DE10221577B3 - Magnetic wheel sensor - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen magnetischen Radsensor nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. 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 bzw. Achsenerfassung ein Radimpuls registriert wird. Die Anzahl der Radimpulse gibt im Zusammenwirken mit einem weiteren Radsensor Auskunft über den Belegungszustand des dazwischenliegenden Gleisabschnittes. Aus dem zeitlichen Versatz von zwei räumlich versetzt angeordneten Sensoren kann die übergeordnete Steuerung Informationen über die Richtung und Geschwindigkeit ermitteln, so dass Schlussfolgerungen über die Anzahl der Räder die in eine bestimmte Richtung die Sensoren passiert haben, möglich sind. Bei Ausfall eines der beider Sensoren kann keine Information über Richtung und Geschwindigkeit mehr gewonnen werden.The invention relates to a magnetic wheel sensor according to the preamble of claim 1. Wheel sensors are used in the railway industry for the Track vacancy detection, but also for other switching and signaling tasks are used. Mostly exploited the magnetic field influencing effect of the iron wheels of the rail vehicles. By means of the track body attached inductive sensors that have a specific magnetic field generate, lets the retroactive effect the iron wheels capture, with each wheel or axle detection Wheel impulse is registered. The number of wheel impulses gives in interaction with another wheel sensor information about the occupancy of the intermediate track section. From the time offset of two spatially The higher-level control system can provide information about the Determine direction and speed so that conclusions can be drawn about the Number of wheels that have passed the sensors in a certain direction are possible. If one of the two sensors fails, no information about the direction can be given and speed can be gained more.
Die 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 die Meldesignale der Achszähler extrem hohen Zuverlässigkeitsanforderungen genügen. Es ist sicherzustellen, dass nur die die Sensoren überfahrenden Eisenräder der Schienenfahrzeuge von den Sensoren erfasst werden und Störmagnetfelder anderer Her kunft ignoriert: werden. Das betrifft beispielsweise Magnetfelder, die bei elektrischer Traktion durch Schienenströme und durch Fahrzeugkomponenten wie Transformatoren, Drosseln und elektronische Schienenbremsen entstehen. Letztere stellen ein besonderes Problem dar, da die erzeugten Magnetfelder sehr stark sind. Das gilt insbesondere für die Wirbelstrombremse, die für den ICE (Intercity-Express) entwickelt wurde, da diese Wirbelstrombremse im erregten Zustand ein Störmagnetfeld erzeugt, das das Arbeitsmagnetfeld des induktiven Sensors sehr stark überlagert.The track vacancy detection is an essential decision criterion for the Control of switches and signals. Based on the occupancy status track sections are used to decide whether a rail vehicle may or may not enter this section of track. Consequently, the Signal signals from the axle counters extremely high reliability requirements suffice. It must be ensured that only the iron wheels of the Rail vehicles are detected by the sensors and interference magnetic fields other origin ignored: be. This affects, for example, magnetic fields, those with electrical traction by rail currents and by vehicle components such as Transformers, chokes and electronic rail brakes are created. The latter represent a special problem because the magnetic fields generated are very strong. This applies in particular to the eddy current brake, the for the ICE (Intercity-Express) was developed because of this eddy current brake an excited magnetic field when excited generated, which superimposes the working magnetic field of the inductive sensor very much.
Radsensoren, die mit magnetischen Wechselfeldern arbeiten, gibt es in zwei Ausführungen. Bei der einen Art wird auf einer Seite der Schiene ein Magnetfeld erzeugt und auf der anderen Seite empfangen. Ein Rad auf der Schiene verändert die Kopplung zwischen der Sender- und der Empfängerspule und kann somit erkannt werden. Durch die beidseitige Anordnung ist der Aufwand mit zwei. Gehäusen hoch und für das die Schiene umfassende Magnetfeld wird eine hohe Leistung im Bereich von 1 bis 2 Watt benötigt.Wheel sensors using magnetic Alternating fields work, there are two versions. In one type a magnetic field is generated on one side of the rail and on received on the other side. A wheel on the rail changes that Coupling between the transmitter and the receiver coil and can thus be recognized become. Due to the arrangement on both sides, the effort is two. housings high and for the magnetic field encompassing the rail will perform at a high level Range of 1 to 2 watts required.
Sensoren, die nur auf einer Seite der Schiene montiert werden, arbeiten nach dem Prinzip des magnetischen Näherungsschalters, bei dem das Magnetfeld durch Wirbelströme in der Eisenmasse eines Rades gedämpft wird. Diese Sensoren reagieren auf den Radkranz und kommen mit kleinerer Betriebsleistung im Bereich von ca. 10 bis 50 mW aus. Aufgrund der geringeren Leistung im Magnetfeld werden diese Sensoren allerdings leicht durch äußere Magnetfelder gestört, wie beispielsweise die oben erwähnten Felder von Schienenströmen oder Wirbelstrombremsen.Sensors only on one side the rail are mounted, work on the principle of magnetic Proximity switch where the magnetic field is caused by eddy currents in the iron mass Damped wheel becomes. These sensors react to the wheel rim and come with a smaller one Operating power in the range of approx. 10 to 50 mW. Due to the However, these sensors are of lower power in the magnetic field easily by external magnetic fields disturbed, such as those mentioned above Fields of rail currents or eddy current brakes.
Bei beiden Ausführungen bestehen aufgrund des Wirkungsprinzips Schwierigkeiten, den Temperatureinfluss auszuschließen, der im Wesentlichen über die Temperaturabhängigkeit des Wicklungswiderstandes der Feldspule wirkt.In both versions exist due to the Principle of operation Difficulty excluding the influence of temperature, the essentially about the temperature dependence of the winding resistance of the field coil.
Aufgrund der Komplexität der Innenschaltung der Sensoren ist deren Zuverlässigkeit nur unzurechend. Für das Intervall einer Funktionskontrolle der Sensoren ergeben sich daraus relativ geringe Zeiträume.Due to the complexity of the internal circuit of the sensors is their reliability inadequate. For the interval of a functional check of the sensors results hence relatively short periods of time.
Wenn bei einem Doppelsensorsystem der Einfluss durch ein Rad nicht mehr ausreicht, um beide Sensoren quasi überlappend zu beeinflussen, z. B. bei Rädern mit sehr kleinem Durchmesser, kann keine Information über die Bewegungsrichtung erzeugt werden.If with a double sensor system the influence of one wheel is no longer sufficient for both sensors almost overlapping to influence, e.g. B. on wheels with a very small diameter, can not provide information about the Direction of movement are generated.
Um den Einfluss externer Störmagnetfelder zu
reduzieren, wurden gemäß der
Das Wirkungsprinzip eines gattungsgemäßen Radsensors
gemäß der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen magnetischen Radsensor der gattungsbildenden Art anzugeben, dessen Parameter hinsichtlich der Zuverlässigkeit des Gesamtsystems optimiert sind, wobei insbesondere der Störabstand zu externen Feldern verbessert ist.The invention is based on the object to specify a magnetic wheel sensor of the generic type, its parameters regarding the reliability of the overall system are optimized, in particular the signal-to-noise ratio to external fields is improved.
Die Aufgabe wird. mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Anspruches
Durch gepulste Bestromung wird das Magnetfeld in den Spulen gepulst aufgebaut, wobei nur eine kleine effektive Einschaltdauer erforderlich ist. Dadurch ist die Augenblickleistung im Feld entsprechend größer. Letztlich wird damit der Störabstand zu externen Feldern verbessert. Da die Kopplung zwischen den Spulen temperaturunabhängig ist, wird der Temperatureinfluss auf dem Wicklungswiderstand praktisch bedeutungslos. Bei Doppelsensoren ist durch den gepulsten Betrieb jedes Sensors in den Pulspausen eine Überwachung des jeweils anderen Sensors durch eine magnetische Verkopplung bei sicherer galvanischer und funktioneller Trennung der Sensoren möglich.With pulsed current this is Magnetic field built up in the coils pulsed, whereby only a small effective Duty cycle is required. This is the instantaneous achievement correspondingly larger in the field. Ultimately becomes the signal-to-noise ratio improved to external fields. Because the coupling between the coils independent of temperature the temperature influence on the winding resistance becomes practical meaningless. With double sensors is due to the pulsed operation monitoring of the other sensor in the pulse pauses of each sensor through a magnetic coupling with safe galvanic and functional separation of the sensors possible.
Wenn die Arbeitsfrequenz der Sensorspulen gemäß Anspruch 2 ausreichend hoch gewählt wird, beispielsweise 1 Mhz, kann der Sensor mit Schwingungspaketen im Burst betrieben werden. Wenn beispielsweise zehn Schwingungsperioden von 1Mhz mit einer Wiederholfrequenz von 10Khz genutzt werden, ergibt sich eine effektiver Einschaltdauer von 10%. Dadurch kann die aufgenommene Leistung auf ein Zehntel der Zeit konzentriert werden, wodurch bei gleicher Leistungsaufnahme eine zehnmal höhere Augenblicksleistung im Magnetfeld des Sensors erreichbar ist. Um den gleichen Faktor verbessert sich der Störabstand zu dem Einfluss externer Störfelder. Durch die zeitliche Verschachtelung im Burst können die beiden Sensorsysteme eines Doppelsensors problemlos in einem Gehäuse untergebracht werden, ohne dass durch magnetische Verkopplungen zwischen den Systemen Funktionsstörungen oder -Beeinträchtigungen zu befürchten sind.If the operating frequency of the sensor coils according to claim 2 chosen high enough is, for example 1 Mhz, the sensor with vibration packets be operated in burst. If, for example, ten oscillation periods of 1Mhz with a repetition frequency of 10Khz results effective duty cycle of 10%. This allows the recorded Performance can be concentrated on a tenth of the time, making the same Power consumption a ten times higher instantaneous power can be reached in the magnetic field of the sensor. By the same factor the signal-to-noise ratio improves on the influence of external interference fields. By the temporal nesting in the burst can be done by the two sensor systems of a double sensor can be easily accommodated in one housing without that due to magnetic coupling between the systems malfunctions or -Beeinträchtigungen to fear are.
Da der Radsensor mit Frequenzen größer als 1 Mhz betrieben werden kann, ist eine Ausführung der Spulen gemäß Anspruch 3 in Form von Leiterbahnen auf einer Platine möglich. Dass bei dieser Technik die Güte der Spulen deutlich kleiner ist als bei den bisher eingesetzten gewickelten Spulen, stört das Funktionsprinzip nicht, da die durch das Rad modulierte Kopplung zwischen den Spulen ausgewertet wird. Auch der Temperatureinfluss auf die Spulengüte spielt keine Rolle mehr. Durch die Leiterbahnenausführung der Spulen sind die Herstellungskosten des erfindungsgemäßen magnetischen Radsensors deutlich geringer als bei herkömmlichen Sensoren. Darüber hinaus ergibt sich eine deutlich verbesserte Wiederholgenauigkeit der Parameter.Because the wheel sensor with frequencies greater than 1 Mhz can be operated is an embodiment of the coils according to claim 3 possible in the form of conductor tracks on a circuit board. That with this technique the goodness of the coils is significantly smaller than that of those previously used wound coils, interferes with the functional principle not because the coupling between the coils modulated by the wheel is evaluated. The temperature influence on the coil quality also plays a role no longer matter. Due to the conductor track design of the coils, the manufacturing costs of the magnetic according to the invention Wheel sensor significantly lower than with conventional sensors. Furthermore this results in a significantly improved repeatability of the parameters.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand figürlicher Darstellung näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained below figurative Representation closer explained. Show it:
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