СИСТЕМА ДЛЯ ОПОВЕЩЕНИЯ О ПРИБЛИЖЕНИИ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА Российский патент 1996 года по МПК B61L23/06 

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к устройствам для оповещения работающих на путях о приближении подвижного состава.

Известна система для оповещения о приближении подвижного состава, содержащая имеющий генератор несущей частоты передатчик, связанный с одной антенной и имеющий блок сигнализации приемник, связанный с другой антенной.

Однако, указанное устройство является сложным в испытании, место действия его определяется месторасположением стрелки на железнодорожном полотне, не может применяться на неэлектрофицированных железных дорогах.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, состоит в том, чтобы создать устройство, которое позволило бы работающему на путях узнавать о нахождении поезда на каком-то заданном расстоянии от него, при этом это устройство должно быть экономичным с малыми габаритами и весом.

Для достижения технического результата в системе для оповещения о приближении подвижного состава, содержащая имеющий генератор несущей частоты передатчик, связанный с одной антенной, передатчик установлен на подвижном составе и содержит модулятор, выполненный из двух последовательно соединенных мультивибраторов и ключевого каскада, выходом которого образован выход модулятора, резонансный усилитель в режиме класса В, и блок развязки, причем выход модулятора соединен с входом генератора несущей частоты, выполненного с кварцевой стабилизацией частоты, выход которого подключен к входу резонансного усилителя в режиме класса В, выход которого подключен к первому входу развязывающего устройства, второй вход которого подключен к выходу передатчика локомотивной радиосвязи, а выход к антенне, приемник содержит два последовательно включенных резонансных усилителя, входом первого из которых образован вход приемника, подключенный к антенне, смеситель, усилитель промежуточной частоты, амплитудный детектор, неинвертирующий и инвертирующий усилители низкой частоты, две батареи питания, блок контроля уровня напряжения, при этом выход второго резонансного усилителя подключен к одному входу смесителя, другой вход которого соединен с выходом гетеродина, а выход - к одному из входов усилителя промежуточной частоты, выход которого соединен со входом усилителя промежуточной частоты, выход которого соединен со входом амплитудного детектора, выход амплитудного детектора соединен с другим входом усилителя промежуточной частоты и входом неинвертирующего усилителя низкой частоты, выход которого соединен с входом инвертирующего усилителя низкой частоты и с одним из входов блока сигнализации, второй вход которого соединен с выходом инвертирующего усилителя низкой частоты, причем блок сигнализации выполнен в виде звукового сигнализатора и имеет пьезоэлектрический преобразователь, при этом к выводам питания резонансных усилителей высокой частоты, смесителя и гетеродина подключена первая батарея питания, а к выводам питания инвертирующего и неинвертирующего усилителей низкой частоты подключен источник питания, образованный двумя батареями питания, включенными последовательно и связанными с блоком контроля уровня напряжения.

На фиг. 1 и 2 представлены блок-схемы передатчика и приемника, на фиг. 3, 4 и 5 соответственно принципиальные схеме передатчика, блока развязки и приемника.

1 мультивибратор 1, определяющий период посылки сигнала;
2 мультивибратор 2, определяющий частоту заполнения импульсов;
3 ключевой каскад;
4 частотно-задающий генератор;
5 резонансный усилитель;
6 блок развязки;
f₁ несущая частота сигнала приближения поезда "СПП";
f₂ несущая частота сигналов радиосвязи "СРС";
7 блок питания;
8 компенсационный стабилизатор на фиг. 2;
1 первый блок УВЧ;
2 второй блок УВЧ;
3 смеситель;
4 гетеродин;
5 УПЧ;
6 АД;
7 неинвертирующий усилитель;
8 звукоизлучатели (пьезоизлучатели); блок сигнализации;
9 инвертирующий усилитель;
11 первый блок питания БП1;
10 второй блок питания БП2;
12 блок контроля уровня заряда.

Система работает следующим образом:
Передатчик
В передатчике используется стопроцентная амплитудная модуляцию несущей импульсным сигналом частотой около 0,5 Гц с частотой заполнения 2,5 кГц. Низкочастотный сигнал сначала формируется мультивибратором 1, а затем мультивибратором 2 и поступает на ключевой каскад 3, который управляет током активного элемента в частотно-задающем генераторе 4. Промодулированный сигнал поступает на резонансный усилитель мощности 5. Усиленный сигнал поступает на развязывающее устройство 6 устраняющее взаимное влияние описываемого передатчика и локомотивной радиостанции. С развязывающего устройства сигнал поступает на передающую антенну. Блок питания 7 обеспечивает стабилизированное напряжение 20 2 для питания задающего генератора 4 и усилителя мощности 5. Для питания мультивибраторов 1 и 2 цепей смещения частотно-задающего генератора 4 используется компенсационный стабилизатор 8.

Приемник
Сигнал, принятый антенной А, поступает на вход резонансного УВЧ1 (ДА1), где усиливается и фильтруется. Затем этот сигнал поступает на вход УВЧ2, где также усиливается. С выхода УВЧ2 сигнал поступает на вход смесителя 3, где несущая частота преобразуется в промежуточную частоту, равную разности частот сигнала и гетеродина 4. С выхода смесителя сигнал поступает на УПЧ 5, имеющий частотно-избирательную характеристику. Сигнал, усиленный УПЧ, поступает на амплитудный детектор АД6, который выделяет огибающую амплитудно-модулированного сигнала НЧ-сигнал НЧ сигнал поступает на вход неинвертирующего усилителя 7, с которого поступает на один полюс звукоизлучателя 8. Одновременно с выхода неинвертирующего усилителя сигнал поступает на вход инвертора 9, который имеет коэффициент передачи, близкий к единице, но сдвигает фазу сигнала на 180^o. С выхода инвертора сигнал поступает на второй полюс звукоизлучателя. Т. о. на клеммах звукоизлучателя присутствуют два сигнала НЧ, примерно равные по амплитуде но противоположные по фазе. Т. о. pазностный сигнал на звукоизлучателе оказывается в два раза больше по сравнению с сигналом на выходе неинвертирующего усилителя. При этом максимальная громкость звука увеличивается без повышения напряжения питания.

Блок питания состоит из двух последовательно соединенных блоков питания БР1 и БП2. Напряжение питания на УВ41, УВЧ2 смеситель, гетеродин, УПЧ поступает с БП1 11. Напряжение питания на неинвертирующий усилитель, и инвертор поступает с обоих последовательно соединенных блоков питания БП1 и БП2 11 и 10.

Блок контроля уровня заряда аккумуляторных батарей 12 представляет собой пороговое устройство, которое открывается и пропускает ток только при уровне напряжения, больше порогового. Если батареи заряжены до номинальной величины, то напряжение питания больше порогового и ток, протекающий через пороговое устройство, используется для индикации пригодности батареи питания для работы.

При недостаточном уровне заряда аккумуляторов напряжение питания ниже опорного уровня и ток через пороговое устройство протекать не будет.

Принцип действия передатчика
Схема передающего устройства включает в себя модулятор, генератор и усилитель.

Модулятор выполнен на микросхеме Д1 и составном транзисторе Т3. Т4.

Мультивибратор, выполненный на Д1.3. Д1.4 определяет период (≃ 0,5 Гц) посылки сигнала, частота которого определяется значением постоянной времени R 7 С11.

На VД1.1, VД1.2 выполнен второй мультивибратор, определяющий частоту заполнения импульсов. Его частота определяется значением постоянной времени R6, С9. Регулировкой R6 может меняться частота сигнала заполнения (2,5 кГц) через резистор R5 поступает на базу составного транзистора Т3, Т4. Импульсы представляют собой последовательность логических (0) и (1). Составной транзистор работает в ключевом режиме. В момент, когда на выходе VД1 (ножка 10) появляется логическая (1), ключ на транзисторах Т3, Т4 открывается и через коллектор Т3, Т4 начинает протекать ток канала транзистора Т2, т. е. запускается генератор на транзистоpе Т2. Частота колебаний генератора определяется кварцевым резонатором Q1 (частотой 27,14 мГц).

Контур L3, C5, С6 настроен на частоту, близкую к частоте 27,14 мГц, и обеспечивает оптимальные условия возбуждения генератора.

В момент, когда на выходе VД1 (ножка 10) появляется логический (0), ключ на Т3, Т4 запирается и ток через канал транзистора Т2 прекращается, что приводит к срыву генерации.

Таким образом получаются радиоимпульсы, частота повторения которых определяется частотой мультивибратора на VД1.2, VД1.4.

Дроссель L4 осуществляет развязку по сигналу коллектора Т3 и цепочки связи С5, С6. Емкость С3 служит для заземления по переменному току индуктивность L3.

Сигнал с контура генератора снимается через катушку связи L2 и резистор R2 и поступает на усилитель, выполненный на транзисторе Т1, работающем в режиме В, т. е. при отсутствии сигнала ток коллектора практически равен нулю. Резистор R2 служит для ограничения тока базы и устраняет срыв генерации за счет шунтирования входом Т1 контура генератора. Контур С2, L1, настроенный на частоту 27,14 мГц, служит для фильтрации побочных излучений. Резистор R1 служит для поглощения побочных излучений и улучшает стабильность усилителя.

Конденсатор С1 служит для согласования передатчика с развязывающим устройством. VД1 представляет микросхему К176ЛА7.

Принцип действия блока развязки
Сигнал оповещения поступает на вход 1 устройства и через контур L1C1, служащий для согласования антенны с выходом передатчика, поступает на контуры L2C2 и L3C3, служащие для запирания сигналов с частотами второй и третьей гармоник. Контур L4C4 осуществляют дополнительную фильтрацию побочных излучений. Резистор R увеличивает устойчивость выходного каскада передатчика. Контур L₆C₇C₆ построен на частоту локомотивной радиостанции и не пропускает сигналы с ее частотой. Контур L2C2, L3C3, L6C6C7 свободно пропускают сигнал с частотой несущей сигналы оповещения.

Контур L5C5C8 свободно пропускает сигнал с частотой локомотивной радиостанции и не пропускает сигнал с частотой несущей сигнала оповещения.

Принцип действия приемника
Сигнал частотой 27,14 мГц улавливается антенной А и отфильтровывается входной цепью (С1.С2, обмотка 1 тр. 1). Через катушку связи (обмотка 11 тр. 1) сигнал поступает на вход усилителя ДА1. Усиленный сигнал отфильтровывается выходным контуром (С6, С7, обм. 1 стр. 2). Через катушку связи (обм. 2 тр. 2) сигнал поступает на вход ДА2. Резистор R1 уменьшает добротность выходного контура усилителя ДА1 (С6, С7, обм. 1 тр. 2.) и несколько расширяет его полосу пропускания. После усиления, внутри ДА2, сигнал поступает на смеситель, встроенный в ДА2. Частота гетеродина, так же встроенного в ДА2, определяется частотой резонатора Q1. Контур L1, C4, C5 служит для подачи питания на гетеродин и для развязки гетеродина от цепи питания. Сигнал промежуточной частоты (ПЧ) fпч 27,14 26,735 0,496 мГц выделяется на 16-ной ножке ДА2 и далее через конденсатор С11 поступает на обм. 1 тр. 3 и далее на контур С15, С16 обм. стр. 3. Выделенный этим контуром сигнал ПЧ поступает на вход усилителя промежуточной частоты (УПЧ), так же встроенного в ДА2 (12-я ножка ДА2). Усиленный сигнал ПЧ выделяется на 7-й ножке ДА2 и поступает на детектор на диоде ДА1. Цепь R16, L2, C23 предназначена для задания оптимальных режимов каскадов в ДА1 и осуществляет дополнительную фильтрацию сигнала ПЧ. После детектора имеются следующие сигналы.

1. Сигнал Пч и кратные ему гармоники.

2. Сигнал низкой частоты НЧ,
3. Постоянная составляющая.

Конденсатор С14 заземляет сигнал ПЧ и кратные ему гармоники. Постоянная составляющая через резистор R5 поступает на 9-ю ножку микросхемы ДА2 и используется для автоматической регулировки усиления (АРУ). Конденсатор С13 заземляет сигнал ПЧ и кратные ему гармоники, а также сигнал НЧ. Таким образом, на вход АРУ поступает только постоянная составляющая.

Цепь R2, С9 образует вторую петлю АРУ. Сигнал НЧ через конденсатор С17 поступает на вход ДА3 (ножка 3). Цепь R6, R7, R8 задает смещение на входе ДА3 половина питающего напряжения. Цепь R6, С8 образует фильтр, препятствующий проникновению помех на вход ДА3 по цепям питания. Резисторы R9, R12 определяют коэффициент усиления (Ку) ДА3. Он равен: Ку (1 + R12 R9).

Конденсатор С19 служит для развязки входа ДА3 (ножка 2) от общего провода по постоянному току. Резистор 11 служит для задания начальных режимов каскадов в ДА3. Конденсаторы С21 и С23 фильтры питания. Усиленный сигнал с выхода ДА3 (ножка 6) поступает на пьезоизлучатели Q2, Q3 и одновременно на инвертирующий вход ДА4 (ножка 2). Ку усилителя на ДА4 равен единице. Это значит, что сигнал на выходе ДА4 (ножка 6) равен по нулю сигналу на выходе ДА3 (ножка 6). Но ДА3 включает по схеме неинвертирующего усилителя, а ДА4 по схеме инвертирующегo. Т. е. сигнал на выходах ДА3 и ДА4- равны по величине, но противофазны.

Таким образом, разностный сигнал на выходах ДА3 и ДА4 оказывается на два раза больше, чем отдельно взятый сигнал на выходе каждого усилителя.

Цепь R15, Д2, Д3 служит для контроля уровня напряжения батареи питания. При хорошем состоянии батареи питания светодиода Д3 будет светиться, если нажата кнопка "Кн1", т. к. величины напряжения питания достаточно для пробивания стабилитрона Д2. При глубоком разряде батареи питания напряжение питания будет недостаточно для открывания стабилитрона Д2 и светодиод Д3 не загорится при нажатии кнопки (Кн. 1). Гнезда (Гн1, Гн2) предназначены для подачи тока подзаряда батарей Б1, Б2. Включение приемника осуществляется выключателем SА1 в положение (Вкл.).

Использование: на железнодорожном транспорте для оповещения работающих на путях о приближении подвижного состава. Сущность изобретения: устройство содержит установленный на подвижном составе передатчик, содержащий модулятор из последовательно соединенных мультивибратора и ключевого каскада, резонансный усилитель в режиме класса В; блок развязки и генератор несущей частоты с кварцевой стабилизацией, а приемник имеет два последовательно включенных резонансных усилителя, смеситель, усилитель промежуточной частоты, амплитудный детектор, неинвертирующий и инвертирующий усилители низкой частоты, блок контроля уровня напряжения и блок сигнализации, выполненный в виде звукового сигнализатора с пьезоэлектрическим преобразователем. 5 ил.

Система для оповещения о приближении подвижного состава, содержащая имеющий генератор несущей частоты передатчик, связанный с одной антенной, и имеющий блок сигнализации приемник, связанный с другой антенной, отличающаяся тем, что передатчик установлен на подвижном составе и содержит модулятор, выполненный из двух, последовательно соединенных мультивибраторов и ключевого каскада, выходом которого образован выход модулятора, резонансный усилитель в режиме класса B и блок развязки, причем выход модулятора соединен с входом генератора несущей частоты, выполненного с кварцевой стабилизацией частоты, выход которого подключен к входу резонансного усилителя в режиме класса B, выход которого подключен к первому входу развязывающего устройства, второй вход которого подключен к выходу передатчика локомотивной радиосвязи, а выход к антенне, приемник содержит два последовательно включенных резонансных усилителя, входом первого из которых образован вход приемника, подключенный к антенне, смеситель, усилитель промежуточной частоты, амплитудный детектор, неинвертирующий и инвертирующий усилители низкой частоты, две батареи питания, блок контроля уровня напряжения, при этом выход второго резонансного усилителя подключен к одному входу смесителя, другой вход которого соединен с выходом гетеродина, а выход к одному из входов усилителя промежуточной частоты, выход которого соединен с входом амплитудного детектора, выход амплитудного детектора соединен с другим входом усилителя промежуточной частоты и входом неинвертирующего усилителя низкой частоты, выход которого соединен с входом инвертирующего усилителя низкой частоты и с одним из входов блока сигнализации, второй вход которого соединен с выходом инвертирующего усилителя низкой частоты, причем блок сигнализации выполнен в виде звукового сигнализатора и имеет пьезоэлектрический преобразователь, при этом к выводам питания резонансных усилителей высокой частоты, смесителя и гетеродина подключена первая батарея питания, а к выводам питания инвертирующего и неинвертирующего усилителей низкой частоты подключен источник питания, образованный двумя батареями питания, включенными последовательно и связанными с блоком контроля уровня напряжения.