WO2009098101A1 - Verfahren zur erhöhung der störsicherheit eines radsensors und radsensor zur durchführung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zur erhöhung der störsicherheit eines radsensors und radsensor zur durchführung des verfahrens Download PDF

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Ulf TRÜMPER
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    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L1/00—Devices along the route controlled by interaction with the vehicle or train
    • B61L1/16—Devices for counting axles; Devices for counting vehicles
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    • B61L1/165—Electrical
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    • B61L1/16—Devices for counting axles; Devices for counting vehicles
    • B61L1/167—Circuit details

Definitions

  • the invention relates to a method for increasing the immunity to interference of a wheel sensor, in particular for a trackless ⁇ signaling system, wherein in at least one sensor channel a transmission ⁇ signal is generated, which is inductively coupled to a received signal, which an evaluation device for Erfas ⁇ sung a magnetic field change due to a the track is passed over the rail vehicle and a wheel ⁇ sensor for performing the method.
  • Wheel sensors are used in the rail industry for the track vacancy, but also for other switching and reporting tasks. In this case, the magnetic field influencing effect of the iron wheels of rail vehicles is predominantly utilized.
  • Two-channel sensors are required for the direction of travel detection. When driving over a vehicle wheel, the two sensor channels generate consecutively time-shifted signals which are used to detect the direction of travel.
  • the operating according to the inductive mode of action wheel sensors can be in addition to the one- or two-channel design in proximity switches that detect the reaction of the iron wheels on a magnetic field generating sensor, and railroad systems encompassing systems with separate transmitter and receiver. Due to the traversing wheel, a receiving voltage is generated in the receiving system of the sensor
  • Shape of a rolling curve which is also called a bell curve.
  • the invention relates to an inductive working single or dual-channel wheel sensor with separate transmitter and receiver.
  • Another possibility is to adjust the switching threshold such that the influence of the eddy current brake just barely exceeds the switching threshold and thus is not interpreted as a wheel, while the wheel itself causes an even stronger influence, which is above the switching threshold, and thus correct detek- can be done.
  • This solution requires an accurate measurement of the interference by the eddy current brakes and is therefore very expensive and also unreliable.
  • the invention has for its object to provide a method for increasing the noise immunity of a wheel sensor and a suitable wheel sensor, which allow a simple way increased interference immunity to interference voltages of different causes.
  • the object is achieved in that a Pe ⁇ gel distance is maximized between a useful signal to be evaluated and an interference signal in response to a spurious signal-specific phase difference between the transmission signal and the received signal.
  • a wheel sensor for carrying out the method according to Invention ⁇ characterized in that a means for maximizing a distance between a level evaluated Useful signal and a noise signal in response to a noise signal-specific phase difference between the transmission signal and the received signal is provided.
  • a synchronized to the transmission signal rectifier is provided on the receiver side, which supplies the receiving voltage.
  • the useful signal is produced in the form of a for For ⁇ judgmental rolling curve or bell curve.
  • the useful signal is level dependent on the phase position between the transmitted signal and the received signal. This dependence is determined as interference signal-specific phase difference and used for noise suppression.
  • the phase position of the received signal is regulated to a maximum level value of the received signal, to which according to claim 5, a ⁇ adjustable phase shifter is used.
  • a ⁇ adjustable phase shifter is used.
  • the adjusted phase position thus provides the highest possible level value of the received signal.
  • Another phase shift of the Emp ⁇ catch signal by an eddy current brake automatically leads to a reduction of influence, because the maximum influence is no longer achieved.
  • Level difference between the useful signal and the interference signal consists ge ⁇ claim 3 or according to claim 6 is that the phase difference is determined and is used to attenuate the causing interference signal.
  • the phase-position signal is linked to the actual received signal in such a way that a phase change acts in a dampening manner on the received signal, as a result of which this interference-induced influencing is reduced or extinguished.
  • Figure 1 is a block diagram of a first embodiment of a wheel sensor
  • Both figures each illustrate a sensor channel with a transmitter 1 and a receiver 2, which are arranged on both sides of a railroad track 3 and inductively coupled 4.
  • Transmitter 1 and receiver 2 are formed as resonant circuits being ⁇ .
  • the coupling 4 and thus the reception AC voltage changes such that a rolling curve in the form of a bell curve ent ⁇ stands.
  • This signal overshoot is used for wheel detection.
  • the reception alternating voltage 5 is rectified in phase with the transmitter 1 rectified 6, smoothed in the subsequent low-pass filter 7 and then amplified 8.
  • the resulting analog signal Sig ⁇ 9 is in an evaluation device 10, preferably a microprocessor, evaluated.
  • the evaluation device 10 performs a sensor adjustment by means of a variable phase shifter 11. 10 by generating the evaluation, a control signal 12 which adjusts the phase shifter 11 such that, starting from the ur ⁇ sprün Canal synchronization signal 13 of the transmitter 1, the Emp ⁇ fang signal 5 is displaced as long as 14, to the analog signal 9 reaches a maximum. In this way, disturbing signal induced phase shifts, that is, phase differences between the transmission signal and the received signal quasi-back controlled to ⁇ so that the signal to be evaluated is 9 for wheel detection in the optimal phase range and sub-optimal phase range of the interference.
  • the phase difference 16 between the transmission signal 13 and the reception signal 5 is determined in a processing unit 15 and supplied to the evaluation device 10.
  • the evaluation device 10 evaluates the analog signal 9 as a function of the determined phase difference 16 with respect to its level, wherein a phase difference 16 corresponding noise level is subtracted.
  • a sensor adjustment ie, a phase adjustment by means of a phase shifter 11 according to FIG. 1, can be dispensed with.
  • the determination of the phase difference 16 by the processing unit 15 can also be taken over by the off ⁇ values means 10 whereby a special processing unit may be omitted 15th

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Störsicherheit eines Radsensors, insbesondere für eine Gleisfreimeldeanlage, wobei in mindestens einem Sensorkanal ein Sendesignal (13) erzeugt wird, das induktiv mit einem Empfangssignal (5) gekoppelt (4) ist, welches einer Auswerteeinrichtung (10) zur Erfassung einer Magnetfeldänderung infolge eines das Gleis (3) überfahrenden Schienenfahrzeuges zugeführt ist so wie einen derartigen Radsensor. Um insbesondere der Störbeeinflussung durch Wirbelstrombremsen entgegen zu wirken, ist vorgesehen, dass ein Pegelabstand zwischen einem auszuwertenden Nutzsignal und einem Störsignal in Abhängigkeit von einer störsignalspezifischen Phasendifferenz (16) zwischen dem Sendesignal (13) und dem Empfangssignal (5) maximiert wird.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Erhöhung der Störsicherheit eines Radsensors und Radsensor zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Störsicherheit eines Radsensors, insbesondere für eine Gleisfrei¬ meldeanlage, wobei in mindestens einem Sensorkanal ein Sende¬ signal erzeugt wird, das induktiv mit einem Empfangssignal gekoppelt ist, welches einer Auswerteeinrichtung zur Erfas¬ sung einer Magnetfeldänderung infolge eines das Gleis überfahrenden Schienenfahrzeuges zugeführt ist sowie einen Rad¬ sensor zur Durchführung des Verfahrens.
Radsensoren werden im Bahnwesen für die Gleisfreimeldung, aber auch für andere Schalt- und Meldeaufgaben eingesetzt. Dabei wird überwiegend die magnetfeldbeeinflussende Wirkung der Eisenräder der Schienenfahrzeuge ausgenutzt. Für die Fahrtrichtungserkennung werden zweikanalige Sensoren benö- tigt. Beim Überfahren eines Fahrzeugrades erzeugen die beiden Sensorkanäle nacheinander zeitlich versetzte Signale, die zur Fahrtrichtungserkennung benutzt werden.
Die nach dem induktiven Wirkprinzip arbeitenden Radsensoren lassen sich neben der ein- oder zweikanaligen Bauweise auch in Näherungsschalter, die die Rückwirkung der Eisenräder auf einen ein Magnetfeld erzeugenden Sensor erfassen, und die Eisenbahnschienen umgreifende Systeme mit getrenntem Sender und Empfänger einteilen. Durch das überfahrende Rad entsteht im Empfangssystem des Sensors eine Empfangsspannung in der
Form einer Abrollkurve, die auch als Glockenkurve bezeichnet wird. Bei Über- oder Unterschreitung - je nach Polung und Spulenanordnung - einer festen Schaltschwelle gilt das Rad als erkannt. Die Erfindung bezieht sich auf einen induktiv arbeitenden ein- oder zweikanaligen Radsensor mit getrenntem Sender und Empfänger.
Allen induktiv arbeitenden Sensoren ist gemeinsam, dass sie störempfindlich sind gegenüber induktiv eingekoppelten Störspannungen im Bereich der Arbeitsfrequenz.
Eine Quelle dafür sind die seit einigen Jahren, beispiels¬ weise beim ICE3, eingesetzten Wirbelstrombremsen, die durch ihren Aufbau und ihre Position in Schienennähe eine ähnlich hohe Beeinflussung der Empfangsspannung wie die eigentlichen Räder verursachen und somit zu Fehlzählungen führen können. Die Erfindung wird nachfolgend am Beispiel der Wirbelstrom¬ bremse näher ausgeführt, ohne dass eine Beschränkung auf diese spezielle Störsignalquelle beabsichtigt ist. Vielmehr bezieht sich der Gegenstand der Erfindung auf jegliche Beein¬ trächtigung der Störsicherheit, die durch Wirbelstrombremsen und andere, ähnlich wirkende Quellen verursacht sind.
Um die Störsicherheit der Sensoren gegenüber diesen Störgrößen zu erhöhen, sind verschiedene sensorbauartspezifische Lösungsansätze bekannt. Bei den gattungsgemäßen Radsensoren mit getrennten Sender- und Empfängerschwingkreisen wird gemäß der DE 10 122 980 Al vorgeschlagen, die Resonanzfrequenz des Empfängerschwingkreises gegenüber der Sendefrequenz zu verändern, um insbesondere den Störeinfluss der Wirbelstrombremse zu unterdrücken.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Schaltschwelle derart zu justieren, dass die Beeinflussung der Wirbelstrombremse gerade noch nicht die Schaltschwelle überschreitet und somit nicht als Raderkennung interpretiert wird, während das Rad selbst eine noch stärkere Beeinflussung hervorruft, die oberhalb der Schaltschwelle liegt, und somit korrekt detek- tiert werden kann. Diese Lösung setzt eine genaue Messung der Störbeeinflussung durch die Wirbelstrombremsen voraus und ist folglich sehr aufwendig und außerdem unzuverlässig.
Eine Alternative zur SchaltschwellenJustierung ist eine Justierung der Wirbelstrombremse, damit eine maximal zulässige Beeinflussung nicht überschritten wird. Diese Lösung ist gleichermaßen aufwendig und unzuverlässig und darüber hinaus wenig praktikabel.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erhöhung der Störsicherheit eines Radsensors sowie einen dazu geeigneten Radsensor anzugeben, die auf einfache Weise eine erhöhte Störsicherheit gegenüber Störspannungen verschiedener Ursachen ermöglichen.
Verfahrensgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein Pe¬ gelabstand zwischen einem auszuwertenden Nutzsignal und einem Störsignal in Abhängigkeit von einer störsignalspezifischen Phasendifferenz zwischen dem Sendesignal und dem Empfangssignal maximiert wird.
Dabei wird die Tatsache ausgenutzt, dass die Wirbelstrom¬ bremse im Gegensatz zum Rade durch ihren induktiv wirkenden Aufbau die Phasenlage zwischen Sendesignal und Empfangssignal verändert. Diese Veränderung der Phasenlage wird zur Reduk¬ tion der Störbeeinflussung genutzt. Die Schaltschwellen zur Raderkennung bedürfen folglich keiner aufwendigen und genauen Justage. Ebenso entfällt eine Justierung jeder einzelnen Wir- belstrombremse an dem Schienenfahrzeug.
Ein Radsensor zur Durchführung des Verfahrens ist erfindungs¬ gemäß dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Maxi- mierung eines Pegelabstandes zwischen einem auszuwertenden Nutzsignal und einem Störsignal in Abhängigkeit von einer störsignalspezifischen Phasendifferenz zwischen dem Sendesignal und dem Empfangssignal vorgesehen ist. Üblicherweise ist empfängerseitig ein auf das Sendesignal synchronisierter Gleichrichter vorgesehen, der die Empfangsspannung liefert. Bei Radüberfahrt entsteht das Nutzsignal in Form einer auszu¬ wertenden Abrollkurve oder Glockenkurve. Das Nutzsignal ist pegelmäßig abhängig von der Phasenlage zwischen Sendesignal und Empfangssignal. Diese Abhängigkeit wird als störsignal- spezifische Phasendifferenz ermittelt und zur Störsignalunterdrückung benutzt.
Dazu ist gemäß Anspruch 2 vorgesehen, dass die Phasenlage des Empfangssignals auf einen maximalen Pegelwert des Empfangs- Signals geregelt wird, wobei dazu gemäß Anspruch 5 ein ein¬ stellbarer Phasenschieber dient. Dabei kann entweder das Synchronisationssignal des Gleichrichters oder das Empfangssig¬ nal selbst geregelt bzw. verschoben werden. Die eingestellte Phasenlage liefert somit den größtmöglichen Pegelwert des Empfangssignals. Eine weitere Phasenverschiebung des Emp¬ fangssignals durch eine Wirbelstrombremse führt automatisch zu einer Reduzierung der Beeinflussung, weil die maximale Beeinflussung nicht mehr erreicht wird.
Eine andere bevorzugte Ausführungsform zur Maximierung des
Pegelabstandes zwischen Nutzsignal und Störsignal besteht ge¬ mäß Anspruch 3 bzw. gemäß Anspruch 6 darin, dass die Phasendifferenz ermittelt wird und zur Dämpfung des verursachenden Störsignals verwendet wird. Das Phasenlagensignal wird dabei mit dem eigentlichen Empfangssignal derart verknüpft, dass eine Phasenveränderung dämpfend auf das Empfangssignal wirkt, wodurch diese störsignalbedingte Beeinflussung reduziert oder ausgelöscht wird. Die Erfindung wird nachfolgend anhand figürlicher Darstellungen näher erläutert:
Es zeigen:
Figur 1 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform eines Radsensors und
Figur 2 eine zweite Ausführungsform eines Radsensors gleichartiger Darstellung wie Figur 1
Beide Figuren veranschaulichen jeweils einen Sensorkanal mit einem Sender 1 und einem Empfänger 2, welche beiderseits einer Eisenbahnschiene 3 angeordnet und induktiv gekoppelt 4 sind. Sender 1 und Empfänger 2 sind als Schwingkreise ausge¬ bildet. Bei Radüberfahrt durch ein Schienenfahrzeug verändert sich die Kopplung 4 und damit die Empfangswechselspannung derart, dass eine Abrollkurve in Form einer Glockenkurve ent¬ steht. Diese Signalüberhöhung wird zur Raderkennung benutzt. Die Empfangswechselspannung 5 wird phasensynchron zum Sender 1 gleichgerichtet 6, im nachfolgenden Tiefpass 7 geglättet und anschließend verstärkt 8. Das resultierende analoge Sig¬ nal 9 wird in einer Auswerteeinrichtung 10, vorzugsweise einen Mikroprozessor, bewertet.
Um eine Störung der Signalverarbeitung durch eine Wirbelstrombremse zu minimieren, ist gemäß Figur 1 vorgesehen, dass die Auswerteeinrichtung 10 einen Sensorabgleich mittels eines variablen Phasenschiebers 11 durchführt. Dazu erzeugt die Auswerteeinrichtung 10 ein Steuersignal 12, das den Phasenschieber 11 derart einregelt, dass ausgehend von dem ur¬ sprünglichen Synchronisationssignal 13 des Senders 1 das Emp¬ fangssignal 5 so lange verschoben wird 14, bis das analoge Signal 9 ein Maximum erreicht. Auf diese Weise werden stör- signalverursachte Phasenverschiebungen, d. h. Phasendifferenzen zwischen dem Sendesignal und dem Empfangssignal quasi zu¬ rückgeregelt, so dass das auszuwertende Signal 9 im optimalen Phasenbereich zur Raderkennung liegt und im suboptimalen Pha- senbereich der Störbeeinflussung.
Bei der in Figur 2 veranschaulichten Ausführungsform wird die Phasendifferenz 16 zwischen Sendesignal 13 und Empfangssignal 5 in einer Verarbeitungseinheit 15 ermittelt und der Auswer- teeinrichtung 10 zugeführt. Die Auswerteeinrichtung 10 bewertet in Abhängigkeit von der ermittelten Phasendifferenz 16 das analoge Signal 9 bezüglich seines Pegels, wobei ein der Phasendifferenz 16 entsprechender Störpegel abgezogen wird. Bei dieser Variante ist ein Sensorabgleich, d. h. eine Pha- seneinstellung mittels eines Phasenschiebers 11 gemäß Fig. 1, entbehrlich. Grundsätzlich kann die Ermittlung der Phasendifferenz 16 durch die Verarbeitungseinheit 15 auch von der Aus¬ werteeinrichtung 10 mit übernommen werden, wodurch eine spezielle Verarbeitungseinheit 15 entfallen kann.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Erhöhung der Störsicherheit eines Radsensors, insbesondere für eine Gleisfreimeldeanlage, wobei in mindestens einem Sensorkanal ein Sendesignal (13) erzeugt wird, das induktiv mit einem Empfangssignal (5) gekoppelt (4) ist, welches einer Auswerteeinrichtung (10) zur Erfassung einer Magnetfeldänderung in Folge eines das Gleis (3) überfahrenden Schienenfahrzeugs zugeführt ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein Pegelabstand zwischen einem auszuwertenden Nutzsignal und einem Störsignal in Abhängigkeit von einer störsignalspezifi- schen Phasendifferenz (16) zwischen dem Sendesignal (13) und dem Empfangssignal (5) maximiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Pegelabstand maximiert wird, indem die Phasenlage des Empfangssignals (5) auf einen maximalen Pegelwert des Emp- fangssignals (5) geregelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Pegelabstand maximiert wird, indem die Phasendifferenz (16) ermittelt und zur Dämpfung des verursachenden Störsig¬ nals verwendet wird.
4. Radsensor zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Einrichtung zur Maximierung eines Pegelabstandes zwischen einem auszuwertenden Nutzsignal und einem Störsignal in Abhängigkeit von einer störsignalspezifischen Phasendifferenz (16) zwischen dem Sendesignal (13) und dem Empfangssignal (5] vorgesehen ist.
5. Radsensor nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Einrichtung einen Phasenschieber (11) aufweist, der auf einen maximalen Pegelwert des Empfangssignals (5) regelbar ist .
6. Radsensor nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Einrichtung eine Verarbeitungseinheit (15) zur Detektion der Phasendifferenz (16) aufweist, die eine Dämpfungseinheit zur Dämpfung des verursachenden Störsignals beaufschlagt.
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