PL237272B1 - Sposób i układ do strojenia czujników indukcyjnych do wykrywania obecności kół taboru szynowego - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ do strojenia czujników indukcyjnych do wykrywania obecności kół taboru szynowego, w szczególności w obecności zakłóceń elektromagnetycznych oraz w obecności hamulców szynowych.

Z polskiego zgłoszenia patentowego P.414742 znany jest układ do wykrywania obecności kół pojazdu szynowego oraz sposób strojenia tego układu. Inny sposób strojenia znany jest z opisu patentowego EP 1 479 587 B1.

W celu strojenia czujników indukcyjnych stosowane są różne sposoby ustalania wartości jego parametrów takich jak częstotliwość, czułość, prąd wyjściowy, a także różne sposoby wprowadzania zmian określonych powyżej parametrów, w tym sposoby zdalne oraz z wykorzystaniem układów z pamięcią nieulotną. Znane jest stosowanie różnych technik komunikacji z czujnikiem, zarówno standardowych na przykład zgodnych z Highway Addressable Remote Transducer Protocol, jak i niestandardowych, często z wykorzystaniem transmisji szeregowej.

Strojenie czujników indukcyjnych do wykrywania obecności kół taboru szynowego w rzeczywistych warunkach, po zainstalowaniu w torze w otoczeniu różniących się oddziaływaniem szyn kolejowych o różnych wymiarach odbywa się najczęściej poprzez modyfikację impedancji obwodu rezonansowego uzyskiwaną bądź przez zapewnienie odpowiednich relacji odległościowych czujnika i szyny, bądź przez odpowiednią modyfikację wartości elementów obwodu rezonansowego, przykładowo dołączając i odłączając dodatkowe elementy do/od cewki.

Dodatkowo, w celu zapewnienia długookresowej stabilności sygnałów czujnika, zakłócanych przez zmienne warunki środowiskowe przykładowo przez zmiany temperatury, stosowane bywa strojenie korygujące mające charakter kompensacji termicznej, realizowanej poprzez korektę sygnałów wewnętrznych lub wyjściowych w funkcji temperatury zgodnie z predefiniowanymi wartościami korekty zapisanymi w pamięci nieulotnej. Ograniczeniem skuteczności tego rodzaju strojenia jest brak uwzględnienia wpływu zjawisk związanych ze starzeniem się czujnika.

Sposób strojenia czujnika indukcyjnego do wykrywania obecności kół taboru szynowego, składającego się z układu generatora, obwodu rezonansowego, układu detekcji, układu wzmacniacza oraz stopnia wyjściowego, polegający na tym, że w czujniku indukcyjnym generuje się wewnętrzny sygnał oraz wyjściowy sygnał, przy czym w wartościach wewnętrznego sygnału umieszcza się wartość referencyjną, którą wykorzystuje się do uzyskania w wyjściowym sygnale wartości referencyjnej charakterystycznej dla sytuacji braku obecności koła nad czujnikiem indukcyjnym, według wynalazku charakteryzujący się tym, że dokonuje się strojenia podstawowego wartości wewnętrznego sygnału do poziomu referencyjnego poprzez ustawienie częstotliwości układu generatora, korzystnie sterowanego numerycznie. Następnie okresowo dokonuje się strojenia dodatkowego polegającego na tym, że w układzie wzmacniacza ustala się przynajmniej jeden wewnętrzny próg, według którego oddziela się duże zmiany wewnętrznego sygnału w stosunku do poziomu referencyjnego spowodowane obecnością koła, od zmian niedużych wewnętrznego sygnału w stosunku do poziomu referencyjnego pochodzących od procesów starzenia się czujnika indukcyjnego oraz zmian środowiska jego pracy. Po czym, w przypadku zmian niedużych, wewnętrzny sygnał formuje się poprzez okresową jego modyfikację, w ustalonych odstępach czasu, o wielkość korekty w taki sposób, aby sygnał wewnętrzny podlegał stopniowej korekcie kompensacyjnej zgodnie z zależnością:

XD(i+1) = XD(i) + Xkor dla XD(i) < XDref

XD(i+1) = XD(i) - Xkor dla XD(i) >= XDref, gdzie:

XD (i) - wartość sygnału wewnętrznego XD w chwili i,

XD (i+1) - wartość sygnału wewnętrznego XD po upływie czasu T od chwili i,

Xkor - wartość korekty sygnału wewnętrznego XD w ramach strojenia dodatkowego,

XDref - wartość referencyjna sygnału wewnętrznego XD, przy której sygnał wyjściowy Y osiąga wartość referencyjną Yref charakterystyczną dla sytuacji braku obecności koła nad czujnikiem indukcyjnym.

Układ do strojenia czujników indukcyjnych do wykrywania obecności koła taboru szynowego składający się z układu generatora, układu rezonansowego, układu detekcji amplitudy i/lub fazy, układu wzmacniacza, korzystnie nieliniowego oraz stopnia wyjściowego, korzystnie w konfiguracji źródła prądowego, który połączony jest z układem oceny według wynalazku charakteryzuje się tym, że w układzie generatora umieszczony jest układ oscylatora o stałej pierwszej częstotliwości wyjściowej oraz układ ustawienia zmiennej częstotliwości wyjściowej na poziomie drugiej częstotliwości wyjściowej. Układ

PL 237 272 B1 ustawienia zmiennej częstotliwości wyjściowej na poziomie drugiej częstotliwości wyjściowej sterowany jest numerycznie poprzez wprowadzenie słowa binarnego, korzystnie o długości co najmniej 8 bitów, bądź napięciowo poprzez podanie sygnału napięciowego, przez jednostkę sterującą, korzystnie w postaci mikroprocesora, korzystnie zintegrowaną z układem ustawienia zmiennej częstotliwości wyjściowej.

Korzystnie w układzie wzmacniacza umieszczony jest układ wzmacniacza sumującego, którego pierwsze wejście jest połączone z wyjściem układu detekcji, a drugie wejście połączone jest z przetwornikiem cyfrowo-analogowym, natomiast wyjście wzmacniacza sumującego połączone jest z przetwornikiem analogowo-cyfrowym, przy czym oba przetworniki są sterowane z jednostki strojenia dodatkowego, korzystnie w postaci układu mikroprocesorowego oraz korzystnie z nią zintegrowane.

Dzięki wykorzystaniu wynalazku uzyskuje się poprawę długoterminowej stabilności sygnałów czujnika, co pozwala na wydłużenie okresów między kosztownymi strojeniami realizowanymi przez wyspecjalizowany personel.

Przedmiot wynalazku objaśniony jest bliżej w przykładach wykonania i na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy układu, fig. 2a przedstawia schemat blokowy układu generatora sterowanego numerycznie, fig. 2b przedstawia schemat blokowy układu generatora sterowanego za pomocą sygnału napięciowego, a fig. 3 przedstawia schemat blokowy układu strojenia dodatkowego.

P r z y k ł a d 1

Jak pokazana na fig. 1 czujnik indukcyjny C składa się z układu generatora G, układu rezonansowego LC, układu detekcji UD, układu wzmacniacza WW oraz stopnia wyjściowego ZP, który jest połączony z układem oceny OC. Jak pokazano na fig. 2a w układzie generatora G umieszczony jest oscylator OSC o wysokiej stabilności generujący stałą pierwszą częstotliwość wyjściową F1, która jest przetwarzana przez układ ustawienia zmiennej częstotliwości wyjściowej USC na poziomie drugiej częstotliwości wyjściowej F2, sterowany numerycznie, za pomocą słowa binarnego S o długości 16 bitów przez jednostkę sterująca JS. Układ ustawienia zmiennej częstotliwości wyjściowej USC wykorzystuje zegar mikroprocesora pełniącego rolę jednostki sterującej JS wraz z sygnałem przepełnienia akumulatora sumującego impulsy sygnału z oscylatora OSC z wartością zadaną S, tworząc układ generatora sterowanego numerycznie (numerically controlled oscillator) o zmiennej częstotliwości wyjściowej F2.

Sygnał z generatora G jest poddawany filtracji przez układ rezonansowy LC, którego parametry są modyfikowane obecnością koła w pobliżu czujnika, a następnie przetwarzany przez układ detekcji UD. Układ detekcji UD może być układem detektora fazy lub amplitudy, na którego wyjściu wygenerowany jest sygnał X. Sygnał z układu detekcji X jest podawany na układ wzmacniacza WW, którego pierwszy stopień, zgodnie ze schematem przedstawionym na fig. 3 jest zrealizowany w oparciu o układ sumujący sygnał X z sygnałem korygującym XDkor. W układzie wzmacniacza WW umieszczony jest wzmacniacz sumujący WS, którego pierwsze wejście jest połączone z wyjściem układu detekcji, a drugie wejście połączone jest z przetwornikiem cyfrowo-analogowym, natomiast wyjście wzmacniacza sumującego połączone jest z przetwornikiem analogowo-cyfrowym, przy czym oba przetworniki są sterowane z jednostki strojenia dodatkowego.

Strojenie podstawowe czujnika indukcyjnego C polega na takiej modyfikacji częstotliwości wyjściowej F2, aby uzyskać na wyjściu detektora oczekiwaną wartość sygnału wewnętrznego XD na poziomie referencyjnym XDref. Operację tę realizuje się przez cykliczny pomiar wartości sygnału wewnętrznego XD za pomocą przetwornika analogowo-cyfrowego A/C jednostki sterującej JS, a następnie porównanie zmierzonego sygnału wewnętrznego XD z wartością referencyjną XDref. Po czym wprowadza się korektę częstotliwości wyjściowej F2. Proces strojenia jest uruchamiany sygnałem kontrolnym CTRL, który automatycznie osiąga wymagany do przeprowadzenia strojenia poziom binarny po stwierdzeniu ujemnej polaryzacji napięcia zasilania U czujnika indukcyjnego C, przy czym proces strojenia prowadzi się tak długo, aż do uzyskania wartości sygnału wewnętrznego XD bliskiej wartości referencyjnej XDref.

Strojenie dodatkowe czujnika indukcyjnego C, prowadzi się poprzez okresową korektę sygnału wewnętrznego XD, w odstępach czasu T, o wielkość korekcyjną Xkor za pośrednictwem przetwornika cyfrowo-analogowego C/A jednostki sterującej JS, połączonego z wejściem wzmacniacza sumującego WS, zgodnie z zależnością:

XD(i+1) = XD(i) + Xkor dla XD(i) < XDref

XD(i+1) = XD(i) - Xkor dla XD(i) >= XDref, gdzie:

XD (i) - wartość sygnału wewnętrznego XD w chwili i,

PL 237 272 B1

XD (i+1) - wartość sygnału wewnętrznego XD po upływie czasu T od chwili i, Xkor - wartość korekty sygnału wewnętrznego XD w ramach strojenia dodatkowego, XDref - wartość referencyjna sygnału wewnętrznego XD, przy której sygnał wyjściowy Y osiąga wartość referencyjną Yref charakterystyczną dla sytuacji braku obecności koła nad czujnikiem indukcyjnym.

P r z y k ł a d 2

Czujnik indukcyjny C opisany w przykładzie 1 zmodyfikowany został poprzez zastosowanie układu generatora G pokazanego na fig. 2b. W układzie generatora G umieszczony jest oscylator OSC o wysokiej stabilności generujący stałą pierwszą częstotliwość wyjściową F1. Częstotliwość wyjściowa F1 jest przetwarzana przez układ ustawienia zmiennej częstotliwości wyjściowej USC na poziomie drugiej częstotliwości wyjściowej F2. Układ ustawienia zmiennej częstotliwości wyjściowej USC wykorzystuje układ pętli sprzężenia fazowego o zmiennej częstotliwości wyjściowej F2, której wielkość jest proporcjonalna do napięcia sterującego V (voltage controlled oscillator) podawanego przez jednostkę sterującą JS.

Claims (3)

1. Sposób strojenia czujnika indukcyjnego do wykrywania obecności kół taboru szynowego, składającego się z układu generatora (G), obwodu rezonansowego (LC), układu detekcji (UD), układu wzmacniacza (WW) oraz stopnia wyjściowego (ZP), polegający na tym, że w czujniku indukcyjnym generuje się wewnętrzny sygnał (XD) oraz wyjściowy sygnał (Y), przy czym ustala się wartość referencyjną (XDref), którą wykorzystuje się do uzyskania w wyjściowym sygnale (Y) wartości referencyjnej (Yref) charakterystycznej dla sytuacji braku obecności koła nad czujnikiem indukcyjnym, znamienny tym, że dokonuje się strojenia podstawowego wartości wewnętrznego sygnału (XD) do poziomu referencyjnego (Xdref) poprzez ustawienie częstotliwości układu generatora (G), w którym umieszczony jest układ oscylatora (OSC) o stałej pierwszej częstotliwości wyjściowej (F1) oraz układ ustawienia zmiennej częstotliwości wyjściowej (USC) na poziomie drugiej częstotliwości wyjściowej (F2), który steruje się numerycznie poprzez wprowadzenie słowa binarnego (s), o długości co najmniej 8 bitów, bądź napięciowo poprzez podanie sygnału napięciowego (V) z jednostki sterującej (JS), po czym okresowo dokonuje się strojenia dodatkowego polegającego na tym, że w układzie wzmacniacza (WW) ustala się przynajmniej jeden wewnętrzny próg, według którego oddziela się duże zmiany wewnętrznego sygnału (XD) w stosunku do poziomu referencyjnego (XDref) spowodowane obecnością koła od zmian niedużych wewnętrznego sygnału (XD) w stosunku do poziomu referencyjnego (XDref) pochodzących od procesów starzenia się czujnika indukcyjnego oraz zmian środowiska jego pracy, a następnie w przypadku zmian niedużych, wewnętrzny sygnał (XD) formuje się poprzez okresową jego modyfikację, w ustalonych odstępach czasu (T), o wielkość korekty (Xkor) w taki sposób, aby sygnał wewnętrzny (XD) podlegał stopniowej korekcie kompensacyjnej zgodnie z zależnością: XD(i+1) = XD(i) + Xkor dla XD(i) < XDref XD(i+1) = XD(i) - Xkor dla XD(i) >= XDref, gdzie:

XD (i) - wartość sygnału wewnętrznego XD w chwili i,

XD (i+1) - wartość sygnału wewnętrznego XD po upływie czasu T od chwili i, Xkor - wartość korekty sygnału wewnętrznego XD w ramach strojenia dodatkowego, XDref - wartość referencyjna sygnału wewnętrznego XD, przy której sygnał wyjściowy Y osiąga wartość referencyjną Yref charakterystyczną dla sytuacji braku obecności koła nad czujnikiem indukcyjnym.

2. Układ do strojenia czujników indukcyjnych do wykrywania obecności koła taboru szynowego składający się z układu przestrajanego generatora częstotliwości (G), połączonego z obwodem rezonansowym (LC), połączonego z układem detekcji (UD), połączonego z układem wzmacniacza (WW), znamienny tym, że układ generatora częstotliwości (G) utworzony jest z układu oscylatora (OSC) o stałej pierwszej częstotliwości wyjściowej (F1), który połączony

PL 237 272 Β1 jest z układem ustawienia zmiennej częstotliwości wyjściowej (USC) na poziomie drugiej częstotliwości wyjściowej (F2), który jest połączony z jednostką sterującą (JS), sterowaną sygnałem CTRL.

3. Układ według zastrz. 2, znamienny tym, że stopień wejściowy układu wzmacniacza (WW) składa się ze wzmacniacza sumującego (WS), którego pierwsze wejście jest połączone z wyjściem układu detekcji (UD), a drugie wejście połączone jest z przetwornikiem cyfrowo-analogowym (C/A), natomiast wyjście wzmacniacza sumującego (WS) połączone jest z przetwornikiem analogowo-cyfrowym (A/C), przy czym przetworniki (C/A) i (A/C) są sterowane z jednostki strojenia dodatkowego (JSD) oraz korzystnie z nią zintegrowane, przy czym jednostka strojenia dodatkowego (JSD) jest korzystnie zintegrowana z jednostką sterującą (JS).