CN116449258B - 一种应用于轨道电路检测小车的补偿电容检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于轨道电路检测小车的补偿电容检测系统，本发明基于电磁感应原理，以电感补偿线圈的方式补偿电感来检测补偿电容，适用于轨道电路检测小车，提高了检测的效率，降低了补偿电容的检测成本；采用本发明系统进行补偿电容测试时，不需要员工手持设备逐一对补偿电容进行测试，当小车在轨道上行进的过程中就能对补偿电容进行故障判断，实现了对补偿电容的实时检测，并且检测装备使用方便简单；本发明所使用的补偿电容故障判断方法，采用动态阈值，不需要人工提前预设阈值或者更改判断值，适用性更强。
Description
技术领域
本发明涉及轨道电路检测小车的补偿电容检测技术领域，尤其涉及一种应用于轨道电路检测小车的补偿电容检测系统。
背景技术
由于轨道电路传输信号的载频较高，钢轨对对高频率的信号呈现较高的感抗特性，会造成信号传输衰耗增大并直接导致信号的有效传输距离减小，即所谓的“趋肤”效应。为此，通过采用在轨道电路上等间隔加装补偿电容的方式以平衡钢轨对高载频信号表现出的高感抗，以使得轨道电路传输特性趋于阻性。补偿电容出现故障会影响铁路信号的正确传输，而环境、使用时长和人为等因素都会使补偿电容出现容值下降、失效或者断线故障，所以需要对补偿电容进行频繁的检修以保证轨道电路的正常工作以及铁路行车安全。
申请公布号CN1962338A的专利提供的无绝缘轨道电路补偿电容在线主动测试装置和申请公布号CN107918059A的专利提供的一种UM71轨道电路补偿电容的测试装置，都通过主动向补偿电容两端施加激励信号，采集补偿电容对给定激励的响应进而确定补偿电容的容值。但上述发明仅能检测补偿电容，需要员工手持仪器设备将测试探头逐一连接到补偿电容两端进行测量，工作量大且检测效率低。
申请公布号CN112881853A的专利提供的一种用于轨道电路的电务综合检测系统，车体在ZPW-200轨道上运行过程中由主机接收并连续记录电流幅度、钢轨长度信息和电容相应的位置点信息，数据采集收集完毕后将其导入电脑软件中，由软件处理形成连续的电流曲线以及电容位置点的信息，最后根据曲线波形判断补偿电容好坏。但该发明是在数据采集完毕后将数据导入软件中再进行故障判断，并不能实现对补偿电容故障的实时判断；或者在采集过程中由人工根据连续电流值变化趋势以及电容位置进行判断，增加人工量且依据主观。
申请公布号CN103777119A的专利提供的一种车载补偿电容检测方法及系统，基于电磁感应原理通过信号源模块生成模拟信号并将其发射到电磁环路中形成变化磁场，进而在电磁环路中形成感应电流；该电磁环路由列车相邻的两个轮对和列车两侧的钢轨组成，所述电磁环路中还包括一补偿电容，该补偿电容位于所述两个轮对之间，与所述两个轮对并联于所述列车两侧的钢轨上；接收天线感应所述电磁环路中的感应电流进而形成感应信号；该感应信号与预存在工程控制计算机中的标准感应信号进行对比，得到补偿电容的状态；再根据定位模块得到补偿电容精确位置信息。但该发明应用场景在列车上，限定要求就是前后轮对的间距必须满足标准列车长度的要求。
使用列车的进行运行检测成本高，使用的方法无法运用于轨道电路检测小车上；其对故障的判断标准是预存标准值，由于我国铁路线路情况复杂，不同轨道电路区段所安装补偿电容的个数和容值不一样，最终所接收到的标准感应信号也不同，无法统一判断标准，距离实际应用还有一定距离。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种应用于轨道电路检测小车的补偿电容检测系统，用来实现补偿电容的实时检测，提高补偿电容的检测效率，降低员工的工作量。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种应用于轨道电路检测小车的补偿电容检测系统，包括有：
发射线圈：由发射耦合线圈和电感补偿线圈组成；
接收线圈：由接收耦合线圈和电感补偿线圈组成；
两个电感补偿线圈串联进由轨道电路检测小车的前后两组轮对和轨道的两条钢轨组成的闭合回路中，实现补偿电容进入闭合回路时对补偿电容的电感补偿；激励信号传送到发射耦合线圈中形成一个变化的磁场使发射线圈中的电感补偿线圈形成一个感应电流，使整个闭合回路形成一个感应电流，接收耦合线圈感应接收线圈中的电感补偿线圈上的感应电流得到一个感应信号；
处理器：控制激励信号产生模块产生一个频率高于轨道电路传输信号的正弦波激励信号；
功率放大模块：所述的正弦波激励信号经功率放大模块提高驱动能力后由发射线圈向轨道电路检测小车下方的闭合回路发射；
补偿电容在接近、进入及远离闭合回路的过程中，接收线圈接收回来的感应电压幅值会出现由小变大再变小的过程；
滤波模块：接收回来的感应电压送入滤波模块滤除干扰信号，得到分离后的反馈信号和轨道电路信号；
将所述轨道电路信号送入所述的处理器，得到轨道电路信号的载频频率；
将所述反馈信号送入信号放大模块及全波整流模块整流成一个直流信号，最后将直流信号送入处理器中进行A/D转换并读取数值，后转换成相应电压值；将采集到的电压值存储；依据历史数据实时生成一个电压上限阈值和一个电压下限阈值，当前读取值高于电压上限阈值则判断当前有补偿电容存在，当前读取值低于电压下限阈值则判断该处无补偿电容存在；
将当前读取电压值、轨道电路信号的载频频率与判断结果通过串口通信模块以心跳包的形式发送给轨道电路检测小车上安装的工程控制计算机；工程控制计算机根据定位模块传回的位置信息和对当前位置补偿电容的判断结果，再结合提前导入的补偿电容位置信息对补偿电容是否出现失效或断线故障进行判断，最后在工程控制计算机上显示出电压读取值曲线以及对补偿电容的故障判断结果。
所述的发射线圈安装在轨道电路检测小车底部的车头位置，接收线圈安装在轨道电路检测小车底部的车尾位置。
还包括有时钟模块，时钟模块为处理器提供一个外部时钟。
当一段轨道电路区段数据采集完成后，提取出各峰值，由载频频率得出该段补偿电容的标准容值，以峰值均值和标准容值估算该段钢轨电感，进而结合各峰值得出相应补偿电容容值并显示在工程控制计算机上。
还包括有复位模块，如果出现死机的情况，通过复位模块上的复位按钮进行复位重启。
还包括有电源模块，电源模块为各功能模块提供工作电压。
本发明的优点是：本发明基于电磁感应原理，以电感补偿线圈的方式补偿电感来检测补偿电容，适用于轨道电路检测小车，提高了检测的效率，降低了补偿电容的检测成本；
采用本发明系统进行补偿电容测试时，不需要员工手持设备逐一对补偿电容进行测试，当小车在轨道上行进的过程中就能对补偿电容进行故障判断，实现了对补偿电容的实时检测，并且检测装备使用方便简单；
本发明所使用的补偿电容故障判断方法，采用动态阈值，不需要人工提前预设阈值或者更改判断值，适用性更强。
附图说明
图1为本发明的工作原理框图。
具体实施方式
如图1所示，一种应用于轨道电路检测小车的补偿电容检测系统，包括STM32系列处理器1、激励信号产生模块2、功率放大模块3、发射线圈、接收线圈、滤波模块4、信号放大模块5、全波整流模块6、串口通信模块7、时钟模块8、复位模块9、数据存储模块10、定位模块11以及电源模块12。
发射线圈由发射耦合线圈13和电感补偿线圈组成，接收线圈由接收耦合线圈14和电感补偿线圈组成。发射线圈安装在小车底部的车头位置，接收线圈安装在小车底部的车尾位置。两个电感补偿线圈串联进由小车的前后两组轮对和轨道的两条钢轨组成的闭合回路15中，用来实现补偿电容进入闭合回路时对补偿电容的电感补偿。激励信号传送到发射耦合线圈13中形成一个变化的磁场使发射线圈中的电感补偿线圈形成一个感应电流，进而使整个闭合回路形成一个感应电流，接收耦合线圈14感应接收线圈中的电感补偿线圈上的感应电流得到一个感应信号。
时钟模块8为处理器提1供一个外部时钟，由处理器1控制激励信号产生模块2产生一个频率高于轨道电路传输信号的正弦波激励信号，该激励信号经功率放大模块3提高驱动能力后由发射线圈向小车下方的闭合回路发射；补偿电容在接近、进入及远离闭合回路的过程中，接收线圈接受回来的感应电压幅值会出现由小变大再变小的过程；接收回来的感应电压送入滤波模块4滤除干扰信号，得到分离后的反馈信号和轨道电路信号；将轨道电路信号送入处理器1，得到轨道电路信号的载频频率；将反馈信号送入信号放大模块5以及全波整流模块6整流成一个直流信号，最后将该直流信号送入处理器1中进行A/D转换并读取数值，后转换成相应电压值；将采集到的电压值通过数据存储模块10存储，依据历史数据实时生成一个电压上限阈值和一个电压下限阈值，当前读取值高于上限阈值则判断当前有补偿电容存在，当前读取值低于下限阈值则判断该处无补偿电容存在；将当前读取电压值、轨道电路信号的载频频率与判断结果通过串口通信模块7以心跳包的形式发送给小车上安装的工程控制计算机16；工程控制计算机16根据定位模块11传回的位置信息和对当前位置补偿电容的判断结果，再结合提前导入的补偿电容位置信息即可对补偿电容是否出现失效或断线故障进行判断，最后在工程控制计算机16上显示出电压读取值曲线以及对补偿电容的故障判断结果。当一段轨道电路区段数据采集完成后，提取出各峰值，由载频频率得出该段补偿电容的标准容值，后根据相应算法，以峰值均值和标准容值估算该段钢轨电感，进而结合各峰值得出相应补偿电容容值并显示在工程控制计算机16上。如果出现系统的数据采集部分死机的情况，可通过复位模块9上的复位按钮对数据采集部分进行复位重启。电源模块12为各功能模块提供工作电压。
基于电磁感应原理，以电感补偿线圈的方式补偿电感来检测补偿电容，在此基础上所做的任何修改、等同替代和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种应用于轨道电路检测小车的补偿电容检测系统，其特征在于：包括有：
发射线圈：由发射耦合线圈和电感补偿线圈组成；
接收线圈：由接收耦合线圈和电感补偿线圈组成；
两个电感补偿线圈串联进由轨道电路检测小车的前后两组轮对和轨道的两条钢轨组成的闭合回路中，实现补偿电容进入闭合回路时对补偿电容的电感补偿；激励信号传送到发射耦合线圈中形成一个变化的磁场使发射线圈中的电感补偿线圈形成一个感应电流，使整个闭合回路形成一个感应电流，接收耦合线圈感应接收线圈中的电感补偿线圈上的感应电流得到一个感应信号；
处理器：控制激励信号产生模块产生一个频率高于轨道电路传输信号的正弦波激励信号；
功率放大模块：所述的正弦波激励信号经功率放大模块提高驱动能力后由发射线圈向轨道电路检测小车下方的闭合回路发射；
补偿电容在接近、进入及远离闭合回路的过程中，接收线圈接收回来的感应电压幅值会出现由小变大再变小的过程；
滤波模块：接收回来的感应电压送入滤波模块滤除干扰信号，得到分离后的反馈信号和轨道电路信号；
将所述轨道电路信号送入所述的处理器，得到轨道电路信号的载频频率；
将所述反馈信号送入信号放大模块及全波整流模块整流成一个直流信号，最后将直流信号送入处理器中进行A/D转换并读取数值，后转换成相应电压值；将采集到的电压值存储；依据历史数据实时生成一个电压上限阈值和一个电压下限阈值，当前读取值高于电压上限阈值则判断当前有补偿电容存在，当前读取值低于电压下限阈值则判断该处无补偿电容存在；
将当前读取电压值、轨道电路信号的载频频率与判断结果通过串口通信模块以心跳包的形式发送给轨道电路检测小车上安装的工程控制计算机；工程控制计算机根据定位模块传回的位置信息和对当前位置补偿电容的判断结果，再结合提前导入的补偿电容位置信息对补偿电容是否出现失效或断线故障进行判断，最后在工程控制计算机上显示出电压读取值曲线以及对补偿电容的故障判断结果。
2.根据权利要求1所述的一种应用于轨道电路检测小车的补偿电容检测系统，其特征在于：所述的发射线圈安装在轨道电路检测小车底部的车头位置，接收线圈安装在轨道电路检测小车底部的车尾位置。
3.根据权利要求1所述的一种应用于轨道电路检测小车的补偿电容检测系统，其特征在于：还包括有时钟模块，时钟模块为处理器提供一个外部时钟。
4.根据权利要求1所述的一种应用于轨道电路检测小车的补偿电容检测系统，其特征在于：还包括有复位模块，如果出现死机的情况，通过复位模块上的复位按钮进行复位重启。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种应用于轨道电路检测小车的补偿电容检测系统，其特征在于：还包括有电源模块，电源模块为各功能模块提供工作电压。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: Building 30, Lane 10688, Beiqing Road, Qingpu District, Shanghai, 2017 Applicant after: China Railway Wuhan Electrification Bureau Group Shanghai Engineering Construction Co.,Ltd. Applicant after: SOUTHWEST JIAOTONG University Address before: Building 30, Lane 10688, Beiqing Road, Qingpu District, Shanghai, 2017 Applicant before: China Railway Wuhan Electrification Bureau Group Shanghai Electric Co.,Ltd. Applicant before: SOUTHWEST JIAOTONG University |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |