FR2713574A1 - Signals to and from ground transmitted by radiation - Google Patents
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Abstract
Description
BALISE AU SOL ALIMENTEE PAR RAYONNEMENT
La présente invention concerne les systèmes, au sol et embarqués, de contrôle du trafic sur les réseaux de transports ferroviaires, en générale, et porte, plus particulièrement, sur une balise au sol alimentée par rayonnement en provenance d'un mobile, notamment pour système d'aide à la conduite, à l'exploitation et à la maintenance.RADIATION-SUPPORTED GROUND BEACON
The present invention relates to ground-based and on-board systems for controlling traffic on railway transport networks, in general, and relates, more particularly, to a ground beacon powered by radiation from a mobile, in particular for a system assistance with driving, operation and maintenance.
Un système d'aide à la conduite, à l'exploitation et à la maintenance de l'état de la technique est par exemple décrit par J. PORE dans le document REVUE TECHNIQUE GEC
ALSTHOM N-l-l990 pages 55 à 62.A support system for the conduct, operation and maintenance of the state of the art is for example described by J. PORE in the document TECHNICAL REVIEW GEC
ALSTHOM Nl-l990 pages 55 to 62.
Le système décrit est un système de contrôle de la vitesse du trafic sur les réseaux de transports urbains comportant des équipements embarqués et des installations au sol. The described system is a system for controlling the speed of traffic on urban transport networks comprising on-board equipment and ground facilities.
Les équipements embarqués se composent principalement d'une antenne associée à des circuits électroniques ainsi que d'une unité d'évaluation. Embedded equipment consists mainly of an antenna associated with electronic circuits as well as an evaluation unit.
L'antenne est située sous le véhicule. The antenna is located under the vehicle.
Dès que le véhicule de conduite est en service, l'antenne du véhicule transmet un signal destiné à la recherche et à l'alimentation des installations au sol. La fréquence d'émission de ce signal peut être comprise entre 100 KHZ et 30 MHz. As soon as the driving vehicle is in use, the vehicle antenna transmits a signal intended for searching and feeding ground installations. The transmission frequency of this signal can be between 100 KHZ and 30 MHz.
Les messages reçus des balises sont transmis, par exemple, à une fréquence d'environ 4,5 MHZ avec des impulsions d'horloge à la fréquence de 50 kHz. The messages received from the beacons are transmitted, for example, at a frequency of approximately 4.5 MHz with clock pulses at the frequency of 50 kHz.
L'unité d'évaluation, qui peut être un calculateur, est alimentée par son propre convertisseur et est connecté à l'antenne du véhicule. The evaluation unit, which may be a calculator, is powered by its own converter and is connected to the antenna of the vehicle.
Les installations au sol se composent de balises et de leur électronique de commande. Ground installations consist of beacons and their control electronics.
Les balises sont fixées sur les traverses, dans l'axe de voie et coopèrent avec l'antenne du véhicule. The beacons are fixed on the sleepers, in the track axis and cooperate with the antenna of the vehicle.
Des messages codés peuvent ainsi être transmis de la voie ferroviaire au train au moyen de la liaison sol-train que constituent la balise et l'antenne. Coded messages can thus be transmitted from the railway to the train by means of the ground-train link constituted by the beacon and the antenna.
Les données provenant de la balise sur la voie se présentent sous la forme de 0 ou 1 appelés "bits" qui constituent chaque mot d'information ou d'instruction. Un mot comporte par exemple 8 bits, voire 16 bits. The data coming from the beacon on the channel is in the form of 0 or 1 called "bits" which constitute each word of information or instruction. A word comprises for example 8 bits, or even 16 bits.
A titre d'exemple, un message est constitué de 3 mots d'information ou d'instruction utiles appelés X, Y et Z. For example, a message consists of 3 useful information words or instructions called X, Y and Z.
Chaque mot est codé et comporte 4 bits de données et 4 bits de redondance: chaque mot peut être codé selon 24= 16 valeurs différentes, numérotées de O à 15, donnant 163= 4096 messages différents. Each word is coded and comprises 4 data bits and 4 redundancy bits: each word can be coded according to 24 = 16 different values, numbered from 0 to 15, giving 163 = 4096 different messages.
La transmission des messages par la balise, s'effectue lors du franchissement de la balise par l'antenne du véhicule. The transmission of messages by the beacon is made when crossing the beacon by the antenna of the vehicle.
L'antenne du véhicule fournit l'énergie nécessaire au fonctionnement de la balise. The antenna of the vehicle provides the energy necessary for the operation of the beacon.
Les procédés de télé-alimentation par rayonnement d'une balise au sol par un ensemble embarqué sont basés sur la captation de l'énergie émise par l'ensemble embarqué permettant le fonctionnement de la balise au sol. The methods of remote-feed radiation from a ground beacon by an on-board assembly are based on the capture of the energy emitted by the on-board unit allowing the operation of the beacon on the ground.
L'énergie captée doit assurer la réalisation des fonctions telles que: - la réception des données en provenance de codeurs; - l'accès à des mémoires internes à la balise; et - la transmission de données vers l'ensemble embarqué. The energy collected must ensure the realization of functions such as: - the reception of data coming from coders; - access to memories internal to the beacon; and - the transmission of data to the onboard assembly.
La distance ou zone de déplacement de l'antenne du véhicule au-dessus de la balise au sol pendant laquelle le niveau d'énergie capté par la balise au sol est suffisant pour assurer son fonctionnement est appelée distance ou zone de contact. The distance or area of movement of the vehicle antenna above the ground beacon during which the energy level captured by the ground beacon is sufficient to ensure its operation is called distance or contact area.
Le dimensionnement de la distance de contact et donc de la zone de contact entre l'ensemble embarqué et la balise au sol est déterminé en fonction des paramètres caractérisant la transmission d'information, à savoir: - nombre de bits à transmettre; - débit de la transmission; et - vitesse maximale du mobile. The dimensioning of the contact distance and thus of the contact zone between the on-board assembly and the ground beacon is determined according to the parameters characterizing the transmission of information, namely: the number of bits to be transmitted; - transmission rate; and - maximum speed of the mobile.
Les autres paramètres intervenant dans l'évaluation de la distance ou zone de contact sont, principalement: - le niveau d'émission de l'ensemble embarqué; - la sensibilité de la balise au sol; - le diagramme de rayonnement des antennes respectivement de
la balise au sol et de l'ensemble embarqué; et - la distances entre ces antennes.The other parameters involved in the evaluation of the distance or contact zone are mainly: the emission level of the on-board assembly; - the sensitivity of the beacon to the ground; the radiation pattern of the antennas respectively of
the beacon on the ground and the on-board unit; and - the distances between these antennas.
Conformément au balise au sol de l'art antérieur, la distance de contact ou zone de contact est donnée par la distance ou la zone durant laquelle l'énergie captée est au moins supérieure à l'énergie nécessaire pour assurer le fonctionnement de la balise. According to the ground beacon of the prior art, the contact distance or contact area is given by the distance or the area during which the energy collected is at least greater than the energy required to ensure the operation of the beacon.
Aussi un but de l'invention est-il d'augmenter le niveau d'énergie pendant une durée donnée après que le niveau d'énergie capté soit inférieur au niveau nécessaire pour le fonctionnement de la balise. Also an object of the invention is to increase the energy level for a given time after the captured energy level is less than the level necessary for the operation of the beacon.
Conformément à l'invention, la balise au sol alimentée par rayonnement comporte un circuit d'antenne et un circuit d'émission et se caractérise en ce-que le circuit d'émission comporte un circuit de décharge permettant d'augmenter la distance d'action et donc la zone d'action de la balise au sol. According to the invention, the radiation-fed ground beacon comprises an antenna circuit and a transmission circuit and is characterized in that the transmission circuit comprises a discharge circuit making it possible to increase the distance of action and therefore the action zone of the ground beacon.
L'invention a également pour objet une balise au sol alimentée par rayonnement satisfaisant à l'une des caractéristiques suivantes: - le circuit de décharge se compose d'un condensateur de
décharge; - le circuit d'antenne se compose d'une bobine réceptrice et
d'un condensateur d'accord connectés en série au primaire
d'un transformateur d'isolement; - le circuit d'émission se compose d'un circuit redresseur
disposé entre le secondaire du transformateur d'isolement
et un circuit de charge; - le condensateur de décharge est disposé en parallèle aux
bornes du circuit de charge; - la fréquence de télé-alimentation par rayonnement est
comprise entre 100 et 600 kHz; - l'antenne de l'ensemble embarqué a un encombrement
horizontal d'environ 40X40 cm; et - l'antenne de la balise au sol a un encombrement horizontal
d'environ 20X20 cm.The subject of the invention is also a radiation-powered ground beacon satisfying one of the following characteristics: the discharge circuit consists of a capacitor of
discharge; the antenna circuit consists of a receiver coil and
of a tuning capacitor connected in series to the primary
an isolation transformer; - the transmission circuit consists of a rectifier circuit
disposed between the secondary of the isolation transformer
and a charging circuit; the discharge capacitor is arranged in parallel with the
load circuit terminals; - the frequency of remote power supply by radiation is
between 100 and 600 kHz; the antenna of the on-board assembly has a bulk
horizontal about 40X40 cm; and - the antenna of the ground beacon has a horizontal footprint
about 20X20 cm.
Un avantage de la balise au sol alimentée par rayonnement conforme à l'invention est de permettre l'augmentation de la quantité des informations transmises d'un facteur d'environ quatre. An advantage of the radiation-powered ground beacon according to the invention is to allow the amount of transmitted information to be increased by a factor of about four.
D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtrons à la lecture de la description du mode de réalisation préféré de la balise au sol alimentée par rayonnement, description faite en liaison avec les dessins dans lesquels:
- la figure 1 est une vue générale d'un système d'aide à la conduite, à l'exploitation et à la maintenance de l'état de la technique comprenant un équipement embarqué dans un véhicule ferroviaire et une installation au sol;
- la figure 2 représente un schéma de principe d'une balise au sol alimentée par rayonnement conforme à l'invention.Other objects, features and advantages of the invention will appear on reading the description of the preferred embodiment of the radiation-powered ground beacon, a description given in connection with the drawings in which:
- Figure 1 is a general view of a support system for driving, operation and maintenance of the state of the art including equipment embedded in a railway vehicle and a floor installation;
FIG. 2 represents a block diagram of a radiation-powered ground beacon according to the invention.
La figure 1 est une vue générale d'un système d'aide à la conduite, à l'exploitation et à la maintenance de l'état de la technique. Figure 1 is a general view of a system for assistance with driving, operation and maintenance of the state of the art.
Le système comprend des installations au sol 1 et des équipements embarqués 2,3 dans un véhicule ferroviaire 4. The system includes ground facilities 1 and embedded equipment 2,3 in a railway vehicle 4.
Les installations au sol se composent d'une balise 1 et de son électronique de commande intégrée. The ground installations consist of a beacon 1 and its integrated control electronics.
La balise au sol 1 est fixée sur les traverses 5, dans l'axe de la voie ferroviaire 4. The ground beacon 1 is fixed on the crosspieces 5, in the axis of the railway track 4.
Les équipements embarqués se composent principalement d'une antenne 2 et d'une unité d'évaluation 3. On-board equipment consists mainly of an antenna 2 and an evaluation unit 3.
L'unité d'évaluation 3, qui peut être un calculateur, est alimentée par son propre convertisseur et est connectée à l'antenne 2. The evaluation unit 3, which may be a computer, is powered by its own converter and is connected to the antenna 2.
L'antenne 2 est située sous le véhicule ferroviaire 4. The antenna 2 is located under the railway vehicle 4.
L'antenne 2 du véhicule ferroviaire 4 coopère avec la balise 1 et fournit l'énergie nécessaire au fonctionnement de cette balise. The antenna 2 of the railway vehicle 4 cooperates with the beacon 1 and provides the energy necessary for the operation of this beacon.
La balise au sol alimentée par rayonnement correspondant au schéma de principe représenté à la figure 2 comporte un circuit d'antenne 11 et un circuit d'émission 12. The radiation-fed ground tag corresponding to the schematic diagram shown in FIG. 2 comprises an antenna circuit 11 and an emission circuit 12.
Le circuit d'antenne 11 se compose d'une bobine réceptrice 13 et d'un condensateur d'accord 14 connectés en série au primaire d'un transformateur d'isolement 15. The antenna circuit 11 consists of a receiver coil 13 and a tuning capacitor 14 connected in series with the primary of an isolation transformer 15.
L'énergie captée par la bobine réceptrice 13 induit un courant Ip dans le circuit d'antenne 11 de manière à alimenter le primaire du transformateur d'isolement 15. The energy picked up by the receiver coil 13 induces a current Ip in the antenna circuit 11 so as to supply the primary of the isolation transformer 15.
Le courant induit Ip crée par couplage un courant Is dans le circuit d'émission 12. The induced current Ip creates by coupling a current Is in the transmission circuit 12.
Le circuit d'émission 12 se compose d'un circuit redresseur 16 disposé entre le secondaire du transformateur d'isolement 15 et le circuit de charge 17. The transmission circuit 12 consists of a rectifier circuit 16 arranged between the secondary of the isolation transformer 15 and the charging circuit 17.
Le circuit redresseur 16 est du type à pont de diodes. The rectifier circuit 16 is of the diode bridge type.
A titre d'exemple, la bobine réceptrice 13 à une section rectangulaire d'environ 600 cm2. By way of example, the receiver coil 13 has a rectangular section of approximately 600 cm 2.
L'un des cotés de la bobine réceptrice 13 a une longueur égale à 300 mm et est parallèle à l'axe de la voie. One side of the receiver coil 13 has a length equal to 300 mm and is parallel to the axis of the channel.
Le condensateur d'accord 14 à une valeur de 33 nF à une fréquence de 142500 Hz. The tuning capacitor 14 has a value of 33 nF at a frequency of 142500 Hz.
Le transformateur d'isolement 15 est du type AL 400 RM 14 et à un nombre de spires secondaires égal à 55. The isolation transformer 15 is of the type AL 400 RM 14 and a number of secondary turns equal to 55.
Le nombre de spires primaires est compris entre 1 et 10 et est avantageusement égal à 4. The number of primary turns is between 1 and 10 and is advantageously equal to 4.
Le circuit de charge 17 à une impédance d'entrée d'environ 100 Kfl. The charging circuit 17 has an input impedance of about 100 Kfl.
Conformément au mode de réalisation préféré de la balise au sol alimentée par rayonnement de l'invention, un condensateur de décharge 18 est disposé en parallèle aux bornes du circuit de charge 17. In accordance with the preferred embodiment of the radiation-powered ground tag of the invention, a discharge capacitor 18 is disposed in parallel across the charging circuit 17.
Lorsque le niveau capté par la balise est supérieure à l'énergie de fonctionnement, le circuit de décharge, en l'occurrence le condensateur de décharge 18, emmagasine de l'énergie qui sera restituée dés que le niveau d'énergie capté ne suffit plus au fonctionnement de la balise au sol. When the level captured by the beacon is greater than the operating energy, the discharge circuit, in this case the discharge capacitor 18, stores energy that will be restored as soon as the level of energy captured is not enough. the operation of the beacon on the ground.
La durée de restitution de l'énergie emmagasinée est fonction de la décharge du circuit de décharge. The restitution time of the energy stored is a function of the discharge of the discharge circuit.
A titre d'exemple et en complément des données précédentes, le condensateur de décharge a une impédance capacitive d'environ 13/6 ZF. By way of example and in addition to the preceding data, the discharge capacitor has a capacitive impedance of approximately 13/6 ZF.
Le tableau 1 ci-après montre les mesures effectuées avec différents rapport de transformation du transformateur d'isolement 15 (nombre de spires secondaires: 55).
<tb> fréquence <SEP> nombre <SEP> de <SEP> écart <SEP> tension <SEP> temps <SEP> de
<tb> d'accord <SEP> spires <SEP> entre <SEP> de <SEP> réponse
<tb> <SEP> primaires <SEP> antennes <SEP> charge <SEP> U <SEP> U=20V
<tb> 142100 <SEP> Hz <SEP> 1 <SEP> 460 <SEP> mm <SEP> 120V <SEP> 3 <SEP> ms
<tb> 142300 <SEP> Hz <SEP> 2 <SEP> 460 <SEP> mm <SEP> 91 <SEP> V <SEP> 1,55 <SEP> ms
<tb> 142400 <SEP> Hz <SEP> 3 <SEP> 460 <SEP> mm <SEP> 64 <SEP> V <SEP> 1,3 <SEP> ms
<tb> 142400 <SEP> Hz <SEP> 4 <SEP> 460 <SEP> mm <SEP> 48 <SEP> V <SEP> 1,1 <SEP> ms
<tb> 142400 <SEP> Hz <SEP> 4 <SEP> 460 <SEP> mm <SEP> ~ <SEP> <SEP> 48 <SEP> V <SEP> 1,1 <SEP> ms
<tb> 142400 <SEP> Hz <SEP> 4 <SEP> 250 <SEP> mm <SEP> 48 <SEP> V <SEP> 1,25 <SEP> ms
<tb> 142400 <SEP> Hz <SEP> 4 <SEP> ~ <SEP> <SEP> 460 <SEP> mm <SEP> 48 <SEP> V <SEP> 1,1 <SEP> ms
<tb>
Tableau 1
On montre que plus le rapport de transformation est élevé, plus la tension U en fin de charge est élevée mais plus le courant Is en début de charge est faible. <tb> frequency <SEP> number <SEP> of <SEP> difference <SEP> voltage <SEP> time <SEP> of
<tb> agree <SEP> turns <SEP> between <SEP> of <SEP> response
<tb><SEP> primary <SEP> antennas <SEP> load <SEP> U <SEP> U = 20V
<tb> 142100 <SEP> Hz <SEP> 1 <SEP> 460 <SEP> mm <SEP> 120V <SEP> 3 <SEP> ms
<tb> 142300 <SEP> Hz <SEP> 2 <SEP> 460 <SEP> mm <SEP> 91 <SEP> V <SEP> 1.55 <SEP> ms
<tb> 142400 <SEP> Hz <SEP> 3 <SEP> 460 <SEP> mm <SEP> 64 <SEP> V <SEP> 1.3 <SEP> ms
<tb> 142400 <SEP> Hz <SEP> 4 <SEP> 460 <SEP> mm <SEP> 48 <SEP> V <SEP> 1.1 <SEP> ms
<tb> 142400 <SEP> Hz <SEP> 4 <SEP> 460 <SEP> mm <SEP> ~ <SEP><SEP> 48 <SEP> V <SEP> 1.1 <SEP> ms
<tb> 142400 <SEP> Hz <SEP> 4 <SEP> 250 <SEP> mm <SEP> 48 <SEP> V <SEP> 1.25 <SEP> ms
<tb> 142400 <SEP> Hz <SEP> 4 <SEP> ~ <SEP><SEP> 460 <SEP> mm <SEP> 48 <SEP> V <SEP> 1.1 <SEP> ms
<Tb>
Table 1
It is shown that the higher the transformation ratio, the higher the voltage U at the end of the load, but the lower the current Is at the beginning of charging.
Le temps de charge dépend de la valeur de ce courant
Is et l'énergie accumulée dépend de la tension U maximum à laquelle peut être chargé le condensateur de décharge 18.The charging time depends on the value of this current
Is and the accumulated energy depends on the maximum voltage U to which the discharge capacitor 18 can be charged.
Il y a donc un compromis à trouver pour accumuler le maximum d'énergie dans le condensateur de décharge 18 en un minimum de temps. There is therefore a compromise to be found to accumulate the maximum energy in the discharge capacitor 18 in a minimum of time.
Les mesures effectuées pour un nombre de spires primaires égal à 3 et 4 montrent que la diminution du temps de charge du condensateur de décharge 18 est faible. The measurements made for a number of primary turns equal to 3 and 4 show that the decrease in the charging time of the discharge capacitor 18 is small.
Le mode de réalisation préféré correspond donc au nombre de spires primaires égal à 4. The preferred embodiment therefore corresponds to the number of primary turns equal to 4.
Les performances susceptibles d'être obtenues sont données ci-après, à titre d'exemple, pour une vitesse de déplacement de l'équipement embarqué par rapport à la balise au sol d'environ 350 Km/h et pour une énergie captée par la bobine réceptrice 13 d'environ 100 mW.
<tb><Tb>
I
<tb> Fréquence <SEP> de <SEP> télé-alimentation <SEP> par <SEP> rayonnement: <SEP> 100-600 <SEP> KHZ <SEP>
<tb> Antenne <SEP> de <SEP> l'ensemble <SEP> embarqué: <SEP> 40X40 <SEP> cm
<tb> Antenne <SEP> de <SEP> la <SEP> balise <SEP> au <SEP> sol: <SEP> 20X20 <SEP> cm
<tb> Distance <SEP> de <SEP> contact <SEP> sans <SEP> circuit <SEP> de <SEP> décharge: <SEP> 1 <SEP> m
<tb> Distance <SEP> de <SEP> contact <SEP> avec <SEP> circuit <SEP> de <SEP> décharge: <SEP> 4 <SEP> m
<tb> I
<tb> Frequency <SEP> of <SEP> Remote Power <SEP> by <SEP> Radiation: <SEP> 100-600 <SEP> KHZ <SEP>
<tb> Antenna <SEP> of <SEP> Embedded <SEP> set: <SEP> 40X40 <SEP> cm
<tb> Antenna <SEP> of <SEP><SEP> tag <SEP> at <SEP> Soil: <SEP> 20X20 <SEP> cm
<tb> Distance <SEP> of <SEP> contact <SEP> without <SEP> circuit <SEP> of <SEP> discharge: <SEP> 1 <SEP> m
<tb> Distance <SEP> of <SEP> contact <SEP> with <SEP> circuit <SEP> of <SEP> discharge: <SEP> 4 <SEP> m
<Tb>
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