Путевой датчик

 

Использование: для счета осей железнодорожных подвижных составов. Сущность изобретения: путевой датчик содержит генератор сверхвысокочастотных колебаний, делитель мощности, направленный ответвитель, приемо-передающую антенну и фазовый детектор. Выход генератора соединен с входом делителя мощности, один выход которого соединен с входом направленного ответвителя, а другой - с опорным выходом фазового детектора, сигнальный вход которого соединен с выходом бокового плеча направленного ответвителя. Выход направленного ответвителя соединен с входом антенны. Антенна установлена с внутренней стороны рельса раскрывом в сторону его головки. Такое выполнение датчика обеспечивает его повышенную помехозащищенность от тормозных электромагнитных тормозов. 3 ил.

Изобретение относится к устройствам для счета осей железнодорожных подвижных составов и может быть применено в качестве путевого датчика для таких устройств.

Известен путевой датчик в составе индукционного электромагнитного устройства счета осей фирмы Сименс (ФРГ) (В.П.Бухгольц и др. Путевые датчики контроля подвижного состава на рельсовом транспорте. М. Транспорт, 1976 г. с. 47-48). Это устройство содержит путевой датчик, преобразователь частоты генератора электромагнитных колебаний и счетчик импульсов.

Путевой датчик выполнен в виде двух частей: передающей в виде катушки индуктивности, расположенной с наружной стороны рельса, и приемной, выполненной в виде второй катушки индуктивности, расположенной с внутренней стороны рельса.

Преобразователь частоты генератора содержит: генератор электромагнитных колебаний, фазовращатель, сумматор, усилитель, преобразователь синусоидального сигнала в последовательность однополярных импульсов, схему запрета, триггер и полосовой фильтр.

Также известно устройство счета осей ЖД вагонов (ЕПВ, пат. N 0130226, В 61 L 1/16, 1988 г.), в составе которого находятся два путевых датчика, два СВЧ-генератора, два детектора, два направленных ответвителя и блок обработки сигналов датчиков. Датчики выполнены в виде приемо-передающих антенн. Излучение антенн направлено в сторону обода колеса вагона или локомотива. Датчик этого устройства принят за прототип.

Аналог и прототип дают ложные срабатывания при появлении на рельсе, где установлен датчик, железных предметов, не подлежащих счету, а также срабатывают от тормозных колодок электромагнитных тормозов.

Плоские колодки электромагнитных тормозов крепятся между колес колесных пар одной тележки на расстоянии 20-25 мм над головкой рельса, а при торможении они контактируют с головкой рельса.

Аналог и прототип не отличают колодку тормоза от колеса и засчитывают ее как колесо.

Техническим результатом изобретения является увеличенная надежность путевого датчика за счет различения тормозных колодок и колес.

Этот результат достигается за счет того, что путевой датчик содержит СВЧ-генератор электромагнитных колебаний, делитель мощности генератора, направленный ответвитель, приемо-передающую антенну, фазовый детектор. Кроме того, выход генератора соединен с входом делителя мощности, один выход которого соединен с входом направленного ответвителя, а другой с опорным входом фазового детектора, сигнальный вход которого соединен с выходом бокового плеча направленного ответвителя Выход направленного ответвителя соединен с входом приемо-передающей антенны. Приемо-передающая антенна установлена с внутренней стороны рельса раскрывом в сторону его головки.

Структурная схема путевого датчика и его работа поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлена структурная схема путевого датчика и положение приемо-передающей антенны относительно рельса и реборды колеса; на фиг. 2 - график зависимости фазы сигнала (Ф₀), отраженного от рельса в отсутствии колеса в зоне действия датчика (ЗДД), и фазы сигнала (Ф_рк), отраженного от реборды колеса и проходящего ЗДД, где направление вдоль рельса; на фиг. 3 принципиальная электрическая схема балансового фазового детектора. На фигурах введены обозначения: 1 СВЧ-генератор электромагнитных колебаний (Г), 2 делитель мощности генератора (ДМ), 3 направленный ответвитель (НО), 4 приемо-передающая антенна (А), 5 фазовый детектор (ФД), 6 ЖД рельс, 7 реборда колеса, Ф₀ фаза сигнала, отраженного от головки рельса, Ф_рк фаза сигнала, отраженного от реборды колеса, ЗДД зона действия датчика, И_о напряжение опорного сигнала на опорном входе ФД, И_с напряжение сигнала, отраженного от головки рельса или реборды колеса на сигнальном входе ФД, И(Ф_кр) напряжение на выходе ФД, пропорциональное Ф_рк, Д₁ и Д₂ амплитудные детекторы, P и C резисторы и конденсатор.

СВЧ-генератор 1 может быть собран по схеме автогенератора на клистроне, магнетроне или транзисторе.

Делитель 2 мощности может быть выполнен в виде направленного ответвителя на волноводе, коаксиальной линии или полосковой линии. Направленный ответвитель 3 может быть выполнен на волноводах, коаксиальной или полосковой линиях.

Приемо-передающая антенна 4 может быть выполнена рупорной, в виде открытого конца волновода и т.п.

Фазовый детектор 5 может быть собран по схеме фиг. 3 (Ю.Т.Давыдов и др. Радиоприемные устройства, М. Высшая школа, 1989 г. с. 141-144, рис. 7.29).

Путевой датчик содержит СВЧ-генератор 1, делитель 2 мощности, направленный ответвитель 3, приемо-передающую антенну 4, фазовый детектор 5. Выход генератора 1 соединен с входом делителя 2 мощности, один выход которого соединен с входом направленного ответвителя 3, а другой с опорным входом фазового детектора 5. Сигнальный вход детектора 5 соединен с выходом бокового плеча направленного ответвителя 3, выход которого соединен с входом антенны 4. Антенна 4 установлена с внутренней стороны рельса раскрывом в сторону его головки.

Пример реализации путевого датчика. Частота генератора 1 940 мГц (32 см). Делитель 2 мощности выполнен в виде направленного ответвителя с переходным ослаблением 3 дБ и направленностью 15 дБ. Направленный ответвитель 3 выполнен волноводным с переходным ослаблением 10 дБ и направленностью 30 дБ.

Антенна 4 выполнена в виде открытого конца волновода сечением 1 x 20 см. Большой размер сечения волновода расположен параллельно головке рельса и расстояние от раскрыва волновода до головки рельса равно 10 см. ЗДД составляет 20 см. Фазовый детектор 5 выполнен по схеме фиг.3. Толщина реборды колеса 7 равна 3 см. Реборда от внутренней стороны головки рельса из-за износа пути может быть удалена на 5 см.

При нахождении колеса в ЗДД минимальное изменение фазы сигнала, отраженного от реборды, по сравнению с фазой сигнала, отраженного от головки рельса, составляет 70^o, а максимальное 180^o.

Датчик работает следующим образом.

Мощность генератора 1 делителем 2 делится пополам. Часть мощности поступает на направленный ответвитель 3, другая часть на опорный вход фазового детектора 5. Через основной канал направленного ответвителя 3 мощности поступает в антенну 4 и получается в направлении головки рельса 6. Отражается от нее и через боковое плечо направленного ответвителя 3 поступает на сигнальный вход фазового детектора 5. При этом фаза отраженного сигнала равна Ф₀. При нахождении реборды колеса 7 в зоне действия датчика (ЗДД), расстояние между раскрывом антенны 4 и отражателем ребордой уменьшается, поэтому сигнал, отраженный от реборды, будет иметь фазу Ф_рк, что свидетельствует о прохождении ЗДД колесом (см. фиг.2).

При нахождении в зоне действия тормозной колодки, которая не выступает за пределы рельса, фаза отраженного от него сигнала будет равна фазе Ф₀, поэтому датчик не реагирует на посторонние предметы, находящиеся в зоне его действия.

Формула изобретения

Путевой датчик, содержащий генератор сверхвысокочастотных электромагнитных колебаний, приемопередающую антенну, детектор, направленный ответвитель, выход которого соединен с входом приемопередающей антенны, отличающийся тем, что в него введен делитель мощности, а детектор выполнен фазовым, причем выход генератора соединен с входом делителя мощности, один выход которого соединен с входом направленного ответвителя, а другой с опорным входом детектора, сигнальный вход которого соединен с выходом бокового плеча направленного ответвителя, при этом приемопередающая антенна установлена с внутренней стороны рельса раскрывом в сторону его головки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3