信号，对第一输入信号进行隔离、滤波和稳压处理，并将经过模拟信号处理模块处理后的第一输入信号发送输出信号给MCU；

所述第一输入信号包括轨道电压信号和局部电压信号；

所述MCU用于接收经过模拟信号处理模块处理后的第一输入信号，对经过模拟信号处理模块处理后的第一输入信号依次进行AD转换、数字滤波、信号分析与处理；所述信号分析与处理包括电压有效值运算、频率计算、以及轨道电压信号与局部电压信号之间的相角差计算；

所述开关量隔离输入模块用于接收第二输入信号，对第二输入信号进行信号隔离处理，并将经过隔离输入模块处理后的第二输入信号发送给MCU；

所述第二输入信号包括轨道开关量信号；

所述第一输入信号包括七路轨道电压信号和一路局部电压信号；

所述信号分析与处理包括局部电压信号的电压有效值和频率计算、七路轨道电压信号的有效值计算以及七路轨道电压信号与局部电压信号之间的相角差计算；

所述MCU包括AD采样模块、数字滤波模块和信号分析与处理模块；

所述AD采样模块用于接收经过模拟信号处理模块处理后的第一输入信号，对经过模拟信号处理模块处理后的第一输入信号进行AD转换处理，并将经过AD采样模块处理后的第一输入信号发送给数字滤波模块；

所述数字滤波模块用于接收经过AD采样模块处理后的第一输入信号，对经过AD采样模块处理后的第一输入信号进行带通滤波处理，并将经数字滤波模块处理后的第一输入信号发送输给信号分析与处理模块；

所述信号分析与处理模块用于接收经过数字滤波模块处理后的第一输入信号，对经过数字滤波模块处理后的第一输入信号进行电压有效值运算、频率计算、以及轨道电压信号与局部电压信号之间的相角差计算处理。

2.根据权利要求1所述的一种相敏轨道电压相角综合采集传感器，其特征在于，所述模拟信号处理模块包括信号隔离模块、滤波处理模块和信号调理模块；

所述信号隔离模块用于接收第一输入信号，对第一输入信号进行信号隔离处理，并将经过信号隔离模块处理后的第一输入信号发送给滤波处理模块；

所述滤波处理模块用于接收经过信号隔离模块处理后的第一输入信号，对经过信号隔离模块处理后的第一输入信号进行信号中的移频信号及高频噪声干扰信号的滤除，并将经过滤波处理模块处理后的第一输入信号发送给信号调理模块；

所述信号调理模块用于接收经过滤波处理模块处理后的第一输入信号，对经过滤波处理模块处理后的第一输入信号进行稳压处理，并将经过信号调理模块处理后的第一输入信号发送给MCU；

所述七 路轨道电压信号由25Hz轨道电压信号和50Hz牵引回流电压信号混频而成；

所述数字滤波模块对经过AD采样模块处理后的第一输入信号进行带通滤波处理时，提取出第一输入信号中的25Hz轨道电压信号和50Hz牵引回流电压信号。

3.根据权利要求2所述的一种相敏轨道电压相角综合采集传感器，其特征在于，所述信号隔离模块包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、互感器N和运算放大器U；

所述互感器N包括第一绕组和第二绕组；

第一输入信号分别接入电阻R1的一端和电阻R2的一端，电阻R1的另一端、第一绕组和电阻R2的另一端依次串联；

第二绕组的一端连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接运算放大器U的反相输入端，第二绕组的另一端连接运算放大器U的同相输入端，电阻R3的一端连接第二绕组的一端，电阻R3的另一端连接运算放大器U的同相输入端，运算放大器U的输出端连接滤波处理模块的输入端，电阻R5的一端连接运算放大器U的反相输入端，电阻R5的另一端连接运算放大器U的输出端。

4.根据权利要求1所述的一种相敏轨道电压相角综合采集传感器，其特征在于，所述开关量隔离输入模块包括第一光电隔离电路和第二光电隔离电路；

所述第一光电隔离电路的输入端接收第二输入信号，第一光电隔离电路输出端和第二光电隔离电路的输入端通过光耦连接，第二光电隔离电路的输出端连接MCU。

5.根据权利要求4所述的一种相敏轨道电压相角综合采集传感器，其特征在于，所述第一光电隔离电路包括电阻R6、电阻R7、电容C1、第一光电接收二极管PD1、运算放大器A1；

所述光耦包括发光二极管LED和第二光电接收二极管PD2；

所述第二光电隔离电路包括电阻R8、电容C2和运算放大器A2；

所述电阻R6的一端接收第二输入信号，电阻R6的另一端连接运算放大器A1的反相输入端，第一光电接收二极管PD1的负极连接电阻R6的另一端，第一光电接收二极管PD1的正极接地，运算放大器A1的正相输入端接地，运算放大器A1的输出端连接电阻R7的一端，电阻R7的另一端连接发光二极管LED的负极，发光二极管LED的正极连接电源电压VCC，电容C1的一端连接电阻R6的另一端，电容C1的另一端连接运算放大器A1的输出端；

所述第二光电接收二极管PD2的负极连接运算放大器A2的反相输入端，第二光电接收二极管PD2的正极接地；运算放大器A2的正相输入端接地，运算放大器A2的输出端连接MCU，电阻R8和电容C2并联后的一端连接运算放大器A2的反相输入端，电阻R8和电容C2并联后的另一端连接运算放大器A2的输出端。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的一种相敏轨道电压相角综合采集传感器，其特征在于，所述MCU采用单片机STM32F103C8。

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