RU2235657C2

RU2235657C2 - Wheel passage detector

Info

Publication number: RU2235657C2
Application number: RU2001129476/28A
Authority: RU
Inventors: О.А. Данченко (RU); О.А. Данченко; С.А. Щиголев (RU); С.А. Щиголев; В.А. Шевцов (RU); В.А. Шевцов; В.Ю. Зайцев (RU); В.Ю. Зайцев
Priority date: 2001-10-31
Filing date: 2001-10-31
Publication date: 2004-09-10

Abstract

FIELD: railway transport.

SUBSTANCE: invention relates to organization and control of traffic on railways, particularly to track devices interacting with train and it can be used for recording passage of wheel. Proposed detector has wheel passage signal pickup. Field and receiving inductance coils of detector are installed along rail. Coil is connected through transformer to series-connected rectifier, filter, analog summer and comparator. Moreover, wheel passage detector is provided with compensating signal shaper. Summer provides correction of initial voltage level drift owing to control signal from shaper output.

EFFECT: improved reliability of recording of wheel passage.

6 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к организации и управлению движением на железных дорогах, в частности к путевым устройствам, взаимодействующим с поездом, и может быть использовано для регистрации прохождения колеса.The invention relates to the organization and control of traffic on railways, in particular to track devices interacting with a train, and can be used to register the passage of a wheel.

Известно устройство для фиксации колес движущегося поезда, включающее путевой датчик фиксации прохождения колесной пары, расположенный вблизи рельса в зоне движения реборды колеса, и расположенные дистанционно источник питания и устройства приема и обработки информации с путевого датчика (патент DE №3218541, 03.11.83, В 61 L 1/16).A device for fixing the wheels of a moving train, including a track sensor for fixing the passage of a pair of wheels located near the rail in the zone of movement of the wheel flanges, and located remotely a power source and a device for receiving and processing information from the track sensor (patent DE No. 3218541, 03.11.83, B 61 L 1/16).

Наиболее близким к предлагаемому является датчик перемещения колеса, содержащий две приемные катушки индуктивности и одну возбуждающую катушку, которая подключена к выходу генератора синусоидального напряжения. Приемные катушки соединены по дифференциальной схеме, в состав которой входят два балансировочных потенциометра, и соединены со входом трансформатора (Щиголев С.А. и др. Путевой датчик ДПЭП системы УКПСО // Автоматика, связь, информатика, 2001, №3, с.9-11).Closest to the proposed one is a wheel displacement sensor containing two receiving inductors and one exciting coil, which is connected to the output of the sinusoidal voltage generator. The receiving coils are connected according to a differential circuit, which includes two balancing potentiometers, and connected to the transformer input (S. Shchigolev et al. Track sensor DPEP system UKPSO // Automation, communication, computer science, 2001, No. 3, p. 9 -eleven).

Известные датчики основаны на взаимодействии закрепленного на рельсе электромагнитного индуктора и гребня катящегося колеса. При отсутствии колеса ток, протекающий в возбуждающей катушке, создает в зоне чувствительности приемной катушки переменное магнитное поле, следствием которого является уровень исходного напряжения на выходе трансформатора, соответствующий отсутствию колеса. Однако значение этого напряжения дрейфует по причине случайных флуктуации реактивных параметров возбуждающей и приемной катушек индуктивности, кабелей и др., вызванных, например, изменением внешних климатических условий (изменением влажности, температуры и т.д.).Known sensors are based on the interaction of an electromagnetic inductor mounted on a rail and a rolling wheel flange. In the absence of a wheel, the current flowing in the exciting coil creates an alternating magnetic field in the sensitivity zone of the receiving coil, which results in the level of the initial voltage at the transformer output corresponding to the absence of the wheel. However, the value of this voltage drifts due to random fluctuations in the reactive parameters of the exciting and receiving inductors, cables, etc., caused, for example, by changes in external climatic conditions (changes in humidity, temperature, etc.).

Дрейф уровня исходного напряжения нарушает настройку датчика перемещения колеса, приводит к ложным срабатываниям или пропускам, что снижает достоверность регистрации прохождения колес.The drift of the initial voltage level violates the setting of the wheel displacement sensor, leads to false alarms or omissions, which reduces the reliability of registering the passage of the wheels.

Таким образом, выявленные в результате патентного поиска аналог и прототип заявляемого датчика прохождения колеса при осуществлении не обеспечивают достижения технического результата, заключающегося в повышении достоверности регистрации прохождения колеса. Предлагаемое изобретение решает задачу создания датчика прохождения колеса, осуществление которого позволяет достичь технического результата, заключающегося в повышении достоверности регистрации прохождения колеса.Thus, the analogue and prototype of the inventive wheel passage sensor detected as a result of a patent search during implementation do not ensure the achievement of a technical result, which consists in increasing the reliability of registering the passage of a wheel. The present invention solves the problem of creating a wheel passage sensor, the implementation of which allows to achieve a technical result, which consists in increasing the reliability of registering the passage of the wheel.

Сущность изобретения заключается в том, что в датчик перемещения колеса, включающий датчик сигнала прохождения колеса, генератор синусоидального напряжения и трансформатор, при этом датчик сигнала прохождения колеса содержит возбуждающую катушку, параллельно которой подключен конденсатор, и приемную катушку, причем выводы приемной катушки являются выходом, а выводы возбуждающей катушки являются входом датчика сигнала прохождения колеса, кроме того, выход генератора синусоидального напряжения соединен со входом датчика сигнала прохождения колеса, выход которого соединен со входом трансформатора, дополнительно введены выпрямитель, фильтр, аналоговый сумматор, первый компаратор, формирователь компенсирующего сигнала, при этом выход трансформатора подключен ко входу выпрямителя, который выходом подключен ко входу фильтра, выход которого подключен к первому входу аналогового сумматора, выход которого подключен к первому входу первого компаратора и к первому входу формирователя компенсирующего сигнала, который вторым входом подключен к выходу первого компаратора, а выходом подключен ко второму входу аналогового сумматора, а третий вход формирователя компенсирующего сигнала является его управляющим входом, кроме того, второй вход первого компаратора является его управляющим входом, а выход первого компаратора - выходом устройства. Кроме того, формирователь компенсирующего сигнала содержит генератор прямоугольных импульсов, схему начальных установок, коммутатор импульсов, второй компаратор, первый элемент И и генератор ступенчатого напряжения, при этом первый и второй выходы генератора прямоугольных импульсов подключены к первому и второму входам коммутатора импульсов, первый выход схемы начальных установок соединен с входом генератора прямоугольных импульсов, а второй выход схемы начальных установок подключен к третьему входу генератора ступенчатого напряжения и к третьему входу коммутатора импульсов, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого является вторым входом формирователя, выход первого элемента И подключен к первому входу генератора ступенчатого напряжения, выход которого является выходом формирователя компенсирующего сигнала, а второй вход генератора ступенчатого напряжения соединен с выходом второго компаратора, первый и второй входы которого являются соответственно первым и третьим входами формирователя компенсирующего сигнала. При этом генератор прямоугольных импульсов содержит задающий генератор и счетчик-делитель, счетный вход которого подключен к выходу задающего генератора, вход сброса является входом генератора прямоугольных импульсов, а первый и второй выходы счетчика являются соответственно первым и вторым выходами генератора прямоугольных импульсов. Схема начальных установок состоит из двух одновибраторов, при этом выход первого из них является первым, а выход второго - вторым выходом схемы начальных установок. Генератор ступенчатого напряжения содержит реверсивный счетчик и цифроаналоговый преобразователь, при этом выход преобразователя является выходом генератора, входы преобразователя соединены с выходами реверсивного счетчика, а счетный, реверсивный и вход сброса являются соответственно первым, вторым и третьим входами генератора. Коммутатор импульсов содержит третий одновибратор, RS-триггер, второй и третий элементы И, элемент ИЛИ, при этом первый вход второго элемента И, S-вход триггера и вход третьего одновибратора являются соответственно первым, третьим и вторым входами коммутатора импульсов, кроме того, вход третьего одновибратора подключен к первому входу третьего элемента И, а выход одновибратора - к R-входу RS-триггера, инверсный и прямой выходы которого соединены соответственно со вторыми входами третьего и второго элементов И, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам элемента ИЛИ, выход которого является выходом коммутатора импульсов.The essence of the invention lies in the fact that in the wheel displacement sensor, comprising a wheel passage signal sensor, a sinusoidal voltage generator and a transformer, the wheel passage signal sensor comprises an exciting coil, in parallel with which a capacitor is connected, and a receiving coil, the terminals of the receiving coil being the output, and the outputs of the exciting coil are the input of the wheel passage signal sensor, in addition, the output of the sinusoidal voltage generator is connected to the input of the signal signal sensor A rectifier, a filter, an analog adder, a first comparator, a shaper of a compensating signal are additionally introduced to the wheel, the output of which is connected to the input of the transformer, while the output of the transformer is connected to the input of the rectifier, which is connected to the input of the filter, the output of which is connected to the first input of the analog adder the output of which is connected to the first input of the first comparator and to the first input of the compensator signal shaper, which is connected by the second input to the output of the first comparator, output connected to the second input of the analog adder, and a third input of the compensating signal is its control input, furthermore, the second input of the first comparator is its control input, and an output of the first comparator - output device. In addition, the compensating signal generator comprises a square-wave generator, an initial settings circuit, a pulse commutator, a second comparator, a first AND element and a step voltage generator, wherein the first and second outputs of the square-wave generator are connected to the first and second inputs of the pulse commutator, the first circuit output initial settings is connected to the input of the rectangular pulse generator, and the second output of the initial settings circuit is connected to the third input of the step voltage generator and to the third input of the pulse switch, the output of which is connected to the first input of the first element And, the second input of which is the second input of the driver, the output of the first element And is connected to the first input of the step voltage generator, the output of which is the output of the compensator signal generator, and the second input of the generator a step voltage is connected to the output of the second comparator, the first and second inputs of which are respectively the first and third inputs of the shaper of the compensating signal. In this case, the square-wave generator contains a master oscillator and a divider counter, the counting input of which is connected to the output of the master oscillator, the reset input is the input of the square-wave generator, and the first and second outputs of the counter are the first and second outputs of the square-wave generator, respectively. The initial setup diagram consists of two one-shots, with the output of the first one being the first, and the output of the second being the second output of the initial setup circuit. The step voltage generator contains a reversible counter and a digital-to-analog converter, the output of the converter being the output of the generator, the inputs of the converter connected to the outputs of the reversing counter, and the counting, reversing, and reset input respectively the first, second, and third inputs of the generator. The pulse switch contains a third one-shot, RS-trigger, second and third AND elements, an OR element, while the first input of the second AND element, the S-input of the trigger and the input of the third one-shot are respectively the first, third and second inputs of the pulse switch, in addition, the input the third one-shot is connected to the first input of the third AND element, and the output of the one-shot is connected to the R-input of the RS flip-flop, the inverse and direct outputs of which are connected respectively to the second inputs of the third and second AND elements, the outputs of which are connected respectively to the first and second inputs of the OR element, the output of which is the output of the pulse commutator.

Технический результат достигается следующим образом. Датчик сигнала прохождения колеса обеспечивает формирование соответствующего сигнала. Наличие в датчике приемной катушки индуктивности, а также возбуждающей катушки, образующей в совокупности с конденсатором параллельный колебательный LC-контур, колебания в котором инициирует генератор синусоидального напряжения, обеспечивают возможность формирования в приемной катушке индуктивности исходного уровня напряжения при отсутствии колеса в зоне ее чувствительности. Это повышает чувствительность датчика к изменениям исходного напряжения и, следовательно, повышает достоверность регистрации изменения сигнала в приемной катушке. Трансформатор выполняет функции согласующего и изолирующего устройства между выходной цепью приемной катушки и входом выпрямителя. Выпрямитель выделяет из исходного сигнала постоянную составляющую. Фильтр подавляет высокочастотный сигнал помехи в заданной полосе рабочих частот, что повышает достоверность регистрации прохождения колеса. Это позволяет контролировать даже незначительные изменения исходного напряжения с использованием всего одной приемной катушки индуктивности, в отличие от прототипа, в котором необходимы две такие катушки. Введение в датчик формирователя компенсирующего сигнала, аналогового сумматора, первого компаратора и соответствующих связей обеспечивает возможность корректировки дрейфа выходного сигнала фильтра путем приведения его к исходному уровню напряжения, соответствующего отсутствию колеса. При этом формирователь компенсирующего сигнала контролирует сигнал на выходе аналогового сумматора, определяет величину и знак относительного изменения исходного напряжения вследствие его дрейфа и по результатам контроля формирует для аналогового сумматора соответствующий управляющий сигнал, а аналоговый сумматор формирует на первом входе первого компаратора откорректированный сигнал. Это позволяет устранить неинформативное напряжение помехи - дрейф, что повышает достоверность регистрации прохождения колеса. Возможность корректировки позволяет автоматически выполнять настройку датчика после включения питания путем приведения уровня исходного напряжения на выходе сумматора к заданному значению. Первый компаратор выполняет функцию исполнительного органа и формирует сигналы отсутствия (высокий уровень сигнала) или наличия (низкий уровень сигнала) колеса в зависимости от результата сравнения сигнала с выхода аналогового сумматора со значением опорного напряжения на управляющем входе. Последнее также повышает достоверность срабатывания датчика, поскольку опорное напряжение является величиной фиксированной. Наличие связи выхода первого компаратора со вторым входом формирователя компенсирующего сигнала обеспечивает блокировку работы формирователя по низкому уровню, т.е. при наличии колеса.The technical result is achieved as follows. The wheel passage signal sensor provides the formation of a corresponding signal. The presence in the sensor of the receiving inductor, as well as the exciting coil, which together with the capacitor forms a parallel LC oscillatory circuit, the oscillations in which the sinusoidal voltage generator initiates, make it possible to form the initial voltage level in the inductance coil in the absence of a wheel in its sensitivity zone. This increases the sensitivity of the sensor to changes in the initial voltage and, therefore, increases the reliability of recording changes in the signal in the receiving coil. The transformer performs the functions of a matching and isolating device between the output circuit of the receiving coil and the input of the rectifier. The rectifier extracts a constant component from the original signal. The filter suppresses a high-frequency interference signal in a given band of operating frequencies, which increases the accuracy of registration of the passage of the wheel. This allows you to control even minor changes in the initial voltage using only one receiving inductor, in contrast to the prototype, in which two such coils are needed. The introduction of a compensating signal, an analog adder, a first comparator, and corresponding connections into the sensor driver provides the possibility of adjusting the drift of the filter output signal by bringing it to the initial voltage level corresponding to the absence of a wheel. In this case, the compensating signal generator controls the signal at the output of the analog adder, determines the magnitude and sign of the relative change in the initial voltage due to its drift, and from the results of the control generates the corresponding control signal for the analog adder, and the analog adder generates a corrected signal at the first input of the first comparator. This allows you to eliminate uninformative interference voltage - drift, which increases the accuracy of registration of the passage of the wheel. The possibility of correction allows you to automatically configure the sensor after turning on the power by bringing the level of the initial voltage at the output of the adder to a predetermined value. The first comparator performs the function of the executive body and generates signals of the absence (high signal level) or presence (low signal level) of the wheel, depending on the result of comparing the signal from the output of the analog adder with the value of the reference voltage at the control input. The latter also increases the reliability of the sensor, since the reference voltage is a fixed value. The presence of a connection between the output of the first comparator and the second input of the shaper of the compensating signal provides blocking the operation of the shaper at a low level, i.e. in the presence of a wheel.

В формирователе компенсирующего сигнала генератор прямоугольных импульсов, содержащий задающий генератор и подключенный к его выходу счетчик импульсов, а также схема начальных установок, содержащая первый и второй одновибраторы, формируют временную сетку работы формирователя и служат управляющими сигналами для коммутатора импульсов и генератора ступенчатого напряжения. Коммутатор импульсов обеспечивает в определенной временной последовательности прохождение управляющих импульсов различной длительности на первый элемент И, который пропускает или запрещает их прохождение на счетный вход реверсивного счетчика в генераторе ступенчатого напряжения. При этом возможность переключения режимов обеспечивается благодаря тому, что коммутатор импульсов содержит RS-тригтер и одновибратор, работающие под управлением импульсов на третьем и втором входах коммутатора, а также второй и третий элементы И и элемент ИЛИ с заявленными связями. Второй компаратор с соответствующими связями обеспечивает управление режимом работы реверсивного счетчика (прямой, обратный счет) в генераторе ступенчатого напряжения в зависимости от величины выходного напряжения аналогового сумматора. Цифроаналоговый преобразователь формирует на выходе генератора ступенчатого напряжения уровень напряжения, адекватный содержимому реверсивного счетчика. Генератор ступенчатого напряжения формирует уровень напряжения для корректировки дрейфа выходного сигнала фильтра.In the compensator of the compensating signal, the rectangular pulse generator containing the master oscillator and the pulse counter connected to its output, as well as the initial setup circuit containing the first and second single-vibrators, form a temporary grid of the shaper and serve as control signals for the pulse commutator and the step voltage generator. The pulse switch provides, in a certain time sequence, the passage of control pulses of various durations to the first element And, which passes or prohibits their passage to the counting input of the reversible counter in the step voltage generator. Moreover, the possibility of switching modes is provided due to the fact that the pulse switch contains an RS-flip-flop and a single-vibrator operating under the control of pulses at the third and second inputs of the switch, as well as the second and third AND elements and OR element with the claimed connections. The second comparator with appropriate connections provides control of the operation mode of the reversible counter (direct, reverse counting) in the step voltage generator, depending on the value of the output voltage of the analog adder. The digital-to-analog converter generates a voltage level at the output of the step voltage generator that is adequate to the contents of the reverse counter. The step voltage generator generates a voltage level to adjust the drift of the filter output signal.

Из вышеизложенного следует, что в предлагаемом датчике перемещения колеса, благодаря введению формирователя компенсирующего сигнала, аналогового сумматора, компаратора и соответствующих заявленных связей с другими элементами электрической схемы датчика обеспечивается возможность формирования положительной или отрицательной обратной связи между формирователем компенсирующего сигнала и аналоговым сумматором, что позволяет практически устранить искажающее влияние дрейфа исходного уровня напряжения путем слежения за изменениями его значений и выполнения соответствующей корректировки. Это исключает ложное срабатывание первого компаратора во время отсутствия колеса или несрабатывание указанного компаратора при наличии колеса (пропуск), а также позволяет исключить повторную регистрацию одного и того же колеса при его остановке в зоне чувствительности приемной катушки.From the foregoing, it follows that in the proposed wheel displacement sensor, due to the introduction of a compensating signal shaper, an analog adder, a comparator and the corresponding declared connections with other elements of the sensor electric circuit, it is possible to form a positive or negative feedback between the compensating signal shaper and the analog adder, which allows practically eliminate the distorting effect of the drift of the initial voltage level by tracking changes of values and perform the appropriate adjustments. This eliminates the false operation of the first comparator during the absence of a wheel or the failure of the specified comparator in the presence of a wheel (pass), and also eliminates the re-registration of the same wheel when it stops in the sensitivity zone of the receiving coil.

Таким образом, предлагаемый датчик перемещения колеса обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в повышении достоверности регистрации прохождения колеса.Thus, the proposed wheel displacement sensor ensures the achievement of a technical result, which consists in increasing the reliability of registration of the passage of the wheel.

На фиг.1 изображена блок-схема датчика перемещения колеса; на фиг.2 - блок-схема формирователя компенсирующего сигнала; на фиг.3 - развернутая блок-схема формирователя компенсирующего сигнала; на фиг.4 - 6 - эпюры напряжений, поясняющие работу датчика перемещения колеса.Figure 1 shows a block diagram of a wheel displacement sensor; figure 2 is a block diagram of a shaper of the compensating signal; figure 3 is an expanded block diagram of a shaper of a compensating signal; figure 4 - 6 is a plot of stresses explaining the operation of the wheel displacement sensor.

Заявляемое устройство содержит датчик сигнала прохождения колеса 1, генератор синусоидального напряжения 2, фильтр 3, первый компаратор 4, трансформатор 5, выпрямитель 6, аналоговый сумматор 7 и формирователь компенсирующего сигнала 8. При этом выходы генератора синусоидального напряжения 2 соединены со входами датчика сигнала прохождения колеса, который состоит из параллельно соединенных возбуждающей катушки индуктивности 9 и конденсатора 10, а также содержит приемную катушку 11.The inventive device comprises a wheel passage signal sensor 1, a sinusoidal voltage generator 2, a filter 3, a first comparator 4, a transformer 5, a rectifier 6, an analog adder 7 and a compensation signal shaper 8. The outputs of the sinusoidal voltage generator 2 are connected to the inputs of the wheel passage signal sensor , which consists of a parallel-connected exciting inductor 9 and a capacitor 10, and also contains a receiving coil 11.

Выводы возбуждающей катушки 9 являются входом датчика 1. Выводы приемной катушки 11 являются выходом датчика 1 и подключены ко входам трансформатора 5, выход которого подключен ко входу выпрямителя 6. Выход выпрямителя 6 соединен с входом фильтра 3, выход которого соединен с первым входом аналогового сумматора 7, выход которого подключен к первому входу первого компаратора 4 и первому входу формирователя компенсирующего сигнала 8. Второй вход формирователя 8 соединен со вторым входом аналогового сумматора 7, а на третий вход формирователя 8 подается постоянное опорное напряжение U₀. При этом на второй вход первого компаратора 4 поступает постоянное напряжение порога срабатывания U_п.The outputs of the exciting coil 9 are the input of the sensor 1. The outputs of the receiving coil 11 are the output of the sensor 1 and connected to the inputs of the transformer 5, the output of which is connected to the input of the rectifier 6. The output of the rectifier 6 is connected to the input of the filter 3, the output of which is connected to the first input of the analog adder 7 the output of which is connected to the first input of the first comparator 4 and the first input of the shaper of the compensating signal 8. The second input of the shaper 8 is connected to the second input of the analog adder 7, and to the third input of the shaper 8 etsya constant reference voltage U _0. In this case, the second voltage of the first comparator 4 receives a constant voltage of the threshold operation U _p .

Формирователь компенсирующего сигнала 8 содержит генератор прямоугольных импульсов 12, схему начальных установок 13, коммутатор импульсов 14, второй компаратор 15, первый логический элемент И 16, а также генератор ступенчатого напряжения 17.The compensating signal generator 8 comprises a rectangular pulse generator 12, an initial setup 13, a pulse commutator 14, a second comparator 15, a first logic element And 16, and a step voltage generator 17.

Схема начальных установок 13 состоит из первого 18 и второго 19 одновибраторов, выходы которых являются соответственно первым и вторым выходами схемы 13. Первый выход схемы начальных установок 13 подключен ко входу генератора прямоугольных импульсов 12, а второй выход этой схемы соединен с третьими входами коммутатора импульсов 14 и генератора ступенчатого напряжения 17.The initial settings circuit 13 consists of the first 18 and second 19 single vibrators, the outputs of which are the first and second outputs of the circuit 13, respectively. The first output of the initial settings circuit 13 is connected to the input of the rectangular pulse generator 12, and the second output of this circuit is connected to the third inputs of the pulse switch 14 and a step voltage generator 17.

Первый и второй выходы генератора прямоугольных импульсов 12 подключены соответственно к первому и второму входам коммутатора импульсов 14, выход которого подключен к первому входу первого элемента И 16. Выход этого элемента соединен с первым входом генератора ступенчатого напряжения 17, выход которого является выходом формирователя компенсирующего сигнала 8.The first and second outputs of the rectangular pulse generator 12 are connected respectively to the first and second inputs of the pulse switch 14, the output of which is connected to the first input of the first element And 16. The output of this element is connected to the first input of the step voltage generator 17, the output of which is the output of the compensating signal shaper 8 .

Второй вход первого элемента И является вторым входом формирователя компенсирующего сигнала 8, а второй вход второго компаратора 15 является третьим входом указанного формирователя.The second input of the first element And is the second input of the shaper of the compensating signal 8, and the second input of the second comparator 15 is the third input of the specified shaper.

Генератор ступенчатого напряжения 17 содержит реверсивный счетчик 20 и цифроаналоговый преобразователь 21. При этом выход цифроаналогового преобразователя является выходом генератора ступенчатого напряжения 17, а также и выходом формирователя компенсирующего сигнала 8.The step voltage generator 17 comprises a reversible counter 20 and a digital-to-analog converter 21. In this case, the output of the digital-to-analog converter is the output of the step voltage generator 17, as well as the output of the compensating signal shaper 8.

Входы цифроаналогового преобразователя 21 соединены с выходами реверсивного счетчика 20, вход сброса которого является третьим входом генератора 17, а счетный и реверсивный входы указанного счетчика являются соответственно первым и вторым входами генератора 17.The inputs of the digital-to-analog converter 21 are connected to the outputs of the reversible counter 20, the reset input of which is the third input of the generator 17, and the counting and reversing inputs of the specified counter are the first and second inputs of the generator 17, respectively.

Коммутатор импульсов 14 содержит третий одновибратор 22, RS-триггер 23, второй 24 и третий 25 логические элементы И, а также элемент ИЛИ 26. При этом первый вход второго элемента И 24, S-вход триггера 23 и вход одновибратора 22 являются соответственно первым, третьим и вторым входами коммутатора импульсов 14. Кроме того, вход третьего одновибратора 22 подключен к первому входу третьего элемента И 25, а выход к R-входу RS-тригтера 23, инверсный и прямой выходы которого соединены соответственно со вторыми входами третьего 25 и второго 24 элементов И, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам элемента ИЛИ 26, выход которого является выходом коммутатора импульсов 14. При этом первый вход второго элемента И 24 является первым входом коммутатора импульсов 14.The pulse switch 14 contains a third one-shot 22, RS-flip-flop 23, second 24 and third 25 logic gates And, as well as an OR 26. In this case, the first input of the second element And 24, S-input of trigger 23 and the input of one-shot 22 are respectively the first, the third and second inputs of the pulse switch 14. In addition, the input of the third one-shot 22 is connected to the first input of the third element And 25, and the output to the R-input of the RS-trigger 23, the inverse and direct outputs of which are connected respectively to the second inputs of the third 25 and second 24 elements And, outputs x connected respectively to the first and second inputs of the OR element 26, the output of which is the output of the pulse switch 14. In this case, the first input of the second element And 24 is the first input of the pulse switch 14.

Генератор прямоугольных импульсов 12 содержит задающий генератор 27 и счетчик-делитель 28, счетный вход которого подключен к выходу задающего генератора 27.The rectangular pulse generator 12 contains a master oscillator 27 and a counter-divider 28, the counting input of which is connected to the output of the master oscillator 27.

Вход сброса счетчика-делителя 28 является входом генератора прямоугольных импульсов 12, а первый и второй выходы этого счетчика являются соответственно первым и вторым выходами генератора прямоугольных импульсов 12.The reset input of the counter-divider 28 is the input of the square-wave generator 12, and the first and second outputs of this counter are the first and second outputs of the square-wave generator 12, respectively.

Предлагаемый датчик перемещения колеса работает следующим образом. После включения питания и при отсутствии колеса в зоне чувствительности приемной катушки 11, а также под действием генератора синусоидального напряжения 2 в параллельном колебательном LC-контуре, образованном из возбуждающей катушки индуктивности 9 и конденсатора 10, возникают электромагнитные колебания.The proposed wheel displacement sensor operates as follows. After the power is turned on and in the absence of a wheel in the sensitivity zone of the receiving coil 11, as well as under the action of a sinusoidal voltage generator 2 in the parallel oscillating LC circuit formed from the exciting inductor 9 and the capacitor 10, electromagnetic oscillations occur.

В возбуждающей катушке 9 протекает ток, создающий в пространстве переменное магнитное поле, под влиянием которого в приемной катушке 11 наводится уровень исходного напряжения, соответствующий отсутствию колеса.A current flows in the exciting coil 9, creating an alternating magnetic field in space, under the influence of which the initial voltage level corresponding to the absence of the wheel is induced in the receiving coil 11.

Напряжение с приемной катушки 11 через трансформатор 5 поступает на выпрямитель 6 и далее через фильтр 3 - на первый вход аналогового сумматора 7, сигнал на выходе которого определяется выражениемThe voltage from the receiving coil 11 through the transformer 5 is supplied to the rectifier 6 and then through the filter 3 to the first input of the analog adder 7, the output signal of which is determined by the expression

где U_с - напряжение на выходе аналогового сумматора 7; U_ф - напряжение на выходе фильтра 3; U_к - напряжение на выходе формирователя компенсирующего сигнала 8.where U _{with the} voltage at the output of the analog adder 7; U _f - voltage at the output of the filter 3; U _to - the voltage at the output of the shaper of the compensating signal 8.

В момент включения питания запускаются одновибраторы 18, 19 схемы начальных установок 13 и на ее выходах генерируются установочные сигналы. При этом длительность сигнала на втором выходе схемы 13 значительно меньше, чем на первом.At the time of power-up, one-shots 18, 19 of the initial settings circuit 13 are started and installation signals are generated at its outputs. In this case, the signal duration at the second output of circuit 13 is much shorter than at the first.

Остальные узлы предлагаемого датчика приводятся в следующие состояния готовности.The remaining nodes of the proposed sensor are given in the following states of readiness.

Во-первых, под действием установочного сигнала, генерируемого на втором выходе схемы начальных установок 13, происходит сброс реверсивного счетчика 20, в результате которого напряжение U_к становится равным нулю, напряжение U_c в соответствии с формулой (1) становится равным напряжению U_c, а на выходах первого 4 и второго 15 компараторов устанавливается высокий уровень в связи с тем, что значения напряжений порогов срабатывания этих компараторов (U_п и U_о) задаются значительно меньшими, чем U_ф. При этом высокий выходной уровень выхода второго компаратора 15 переводит реверсивный счетчик 20 в режим счета с возрастанием кода, а высокий уровень на выходе первого компаратора 4 является сигналом открывания вентиля, выполненного на элементе И 16, а также информационным признаком отсутствия колеса в зоне чувствительности заявляемого датчика.Firstly, under the influence of the installation signal generated at the second output of the initial settings circuit 13, the reverse counter 20 is reset, as a result of which the voltage U _k becomes equal to zero, the voltage U _c in accordance with formula (1) becomes equal to the voltage U _c , and at the outputs of the first 4 and second 15 comparators, a high level is set due to the fact that the values of the voltage thresholds of the operation of these comparators (U _p and U _about ) are set much lower than U _f . At the same time, the high output level of the output of the second comparator 15 puts the reversible counter 20 into the counting mode with increasing code, and the high level at the output of the first comparator 4 is a signal for opening the valve made on element And 16, as well as an information sign of the absence of a wheel in the sensitivity zone of the inventive sensor .

Во-вторых, под действием установочного сигнала, поступающего со второго выхода схемы 13 на S-вход триггера 23, последний переводится в единичное состояние, вследствие чего подготавливается прохождение импульсов от первого выхода генератора 12 на счетный вход реверсивного счетчика 20.Secondly, under the influence of the installation signal from the second output of circuit 13 to the S-input of trigger 23, the latter is transferred to a single state, as a result of which the passage of pulses from the first output of generator 12 to the counting input of the reversible counter 20 is prepared.

В-третьих, воздействие установочного сигнала, формируемого на первом выходе схемы 13 и поступающего на вход сброса счетчика-делителя 28, исключает появление прямоугольных импульсов на обоих выходах генератора 12.Thirdly, the impact of the installation signal generated at the first output of the circuit 13 and fed to the reset input of the counter-divider 28 eliminates the appearance of rectangular pulses at both outputs of the generator 12.

Рассмотренные состояния готовности сохраняются до момента окончания процесса формирования установочного сигнала на первом выходе схемы начальных установок 13. В этот момент времени активизируется счетчик-делитель 28 и на первом выходе генератора 12 появляется последовательность прямоугольных импульсов, повторяющихся с периодом следования Т₁. На втором выходе генератора 12 начинается формирование первого импульса еще одной последовательности с периодом следования T₂, который значительно больше периода Т₁.The considered readiness states are stored until the end of the process of generating the installation signal at the first output of the initial settings circuit 13. At this point in time, the counter-divider 28 is activated and at the first output of the generator 12 a sequence of rectangular pulses appears, repeating with a repetition period T ₁ . At the second output of the generator 12, the formation of the first pulse of another sequence begins with a repetition period T ₂ , which is much larger than the period T ₁ .

С появлением последовательности импульсов на первом выходе генератора 12 начинается настройка предлагаемого датчика. При этом указанная последовательность поступает на счетный вход предварительно расторможенного реверсивного счетчика 20, что сопровождается периодическим возрастанием значений его выходного кода и, как следствие, ступенчатым увеличением напряжения U_к на выходе формирователя компенсирующего сигнала 8.With the advent of a sequence of pulses at the first output of the generator 12 begins the configuration of the proposed sensor. In this case, the indicated sequence enters the counting input of the previously deactivated reverse counter 20, which is accompanied by a periodic increase in the values of its output code and, as a result, a stepwise increase in the voltage U _to the output of the compensator signal shaper 8.

Увеличение напряжения U_к вызывает соответствующее ступенчатое уменьшение напряжения U_c на выходе аналогового сумматора 7 (фиг.4), которое продолжается до тех пор, пока не сработает второй компаратор 15. Это происходит в тот момент времени, когда напряжение U_c, поступающее на первый вход второго компаратора 15, становится меньше постоянного опорного уровня U_o, приложенного ко второму его входу. При этом на выходе компаратора 15 устанавливается низкий уровень напряжения, в соответствии с которым счетчик 20 переводится в режим счета с убыванием кода, что сопровождается ступенчатым увеличением напряжения U_c на выходе аналогового сумматора 7. Увеличение U_c продолжается до тех пор, пока компаратор 15 не отпустит и, тем самым, не переведет счетчик 20 в режим счета с возрастанием кода, и т.д.An increase in the voltage U _k causes a corresponding stepwise decrease in the voltage U _c at the output of the analog adder 7 (Fig. 4), which continues until the second comparator 15 trips. This occurs at a time when the voltage U _c applied to the first the input of the second comparator 15, becomes less than a constant reference level U _o applied to its second input. At the same time, a low voltage level is established at the output of the comparator 15, according to which the counter 20 is switched to the counting mode with decreasing code, which is accompanied by a stepwise increase in the voltage U _c at the output of the analog adder 7. The increase in U _c continues until the comparator 15 will release and, thus, will not put the counter 20 into the counting mode with increasing code, etc.

В итоге напряжение U_с устанавливается вблизи уровня опорного напряжения U_o. При этом медленные изменения (дрейф) напряжения U_ф на выходе фильтра 3 вызывают соответствующие изменения напряжения U_c на выходе аналогового сумматора 7.As a result, the voltage U _{s is} set near the level of the reference voltage U _o . In this case, slow changes (drift) of the voltage U _f at the output of the filter 3 cause corresponding changes in the voltage U _c at the output of the analog adder 7.

В дальнейшем напряжение U_c, сформированное в процессе настройки и при отсутствии колеса в зоне чувствительности, будем условно называть исходным напряжением.In the future, the voltage U _c generated during the setup process and in the absence of a wheel in the sensitivity zone will be arbitrarily called the initial voltage.

Исходное напряжение дрейфует по причине случайных флуктуаций реактивных параметров возбуждающей 9 и приемной 11 катушек индуктивности, кабелей и др., вызванных, например, изменением внешних климатических условий (влажности, температуры).The initial voltage drifts due to random fluctuations in the reactive parameters of the exciting 9 and receiving 11 inductors, cables, etc., caused, for example, by changes in external climatic conditions (humidity, temperature).

Следует отметить, что во время настройки на выходе первого компаратора 4 сохраняется высокий уровень напряжения U_вых, который соответствует отсутствию колеса. Это достигается за счет того обстоятельства (фиг.6), что уровень порога срабатывания U_п первого компаратора 4 находится ниже опорного уровня U_o, который является порогом срабатывания второго компаратора 15.It should be noted that during the setup, the output of the first comparator 4 maintains a high voltage level U _o , which corresponds to the absence of a wheel. This is achieved due to the fact (Fig.6) that the threshold level U _{p of the} first comparator 4 is below the reference level U _o , which is the threshold of the second comparator 15.

На этом заканчивается настройка предлагаемого датчика. Он переходит в режим корректировки дрейфа исходного напряжения. Этот режим начинается в момент времени t₁ (фиг.5), когда на втором выходе генератора 12 завершается формирование первого импульса последовательности с периодом следования Т₂.This completes the setup of the proposed sensor. It goes into the mode of adjusting the drift of the initial voltage. This mode starts at time t ₁ (Fig. 5), when the formation of the first pulse of the sequence with the repetition period T _{2 is} completed at the second output of the generator 12.

Задний фронт первого импульса, сформированный в момент времени t₁ на втором выходе генератора 12, запускает одновибратор 22 коммутатора импульсов 14, что приводит к установке RS-тригтера 23 в нулевое состояние и переключению коммутатора 14. При этом прохождение последовательности импульсов с первого выхода генератора 12 через указанный коммутатор прекращается и начинается поступление импульсов со второго выхода генератора 12 на счетный вход реверсивного счетчика 20, выходной код которого в зависимости от состояния выхода второго компаратора 15 периодически (моменты t₂-t₆) увеличивается или уменьшается на единицу. При этом высокому уровню на выходе компаратора 15 соответствует увеличение кода, а низкому уровню - его уменьшение.The trailing edge of the first pulse, formed at time t ₁ at the second output of the generator 12, launches the single-vibrator 22 of the pulse switch 14, which leads to the installation of the RS-trigger 23 in the zero state and switching the switch 14. In this case, the passage of the pulse train from the first output of the generator 12 through the specified switch, the pulses from the second output of the generator 12 to the counting input of the reversible counter 20 begin and the output code of which depends on the state of the output of the second comparator 15 periodically (moments t ₂ -t ₆ ) increases or decreases by one. In this case, a high level at the output of the comparator 15 corresponds to an increase in the code, and a low level corresponds to its decrease.

Периодические изменения кода на выходах счетчика 20 вызывают адекватные изменения выходного сигнала U_к формирователя компенсирующего сигнала 17 и соответствующие приращения исходного напряжения, причем, величина таких приращений соответствует одному кванту шкалы цифроаналогового преобразователя 21.Periodic changes in the code at the outputs of the counter 20 cause adequate changes in the output signal U _{to the} shaper of the compensating signal 17 and the corresponding increments of the initial voltage, moreover, the magnitude of such increments corresponds to one quantum of the scale of the digital-to-analog converter 21.

Таким образом, исходное напряжение на выходе аналогового сумматора 7 периодически обновляется и поддерживается в заданном поле допуска вопреки искажающему влиянию дрейфа, что позволяет предотвратить ложные срабатывания первого компаратора 4 при длительном отсутствии колеса в зоне чувствительности приемной катушки 11 заявляемого датчика. Напомним, что напряжение порога срабатывания U_п компаратора 4 установлено ниже периодически обновляемого уровня исходного напряжения.Thus, the initial voltage at the output of the analog adder 7 is periodically updated and maintained in a predetermined tolerance field despite the distorting effect of drift, which helps to prevent false triggering of the first comparator 4 in the absence of a wheel in the sensitivity zone of the receiving coil 11 of the inventive sensor. Recall that the threshold voltage U _{p of the} comparator 4 is set below a periodically updated level of the initial voltage.

Как показано выше, период следования Т₂ импульсов, поступающих на счетный вход реверсивного счетчика 20, значительно больше периода Т₁. Поэтому обновления исходного напряжения в режиме корректировки выполняются гораздо реже, чем при настройке.As shown above, the repetition period of T ₂ pulses arriving at the counting input of the reversible counter 20 is significantly longer than the period T ₁ . Therefore, updates of the initial voltage in the correction mode are performed much less frequently than during tuning.

Требуемое значение длительности периода Т₂ выбирают исходя из скорости дрейфа и разности напряжений U_о-U_п, а длительность периода T₁ - исходя из допустимой продолжительности настройки.The required value of the duration of the period T _{2 is} selected based on the drift velocity and the voltage difference U _о -U _p , and the duration of the period T ₁ is based on the allowable tuning duration.

Рассмотрим фиг.6, на которой изображены эпюры напряжений, поясняющие работу основных узлов предлагаемого датчика в режиме регистрации колеса, перемещающегося в зоне чувствительности приемной катушки 11.Consider figure 6, which depicts stress plots explaining the operation of the main nodes of the proposed sensor in the registration mode of the wheel moving in the sensitivity zone of the receiving coil 11.

Появление колеса в зоне чувствительности сопровождается быстрым уменьшением уровня напряжения U_c на выходе аналогового сумматора 7. В момент времени t₁₀₁ выполняется очередное обновление, заключающееся в "подтягивании" мгновенного значения напряжения U_с на один квант вверх - к исходному уровню.The appearance of the wheel in the sensitivity zone is accompanied by a rapid decrease in the voltage level U _c at the output of the analog adder 7. At time t ₁₀₁ , another update is performed, which consists in “pulling” the instantaneous voltage value U _s by one quantum up to the initial level.

По мере приближения колеса к центру приемной катушки 11 скорость уменьшения U_с возрастает и в момент равенства значений U_с и U_п срабатывает первый компаратор 4, на выходе которого устанавливается низкий уровень U_вых, что является информационным признаком наличия колеса в зоне чувствительности и позволяет зарегистрировать этот факт.As the wheel approaches the center of the receiving coil 11, the decrease rate of U _s increases and when the values of U _s and U _{p are} equal, the first comparator 4 is triggered, at the output of which a low level of U _{out is established} , which is an information sign of the presence of the wheel in the sensitivity zone and allows registering This fact.

Вместе с тем, низкий уровень U_вых закрывает вентиль, выполненный на элементе И 16. При этом счетчик 20 и цифроаналоговый преобразователь 21 останавливаются. Это приводит к исключению (блокировке) дальнейшей корректировки изменения U_с (в моменты t₁₀₂ и t₁₀₃). Такая блокировка необходима для предотвращения повторной регистрации в том случае, когда медленно перемещающееся колесо останавливается в зоне чувствительности приемной катушки 11, а затем продолжает свое движение.However, the low level U _o closes the valve, made on the element And 16. In this case, the counter 20 and the digital-to-analog converter 21 are stopped. This leads to the exclusion (blocking) of further adjustment of the change in U _with (at moments t ₁₀₂ and t ₁₀₃ ). This blocking is necessary to prevent re-registration in the case when the slowly moving wheel stops in the sensitivity zone of the receiving coil 11, and then continues to move.

При удалении колеса от центра приемной катушки 11 (момент t₁₀₄) компаратор 4 отпускает, восстанавливается высокий уровень U_вых и снимается блокировка, а в момент времени t₁₀₅ снова начинается периодическое обновление напряжения U_с в режиме корректировки, которая наряду с предотвращением ложных срабатываний во время длительного отсутствия колеса, о чем было сказано выше, предотвращает и пропуски колес при их перемещении в зоне чувствительности.When the wheel moves away from the center of the receiving coil 11 (moment t ₁₀₄ ), the comparator 4 releases, the high level U _o is restored and the lock is released, and at time t ₁₀₅ , the voltage U _s is periodically updated again in the correction mode, which, along with the prevention of false alarms during the time of a long absence of the wheel, as was said above, also prevents the wheels from skipping when they move in the sensitivity zone.

Из вышеизложенного следует, что предлагаемый датчик обладает свойством адаптивности и позволяет повысить достоверность регистрации колес.From the foregoing, it follows that the proposed sensor has the property of adaptability and can improve the reliability of registration of the wheels.

Claims

1. A wheel displacement sensor including a wheel passage signal sensor, a sinusoidal voltage generator, and a transformer, wherein the wheel passage signal sensor comprises an excitation coil, a capacitor connected in parallel with it, and a receiving coil, wherein the terminals of the receiving coil are the output and the terminals of the exciting coil are the input wheel passage signal sensor, in addition, the output of the sinusoidal voltage generator is connected to the input of the wheel passage signal sensor, the output of which is connected to transformer odor, characterized in that a rectifier, a filter, an analog adder, a first comparator, a compensator signal shaper are additionally introduced, while the transformer output is connected to the input of the rectifier, which is connected to the input of the filter, the output of which is connected to the first input of the analog adder, the output of which connected to the first input of the first comparator and to the first input of the compensator signal shaper, which by the second input is connected to the output of the first comparator, and the output is connected to the second input of the analog adder, and the third input of the compensator signal shaper is its control input, in addition, the second input of the first comparator is its control input, and the output of the first comparator is the device output.

2. The sensor according to claim 1, characterized in that the compensating signal generator comprises a rectangular pulse generator, a circuit for initial settings, a pulse commutator, a second comparator, a first AND element and a step voltage generator, wherein the first and second outputs of the rectangular pulse generator are connected to the first and to the second inputs of the pulse switch, the first output of the initial settings circuit is connected to the input of the rectangular pulse generator, and the second output of the initial settings circuit is connected to the third input of the generator A step voltage step is connected to the third input of the pulse switch, the output of which is connected to the first input of the first element And, the second input of which is the second input of the driver, the output of the first element And is connected to the first input of the step voltage generator, the output of which is the output of the compensator signal shaper, and the second the input of the step voltage generator is connected to the output of the second comparator, the first and second inputs of which are the first and third inputs of the computer shaper, respectively siruyuschego signal.

3. The sensor according to claim 2, characterized in that the square-wave generator contains a master oscillator and a divider counter, the counting input of which is connected to the output of the master oscillator, the reset input is the input of the square-wave generator, and the first and second counter outputs are the first and the second outputs of the rectangular pulse generator.

4. The sensor according to claim 2, characterized in that the initial settings circuit consists of two single-vibrators, with the output of the first of them being the first, and the output of the second being the second output of the initial settings scheme.

5. The sensor according to claim 2, characterized in that the step voltage generator comprises a reversible counter and a digital-to-analog converter, wherein the output of the converter is the output of the generator, the inputs of the converter are connected to the outputs of the reverse counter, and the counting, reversing and reset input are respectively the first, second and the third inputs of the generator.

6. The sensor according to claim 2, characterized in that the pulse switch comprises a third one-shot, RS-trigger, second and third AND elements, an OR element, wherein the first input of the second And element, the S-input of the trigger and the input of the third one-shot are respectively the first , the third and second inputs of the pulse switch, in addition, the input of the third single vibrator is connected to the first input of the third element And, and the output of the single vibrator is connected to the R input of the RS trigger, the inverse and direct outputs of which are connected respectively to the second inputs of the third and second elements And, the outputs of which are respectively connected to first and second inputs of the OR gate, whose output is the output of the pulse switch.