Антенна локомотивной сигнализации

В настоящее время на локомотиве применяются две антенны, работающие в низкочастотном (несколько десятков Гц) и высокочастотном (несколько десятков кГц) диапазонах и принимающие сигналы за счет индуктивной связи с рельсовой цепью. Основная особенность предлагаемой антенны заключается в том, что антенна работает в двух диапазонах (низкочастотном и высокочастотном), причем, с целью повышения помехоустойчивости в высокочастотном диапазоне применяются катушки без магнитного (ферромагнитного) сердечника.

Полезная модель относится к области автоматики на железнодорожном транспорте и предназначена для применения в системах приема сигналов за счет индуктивной связи с рельсами железнодорожного транспорта.

В настоящее время на железнодорожном транспорте в целях обеспечения безопасности движения применяются автоматические системы локомотивной сигнализации, в которых кодированный сигнал передается от рельса на локомотив при помощи индуктивной связи между железнодорожными рельсами и катушками индуктивности, подвешенными над рельсами. К таким системам относятся, например, комплексное локомотивное устройство безопасности (КЛУБ), являющееся развитием системы АЛСН, и система автоматического управления тормозами (САУТ) [см. Кондратьева Л.И., Ромашкова О.Н. «Системы регулирования движения на железнодорожном транспорте. М. 2003 г.стр.3]. Конструктивно антенны этих систем (катушки приемные, по существу, являются магнитными антеннами и, далее по тексту, они будут называться антеннами) состоят из корпуса и катушек с сердечником из электротехнической стали [см. Авторское свидетельство 652014, МПК B61L 25/06, опуб. 15.03.1979 г., Свидетельство на полезную модель RU 35096, МПК B61L 25/06, опуб. 27.12.2003 г.].

Антенна системы «КЛУБ» принимает сигналы в частотном диапазоне до 325 Гц, и катушки этой антенны намотаны на сердечнике из электротехнической стали. Антенна системы «САУТ» принимает сигналы в частотном диапазоне до 31 кГц, и катушки этой антенны намотаны на сердечнике из феррита, так как в электротехнических сталях с увеличением частоты возрастают потери на гистерезис и на вихревые токи [см. Преображенский А.А., Магнитные материалы - М. 1965 г. стр.59]. Для подавления сигналов вне рабочего диапазона частот катушки либо образуют колебательный контур с параллельно подключенным конденсатором, либо подключаются к полосовому фильтру.

К недостаткам антенн с магнитными (ферромагнитными) материалами следует отнести зависимость магнитной проницаемости от величины магнитного поля, температуры, механических напряжений и старения [см. Преображенский А.А., Магнитные материалы - М. 1965 г. стр.26-89, Хомич В.И., Приемные ферритовые антенны, выпуск 485 - М. 1963 г. стр.6]

Антенна локомотивной сигнализации находится вблизи рельса, по которому текут большие (несколько тысяч ампер от нескольких локомотивов на участке, обслуживаемом тяговой подстанцией) тяговые токи, создающие сильные постоянные, переменные и импульсные магнитные поля, которые вследствие изменения магнитной проницаемости сердечника катушки могут привести к сбою системы. Например, в диссертации [см. Трофимова Ю.А., Обеспечение электромагнитной совместимости рельсовых цепей и устройств автоматической локомотивной сигнализации с тяговой сетью переменного тока - Иркутск 2006 г. стр.109] приведен, зафиксированный в эксперименте, пример ограничения амплитуды ЭДС на выходе катушек системы АЛСН при мощном импульсе помехи тягового тока.

Ферриты обладают более низкой индукцией насыщения, по сравнению с металлическими магнитными материалами [см. Преображенский А.А., Магнитные материалы - М. 1965 г. стр.80], поэтому влияние магнитного поля тяговых токов в рельсовой цепи на величину магнитной проницаемости сердечника из феррита может оказаться значительно больше, чем у сердечника из электротехнической стали.

Наиболее близким техническим решением является антенна, содержащая две катушки, размещенные на одном сердечнике. Катушки позволяют производить настройку индуктивности под требуемую величину при отклонении магнитной проницаемости материала сердечника путем продольного смещения катушек вдоль сердечника [см. Авторское свидетельство 652014, МПК B614L 25/06, опуб. 15.03.1979 г.]

Недостатком антенны является отсутствие возможности ее работы в высокочастотном диапазоне.

Задачей предлагаемой конструкции антенны является расширение частотного диапазона и повышение помехозащищенности в высокочастотном диапазоне.

Технический результат заключается в совмещении низкочастотного (несколько десятков Гц) и высокочастотного (несколько десятков кГц) диапазонов приема в одной антенне и в повышении помехозащищенности от магнитных полей тяговых токов в рельсовых цепях высокочастотного (несколько десятков кГц) диапазона приема.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что катушки более низкого частотного диапазона содержат сердечник из металлического магнитного материала, а катушки более высокочастотного диапазона размещаются на каркасах из диэлектрического материала и не содержат сердечника из магнитного (ферромагнитного) материала. Плоскость сечения витков катушек высокочастотного диапазона перпендикулярна направлению магнитного поля тока в рельсовой цепи.

На фиг.1 изображена антенна локомотивной сигнализации, где

1 - сердечник катушек низкочастотного диапазона из металлического магнитного материала,

2 - каркас катушки низкочастотного диапазона,

3 - катушка низкочастотного диапазона,

4 - каркас катушки высокочастотного диапазона,

5 - катушка высокочастотного диапазона,

6 - рельс.

Конструктивно антенна может содержать от одной до нескольких катушек в каждом диапазоне частот, например, катушки для реализации встроенного контроля или две катушки, смещенные относительно рельса в разные стороны [см. Авторское свидетельство 652014, МПК B61L 25/06, опуб. 15.03.1979 г.] и т.д.

Уменьшение величины электродвижущей силы (ЭДС) из-за исключения сердечника не принципиально, так как может быть увеличено число витков в катушках и (или) площадь витков, и (или) увеличен коэффициент усиления усилителя, к которому подключается антенна.

Увеличение индуктивности, вследствие увеличения площади витков и увеличения числа витков в катушках, компенсируется (для настройки резонансной частоты) уменьшением номиналов конденсаторов контура (полосового фильтра), а повышение добротности контура, вследствие увеличения индуктивности, компенсируется увеличением номиналов резисторов, входящих в резонансный контур (полосовой фильтр).

Антенна локомотивной сигнализации, принимающая сигналы низкой частоты, содержащая катушки с сердечником из металлического магнитного материала, отличающаяся тем, что дополнена катушками высокочастотного диапазона без ферромагнитного сердечника, плоскости витков которых перпендикулярны направлению магнитного поля тока рельсовой цепи.