ПРИЕМНИК ДЛЯ РЕЛЬСОВОЙ ЦЕПИ Российский патент 1997 года по МПК B61L23/16 

Изобретение относится к железнодорожной автоматике и может быть использовано в перспективных системах автоблокировки для контроля состояний рельсовых линий.

Известно несколько аналогов предложенного устройства.

Например, приемник для рельсовой цепи, реализующий метод абсолютного контроля: решение о состоянии рельсовой линии выносится на основе сравнения амплитуды полезного сигнала с фиксированным порогом (см. Аркатов В.С. Кравцов Ю. А. Степенский Б.М. Рельсовые цепи. Анализ работы и техническое обслуживание, М. Транспорт, 1990, с. 83-97, рис. 4.4).

Недостатком этого приемника является наличие фиксированного порога. Изменение уровня полезного сигнала, например, при уменьшении сопротивления изоляции рельсов, приводит к тому, что приемник выносит неправильное решение о занятости рельсовой линии. Перерегулировка рельсовой цепи в этом случае с целью повышения уровня рабочего сигнала может привести к нарушению условий выполнения шунтового режима, например, при восстановлении сопротивления балласта.

Известен приемник для рельсовой цепи, в котором решение выносится на основе анализа знака производной огибающей входного сигнала (см. авт.св. N 1368218 по заявке N 4099600 приоритет 4 августа 1986 г. БИ. N 3. 1988). Значение производной в зависимости от знака сравнивается в пороговых устройствах с эталонным напряжением. Когда значение производной превышает опорный сигнал, на выходе порогового элемента появляется сигнал логической единицы, который регистрируется схемой. Исследования показали, что сигнал контроля состояний рельсовых линий представляет собой нестационарный случайный процесс. Знак и величина производной сигнала КРЛ могут изменяться не только при переключении режима работы рельсовой цепи, но и вследствие воздействия помех и флуктуаций сопротивления изоляции рельсов. Сравнивание производной с фиксированным порогом может привести к потерям в эффективности, если порог окажется выше, чем производная сигнала в нормальной режиме. С другой стороны, низкий порог может привести к ложным срабатываниям в шунтовом режиме.

Известен приемник для рельсовой цепи, в котором решение о состоянии рельсовой линии выносится на основе сравнения с порогом решающей статистики, получаемой путем суммирования временных отсчетов полезного сигнала (см. авт. св. N 1645183 по заявке N 4477641 приоритет от 29.08.1988).

Известен приемник для путевой автоблокировки, в котором для ускорения обнаружения момента изменения режимов работы рельсовой линии производится двухпараметрический контроль за математическим ожиданием входного сигнала и его дисперсией (см. авт. св. N 1798234 по заявке N 4820463, приоритет 27.04.1990). Эти признаки, характеризующие тот или иной режим, суммируются по алгоритму так называемой кумулятивной суммы, и сравниваются с порогом h.

Недостатком этих приемников является то, что для их нормальной работы необходимо задать фиксированные значения дисперсии помех, действующих в рельсовой линии, и амплитуду сигнала контроля рельсовой линии в нормальном и шунтовом режиме. Указанные значения позволяют рассчитать уровни сигналов на выходах блоков коррекции.

Поскольку перечисленные параметры представляют собой нестационарные случайные процессы, то приемники, настроенные на определенные значения, могут ложно фиксировать свободное состояние контролируемой рельсовой линии. Это снижает уровень безопасности движения поездов.

Известен приемник для рельсовой цепи, в котором определяется среднее значение величины полезного сигнала (см. авт. св. N 1740225 по заявке N 4753085, приоритет от 26 октября 1989 г.). Оценки уровня сигнала используются для расчета значения решающей статистики.

Недостаток работы данного приемника состоит в том, что при включении/выключении устройства или при перебоях в электропитании теряется информация о состоянии рельсовой линии. Оценки среднего уровня в нормальном и шунтовом режиме обнуляются и существует трудность различения режимов работы рельсовой цепи.

Приращение решающей статистики пропорционально произведению входного сигнала y_h и разности оценок среднего сигнала КРЛ в нормальном и шунтовом режиме (θ₂-θ₁) При изменении сопротивления изоляции рельсов возможна ситуация, когда значения оценок среднего сигнала КРЛ в нормальном и шунтовом режиме сближаются. При этом снижается эффективность работы приемника, и возможны ситуации, когда он ложно фиксирует свободное состояние рельсовой линии.

Известен приемник для рельсовой цепи, выбранный в качестве прототипа (см. авт. св. N 1754547 по заявке на изобретение N 4819370 от 24 апреля 1992 г.). В этом устройстве имеются два параллельно работающих канала для определения нормального и шунтового режимов работы рельсовой цепи.

Приемник прототип имеет недостаток. Для устойчивой работы устройства необходимо указать точные значения сигнала КРЛ в нормальном и шунтовом режимах.

Технический эффект изобретения состоит в повышении надежности работы приемника для рельсовой цепи и исключении ложной фиксации свободного состояния рельсовой линии. Технический эффект достигается за счет дополнительного блока вычисления среднего значения сигнала КРЛ, элемента задания сигнала постоянного уровня, который пропорционален максимальному допустимому отклонению сигнала КРЛ от среднего уровня, двух дополнительных запоминающих регистров, трех дополнительных вычитателей и двух дополнительных коммутаторов.

В предложенном устройстве для контроля состояния рельсовых линий применен алгоритм обнаружения скачка сигнала для случая, когда неизвестны параметры сигнала после скачка и момент изменения (см. М. Бассвиль "Обнаружение скачкообразных изменений среднего значения сигнала. Обобщение на аддитивные изменения в моделях пространства состояний", в кн. "Обнаружение изменения свойств сигналов и динамических систем", Пер. с англ. /М. Бассвиль, А. Вилски, А. Бангвенист и др. Под ред. М. Бассвиль, А. Банвениста, М. Мир. 1989, с. 20-21).

Устройство работает следующим образом. При смене режима работы рельсовой цепи происходит скачкообразное изменение сигнала КРЛ. Среднее значение сигнала КРЛ до скачка можно определить по результатам предшествующих наблюдений. Априорно задается минимальная величина скачка V. Направление изменения сигнала неизвестно. Одновременно выполняются две процедуры, одна из которых отслеживает скачок в сторону увеличения, а другая в сторону уменьшения значения сигнала КРЛ.

Для обнаружения скачка в сторону увеличения используются следующие соотношения:

Обнаружение скачка происходит, когда выполняется условие
U_n-m_n≥ λ,
где U_n решающая статистика, накопленная на интервале наблюдений [0,n]
m_n минимум U_n на интервале наблюдений [0,n]
y_k значение сигнала КРЛ;
μ_o оценка среднего значения сигнала КРЛ, рассчитанная по результатам предшествующих наблюдений;
V минимальное значение скачка сигнала КРЛ при изменении состояния рельсовой линии.

Для обнаружения скачка в сторону уменьшения используются следующие соотношения:

Обнаружение скачка происходит, когда выполняется условие M_n-T_n≥ λ, T_n решающая статистика, накопленная на интервале наблюдений [0,n]
M_n максимум T_n на интервале наблюдений [0,n]
λ порог принятия решения.

На чертеже приведена схема приемника для рельсовой цепи.

Приемник для рельсовой цепи, содержащий фильтр 1, детектор 2, интегратор 3, дискретизатор 4, дополнительный блок вычисления среднего 5, дополнительные вычитатели 6, 13, 21, вычитатель 7, сумматоры 8, 15, 16, элементы задержки 9, 17, компараторы 10, 18, дополнительные запоминающие регистры 12, 21, дополнительные коммутаторы 11, 19, пороговые элементы 14, 22, регистратор 23.

Предложенное устройство работает следующим образом.

Входной сигнал через полосовой фильтр 1 подается на линейный детектор 2 огибающей. Продетектированный входной сигнал интегрируется в блоке 3 и подается на дискретизатор 4. С выхода дискретизатора значения огибающей входного сигнала y_k подается на вход блока вычисления среднего значения 5.

В блоке вычисления среднего значения сигнала КРЛ формируется величина m_o Поскольку неизвестно, в какую сторону произойдет скачок, то обработка сигнала производится одновременно в двух каналах. В первом канале по формулам (1) определяется скачок сигнала в сторону увеличения, который происходит при освобождении рельсовой цепи. Первый канал образует совокупность взаимосвязанных блоков 7-14 заявленного устройства.

Во втором канале с помощью соотношений (2) определяется скачок значения сигнала КРЛ в сторону уменьшения, который происходит при шунтировании или нарушении целостности рельсовой линии. Второй канал образуется совокупностью взаимосвязанных блоков 15-21.

На выходе обоих каналов установлены пороговые элементы, которые фиксируют скачок сигнала. Выходы пороговых элементов подключены к входам регистратора.

Выход блока вычисления среднего значения 5 и выход дискретизатора 41 соединены с первым и вторым входами дополнительного первого вычитателя 6, на выходе которого образуется сигнал, пропорциональный (y_k-μ_o) С выхода первого вычитателя 6 сигнал поступает на объединенные первые входы второго вычитателя 7 и первого сумматора 15, к объединенным вторым входам которых подключен элемент задания сигнала постоянного уровня V/2.

На выходе второго вычитателя 7 формируется сигнал, пропорциональный
Выход второго вычитателя 7 подключен к первому входу второго сумматора 8, выход которого через первый элемент задержки 9 соединен со своим вторым входом. В сумматоре 8 формируется значение решающей статистики
Выход второго сумматора 8 соединен с объединенными первыми входами первого компаратора 10, дополнительного первого коммутатора 11 и дополнительного третьего вычитателя 13. Выход первого компаратора 10 управляет дополнительным коммутатором 11, с помощью которого выход второго сумматора 8 подключается к входу первого дополнительного запоминающего регистра 12, выход которого соединен с объединенными вторым входом первого компаратора и первым входом дополнительного третьего вычитателя 13. В первом дополнительном запоминающем регистре хранится значение минимума m_k решающей статистики U_k на текущем интервале наблюдения. В том случае, когда очередное значение решающей статистики становится меньше минимума, отпирается первый коммутатор 11 и значение U_k заносится в первый запоминающий регистр 12. На выходе дополнительного третьего вычитателя формируется сигнал, пропорциональный разности (U_k m_k), который поступает на вход первого порогового элемента 14, где сравнивается с величиной λ
Выход первого сумматора 15 подключен к первому входу третьего сумматора 16, выход которого через второй элемент задержки 17 соединен со своим вторым входом.

На выходе первого сумматора 15 образуется сигнал, пропорциональный
В сумматоре 16 формируется значение решающей статистики
Выход третьего сумматора 16 соединен с объединенными первыми входами второго компаратора 18, дополнительного четвертого вычитателя 21 и вторым входом дополнительного второго коммутатора 19. Выход второго компаратора 18 соединен с первым входом второго коммутатора 19, с помощью которого выход третьего сумматора 16 подключается к входу второго дополнительного запоминающего регистра 20, выход которого соединен с объединенными первым входом второго компаратора и первым входом дополнительного четвертого вычитателя 21. В дополнительном втором запоминающем регистре 20 хранится значение максимума M_k решающей статистики на текущем интервале наблюдения.

В том случае, когда очередное значение решающей статистика становится больше максимума, на выходе компаратора формируется управляющий сигнал, который отпирает второй коммутатор 19, и значение T_k заносится во второй запоминающий регистр 20. На выходе дополнительного четвертого вычитателя формируется сигнал, пропорциональный разности (M_k - T_k), который поступает на вход второго порогового элемента 22, где сравнивается с величиной λ
Выходы первого 14 и второго 22 пороговых элементов подключены к входам регистратора 23.

В момент изменения состояния рельсовой линии происходит скачок входного сигнала, и на выходе одного из пороговых устройств формируется сигнал логической единицы, который переключает регистратор. При освобождении рельсовой линии логическая единица появляется на первом входе регистратора, а при въезде поезда на блок-участок на втором входе регистратора.

Блок вычисления среднего значения может быть реализован как совокупность взаимосвязанных блоков 11-29 "Приемника для рельсовой цепи" (авт.св. N 1740225 по заявке N 4753085 от 26 октября 1989 г.).

Регистратор может быть реализован как совокупность взаимосвязанных блоков 7-18 "Приемника для рельсовой цепи" (см. авт.св. N 1368218 по заявке N 4099600, приоритет 4 августа 1986 г. БИ N 3, 1988).

Использование: в перспективных системах автоблокировки для контроля состояния рельсовых линий. Сущность изобретения: устройство содержит последовательно соединенные детектор, интегратор, дискретизатор, а также вычислитель, элемент задания сигнала постоянного уровня, сумматоры, компараторы, элементы задержки, пороговые элементы, блок вычисления среднего значения сигнала рельсовой линии, коммутаторы и регистратор. 1 ил.

Приемник для рельсовой цепи, содержащий последовательно соединенные фильтр, детектор, интегратор и дискретизатор, вычитатель, элемент задания сигнала постоянного уровня U/2, где U минимальная возможная величина скачка уровня сигнала в рельсовой линии при изменении режима работы рельсовой цепи, первый, второй и третий сумматоры, первый и второй элементы задержки, первый и второй компараторы, первый и второй пороговые элементы, выходы которых соединены с первым и вторым входами регистратора, отличающийся тем, что он снабжен блоком вычисления среднего значения уровня сигнала с рельсовой линии, первым и вторым запоминающими регистрами, коммутаторами и дополнительными вычитателями, причем выход дискретизатора соединен с первыми входами блока вычисления среднего значения уровня сигнала в рельсовой линии и первого вычитателя, к второму входу которого подключен выход упомянутого блока вычисления, к выходу первые входы второго вычитателя и первого сумматора, к вторым входам которых подсоединен элемент задания сигнала постоянного уровня U/2, а выходы подключены соответственно к первым входам второго и третьего сумматоров, выходы которых соединены со своими вторыми входами соответственно через первый и второй элементы задержки, выход второго сумматора соединен с первыми входами первого коммутатора, третьего вычитателя и первого компаратора, выход которого подключен к второму входу упомянутого коммутатора для обеспечения подключения по выходному сигналу первого компаратора выхода второго сумматора к входу первого запоминающего регистра, выход которого соединен с вторыми входами первого компаратора и третьего вычитателя, выход которого подключен к первому пороговому элементу, а выход третьего сумматора соединен с первыми входами четвертого вычитателя, второго коммутатора и вторым входом второго компаратора, выход которого подключен к второму входу упомянутого коммутатора для обеспечения подключения по выходному сигналу второго компаратаора выхода третьего сумматора к входу второго запоминающего регистра, выход которого соединен с первым входом второго компаратора и вторым входом четвертого вычитателя, выход которого подключен к входу второго порогового элемента.