ПУТЕВОЙ ДАТЧИК Российский патент 1997 года по МПК B61L1/16 

Изобретение относится к устройствам для счета железнодорожный (ЖД) подвижных составов, применяемых в системах свободного пути. Изобретение может быть использовано для получения электрических импульсов при прохождении колесных пар мимо датчика. Число импульсов с выхода датчика равно числу прошедших мимо него колесных пар (осей).

Известен путевой датчик, содержащий генератор, приемник сигналов, два рабочих магнитопровода и один компенсирующий, каждый из которых снабжен сигнальной обмоткой и обмоткой возбуждения, два диода и два транзистора (СССР, авт. св. N 844435, B 61 L 1/08, 1978). Этот датчик имеет сложную конструкцию и подвержен воздействию электромагнитных помех, в частности помех электромагнитных тормозов.

Также известно устройство генерирования импульсов счета осей для аппаратуры счета осей, снабженное двумя путевыми датчиками (ФРГ, пат N 3223126, B 61 L 1/16, 1983). Датчик этого устройства содержит генератор, передающий и приемный колебательные контуры, резистор, полосовой фильтр и детектор. Датчик этого устройства принят за прототип изобретения. Этот датчик имеет недостатки аналога.

Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции датчика и уменьшение влияния электромагнитных помех.

Этот результат достигается благодаря тому, что путевой датчик содержит генератор электромагнитных колебаний, полосовой фильтр, детектор, элемент защиты генератора от перегрузки и две металлические перемычки. Генератор через элемент защиты от перегрузки подключен посредством двух соединительных проводов к одному и другому рельсам между перемычками в точках, находящихся на линии, перпендикулярной продольной оси железнодорожной колеи, а выход генератора подключен ко входу полосового фильтра, выход которого подключен ко входу детектора. Длины перемычек, концы каждой из которых присоединены к одному и другому рельсам, по разные стороны точек присоединения генератора к рельсам на расстояниях, равных четверти длины волны генератора, кратны длине волны генератора. Длина волны генератора должна быть равна электрической длине колесной пары, которая равна ширине колеи плюс два радиуса колес, деленной на целое число. Длина каждого соединительного провода кратна половине длины волны генератора.

Отличительными признаками изобретения являются элемент защиты генератора от перегрузки и две металлические перемычки, концы каждой из которых присоединены к одному и другому рельсам, упомянутый генератор через элемент защиты от перегрузки подключен посредством двух соединительных проводов к одному и другому рельсам между перемычками в точках, находящихся на линии, перпендикулярной продольной оси железнодорожной колеи, а выход генератора подключен ко входу полосового фильтра, при этом длины перемычек и соединительных проводов и расстояния между точками присоединения их к рельсам выбраны удовлетворяющими соотношениям:

где
l_прм длина каждой из перемычек;
l_г длина каждого из соединительных проводов;
l_р расстояние между точками присоединения к рельсу соединительного провода и конца перемычки;
L_кп ширина железнодорожной колеи плюс два радиуса колес колесной пары или ее электрическая длина;
к, m и n не равные между собой натуральные числа.

В отсутствии колесной пары в зоне действия датчика, которая равна расстоянию между точками присоединения перемычек к одному рельсу, генератор работает в режиме холостого хода (х.х.), так как нагружен на длинную линию, длина которой кратна нечетному числу четвертей его длин волн. При наличии колесной пары в зоне действия датчика над точками присоединения соединительных проводов к рельсам, генератор работает в режиме короткого замыкания (к. з. ), так как в этот момент он нагружен на длинную линию длина, которой кратна половине его длины волны.

Конструкция датчика упрощается и увеличивается его помехозащищенность за счет отсутствия в нем передающего и приемного колебательных контуров.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема датчика. на фиг. 2 зависимость напряжения на выходе детектора U_вых в зависимости от положения колесной пары на ЖД пути, к которому подключен датчик.

На фигурах введены обозначения: 1 генератор электромагнитных колебаний (Г); 2 элемент защиты генератора от перегрузки (R); 3 соединительные провода генератора (СП); 4 колесная пара (КП); 5 перемычки рельсов (ПРМ); 6 ЖД рельсы; 7 полосовой фильтр (ПФ); 8 детектор;
Генератор 1 может быть собран по схеме автогенератора на транзисторах метрового диапазона длин волн.

Элемент защиты 2 может быть выполнен в виде резистора.

Соединительные провода 3 могут быть выполнены в виде двух-проводной или коаксиальной линии.

Колесная пара 4 должна быть металлической.

Перемычки 5 рельсов должны быть металлическими (медными).

Полосовой фильтр 7 может быть собран на сосредоточенных индуктивностях и емкостях по известным схемам, при этом его частотная полоса должна быть шире нестабильности частоты генератора.

Детектор 8 может быть собран на диоде.

Пример реализации путевого датчика. Известно:
1. Ширина ЖД колеи в России 15200 мм.

2. Диаметр колес подвижного состава 950-1050 мм.

3. Средняя электрическая длина колесной пары равна 2500 мм.

4. Минимальное расстояние между осями одной тележки вагона равно 1500 мм.

Длину волны генератора выберем равную электрической длине колесной пары 2500 мм (120 мГЦ); λ 2,5 м.

Длину перемычек выберем равную 2,5 м. (l_прм 2,5 м.)
Длину соединительных проводов выберем равную 5 м. (l_г 5 м.)
Расстояние между точками присоединения соединительных проводов к рельсу и концами перемычек выберем равным 0,625 м (l_p= λ/4 = 0,625 м) Разрешающая способность такого датчика равна λ/2 или 1,25 м, поэтому оси одной тележки будут считываться отдельно.

Путевой датчик содержит генератор 1, элемент защиты 2, соединительные провода 3 генератора, перемычки рельсов 5, полосовой фильтр 7 и детектор 8.

Генератор 1 через элемент защиты 2 подключен посредством соединительных проводов 3 к одному и другому рельсам между перемычками в точках, находящихся на линии, перпендикулярной продольной оси железнодорожной колеи, а выход генератора подключен ко входу полосового фильтра 7, выход которого подключен ко входу детектора 8. Длины перемычек, концы каждой из которых присоединены к одному и другому рельсам по разные стороны точек присоединения генератора к рельсам на расстоянии равных λ/4 равны λ Длина каждого соединительного провода равна 2λ/2/4
Датчик работает следующим образом.

После установки датчика на рельсы включается генератор 1. При отсутствии в зоне действия датчика колесной пары на выходе генератора, работающего в режиме х. х. так как он включен на длинную линию, кратную нечетному числу четвертей длин волн генератора, наблюдается низкий уровень напряжения. На выходе детектора также низкий уровень напряжения (фиг. 2). При нахождении колесной пары в зоне действия датчика генератор переходит из режима х.х. в режим к.з. ток через элемент защиты 2 увеличивается, увеличивается и напряжение на выходе детектора 8 (фиг. 2). Режим к.з. создает колесная пара, электрическая длина которой кратна длине волны. При уходе колесной пары из зоны действия датчика напряжение на детекторе уменьшается до первоначального значения (в отсутствии колесной пары в зоне действия датчика).

Использование: для счета осей железнодорожных подвижных составов. Сущность изобретения: путевой датчик содержит генератор электромагнитных колебаний, полосовой фильтр, к выходу которого подключен детектор, элемент защиты от перегрузки и две металлические перемычки, концы каждой из которых присоединены к одному и другому рельсам, а выход генератора - к входу полосового фильтра и через элемент защиты от перегрузки посредством двух соединительных проводов фиксированной длины - к одному и другому рельсам. 2 ил.

Путевой датчик, содержащий генератор электромагнитных колебаний и полосовой фильтр, к выходу которого подключен детектор, отличающийся тем, что он снабжен элементом защиты от перегрузки и двумя металлическими перемычками, концы каждой из которых присоединены к одному и другому рельсам, а выход упомянутого генератора подключен к входу полосового фильтра и через элемент защиты от перегрузки посредством двух соединительных проводов фиксированной длины к одному и другому рельсам между перемычками в точках, находящихся на линии, перпендикулярной продольной оси железнодорожной колеи, при этом длины перемычек и соединительных проводов и расстояния между точками присоединения их к рельсам выбраны удовлетворяющими соотношениям
l_прм= kλ,
2l_г+l_кп=mλ,
2l_г+2l_р+l_прм=(2n-1)λ/2,
где l_п р м длина каждой из перемычек;
l_г длина каждого соединительного провода;
l_р расстояние между точками присоединения к рельсу провода и конца перемычки;
l_к п электрическая длина колесной пары используемого подвижного состава;
λ - длина волны сигнала, вырабатываемого генератором;
k, m и n не равные между собой натуральные числа.