Датчик системы контроля занятости пути

ДАТЧИК СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ЗАНЯТОСТИ ПУТИ Изобретение относится к железнодорожной автоматике и телемеханике, в частности к путевым устройствам для фиксации прохождения колесной осью транспортного средства контролируемого участка пути и формирования данных контроля занятости пути. Датчик системы контроля занятости пути включает блок формирования первичного сигнала, выполненный с возможностью установления в непосредственной близости от рельса, при этом блок формирования первичного сигнала включает по меньшей мере три катушки индуктивности и по меньшей мере один питающий их генератор, при этом датчик включает блок приема первичного сигнала, выполненный с возможностью приема соответствующих первичных сигналов с каждой катушки индуктивности,блок преобразования сигнала, выполненный с возможностью преобразования поступающих из блока приема отдельных сигналов в составной цифровой сигнал, и передатчик, выполненный с возможностью передачи составного цифрового сигнала. Таким образом, заявляемое изобретение за счет оптимальной трехканальной конструкции и повышения помехозащищенности передачи информации обеспечивает повышение надежности датчика системы контроля занятости пути,а также повышение достоверности и точности измерения воздействия подвижной единицы на датчик системы при прохождении контрольного участка пути. Также, в заявляемом изобретении обеспечивается снижение потребляемой мощности датчика, а также увеличение функциональности датчика в целом. В заявляемом изобретении все радиоэлементы датчика, за исключением катушек индуктивности, расположены на небольшой плате, что свидетельствует о простоте датчика, а передача информации в цифровом виде с помехозащитным кодированием свидетельствует о лучшей устойчивости к помехам. Сысенко Петр Николаевич, Булавков Владимир Владимирович, Кулик Петр Демьянович (UA) Носырева Е.Л. (RU) Изобретение относится к железнодорожной автоматике и телемеханике, в частности к путевым устройствам для фиксации прохождения колесной осью транспортного средства контролируемого участка пути и формирования данных контроля занятости пути. На сегодняшний день железнодорожный транспорт является важнейшей составляющей транспортной системы, на которую приходится основная часть грузовых и значительная часть пассажирских перевозок. Обеспечение безопасности движения подвижной единицы, наряду с повышением пропускной способности перегонов, является одной из ключевых задач железнодорожной автоматики. Поэтому актуальной проблемой является обеспечение аппаратных средств, позволяющих надежно и бесперебойно осуществлять учет и контроль прохождения подвижной единицы на контролируемом участке пути, обеспечивая тем самым регулирование движения и его безопасность. Известно устройство для счета осей и подвижных единиц железнодорожного подвижного состава(авторское свидетельство СССР 1418149, МПК B61L 1/16, опубл. 23.08.1988), которое содержит датчик, расположенный в непосредственной близости от рельса, подающий сигнал о прохождении оси колесной пары. Недостатком указанного устройства является низкая помехоустойчивость передаваемого сигнала,что может привести к ошибочной фиксации факта прохождения колесной пары счетным устройством,что недопустимо для устройств, применяемых в системах, связанных с безопасностью движения. Известно устройство генерирования импульсов счета осей для аппаратуры счета осей (патент Германии 3223126, МПК B61L 1/16, B61L 1/00, опубл. 22.12.1983), которое содержит два параллельно включенных передающих колебательных контура, питаемых переменным током генератора, и два приемных колебательных контура, принимаемое напряжение которых изменяется под воздействием пересчитываемых осей. Устройство содержит преобразователь, к которому подводится каждое из принимаемых напряжений, а также полосовые фильтры, посредством которых генерируемые преобразователем сигналы фильтруются и подаются на устройство счета осей. Недостатком указанного устройства является его низкая помехоустойчивость, что связано с тем,что при применении на подвижном составе электромагнитных тормозов башмак тормоза принимается за ось, в результате чего устройством не обеспечивается правильное считывание осей. Наиболее близким к заявляемому решению по своим существенным признакам, достигаемому техническому результату и принятым в качестве прототипа является датчик счета колес (патент РФ 2089424, МПК B61L 1/16, опубл. 10.09.1997), который включает первую и вторую катушки индуктивности, размещенные вдоль рельса, вблизи него в зоне движения реборды внутри рельсовой колеи. Также датчик включает первый и второй формирователи частотного сигнала по величине индуктивности, сумматор, фильтр, согласующий элемент, стабилизатор напряжения, соединительную линию, источник питания, а также регистраторы значений верхней, нижней и текущей частоты. Недостатком указанного решения является то, что в качестве носителя информации применяется аналоговый сигнал, на который в значительной мере будут оказывать влияние емкость проводов и наводимые помехи, вследствие чего устройство характеризуется низкой надежностью, кроме того, описанный датчик имеет двухканальную структуру и при выходе из строя одного из каналов датчик не может выполнять свои функции. В основу изобретения поставлена задача создания такого датчика системы контроля занятости пути, в котором за счет оптимальной трехканальной конструкции и повышения помехозащищенности передачи информации обеспечивается повышение надежности датчика системы контроля занятости пути, а также повышение достоверности и точности измерения воздействия подвижной единицы на датчик системы при прохождении контрольного участка пути. Также в заявляемом изобретении обеспечивается снижение потребляемой мощности датчика, а также увеличение функциональности датчика в целом. Поставленная задача решается тем, что датчик системы контроля занятости пути включает блок формирования первичного сигнала, выполненный с возможностью установления в непосредственной близости от рельса. Согласно изобретению блок формирования первичного сигнала включает по меньшей мере три катушки индуктивности и по меньшей мере один питающий их генератор. При этом датчик системы контроля занятости пути включает блок приема первичного сигнала, выполненный с возможностью приема соответствующих первичных сигналов с каждой катушки индуктивности, блок преобразования сигнала, выполненный с возможностью преобразования поступающих из блока приема отдельных сигналов в составной цифровой сигнал, и передатчик, выполненный с возможностью передачи составного цифрового сигнала. В другом варианте исполнения датчика системы контроля занятости пути блок формирования первичного сигнала включает три генератора. В предпочтительном варианте изобретения генератор выполнен в виде микроконтроллера с возможностью автоматической самонастройки частоты генерации. Также в предпочтительном варианте изобретения блок преобразования сигнала включает микроконтроллер с аналого-цифровым преобразователем, выполненный с возможностью формирования защищенных помехоустойчивым кодом посылок. При этом блок преобразования сигнала расположен не более чем в около 12 см от блока формирования первичного сигнала. Предпочтительно передатчик представляет собой токовый ключ. Такая реализация датчика системы контроля занятости пути, при которой датчик имеет трехканальную структуру, где блок формирования первичного сигнала включает по меньшей мере три катушки индуктивности и по меньшей мере один питающий их генератор, а блок приема первичного сигнала выполнен с возможностью приема соответствующих первичных сигналов с каждой катушки индуктивности, где каждый из трех каналов может быть резервным, позволяет датчику выполнять свои функции при выходе из строя одного из каналов, что увеличивает надежность системы в целом. Кроме того, наличие третьего канала позволяет увеличить число контрольных точек, тем самым увеличивая достоверность и точность измерения. Также третий канал может выполнять контрольную функцию над работой двух других каналов, что также влияет на надежность системы контроля занятости пути в целом. Выполнение блока преобразования сигнала с возможностью преобразования поступающих из блока приема отдельных сигналов в составной цифровой сигнал позволяет использовать в работе датчика в качестве носителя информации помехоустойчивый цифровой сигнал, что в значительной мере повышает помехозащищенность передачи информации, обеспечивая увеличение надежности датчика системы контроля занятости пути. Использование в качестве преобразователя микроконтроллера с аналогоцифровым преобразователем, выполненным с возможностью помехозащитного кодирования посылок,позволяет избавиться от громоздкой аналоговой аппаратуры и уменьшить потребляемую системой мощность. Оцифровывание аналоговых сигналов и передача их защищенными помехоустойчивым кодом позволяет увеличить длину соединения до 100 м при сохранении высокой степени достоверности данных. При этом расположение блока преобразования сигнала не более чем в около 12 см от блока формирования первичного сигнала позволяет исключить передачу слабых аналоговых сигналов на расстояния более чем в около 12 см, преобразовывая аналоговый сигнал в цифровой непосредственно в корпусе датчика, тем самым максимально снижая расстояние передачи слабых аналоговых сигналов и увеличивая помехоустойчивость передаваемого сигнала, а следовательно, увеличивая надежность датчика системы в целом. Выполнение генератора в виде микроконтроллера с возможностью автоматической самонастройки частоты генерации обеспечивает оптимальное прохождение полезного сигнала и подавление помех, а также исключает ручную настройку. Кроме того, автоматическая настройка снижает затраты при производстве. Выполнение передатчика в виде токового ключа с возможностью передачи составного цифрового сигнала направлено на обеспечение средств для передачи сигнала в блок обработки для счета осей железнодорожного подвижного состава, определения скорости следования подвижного состава, контроля аварийных состояний датчика и иных функций для контроля занятости пути. Заявляемое изобретение поясняется при помощи фигур, на которых на фиг. 1 представлена схема одного из вариантов исполнения датчика системы контроля занятости пути; на фиг. 2 представлена схема другого варианта исполнения датчика системы контроля занятости пути. Пример 1 выполнения датчика системы контроля занятости пути. Датчик системы контроля занятости пути включает блок формирования первичного сигнала, который содержит три катушки индуктивности и три питающих их генератора синусоидальных колебаний(1.1, 1.2, 1.3), установленных вдоль рельса, собранных на термокомпенсированном источнике тока (2.1,2.2, 2.3). Катушки индуктивности располагаются в специальных углублениях, обеспечивающих дополнительную защиту от механических повреждений, в одной плоскости на расстоянии 60 мм друг от друга и залиты специальным компаундом, обеспечивающим дополнительную защиту от повреждений. Расстояние от плоскости головки рельса до поверхности защитного покрытия катушек выбрано превышающим разность между максимальным значением радиуса реборды колеса и минимальным значением радиуса изношенного обода колеса. Использование термокомпенсированной схемы генератора позволяет в значительной мере снизить влияние температуры, что позволяет использовать заявляемое изобретение в широком диапазоне температур: от -40 до +50, при этом изменение амплитуды сигнала не превышает 10%. Блок формирования первичного сигнала соединен с блоком приема первичного сигнала, выполненным с возможностью приема соответствующих первичных сигналов с каждой катушки индуктивности. Блок приема первичного сигнала включает выпрямители (3.1, 3.2, 3.3), фильтры нижних частот (4.1, 4.2,4.3) и усилители тока (5.1, 5.2, 5.3). Блок приема первичного сигнала соединен с блоком преобразования сигнала, выполненным с возможностью преобразования поступающих из блока приема отдельных сигналов в составной цифровой сигнал. Блок преобразования сигнала включает микроконтроллер 6 с аналого-цифровыми преобразователями 7 и выполнен с возможностью помехозащитного кодирования посылок. Блок преобразования сигнала расположен не более чем в около 12 см от блока формирования первичного сигнала. Таким образом, преобразование подверженного помехам аналогового сигнала в цифровой осуществляется в непосредственной близости от блока формирования первичного сигнала, чем исключается подача слабых аналоговых сигналов на большие расстояния. Датчик системы контроля занятости пути включает передатчик 8, который представляет собой токовый ключ и выполнен с возможностью передачи составного цифрового сигнала в блок обработки для его анализа и формирования данных контроля занятости пути. Пример 2 выполнения датчика системы контроля занятости пути. Датчик системы контроля занятости пути включает блок формирования первичного сигнала, который содержит установленные с двух сторон рельса, три передающих и три приемных катушки индуктивности и питающий их генератор 1 в виде микроконтроллера, выполненного с возможностью автоматической самонастройки частоты генерации и генерирующего сигналы через драйвера (9.1, 9.2, 9.3) на вход передающих катушек. Использование подобного генератора 1 в виде микроконтроллера с кварцевой стабилизацией частоты позволяет в значительной мере снизить влияние температуры, что позволяет использовать заявляемую систему в широком диапазоне температур: от -40 до +60, при этом изменение амплитуды сигнала не превышает 3%. Блок формирования первичного сигнала соединен с блоком приема первичного сигнала, выполненным с возможностью приема соответствующих первичных сигналов с каждой катушки индуктивности. Блок приема первичного сигнала включает узкополосные полосовые фильтры (10.1, 10.2, 10.3), амплитудные детекторы (11.1, 11.2, 11.3) и фильтры нижних частот (4.1, 4.2, 4.3). Блок приема первичного сигнала соединен с блоком преобразования сигнала, выполненным с возможностью преобразования поступающих из блока приема отдельных сигналов в составной цифровой сигнал. Блок преобразования сигнала включает микроконтроллер 6 с аналого-цифровыми преобразователями 7 и выполнен с возможностью помехозащитного кодирования посылок. Блок преобразования сигнала расположен не более чем в около 12 см от блока формирования первичного сигнала. Таким образом, преобразование подверженного помехам аналогового сигнала в цифровой осуществляется в непосредственной близости от блока формирования первичного сигнала, чем исключается подача слабых аналоговых сигналов на большие расстояния. Датчик системы контроля занятости пути включает передатчик 8, который представляет собой токовый ключ и выполнен с возможностью передачи составного цифрового сигнала в блок обработки сигнала, выполненный с возможностью приема составного цифрового сигнала, его анализа и формирования данных контроля занятости пути. Датчик системы контроля занятости пути работает следующим образом. Предварительно устанавливают блок формирования первичного сигнала в непосредственной близости от рельса. При движении колеса транспортного средства возле катушек индуктивности формируется первичный сигнал, который из блока формирования первичного сигнала поступает в блок приема первичного сигнала. В варианте исполнения датчика системы контроля занятости пути по примеру 1 металлическая масса реборды колеса вносит дополнительные потери в контуре, что влечет за собой уменьшение амплитуды сигнала генераторов (1.1, 1.2, 1.3), что служит сигналом о нахождении в зоне чувствительности датчика оси. Сигнал поступает на входы выпрямителей (3.1, 3.2, 3.3). С выхода выпрямителей(3.1, 3.2, 3.3) сигнал поступает на вход фильтров нижних частот (4.1, 4.2, 4.3), а затем на усилители тока(5.1, 5.2, 5.3). При этом генераторы (1.1, 1.2, 1.3), настраивают на различные частоты в диапазоне 150-200 кГц, предпочтительно частоты порядка 143, 167, 190 кГц. Применение генераторов, работающих на указанных частотах, позволяет уменьшить количество витков катушек индуктивности и в значительной мере уменьшить влияние помехи тягового тока и других цепей. Также высокая частота генераторов позволяет уменьшить габариты всей платы и использовать исключительно SMD элементы, которые обладают большой устойчивостью к вибрациям и высокой технологичностью. В варианте исполнения датчика системы контроля занятости пути по примеру 2, металлическая масса колеса, которое проходит между катушками, действуя как экран для магнитного потока, уменьшает напряжение на выходе приемной катушки. Сигнал с приемных катушек поступает на узкополосные полосовые фильтры (10.1, 10.2, 10.3). Для того чтобы полоса пропускания узкополосных полосовых фильтров (10.1, 10.2, 10.3) соответствовала частоте генерации, микроконтроллер генератора 1 имеет режим самонастройки. Контролируя амплитуду сигнала, микроконтроллер изменяет частоту генерации,добиваясь максимальной амплитуды выходного сигнала. Автоматическая настройка частот генератора 1 в соответствии с полосой пропускания узкополосных полосовых фильтров (10.1, 10.2, 10.3) обеспечивает оптимальное прохождение полезного сигнала и подавление помех, а также исключает ручную настройку. Кроме того, автоматическая настройка частот генератора позволяет сузить полосу пропускания фильтров и повысить их добротность, что в свою очередь позволяет снизить мощность, подводимую к передающим катушкам, тем самым снизить потребляемую мощность всей системы до 1 Вт. Также автоматическая настройка снижает затраты при производстве. После этого сигнал поступает на амплитудные детекторы (11.1,11.2, 11.3)и фильтры нижних частот (4.1, 4.2, 4.3), которые пропускают сигнал частотой до 2 кГц и подавляют высокочастотную составляющую сигнала. Из блока приема сигналы поступают в блок преобразования сигнала, в частности на вход каналов аналого-цифровых преобразователей 7 микроконтроллера 6, который преобразовывает поступающие из блока приема отдельные сигналы в составной цифровой сигнал и формирует защищенные помехоустойчивым кодом посылки. Защищенные помехоустойчивым кодом посылки посредством передатчика 8, выполненного в виде токового ключа, формирующего токовые импульсы, передают в блок обработки сигнала. Передатчик работает на скорости 250 кбит/с. Время передачи посылки не более 300 мкс. Период передачи диагностической посылки 60 с. В качестве интерфейса передачи данных используется последовательный асинхронный интерфейс. Отказ любого элемента, в том числе и их совокупности, или обрыв какой-либо связи, или изменение положения относительно рельса приведет датчик системы в состояние, которое может диагностироваться блоком обработки как аварийное, причем выход из строя одного из трех каналов диагностируется как предотказное, но вследствие реконфигурации блока обработки счет осей продолжается. Таким образом, заявляемое изобретение за счет оптимальной трехканальной конструкции и повышения помехозащищенности передачи информации обеспечивает повышение надежности датчика системы контроля занятости пути, а также повышение достоверности и точности измерения воздействия подвижной единицы на датчик системы при прохождении контрольного участка пути. Также, в заявляемом изобретении обеспечивается снижение потребляемой мощности датчика, а также увеличение функциональности датчика в целом. В заявляемом изобретении все радиоэлементы датчика, за исключением катушек индуктивности, расположены на небольшой плате, что свидетельствует о простоте датчика, а передача информации в цифровом виде с помехозащитным кодированием свидетельствует о лучшей устойчивости к помехам. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Датчик системы контроля занятости пути, содержащий блок формирования первичного сигнала,выполненный с возможностью установки в непосредственной близости от рельса, отличающийся тем,что блок формирования первичного сигнала содержит по меньшей мере три катушки индуктивности и по меньшей мере один питающий их генератор, при этом датчик содержит блок приема первичного сигнала,выполненный с возможностью приема соответствующих первичных сигналов с каждой катушки индуктивности, блок преобразования сигнала, выполненный с возможностью преобразования поступающих из блока приема отдельных сигналов в составной цифровой сигнал и передатчик, выполненный свозможностью передачи составного цифрового сигнала, причем блок преобразования сигнала содержит микроконтроллер с аналого-цифровым преобразователем и выполнен с возможностью формирования защищенных помехоустойчивым кодом посылок, и блок преобразования сигнала расположен не более чем в 12 см от блока формирования первичного сигнала. 2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что блок формирования первичного сигнала содержит три генератора. 3. Датчик по п.1, отличающийся тем, что генератор выполнен в виде микроконтроллера с возможностью автоматической самонастройки частоты генерации. 4. Датчик по п.1, отличающийся тем, что передатчик представляет собой токовый ключ.