UA97341C2 - Датчик системи контролю зайнятості колії - Google Patents

Description

приймальних коливальних контури, прийнята на- В іншому варіанті виконання датчика системи пруга яких змінюється під впливом осей, які пере- контролю зайнятості колії блок формування пер- раховуються. Пристрій містить перетворювач, до винного сигналу включає три генератори. якого підводиться кожна з прийнятих напруг, а У переважному варіанті винаходу генератор також смугові фільтри, за допомогою яких генеро- виконаний у вигляді мікроконтролера з можливіс- вані перетворювачем сигнали фільтруються і по- тю автоматичного самонастроювання частоти ге- даються на пристрій рахування осей. нерації. Також у переважному варіанті винаходу

Недоліком зазначеного пристрою є його низь- блок перетворення сигналу включає мікроконтро- ка завадостійкість, що пов'язано з тим, що при лер з аналого-дифровим перетворювачем, вико- застосуванні на рухомому потязі електромагнітних наний з можливістю формування захищених зава- гальм башмак гальма приймається за вісь, у ре- достійким кодом посилок. При цьому блок зультаті чого пристроєм не забезпечується прави- перетворення сигналу розташований не більше льне зчитування осей. ніж у приблизно 12 см від блоку формування пер-

Найбільш близьким до рішення, що заявля- винного сигналу. Переважно передавач являє со- ється, за своїми суттєвими ознаками, технічним бою струмовий ключ. результатом, який досягається, і прийнятим за Така реалізація датчика системи контролю прототип є датчик рахування коліс (патент РФ зайнятості колії, при якій датчик має триканальну

Мо2089424, МПК ВЄ11. 1/16, опубл. 10.09.1997), що структуру, де блок формування первинного сигна- включає першу і другу котушки індуктивності, роз- лу включає щонайменше три котушки індуктивнос- міщені уздовж рейки, поблизу неї в зоні руху ребо- ті ії щонайменше один генератор, що їх живить, а рди усередині рейкової колії. Також датчик вклю- блок прийому первинного сигналу виконаний з чає перший і другий формувачі частотного сигналу можливістю прийому відповідних первинних сиг- за величиною індуктивності, суматор, фільтр, по- налів з кожної котушки індуктивності, де кожний з годжуючий елемент, стабілізатор напруги, з'єдну- трьох каналів може бути резервним, дозволяє да- вальну лінію, джерело живлення, а також реєстра- тчику виконувати свої функції при виході з ладу тори значень верхньої, нижньої і поточної частоти. одного з каналів, що збільшує надійність системи в

Недоліком зазначеного рішення є те, що як цілому. Крім того, наявність третього каналу до- носій інформації застосовується аналоговий сиг- зволяє збільшити число контрольних точок, тим нал, на який значною мірою будуть впливати єм- самим збільшуючи вірогідність і точність виміру. ність проводів і завади, що наводяться, унаслідок Також третій канал може виконувати контрольну чого пристрій характеризується низькою надійніс- функцію над роботою двох інших каналів, що та- тю, крім того, описаний датчик має двоканальну кож впливає на надійність системи контролю зай- структуру і при виході з ладу одного з каналів дат- нятості колії в цілому. чик не може виконувати свої функції. Виконання блоку перетворення сигналу з мо-

В основу винаходу поставлена задача ство- жливістю перетворення окремих сигналів, що над- рення такого датчика системи контролю зайнятості ходять із блоку прийому, у складений цифровий колії, у якому за рахунок оптимальної триканальної сигнал дозволяє використовувати в роботі датчика конструкції і підвищення завадозахищеності пере- як носія інформації завадостійкий цифровий сиг- дачі інформації забезпечується підвищення надій- нал, що значною мірою підвищує завадозахище- ності датчика системи контролю зайнятості колії, а ність передачі інформації, забезпечуючи збіль- також підвищення достовірності і точності виміру шення надійності датчика системи контролю впливу рухомої одиниці на датчик системи при зайнятості колії. Використання як перетворювача проходженні контрольної ділянки колії. Також у мікроконтролера з аналого-дифровим перетворю- винаході, що заявляється, забезпечується зни- вачем, виконаним з можливістю завадозахисного ження споживаної потужності датчика, а також кодування посилок, дозволяє позбутися громіздкої збільшення функціональності датчика в цілому. аналогової апаратури і зменшити споживану сис-

Поставлена задача вирішується тим, що дат- темою потужність. Оцифровування аналогових чик системи контролю зайнятості колії включає сигналів і передача їх захищеним завадостійким блок формування первинного сигналу, виконаний з кодом дозволяє збільшити довжину з'єднання до можливістю встановлення в безпосередній близь- 100 м при збереженні високого ступеня вірогіднос- кості від рейки. Відповідно до винаходу блок фор- ті даних. При цьому розташування блоку перетво- мування первинного сигналу включає щонаймен- рення сигналу не більш ніж у приблизно 12 см від ше три котушки індуктивності і щонайменше один блоку формування первинного сигналу дозволяє генератор, що їх живить. При цьому датчик систе- виключити передачу слабких аналогових сигналів ми контролю зайнятості колії включає блок прийо- на відстані більш ніж у приблизно 12 см, перетво- му первинного сигналу, виконаний з можливістю рюючи аналоговий сигнал у цифровий безпосере- прийому відповідних первинних сигналів з кожної дньо в корпусі датчика, тим самим максимально котушки індуктивності, блок перетворення сигналу, знижуючи відстань передачі слабких аналогових виконаний з можливістю перетворення окремих сигналів і збільшуючи завадостійкість переданого сигналів, що надходять із блоку прийому, у скла- сигналу, а отже збільшуючи надійність датчика дений цифровий сигнал, і передавач, виконаний з системи в цілому. можливістю передачі складеного цифрового сиг- Виконання генератора у вигляді мікроконтро- налу. лера з можливістю автоматичного самонастрою- вання частоти генерації забезпечує оптимальне проходження корисного сигналу і подавления за-

вад, а також виключає ручне настроювання. Крім Датчик системи контролю зайнятості колії того, автоматичне настроювання знижує витрати включає передавач 8, що являє собою струмовий при виробництві. ключ і виконаний з можливістю передачі складено-

Виконання передавача у вигляді струмового го цифрового сигналу в блок обробки для його ключа з можливістю передачі складеного цифро- аналізу і формування даних контролю зайнятості вого сигналу спрямовано на забезпечення засобів колії. для передачі сигналу до блоку обробки для раху- Приклад 2 виконання датчика системи контро- вання осей залізничного рухомого складу, визна- лю зайнятості колії. чення швидкості проходження рухомого складу, Датчик системи контролю зайнятості колії контролю аварійних станів датчика й інших функ- включає блок формування первинного сигналу, що цій для контролю зайнятості колії. містить установлені з двох боків рейки, три пере-

Винахід, що заявляється, пояснюється за до- давальних і три приймальних котушки індуктивно- помогою фігур, на яких: сті і генератор 1, що їх живить, у вигляді мікрокон- на фіг. 1 представлена схема одного з варіан- тролера, виконаного з можливістю автоматичного тів виконання датчика системи контролю зайнято- самонастроювання частоти генерації і такого, що сті колії; генерує сигнали через драйвери (9.1, 9.2, 9.3) на на фіг. 2 представлена схема іншого варіанта вхід передавальних котушок. Використання подіб- виконання датчика системи контролю зайнятості ного генератора 1 у вигляді мікроконтролера з колії. кварцовою стабілізацією частоти дозволяє знач-

Приклад 1 виконання датчика системи контро- ною мірою знизити вплив температури, що дозво- лю зайнятості колії. ляє використовувати систему, яка заявляється, у

Датчик системи контролю зайнятості колії широкому діапазоні температур: від -40 до «60, включає блок формування первинного сигналу, що при цьому зміна амплітуди сигналу не перевищує містить три котушки індуктивності і три генератори З ов. синусоїдальних коливань (1.1, 1.2, 1.3), що їх жив- Блок формування первинного сигналу з'єдна- лять, встановлені уздовж рейки, зібрані на термо- ний із блоком прийому первинного сигналу, вико- компенсованому джерелі струму (2.1, 2.2, 2.3). наним з можливістю прийому відповідних первин-

Котушки індуктивності розташовуються в спеціа- них сигналів з кожної котушки індуктивності. Блок льних поглибленнях, які забезпечують додатковий прийому первинного сигналу включає вузькосму- захист від механічних ушкоджень, в одній площині гові смугові фільтри (10.1, 10.2, 10.3), амплітудні на відстані 60 мм одна від одної і залиті спеціаль- детектори (11.1, 11.2, 11.3) і фільтри нижніх частот ним компаундом, що забезпечує додатковий за- (4.1, 4.2, 4.3). хист від ушкоджень. Відстань від площини головки Блок прийому первинного сигналу з'єднаний із рейки до поверхні захисного покриття котушок блоком перетворення сигналу, виконаним з мож- обрана такою, що перевищує різницю між макси- ливістю перетворення окремих сигналів, що над- мальним значенням радіуса реборди колеса і мі- ходять із блоку прийому, у складений цифровий німальним значенням радіуса зношеного обода сигнал. Блок перетворення сигналу включає мікро- колеса. Використання термокомпенсованої схеми контролер 6 з аналого-дифровими перетворюва- генератора дозволяє значною мірою знизити чами 7 і виконаний з можливістю завадозахисного вплив температури, що дозволяє використовувати кодування посилок. Блок перетворення сигналу винахід, який заявляється, у широкому діапазоні розташований не більш ніж у приблизно 12 см від температур: від -40 до «50, при цьому зміна амплі- блоку формування первинного сигналу. Таким туди сигналу не перевищує 10 95. чином, перетворення підданого завадам аналого-

Блок формування первинного сигналу поєдна- вого сигналу в цифровий здійснюється в безпосе- ний із блоком прийому первинного сигналу, вико- редній близькості від блоку формування первинно- наним з можливістю прийому відповідних первин- го сигналу, чим виключається подача слабких них сигналів з кожної котушки індуктивності. Блок аналогових сигналів на великі відстані. прийому первинного сигналу включає випрямлячі Датчик системи контролю зайнятості колії (3.1, 3.2, 3.3), фільтри нижніх частот (4.1, 4.2, 4.3) і включає передавач 8, що являє собою струмовий підсилювачі струму (5.1, 5.2, 5.3). ключ і виконаний з можливістю передачі складено-

Блок прийому первинного сигналу з'єднаний із го цифрового сигналу в блок обробки сигналу, блоком перетворення сигналу, виконаним з мож- виконаний з можливістю прийому складеного ци- ливістю перетворення окремих сигналів, що над- фрового сигналу, його аналізу і формування даних ходять із блоку прийому, у складений цифровий контролю зайнятості колії. сигнал. Блок перетворення сигналу включає мікро- Датчик системи контролю зайнятості колії пра- контролер б з аналого-дифровими перетворюва- цює в такий спосіб. чами 7 і виконаний з можливістю завадозахисного Попередньо встановлюють блок формування кодування посилок. Блок перетворення сигналу первинного сигналу в безпосередній близькості від розташований не більш ніж у приблизно 12 см від рейки. При русі колеса транспортного засобу біля блоку формування первинного сигналу. Таким котушок індуктивності формується первинний сиг- чином, перетворення підданого завадам аналого- нал, який із блоку формування первинного сигналу вого сигналу в цифровий здійснюється в безпосе- надходить у блок прийому первинного сигналу. У редній близькості від блоку формування первинно- варіанті виконання датчика системи контролю го сигналу, чим виключається подача слабких зайнятості колії за Прикладом 1 металева маса аналогових сигналів на великі відстані. реборди колеса вносить додаткові втрати в конту-

рі, що спричиняє зменшення амплітуди сигналу цього сигнал надходить на амплітудні детектори генераторів (1.1, 1.2, 1.3), що служить сигналом (11.1, 11.2, 11.3) ї фільтри нижніх частот (4.1, 4.2, про перебування в зоні чутливості датчика осі. 4.3), що пропускають сигнал частотою до 2-х кГц і

Сигнал надходить на входи випрямлячів (3.1, 3.2, подавляють високочастотну складову сигналу. 3.3). З виходу випрямлячів (3.1, 3.2, 3.3) сигнал З блоку прийому сигнали надходять у блок пе- надходить на вхід фільтрів нижніх частот (4.1, 4.2, ретворення сигналу, зокрема на вхід каналів ана- 4.3), а потім на підсилювачі струму (5.1, 5.2, 5.3). лого-цифрових перетворювачів 7 мікроконтролера

При цьому генератори (1.1, 1.2, 1.3) налаштовують 6, який перетворює окремі сигнали, що надходять на різні частоти в діапазоні 150-200 кГц, переваж- із блоку прийому, у складений цифровий сигнал і но частоти порядку 143 кГц, 167 кГц, 190 кГц. За- формує захищені завадостійким кодом посилки. стосування генераторів, що працюють на зазначе- Захищені завадостійким кодом посилки за до- них частотах, дозволяє зменшити кількість витків помогою передавача 8, виконаного у вигляді стру- котушок індуктивності і значною мірою зменшити мового ключа, який формує струмові імпульси, вплив завади тягового струму й інших ланцюгів. передають до блоку обробки сигналу. Передавач

Також висока частота генераторів дозволяє змен- працює на швидкості 250 кбіт/сек. Час передачі шити габарити всієї плати і використовувати виня- посилки не більше 300 мкс. Період передачі діаг- тково ЗМО елементи, що мають велику стійкість ностичної посилки 60 сек. Як інтерфейс передачі до вібрацій і є високотехнологічними. даних використовується послідовний асинхронний

У варіанті виконання датчика системи контро- інтерфейс. лю зайнятості колії за Прикладом 2 металева маса Відмова будь-якого елемента, у тому числі і колеса, яке проходить між котушками, діючи як їхньої сукупності, або обрив будь-якого зв'язку, або екран для магнітного потоку, зменшує напругу на зміна положення щодо рейки приведе датчик сис- виході приймальної котушки. Сигнал із прийомних теми до стану, який може діагностуватися блоком котушок надходить на вузькосмугові смугові філь- обробки як аварійний, причому вихід з ладу одного три (10.1,10.2,10.3). Для того щоб смуга пропус- з трьох каналів діагностується як передвідмовний, кання вузькосмугових смугових фільтрів але внаслідок реконфігурації блоку обробки раху- (10.1,10.2,10.3) відповідала частоті генерації, мік- вання осей продовжується. роконтролер генератора 1 має режим самонас- Таким чином, винахід, що заявляється, за ра- троювання. Контролюючи амплітуду сигналу, мік- хунок оптимальної триканальної конструкції і під- роконтролер змінює частоту генерації, вищення завадозахищеності передачі інформації домагаючись максимальної амплітуди вихідного забезпечує підвищення надійності датчика систе- сигналу. Автоматичне настроювання частот гене- ми контролю зайнятості колії, а також підвищення ратора 1 відповідно до смуги пропускання вузько- вірогідності і точності виміру впливу рухомої оди- смугових смугових фільтрів (10.1, 10.2, 10.3) за- ниці на датчик системи при проходженні контроль- безпечує оптимальне проходження корисного ної ділянки колії. Також у винаході, що заявляєть- сигналу і подавлення завад, а також виключає ся, забезпечується зниження споживаної ручне настроювання. Крім того, автоматичне на- потужності датчика, а також збільшення функціо- строювання частот генератора дозволяє звузити нальності датчика в цілому. У винаході, що заяв- смугу пропускання фільтрів і підвищити їхню доб- ляється, усі радіоелементи датчика, за винятком ротність, що у свою чергу дозволяє знизити поту- котушок індуктивності, розташовані на невеликій жність, яка підводиться до передавальних коту- платі, що свідчить про простоту датчика, а пере- шок, тим самим знизити споживану потужність дача інформації в цифровому вигляді з завадоза- усієї системи до 1 Вт. Також автоматичне настро- хищеним кодуванням свідчить про кращу стійкість ювання знижує витрати при виробництві. Після до завад.

рення З. с-м 8 -ь

МВВ-- і ИН З дядя І -- 1 :

І» 1 Н

БО ! З і Н Н

Е - ві

З Го сля 00 - | і ; Щі Ї ія І : ! т ї т рин й і іме 12: 1:

МАННННННН рин т-6- І і -л 31-51 5 рення ни ША Я і ПИШЕ шення от нт ее | 1-7

І Н їі щ- і

ШЕ і осж т | 8 ! рн і нива НИ 5|Аї8 ша

І | і ще я М

Менні 00 - Я 6 О М-- 1 нин нин й ви сдік. 1 : ! : ' й АСК, Ж жа КК ж т АКА с нн НІВ й Кк ТУ ХА ія пщінй Мет ре ТО ті ! І г. жа м Її у Е вен х р-н рр в--

Гу ше тек

БР шк нини ЗИ

Бо ЕД зпитивиини ПІ попилнлинн НЕ

ЛЕ Мо зво рон-я т.

І ' ве: ІВ Я ЗК ЩЕ фен пефтняяняяжи

РЕ ! ; Боян От т : і й ден

І ма Я пз но

Пеежююютяю дал С Бетті : : Й

БР я а, них до бло

Н і виш

Фіг

Комп'ютерна верстка І. Скворцова Підписне Тираж 23 прим.

Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна

ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 42, 01601