DE102007023475A1

DE102007023475A1 - Radsensor

Info

Publication number: DE102007023475A1
Application number: DE102007023475A
Authority: DE
Inventors: Rainer Dipl.-Ing. Freise
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2007-05-15
Filing date: 2007-05-15
Publication date: 2008-12-11
Anticipated expiration: 2027-05-16
Also published as: EP2146886A1; DE102007023475B4; WO2008138858A1; ATE496812T1; DE502008002480D1; EP2146886B1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Radsensor, insbesondere für eine Gleisfreimeldeeinrichtung, mit zwei induktiv arbeitenden Sensorkanälen (A, B), die durch eine Eisenbahnschiene (1) getrennte Sender und Empfänger aufweisen. Um Störspannungen effektiv und einfach zu kompensieren, ist vorgesehen, dass eine Verarbeitungseinheit zur Pegelauswertung von Empfangssignalen (8, 9) des von einer Radüberfahrt beeinflussten Sensorkanals (A oder B) und des jeweils anderen, unbeeinflussten Sensorkanals (B oder A) vorgesehen ist, wobei die Verarbietungseinheit Mittel zur Verknüpfung, insbesondere Subtraktion, der Empfangssignale (8, 9) des unbeeinflussten und des beeinflussten Sensorkanals (A, B) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Radsensor, insbesondere für eine Gleisfreimeldeeinrichtung, mit zwei induktiv arbeitenden Sensorkanälen, die durch eine Eisenbahnschiene getrennte Sender und Empfänger aufweisen.
Radsensoren werden im Bahnwesen für die Gleisfreimeldung, aber auch für andere Schalt- und Meldeaufgaben eingesetzt. Dabei wird überwiegend die Magnetfeld beeinflussende Wirkung der Eisenräder der Schienenfahrzeuge ausgenutzt. Für die Fahrtrichtungserkennung des Zuges werden zweikanalige Sensoren benötigt. Beim Überfahren eines Fahrzeugrades erzeugen die beiden Sensorkanäle nacheinander zeitlich versetzte Signale, die zur Fahrtrichtungserkennung benutzt werden.
Die nach dem induktiven Wirkprinzip arbeitenden Radsensoren lassen sich neben der ein- oder zweikanaligen Bauweise auch in Näherungsschalter, die die Rückwirkung der Eisenräder auf einen ein Magnetfeld erzeugenden Sensor erfassen, und die Eisenbahnschienen umgreifende Systeme mit getrenntem Sender und Empfänger einteilen. Die Erfindung bezieht sich auf einen zweikanaligen Radsensor mit getrennten Sendern und Empfängern.
Allen induktiv arbeitenden Sensoren ist dabei gemeinsam, dass sie störempfindlich sind gegenüber induktiv eingekoppelten Störspannungen im Bereich der Arbeitfrequenz.
Eine Ursache der Störungen sind Schienenströme, die durch den Rückleiterstrom einer Lokomotive entstehen, wobei ein Oberwellenanteil im Empfänger ein Störsignal in Form von Schwe bungen induzieren kann. Diese Schwebung, die der Empfangsspannung überlagert ist, lässt sich nur schwer von der zu detektierenden Radbeeinflussung trennen, weil hier Tiefpassfilter prinzipbedingt versagen.
Eine weitere Ursache von Störspannungen können auch benachbart angeordnete weitere Sensoren oder Sensorkanäle sein, die mit gleicher Arbeitsfrequenz betrieben werden und durch gegenseitige Beeinflussung ihrer Sender zu Schwebungen führen.
Neben einem Dauerstörpegel auf Arbeitsfrequenz können aber auch hohe Kommutierungsstromflanken von bis zu 1 kA/μs auftreten, die impulsartig stören. Störsignale dieser Art werden vor allem von vorbeifahrenden Zügen durch deren Leitungen und Transformatoren induziert.
Um die Störfestigkeit der Sensoren gegenüber diesen Störgrößen zu erhöhen, sind verschiedene sensorbauartspezifische Lösungsansätze bekannt.
Für die Sensorbauart mit nur einer auf die Eisenmasse des Rades reagierenden Schwingkreisspule pro Kanal, das heißt für Näherungsschalter, kann eine weitgehende Kompensation der induzierten Störspannungen durch die Aufteilung der Schwingkreisspule in mindestens zwei Teilspulen mit gegensinniger Wicklung erreicht werden, wie in der DE 19 915 597 A1 und der DE 10 137 519 A1 beschrieben.
Bei gattungsgemäßen Radsensoren mit getrennten Sender- und Empfänger-Schwingkreisen wird gemäß der DE 10 122 980 A1 vorgeschlagen, die Resonanzfrequenz des Empfänger-Schwingkreises gegenüber der Senderfrequenz zu verändern, um insbesondere den Störeinfluss einer Wirbelstrombremse zu unterdrücken.
Aus der DE 4 240 478 A1 ist ein zweikanaliger Radsensor bekannt, bei dem die beiden Sender mit gleicher Frequenz, aber mit 90° Phasenversatz betrieben werden, um die gegenseitige Beeinflussung der Sender zu reduzieren.
Gemäß der EP 1 541 440 B1 wird eine Phasenmodulation eines elektromagnetischen Schwingkreises für Radsensoren vorgeschlagen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Radsensor anzugeben, der bei einfachem Aufbau eine erhöhte Störsicherheit gegenüber Störspannungen verschiedener Ursachen aufweist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass eine Verarbeitungseinheit zur Pegelauswertung von Empfangssignalen des von einer Radüberfahrt beeinflussten Sensorkanals und des jeweils anderen, unbeeinflussten Sensorkanals vorgesehen ist, wobei die Verarbeitungseinheit Mittel zur Verknüpfung, insbesondere Subtraktion, der Empfangssignale des unbeeinflussten und des beeinflussten Sensorkanals aufweist. Die beiden Sensorkanäle stellen folglich neben einem Summensignal, das ein Nutzsignal und ein Störsignal beinhaltet, auch das Störsignal zur Verfügung, welches zur Kompensation der induzierten Störgrößen durch Subtraktion vom Summensignal verwendet wird. Dazu dient die Verarbeitungseinheit, welche vorzugsweise als Mikroprozessor ausgebildet ist. Zu den auf diese Weise kompensierbaren Störeinflüssen gehören Schienenströme, deren Einkopplung in beide Sensorkanäle nahezu identisch ist, sowie Störgrößen anderer Quellen, beispielsweise infolge parallel zum Radsensor verlaufender Stromkabel oder benachbarter Sensoren. Aber auch Störungen, die nicht als Gleichtaktstörungen induziert werden, sind kompensierbar, da die Störsignalpegel jeglicher Herkunft quasi gemessen werden.
Gemäß Anspruch 2 ist jeder Sensorkanal mit einem Sender-Schwingkreis ausgestattet, wobei die beiden Sender-Schwingkreise unterschiedliche Arbeitsfrequenzen aufweisen. Diese Arbeitsfrequenzen unterscheiden sich in einer Größenordnung, bei der die durch die Einkopplung des jeweils anderen Sender-Schwingkreises entstehenden Schwebungen empfangsseitig durch einen Tiefpassfilter unterdrückbar sind. Beispielsweise können die Arbeitsfrequenzen 40 kHz und 45 kHz betragen.
Ein Radsensor zur Detektion einer Radbeeinflussung ist gemäß Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Empfänger jeweils einen Empfänger-Schwingkreis aufweisen, dessen Ausgangssignal über einen Synchrongleichrichter, der von dem Sender des jeweils anderen Sensorkanals angesteuert ist, einen Tiefpassfilter und einen Signalverstärker der Verarbeitungseinheit zugeführt ist. Prinzipiell genügt es, das Ausgangssignal jedes Empfänger-Schwingkreises in jeweils einem Signalverarbeitungskanal weiterzuverarbeiten. Entsprechend der Radüberfahrt des ersten oder des zweiten Sensorkanals entsteht empfangsseitig auf dem ersten oder dem zweiten Signalverarbeitungskanal ein Summensignal, das das Nutzsignal mit überlagertem Störsignal enthält. Der andere, unbeeinflusste Signalverarbeitungskanal ist nur von dem Störsignal beaufschlagt, so dass das Nutzsignal durch Subtraktion in der Verarbeitungseinheit ermittelt werden kann.
Die Demodulation des Empfangssignals erfolgt in jedem Signalverarbeitungskanal durch Synchrongleichrichtung, das heißt, die Phasenlage des Senders beaufschlagt den Synchrongleichrichter zur phasensynchronen Gleichrichtung des empfangenen Wechselsignals. Synchronisationssignale beider Sender werden quasi überkreuz dem Synchrongleichrichter des anderen Kanals zugeführt. Dadurch wird das Empfangssignal wieder in seine senderspezifischen Frequenzanteile zerlegt und gleichgerichtet. Der nachfolgende Tiefpass dient der Unterdrückung der senderseitig entstandenen Schwebungen. Nach dem Tiefpassfilter folgt ein Signalverstärker zur Pegelanpassung, dessen Ausgangssignal von der Verarbeitungseinheit, insbesondere einem Mikroprozessor, ausgewertet wird.
Bei einer in Anspruch 4 gekennzeichneten bevorzugten Ausführungsform ist das Ausgangssignal jedes Empfänger-Schwingkreises zwei Signalverarbeitungskanälen mit Synchrongleichrichter, Tiefpassfilter und Signalverstärker zugeführt, wobei ein Synchrongleichrichter von dem Sender des einen Sensorkanals und der andere Synchrongleichrichter von dem Sender des anderen Sensorkanals angesteuert ist. Auf diese Weise muss kein Signalverarbeitungskanal doppelt genutzt werden, das heißt, je nach Radüberfahrt-Beeinflussungszustand des Sensorkanals entweder das Summensignal oder das Störsignal verarbeiten. Die Pegelauswertung in der Verarbeitungseinheit vereinfacht sich, da für jedes benötigte Eingangssignal, nämlich Summensignal und Störsignal für den einen Sensorkanal sowie Summensignal und Störsignal für den anderen Sensorkanal, ein separater Signalverarbeitungskanal und damit ein spezifischer Eingang für die Verarbeitungseinheit zur Verfügung steht. Letztlich erhöht sich die Sicherheit der Radsensorfunktion.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines figürlich dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die Figur zeigt ein Blockschaltbild eines Radsensors.
Es ist ersichtlich, dass links und rechts einer Eisenbahnschiene 1 Sender-Schwingkreise 2 und 3 und Empfänger-Schwingkreise 4 und 5 angeordnet sind, die zwei Sensorkanälen A und B zugeordnet sind. Die beiden Sender-Schwingkreise 2 und 3 sind auf unterschiedliche Arbeitsfrequenzen, zum Beispiel 40 kHz und 45 kHz, abgestimmt. Bei einer Radüberfahrt verändert sich die induktive Kopplung 6 beziehungsweise 7 zwischen dem Sender-Schwingkreis 2 beziehungsweise 3 und dem Empfänger-Schwingkreis 4 beziehungsweise 5, wodurch am Ausgang des Empfänger-Schwingkreises 4 beziehungsweise 5 ein Empfangssignal 8 beziehungsweise 9 in Form einer sogenannten Abrollkurve oder Glockenkurve entsteht. Diese Abrollkurve wird zur Raderkennung benutzt. Durch das Überfahren beider Sensorkanäle A und B entstehen zwei zeitlich versetzte Signale, die zur Richtungserkennung genutzt werden. Die Empfangssignal 8 und 9 werden jeweils in zwei Signalverarbeitungskanäle 10a und 10b beziehungsweise 11a und 11b eingespeist, deren wesentliche Bestandteile Synchrongleichrichter 12a und 12b beziehungsweise 13a und 13b, Tiefpassfilter 14a und 14b beziehungsweise 15a und 15b und Signalverstärker 16a und 16b beziehungsweise 17a und 17b sind. Die Synchrongleichrichter 12a und 13a werden von dem Sender-Schwingkreis 2 des ersten Sensorkanals A angesteuert und die Synchrongleichrichter 12b und 13b werden von dem Sender-Schwingkreis 3 des zweiten Sensorkanals B angesteuert. Zu dieser Ansteuerung dient die Phasenlage 18 beziehungsweise 19, wodurch die Synchrongleichrichter 12a und 13a beziehungsweise 12b und 13b eine phasensynchrone Gleichrichtung des als Wechselsignal gebildeten Empfangssignals 8 beziehungsweise 9 ausführen können. Auf diese Weise wird das Empfangssignal 8 beziehungsweise 9 in seine senderspezifischen Frequenzanteile zerlegt, nämlich auf den Signalverarbeitungskanälen 10a und 11a für den Sensorkanal A und auf den Signalverarbeitungskanälen 10b und 11b für den Sensorkanal B. Durch Überkreuz-Demodulation wird aus einem Signalverarbeitungskanal 10b beziehungsweise 11a des zugehörigen Sensorkanals A beziehungsweise B jener Signalanteil demoduliert, das heißt herausgefiltert, der auf der Arbeitsfrequenz des jeweils anderen Sensorkanals B beziehungsweise A von einer ex ternen Störquelle in den Empfänger-Schwingkreis 4 beziehungsweise 5 induziert wurde. Die Signale auf den beiden anderen Signalverarbeitungskanälen 10a und 11b ergeben sich durch die Demodulation der direkt bei Radüberfahrt des Sender-Schwingkreises 2 oder 3 eingekoppelten Empfangssignale 8 oder 9. Somit resultieren auf den Signalverarbeitungskanälen 10a und 11b Summensignale, die das Nutzsignal und das Störsignal beinhalten, und auf den beiden anderen Signalverarbeitungskanälen 10b und 11a nur die Störsignale. Im nachfolgenden Tiefpassfilter 14a, 14b, 15a, 15b jedes der vier Signalverarbeitungskanäle 10a, 10b, 11a, 11b werden die durch die Einkopplung des jeweils anderen Sender-Schwingkreises 2 beziehungsweise 3 entstandenen Schwebungen unterdrückt. Diese Tiefpassfilterung ist wegen der unterschiedlichen Arbeitsfrequenzen der Sender-Schwingkreise 2 und 3 möglich. Der Tiefpass 14a, 14b, 15a, 15b ist über den Signalverstärker 16a, 16b, 17a, 17b, der der Pegelanpassung dient, mit Eingängen U_a und U_b sowie U_b_stör und U_a_stör eines Mikroprozessors 20 verbunden. Die Eingänge U_a und U_b repräsentieren dabei die beiden Summensignale und U_b_stör und U_a_stör die beiden Störsignale. Der Mikroprozessor 20 verknüpft die Analogsignale U_a und U_a_stör sowie U_b und U_b_stör mit den Möglichkeiten der digitalen Signalverarbeitung und erzeugt ein Ausgangssignal 21 beziehungsweise 22, das im einfachsten Verknüpfungsfall die Differenz U_a – U_a_stör sowie U_b – U_b_stör ist, und entscheidet letztlich, ob eine Radüberfahrt registriert wird oder nicht oder ob eine Fehlermeldung ausgegeben wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19915597 A1 [0009]
- DE 10137519 A1 [0009]
- DE 10122980 A1 [0010]
- DE 4240478 A1 [0011]
- EP 1541440 B1 [0012]

Claims

Radsensor, insbesondere für eine Gleisfreimeldeeinrichtung, mit zwei induktiv arbeitenden Sensorkanälen (A, B), die durch eine Eisenbahnschiene (1) getrennte Sender und Empfänger aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verarbeitungseinheit zur Pegelauswertung von Empfangssignalen (8, 9) des von einer Radüberfahrt beeinflussten Sensorkanals (A oder B) und des jeweils anderen, unbeeinflussten Sensorkanals (B oder A) vorgesehen ist, wobei die Verarbeitungseinheit Mittel zur Verknüpfung, insbesondere Subtraktion, der Empfangssignale (8, 9) des unbeeinflussten und des beeinflussten Sensorkanals (A, B) aufweist.
Radsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass den Sensorkanälen (A, B) Sender-Schwingkreise (2, 3) zugeordnet sind, die unterschiedliche Arbeitsfrequenzen aufweisen.
Radsensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Empfänger jeweils einen Empfänger-Schwingkreis (4, 5) aufweisen, dessen Ausgangssignal über einen Synchrongleichrichter (12b, 13a), der von dem Sender des jeweils anderen Sensorkanals (A, B) angesteuert ist, einen Tiefpassfilter (14b, 15a) und einen Signalverstärker (16b, 17a) der Verarbeitungseinheit zugeführt ist.
Radsensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangssignal jedes Empfänger-Schwingkreises (4,5) zwei Signalverarbeitungskanälen (10a, 10b, 11a, 11b) mit Synchrongleichrichter (12a, 12b, 13a, 13b), Tiefpassfilter (14a, 14b, 15a, 15b) und Signalverstärker (16a, 16b, 17a, 17b) zugeführt ist, wobei ein Synchrongleichrichter (12a, 13a) von dem Sender des einen Sensorkanals (A) und der andere Synchrongleichrichter (12b, 13b) von dem Sender des anderen Sensorkanals (B) angesteuert ist.