Способ приема сигналов из линии индуктивной связи с компенсацией помехи от внешнего электромагнитного поля силового оборудования тягового подвижного состава Российский патент 2024 года по МПК B61L3/12 B61L23/22 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики и телемеханики, 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

Электромагнитная обстановка оказывает существенное влияние на работу систем обеспечения безопасности и управления движением поездов, в частности на работу систем автоматической локомотивной сигнализации. Влияние внешней электромагнитной помехи приводит к ложному срабатыванию или пропуску сигнала приемниками, входящими в состав бортового оборудования, вследствие чего возникают случаи экстренного (автостопного) торможения, приводящие к нарушению графика движения поездов.

Особенно сильно влияние внешней электромагнитной помехи проявляется при работе систем автоматической локомотивной сигнализации на базе индуктивного канала передачи информации. Решение задачи по уменьшению числа сбоев, возникающих из-за особенностей электромагнитной обстановки, характерной для индуктивного канала передачи информации, возможно в том числе за счет разработки технических мер по компенсации помехи на входе приемника.

Одним из источников мощных электромагнитных помех, влияние которых следует учитывать при синтезе технических средств приема сигналов из линии индуктивной связи, является внешнее электромагнитное поле силового оборудования тягового железнодорожного подвижного состава (Казаков Ю.Б. и др. Внешние электромагнитные поля электродвигателей и способы их снижения - Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина, 2017. - 116 с. - ISBN 978-5-00062-228-5).

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 отсутствие компенсации помехи на входе локомотивного приемника, вызванной внешним электромагнитным полем, характерным для функционирования силового оборудования тягового подвижного состава.

Известен способ приема сигналов из линии индуктивной связи, реализуемый с использованием известного устройства автоматической локомотивной сигнализации с дополнительной компенсацией помех на входе приемника (RU 158579 U1, B61L 3/20, 10.01.2016). Особенность способа приема сигналов из линии индуктивной связи, реализованного с использованием известного устройства, 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.

Данный способ приема сигналов из линии индуктивной связи с компенсацией помех на входе приемника взят за прототип. К недостатку прототипа следует отнести невозможность компенсации помехи, вызванной внешним электромагнитным полем, формируемыми силовым оборудованием тягового подвижного состава.

Раскрытие изобретения

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в снижении числа сбоев, вызванных влиянием помехи от внешнего электромагнитного поля силового оборудования тягового подвижного состава.

Технический результат достигается тем, что способ приема сигналов из линии индуктивной связи с компенсацией помехи от внешнего электромагнитного поля силового оборудования тягового подвижного состава заключается в том, что в условиях эксплуатации или испытаний 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; рассчитывают результирующее напряжение смеси полезного сигнала и помехи как сумму напряжений, наведенных в каждом из датчиков токовых приемных.

Перед началом эксплуатации в условиях контрольно-ремонтного пункта осуществляют регистрацию данных о значениях коэффициентов передачи для каждого из датчиков токовых приемных для, по крайней мере, одной частоты помехи и о значениях коэффициентов передачи для каждого из датчиков токовых измерительных для, по крайней мере, одной частоты помехи и для, по крайней мере, одной частоты несущего сигнала.

В условиях эксплуатации или испытаний 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; определяют уровень помехи для одной или нескольких частот помехи и уровень несущей частоты для одной или нескольких несущих частот в каждом из датчиков токовых измерительных; формируют с учетом зарегистрированных данных о значениях коэффициентов передачи для каждого из датчиков токовых приемных и измерительных напряжение компенсации помехи; вычитают из результирующего напряжения смеси полезного сигнала и помехи напряжение компенсации помехи.

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 внешнего электромагнитного поля силового оборудования тягового подвижного состава.

Осуществление изобретения

Локомотивное устройство автоматической локомотивной сигнализации непрерывного типа, реализующее заявляемый способ, содержит первый и второй датчики токовые измерительные 1 и 2, своими выходами соединенные соответственно с первым и вторым входами блока 3 управления компенсацией. С третьим входом блока 3 управления компенсацией соединен выход блока 4 задания коэффициента передачи. Выход блока 3 управления компенсацией соединен со входом блока 5 формирования сигнала компенсации, выход которого соединен с первым входом вычитателя 9. Выходы первого и второго датчиков токовых приемных 6 и 7 соединены соответственно с первым и вторым входами сумматора 8. Выход сумматора 8 подключен ко второму входу вычитателя 9, выход которого соединен с первым входом декодера 13 через последовательно включенные фильтр 10, усилитель 11 и приемник 12. Второй вход декодера 13 соединен с выходом блока 14 измерения скорости, третий вход декодера 13 соединен с выходом блока 15 подтверждения бдительности. Первый выход декодера 13 локомотивного соединен со входом блока 16 управления торможением, а второй его выход соединен со входом блока 17 индикации.

В описании заявляемого изобретения используются следующие термины и их определения.

Линия индуктивной связи - линия для передачи информации от путевых устройств к бортовой аппаратуре, прием сигналов из которой осуществляется за счет электромагнитного поля, формируемого вокруг линии при протекании по ней током контроля рельсовой линии (сигналом автоматической локомотивной сигнализации).

Коэффициент передачи - это 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.

Локомотивное устройство автоматической локомотивной сигнализации непрерывного типа (см. фигуру) реализует заявляемый способ следующим образом.

Работа, особенности и исполнение таких составных частей как первый датчик 6 токовый приемный, второй датчик 7 токовый приемный, фильтр 10, усилитель 11, приемник 12, декодер 13, блок 14 измерения скорости, блок 15 подтверждения бдительности, блок 16 управления торможением и блок 17 индикации - известны и подробно описаны в источниках технической информации (Леонов, А.А. Техническое обслуживание автоматической локомотивной сигнализации / А.А. Леонов. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1982. - 255 с). Сумматор 8 выполняется, как правило, путем последовательного встречного включения первого и второго датчиков токовых приемных 6 и 7. Т.к. ток контроля рельсовой линии протекает в левом и правом по ходу движения ходовых рельсах одной железнодорожной колеи в разных направлениях, то соответствующие напряжения, формируемые на выходах первого и второго датчиков токовых приемных 6 и 7 складываются. Нескомпенсированная часть внешней электромагнитной помехи складывается с полезным сигналом (Леонов, А.А. Техническое обслуживание автоматической локомотивной сигнализации / А. А. Леонов. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1982. - 255 с).

Перед началом эксплуатации в условиях контрольно-ремонтного пункта осуществляют регистрацию данных о значениях коэффициентов передачи для первого и второго датчиков токовых приемных 6 и 7 для, по крайней мере, одной частоты помехи и о значениях коэффициентов передачи для первого и второго датчиков токовых измерительных 1 и 2 для, по крайней мере, одной частоты помехи и для, по крайней мере, одной частоты несущего сигнала. Количество несущих частот полезного сигнала и частот помехи, для которых осуществляется ввод данных о значениях коэффициентов передачи, определяется на этапе разработки устройства, реализующего заявляемый способ, на основе анализа амплитудно-частотной характеристики применяемых датчиков токовых 1, 2, 6 и 7. Если их амплитудно-частотная характеристика имеет линейный характер, для корректного функционирования системы достаточно осуществить ввод одного значения коэффициента передачи. Если характер амплитудно-частотной характеристики датчиков токовых 1, 2, 6 и 7 имеет нелинейный характер, ввод значений коэффициентов передачи осуществляется для нескольких частот помехи и полезного сигнала. Количество частот, для которых осуществляется ввод значений коэффициентов передачи, определяется в этом случае на основе анализа особенностей спектра помехи от внешнего электромагнитного поля тягового железнодорожного подвижного состава и количеством несущих частот, задействованных в передаче информации по индуктивному каналу системы управления движением поездов (системы автоматической локомотивной сигнализации). Первый и второй датчики токовые измерительные 1 и 2 выполняют как типовые приемные локомотивные катушки или в виде аналоговых датчиков Холла.

Введенные значения коэффициента передачи для, по крайней мере, одной частоты помехи для любой пары датчика токового измерительного и датчика токового приемного (например, для пары первый датчик 1 токовый измерительный и второй датчик 7 токовый приемный) определяют коэффициент ослабления (усиления) значения напряжения компенсации на данной частоте, который рассчитывается блоком 5 формирования сигнала компенсации. Величина значений коэффициентов передачи на, по крайней мере, одной несущей частоте позволяет осуществлять с использованием блока 5 формирования сигнала компенсации расчет значения коэффициента асимметрии на входе локомотивного приемника, который используется при формировании напряжения компенсации для каждой из частот помехи. Это необходимо для того, чтобы учесть эффект «галопирования» или «боковой качки» кузова тягового железнодорожного подвижного состава, возникающий при движении последнего и не допустить формирование блоком 5 формирования сигнала компенсации напряжения компенсации на заданной частоте помехи больше, чем величина нескомпенсированной помехи на входе локомотивного приемника.

Блок 3 управления компенсацией представляет собой микроэлектронное устройство. Ввод данных может осуществляться как с использованием специализированных сервисных устройств, в частности известного блока ввода данных типа БВД-У (36991-600-00 РЭ, 16.11.2018, номер изменения 57, https://lokomotiv.irz.ru), так и с помощью внешнего Flesh-накопителя или вручную с использованием клавиатуры в зависимости от варианта выполнения блока 3 управления компенсацией.

В условиях эксплуатации или испытаний непрерывно перед первой колесной парой железнодорожного подвижного состава индуктивным способом и/или с помощью эффекта Холла измеряют электромагнитное поле, представляющее собой смесь электромагнитного поля от протекающего в ходовых рельсах тока полезного сигнала и электромагнитного поля помехи, вблизи левого по ходу движения ходового рельса с помощью первого датчика 6 токового приемного, расположенного над левым по ходу движения ходовым рельсом. При этом помеха в данной точке пространства складывается по принципу суперпозиции и включает в себя среди прочего электромагнитную помеху от внешнего электромагнитного поля силового оборудования тягового железнодорожного подвижного состава. Непрерывно перед первой колесной парой железнодорожного подвижного состава индуктивным способом и/или с помощью эффекта Холла измеряют электромагнитное поле вблизи правого по ходу движения ходового рельса с помощью второго датчика 7 токового приемного, расположенного над правым по ходу движения ходовым рельсом. Число используемых датчиков токовых приемных определяется техническими требованиями к уровню сигнала на входе локомотивного приемника / фильтра / усилителя, а также минимально допустимым действующим значением сигнального тока в линии индуктивной связи и требованиями к высоте подвеса датчиков токовых приемных (Леонов, А.А. Техническое обслуживание автоматической локомотивной сигнализации / А.А. Леонов. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1982. - 255 с; RU 202178 U1, B61L 25/06, B61L 3/16, 05.02.2021).

Непрерывно рассчитывают результирующее напряжение смеси полезного сигнала и помехи как сумму напряжений, наведенных в первом и втором датчиках токовых приемных 6 и 7 с использованием сумматора 8.

В условиях эксплуатации или испытаний также непрерывно измеряют индуктивным способом и/или с помощью эффекта Холла электромагнитное поле вблизи зоны размещения первого датчика 6 токового приемного, расположенного над левым по ходу движения ходовым рельсом, с использованием первого датчика 1 токового измерительного. Также измеряют индуктивным способом и/или с помощью эффекта Холла электромагнитное поле вблизи зоны размещения второго датчика 7 токового приемного, расположенного над правым по ходу движения ходовым рельсом, с использованием второго датчика 2 токового измерительного. С использованием блока 3 управления компенсацией формируют управляющие команды к блоку 5 формирования сигнала компенсации. Далее непрерывно определяют уровень помехи для одной или нескольких частот помехи в первом и втором датчиках токовых измерительных 1 и 2. Также непрерывно определяют уровни для одной или нескольких несущих частот в первом и втором датчиках токовых измерительных 1 и 2.

Управляющие команды учитывают зарегистрированные значения коэффициентов передачи для, по крайней мере, одной частоты помехи для первого и второго датчиков токовых приемных 6 и 7, а также для, по крайней мере, одной частоты помехи и, по крайней мере, одной несущей частоты для первого и второго датчиков токовых измерительных 1 и 2.

Непрерывно формируют с учетом зарегистрированных данных о значениях коэффициентов передачи для каждого из датчиков токовых приемных и измерительных 1, 2, 6, и 7 напряжение компенсации помехи с использованием блока 5 формирования сигнала компенсации. Блок 5 формирования сигнала компенсации представляет собой программно управляемый генератор, частотный диапазон которого соответствует части спектра помехи от внешнего электромагнитного поля силового оборудования тягового железнодорожного подвижного состава.

Определение значения напряжения компенсации помехи на каждой из частот помехи определяется непрерывно следующим образом. Сначала определяют частичные напряжения компенсации помехи: измеренное значение напряжения помехи на данной частоте, измеренное датчиком токовым измерительным, делят на зарегистрированное значение коэффициент передачи на данной частоте помехи для данного датчика токового измерительного и полученное произведение умножают на величину коэффициента передачи для соответствующего (т.е. расположенного над тем же ходовым рельсом, что и датчик токовый измерительный) датчика токового приемного. Для каждой частоты все полученные значения частичных напряжений компенсации помехи (по числу датчиков токовых измерительных) суммируют.

Также осуществляют расчет коэффициента асимметрии на входе локомотивного приемника как отношение суммы уровней сигнала в первом и втором датчиках токовых измерительных 1 и 2 для одной несущей частоты, для которой известны коэффициенты передачи, к разности тех же уровней. Если рассчитанный коэффициент асимметрии оказывается больше нуля, дополнительно определяют добавочное напряжение компенсации, равное произведению коэффициента асимметрии на входе локомотивного приемника и значения частичных напряжений компенсации помехи на данной частоте. Напряжение компенсации помехи, формируемое на выходе блока 5 формирования сигнала компенсации для данной частоты помехи таким образом равно сумме частичных напряжений компенсации помехи на данной частоте и добавочного напряжения компенсации на данной частоте.

Полученное значение напряжения компенсации помехи на данной частоте помехи непрерывно вычитают с использованием вычитателя 9 из результирующего напряжения смеси полезного сигнала, получаемого на выходе сумматора 8. Вычитатель 9 выполняют или как многообмоточный трансформатор, или как цифровое устройство обработки сигналов.

Полученная разность непрерывно передается с выхода вычитателя 9 передается на вход фильтра 10.

Таким образом достигается снижение уровня помехи на входе локомотивного приемника, вызванной влиянием помехи от внешнего электромагнитного поля силового оборудования тягового подвижного состава, а, значит, достигается снижение числа соответствующих сбоев в работе системы автоматической локомотивной сигнализации.

Изобретение относится к методам приема сигналов из линии индуктивной связи с компенсацией помехи. В способе перед началом эксплуатации в условиях контрольно-ремонтного пункта осуществляют регистрацию данных о значениях коэффициентов передачи для каждого из датчиков токовых приемных для, по крайней мере, одной частоты помехи и о значениях коэффициентов передачи для каждого из датчиков токовых измерительных для, по крайней мере, одной частоты помехи и для, по крайней мере, одной частоты несущего сигнала. В условиях эксплуатации или испытаний 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; определяют уровень помехи для одной или нескольких частот помехи и уровень несущей частоты для одной или нескольких несущих частот в каждом из датчиков токовых измерительных; формируют с учетом зарегистрированных данных о значениях коэффициентов передачи для каждого из датчиков токовых приемных и измерительных напряжение компенсации помехи; вычитают из результирующего напряжения смеси полезного сигнала и помехи напряжение компенсации помехи. Достигается снижение уровня помехи на входе локомотивного приемника, связанной с работой силового оборудования подвижного состава с электрической тягой. 1 ил.

Способ приема сигналов из линии индуктивной связи с компенсацией помехи от внешнего электромагнитного поля силового оборудования тягового подвижного состава, заключающийся в том, что в условиях эксплуатации или испытаний 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; рассчитывают результирующее напряжение смеси полезного сигнала и помехи как сумму напряжений, наведенных в каждом из датчиков токовых приемных; отличающийся тем, что перед началом эксплуатации в условиях контрольно-ремонтного пункта осуществляют регистрацию данных о значениях коэффициентов передачи для каждого из датчиков токовых приемных для, по крайней мере, одной частоты помехи и о значениях коэффициентов передачи для каждого из датчиков токовых измерительных для, по крайней мере, одной частоты помехи и для, по крайней мере, одной частоты несущего сигнала; в условиях эксплуатации или испытаний 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; определяют уровень помехи для одной или нескольких частот помехи и уровень несущей частоты для одной или нескольких несущих частот в каждом из датчиков токовых измерительных; формируют с учетом зарегистрированных данных о значениях коэффициентов передачи для каждого из датчиков токовых приемных и измерительных напряжение компенсации помехи; вычитают из результирующего напряжения смеси полезного сигнала и помехи напряжение компенсации помехи.