CN202109318U - 铁路信号机大功率led点式光源系统 - Google Patents

Abstract

一种涉及铁路技术领域的铁路信号机大功率LED点式光源系统，采用电磁屏蔽，组合防雷、恒流控制、动态监测、自动转换、微处理器控制等新技术，具体解决了目前我国铁路既有类似装置存在的显示距离不足、抗干扰性差、故障率高、报警信息模糊等诸多问题。本装置室内电路装在一长方形金属盒中，室外电路装在一方形金属盒里，发光单元插接在信号机构内。室内外以信号电缆连接。各项技术指标符合铁道部颁标准，适于我国铁路信号设备配套。

Description

铁路信号机大功率LED点式光源系统

所属技术领域

本实用新型是一种铁道信号光源系统。适于我国铁路区间、站内、专用线、道口等各种类型信号设备装用。

长期以来的铁路运输实践证明，铁路信号设备技术性能的优劣、安全可靠程度的高低直接关系到我国铁路运输行车安全。作为行车指挥命令的信号显示设备，应不断采用现代高新技术，研制更先进、更安全可靠的新型铁道信号光源系统，以适应我国铁路现代化建设的需要。

背景技术

既有的类似装置，采用小功率LED光源，实际运用中只要有一只发光管故障，串联在回路中未发生故障的发光管也随之失效，直接影响信号的正常显示效果。另外，由于其抗干扰特性不良引起的信号乱显示现象时有发生，直接危及铁路行车安全。再则，既有光源控制电路的故障报警设计采取模拟取样技术，使得报警效果不能满足运输现场实际需要。更有甚者，随着使用时间的延长发光管温度升高，输出特性变差，电流与温升之间形成恶性循环，进而导致光源色纯度以较快速度趋于劣化，从而给铁路运输带来诸多安全隐患，难以适应我国铁路运输安全、重载、快速发展的需要。

发明内容

为了克服小功率发光二极管串联工作方式所导致的一只光管故障，未故障的光管也随之失效问题，本实用新型采用了大功率发光二极管双路自动转换工作方式；为了克服故障报警模拟取样不精确而导致的报警效果不理想问题，本实用新型采用了光源动态监测与数字显示技术；为了克服工作电流随温度升高导致电路输出特性变差、信号显示色度异常之弊病，本实用新型采用了具有电流与温度自适应性能的场效应控制技术；为了克服外界电磁干扰导致的信号错误显示问题，本实用新型采用了具有电磁屏蔽功能的机箱以隔断内外电磁联系；为了克服浪涌电压导致的信号乱显示问题，本实用新型采用了横向与竖向杂波复合式抗扰以及高低频电容滤波技术；为了解决短路故障的安全防护问题，本实用新型采用了自恢复过流转换与防护技术；为了克服感应雷害导致的电路失效问题，本实用新型采用了定型压敏电阻与高压放电管组合防雷技术；为了克服传统声光报警信息不能确定具体位置与故障灯光颜色的问题，本实用新型采用了微处理器变频解码技术，本项技术能直接将发生故障的室外信号机号码和色别，实时反馈到位于信号值班室的报警终端；为了兼容原白炽灯泡光源安装方式，本实用新型采用了与传统灯泡相同的插接结构。

为了保证本实用新型的可靠性，系统电路全部采用工业或军用级元器件，以适应我国北方严寒与南方酷热气候环境，比较理想地解决了目前我国铁路信号LED光源系统存在的由于温度特性不理想而导致的一系列安全隐患问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：将室内电路集成在一只长方体的金属盒内，放置在信号值班室内或者安装在信号组合架上；将室外电路集成在一只具有屏蔽功能的方形金属盒内，固定在信号机构门内侧或者地面变压器箱里；将LED点式发光单元采用插接方式安装在室外信号机构透镜后面。室内机箱与室外设备通过标准信号电缆连接。发光单元与室外控制电路通过标准信号导线连接。由室内电路、室外电路与信号机构LED点式发光单元三部分，构成一个完整的铁路信号机大功率LED点式光源系统。

室内机箱里有条件电源、报警终端两部分功能电路；室外控制盒内装有变压与防护、主备用光源控制、报警控制四个功能电路；信号机构LED点式发光单元由发光盘、散热板及固定插座和一组电气触点构成。

室内条件电源电路是由一个过荷保护熔断器与一个室内灯光监督继电器和两组自动控制条件相串联而成。采用过荷保护熔断器目的在于提高系统初级电源回路的安全可靠性，熔断器的规格为0.5A。采用两组自动控制条件对初级供电回路实行双断控制，是为了确保铁道信号联锁控制的高度可靠性。室内灯光监督继电器为安全型信号继电器，根据负载的轻重，不同类型的继电器工作电流在45～140mA之间可选，灯光继电器的作用是监督室外信号机光源工作状态，光源正常时其励磁吸合，光源故障时其失磁释放。

室内报警终端电路由一个四位译码显示器、一只主备转换报警扬声器、一个音频信号放大器、一只报警信号耦合电容、一个室内报警信号放大器、一只放大器匹配电阻、一只偏置电阻、一个输入信号调节电位器和一个偏置调节电位器顺序电连接组成。

室内报警终端的工作原理是，当其接收到室外传来的特定频率的脉冲信号时，四位译码器显示屏将按照预设指令显示数码信息，信息的前三位数字为室外信号机的编号，末位即第四位为信号光源的色别。按照预设指令，如果末位显示“L”，说明是绿色光源故障；显示“H”，说明是红色光源故障；显示“U”，说明是黄色光源故障；显示“B”，说明是白色光源故障；显示“A”，说明是蓝色光源故障。报警终端在显示数码及色别的同时，还将输出特定的音频脉冲驱动0.25W的扬声器发出音响报警信号，旨在便于信号值班人员在夜间或者远处也能及时获得故障信息。

室外报警控制电路的核心是2051型工业级微处理器，其工作原理是，在恒压5V直流电源驱动下，微处理器不间断对点式光源电路进行监测。如果发现光源电路故障，即由主备转换继电器接点驱动处理器的输出报警信息，系统立即向室内发送特定频率脉冲信号，通过闭路阻抗不大于1千欧姆的信号电缆传至室内报警终端电路，再由译码器根据预设程序进行译码并在显示屏上显示具体信号机编号及灯光颜色。信号机的号码由微处理器的八位I/O口电平调定，其编码范围在001～255间选择；灯光颜色代码由微处理器的另一组I/O口电平调定，其五个选项分别代表绿、红、黄、白、蓝五种灯光颜色。

室外变压与防护电路是由一个BX-34型信号变压器与一个浪涌电压快速抑制器、一个防雷组合、一个防雷地线、一组自动转换接点和一只主备转换继电器顺序电连接组成。

室外变压与防护电路工作原理是，首先由BX-34型信号变压器将220V工频电压降为12～16V安全电压，然后，为LED点式光源系统供电。电路中浪涌电压快速抑制器的作用是以纳秒级速度快速抑制杂波浪涌干扰信号，防雷组合作用是将感应雷电通过防雷地线泄入大地；主备转换继电器接点的作用是当主用光源电路故障时自动接通备用光源电路；主备转换继电器的作用是不间断监督主用光源电路的工作状态。其原理是，当主用光源发生故障时，由于主光源回路断路，使其失磁落下，利用其第一组落下接点接通备用光源电路，以确保信号显示的连续性，从而保证铁路运输行车安全；利用其第二组落下接点驱动报警控制电路，向信号值班人员发送报警信息，实现系统的光源故障自动报警功能。

室外主光源控制电路由一个电流匹配器、一个故障指示灯、一个整流器、一个抗横向杂波干扰电路、一个直流电源指示电路、一只低频滤波电容、一个主电源控制继电器、两组主电源控制接点、一个抗竖向杂波干扰电路、一只分压电阻、一个电压钳位电路、一个分压比微调电位器、一只抗高频干扰电容、一个主控信号放大器、一只主监控继电器、一只续流二极管、一只自动恢复过流防护断路器和一个主电流控制器顺序电连接组成。

室外主光源控制电路基本工作原理是，首先由整流器将交流电源转变为直流电源，然后驱动LED光源负载及监控电路正常工作。电路中的电流匹配器额定功率不小于30瓦，其作用是匹配系统的工作电流以适应不同类型灯光监督继电器的电特性需要；故障指示电路由限流电阻与红色微功耗发光二极管组成，若主光源回路故障，则主电源控制继电器失磁落下，其落下接点随即沟通故障表示灯回路。若故障指示灯亮灯，则说明该信号机已发生故障。

主光源回路中整流器的额定工作电流为10A，耐压为700V；两只横向杂波过滤器规格均为470微亨；直流电源指示电路由2千欧限流电阻与绿色微功耗发光二极管组成；低频滤波器是一只470微法、耐压50伏的工业级电解电容。主电源控制继电器是一只具有两组接点的密封式微型继电器，其功能是防止LED光源出现乱闪光现象；抗竖向杂波干扰电路是两只220微亨的电感线圈；偏置电路由一只0.25W电阻和一只0.5W电位器组成，通过改变电位器的阻值可调节恒流控制电路的输出特性；抗高频干扰电容为0.01微法、耐压为50伏特的无极电容器；主信号放大器由NPN型三极管及基极电阻和主监控继电器等器件组成，其作用是监控负载电路的实时工作状态。

主电流控制器核心是一只V75DT型场效应功放管，其作用是保证负载工作电流始终处于相对稳定状态；自动恢复式过流防护断路器是一只最大允许通过电流不大于5安培的自恢复式过流熔断器，其作用是将负载的短路状态及时转换为断路状态，以保证主电源控制继电器在负载短路时能够可靠失磁落下，进而使系统自动转至备用光源继续工作。

室外备用光源控制电路与主光源控制电路结构与功能基本相同，所不同的是备用光源控制电路未设置电流匹配器及自动恢复式过流防护断路器。

室外信号机构LED发光单元中的双路点式LED发光模块，其发光点数根据显示距离不同，可在3～5点之问选择；模块内发光点间距最佳距离为2mm；单路光源实际功耗小于5瓦；光源光线偏散角度不小于110°。散热板由规格为50×60×40mm的铝合金加工而成；散热板具有固定发光盘与散热两个功能；安装固定底座是用0.5mm厚的抗腐蚀高强度金属材料制成的筒状支撑座，其直径为21.5mm，高度为17mm，支撑座上部与散热板焊接在一起，下部以绝缘树脂胶密封，封堵上开引线孔，引线孔外端作密封处理，引线端用合成焊锡焊接牢固，确保电接触可靠。

信号机构LED发光单元安装过程中，须适度调节点式光源的空间位置，使之始终处于信号机构光学透镜的焦点之上，以保证其最佳显示效果。

附图说明

结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

附图是本实用新型的一个实施例子。

图1是铁路信号机大功率LED点式光源系统的构成方框图。

图2是铁路信号机大功率LED点式光源系统的电原理图。

图3是铁路信号机大功率LED点式光源系统的信号机构发光单元结构示意图。

具体实施方式

在图1所示的系统构成方框图实例中，铁路信号机大功率LED点式光源系统由室内条件电源电路(1)、变压与防护电路(2)、主备用光源控制电路(3、6)、报警终端电路(4)、报警控制电路(5)、信号机构发光单元(7)顺序电联结而成。

在图2所示实例中，室内条件电源电路(1)是由两个铁道信号自动控制条件(101、102)、一个灯光监督继电器(103)、一个过荷熔断器(104)与一个电源变压器(201)一次线圈相串联而成。变压与防护电路(2)是由一个浪涌电压快速抑制器(202)、一个BX1-34型变压器(201)与一个防雷组合(203、204、205、209)、一只主备转换继电器(207)、一组主备转换接点(206)和一组主备转换报警控制接点(508)组成。

主用光源控制电路(3)是由一个电流匹配器(306)、一个故障指示灯(304)、一个整流器(307)、一个抗横向杂波干扰电路(308、309)、一个直流电源指示电路(310、311)、一只低频滤波电容(312)、一只主电源控制继电器(315)、两组主电源控制接点(313、314)、一个抗纵向杂波干扰电路(316、317)、一只分压电阻(318)、一个电压钳位电路(319)、一只分压比微调电位器(327)、一只抗高频干扰电容(324)、一个主控信号放大器(322)、一只主监控继电器(321)、一只续流二极管(320)、一只自动恢复断路器(326)和一个主电流控制器(325)顺序电连接组成。

备用控制电路(6)是由一个整流器(601)、一个抗横向杂波干扰电路(602、603)、一个直流电源指示电路(604、605)、一只电源滤波电容(606)、一只副电源控制继电器(609)、两组副电源控制继电器接点(607、608)、一个抗纵向杂波干扰电路(610、611)、一只分压电阻(612)、一个电压钳位电路(613)、一只分压比微调电位器(620)、一只抗高频干扰电容(618)、一个副监控信号放大器(616)、一个副监控继电器(615)、一只续流二极管(614)和一个副电流控制器(619)顺序电连接组成。

报警终端电路(4)由一个四位译码显示器(401)、一只主备用转换报警扬声器(402)、一个音频信号放大器(403)、一只报警信号耦合电容(404)、一个室内报警信号放大器(406)、一只放大器匹配电阻(405)、一只偏置电阻(408)、一个输入信号调节电位器(409)和一个偏置调节电位器(410)顺序电连接组成。

报警控制电路(5)由一个微处理器(510)、一个8位手动开关(511)、一只上电自动复位电容(512)、一只上电自动复位电阻(513)、两只辅助振荡电容(514、515)、一只晶体振荡器(516)、一只步进式选择开关(509)、一个报警控制条件(508)、一只报警电流平衡电阻(507)、一个室外报警信号放大器(506)、一只报警信号耦合电容(505)、一个高频滤波电容(504)、一个DC/DC变换器(503)、一个低频滤波电容(502)和一个线性平衡电阻(501)顺序电连接组成。

在图3所示实例中，信号机构发光单元(7)是由一个散热板(701)、一个主发光LED模块(702)、一个副发光LED模块(703)与一个带有4个电极(705、706、707、708)的圆柱型插座(704)构成。

信号机构发光单元(7)中组合式LED发光模块(702、703)最佳额定功率均为5瓦，光源光线偏散角度不小于110°。

初步试验结果证明，本实用新型具有特性稳定、抗干扰性强、信号显示距离远、故障报警数码化、安装接口与原定型电路兼容、现场装换手续简便。等特点，适应我国高、低温及高海拔气候环境。各项技术指标符合现行铁道部颁行业标准，适于我国既有信号设备与新设铁路信号工程配套。

实际测试证明，本实用新型光源实际功耗还不到传统光源功耗的六分之一，其寿命超过传统光源寿命的十倍，其有效信号显示距离在传统光源的一倍以上，低碳、节能效果明显，市场前景广阔。

Claims (9)

1.铁路信号机大功率LED点式光源系统由室内电路(1)、(4)、室外电路(2)、(3)、(5)、(6)与信号机构发光单元(7)三个部分构成，室内电路安装在一只具有电磁屏蔽功能的机箱内，室外电路安装在一只大小适于在各种信号机构内部装设并具有屏蔽功能的金属盒里，信号机构发光单元(7)是一个装设在铁路信号机构透镜后面且具有散热功能的发光装置；其电路系统由条件电源(1)、变压及防护电路(2)、主用光源控制电路(3)、报警终端电路(4)、报警控制电路(5)、备用光源控制电路(6)、信号机构发光单元电路(7)顺序电联结而成，其特征在于：固定在金属盒内的主备用控制电路(3)、(6)的核心控制部件(325)、(619)均为具有自动平衡负载电流功能的场效应功放管。

2.根据权利要求1所述的铁路信号机大功率LED点式光源系统，其特征是：条件电源电路(1)是由两个铁道信号自动控制条件(101、102)、一个灯光监督继电器(103)、一个过荷熔断器(104)与电源变压器(201)一次线圈相串联而成。

3.根据权利要求1所述的铁路信号机大功率LED点式光源系统，其特征是：变压及防护电路(2)是由一个浪涌电压快速抑制器(202)、一个BX1-34型变压器(201)与一个防雷组合(202、203、204、205、209)、一只主备转换继电器(207)、一组主备转换接点(206)和一组主备转换报警控制接点(508)组成。

4.根据权利要求1所述的铁路信号机大功率LED点式光源系统，其特征是：主用光源控制电路(3)是由一个电流匹配器(306)、一个故障指示灯(304)、一个整流器(307)、一个抗横向杂波干扰电路(308、309)、一个直流电源指示电路(310、311)、一只低频滤波电容(312)、一个主电源控制继电器(315)、两组主电源控制接点(313、314)、一个抗纵向杂波干扰电路(316、317)、一只分压电阻(318)、一个电压钳位电路(319)、一只分压比微调电位器(327)、一只抗高频干扰电容(324)、一个主控信号放大器(322)、一只主监控继电器(321)、一只续流二极管(320)、一只自动恢复断路器(326)和一个主电流控制器(325)顺序电连接组成。

5.根据权利要求1所述的铁路信号机大功率LED点式光源系统，其特征是：备用控制电路(6)是由一个整流器(601)、一个抗横向杂波干扰电路(602、603)、一个直流电源指示电路(604、605)、一只电源滤波电容(606)、一只副电源控制继电器(609)、两组副电源控制继电器接点(607、608)、一个抗纵向杂波干扰电路(610、611)、一只分压电阻(612)、一个电压钳位电路(613)、一只分压比微调电位器(620)、一只抗高频干扰电容(618)、一个副监控信号放大器(616)、一个副监控继电器(615)、一只续流二极管(614)和一个副电流控制器(619)顺序电连接组成。

6.根据权利要求1所述的铁路信号机大功率LED点式光源系统，其特征是：报警控制电路(5)由一个微处理器(510)、一个8位手动开关(511)、一只上电自动复位电容(512)、一只上电自动复位电阻(513)、两只辅助振荡电容(514、515)、一只晶体振荡器(516)、一只步进式选择开关(509)、一个报警控制条件(508)、一只报警电流平衡电阻(507)、一个室外报警信号放大器(506)、一只报警信号耦合电容(505)、一个高频滤波电容(504)、一个DC/DC变换器(503)、一个低频滤波电容(502)和一个线性平衡电阻(501)顺序电连接组成。

7.根据权利要求1所述的铁路信号机大功率LED点式光源系统，其特征是：报警终端电路(4)由一个四位译码显示器(401)、一只主备用转换报警扬声器(402)、一个音频信号放大器(403)、一只报警信号耦合电容(404)、一个室内报警信号放大器(406)、一只放大器匹配电阻(405)、一只偏置电阻(408)、一个输入信号调节电位器(409)和一个偏置调节电位器(410)顺序电连接组成。

8.根据权利要求1所述的铁路信号机大功率LED点式光源系统，其特征是：信号机构发光单元(7)是由一个散热板(701)、一个主发光LED模块(702)、一个副发光LED模块(703)与一个带有4个电极(705、706、707、708)圆柱型插座(704)顺序连接而成。

9.根据权利要求1所述的铁路信号机大功率LED点式光源系统，其特征是：信号机构发光单元(7)中的LED发光模块(702、703)最佳额定功率均为5瓦，光源光线的偏散角度不小于110°。

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