SE515008C2 - Anordning för hastighetsmätning vid rälsfordon - Google Patents

Description

515 ÛÜ8 2 mellanrum. Diameterändringens inverkan kan i viss grad kom- penseras genom återkommande kalibreringar och justeringar av mätsystemet, men behovet av sådana innebär en väsentlig nackdel, och under alla omständigheter kan ett tachometerge- neratorsystem knappast ge högre noggrannhet vid t ex vägmät- ningen än något tiotal procent.

I bl a artikeln "Hastighetsmätning med korrelationsmetod“, Andermo, Mörk, Sjölund, Teknisk Tidskrift 1976, nr 3, 18-21, har det rälsfordons hastighet kan mätas beröringsfritt på optisk väg sid (figur 3 med beskrivning) föreslagits att ett med hjälp av en korrelationsmetod. En sensor monterad i en boggie har två lysdioder som belyser rälen på två skilda ställen på känt avstånd från varandra. Den reflekterade strålningen avkänns på båda ställena med hjälp av fotodio- der. Den ena avkända signalen tidsförskjuts till dess att maximal korrelation fås mellan de båda tidsvariabla signa- lerna. Tidsförskjutningen ger då tillsammans med det kända avståndet mellan mätställena fordonets hastighet och, genom integration, den tillryggalagda vägen. Det har dock i prak- tiken visat sig att optiska system är känsliga för den vid fordonsdrift oundvikliga kraftiga nedsmutsningen av detekto- rer etc. Vidare ger mellan rälen och sensorn förekommande partiklar, såsom t ex regndroppar, snö och bromsdamm, stör- ningar av mätningen, bl a genom kraftig dämpningen av de optiska signalerna. Det har därför visat sig svårt eller omöjligt att med en utrustning av denna typ uppnå hög till- förlitlighet och hög mätnoggrannhet vid drift i fordons- miljö.

I Joppich, Wennrich:"Radargestützte Weg- und Geschwindig- 85(l993) beskrivs ett system för hastighets- och vägmät- keitsmessung auf Schienenfahrzeugen“, Signal+Draht, sid 360-364, ning vid fordonsdrift med hjälp av dopplerradar. Ett sådant system har visat sig vara mindre känsligt för nedsmutsning än ett optiskt system. Vid fordonsdrift vintertid i nordiskt eller arktiskt klimat har det dock visat sig att den ound- vikliga förekomsten av snö och isbark hindrar radarstrål- ningen i så pass hög grad att systemet inte kan användas 10 15 20 25 30 35 515 ÜÜíš 3 under dessa förhållanden. Vid mätutrustningar av detta slag har det vidare visat sig vara svårt att erhålla erforderlig mätnoggrannhet vid låg fordonshastighet.

REDQGÖRELSE FÖR UPPFINNINGBN Uppfinningen avser att åstadkomma en anordning av inled- ningsvis angivet slag, vilken inom fordonets hela hastig- hetsområde uppvisar hög tillförlitlighet och hög mätnog- grannhet även under svåra driftförhållanden, och vilken kan arbeta helt oberoende av utanför fordonet anordnade organ eller system.

Uppfinningen avser vidare att åstadkomma en anordning som möjliggör en tillförlitlig detektering av stillestànd hos fordonet.

Uppfinningen avser också att åstadkomma en anordning som möjliggör detektering av rälsdefekter, såsom sprickor och rälsbrott.

Vad som kännetecknar en mätutrustning enligt uppfinningen framgår av bifogade patentkrav.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen skall i det följande närmare beskrivas i anslutning till bifogade figurer 1-8. Figur l visar en givaranordning enligt uppfinningen, där figur la visar anordningen sedd från sidan, figur lb anordningen sedd uppi- från, figur lc anordningen sedd i fordonets rörelseriktning, figur ld en givaranordning i ett alternativt utförande, sedd uppifrån, och figur le ett exempel på givaranordningens mon- tering på fordonet. Figur 2a visar ett blockschema över en mätanordning enligt uppfinningen. Figur 2b visar uppbyggna- den av den i själva givaren anordnade elektroniken vid anordningen enligt figur 2a. Figur 2c visar uppbyggnaden av kretsarna för signalbehandling av var och en av de båda givarsignalerna vid anordningen enligt figur 2a. Figur 2d 10 15 20 25 30 35 visar hur anordningen enligt figur 2a kan kompletteras för att växelvis arbeta vid två olika frekvenser. Figur 3 visar i form av ett vektordiagram komponenterna hos givarspolens utsignal. Figur 4 visar en alternativ utformning av givaran- ordningen enligt uppfinningen, med givarspolar i två mot varandra ortogonala riktningar. Figur 5 visar en givaranord- ning med tre givarenheter och med möjlighet till val mellan två olika mätsträckor. Figur 6 visar hur omkopplingen mellan mätsträckorna kan göras vid anordningen enligt figur 5.

Figur 7 visar ett exempel på hur anordningen enligt uppfin- ningen kan kompletteras för detektering av stillestånd hos fordonet. Figur 8 visar ett exempel på hur anordningen enligt uppfinningen kan kompletteras med organ för detekte- ring av defekter hos rälen.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSBXEMPEL I nedanstående beskrivning förekommande exempel på elekt- riska och mekaniska dimensioneringsuppgifter är endast unge- färliga.

Figur la visar en givaranordning enligt uppfinningen. Den är anordnad på en fordonsboggie ovanför en räl 2, vars längd- riktning sammanfaller med fordonets rörelseriktning och lig- ger i papperets plan. Givaranordningen består av ett hus 1 utfört av elektriskt ledande material, t ex aluminium. De elektriskt ledande husväggarna ger skärmning av givarna sinsemellan och mot störningar från yttre fält. Huset har 12 och 13.

Gl respektive G2, tre utrymmen 11, I vart och ett av utrymmena 11 och 12 är en givare, anordnad. Varje givare har en spolstomme 110 och 120, på vilken en magneti- seringsspole 111 respektive 121 är anordnad. Magnetiserings- spolarna har i huvudsak lodräta längdaxlar. Varje spole har en längd av 80 mm, en diameter av 22 mm, består av 150 varv och matas med en växelspänning med en frekvens av 100 kHz. I spolstommarnas 110 och 120 undre delar är spår frästa vin- kelrätt mot rörelseriktningen, och i dessa spår är givarspo- lar 112 och 122 anordnade. Varje givarspole har en höjd på 7 mm och en bredd (vinkelrätt mot fordonets rörelseriktning) 10 15 20 25 30 35 på 25 mm och består av 250 varv. Givarspolarna är anordnade så att de är i viss grad vridbara runt mot papperets plan vinkelräta axlar för injustering av spolarna så att deras avkänningsriktningar blir vinkelräta mot magnetiseringsfäl- tets riktning.

Avståndet d mellan givaranordningens underdel och rälens 2 övre yta är t ex 50-100 mm. Det är avpassat med hänsyn till boggiens nedfjädring och till den minskning av fordonshju- lens diameter som uppstår vid de nedsvarvningar av hjulen som normalt görs med vissa mellanrum.

Avståndet L i rörelseriktningen mellan de båda givarnas axlar är i det visade exemplet cirka 100 mm. Varje givar- system (med minst två givare) mäts upp individuellt för att erhålla ett ekvivalent "elektriskt avstånd", L'EL, vilket sedan lagras i ett icke-flyktigt minne (t ex ett E2-minne).

Detta avstånd, L'EL, utnyttjas sedan som kalibreringsvärde av signalbehandlingsenheten.

I det gemensamma utrymmet 13 mellan de båda givarna är viss elektronikutrustning anordnad på ett kretskort 131. I det beskrivna exemplet utgörs denna elektronikutrustning av för- förstärkare för signalerna från givarspolarna och av band- passfilter för givarsignalerna.

Huset 1 är försett med icke visade anslutningsdon för mat- ningsspänningar till magnetiseringsspolarna och för utsig- nalerna från kretskortet 131 samt med erfoderliga förbindel- ser mellan givarspolarna och kretskortet.

I figur la är vidare det i fortsättningen av beskrivningen använda koordinatsystemet angivet. Systemets X-axel är lod- rät och parallell med magnetiseringsspolarnas längdaxlar. Y- axeln är parallell med rälens längdriktning och därmed med fordonets rörelseriktning. Z-axeln är horisontell och vin- kelrät mot rälens längdriktning. 10 15 20 25 30 35 Oï Figur lb visar ett snitt genom givaranordningen sedd uppi- från. Figur lc visar ett snitt genom givaranordningen sedd framifrån.

En givares magnetiseringsspole alstrar ett magnetiskt växel- fält - magnetiseringsfältet - med i huvudsak vertikal huvud- riktning. Eftersom spolen ligger relativt nära rälen kommer rälen att påverka fältet. Faktorer som påverkar fältet är storleken hos luftgapet mellan givaren och rälen, rälens avbrott), Vid fordonets geometri (t ex dimensionsändringar, skador, samt rälens permeabilitet och konduktivitet. rörelse kommer variationer i dessa faktorer att generera korrelerbara variationer hos den magnetiska fältbilden.

Variationerna i fältet är emellertid små jämfört med magne- tiseringsfältets storlek. Genom att varje givares givarspole är separat kan den dock orienteras i rummet så att den utväljer och avkänner den magnetiska komposant som bäst rep- resenterar de ändringar i fältet som orsakas av de nämnda variationerna i rälens egenskaper. Genom att orientera givarspolarna på det i figur l visade sättet, dvs ortogonalt mot magnetiseringsfältet, reduceras spolarnas känslighet för det starka magnetiseringsfältet i mycket hög grad. Det mot magnetiseringsfältet ortogonala fältet, kommer på detta sätt att utgöra en kraftigt ökad andel av utsignalen från en givarspole,och på detta sätt har känsligheten och noggrann- heten hos detekteringen av magnetfältsvariationerna kunnat ökas i mycket hög grad.

Figur ld visar, sedd uppifrån, en alternativ utföringsform av givaranordningens hus l. Huset består av en strängpressad aluminiumprofil med två cirkulära delar, vilka bildar utrym- mena ll och 12 för de båda givarna, och vilka är skilda av en del med planparallella väggar som bildar utrymmet l3 för den gemensamma elektroniken (kretskortet 131).

Figur le visar ett exempel på monteringen på fordonet av den i figur la - lc visade givaranordningen 1. Anordningen är monterad på undersidan av en av fordonets boggier, nämligen boggien 3 med sina båda hjulpar 31 och 32. 10 15 20 25 30 35 Figur 2a visar givaranordningen enligt figur 1 med tillhö- rande utrustning för matning av fältspolarna och för signal- behandling av givarspolarnas utsignaler. En matningsenhet SU matar magnetiseringsspolarna 111 och 121 med en växelspän- ning med frekvensen 100 kHz med hjälp av en sinusvàgsoscil- lator OSC och en effektförstärkare PA. Utspänningarna uil och uig från givarspolarna 112 och 122 tillförs de på kretskortet 131 anordnade elektronikkretsarna 1311 respek- tive 1312. Utsignalerna udl och udg fràn dessa kretsar till- förs signalbehandlingskretsar SB1 och SB2, vilka alstrar de digitala signalerna S1 och S2. Varje sådan signal utgör ett mått pà momentanvärdet hos fasläget hos det av respektive givarspole avkända fältet. Signalerna S1 och S2 tillförs en beräkningsenhet CE, vilken genom bl a korrelation av de båda signalerna beräknar mätvärden pá fordonets hastighet v och tillryggalagd vägsträcka s.

Figur 2b visar uppbyggnaden av elektronikkretsen 1311.

Givarspolen 112 är ansluten till ett belastningsmotstånd R1 på 50 kohm. Givarspolens spänning uil tillförs en förstär- kare och impedansomvandlare Fl med en förstärkning pá 5-10 ggr och en utimpedans pà 50 ohm. Förstärkarens utsignal filtreras i ett bandpassfilter BP1 för bortfiltrering av andra signaler än de som härrör från magnetiseringsfältet, vilket har frekvensen 100 kHz. Filtret har i det nu beskrivna exemplet ett passband med övre och undre gränsfrekvenserna 150 kHz respektive 50 kHz. Utsignalen från bandpassfiltret betecknas med udl.

Elektronikkretsen 1312 är uppbyggd på samma sätt som kretsen 1311.

Figur 2c visar uppbyggnaden av den i figur 2a visade signal- behandlingskretsen SB1. Signalen udl tillförs en faslàst loop PLL1 med stor tidskonstant, någon eller några sekunder.

Denna krets kommer att ha ett fasläge som motsvarar medel- värdet av insignalens udl fasläge. Kretsen alstrar två utsignaler med samma frekvens som insignalen, dvs 100 kHz. 10 15 20 25 30 35 En utsignal urgl har samma fasläge som insignalen och till- förs en krets AGCl för styrning av givaranordningens arbets- punkt. En andra utsignal utgörs av ett fyrkantpulståg urll vilket är fasförskjutet 90° från den förstnämnda utsignalen och tillförs en ingång hos en exklusiv OR-krets XORl. Signa- len urll tjänstgör som faslägesreferens vid bestämningen av fasläget hos den i givarspolen alstrade spänningen.

Kretsen AGCl är en krets med styrbar förstärkning. Kretsens utsignal udml har samma fasläge och kurvform som insignalen urgl men varierbar amplitud. Kretsens ingång för styrning av förstärkningen tillförs signalen udl. Toppvärdet hos denna signal detekteras, t ex i en enveloppdetektor, och styr amp- lituden hos kretsens utsignal på sådant sätt att utsignalens amplitud nästan, men inte helt, överensstämmer med amplitu- den hos mätsignalen udl. Kretsen AGCl har stor tidskonstant, t ex någon eller några sekunder, och utsignalen udml kommer därför att ha samma frekvens som mätsignalen udl och en amp- litud och ett fasläge vilka nära motsvarar medelvärdena hos amplituden och fasläget hos mätsignalen udl.

I en differentialförstärkare F21 subtraheras signalen u¿m1 från mätsignalen udl och differensen utgör förstärkarens utsignal u'd1, Den nu beskrivna kretsen PLLl - AGCl - F21 kommer att styra anordningens arbetspunkt så att den av mag- netiseringsfältet orsakade komponenten i givarspolens utsig- nal elimineras i önskad grad. Härigenom ökas känsligheten och noggrannheten hos detekteringen av de av fordonsrörelsen orsakade fältvariationerna, vilka är små jämfört med magne- tiseringsfältet.

Det har visat sig lämpligt att inte helt eliminera den spän- ningskomponent som orsakas av magnetiseringsfältet, utan att låta givarspolens utsignal innehålla t ex 100 mV av denna komponent som fasreferens. XOR-grinden kräver en insignal u'¿d1 (figur 2c) som i medelvärde skall ligga 90' fasförskju- ten relativt urll som erhålles från kretsen PLLl. Sistnämnda krets har funnit sitt fasläge huvudsakligen från magnetise- ringsfältets komposant. Därför bör också en tillräckligt 10 15 20 25 30 35 ~. 515 ÛÛÛ. 9 stor komposant från magnetiseringsfältet finnas i signalen u'dd1 och således även i u'd1.

Förstärkarens F21 utsignal u'd1 tillförs en komparator CMPl som avger en logisk etta om insignalen är större än noll och en logisk nolla i motsatt fall. Komparatorns utsignal u'dd1, vilken utgörs av ett fyrkantpulstàg med samma fasläge och frekvens som insignalen u'd1, tillförs en andra ingång hos XOR-kretsen XORl.

Om de båda insignalerna till XOR-kretsen ligger i fas blir kretsens utsignal noll. Om insignalerna ligger i motfas blir utsignalen 1. I genomsnitt kommer insignalen u'dd1 att ha samma fasläge som mätsignalen udl, dvs fasskillnaden mellan de båda insignalerna till XOR-kretsen kommer i genomsnitt att vara 90°. I genomsnitt kommer därför kretsens utsignal att ha värdet 1/2, dvs arbetspunkten kommer i genomsnitt att ligga i mitten av kretsens dynamikomràde, vilket medför optimalt utnyttjande av dynamikområdet.

XOR-kretsens utsignal Qp består av ett pulstàg med frekven- sen 1OO kHz och med ett medelvärde som i genomsnitt har vär- det 1/2 och som kan variera mellan de ovan angivna gränserna O och 1. nenten och övertoner av denna komponent, nal wa är en analog signal som varierar i takt med fasläget I ett làgpassfilter LPl undertrycks 100 kHz-kompo- och filtrets utsig- hos givarspolens utsignal. Filtrets utsignal förstärks och omvandlas till digital form i en AD-omvandlare AD1 med utsignalen S1.

Signalbehandlingskretsen SB2 i figur 2a är uppbyggd på samma sätt som den ovan beskrivna kretsen SBl.

Signalerna S1 och S2 från signalbehandlingskretsarna SBl och SB2 i figur 2a tillförs en korrelationsenhet CE. Denna utgörs lämpligen av en mikroprocessor programmerad för att utföra hastighetsbestämning med hjälp av bl a korrelation av de båda signalerna S1 och S2 samt för att genom integra- tion/summering av hastighetsvärdena beräkna fordonets till- 10 15 20 25 30 35 ryggalagda vägsträcka.

Var och en av signalerna S1 och S2 lagras fortlöpande som en följd av ett förutbestämt antal digitala värden, vilka alltså alltid avbildar signalens förlopp under en viss tid före det aktuella ögonblicket.

En fortlöpande beräkning av korrelationen mellan signalerna S1 och S2 görs när dessa förskjuts ett varierande tidsinter- vall T relativt varandra. Den tidsförskjutning Im som ger högsta värde på korrelationsintegralen används som en del- mängd för hastighetsbestämningen. Vidare används resultatet av tidigare mätningar (förhistorien), modellering av fordo- nets (tågets) dynamiska egenskaper, eventuellt andra (mindre noggranna) hastighetsgivare, som exempelvis en tachogenera- tor, som indata. Utvärderingsprogrammet, som är en statis- tisk sannolikhetsberäkning med adaptiva vikter pà de olika indata, ger då en MLE (Maximum Likelihood Estimation) av fordonets momentana hastighet. Fordonshastigheten erhålles SOIII där L'EL är det ekvivalenta "elektriska avståndet" mellan de båda givarna (se figur l med tillhörande beskrivning) TMLE är det värde på I som ger bästa möjliga korrelation enligt MLE.

Vidare kan anordningen enkelt anordnas att bestämma fordo- nets rörelseriktning genom att skifta mellan Sl och S2 vid korrelationen och undersöka vid vilken ordningsföljd mellan de båda signalmönstren som korrelation erhålles.

Mikroprocessorn är anordnad att utföra korrelationsanalys med en förutbestämd frekvens, t ex 10 mätningar per sekund.

Figur 2d visar hur ökad säkerhet vid hastighetsbestämningen 10 15 20 25 30 35 5l5 008 ll kan erhållas genom att låta givaranordningen växelvis arbeta t ex 70 kHz och 100 kHz. signal fc från beräkningsorganet CE kopplar med lämplig vid två olika frekvenser, En styr- periodicitet, t ex mellan varje mätning, om oscillatorfrek- vensen mellan dessa båda värden. Vid behov omkopplas syn- kront därmed även filterkretsar etc i signalbehandlingsenhe- terna SBl och SB2. Genom att fältets inträngningsdjup i rälen är olika för de båda frekvenserna kommer de avkända signalmönstren att variera på olika sätt under fordonets rörelse. De vid den ena frekvensen beräknade hastighetsvär- dena skall dock i princip överensstämma med de värden som bestäms vid den andra frekvensen. Om värdena inte överens- stämmer kan man (om skillnaden är liten) bilda medelvärdet av dem eller (om skillnaden är stor) ta detta som en indi- kation på fel i givaranordningen.

Som ett alternativ till att låta givaranordningen växelvis arbeta vid olika frekvenser kan två eller flera vid skilda frekvenser samtidigt arbetande givarsystem och mätkanaler anordnas.

Givetvis kan om så önskas två eller flera identiska givar- anordningar användas på ett fordon för att få högre till- gänglighet och ökad säkerhet.

Figur 3 visar i form av växelspänningsvektorer en givarspo- les utspänning ui som är sammansatt av de båda komponenterna uix och uiy. Den av magnetiseringsfältet direkt orsakade kom- ponenten i en givarspoles utsignal kan i praktiken aldrig elimineras genom injustering av spolens orientering. Genom den ovan i anslutning till figur 2c beskrivna kretsen för styrning av anordningens arbetspunkt kan emellertid som nämnts denna komponent ytterligare reduceras i önskad grad.

Det har dock visat sig lämpligt att inte eliminera komponen- ten helt, och i givarspolens utsignal finns därför en kompo- nent uix som orsakas av magnetiseringsfältet. De av fordo- nets rörelse orsakade fältvariationerna i givarspolens avkänningsriktning (ortogonalt mot magnetiseringsfältet) 10 15 20 25 30 35 515 908 12 kommer att i huvudsak ge en komponent uiy hos givarens utsignal, vilken komponent ligger 90° fasförskjuten gentemot komponenten uix. Variationerna hos komponenten uiy orsakar variationer hos fasläget Q hos spolens utsignal relativt fasläget hos den av magnetiseringsfältet alstrade komponen- ten uix. Givarspolarnas orientering ortogonalt mot magnetiseringsfältet medför som nämnts en kraftig reduktion av magnetiseringsfältets inflytande på en spoles utsignal.

De av variationerna i spänningskomponenten uiy orsakade variationerna hos givarsignalens fasläge blir därigenom kraftigt ökade, vilket medför god känslighet och noggrannhet vid detekteringen.

Figur 4 visar, sedd upifràn, en givaranordning av samma typ som den som visas i figur 1. En givare, G1 respektive G2, är anordnad i vart och ett av utrymmena 11 och 12 och varje givare har på samma sätt som i figur 1 en magnetiserings- spole (icke visad) som genererar ett växelfält med vertikal huvudriktning. Likaså har varje givare pà samma sätt som i figur 1 en givarspole 1l2y respektive 122y med sin avkän- ningsriktning parallell med Y-axeln. Vid den i figur 4 visade anordningen har varje givare en ytterligare givar~ spole, 1122 respektive 1222, med sin avkänningsriktning parallell med z-axeln.

Från givarspolarna 112y och 122y erhålles pà samma sätt som beskrivits i anslutning till figur 1 och 2 via i givaren anordnade elektronikkretsar 131 två givarsignaler som här betecknas med udly och udgy, vilka signalbehandlas och korre- leras med varandra för bildande av ett mått pà fordonets hastighet v pà det sätt som beskrivits i anslutning till figur 2. På samma sätt behandlas signalerna udlz och udgz, antingen av separata signalbehandlingskretsar och beräk- ningsorgan, eller också genom att samma kretsar växelvis används för bestämning av fordonshastigheten ur signalerna från det ena spolparet och växelvis ur signalerna från det andra spolparet. Eventuellt kan det ena spolparet med sina signalbehandlingskretsar och beräkningsorgan användas i nor- mala fall och det andra spolparet med sina signalbehand- 10 15 20 25 30 35 515 008 l3 lingskretsar och beräkningsorgan ligga som reserv för inkoppling vid fel i det normalt använda systemet.

Det har visat sig att givarspolar med sin avkänningsriktning i y-riktningen är okänsliga för sådan fält som orsakas av i rälen flytande traktions- och signalströmmar, och att denna spolorientering därför kan vara att föredra. Detta är inte fallet med spolar som har sin avkänningsriktning i z-rikt- ningen, men de nyssnämnda strömmarnas störande inverkan kan i hög grad reduceras med hjälp av någon i och för sig känd störelimineringsmetod, t ex enligt svenska patentet med pub- liceringsnummer 441 720.

Figur 5 visar schematiskt en givarenhet enligt en alternativ utföringsform av uppfinningen. Den har tre givare, var och en utförd som t ex givarna i figur 1. Den har en givare Gl och en givare G2 pà samma sätt som givaranordningen enligt figur 1. Avståndet mellan givarnas centrumlinjer utgör mät- sträckan L. Givarsignalerna från givarna Gl och G2 korrele- ras med varandra på i anslutning till figur 2 beskrivet sätt, och fordonshastigheten beräknas med hjälp av mätsträc- kan L.

Mellan givaren Gl och det gemensamma elektronikutrymmet 13 är en tredje givare G2' av samma slag anordnad intill giva- ren Gl och bildar tillsammans med denna en kortare mät- sträcka L' med en längd av t ex 40 mm. Denna kortare mät- sträcka ger vid låg fordonshastighet väsentligt snabbare hastighetsbestämning än den längre mätsträckan L. Som visas i figur 6 kan valet av mätsträcka företrädesvis göras auto- matiskt i beroende av fordonshastigheten. Signalerna udg och u'd2 från givarna G2 respektiv G2' tillförs signalbehand- lingsenheten SB2 via elektroniska kopplingsorgan SWl och SW2. tighetsvärdet v. Om hastigheten är större än ett visst En nivàkännande krets NVl tillförs det beräknade has- förutbestämt värde vo används den längre mätsträckan och signalen udg inkopplas via kopplingsorganet SWl till signal- behandlingsenheten SB2. Om hastigheten inte överskrider värdet vo aktiveras den kortare mätsträckan genom att i 10 15 20 25 30 35 515 14 G98 stället signalen u'd2 via kopplingsorganet SW2 inkopplas till enheten SB2. Även om det ovan beskrivna systemet med lämplig dimensione- ring kan ge ett gott mätresultat ner till mycket låg hastig- het, upphör dock oundvikligen mätsystemet att fungera när hastigheten närmar sig noll. I många tillämpningar är det därför önskvärt att komplettera systemet med en indikation på om fordonets hastighet är noll.

När fordonet står stilla kommer Sl och S2 att vara okorrele- rade tidssekvenser för alla tidsförskjutningar I mellan sek- venserna. En metod är att testa för totalt oberoende när hastighetens uppskattade värde ligger under en förutbestämd gräns. När denna hypotes är verifierad på en given signifi- kansnivå indikeras okorrelerade sekvenser. Dessutom kommer S1 och S2 att bli approximativt statiska sekvenser när hastigheten är noll. Låg varians (RMS-värde) är därför också en indikation på att hastigheten är noll.

I figur 7 visas hur dessa tester kan kombineras. Beräknings- enheten CEa tillförs signalerna S1 och S2 och avger - om det ovan nämnda testet på frånvaro av korrelation är uppfyllt - en signal NC som indikerar att de båda signalerna är okorre- lerade. Kretsarna CEb och CEc avger signaler LV1 respektive LV2 om variansen hos signalerna Sl respektive S2 ligger under förutbestämda nivåer. Signalerna NC, LV1 och LV2 till- förs en OCH-krets AC som avger en indikeringssignal V=0 om alla tre testerna är uppfyllda.

Som alternativ till de i föregående stycke angivna testerna kan andra kända statistiska standardtester för stationärt tillstànd användas.

De i figur 7 visade kretsarna utgörs lämpligen av delar av programmet för en mikroprocessor som utgör styr- och beräk- ningsenhet för hastighetsgivaren. 10 15 20 25 30 35 515 008 15 Figur 8 visar hur den ovan beskrivna anordningen kan komp- letteras med organ för detektering av defekter hos rälen, såsom sprickor eller brott. Givarsignalen S1 tillförs en krets CD som beräknar en eller flera förutbestämda karakte- ristika C31 hos signalen, t ex maximal amplitud eller änd- ringshastighet. I ett minne M är det eller de värden CM på motsvarande karakteristika förinlagrade, vilka uppträder vid den eller de defekter som skall detekteras. En jämförelse- krets COMP2, ligt de karakteristiska storheterna C51 och CM och avger vid en mönsterigenkänningskrets, jämför kontinuer- förutbestämd grad av överensstämmelse en detekterings- eller alarmsignal SL.

Alternativt kan defektdetekteringen göras genom att det sig- nalmönster, som värdena på S1 under en viss tid utgör, jäm- förs med motsvarande i minnet M förinlagrade signalmönster.

Jämförelsen mellan signalmönstren kan eventuellt göras genom att på samma sätt som vid den ovan beskrivna hastighetsmät- ningen det ena mönstret tidsförskjuts i förhållande till det andra till dess att maximal korrelation erhållits, varvid ett fel anses detekterat om minst en förutbestämd grad av korrelation erhålles.

I de ovan beskrivna givaranordningarna bildas de signaler som korreleras genom avkänning av givarsignalens fasläge.

Alternativt kan givarsignalens amplitudbidrag också använ- das.

I de ovan beskrivna givaranordningarna erhålls vidare var och en av de signaler, vilka korreleras, från en enda givar- spole. Alternativt kan flera givarspolar sammankopplas för att bilda en sådan signal, varvid spolarna orienteras med pà lämpligt sätt valda skilda avkänningsriktningar för opti- mering av den totala utsignalens känslighet för de önskade fältvariationerna och/eller okänslighet för direkt påverkan av magnetiseringsfältet.

För övervakning av anordningens funktion kan en separat övervakningslindning anordnas att avkänna magnetiserings- fältets amplitud och/eller fas. Därvid anordnas en övervak- ningsenhet att avge larm vid bortfall av magnetiseringsfäl- tet, eller om fältets karakteristika avviker från de öns- kade.

Claims (22)

10 15 20 25 30 35 PATENTKRAV

1. Anordning för hastighetsmätning vid rälsfordon kärï- netecknad av att den innefattar (Gl,G2), från varandra i fordonets längdriktning - minst två givare vilka är anordnade på fordonet på känt avstånd (L) (Y), varvid varje givare har fältgenerande organ för alstring av ett rälen (2) omfattande magnetiseringsväxelfält, och innefattande en växelströms- matad magnetiseringsspole (lll, 12) samt minst en från magnetiseringsspolen skild givarspole (ll2,l22) för avkänning av fältvariationer som orsakas av fordonets rörelse och anordnad med sin avkänningsriktning (Y) i huvudsak vinkelrät mot magnetiseringsfältets riktning (X), - på fordonet anordnade organ samt (l3l1,l3l2,SBl,SB2,CE) anord- nade att tillföras givarspolarnas utsignaler (ui1,ui2), att för varje givare bilda ett signalmönster (Sl,S2) som motsvarar en av fordonets rörelse utefter rälen orsakad tidsvariation hos det avkända fältet, att genom korrelation av de båda signalmönstren bestämma (tm) att utgående från nämnda tidsförskjutning och från det kända tidsförskjutningen mellan dem, och avståndet mellan mätställena bestämma fordonets hastighet (v).

2. Anordning enligt patentkravet l k ä n n e t e c k n a d a v att de fältgenerande organen är anordnade att alstra växel- fält med en frekvens överstigande 10 kHz. lO 15 20 25 30 35 515 008 .få

3. Anordning enligt patentkravet l kännetecknad av att de fältgenerande organen är anordnade att generera väx- elfält med en av minst två valbara skilda frekvenser (flffê) .

4. . Anordning enligt patentkravet 3 k ä n n e t e c k n a d a v att de fältgenererande organen är anordnade att omväxlande arbeta vid två skilda frekvenser (f1,f2) .

5. . Anordning enligt patentkravet l k ä n n e t e c k n a d a v att magnetiseringsspolarna (lll, 121) är anordnade med sina längdaxlar (X) i huvudsak vinkelräta mot rälens längdrikt- ning (Y).

6. Anordning enligt patentkravet 5 k ä n n e t e c k n a d a v att magnetiseringsspolarna (lll,121) är anordnad med sina längdaxlar (X) i huvudsak vertikala.

7. . Anordning enligt patentkravet l k ä n n e t e c k n a d a v att i varje givare givarspolen (t ex ll2) är anordnad mellan magnetiseringsspolen (lll) och rälen (2).

8. Anordning enligt patentkravet l k ä n n e t e c k n a d a v att givarspolarna (t ex ll2) är anordnade med sina avkän- ningsriktningar (Y) i huvudsak horisontella.

9. Anordning enligt patentkravet 8 k ä n n e t e c k n a d a v att givarspolarna (t ex ll2) är anordnade med sina avkän- ningsriktningar (Y) i huvudsak parallella med rälens längdriktning.

10. Anordning enligt patentkravet 8 kär1ne1:e<:kr1ad av att givarspolarna (t ex ll2) är anordnade med sina avkän- ningsriktningar (Z) i huvudsak vinkelräta mot rälens längd- riktning. 10 15 20 25 30 35 515 oss ífi

11. Anordning enligt patentkravet l kär1net:e<:kr1ad av att magnetiseringsspolarna (11l,l21) och givarspolarna (112,122) är järnlösa luftspolar.

12. . Anordning enligt patentkravet l k ä n n e t e c k n a d a V att varje givarspoles (t ex 112) utsignal (uil) är anordnad att tillföras organ (SBl) för avkänning av variationer i signalens fasläge (Q).

13. Anordning enligt patentkravet 12 k ä n n e t e c k n a d a v (SB1) fasläge innefattar en faslàst krets (PLL1) för alstrande av (Ur11)- att organen för avkänning av variationer i signalens en fasreferenssignal

14. Anordning enligt patentkravet 12 kännetecknad av att givarspolens utsignal (uil) är anordnad att tillföras organ (PLLl,AGC1,F2l) (SB1) för elektronisk styrning av arbets- punkten hos organen för avkänning av variationer i signalens fasläge.

15. . Anordning enligt patentkravet 14 k ä n n e t e c k n a d a v att organen för elektronisk styrning av arbetspunkten (PLLLAGCI) innefattar organ för alstrande av en signal (udml) som motsvarar givarsignalens medelvärde samt organ (F21) för subtraktion av nämnda signal från givarsignalens momentanvärde (udl).

16. »Anordning enligt patentkravet 1 käI1ne1:ec:kr1ad. av (Gl) (G2) och en tredje (G2') givare anordnade på olika avstånd (L, att den innefattar en första givare samt en andra L') från den första givaren samt väljarorgan (SWl,SW2) anordnade att för korrelation med utsignalen (udl) från den första givaren (G1) utvälja utsignalen (ud2,U'd2) från endera den andra (G2) eller den tredje (G2') givaren.

17. Anordning enligt patentkravet 16 kännetecknad av att den innefattar organ (NV,SW1,SW2) för automatiskt val av 10 15 20 25 515 GÛ8 7/7 &\f\/ utsignalen från den andra eller den tredje givaren i beroende av fordonets hastighet (v).

18. Anordning enligt patentkravet l1<änr1eteæckr1ad. av att de avkända signalmönstren (Sl,S2) är anordnade att till- föras organ (DS,NV2,CE,NV3,0C) för detektering av stille- stånd hos fordonet.

19. Anordning enligt patentkravet 18 kär1ne1:e<:kr1ad av att organen (DS,NV2,CE,NV3,0C) för detektering av stille- stånd hos fordonet innefattar organ (DS,NV2) för detektering av frånvaron av variation hos ett signalmönster (S1).

20. Anordning enligt patentkravet 18 kär1ne1:e<:kr1ad av att den innefattar organ (CE,NV3) för detektering av frånvaron av korrelation av signalmönstren (Sl,S2) från två skilda givare (Gl,G2).

21. Anordning enligt patentkravet l kä1ine1:e<:kr1ad av att den innefattar organ (M) för lagring av karakteristika (CM) hos ett vid en rälsdefekt uppträdande signalmönster samt organ (CD,COMP2) för detektering av rälsdefekter genom löpande jämförelse mellan nämnda lagrade karakteristika och motsvarande karakteristika (C51) hos ett vid fordonets rörelse avkänt signalmönster (S1).

22. Anordning enligt patentkravet l kär1ne1:e<:kr1ad av att givarna (t ex 1) är monterade på en fordonsboggie (3).