PL184965B1

PL184965B1 - Układ indukcyjnego czujnika torowego do wykrywania kół pojazdów szynowych

Info

Publication number: PL184965B1
Application number: PL97322264A
Authority: PL
Inventors: SchmidtHarald
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1996-09-27
Filing date: 1997-09-24
Publication date: 2003-01-31
Also published as: CH693062A5; DE19641392A1; AT409480B; DE19641392B4; ATA159897A; PL322264A1

Abstract

1 . Uklad indukcyjnego czujnika torowego do wykry- wania kól pojazdów szynowych, który w obwodzie sprze- zenia zwrotnego oscylatora ma wlaczony filtr zawierajacy kondensator i rezystor, a ten rezystor jest rezystorem emitera tranzystora, znamienny tym, ze w obwodzie sprzezenia zwrotnego oscylatora (V, LC) jest wlaczony filtr (F) do tlumienia drgan o czestotliwosci ponizej cze- stotliwosci rezonansowej (fs) oscylatora, a obwód drgajacy (L1, C1) oscylatora jest polaczony równolegle przez co najmniej jeden kondensator (C2) z uzwojeniem pierwot- nym (n1) transformatora (Tr), którego uzwojenie wtórne (n 2) jest polaczone jedna koncówka przez nastepny kon- densator (C3) i druga koncówka przez rezystor (R) z emiterem tranzystora (T) oscylatora oraz przy jednako- wym kierunku nawiniecia uzwojen (n1, n2) transfor- matora odpowiadajace sobie koncówki uzwojen i przy róznym kierunku nawiniecia nie odpowiadajace sobie koncówki uzwojen sa polaczone zawsze z jednym z kondensatorów (C2, C3). Fig. 1 Fig 2 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ indukcyjnego czujnika torowego do wykrywania kół pojazdów szynowych, stanowiących przejeżdżające masy stalowe tłumiące indukcyjnie obwód drgający oscylatora, z czujnikiem, który reaguje na zmianę napięcia drgań oscylatora lub na zmianę prądu zasilania pobieranego z oscylatora i dostarcza sygnały czujnika.

Znany jest z niemieckiego opisu patentowego nr 36 43 970 C2 czujnik do wykrywania kół pojazdów kolejowych przejeżdżających na szynach i dostarczania sygnałów czujnika do licznika sygnału wolnego i zajętego odcinka toru. W celu wykrywania przejeżdżających kół pojazdu szynowego czujnik ocenia tłumienie obwodu drgającego oscylatora przez masę żelaznych kół pojazdu. Przy tym zmienia się napięcie czujnika występujące na obwodzie drgającym oscylatora lub prąd zasilania pobierany z oscylatora w porównaniu z czujnikiem, który nie porusza się po torze. Układ czujnikowy wykrywa to i dostarcza sygnały czujnika, które są przedstawiane przez różne pobory prądu czujnika, a każdorazowy pobór prądu wykrywa się daleko od czujnika w zasilanym urządzeniu kontrolnym. Czujniki kół reagują nie tylko na przejeżdżające pojazdy szynowe, ale także na przykład na hamulce elektromagnetyczne pojazdu szynowego, a w zależności od stanu pracy hamulców elektromagnetycznych występują sygnały czujnika wskazujące zakłócenia. Oddziaływanie na oscylator przez hamulce elektromagnetyczne jest zależne od prędkości, z jaka poruszają się hamulce elektromagnetyczne i od natężenia pola zakłócającego hamulce przez indukcyjność obwodu drgającego. Chociaż chwilowe zmiany pola hamulców elektromagnetycznych występują również przy dużych prędkościach znacznie poniżej częstotliwości rezonansowej czujników kół, co jest bezwarunkowe dla selektywności obwodu drgającego, powstają jednak tak duże napięcia zakłócające, że czujniki kół mogą reagować na nie, jak na przejeżdżające koła pojazdu.

Znane są różne rozwiązania zapobiegające powstawaniu błędnych sygnałów czujnika. Niemiecki opis patentowy nr 32 00 553 C2 przedstawia dla czujnika kół układ sondy pola magnetycznego, który reaguje na pole hamulców pojazdu i przy wykryciu takiego pola przerywa w czasie jego oddziaływania dostarczanie sygnałów czujnika kół.

Znany jest z niemieckiego opisu patentowego nr 37 20 576 Al układ elektronicznego zestyku podwójnego, w którym nieliniowy element obwodu, ustawiany przez pola magnetyczne hamulca elekromagnetycznego, zwiera chwilowo obwody drgające oscylatorów czujników i przez to również przerywa dostarczanie sygnałów czujnika kół.

184 965

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr 148 107 układ pomiarowy, zwłaszcza do wykrywania kół pojazdów szynowych, zawierający czujnik indukcyjny zainstalowany w torze oraz zawierający połączony z czujnikiem generator, którego wyjście połączone jest z prostownikiem, przerzutnikiem, a także zawiera część układu pomiarowego zainstalowaną w nastawni. Czujnik indukcyjny stanowi jeden z elementów obwodu generacyjnego mostkowego generatora LC, poprzez prostownik połączonego z wejściem przerzutnika Schmitta, który swymi przewodami zasilającymi połączony jest z diodą świecącą włączoną szeregowo w obwód prądu zasilającego w nastawni, przy czym do diody świecącej dołączony jest równolegle rezystor, a dioda świecąca sprzężona jest z fototranzystorem, którego wyjście stanowi wyjście układu. Układ ten w obwodzie sprzężenia zwrotnego oscylatora ma włączony filtr górnoprzepustowy, którego rezystor jest rezystorem emitera tranzystora oscylatora.

Według wynalazku w obwodzie sprzężenia zwrotnego oscylatora jest włączony filtr do tłumienia drgań o częstotliwości poniżej częstotliwości rezonansowej oscylatora, a obwód drgający oscylatora jest połączony równolegle przez co najmniej jeden kondensator z uzwojeniem pierwotnym transformatora, którego uzwojenie wtórne jest połączone jedną końcówką przez następny kondensator i drugą końcówką przez rezystor z emiterem tranzystora oscylatora oraz przy jednakowym kierunku nawinięcia uzwojeń transformatora odpowiadające sobie końcówki uzwojeń i przy różnym kierunku nawinięcia nie odpowiadające sobie końcówki uzwojeń są połączone zawsze z jednym z kondensatorów.

Korzystnie filtr jest filtrem górnoprzepustowym.

Zaletą wynalazku jest to, że eliminuje on zakłócające oddziaływanie całkowicie wzbudzonych hamulców elektromagnetycznych na czujniki w oparciu o to, że napięcie zakłócające indukowane w cewce indukcyjnej obwodu drgającego czujnika różni się częstotliwościowo niezwykłe silnie od częstotliwości roboczej oscylatora i dlatego jest możliwe podzielenie ponownie na składowe obu napięć powstających w obwodzie drgającym oscylatora i odfiltrowanie jednego napięcia, mianowicie zakłócającego napięcia uwarunkowanego działaniem hamulców.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia podstawowy układ czujnika kół według wynalazku, fig. 2 - przykład wykonania czujnika kół z filtrem według wynalazku i fig. 3 - znany układ czujnika kół pracującego na zasadzie indukcyjnego inicjatora zbliżeniowego.

Figura 1 przedstawia podstawowy układ czujnika kół według wynalazku, w którym jest zastosowany filtr F typu górnoprzepustowego, włączony na wejściu wzmacniacza i redukujący wpływ zakłóceń. Do cewki indukcyjnej obwodu drgającego LC oscylatora jest doprowadzane oprócz napięcia U_s czujnika napięcia zakłócające U_z indukowane przez pole magnetyczne przesuwającego się obok hamulca elektromagnetycznego, a oba napięcia różnią się od siebie znacznie częstotliwościami f_z, _f_s .W gi^łę^zi sp^rzęe^er^i a zwootneo o wzmacniacza V jest włączony filtr F, który pozostawia bez tłumienia drgania w zakresie częstotliwości f, oscylatora, lecz blokuje drgania o znacznie mniejszych częstotliwościach doprowadzanego napięcia zakłócającego U. Przy dostatecznym tłumieniu sprzężonego zwrotnie sygnału zakłócającego k.d.Uz, przy współczynniku tłumienia d<<1, napięcia zakłócające Uz nie oddziałuje już na parametry robocze wzmacniacza oraz nie pogarsza dzięki temu wysterowania obwodu drgającego i dalszego rozpoznawania napięcia U_s czujnika. Współczynnik tłumienia napięcia U_sczujnika ma rząd wielkości 1, to jest napięcie czujnika nie będzie w filtrze F zmniejszane. Filtr F jest korzystnie filtrem góreoprcepustowym lub filtrem pasmowym, którego częstotliwość przepustowa występuje w zakresie częstotliwości czujnika.

Figura 2 przedstawia przykład wykonania układu czujnika według wynalazku, w którym cewka indukcyjna L1 tworzy z kondensatorem C1 obwód drgający o dobroci zmniejszającej się przy tłumieniu iedukcyjności czujnika przez metalowe obrzeże koła. Napięcie przemienne obwodu drgającego jest doprowadzane przez kondensator C2 uzwojenia pierwotnego ni transformatora Tr. Z uzwojenia wtórnego n2 transformatora Tr część napięcia obwodu drgającego jest doprowadzana ponownie na emiter tranzystora T oscylatora poprzez kondensator 3 zgodnie z przekładniami transformatora c2:c1 (h2<n1).

184 965

Filtr jest utworzony przez kondensator C2, transformator Tr I rezystor R. Charakter filtru określają dwie cechy. Po pierwsze, rezystor R emitera, transformowany przez transformator Tr do obwodu drgającego, tworzy z kondensatorem C2 filtr górnoprzepustowy RC o stałej czasowej Th = (n1/n2)².R.C2. Filtr górnoprzepustowy RC utworzony przez kondensator C2 transformowany rezystor R emitera tłumi składowa zakłócającą napięcia doprowadzanego do tranzystora przerzutnikowego T o czynnik około 10. Po drugie, znacznie silniejszy, skuteczny efekt powoduje połączenie szeregowe zależnych od częstotliwości rezystancji przy prądzie przemiennym kondensatora C2 z Rc2 = 1<b.C2 i Rlt; = ω. Lt· uzwojenia pierwotnego transformatora. W zakresie częstotliwości rezonansowej f_s obwodu drgającego znacznie większej od częstotliwości sygnału zakłócającego f_z, rezystancja R^ jest znacznie mniejsza niż rezystancja RLTr. Napięcie rezonansowe obwodu drgającego jest doprowadzane prawie bez zmian do uzwojenia pierwotnego transformatora Tr, tak że są zadane warunki wymagane do utrzymania drgań. Natomiast w przypadku sygnału zakłócającego o niniejszej częstotliwości, stosunki rezystorów R_C2'· Rlti· zmieniają się zdecydowanie. Napięcie zakłócające na kondensatorze C2 spada prawie całkowicie, tak że do transformatora Tr jest doprowadzana tylko pomijalnie mała składowa zakłócająca. Do emitera tranzystora oscylatora nie dochodzi więc żadne drganie i dalsze napięcie zakłócające, pogarszające obróbkę sygnału. W praktycznym zastosowaniu wynalazku okazało się, że napięcie zakłócające doprowadzane ponownie do tranzystora oscylatora zostaje ograniczone do wartości równej 0,05% pierwotnej amplitudy, a amplituda napięcia czujnika zmniejsza się w wyniku przejścia przez filtr z jedynie 5% na 95% pierwotnej amplitudy. Te liczby pokazują, że wpływ wzbudzonych hamulców elektromagnetycznych na czujnik kół pracujący na zasadzie indukcyjnego inicjatora zbliżeniowego jest zmniejszany prawie do zera, a reagowanie czujnika zmienia się tylko pod względem działania zakłócającego, lecz nie pod względem działania użytecznego.

Filtr według wynalazku do blokowania napięć zakłócających o małej częstotliwości wprowadza się w każdym dowolnym czujniku korzystnie niezależnie od tego, czy oscylator drga z częstotliwością rezonansowa przy czujniku pozbawionym oddziaływań lub podlegającym oddziaływaniom, lub czy drgania w stanie pozbawionym oddziaływań lub podlegającym oddziaływaniom gasną lub' zmień i ci się tylko ich amplituda.

Figura 3 wyjaśnia problemy oddziaływań j a zakłócającego na czujniki kół przez hamulce elektromagnetyczne w znanym układzie czujnika. Wzmacniacz V o określonym współczynniku wzmocnienia v wytwarza w obwodzie drgającym LC napięcie przemienne U_s czujnika, gdy jest wzmacniany dostatecznie sygnał k.Ue (k<1) doprowadzany ponownie na jego wejście przy warunku k.v>1, aby wyrównać straty obwodu drgającego. Metalowe obrzeże koła pojazdu, oddziałujące na indukcyjność czujnika pola magnetycznego, zwiększa straty obwodu drgającego prowadzi do wygaśnięcia drgań lub w przypadku pewnego rodzaju czujnika - do zmniejszenia amplitudy.

Wielkości zmieniające chwilowe pola magnetyczne, jak pole rozproszenia całkowicie wzbudzonych i szybko poruszających się, liniowych hamulców elektromagnetycznych, wytwarzają w indukcyjności czujnika napięcie zakłócające U_z, które osiąga wartość rzędu napięcia U_s czujnika lub ją nawet przekracza, również gdy chwilowe zmiany lub częstotliwości zakłócenia występują znacznie poniżej częstotliwości rezonansowej. Na wejście wzmacniacza V jest wtedy doprowadzane napięcie k.U_z dodatkowo do sygnału k.Us. Ta składowa zakłócająca przesterowuje wzmacniacz, tak że dosterowanie obwodu drgającego do częstotliwości rezonansowej fs, nie jest już nadal utrzymywane. Wówczas drgania wygasają lub ich amplituda maleje, a czujnik wykazuje podobna reakcje, jak na metalowe obrzeże koła.

184 965 k(U_z

pos Fig. 3

184 965

Fig. 2

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Układ indukcyjnego czujnika torowego do wykrywania kół pojazdów szynowych, który w obwodzie sprzężenia zwrotnego oscylatora ma włączony filtr zawierający kondensator i rezystor, a ten rezystor jest rezystorem emitera tranzystora, znamienny tym, że w obwodzie sprzężenia zwrotnego oscylatora (V, LC) jest włączony filtr (F) do tłUmienia drgań o częstotliwości poniżej częstotliwości rezonansowej (f_s) oscylatora, a obwód drgający (Ll, C1) oscylatora jest połączony równolegle przez co najmniej jeden kondensator (C2) z uzwojeniem pierwotnym (n1) transformatora (Tr), którego uzwojenie wtórne (n2) jest połączone jedną końcówką przez następny kondensator (C3) i drugą końcówką przez rezystor (R) z emiterem tranzystora (T) oscylatora oraz przy jednakowym kierunku nawinięcia uzwojeń (n1, n2) transformatora odpowiadające sobie końcówki uzwojeń i przy różnym kierunku nawinięcia nie odpowiadające sobie końcówki uzwojeń są połączone zawsze zjednym z kondensatorów (C2, C3).
2. Czujnik według zastrz. 1, znamienny tym, że filtr (F) jest filtrem górnoprzepustowym.