RU190670U1 - Приемное устройство для автоматической поездной сигнализации - Google Patents

Abstract

Приемное устройство для автоматической поездной сигнализации относится к приемной аппаратуре автоматики и телемеханики подвижного состава рельсового транспорта. Решение предназначено для определения сигналов впереди стоящих светофоров, состояния стрелок и иных путевых устройств или указания расстояния между поездами. Устройство содержит датчик магнитного поля, усилитель, фильтр электрических сигналов и пиковый детектор. Элементы связаны между собой последовательно. Вход детектора связан с выходом фильтра через АЦП. Входной каскад устройства выполнен с возможностью пропускания аналогового сигнала в диапазоне от 50 мкВ до 2,5 В. Параметры усилителя и фильтров выбраны из условия получения на выходе фильтра минимального полезного сигнала не менее 1 мВ. АЦП имеет эффективную разрядность не менее 18 бит.Обеспечено расширение динамического диапазона приемного тракта локомотивного устройства АПС по уровню входного сигнала. Достигнуто повышение помехоустойчивости локомотивного устройства АПС на фоне аддитивных помех и эксплуатационной надежности. 5 з. п. ф-лы, 11 ил.

Description

Полезная модель относится к автоматике и телемеханике рельсового транспорта, включая железнодорожный, а именно к приемной аппаратуре автоматической поездной сигнализации (АПС) подвижного состава, предназначенной преимущественно для определения сигналов впереди стоящих светофоров, состояния стрелок и иных путевых устройств или указания расстояния между поездами.

АПС информирует машиниста о состоянии пути впереди поезда, задействует скоростную авторегулировку и авто контроль, приводит при необходимости в действие поездной автостоп для принудительного торможения состава. Основными частями широко применяемых железнодорожных АПС являются: кодовый путевой трансмиттер, производящий периодические перерывы или модуляцию электрического тока, соответствующие сигналу светофора; взаимодействующие друг с другом через рельсовую цепь и индуктивную связь путевой передатчик и локомотивный приемник в виде катушек с железными сердечниками, укрепленных на локомотиве над рельсами; локомотивный усилитель; аналоговый фильтр с переключателем принятых в России частот сигнала путевых и иных устройств; локомотивный дешифратор, расшифровывающий передаваемые с пути сигналы; локомотивный светофор и устройства, автоматически снижающие скорость поезда до соответствующей показаниям путевого или локомотивного светофора величины, а также останавливающие поезд, если машинист самостоятельно не начинает торможение в случаях, требующих снижения скорости и остановки состава. Распространенные на метрополитене и других видах рельсового транспорта АПС имеют в целом сходную конструкцию и принцип работы, а их отличия зависят от способа кодирования электрических сигналов.

При эксплуатации АПС локомотивный приемник вместе с кодовым сигналом подвергается воздействию разнообразных помех, что на практике приводит к многочисленным в масштабе страны сбоям в работе системы в виде ошибок интерпретации принимаемого сигнала, из-за которых возможен, в частности, пропуск посылок кодовых сигналов, создающий опасность возникновения аварийных ситуаций, или случайное включение автостопа, и как следствие нарушение графика движения поездов, перерасход дизельного топлива или электроэнергии, повышенный износ элементов конструкции пути и подвижного состава. Устойчивость связи с локомотивом в значительной степени способны снизить внешние помехи различной природы, уровень которых намного превышает амплитуду полезного сигнала АПС. В основном данные помехи обусловлены следующими факторами: локальной остаточной намагниченностью рельсов и стрелок, вызывающей импульсные электрические сигналы в приемных катушках АПС; изменениями протекающего через рельсы обратного тягового тока на участках с электротягой; воздействием линий продольного электроснабжения и близлежащих высоковольтных линий электропередач. Из-за низкой помехоустойчивости применяемых АПС к перечисленным помехам, так же как и к помехам иных видов на входе локомотивного устройства, не всегда обеспечивается верность приема кодовых сообщений, что не позволяет признать такие системы достаточно надежными.

Из патентного документа RU 2653658 С1 от 11.05.2018 известно приемное устройство для автоматической поездной сигнализации, содержащее пару аналоговых датчиков Холла, подключенных ко входу локомотивного приемника, связанного с локомотивным светофором через дешифратор. Датчики Холла расположены над рельсами перед передней осью локомотива с возможностью приема кодовых сигналов АПС от токов в рельсовых нитях и соединены последовательно таким образом, чтобы напряжения на входе приемника от полезного сигнала на выходе датчиков суммировались, а напряжения от помехи вычитались. Работа остальных узлов известного приемного устройства происходит в штатном режиме работы АПС. Недостатком известного устройства является получение разных сигналов АПС и разных сигналов помехи от тягового тока в случае несоблюдения условия одинаковости высоты подвеса датчиков Холла, из-за чего помехоустойчивость локомотивного устройства АПС будет снижена. У датчиков Холла чувствительность к намагниченным рельсам значительно ниже по сравнению со штатной приемной катушкой, однако известное устройство сохраняет чувствительность к тем помехам, которые не будут устранены вычитанием их сигналов с разных датчиков. Также известное устройство не способно обеспечить безотказность работы АПС из-за низкого соотношения сигнал/шум в приемном тракте такого локомотивного устройства, т.к. при слабых токах АПС невозможно выделить сигнал на датчике Холла из внутренних шумов данного датчика и динамический диапазон приемного тракта известного устройства по уровню входного сигнала недостаточно широк. В известном устройстве не предусмотрена цифровая обработка сигналов, что усложняет его конструкцию, затрудняет точную настройку, не обеспечивает стабильность работы и практически не позволяет осуществить одновременное эффективное подавление всех возможных помех в измерительном сигнале, делая невозможным доведение качества принятого сигнала до уровня, когда в измерительном сигнале полезный сигнал АПС устойчиво доминирует над помехами и его может уверенно опознать штатный дешифратор локомотивного устройства.

По указанным причинам помехоустойчивость известного устройства недостаточно высока, так же как невысока и эксплуатационная надежность.

Решаемая техническая проблема заключается в увеличении эксплуатационной надежности локомотивного устройства АПС. Обеспечиваемым настоящей полезной моделью техническим результатом является расширение динамического диапазона приемного тракта локомотивного устройства АПС с пиковым детектором по уровню входного сигнала и обусловленное этим повышение помехоустойчивости локомотивного устройства АПС на фоне аддитивных помех.

Технический результат достигается благодаря тому, что приемное устройство для автоматической поездной сигнализации, содержащее датчик магнитного поля, усилитель и фильтр электрических сигналов, связанные между собой последовательно, также включает в себя пиковый детектор, вход которого связан с выходом фильтра через аналого-цифровой преобразователь (АЦП). При этом входной каскад устройства выполнен с возможностью пропускания аналогового сигнала в диапазоне от 50 мкВ до 2,5 В. Параметры усилителя и фильтров выбраны из условия, чтобы на выходе фильтра минимальный сигнал от тока АПС в рельсе составлял не менее 1 мВ. АЦП имеет эффективную разрядность не менее 18 бит.

В частном случае осуществления полезной модели чувствительный элемент датчика выполнен из твердотельного полупроводникового сенсора магнитного поля.

В другом частном случае устройство содержит концентратор магнитного поля, а сенсор магнитного поля выполнен с возможностью работы на основе эффекта Холла и имеет рабочие параметры в диапазонах от 1 мкТл до 100 мТл, от 20 до 80 Гц.

В еще одном частном случае фильтр выполнен с возможностью активной фильтрации сигнала.

В другом частном динамический диапазон приемного тракта превышает 1⋅10⁴.

Также в частном случае динамический диапазон приемного тракта не хуже 1⋅10⁶.

Сущность технического решения поясняется следующими графическими изображениями на примере предпочтительной конструкции поездного устройства для автоматической локомотивной сигнализации (АЛС).

Фиг. 1: электрическая структурная схема локомотивного устройства АЛС.

Фиг. 2: схема локомотивного устройства АЛС со штатным дешифратором.

Фиг. 3: функциональная схема приемной головки.

Фиг. 4-6: варианты конструкции входного каскада приемного тракта.

Фиг. 7: схема размещения сенсоров магнитного поля над рельсом (вид с торца и в плане).

Фиг. 8: функциональная схема анализатора сигналов от путевых устройств.

Фиг. 9: кодовый сигнал на фоне сильной помехи.

Фиг. 10: распознанный кодовый сигнал.

Фиг. 11: вторичный кодовый сигнал с образцовыми характеристиками стандарта АЛС.

Система АПС подвижного состава включает в себя источник сообщений и поездное устройство. В качестве источника сообщений выступает, например, путевой передатчик или передающая аппаратура на другом поезде, посредством которых посылают информативные сигналы в закодированном виде, в частности, о состоянии светофоров, путевых стрелок и расстоянии между поездами. Поездное устройство установлено на единице подвижного состава, например на локомотиве или вагоне, и предназначено для приема кодовых сигналов через рельсовую цепь, образованную нитями рельсов и находящимся на данном пути составом. При размещении поездного устройства АПС на локомотиве данная система представляет собой АЛС, а поездное устройство является локомотивным.

Локомотивное устройство содержит приемную головку 1 и средства индикации и/или автоматики, например, локомотивный светофор 2 в кабине машиниста, поездной автостоп 3, дисплей бортовой информационной системы, автоматический регулятор скорости движения состава. При выполнении приемной головки 1 с функцией дешифрации кода информативного сигнала данную головку соединяют непосредственно со светофором 2 и автостопом 3 (фиг. 1), а при наличии в локомотиве штатного дешифратора 4 обеспечивается возможность для связи приемной головки 1 со светофором 2 и автостопом 3 через локомотивный дешифратор 4 (фиг. 2).

Приемная головка 1 представляет собой устройство в виде активного блока с аналоговой и цифровой обработкой сигнала от кодовых токов, содержит входной каскад приемного тракта 5, аналоговый фильтр 6, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 7, функциональный узел 8 для цифровой фильтрации, кольцевой буфер 9, анализатор сигналов 10, устройство управления 11, управляемый генератор аналоговых или цифровых сигналов 12 и выходной усилитель 13 (фиг. 3).

Входной каскад приемного тракта 5, аналоговый фильтр 6, АЦП 7, функциональный узел 8 для цифровой фильтрации, кольцевой буфер 9, анализатор сигналов 10 и устройство управления 11 электрически связаны между собой последовательно через свои сигнальные входы и соответствующие выходы. Первый выход устройства управления 11 связан с управляющим входом функционального узла 8 для цифровой фильтрации, второй выход устройства управления 11 связан с управляющим входом анализатора сигналов 10, а третий выход устройства управления 11 связан с управляющим входом генератора 12, сигнальный выход которого в свою очередь связан со входом усилителя 13.

Все перечисленные элементы приемной головки 1 закреплены в общем корпусе этого устройства, который подвешивают под локомотивом на месте установки штатной приемной катушки.

Входной каскад приемного тракта 5 приемной головки 1 включает в себя датчик магнитного поля 14 и предварительный усилитель 15 (фиг. 4).

Приемный датчик магнитного поля 14 содержит первичный преобразователь магнитного поля для диапазона от 1 мкТл до 100 мТл, соответствующего возможным уровням сигнала АЛС. В качестве чувствительного элемента датчика 14 используют твердотельный полупроводниковый сенсор напряженности или индукции магнитного поля, работающий, например, на основе эффекта Холла или на магниторезистивном эффекте квантовомеханической природы, в частности, на эффекте гигантского магнетосопротивления.

Вариант устройства с датчиком Холла дополнен концентратором магнитного поля 16. Альтернативный вариант с магниторезистивным датчиком снабжен вспомогательным генератором для установки рабочего режима датчика, при этом управляющий вход указанного генератора связан с выходом устройства управления 11.

Датчик 14 является аналоговым устройством, его сенсор магнитного поля напрямую соединен с входом усилителя 15, причем датчик 14 и усилитель 15 расположены в непосредственной близи друг от друга.

Входной каскад приемного тракта 5 предпочтительно содержит пару идентичных в пределах допустимой погрешности по своим рабочим параметрам датчиков магнитного поля 14 и 17, а усилитель 15 является дифференциальным (фиг. 5). Датчики магнитного поля 14 и 17 соединены с усилителем 15 таким образом, что выходной сигнал усилителя 15 пропорционален сумме входных интегральных сигналов с датчиков 14 и 17, включающих в себя как детерминированные, так и помеховые составляющие. В наилучшем варианте своего выполнения входной каскад приемного тракта 5 состоит из двух и более групп, каждая из которых включает в себя спаренные через дифференциальный усилитель датчики (фиг. 6).

При этом сенсорные полупроводниковые пластины всех групп, включая пластины 18, 19 соответственно датчиков 14 и 17, расположены так, что оси X, Y их координат измерения магнитного поля, определяемые по осям лепестков диаграмм направленности датчиков, перпендикулярны к продольной оси Z рельса 20, причем сенсорные пластины 18, 19 лежат в одной горизонтальной плоскости W (фиг. 7), что позволяет считать датчики размещенными в одинаковых условиях магнитного поля.

Датчики 14, 17 устойчивы по своим заводским рабочим параметрам в диапазонах от 20 до 80 Гц принятого сигнала и от -60 до +60°С температуры окружающей среды.

Предварительный усилитель 15 выполнен малошумящим, характеризуется высоким входным и низким выходным сопротивлениями. В предпочтительном варианте осуществления устройства имеет дифференциальный вход.

Входной каскад приемной головки 1 выполнен с возможностью пропускания аналогового сигнала в диапазоне от 50 мкВ для минимального входного сигнала АЛС до 2,5 В от сильных помех, появление которых возможно на практике.

Концентратор магнитного поля 16 для датчика 14 в виде датчика Холла представляет собой преобразователь магнитного потока в форме ферритового стержня или пластины с узкой стороной, ориентированной к датчику 14, и широкой стороной, ориентированной в сторону рельса 20. Концентратор 16 находится в непосредственной близи от датчика 14 и соосен с его координатной осью измерения для придания конструкции большей избирательной чувствительности к слабому магнитному полю сигнала АЛС.

Аналоговый фильтр 6 выполнен в виде активного полосового фильтра, имеет линейную характеристику в области частот от 20 до 80 Гц включительно, что превышает рабочий частотный диапазон АЛС 25-75 Гц. Фильтр 6 имеет простую конструкцию, т.к. пропускает только одну полосу частот, которая охватывает все возможные частоты стандарта АЛС. Активная фильтрация сигнала позволяет приблизить амплитудно-частотную характеристику фильтра 6 к идеальной характеристике полосового фильтра, в частности избежать появления нелинейных искажений в области частот 20-80 Гц, способных негативно повлиять на качество работы системы связи. Также активная фильтрация позволяет избежать компрессии динамического диапазона.

АЦП 7 имеет эффективную разрядность не менее 18 бит при частоте оцифровки 10-50 кГц.

Для цифровой обработки сигнала приемная головка 1 содержит элементы цифровой микроэлектроники, на основе которых построены функциональный узел 8 для цифровой фильтрации, кольцевой буфер 9, анализатор сигналов 10 и устройство управления 11.

Функциональный узел 8 для цифровой фильтрации выполнен с возможностью обработки сигналов по алгоритмам одного или более цифровых фильтров для подавления импульсных, флуктуационных и синусоидальных помех. Данный узел позволяет выбрать тип фильтра и провести его настройку, в том числе с целью адаптации к качеству принятого сигнала. Например, узел 8 обеспечивает возможность узкополосной полосовой фильтрации на рабочей частоте АЛС для выделения устойчивого сигнала, линейную и нелинейную фильтрацию, в частности с конечной импульсной характеристикой для уменьшения уровня шума типа медианного фильтра, калмановскую фильтрацию или фильтрацию с экспоненциальным сглаживанием.

Кольцевой буфер 9 служит для временного хранения цифровых данных ряда последовательных отсчетов дискретизации принятого сигнала. Разрядность буфера 9 равна разрядности АЦП 7.

Анализатор сигналов 10 микропроцессорный, выполнен комплексным и включает в себя анализатор амплитуды аналогового сигнала в виде пикового детектора. Анализатор 10 содержит функциональный узел 21 для узкополосного расчета амплитуды сигнала, запоминающее устройство 22, компаратор 23 и решатель 24 (фиг. 8). Пиковый детектор представляет собой функциональный узел устройства, предназначенный для поиска амплитудного пика на рабочей частоте АЛС.

Устройство управления 11 предназначено для логического управления элементами приемной головки 1. Выполнено с возможностью ввода/вывода информации.

Генератор аналоговых или цифровых сигналов 12 выполнен с возможностью формирования выходного кодового сигнала стандарта АЛС.

Усилитель 13 предназначен для усиления сигнала генератора 12 и согласования этого генератора с дешифратором 4 или со светофором 2, автостопом 3 и другими узлами локомотивного устройства.

Все перечисленные части приемной головки 1 соединены между собой сборочными операциями, обеспечивающими конструктивное единство и реализацию данным устройством общего функционального назначения.

Настоящее техническое решение работает в автоматическом режиме следующим образом.

Источник сообщений, находящийся на удаленном расстоянии от поезда, создает в рельсовой цепи электрический кодовый ток стандарта АЛС, например, модулированный по амплитуде или частотно-кодированный, следствием чего является информативное электромагнитное поле вокруг рельсовых нитей, достигающее приемной головки 1 локомотивного устройства. Магнитная индукция от минимально возможного тока АЛС вблизи штатного места приемной головки 1 составляет всего примерно 1,3⋅10^-6 Тл, что делает кодовый сигнал уязвимым к действию наблюдаемых на практике более мощных помех, амплитуда которых может многократно превышать амплитуду относительно слабого детерминированного сигнала, а наложение множества фаз сильно искажает форму исходного сигнала. К полезному сигналу АЛС с кодовой информацией добавляются импульсные, флуктуационные и синусоидальные помехи разнообразной природы, в том числе широкополосные помехи, охватывающие диапазон рабочих частот АЛС. Под действием помех принимаемый локомотивным устройством сигнал приобретает сложную форму, из-за чего выделение из него кода штатным дешифратором ранее было затруднено и ненадежно.

Приемный безындукционный датчик 14 преобразует энергию магнитного поля в электрический измерительный сигнал, а именно переводит величину индукции магнитного поля в соответствующее электрическое напряжение без использования явления электромагнитной индукции. Рабочая полоса частот датчика 14 лежит в диапазоне 0-10 кГц. При использовании датчика Холла входящий магнитный поток предварительно сужают концентратором 16, что повышает чувствительность датчика данного вида к слабым полям АЛС. Магниторезистивный датчик при необходимости предварительно устанавливают в рабочий режим импульсом генератора по команде с устройства управления 11.

Так как датчик 14 измеряет индукцию или напряженность магнитного поля, но не чувствителен к скорости изменения данных физических величин, то амплитуда помехи от локальных зон намагниченности верхнего строения пути будет одинаковой на любой скорости движения состава, не появятся всплески помехи из-за быстрого пересечения намагниченного участка рельса или при включении тягового тока, что упрощает дальнейшую очистку принятого сигнала, а следовательно повышает помехоустойчивости устройства.

Кроме того, использование для датчика 14 полупроводникового рабочего элемента позволяет улучшить массагабаритные характеристики локомотивного устройства АЛС. Размер приемной головки 1 по настоящему техническому решению в 3-5 раз меньше соответствующей характеристики используемых в настоящее время на рельсовом транспорте штатных головок. Масса датчика 14 с электронной платой составляет 20 г при примерно 25 кг массы штатной головки.

Для улучшения соотношения сигнал/шум и повышения стабильности работы устройства в малых магнитных полях около 1 мкТл используют вход на двух и более датчиках 14 и 17, поставленных в противофазе к внешнему магнитному полю. При этом сигналы от внешнего магнитного поля суммируют усилителем 15, а соотношение сигнал/шум возрастает согласно выражению (1).

Где:

R_sn - соотношение сигнал/шум;

N - число датчиков.

В результате получают рост полезного сигнала на фоне шумовой дорожки от собственного белого шума датчиков 14, 17. Кроме того, второй датчик 17 выступает в качестве элемента резервирования, что повышает надежность локомотивного устройства АЛС.

Все датчики, в частности датчик 14, выдают аналоговый выходной сигнал, который поступает на вход усилителя 15 без какой-либо обработки, что позволяет избежать снижения чувствительности устройства к слабым магнитным полям. Малое расстояние от датчиков 14, 17 до входа усилителя 15, его высокое входное сопротивление и низкий уровень собственных шумов позволяют получить высокий коэффициент передачи полезного сигнала в приемный электронный тракт головки 1. Таким образом, входной усилитель 15 согласует характеристики датчиков 14, 17 с параметрами приемного тракта устройства. Выбор коэффициента усиления приемного тракта зависит от конкретного типа полупроводникового магниточувствительного элемента и подобран из условия не превышения амплитудой от самой сильной допустимой магнитной помехи разрядной сетки АЦП 7.

Затем принятый широкополосный сигнал подвергают аналоговой фильтрации с целью подавления частот вне стандарта АЛС. Например, отсечка ниже частоты 20 Гц хорошо защищает от помех при движении над намагниченными участками рельса и рельсовыми стыками, а выше 80 Гц отсекаются мощные ударные помехи.

В предпочтительном варианте осуществления технического решения частоты измерительного сигнала вне расширенной на 10% с каждой стороны рабочей полосы частот АЛС подавляют полностью. Выбор данных границ связан с необходимостью обеспечения надежного приема кодовых сигналов даже при дрейфе характеристик фильтра 6 или в условиях присутствия в канале связи АЛС мультипликативных помех. Каскад аналоговой фильтрации позволяет улучшить соотношение сигнал/помеха в полном сигнале на уровне приемного тракта локомотивного устройства АЛС и разгружает АЦП 7.

Высокий коэффициент передачи полезного сигнала позволяет расширить динамический диапазон по уровню входного сигнала. Например, минимальный сигнал от тока АЛС в рельсе 20 на выходе фильтра 6 составляет не менее 1 мВ, что обеспечивает динамический диапазон приемного тракта, как отношения в уровне между высшим пиком сигнала АЛС и амплитудой высшей спектральной составляющей шума, не хуже 1⋅10⁴-1⋅10⁶. Дополнительное расширение динамического диапазона по уровню входного сигнала возможно благодаря увеличению соотношения сигнал/помеха для аналогового тракта локомотивного устройства, в том числе за счет типа чувствительного элемента датчика и его характеристик.

После грубой аналоговой фильтрации принятый сигнал оцифровывают посредством АЦП 7. Большая разрядность АЦП 7 и широкий динамический диапазон приемного тракта устройства позволяют одновременно зафиксировать минимально возможный сигнал АЛС и максимально допустимую помеху. Уровень минимально возможного сигнала АЛС, так же как и уровень максимально допустимой помехи известны из проектной документации АЛС. Так как кодовый сигнал АЛС имеет величину не менее 1 мВ, а АЦП 7 различает 50 мкВ, то для минимального полезного сигнала будет 20 градаций по амплитуде, что означает устойчивую регистрацию и обработку цифровыми каскадами устройства.

При частотном кодировании информации АЛС частоту оцифровки выбирают из условия (2). Частота оцифровки 10 кГц достаточна для работы с кодовым сигналом частотой до 1 кГц.

Где:

F - частота оцифровки;

ƒ - частота кодового сигнала.

Оцифрованный сигнал затем проходит этап точной и гибкой цифровой фильтрации. Для этого эмпирически подбирают коэффициенты для цифровых фильтров, например, среднеквадратическое ожидание, с учетом заводских характеристик датчика 18. При помощи устройства управления 11 настраивают фильтры узла 8 и выбирают конкретные фильтры для текущей помеховой обстановки на линии связи АЛС и алгоритмов обработки данных в следующем каскаде устройства. Адаптивную настройку и выбор фильтров осуществляют из условия получения наиболее чистого и четкого сигнала на выходе функционального узла 8 для цифровой фильтрации, наиболее близкого к идеальному сигналу по стандарту АЛС.

Если анализатор сигналов 10 находится в режиме, который не предусматривает самостоятельное выделение узкополосного сигнала АЛС, то выбор частоты сигнала, на которой работает источник сообщений, производят посредством узла 8. Кроме того, цифровые фильтры очищают и сглаживают сигнал. Для достижения наибольшей эффективности их целесообразно использовать во взаимодополняющей совокупности. Например, после медианной фильтрации, которая хорошо подавляет шумовые выбросы отсчетов случайного характера и помехи в виде одиночных импульсов, следует применить калмановскую фильтрацию флуктуационного шума.

Устройство управления 11 предпочтительно периодически проверяет качество цифровой фильтрации, после чего, при необходимости, производит подстройку и/или выбор цифровых фильтров для адаптации фильтрации к качеству принимаемого сигнала АЛС.

Очищенные цифровой фильтрацией числовые данные заносят в кольцевой буфер 9 для согласования работы каскада фильтрации и последующего анализа, что увеличивает быстродействие обработки сигнальной информации в широком диапазоне амплитуд.

По завершению цифровой фильтрации измерительный сигнал анализируют с целью нахождения амплитудного пика на рабочей частоте АЛС. Для этого сначала вычисляют мгновенные значения амплитуды сигнала на интересующей частоте при помощи узла 21, работающего, например, по алгоритму Герцеля, и реализующего собой техническое средство для узкочастотного вычисления величин амплитуды сигнала. Таким образом осуществляется выбор частоты сигнала путевого или иного передающего устройства без использования сложных аналоговых схем. Затем задействуют пиковый детектор, настроенный на частоту АЛС и не реагирующий на частоты помех. Если амплитудный пик распознан, то устройство управления 11 подает сигнал разрешения на вход генератора 12. В качестве альтернативы возможен расчет амплитуд по методу быстрого преобразования Фурье в узкополосном диапазоне, выделенном узлом 8. При этом в качестве технического средства для узкочастотного вычисления величины амплитуды сигнала выступает совокупность узлов 8 и 21.

Большой динамический диапазон приемной головки 1 в совокупности с цифровой фильтрацией позволяют отстроить кодовый сигнал АЛС даже от превосходящих детерминированный сигнал в 10 раз аддитивных помех на частотах, близких к рабочей частоте АЛС.

Частотно-кодированные сигналы АЛС распознают по характерным частотам и длительности, для чего определяют амплитуды одновременно на более чем одной заданной частоте.

Конкретный режим работы анализатора сигналов 10 задает устройство управления 11 по команде машиниста или в автоматическом режиме из условия распознавания наибольшего числа кодовых сигналов АЛС за единицу времени. Устройство управления 11 содержит информацию о характеристиках восстановленного в процессе работы устройства кодового сигнала источника сообщения.

После выдачи сигнала разрешения устройством управления 11 генератор 12 формирует выходной кодовый сигнал с образцовыми характеристиками стандарта АЛС, благодаря чему обеспечивается помехоустойчивая работа дешифратора 4 и возможность однозначной дешифрации кода за счет работы с чистым кодовым сигналом, частота и амплитуда которого, идентичны или крайне близки к параметрам исходного сигнала на выходе источника сообщения, что ведет к безотказности работы системы АПС в условиях зашумленности кодовых сигналов путевых устройств с заданной для данной системы достоверностью. Сгенерированный сигнал является вторичным по отношению к принятому и распознанному кодовому сигналу. Задержка вторичного кодового сигнала относительно исходного сигнала пренебрежимо мала.

Амплитуду вторичного кодового сигнала задают усилителем 13, она не зависит от амплитуды принятого сигнала АЛС и уровня помех.

Таким образом, даже на фоне более мощной помехи (20 Гц на фиг. 9) удается распознать кодовый сигнал (25 Гц на фиг. 9), восстановить его (фиг. 10) и сформировать вторичный кодовый сигнал стандарта АЛС (75 Гц на фиг. 11).

При размещении поездного устройства АПС не на локомотиве, а на другой единице подвижного состава, настоящее техническое решение функционирует аналогичным образом.

Выполнение входного тракта устройства для АПС с возможностью пропускания аналогового сигнала в диапазоне от 50 мкВ до 2,5 В и с возможностью получения на выходе фильтра не менее 1 мВ для минимального сигнала от тока АПС в рельсе обеспечивает динамический диапазон всего приемного тракта устройства более 1⋅10⁴ при эффективной разрядности АЦП не менее 18 бит, что позволяет пиковому детектору устойчиво различать сигнал АПС на фоне аддитивных помех. В результате происходит увеличение эксплуатационной надежности локомотивного устройства АПС.

Динамический диапазон может быть увеличен до 1⋅10⁶ и более благодаря выполнению чувствительного элемента датчика из твердотельного полупроводникового сенсора магнитного поля с рабочими параметрами в диапазоне от 1 мкТл до 100 мТл при 20-80 Гц и активной фильтрации сигнала, что придает приемному устройству еще большую помехоустойчивость.

Claims (6)

1. Приемное устройство для автоматической поездной сигнализации (АПС), содержащее датчик магнитного поля, усилитель и фильтр электрических сигналов, связанные между собой последовательно, характеризующееся тем, что включает в себя также пиковый детектор, вход которого связан с выходом фильтра через АЦП, при этом входной каскад устройства выполнен с возможностью пропускания аналогового сигнала в диапазоне от 50 мкВ до 2,5 В, параметры усилителя и фильтров выбраны из условия, чтобы на выходе фильтра минимальный сигнал от тока АПС в рельсе составлял не менее 1 мВ, а эффективная разрядность АЦП имеет не меньше 18 бит.

2. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что чувствительный элемент датчика выполнен из твердотельного полупроводникового сенсора магнитного поля.

3. Устройство по п. 2, характеризующееся тем, что содержит концентратор магнитного поля, а сенсор магнитного поля выполнен с возможностью работы на основе эффекта Холла и имеет рабочие параметры в диапазонах от 1 мкТл до 100 мТл, от 20 до 80 Гц.

4. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что фильтр выполнен с возможностью активной фильтрации сигнала.

5. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что динамический диапазон приемного тракта превышает 1⋅10⁴.

6. Устройство по п. 5, характеризующееся тем, что динамический диапазон приемного тракта не хуже 1⋅10⁶.

Images