EP2589264B1 - Led-lichtsignal - Google Patents
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- EP2589264B1 EP2589264B1 EP11725717.0A EP11725717A EP2589264B1 EP 2589264 B1 EP2589264 B1 EP 2589264B1 EP 11725717 A EP11725717 A EP 11725717A EP 2589264 B1 EP2589264 B1 EP 2589264B1
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- B61L2207/02—Features of light signals using light-emitting diodes [LEDs]
Definitions
- the invention relates to an LED railway light signal with a signal generator for generating different colored points of light.
- An LED railway light signal is for example from the EP 2 131 628 A2 known.
- LEDs Light signals or LEDs on the basis of LEDs - light emitting diodes - instead of incandescent lamps are increasingly used in many areas, especially in railway signaling. LEDs are comparatively inexpensive, durable and bright. The trend is towards HLED - high current LED - whose light intensity is so high that even a single HLED emits enough light per light point to achieve the required brightness.
- an actual current monitoring for each light point can be additionally provided.
- SIL3 or SIL4 In order to be able to operate the light signal in safety level SIL3 or SIL4, it must be ensured that only the light spot is supplied with the intended color and that the other light points are not current-carrying.
- RGB LEDs are known - red / yellow / blue LEDs - in which three LEDs with the colors red, yellow and blue are integrated into one LED housing. Due to the nature of these RGB LEDs, it is difficult or impossible to determine, based on a current measurement, through which of the three LEDs the current flows. However, this is required to achieve SIL3 or SIL4.
- RGB LEDs it is possible to realize several colors in one light spot. However, LEDs of the same color are always energized so that the number of colors that can be displayed also the number of different colored LEDs is limited. In principle, however, RGB LEDs can be used to achieve a large number of colors, ie color locations, by simultaneously energizing differently colored LEDs or by means of PWM pulse width modulation, which results in mixed colors. This technology is already used for lighting and display purposes. From the DE 202 20 900
- U1 is a navigation light with LEDs known which has an optical sensor for monitoring the color locus and the light intensity.
- An adaptation to signal generator is problematic, however, because of the safety-relevant importance of the light signals in railway operation signal-technically secure monitoring of both the light intensity and the color location is required.
- the invention has for its object to provide a multi-colored LED railway light signal that meets high safety requirements, with mixed colors should be feasible and evaluated in terms of a fail-safe operation of the light signal.
- RGB LEDs Only by the safe detection of environmental conditions, in particular the ambient temperature, it is possible RGB LEDs for light signals with very high safety requirements, in particular SIL3 or SIL4. On color-specific current measurements, which are not possible with RGB LEDs at all or only with great difficulty, can be dispensed with. Due to the tendency for brighter LEDs and at the same time decreasing manufacturing costs, it is possible to use a single RGB LED instead of at least three individual HLEDs of different colors. The colors can also be safely mixed by signal technology.
- the safe monitoring is based on the control for generating the required color location and the safe monitoring of the ambient conditions dependent, actually emitted light.
- the control usually does not have to be safety-relevant, but the overall system can be classified as fail-safe in the sense of SIL3 or SIL4 by the fail-safe monitoring of the expected function.
- At least two independent optical sensors are provided. This ensures that changes in a measurement channel can be revealed.
- the error detection can be additionally supported by a method that increases and decreases the target brightness slightly in the tolerable range. If the actual brightness measured in the at least two channels follows the setpoint brightness as expected, a fault-free system can be assumed.
- the same principle can also be applied alternatively or additionally by varying the color location, whereby even higher safety requirements can be realized.
- the evaluation device additionally has means for comparing the actual color location and / or the actual light intensity with a desired color location and / or a desired light intensity, wherein deviations that exceed a threshold trigger an intrinsically safe reaction.
- the feedback to the signal box can be based on the monitoring or the intrinsically safe reaction.
- the evaluation device calculates an expected sensor signal from the drive signal for the signal transmitter and the spectral sensitivity of the optical sensor. This desired sensor signal is compared with the detected actual sensor signal. The deviation is evaluated, where appropriate, an intrinsically safe reaction, eg. B. a fail-safe shutdown occurs. In the event of a fault, the evaluation device ensures that current is supplied according to the fail-safe principle, ie in the case of a light signal for the signal indication indication that the red stop signal is lit.
- the optical sensor has a plurality of color-specific individual sensors.
- the color-specific single sensor registers only a brightness of the signal or a light intensity when the light spot was driven with the associated color. Errors of any kind are easily detected, since then either none of the color-specific individual sensors or a single sensor, which is not assigned to the desired color, generates an output signal.
- the color-specific individual sensor can be realized, for example, by means of upstream color filters.
- a brightness sensor can be used which is suitable for the entire color range, ie. H. for the entire visible light spectrum.
- the color filter upstream of the single sensor causes the single sensor to react only to a specific color.
- the optical sensor can also be designed as a broad-spectrum sensor according to claim 4.
- the output signal of the optical sensor must be evaluated taking into account the spectral sensitivity of the sensor with regard to the spectral composition.
- the senor is connected according to claim 5 via a sensor amplifier and an A / D converter with the digital evaluation device, in particular a controller, for determining the actual color location and the actual light intensity.
- the optical sensor detects the emitted light.
- the sensor amplifier is used to amplify and calibrate the output signal of the optical sensor. Calibration allows physical properties, For example, the sensitivity of the sensor or the input range of the evaluation, be compensated.
- the output signals of the optical sensor can be normalized such that a conclusion on the color components is possible directly from the output signals.
- the adjustment values follow from the properties of the sensor.
- the environmental behavior, in particular the temperature behavior of the sensor is taken into account in the generation of the adjustment signal.
- the adjustment can also be shifted from the sensor amplifier to the evaluation device.
- a sensitivity profile is stored in the controller.
- the sensor amplifier can thereby be simplified. Due to the required higher dynamics of the input values, however, the demands on the A / D converter, which precedes the controller, are increasing.
- both narrowband sensors according to claim 3 and broadband sensors according to claim 4 can be used advantageously.
- An LED railway light signal consists essentially of a signal generator 1, which is controlled by a signal box 2. 3 is and components for light emission and a monitoring device 4, which is connected via a feedback message 5 with the signal box 2.
- the signal transmitted from the interlocking 2 to a control device 7 equipped with a temperature sensor 6 to the signal generator 1 contains information about the required signal image of the signal generator 1, in particular in terms of color and light intensity.
- the request message is linked to the output signal of the temperature sensor 6 for generating a desired signal 8, which is converted via an LED driver 9 in three control signals for at least one RGB LED 10, wherein the RGB LED 10 individual LEDs 11, 12 and 13 in the colors red, yellow and blue.
- the color of the light emitted via an optical system 14 is defined by the relative ratio of the three driving signals for the colors red, yellow and blue. This can be done for example via a pulse width modulation with corresponding pulse / pause ratios in conjunction with a variation of the respective LED current.
- the light intensity results as the sum of the drive signals.
- the monitoring device 4 consists essentially of an optical sensor 15, a sensor amplifier 16 and an evaluation device 17.
- the optical sensor 15 detects the light of the RGB LED 10, while the sensor amplifier 16 is used to amplify and calibrate the sensor values. By means of calibration, physical properties of the sensor system, for example spectral sensitivity, are compensated.
- the evaluation device 17 determines from the signals of the sensor amplifier 16, the color and the intensity of the emitted Light. By linking or synchronizing with the desired signal 8 generated by the control device 7, the reliability or the availability of the monitoring can be increased.
- the evaluation device 17 is like the control device 7 provided with a temperature sensor 18, so that taking into account the ambient temperature feedback 5 of the state of the signal generator 1 can be done to the interlocking 2. Also possible is an intrinsically safe reaction of the signal generator 1, z. B. a shutdown, which may be included in the feedback 5.
- FIG. 2 shows an embodiment of the monitoring device 4 with an optical sensor 15.1, the color-specific, ie spectrally narrow-band, individual sensors 19 for red, 20 for yellow and 21 for blue includes.
- the three output signals of this multi-color sensor 15.1 are adjusted in a three-channel sensor amplifier 16.1 such that a direct inference to the respective color components of the three channels is possible from the signals of the multicolor sensor 15.1.
- the adjustment values follow from the properties of the multicolor sensor 15.1 and are preferably stored in a controller of the evaluation device 17. If the evaluation device 17 is connected to environmental sensors 22, for example temperature sensors 18, the adjustment signal 23 can additionally take into account the behavior of the multicolor sensor 15.1 which is dependent on environmental conditions.
- FIG. 3 shows a variant of the monitoring device 4 according to FIG. 2 , in which the sensitivity adjustment does not take place in the sensor amplifier 16.1, but in the evaluation device 17.1.
- the structure of the sensor amplifier 16 can thereby be simplified, while increasing the dynamics of the input values of the evaluation 17.1, however, the requirements of its upstream A / D converter.
- FIG. 4 illustrates a further variant for a monitoring device 4 according to FIG. 1 ,
- a linkage of the measurement signal with the branched off from the control device 7 target signal 8
- a calculation of the expected signal of the optical multi-color sensor 15.1 is possible in the evaluation device 17.
- the factors for the calculation result from the spectral sensitivities of the multicolor sensor 15.1, ie from sensor-specific properties and the switching state of the signal generator 1 derived from the desired signal 8. In this way, the conversion of the sensor signal into a color information can be dispensed with.
- FIG. 4 This monitoring variant with reference / actual comparison is shown in FIG. 4 for a sensor amplifier / evaluation device module 16.1 / 17 FIG. 2 and in FIG. 5 for a sensor amplifier / evaluation unit assembly 16 / 17.1 FIG. 3 shown.
- a wide-spectrum sensor 15.2 is provided instead of the multi-color sensor 15.1. This generates an output signal, which is fed to a single-channel sensor amplifier 16.2.
- the evaluation device 17 calculates an expected sensor signal from the desired signal 8 and the spectral sensitivity of the wide-spectrum sensor 15.2. This expected signal is compared with the detected signal of the wide-spectrum sensor 15.2. A deviation between the desired and actual signal is evaluated in a voter 24 and fed to the feedback signal 5 to the signal box 2.
- FIG. 7 shows the principle for the calculation of the desired signal 8 for the wide-spectrum sensor 15.2.
- the control device 7 generates for the colors red rt, yellow ge and blue bl PWM signals with different lengths of light and dark phases within a constant period t.
- the period t is below the perception threshold.
- By temporally high-resolution sampling of the measured sensor signal in combination with synchronous detection of the desired signal 8 is a failed or weakened color or LED recognizable.
- the illustrated mixed colors for red rt, yellow and blue must also be bl as summation of the respective bright phases of the individual colors within the period t.
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Description
- Die Erfindung betrifft ein LED-Eisenbahnlichtsignal mit einem Signalgeber zur Erzeugung verschiedenfarbiger Lichtpunkte.
- Ein LED Eisenbahnlichtsignal ist beispielsweise aus der
EP 2 131 628 A2 bekannt. - Die nachstehenden Erläuterungen beziehen sich im Wesentlichen auf Eisenbahnlichtsignale in Form von Leuchtzeichen oder Lichtsignalen zur Darstellung von Signalbegriffen bei schienengebundenen Verkehrswegen, ohne dass der beanspruchte erfinderische Gegenstand auf diese Anwendung beschränkt sein soll.
- Lichtsignale oder Leuchtzeichen auf der Basis von LEDs - lichtemittierende Dioden - anstelle von Glühlampen werden in vielen Bereichen, insbesondere in der Eisenbahnsignaltechnik, zunehmend angewendet. LEDs sind vergleichsweise preiswert, langlebig und lichtstark. Dabei geht der Trend in Richtung HLED - Hochstrom-LED -, deren Lichtstärke derart hoch ist, dass bereits eine einzige HLED pro Lichtpunkt genügend Licht emittiert, um die geforderte Helligkeit zu erreichen.
- Bei den bisher üblichen LED-Matrizen mit einer Vielzahl von LEDs wird deren Funktionsfähigkeit durch eine Strommessung überwacht. Dabei ist gewährleistet, dass auch bei einigen defekten oder ausgefallenen LEDs über einen bestimmten Zeitraum eine Mindesthelligkeit erhalten bleibt. Bei HLEDs führt deren Ausfall dagegen schlagartig zu einem extremen Helligkeitsverlust, so dass das übliche Überwachungskonzept mittels Strommessung den sicherheitstechnischen Anforderungen, insbesondere bei den Sicherheitsstufen SIL3 und SIL4 nicht mehr genügt. Die Sicherheitsstufen sind in der Cenelec-Norm EN50129 von SILO - signaltechnisch nicht sicher - bis SIL4 - signaltechnisch hochgradig sicher - definiert. Um die Funktionsfähigkeit der LEDs, insbesondere der HLEDs, zu überprüfen, wird deshalb zunehmend anstelle der Bestromung oder zusätzlich die Lichtstärke des Signals gemessen. Die gemessene Ist-Lichtstärke kann auch als Führungsgröße für eine Regelung der Lichtstärke auf einen vorgegebenen Sollwert verwendet werden.
- Bei Lichtsignalen mit verschiedenfarbigen Lichtpunkten kann zusätzlich eine Ist-Stromüberwachung für jeden Lichtpunkt vorgesehen werden. Um das Lichtsignal in Sicherheitsstufe SIL3 oder SIL4 betreiben zu können, muss sichergestellt sein, dass nur der Lichtpunkt mit der vorgesehenen Farbe bestromt isst und dass die weiteren Lichtpunkte nicht stromdurchflossen sind.
- Ein weiterer Trend in der LED-Technologie besteht darin, LEDs unterschiedlicher Farben in einer kompakten Baueinheit zusammenzufassen. Bekannt sind beispielsweise RGB-LEDs - Rot/Gelb/Blau-LEDs -, bei denen in einen LED-Gehäuse drei LEDs mit den Farben rot, gelb und blau integriert sind. Bei diesen RGB-LEDs ist es bauartbedingt nicht oder nur schwer möglich, aufgrund einer Strommessung zu ermitteln, durch welche der drei LEDs der Strom fließt. Dies ist jedoch erforderlich, um SIL3 oder SIL4 zu erreichen.
- Mit RGB-LEDs ist es möglich, mehrere Farben in einem Lichtpunkt zu realisieren. Dabei werden jedoch immer LEDs gleicher Farbe bestromt, so dass die Anzahl der darstellbaren Farben auch die Anzahl verschiedenfarbiger LEDs begrenzt ist. Prinzipiell kann mit RGB-LEDs jedoch eine Vielzahl von Farben, d. h. Farborten, erreicht werden, indem gleichzeitig verschiedenfarbige LEDs bestromt oder mittels PWM - Pulsweitenmodulation - angesteuert werden, wodurch sich Mischfarben ergeben. Diese Technologie wird bereits für Beleuchtungs- und Anzeigezwecke verwendet. Aus der
DE 202 20 900 - U1 ist eine Navigationsleuchte mit LEDs bekannt, die einen optischen Sensor zur Überwachung des Farbortes und der Lichtstärke aufweist. Eine Adaption auf Signalgeber ist jedoch problematisch, da wegen der sicherheitsrelevanten Bedeutung der Lichtsignale im Eisenbahnbetrieb eine signaltechnisch sichere Überwachung sowohl der Lichtstärke als auch des Farbortes erforderlich ist.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein mehrfarbiges LED-Eisenbahnlichtsignal anzugeben, das hohen Sicherheitsanforderungen genügt, wobei auch Mischfarben realisierbar und hinsichtlich einer signaltechnisch sicheren Funktionsweise des Lichtsignals auswertbar sein sollen.
- Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den Gegenstand nach Anspruch 1 gelöst.
- Erst durch die sichere Erfassung der Umgebungsbedingungen, insbesondere der Umgebungstemperatur, ist es möglich, RGB-LEDs für Lichtsignale mit sehr hohen Sicherheitsanforderungen, insbesondere SIL3 oder SIL4, verwenden zu können. Auf farbspezifische Strommessungen, die bei RGB-LEDs überhaupt nicht oder nur mit größten Schwierigkeiten möglich sind, kann verzichtet werden. Aufgrund der Tendenz zu lichtstärkeren LEDs und gleichzeitig sinkender Herstellungskosten ist es möglich, anstelle mindestens dreier einzelner HLEDs unterschiedlicher Farben eine einzige RGB-LED einzusetzen. Die Farben können außerdem signaltechnisch sicher gemischt werden.
- Die sichere Überwachung basiert auf der Ansteuerung zur Erzeugung des geforderten Farbortes und der sicheren Überwachung des von Umgebungsbedingungen abhängigen, tatsächlich emittierten Lichts. Die Ansteuerung muss üblicherweise nicht sicherheitsrelevant erfolgen, wobei das Gesamtsystem aber durch die signaltechnisch sichere Überwachung der erwarteten Funktion als signaltechnisch sicher im Sinne von SIL3 oder SIL4 eingestuft werden kann.
- Vorzugsweise sind mindestens zwei unabhängige optische Sensoren vorgesehen. Dadurch ist gewährleistet, dass Änderungen in einem Messkanal offenbart werden können. Die Fehlererkennung kann zusätzlich durch ein Verfahren unterstützt werden, das die Soll-Helligkeit geringfügig im tolerierbaren Bereich erhöht und erniedrigt. Wenn die in den mindestens zwei Kanälen gemessene Ist-Helligkeit der Soll-Helligkeit erwartungsgemäß folgt, kann von einem fehlerfreien System ausgegangen werden. Das gleiche Prinzip kann auch durch Variation des Farbortes alternativ oder zusätzlich angewendet werden, wodurch noch höhere Anforderungen an die Sicherheit realisierbar sind.
- Durch eine geeignete Verknüpfung mit Außeneinflüssen, beispielsweise Temperatur oder Umgebungslicht, können physikalische Eigenschaften von Bauelementen, z. B. deren Temperaturverhalten, oder des Einsatzortes, z. B. hinsichtlich der Umgebungslichtverhältnisse, kompensiert werden, so dass ein Rückmeldesignal an das Stellwerk gemeldet wird, welches direkt mit dem Ansteuersignal zur Beaufschlagung des Signalgebers vergleichbar ist. Im Stellwerk ist somit jederzeit eine zuverlässige Information über die ordnungsgemäße Funktion des LED-Lichtsignals vorhanden.
- Gemäß Anspruch 2 besitzt die Auswerteeinrichtung zusätzlich Mittel zum Vergleich des Ist-Farbortes und/oder der Ist-Lichtstärke mit einem Soll-Farbort und/oder einer Soll-Lichtstärke, wobei Abweichungen, die einen Schwellwert überschreiten, eine eigensichere Reaktion auslösen. Die Rückmeldung an das Stellwerk kann dabei auf Basis der Überwachung oder der eigensicheren Reaktion erfolgen.
- Die Auswerteeinrichtung berechnet aus dem Ansteuersignal für den Signalgeber und der spektralen Empfindlichkeit des optischen Sensors ein erwartetes Sensorsignal. Dieses Soll-Sensorsignal wird mit dem erfassten Ist-Sensorsignal verglichen. Die Abweichung wird bewertet, wobei ggf. eine eigensichere Reaktion, z. B. eine signaltechnisch sichere Abschaltung, erfolgt. Im Fehlerfall sorgt die Auswerteeinrichtung dafür, dass eine Bestromung nach dem Fail-Safe-Prinzip erfolgt, d. h. im Falle eines Lichtsignals für die Signalbegriffsanzeige, dass das rote Haltsignal leuchtet.
- Gemäß Anspruch 3 ist vorgesehen, dass der optische Sensor mehrere farbspezifische Einzelsensoren aufweist. Der farbspezifische Einzelsensor registriert nur dann eine Helligkeit des Signals bzw. eine Lichtstärke, wenn der Lichtpunkt mit der zugeordneten Farbe angesteuert wurde. Fehler jeglicher Art werden leicht erkannt, da dann entweder keiner der farbspezifischen Einzelsensoren oder ein Einzelsensor, der nicht der gewünschten Farbe zugeordnet ist, ein Ausgangssignal erzeugt.
- Der farbspezifische Einzelsensor kann beispielsweise mittels vorgeschalteter Farbfilter realisiert werden. Auf diese Weise kann ein Helligkeitssensor verwendet werden, der für den gesamten Farbbereich, d. h. für das gesamte sichtbare Lichtspektrum, ausgelegt ist. Der dem Einzelsensor vorgeschaltete Farbfilter bewirkt, dass der Einzelsensor nur auf eine bestimmte Farbe reagiert.
- Der optische Sensor kann aber gemäß Anspruch 4 auch als Breitspektrumsensor ausgebildet sein. In dem Fall muss das Ausgangssignal des optischen Sensors unter Berücksichtigung der spektralen Empfindlichkeit des Sensors hinsichtlich der spektralen Zusammensetzung ausgewertet werden.
- Vorzugsweise ist der Sensor gemäß Anspruch 5 über einen Sensorverstärker und einen A/D-Wandler mit der digitalen Auswerteeinrichtung, insbesondere einem Controller, zur Ermittlung des Ist-Farbortes und der Ist-Lichtstärke verbunden. Der optische Sensor erfasst das emittierte Licht. Der Sensorverstärker dient der Verstärkung und Kalibrierung des Ausgangssignals des optischen Sensors. Durch die Kalibrierung können physikalische Eigenschaften, beispielsweise die Empfindlichkeit des Sensors oder der Eingangsbereich der Auswerteeinrichtung, ausgeglichen werden.
- Durch den Empfindlichkeitsabgleich können die Ausgangssignale des optischen Sensors derart normiert werden, dass direkt aus den Ausgangssignalen ein Rückschluss auf die Farbanteile möglich ist. Die Abgleichwerte folgen aus den Eigenschaften des Sensors. Vorzugsweise wird auch das Umweltverhalten, insbesondere das Temperaturverhalten, des Sensors bei der Erzeugung des Abgleichsignals berücksichtigt.
- Der Abgleich kann aber auch von dem Sensorverstärker auf die Auswerteeinrichtung verlagert werden. Dabei wird ein Empfindlichkeitsprofil im Controller abgelegt. Der Sensorverstärker kann dadurch vereinfacht werden. Durch die erforderliche höhere Dynamik der Eingangswerte steigen jedoch die Anforderungen an den A/D-Wandler, der dem Controller vorgeschaltet ist.
- Durch geeignete Wahl des Auswerteverfahrens lassen sich sowohl schmalbandige Sensoren gemäß Anspruch 3 als auch breitbandige Sensoren gemäß Anspruch 4 vorteilhaft verwenden.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand figürlicher Darstellungen näher erläutert. Es zeigen:
- Figur 1
- wesentliche Baugruppen eines erfindungsgemäßen LED-Lichtsignals,
- Figur 2
- eine erste Ausführungsform einer Überwachungseinrichtung gemäß
Figur 1 , - Figur 3
- eine zweite Ausführungsform einer Überwachungseinrichtung gemäß
Figur 1 , - Figur 4
- eine dritte Ausführungsform einer Überwachungseinrichtung gemäß
Figur 1 , - Figur 5
- eine vierte Ausführungsform einer Überwachungseinrichtung gemäß
Figur 1 , - Figur 6
- eine fünfte Ausführungsform einer Überwachungseinrichtung gemäß
Figur 1 und - Figur 7
- ein Berechnungsschema bezüglich des Soll-Sensorsignals für eine Überwachungseinrichtung gemäß
Figur 6 . - Ein LED-Eisenbahnlichtsignal besteht im Wesentlichen aus einem Signalgeber 1, der von einem Stellwerk 2 angesteuert 3 wird und Komponenten zur Lichtabstrahlung sowie eine Überwachungseinrichtung 4 aufweist, welche über eine Rückmeldung 5 mit dem Stellwerk 2 verbunden ist.
- Die von dem Stellwerk 2 an eine mit einem Temperatursensor 6 ausgestattete Ansteuereinrichtung 7 übermittelte Anforderung an den Signalgeber 1 beinhaltet Information über das geforderte Signalbild des Signalgebers 1, insbesondere hinsichtlich Farbe und Lichtstärke. In der Ansteuereinrichtung 7 wird die Anforderungsmeldung mit dem Ausgangssignal des Temperatursensors 6 zur Erzeugung eines Soll-Signals 8 verknüpft, welches über einen LED-Treiber 9 in drei Ansteuerungssignale für mindestens eine RGB-LED 10 umgesetzt wird, wobei die RGB-LED 10 Einzel-LEDs 11, 12 und 13 in den Farben rot, gelb und blau aufweist.
- Die Farbe des über ein optisches System 14 ausgesendeten Lichts wird durch das relative Verhältnis der drei Ansteuerungssignale für die Farben rot, gelb und blau definiert. Das kann beispielsweise über eine Pulsweitenmodulation mit entsprechenden Puls/Pausen-Verhältnissen in Verbindung mit einer Variation des jeweiligen LED-Stromes erfolgen. Die Lichtstärke ergibt sich als Summe der Ansteuerungssignale.
- Die Überwachungseinrichtung 4 besteht im Wesentlichen aus einem optischen Sensor 15, einem Sensorverstärker 16 und einer Auswerteeinrichtung 17. Der optische Sensor 15 erfasst das Licht der RGB-LED 10, während der Sensorverstärker 16 der Verstärkung und Kalibrierung der Sensorwerte dient. Mittels Kalibrierung werden physikalische Eigenschaften der Sensorik, beispielsweise spektrale Empfindlichkeit, ausgeglichen.
- Die Auswerteeinrichtung 17 bestimmt aus den Signalen des Sensorverstärkers 16 die Farbe und die Lichtstärke des ausgesendeten Lichts. Durch eine Verknüpfung bzw. Synchronisierung mit dem von der Ansteuereinrichtung 7 erzeugten Soll-Signal 8 kann die Zuverlässigkeit bzw. die Verfügbarkeit der Überwachung erhöht werden. Die Auswerteeinrichtung 17 ist wie die Ansteuereinrichtung 7 mit einem Temperatursensor 18 versehen, so dass unter Berücksichtigung der Umgebungstemperatur die Rückmeldung 5 des Zustandes des Signalgebers 1 an das Stellwerk 2 erfolgen kann. Möglich ist auch eine eigensichere Reaktion des Signalgebers 1, z. B. eine Abschaltung, die in der Rückmeldung 5 enthalten sein kann.
-
Figur 2 zeigt eine Ausführungsform der Überwachungseinrichtung 4 mit einem optischen Sensor 15.1, der farbspezifische, d. h. spektral schmalbandige, Einzelsensoren 19 für rot, 20 für gelb und 21 für blau beinhaltet. Die drei Ausgangssignale dieses Mehrfarbsensors 15.1 werden in einem dreikanaligen Sensorverstärker 16.1 derart abgeglichen, dass aus den Signalen des Mehrfarbsensors 15.1 ein direkter Rückschluss auf die jeweiligen Farbanteile der drei Kanäle möglich ist. Die Abgleichwerte folgen aus den Eigenschaften des Mehrfarbsensors 15.1 und sind vorzugsweise in einem Controller der Auswerteeinrichtung 17 gespeichert. Wenn die Auswerteeinrichtung 17 mit Umgebungssensoren 22, beispielsweise Temperatursensoren 18, beschaltet ist, kann das Abgleichsignal 23 zusätzlich das von Umgebungsbedingungen abhängige Verhalten des Mehrfarbsensors 15.1 berücksichtigen. -
Figur 3 zeigt eine Variante der Überwachungseinrichtung 4 gemäßFigur 2 , bei der der Empfindlichkeitsabgleich nicht im Sensorverstärker 16.1, sondern in der Auswerteeinrichtung 17.1 stattfindet. Der Aufbau des Sensorverstärkers 16 kann dadurch vereinfacht werden, während durch höhere Dynamik der Eingangswerte der Auswerteeinrichtung 17.1 jedoch die Anforderungen an dessen vorgeschalteten A/D-Wandler steigen. -
Figur 4 veranschaulicht eine weitere Variante für eine Überwachungseinrichtung 4 gemäßFigur 1 . Zusätzlich zu der Ausführungsform gemäßFigur 2 erfolgt hier eine Verknüpfung des Messsignals mit dem von der Ansteuereinrichtung 7 abgezweigten Soll-Signal 8 Dadurch ist in der Auswerteeinrichtung 17 eine Berechnung des zu erwartenden Signals des optischen Mehrfarbsensors 15.1 möglich. Die Faktoren für die Berechnung ergeben sich aus den spektralen Empfindlichkeiten des Mehrfarbsensors 15.1, d. h. aus sensorspezifischen Eigenschaften und dem aus dem Soll-Signal 8 abgeleiteten Schaltzustand des Signalgebers 1. Auf diese Weise kann die Umrechnung des Sensorsignals in eine Farbinformation entfallen. - Diese Überwachungsvariante mit Soll/Ist-Vergleich ist in Figur 4 für eine Sensorverstärker/Auswerteeinrichtung-Baugruppe 16.1/17 nach
Figur 2 und inFigur 5 für eine Sensorverstärker/Auswerteeinrichtung-Baugruppe 16/17.1 nachFigur 3 dargestellt. - Bei der in
Figur 6 dargestellten Ausführungsform der Überwachungseinrichtung 4 ist anstelle des Mehrfarbsensors 15.1 ein Breitspektrumsensor 15.2 vorgesehen. Dieser erzeugt ein Ausgangssignal, welches einem einkanaligen Sensorverstärker 16.2 zugeführt ist. Wie bei den Ausführungsformen derFiguren 4 und5 berechnet die Auswerteeinrichtung 17 aus dem Soll-Signal 8 und der spektralen Empfindlichkeit des Breitspektrumsensors 15.2 ein erwartetes Sensorsignal. Dieses erwartete Signal wird mit dem erfassten Signal des Breitspektrumsensors 15.2 verglichen. Eine Abweichung zwischen Soll- und Ist-Signal wird in einem Voter 24 bewertet und der Rückmeldung 5 an das Stellwerk 2 zugeführt. -
Figur 7 zeigt das Prinzip für die Berechnung des Soll-Signals 8 für den Breitspektrumsensor 15.2. Die Ansteuereinrichtung 7 erzeugt für die Farben rot rt, gelb ge und blau bl PWM-Signale mit unterschiedlich langen Hell- und Dunkelphasen innerhalb einer konstanten Periodendauer t. Die Periodendauer t liegt dabei unterhalb der Wahrnehmungsschwelle. Durch zeitlich hoch aufgelöste Abtastung des gemessenen Sensorsignals in Kombination mit synchroner Erfassung des Soll-Signals 8 ist eine ausgefallene oder geschwächte Farbe bzw. LED erkennbar. Bei dem Beispiel gemäßFigur 7 müssen sich bei der Überwachung ebenfalls die dargestellten Mischfarben für rot rt, gelb ge und blau bl als Summation der jeweiligen Hellphasen der einzelnen Farben innerhalb der Periodendauer t ergeben.
Claims (5)
- LED-Eisenbahnlichtsignal mit einem Signalgeber (1) zur Erzeugung verschiedenfarbiger Lichtpunkte, wobei der Signalgeber (1) wenigstens eine LED (10), mindestens einen optischen Sensor (15, 15.1, 15.2) und eine digitale Auswerteeinrichtung (17, 17.1) zur signaltechnisch sicheren Überwachung des Farbortes und der Lichtstärke der LED (10) aufweist, wobei die Auswerteeinrichtung (17, 17.1) ein von Umgebungsbedingungen abhängiges Rückmeldesignal (5) erzeugt und an ein Stellwerk (2) weiterleitet, wobei stellwerkseitig ein Ansteuersignal (3) zur Beaufschlagung des Signalgebers (1) erzeugt wird und Mittel zum Vergleich des Rückmeldesignals (5) mit dem Ansteuersignal (3) vorgesehen sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
die wenigstens eine LED eine RGB-LED - Rot(11)/Gelb(12)/Blau(13)-LED - zum Erzeugen von Mischfarben ist, und
der Farbort und die Lichtstärke der Farbort und die Lichtstärke der erzeugten Mischfarben sind. - LED- Eisenbahnlichtsignal nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Auswerteeinrichtung (17, 17.1) Mittel zum Vergleich des Ist-Farbortes und/oder der Ist-Lichtstärke mit einem Soll-Farbort und/oder einer Soll-Lichtstärke aufweist, wobei Abweichungen, die einen Schwellwert überschreiten, eine eigensichere Reaktion auslösen. - LED-Eisenbahnlichtsignal nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Sensor (15.1) mehrere farbspezifische Einzelsensoren (19, 20, 21) aufweist. - LED-Eisenbahnlichtsignal nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Sensor als Breitspektrumsensor (15.2) ausgebildet ist. - LED- Eisenbahnlichtsignal nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Sensor (15, 15.1, 15.2) über einen Sensorverstärker (16, 16.1, 16.2) und einen A/D-Wandler mit der Auswerteeinrichtung (17, 17.1) zur Ermittlung des Ist-Farbortes und der Ist-Lichtstärke verbunden ist.
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