CN112234590A - 一种道岔转辙机动作电压检测装置及其pcb布板方式 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的道岔转辙机动作电压检测装置及其PCB布板方式，在设计时，从信号采集端到PCB布板，都采取了有效的保护措施；信号采集方面：采集器输入高低端之间加入了熔断保险丝、分压回路中串接PTC元件、输入高低端之间采用高阻值高功率的氧化金属膜电阻，避免了检测装置内部在极端情况下出现明火、短路现象从而影响前端道岔转辙机误动作；在PCB布板方面，本方案采用了信号采集输入电路间隔离封装、信号采集输入电路内部隔离封装，信号采集输入电路与处理模块间隔离封装，减少了不同模块间的相互干扰，提高了线路的抗干扰能力。

Description

一种道岔转辙机动作电压检测装置及其PCB布板方式
技术领域
本发明涉及路信号集中监测技术领域，具体涉及一种道岔转辙机动作电压检测装置及其PCB布板方式。
背景技术
道岔转辙机动作电压检测传感器，应用于铁路信号集中监测系统中，主要用于检测铁路轨道系统中4组或8组道岔转辙机动作时驱动电机当前电压信号状态，准确检测出该信号的交流含量和直流含量，方便现场人员判断道岔转辙机是否正常动作，排除道岔异常情况，是保证行车安全辅助故障处理、指导现场维修、反映设备运用质量、提高电务部门维护水平和维护效率的重要行车设备。
道岔转辙机又称为动力转辙机，是一种应用于铁路轨道切换的动力设备。铁路现场工作人员通过对检测到的道岔转辙机动作时驱动电机的电压信号进行分析，以此判断道岔转辙机是否正常动作。
由于驱动电机和动力系统中各种信号的耦合，形成了一种复杂的交、直流混合信号，即铁路道岔表示电压信号。铁路信号微机监测系统对检测系统高可靠性、低功耗、及低成本等的要求，推动了道岔转辙机动作电压检测传感器的研发。
现有针对道岔转辙机驱动电机电压信号的检测，将采集到的4路或8路电压信号通过数字高通滤波和数字低通滤波处理后，同时采集并计算各路电压信号的交流分量和直流分量，得到当前驱动电机的工作状态。
铁路信号微机监测系统不仅要求道岔转辙机动作电压检测传感器能准确有效的监测道岔转辙机动作时电压状态，且要求传感器工作时的安全性能要好，而现有技术中道岔转辙机动作电压检测传感器在进行多路信号同时采集时，多路信号容易相互影响，且外来干扰也会影响检测精度，当外部电压输入过高时，传感器内部容易出现短路、明火现象从而影响道岔转辙机误动作；且采集器前端采集到数据后向后级传送数据过程中也容易出现高压线路与低压部分之间的干扰，影响线路抗干扰能力。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供的道岔转辙机动作电压检测装置及其PCB布板方式，道岔转辙机动作电压检测传感器在设计时，从信号采集输入电路到PCB布板，都采取了有效的保护措施。
本发明通过下述技术方案实现：
本方案提供一种道岔转辙机动作电压检测装置，包括具有保护设计的信号采集输入电路和处理模块；
所述具有保护设计的信号采集输入电路包括：采集器输入端V、熔断保险丝A、熔断保险丝B、热敏电阻A、热敏电阻B、大功率电阻R1、大功率电阻R2、分压电阻R；
采集器输入端V的高压侧连接熔断保险丝A，熔断保险丝A、热敏电阻A、大功率电阻R1串联后连接至处理模块高压侧输入端；
采集器输入端V的低压侧连接熔断保险丝B，熔断保险丝B、热敏电阻B、大功率电阻R2串联后连接至处理模块低压侧输入端；
分压电阻R并联在处理模块高压侧输入端和低压侧输入端之间。
进一步优化方案为，所述具有保护设计的信号采集输入电路可以为多组。
进一步优化方案为，所述大功率电阻R1和大功率电阻R2的阻值至少为：1M欧，功率至少为：2W，且至少耐压2KV。
进一步优化方案为，所述大功率电阻R1和大功率电阻R2采用氧化金属膜电阻。
本发明基于上述道岔转辙机动作电压检测装置还提供其PCB布板方式，PCB上结构包括光电隔离模块和上述具有保护设计的信号采集输入电路、处理模块；
PCB板上包含有4组信号采集输入电路，每组信号采集输入电路间隔离封装、且每组信号采集输入电路内部也隔离封装，每组信号采集输入电路通过对应的光电隔离模块连接接至处理模块；
信号采集输入电路与处理模块之间隔离封装。
进一步优化方案为，所述隔离封装表示：
相邻两组信号采集输入电路之间设置至少2mm隔离槽；
信号采集输入电路内部采集器输入端V高压侧至处理模块高压侧输入端所在支路与采集器输入端V低压侧至处理模块低压侧输入端所在支路之间设置至少2mm隔离槽；
信号采集输入电路与处理模块相邻位置设置至少2mm隔离槽。
进一步优化方案为，相邻两组信号采集输入电路的采集器输入端子间距至少6.5mm。
进一步优化方案为，每组信号采集输入电路对应连接不同组道岔转辙机。
进一步优化方案为，接入信号采集输入电路的采集器输入端子的接线采用阻燃的高温导线。传感器内部电路与继电器输入端子的接线采用阻燃的高温导线，并与电路板保持一定距离，防止电阻发热烧穿电路板，增加了安全性，多路采集隔离电路采用独立封装模块，增加了不同输入电压组之间的耐压值，当一组采集信号出故障后不会影响到其他组的信号。信号采集输入电路与处理模块相邻位置走线区域严格区分，既提高各模块的安全性能又减少了两模块之间的干扰，提高了线路的抗干扰能力。
本发明工作原理：采集器输入回路高低端各采用一只大功率电阻进行分压，经测试证明，当输入电压为4000V时，不会造成产品安全问题，高电压信号经过串联大功率大阻值电阻的分压后，只有几百毫伏信号输入到电路板中，产品内部不会出现明火、短路现象从而影响前端道岔转辙机误动作。当出现极端情况，外部牵引回流串进检测装置室内分线盘，由于整个道表回路中不存在接地点，所以输入端子高低端之间的短路成为主要的问题。当超过4000V的高压进入隔离电路时，一旦要在输入点之间形成短路，采集器输入端分压回路中串入的PTC(热敏电阻)元件在电流过载时随温度升高发挥作用，在几十至几百毫秒内将阻值变大到几M欧直至自身烧毁开路，而熔断保险丝(标称值为100mA)可在电流超过200mA时瞬间熔断，为防止输入高低端子间短路提供了双保险。熔断保险丝、PTC用热缩套管包封焊接在接线端子上，通过分压电阻后，并引出高温阻燃线连接到主电路板上，确保安全。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明提出的道岔转辙机动作电压检测装置在设计时，从信号采集端到PCB布板，都采取了有效的保护措施；信号采集方面：采集器输入高低端之间加入了熔断保险丝、分压回路中串接PTC元件、输入高低端之间采用高阻值高功率的氧化金属膜电阻，避免了检测装置内部在极端情况下出现明火、短路现象从而影响前端道岔转辙机误动作；在PCB布板方面，本方案采用了信号采集输入电路间隔离封装、信号采集输入电路内部隔离封装，信号采集输入电路与处理模块间隔离封装，减少了不同模块间的相互干扰，提高了线路的抗干扰能力。
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。
图1是具有保护设计的信号采集输入电路原理图；
图2是道岔转辙机动作电压检测装置PCB布板结构图；
图3是PCB布板中单组信号采集输入电路局部放大图；
在附图中：
1-处理模块，2-信号采集输入电路与处理模块相邻位置隔离槽，3-光电隔离模块，4-相邻两组信号采集输入电路间隔离槽，5-单组信号采集输入电路结构，6-采集器输入端V低压侧至处理模块低压侧输入端所在支路，7-大功率电阻，8-信号采集输入电路内部隔离槽，9-热敏电阻A，10-熔断保险丝A。
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，一种道岔转辙机动作电压检测装置，包括具有保护设计的信号采集输入电路和处理模块；
具有保护设计的信号采集输入电路包括：采集器输入端V、熔断保险丝A、熔断保险丝B、热敏电阻A、热敏电阻B、大功率电阻R1、大功率电阻R2、分压电阻R；
采集器输入端V的高压侧连接熔断保险丝A，熔断保险丝A、热敏电阻A、大功率电阻R1串联后连接至处理模块高压侧输入端；采集器输入端V的低压侧连接熔断保险丝B，熔断保险丝B、热敏电阻B、大功率电阻R2串联后连接至处理模块低压侧输入端；分压电阻R并联在处理模块高压侧输入端和低压侧输入端之间。具有保护设计的信号采集输入电路可以为多组。
大功率电阻R1和大功率电阻R2采用阻值为：1M欧，功率为：2W，耐压2KV的氧化金属膜电阻。
实施例2
如图2所示，基于实施例1的道岔转辙机动作电压检测装置提供的PCB布板方式，PCB上结构包括光电隔离模块3和上述具有保护设计的信号采集输入电路、处理模块1；
PCB板上包含有4组信号采集输入电路5，每组信号采集输入电路间隔离封装、且每组信号采集输入电路内部也隔离封装，每组信号采集输入电路通过对应的光电隔离模块连接接至处理模块；信号采集输入电路与处理模块之间隔离封装。
隔离封装表示：
相邻两组信号采集输入电路之间设置2mm隔离槽4；
如图3所示，具有保护设计的信号采集输入电路包括：采集器输入端V1+和V1-、熔断保险丝A10、熔断保险丝B、热敏电阻A、热敏电阻B、大功率电阻R1、大功率电阻R2、分压电阻R；采集器输入端高压侧V1+连接熔断保险丝A10，熔断保险丝A10、热敏电阻A9、大功率电阻R1串联后连接至处理模块高压侧输入端；采集器输入端低压侧V1-连接熔断保险丝B，熔断保险丝B、热敏电阻B、大功率电阻R2串联后连接至处理模块低压侧输入端；分压电阻R并联在处理模块高压侧输入端和低压侧输入端之间。
信号采集输入电路内部采集器输入端V高压侧至处理模块高压侧输入端所在支路与采集器输入端V低压侧至处理模块低压侧输入端所在支路6之间设置2mm隔离槽8；
信号采集输入电路与处理模块相邻位置设置2mm隔离槽2。
相邻两组信号采集输入电路的采集器输入端子间距为6.5mm(既图2中V1-与V2+间距，V2-与V3+间距，V3-与V4+间距)。
每组信号采集输入电路对应连接不同组道岔转辙机。
接入信号采集输入电路的采集器输入端子的接线采用阻燃的高温导线。
道岔转辙机动作电压检测装置一次侧与二次侧之间采用光耦与DC/DC变压器隔离，耐压标准达到DC2500伏。并且在二次的模块工作电源处串接入保险丝，即使存在高压将一次与二次电路击穿，保险丝也将及时熔断，不会形成一、二次的电流回路，也避免了高压串入后级的机柜中。同时+E，GND采用两个端子，便于产品现场施工作业。
实施例3
本发明道岔转辙机动作电压检测传感器与国内外产品性能指标比较见下表：
表2与国内外产品性能指标对比
Figure BDA0002717942240000051
Figure BDA0002717942240000061
通过比较可看出道岔转辙机动作电压检测传感器在输入类型、输出类型、过载能力、隔离耐压、EMC等方面有优势。
如：(1)本产品输入为交直流混合信号，而其它产品为交流或直流信号，只能测其中的一种信号；
(2)本产品以RS485总线，而其它同类产品以标准模拟量输出；
(3)本产品在过载能力、耐压方面优于其它同类产品，更适合特定行业的安全需求；
(4)本产品电磁兼容方面，静电放电抗扰度、电快速瞬变脉冲群抗扰度、浪涌抗扰度、射频场感应的传导骚扰抗扰度达到3级，增强了产品的环境适应性，而其它同类产品无该项性能指标。
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 (9)

1.一种道岔转辙机动作电压检测装置，其特征在于，包括具有保护设计的信号采集输入电路和处理模块；
所述具有保护设计的信号采集输入电路包括：采集器输入端V、熔断保险丝fuseA、熔断保险丝fuseB、热敏电阻A、热敏电阻B、大功率电阻R1、大功率电阻R2、分压电阻R；
采集器输入端V的高压侧连接熔断保险丝A，熔断保险丝A、热敏电阻A、大功率电阻R1串联后连接至处理模块高压侧输入端；
采集器输入端V的低压侧连接熔断保险丝B，熔断保险丝B、热敏电阻B、大功率电阻R2串联后连接至处理模块低压侧输入端；
分压电阻R并联在处理模块高压侧输入端和低压侧输入端之间。
2.根据权利要求1所述的一种道岔转辙机动作电压检测装置，其特征在于，所述具有保护设计的信号采集输入电路可以为多组。
3.根据权利要求1所述的一种道岔转辙机动作电压检测装置，其特征在于，所述大功率电阻R1和大功率电阻R2的阻值至少为：1M欧，功率至少为：2W，且至少耐压2KV。
4.根据权利要求1所述的一种道岔转辙机动作电压检测装置，其特征在于，所述大功率电阻R1和大功率电阻R2采用氧化金属膜电阻。
5.一种道岔转辙机动作电压检测装置PCB的布板方式，其特征在于，包括光电隔离模块和权利要求1中所述的具有保护设计的信号采集输入电路、处理模块；
PCB板上包含有4组信号采集输入电路，每组信号采集输入电路间隔离封装、且每组信号采集输入电路内部也隔离封装，每组信号采集输入电路通过对应的光电隔离模块连接接至处理模块；
信号采集输入电路与处理模块之间隔离封装。
6.根据权利要求5所述的一种道岔转辙机动作电压检测装置的PCB布板方式，其特征在于，所述隔离封装表示：
相邻两组信号采集输入电路之间设置至少2mm隔离槽；
信号采集输入电路内部采集器输入端V高压侧至处理模块高压侧输入端所在支路与采集器输入端V低压侧至处理模块低压侧输入端所在支路之间设置至少2mm隔离槽；
信号采集输入电路与处理模块相邻位置设置至少2mm隔离槽。
7.根据权利要求6所述的一种道岔转辙机动作电压检测装置的PCB布板方式，其特征在于，相邻两组信号采集输入电路的采集器输入端子间距至少6.5mm。
8.根据权利要求5所述的一种道岔转辙机动作电压检测装置的PCB布板方式，其特征在于，每组信号采集输入电路对应连接不同组道岔转辙机。
9.根据权利要求8所述的一种道岔转辙机动作电压检测装置的PCB布板方式，其特征在于，接入信号采集输入电路的采集器输入端子的接线采用阻燃的高温导线。
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