СПОСОБ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ РЕЛЬСОВОЙ ЛИНИИ Российский патент 2001 года по МПК B61L23/16 

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано для контроля состояния изолированных участков рельсовой линии.

Известен способ контроля свободного состояния рельсовой линии, реализованный в устройстве, при котором на питающем конце формируют сигналы разных частот и подают их в рельсовую линию, а на релейном конце фиксируют уровень напряжения сигналов обеих частот, сравнивают их с опорным сигналом и по превышению уровня напряжения каждого из сигналов над соответствующим пороговым уровнем судят об отсутствии шунта на рельсовой линии /1/.

Известен также способ контроля свободного состояния рельсовой линии, при котором на питающем конце формируют сигналы разных частот и подают их в рельсовую линию, а на релейном конце определяют разность уровней сигналов большей и меньшей частот и формируют сигнал о состоянии рельсовой линии: если разность уровней сигналов имеет положительное значение (U_f2-U_f1>0), то рельсовая линия свободна (нормальный режим), а если разность уровней сигналов имеет отрицательное значение (U_f2-U_f1<0), то рельсовая линия занята (шунтовой режим) /2/.

Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.

Недостатком способов является зависимость контроля состояния рельсовой линии от колебаний уровня напряжения источников сигналов различных частот, возможность ошибочного определения состояния при воздействии помех на сигнал релейного конца рельсовой линии, изменение уровней напряжения на релейном конце рельсовой линии вследствие изменения сопротивления изоляции.

Целью изобретения является повышение надежности определения состояния рельсовой линии за счет обеспечения инвариантности к возмущениям (как помехам в рельсовых линиях, изменению сопротивления изоляции, колебанию уровней напряжения источников сигналов).

В основу способа контроля состояния рельсовых цепей заложена идея принципа инвариантности, известной в промышленной автоматике и измерительной технике, но, впервые примененная авторами при построении рельсовых цепей. Основная идея принципа - для обеспечения инвариантности к возмущениям, необходимо наличие двух и более каналов передачи возмущающего воздействия от места приложения воздействия до приемника /3/, /4/. Эти два канала организованы частотным разделением с достаточно близкими частотами, чтобы каналы были квазидентичны.

Сущность способа контроля состояния рельсовой линии заключается в том, что на питающем конце формируют сигналы разных частот и подают их в рельсовую линию, на релейном конце определяют разность уровней сигналов большей и меньшей частот, дополнительно на релейном конце сигналы детектируют, интегрируют, а разность уровней сигналов большей и меньшей частот сравнивают с заранее определенными, соответствующими нормальному, шунтовому и контрольному режимам работы, опорными напряжениями, и по результатам сравнения определяют состояние рельсовой линии.

За счет принятия решения о состоянии рельсовой линии по величине разности уровней сигналов большей и меньшей частот достигается инвариантность к колебанию уровней напряжений источников сигналов, помехам в рельсовых линиях, изменению сопротивления изоляции.

Применение предложенных приемов и операций дают следующие преимущества по сравнению с известными способами контроля состояния рельсовой линии.

Из-за того, что на питающем конце в рельсовую линию подают сигналы разных частот, отличающихся незначительно, закон изменения напряжения на выходе рельсовой линии от изменения сопротивления изоляции на большей и меньшей частотах одинаков, а решение о состоянии рельсовой линии принимается по величине разности уровней сигналов большей и меньшей частот, а разность уровней одинаково изменяющихся сигналов постоянна, заявляемый способ позволяет обеспечить стабильность напряжения на приемнике от изменения сопротивления изоляции в широком диапазоне; так как решение о состоянии рельсовой линии принимается по величине разности уровней сигналов большей и меньшей частот, обеспечивается инвариантность к помехам в рельсовых линиях вследствие того, что помеха действует на оба канала (под первым каналом понимается передача напряжения меньшей частоты от питающего к релейному концу, а под вторым каналом - передача напряжения на большей частоте от питающего к релейному концу рельсовой линии) одновременно, то в результате вычета от напряжения большей частоты напряжения меньшей частоты, составляющие помех компенсируются. Источники сигналов разных частот питаются от одного источника питания, поэтому колебание питающего напряжения одинаково сказывается на уровнях сигналов на большей и меньшей частотах, следовательно, составляющие от колебания напряжения питания одинаковы. В результате вычитания на релейном конце напряжения большей частоты от напряжения меньшей частоты составляющие взаимно компенсируются и решение о состоянии рельсовой линии принимается без влияния колебания питающего напряжения.

На фиг. 1 показана функциональная схема примера реализации предлагаемого способа контроля рельсовой линии; на фиг. 2 - кривые зависимости напряжений на релейном конце, на частотах 25 Гц и 50 Гц в нормальном и шунтовом режимах от изменения сопротивления изоляции; на фиг. 3 - кривые разности амплитуд напряжений большей и меньшей частот от изменения сопротивления изоляции в нормальном и шунтовом режимах.

Способ может быть реализован в виде следующего устройства, содержащего источник питания 1, вход которого подключен к сети переменного тока, выход - к входам генераторов меньшей 2 и большей 3 частот, которые через полосовые фильтры меньшей 4 и большей 5 частоты подключены параллельно к питающему концу рельсовой линии 6, а к релейному концу рельсовой линии параллельно подключены входы полосовых фильтров меньшей 7 и большей 8 частот, выход первого из них через последовательно соединенные детектор 9 и интегратор 11 подключен к одному входу блока вычисления разности напряжений 13, выход второго полосового фильтра через последовательно соединенные детектор 10 и интегратор 12 подключен к другому входу блока вычисления разности напряжений 13, выход которого подключен к одному из входов блока сравнения 14, причем на другие входы которого подаются опорные напряжения, соответствующие режимам работы рельсовой линии.

Способ осуществляется следующим образом.

На питающем конце в рельсовую линию от двух генераторов различных частот, питающихся от одного источника через полосовые фильтры, исключающие влияние двух генераторов друг на друга, подают сигналы двух частот f₁ и f₂, причем f₁<f₂. На релейном конце эти напряжения через соответствующие полосовые фильтры, настроенные на частоту f₁ и f₂, поступают в продетектированном виде на интеграторы 11 и 12. Блок вычисления разности 13 вычитает из амплитуды напряжения интегратора 12 амплитуду напряжения интегратора 11. Вычисленная разность амплитуд поступает на вход блока сравнения 14, на другие входы которого подаются опорные напряжения, заранее определенные, соответствующие предельным значениям режимов работы. Блок сравнения сопоставляет разностную амплитуду напряжения с опорными и при выполнении одного из условий

где U_разн - выходное разностное напряжение блока вычисление разности,
U_оп.Н.Р., U_оп.Ш.Р., -заранее определенные напряжения, соответствующие нормальному, шунтовому режимам,
на его выходе появляется напряжение, соответствующее состоянию рельсовой линии.

При колебании питающего напряжения сети соответственно изменяются амплитуды напряжений и на выходе генераторов. Изменение сигнала на частотах f₁ и f₂, если частоты достаточно близки друг к другу, но не равны, имеет один закон изменения, что подтверждается кривыми и на релейном конце для частот f₁=25 Гц и f₂=50 Гц, представленными на фиг. 2. Поэтому эти колебания напряжения генераторов сказываются на амплитудах напряжений интеграторов 11, 12. Если произошло увеличение напряжения в интеграторе 11, то происходит также увеличение в интеграторе 12. Блок вычисления разности эти приращения компенсирует в результате операции вычитания. Аналогично компенсируется уменьшение. Этим самым выполняется условие инвариантности к колебанию напряжения сети.

При уменьшении сопротивления изоляции уменьшаются амплитуды напряжений и на релейном конце. Например, в нормальном режиме это изменение на частоте 25 Гц составляет 2,35 раза, а на 50 Гц - 3,32 раза (фиг. 2), разность напряжений для названных частот изменяется всего в 1,33 раза. Это подтверждает идею о близости законов изменения напряжений и . В шунтовом режиме на частоте 25 Гц напряжение изменяется в 2,21 раза (фиг. 2), а на частоте 50 Гц - 4,54 раза (фиг. 2), разность U_разн изменяется в зависимости от изменения сопротивления изоляции всего в 1,6 раз (фиг. 3).

Следовательно, наблюдается эффект относительной инвариантности к изменению сопротивления изоляции и достигается стабилизация разностного напряжения от изменения сопротивления изоляции.

Воздействие помех на оба канала (по f₁ и f₂) сказывается одинаково, поэтому и приращения в обоих каналах от составляющей помехи одинаково, и в блоке вычисления разности напряжений эти приращения взаимно компенсируются . Это показывает на достижение инвариантности к помехам.

Предлагаемый способ позволяет значительно расширить диапазон правильного определения состояния рельсовой линии.

Так, если минимальное сопротивление изоляции равно 0,2 Ом•км, то запас по шунтовому режиму (фиг. 3), что показывает на расширение функциональных возможностей предлагаемого способа распознавания состояния рельсовой линии в сравнении с прототипом.

При оптимизации сопротивлений по концам рельсовой линии по критерию К_ш--->max диапазон правильного функционирования можно еще расширить по минимальному сопротивлению изоляции.

Применение предлагаемого способа контроля состояния рельсовой линии обеспечивает по сравнению с существующими следующие технико-экономические преимущества:
- повышается точность контроля состояния рельсовой линии за счет инвариантности к возмущениям (помеха, изменение сопротивления изоляции, колебания питающего напряжения);
- расширяется диапазон работоспособности рельсовой цепи по сопротивлению изоляции благодаря оценки состояния по разности напряжений двух частот;
- увеличивается межремонтный период по очистке и замене балластного материала и шпал за счет расширения диапазона изменения изоляции, при котором сохраняется правильное распознавание состояния рельсовой линии;
- улучшается качество обслуживания рельсовых цепей благодаря повышению надежности функционирования;
- сокращаются задержки поездов вследствие исключения ложной занятости рельсовых линий.

Использованные источники
1. Авторское свидетельство СССР N 187827, кл. B 61 L 23/16 опубл. БИ N 21, 1966 г. Устройство автоблокировки и автоматической локомотивной сигнализации с рельсовыми цепями без изолирующих стыков. А.В.Шишляков, Д.К.Пугин, Г.К.Ефимов, А.Ф.Михайлов, В.С.Дмитриев, А.А.Евпятьев, А.М.Брылеев.

2. Авторское свидетельство СССР N 1785935, кл. B 61 L 23/16, опубл. БИ N 1, 07.01.1993. Способ контроля свободности рельсовой линии. В.Т.Барабаш, В. Ф. Будников, Н.В. Яковлев (прототип).

3. Петров Б.Н., Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков А.С. Принцип инвариантности в измерительной технике. М.: Наука, 1976, стр.243.

4. Кухтенко А.И. Проблема инвариантности в автоматике. Киев., 1963, стр. 376.

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано для контроля состояния изолированных участков рельсовой линии. На питающем конце формируют сигналы разных частот и подают их в рельсовую линию. На релейном конце сигналы детектируют, интегрируют и определяют разность уровней сигналов большей и меньшей частот. Разность сравнивают с заранее определенными, соответствующими нормальному, шунтовому и контрольному режимам работы, опорными напряжениями. По результатам сравнения определяют состояние рельсовой линии. Технический результат - повышение надежности определения состояния рельсовой линии. 3 ил.

Способ контроля состояния рельсовой линии, при котором на питающем конце формируют сигналы разных частот и подают их в рельсовую линию, на релейном конце определяют разность уровней сигналов большей и меньшей частот, отличающийся тем, что на релейном конце сигналы детектируют, интегрируют, а разность уровней сигналов большей и меньшей частот сравнивают с заранее определенными, соответствующими нормальному, шунтовому и контрольному режимам работы, опорными напряжениями, и по результатам сравнения определяют состояние рельсовой линии.