CN1404579A - 对电感近程传感器的故障几率进行监视和预测的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对电感近程传感器(1)的故障几率进行监视和预测的装置，而该传感器用于对移动的道岔部件或钢轨部件的位置进行监视，在该装置中，近程传感器(1)含有至少一个由振荡器(7)供电的线圈(5)，并且对因变化的衰减而流经的传感器电流进行测量并传输给分析电路，在无附加电衰减状态(18)以及在有附加电衰减状态(22)下，把传感器电流与移动道岔部件或钢轨部件的间距－也即机械衰减－之间的依赖关系所用的传感器(1)特征曲线(18、22)存储下来。并且对与机械衰减状态相应的测量电流(18)、以及各个相应的附加电衰减的测量电流(22)进行周期性扫描。把各测量电流以及测量值对传输给一个比较和分析电路，在该电路中把根据特征曲线所得出的差别与所测量的差别进行比较。

Description

对电感近程传感器的故障几率进行监视和预测的装置

本发明涉及一种用于对电感近程传感器的故障几率进行监视和预测的装置，而该传感器用于对移动的道岔部件或钢轨部件的位置进行监视，在该装置中，近程传感器含有至少一个由振荡器供电的线圈，并且对因变化的衰减而流经的传感器电流进行测量并传输给分析电路。

为了对从夹紧钢轨上放上或取下尖轨进行监视，可以比如采用电感传感器。为了对尖轨被放置在夹紧钢轨上进行测定，可以把电感传感器装入到夹紧钢轨的腹板中，其中为了取下尖轨，可以要么继续利用该传感器的无衰减状态，要么采用另一种特殊设计的电感传感器。这种传感器按照衰减而提供确定的电流，并且可以对传感器的电流消耗进行监视，并以这种方式来获得间距信息。在专利AT 399 851 B中已公开了用于对钢轨道岔的状态进行监视的一种方法，其中对在道岔部件的运动过程中所获得的信号进行附加分析，并且均把间距的最小值存储下来，其中对所测量的最小值的变化以及至少该最小间距的第一界限值进行相互比较。通过这种方式应该能够得知在道岔部件的尖轨区域中已有的磨损。在专利WO 97/33784中已公开了作为连续的近程传感器来构造的传感器，并提供了两种单独的分析方法，其中一种分析方法用于各间距，而第二种分析方法用于传感器的功能控制，其中把给定的特征曲线的公差窗口作为标准来看待。

原则上大多把作为连续的近程传感器来构造的传感器构造为电感传感器，其中采用具有自由振荡的振荡器的一种线圈，而该振荡器的振荡幅度在接近铁磁材料或导电材料的情况下会发生变化，由此可以对电流消耗的相应变化进行测量。由所测量的电流消耗可以在分析电路中获得相应的间距信息。

为了对电感近程传感器的正确的功能进行监视，采用了在DE-C-3150 212中已公开的检验信号。借助这种检验信号可以实现电衰减或去衰减，其中在施加检验信号的情况下需要对信号的变化进行分析，并且在没有检验信号的情况下对近程传感器的可用性进行评估。借助这种电路装置原则上能够识别，是否传感器正确地联接了，并尤其是传感器是否有故障，原因是在这种情况下施加检验信号却识别不到可分析的变化。

本发明的目的在于创造一种装置，该装置用于对电感近程传感器的故障几率进行监视和预测，而该传感器用于对移动的道岔部件或钢轨部件的位置进行监视，在该装置中采用已公开的测量衰减的原理，但是其中创造了一种电感近程传感器的自检装置来用于全部信号特性，以根据可能的特征曲线的变化来建立传感器的故障预测。故障可能性提高的可能原因尤其在于导线之间由于渗入了水而使绝缘电阻减小，并从而形成寄生电阻、机械损坏或电路中的元件损坏以及传感器电子装置中的缺陷，它们将导致间距-电流特征曲线的变化，由此产生错误的间距信息。本发明的装置应当及时地指示这种变化，如此使得可以在传感器实际故障之前维护或更换传感器。为了解决该任务，本发明装置的技术要点在于，在无附加电衰减状态以及在有附加电衰减状态下，把传感器电流与移动道岔部件或钢轨部件的间距-也即机械衰减-之间的依赖关系所用的传感器特征曲线存储下来，并且对与机械衰减状态相应的、以及各个相应的附加电衰减的测量电流进行周期性扫描，并且把各测量电流以及测量值对传输给一个比较和分析电路，在该电路中把根据特征曲线所得出的差别与所测量的差别进行比较。通常在调整之后取走电感传感器，其中把尖轨相对于夹紧钢轨的不同位置的传感器特征曲线记录下来。此时，通过记录该特征曲线和传感器在其内进行附加电衰减的另一个特征曲线，并把这两个特征曲线存储下来，这样就能够预报故障的几率，而与尖轨相对于夹紧钢轨的各位置无关。在正常情况下，故障传感器在无衰减状态具有明显不同于完好传感器的信号。但是在这种传感器的最大无机械衰减的状态中却显示出，故障传感器的信号不再与完好传感器的信号有差别。如果为了这个目的而分别与完好传感器的原有特征曲线进行比较，那么只有通过附加地检验电衰减电路装置的测量值才可以清楚地识别出完好传感器与故障传感器之间的区别。为此本发明提出了，对与一种机械衰减状态相对应的、以及相应的附加电衰减的测量电流进行周期性扫描，并且把各测电流值以及测量值对传输给一个比较和分析电路。从而在这种比较和分析电路中可以借助存储的特征曲线来进行分析，其中，对于从完好传感器的特征曲线所得出的差别，那些相对于它的差别就可以实现相应的故障几率预测。

在尤其有利的方式中，如此来形成改进方案，即把至少两个不同的机械衰减的测量值对信号传输给分析电路。在整个信号过程上能够看出，完好传感器和故障传感的测量值差在电无衰减状态下与实际位置有关，并从而与测量物体的间距有关。尤其可以看出，该差别在最大机械衰减的情况下要大于在最小机械衰减的情况，也即取下尖轨的情况。根据完好传感器和故障传感器在无电衰减状态下的特征曲线的这种特性可以直接得出，在特征曲线的大部分子区域中都不可能对故障范围进行精确的预言，因为完好传感器和故障传感器的信号之间的差别并不明显。明显的变化在最大机械衰减的位置才出现，但此时若不借助电衰减的传感器的特征曲线就可能获得错误的间距值，原因尤其在于，太小的测量电流已经以放置间距发出了放置位置的信号，并且对应于如下的测量电流，即在传感器无损坏的情况下该测量电流与把尖轨放置到夹紧钢轨上相对应。只有通过与附加电衰减传感器的测量值和识别曲线进行比较，才可以分析出这种差别，并且可以相应地对错误和故障几率下结论。

在尤其简单的方式中，电衰减可以通过提高供电电压来进行。这对于采用所谓的两线技术尤其有利，其中由于减小了电气导线的数量而从统计上减小了出错几率。用于测定附加电衰减信号的电路可以如此有利地来构造，使得电衰减通过传感器线圈的抽头来实现，其中有利地装设了一种通过传感器线圈抽头上的电阻来控制电衰减的晶体管，其基极通过Z二极管与电压源相连。以这种方式，能够通过简单地提高供电电压而直接接入电衰减，并且通过降低供电电压再次仅仅获得只有机械衰减的测量值。这是如此有利地来进行的，使得进行在机械无衰减的状况下至少对测量值对的差别进行分析，其中该分析如此来进行，即分别测量与确定的间距相对应的恒定电流。

从而，通过周期性地把电阻与振荡回路接通可以实现大小确定的振荡回路衰减，以及通过接通和提高供电电压，可以发现仅仅需要用两根导线。从功能上看，传感器外壳、底座和测量物体的衰减涉及涡流损耗，该涡流损耗比有功损耗更好地导致了振荡器振荡幅度的减小，并从而导致电流消耗的减小。

并联于振荡回路的电阻的作用等同于涡流损耗的作用，并且以这种方式几乎可以通过周期性的衰减测量和对传感器电流的相应分析来测出每种导致信号特性产生变化的传感器故障。

通过与相应特征曲线的比较，也可以在由测量物体产生衰减的情况下、也即在因取下或放上移动的尖轨而产生衰减的情况下获得关于传感器特性的预测。如果这种预测不具有所期望的传感器电流，那么这可以推断出传感器有故障。

下文借助附图对本发明进行详细解释。图1中示出了电感传感器的测量装置图示，图2示出了详细的电路图，图3示出了传感器在电非衰减和电衰减状态的不同状态下，传感器电流与测量物体离传感器测量平面的距离之间的关系特性曲线，图4示出了在电衰减的周期曲线中的信号成分。

图1中示出了一种电感近程传感器1，其中该传感器具有两个电引线2和3。测量物体比如是一种道岔尖轨，它必须由铁磁材料或者导电材料组成并用4来表示。借助传感器1可以根据测量电流推断出测量物体与传感器表面之间的距离。

图2中示出了一种原理电路装置。

图2中用5来表示振荡电路线圈，其中具有振荡电路特性的LC元件具有电容6。测量物体接近线圈5时会导致机械衰减，其中振荡器用7来表示，并且根据振荡幅度提供相应的恒定电流，其中该电流通过信号线8来输出。

在该传感器的两线电路的测量运行中，振荡器7由恒定电流源或恒定电压源来供电，并且由此在供电电压变化的情况下基本没有变化。供电电压通过导线2和3来供给，其中设置有第一齐纳二极管9，借助该二极管可以去除能够导致干扰电路装置的电压尖峰。该第一齐纳二极管9具有比图2中所示的第二齐纳二极管10还要高的正向电压。

此时，通过把典型的12至18V的供电电压提高到比如22V，就可以在齐纳二极管10的相应设计情况下而使电阻11和12流过电流，其中该电阻构成了分压器，并通过这种方式而使晶体管14的基极13导通，如此就可以通过电阻15、电容16以及晶体管14的集电极和发射极流过电流。由于电阻15通过导线17联接到线圈5的抽头上，所以在这种情况下导致了振荡回路的电衰减，从而改变了所测量的振幅，并且可以通过导线8获得进一步的信号。

恒定电流源或者恒定电压源控制着放大器，其中该放大器把传感器信号以输入电流信号的方式输出到供电导线上。该放大器也具有电压无关性。振荡回路通过传感器线圈的抽头而在接入电衰减的情况下提取了能量，其中这种能量损耗-它在物理上对应于一种损耗且这种损耗可能在传感器线圈上通过涡流损耗和磁滞损耗而引起-在预定的衰减之前和之后导致电流值的改变，然后总是将其与两点之间的相应理论特性曲线进行比较。

受控制的电压改变允许同时进行传感器电路以及电缆回路的有限测量。提高或降低供电电压后电流信号的变化将意味着，要么在电缆回路上要么在传感器的电路部分上存在着故障。如果对传感器进行周期性的扫描，则负责传感器的不明显故障的构件数量就可以明显减少。从而，晶体管14通过齐纳二极管10的控制而被用作开关，该开关在供电电压出现预定上升的情况下把能量通过电阻导出振荡回路。用于周期性地扫描电衰减测量值的这种开关过程可以通过短时提高传感器的供电电压来促成。在提高供电电压的情况下，所不期望的寄生电阻会导致电流增加，其中通过所述的电路装置也可以识别这种故障。

此时在图3和图4中示出了所述典型的特征曲线。

图3中在此示出了第一特征曲线18，其中该曲线给出了电流消耗依赖于机械衰减的过程。在传感器已损坏或将要损坏的情况下，该电流测量值相应于曲线19下降，其中同时还示出了，在最大间距的情况下，即传感器在机械无衰减状态下，测量值的变化不是明显地变小，并且首先随间距的缩小并从而随机械衰减的增加而明显可以测量。损坏的传感器的特征曲线比如对应于曲线19，如果还没有同时识别出来该传感器已损坏，那么会产生错误的间距值，原因在于，在传感器无损坏的情况下，在点20中放置尖轨时的该最小电流已达到了该故障传感器特征曲线上的点21，从而该点21在相应的分析中将会得出太大的间距。

在此，曲线段22对应着在同时有附加电衰减的情况下的无损坏的传感器。还示出了：在故障传感器的情况下，此处是在接入电衰减的情况下，也在卸下尖轨时按照曲线23已经产生了明显的差别，这些差别可以推断出损坏的传感器。就象针对尖轨的卸下而在没有和具有电衰减的状态之间所进行测量的一样，该差别在此对应于测量电流的差别b，与此相反，在传感器有故障的情况下该差别要大得多，该差别对应于c。

如图4中所示，如果周期性地把电衰减接入，则对于无损坏的传感器就均形成了如下的信号过程，该信号过程对应于图4中的曲线段24，其中清楚地显示了在晶体管接通的情况下所记录的电流消耗的减小。这些减小均通过完好传感器的曲线区域25、26、27、28、29和30来表示，其中同时还示出了，对于传感器的不同机械衰减这些差别也是不同的。

如果存在有故障的传感器，那么在曲线的给定位置上这种差别就变大，其中附加测量的电流差别通过位置31、32、33、34、35和36上的曲线段来表示。但在这种情况下，该差别不再是基于起初的特征曲线24，而准确地说是基于损坏的传感器的特征曲线19来作为测量值。

此时，从所有这些信号差中可以建立所要求的预测，并尤其量化用于对移动的道岔部件或钢轨部件的位置进行监视的电感近程传感器的故障几率。

Claims (6)

1.用于对电感近程传感器(1)的故障几率进行监视和预测的装置，其中该近程传感器是用于对移动的道岔部件或钢轨部件的位置进行监视的，其中近程传感器(1)具有至少一个由振荡器(7)来供电的线圈(5)，并且对因变化的衰减而流经的传感器电流进行测量并输出给分析电路，其特征在于，

在无附加电衰减状态(18)以及在有附加电衰减状态(22)下，把传感器电流与移动道岔部件或钢轨部件的间距-也即机械衰减-之间的依赖关系所用的传感器(1)特征曲线(18、22)存储下来，并且

对与机械衰减状态相应的、以及各个相应的附加电衰减的测量电流(24)进行周期性扫描，并且把各测量电流以及测量值对传输给一个比较和分析电路，在该电路中把根据特征曲线所得出的差别与所测量的差别进行比较。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，至少把两个不同机械衰减的测量值对的信号传输给分析电路。

3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，通过提高供电电压来实现电衰减。

4.如权利要求1、2或3所述的装置，其特征在于，通过传感器线圈(5)的抽头(17)来实现电衰减。

5.如权利要求1至4之一所述的装置，其特征在于，设置有晶体管(14)，其中该晶体管通过传感器线圈(5)的抽头(17)上的电阻(15)来控制电衰减，而该晶体管的基极(13)通过Z二极管(10)与电压源相连。

6.如权利要求1至5之一所述的装置，其特征在于，至少在机械无衰减的状况下对所述的测量值对的差别进行分析。

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