ПУТЕВОЙ ДАТЧИК Российский патент 2001 года по МПК B61L1/08 B61L1/16 

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано в системах железнодорожной автоматики для регистрации прохождения колесных пар подвижного состава.

Известен "Путевой датчик", содержащий постоянный магнит вставленный в "рассечку" центрального стержня Т-образного магнитопровода, закрепленного на шейке рельса перпендикулярно последней, в зазорах, образованных торцами поперечного стержня магнитопровода с гребнем колеса и подошвой рельса, установлены бесконтактные магнитоуправляемые элементы, которые подключены к входам регистратора (а.с. СССР N 1519943, МКИ 4 B 61 L 1/08, 1/16, 07.11.89, бюл. N 41). Однако указанный путевой датчик имеет следующие недостатки. Датчик гальванически связан с регистратором и требует предварительной балансировки. Применение магнитодиодов требует установки на поле, в непосредственной близости отдатчика, регистраторов большой чувствительности.

За прототип принят "магнитоэлектронный путевой датчик", содержащий магнитопровод с двумя постоянными магнитами, расположенными параллельно рельсу, автогенераторы гармонических колебаний и коммутирующие нелинейные индуктивности, включенные в цепь обратной связи генераторов и расположенные в рабочем зазоре между головкой рельса и полюсными наконечниками магнитов (а.с. СССР N 195491, МКИ 4 B 61 L 1/08 04.05.67, бюл. N 10).

Недостатком данного изобретения является то, что использование принципа срыва автоколебаний генераторов для регистрации прохождения колесной пары снижает надежность устройства. Применение в автогенераторах биполярных германиевых транзисторов, обладающих сильной зависимостью основных параметров от температуры окружающей среды, делает этот датчик чувствительным к внешним климатическим воздействиям, что также снижает его надежность и требует постоянной регулировки датчиков в процессе эксплуатации. Гальваническая развязка, выполненная с помощью трансформаторов, увеличивает аппаратные затраты и энергопотребление. Выходной сигнал датчика требует дополнительного преобразования, что не позволяет непосредственно подключать датчик к стандартному элементу ввода из номенклатуры микро Дат. Сложная конструкция механической части датчика повышает стоимость его изготовления и обуславливает необходимость его предварительной регулировки на поле при монтаже.

Задача, решаемая изобретением, - повышение надежности фиксации прохождения колесной нары, определение направления и скорости движения подвижной единицы. Это достигается тем, что путевой датчик, содержащий постоянный магнит и два магниточувствительных элемента, включенные в цепи обратной связи двух генераторов и ориентированные так, что магнитные силовые линии замыкаются через магниточувствительные элементы, выполненные в виде катушек индуктивности, и зону прохождения реборды колеса, согласно изобретению дополнительно сдержит "PIC-контроллер", с самоадаптирующейся программой и диапазоном рабочих температур от -55^oC до +125^oC, предназначенный для фиксации факта прохождения колеса и формирования сообщений о направлении и скорости движения подвижной единицы, подключенный к выходам двух генераторов, выполненных в виде генераторов прямоугольных импульсов, при этом кантики индуктивности размещены на замкнутых ферритовых магнитопроводах. Применена оптронная развязка, а все элементы путевого датчика размещены в одном корпусе и залиты эпоксидной смолой. Выходной сигнал датчика может быть непосредственно подан на вход стандартного элемента ввода дискретных сигналов из номенклатуры микро Дат.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый путевой датчик отличается использованием "PIC-контроллера" с самоадаптирующейся программой для фиксации факта прохождения колесной пары и формирования сообщений о направлении и скорости движения подвижной единицы, конструкцией магниточувствительных элементов (содержит один постоянный магнит и две катушки индуктивности, размещенные на замкнутых ферритовых магнитопроводах), использованием оптронной развязки.

На фиг. 1 изображена принципиальная электрическая схема путевого датчика. Чувствительные элементы путевого датчика L1 и L2 включены в цепи обратной связи генераторов прямоугольных импульсов, выполненных на базе ИМС D.1 типа К 1443УДЗ. Выходы генераторов соединены с портом ввода/вывода "PIC-контроллера" D2 типа PICI6F84, R9, R12, VT1, VT2 являются элементами оптронной развязки, R1 - R8 задают режим работы микросхемы D1, элементы VD1, C5, C6 входят в состав встроенного стабилизатора питающего напряжения, выполненного на ИМС D3 типа KP142EН5A. Q, C3, C4 - частотозадающие элементы "PIC-контроллера". Питание датчика осуществляется от стандартной линии СЦБ напряжением +24V.

На фиг. 2 и 3 показано расположение магниточувствительных элементов и постоянного магнита относительно рельса. В пластмассовом цилиндрическом корпусе 6 размещен постоянный магнит 4, катушка индуктивности I, катушка индуктивности II и печатная плата 5, на которой размещены генераторы прямоугольных импульсов, PIC-контроллер, узел оптронной развязки и стабилизатор питающего напряжения. Датчик крепится к стандартной противоугонной скобе 1 с помощью стального кронштейна 2 и болта с гайкой, устанавливаемого в отверстие 3.

Использование двух магниточувствительных элементов позволяет фиксировать с помощью путевого датчика факт прохождения колесной пары, направление движения подвижной единицы и мгновенную скорость колеса. Магниточувствительные элементы размещены таким образом, что срабатывание первого элемента происходит при входе реборды колеса в зону чувствительности датчика, а срабатывание второго элемента происходит при выходе реборды колеса из зоны чувствительности датчика. Путевой датчик работает следующим образом. Оба магниточувствительных элемента имеют одинаковую конструкцию. Рассмотрим работу элемента I. Он ориентирован относительно головки рельса таким образом, что прохождение реборды колеса вызывает изменение напряженности постоянного магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом, и подмагничивающего катушку индуктивности.

Сердечник катушки выполнен из материала с высокой магнитной проницаемостью ((феррита). Такой сердечник обладает резкой зависимостью обратимой магнитной проницаемости от напряженности подмагничивающего поля. В свою очередь изменение магнитной проницаемости сердечника приводит к изменению величины индуктивности катушки. Таким образом, прохождение реборды колеса вызывает изменение величины индуктивности катушки. Поскольку катушка индуктивности включена в цепь обратной связи генератора прямоугольных импульсов, изменение величины индуктивности катушки приводит к изменению периода следования прямоугольных импульсов, изменение величины индуктивности катушки приводит к изменению периода следования прямоугольных импульсов. Факт изменения периода следования импульсов фиксируется "PIC- контроллером". Второй магниточувствительный элемент работает аналогично. В зависимости от того, какой магниточувствительный элемент (I или II) срабатывает раньше "PIC- контроллер" формирует сообщение о направлении движения подвижной единицы. Определение мгновенной скорости движения колеса происходит следующим образом. Рассмотрим выражение

где V - искомая мгновенная скорость;
ΔS - расстояние между двумя магниточувствительными элементами (известная величина);
Δt - интервал времени между моментом срабатывания первого и второго магниточувствительного элемента.

С помощью "PIC-контроллера" вычисляется величина Δt, а затем по формуле (1) мгновенная скорость колеса и "PIC-контроллер" формирует сообщение о скорости движения подвижной единицы.

Предлагаемый путевой датчик по сравнению с прототипом позволяет обеспечить следующие преимущества:
- упрощение конструкции,
- удешевление датчика,
- повышение надежности за счет применения оптронной развязки и "PIC- контроллера" с самоадаптирующейся программой;
- удешевление постовой части, поскольку нет необходимости в дополнительном преобразовании выходного сигнала путевого датчика;
- устойчивость к внешним климатическим воздействиям (-55^oC +125^oC) и отсутствие необходимости периодической регулировки путевого датчика на посту и поле за счет применения "PIC-контроллера" с самоадаптирующейся программой;
- снижение энергопотребления в 50 раз;
- удешевление датчика в 7 раз;
- ощутимая экономия кабельной продукции за счет использования всего 3-х жил кабеля для любого количества датчиков в "гирлянде" (2 жилы - магистральное питание и 1 жила - для передачи дискретной информации).

Изобретение относится к железнодорожной автоматике и предназначено для регистрации колесных пар подвижного состава. Путевой датчик содержит постоянный магнит. Два магниточувствительных элемента включены в цепи обратной связи двух генераторов. Магнитные силовые линии замыкаются через магниточувствительные элементы и зону прохождения реборды колеса. Имеется "РIС-контроллер" с самоадаптирующейся программой и диапазоном рабочих температур от -55 до 125°С. Он предназначен для фиксации факта прохождения колеса и формирования сообщений о направлении и скорости движения подвижной единицы и подключен к входам двух генераторов. Технический результат заключается в повышении надежности фиксации прохождения колесной пары, определении направления и скорости ее движения. 3 ил.

Путевой датчик для систем железнодорожной автоматики, содержащий постоянный магнит и два магниточувствительных элемента, включенные в цепи обратной связи двух генераторов и ориентированные так, что магнитные силовые линии замыкаются через магниточувствительные элементы, выполненные в виде катушек индуктивности, и зону прохождения реборды колеса, отличающийся тем, что он дополнительно содержит "РIС-контроллер" с самоадаптирующейся программой и диапазоном рабочих температур от -55 до 125°С, предназначенный для фиксации факта прохождения колеса и формировании сообщений о направлении и скорости движения подвижной единицы, подключенный к выходам двух генераторов, выполненных в виде генераторов прямоугольных импульсов, при этом катушки размещены на замкнутых ферритовых магнитопроводах.