CS265655B1

CS265655B1 - Method of measuring instantaneous velocity of rail vehicle and connection for its realization

Info

Publication number: CS265655B1
Application number: CS856159A
Authority: CS
Inventors: Lubomir Doc Ing Csc Slunsky; Judita Ing Csc Slunska
Original assignee: Lubomir Doc Ing Csc Slunsky; Judita Ing Csc Slunska
Priority date: 1985-08-28
Filing date: 1985-08-28
Publication date: 1989-11-14
Also published as: CS615985A1

Abstract

Řešení se týká využití akustických vln, generovaných vlastním mechanismem valení se kola po kolejnici, pro určování okamžité rychlosti kolejového vozidla. Vzniká tak poměrně přesná metoda určování rýohlosti vozidel s vyloučením prokluzu kol a vhodná pro náročné klimatoteohnologické podmínky železničního provozu. Způsob měření rychlosti je založený na působění akustických vln, přirozeně emitovaných do prostředí kolejnice mechanismem valení se kola po kolejnici, na systém bezdotekových snímačů akustického vlnění, umístěných v blízkosti kolejnice a uchycených ve známé vzdálenosti na kolejovém vozidle. Vlastní měření okamžité rychlosti pozůstává ze dvou základních fází, kdy v jedná fázi se registruje doba průchodu akustické vlny sířící se prostředím kolejnice ve směru jízdy vozidla úsekem kolejnice vymezeným vzdálenosti snímačů. Ve druhé fázi se totéž vykonává pro vlnu šířící se opačným směrem. Z obou změřených dob a ze znalosti vzdálenosti snímačů je potom možné určit okamžitou rychlost vozidla. Podstatou zařízeni je systém bezdotekových snímačů, řízených zesilovačů, komparátorů a velmi rychlé časové zákd ladný, oqž v součinnosti s mikropočítačem umožňuje měřit a počítat požadované in veličiny s dostatečnou přesností.The solution concerns the use of acoustic waves generated by its own mechanism rolling the wheels on the rail for determination the instantaneous speed of the rolling stock. This creates a fairly accurate method determining the ruggedness of excluded vehicles wheel slippage and suitable for demanding climatological rail conditions traffic. The speed measurement method is based the effect of acoustic waves, naturally emitted into the rail environment the wheel rolling mechanism, to a proximity sensor system acoustic waves placed nearby rails and fixed at a known distance on the rolling stock. Own Instantaneous velocity measurement consists of two basic phases, when in the current phase the acoustic pass-through time is registered waves propagating in the rail environment in direction of travel of the vehicle through the rail section defined sensor distance. In the second phase is the same for wave propagating in the opposite direction. From both times measured and knowing the distance of the sensors is then vehicle speed can be determined. The essence of the device is a system of contactless sensors, controlled amplifiers, comparators and very fast time law graceful, in conjunction with a microcomputer allows you to measure and count required in quantities with sufficient accuracy.

Description

Vynález řeší způsob měření okamžité rychlosti kolejového vozidla a zapojení k jeho provádění, jejichž aplikací se eliminuji uliv skluzu kol.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a method for measuring the instantaneous speed of a rail vehicle and the wiring for its implementation, the application of which eliminates the influence of wheel slip.

Dosavadní metody měření rychlosti kolejových vozidel jsou většinou založeny na měření a přepočtu otáček některého z hnacích dvojkolí a používají buď mechanický nebo částečně elektronické rychloměry. Protože tyto metody měření nerespektují skluz hnacích dvojkolí, lze konstatovat, že se přesnost takového měření v případě prudkého rozjezdu nebo brzdění nedá spolehlivě určit. Byly vyvinuty rychloměry na základě radiolokátoru s vlnovými délkami řádově 1.10’³m, které se u více výrobců ověřují. Skromná odborná literatura uvádí pro tyto přístroje přesnost měření okolo 0,5 % do rozsahu rychlosti 240 km/hod. Existuje řada metod měření rychlostí pomocí pevných značek v kolejišti nebo s použitím vyhodnocovacího zařízení ,ve vnějším pevném stanovišti, vhodných však jen pro speciální provoz, jako je např. metro.Current methods of measuring the speed of rail vehicles are mostly based on measuring and recalculating the speed of one of the driving wheelsets and using either mechanical or partially electronic speedometers. Since these measurement methods do not respect the slip of the driving wheelset, it can be stated that the accuracy of such measurement cannot be reliably determined in the event of sudden acceleration or braking. Speedometers have been developed on the basis of a radar with wavelengths of the order of 1.10 ' ³ m, which are verified by several manufacturers. The modest literature for these devices gives a measurement accuracy of about 0.5% to a speed range of 240 km / h. There are a number of methods of measuring velocities using fixed markings in the track or using an evaluation device, in an external fixed station, but only suitable for special operations, such as the metro.

Jiná špičková metoda uvedená jako korelační metoda Hasler je založena na korelační analýze dvou časově posunutých optických informací o obrazu povrchu kolejnice, která je sice velmi přesná, ale pro náročné klimatotechnologické podmínky železničního provozu málo vhodná.Another top-of-the-line method, known as the Hasler correlation method, is based on a correlation analysis of two time-shifted optical information about the rail surface image, which is very accurate, but not suitable for the harsh weather conditions.

Přesná metoda měření rychlosti kolejových vozidel podle δβ* č. 234 36í>, jehož podstatou je cílevědomá generace a detekce ultrazvukových vln^ stojí a padá s problémem účinnosti bezdotekové generace ultrazvukových vln, pro kterou vyžaduje speciální magnetické obvody, nejlépe na bázi supravodivých magnetů. Zatím nejdokonalejší metoda v této oblasti byla publikovaná ve sborníku z mezinárodní konference IMEKO vol. V - Praha 1985 pod názvem «Α SIGNÁL PROCESSOR FOR WON - CONTACT SPEED MEASUREMENT OF RAIL GUIDED VEHICLES autorského kolektivu Spies G., Meyr H., Bohmann J. Princip této metody se odvíjí od metody Hasler, používá však dvou posunutých světelných obrazů v infraspektru a pro korelační analýzu používá speciální signální procesor. Metodou se dosahuje vysoké přesnosti měření rychlosti, Yádově 0,02 %. Nevýhodou metody je nutnostAccurate method of measuring the speed of rolling stock according to δβ * No. 234 36i>, which is based on purposeful generation and detection of ultrasonic waves, faces and falls with the problem of efficiency of contactless generation of ultrasonic waves for which it requires special magnetic circuits, preferably based on superconducting magnets. So far, the most perfect method in this area was published in the proceedings of the international conference IMEKO vol. V - Prague 1985 under the title «Α SIGNAL PROCESSOR FOR WON - CONTACT SPEED MEASUREMENT OF RAIL GUIDED VEHICLES by collective Spies G., Meyr H., Bohmann J. This method is based on the Hasler method, but uses two shifted light images in the infra-spectrum and uses a special signal processor for correlation analysis. The method achieves high speed measurement accuracy, Yad 0.02%. The disadvantage of the method is necessity

- 2 265.655 vyhřívání systému na konstantní teplotu 70 °C, přítomnost ofukovacího ústrojí na čistění senzorů a znemožnění měření, např. při silném sněžení.- 2 265.655 heating the system to a constant temperature of 70 ° C, the presence of a blower for cleaning the sensors and preventing measurement, eg in heavy snowfall.

Uvedené nevýhody stávajícího stavu techniky odstraňuje způsob měření okamžité rychlosti kolejového vozidla a zapojení k jeho provádění podle vynálezu. Podstata způsobu je založena na tom, že valením se kola po kolejnici se emitují akustické vlny do prostředí kolejnice, přičemž se nejprve pomocí snímačů akustických vln změří doba průchodu vlny, šířící se podélně prostředím kolejnice ve směru jízdy kolejového yozidla úsekem kolejnice o známé vzdálenosti. Ve druhé fázi se změří pomocí týchž snímačů doba průchodu akustické vlny, šířící se podélně prostředím kolejnice proti směru jízdy vozidla, stejně velkým úsekem kolejnice jako v předchozí fázi, přičemž pořadí provádění obou fází není podstatné. Okamžitá rychlost kolejového vozidla se určí na základě alespoň jednoho údaje doby šíření akustické vlny, získaného v každé jedné základní fázi měření^ a z údaje o známé vzájemné vzdálenosti snímačů. Směr šíření akustické vlny se určí z principu časového okna.These disadvantages of the prior art are eliminated by the method of measuring the instantaneous speed of the rail vehicle and the wiring for its implementation according to the invention. The principle of the method is based on the fact that by rolling the wheels on the rail, acoustic waves are emitted into the rail environment. In the second phase, the passage time of the acoustic wave propagating longitudinally through the rail environment opposite to the direction of travel of the vehicle is measured by the same sensors, with the same section of rail as in the previous phase, the order of execution of both phases being irrelevant. The instantaneous speed of the rolling stock shall be determined on the basis of at least one acoustic wave propagation time data obtained in each one basic phase of the measurement and from the known distance between the sensors. The direction of acoustic wave propagation is determined from the time window principle.

Při porovnání způsobu měření podle vynálezu s jinou špičkovou metodou (např. korelační optickou) je zřejmé, že způsob měření rychlosti podle vynálezu je daleko vhodnější pro mimořádné klimatotechnologické podmínky železničního provozu, bude lépe snášet vibrace a ani silné zněčistění nemůže systém pracující tímto způsobem vyřadit z funkce. Přitom přesnost měření je srovnatelná se špičkovými optickými metodami a pro rychlost 300 km/hod byla stanovena na 0,04 %. Způsob měření rychiosti podle vynálezu rovněž umožňuje rozjezd a brzdění na mezi adheze a přesná znalost rychlosti, a tím i polohy vlaku vytváří podmínky pro implementaci řídicího algoritmu pro energeticky optimální řízení vlaku.When comparing the measurement method according to the invention with another top method (eg correlation optical) it is obvious that the speed measurement method according to the invention is far more suitable for extreme climatic conditions of railway operation, it will better tolerate vibrations and even heavy contamination function. At the same time, the measurement accuracy is comparable to the top optical methods and was set at 0.04% at a speed of 300 km / h. The speed measurement method according to the invention also allows starting and braking on the adhesion limit and accurate knowledge of the speed and thus the position of the train creates conditions for the implementation of a control algorithm for energy-optimal train control.

Na přiloženém výkresu je znázorněno blokové schéma elektro nického zařízení pro provádění způsobu měření rychlosti kole- 3 jového vozidla podle vynálezu.The accompanying drawing shows a block diagram of an electronic device for carrying out a method for measuring the speed of a rail vehicle according to the invention.

Zařízení obsahuje dvě větve, určené snímači 2_ a 2» které jsou bezdotykově magnetickým polem vázány s kolejnicí 2· Ve větvi snímače 2 J^e výstup snímače 2_ spojen se vstupem řízeného zesilovače 4. ^a vý-stup zesilovače £ připojen k paralelně spojeným vstupům komparátorů £, Ί_ a 2· Výstupy komparátorů £, T_, j3 se vstupy první řídicí logiky .12.» jejíž výstup je připojen k obvodu 14 vzorkování. Stejně tak ve větvi snímače 2 J^e jeho výstup spojen se vstupem řízeného zesilovače 2» jehož výstup je připojen k paralelně spojeným vstupům komparátorů £, 10, 11, kte ré mají své výstupy připojeny ke vstupům druhé řídicí logiky 13. Výstup druhé řídící logiky 13 je spojen s obvody 14 vzorkování. Obvody 14 vzorkování jsou na jedné straně připojeny přes vstupně-výstupní sběrnici 18 s čítačem 16,do jehož vstupu je připojen výstup generátoru 15 hodinového signálu. Zařízení je řízeno mikropočítačem 19 přes vstupně-výstupní sběrnici 17, na kterou jsou napojeny řízené zesilovače £, 2» první řídicí logika 12, druhá řídicí logika 13 a obvod 14 vzorkování.The device comprises two branches 2 and designated sensor 2 »are contactlessly by the magnetic field attached to the rail 2 · In branch sensor 2 J ^e output sensor 2 connected to the input of the controlled amplifier 4 ^and an amplifier output connected to £ parallel connected inputs of comparators £ The outputs of the comparators 8, T_, j3 with the inputs of the first control logic 12 whose output is connected to the sampling circuit 14. Likewise branch sensor 2 ^e J its output connected to the input of the controlled amplifier 2 »whose output is connected to the parallel connected inputs of comparators £, 10, 11, Ré who have their outputs connected to inputs of the second control logic 13. The output control logic 13 of the second it is connected to the sampling circuits 14. The sampling circuits 14 are connected on one side via an I / O bus 18 with a counter 16, to whose input the output of the clock generator 15 is connected. The device is controlled by a microcomputer 19 via an I / O bus 17 to which the controlled amplifiers 8, 2 'of the first control logic 12, the second control logic 13 and the sampling circuit 14 are connected.

Funkce Zařízení je nasledovná: Po zachycení akustického signálu z kolejnice 2 snímačem 2 nebo snímačem 2 (záleží na tom, z kterého směru přichází) je tento amplitudově upraven zesilovačem 2» popřípadě zesilovačem 2· Zesilovače 4. a 5_ mají možnost programového řízení zisku kvůli kompenzaci předpokládané změny vzdálenosti mezi snímačem 2, a kolejnicí 2 ^θ kompenzaci útlumu. Po příslušném zesílení je signál zpracován trojicí komparátorů 2» 2» .^popřípadě £, 10.» 22· Výstupy komparátorů 6., 2» 2» 2» 22» ovládají přes první řídicí logiku 12 a druhou řídicí logiku 13 činnost obvodu 14 vzorkování, jehož úlohou je při každé definované změně výstupu některého z komparátorů přečíst okamžitý stav čítače 16 buzeného z generátoru 15 a tento údaj uložit do paměti mikropočítače 19.The function of the device is as follows: After the acoustic signal from the rail 2 has been detected by the sensor 2 or the sensor 2 (depending on which direction it comes), it is amplified by amplifier 2 or amplifier 2. anticipated changes in distance between sensor 2 and rail 2 ^θ attenuation compensation. After corresponding amplification, the signal is processed by three comparators 2, 2, 3, 10 and 10. 10, respectively. whose function is to read the instantaneous state of the counter 16 excited from the generator 15 for each defined change in the output of one of the comparators and to store this data in the memory of the microcomputer 19.

Pro první fázi měření předpokládejme příchod vlny ze strany snímače 2. Snímačem 2_ a zesilovačem £ zpracovaný signál přinutí k reakci postupně komparátory £, 2, J3, z nichž každý je nastaven na jinou referenční úroveň. Adekvátně k reakcím komparátorů £, 2» 2 získáme přes první řídicí logiku 12 a obvodFor the first phase of the measurement, assume the arrival of a wave from the side of the sensor 2. The signal processed by the sensor 2 and the amplifier 6 will in turn force the comparators 8, 2, 13 to react, each set to a different reference level. Corresponding to the reactions of the comparators 8, 2, 2, we obtain via the first control logic 12 and the circuit

265 655 vzorkování tri zprostředkované údaje o čase, které uložíme v paměti mikropočítače 19 přes sběrnici 17. Za nějakou dobu vlna dorazí ke snímači kde se situace se vzorkováním bude opakovat a s každou reakcí komparátorů 9_, 10, 11 bude do paměti mikropočítače 19 načten jeden časový údaj z čítače 16.265 655 sampling Three mediated time data, which is stored in the memory of microcomputer 19 via bus 17. After some time, the wave arrives at the sensor where the sampling situation will be repeated and with each response of comparators 9, 10, 11 counter reading 16.

Po ukončení této první fáze měření získáme Šest údajů času, ve kterých reagovaly všechny komparátory, a pomocí těchto údajů jednak otestujeme kvalitu snímané vlny a jednak dostaneme dobu šíření akustické vlny známou vzdáleností mezi snímačem 2 a 2· ^Ve druhé fázi měření provedeme totéž pro vlnu šíření se opačným směrem, fcj. ze strany snímače 2·Upon completion of this first phase measurements we obtain six data of time in which to respond all the comparators, and use this data to both test the quality of the scanned waves and also get the propagation of acoustic waves known distance between the sensor 2 and 2 · ^In the second phase measurement we will do the same for wave propagation with the opposite direction, fcj. from sensor side 2 ·

Dostaneme opět šest časů, dostatečných pro posouzení kvality vlny a výslednou dobu šíření.Again, we get six times sufficient to assess the wave quality and the resulting propagation time.

Na základě uvedených dob šíření akustické vlny úsekem kolejnice 2) vymezeným vzdáleností mezi snímači 2 a 2» vypočítá mikropočítač 19 okamžitou rychlost pohybu kolejového vozidla.Based on the aforesaid propagation times of the acoustic wave through the rail section 2) defined by the distance between the sensors 2 and 2, the microcomputer 19 calculates the instantaneous speed of the rail vehicle.

Pro určení směru, ze kterého vlna přichází, použijeme principu tzv. časového okna, t j · kombinací softwareových á hardwareových prostředků vymezíme dobu, ve které musí předpokládaná trojice komparátorů reagovat.To determine the direction from which the wave is coming, we use the principle of the so-called time window, ie the combination of software and hardware means to define the time in which the expected three comparators must react.

Použití časového okna si vyžaduje skutečnost, že ke snímači se dostávají akustické vlny, emitované jak z nápravy před snímačem, tak i za snímačem, a samotný snímač registuje signál, který vzniká superpozicí signálů zobou směrů. Kdyby zdroje signálu z obou směrů pracovaly kontinuálně, nedal by se směr šíření akustických vln běžnými metodami určit. Experimentálně však bylo prokázáno, že emise akustických vln, vyvolaná valením se kola po kolejnici, je přerušovaný proces. Označíme-li jeden snímač jako A a druhý jako B a budeme-li předpokládat, že v určitém okamžiku se šíří signál směrem AB, zachytí přítomnost vlny nejdříve snímač A.The use of a time window requires the acoustic waves emitted from both the axle upstream and downstream of the sensor to reach the sensor, and the sensor itself registers the signal produced by the superposition of the signals in both directions. If the signal sources from both directions worked continuously, the direction of acoustic wave propagation could not be determined by conventional methods. However, it has been shown experimentally that the emission of acoustic waves caused by rolling the wheel on the rail is an intermittent process. Marking one sensor as A and the other as B and assuming that at some point the signal is propagating in the direction of AB, the presence of the wave is detected first by sensor A.

Je známá vzdálenost mezi snímači, přibližná rychlost šíření akustické vlny v kolejnici, právě tak jako i reálne' hranice rychlosti, kterou se kolejové vozidlo může v extrémních případech pohybovat. Z těchto údajů se dá určit spodní i horní hranice okamžiku, kdy se přítomnost akustické vlny nutně musí projevit v oblasti snímače B. Tyto hranice určují časový interval - ča265 655 sové okno - po který bude elektronická aparatura aktivovaná pro přijetí signálu ze snímače B. Jestliže v tomto časovém intervalu elektronické obvody, napojené na snímač B, nezachytí přítomnost akustické vlny, je zřejmé, že se akustická vlna pohybuje směrem opačným.The distance between the sensors is known, the approximate speed of propagation of the acoustic wave in the rail, as well as the real limits of the speed with which the rail vehicle can move in extreme cases. From these data, it is possible to determine the upper and lower limits of the moment when the presence of an acoustic wave must necessarily occur in the area of sensor B. These limits determine the time interval - 652 655 window - for which the electronic apparatus is activated to receive the signal from sensor B. at this time, the electronic circuits connected to the sensor B will not detect the presence of the acoustic wave, it is obvious that the acoustic wave is moving in the opposite direction.

Claims

Method for measuring the instantaneous speed of a rail vehicle, using the action of acoustic waves emitted into the environment, characterized in that by rolling the wheels on the rail, acoustic waves are emitted into the rail environment, first measuring the wave propagation time propagating longitudinally By means of the rail environment in the direction of travel of the rail vehicle with a known distance of the rail section, the passage time of the acoustic wave propagating longitudinally along the rail environment opposite to the travel direction is measured using the same sensors. and the instantaneous speed of the rolling stock is determined on the basis of at least one acoustic wave propagation time data obtained in each one basic measurement phase and from a known distance between the sensors, the direction of propagation being acoustic wave is determined from the principle of the time window.

_vvv , it

2. A device for measuring the instantaneous speed of a rail vehicle according to claim 1, characterized in that it comprises at least two proximity sensors of the acoustic waves disposed on a rail vehicle at a known distance and at least two sensor strings (2,3) coupled by a magnetic a rail array (1), the output of the sensor (2) being coupled to the input of the controlled amplifier (4) connected to the I / O bus (17) and the output of the amplifier (4) connected to the parallel connected inputs of the first control logic (12); connected to the I / O bus (17), and the output of the first control logic (12) is coupled to a sampling circuit (14) that is coupled via the I / O bus (18) to a counter (16) to which the output is connected from the clock signal generator (15), the output of the sensor (3) is connected to the input of the controlled amplifier (5) connected to the input-output bus (17) and the output the up amplifier (5) is connected to parallel connected inputs of comparators (9, 10, 11) whose output7

265 655 py are connected to inputs of the second control logic (13) connected to the I / O bus lY1 ( _t) and the output of the second control logic (13) is connected to the sampling circuit (14) connected via the I / O bus (17) to microcomputer / 19 /.