Датчик системи контролю зайнятості колії

1. Датчик системи контролю зайнятості колії, що включає блок формування первинного сигналу, виконаний з можливістю встановлення в безпосередній близькості від рейки, який відрізняється тим, що блок формування первинного сигналу включає щонайменше три котушки індуктивності і щонайменше один генератор, що їх живить, при цьому датчик включає блок прийому первинного сигналу, виконаний з можливістю прийому відпові C2 2 (19) 1 3 приймальних коливальних контури, прийнята напруга яких змінюється під впливом осей, які перераховуються. Пристрій містить перетворювач, до якого підводиться кожна з прийнятих напруг, а також смугові фільтри, за допомогою яких генеровані перетворювачем сигнали фільтруються і подаються на пристрій рахування осей. Недоліком зазначеного пристрою є його низька завадостійкість, що пов'язано з тим, що при застосуванні на рухомому потязі електромагнітних гальм башмак гальма приймається за вісь, у результаті чого пристроєм не забезпечується правильне зчитування осей. Найбільш близьким до рішення, що заявляється, за своїми суттєвими ознаками, технічним результатом, який досягається, і прийнятим за прототип є датчик рахування коліс (патент РФ №2089424, МПК B61L 1/16, опубл. 10.09.1997), що включає першу і другу котушки індуктивності, розміщені уздовж рейки, поблизу неї в зоні руху реборди усередині рейкової колії. Також датчик включає перший і другий формувачі частотного сигналу за величиною індуктивності, суматор, фільтр, погоджуючий елемент, стабілізатор напруги, з'єднувальну лінію, джерело живлення, а також реєстратори значень верхньої, нижньої і поточної частоти. Недоліком зазначеного рішення є те, що як носій інформації застосовується аналоговий сигнал, на який значною мірою будуть впливати ємність проводів і завади, що наводяться, унаслідок чого пристрій характеризується низькою надійністю, крім того, описаний датчик має двоканальну структуру і при виході з ладу одного з каналів датчик не може виконувати свої функції. В основу винаходу поставлена задача створення такого датчика системи контролю зайнятості колії, у якому за рахунок оптимальної триканальної конструкції і підвищення завадозахищеності передачі інформації забезпечується підвищення надійності датчика системи контролю зайнятості колії, а також підвищення достовірності і точності виміру впливу рухомої одиниці на датчик системи при проходженні контрольної ділянки колії. Також у винаході, що заявляється, забезпечується зниження споживаної потужності датчика, а також збільшення функціональності датчика в цілому. Поставлена задача вирішується тим, що датчик системи контролю зайнятості колії включає блок формування первинного сигналу, виконаний з можливістю встановлення в безпосередній близькості від рейки. Відповідно до винаходу блок формування первинного сигналу включає щонайменше три котушки індуктивності і щонайменше один генератор, що їх живить. При цьому датчик системи контролю зайнятості колії включає блок прийому первинного сигналу, виконаний з можливістю прийому відповідних первинних сигналів з кожної котушки індуктивності, блок перетворення сигналу, виконаний з можливістю перетворення окремих сигналів, що надходять із блоку прийому, у складений цифровий сигнал, і передавач, виконаний з можливістю передачі складеного цифрового сигналу. 97341 4 В іншому варіанті виконання датчика системи контролю зайнятості колії блок формування первинного сигналу включає три генератори. У переважному варіанті винаходу генератор виконаний у вигляді мікроконтролера з можливістю автоматичного самонастроювання частоти генерації. Також у переважному варіанті винаходу блок перетворення сигналу включає мікроконтролер з аналого-цифровим перетворювачем, виконаний з можливістю формування захищених завадостійким кодом посилок. При цьому блок перетворення сигналу розташований не більше ніж у приблизно 12 см від блоку формування первинного сигналу. Переважно передавач являє собою струмовий ключ. Така реалізація датчика системи контролю зайнятості колії, при якій датчик має триканальну структуру, де блок формування первинного сигналу включає щонайменше три котушки індуктивності і щонайменше один генератор, що їх живить, а блок прийому первинного сигналу виконаний з можливістю прийому відповідних первинних сигналів з кожної котушки індуктивності, де кожний з трьох каналів може бути резервним, дозволяє датчику виконувати свої функції при виході з ладу одного з каналів, що збільшує надійність системи в цілому. Крім того, наявність третього каналу дозволяє збільшити число контрольних точок, тим самим збільшуючи вірогідність і точність виміру. Також третій канал може виконувати контрольну функцію над роботою двох інших каналів, що також впливає на надійність системи контролю зайнятості колії в цілому. Виконання блоку перетворення сигналу з можливістю перетворення окремих сигналів, що надходять із блоку прийому, у складений цифровий сигнал дозволяє використовувати в роботі датчика як носія інформації завадостійкий цифровий сигнал, що значною мірою підвищує завадозахищеність передачі інформації, забезпечуючи збільшення надійності датчика системи контролю зайнятості колії. Використання як перетворювача мікроконтролера з аналого-цифровим перетворювачем, виконаним з можливістю завадозахисного кодування посилок, дозволяє позбутися громіздкої аналогової апаратури і зменшити споживану системою потужність. Оцифровування аналогових сигналів і передача їх захищеним завадостійким кодом дозволяє збільшити довжину з'єднання до 100 м при збереженні високого ступеня вірогідності даних. При цьому розташування блоку перетворення сигналу не більш ніж у приблизно 12 см від блоку формування первинного сигналу дозволяє виключити передачу слабких аналогових сигналів на відстані більш ніж у приблизно 12 см, перетворюючи аналоговий сигнал у цифровий безпосередньо в корпусі датчика, тим самим максимально знижуючи відстань передачі слабких аналогових сигналів і збільшуючи завадостійкість переданого сигналу, а отже збільшуючи надійність датчика системи в цілому. Виконання генератора у вигляді мікроконтролера з можливістю автоматичного самонастроювання частоти генерації забезпечує оптимальне проходження корисного сигналу і подавления за 5 вад, а також виключає ручне настроювання. Крім того, автоматичне настроювання знижує витрати при виробництві. Виконання передавача у вигляді струмового ключа з можливістю передачі складеного цифрового сигналу спрямовано на забезпечення засобів для передачі сигналу до блоку обробки для рахування осей залізничного рухомого складу, визначення швидкості проходження рухомого складу, контролю аварійних станів датчика й інших функцій для контролю зайнятості колії. Винахід, що заявляється, пояснюється за допомогою фігур, на яких: на фіг. 1 представлена схема одного з варіантів виконання датчика системи контролю зайнятості колії; на фіг. 2 представлена схема іншого варіанта виконання датчика системи контролю зайнятості колії. Приклад 1 виконання датчика системи контролю зайнятості колії. Датчик системи контролю зайнятості колії включає блок формування первинного сигналу, що містить три котушки індуктивності і три генератори синусоїдальних коливань (1.1, 1.2, 1.3), що їх живлять, встановлені уздовж рейки, зібрані на термокомпенсованому джерелі струму (2.1, 2.2, 2.3). Котушки індуктивності розташовуються в спеціальних поглибленнях, які забезпечують додатковий захист від механічних ушкоджень, в одній площині на відстані 60 мм одна від одної і залиті спеціальним компаундом, що забезпечує додатковий захист від ушкоджень. Відстань від площини головки рейки до поверхні захисного покриття котушок обрана такою, що перевищує різницю між максимальним значенням радіуса реборди колеса і мінімальним значенням радіуса зношеного обода колеса. Використання термокомпенсованої схеми генератора дозволяє значною мірою знизити вплив температури, що дозволяє використовувати винахід, який заявляється, у широкому діапазоні температур: від -40 до +50, при цьому зміна амплітуди сигналу не перевищує 10 %. Блок формування первинного сигналу поєднаний із блоком прийому первинного сигналу, виконаним з можливістю прийому відповідних первинних сигналів з кожної котушки індуктивності. Блок прийому первинного сигналу включає випрямлячі (3.1, 3.2, 3.3), фільтри нижніх частот (4.1, 4.2, 4.3) і підсилювачі струму (5.1, 5.2, 5.3). Блок прийому первинного сигналу з'єднаний із блоком перетворення сигналу, виконаним з можливістю перетворення окремих сигналів, що надходять із блоку прийому, у складений цифровий сигнал. Блок перетворення сигналу включає мікроконтролер 6 з аналого-цифровими перетворювачами 7 і виконаний з можливістю завадозахисного кодування посилок. Блок перетворення сигналу розташований не більш ніж у приблизно 12 см від блоку формування первинного сигналу. Таким чином, перетворення підданого завадам аналогового сигналу в цифровий здійснюється в безпосередній близькості від блоку формування первинного сигналу, чим виключається подача слабких аналогових сигналів на великі відстані. 97341 6 Датчик системи контролю зайнятості колії включає передавач 8, що являє собою струмовий ключ і виконаний з можливістю передачі складеного цифрового сигналу в блок обробки для його аналізу і формування даних контролю зайнятості колії. Приклад 2 виконання датчика системи контролю зайнятості колії. Датчик системи контролю зайнятості колії включає блок формування первинного сигналу, що містить установлені з двох боків рейки, три передавальних і три приймальних котушки індуктивності і генератор 1, що їх живить, у вигляді мікроконтролера, виконаного з можливістю автоматичного самонастроювання частоти генерації і такого, що генерує сигнали через драйвери (9.1, 9.2, 9.3) на вхід передавальних котушок. Використання подібного генератора 1 у вигляді мікроконтролера з кварцовою стабілізацією частоти дозволяє значною мірою знизити вплив температури, що дозволяє використовувати систему, яка заявляється, у широкому діапазоні температур: від -40 до +60, при цьому зміна амплітуди сигналу не перевищує 3 %. Блок формування первинного сигналу з'єднаний із блоком прийому первинного сигналу, виконаним з можливістю прийому відповідних первинних сигналів з кожної котушки індуктивності. Блок прийому первинного сигналу включає вузькосмугові смугові фільтри (10.1, 10.2, 10.3), амплітудні детектори (11.1, 11.2, 11.3) і фільтри нижніх частот (4.1, 4.2, 4.3). Блок прийому первинного сигналу з'єднаний із блоком перетворення сигналу, виконаним з можливістю перетворення окремих сигналів, що надходять із блоку прийому, у складений цифровий сигнал. Блок перетворення сигналу включає мікроконтролер 6 з аналого-цифровими перетворювачами 7 і виконаний з можливістю завадозахисного кодування посилок. Блок перетворення сигналу розташований не більш ніж у приблизно 12 см від блоку формування первинного сигналу. Таким чином, перетворення підданого завадам аналогового сигналу в цифровий здійснюється в безпосередній близькості від блоку формування первинного сигналу, чим виключається подача слабких аналогових сигналів на великі відстані. Датчик системи контролю зайнятості колії включає передавач 8, що являє собою струмовий ключ і виконаний з можливістю передачі складеного цифрового сигналу в блок обробки сигналу, виконаний з можливістю прийому складеного цифрового сигналу, його аналізу і формування даних контролю зайнятості колії. Датчик системи контролю зайнятості колії працює в такий спосіб. Попередньо встановлюють блок формування первинного сигналу в безпосередній близькості від рейки. При русі колеса транспортного засобу біля котушок індуктивності формується первинний сигнал, який із блоку формування первинного сигналу надходить у блок прийому первинного сигналу. У варіанті виконання датчика системи контролю зайнятості колії за Прикладом 1 металева маса реборди колеса вносить додаткові втрати в контурі, 7 що спричиняє зменшення амплітуди сигналу генераторів (1.1, 1.2, 1.3), що служить сигналом про перебування в зоні чутливості датчика осі. Сигнал надходить на входи випрямлячів (3.1, 3.2, 3.3). З виходу випрямлячів (3.1, 3.2, 3.3) сигнал надходить на вхід фільтрів нижніх частот (4.1, 4.2, 4.3), а потім на підсилювачі струму (5.1, 5.2, 5.3). При цьому генератори (1.1, 1.2, 1.3) налаштовують на різні частоти в діапазоні 150-200 кГц, переважно частоти порядку 143 кГц, 167 кГц, 190 кГц. Застосування генераторів, що працюють на зазначених частотах, дозволяє зменшити кількість витків котушок індуктивності і значною мірою зменшити вплив завади тягового струму й інших ланцюгів. Також висока частота генераторів дозволяє зменшити габарити всієї плати і використовувати винятково SMD елементи, що мають велику стійкість до вібрацій і є високотехнологічними. У варіанті виконання датчика системи контролю зайнятості колії за Прикладом 2 металева маса колеса, яке проходить між котушками, діючи як екран для магнітного потоку, зменшує напругу на виході приймальної котушки. Сигнал із прийомних котушок надходить на вузькосмугові смугові фільтри (10.1,10.2,10.3). Для того щоб смуга пропускання вузькосмугових смугових фільтрів (10.1,10.2,10.3) відповідала частоті генерації, мікроконтролер генератора 1 має режим самонастроювання. Контролюючи амплітуду сигналу, мікроконтролер змінює частоту генерації, домагаючись максимальної амплітуди вихідного сигналу. Автоматичне настроювання частот генератора 1 відповідно до смуги пропускання вузькосмугових смугових фільтрів (10.1, 10.2, 10.3) забезпечує оптимальне проходження корисного сигналу і подавлення завад, а також виключає ручне настроювання. Крім того, автоматичне настроювання частот генератора дозволяє звузити смугу пропускання фільтрів і підвищити їхню добротність, що у свою чергу дозволяє знизити потужність, яка підводиться до передавальних котушок, тим самим знизити споживану потужність усієї системи до 1 Вт. Також автоматичне настроювання знижує витрати при виробництві. Після цього сиг 97341 8 нал надходить на амплітудні детектори (11.1, 11.2, 11.3) і фільтри нижніх частот (4.1, 4.2, 4.3), що пропускають сигнал частотою до 2-х кГц і подавляють високочастотну складову сигналу. З блоку прийому сигнали надходять у блок перетворення сигналу, зокрема на вхід каналів аналого-цифрових перетворювачів 7 мікроконтролера 6, який перетворює окремі сигнали, що надходять із блоку прийому, у складений цифровий сигнал і формує захищені завадостійким кодом посилки. Захищені завадостійким кодом посилки за допомогою передавача 8, виконаного у вигляді струмового ключа, який формує струмові імпульси, передають до блоку обробки сигналу. Передавач працює на швидкості 250 кбіт/сек. Час передачі посилки не більше 300 мкс. Період передачі діагностичної посилки 60 сек. Як інтерфейс передачі даних використовується послідовний асинхронний інтерфейс. Відмова будь-якого елемента, у тому числі і їхньої сукупності, або обрив будь-якого зв'язку, або зміна положення щодо рейки приведе датчик системи до стану, який може діагностуватися блоком обробки як аварійний, причому вихід з ладу одного з трьох каналів діагностується як передвідмовний, але внаслідок реконфігурації блоку обробки рахування осей продовжується. Таким чином, винахід, що заявляється, за рахунок оптимальної триканальної конструкції і підвищення завадозахищеності передачі інформації забезпечує підвищення надійності датчика системи контролю зайнятості колії, а також підвищення вірогідності і точності виміру впливу рухомої одиниці на датчик системи при проходженні контрольної ділянки колії. Також у винаході, що заявляється, забезпечується зниження споживаної потужності датчика, а також збільшення функціональності датчика в цілому. У винаході, що заявляється, усі радіоелементи датчика, за винятком котушок індуктивності, розташовані на невеликій платі, що свідчить про простоту датчика, а передача інформації в цифровому вигляді з завадозахищеним кодуванням свідчить про кращу стійкість до завад. 9 Комп’ютерна верстка І. Скворцова 97341 Підписне 10 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