DE19709844A1

DE19709844A1 - Sensor esp. wheel sensor for rail vehicle

Info

Publication number: DE19709844A1
Application number: DE1997109844
Authority: DE
Inventors: Harald Dipl Ing Schmidt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1997-02-28
Filing date: 1997-02-28
Publication date: 1998-09-03

Abstract

The sensor has at least one coil (1) attached to a core. The coil forms part of an LC oscillation loop which is inductively affected by a passing ferromagnetic body. The sensor is particularly a wheel sensor for detecting vehicle wheels running on a track. At least one additional coil (2) connected in series with the first coil (1) is attached to the first coil (1) via a magnetically conductive intermediate layer (4). In the additional coil (2) the resonance current forms a field directed opposite to the field (9) of the other coil (1). The core (5) may be formed as a shell core open on one side to the ferromagnetic body.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Sensor nach dem Oberbe griff des Patentanspruches 1. Ein derartiger Sensor ist bei spielsweise aus der Siemens Zeitschrift, 39. Jahrgang, 1965, Heft 4, Seiten 394-396 bekannt. Dort wird über einen im oder am Schienenkopf angeordneten Radsensor zum Erfassen von auf der Schiene vorüberlaufenden Fahrzeugrädern berichtet. Dieser Radsensor weist einen LC-Schwingkreis auf, der von einem sen soreigenen Oszillator in Resonanz betrieben wird. Die Induk tivität dieses Schwingkreises besteht aus einer in einen Topfkreis eingebrachten Wicklung zum Erzeugen eines in den Laufbereich vorüberlaufender Fahrzeugräder hineinragenden Ma gnetfeldes. Dieses Magnetfeld koppelt mit der Eisenmasse je des am Sensor vorüberlaufenden Fahrzeugrades, wobei das Fahr zeugrad beim Passieren des Magnetfeldes durch Wirbelstrombe dämpfung die Güte des Schwingkreises vorübergehend verändert. Die dadurch bewirkte Änderung der Stromaufnahme des Sensors oder der am Schwingkreis anstehenden Schwingspannung läßt sich detektieren und in nachgeschalteten Auswerteeinrichtun gen in Radsignale und gegebenenfalls Zählimpulse umsetzen.The invention relates to a sensor according to the Oberbe handle of claim 1. Such a sensor is in for example from the Siemens magazine, 39th year, 1965, Issue 4, pages 394-396 known. There is an in or Wheel sensor arranged on the rail head for detecting on vehicle wheels passing by the rail reported. This Wheel sensor has an LC resonant circuit, which is from a sen own oscillator is operated in resonance. The induc The activity of this resonant circuit consists of one in one Pot circle introduced winding to generate a in the Running area of passing vehicle wheels protruding dimensions gnetfeldes. This magnetic field couples with the iron mass of the vehicle wheel passing the sensor, the driving witness wheel when passing the magnetic field through eddy current damping temporarily changes the quality of the resonant circuit. The resulting change in the current consumption of the sensor or the oscillating voltage present at the resonant circuit detect themselves and in downstream evaluation equipment convert conditions into wheel signals and possibly counts.

Die nach dem vorstehenden Prinzip arbeitenden Radsensoren sprechen nicht nur auf die Eisenmasse vorüberlaufender Fahr zeugräder an sondern mindestens gelegentlich auch auf vorbei bewegte fahrzeugseitige Wirbelstrombremsen sowie auch auf Schienenströme mit Frequenzanteilen im Bereich der Schwing frequenz der Sensoren. Um solche unerwünschten Senorbeein flussungen möglichst zu vermeiden, gibt es verschiedene Lö sungsansätze, so z. B. bestimmte Abschirmungen an den Fahr schienen, den Sensoren und/oder den Fahrzeugbremsen.The wheel sensors working according to the above principle don't just talk about the iron mass of passing vehicles witness wheels but at least occasionally on past moving eddy current brakes on the vehicle as well Rail currents with frequency components in the area of the oscillation frequency of the sensors. To such unwanted senorbeein To avoid flows, there are different solutions solution approaches, e.g. B. certain shields on the driver rails, the sensors and / or the vehicle brakes.

Aus der DE 37 20 576 A1 ist eine Einrichtung an einem elek tronischen Doppelschienenkontakt bekannt, die in der Nähe des Doppelschienenkontaktes eine vom Magnetfeld vorüberlaufender Fahrzeugbremsen schaltbare Zusatzinduktivität aufweist. Diese Zusatzinduktivität wird durch die überwiegend niederfrequen ten Erregerfelder eingeschalteter und abgesenkter Fahrzeug bremsen in die Sättigung gesteuert und schließt dabei inter mittierend die beiden Sende- oder Empfangsspulen des Doppel schienenkontaktes kurz. Durch das zeitgleiche intermittieren de Kurzschließen beider Sende- bzw. Empfangsspulen des Dop pelschienenkontaktes fehlt es den beim Vorüberlaufen einer Fahrzeugbremse in den Empfangsspulen induzierten Radsignalen an dem für das Bilden von Zählsignalen erforderlichen Über lappungseffekt, so daß es trotz des Ansprechens der beiden Empfangsspulen nicht zu einem Zählvorgang kommt. Die zum Aus blenden von Bremsenbeeinflussungen vorgesehene Zusatzindukti vität ist so auszubilden und anzuordnen, daß sie während der gesamten möglichen Schienenkontaktbeeinflussung durch eine Fahrzeugbremse in die Sättigung gesteuert ist. Hierzu ist die Zusatzinduktivität nicht direkt am Gleis, sondern neben die sem anzuordnen und durch ein zusätzliches Gehäuse gegen me chanische Beeinflussungen zu schützen. Auch ist die Zusatzin duktivität durch zusätzliche Kabel mit den Schienenkontakten bzw. dem speisenden Generator zu verbinden.DE 37 20 576 A1 describes a device on an elec tronic double rail contact known near the Double rail contact one overflowing from the magnetic field Vehicle brakes has switchable additional inductance. This Additional inductance is due to the predominantly low frequency vehicle field switched on and lowered brake controlled into saturation and closes inter centering the two transmitting or receiving coils of the double rail contact briefly. By intermittent at the same time de Short-circuit both transmit and receive coils of the Dop pel track contact is missing when one passes by Vehicle brake in the reception coils induced wheel signals at the over required for the formation of count signals lapping effect, so that despite the response of the two Receiving coils does not come to a counting process. The one for the end dazzle additional inductors provided by brake influences vity is to be trained and arranged in such a way that total possible rail contact influence by a Vehicle brake is controlled in the saturation. For this is the Additional inductance not directly on the track, but next to the sem to arrange and an additional housing against me to protect Chanian influences. Also is the addition Productivity through additional cables with the rail contacts or to connect the feeding generator.

Ähnliches gilt für eine aus der DE 43 16 980 A1 bekannte Vor richtung zum Erfassen eines schienengebundenen Rades, bei der neben einer für die Sensorfunktion unerläßlichen Sende- und Empfangsspule eine zusätzliche Spule vorgesehen ist, die mit der Empfangsspule in Reihe geschaltet oder ihr parallel ge schaltet ist und wie diese vom Sendemagnetfeld durchsetzt wird. Das Sendemagnetfeld induziert in der Empfängerwicklung und in der Zusatzwicklung abhängig von ihrer geometrischen Anordnung entweder gleichsinnige oder gegensinnige Spannun gen, die im Falle einer Sensorbeeinflussung durch ein Fahr zeugrad zu einer entsprechenden Sensormeldung führen. Werden über ein elektromagnetisches Störfeld, das sich über beide Wicklungen erstreckt, in beiden Spulen Störspannungen indu ziert, so heben sich diese Störspannungen wegen des unter schiedlichen Wicklungssinnes der Wicklungen bzw. der gleich sinnigen Beeinflussung beider Wicklungen gegenseitig auf, so daß derartige Störfelder wie sie z. B. von fahrzeugseitigen Wirbelstrombremsen hervorgerufen werden können, nicht zu Zählvorgängen führen. Auch bei dieser bekannten Vorrichtung wird eine Zusatzinduktivität in Form einer zusätzlichen Spule benötigt, die getrennt von den übrigen Wicklungen anzuordnen ist. Eine Störfeldkompension ist nur bei nach dem Sender- Empfängerprinzip arbeitenden Radsensoren bekannt, nicht aber bei nach dem Oszillatorprinzip arbeitenden Radsensoren.The same applies to a known from DE 43 16 980 A1 direction for grasping a rail-bound wheel in the in addition to a transmission and Receiving coil an additional coil is provided with the receiving coil connected in series or you ge parallel is switched and how it is penetrated by the transmission magnetic field becomes. The transmission magnetic field induces in the receiver winding and in the additional winding depending on their geometric Arrangement of either the same or opposite voltage conditions in the event of a sensor being influenced by a drive lead to a corresponding sensor message. Will about an electromagnetic interference field that is over both Windings extends, in both coils interference voltages indu adorns, these interference voltages rise because of the under different winding sense of the windings or the same sensible influence of both windings on each other, so that such interference fields as z. B. from vehicle side Eddy current brakes can not be caused Perform counting processes. Also with this known device becomes an additional inductance in the form of an additional coil needed to be arranged separately from the other windings is. Interference field compensation is only possible after Known principle of working wheel sensors, but not for wheel sensors working according to the oscillator principle.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 ausgebildeten Sensor so auszugestalten, daß die die Sensorinduktivität durchflutenden Störfelder ganz oder zumindestens überwiegend kompensiert werden, ohne daß es erforderlich ist, eine von der Sensorinduktivität separierte Zusatzinduktivität vorzusehen, die getrennt von den übrigen Wicklungen im Sensorgehäuse festzulegen wäre. The object of the invention is one according to the preamble of Claim 1 trained sensor so that the interference fields flowing through the sensor inductance are entirely or at least predominantly compensated for without it is required to be separate from the sensor inductance Provide additional inductance that is separate from the rest Windings would be fixed in the sensor housing.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1. Die Mantelfläche des Spulen körpers für die Schwingkreisinduktivität bildet dabei den Spulenkörper für die Zusatzinduktivität, fixiert sie und richtet sie zusammen mit der Schwingkreisinduktivität aus.The invention solves this problem by the characterizing Features of claim 1. The outer surface of the coils body for the resonant circuit inductance forms the Coil body for the additional inductance, fixes them and aligns them together with the resonant circuit inductance.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfin dungsgemäßen Sensors sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous refinements and developments of the inventions Sensor according to the invention are specified in the subclaims.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläu tert. Die Zeichnung zeigt inThe invention is based on one in the drawing schematically illustrated embodiment tert. The drawing shows in

Fig. 1 in Form einer Schnittdarstellung die Wicklungsanord nung des erfindungsgemäßen Sensors, in Fig. 1 in the form of a sectional view of the winding arrangement of the sensor according to the invention, in

Fig. 2 die elektrische Beschaltung der Sensorwicklungen und in Fig. 2 shows the electrical wiring of the sensor windings and in

Fig. 3 ein durch einen Schienenstrom verursachtes, die Sen sorwicklungen durchsetzendes Störmagnetfeld. Fig. 3 caused by a rail current, the sensor windings penetrating interference magnetic field.

Die Sensorspulenanordnung gemäß Fig. 1 besteht aus zwei kon zentrischen Wicklungen 1 und 2, von denen die innere auf den Kern 3 und die äußere auf den Mantel 4 eines zu den erfassen den Rädern offenen topfförmigen Schalenkernes 5 aufgebracht ist. Das Material dieses Schalenkernes besteht vorzugsweise aus einem Ferrit. Die beiden Wicklungen 1 und 2 sind in Reihe geschaltet und bilden gemeinsam die Induktivität des in Fig. 2 dargestellten Sensorschwingkreise 6. Dieser umfaßt neben den beiden Wicklungen 1 und 2 noch mindestens einen Kondensa tor 7 und ist über Anschlußleitungen an eine Sensorelektronik 8 angeschlossen. Die beiden Wicklungen 1 und 2 sind so ge schaltet, daß der in ihnen fließende Resonanzstrom um beide Wicklungen 1, 2 einander entgegengerichtete Magnetfelder 9, 10 aufbaut. Hierzu sind die Wicklungen 1, 2, wie in Fig. 2 dargestellt, entweder gegensinnig gewickelt und über ihre einander nicht entsprechenden Anschlüsse gleichsinnig in Rei he geschaltet oder aber die Wicklungen sind gleichsinnig ge wickelt und über ihre einander entsprechenden Anschlüsse ge gensinnig in Reihe geschaltet. Durch die Anordnung und Be schaltung der zusätzlichen, äußeren Wicklung 2 ändert sich der Verlauf des durch die innere Wicklung 1 aufgebauten Sen sormagnetfeldes gegenüber der üblichen Anordnung mit aus schließlich innerer Wicklung 1 prinzipiell nichts; allerdings kann die innere Wicklung 1 nunmehr weniger Windungen aufwei sen als bei einer Anordnung ohne Zusatzwicklung. Ein den Sen sor befahrendes Fahrzeugrad bedämpft mit seiner Eisenmasse die Güte des aus den beiden Wicklungen 1 und 2 und dem Kon densator 7 gebildeten Sensorschwingkreises 6 und veranlaßt damit eine Sensormeldung in gleicher Weise wie bei einem Sen sor ohne Zusatzinduktivität.The sensor coil assembly of Fig. 1 consists of two con centric windings 1 and 2, of which the core 3 and the outer jacket 4 on the one is applied to detect the wheels open cup-shaped shell core 5 inside. The material of this shell core is preferably made of a ferrite. The two windings 1 and 2 are connected in series and together form the inductance of the sensor resonant circuits 6 shown in FIG. 2. In addition to the two windings 1 and 2 , this also comprises at least one capacitor 7 and is connected to sensor electronics 8 via connecting lines. The two windings 1 and 2 are switched so that the resonance current flowing in them around both windings 1 , 2 builds up opposite magnetic fields 9 , 10 . For this purpose, the windings 1 , 2 , as shown in FIG. 2, are either wound in opposite directions and connected in the same direction in series via their connections which do not correspond to one another, or else the windings are wound in the same direction and connected in series in opposite directions via their corresponding connections. The arrangement and loading circuit of the additional, outer winding 2 changes the course of the built up by the inner winding 1 Sen magnetic field compared to the usual arrangement with finally inner winding 1 in principle nothing; however, the inner winding 1 can now have fewer turns than in an arrangement without an additional winding. A vehicle wheel driving the sensor sensor dampens the quality of the sensor resonant circuit 6 formed from the two windings 1 and 2 and the capacitor 7 with its iron mass and thus causes a sensor message in the same way as with a sensor without additional inductance.

Werden die beiden Sensorwicklungen 1 und 2 jedoch von einem Störfeld beeinflußt, so induziert dieses Störfeld in den bei den Wicklungen Störspannungen, die sich infolge des unter schiedlichen Wicklungssinnes der beiden Spulen bzw. der ge gensinnigen Reihenschaltung mindestens zum Teil kompensieren. Beide Störspannungen kompensieren sich auch bei gleicher Win dungszahl im ersten Ansatz nur zum Teil, da beide Spulen dem magnetischen Störfeld eine unterschiedlich große Durchflu tungsfläche bieten. Der Kompensationseffekt läßt sich opti mieren, indem man die Außenwicklung 2 durch eine entsprechen de Ausformung nach Höhe und Höhenlage auf dem Kern und/oder eine entsprechende Anzahl von Windungen so an die Innenspule anpaßt, daß Störfelder in beiden Spulen gleichgroße Störspan nungen induzieren; dieser Kompensationseffekt ist unabhängig von der Größe und der Frequenz der Störfelder. Fig. 3 zeigt ein schematisch angedeutetes, auf einem Schienenstrom beru hendes Störfeld 11, welches die innere und die äußere Spule 1, 2 einer Sensorspulenanordnung gleichsinnig durchsetzt. Durch den unterschiedlichen Wicklungssinn der beiden Wicklun gen bzw. ihre gegensinnige Verschaltung kompensieren sich die vom Störfeld in den beiden Wicklungen 1, 2 induzierten Stör spannungen gegenseitig, so daß es nicht zum Auslösen einer Sensormeldung kommt. Was für das in Fig. 3 dargestellte schienenstrombedingte Störfeld 6 gilt, gilt in entsprechender Weise auch für ein Störfeld, das von einer fahrzeugseitigen Schienenbremse oder von sonstigen magnetischen Fahrzeugein richtungen stammt.However, if the two sensor windings 1 and 2 are affected by an interference field, this interference field induces interference voltages in the windings that at least partially compensate for each other as a result of the different winding senses of the two coils or the opposing series connection. Both interference voltages are only partially compensated for even with the same number of windings in the first approach, since both coils offer a differently large flow area to the magnetic interference field. The compensation effect can be opti mized by adjusting the outer winding 2 by an appropriate de shape according to height and altitude on the core and / or a corresponding number of turns on the inner coil so that interference fields induce equally large interference voltages in both coils; this compensation effect is independent of the size and frequency of the interference fields. Fig. 3 shows a schematically indicated, based on a rail current interference field 11 , which passes through the inner and outer coil 1 , 2 of a sensor coil arrangement in the same direction. Due to the different winding senses of the two windings or their opposite connection, the interference voltages induced by the interference field in the two windings 1 , 2 compensate each other so that there is no triggering of a sensor message. What applies to the rail current-related interference field 6 shown in FIG. 3 applies in a corresponding manner to an interference field that comes from a vehicle-side rail brake or other magnetic vehicle devices.

Die Erfindung ist mit Vorteil auch bei Doppelsensorsystemen aus zwei benachbarten Einzelsensoren anwendbar. Dort ist je dem Einzelsensor eine eigene Zusatzwicklung zuzuordnen. Durch geeignete Maßnahmen ist eine ausreichende magnetische Ent kopplung der beiden Einzelsensoren sicherzustellen.The invention is also advantageous in the case of double sensor systems applicable from two adjacent individual sensors. There is ever to assign a separate additional winding to the individual sensor. By Suitable measures are sufficient magnetic ent ensure coupling of the two individual sensors.

Claims

1.Sensor with at least one winding applied to a core as part of an LC resonant circuit which can be inductively influenced by moving ferromagnetic bodies, in particular wheel sensor for detecting vehicle wheels which are passing on a rail in rail operation, characterized in that the at least one winding ( 1 ) via a magnetically conductive intermediate layer (4) at least one of these trends is series-connected additional winding (2) is applied, in which the current flowing through the windings resonance current, a field (9) of the other winding (1) directed counter field (9) builds up.

2. Sensor according to claim 1, characterized in that the core ( 5 ) is designed as a one-sided to the influencing ferromagnetic body open shell core with at least in union union vertical central axis with the arranged in the shell core winding ( 1 ) and the shell core on the Scha ( 4 ) applied additional winding ( 2 ).

3. Sensor according to claim 2, characterized in that the core ( 5 ) is designed as a ferrite shell core.

4. Sensor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the windings ( 1 , 2 ) are wound in the same direction and are connected in series in opposite directions via their respective connections.

5. Sensor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the windings ( 1 , 2 ) are wound in opposite directions and are connected in the same direction in series via their connections which do not correspond to one another.

6. Sensor according to one of claims 1 to 5, characterized in that the shape of the additional winding ( 2 ) with regard to the number of turns, their arrangement and their dimensions is selected so that any the windings ( 1 , 2 ) together influencing interference fields induce at least approximately equal interference voltages in both windings.