Устройство для определения местоположения подвижного состава Советский патент 1993 года по МПК B61L1/16 B61L23/04 B60L15/20 

фиг.1

Изобретение относится к железнодорожным устройствам автоматики и может быть использовано для измерения скорости проходящего поезда и определения его местоположения.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения определения скорости и направления движения.

На фи г.1 представлена функциональная схема заявляемого устройства; на фиг.2 - эквивалентная схема дифференциального моста переменного тока и его временные диаграммы; на фиг.З - грэдуировочный график получения результата измерения скоро- Сти проходящего поезда.

Устройство состоит из емкостного дифференциального чувствительного элемента 1, соединенного с блоком формирователей временных интервалов 2, который в свою очередь соединен с блоком измерения скорости 3 и с блоком определения направления движения 4 поезда.

Чувствительный элемент устройства содержит дифференциальный трансформатор 5, вторичные обмотки которого образуют два смежных плеча четырехплечного моста переменного тока. К первичной обмотке трансформатора 5 подключены генератор 6 питания. Два других плеча моста обраэова- ны электрическими емкостями двух электрических проводов 7 и 8 фиксированной длины, подвешиваемых на опорах. Провода 7 и 8, емкости которых относительно земли используются как другая смежная пара плеч моста, соединены с первой парой плеч (т.е. с индуктивностямй вторичных обмоток трансформатора 5) скрученными в пару вспомогательными проводами 9. По железнодорожному пути, в зоне которого распо- ложены провода 7 и 8. может следовать поезд 10 с произвольной неизвестной скоростью. Выходная (измерительная) диагональ дифференциального моста соединена с входом формирователя 11 сигнала, кото- рый реализован на основе фазочувствитель- ного нуль-органа, синхронизированного фазой генератора 6 литания. Выход формирователя 11 соединен с объединенными входами первого 12, второго 13 и третьего 14 формирователей 12,13 и 14 временного интервала, которыми определяются моменты и время нахождения моста в одном из трех состояний; в нулевом, плюсовом и минусовом значениях фазы выходного напря- жения относительно опорной фазы генератора питания. Формирователь 13 временного интервала выходом соединен с первым элементом ИЛИ 15, который функционально относится к этому формирователю. Выход первого элемента ИЛИ 15 соединен с вторыми входами первого и третьего формирователей 12, 14 временного интервала, обеспечивая их выключения при нулевом балансе моста. Выходы формирователей 12 и 14 соединены с первым и вторым входами второго элемента ИЛИ 16 соответственно, выход которой соединен с первым входом элемента И 17, на второй вход которого подключен генератор 18. Элемент И 17 своим выходом соединен с входом двоичного счетчика 19, код которого дешифруется и фиксируется первым регистратором 20, а выход регистратора 20 соединен с вторым (инверсивным) входом элемента ИЛИ 15. Выходы первого и третьего формирователей 12,14 соединены с первым входом первого ключевого элемента И и первым входом второго ключевого элемента соответственно, а их выходы соединены соответственно с первым и вторым знаковыми входами триггера 23. Первый и второй выходы триггера 23 соединены входами ключевых элементов 21 и 22 соответственно, а третий (установочный) вход триггера 23 соединен с выходом элемента ИЛИ 15. Сброс показаний первого 20 и второго 2 регистраторов осуществляется внешними сигналами Сброс.

На фиг.2а приведена упрощенная схема дифференциального моста, в котором два плеча представлены индуктивностямй вторичных обмоток трансформатора 5Li и Lz, a два других - емкостями Ci и С2. Емкости Ci2 (частичная емкость между вспомогательными проводами 9), Сю (частичная емкость первого вспомогательного провода относительно земли), Сао(частичная емкость второго вспомогательного провода относительно земли) являются емкостями пары, отображающие ее эквивалент. Важно отметить, что если два провода равномерно окрутить в пару, то величины их емкостей Сю и Сао будут равны между собой, что исключит их влияние на баланс моста. Что же касается величины емкости Ciz, то она не окажет никакого влияния на баланс моста, так как окажется включенной в его диагональ питания. Переменными емкостями СП1 и СП2 отображено влияние движущегося поезда на величины Ci и Са.

В основе работы устройства при измерении скорости Vx.используется известное положение: скорость есть отношение пути ко времени его прохождения. Для нашего случая путь определен фиксированной длиной 10, а время его прохождения гх определяется из измерений. Поскольку результат измерения однозначно определяется числом импульсов NX, укладывающимися в интервале времени от ti до t2 (длительностью тх) между двумя последовательными дискретно изменяющимися состояниями дифференциального моста переменного тока, обуславливаемых движением поезда в зоне расположения емкостных элементов, то необходимо также однозначно поставить в соответствие Vx и NX. Это соответствие устанавливается величиной частоты f0 (или периода То) генератора счетных импульсов. При этом расчетная формула определения скорости Vx будет выглядеть следующим образом:

V- а ИХ-Ж.

где NX - число зафиксированных импульсов генератора счетных импульсов;

а IO/TO. где 1о - фиксированная длина двух проводов, образующих емкостные пле- чи дифференциального моста; Т0 - период следования импульсов генератора.

Величину а можно выбирать, исходя из значений 1о и То. Например, можно lo выбрать равной длине локомотива (но можно взять и другую величину). Величину Т0 выбирают также из практических соображений, например, чтобы емкость счетчика N0 была бы не слишком большой, Т0 лучше выбирать побольше (понятно, чтотовэтом;, случае будет поменьше). Но уж коли эти две величины выбраны, то они должны в дальнейшем остаться фиксированными, т.е. неизменными.

Далее следует определиться с диапазо- ном измерения (см.фиг.З). Градуировочные значение только одного импульса Nx 1 (начало шкалы) будет определяться числом в, в то же время конец шкалы будет определен минимальной величиной измеряемой скорости.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии при отсутствии поезда 10 в зоне элементов Ci и С2 диффе- ренциальный пост находится в состоянии баланса и выход его нуль-органа характеризуется нулевой фазой ( ро), при этом формирователь 13 временных интервалов своим единичным выходным сигналом че- рез элемент ИЛИ 15 удерживает первый и третий формирователи 12,14 и три ггер 23 в выключенном состоянии. Очевидно, никакая информация ввиду нулевых состояний формирователей 12 и 14 на выходы первого 20 и второго 24 регистраторов поступить не может.

При движении поезда он попадает в зону действия первого Ci, а потом второго

С2 емкостных элементов. В момент (фиг,26), когда емкость Ci+Cni превысит пороговое равенство , формирователь 11 зафиксирует дискретный переход моста из нулевого ( ро ) состояния в плюсовое (), под воздействием потенциала которого срабатывает только первый формирователь 12 временных интервалов, и его выход будет характеризоваться единичных потенциалом (т.п. логической единицей). Эта единица одновременно поступит на первый вход первого элемента 21, выходным сигналом которого триггер 23 установится в состояние с единичным сигналом на первом выходе (который соответствует разбалансу моста с фазой р+), ), что зафиксируется вторым регистратором 24 как знак направления движения, и на первый вход элемента ИЛИ 16. В то же время единичным сигналом триггера осуществится блокировка включения второго элемента 22. В то же время единичный сигнал с выхода элемента ИЛИ 16, поступив на первый вход элемента И 17, разрешит прохождение через его второй вход импульсов от генератора 18, которые будут фиксироваться двоичным счетчиком 19 до тех пор, пока не исчезнет единичный потенциал на первом входе элемента И 17. А это произойдет только тогда, когда поезд, пройдя расстояние 0, окажется в зоне одновременного расположения элементов Ci и Сам мост вновь вернется в состояние баланса ( (ро ). При этом двоичный счетчик 19, зафиксировав код число NK, перепишет его в первый регистратор 20, выходной единичный сигнал которого через второй вход элемента ИЛИ 15 в дальнейшем будет блокировать работу всего устройства. Разблокирование можно осуществить (вручную или автоматически) по сигналу Сброс, подаваемый на второй вход первого 20 и третий вход второго 24 регистраторов.

При движении поезда в другом направлении работа устройства будет отличаться только тем, что ее управление будет осуществляться через формирователь 14 временных интервалов и ключевой элемент 22. Ф о р м у л а и з о б р ет е н и я Устройство для определения местоположения подвижного состава, содержащее емкостный чувствительный элемент, пластины которого расположены у рельса и соединены с одними выводами одной и другой соединенных последовательно встречно обмоток дифференциального измерительного трансформатора, точка соединения которых подключена к одному из входов формирователя сигнала, выход которого соединен с одним из входов блока определения фазы

сигнала, а другой вход соединен с источником переменного напряжения, элемент И и блоки памяти, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения определения скорости и направления движения, оно снабжено элементом ИЛИ, ключевыми элементами, триггером, генератором и счетчиком импульсов, выход последнего из которых соединен с входом одного из элементов памяти, а вход - с выходом элемента И, соединенного одним из входов с выходом генератора импульсов, а другим входом - с выходом элемента ИЛИ, причем другой блок памяти одним входом соединен с одним выходом триггера, соединенным с одним из входов одного из ключевых элементов, а другим - с другим выходом триггера, соединенным с одним из входов другого ключевого элемента, выход которого и выход первого ключевого элемента соединены соответственно с одним и другим

входами триггера, при этом блок определения фазы содержит формирователи временного интервала и другой элемент ИЛИ, выход которого соединен с одними из входом одного и другого формирователей временного интервала и им образован: первый выход блока, соединенный с третьим входом триггера, а один из входов второго элемента ИЛИ соединен с выходом третьего

формирователя временного интервала, входом которого и входами первого и второго формирователей образован первый вход блока, выходами последних образованы второй и третий выходы блока, первый из

которых соединен с вторым входом первого ключевого элемента и одним из входов первого элемента ИЛИ, второй - со вторым входом второго ключевого элемента и с другим входом первого элемента ИЛИ, причем

источник переменного напряжения подключен к третьей обмотке дифференциального трансформатора.

Использование: в железнодорожных устройствах автоматики для цифрового авто- матического измерения скорости проходящего поезда и определения направления его движения. Сущность-изобретения: устройство снабжено объединенными по входам первым, вторым, третьим формирователем временных интервалов, последовательно соединенными элементами ИЛИ 16,/ 17, двоичным счетчиком 19 и регистратором 20. 3 ил.

Фи. 2

М

.... шшишши

4

Л

V vtnatf

6)

.. шшишши

4

Л

Ма