RU190673U1

RU190673U1 - Receiving head train automatic train signaling device

Info

Publication number: RU190673U1
Application number: RU2019108220U
Authority: RU
Inventors: Юрий Евгеньевич Григорашвили; Николай Владимирович Макаров; Роман Владимирович Покровский; Евгений Владимирович Шунин
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью "Ржн"
Priority date: 2019-03-21
Filing date: 2019-03-21
Publication date: 2019-07-08

Abstract

Приемная головка поездного устройства 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. Головка содержит дифференциальный усилитель и пару идентичных твердотельных полупроводниковых аналоговых сенсоров магнитного поля. Сенсоры соединены с усилителем. Выходной сигнал усилителя был пропорционален сумме входных сигналов с сенсоров. Увеличено соотношение сигнал/помеха для аналогового тракта локомотивного устройства. Достигнута высокая помехоустойчивость локомотивного устройства АПС на фоне аддитивных помех. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.The receiving head of the train device of the automatic train signaling refers to the receiving equipment of automation and telemechanics of the rolling stock of rail vehicles. The solution is designed to determine the signals in front of traffic lights, the state of the arrows and other travel devices, or to indicate the distance between trains. The head contains a differential amplifier and a pair of identical solid-state semiconductor analog magnetic field sensors. The sensors are connected to the amplifier. The output of the amplifier was proportional to the sum of the input signals from the sensors. The signal-to-interference ratio for the analog path of the locomotive device has been increased. Achieved a high noise immunity of the locomotive APS device on the background of additive interference. 3 hp f-ly, 6 ill.

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.The utility model relates to the automation and telemechanics of rail vehicles, including railway, in particular, to the receiving equipment of the automatic train signaling system (APS) of the rolling stock, designed primarily to determine the signals of traffic lights ahead of them, the state of the arrows and other road devices or specify the distance between trains.

АПС информирует машиниста о состоянии пути впереди поезда, задействует скоростную авторегулировку и автоконтроль, приводит при необходимости в действие поездной автостоп для принудительного торможения состава.APS informs the driver about the condition of the way ahead of the train, activates high-speed auto-adjustment and auto-control, and if necessary, activates the train hitch-up for the forced braking of the train.

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.During the operation of the MTA, the locomotive receiver, together with the code signal, is exposed to various interferences, which in practice leads to numerous system-wide failures in the system as errors in the interpretation of the received signal, due to which it is possible, in particular, to skip code signals, which creates a danger emergency situations, or accidental hitchhiking, and as a result, violation of train schedules, excessive consumption of diesel fuel or electricity, increased wear of elements Design track and rolling stock. The stability of communication with the locomotive is largely capable of reducing external interference of various nature, the level of which far exceeds the amplitude of the useful signal of the MTA. These disturbances are mainly caused by the following factors: local residual magnetization of the rails and arrows causing pulsed electrical signals in the receiving coils of the MTA; changes in the reverse traction current flowing through the rails in the areas with electric traction; the impact of longitudinal power lines and nearby high-voltage power lines. Due to the low noise immunity of the applied MTA to the listed interference, as well as to other types of interference at the input of the locomotive device, it is not always ensured that code messages were received correctly, which does not allow one to recognize such systems as sufficiently reliable.

Из патентного документа RU 2653658 С1 от 11.05.2018 известен поездной приемный блок для системы автоматической сигнализации, содержащий приемную головку, закрепленную на единице рельсового подвижного состава. Головка указанного блока включает в себя первичный преобразователь магнитного поля в электрический сигнал, усилитель и корпус, при этом преобразователь состоит из пары безындукционных чувствительных элементов Холла, которые подключены на вход локомотивного приемника и соединены последовательно таким образом, чтобы напряжения на входе приемника от полезного сигнала на выходе датчиков суммировались, а напряжения от помехи вычитались. Известное устройства не способно обеспечить безотказность работы АПС из-за низкого соотношения сигнал/шум в приемном тракте локомотивного устройства, т.к. при слабых токах АПС невозможно выделить сигнал на датчике Холла из внутренних шумов данного датчика. Кроме того, в известном устройстве не предусмотрена отстройка от по меховых составляющих магнитного поля, которые не совпадают с направлением магнитного поля АПС.From the patent document RU 2653658 C1 dated 11.05.2018 a train receiving unit for an automatic alarm system is known, comprising a receiving head mounted on a rail vehicle unit. The head of this unit includes a primary transducer of a magnetic field into an electrical signal, an amplifier and a housing, and the converter consists of a pair of induction-free sensitive Hall elements that are connected to the input of the locomotive receiver and are connected in series so that the input voltage of the receiver from the useful signal to sensor outputs were summed, and the voltage from the noise was subtracted. The known device is not able to provide reliable operation of the MTA due to the low signal-to-noise ratio in the receiving path of the locomotive device, since at low APS currents, it is impossible to isolate the signal on the Hall sensor from the internal noise of this sensor. In addition, in the known device is not provided for detuning from the fur components of the magnetic field, which do not coincide with the direction of the magnetic field APS.

Решаемой технической проблемой является достижение высокой помехоустойчивости поездного устройства АПС на фоне аддитивных помех. Обеспечиваемый настоящей полезной моделью технический результат заключается в увеличении соотношения сигнал/помеха для аналогового тракта локомотивного устройства.The technical problem to be solved is the achievement of high noise immunity of the MTA train device against the background of additive interference. The technical result provided by this utility model is to increase the signal-to-noise ratio for the analog path of the locomotive device.

Технический результат достигается благодаря тому, что приемная головка поездного устройства АПС содержит дифференциальный усилитель и пару идентичных твердотельных полупроводниковых аналоговых сенсоров магнитного поля, параллельно соединенных с усилителем так, чтобы выходной сигнал усилителя был пропорционален сумме выходных интегральных сигналов сенсоров.The technical result is achieved due to the fact that the receiving head of the APS train device contains a differential amplifier and a pair of identical solid-state semiconductor analog magnetic field sensors connected in parallel with the amplifier so that the output signal of the amplifier is proportional to the sum of the output integrated signals of the sensors.

В частном случае осуществления полезной модели головка содержит больше одной группы из усилителя и пары сенсоров, причем выходы усилителей всех групп соединены между собой.In the particular case of the implementation of the utility model, the head contains more than one group of amplifier and a pair of sensors, and the outputs of the amplifiers of all groups are interconnected.

В другом частном случае головка содержит концентратор магнитного поля, а сенсоры выполнены с возможностью работы на основе эффекта Холла и размещены в непосредственной близи от указанного концентратора.In another particular case, the head contains a magnetic field concentrator, and the sensors are designed to work on the basis of the Hall effect and are located in the immediate vicinity of the specified concentrator.

В еще одном частном случае все сенсоры магнитного поля соединены с усилителем напрямую и расположены в непосредственной близости от данного усилителя.In another particular case, all the magnetic field sensors are connected directly to the amplifier and are located in the immediate vicinity of this amplifier.

Сущность технического решения поясняется следующими иллюстрациями на примере предпочтительной конструкции поездного устройства для автоматической локомотивной сигнализации (АЛС).The essence of the technical solution is illustrated by the following illustrations on the example of the preferred design of the train device for automatic locomotive signaling (ALS).

Фиг. 1: электрическая структурная схема локомотивного устройства АЛС.FIG. 1: electrical block diagram of the ALS locomotive unit.

Фиг. 2: схема локомотивного устройства АЛС со штатным дешифратором.FIG. 2: diagram of a locomotive ALS device with a standard decoder.

Фиг. 3: функциональная схема приемной головки.FIG. 3: functional diagram of the receiving head.

Фиг. 4-5: варианты конструкции входного каскада приемного тракта.FIG. 4-5: variants of the design of the input stage of the receiving path.

Фиг. 6: схема размещения сенсоров магнитного поля над рельсом (вид с торца и в плане).FIG. 6: layout of the magnetic field sensors above the rail (end view and in plan).

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.The rolling stock APS system includes a message source and a train device. The source of messages is, for example, a traveling transmitter or transmitting equipment on another train, through which they send informative signals in coded form, in particular, about the state of traffic lights, track arrows and the distance between trains. The train device is installed on a rolling stock unit, for example, on a locomotive or a car, and is intended for receiving code signals through a rail circuit formed by rail threads and a train on a given track. When placing the APS train device on a locomotive, this system is an ALS, and the train device is a locomotive.

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).The locomotive device contains a receiving head 1 and means of indication and / or automation, for example, a locomotive traffic light 2 in the driver's cab, train hitchhiking 3, a display of the on-board information system, an automatic speed regulator for the train. When performing receiving head 1 with the function of deciphering the code of the informative signal, this head is connected directly to traffic light 2 and autostop 3 (Fig. 1), and if a regular decoder 4 is present in the locomotive, it is possible for the receiving head 1 to communicate with traffic light 2 and auto-stop 3 through a locomotive decoder 4 (Fig. 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).The receiving head 1 is a device in the form of an active unit with analog and digital signal processing from code currents, contains an input cascade of the receiving path 5, an analog filter 6, an analog-to-digital converter (ADC) 7, a functional node 8 for digital filtering, a ring buffer 9 , a signal analyzer 10, a control device 11, a controlled generator of analog or digital signals 12 and an output amplifier 13 (Fig. 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.The input stage of the receiving path 5, the analog filter 6, the ADC 7, the functional unit 8 for digital filtering, the ring buffer 9, the signal analyzer 10 and the control device 11 are electrically interconnected in series through their signal inputs and corresponding outputs. The first output of the control device 11 is connected to the control input of the functional unit 8 for digital filtering, the second output of the control device 11 is connected to the control input of the signal analyzer 10, and the third output of the control device 11 is connected to the control input of the generator 12, the signal output of which is in turn connected to amplifier input 13.

Все перечисленные элементы приемной головки 1 закреплены в общем корпусе этого устройства, который подвешивают под локомотивом на месте установки штатной приемной катушки.All of the above elements of the receiving head 1 are fixed in the common case of this device, which is suspended under the locomotive at the place of installation of the standard receiving coil.

Входной каскад приемного тракта 5 содержит пару идентичных в пределах допустимой погрешности по своим рабочим параметрам датчиков магнитного поля 14 и 17, а усилитель 15 является дифференциальным (фиг. 4). Датчики магнитного поля 14 и 17 соединены с усилителем 15 в параллель 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. 5).The input stage of the receiving path 5 contains a pair of identical within the permissible error in its working parameters of the sensors of the magnetic field 14 and 17, and the amplifier 15 is differential (Fig. 4). The magnetic field sensors 14 and 17 are connected to the amplifier 15 in parallel in such a way that the output signal of the amplifier 15 is proportional to the sum of the input integrated signals from the sensors 14 and 17, which include both deterministic and interfering components. In the best version of its implementation, the input stage of the receiving path 5 consists of two or more groups, each of which includes sensors paired through a differential amplifier (Fig. 5).

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. 6), что позволяет считать датчики размещенными в одинаковых условиях магнитного поля.At the same time, sensor semiconductor plates of all groups, including plates 18, 19, respectively, of sensors 14 and 17, are located so that the X and Y axes of their coordinates measure magnetic field, determined along the axes of the petals of the radiation pattern of the sensors, perpendicular to the longitudinal Z axis of the rail 20, The sensor plates 18, 19 lie in the same horizontal plane W (Fig. 6), which makes it possible to consider the sensors placed in the same magnetic field conditions.

Приемные датчики магнитного поля 14 и 17 содержат первичные преобразователи магнитного поля для диапазона от 1 мкТл до 100 мТл. В качестве чувствительного элемента указанных датчиков используют твердотельные полупроводниковые сенсоры напряженности или индукции магнитного поля, работающие, например, на основе эффекта Холла или на магниторезистивном эффекте квантовомеханической природы, в частности, на эффекте гигантского магнетосопротивления.Receiving magnetic field sensors 14 and 17 contain primary magnetic field converters for the range from 1 μT to 100 mT. As a sensitive element of these sensors, solid-state semiconductor sensors of intensity or magnetic field induction are used, for example, based on the Hall effect or on the magnetoresistive effect of a quantum mechanical nature, in particular, on the effect of a giant magnetoresistance.

Вариант устройства с датчиками Холла дополнен концентраторами магнитного поля 16. Альтернативный вариант с магниторезистивными датчиками снабжен вспомогательным генератором для установки рабочего режима датчиков, при этом управляющий вход указанного генератора связан с выходом устройства управления 11.The device version with Hall sensors is supplemented with magnetic field concentrators 16. An alternative version with magnetoresistive sensors is equipped with an auxiliary generator for setting the operating mode of the sensors, while the control input of the specified generator is connected to the output of the control device 11.

Все датчики 14, 17 являются аналоговыми устройствами, их сенсоры магнитного поля напрямую соединены с входом усилителя 15, причем датчики 14, 17 и усилитель 15 расположены в непосредственной близи друг от друга, что придает устройству высокое значение соотношения сигнал/шум.All sensors 14, 17 are analog devices, their magnetic field sensors are directly connected to the input of amplifier 15, and sensors 14, 17 and amplifier 15 are located in close proximity to each other, which gives the device a high signal-to-noise ratio.

Также датчики 14, 17 характеризуются не более чем одной координатой измерения и закреплен внутри корпуса приемной головки 1 с учетом положения данной головки на посадочном месте локомотива для ориентирования датчиков 14, 17 из условия преимущественной перпендикулярности оси указанной координаты измерения к продольной оси рельса, на котором находится локомотив.Sensors 14, 17 are also characterized by no more than one measurement coordinate and fixed inside the housing of the receiving head 1, taking into account the position of this head on the locomotive seat for orienting the sensors 14, 17 from the condition of predominant perpendicularity of the axis of the specified measurement coordinate to the longitudinal axis of the rail, on which is located locomotive.

Датчики 14, 17 устойчивы по своим рабочим параметрам в диапазонах от 20 до 80 Гц принятого сигнала и от -60 до +60°С температуры окружающей среды.Sensors 14, 17 are stable in their working parameters in the range from 20 to 80 Hz of the received signal and from -60 to + 60 ° C ambient temperature.

Предварительный усилитель 15 выполнен малошумящим, характеризуется высоким входным и низким выходным сопротивлениями. В предпочтительном варианте осуществления устройства имеет дифференциальный вход.The preamplifier 15 is made of low noise, characterized by high input and low output impedances. In a preferred embodiment, the device has a differential input.

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, что положительно влияет на увеличение соотношения сигнал/помеха.The magnetic field concentrator 16 for the sensor 14 in the form of a Hall sensor is a magnetic flux transducer in the form of a ferrite rod or plate with a narrow side oriented to the sensor 14 and a wide side oriented towards the rail 20. The hub 16 is in the immediate vicinity of the sensor 14 and coaxial with its coordinate axis of measurement to make the design more selective sensitivity to the weak magnetic field of the ALS signal, which has a positive effect on the increase in the signal-to-noise ratio.

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.Analog filter 6 is made in the form of an active bandpass filter, has a linear characteristic in the frequency range from 20 to 80 Hz inclusive, which exceeds the working frequency range of ALS 25-75 Hz. Filter 6 has a simple construction, since transmits only one frequency band, which covers all possible frequencies of the ALS standard.

Входной тракт приемной головки 1 выполнен с возможностью пропускания аналогового сигнала в диапазоне от 50 мкВ до 2,5 В.The input path of the receiving head 1 is configured to pass an analog signal in the range from 50 μV to 2.5 V.

АЦП 7 имеет эффективную разрядность не менее 18 бит при частоте оцифровки 10-50 кГц.ADC 7 has an effective bit width of at least 18 bits at a digitization frequency of 10-50 kHz.

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.For digital signal processing, the receiving head 1 contains elements of digital microelectronics, on the basis of which a functional unit 8 for digital filtering, a ring buffer 9, a signal analyzer 10 and a control device 11 are built.

Настоящее техническое решение работает в автоматическом режиме следующим образом.The present technical solution works in automatic mode as follows.

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.The source of messages located at a remote distance from the train creates in the track circuit an electrical code current of the ALS standard, for example, amplitude modulated or frequency-coded, resulting in an informative electromagnetic field around the rail lines reaching the receiving head 1 of the locomotive device. Magnetic induction from the minimum possible ALS current near the regular location of the receiving head 1 is only about 1.3 примерно10 ^-6 T, which makes the code signal vulnerable to the effect of more powerful interference observed in practice, the amplitude of which can exceed many times the amplitude of a relatively weak deterministic signal, and the imposition of multiple phases strongly distorts the shape of the original signal. Pulsed, fluctuational and sinusoidal interference of various nature, including broadband interference, covering the operating frequency range of the ALS, is added to the useful ALS signal with code information. Under the influence of interference, the signal received by the locomotive device acquires a complex form, because of which it was previously difficult and unreliable to isolate the code from it by the standard decoder.

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.The receiving induction sensor 14 converts the energy of the magnetic field into an electrical measuring signal, namely, it translates the magnitude of the magnetic field induction into the corresponding electric voltage without using the phenomenon of electromagnetic induction. The working frequency band of the sensor 14 lies in the range of 0-10 kHz. When using a Hall sensor, the incoming magnetic flux is preliminarily narrowed by concentrator 16, which increases the sensitivity of the sensor of this type to weak fields of ALS. The magnetoresistive sensor, if necessary, is pre-set to the operating mode by a generator pulse upon a command from the control device 11.

Датчик 14 измеряет величину магнитного поля преимущественно в направлении магнитного поля от тока АЛС, что достигается выполнением данного датчика с одной координатой измерения и его ориентированием относительно рельса 20, благодаря чему датчик имеет слабую чувствительность к помеховым составляющим магнитного поля, которые не совпадают с направлением магнитного поля АЛС. 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.Sensor 14 measures the magnitude of the magnetic field mainly in the direction of the magnetic field from the ALS current, which is achieved by performing this sensor with one measurement coordinate and its orientation relative to the rail 20, so that the sensor has a weak sensitivity to the interfering magnetic field components that do not coincide with the direction of the magnetic field ALS. Since the sensor 14 measures the induction or magnetic field strength, but is not sensitive to the rate of change of these physical quantities, the amplitude of the interference from the local magnetization zones of the track superstructure will be the same at any speed of the composition, no interferences will appear due to the rapid intersection of the magnetized area rail or when you turn on the traction current, which simplifies further cleaning of the received signal, and therefore increases the noise immunity of the device.

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.In addition, the use of a semiconductor operating element for the sensor 14 can improve the mass-dimensional characteristics of the locomotive ALS device. The size of the receiving head 1 according to the present technical solution is 3-5 times smaller than the corresponding characteristic currently used on standard vehicles for rail transport. The mass of the sensor 14 with the electronic board is 20 g with approximately 25 kg of the mass of the standard head.

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).To improve the signal-to-noise ratio and increase the stability of the device in small magnetic fields of about 1 μT, the input is used on two or more sensors 14 and 17, set in antiphase with an external magnetic field. The signals from the external magnetic field are summed up by the amplifier 15, and the signal-to-noise ratio increases according to expression (1).

Где:Where:

R_sn - соотношение сигнал/шум;R _sn - signal to noise ratio;

N - число датчиков.N is the number of sensors.

В результате получают рост полезного сигнала на фоне шумовой дорожки от собственного белого шума датчиков 14, 17, а следовательно и увеличение соотношения сигнал/помеха, находящего в зависимости от соотношения сигнал/шум. Кроме того, второй датчик 17 выступает в качестве элемента резервирования, что повышает надежность локомотивного устройства АЛС.The result is the growth of the useful signal on the background of the noise track from the intrinsic white noise of the sensors 14, 17, and, consequently, an increase in the signal-to-noise ratio, depending on the signal-to-noise ratio. In addition, the second sensor 17 acts as a redundancy element, which increases the reliability of the ALS locomotive device.

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 предотвращает дополнительное зашумление сигнала на этом участке. Высокое входное сопротивление усилителя 15 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.All sensors, in particular sensor 14, provide an analog output signal, which is fed to the input of amplifier 15 without any processing, thus avoiding a decrease in the sensitivity of the device to weak magnetic fields. The small distance from the sensors 14, 17 to the input of the amplifier 15 prevents additional signal noise in this area. The high input resistance of the amplifier 15 and the low level of intrinsic noise make it possible to obtain a high transmission coefficient of the useful signal into the receiving electronic path of the head 1. Thus, the input amplifier 15 matches the characteristics of the sensors 14, 17 with the parameters of the receiving path of the device. The choice of the gain of the receiving path depends on the specific type of semiconductor magnetically sensitive element and is selected from the condition that the amplitude of the amplitude of the strongest permissible magnetic interference of the discharge grid of the ADC 7 is not exceeded.

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. Каскад аналоговой фильтрации позволяет улучшить соотношение сигнал/помеха в полном сигнале на уровне приемного тракта локомотивного устройства АЛС и разгружает АЦП 7.The received broadband signal is then subjected to analog filtering in order to suppress frequencies outside the ALS standard. For example, the cut-off below the frequency of 20 Hz protects well against interference when moving over the magnetized rail sections and rail junctions, and above 80 Hz powerful impact interference is cut off. Cascade analog filtering allows you to improve the signal-to-noise ratio in the full signal at the level of the receiving path of the locomotive ALS device and unloads the ADC 7.

После аналоговой фильтрации принятый сигнал оцифровывают посредством АЦП 7. Затем сигнал проходит этап цифровой фильтрации. Очищенные числовые данные заносят в кольцевой буфер 9 для согласования работы каскада фильтрации и последующего анализа. После этого измерительный сигнал анализируют с целью нахождения амплитудного пика на рабочей частоте АЛС. Частотно-кодированные сигналы АЛС распознают по характерным частотам и длительности, для чего определяют амплитуды и фазы одновременно на более чем одной заданной частоте. Конкретный режим работы анализатора сигналов 10 задает устройство управления 11 по команде машиниста или в автоматическом режиме. 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, параметры которого, например частота, амплитуда и фаза, 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. Амплитуду вторичного кодового сигнала задают усилителем 13, она не зависит от амплитуды принятого сигнала АЛС и уровня помех.After analog filtering, the received signal is digitized by means of ADC 7. Then the signal passes through a digital filtering step. The cleaned numerical data is entered into the ring buffer 9 for matching the operation of the filtering cascade and subsequent analysis. After that, the measuring signal is analyzed in order to find the amplitude peak at the ALS operating frequency. Frequency-coded ALS signals are recognized by their characteristic frequencies and durations, for which they determine the amplitudes and phases simultaneously at more than one given frequency. The specific mode of operation of the signal analyzer 10 sets the control device 11 on the operator's command or in automatic mode. After the issuance of the enable signal by the control device 11, the generator 12 generates an output code signal with exemplary characteristics of the ALS standard, thereby ensuring the robust operation of the decoder 4 and the possibility of unambiguous code decryption due to operation with a pure code signal whose parameters, for example, frequency, amplitude and phase, are identical or extremely close to the parameters of the original signal at the output of the message source, which leads to trouble-free operation of the MTA system in the conditions of noise of the code signals put O devices reliably given to the system. The amplitude of the secondary code signal set by the amplifier 13, it does not depend on the amplitude of the received signal ALS and the level of interference.

Claims

1. The receiving head of the train automatic train signaling device (APS), containing a differential amplifier and a pair of identical solid-state semiconductor analog magnetic field sensors connected to the amplifier in parallel so that the output signal of the amplifier is proportional to the sum of the output integrated signals of the sensors.

2. The head according to claim 1, characterized in that it contains more than one group of amplifier and a pair of sensors, and the outputs of the amplifiers of all groups are interconnected.

3. The head according to claim 1, characterized in that it contains a magnetic field concentrator, and the sensors are adapted to operate based on the Hall effect and are located in the immediate vicinity of the specified concentrator.

4. The head according to claim 1, characterized in that all the magnetic field sensors are connected directly to the amplifier and are located in the immediate vicinity of this amplifier.