ITRM960504A1

ITRM960504A1 - Rivelatore di ruota per indicare la presenza di un veicolo su rotaie distanziate

Info

Publication number: ITRM960504A1
Application number: IT96RM000504A
Authority: IT
Inventors: Kenneth Ehrlich
Original assignee: Union Switch & Signal Inc
Priority date: 1995-07-20
Filing date: 1996-07-15
Publication date: 1998-01-15
Also published as: IT1284212B1; DE19628884A1; ITRM960504A0; CN1143751A; GB2303510A; GB9614222D0

Description

DESCRIZIONE

a corredo di una domanda di Brevetto d'invenzione, aventi per titolo:

"Rivelatore di ruota per indicare la presenza di un vei colo su rotaie distanziate"

1. Campo dell'Invenzione

La presente invenzione si rirferisce in linea ge nerale ai rivelatori di ruote per carrozze di treno e, più particolarmente, ai rivelatori di ruote che utilizzano un radar ad impulsi a micropotenza per misurare la posizione, la direzione e la velocità lineare della ruo ta di una carrozza di treno in un punto fisso lungo la direttrice di precedenza (right-of-way).

2. Descrizione della Tecnica del Settore

La rivelazione delle ruote è una funzione essenziale per l'industria ferroviaria. I rivelatori di ruote possono essere usati per determinare la posizione e la direzione delle carrozze di treni, misurare la velocità delle carrozze dei treni e la resistenza al decorso, confermare i circuiti del binario ed i rivelatori di presenza nonché dare inizio a varie sequenze di controllo

Numerosi dispositivi sono stati sviluppati per rivelare la presenza della ruota di una carrozza di tre no. Il brevetto statunitense No. 4.200.855 descrive un rivelatore per veicolo ferroviario simile ad un bullone, in cui una coppia di unità di rivelazione simili a bulloni sono fissate a fori formati nella porzione di raccordo della rotaia del binario. Questo rivelatore comprende ulteriormente degli estensimetri che si trova no sotto tensione sotto il carico di una ruota. Questo tensionamento varia la resistenza degli estensimetri e permette la rivelazione della ruota.

Il brevetto statunitense No. 4.200.856 descrive un rivelatore di ruote per veicoli ferroviari differenziale a bloccaggio. Questo rivelatore comprende una cop pia di unità operanti come sensori a bloccaggio che ven gono posizionati sulla superficie superiore della flangia di base della rotaia del binario. Una coppia di mor setti a forma di C trattengono le unità sulla flangia di base. Un elemento operante come estensimetro in questo rivelatore viene sollecitato dal carico di una ruota. La presenza -della ruota può essere rivelata attraverso il monitoraggio della resistenza dell'estensimetro.

Il brevetto statunitense 4.524.932 descrive un rivelatore di ruote per carrozze ferroviarie che utiliz za un elemento ad effetto Hall per la rivelazione di una ruota. L'elemento ad effetto Hall è montato sulla sommità di un magnete permanente e questo complesso vie. ne montato sulla rotaia in modo tale che un traferro di aria venga formato fra il complesso e la rotaia. La pre senza di una ruota all'interno del traferro di aria aumenta il livello del flusso magnetico e la tensione di uscita dell'elemento ad effetto Hall viene successivamente aumentata. L'aumentata tensione di uscita dello elemento ad effetto Hall indica la presenza della ruota di un treno.

Come precedentemente descritto, ciascuno di questi dispositivi richiede un collegamento fisico al raccordo oppure alla porzione di flangia di base della rotaia. In accordo con ciò, questi dispositivi sono soggetti a forti vibrazioni durante il passaggio di un tre no. Queste vibrazioni possono danneggiare i complessi dei rivelatori oppure alterare la taratura dell'elemento sensore, comportando cosi un aumento delle esigenze di manutenzione ed un aumento delle possibilità di avaria del rivelatore delle ruote. In aggiunta, i complessi di montaggio usati nei dispositivi della tecnica pre cedente debbono fornire un sicuro fissaggio e sono successivamente complessi e limitati nella loro applicazione.

Pertanto, è di importanza fondamentale collocare i rivelatori delie ruote distanziati dalle rotaie del binario del treno. Tuttavia, i dispositivi della tecnica precedente richiedono un fissaggio fisico alla rotaia e non sono convenienti per una affidabile, accurata e distanziata rivelazione a bassa potenza della ruota di un treno.

Altri dispositivi sperimentali non hanno fornito una soluzione ammissibile. In particolare, la utilizzazione di fotocellule, laser ed altri rivelatori di luce si è dimostrata inaffidabile a causa di fattori che com prendono le avverse condizioni atmosferiche e la fragilità.

Inoltre, i dispositivi della tecnica precedente non permettono di realizzare sufficienti margini di tol leranza nei confronti delle avarie, non permettono la rivelazione delle avarie e non offrono una maggiore affidabilità in un rivelatore per singola ruota. Inoltre, due dispositivi secondo la tecnica precedente sono richiesti per rivelare la presenza di una ruota in due po sizioni sulla rotaia in modo da determinarne la velocità lineare e la direzione.

Lo scopo della presente invenzione è di fornire un rivelatore di ruote che sia affidabile, tollerante nei confronti delle avarie, dotato di capacità diagnostlche per le avarie e che non richieda alcun fissaggio fisico alla rotaia ferroviaria. Un ulteriore scopo dell'invenzione è quello di fornire un singolo dispositivo che possa rivelare la presenza di una ruota e simultaneamente misurarne la velocità lineare e determinare la direzione della ruota. Un ulteriore scopo dell'invenzio ne è quello di fornire un rivelatore di ruote che possa essere facilmente installato e tarato e che richieda una bassa manutenzione. Un ulteriore scopo dell'invenzione è quello di fornire un rivelatore di ruote che sia immune dalle interferenze elettromagnetiche ed a ra dio frequenza, oltre che alle variazioni delle condizio ni atmosferiche, e che non interferisca con altri dispo sitivi elettronici ferroviari.

SOMMARIO DELL'INVENZIONE

L'invenzione fornisce un rivelatore di ruote per indicare la presenza di un veicolo ferroviario su una serie di rotaie distanziate attraverso la rivelazione della presenza di una ruota su una delle rotaie. Il rivelatore di ruota comprende un generatore di segnali radar ad impulsi ed un trasmettitore per emettere un se gnale radar ad impulsi verso una delle rotaie. Il rivelatore di ruota inoltre comprende un ricevitore per il campionamento del segnale radar ad impulsi rinviato come segnale di eco da una prima area di bersaglio al disopra di una delle rotaie. Il ricevitore ed il trasmettitore sono preferibilmente distanziati lateralmente dalle rotaie.

Il rivelatore di ruota inoltre presenta un elabo ratore di movimento per monitorare il segnale rader ad impulso rinviato come segnala di eco da una prima area di bersaglio. L'elaboratore di movimento produce un segnale di indicazione in risposta alla variazione dello indice di riflessione del segnale radar ad impulso che corrisponde alla presenza di una ruota all'interno della prima area di bersaglio. L'elaboratore di movimento può alternativamente essere configurato in modo da monitorare due aree di bersaglio sulla rotaia, in modo da fornire dei calcoli di velocità da un singolo rivelatore di ruota. Il rivelatore di ruota può inoltre compren dare tre trasmettitori e ricevitori per offrire un funzionamento affidabile e con ampi margini di tolleranza per le avarie, insieme con informazioni relative alla direzione di movimento della ruota.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

L'invenzione sarà più immediatamente evidente a coloro che sono esperti nel ramo facendo riferimento ai disegni allegati, in cui:

la Figura 1 rappresenta una vista in prospettiva di un rivelatore di ruote secondo l'invenzione, lateral mente distanziato da una rotaia;

la Figura 2a rappresenta uno schema a blocchi di un circuito radar ad impulsi a micropotenza che trasmet te impulsi a spettro distribuito ad ampia banda per rivelare la presenza di una ruota di treno;

la Figura 2b rappresenta uno schema a blocchi di un circuito radar ad impulsi a micropotenza per il campionamento di una complessa serie di segnali di eco per rivelare la presenza di una ruota e per fornire un segnale di indicazione quando una ruota viene rivelata;

la Figura 3 rappresenta una vista in pianta del rivelatore di ruota lateralmente distanziato da una rotaia ed avente un radar ad impulsi a micropotenza calibrato in modo da rivelare una ruota a due distanze su di esso;

la Figura 4 rappresenta uno schema a blocchi fun zionale di un circuito radar ad impulsi a micropotenza ulteriormente comprendente un circuito rilevatore di di stanza o di portata in multiplazione temporale per rive lare una ruota a due distanze sulla rotaia del treno;

la Figura 5 rappresenta una vista in pianta del rivelatore di ruota lateralmente distanziato da una rotaia ed avente tre radar ad impulsi a micropotenza;

la Figura 6 rappresenta uno schema a blocchi fun zionale del rivelatore di ruota operante in un modo di ingresso/usclta discreta; la Figura 7 rappresenta uno schema a blocchi fun zionale del rivelatore di ruota operante in una rete di area locale;

la Figura 8 rappresenta uno vista in pianta di una pluralità di rivelatori di ruote lateralmente distanziati dalla rotaia di un treno in una configurazione di accesso multiplo nel senso della portante/rete di area locale a rivelazione di collisione (non deterministica);

la Figura 9 rappresenta una vista in pianta di una pluralità di rivelatori di ruote lateralmente distanziati da una rotaia di treno in una configurazione di rete di area locale ad anello (deterministica); e la Figura 10 rappresenta uno schema di una illustrativa forma di realizzazione del rivelatore di ruote secondo l'invenzione.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELLE PREFERITE FORME DI REALIZZAZIONE

1. Descrizione dettagliata delle Figure La presente invenzione fornisce un rivelatore di ruota con ampi intervalli di tolleranza per le avarie, con capacità diagnostica per le avarie ed altamente affidabile, il quale utilizza un radar ad impulsi a micro potenza (MIR) per rivelare la presenza, la direzione e la velocità lineare di una ruota di treno in punti designati lungo una direttrice di precedenza o right-ofway. Un trasmettitore nel radar ad impulsi a micropoten za emette un impulso ad ampia banda di rumore amplifica to con un prestabilito intervallo di ripetizione (PRI) verso la direttrice di precedenza. Un segnale di allarme viene generato se la ruota di un treno passa attraverso un prestabilito incremento di distanza regolato in un punto lungo la direttrice di precedenza. I rivela tori di ruote possono essere utilizzati in una progetta zione di base discreta di ingresso/uscita (I/O) oppure in configurazioni di reti di area locali (LAN).

La Figura 1 rappresenta un rivelatore di ruota 10 il quale si trova in adiacenza ad una rotaia 20. Il rivelatore di ruota 10 può essere collocato entro quattro larghezze di binario dalla rotaia 20 e può essere collegato alla rotaia 20 oppure fisicamente separato dalla rotaia 20, come rappresentato nella Figura 1.

La precisione del rivelatore di ruota 10 può essere aumentata con un più ravvicinato posizionamento alla rotaia 20. Tuttavia, è anche favorevole collocare 11 rivelatore di ruota 10 lontano dalla rotaia 20 per proteggere il rivelatore di ruota 10 dalle forti vibrazioni. Il posizionamento esatto di ciascun rivelatore di ruota 10 dipenderà da numerosi fattori che comprendo no l'ambiente del binario.

Una coppia di pilastrini di montaggio 14a, 14 b possono avere in essi dei fori 16 a , 15 b per accogliere un rivelatore di ruota 10 e per permettere la sua rotazione verticale per la taratura in elevazione. Il rivelatore di ruota 10 dovrebbe preferibilmente essere posi zionato nello stesso piano orizzontale della ruota 18, in modo da ridurre l'angolo di elevazione ed aumentare il rapporto fra segnale e rumore del segnale di uscita 41 del ricevitore di un radar ad impulsi a micropotenza 26 (si faccia riferimento alle Figure 2a e 2b).

Il rivelatore di ruota 10 può avere due parametri di taratura, comprendenti il parametro di elevazione ed il parametro di azimuth. Il rivelatore di ruota 10 può essere calibrato con un voltmetro (non rappresen tato) per rivelare una ruota 18 all'interno di una precisa area di bersaglio 22 (si faccia riferimento alle Figure 2a e 2b) sulla rotaia 20.

Le Figure 2a e 2b rappresentano schemi a blocchi funzionali del radar ad impulsi a micropotenza 26 descrit to nel brevetto statunitense No. 5.361.070, citato nella presente a titolo di riferimento. Le Figure 2a e 2b mostrano i componenti di trasmissione e di ricezione del radar ad impulsi a micropotenza 26. In particolare, un primo oscillatore ad onda quadra 30 genera un intervallo di ripetizione degli impulsi (PRI) del radar su una frequenza scelta fra 30 kHz e 2 MHz. Un generatore di rumore 28 introduce una variazione casuale nell'intervallo di ripetizione degli impulsi, che casualizza il momento di emissione di un segnale ad impulso radar 33 e crea uno spettro diffuso o distribuito che assomiglia al rumore casuale per i ricevitóri convenzionali. Il primo oscillatore ad onda quadra 30 può essere collegato ad un generatore 32 di forma d'onda a gradino che genera un impulso di trasmissione in conformità con l'intervallo di ripetizione degli impulsi ed il segnale ad impulso radar 33 viene emesso attraverso una antenna trasmittente 42. Ciascun impulso del segnale ad impulso radar presenta una preferita larghezza di banda di 0,1 nanosecondi.

Il rivelatore di ruota 10 preferibilmente utiliz za la segnalazione a spettro distribuito per fornire im munita dalle interferenze elettromagnetiche ed a radio frequenza presentì nell'ambiente ferroviario. In aggiun ta, il rivelatore di ruota 10 non interferirà con i cir culti del binario, con il binario stesso e con le apparecchiature di segnalazione in cabina, con le apparecchiature di comunicazione radio e con altri dispositivi elettrici nell'ambiente ferroviario.

Gli impulsi vengono riflessi dagli oggetti circo stanti a mano a mano che si propagano verso l'esterno ed una serie complessa di segnali di eco ritornano ad una antenna ricevente 43 come segnali ad impulsi radar ricevuti 34. Il primo oscillatore ad onda quadra 30 vie ne collegato ad un ricevitore di impulsi 40 attraverso un dispositivo di ritardo di tempo 36. La lunghezza del ritardo imposto sull'intervallo di ripetizione degli im pulsi dal dispositivo di ritardo di tempo 36 corrisponde al tempo di andata e ritorno di eco del segnale ad impulso radar 33 fra il radar ad impulsi a micropotenza 26 e l'area di bersaglio 22 sulla rotaia 20. L'area di bersaglio 22 può essere regolata attraverso un controllo di distanzal 38 che modifica la lunghezza del ritardo.

Il dispositivo di ritardo di tempo 36 fornisce al ricevitore di impulsi 40 dei segnali di strobe per il campionamento dei segnali di eco corrispondenti alla area di bersaglio 22. Il ricevitore di impulsi 40 esegue il campionamento approssimativamente di 3.000 campioni ad una frequenza di MHz ed i campioni vengono sue cessivamente mediati per migliorare il rapporto fra segnale e rumore.

La presenza di una ruota 18 entro l'area di bersaglio 22 sulla rotaia 20 altera l'indice di riflessione del radar del segnale ad impulso radar ricevuto 34. Il ricevitore di impulsi 40 applica il segnale di uscita 41 del ricevitore ad un elaboratore di movimento 44. L'elaboratore di movimento 44 confronta il segnale di uscita 41 del ricevitore con una tensione di riferimento e genera un segnale di indicazione 46 se l'indice di riflessione del segnale ad impulsi radar ricevuti 34 è stato alterato.

La sensibilità dell'elaboratore di movimento 44 può essere variata in dipendenza dalla intensità del se gnale di uscita 41 del ricevitore attraverso un control lo di sensibilità 45. Questo controllo può desensibiliz zare il rivelatore di ruota 10 nei confronti della piog già, degli insetti e di altre sorgenti ambientali di segnali di disturbo.

Il radar ad impulsi a micropotenza 26 può essere utilizzato nel modo a doppia rivelazione, in una seconda forma di realizzazione dell'invenzione, come rappresentato nella Figura 3. Il radar ad impulsi a micropotenza 26, in questa forma dì realizzazione, è configurato in modo da rivelare la presenza di una ruota 18 su una prima area di bersaglio 22a e su una seconda area di bersaglio 122a sulla direttrice di precedenza.

La Figura 4 rappresenta uno schema a blocchi fun zionale di una seconda forma di realizzazione del rivelatore di ruota 10, in cui il radar ad impulsi a micropotenza 26 è modificato in modo da includere un circuito di distanza a multiplazione temporale. In particolare, il segnale di uscita 41 del ricevitore viene applicato ad un primo rivelatore di movimento 44a e ad un se condo rivelatore di movimento 44b attraverso un commuta tore analogico 48. Un secondo oscillatore ad onda quadra 47 viene collegato al dispositivo di ritardo di tem po 36 ed al commutatore analogico 48. Il commutatore analogico 48 alterna la portata del ricevitore 40 degli impulsi fra una prima portata o distanza corrispondente alla prima area di bersaglio 22a per un certo periodo ed una seconda portata o distanza corrispondente alla seconda area di bersaglio 122a per un altro periodo. La prima distanza viene monitorata dal primo elaboratore di movimento 44a e la seconda distanza viene monitorata dal secondo elaboratore di movimento 44b. Le distanze o portate del radar ad impulsi a micropotenza 26 possono essere regolate attraverso il controllo di distanza o di portata 38.

Come rappresentato nella Figura 3, un rivelatore di ruota 10 è posizionato in adiacenza alla rotaia 20 ed è calibrato per un piede (circa 30 cm) di separazione in azimuth della prima area di bersaglio 22a e della seconda area di bersaglio 122a. Il rivelatore di ruota 10 può essere calibrato per una rivelazione della velocità lineare mediante la regolazione del radar ad impul si a micropotenza 26 in modo da far scattare un primo segnale di indicazione 45a quando una ruota 18 è posizionata all'interno della prima area di bersaglio 22a ed impostando il radar ad impulsi a micropotenza 26 in modo da far scattare un secondo segnale di indicazione 146a quando la ruota 18 è posizionata all'interno della seconda area di bersaglio 122a. La velocità lineare del la ruota 18 può essere calcolata attraverso la temporiz zazione dell'intervallo intercorrente fra i due segnali di indicazione 46a e 146a.

Come rappresentato nella Figura 10, il rivelatore di ruota 10 può ulteriormente comprendere tre radar ad impulsi a micropotenza 26a, 26b, 25c per determinare la direzione lineare della ruota 18. Per esempio, una ruota 18 che viaggia da destra verso sinistra inizialmente sarà rivelata dal primo radar ad impulsi a micropotenza 26a in corrispondenza di una prima area di bersaglio 22a, seguito dal secondo radar ad impulsi a micropotenza 26b in corrispondenza di una successiva area di bersaglio 22b e da un radar finale ad impulsi a micropotenza 26c in corrispondenza di una area di bersaglio finale 22c, come rappresentato nella Figura 5. In accordo con ciò, la direzione della ruota 18 può essere determinata attraverso la rivelazione di quale radar ad impulsi a micropotenza 26 è stato fatto scattare per primo dalla ruota 18. Il rivelatore di ruota 10 rappre sentato nella Figura 5 genererà tre segnali di indicazione 46a, 46b, 46c quando una ruota 18 passa attraver so le aree di bersaglio 22a, 22b, 22c oppure 222c, 222b, 222a, in dipendenza dalla direzione lineare della ruota 18.

Come rappresentato nelle Figure 6 e 7, i segnali di indicazione 46a, 46b, 46c possono essere applicati ad un elaboratore logico 50. L'elaboratore logico 50 eseguirà una procedura di rivelaziona delle avarie attraverso una analisi dei tre segnali di indicazione 46a, 46b, 45c. Una avaria o difetto di funzionamento viene indicata se tutti i tre radar ad impulsi a micro potenza 26a, 26b, 26c non rivelano una ruota 18 ciie passa attraverso le aree di bersaglio 22a, 22b, 22c.

Una tolleranza nei confronti dei difetti di fun zionamento o delle avarie può anche essere ottenuta dall'elaboratore logico 50. In particolare, l'elaboratore logico 50 analizzerà i segnali di indicazione 46a, 46b, 45c e fornirà una indicazione della presenza di una ruota 18 soltanto se vengono generati due dei tre segnali di indicazione 46a, 46b, 46c. Questa ridondanza fornisce un affidabile rivelatore di ruota 10 che continuerà ad operare accuratamente anche in caso di avaria di uno dei radar ad impulsi a micropotenza 26.

Inoltre, questa configurazione eliminerà molte false rivelazioni, poiché almeno due radar ad impulsia micro potenza 26 debbono generare segnali di indicazione 46, prima che il rivelatore di ruota 10 indichi la rivelazione di una ruota 18.

L'elaboratore logico 50 può essere ulteriormente configurato in modo da fornire una diagnosi delle avarie nel caso in cui il radar ad impulsi a micropotenza 26 dovesse fallire. L'elaboratore logico 50 può analizzare i segnali di indicazione 46a, 46b, 45c quan do viene rivelata una avaria e può generare un appropriato segnale di allarme che identifica il radar ad impulsi a micropotenza difettoso 26.

Il rivelatore di ruota 10 può essere usato nella progettazione di ingresso/uscita discreta oppure nella configurazione di rete di area locale (LAN). La Figura 6 rappresenta uno schema a blocchi funzionale del rivelatore di ruota 10 nella progettazione di ingresso/uscita discreta. In particolare, i segnali di indicazione 46 del radar ad impulsi a micropotenza 26 possono essere applicati all'elaboratore logico 50. La uscita dall'elaboratore logico può essere applicata ad una pluralità di relè 52. I relè 52 trasmettono segnali di 24 volt ad un elaboratore di ingresso/uscita 54 sulla base dell'uscita dell'elaboratore logico 50. La elevata tensione fornisce un segnale intenso ed affida bile per la trasmissione all'eladoratore o processore di ingresso/uscita 54. Una unità di elaborazione centrale ospite o residente (host) 56 legge successivamen te i dati dal processore di ingresso/uscita 54.

Ciascun radar ad impulsi a micropotanza 26 in un rivelatore di ruota 10 operante nel modo di ingresso/uscita discreto in qualità di rivelatore di velocità lineare può emettere in uscita due segnali di 24 volt attraverso i relè 52 all'elaboratore di ingresso/ uscita 54. Ciascun segnale di uscita corrisponde alla rivelazione di una ruota 18 nella prima area di bersaglio 22a oppure nella seconda area di bersaglio 122a. L'unità di elaborazione centrale residente 56 conterà il tempo trascorso fra i due segnali e calcolerà la velocità sulla base della distanza fra la prima area di bersaglio 22a e la seconda area di bersaglio 122a. L'unità di elaborazione centrale residente 56 può anche determinare la velocità lineare della ruota 18 attraverso l'analisi di quale radar ad impulsi a micropotenza 26 è stato fatto scattare per primo dalla ruota 18.

In dipendenza dall'ambiente operativo, può essere desiderabile configurare l'unità di elaborazione centrale residente 56 in modo da svolgere alcune oppure tutte le funzioni logiche. In accordo con ciò, il rivelatore di ruota 10 può essere progettato in modo da emettere in uscita direttamente i segnali di indica zione 46 attraverso i relè 52 all'elaboratore di ingresso/uscita 54. L'unità di elaborazione centrale residente 56 successivamente legge ed elabora l'uscita del rivelatore di ruota 10 dall'elaboratore di ingresso/uscita 54. L'unità di elaborazione centrale residen te 56 può svolgere funzioni di rivelazione delle avarie, diagnosi delle avarie ed inclusione delle tolleranze di malfunzionamento, come alternativa alla realizzazione strutturale delle funzioni logiche su un pannello di circuito stampato (PCB) nel rivelatore di ruota 10.

Come alternativa al modo di ingresso/uscita discreto, i rivelatori di ruote 10 possono essere utilizzati in configurazioni di reti di area locale (LAN), per esempio ad una configurazione di reta di area loca le ad anello di gettone (deterministica) oppure in una configurazione di rete di area locale ad accesso multi plo in senso di portante/rivelazione di collisione (CSMA/CD) (non deterministica).

Il radar ad impulsi a micropotenza 26 funziona nella stessa maniera nelle configurazioni di rete di area locale, come precedentemente descritto nella configurazione di ingresso/uscita discreta. Come rappresentato nella Figura 7, i segnali di indicazione 46 vengono applicati all'elaboratore logico 50 in cui pos sono eseguite funzioni di rivelazione delle avarie di funzionamento, diagnosi delle avarie e tolleranza delle dette avarie. L'uscita dall'elaboratore logico 50 viene applicata all'unità di elaborazione centrale locala 60.

L’unità di elaborazione centrale locale 60 elabora l'uscita dell'elaboratore logico 50 per determina re la presenza, la velocità lineare e la direzione del la ruota 13. L'unità di elaborazione centrale locale 60 utilizza un contatore 66 per misurare l'intervallo di tempo che intercorre fra la rivelazione della ruota 13 nella prima area di bersaglio 22a e nella seconda area di bersaglio 122a per determinare la velocità lineare della ruota 18. Alternativamente, l'intervallo di tempo potrebbe essere misurato fra i singoli radar ad impulsi a micropotenza 26a, 26b, 26c. La utilizzazione di tre radar ad impulsi a micropotenza 26a, 26b, 26c fornisce un funzionamento capace di svolgersi anche in presenza di avarie di funzionamento e consente di determinare la direzione lineare di avanzamento del la ruota 18.

Analogamente al funzionamento del rivelatore di ruota 10 nel modo di ingresso/uscita discreto, le funzioni logiche di avaria possono essere eseguite dallo elaboratore logico So, come precedentemente descritto, oppure dall'unità di elaborazione centrale locale 60.

La presenza della ruota, la velocità lineare ed i dati direzionali vengono inoltrati dall'unità di eia borazione centrale locale 60 ad un controllore di rete 62 dove tali dati vengono predisposti per la trasmissione attraverso la rete di area locale all'elaboratore di ingresso/uscita 54. L'elaboratore di ingresso/ uscita 54 organizza e memorizza i dati e, a seguito di richiesta, trasmette un profilo della zona che viene analizzata all'unità di elaborazione centrale residente 56.

Una pluralità di rivelatori di ruota 10 possono essere disposti in una configurazione di rete di area locale CSMA/CD, come rappresentato nella Figura 8. Ciascun rivelatore di ruota 10 in questa configurazione tenta di trasmettere gli ultimi dati attraverso il controllore di rete 62 all'elaboratore di ingresso/ uscita 54 quando un bus 70 è libero. Nessun dato può essere trasmesso se vi è una collisione sul bus 70 fra i segnali che provengono da diversi rivelatori di ruota 10. Ciascun rivelatore di ruota 10 continuerà a ten tare di trasmettere i suoi dati ultimi fino a che il bus 70 si libera ed i suoi dati sono stati trasmessi. Il funzionamento nella conf igurazione CSMA/CD può richiedere che il caricamento di rete non sia più di 51 di capacità.

La Figura S rappresenta una pluralità di rivela tori di ruota 10 disposti in una configurazione LAN ad anello chiuso. Ciascun rivelatore di ruota 10 viene collegato ad un anello chiuso 63 attraverso il control lore di rete 62. I dati provenienti dai rivelatori di ruota 10 vengono memorizzati nel processore di ingresso/uscita 54 per la trasmissione all'unità di elaborazione centrale residente 56. L'unità di elaborazione centrale residente 56 inizia un trasferimento ordinato di dati che consente di leggere tutti i controllori di rete 62 in un ordine sequenziale. Il software del sistema misura la posizione dinamica, la direzione ed i dati di velocità attraverso una distanza lineare speci ficata in una sequenza preventivamente definita. I cal coli di accelerazione possono anche essere ottenuti da un profilo di velocità attraverso questo segmento lineare di percorso.

La rete di area locale ad anello chiuso è prefe ribilmente usata come un generatore di profilo di velocità, nella misura in cui le velocità dei punti in posizioni successive lungo la rotaia 20 vengono succes sivamente misurate a mano a mano che il turno viene se quenzialmente fatto passare attraverso la rete di area locale ad anello chiuso. Un certo numero di velocità di punti sono ottenute e le informazioni di accelerazione possono essere efficientemente determinate in questa configurazione di rete di area locale. Questo sistema può essere usato in applicazioni di controllo di velocità in cantieri di classificazione dove la velocità di una carrozza deve essere nota in numerose po sizioni.

La configurazione di rete di area locale miglio rerà il funzionamento dei rivelatori di ruota 10. La configurazione di rete di area locale ad anello chiuso è preferita quando il rivelatore di ruota 10 viene usa to in applicazioni di determinazione del profilo di velocità e di accelerazione. Alternativamente, la configurazione CSMA/CD è preferita se i rivelatori di ruo ta 10 vengono principalmente usati per determinare la presenza di una ruota o la sua direzione lineare ed il carico della rete è sufficientemente basso.

Uno schema di una forma di realizzazione della invenzione è rappresentato nella Figura 10. Le antenne trasmittenti 42 dei radar ad impulsi a micropotenza 26 trasmettono i segnali degli impulsi radar 33 verso una prima area di bersaglio 22a ed una seconda area di ber saglio 122a su una rotaia (non rappresentata). I radar ad impulsi a micropotenza 26 generano segnali di indicazione 46a, 146a che corrispondono alla rivelazione di una ruota 18 entro la prima area di bersaglio 22a ed entro la seconda area di bersaglio 122a. Il control 10 di distanza 38 dei radar ad impulsi a micropotenza 26 può essere implementato con una pluralità di potenziometri di distanza o di portata 86a, 86b, 86c ed il controllo di sensibilità 45 può essere implementato con una pluralità di potenziometri di sensibilità 87a, 87b , 87c.

I segnali di indicazione 46 vengono applicati ad una pluralità di circuiti buffer o tampone 63 ed i segnali di indicazione mantenuti in detti circuiti tam pone vengono applicati ad un controllore di contatore 65 che comprende una pluralità di circuiti porta OR 77. Il controllore contatore 65 dirige il contatore 66 in modo da temporizzare l'intervallo fra un primo segnale di indicazione 46 ed un secondo segnale di indicazione 146. L'uscita del contatore 66 viene applicata all‘uni tà di elaborazione centrale locale 60 per il calcolo della velocità lineare della ruota 18.

I segnali di indicazione contenuti nei circuiti tampone vengono anche applicati ad una pluralità di circuiti monostabili 72a, 72b, 72c. I circuiti monosta bili 72a, 72b, 72c trattengono i segnali di indicazione mantenuti nei circuiti tampone per un tempo sufficiente, sincronizzando cosi ciascun segnale di indicazione contenuto nel circuito tampone da ciascun radar ad impulsi a micropotenza 26a, 26b, 26c.

L'adattamento dei segnali di indicazione contenuti nei circuiti tampone è richiesto perchè ciascun radar ad impulsi a micropotenza 26a, 26b, 26c rivelerà consecutivamente una ruota 18 in diversi istanti di tempo .

L'uscita dei circuiti monostabili 72a, 7 2 b , 72c in questa forma di realizzazione viene applicata ad un elemento latch 55 per la trasmissione all'unità di eia borazione centrale locale 60. L'unità di elaborazione centrale locale 60 indirizzerà ciascun rivelatore di ruota 10 attraverso il comparatore di indirizzi 79 per iniziare la trasmissione dei dati di rivelazione delle ruote dall'elemento latch 55 all'unità di elaborazione centrale locale 60.

L'uscita dei circuiti monostabili 72 viene anche applicata al processore logico 50. L'uscita dal processore logico 50 viene applicata ai relè 52 per la trasmissione all'elaboratore di ingresso/uscita 54 attraverso una interfaccia discreta 53. L'interfaccia discreta 53 fornisce ulteriormente un punto di prova sul campo per ciascun singolo rivelatore di ruota 10.

In aggiunta, un convertitore da corrente continua a corrente continua 76 fornisce un segnale di 5 volt al circuito del radar ad impulsi a micropotenza 26 a 5 volt.

La tabella che segue contiene una lista dei com ponenti che possono essere usati per costruire la forma di realizzazione dell'invenzione rappresentata nella Figura 10.

Numero di Descrizione del Numero del Fornitore riferimento pezzo pezzo

26 MIR ASIC Lawrence Livermore Laboratory

52 Relè Serie 6200 Coto Wabash

55 Latch 74HC573 Texas Instruments 63 Buffer 74HC808 Texas Instruments 72 Monostabi le 74HC453S Motorola Corp. 76 Convertitore 24VCC-5VCC Pico Electronics CC-CC

79 Comparatore di 74HC68S Texas Instruments indirizzi

86, 87 Potenziometro Serie 3059 Bourns

Sebbene certe preferite forme di realizzazione siano state nella presente descritte e rappresentate, deve essere sottinteso ohe varie altre forme di realiz zazione e modificazioni possono essere attuate rimanen do nell'ambito delle seguenti rivendicazioni.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Apparecchio per indicare la presenza di veicolo su rotaie su una serie di rotaie distanziate attraverso la rivelazione della presenza di una ruota su una di tali rotaie, comprendente: a. una pluralità di generatori di impulsi radar per produrre una pluralità di segnali ad impulsi radar, in cui l'indice di riflessione o riflessività di detti segnali ad impulsi radar viene alterato mediante contatto con gli oggetti che si trovano nell'ambiente; b. una pluralità di trasmettitori per emettere detti segnali ad impulsi radar verso un'area di bersaglio al disopra di una di tali rotaie e detti trasmettitori sono collegati a detti generatori di impulsi ra dar e detti trasmettitori sono lateralmente distanziati da una di tali rotaie; c. una pluralità di ricevitori corrispondenti a ciascuno di detti trasmettitori per il campionamento di una pluralità dei segnali ad impulsi radar ricevuti rinviati come segnali di eco da detta area di bersaglio e detti ricevitori sono lateralmente distanziati da detta suddetta rotaia; d. almeno un processore o elaboratore di movimento per generare un segnale di indicazione corrispon dente a ciascuno di detti segnali ad impulsi radar ricevuti avente un indice di riflessione alterato per ef fetto del movimento di tale ruota in detta area di ber saglio; e e. un elaboratore logico collegato a detti alme no uno elaboratori di movimento per generare un segnale di rivelazione di ruota in risposta ad una pluralità di detti segnali di indicazione.
2. Apparecchio secondo la rivendicazione 1, in cui ciascuno di detti generatori di impulsi radar e di detti trasmettitori e di detti ricevitori e di detti almeno uno elaboratori di movimento collegati ad essi sono fabbricati in materiale semiconduttore monolitico.
3. Apparecchio secondo la rivendicazione 1, in cui un primo ricevitore esegue il campionamento di un primo segnale ad impulso radar ricevuto proveniente da una prima area di bersaglio ed un secondo ricevitore esegue il campionamento di un secondo segnale ad impul so radar ricevuto proveniente da una seconda area di bersaglio e detti almeno uno elaboratori di movimento generano un primo segnale di indicazione corr i spondente alle variazioni dell'indice di riflessione di detto primo segnale ad impulso radar ricevuto e generano un secondo segnale di indicazione corrispondente alle variazioni dell'ìndice di riflessione di detto secondo segnale ad impulso radar ricevuto e detto elaboratore o processore logico determina la direzione di movimento di detta ruota da detto primo segnale di indicazione e da dettos econdo segnale di indicazione.
4. Apparecchio secondo la rivendicazione 1, in cui ciascuno di detti ricevitori esegue il campionamen to di un primo segnale ad impulso radar ricevuto proveniente da una prima area di bersaglio e di un secondo segnale ad impulso radar ricevuto proveniente da una seconda area di bersaglio e detti almeno uno elaboratori di movimento generano un primo segnale di indicazione corrispondente alle variazioni dell'indice di riflessione di detto primo segnale ad impulso radar ricevuto e generano un secondo segnale di indicazione corrispondente alle variazioni dell'indice di riflessione di detto secondo segnale ad impulso radar ricevu to e detto elaboratore logico determina la velocità del punto lineare di tale ruota da detto primo segnale di indicazione e da detto secondo segnale di indicazione .
5. Apparecchio secondo la rivendicazione 4, ulteriormente comprendente un contatore per temporizzare l'intervallo intercorrente fra detto primo segnale di indicazione e detto secondo segnale di indicazione per determinare la velocità lineare di un punto di tale ruota .
6. Apparecchio secondo la rivendicazione 1, in cui detto apparecchio è fisicamente separato da tali rotaie .
7. Apparecchio secondo la rivendicazione 6, in cui detto apparecchio è posizionato entro quattro larghezze di binario rispetto alla summenzionata rotaia.
8. Apparecchio per indicare la presenza di un veicolo su rotaia su una serie di rotaie distanziate attraverso la rivelazione della presenza di una ruota su una di tali rotaie, comprendente: a. un generatore di segnali ad impulsi radar per produrre un segnale ad impulso radar, in cui l'indice di riflessione o riflessività di detto segnale ad impulso radar viene modificato dal contatto con gli og getti che si trovano nell'ambiente; b. un trasmettitore collegato a detto generatore di segnali ad impulsi radar per emettere detto segnale ad impulso radar verso detta rotaia e detto trasmettitore è lateralmente distanziato da detta rotaia; c. un ricevitore per effettuare il campionamento di un primo segnale ad impulso radar ricevuto rinviato come segnale di eco da una prima area di bersaglio al disopra di detta rotaia ed un secondo segnale ad impulso radar ricevuto rinviato come segnale di eco da una seconda area di bersaglio al disopra di tale ro taia e detto ricevitore è lateralmente distanziato da tali rotaie; e d. un elaboratore o processore di movimento per generare un primo segnale di indicazione in risposta alle variazioni dell'indice di riflessione di detto primo segnale ad impulso radar ricevuto e per generare un secondo segnale di indicazione in risposta alle variazioni dell'indice di riflessione di detto secondo segnale ad impulso radar ricevuto e detto elaboratore di movimento viene collegato a detto ricevitore.
9. Apparecchio secondo la rivendicazione 8, ulteriormente comprendente un contatore per temporizzare l'intervallo che intercorre fra detto primo segnale di indicazione e detto secondo segnale di indicazione e detto contatore viene collegato a detto elaboratore di movimento.
10. Apparecchio secondo la rivendicazione 8, in cui detto generatore di impulsi radar, detto trasmetti1 tore, detto ricevitore e detto processore di movimento sono fabbricati in materiale semiconduttore monolitico.
11. Apparecchio secondo la rivendicazione 6, in cui detto apparecchio è fisicamente separato da tali rotaie.
12. Apparecchio secondo la rivendicazione 11, in cui detto apparecchio è posizionato entro quattro larghezze di binario rispetto a tali rotaie.
13. Apparecchio secondo la rivendicazione 8, in cui detta ruota passa attraverso detta prima area di bersaglio e detta seconda area di bersaglio.
14. Apparecchio secondo la rivendicazione 8, ul teriormente comprendente un dispositivo di ritardo di tempo per regolare il tempo di campionamento di detto ricevitore in modo da effettuare il campionamento di detto primo segnale ad impulso radar ricevuto corrispondente a detta prima area di bersaglio e di detto secondo segnale ad impulso radar ricevuto corrisponden te a detta seconda area di bersaglio e detto dispositi vo di ritardo di tempo viene collegato fra detto generatore di impulsi radar e detto ricevitore.
15. Apparecchio secondo la rivendicazione 14, in cui detto generatore di impulsi radar, detto trasmet titore, detto ricevitore, detto elaboratore di movimen to e detto dispositivo di ritardo di tempo sono fabbri cati in materiale semiconduttore monolitico.
16. Apparecchio per indicare la presenza di un veicolo ferroviario su un insieme di rotaie distanziate attraverso la rivelazione della presenza di una ruo ta su una di tali rotaie, comprendente: a. un generatore di segnali ad impulsi radar per produrre un segnale ad impulso radar, in cui l'indice di riflessione di detto segnale ad impulso radar viene alterato dal contatto con oggetti che si trovano nell'ambiente; b. un trasmettitore collegato a detto generatore di segnali ad impulsi radar per emettere detto segnale ad impulsi radar verso una di tali rotaie e detto trasmettitore è lateralmente distanziato da tale ro taia; c. un ricevitore per il campionamento di un segnale ad impulsi radar ricevuto rinviato come segnale di eco da detta area di bersaglio e detto ricevitore è lateralmente distanziato da tale rotaia; d. un dispositivo di ritardo di tempo per regolare il tempo di campionamento di detto ricevitore e cosi definire detta area di bersaglio e detto dispositivo di ritardo di temoo è interposto fra detto genera tore di segnali ad impulsi radar e detto ricevitore; e e. un elaboratore o processore di movimento per generare un segnale dì rivelazione di ruota in risposta alle variazioni dell'indice di riflessione di detto segnale ad impulsi radar ricevuti e detto elaborato re di movimento è collegato a detto ricevitore.
17. Apparecchio secondo la rivendicazione 16, in cui detto generatore di impulsi radar, detto trasmet titore, detto dispositivo di ritardo di tempo, detto ricevitore e detto elaboratore di movimento sono fabbricati con materiale semiconduttore monolitico.
18. Apparecchio secondo la rivendicazione 15, in cui detta area di bersaglio comprende una prima area di bersaglio ed una seconda area di bersaglio e detto segnale ad impulso radar ricevuto comprende un primo segnale ad impulso radar ricevuto ed un secondo segnale ad impulso radar ricevuto.
19. Apparecchio secondo la rivendicazione 18, in cui detto ricevitore esegue il campionamento di un primo segnale ad impulso radar ricevuto da detta prima area di bersaglio e di un secondo segnale ad impulso radar ricevuto proveniente da detta seconda area di bersaglio e detto elaboratore di movimento genera un primo segnale di indicazione corrispendente alle varia zioni dell'indice di riflessione di detto primo segnale ad impulso radar ricevuto ed un secondo segnale di indicazione corrispondente alle variazioni dell'indice di riflessione di detto secondo segnale ad impulso radar ricevuto.
20. Apparecchio secondo la rivendicazione 19, ulteriormente comprendente un contatore per temporizza re l'intervallo fra detto primo segnale di indicazione e detto secondo segnale di indicazione per determinare la velocità lineare di tale ruota.
21. Apparecchio secondo la rivendicazione 16, in cui detto apparecchio è fisicamente separato da tali rotaie.
22. Apparecchio secondo la rivendicazione 21, in cui detto apparecchio è posizionato entro quattro larghezze di binario in relazione ad una di tali rotaie.
23. Procedimento per indicare la presenza di un veicolo ferroviario su un insieme di rotaie distanziate, comprendente le seguenti operazioni: a. trasmettere un primo segnale impulsivo radar da una prima posizione fissa lateralmente distanziata da tali rotaie verso una prima area di bersaglio al di sopra di una di tali rotaie; b. effettuare il campionamento di una prima por zione di tale primo segnale impulsivo radar corrispondente a detta prima area di bersaglio; c. analizzare detta prima porzione per rivelare le variazioni dell'indice di riflessione di detto primo segnale impulsivo radar corrispondente ad una presenza di una ruota entro detta prima area di bersaglio; e d. indicare tale presenza di tale veicolo ferro viario in risposta ad una rivelazione di tale ruota in tale prima area di bersaglio.
24. Procedimento secondo la rivendicazione 23, ulteriormente comprendente l'operazione di contare tali indicazioni di tali ruote entro tale prima area di bersaglio.
25. Procedimento secondo la rivendicazione 23, in cui un trasmettitore ed un ricevitore di tale primo segnale impulsivo radar sono fisicamente separati da tali rotaie.
26. Procedimento secondo la rivendicazione 25, in cui tale trasmettitore e tale ricevitore sono distanziati entro quattro larghezze di binario in relazione a tale rotaia.
27. Procedimento secondo la rivendicazione 23, ulteriormente comprendente le seguenti operazioni: e. trasmettere un primo segnale impulsivo radar da tale prima posizione fissa lateralmente distanziata da tali rotaie verso una seconda area di bersaglio al disopra di detta rotaia; f. effettuare il campionamento di una seconda porzione di tale primo segnale impulsivo radar corrispondente a tale seconda area di bersaglio; g. analizzare tale seconda porzione per rivelare le variazioni dell'indice di riflessione di detto primo segnale impulsivo radar corrispondentemente alla presenza di tale ruota entro detta seconda area di ber saglio; e h. indicare tale presenza di tale veicolo ferroviario in risposta alla rivelazione di tale ruota in detta seconda area di bersaglio.
28. Procedimento secondo la rivendicazione 27, ulteriormente comprendente la seguente operazione: i. calcolare la velocità lineare di tale ruota.
29. Procedimento per indicare la presenza di un veicolo ferroviario su un insieme di rotaie distanziate, comprendente le seguenti operazioni: a. trasmettere una pluralità di segnali impulsi vi radar da una posizione fissa lateralmente distanzia ta da tali rotaie verso una pluralità di aree di bersa glio al disopra di una di tali rotaie; b. effettuare il campionamento di una prima por zione di ciascuno di tali segnali ad impulsi radar cor rispondenti a tali aree di bersaglio; c. analizzare tali prime porzioni per rivelare le variazioni dell'indice di riflessione di tali segna li ad impulsi radar corrispondenti alla presenza di una ruota entro tali aree di bersaglio; e d. indicare tale presenza di tale veicolo ferro viario in risposta alla rivelazione di tale ruota in dette aree di bersaglio.
30. Procedimento secondo la rivendicazione 29, ulteriormente comprendente la seguente operazione: e. calcolare la velocità lineare di tale ruota.
31. Procedimento secondo la rivendicazione 29, ulteriormente comprendente la seguente operazione: e. determinare la direzione di tale ruota.
32. Procedimento secondo la rivendicazione 29, ulteriormente comprendente la seguente operazione: e. contare tale ruota entro dette aree di bersa glio.
33. Procedimento secondo la rivendicazione 29, in cui una pluralità di trasmettitori ed una pluralità di ricevitori di detti segnali ad impulsi radar sono fisicamente separati da tali rotaie.
34. Procedimento secondo la rivendicazione 33, in cui detti trasmettitori e detti ricevitori sono distanziati entro quattro larghezze di binario rispetto ad una di dette rotaie.