ПОРОГОВЫЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ УСТРОЙСТВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ Российский патент 1997 года по МПК H03K5/24 

Изобретение относится к железнодорожной автоматике и телемеханике и может быть использовано в устройствах автоматической блокировки. Известны пороговые элементы, предназначенные для ввода в автоматические устройства сигналов, которыми задаются режимы работы (Бервинов В.И. Электроника, микроэлектроника, автоматика на железнодорожном транспорте. М. Транспорт, 1987, с. 134, 135, рис. 122 124). Пороговыми элементами или устройствами называют такие, которые срабатывают при условии, что уровень сигнала на входе превышает некоторое наперед заданное значение, называемое порогом срабатывания. Наиболее часто работа пороговых элементов основана на принципе сравнения двух и более значений тока или напряжения. В качестве одного из напряжений используют входной сигнал, а в качестве другого опорное стабилизированное напряжение. Схемы узлов сравнения отличаются большим разнообразием, и могут быть выполнены в виде транзистора, интегральных микросхем с использованием операционного усилителя и логических элементов. Однако в устройствах железнодорожной автоматики, обеспечивающих безопасность движения поездов известные пороговые устройства не могут быть использованы в связи с недостаточной надежностью, возникающей в связи с тем, что при выходе из строя полупроводниковых усилительных элементов, т.е. транзисторов или микросхем, сигнал на выходе может появиться без отсутствия сигнала на входе. Это может привести к опасной аварийной ситуации в работе устройств железнодорожной автоматики.

Известны также реле напряжения (авт. св. СССР N 311313, кл. H 01 H 83/16, 25.09.67), используемое в качестве порогового элемента и содержащее блокинг-генератор, выполненный на транзисторе с трансформатором в цепи обратной связи, и исполнительное электромагнитное реле на выходе. Причем в качестве трансформатора обратной связи используют электромагнитное реле. Однако порог срабатывания известного реле не может быть гарантирован имеющимися в его составе элементами. При выходе из строя элементов схемы реле, порог срабатывания может снизиться, что приведет к аварийной ситуации. Известен также двухпороговый компаратор (Электронные устройства железнодорожной автоматики, телемеханики и связи/Под ред. А.В. Шилейко, М. Транспорт, 1989, с. 290 292, рис. 13.5), содержащий интегральные операционные усилители и схему И, и который фиксирует, находится ли входное напряжение между двумя заданными пороговыми напряжениями или находится вне этого диапазона. В схеме двухпорогового компаратора необходима совместная работа интегрального операционного усилителя и логической схемы, т.е. необходимо согласование уровней выхода операционного усилителя и входных значений сигналов логических схем. Так, на входе логической схемы, работающей с положительными сигналами, не должно быть отрицательных напряжений (которые могут вывести ее из строя), а уровень положительного напряжения должен быть достаточным для ее срабатывания.

Для согласования используют специальные интегральные компараторы напряжения, а ее структурная схема аналогична схеме интегрального операционного усилителя. Однако известные компараторы не отвечают требованиям надежности к устройствам железнодорожной автоматики, т.к. при выходе из строя некоторых элементов, в частности операционного усилителя, может произойти ложное срабатывание на выходе, что приведет к аварийной ситуации. Известен также триггер Шмитта, используемый в качестве порогового устройства (Степаненко И.П. Основы микротехтроники. М. Советское радио, 1980, с. 285 - 288, рис. 8.31 8.33; Электронные устройства железнодорожной автоматики, телемеханики и связи/Под ред. А.В. Шилейко, М. Транспорт, 1989, с. 185 186, рис. 9.11), в основе которого лежит переключатель тока, делитель напряжения, два транзистора. При его работе соблюдается следующее соотношение: напряжение срабатывания меньше порога срабатывания. Работа триггера Шмитта в качестве порогового устройства заключается в следующем: при плавном нарастании входного напряжения, начиная с нуля, схема находится в исходном состоянии. Как только входное напряжение достигает значения определенного напряжения происходит срабатывание триггера, транзистор запирается и на выходе получается положительный скачок напряжения. Если выходной сигнал не достигает порога срабатывания, то выходной сигнал (скачок) отсутствует. Известное пороговое устройство не отвечает требованиям надежности, предъявляемым к устройствам железнодорожной автоматики, по следующей причине: порог срабатывания триггера Шмитта зависит от номиналов резисторов в его схеме. Поэтому выход из строя резисторов может снизить порог срабатывания, что приведет к опасной ситуации.

Наиболее близким по совокупности признаков к заявленному изобретению является релейная или переключающая схема с использованием кремниевых стабилизаторов (Герщунский Б.С. и др. Справочник по основам электронной техники. Киев: Вища школа, 1975, с. 240 241, рис. 11 17), выбранная за прототип и состоящая из включенных последовательно стабилитрона, резистора и обмотки реле. Основное требование к таким схемам малое время переключения. При использовании низкоомных реле можно получить напряжение срабатывания реле, очень близкое по величине к напряжению отпускания. Этот эффект связан с низким динамическим сопротивлением кремниевых стабилитронов. Однако известные переключающие и релейные схемы, используемые в качестве пороговых устройств, не обеспечивают требуемого уровня надежности для устройств железнодорожной автоматики по следующей причине. В случае отказа в работе стабилитрона может произойти снижение порога срабатывания, что приведет к ложному срабатыванию, к аварийной ситуации при движении поездов. Задачей изобретения является повышение безопасности движения поездов. Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в исключении ложного срабатывания порогового элемента за счет осуществления контроля за правильностью функционирования стабилитрона и предотвращения, тем самым, возможности появления аварийной ситуации в устройствах железнодорожной автоматики, обеспечивающих безопасное движение поездов. Поставленная задача решается за счет того, что пороговый элемент для устройств железнодорожной автоматики, содержащий стабилитрон и первый резистор, первый вывод которого является входом порогового элемента, снабжен оптопарой, состоящей из светодиода и фотоприемника, вторым резистором, ключевым элементом, генератором, выход которого соединен со входом ключевого элемента.

Причем первый вывод второго резистора через ключевой элемент соединен с общей шиной. Второй вывод второго резистора соединен со вторым выводом первого резистора и с анодом светодиода оптопары, катод которого соединен через стабилитрон с общей шиной. При этом первый вывод фотоприемника соединен с шиной питания, а второй его вывод является выходом всего порогового элемента. Таким образом, повышение безопасности и надежности работы порогового элемента обеспечивается за счет введения новых элементов схемы и новой совокупности связей между ними. Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена функциональная схема порогового элемента для устройств железнодорожной автоматики. Предлагаемый пороговый элемент содержит оптопару 1, стабилитрон 2, первый резистор 3 и второй резистор 4, ключевой элемент 5, генератор 6, светодиод 7 и фотоприемник 8. Первый вывод первого резистора 3 является входом порогового элемента. Оптопара 1, состоит из светодиода 7 и фотоприемника 8. Выход генератора 6 соединен со входом ключевого элемента 5. Причем первый вывод второго резистора 4 через ключевой элемент 5 соединен с общей шиной. Второй вывод второго резистора 4 соединен со вторым выводом первого резистора 3 и с анодом светодиода 7 оптопары 1, катод которого соединен через стабилитрон 2 с общей шиной. При этом первый вывод фотоприемника 8 соединен с шиной питания, а второй его вывод является выходом всего порогового элемента.

Пороговый элемент для устройств железнодорожной автоматики работает следующим образом. При уровне значения напряжения на входе порогового элемента ниже порогового значения, ток в элементах: оптопаре 1, стабилизаторе 2 отсутствует. Вследствие этого отсутствует необходимый сигнал срабатывания на выходе порогового элемента. При уровне значения напряжения на входе порогового элемента выше порогового, и нахождении ключевого элемента 5 в разомкнутом состоянии, через элементы: оптопару 1, стабилитрон 2 и первый резистор 3 протекает ток, достаточный для зажигания светодиода 7 оптопары 1. При этом через фотоприемник 8 оптопары 1 протекает ток, который управляет работой выходного исполнительного устройства (на чертеже не показано). Если ток на выходе порогового элемента будет импульсным и с определенными параметрами, то это позволит получить сигнал, соответствующий наличию превышения порога срабатывания. Это условие обеспечивается тем, что ключевой элемент 5 под управлением генератора 6 периодически открывается и закрывается с определенной частотой и длительностью импульсов. Сопротивление резисторов 3 и 4 выбрано таким образом, чтобы при открытом ключевом элементе 5 ток через оптопару 1 и стабилитрон 2 отсутствовал.

Таким образом, при значении напряжения на входе выше порогового на выходе образуется импульсный ток, соответствующий наличию превышения порога срабатывания, и только в том случае, когда стабилитрон, как основной элемент схемы, обеспечивающий необходимый порог срабатывания, исправен. Тем самым исключается возможность появления опасной аварийной ситуации.

Использование в железнодорожной автоматике и телемеханике, в частности в устройствах автоматической блокировки. Достигаемый при использовании изобретения технический результат заключается в исключении ложного срабатывания порогового элемента за счет осуществления контроля за правильностью функционирования стабилитрона и предотвращения, тем самым, возможности появления аварийной ситуации в устройствах железнодорожной автоматики, обеспечивающих безопасное движение поездов. Сущность изобретения: пороговый элемент, содержащий стабилитрон 2 и первый резистор 3, первый вывод которого является входом порогового элемента, снабжен оптопарой 1, состоящей из светодиода 7 и фотоприемника 8, вторым резистором 4, ключевым элементом 5, генератором 6, выход которого соединен с входом ключевого элемента 5. Причем первый вывод второго резистора 4 через ключевой элемент 5 соединен с общей шиной. Второй вывод второго резистора 4 соединен с вторым выводом первого резистора 3 и с анодом светодиода 7 оптопары 1, катод которого соединен через стабилитрон 2 с общей шиной. При этом первый вывод фотоприемника 8 соединен с шиной питания, а второй его вывод является выходом всего порогового элемента 1 ил.

Пороговый элемент для устройств железнодорожной автоматики, содержащий стабилитрон и первый резистор, первый вывод которого является входом порогового элемента, отличающийся тем, что в него введены оптопара, состоящая из светодиода и фотоприемника, второй резистор, ключевой элемент, генератор, выход которого соединен с входом ключевого элемента, причем первый вывод второго резистора через ключевой элемент соединен с общей шиной, второй вывод второго резистора соединен с вторым выводом первого резистора и с анодом светодиода оптопары, катод которого соединен через стабилитрон с общей шиной, при этом первый вывод фотоприемника соединен с шиной питания, а второй его вывод является выходом всего порогового элемента.