Устройство для измерения скорости движения поезда Советский патент 1985 года по МПК G01P3/46 

1 Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости движения поезда. Известно устройство для измерения скорости поезда, содержащее последовательно включенные датчик, формирователь калиброванных по площади импульсов, конденсаторное дозирующее устройство и сглаживающий фильтр L13. При изменении скорости движения поезда в широких пределах пропорционально изменяется частота калиб рованных импульсов и для снижения амплитуды пульсаций выходного напряжения увеличивают постоянную времени сглаживающего фильтра.Одна увеличение постоянной времени сглаж ваювдего фильтра вызывает значитель ные динамические ошибки при измене нии частоты калиброванных импульсо т.е. скорости движения поезда. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигае мому результату является автокомпенсационньй тахометр, состоящий из тахогенератора, формирователя и пульсов стабильной длительности, интегрирующей RC-цепи с переключаI телем источника напряжения,потенциометра с источником компенсации его начального напряжения и указывающего прибора С21. . Известное устройство с целью снижения уровня пульсации напряжения на конденсаторе от воздействия калиброванных импульсов имее постоянную времени интегрирующий RC-цёпи значительно большую, чем длительность калиброванных импульс и пауз между ними во всем диапазон измеряемых скоростей. Поэтому при изменении скорости движения поезда (разгон,торможение) появляются зна чительные динамические ошибки, а уменьшение постоянной времени интегрирующей RC-цепи увеличивает ур вень пульсации напряжения на конденсаторе в области низких скоростей, что резко ограничивает диапаз измерений. Целью изобретения является расш рение диапазона измерения. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерени скорости движения поезда, содержащ последовательно соединенные импуль 692 ньй датчик и формирователь импульсов, и конденсатор, подключенный параллельно входу усилителя, введены сумматор, интегратор и нелинейный элемент с зоной нечувствительности, причем выход формирователя через интегратор, сумматор и нелинейньй элемент с зоной нечувствительности подключен к входу усилителя, а выход усилителя соединен с вторым входом сумматора. На фиг.1 представлена функциональная схема устройства для измерения скорости движения поезда, на фиг.2 диаграмма, поясняющая работу устройства; на фиг.З - схема реализации предложенного устройства. Устройство содержит последовательно соединенные оптронньй датчик 1, формирователь 2 импульсов стандартной формы, интегратор 3 с отрицательной обратной связью 4, сз мирующий элемент 5, нелинейный элемент 6, конденсатор 7 и усилитель 8, причем выход усилителя 8 соединен с вторым входом сумматора. На фиг.2 приведены диаграммы напряжений на выходе отдельных элементов устройства, где U - импуль сы напряжения на выходе датчика 1 при постоянной скорости движения поезда в интервале 0-Ц и при изменении скорости с постоянным ускорением в интервале t U - им- . пульсы напряжения на выходе формирователя 2 калиброванных имйульсов для заданных условий движения; Uj - напряжение на выходе интегратора 3, Us - напряжение на выходе суммирующего элемента 5j Ug - выходное напряжение устройства. Устройство работает следующим образом. При вращении колесной пары осевой модулятор, выполненный в виде зубчатого вращакидегося диска, периодически перекрывает путь света от излучателя к фотоприемнику и модулирует световой поток в области инфракрасного спектра в зависимости от скорости вращения колесной пары локомотива. На выходе оптронного датчика 1 формируются прямоугольные импульсы с частотой прямо пропорциональной скорости вращения колесной пары и длительностью обратно пропорциональной этой скорости. Импульсы датчика 1 поступают на вход

1

рователя 2 стандартных импульсов калиброванных по площади, длительность о которых значительно меньше периода ТГ импульсов датчика 1 ( Т) . При поступлении на вход интегратора 3, охваченного отрицательной обратной связью 4, последовательности коротких импульсов калиброванной площади на его выходе формируется пилообразное напряжение, среднее значение которого пропорционально частоте входных импульсов, а амплитуда пульсации не зависит от частоты этих импульсов. Если величина зоны нечувствительности нелинейного элемента 6 выбрана равной .амплитуде пульсации напряжения на выходе интегратора 3, то при постоянной частоте входных импульсов напряжение на конденсаторе 7 и выходе усилителя 8 не содержит пульсаций и равно среднему арифметическому от максимального и минимального значений напряжения на выходе интегратора 3 в течение периода входного импульса (если верхнее значение порога чувствительности нелинейного элемента +Ь равно инверсии нижнего значения -Ь), так как суммирующий элемент 5, вычитая из выходного напряжения интегратора 3 напряжение усилителя 8, формирует разностный сигнал, представляющий собой переменную составляющую вькодного напряжения интегратора 3, амплитуда которой не превьшает порог чувствительности нелинейного элемента 6. При этом напряжение на конденсаторе 7 и выходе усилителя 8, обладающего большим входным сопротивлением, остается постоянным, поскольку нелинейньй элемент отключает выход суммирующего элемента 5 от конденсат эра 7 и входа усилителя 8. В случае изменения частоты входных импульсов происходит изменение напряжения на выходе интегратора 3, разностный сигнал с выхода суммирующего элемента 5 в зависимости от знака производной частоты входньпс импульсов превышает верхний или нижний порог чувствительности нелинейного элемента 6, который обеспечивает форсированный режим заряда или разряда конденсатора 7 с малой постоянной, времени в течение каждого периода входного импульса. Включение не63269

линейного элемента 6 с зоной нечувствительности между выходом с.уммирующего элемента 5 и входом усилителя 8 с конденсатором 7 обеспечивает 5 высокое быстродействие устройства, т.е. резко уменьшает динамическую ошибку измерения скорости движения поезда при низком уровне пульсации выходного напряжения во всем

О диапазоне скоростей. В зависимости от технического исполнения в качестве нелинейного элемента 6 сзоной нечувствительности могут быть использованы двуханодные стабилитроны, два встречно-параллельно включенные стабисторы, диоды или транзисторы. Введение интегрирующего усилителя 3 с отрицательной обратной связью 4 обеспечивает формирование напряжения, пропорционального скорости движения поезда, с пульсациями, амплитуда которых постоянна и не зависит от скорости движения поезда, а включение нелинейного элемента 6 с зоной нечувствительности между выходом суммирующего элемента 5 и входом усилителя 8 с конденсатором 7 обес- печивает резкое снижение динамической ошибки измерения скорости движения поезда при низком уровне пульсации выходного напряжения во всем диапазоне скоростей. Такое решение позволяет в отличие от известного реализовать адаптивную RC-цепь,

35 постоянная времени которой автоматически регулируется обратно пропорционально производной скорости движения поезда.

В качестве примера реализации

предложенного устройства на фиг.З приведена принципиальная схема устройства для измерения скорости движения поезда для системы автоматического управления торможением

45 поезда. Устройство содержит формй;рователь калиброванных импульсов датчика, выполненный на транзисторе VI, интегратор на операционном усилителе А 1 с конденсатором С2 в цепи отрицательной обратной связи, нелинейный элемент с зоной чувсГвительности на транзисторах V4, V5, усилитель напряжения, выполненный на транзисторах V7, V8, главную отрицательную обратную связь на резисторе R9, включенную между выходом измерителя скорости и входом операщюнного усилителя. Конденсатор C1 в течение половины периода входного сигнала датчика пути и скорости (ДПС) разряжается до нулевого напряжения через открытый транзистор VI по цепи C1,V1,V2, а в следующую половину периода при закрывании транзистора VI заряжается до напряжения питания схемы Е по цепи R3, С1, V3. Ток заряда конденсатора С1 поступает на вход операционного усилителя А1 и его среднее значение определяется следующим выражением: , где f - частота входных импульсов датчика. Постоянная времени заряда конден сатора С1, равная R3-C1, значительн меньше периода входной частоты импульсов датчика при максимальной скорости движения поезда, что.обеспечивает линейность характеристики преобра:зователя. Среднее значение выходного напря женин измерителя скорости определяется резистором главной отрицательной обратной связи R9 Vcp 3tp-Rff . Сглаживание пульсаций выходного напряжения измерителя скорости осуществляется нелинейным фильтром на транзисторах V4, V5, резисторе R4, конденсаторах С2, СЗ. В момент действия импульса заряда дозирующего конденсатора С1 на вход операционного усилителя А1 на его выходе Нс.5людается скачок напряжения д|1 - Cl с . Ди CSL а между импульсами заряда дозирующе го конденсатора выходное напряжение 1 9 интегрирующего усилителя плавно уменьшается на величину этого скачка при постоянной входной частоте. Пульсирующее выходное напряжение операционного усилителя подается на вход нелинейного элемента (транзисторы V4, V5), имеющего зону нечувствительности, равную амплитуде пульсаций. Поэтому в установившемся режиме при постоянной входной частоте импульсов датчика отсутствуют пульсации на входе усилителя напряжения, выполненного на транзистоpax V7, V8 и резисторах R6,R7,R8. За счет высокого коэффициента усиления транзисторов V4, V5 уменьшается постоянная времени сглаживающего фильтра и обеспечивается его высокое быстродействие. Усилитель напряжения, включенный к выходу нелиней-. ного фильтра, имеет коэффициент усиления Кч, (R7+R6)/R6, высокое входное сопротивление Rg;) R6R7-R8 и низкое выходное сопротивление. В переходных режимах работы, когда изменяется скорость движения поезда, что соответствует изменению частоты, входных импульсов, на выходе измерителя скорости наблюдаются пульсации напряжения с амплитудой , где а - ускорение поезда. Настройка масштаба выходного напряжения измерителя скорости осуществляется резистором R9 в цепи главной отрицательной связи. Изменяя его величину, можно настраи- вать измеритель в зависимость от действительного диаметра бандажа колёсной пары. Предложенное устройство позволит значительно расширить диапазон измеряемьпс скоростей, имеет простую реализацию при сохранении Высоких метрологических характеристик.

Т)

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДА, содержащее импульсный датчик, соединенный с формирователем импул1(сов, и конденсатор, подключенный параллельно входу усилителя, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона измерения, в него введены интегратор, сумматор и нелинейньш элемент с зоной нечувствительности, причем выход формирователя через интегратор, сумматор и нелинейньй элемент подключен к входу усилителя, а выход усилителя соединен с вторым входом сумматора. 7