CN116979989A - 一种Indusi轨道应答器装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种Indusi轨道应答器装置，所述Indusi轨道应答器装置包括应答器主体，所述应答器主体包括调谐模块和绕组电感，所述调谐模块包括用于衰减信号强度的多个不同频率的信号补偿电阻，以及用于匹配所述绕组电感形成特定频率的LC谐振电路的调谐电容PCB；所述应答器主体上设置有用于检测所述应答器主体是否松动的松动预警装置。本发明可实现完整的Indusi系统的地面设备，可适配500Hz,1000Hz，2000Hz的谐振频率的PZB车载设备；还具有能够检测轨道应答器是否松动或脱离钢轨，起到在长时间运行火车环境中能报警给维护人员。

Description

一种Indusi轨道应答器装置

技术领域

本发明属于轨道设备技术领域，尤其涉及一种Indusi轨道应答器装置。

背景技术

Indusi系统（点式列车控制系统）由Indusi车载主机设备、Indusi车载天线（以下简称LGP）、Indusi轨旁设备构成。点式列车控制系统，通过采集车载天线和速传的信息，根据车型对列车通过线路指定点（安装轨道磁钢）后的行驶速度进行监控和超速防护，以及对指定点以外的最高允许速度监控和超速防护。

目前的产品的应用接口需要符合德国公布的PZB技术规范，系统无法实现完整的Indusi系统的地面设备，不能同时适配500Hz,1000Hz，2000Hz的谐振频率的PZB车载设备。而且Indusi轨道应答器安装在钢轨上，振动容易松动甚至脱落，无法得知Indusi轨道应答器的安装状态。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种Indusi轨道应答器装置。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种Indusi轨道应答器装置，包括应答器主体，所述应答器主体包括调谐模块和绕组电感，所述调谐模块包括用于衰减信号强度的多个不同频率的信号补偿电阻，以及用于匹配所述绕组电感形成特定频率的LC谐振电路的调谐电容PCB；

所述应答器主体上设置有用于检测所述应答器主体是否松动的松动预警装置。

作为本发明的进一步优化方案，多个不同频率的所述信号补偿电阻包括500Hz信号补偿电阻、1000Hz信号补偿电阻和2000Hz信号补偿电阻，分别具有与PZB车载天线500Hz谐振功能、1000Hz谐振功能和2000Hz谐振功能。

作为本发明的进一步优化方案，所述绕组电感包括磁棒和绕组，所述绕组为非金属成型件，套在所述磁棒上，外部绕制漆包线。

作为本发明的进一步优化方案，所述松动预警装置包括振动传感器、CPU及采集电路、用于信号隔离的信号隔离电路和用于供电的蓄电池；

所述振动传感器用于采集振动信号，将所述振动信号转换为电压信号并传输至所述CPU及采集电路；

所述CPU及采集电路用于基于所述电压信号进行判定并得到判定结果，将判定结果按照高低电平输出至所述信号隔离电路。

作为本发明的进一步优化方案，所述CPU及采集电路包括A/D采集模块、滤波模块、FFT频域计算模块、FFT结果复数求模计算模块、能量计算模块和阈值判断模块；

所述A/D采集模块用于对预设频率范围内的信号进行采样；

所述滤波模块用于滤除钢轨振动特征频率以外的干扰频率；

所述FFT频域计算模块用于将滤波后的数据进行FFT傅里叶变换计算后输出从0Hz到采样率之间的每个频率点的复数分量，公式为：

Z(n) = X(n) + j·Y(n)；

其中，n代表频点序号，Z(n)代表频点处信号分量，X(n)代表频点处信号分量中实部，Y(n)代表频点处信号分量中虚部；

所述FFT结果复数求模计算模块用于将所述FFT频域计算模块的输出结果进行求模计算，公式如下：

；

所述能量计算模块用于将所述FFT结果复数求模计算模块输出的模值在钢轨振动的频率范围内的点模值求取平均值和最大值；

所述阈值判断模块用于基于所述平均值和所述最大值判断所述应答器主体是否发生松动。

作为本发明的进一步优化方案，所述阈值判断模块用于基于所述平均值和所述最大值判断所述应答器主体是否发生松动的具体过程如下：

设定平均值阈值和峰值阈值；

判断模值的平均值是否大于平均值阈值；

判断模值的最大值是否大于峰值阈值；

统计钢轨振动的频率范围内的点的模值大于平均值阈值的个数是否大于钢轨振动的频率范围内的总点数目的1/20；

若连续一秒的时间内满足前三个条件时则认为接收振动信号正常，即判定为所述应答器主体未发生安装松动；否则判定所述应答器主体发生安装松动。

作为本发明的进一步优化方案，所述应答器主体包括主壳体，所述主壳体上设置有支架，所述支架上设置有底部安装架，所述底部安装架安装于钢轨上；所述应答器主体的两侧均设置有保护板，所述保护板安装于钢轨上。

作为本发明的进一步优化方案，所述应答器主体上分别开设有用于放置磁棒的主腔体，放置调谐电容PCB的第一侧腔体，安装电缆的接线柱和测试用的第二侧腔体；所述主腔体和所述第一侧腔体采用灌封胶灌封。

作为本发明的进一步优化方案，还包括线缆组件和信号切换装置继电器，所述线缆组件包括安装在所述应答器主体上的线缆保护件、线缆和接线盒，所述接线盒用于区间信号机的信号切换装置继电器与应答器主体间的线缆组件连接，即从应答器主体输出的线缆和从所述信号切换装置继电器输出的线缆在所述接线盒内完成电气连接。

作为本发明的进一步优化方案，所述信号切换装置继电器连接外部联锁控制的开关信号，联锁控制的开关信号控制信号灯的同时控制所述应答器主体的有效和无效，闭合的信号触点使得所述应答器主体无效，或控制谐振频率为1000Hz或2000Hz。

本发明的有益效果在于：

本发明可实现完整的Indusi系统的地面设备，可适配500Hz,1000Hz，2000Hz的谐振频率的PZB车载设备；还具有能够检测轨道应答器是否松动或脱离钢轨，起到在长时间运行火车环境中能报警给维护人员。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的应答器主体的结构示意图；

图3是本发明的应答器主体的俯视图；

图4是本发明的应答器主体正视图；

图5是本发明的松动预警装置的结构框图；

图6是本发明的CPU及采集电路的结构框图。

图中：1、应答器主体；2、钢轨；3、线缆保护件；4、天线支架；5、底部安装架；6、保护板；7、接线盒；8、线缆；9、信号切换装置继电器；10、上盖；11、第一密封条；12、主壳体；1201、主腔体；1202、第一侧腔体；1203、第二侧腔体；13、绕组电感；14、灌封胶注入口；15、调谐电容PCB；16、排气孔；17、侧测试盖；18、铭牌；19、接地螺钉；20、第二密封条；21、侧盖；2101、安装孔；2102、测试窗；22、第三密封条。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。

如图1所示，一种Indusi轨道应答器装置，包括应答器主体1、安装组件、线缆组件和信号切换装置继电器9。

本发明的应答器主体1（Indusi-Balise）电路原理为无源LC串联结构，组成结构由调谐模块和绕组电感13组成，调谐模块为包含500Hz、1000Hz、2000Hz信号补偿电阻和调谐电容PCB（电路板）15，其中调谐电容用于匹配绕组的电感量形成特定频率的谐振电路，电阻用于衰减信号强度；绕组电感为LC谐振电路电感部件。另外，在Indusi-Balise包含用于检测所述应答器主体1是否松动的松动预警装置。

Indusi轨道应答器装置包括：Indusi轨道应答器即Indusi-Balise、线缆组件，安装组件，信号切换装置继电器；Indusi-Balise从电路结构上看，由调谐模块和绕组电感组成。所述应答器主体1上设置有用于检测所述应答器主体1是否松动的松动预警装置。

本实施例中，Indusi轨道应答器：

Indusi-Balise包含PM1020型和PM500型应答器设备，PM1020型Indusi-Balise设备具有与PZB车载天线1000Hz谐振功能和2000Hz谐振功能，并兼容1000Hz与2000Hz的电路切换；PM500型Indusi-Balise设备具有与PZB车载天线500Hz谐振功能。

Indusi-Balise电路原理为无源LC串联结构，组成结构由调谐模块和绕组电感组成，调谐模块为包含500Hz、1000Hz、2000Hz信号补偿电阻和调谐电容的PCB，其中调谐电容用于匹配绕组的电感量形成特定频率的谐振电路，电阻用于衰减信号强度；绕组电感13为LC谐振电路电感部件。

为保证安装高度和车地感应时的电流变化量，需要控制车地绕组的互感量。在需求的车地互感距离不大于17.5cm条件下，壳体内电感量不小于121mH。电感示意图如下：由磁棒和绕组构成。绕组为非金属成型件，可套在磁棒上，外部绕制漆包线。

磁棒尺寸：Φ50·480。

磁棒材料：锰锌铁氧体PC40或其它适用2000Hz特性的磁材。

如图2所示，设计尺寸Indusi-Balise为（宽·长·高）220·710·120mm或接近该尺寸。安装时，线缆保护件3安装于底部安装架5上用于保护线缆避免被外力踩踏。一个轨道应答器主体1安装有左右两个天线支架4，两个天线支架4安装于两个底部安装架5上。底部安装架5安装于钢轨2上。两个保护板6安装于钢轨上，可保护Indusi-Balise轨道应答器主体1免于列车运行的溅起的碎石或其它物品等击打，应答器主体1外部具有铭牌18。

如图3所示，Indusi-Balise轨道应答器共分为三个腔体，四个密封设计口。三个腔体分别为放置磁棒的主腔体1201，放置PCB电路板15的第一侧腔体1202，安装电缆的接线柱和测试用的第二侧腔体1203。

如图4所示，主腔体1201和第一侧腔体1202采用灌封胶灌封，上盖10叠加第一密封条11通过螺钉和主壳体12连接，形成密闭空间的主腔体1201，主腔体侧方的测试腔体内留灌封胶注入口14，通过此口注入胶灌胶，在灌封过程中，腔体内部的空气，通过天线侧面的排气孔16排出。

上盖10与主壳体12之间有第一密封条11，主壳体边缘开槽放置橡胶条，通过螺钉拧紧SMC上盖10使得上盖10与主壳体12之接的缝隙被挤压至严密接触，同时内部有发泡胶，使得主腔体达到IP67及以上的密封效果；侧测试盖17叠加第三密封条22固定到侧盖21上的测试窗2102，使得测试窗被密封达到IP67及以上。

尾缆采用符合IP68等级的金属防水格兰头安装固定到侧盖21的安装孔2101上，侧盖21叠加第二密封条20固定于主壳体12，密封效果满足IP67。另外，采用壁厚为2mm、直径为30mm的防水橡胶护套（线缆防护套管）套在电缆外，通过金属箍圈将尾缆防护套管固定于格兰头上，再用另一个金属箍圈将线缆防护套管和尾缆固定；线缆防护件3安装于安装架5上，使得尾缆不会暴露于道砟、日光、雨水中。

主壳体12材质：金属铝，基于磁场强度影响考虑；产品的磁场原理在铝材料下影响最小。上盖10材质：非金属（与车载天线磁感应功能要求不得使用金属材质的上盖），上盖10采用材质SMC。主壳体12外部预留接地螺钉19。

安装组件：

安装组件包括安装架和Indusi-Balise防护架6，安装架固定于钢轨的根部，Indusi-Balise安装于安装架5上；防护架安装于钢轨侧方Indusi-Balise的前后两端，可防护Indusi-Balise免于列车运行的溅起的碎石或其它物品等击打。

信号切换装置继电器：

信号切换装置继电器9连接外部联锁控制的开关信号，联锁控制的开关信号控制信号灯的同时控制Indusi-Balise的有效和无效，闭合的信号触点使得Indusi-Balise无效，或控制PM1020型应答器为1000Hz谐振频率或是2000Hz频率。

信号切换装置继电器9三组节点用于接入PM1020和PM500应答器，继电器具备控制节点被联锁设备回采得节点。

表1控制Indusi-Balise谐振频率真值表

线缆组件：

线缆组件包括四芯线缆8和接线盒7，接线盒7具有线缆连接功能及防水防尘功能。连接盒7用于区间信号机的信号切换装置继电器9与应答器主体1间的线缆组件连接，即从应答器主体1出的线缆8接至接线盒7，信号切换装置继电器9输出线缆8接至接线盒7，接线盒7内完成电气连接。

松动预警装置：

轨道应答器主体1通过安装架安装在钢轨轨底，当火车在钢轨上运行时，钢轨的振动通过安装架传递到轨道应答器，轨道应答器内的振动传感器81将振动信号转换为电压信号传送至CPU及采集电路82，CPU上具有AD模拟信号转换数字信号即电压信号。CPU采集到振动后的电压信号，进行时域转换至频域信号算法处理，频域数据可反应出不同频率特征的信号的能量强度，而对于火车在钢轨上的运行特征频率是在一个小范围频率段的信号，因此，CPU截取该频率范围的数据，求取均方根求和，得出能量信号，判断该能量信号连续一段时间大于一个数值，则判定轨道应答器未松动或未脱离钢轨，输出高电平信号至继电器信号箱，驱动状态继电器。

蓄电池84给CPU及采集电路82供电，同时给振动振动传感器81供电，由于CPU及采集电路82采用低功耗CPU及振动传感器81电路能耗极低，因此蓄电池84可一年以上更换一次。

该功能主要部件构成如图5所示，振动传感器81，CPU及采集电路82，信号隔离电路83，蓄电池84。

所述振动传感器81，为安装于轨道应答器内的振动传感器，可以将振动信号转换为电压信号，由蓄电池84提供电压，将转换后的电压信号传输至CPU及采集电路82。

所述CPU及采集电路82，具有将模拟电压信号转换为数字信息数据的功能及AD转换，CPU具有控制AD采集信号和数据处理功能，根据振动信号的处理结果判定轨道应答器安装是否完好。将判定结果不好或好按照高低电平输出至信号隔离电路83。

所述信号隔离电路83，由蓄电池供电，由光耦或继电器器件完成隔离功能。输入信号为来自82的CPU输出的开关信号，输出侧由外部电源线提供。

如图6所示，所述CPU及采集电路82的CPU内部完成数据处理，主要由如下逻辑框图构成A/D采集模块91，滤波模块92，FFT频域计算模块93，FFT结果复数求模计算模块94，能量计算模块95，阈值判断模块96。

所述A/D采集模块91，控制采样率约10kz信号采样。

所述滤波模块92，设置滤波器为IIR带通滤波，滤波器频率与A/D采集模块91控制的采样频率相同。设置滤波器截止频率为列车运行时，钢轨振动的频率范围K1-K2，滤除钢轨振动特征频率以外的干扰频率。

所述FFT频域计算模块93，将带通滤波后的数据进行FFT傅里叶变换计算后输出从0hz到采样率之间的每个频率点的复数分量，公式为：

Z(n) = X(n) + j·Y(n)；

其中，n代表频点序号，Z(n)代表频点处信号分量，X(n)代表频点处信号分量中实部，Y(n)代表频点处信号分量中虚部；

所述FFT结果复数求模计算模块94，将FFT频域计算模块93输出结果Z(n) = X(n)+ j·Y(n)进行求模计算，公式为。

所述能量计算模块95，将所述FFT结果复数求模计算模块94输出的模值，在频率段K1~K2内的点模值求取平均值，求取最大值。

所述阈值判断模块96，第一步，判断模值平均值大于平均值阈值A；第二步，判断最大值大于峰值阈值B；第三步，统计K1-K2内的点的模值大于平均值阈值A的个数C大于K1-K2内的总点数目的1/20。第四步，判断当连续1秒的时间内满足前三个步骤的条件时则认为接收振动信号正常，即判定为轨道应答器完整的被安装到钢轨上，未发生安装松动。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种Indusi轨道应答器装置，其特征在于，包括应答器主体（1），所述应答器主体（1）包括调谐模块和绕组电感（13），所述调谐模块包括用于衰减信号强度的多个不同频率的信号补偿电阻，以及用于匹配所述绕组电感（13）形成特定频率的LC谐振电路的调谐电容PCB（15）；

所述应答器主体（1）上设置有用于检测所述应答器主体（1）是否松动的松动预警装置。

2.根据权利要求1所述的一种Indusi轨道应答器装置，其特征在于，多个不同频率的所述信号补偿电阻包括500Hz信号补偿电阻、1000Hz信号补偿电阻和2000Hz信号补偿电阻，分别具有与PZB车载天线500Hz谐振功能、1000Hz谐振功能和2000Hz谐振功能。

3.根据权利要求1所述的一种Indusi轨道应答器装置，其特征在于，所述绕组电感（13）包括磁棒和绕组，所述绕组为非金属成型件，套在所述磁棒上，外部绕制漆包线。

4.根据权利要求1所述的一种Indusi轨道应答器装置，其特征在于，所述松动预警装置包括振动传感器（81）、CPU及采集电路（82）、用于信号隔离的信号隔离电路（83）和用于供电的蓄电池（84）；

所述振动传感器（81）用于采集振动信号，将所述振动信号转换为电压信号并传输至所述CPU及采集电路（82）；

所述CPU及采集电路（82）用于基于所述电压信号进行判定并得到判定结果，将判定结果按照高低电平输出至所述信号隔离电路（83）。

5.根据权利要求4所述的一种Indusi轨道应答器装置，其特征在于，所述CPU及采集电路（82）包括A/D采集模块（91）、滤波模块（92）、FFT频域计算模块（93）、FFT结果复数求模计算模块（94）、能量计算模块（95）和阈值判断模块（96）；

所述A/D采集模块（91）用于对预设频率范围内的信号进行采样；

所述滤波模块（92）用于滤除钢轨振动特征频率以外的干扰频率；

所述FFT频域计算模块（93）用于将滤波后的数据进行FFT傅里叶变换计算后输出从0Hz到采样率之间的每个频率点的复数分量，公式为：

Z(n) = X(n) + j·Y(n)；

其中，n代表频点序号，Z(n)代表频点处信号分量，X(n)代表频点处信号分量中实部，Y(n)代表频点处信号分量中虚部；

所述FFT结果复数求模计算模块（94）用于将所述FFT频域计算模块（93）的输出结果进行求模计算，公式如下：

；

所述能量计算模块（95）用于将所述FFT结果复数求模计算模块（94）输出的模值在钢轨振动的频率范围内的点模值求取平均值和最大值；

所述阈值判断模块（96）用于基于所述平均值和所述最大值判断所述应答器主体（1）是否发生松动。

6.根据权利要求5所述的一种Indusi轨道应答器装置，其特征在于，所述阈值判断模块（96）用于基于所述平均值和所述最大值判断所述应答器主体（1）是否发生松动的具体过程如下：

设定平均值阈值和峰值阈值；

判断模值的平均值是否大于平均值阈值；

判断模值的最大值是否大于峰值阈值；

统计钢轨振动的频率范围内的点的模值大于平均值阈值的个数是否大于钢轨振动的频率范围内的总点数目的1/20；

若连续一秒的时间内满足前三个条件时则认为接收振动信号正常，即判定为所述应答器主体（1）未发生安装松动；否则判定所述应答器主体（1）发生安装松动。

7.根据权利要求1所述的一种Indusi轨道应答器装置，其特征在于，所述应答器主体（1）包括主壳体（12），所述主壳体（12）上设置有支架（4），所述支架（4）上设置有底部安装架（5），所述底部安装架（5）安装于钢轨（2）上；所述应答器主体（1）的两侧均设置有保护板（6），所述保护板（6）安装于钢轨（2）上。

8.根据权利要求7所述的一种Indusi轨道应答器装置，其特征在于，所述应答器主体（1）上分别开设有用于放置磁棒的主腔体（1201），放置调谐电容PCB（15）的第一侧腔体（1202），安装电缆的接线柱和测试用的第二侧腔体（1203）；所述主腔体（1201）和所述第一侧腔体（1202）采用灌封胶灌封。

9.根据权利要求1所述的一种Indusi轨道应答器装置，其特征在于，还包括线缆组件和信号切换装置继电器（9），所述线缆组件包括安装在所述应答器主体（1）上的线缆保护件（3）、线缆（8）和接线盒（7），所述接线盒（7）用于区间信号机的信号切换装置继电器（9）与应答器主体（1）间的线缆组件连接，即从应答器主体（1）输出的线缆（8）和从所述信号切换装置继电器（9）输出的线缆（8）在所述接线盒（7）内完成电气连接。

10.根据权利要求9所述的一种Indusi轨道应答器装置，其特征在于，所述信号切换装置继电器（9）连接外部联锁控制的开关信号，联锁控制的开关信号控制信号灯的同时控制所述应答器主体（1）的有效和无效，闭合的信号触点使得所述应答器主体（1）无效，或控制谐振频率为1000Hz或2000Hz。