EP1319570A1 - Method and system for detection of objects along a rail - Google Patents

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EP1319570A1
EP1319570A1 EP01129777A EP01129777A EP1319570A1 EP 1319570 A1 EP1319570 A1 EP 1319570A1 EP 01129777 A EP01129777 A EP 01129777A EP 01129777 A EP01129777 A EP 01129777A EP 1319570 A1 EP1319570 A1 EP 1319570A1
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EP
European Patent Office
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detectors
track
response signals
signals
detector
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01129777A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Hanspeter Zehnder
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Schweiz AG
Original Assignee
Siemens Schweiz AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Schweiz AG filed Critical Siemens Schweiz AG
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Priority to AT02774656T priority patent/ATE345964T1/en
Priority to EP02774656A priority patent/EP1453714B1/en
Priority to PCT/EP2002/010838 priority patent/WO2003051700A1/en
Priority to ES02774656T priority patent/ES2277621T3/en
Priority to DE50208808T priority patent/DE50208808D1/en
Publication of EP1319570A1 publication Critical patent/EP1319570A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L1/00—Devices along the route controlled by interaction with the vehicle or vehicle train, e.g. pedals
    • B61L1/02—Electric devices associated with track, e.g. rail contacts
    • B61L1/08—Electric devices associated with track, e.g. rail contacts magnetically actuated; electrostatically actuated
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L29/00—Safety means for rail/road crossing traffic

Definitions

  • the present invention relates to a method and a System for the detection of objects along a track the preamble of claim 1 or 10.
  • the above techniques work reliably, they are however due to the occupancy of a track section Railroad cars and locomotives limited. A car that e.g. got stuck on a level crossing, can with the the aforementioned means cannot be determined.
  • the procedure with the track circuits is included in the winter service Use of salt e.g. in the area of train stations or level crossings Subject to interference, because the one on the route Salt water has a relatively low resistance and between two rails form a flat electrical line. This Effect of false detections occurs both in a DC circuit as well as when applying a signal from some kHz. A repetition of a measurement within a few Seconds provides no new status information.
  • Vehicle Presence System is a system disclosed in which one railway track in the track bed passive magnetic detectors are arranged to track the area around a Level crossing. The detection takes place via a comparison of signals previously used when absent of objects are stored and of signals that are too a time determined by the detection and with the stored signals.
  • This "Vehicle Presence System” is very useful, but with a high circuit-related effort and is related to The number of induction coils that can be used is very limited.
  • the present invention is therefore based on the object a method and a system for longitudinal object detection to specify a track that has a low circuitry Effort can be realized, regardless of direct and indirect weather influences and monitoring a route including the immediate area scalable resolution allowed.
  • FIG. 1a shows an overview of a section of the route.
  • metal detectors D 1 , D 2 , .. are arranged in freely selectable spaces, .., d 34 , d 45 , .. (not completely shown in FIG. 1a and ) enumerated. These gaps result from the operational requirements of a railway administration; Typical orders of magnitude for these spaces are 5 m .. 200 m, for the distance a to the track axis 3 to 6 m.
  • the metal detectors - hereinafter referred to as detectors D 1 , D 2 ,... Are connected to a transmitting / receiving unit 5, with a detector D n being the last detector from a geometric point of view.
  • the index n stands for the maximum number of detectors, typical values for n being in the order of 10 .. 100.
  • FIG. 2 shows the construction of a detector D 1 operating according to the NMR (Nuclear Magnetic Resonance) method, which contains a permanent magnet 10, a gradient coil 11 and a transmission / reception coil 14.
  • the permanent magnet 10 is horseshoe-shaped, a water sample 12 is arranged in the air gap, which is surrounded both by the gradient coil 11 and by the transmission / reception coil 14. It is to be provided constructively that the B field generated in the transmission / reception coil 14 is orthogonal to the B field of the permanent magnet 10.
  • the water sample 12 consists of a glass body filled with distilled water, a typical internal volume (also called measurement volume) of the glass body is of the order of magnitude of 0.5 cm.
  • the design of the measurement volume must be such that on the one hand the highest possible signal intensity is achieved - this is an advantage of a relatively large measurement volume - and on the other hand a high homogeneity of the permanent magnetic field must be ensured via the corresponding measurement volume.
  • the H nuclei of the water molecules H 2 O are particularly suitable for the NMR method.
  • the so-called Larmor frequency of the H-core is 42MHz / Tesla.
  • the signal intensity of the response signal S R is largely determined by the homogeneity of the magnetic field in the air gap. Relatively large metallic objects in the immediate vicinity of the permanent magnet influence the homogeneity of the magnetic field in the air gap, which leads to a broadening of the line and thus almost or completely to an extinction of the NMR signal.
  • the structure and mode of operation of such a detector D 1 is referred to by a person skilled in the art as a so-called NMR detector.
  • the individual detectors D 1 , D 2 , etc. are individually characterized by their own number of turns N 1 , N 2 , .. of the gradient coil 11.
  • the gradient coils 11 of the individual detectors D 1 , D 2 etc. are connected in parallel with one another and connected to a gradient amplifier (not shown in FIG. 1 a).
  • the gradient amplifier can be part of the transmitting / receiving unit 5.
  • the individual transmission / reception coils 14 are preferably connected in parallel to the transmission / reception unit 5; serial connection is also possible.
  • a pulse packet S P (also called a transmission pulse) is shown in FIG. 3 below, which is transmitted by the transmission / reception unit 5 to the detectors D 1 , D 2 , etc.
  • a square wave signal S A is applied to the gradient coils 11 by the gradient amplifier.
  • the duration t A of this square-wave signal S A is, depending on the acquisition time or also the observation time called t A , approximately 2 s.
  • an additional field individual to the permanent magnetic field can be superimposed for each detector D 1 , D 2 . This additional field is matched to the local position of the detector D k in question.
  • the adjustment can also be carried out in the evaluation unit with correction values.
  • the individual number of turns N 1 , N 2 of the gradient coil of the detectors D 1 , D 2 arranged along a track 1 also results in a detector-specific frequency band for the response signal S R for a transmitted pulse packet S P.
  • the pulse width t P must be selected so that all hydrogen atoms in the various detectors D 1 , D 2 , etc. can be excited simultaneously. This means that the bandwidth of the pulse S P must be significantly larger than the frequency deviation between the lowest and highest measuring frequency.
  • the response signal S R of a detector D to a transmitted pulse packet S P is also shown in FIG. 3 in the time domain.
  • the typical observation time (acquisition time) is 1 s, the amplitude in the range of mV.
  • the response signal S R is mapped into the frequency domain by means of a Fourier transformation.
  • the result of this mapping of the response signals S R can be seen with a simplified curve course S Rf from FIG. 1b.
  • the response signals P 1 , P 2 , etc. which are different on the basis of the individual number of turns N 1 , N 2 , etc., are shown on a broken scale - but not as such.
  • the inventive method provides that after installation of the aforementioned system along a TRACK IS 1 on emitted pulse packets S P into the frequency domain transformed the detectors D 1, D 2 attributable response signals P 1, P 2 in either the transmission / reception unit 5 or in an assigned evaluation unit.
  • These stored response signals P 1 , P 2 , P 3 , etc. can be assigned the same or individual tolerance bands for all.
  • the aforementioned square-wave signal for the acquisition and the pulse packet S P are transmitted in a fixed time pattern or as required.
  • the response signals S R thereby received are transformed into the frequency domain and compared with the stored response signals P 1 , P 2 , P 3 , etc.
  • An inequality or an inequality outside of the aforementioned tolerance band leads to the generation of a signal from which an occupancy of the track 1 or track section in question arises.
  • provision can be made in particular to store a selection of the response signals which arise, for example every 10th or 50th signal curve S RF .
  • This storage allows, in particular, a slow change to be recognized and either to generate a warning signal regarding the functionality of the system and / or to correct the stored response signals using a statistical method. It should be noted that outliers are not included in this so-called auto calibration.
  • the embodiment of the invention described above The procedure was primarily based on the detection of non-railway users Objects 6 aligned.
  • the proposed procedure can also be used for railway operations and the Tracking of a train applied along a track section become.
  • the system and method according to the invention is not limited to limited embodiment described above, possible are further evaluation methods, especially by means of a two-dimensional Fourier transformation by time-of-flight shifts to be able to eliminate. This represents the more general Case of the embodiment described above in which the influence of the term is negligible is.
  • the above procedure is not limited to that Railway technology limited, but can e.g. in a Matrix arrangement of detectors at a distance of e.g. 0.5 m also for the detection of metallic objects such as Mines are applied.

Abstract

To determine if a track section (1) is covered by a wagon or foreign object (6) detectors (D1-D5) are arranged as freely selectable intervals along the track. The detectors use an NMR principle with transmitted pulse packets detected by the detectors and response signals converted into the frequency domain using a Fourier transform. An object within range of a detector alters the magnetic field such that largely no response is generated. <??>After Fourier transformation of the response signals, the response signals are assigned to the detectors. Thus the absence of a response signal can be used to indicate the precise location of a possible obstacle on the track. <??>An Independent claim is also included for a corresponding system.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Detektion von Objekten längs eines Geleises nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 10.The present invention relates to a method and a System for the detection of objects along a track the preamble of claim 1 or 10.

Der Nachweis, ob ein Streckenabschnitt oder ein Gleisabschnitt von einem Eisenbahnwagen belegt ist, kann zum Beispiel mit den folgenden Mitteln vorgenommen werden:

  • i) Streckenabschnitte werden mit sogenannten Achszählern überwacht. Sowohl beim Eintritt eines Zuges in einen Streckenabschnitt wie auch beim Verlassen des betreffenden Abschnittes werden die Achsen gezählt und bei Gleichheit erfolgt eine Freimeldung dieses Streckenabschnittes.
  • ii) Speziell kürzere Gleisabschnitte wie z.B. Weichen werden mit sogenannten Gleisstromkreisen gesichert, in dem eine Schiene gegenüber der anderen Schiene elektrisch isoliert ist. Durch das Befahren eines solchen Abschnittes wird durch die Räder einer Achse ein Stromkreis geschlossen und dadurch kann ein Belegtzustand abgeleitet werden.
    • The following can be used, for example, to prove whether a section of a track or a section of track is occupied by a railway carriage:
  • i) Route sections are monitored with so-called axle counters. The axes are counted both when a train enters a section of the route and when it leaves the section concerned, and if this is the same, this section of the route is released.
  • ii) Specially shorter track sections such as switches are secured with so-called track circuits in which one rail is electrically insulated from the other rail. When driving on such a section, an electric circuit is closed by the wheels of an axle and an occupied state can thereby be derived.

    • Die vorstehend genannten Techniken arbeiten zuverlässig, sie sind jedoch auf die Belegung eines Geleiseabschnittes durch Eisenbahnwagen und Lokomotiven beschränkt. Ein Auto, das z.B. auf einem Bahnübergang steckengeblieben ist, kann mit den vorstehend genannten Mitteln nicht festgestellt werden. Das Verfahren mit den Gleisstromkreisen ist im Winterdienst mit Salzeinsatz z.B. im Bereich von Bahnhöfen oder Bahnübergängen Störungen unterworfen, da das auf dem Trasse befindliche Salzwasser einen relativ geringen Widerstand hat und zwischen zwei Schienen eine flächige elektrische Leitung bildet. Dieser Effekt von Fehldetektionen tritt sowohl bei einem Gleichstromkreis wie auch bei Anwendung eines Signals von einigen kHz auf. Eine Wiederholung einer Messung innerhalb von einigen Sekunden liefert keine neue Zustandsinformation. The above techniques work reliably, they are however due to the occupancy of a track section Railroad cars and locomotives limited. A car that e.g. got stuck on a level crossing, can with the the aforementioned means cannot be determined. The The procedure with the track circuits is included in the winter service Use of salt e.g. in the area of train stations or level crossings Subject to interference, because the one on the route Salt water has a relatively low resistance and between two rails form a flat electrical line. This Effect of false detections occurs both in a DC circuit as well as when applying a signal from some kHz. A repetition of a measurement within a few Seconds provides no new status information.

    In der Schrift WO 98/58829 mit der Bezeichnung "Vehicle Presence System" ist ein System offenbart, bei dem längs einer Eisenbahnstrecke im Gleisbett passive magnetische Detektoren angeordnet sind, um die Gleisbelegung in der Umgebung eines Bahnüberganges festzustellen. Die Detektion erfolgt über einen Vergleich von Signalen, die vorgängig bei Abwesenheit von Objekten gespeichert werden und von Signalen, die zu einem durch die Detektion bestimmten Zeitpunkt erfasst und mit den gespeicherten Signalen. Diese "Vehicle Presence System" ist zwar sehr zweckmässig, jedoch mit einem hohen schaltungstechnischen Aufwand verbunden und ist bezüglich der Anzahl einsetzbarer Induktionsspulen stark limitiert.In the document WO 98/58829 with the designation "Vehicle Presence System "is a system disclosed in which one Railway track in the track bed passive magnetic detectors are arranged to track the area around a Level crossing. The detection takes place via a comparison of signals previously used when absent of objects are stored and of signals that are too a time determined by the detection and with the stored signals. This "Vehicle Presence System "is very useful, but with a high circuit-related effort and is related to The number of induction coils that can be used is very limited.

    Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein Verfahren und ein System zur Detektion von Objekten längs eines Geleises anzugeben, das mit einem geringen schaltungstechnischen Aufwand realisierbar ist, unabhängig von direkten und indirekten Witterungseinflüssen ist und eine Ueberwachung einer Strecke einschliesslich der unmittelbaren Umgebung mit skalierbarer Auflösung erlaubt.The present invention is therefore based on the object a method and a system for longitudinal object detection to specify a track that has a low circuitry Effort can be realized, regardless of direct and indirect weather influences and monitoring a route including the immediate area scalable resolution allowed.

    Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 und 10 angegebenen Massnahmen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Ansprüchen angegeben.This object is achieved by those specified in claims 1 and 10 Measures solved. Advantageous embodiments of the Invention are specified in further claims.

    Durch die Verfahrensschritte, wonach

  • A Antwortsignale auf ein an Detektoren ausgesendetes Pulspaket erfasst werden;
  • B die erfassten Antwortsignale werden in ein Signal im Frequenzraum transformiert;
  • C die in den Frequenzraum transformierten Antwortsignale werden mit vorgängig gespeicherten Antwortsignalen verglichen, die bei gesicherter Abwesenheit eines Objektes gemäss den Verfahrensschritten A und B gespeichert wurden, wobei eine festgestellte Ungleichheit als Vorhandensein eines Objektes bewertet wird;
    • ist ein Verfahren geschaffen, dass unabhängig von den Witterungseinflüssen ist und auf robuste Weise eine Erkennung von Objekten längs und in unmittelbarer Umgebung eines Geleises erlaubt. Das erfindungsgemässe Verfahren ist insoweit ein statisches Verfahren, als zweifelhaften Resultaten eine Prüfung des Geleises auf das Vorhandensein von Objekten mehrmals wiederholt werden kann, ohne dass eine Besichtigung vor Ort vorgenommen werden muss.Through the procedural steps after which
  • A response signals to a pulse packet sent to detectors are detected;
  • B the detected response signals are transformed into a signal in the frequency domain;
  • C the response signals transformed into the frequency space are compared with previously stored response signals which were stored in the absence of an object in accordance with method steps A and B, a determined inequality being assessed as the presence of an object;
    • a method has been created that is independent of the weather and allows a robust detection of objects along and in the immediate vicinity of a track. The method according to the invention is a static method insofar as dubious results a check of the track for the presence of objects can be repeated several times without having to visit the site.

    So können sich die folgenden Vorteile zusätzlich ergeben:

  • i) Dadurch dass
    die Detektoren längs des Geleises in frei wählbarer Sequenz positionierbar sind;
    kann das Verfahren optimal auf die mutmasslichen Gefahrenstellen beschränkt werden (Patentanspruch 2).
  • ii) Dadurch dass
    die Detektoren neben dem Geleise positionierbar sind;
    kann ein System zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens installiert und gewartet werden, ohne dass der Eisenbahnbetrieb deswegen unterbrochen werden muss (Patentanspruch 3).
  • iii) Dadurch dass
    im Verfahrensschritt C die in den Frequenzraum transformierten Antwortsignale den Detektoren zuordenbar ist;
    kann ein durch einen Detektor festgestelltes Objekt genau lokalisiert werden und es kann ein Interventionsdetachement genau an die betreffende Stelle der Eisenbahnstrecke dirigiert werden (Patentanspruch 7).
  • iv) Dadurch dass
    dass im Verfahrensschritt C eine Auswahl von in den Frequenzraum transformierten Antwortsignalen auf die in einem festern Zeitraster ausgesandten Pulspakte gespeichert wird;
    lässt sich eine langsam eintretende Veränderung des Systems zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens besonders gut erkennen. Dadurch ist einerseits möglich, die ursprünglich gespeicherten Antwortsignale im Frequenzraum mittels eines statistischen Verfahrens zu korrigieren und andererseits kann exakt ein Logbuch über den Zustand des genannten System geführt werden (Patentanspruch 9).
    • The following additional advantages can result:
  • i) Because
    the detectors can be positioned along the track in a freely selectable sequence;
    the method can be optimally limited to the suspected danger spots (claim 2).
  • ii) By that
    the detectors can be positioned next to the track;
    a system for carrying out the method according to the invention can be installed and maintained without the railway operation having to be interrupted as a result (claim 3).
  • iii) By that
    in step C the response signals transformed into the frequency domain can be assigned to the detectors;
    an object detected by a detector can be located precisely and an intervention detachment can be directed exactly to the relevant point on the railway line (claim 7).
  • iv) By that
    that in method step C a selection of response signals transformed into the frequency space to the pulse packets transmitted in a fixed time pattern is stored;
    a slowly occurring change in the system for carrying out the method according to the invention can be recognized particularly well. This makes it possible, on the one hand, to correct the originally stored response signals in the frequency domain by means of a statistical method, and, on the other hand, it is possible to keep a log book of the state of the said system (claim 9).

    • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Dabei zeigen:

    Figur 1a
    Mit Detektoren versehener Streckenabschnitt zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens
    Figur 1b
    Zuordnung von Signalen nach erfolgter Transformation in den Frequenzraum;
    Figur 2
    Aufbau eines Detektors;
    Figur 3
    Darstellung von ausgesandtem Pulspaket, Signalverlauf für Gradientenspule und Antwortsignal.
    The invention is explained in more detail below with reference to the drawing, for example. Show:
    Figure 1a
    Route section provided with detectors for carrying out the method according to the invention
    Figure 1b
    Assignment of signals after transformation into frequency space;
    Figure 2
    Construction of a detector;
    Figure 3
    Display of the transmitted pulse packet, signal curve for the gradient coil and response signal.

    Figur 1a zeigt einen Streckenabschnitt in der Uebersicht. Parallel zu einem Geleise 1 sind in einem Abstand a von der Gleisachse 2 Metalldetektoren D1, D2, .., in freiwählbaren Zwischenräumen, .., d34, d45, .. angeordnet sind (nicht vollständig in Fig. 1a dargestellt und aufgezählt). Diese Zwischenräume ergeben sich aus den betrieblichen Erfordernissen einer Bahnverwaltung; typische Grössenordnungen für diese Zwischenräume betragen 5 m .. 200 m, für den Abstand a zur Gleisachse 3 bis 6 m. Die Metalldetektoren - im folgenden kurz Detektoren D1, D2, .. genannt, sind mit einer Sende/Empfangseinheit 5 verbunden, wobei ein Detektor Dn geometrisch gesehen der letzte Detektor ist. Der Index n steht dabei für die maximale Anzahl Detektoren, wobei typische Werte für n in der Grössenordnung 10 .. 100 liegen.FIG. 1a shows an overview of a section of the route. Parallel to a track 1, at a distance a from the track axis 2 metal detectors D 1 , D 2 , .., are arranged in freely selectable spaces, .., d 34 , d 45 , .. (not completely shown in FIG. 1a and ) enumerated. These gaps result from the operational requirements of a railway administration; Typical orders of magnitude for these spaces are 5 m .. 200 m, for the distance a to the track axis 3 to 6 m. The metal detectors - hereinafter referred to as detectors D 1 , D 2 ,... Are connected to a transmitting / receiving unit 5, with a detector D n being the last detector from a geometric point of view. The index n stands for the maximum number of detectors, typical values for n being in the order of 10 .. 100.

    Figur 2 zeigt den Aufbau eines nach dem Verfahren NMR (Nuclear Magnetic Resonance) arbeitenden Detektors D1, der einen Permanentmagneten 10, eine Gradientenspule 11 und eine Sende/Empfangsspule 14 enthält. Der Permanentmagnet 10 ist hufeisenförmig, im Luftspalt ist eine Wasserprobe 12 angeordnet, die sowohl von der Gradientenspule 11 wie auch von der Sende/Empfangsspule 14 umgeben ist. Dabei ist konstruktiv vorzusehen, dass das in der Sende-/Empfangsspule 14 erzeugte B-Feld orthogonal zum B-Feld des Permanentmagneten 10 steht. Die Wasserprobe 12 besteht aus einem mit destilliertem Wasser gefüllten Glaskörper, ein typisches Innenvolumen (auch Messvolumen genannt) des Glaskörpers liegt in der Grössenordnung von 0.5 cm . Die Ausgestaltung des Messvolumens muss so sein, dass einerseits eine möglichst hohe Signalintensität erreicht wird - dies als Vorteil eines relativ grossen Messvolumens - und andererseits muss über das entsprechende Messvolumen eine grosse Homogenität des Permanentmagnetfeldes gewährleistet sein. Die H-Kerne der Wassermoleküle H2O eignen sich besonders für das Verfahren NMR. Die sogenannte Larmorfrequenz des H-Kerns beträgt 42MHz/Tesla. Die Signalintensität des Antwortsignals SR wird massgeblich von der Homogenität des Magnetfeldes im Luftspalt bestimmt. Relativ grosse metallische Gegenstände in unmittelbarer Nähe des Permanentmagneten beeinflussen die Homogenität des Magnetfeldes im Luftspalt, was zu einer Linienverbreiterung und somit nahezu oder gänzlich zu einer Auslöschung des NMR-Signals führt. Die Struktur und Wirkungsweise eines solchen Detektors D1 wird vom Fachmann als sogenannter NMR-Detektor bezeichnet. Die einzelnen Detektoren D1, D2 usw. sind individuell durch eine je eigene Windungszahl N1, N2, .. der Gradientenspule 11 gekennzeichnet. Die Gradientenspulen 11 der einzelnen Detektoren D1, D2 usw. sind parallel miteinander verbunden und an einen Gradientenverstärker (nicht in der Fig. 1a eingezeichnet) angeschlossen. Der Gradientenverstärker kann dabei Teil der Sende-/Empfangseinheit 5 sein. Die einzelnen Sende/Empfangsspulen 14 sind vorzugsweise parallel an die Sende/Empfangseinheit 5 angeschlossen; es ist auch eine serielle Anschaltung möglich. FIG. 2 shows the construction of a detector D 1 operating according to the NMR (Nuclear Magnetic Resonance) method, which contains a permanent magnet 10, a gradient coil 11 and a transmission / reception coil 14. The permanent magnet 10 is horseshoe-shaped, a water sample 12 is arranged in the air gap, which is surrounded both by the gradient coil 11 and by the transmission / reception coil 14. It is to be provided constructively that the B field generated in the transmission / reception coil 14 is orthogonal to the B field of the permanent magnet 10. The water sample 12 consists of a glass body filled with distilled water, a typical internal volume (also called measurement volume) of the glass body is of the order of magnitude of 0.5 cm. The design of the measurement volume must be such that on the one hand the highest possible signal intensity is achieved - this is an advantage of a relatively large measurement volume - and on the other hand a high homogeneity of the permanent magnetic field must be ensured via the corresponding measurement volume. The H nuclei of the water molecules H 2 O are particularly suitable for the NMR method. The so-called Larmor frequency of the H-core is 42MHz / Tesla. The signal intensity of the response signal S R is largely determined by the homogeneity of the magnetic field in the air gap. Relatively large metallic objects in the immediate vicinity of the permanent magnet influence the homogeneity of the magnetic field in the air gap, which leads to a broadening of the line and thus almost or completely to an extinction of the NMR signal. The structure and mode of operation of such a detector D 1 is referred to by a person skilled in the art as a so-called NMR detector. The individual detectors D 1 , D 2 , etc. are individually characterized by their own number of turns N 1 , N 2 , .. of the gradient coil 11. The gradient coils 11 of the individual detectors D 1 , D 2 etc. are connected in parallel with one another and connected to a gradient amplifier (not shown in FIG. 1 a). The gradient amplifier can be part of the transmitting / receiving unit 5. The individual transmission / reception coils 14 are preferably connected in parallel to the transmission / reception unit 5; serial connection is also possible.

    In Figur 3 unten ist ein Pulspaket SP (auch Sendepuls genannt) dargestellt, das von der Sende-/Empfangseinheit 5 zu den Detektoren D1, D2, usw. ausgesandt wird. Unmittelbar vorher wird vom Gradientenverstärker ein Rechtecksignal SA an die Gradientenspulen 11 angelegt. Die Dauer tA dieses Rechtecksignals SA liegt, je nach Akquisitionszeit oder auch Beobachtungszeit genannt tA, bei ca. 2 s. Zusammen mit der individuellen Windungszahl der Gradientenspule 11 kann für jedem Detektor D1, D2, usw. ein zum Permanentmagnetfeld individuelles Zusatzfeld überlagert werden. Dabei wird dieses Zusatzfeld auf die örtliche Position des betreffenden Detektors Dk abgestimmt . Die Abstimmung kann dabei auch in der Auswerteeinheit mit Korrekturwerten vorgenommen werden. Durch die je individuelle Windungszahl N1, N2 der Gradientenspule der längs eines Geleises 1 angeordneten Detektoren D1, D2 ergibt sich auch je ein detektorindividuelles Frequenzband für das Antwortsignal SR auf ein ausgesandtes Pulspaket SP. Die Pulsbreite tP muss so gewählt werden, dass alle Wasserstoffatome in den verschiedenen Detektoren D1, D2, usw. gleichzeitig angeregt werden können. Das bedeutet, dass die Bandbreite des Pulses SP deutlich grösser sein muss als die Frequenzabweichung zwischen der tiefsten und höchsten Messfrequenz. Nachfolgend werden typische Werte für das Pulspakt SP angegeben: Trägerfrequenz: 21 MHz (Bei B0 = 0,5 Tesla) Pulsbreite: 5 µs Das Antwortsignal SR eines Detektors D auf ein ausgesandtes Pulspaket SP ist in der Fig. 3 ebenfalls im Zeitbereich dargestellt. Die typische Beobachtungszeit (Akquisitionszeit) liegt bei 1 s, die Amplitude im Bereich von mV. In der Sende/Empfangseinheit 5 oder in einer zugeordneten Auswerteeinheit wird das Antwortsignal SR mittels einer Fouriertransformation in den Frequenzraum abgebildet. Das Ergebnis dieser Abbildung der Antwortsignale SR ist mit einem vereinfacht dargestellten Kurvenverlauf SRf der Figur 1b zu entnehmen. Dabei sind in einer gebrochenen Skala - als solche jedoch nicht dargestellt - die aufgrund der individuellen Windungszahl N1, N2, usw. verschiedenen Antwortsignale P1, P2, usw. dargestellt. Es wird angenommen, dass in der Umgebung des Detektors D3 sich ein metallisches Objekt 6 befindet, dass das Magnetfeld bei der Wasserprobe so beeinträchtigt, dass auf ein ausgesandtes Pulspaket im Frequenzraum kein oder gemäss der Skala kein darstellbares Antwortsignal P3 entsteht. Dadurch lässt sich die Information ableiten, dass die Strecke längs des Geleises 1 belegt ist und demzufolge keine Einstellung eines Signals für eine Durchfahrt eines Zuges vorgenommen werden darf.A pulse packet S P (also called a transmission pulse) is shown in FIG. 3 below, which is transmitted by the transmission / reception unit 5 to the detectors D 1 , D 2 , etc. Immediately beforehand, a square wave signal S A is applied to the gradient coils 11 by the gradient amplifier. The duration t A of this square-wave signal S A is, depending on the acquisition time or also the observation time called t A , approximately 2 s. Together with the individual number of turns of the gradient coil 11, an additional field individual to the permanent magnetic field can be superimposed for each detector D 1 , D 2 . This additional field is matched to the local position of the detector D k in question. The adjustment can also be carried out in the evaluation unit with correction values. The individual number of turns N 1 , N 2 of the gradient coil of the detectors D 1 , D 2 arranged along a track 1 also results in a detector-specific frequency band for the response signal S R for a transmitted pulse packet S P. The pulse width t P must be selected so that all hydrogen atoms in the various detectors D 1 , D 2 , etc. can be excited simultaneously. This means that the bandwidth of the pulse S P must be significantly larger than the frequency deviation between the lowest and highest measuring frequency. Typical values for the Pulspakt S P are given below: Carrier frequency: 21 MHz (at B 0 = 0.5 Tesla) Pulse width: 5 µs The response signal S R of a detector D to a transmitted pulse packet S P is also shown in FIG. 3 in the time domain. The typical observation time (acquisition time) is 1 s, the amplitude in the range of mV. In the transmitting / receiving unit 5 or in an assigned evaluation unit, the response signal S R is mapped into the frequency domain by means of a Fourier transformation. The result of this mapping of the response signals S R can be seen with a simplified curve course S Rf from FIG. 1b. In this case, the response signals P 1 , P 2 , etc., which are different on the basis of the individual number of turns N 1 , N 2 , etc., are shown on a broken scale - but not as such. It is assumed that there is a metallic object 6 in the vicinity of the detector D3, which affects the magnetic field during the water sample in such a way that there is no response signal P3, or no response signal that can be displayed on the scale, in the frequency domain. In this way, the information can be derived that the route along the track 1 is occupied and consequently no setting of a signal for a train passage may be made.

    Nach erfolgter Erläuterung der Infrastruktur sieht eine Implementation des erfindungsgemässen Verfahrens vor, dass nach erfolgter Installation des vorgenannten Systems längs eines Geleises 1 die auf ausgesandte Pulspakte SP in den Frequenzraum transformierten den Detektoren D1, D2 zuzuordnenden Antwortsignale P1, P2 entweder in der Sende-/Empfangseinheit 5 oder in einer zugeordneten Auswerteeinheit gespeichert werden. Diesen gespeicherten Antwortsignalen P1, P2, P3, usw. können dabei pauschal für alle die gleichen oder individuelle Toleranzbänder zugeordnet werden. Für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens werden das vorgängig genannte Rechtecksignal zur Akquisition sowie das Pulspaket SP in einem festen Zeitraster oder bedarfsweise ausgesandt. Die dadurch eingehenden Antwortsignale SR werden in den Frequenzraum transformiert und mit den gespeicherten Antwortsignal P1, P2, P3, usw. verglichen. Eine Ungleichheit bzw. einer Ungleichheit ausserhalb eines vorgenannten Toleranzbandes führt zur Erzeugung eines Signals, aus dem eine Belegung des betreffenden Geleises 1 oder Gleisabschnittes hervorgeht. Durch ein Aussenden in einem festen Zeitraster von z.B. 5 s kann insbesondere vorgesehen werden, eine Auswahl der entstehenden Antwortsignale zu speichern, z.B. jeder 10. oder jedes 50. Signalverlauf SRF. Diese Speicherung erlaubt insbesondere, eine langsame Veränderung zu erkennen und entweder ein Warnsignal bezüglich der Funktionstüchtigkeit des Systems zu erzeugen und/oder durch ein statistisches Verfahren die gespeicherten Antwortsignale zu korrigieren. Dabei ist zu beachten, dass Ausreisser nicht in dieser sogenannten Autokalibration Eingang finden.After the explanation of the infrastructure provides an implementation of the inventive method provides that after installation of the aforementioned system along a TRACK IS 1 on emitted pulse packets S P into the frequency domain transformed the detectors D 1, D 2 attributable response signals P 1, P 2 in either the transmission / reception unit 5 or in an assigned evaluation unit. These stored response signals P 1 , P 2 , P 3 , etc. can be assigned the same or individual tolerance bands for all. To carry out the method according to the invention, the aforementioned square-wave signal for the acquisition and the pulse packet S P are transmitted in a fixed time pattern or as required. The response signals S R thereby received are transformed into the frequency domain and compared with the stored response signals P 1 , P 2 , P 3 , etc. An inequality or an inequality outside of the aforementioned tolerance band leads to the generation of a signal from which an occupancy of the track 1 or track section in question arises. By sending out in a fixed time grid of, for example, 5 s, provision can be made in particular to store a selection of the response signals which arise, for example every 10th or 50th signal curve S RF . This storage allows, in particular, a slow change to be recognized and either to generate a warning signal regarding the functionality of the system and / or to correct the stored response signals using a statistical method. It should be noted that outliers are not included in this so-called auto calibration.

    Die vorstehend beschriebene Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens war primär auf die Detektion von eisenbahnfremden Objekten 6 ausgerichtet. Das vorgeschlagene Verfahren kann aber auch für den Eisenbahnbetrieb selber und die Verfolgung eines Zuges längs eines Gleisabschnitts angewandt werden.The embodiment of the invention described above The procedure was primarily based on the detection of non-railway users Objects 6 aligned. The proposed procedure can also be used for railway operations and the Tracking of a train applied along a track section become.

    Das erfindungsgemässe System und Verfahren ist nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt, möglich sind weitere Auswertungsverfahren, insbesondere mittels einer zweidimensionalen Fouriertransformation um Laufzeitverschiebungen eliminieren zu können. Dies stellt den allgemeineren Fall des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels dar, bei dem der Laufzeiteinfluss vernachlässigbar ist. Das vorstehend erläuterte Verfahren ist nicht auf die Eisenbahntechnik beschränkt, sondern kann z.B. in einer Matrixanordnung von Detektoren in einem Abstand von z.B. 0,5 m auch für die Detektion von metallischen Objekten wie Minen angewendet werden. The system and method according to the invention is not limited to limited embodiment described above, possible are further evaluation methods, especially by means of a two-dimensional Fourier transformation by time-of-flight shifts to be able to eliminate. This represents the more general Case of the embodiment described above in which the influence of the term is negligible is. The above procedure is not limited to that Railway technology limited, but can e.g. in a Matrix arrangement of detectors at a distance of e.g. 0.5 m also for the detection of metallic objects such as Mines are applied.

    Liste der verwendeten Bezugszeichen und AbkürzungenList of reference symbols and abbreviations used

    11
    Geleisetrack
    22
    Gleisachsetrack axis
    55
    Sende-/EmpfangseinheitTransmit / receive unit
    66
    Objekt, metallischObject, metallic
    1010
    Permanentmagnetpermanent magnet
    1111
    Gradientenspulegradient coil
    1212
    Wasserprobewater sample
    1414
    Sende-/EmpfangsspuleTransmitter / receiver coil
    aa
    Abstand der Detektoren D1, D2 von der GleisachseDistance of the detectors D 1 , D 2 from the track axis
    D, D1, D2 , Dk, Dn D, D 1 , D 2 , D k , D n
    Detektorendetectors
    d34 d 34
    Abstand zwischen den Detektoren D3 und D4 Distance between detectors D 3 and D 4
    d45 d 45
    Abstand zwischen den Detektoren D4 und D5 Distance between detectors D 4 and D 5
    N1, N2 N 1 , N 2
    Windungszahl der Gradientenspule des Detektors D1, D2 Number of turns of the gradient coil of the detector D 1 , D 2
    NMRNMR
    Nuclear Magnetic ResonanceNuclear Magnetic Resonance
    P1, P2,P 1 , P 2 ,
    Antwortsignal des betreffenden Detektors D1, D2 im FrequenzraumResponse signal of the relevant detector D 1 , D 2 in the frequency domain
    SA S A
    Rechtecksignal zur AkquisitionRectangular signal for acquisition
    SP S P
    Pulspaketpulse packet
    SR S R
    Antwortsignal eines Detektors D im ZeitbereichResponse signal of a detector D in the time domain
    SRF S RF
    Signalverlauf im Frequenzraum der Gesamtheit der transformierten Antwortsignale SR Waveform in the frequency domain of the entirety of the transformed response signals S R

    Claims (10)

    Verfahren zur Detektion von Objekten (6) längs eines Geleises (1) mit längs des Geleises (1) positionierten Detektoren (D1, D2, ..), wobei Signale von den Detektoren (D1, D2, ..) vorgängig bei Abwesenheit von Objekten gespeichert werden und Signale von den Detektoren (D1, D2, ..) zu einem durch die Detektion bestimmten Zeitpunkt erfasst und mit den gespeicherten Signalen verglichen werden,
    dadurch gekennzeichnet, dass A Antwortsignale (SR) auf ein an Detektoren (D1, D2, ..) ausgesendetes Pulspaket (SP) erfasst werden; B die erfassten Antwortsignale (SR) werden in ein Signal (SRF, P1, P2, ..) im Frequenzraum transformiert; C die in den Frequenzraum transformierten Antwortsignale (SRF, P1, P2, ..) werden mit vorgängig gespeicherten Antwortsignalen verglichen, die bei gesicherter Abwesenheit eines Objektes (6) gemäss den Verfahrensschritten A und B gespeichert wurden, wobei eine festgestellte Ungleichheit als Vorhandensein eines Objektes (6) bewertet wird.     Method for the detection of objects (6) along a track (1) with detectors (D 1 , D 2 , ..) positioned along the track (1), with signals from the detectors (D 1 , D 2 , ..) preceding are stored in the absence of objects and signals from the detectors (D 1 , D 2 , ..) are detected at a point in time determined by the detection and compared with the stored signals,
    characterized in that A response signals (S R ) to a pulse packet (S P ) sent to detectors (D 1 , D 2 , ..) are detected; B the detected response signals (S R ) are transformed into a signal (S RF , P 1 , P 2 , ..) in the frequency domain; C the response signals transformed into the frequency domain (S RF , P 1 , P 2 , ..) are compared with previously stored response signals which were stored in the absence of an object (6) in accordance with method steps A and B, a determined inequality as Presence of an object (6) is assessed.     Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Detektoren (D1, D2, ..) längs des Geleises (1) in frei wählbarer Sequenz (d34, d45, ..) positionierbar sind.    Method according to claim 1,
    characterized in that
    the detectors (D 1 , D 2 , ..) can be positioned along the track (1) in a freely selectable sequence (d 34 , d 45 , ..).         Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Detektoren (D1, D2, ..) neben dem Geleise (1) positionierbar sind.    Method according to claim 1 or 2,
    characterized in that
    the detectors (D 1 , D 2 , ..) can be positioned next to the track (1).         Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3
    dadurch gekennzeichnet, dass
    für den Verfahrensschritt A vorgesehen ist, dass jeder Detektor (D1, D2, ..) nach dem Verfahren Nuclear Magnetic Resonance (NMR) arbeitet.     Method according to one of claims 1 to 3
    characterized in that
    it is provided for method step A that each detector (D 1 , D 2 , ..) operates according to the Nuclear Magnetic Resonance (NMR) method.         Verfahren nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    dass jeder Detektor (D1, D2, ..) eine einen Permanentmagneten (10) umgebende Gradientenspule (11), eine Sende/Empfangsspule (14) sowie eine Wasserprobe (12) aufweist.    Method according to claim 4,
    characterized in that
    that each detector (D 1 , D 2 , ..) has a gradient coil (11) surrounding a permanent magnet (10), a transmission / reception coil (14) and a water sample (12).         Verfahren nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    dass jeder Detektor (D1, D2, ..) durch eine individuelle Windungszahl (N1, N2, ..) der Gradientenspule (11) gekennzeichnet ist.    Method according to claim 5,
    characterized in that
    that each detector (D 1 , D 2 , ..) is characterized by an individual number of turns (N 1 , N 2 , ..) of the gradient coil (11).         Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    im Verfahrensschritt C die in den Frequenzraum transformierten Antwortsignale (SRF, P1, P2, ..) den Detektoren (D1, D2, ..) zuordenbar ist.    Method according to one of claims 1 to 6,
    characterized in that
    in step C, the response signals (S RF , P 1 , P 2 , ..) transformed into the frequency space can be assigned to the detectors (D 1 , D 2 , ..).         Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    im Verfahrensschritt A Pulspakte (SP) in einem festen Zeitraster ausgesandt werden, um eine langsam eintretende Veränderung zu erkennen.    Method according to one of claims 1 to 7,
    characterized in that
    in process step A, pulse pacts (S P ) are sent out in a fixed time frame in order to detect a slowly occurring change.         Verfahren nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    dass im Verfahrensschritt C eine Auswahl von in den Frequenzraum transformierten Antwortsignalen (SRF, P1, P2, ..) auf die in einem festen Zeitraster ausgesandten Pulspakte (SP) gespeichert wird.    A method according to claim 8,
    characterized in that
    that in method step C a selection of response signals (S RF , P 1 , P 2 ,...) transformed into the frequency space is stored for the pulse packets (S P ) emitted in a fixed time frame.         System, das Mittel enthält, um die Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen.System that contains means to take the steps of Execute method according to one of claims 1 to 9.
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