CN216816876U - 一种无相移高精度轨道信号采集电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种无相移高精度轨道信号采集电路，包括霍尔传感器、运算放大器、开环变压器、电阻组件；开环变压器上设置有第一磁感线圈初级引脚、第二磁感线圈初级引脚；第一磁感线圈初级引脚、第二磁感线圈初级引脚均与轨道信号输出端连接；电阻组件包括采样电阻、第一工作电阻、第二工作电阻、第一输入端电阻、第二输入端电阻，霍尔传感器设置在开环变压器开口处的磁场内；霍尔传感器的第二引脚、第四引脚与运算放大器连接；霍尔传感器的第一引脚、第三引脚与运算放大器的第三磁感线圈初级引脚连接；开环变压器的第四磁感线圈初级引脚与采样电阻、隔直电容相连接。其具有结构设计合理，能够提高采集判定轨道状态准确性等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及轨道电路信号隔离采集领域，尤其涉及一种无相移高精度轨道信号采集电路。
背景技术
轨道电路作为信号基础安全设备,为联锁、列控系统提供线路占用情况及完整性等安全条件。25Hz相敏轨道电路、50Hz相敏轨道电路具有良好的频率选择性和相位选择性,因此在我国站内轨道电路电气化区段上得到广泛应用。随着站内电码化的发展与应用,传统的二元二位继电器因工作寿命和高昂的造价逐步被微电子接收器取代。随着电子技术的不断发展,铁路信号设备的全电子化成为新的趋势。作为轨道状态判定标准的局部与轨道相位差，受到隔离变压器的移相制约，产生偏移，给采集判定轨道状态带来不确定性。因而，研究一种结构简单、设计合理、运行稳定可靠的无相移高精度轨道信号采集电路具有重要的研究意义。
实用新型内容
针对现有技术中轨道电路隔离元件中存在的上述不足，本实用新型的目的在于：提供一种无相移高精度轨道信号采集电路，其具有结构设计合理，能够提高采集判定轨道状态准确性等优点。
为了实现上述目的，本实用新型通过如下技术方案实现：
一种无相移高精度轨道信号采集电路，所述无相移高精度轨道信号采集电路包括霍尔传感器、运算放大器、开环变压器P1、电阻组件；所述开环变压器P1上设置有第一磁感线圈初级引脚1、第二磁感线圈初级引脚2；所述第一磁感线圈初级引脚1、第二磁感线圈初级引脚2均与轨道信号输出端连接；所述电阻组件包括采样电阻R1、第一工作电阻R2、第二工作电阻R3、第一输入端电阻R4、第二输入端电阻R5；所述霍尔传感器U1设置在开环变压器P1开口处的磁场内；所述霍尔传感器U1检测到磁场变化的第二引脚2、第四引脚4能够输出一个差分电压信号，霍尔传感器U1的第二引脚2通过第一输入端电阻R4与运算放大器U2的反向输入端相连，霍尔传感器U1的第四引脚4通过第二输入端电阻R5与运算放大器U2的同向输入端相连；所述无相移高精度轨道信号采集电路还包括电源，所述电源供电正极VCC+通过第一工作电阻R2连接霍尔传感器U1的第一引脚1为霍尔传感器U1提供电源正极；所述电源供电负极VCC-通过第二工作电阻R3连接霍尔传感器U1的第三引脚3为霍尔传感器U1提供电源负极；所述运算放大器U2的输出端与开环变压器P1的第三磁感线圈初级引脚3相连接，所述开环变压器P1的第三磁感线圈初级引脚3还与开环变压器P1的第四磁感线圈初级引脚4相连接；所述开环变压器P1的第四磁感线圈初级引脚4与采样电阻R1、隔直电容C1相连接，所述采样电阻R1还与信号输出端GND连接，所述隔直电容C1还与信号处理系统的信号输出端OUT1连接。
作为上述方案的进一步优化，所述开环变压器P1的类型为：坡莫合金开环变压器；所述运算放大器U2的类型为：频率响应范围大于100K的运算放大器U2；所述采样电阻R1的取值范围为：满足后端处理器或模/数转换器的模拟量采集量程；所述第一工作电阻R2的阻值取值范围为：2.0KΩ-2.5KΩ±5％；所述第二工作电阻R3的阻值取值范围为：2.0KΩ-2.5KΩ±5％；所述第一输入端电阻R4的阻值取值范围为：0.5KΩ-1.5KΩ±5％；所述第二输入端电阻R5的阻值取值范围为：0.5KΩ-1.5KΩ±5％。
作为上述方案的进一步优化，所述运算放大器U2,VCC+、VCC-之间供电电压范围选择在±5V-±15V；所述轨道信号输出端的信号为25Hz或者50Hz；
采用本实用新型的无相移高精度轨道信号采集电路具有如下有益效果：
结构设计合理，通过外部直流电源为无相移高精度轨道信号采集电路提供电源，当25Hz或50Hz轨道信号流经P1开环变压器磁感线圈初级1、2引脚后，在P1开环变压器开口处产生交变磁场，将U1霍尔传感器放置在P1开环变压器开口内，此时开口内的霍尔传感器U1检测到磁场的变化2、4脚输出一个差分电压信号，经R4、R5到U2运算放大器U2进行开环放大，U2的输出接到开环变压器磁感线圈次级3、4引脚，经R1接GND，磁感线圈次级产生的磁场与初级线圈产生的磁场方向相反，抵消初级线圈产生的磁场，使开口内的磁场保持在一个动态零的状态，次级线圈的电流经R1采样电阻将电流信号转换成电压信号，通过C2进行隔离直流信号，将交流信号输出给信号处理系统进行处理,这样做能够做到结构简单、小型化、无相移、精度高、抗干扰能力强等特点。
附图说明
附图1为本实用新型的无相移高精度轨道信号采集电路的原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图1对本实用新型的无相移高精度轨道信号采集电路作以详细说明。
一种无相移高精度轨道信号采集电路，所述无相移高精度轨道信号采集电路包括霍尔传感器、运算放大器、开环变压器P1、电阻组件；所述开环变压器P1上设置有第一磁感线圈初级引脚1、第二磁感线圈初级引脚2；所述第一磁感线圈初级引脚1、第二磁感线圈初级引脚2均与轨道信号输出端连接；所述电阻组件包括采样电阻R1、第一工作电阻R2、第二工作电阻R3、第一输入端电阻R4、第二输入端电阻R5；所述霍尔传感器U1设置在开环变压器P1开口处的磁场内；所述霍尔传感器U1检测到磁场变化的第二引脚2、第四引脚4能够输出一个差分电压信号，霍尔传感器U1的第二引脚2通过第一输入端电阻R4与运算放大器U2的反向输入端相连，霍尔传感器U1的第四引脚4通过第二输入端电阻R5与运算放大器U2的同向输入端相连；所述无相移高精度轨道信号采集电路还包括电源，所述电源供电正极VCC+通过第一工作电阻R2连接霍尔传感器U1的第一引脚1为霍尔传感器U1提供电源正极；所述电源供电负极VCC-通过第二工作电阻R3连接霍尔传感器U1的第三引脚3为霍尔传感器U1提供电源负极；所述运算放大器U2的输出端与开环变压器P1的第三磁感线圈初级引脚3相连接，所述开环变压器P1的第三磁感线圈初级引脚3还与开环变压器P1的第四磁感线圈初级引脚4相连接；所述开环变压器P1的第四磁感线圈初级引脚4与采样电阻R1、隔直电容C1相连接，所述采样电阻R1还与信号输出端GND连接，所述隔直电容C1还与信号处理系统的信号输出端OUT1连接。所述开环变压器P1的类型为：坡莫合金开环变压器；所述运算放大器U2的类型为：频率响应范围大于100K的运算放大器U2；所述采样电阻R1的取值范围为：满足后端处理器或模/数转换器的模拟量采集量程；所述第一工作电阻R2的阻值取值范围为：2.0KΩ-2.5KΩ±5％；所述第二工作电阻R3的阻值取值范围为：2.0KΩ-2.5KΩ±5％；所述第一输入端电阻R4的阻值取值范围为：0.5KΩ-1.5KΩ±5％；所述第二输入端电阻R5的阻值取值范围为：0.5KΩ-1.5KΩ±5％。所述运算放大器U2,VCC+、VCC-之间供电电压范围选择在±5V-±15V；所述轨道信号输出端的信号为25Hz或者50Hz。所述开环变压器P1的IN1、IN2引脚流经交流信号，将电流信号转换成交变磁场经坡莫合金材料经行传递，经运算放大器U2后的PI开环变压器输出电流流经R1采样电阻后在R1采样电阻两端产生的电压范围应在0-3.3V电压范围内变化，以满足后端处理器或模/数转换器的模拟量采集量程。通过外部直流电源为无相移高精度轨道信号采集电路提供电源，其工作原理如附图1所示：当25Hz或50Hz轨道信号流经P1开环变压器磁感线圈初级1、2引脚后，在P1开环变压器开口处产生交变磁场，将U1霍尔传感器放置在P1开环变压器开口内，此时开口内的霍尔传感器U1检测到磁场的变化2、4脚输出一个差分电压信号，经R4、R5到U2运算放大器U2进行开环放大，U2的输出接到开环变压器磁感线圈次级3、4引脚，经R1接GND，磁感线圈次级产生的磁场与初级线圈产生的磁场方向相反，抵消初级线圈产生的磁场，使开口内的磁场保持在一个动态零的状态，次级线圈的电流经R1采样电阻将电流信号转换成电压信号，通过C2进行隔离直流信号，将交流信号输出给信号处理系统进行处理。
本实用新型的无相移高精度轨道信号采集电路可应用于铁路轨道信号采集，具有结构简单、小型化、无相移、精度高、抗干扰能力强、提高轨道信号采集的可靠性等特点，针对频率响应速度快、轨道相位精度要求高的场景使用，可应用在25Hz相敏轨道电路、50Hz相敏轨道电路、480轨道电路等多种轨道信号采集应用技术场景。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种无相移高精度轨道信号采集电路，其特征在于：所述无相移高精度轨道信号采集电路包括霍尔传感器、运算放大器、开环变压器P1、电阻组件；所述开环变压器P1上设置有第一磁感线圈初级引脚1、第二磁感线圈初级引脚2；所述第一磁感线圈初级引脚1、第二磁感线圈初级引脚2均与轨道信号输出端连接；所述电阻组件包括采样电阻R1、第一工作电阻R2、第二工作电阻R3、第一输入端电阻R4、第二输入端电阻R5；所述霍尔传感器U1设置在开环变压器P1开口处的磁场内；所述霍尔传感器U1检测到磁场变化的第二引脚2、第四引脚4能够输出一个差分电压信号，霍尔传感器U1的第二引脚2通过第一输入端电阻R4与运算放大器U2的反向输入端相连，霍尔传感器U1的第四引脚4通过第二输入端电阻R5与运算放大器U2的同向输入端相连；所述无相移高精度轨道信号采集电路还包括电源，所述电源供电正极VCC+通过第一工作电阻R2连接霍尔传感器U1的第一引脚1为霍尔传感器U1提供电源正极；所述电源供电负极VCC-通过第二工作电阻R3连接霍尔传感器U1的第三引脚3为霍尔传感器U1提供电源负极；所述运算放大器U2的输出端与开环变压器P1的第三磁感线圈初级引脚3相连接，所述开环变压器P1的第三磁感线圈初级引脚3还与开环变压器P1的第四磁感线圈初级引脚4相连接；所述开环变压器P1的第四磁感线圈初级引脚4与采样电阻R1、隔直电容C1相连接，所述采样电阻R1还与信号输出端GND连接，所述隔直电容C1还与信号处理系统的信号输出端OUT1连接。
2.根据权利要求1所述的一种无相移高精度轨道信号采集电路，其特征在于：所述开环变压器P1的类型为：坡莫合金开环变压器；所述运算放大器U2的类型为：频率响应范围大于100K的运算放大器U2；所述采样电阻R1的取值范围为：满足后端处理器或模/数转换器的模拟量采集量程；所述第一工作电阻R2的阻值取值范围为：2.0KΩ-2.5KΩ±5％；所述第二工作电阻R3的阻值取值范围为：2.0KΩ-2.5KΩ±5％；所述第一输入端电阻R4的阻值取值范围为：0.5KΩ-1.5KΩ±5％；所述第二输入端电阻R5的阻值取值范围为：0.5KΩ-1.5KΩ±5％。
3.根据权利要求1所述的一种无相移高精度轨道信号采集电路，其特征在于：所述运算放大器U2,VCC+、VCC-之间供电电压范围选择在±5V-±15V；所述轨道信号输出端的信号为25Hz或者50Hz。
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