Точечный резонансный путевой датчик

 

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Гр

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4792607/11 (22) 19.02.90 (4B) 30.10Þ Бюл. Na 39-40 (71) Мариупольский металлургический институт (72) Зайцев В.С.; Садовничий АИ. (73) Мариупольский металлургический институт (54) ТОЧЕЧНЫЙ РЕЗОНАНСНЫЙ ПУТЕВОЙ

ДАТЧИК (19) RU (И) 2001SOI CI (51) 5 В61Ь1 08 (57) Использование, в системах автоблокир< вки, в горочных автоматических централизациях, в электрических централизациях в устройствах контроля перегрева букс Сущность изобретения на ферритовый магнитопровод 1 намотана обмотка парал— пельного резонансного контура 2 и обмотка возбуждения 6, связанная с генератором переменногб напряжения 7. 3 ид

2001801 ч

Изобретение относится к путевым устройствам автоматики и может быть использовано в качестве датчиков в системах автоблокировки, в горочных автоматических централизациях, в электрических централизациях станций, в устройствах контроля перегретых букс и др, Известны точечные путевые датчики, например магнитоконтактный датчик фирмы Сименс. Его магнитоконтактная система (чостоянные магниты и поляризованная контактная вставка), закрепленная на амортизаторах в герметичном корпусе из диамагнитного материала, имеет штепсельное соединение с двужильным кабелем, Датчик с гаэозащищенной контактной вставкой (герконом) состоит иэ компенсационной магнитной цепи с постоянными магнитами, которые помещены в алюминиевый корпус и залиты эпоксидной смолой.

Электромагнитный индуктивный путевой датчик фирмы Интегра (Швейцария) состоит иэ двух половин, которые крепятся к стальному основанию, расположенному на шпале и соединенному с рельсами, При движении колесной пары над датчиком магнитные силовые линии переменных полей обеих половин датчика складыва Ьтся и замыкаются через их магнитопроводы, стальное основание и колесную пару. Поэтому индуктивное сопротивление датчика увеличивается, а ток в исполнительных элементах уменьшается, что фиксируется схемой датчика.

Магнитоиндукционный датчик фирм

"Серво" и "Дженерал Электрик" (CLLIA) представляет собой подковообразный постоянный магнит с обмотками на полюсах, размещенный в диамагнитном корпусе, При входе колеса в зону действия датчика изменяется магнитный поток и индуцируется в обеих катушках с ЭДС с амплитудой, пропорциональной скорости движения колеса.

Одна иэ модификаций датчика фирмы

"Сименс" состоит иэ двух частей. С наружной стороны колеи на рельсе закрепляют одну часть с двумя излучающими, а с внутренней — другую часть с двумя приемными обмотками. Преобразователи, генератор, стабилизатор, электронная защита и выходной трансформатор смонтированы на печатных платах, которые расположены в путевом ящике сбоку от пути.

Датчик фиксирувт прохождение колес при скорости его движения от 0 до 250 км/ч и температуре окружающей среды от -40 С до+80" С, потребляемая мощность 5 Вт, масса датчика 20 кГ.

Вихретоковый капсульный датчик фирмы Сименс состоит иэ стальной буксы с мед5

ЗО

55 ной капсулой, которая запрессовывается в просверленное в головке рельса отверстие и кабельной муфты, которую крепят к шейке рельса. В капсуле находится залитый эпоксидной смолой трансформатор с разомкнутым магнитопроводом, а в муфте, в которую введен кабель. — автогенератор. Обеспечивается фиксация подвижного состава при скорости движения от 0 до 50 км/ч.

Пьезоэлектрические путевые датчики, в которых используют кристаллы кварца, разработаны японской фирмой "Сумимото

Электрик Индустри Лтд". Датчик состоит иэ двух одинаковых частей, прикрепляемых к шейке рельса с обеих сторон. Вертикальные прогибы рельса под действием нагрузки преобразуются пьезоэлементами в элек1 рические сигналы. которые по экранированному кабелю передаются в путевой ящик, где усиливаются и вновь преобразуются, Зона действия датчика около 400 мм. Датчик регистрирует колеса, движущиеся со скоростью не менее 1 кгл/1ч, Известны аналогичные разработки и в

СССР, Бесконтактный путевой переключатель содержит магнитопровод с обмоткой последовательного резонансного LC-контура, дифференциальный трансформатор, через одну компенсирующую обмотку которого последовательный LC-контур соединен с источником питания, а в цепь второй компенсирующей обмотки трансформатора включен регулируемый резистор, последовательно с которым включен параллельный резонансный LC-контур. Сигнальная обмотка дифференциального трансформатора через усилитель подключена к исполнительному зле ленту. Путевой переключатель работает на срыве колебаний в последовательном и параллельном

LC-контурах при появлении в зоне магнитопровода контролируемого механизма.

Все вышеописанные датчики имеют существенные недостатки.

Так, магнитоиндукцион н ы и датчик не фиксирует неподвижную колесную пару, находящуюся в зоне действия чувствительного элемента (нет индуцированной ЭДС).

Вихретоковый датчик работает при скорости подвижного состава всего до 50 км/ч.

Пьезоэлектрические датчики реагируют на величину прогиба рельса, а в морозы рельсы становятся менее гибкими и возникают отказы.

Контактные датчики обладают недостаточной надежностью, так как невозможно практически точно настроить их из-за разной степени износа колесных пар и рельсов.

Самые совершенные иэ них обладают конечным числом срабатываний и срок служ2001801 бы их во много раэ меньше срока службы представляют собой блок обработки сигнабесконтактных датчиков. Датчик фирмы Си- ла 10, менс, состоящий из двух частей с излучаю- Датчик работает следующим образом. щей и приемной обмотками, обладает Обмотка возбуждения G, нал»отанная на достаточно высокими техническими харак- 5 U-образный ферритовый магнитопровод 2 с теристиками (фиксирует подвижной состав чувствительного элемента 1 получает питапри скорости от 0 до 250 км/ », невысокое ние от генератора переменного напряжепотребление энергии 5 Вт, достаточный . ния 7. Величина тока 11 контролируетс о у тся температурный диапазон от -40 до +80 С), усилителем 8. Частота напряжения может но расположение всех блоков в путевом 10 иэменятьсяпринастройкерезонансногореящике вблизи пути резко усложняет и удо- жима параллельного LC-контура (индуктиврожает конструкцию, увеличивает массу(20 ности 3,4 и конденсатор 5), кГ) При появлении в зоне действия чувстКонструкция бесконтактного путевого вительного элемента 1 контролируемого переключателя также обладает недостатка- 15 механизма режим работы LC-контура измеми. К ним, в первую очередь, надо отнести няется за счет нарушения резонансного реусложненность схемы и необходимость под- жима, что приводит к измене»»ию величины держания резонансных режимов на одной токов lz и 1t Сигнал, пропорциональный вечастоте в двух контурах, что сложно осуще- личине тока I1, поступает на усилитель 8 и ствить при изменениях параметров схемы, 20 после обработки — на выходные зажимы, к вызываемых колебаниями темперагуры ок- которым могут быть подключены исполниружающей среды. Это ухудшает характери- тельный механизм, или другие устройства стики переключателя (коэффициент автоматики. Генератор 7 и усилитель 8 полпреобразования) и снижает его надежность, учают питание от блока питания 9, Цель изобретения — повышение надеж- 25 Для более подробного изложения принности датчика, ципа работы датчика рассмотрим электриПоставленная цель достигается тем, что ческую схему замещения чувствительного в точечном резонансном путевом датчике, элемента 1 (фиг.2). На этой схеме введены содержащим мап»итопроводом, на котором новые обозначения, Индуктивности обморазмещена сигнальная обмотка, соединен- 30 ток 3 и 4 в силу их одинаковости обозначены ная с генератором и через усилитель с сиг- чеоез Lz, активные сопротивления этих обналиэатором, параллельный С-контур моток обозначены через Rz. Индуктивность имеющий индуктивную обмотку, отлича- обмотки возбуждения 6 обозначена через ющийся тем, что, с целью повышения на- L1, ее активное сопротивление — через R». дежности, магнитопровод выполнен 35 Конденсатор 5 обозначе»» через С.

П-образным, иэ феррита, индуктивная об- Нза» л»о»»ндуктив»»ость между обмоткамотка LC-контура выполнена издвух частей, ми 3 и 6, 4 и 6 в силу симметрии л»аг»»»»т»»ой которыеустановлень наоднойидругойвет- системы обозначена через 11, через Z, вях магнитопровода, а сигнальная обмотка обозначено вносимое сопротивление, оГ>усраэмещена на перемычке. 40 ловлен»»ое ппявлениел» в магнитном поле

На фиг. 1 представлена схема датчика; чувствительного злеме»»та контролируемого на фиг. 2 — электрическая схел»а замещения механизма. Величина Z»»n оп редел»е»сч вечувствительного элемента, фиг.3 — принци- личи»»ой потерь, возникающих в «роаодя пиальная электрическая схе»ла одного иэ ва- щем тале»леха»»изма при его»»п »»«»е»»ии в риантов датчика, 45 переменно»и электромаг» игно»t поле, со

Точечный резонансный путевой датчик здаваемом магнитной системой чувствив качестве чувствительного элемента содер- телы»ого элемента. жит U-образный ферритовый магнитопровод 1, на концы которого намотана катушка Необходимо отметить, что величина параллельного резонансного контура 2. 50 вносимого сопротивления не являе re велиразделенного на две одинаковые части 3 и чиной постоянной, а зависит от расстояния

4. В резонансный контур входит конденса- проводящей поверхности ко»»»ро1ируe510l тор 5, На U-образный ферритовый магнито: механизма от торцов л аг»»итопровода 2 провод 2. его горизонтальную часть При экспериментальных исслед»;а«и« Г1»» намотана также обмотка возбуждения 6. 55 получающей питание от генератора пер - ло установлено. по отноше»»ие -- по о рс 1г. менногонапряжения7,соединенногосбло- дулю изменяется от 8-12 при ряс-т, i«»i ком питания 9, усилитель 8, соединенный с 6-8 мм, до 1,3 при расстоянии око 60 л" исполнительным л»еханизмом или выход- от проводящей поверхности до» >» «! n iiа» ным реле. Последние три элемента 7,8,9

2001801 нигопровода. При теоретическом определении величины Z < использовались рекомендации в книге. В.А.Говоркова

"Электрические и магнитные поля".

На фиг. 3 показана принципиальная электрическая схема одного из вариантов датчика. Задающий генератор собран на микросхеме 01. сопротивлениях R1, R2, ем кости С1 и индуктивности 1 з, к средней точке подведено питание.

Частота колебаний генератора может регулироваться путем перемещения ферритового сердечника катушки с индуктивной связью ТР1. Колебательный контур LsCz предназначен для стабилизации частоты генератора, Индуцированные в обмотке L4 колебания через последовательно включенную индуктивность Lo катушки с ферритовым (нерегулируемым) сердечником поступают на обмотку возбуждения L> чувствительного элемента.

Частота генератора подбирается такой, чтобы возник резонанс в параллельном LCконтуре чувствительного элемента, Величина напряжения, пропорциональная величине тока I1, снимается с обмотки

Формула изобретения

ТОЧЕЧНЫЙ РЕЗОНАНСНЫЙ ПУТЕВОЙ ДАТЧИК, содержащий устанавливаемый у рельса магнитопровод, на котором размещена сигнальная обмотка. соединенная с генератором и через. усилитель - c сигнализатором, параллельный LC-контур, L7 катушки ТР2 и поступает на базу транзистора Л1 (вход усилителя). Сопротивления

Вз, R4 подбираются таким образом, чтобы при настроенном в резонанс чувствитель5 ном элементе светодиод VD1 светился.

На транзисторе VT4 собран выходной каскад. Соединение транзисторов VT2 и /ТЗ (фиг.3) обеспечивает четкую работу схемы при изменении режима, т.е. при появлении

10 контролируемого механизма в зоне действия чувствительно о элемента. При этом на выходных зажимах сигнал исчезает (VT4 закрывается).

При появлении контролируемого меха15 низма ток I1 по величине существенно уменьшается, светодиод VD1 потухает, что позволяет визуально контролировать правильную работу датчика.

Пороговое устройство на транзисторах

20 VT2, VT3 перебрасывается, транзистор VT4 закрывается. Диод VD2 устраняет дребезг контактов электромеханического или герконового реле, подключаемого к выходным зажимам усилителя.

25 (56) Авторское свидетельство СССР

N. 481482. кл. B 61 L 1/08, 1973. имеющий индуктивную обмотку, отличаю30 щийся тем, что магнитопровод выполнен

П-образным из феррита, индуктивная обмотка LC-контура выполнена иэ двух частей, которые установлены на одной и другой ветвях магнитопровода, а сигналь35 чая обмотка размещена на перемычке.

2001801

Составитель В,Зайцев

Редактор Т. Павловская Техред М. Моргентал Корректор М. Куль

Заказ 3149

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушскэя наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, г01