DE102012212939A1

DE102012212939A1 - Wheel sensor, particularly for train detection system, has inductive sensor for detecting magnetic field change as result of iron wheels of rail vehicle, where inductive sensor is arranged at side of rail of track

Info

Publication number: DE102012212939A1
Application number: DE201210212939
Authority: DE
Inventors: Rainer Freise
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2012-07-24
Filing date: 2012-07-24
Publication date: 2014-01-30

Abstract

The wheel sensor has an inductive sensor (1) for detecting a magnetic field change as a result of the iron wheels of a rail vehicle. The inductive sensor is arranged at a side of a rail (2) of the track. The inductive sensor comprises a transmitting coil (4) and two receiving coils (5,6). The receiving coils have adjacent partial coils (5.1,5.2,6.1,6.2) connected in series in anti-phase. The partial coils are parametrized identically.

Description

Die Erfindung betrifft einen Radsensor, insbesondere für eine Gleisfreimeldeanlage, mit mindestens einem an einer Seite einer Schiene des Gleises angeordneten induktiven Sensor zur Erfassung einer Magnetfeldänderung infolge das Gleis überfahrender Eisenräder eines Schienenfahrzeuges, wobei der Sensor eine Sendespule und zwei Empfangsspulen umfasst. The invention relates to a wheel sensor, in particular for a train detection system, having at least one inductive sensor arranged on one side of a rail of the track for detecting a magnetic field change due to the track of overcoming iron wheels of a rail vehicle, wherein the sensor comprises a transmitting coil and two receiving coils.

Radsensoren werden im Bahnwesen für die Gleisfreimeldung, aber auch für andere Schalt- und Meldeaufgaben eingesetzt. Dabei wird überwiegend die magnetfeldbeeinflussende Wirkung der Eisenräder der Schienenfahrzeuge ausgenutzt. Mittels am Gleiskörper angebrachter induktiver Sensoren, die ein spezifisches Magnetfeld erzeugen, lässt sich die Rückwirkung der Eisenräder erfassen, wobei mit jeder Raderfassung ein Radimpuls registriert wird. Die Anzahl der Radimpulse gibt im Zusammenwirken mit einem weiteren Radsensor Auskunft über den Belegungszustand des dazwischen liegenden Gleisabschnittes. Diese Gleisfreimeldung stellt ein wesentliches Entscheidungskriterium für die Steuerung von Weichen und Signalen dar. Anhand des Belegungszustandes von Gleisabschnitten wird die Entscheidung getroffen, ob ein Schienenfahrzeug in diesen Gleisabschnitt einfahren darf oder nicht. Folglich müssen Radsensoren extrem hohen Zuverlässigkeitsanforderungen genügen. Es ist sicherzustellen, dass nur die die Sensoren überfahrenden Eisenräder der Schienenfahrzeuge von den Sensoren erfasst werden. Wheel sensors are used in the rail industry for the track vacancy, but also for other switching and reporting tasks. In this case, the magnetic field influencing effect of the iron wheels of rail vehicles is predominantly utilized. By means of inductive sensors mounted on the track, which generate a specific magnetic field, the retroactivity of the iron wheels can be detected, with each wheel detection registering a wheel pulse. The number of wheel pulses in conjunction with another wheel sensor provides information about the occupancy state of the intermediate track section. This track vacancy is an essential decision criterion for the control of switches and signals. Based on the occupancy state of track sections, the decision is made whether a rail vehicle may enter this track section or not. Consequently, wheel sensors must meet extremely high reliability requirements. It must be ensured that only the iron wheels of the rail vehicles passing over the sensors are detected by the sensors.

Die nach dem induktiven Wirkprinzip arbeitenden Radsensoren lassen sich unter anderem in ein- oder zweikanalige Sensoren einteilen. Zweikanalige Sensoren werden für die Fahrtrichtungserkennung des Schienenfahrzeuges benötigt. Beim Überfahren durch ein Fahrzeugrad erzeugen die beiden Sensorkanäle zeitlich versetzte Radimpulse, die zur Fahrtrichtungserkennung dienen. The wheel sensors operating on the inductive principle can be classified, among other things, as single or dual-channel sensors. Two-channel sensors are required for the direction detection of the rail vehicle. When driving over a vehicle wheel, the two sensor channels generate time-shifted wheel pulses which serve to detect the direction of travel.

Weiterhin lassen sich Radsensoren nach ihrem Wirkungsprinzip unterscheiden. Bei einem sogenannten Näherungsschalter befinden sich Sender und Empfänger auf der gleichen Schienenseite, während sich bei einem schienenumgreifenden System Sender und Empfänger an beiden Seiten der Schiene gegenüberliegen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Radsensor nach dem Prinzip des Näherungsschalters. Furthermore, wheel sensors can be differentiated according to their mode of action. In a so-called proximity switch transmitter and receiver are located on the same side of the rail, while in a rail-embracing system transmitter and receiver on both sides of the rail are opposite. The present invention relates to a wheel sensor according to the principle of the proximity switch.

Allen induktiv arbeitenden Sensoren ist gemeinsam, dass sie störempfindlich gegenüber induktiv eingekoppelten Störspannungen auf Arbeitsfrequenz sind. Derartige Störungen entstehen beispielsweise durch Schienenströme, wobei zum Beispiel der Rückleiterstrom der Lokomotive durch die Schiene ein Störsignal im Empfänger in Form von Schwebungen erzeugt. Diese Schwebungen, die die Empfangsspannung überlagern, lassen sich nur schwer von der gewünschten Radbeeinflussung trennen, weil hier Tiefpassfilter prinzipbedingt versagen. Auch benachbarte Sensoren mit gleicher Arbeitsfrequenz können durch ihre Sender zu Schwebungen führen. Der Schienenstrom kann neben einem Dauerstörpegel auf Arbeitsfrequenz aber auch hohe Kommutierungsstromflanken von bis zu 1 kA/µs enthalten, die impulsartig stören. Auch vorbeifahrende Schienenfahrzeuge können durch Leitungen und Transformatoren Störsignale dieser Art induzieren. All inductively operating sensors have in common that they are susceptible to interference inductively coupled noise voltages on working frequency. Such disturbances arise for example by rail currents, for example, the return current of the locomotive generated by the rail an interference signal in the receiver in the form of beats. These beats, which superimpose the received voltage, are difficult to separate from the desired Radbeeinflussung, because here low-pass filter fail due to the principle. Even neighboring sensors with the same operating frequency can cause beats through their transmitters. In addition to a continuous noise level at operating frequency, the rail current can also contain high commutation current edges of up to 1 kA / μs, which disturb pulse-like. Even passing rail vehicles can induce interference signals of this type by cables and transformers.

Um die Störfestigkeit der Sensoren zu verbessern, wird überwiegend versucht, die die Störungen verursachenden Magnetfelder zu kompensieren. Dabei wird die Empfangsspule in mindestens zwei sich in vertikaler Richtung überlagernde Teilspulen unterteilt, welche durch gegensinnige Wicklungen eine Kompensation der induzierten Störspannungen bewirken, wie aus der gattungsbildenden DE 101 37 519 A1 bekannt. Nachteilig ist, dass beide Teilspulen, bedingt durch ihre Einbaulage, sowohl an der Raddetektion als auch an der Störfeldkompensation beteiligt sind. In order to improve the immunity of the sensors, an attempt is mainly made to compensate for the magnetic fields causing the disturbances. In this case, the receiving coil is subdivided into at least two sub-coils overlapping in the vertical direction, which effect a compensation of the induced interference voltages by opposing windings, as from the generic type DE 101 37 519 A1 known. The disadvantage is that both partial coils, due to their installation position, are involved both in the wheel detection and in the interference field compensation.

Andere Lösungsansätze, wie beispielsweise eine aus der DE 102 21 577 B3 bekannte Schaltung zur Verschiebung der Phasen in den Empfangsspulen, haben sich als zu aufwendig erwiesen. Other approaches, such as one from the DE 102 21 577 B3 known circuit for shifting the phases in the receiver coils, have proven to be too expensive.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Radsensor anzugeben, dessen Parameter hinsichtlich der Störfestigkeit und damit hinsichtlich der Zuverlässigkeit des Gesamtsystems optimiert sind. The invention has for its object to provide a generic wheel sensor whose parameters are optimized in terms of immunity to interference and thus in terms of the reliability of the overall system.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Empfangsspulen jeweils zwei beabstandete, gegenphasig in Reihe geschaltete Teilspulen aufweisen. According to the invention the object is achieved in that the receiving coils each have two spaced, opposite in phase in series connected partial coils.

Jede Empfangsspule ist in zwei Teilspulen beziehungsweise Teilwicklungen zur Störfeldkompensation unterteilt. Durch die Veränderung der magnetischen Feldlinien durch die Eisenmasse der das Gleis überfahrenden Räder des Schienenfahrzeugs verändert sich auch die Amplitude, das heißt der Empfangspegel, der Empfangsspulen. Wegen der beabstandeten, sich nicht überlappenden Positionierung der beiden Teilspulen jedes Empfangsspulenpaares trägt zur Raddetektion überwiegend jeweils die innere, das heißt die der Sendespule nähere, Teilspule des Empfängers bei, da diese innere Teilspule einen höheren Empfangspegel als die äußere Teilspule besitzt und somit auch eine höhere Pegeländerung bei Radüberfahrt aufgrund der höheren magnetischen Feldstärke erfährt. Durch dieses Kompensationsprinzip werden von außen induzierte Störspannungen weitgehend unterdrückt, da diese die beiden Teilspulen gleichermaßen beeinflussen. Das betrifft beispielsweise Schienenströme, bei denen die Symmetrie der Einkopplung besonders hoch ist. Auch Störgrößen anderer Quellen, wie zum Beispiel zum Radsensor parallel verlaufende Stromkabel oder benachbarte Radsensoren können kompensiert werden. Each receiving coil is divided into two partial coils or partial windings for interference field compensation. As a result of the change in the magnetic field lines due to the iron mass of the wheels of the rail vehicle driving over the track, the amplitude, that is to say the reception level, of the receiver coils also changes. Because of the spaced, non-overlapping positioning of the two sub-coils of each receiving coil pair contributes to Raddetektion predominantly the inner, that is, the transmission coil closer, partial coil of the receiver, since this inner sub-coil has a higher reception level than the outer sub-coil and thus a higher Level change occurs when cycling due to the higher magnetic field strength. By this principle of compensation are from the outside induced interference voltages largely suppressed because they affect the two sub-coils equally. This applies, for example, rail currents, in which the symmetry of the coupling is particularly high. Disturbance variables from other sources, such as power cables running parallel to the wheel sensor or neighboring wheel sensors, can also be compensated.

Gemäß Anspruch 2 ist vorgesehen, dass die Teilspulen der Teilspulenpaare identisch parametriert sind. Durch den vollkommen identischen Aufbau bezüglich Windungszahl, Geometrie, Material und anderen Parametern ergibt sich eine größtmögliche Störfeldkompensation. According to claim 2, it is provided that the partial coils of the partial coil pairs are parameterized identically. Due to the completely identical structure with regard to number of turns, geometry, material and other parameters, the greatest possible interference field compensation results.

Die Sendespule befindet sich gemäß Anspruch 3 vorzugsweise in vertikaler Projektion genau mittig zwischen den Empfangsspulenpaaren mit oder ohne Höhenversatz. Auf diese Weise ist garantiert, dass der Empfangspegel in beiden Teilspulenpaaren gleich hoch ist. The transmitting coil is according to claim 3, preferably in the vertical projection exactly midway between the receiving coil pairs with or without height offset. In this way it is guaranteed that the reception level is the same in both partial coil pairs.

Gemäß Anspruch 4 sind die Teilspulenpaare und/oder die Sendespule jeweils in eine Schwingkreisschaltung eingebunden. Die jeweiligen Amplituden und die Frequenzselektivität werden dadurch im Vergleich zu unbeschalteten Spulen beziehungsweise Induktivitäten gesteigert. Die beiden Teilspulen einer Empfangsspule sind in Reihe geschaltet und mit einem R/C-Glied zur Bildung eines Schwingkreises beschaltet. According to claim 4, the partial coil pairs and / or the transmitting coil are each incorporated into a resonant circuit circuit. The respective amplitudes and the frequency selectivity are thereby increased in comparison to uncoupled coils or inductors. The two sub-coils of a receiving coil are connected in series and connected to an R / C member to form a resonant circuit.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand figürlicher Darstellungen näher erläutert. Es zeigen: The invention will be explained in more detail with reference to figurative representations. Show it:

1 eine Schnittdarstellung eines Radsensors, 1 a sectional view of a wheel sensor,

2 eine Querschnittsdarstellung des Radsensors gemäß 1 und 2 a cross-sectional view of the wheel sensor according to 1 and

3 ein Schaltbild für einen Radsensor gemäß 1. 3 a circuit diagram for a wheel sensor according to 1 ,

1 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Radsensor auf der Basis eines induktiven Sensors 1 in einseitiger Verbindung mit einer Schiene 2. Der Sensor 1 ist in einem Gehäuse 3 untergebracht, dessen Schienenbefestigung als nicht dargestellte Schienensteg- oder Schienenfußbefestigung ausgeführt sein kann. Im Wesentlichen besteht der Sensor 1 aus einer Sendespule 4 und zwei Empfangsspulen 5 und 6, welche links und rechts etwas oberhalb der Sendespule 4 angeordnet sind. Durch symmetrischen Aufbau haben beide Empfangsspulen 5 und 6 eine ähnlich hohe Empfangsspannung im Ruhezustand. Die beiden Empfangsspulen 5 und 6 bestehen jeweils aus zwei beabstandeten, gegenphasig in Reihe geschalteten Teilspulen 5.1 und 5.2 sowie 6.1 und 6.2. Die inneren Teilspulen 5.1 und 6.1 dienen aufgrund ihrer Nähe zur Sendespule 4 überwiegend der Raddetektion. Dagegen sind die äußeren Teilspulen 5.2 und 6.2 in einem derartigen Abstand von den inneren Teilspulen 5.1 und 6.1 angeordnet, dass diese nur von einem vergleichsweise schwachen magnetischen Wechselfeld der Sendespule 4 durchsetzt werden, wodurch auch die Teilempfangsspannung der beiden äußeren Teilspulen 5.2 und 6.2 entsprechend gering ist. Somit können die Teilspulenpaare 5.1/5.2 und 6.1/6.2 zur Kompensation von Störfeldern dienen, ohne den Empfangspegel des Nutzsignals entscheidend zu beeinflussen. 1 schematically shows a wheel sensor according to the invention on the basis of an inductive sensor 1 in unilateral connection with a rail 2 , The sensor 1 is in a housing 3 accommodated, the rail fastening can be designed as a rail web or rail mounting not shown. Essentially, the sensor consists 1 from a transmitter coil 4 and two receiving coils 5 and 6 , which left and right slightly above the transmitter coil 4 are arranged. Due to their symmetrical design, both receiver coils have 5 and 6 a similar high reception voltage at rest. The two receiver coils 5 and 6 each consist of two spaced, opposite phase in series coils 5.1 and 5.2 such as 6.1 and 6.2 , The inner part coils 5.1 and 6.1 serve due to their proximity to the transmitting coil 4 mostly the wheel detection. In contrast, the outer part coils 5.2 and 6.2 at such a distance from the inner sub-coils 5.1 and 6.1 arranged that these only by a comparatively weak alternating magnetic field of the transmitting coil 4 be penetrated, whereby the partial reception voltage of the two outer coil sections 5.2 and 6.2 is correspondingly low. Thus, the partial coil pairs 5.1 / 5.2 and 6.1 / 6.2 to compensate for interference fields, without affecting the reception level of the desired signal decisively.

In 2 ist der induktive Sensor 1 bei Radüberfahrt dargestellt. Dabei nähert sich der Spurkranz 7 des Eisenrades 8 oberhalb des Sensors 1 an den Sensor 1 an, so dass die überfahrenden Eisenmassen die zu detektierende magnetische Feldverzerrung bewirken. In 2 is the inductive sensor 1 shown at bike crossing. The wheel flange approaches 7 of the iron wheel 8th above the sensor 1 to the sensor 1 so that the traversing iron masses cause the magnetic field distortion to be detected.

In Anlehnung an 1 ist in 3 die störfeldkompensierende Verschaltung der Sendespule 4 und der beiden Empfangsspulen 5 und 6 mit ihren Teilspulen 5.1 und 5.2 sowie 6.1 und 6.2 dargestellt. Es ist ersichtlich, dass die Spulensysteme jeweils in einen Schwingkreis mit einem Kondensator C und erforderlichenfalls mit einem Widerstand R eingebunden sind. Auf diese Weise ergeben sich besonders hohe Ruhepegel und damit deutliche Pegeländerungen bei Radüberfahrt. Based on 1 is in 3 the interference field compensating interconnection of the transmitting coil 4 and the two receiver coils 5 and 6 with their partial coils 5.1 and 5.2 such as 6.1 and 6.2 shown. It can be seen that the coil systems are each incorporated in a resonant circuit with a capacitor C and, if necessary, with a resistor R. In this way, particularly high resting levels and thus significant level changes result when cycling.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10137519 A1 [0006]
DE 10221577 B3 [0007]

Claims

Wheel sensor, in particular for a train detection system, with at least one on one side of a rail ( 2 ) of the track arranged inductive sensor ( 1 ) for detecting a magnetic field change due to the track of overrunning iron wheels ( 8th ) of a rail vehicle, wherein the sensor ( 1 ) a transmitting coil ( 4 ) and two receiving coils ( 5 and 6 ), characterized in that the receiving coils ( 5 and 6 ) in each case two spaced, opposite in phase series coils ( 5.1 . 5.2 and 6.1 . 6.2 ) exhibit.

Wheel sensor according to claim 1, characterized in that the partial coils ( 5.1 . 5.2 and 6.1 . 6.2 ) of the partial coil pairs ( 5.1 / 5.2 and 6.1 / 6.2 ) are parameterized identically.

Wheel sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the partial coil pairs ( 5.1 / 5.2 and 6.1 / 6.2 ) in the track longitudinal direction symmetrical to the transmitting coil ( 4 ) are arranged.

Wheel sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the partial coil pairs ( 5.1 / 5.2 and 6.1 / 6.2 ) and / or the transmitting coil ( 4 ) are each incorporated in a resonant circuit circuit.