Способ приема сигналов из линии индуктивной связи с компенсацией помехи от силового оборудования электрического подвижного состава Российский патент 2024 года по МПК B61L3/12 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к железнодорожной автоматике и телемеханике, в частности способам приема сигналов из линии индуктивной связи с компенсацией помехи, и может быть применено в системе автоматической локомотивной сигнализации на базе индуктивного канала передачи информации.

Уровень техники

Для повышения надежности функционирования локомотивных устройств обеспечения безопасности движения поездов следует снижать число сбоев в их работе. Одним из направлений, связанных с решением указанной задачи, является снижение уровня помехи на входе локомотивного приемника. При этом помимо тяговых токов в рельсовых нитях под приемными катушками следует рассматривать и такие источники мощной электромагнитной помехи как внешнее электромагнитное поле силового оборудования электрического тягового подвижного состава. Характер таких внешних электромагнитных полей известен и описан в открытых источниках (Аполлонский, С.М. Внешние электромагнитные поля электрооборудования и средства их снижения. - СПб.: Безопасность, 2001. - 619 с. - ISBN 5-89809-027-4).

Известен способ приема сигналов из линии индуктивной связи с компенсацией помехи от тягового тока (RU 2768302 C1, B61L 25/06, 23.03.2022). Способ приема сигналов из линии индуктивной связи с компенсацией помехи от тягового тока заключается в том, что непрерывно перед первой колесной парой железнодорожного подвижного состава индукционным способом и/или с помощью эффекта Холла измеряют: электромагнитное поле вблизи левого по ходу движения рельса с помощью, по крайней мере, одного датчика; электромагнитное поле вблизи правого по ходу движения рельса с помощью, по крайней мере, одного датчика. При этом непрерывно: рассчитывают результирующую ЭДС полезного сигнала как сумму ЭДС, наведенных в каждом из датчиков от полезного сигнала; рассчитывают результирующую ЭДС помехи как разность ЭДС, наведенной от помехи в, по крайней мере, одном датчике, расположенном над одним из ходовых рельсов, и ЭДС, наведенную от помехи в, по крайней мере, одном датчике, расположенном над другим ходовым рельсом; полученные результирующие ЭДС полезного сигнала и ЭДС помехи складывают. Дополнительно непрерывно: рассчитывают сумму ЭДС, наведенных в каждом из датчиков от помехи; рассчитывают величину суммы коэффициента асимметрии помехи в линии индуктивной связи и коэффициента асимметрии геометрического положения и электрических параметров приемных катушек и/или датчиков Холла как выраженное в процентах отношение результирующей ЭДС помехи к сумме ЭДС, наведенных в каждом из датчиков от помехи; измеряют перед первой колесной парой железнодорожного подвижного состава индукционным способом и/или с помощью эффекта Холла посредством, по крайней мере, одного датчика электромагнитное поле вблизи проводника или проводников контактной сети; определяют уровень ЭДС компенсации помехи путем регулирования уровня ЭДС помехи, наведенной от проводника или проводников контактной сети, в соответствии с рассчитанной суммой коэффициента асимметрии помехи в линии индуктивной связи и коэффициента асимметрии геометрического положения и электрических параметров приемных катушек и/или датчиков Холла; вычитают из суммы результирующих ЭДС помехи и полезного сигнала величину ЭДС компенсации помехи; результат передают на вход локомотивного приемника.

Недостатком известного способа приема сигналов из линии индуктивной связи с компенсацией помехи от тягового тока является высокий уровень помехи на входе локомотивного приемника из-за отсутствия компенсации действия внешних электромагнитных полей, характерных для функционирования силового оборудования электрического подвижного состава.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому изобретению является способ приема сигналов из линии индуктивной связи с компенсацией помех на входе приемника, реализуемый известным устройством автоматической локомотивной сигнализации с компенсацией помех на входе приемника (RU 158579 U1, B61L 3/20, 10.01.2016). Известный способ заключается в том, что на локомотиве перед началом его эксплуатации последовательно с типовыми катушками автоматической локомотивной сигнализации включают две дополнительные катушки, расположенные над рельсовыми нитями вблизи типовых катушек. Причем дополнительные катушки ориентируют таким образом, что при симметрии их расположения относительно рельсовых нитей магнитная связь дополнительных катушек с линией индуктивной связи отсутствует, а при возникновении асимметрии тягового тока, боковой качки локомотива и воздействии остаточной намагниченности магнитная связь возникает. Далее в процессе эксплуатации при отсутствии асимметрии тягового тока, боковой качки локомотива и воздействии остаточной намагниченности принимают сигналы из рельсовой линии с использованием штатных приемных катушек и без задействования дополнительных приемных катушек. При наличии асимметрии тягового тока, боковой качки локомотива и воздействии остаточной намагниченности принимают смесь сигнала и помехи из рельсовой линии с использованием штатных приемных катушек и компенсируют помеху в наведенной в штатных приемных катушках смеси сигнала и помехи за счет помехи, наводимой в дополнительных приемных катушках.

Известный способ приема сигналов из линии индуктивной связи с компенсацией помех на входе приемника взят за прототип. Недостатком прототипа является высокий уровень помехи на входе локомотивного приемника, размещенного на электрическом подвижном составе, из-за отсутствия компенсации мешающего влияния внешнего электромагнитного поля силового оборудования ввиду отсутствия индуктивной связи дополнительных приемных катушек с такими полями.

Раскрытие изобретения

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в снижении уровня помехи на входе локомотивного приемника, связанной с работой силового оборудования электрического подвижного состава.

Технический результат достигается тем, что способ приема сигналов из линии индуктивной связи с компенсацией помехи от силового оборудования электрического подвижного состава заключается в том, что непрерывно перед первой колесной парой железнодорожного подвижного состава индуктивным способом и/или с помощью эффекта Холла измеряют: электромагнитное поле вблизи левого по ходу движения ходового рельса с помощью, по крайней мере, одного датчика токового приемного, расположенного над левым по ходу движения ходовым рельсом; электромагнитное поле вблизи правого по ходу движения ходового рельса с помощью, по крайней мере, одного датчика токового приемного, расположенного над правым по ходу движения ходовым рельсом. При этом непрерывно: рассчитывают результирующее напряжение полезного сигнала как сумму напряжений, наведенных в каждом из датчиков токовых приемных от полезного сигнала; рассчитывают результирующее напряжение помехи как разность напряжений, наведенных от помехи в, по крайней мере, одном датчике токовом приемном, расположенном над одним из ходовых рельсов, и напряжений, наведенных от помехи в, по крайней мере, одном датчике токовом приемном, расположенном над другим ходовым рельсом; полученные результирующие напряжение полезного сигнала и напряжение помехи складывают. Дополнительно непрерывно: измеряют индуктивным способом и/или с помощью эффекта Холла электромагнитное поле вблизи зоны размещения, по крайней мере, одного датчика токового приемного, расположенного над левым по ходу движения ходовым рельсом, с использованием, по крайней мере, одного датчика токового измерительного; измеряют индуктивным способом и/или с помощью эффекта Холла электромагнитное поле вблизи зоны размещения, по крайней мере, одного датчика токового приемного, расположенного над правым по ходу движения ходовым рельсом, с использованием, по крайней мере, одного датчика токового измерительного. Непрерывно измеряют уровень помехи на одной или нескольких частотах, отличных от полосы частот полезного сигнала, наведенного в, по крайней мере, одном датчике токовом приемном, расположенном над левым по ходу движения ходовым рельсом. Непрерывно измеряют уровень помехи на одной или нескольких частотах, отличных от полосы частот полезного сигнала, наведенного в, по крайней мере, одном датчике токовом приемном, расположенном над правым по ходу движения ходовым рельсом. При этом непрерывно определяют коэффициенты передачи для одной или нескольких частот помехи для каждого из датчиков токовых приемных. Непрерывно определяют уровень помехи для одной или нескольких частот помехи в каждом из датчиков токовых измерительных. При этом непрерывно формируют для каждого из датчиков токовых приемных с учетом рассчитанного коэффициента передачи и задержки в прохождении сигнала напряжение компенсации для одной или нескольких частот помехи. Непрерывно суммируют напряжения компенсации для каждого из датчиков токовых приемных и вычитают полученную сумму из суммы результирующих напряжений полезного сигнала и напряжений помехи, полученных для датчиков токовых приемных.

Краткое описание чертежей

Заявляемое изобретение поясняется чертежом, на котором показана структурная схема локомотивного устройства автоматической локомотивной сигнализации непрерывного типа, реализующей заявляемый способ приема сигналов из линии индуктивной связи с компенсацией помехи от силового оборудования электрического подвижного состава.

Осуществление изобретения

Устройство автоматической локомотивной сигнализации непрерывного типа - основное устройство безопасности, реализующее заявляемый способ, содержит первый и второй датчики токовые измерительные 1 и 2, своими выходами соединенные с соответственно первым и вторым входами блока 3 управления, первый и второй выходы которого в свою очередь соединены с первым и вторым генераторами 5 и 7. Первый датчик 9 токовый приемный соединен через первый блок 11 измерения с первым входом блока 15 автоматического задания коэффициентов передачи. Второй датчик 12 токовый приемный соединен через второй блок 14 измерения со вторым входом блока 15 автоматического задания коэффициентов передачи, выход которого соединен с третьим входом блока 3 управления. Трансформатор 4 содержит четыре первичные обмотки 6, 8, 10 и 13, а также одну вторичную обмотку 16, размещенные на едином сердечнике, причем первичные обмотки 6 и 10, 8 и 13 намотаны попарно на сердечнике таким образом, чтобы формируемые ими магнитные потоки складывались, при этом первичная обмотка 6 намотана таким образом, чтобы формируемый ею магнитный поток был направлен противоположно магнитным потокам, формируемым обмотками 8 и 13, а первичная обмотка 8 намотана таким образом, чтобы формируемый ею магнитный поток был направлен противоположно магнитным потокам, формируемым обмотками 6 и 10. С первичной обмоткой 6 соединен выход первого генератора 5. С первичной обмоткой 8 соединен выход второго генератора 7. С первичной обмоткой 10 соединен выход первого датчика 9 токового приемного. С первичной обмоткой 13 соединен выход второго датчика 12 токового приемного. Со вторичной обмоткой 16 трансформатора 4 соединен вход фильтра 17 локомотивного, соединенного своим выходом последовательно через усилитель 18 локомотивный и приемник 19 локомотивный с первым входом декодера 20 локомотивного, ко второму входу которого подключен выход блока 21 измерения скорости, а к третьему входу -выход блока 22 контроля бдительности. Первый выход декодера 20 локомотивного соединен со входом блока 23 управления торможением, а второй выход декодера 20 локомотивного соединен со входом блока 24 индикации.

Под линией индуктивной связи в заявляемом изобретении понимается линия для передачи информации от путевых устройств к возимой аппаратуре, прием сигналов из которой осуществляется за счет электромагнитного поля, формируемого вокруг линии при протекании по ней тока (сигнала).

Под коэффициентом передачи в заявляемом изобретении понимают отношение приращения напряжения, наведенного в датчике токовом, к изменению характеристики внешнего электромагнитного поля, вызвавшему такое приращение на некоторой частоте. В случае линейности амплитудно-частотной характеристики датчика токового коэффициент передачи является постоянной величиной и не зависит от частоты. В случае нелинейности амплитудно-частотной характеристики датчика токового коэффициент передачи зависит от частоты.

Устройство автоматической локомотивной сигнализации непрерывного типа - основное устройство безопасности (см. чертеж), реализует заявляемый способ следующим образом.

Работа, особенности и исполнение таких блоков, как первый датчик 9 токовый приемный, второй датчик 12 токовый приемный, фильтр 17 локомотивный, усилитель 18 локомотивный, приемник 19 локомотивный, декодер 20 локомотивный, блок 21 измерения скорости, блок 22 контроля бдительности и блок 23 управления торможением и блок 24 индикации, известна и подробно описана в открытых источниках (Леонов, А.А. Техническое обслуживание автоматической локомотивной сигнализации / А.А. Леонов. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1982. - 255 с.).

Непрерывно перед первой колесной парой железнодорожного подвижного состава индуктивным способом и/или с помощью эффекта Холла измеряют электромагнитное поле вблизи левого по ходу движения ходового рельса с помощью первого датчика 9 токового приемного, расположенного над левым по ходу движения ходовым рельсом. Непрерывно перед первой колесной парой железнодорожного подвижного состава индукционным способом и/или с помощью эффекта Холла измеряют электромагнитное поле вблизи правого по ходу движения ходового рельса с помощью второго датчика 12 токового приемного, расположенного над правым по ходу движения ходовым рельсом. Количество приемных датчиков, размещаемых над левым и правым по ходу движения ходовыми рельсами, определяется используемым в системе способом компенсации помехи от асимметрии тягового тока в рельсовых нитях: наиболее часто в конструкциях системы локомотивной сигнализации используется один датчик над каждым из ходовых рельсов (Леонов, А.А. Техническое обслуживание автоматической локомотивной сигнализации / А.А. Леонов. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1982. - 255 с) или два датчика над каждым из ходовых рельсов (RU 202178 U1, B61L 25/06, B61L 3/16, 05.02.2021).

При этом непрерывно рассчитывают результирующее напряжение полезного сигнала как сумму напряжений, наведенных в каждом из датчиков токовых приемных 9 и 12 от полезного сигнала, а результирующее напряжение помехи - как разность напряжений, наведенных от помехи в каждом из датчиков токовых приемных 9 и 12. Суммирование и вычитание сигнала и помехи осуществляется за счет выполнения первичных обмоток 10 и 13 трансформатора 4 таким образом, чтобы магнитные потоки, сформированные в сердечнике трансформатора 4 смесью сигнала и помехи от них вычитались, при этом первый и второй датчики токовые приемные 9 и 12 расположены перед первой колесной парой таким образом, чтобы магнитные потоки от тяговых токов, проходящие через них, имели бы одно и то же направление, а магнитные потоки от сигнального тока, проходящие через них, имели бы различное направление.

Полученные результирующие напряжение полезного сигнала и напряжение помехи складывают за счет особенности намотки первичных обмоток 10 и 13 трансформатора 4. Результирующее напряжение снимается на вторичной обмотке 16 трансформатора 4 и поступает на вход фильтра 17 локомотивного.

При этом дополнительно непрерывно измеряют индуктивным способом и/или с помощью эффекта Холла электромагнитное поле вблизи зоны размещения первого датчика 9 токового приемного, расположенного над левым по ходу движения ходовым рельсом, с использованием первого датчика 1 токового измерительного. Непрерывно измеряют индуктивным способом и/или с помощью эффекта Холла электромагнитное поле вблизи зоны размещения датчика 12 токового приемного, расположенного над правым по ходу движения ходовым рельсом, с использованием датчика 2 токового измерительного. Первый и второй датчики токовые измерительные 1 и 2 выполняют как типовые приемные локомотивные катушки или в виде аналоговых датчиков Холла.

Непрерывно измеряют уровень помехи на одной (в случае линейности амплитудно-частотной характеристики применяемых датчиков токовых 1, 2, 9 и 12) или нескольких частотах (в случае нелинейности амплитудно-частотной характеристики применяемых датчиков токовых 1, 2, 9 и 12), отличных от полосы частот полезного сигнала, наведенного в первом датчике 9 приемном, расположенном над левым по ходу движения ходовым рельсом с использованием первого блока 11 измерения, подключенного высокоомным входом к выходу первого датчика 9 токового приемного.

Непрерывно измеряют уровень помехи на одной (в случае линейности амплитудно-частотной характеристики применяемых датчиков токовых 1, 2, 9 и 12) или нескольких частотах (в случае нелинейности амплитудно-частотной характеристики применяемых датчиков токовых 1, 2, 9 и 12), отличных от полосы частот полезного сигнала, наведенного во втором датчике 12 токовом приемном, расположенном над правым по ходу движения ходовым рельсом с использованием второго блока 14 измерения, подключенного высокоомным входом к выходу второго датчика 12 токового приемного.

Выходы первого и второго блоков измерения 11 и 14 соединены с соответствующими входами блока 15 автоматического задания коэффициентов передачи. Первый и второй блоки измерения 11 и 12 представляют собой цифровые вольтметры. Блок 15 автоматического задания коэффициентов передачи представляет собой микропроцессорное вычислительное устройство, определяющее коэффициенты передачи для каждого из датчиков токовых приемных 9 и 12 в отдельности. Коэффициенты передачи определяют для одной (линейная амплитудно-частотная характеристика датчиков токовых 1, 2, 9 и 12) или нескольких частот помехи (нелинейная амплитудно-частотная характеристика датчиков токовых 1, 2, 9 и 12) для каждого из датчиков токовых приемных 9 и 12. Выбор порядка выполнения измерений и вычислений (для одной или нескольких частот помехи) осуществляется на этапе разработки устройства, реализующего заявляемый способ при анализе характера амплитудно-частотной характеристики датчиков токовых 1, 2, 9, 12.

Кроме того, непрерывно определяют уровень помехи для одной (линейная амплитудно-частотная характеристика датчиков токовых 1, 2, 9 и 12) или нескольких частот помехи (нелинейная амплитудно-частотная характеристика датчиков токовых 1, 2, 9 и 12) в каждом из датчиков токовых измерительных 1 и 2. На основе анализа уровней и частотного состава помехи от первого и второго датчиков токовых 1 и 2 непрерывно с использованием блока 3 управления, выполненного в виде микроэлектронного вычислительного средства, для каждого из датчиков токовых приемных 9 и 12 с учетом рассчитанного коэффициента передачи, полученного от блока 15 автоматического задания коэффициентов передачи, и задержки в прохождении сигнала непрерывно формируют значение напряжения компенсации для одной или нескольких частот помехи в зависимости от вида амплитудно-частотной характеристики датчиков токовых 1, 2, 9 и 12. Формируют указанные напряжения с использованием первого и второго генератора 5 и 7 (по одному генератору для каждого датчика токового приемного) и передают их на первичные обмотки 6 и 8 трансформатора 4 соответственно.

Далее непрерывно суммируют напряжения компенсации в первичных обмотках 6 и 8 трансформатора и вычитают их сумму (токи, формируемые первым и вторым генераторами 5 и 7, как правило, направлены противоположно друг другу, а первичные обмотки 6 и 8 трансформатора 4 включены встречно) из суммы результирующих напряжений полезного сигнала и напряжений помехи, полученных для первого и второго датчиков токовых приемных 9 и 12. Результат суммирования наводится во вторичной обмотке 16 трансформатора 4 и поступает на вход фильтра 17 локомотивного.

Работа остальных блоков аналогично известным, описанным в открытых источниках (Леонов, А.А. Техническое обслуживание автоматической локомотивной сигнализации / А.А. Леонов. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1982. - 255 с.).

С учетом вышеизложенного, за счет автоматического определения коэффициентов передачи (от силового оборудования электрического подвижного состава) для каждого из датчиков токовых приемных и автоматического формирования напряжения компенсации помехи, наведенной от силового оборудования электрического подвижного состава, достигается снижение уровня помехи на входе локомотивного приемника, связанной с работой силового оборудования электрического подвижного состава.

Изобретение относится методам приема сигналов из линии индуктивной связи с компенсацией помехи. В способе непрерывно измеряют индуктивным способом и/или с помощью эффекта Холла электромагнитное поле вблизи зоны размещения, по крайней мере, одного датчика токового приемного, расположенного над левым по ходу движения ходовым рельсом, с использованием, по крайней мере, одного датчика токового измерительного; измеряют индуктивным способом и/или с помощью эффекта Холла электромагнитное поле вблизи зоны размещения, по крайней мере, одного датчика токового приемного, расположенного над правым по ходу движения ходовым рельсом, с использованием, по крайней мере, одного датчика токового измерительного; измеряют уровень помехи на одной или нескольких частотах, отличных от полосы частот полезного сигнала, наведенного в, по крайней мере, одном датчике токовом приемном, расположенном над левым по ходу движения ходовым рельсом; измеряют уровень помехи на одной или нескольких частотах, отличных от полосы частот полезного сигнала, наведенного в, по крайней мере, одном датчике токовом приемном, расположенном над правым по ходу движения ходовым рельсом; определяют коэффициенты передачи для одной или нескольких частот помехи для каждого из датчиков токовых приемных; определяют уровень помехи для одной или нескольких частот помехи в каждом из датчиков токовых измерительных; непрерывно формируют для каждого из датчиков токовых приемных с учетом рассчитанного коэффициента передачи и задержки в прохождении сигнала напряжение компенсации для одной или нескольких частот помехи; суммируют напряжения компенсации для каждого из датчиков токовых приемных и вычитают полученную сумму из суммы результирующих напряжений полезного сигнала и напряжений помехи, полученных для датчиков токовых приемных. Достигается снижение уровня помехи на входе локомотивного приемника, связанной с работой силового оборудования электрического подвижного состава. 1 ил.

Способ приема сигналов из линии индуктивной связи с компенсацией помехи от силового оборудования электрического подвижного состава, заключающийся в том, что непрерывно перед первой колесной парой железнодорожного подвижного состава индуктивным способом и/или с помощью эффекта Холла измеряют электромагнитное поле вблизи левого по ходу движения ходового рельса с помощью, по крайней мере, одного датчика токового приемного, расположенного над левым по ходу движения ходовым рельсом; электромагнитное поле вблизи правого по ходу движения ходового рельса с помощью, по крайней мере, одного датчика токового приемного, расположенного над правым по ходу движения ходовым рельсом; при этом непрерывно рассчитывают результирующее напряжение полезного сигнала как сумму напряжений, наведенных в каждом из датчиков токовых приемных от полезного сигнала; рассчитывают результирующее напряжение помехи как разность напряжений, наведенных от помехи в, по крайней мере, одном датчике токовом приемном, расположенном над одним из ходовых рельсов, и напряжений, наведенных от помехи в, по крайней мере, одном датчике токовом приемном, расположенном над другим ходовым рельсом; полученные результирующие напряжение полезного сигнала и напряжение помехи складывают; отличающийся тем, что дополнительно непрерывно измеряют индуктивным способом и/или с помощью эффекта Холла электромагнитное поле вблизи зоны размещения, по крайней мере, одного датчика токового приемного, расположенного над левым по ходу движения ходовым рельсом, с использованием, по крайней мере, одного датчика токового измерительного; измеряют индуктивным способом и/или с помощью эффекта Холла электромагнитное поле вблизи зоны размещения, по крайней мере, одного датчика токового приемного, расположенного над правым по ходу движения ходовым рельсом, с использованием, по крайней мере, одного датчика токового измерительного; измеряют уровень помехи на одной или нескольких частотах, отличных от полосы частот полезного сигнала, наведенного в, по крайней мере, одном датчике токовом приемном, расположенном над левым по ходу движения ходовым рельсом; измеряют уровень помехи на одной или нескольких частотах, отличных от полосы частот полезного сигнала, наведенного в, по крайней мере, одном датчике токовом приемном, расположенном над правым по ходу движения ходовым рельсом; определяют коэффициенты передачи для одной или нескольких частот помехи для каждого из датчиков токовых приемных; определяют уровень помехи для одной или нескольких частот помехи в каждом из датчиков токовых измерительных; формируют для каждого из датчиков токовых приемных с учетом рассчитанного коэффициента передачи и задержки в прохождении сигнала напряжение компенсации для одной или нескольких частот помехи; суммируют напряжения компенсации для каждого из датчиков токовых приемных и вычитают полученную сумму из суммы результирующих напряжений полезного сигнала и напряжений помехи, полученных для датчиков токовых приемных.