СИСТЕМА КОНТРОЛЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ БАЛЛАСТА И ЦЕЛОСТНОСТИ РЕЛЬС ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ ЛИНИИ С ПРИМЕНЕНИЕМ СИГНАЛОВ С ЛИНЕЙНОЙ ЧАСТОТНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ Российский патент 2016 года по МПК B61L23/04 

Контроль свободности участка и целостности рельс железнодорожной линии обусловлен необходимостью поддержания высокого уровня безопасности и непрерывности движения поездов [1].

Система контроля сопротивления балласта и целостности рельс железнодорожной линии относится к железнодорожной автоматике, в частности к контролю движения поездов, свободности и исправности рельсовой линии, сопротивления балласта.

Аналогом предлагаемой системы является устройство контроля целостности рельса, патент РФ №2424936, B61L 23/16, приоритет 04.02.2010 г., опубликовано 27.07.2011 [2], содержащее генератор импульсов с входом управления, один полюс которого соединен с первой рельсовой нитью на одном конце рельсовой линии, другой полюс которого соединен со второй рельсовой нитью на этом же конце рельсовой линии через измерительное устройство, включающее в себя резистор, включенный параллельно аналого-цифровому преобразователю, и подключенное выходом к входу устройства обработки информации и управления, выход которого соединен с входом управления генератора импульсов, к другому концу рельсовой линии подключен дроссель. Генератор импульсов выполнен с дополнительно установленными, связанными между собой коммутатором и стабилизатором напряжения, вход которого соединен с конденсатором, выход - с входом коммутатора напряжения, вход управления которого связан с выходом устройства обработки информации и управления, а выход - с рельсовой линией.

Недостатки аналога: не измеряется параметр сопротивления балласта R_б; не определяется место излома или изъятия рельса; нет мониторинга контроля сопротивления балласта.

В заявленном изобретении вся контролируемая рельсовая цепь РЦ (фиг. 1) длиной L_рц, и состоящая из левой - 1 и правой - 2 рельсовых нитей, оборудована N комплектами однотипных устройств контроля сопротивления балласта и целостности рельс (УКБР) - 3. Каждое из УБКР предназначено для контроля одного из N перекрывающихся с запасом Δl_n участков контроля длиной ≈2l_ук.n, n=1, 2, 3, …, N, так что

,

причем к участку контроля номер , подключено одно.

Все УКБР объединены линиями связи с микропроцессором управления контролем рельсовой цепи (МП УКРЦ) - 4.

УБКР - 3 на n-ом участке контроля длиной 2l_ук.n, разбитого на 2K интервалов контроля, состоит (фиг. 2) из: генератора - 6; приемников - 7; коммутаторов генератора - 8; коммутаторов приемников - 9, совместную работу которых обеспечивает синхронизирующими и управляющими сигналами МП УКРЦ-4.

Генератор - 6 подключается коммутатором 8 поочередно к контролируемым рельсовым линиям в точках с координатой X_n=0 и формирует из непрерывных колебаний, путем воздействия на них модулирующими сигналами, последовательность стимулирующих квазигармонических импульсных, с длительностью τ_nk и периодом следования T_nk, сигналов с внутриимпульсной линейной частотной модуляцией (ЛЧМ) (фиг. 3) с чередующимися, соответственно подключенной рельсовой линии, параметрами предыскажений и индекса модуляции, адаптированными к каждому k-му интервалу контроля [3]:

где соответственно: x_n - текущая линейная координата на n-ом участке контроля; U_гn - амплитуда, τ_nk - длительность, ω_nk(µ_n, t) - закон частотной модуляции, g_nk(ω) - коэффициент амплитудных предыскажений, Θ_nk(ω) - фазовые предыскажения ЛЧМ сигнала;

Приемники - 7 в количестве 2K на интервале контроля подключаются к рельсовым линиям на границах k-го интервала контроля коммутаторами - 9 в точках с линейными координатами ±X_nk∈[0; 2l_ук.n], отсчитываемых от точки включения генератора - 6, и стробируются на время τ_nk по приходу на их входы начала ЛЧМ импульсов, распространяющихся от передатчика 6 до точки подключения приемников 7, в результате чего на их входы поступают поочередно ЛЧМ импульсы, снимаемые с контролируемой рельсовой линии:

где Z_вх.k (ω) - комплексное входное сопротивление приемника 7 сигналов с k-го интервала; Z_nk(x_n, ω) - комплексное сопротивление контролируемой, 1 или 2, линии на k-ом интервале; с - скорость распространения электрического ЛЧМ сигнала в рельсовой линии.

ЛЧМ сигнал (2) подвергается квазиоптимальной обработке [4] в цифровом фильтре, программно реализованном в микроконтроллере приемника 7. Благодаря этому (фиг. 4) вблизи момента времени t_n=(T_n+τ_n) формируется отклик U_сф(t). Амплитуда и длительность отклика квазисогласованного фильтра есть функции многих переменных, а именно: параметров исходного сигнала (1) U_г.n, µ_n, τ_nk, и его частотных предыскажений g_nk(x_n, ω) и Θ_nk(x_n, ω); параметров контролируемой линии - сопротивления Z_nk(x_n, ω) и скорости с; входного сопротивления приемника Z_вх.k(ω). При постоянных значениях параметров исходного сигнала (1), предыскажениях и неизменном во времени входном сопротивлении приемника показатели отклика согласованного фильтра - амплитуда U_сф и длительность τ_сф - зависят только от состояния рельсовой линии на контролируемом интервале

где K_сж - коэффициент сжатия, который при согласованной фильтрации ЛЧМ сигнала:

а при квазисогласованной фильтрации , но остается .

Соответственно амплитуда отклика согласованного фильтра U_сф>>U_лчм и длительность

В соответствии с формулами (3), (4) и пояснениями к ним (5), (6):

а) отклик квазисогласованного фильтра содержит информацию о состоянии контролируемой рельсовой линии как электрической цепи, так как зависит от комплексного сопротивления, и позволяет вести контроль ее целостности и изменений сопротивления балласта.

б) энергия ЛЧМ сигнала, вырабатываемого генератором 6, должна быть достаточной для того, чтобы амплитуда отклика квазисогласованного фильтра в приемнике 7 лишь превышала уровень некоторого порога U_пор, который определяется уровнем шумов и помех, наводимых в цепи рельсовой линии.

Микропроцессор управления контролем рельсовой цепи - 4:

а) формирует и синхронизирует команды на очередность по времени выбора участков и интервалов контроля, включения генератора 6 и приемников 7, установления индексов модуляции ЛЧМ сигналов, установления частотных предыскажений;

б) принимает от приемников 7 данные о результатах квазисогласованной фильтрации,

в) реализует алгоритмы определения степени соответствия параметров рельсовой линии техническим требованиям;

в) формирует и передает блоки информации о состоянии контролируемого участка в концентратор информации.

Коммутатор 8 канализирует энергию ЛЧМ сигнала в контролируемую рельсовую линию в соответствии с командой микропроцессора 4.

Коммутаторы 9 канализируют энергию ЛЧМ сигнала из контролируемого интервала рельсовой линии на вход приемника 7, выбранного микропроцессором 4, согласно алгоритму его работы, для контроля целостности и состояния балласта.

Концентратор информации - 5 включен в единую сеть передачи данных железнодорожных систем автоматики и телемеханики, благодаря чему результаты обработки сигналов контроля МП УКРЦ и сведения о состоянии участка контроля доступны на различных иерархических уровнях: от линейных пунктов контроля до центров управления перевозками. Они поступают по магистральной линии связи на автоматизированные рабочие места операторов, на станции и в центр управления перевозками для принятия окончательного решения о состоянии контролируемой РЦ.

Библиографический список

1. А.Г. Кириленко. Электрические рельсовые цепи. - Учебное Пособие. - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2006 г.

2. Свободный доступ к патентам - [электронный ресурс] - режим доступа http://freepatent.ru/patens/2424936 - патент РФ №2424936, B61L 23/16, приоритет 04.02.2010 г., опубликовано 27.07.2011.

3. С.И. Баскаков. Радиотехнические цепи и сигналы. - Учебник для вузов по спец. «Радиотехника» - 4-е изд. - М.: Высш. шк., 2003. - 462 с.: ил.

4. Справочник по радиолокации. Под ред. М. Сколника. Нью-Йорк. 1970: Пер. с англ. (в четырех томах) / Под общей ред. К.Н. Трофимова. Том 3. Радиолокационные устройства и системы / Под. ред. А.С. Виницкого - М.: Сов. радио, 1978. - 528 с.

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики и телемеханики. Система контроля сопротивления балласта и целостности рельс железнодорожной линии с применением сигналов с линейной частотной модуляцией включает генератор, приемники, коммутаторы, микропроцессор управления контролем рельсовой цепи, концентратор информации. Генератор, подключенный к рельсовой линии через коммутатор, поочередно посылает линейные частотные модулированные импульсы в рельсовые линии, которые при прохождении по ней приобретают искажения амплитудного и фазового спектра, являющиеся информационными признаками изменений сопротивления балласта и целостности рельсовой линии. В результате, за счет применения в качестве стимулирующих сигналов линейных частотных модулированных импульсов тока с последующей квазиоптимальной обработкой, повышается помехоустойчивость, точность и достоверность измерений параметров рельсовой цепи, уменьшаются энергозатраты. 4 ил.

Система контроля сопротивления балласта и целостности рельс железнодорожной линии с применением сигналов с линейной частотной модуляцией, включающая генератор, коммутаторы, приемники, отличающаяся тем, что устанавливается генератор для формирования из непрерывных колебаний последовательности сигналов с внутриимпульсной линейной частотной модуляцией, цифровой фильтр микроконтроллера приемника для квазиоптимальной обработки сигнала, микропроцессор управления контролем рельсовой цепи, концентратор информации, автоматизированные рабочие места операторов, центр управления перевозками.