ДАТЧИК ТРАНСФОРМАТОРНЫЙ ПУТЕВОЙ

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту и, в частности, к устройствам для подсчета осей подвижных единиц железнодорожного транспорта [B61L 1/00].
Из уровня техники известен ПУТЕВОЙ ДАТЧИК ПРОХОДА ЦЕНТРА КОЛЕСА ПОДВИЖНОГО СОСТАВА [SU6599439, 30.04.1979], содержащий установленные вдоль рельса выполненные с открытыми магнитопроводами два чувствительных элемента, сигнальная и компенсирующая обмотки каждого из которых включены встречно и соединены через выпрямители с триггерами, подключенными к двум входам элемент И, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы, он снабжен блоком сравнения, выход которого соединен с третьим входом элемента И, причем сигнальные обмотки чувствительных элементов соединены встречно и через выпрямитель подключены к одному входу блока сравнения, другой вход которого соединен с источником эталонного сигнала.
Недостатком данного аналога является сложность конструкции и низкое качество работы при высоких скоростях движения железнодорожного транспорта.
Наиболее близким по технической сущности является ДАТЧИК ПУТЕВОЙ ДП-50 [Паспорт датчика путевого ДП-50 ТУ 32ЦШ 3201-НВЦ «Безопасность транспорта» ФГБОУ ВО РГУПС]. Датчик имеет электромагнитную головку и крепежное устройство, в электромагнитной головке на стальном основании смонтированы сигнальный и компенсационный стержни с обмотками. Стержни набраны из пластин трансформаторного железа, расположены параллельно рельсу и друг другу. Сверху надета крышка из нержавеющей стали. Электромагнитная головка пропитана электротехническим лаком и залита эпоксидным компаундом. Внутри электромагнитной головки находится чувствительный элемент датчика — электромагнитная система, состоящая из верхнего сигнального и нижнего компенсирующего стержневых магнитопроводов с полюсными накладками, расположенных параллельно головке рельса, с надетыми на них питающими и выходными обмотками. Питающее напряжение (20±2 В) с частотой 50 Гц подается на питающие выводы, а сигнал снимается с выходных выводов датчика, отдельный вывод служит для дистанционной настройки и контроля исправности датчика.
Основной технической проблемой прототипа является его низкое качество работы при высоких скоростях движения железнодорожного транспорта, из-за того, что в решении прототипа частота питающего напряжения составляет величину 50 Гц и при следовании железнодорожного состава со скоростью больше 60 км/ч частота напряжения на выходных выводах датчика становится близкой частоте питающего напряжения, из-за чего возникают противофазные помехи, ведущие к сбоям в работе датчика.
Задачей полезной модели является устранение недостатков прототипа.
Техническим результатом является повышение качества работы датчика при высоких скоростях движения железнодорожного транспорта.
Указанный технический результат достигается за счет того, что датчик трансформаторный путевой, состоящий из электромагнитной головки, соединенной с крепежным устройством, внутри электромагнитной головки смонтирована электромагнитная система, включающая входные выводы, подключенные к источнику питания, выполненному с возможностью подачи питающего напряжения с частотой 50 Гц, входные выводы соединены с питающей обмоткой, питающая обмотка, а также сигнальная и компенсирующая обмотки, размещены на верхнем сигнальном и нижнем компенсирующем стержневых магнитопроводах, при этом сигнальная и компенсирующая обмотки размещены встречно относительно друг друга, выходы с сигнальной и компенсационной обмоток объединены выходным выводом, выполненным с возможностью фиксации показаний датчика, отличающийся тем, что в нижней части электромагнитной головки на питающих выводах смонтирован умножитель частоты питающего напряжения, соединенный с питающей обмоткой.
В частности, умножитель частоты питающего напряжения выполнен в виде последовательно соединённых умножителя, на первый вход которого подается питающее напряжение, фильтра высоких частот и усилителя, один из выходов которого соединен посредством обратной связи со вторым входом умножителя.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлен общий вид датчика трансформаторного путевого.
На фиг. 2 показана электрическая схема датчика трансформаторного путевого.
На фиг. 3 показан вариант реализации умножителя частоты.
На чертежах обозначено:
1 – головка, 2 – крепежное устройство, 3 – кабель, 4– электромагнитная система, 5 – питающие выводы, 6 – питающая обмотка, 7 – умножитель частоты, 8 – сигнальная обмотка, 9 – компенсирующая обмотка, 10 – магнитопровод, 11 – выходные выводы,
12 – умножитель, 13 – фильтр высоких частот, 14 – усилитель,
Датчик трансформаторный путевой состоит из электромагнитной дифференциально-трансформаторной головки 1, соединенной с крепежным устройством 2. В верхней части головки 1 располагается немагнитная крышка. Электромагнитная головка 1 пропитана электротехническим лаком и залита эпоксидным компаундом. В вертикальной вилочной части основания стойки выполнены два отверстия для прокладки центрального кабеля 3. Центральный кабель 3, проложенный через отверстия вертикальной вилочной части соединен с электромагнитной системой 4. Электромагнитная система 4 имеет питающие выводы 5, подключенные к источнику питания, выполненным с возможностью подачи питающего напряжения с частотой 50 Гц, (на фиг. не показан). Питающие выводы 5 соединены с питающей обмоткой 6 через умножитель частоты 7. Питающая обмотка 6, а также сигнальная 8  и компенсирующая 9  обмотки, входящие в состав электромагнитной системы 4, размещены на верхнем сигнальном и нижнем компенсирующем стержневых магнитопроводах 10 (показано на фиг. 2), размещенных в верхней части головки 1. Сигнальная 8 и компенсирующая 9 обмотки размещены встречно относительно друг друга. Выходы с сигнальной 8 и компенсационной 9 обмоток объединены выходным выводом 11, с которого фиксируются показания трансформаторного путевого датчика. Также в электрической схеме датчика трансформаторного предусмотрен дополнительный вывод с сигнальной обмотки 8 (на фиг. не обозначен) который служит для дистанционной настройки и контроля исправности датчика. Электромагнитная система 4 в трансформаторном датчике организована таким образом, что умножитель частоты 7 располагается в нижней части головки 1 на максимальном удалении от компенсирующей 9 и сигнальной 8 обмоток и проводников выходных выводов 11.
В варианте реализации умножитель частоты питающего напряжения выполнен в виде последовательно соединённых умножителя 12, на первый вход которого подается питающее напряжение, фильтра высоких частот 13 и усилителя 14, один из выходов которого соединен посредством обратной связи со вторым входом умножителя, другой выход, соединен с питающей обмоткой 6.
Датчик трансформаторный путевой функционирует следующим образом,
При сборке датчика, на катушку вокруг магнитопровода 10 наматывают первичную компенсационную обмотку 9 и подключают к источнику переменного тока, через кабель 3. Далее берут аналогичную катушку и наматывают первичную сигнальную обмотку 8 (в варианте реализации обмотку осуществляют проводом 0.25). Катушки устанавливают друг напротив друга и обмывают их третьей питающей обмоткой 6 (в варианте реализации обмотку осуществляют проводом 0.5), которую через умножитель частоты 7 подключают к источнику питания с частотой питающего напряжения 50 Гц. Умножитель частоты 7 размещают в нижней части электромагнитной системы 4, на максимальном удалении от компенсирующей 9 и сигнальной 8 обмоток. Далее все катушки с умножителем частоты 7 изолируют, катушки соединяют между собой перемычкой и подключают к ним потребителя через выходные выводы 11 и дополнительный вывод. Выходной трехжильный кабель подключают к преобразователю сигнала (в варианте реализации, в качестве преобразователей сигнала могут использоваться приборы ПСДП50-81 или ПС50.03).
Фс
Фк
Фс
Фк
Фс
При использовании датчика его устанавливают снаружи рельса и закрепляют к подошве рельса посредством крепежного устройства 2. На вход умножителя частоты 7 подают питающее напряжения частотой 50 Гц, умножитель частоты 7 формирует на выходе удвоенное значение питающего напряжения, величиной в 100 Гц. Сигнальная 8 и компенсационная 9 обмотки образуют два магнитных потока: сигнальный  и компенсирующий . В отсутствие колеса в зоне установки датчика магнитный поток  замыкается через магнитопровод 10, воздушные промежутки и головку рельса, а магнитный поток  - через магнитопровод 10, воздушные промежутки, платформу и подошву рельса. Так как магнитные потоки проходят по магнитным цепям с разным сопротивлением, то на выходе датчика (выходных выводах 11) возникает сигнал расстройки, равный разности напряжений, наводимых во встречно включенных обмотках (величиной 2 – 3 В). При проходе над датчиком колеса, воздушные промежутки между сигнальным стержнем и головкой рельса уменьшаются, в результате чего увеличивается магнитный поток и, как следствие, увеличивается э.д.с., индуцируемая во вторичной обмотке сигнального стержня. Напряжение на выходе датчика увеличивается до 35±3 В, а частота выходного напряжения увеличивается пропорционально скорости движения железнодорожного состава. В соответствии с технической документацией для трансформаторного датчика ДП-50 при скорости движения железнодорожного состава в 60 км/ч частота напряжения увеличивается до 50 Гц. Благодаря наличию в электрической схеме устройства умножителя частоты 7 величина питающего напряжения составляет 100 Гц, таким образом, благодаря существенному различию между частотами, не возникает противофазных помех в электромагнитной системе 4, что позволяет осуществлять корректное функционирование устройства как на скоростях близких к 60 км/ч, так и на более высоких скоростях движения железнодорожного состава. Сигнал переменного тока с выхода путевого датчика передается по кабелю 3 на вход преобразователя сигнала педали ПСДП-50-81, (на фиг. не показана).
Заявленный технический результат повышение качества работы датчика при высоких скоростях движения железнодорожного транспорта, достигается благодаря тому, что питающие выводы 5 датчика соединены с питающей обмоткой 6 через умножитель частоты 7, благодаря чему частота питающего напряжения питающей обмотки 6 существенно отличается по абсолютному значению, от частоты напряжения на выходных выводах 11 датчика при движении железнодорожного состава при скоростях до 120 км/ч, в таком случае существенно снижается вероятность возникновения противофазных помех в электромагнитной системе 4. Расположение умножителя частоты 7 в нижней части электромагнитной системы 4 позволяет минимизировать взаимное влияние электромагнитных полей формируемых на участке электрической схемы от источника питания до умножителя частоты 7 с формируемыми на участке от питающей 6 и сигнальной 8 обмоток до выходных выводов 11.
Также заявленный технический результат достигается благодаря предложенному варианту реализации умножителя частоты 7 выполненного в виде последовательно соединённых умножителя 12, фильтра высоких частот 13 и усилителя 14 с петлей обратной связи. При реализации указанного варианта коэффициент умножения частоты питающего напряжения будет равняться двум. При этом указанный вариант реализации не ограничивает область действия патента другими техническими вариантами реализации умножителя частоты 7 с различными вариантами коэффициента умножения.
Заявитель в 2022 изготовил опытный образец заявленного технического решения, предварительное математическое моделирование и опытная эксплуатация которого подтвердила заявленный технический результат – высокое качество работы датчика наблюдалось при скоростях железнодорожного состава до 120 км/ч.
Пример достижения технического результата.
Данное техническое решение предназначено для возможности обеспечения работы датчика ДП-50 при скоростях движения железнодорожного состава до 120 км/ч. Согласно паспорта датчика путевого ДП-50 (ТУ 32ЦШ 3201-91), технические параметры изделия ограничены скоростью прохода колес от 0 до 60 км/ч. Данное ограничение было обусловлено используемым в России и странах СНГ стандарта питающего напряжения величиной 50 Гц. Длительная эксплуатация датчика ДП-50 выявила его существенный недостаток, не позволяющий качественно работать датчику при скоростях прохода колес более 60 км/ч из-за возникновения противофазных помех, а именно: в определенные моменты времени, напряжения, возникающие на компенсирующей 9 и сигнальной 8 обмотках, накладываются на полезные сигналы в цепи электропитания и тем самым вызывают ошибочное функционирование датчика. Реализация, указного технического решения позволило решить эту проблему, что позволило осуществить качественное функционирования датчика со скоростью прохода колес от 0 до 120 км/ч.
Заявленное устройство может изготавливаться на предприятии и является единым изделием, состоящем их механически и электрически соединенных функциональных элементов.