ДАТЧИК УГЛА ПОВОРОТА

Полезная модель относится к измерительному оборудованию железнодорожного транспорта и может быть использована для повышения точности измерения скорости вращения колесной пары и пройденного пути железнодорожного подвижного состава.
При работающем двигателе на железнодорожном подвижном составе присутствует вибрация, передаваемая, в том числе, и на колесную пару, на которой закреплен датчик. При вибрации происходят ложные генерации сигнала датчика, связанные с повторяющимся перекрытием оптической оси оптопары зубом колеса-модулятора датчика, что интерпретируется системой, производящей расчет скорости и пройденного пути, как поступательное движение состава.
Известен датчик угла поворота, описанный в патенте РФ №2726287 С1 от 29.12.2018 г. Датчик относится к железнодорожной технике и может быть использован для измерения скорости вращения колесной пары локомотива и ее преобразования в дискретные электрические сигналы, используемые в измерительных системах, контролирующих направление движения, пройденный путь, скорость и ускорение подвижного железнодорожного состава при скорости движения до 500 км/ч. Датчик является 2-канальным: для определения направления движения применен принцип датчика угловых перемещений со сдвигом фазы сигнала одного канала относительного другого на 1/4 периода.
Наиболее близким аналогом данной полезной модели является датчик угла поворота Л178/1.2 (разработан и выпускается ПАО «Электромеханика», г. Пенза с 2018 г.), содержащий в своем составе датчики угловых перемещений, триггеры Шмитта, выполняющие функцию фильтрации переходных процессов на выходах датчиков угловых перемещений, и силовые ключи (см. руководство по эксплуатации ЦАКТ.402131.005 РЭ).
Недостатком вышеперечисленных аналогов является отсутствие защиты от паразитных перемещений, превышающих угол поворота более чем угол формирования фронта (спада) сигнала на выходе датчика угловых перемещений.
Техническим результатом, на достижение которого направлено создание полезной модели, является обеспечение датчика угла поворота средством фильтрации сигналов на выходах датчиков угловых перемещений, которые являются следствием вибраций и ударов, а не вращения колесных пар при поступательном движении состава.
Технический результат достигается тем, что датчик угла поворота, содержащий первый и второй датчики угловых перемещений, выходы которых соединены соответственно с входами первого и второго триггеров Шмитта, а также первый и второй силовые ключи, дополнительно снабжен первым и вторым детекторами фронта, формирователем последовательности, первым и вторым восстановителями сигнала и первой и второй цепями контроля, причем первые выходы первого и второго триггеров Шмитта соединены соответственно с входами первого и второго детекторов фронта, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами формирователя последовательности, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первыми входами первого и второго восстановителей сигнала, а третий и четвертый выходы соединены соответственно со вторыми входами первой и второй цепей контроля, первые входы которых соединены соответственно со вторыми выходами первого и второго триггеров Шмитта, а выходы соединены соответственно со вторыми входами первого и второго восстановителей сигнала, выходы которых соединены соответственно с входами первого и второго силовых ключей, выходы которых являются соответственно первым и вторым выходами датчика угла поворота.
На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого технического решения.
На фиг. 2 показаны диаграммы изменения напряжений выходного сигнала датчика угла поворота при возникновении ложных генераций на датчиках угловых перемещений.
Предлагаемый датчик угла поворота (фиг. 1) содержит:
1 - первый датчик угловых перемещений;
2 - второй датчик угловых перемещений;
3 - первый триггер Шмитта;
4 - второй триггер Шмитта;
5 - первый детектор фронта;
6 - второй детектор фронта;
7 - первая цепь контроля;
8 - формирователь последовательности;
9 - вторая цепь контроля;
10 - первый восстановитель сигнала;
11 - второй восстановитель сигнала;
12 - первый силовой ключ;
13 - второй силовой ключ.
На диаграммах изменения напряжений выходных сигналов датчика угла поворота (фиг. 2) обозначены:
14 - кривая изменений угла поворота колеса датчика угла поворота в момент движения, остановки и возвратно-поступательного движения колеса;
15 и 16 - диаграммы напряжений соответственно выходов первого и второго датчиков угловых перемещений;
17 и 18 - диаграммы напряжений соответственно выходов первого и второго датчика угла поворота.
Датчики угловых перемещений 1, 2 могут быть реализованы на основе зубчатого колеса, жестко закрепленного на оси вращения и установленного в разрыв оптических осей между оптическими передатчиками и оптическими приемниками.
Триггеры Шмитта 3, 4 могут быть реализованы как в самостоятельном функциональном исполнении, так и на основе RS-триггеров.
В качестве детекторов фронта 5, 6 могут быть применены регистры сдвига с логическими элементами сложения по модулю два.
Формирователем последовательности 8 может выступать, например, JK-триггер.
Цепи контроля 7, 9 могут быть выполнены на логических элементах конъюнкции и дизъюнкции.
В восстановителях сигнала 10, 11 могут быть применены JK-триггеры, работающие в счетном режиме.
В роли силовых ключей 12, 13 могут выступать MOSFET-транзисторы, подключенные через буферные элементы.
Датчик угла поворота работает следующим образом.
При поступательном движении железнодорожного подвижного состава происходит изменение угла поворота зубчатого колеса датчика угла поворота (кривая 14 на фиг. 2). Датчиками угловых перемещений 1, 2 формируются две последовательности импульсов, смещенных друг относительно друга на четверть периода (диаграммы 15 и 16 на фиг. 2). Последовательности импульсов через триггеры Шмитта 3, 4 (фиг. 1) попадают соответственно на входы детекторов фронта 5, 6, в которых преобразуются в последовательности коротких импульсов. Сформированные короткие импульсы передаются соответственно на первый и второй (управляющие) входы формирователя последовательности 8, синхронизированного с детекторами фронта 5, 6 посредством высокочастотного генератора (на фиг. 1 не показан). Начальное состояние детекторов фронта 5, 6 и формирователя последовательности 8 задается одиночным мультивибратором (на фиг. 1 не показан). Цепи контроля 7, 9 принимают на первые входы непреобразованные сигналы соответственно со вторых выходов триггеров Шмитта 3, 4, а на вторые входы - сформированную общую последовательность коротких импульсов соответственно с третьего и четвертого выходов формирователя последовательности 8 и, пропуская эти сигналы через логические цепи с обратной связью, генерирует управляющие сигналы.
Сформированная последовательность коротких импульсов с первого и второго выходов формирователя последовательности 8 поступает на первые (тактирующие) входы восстановителей сигнала 10, 11, на вторые (управляющие) входы которых поступают сигналы, генерируемые цепями контроля 7, 9. На восстановителях сигналов 10, 11 последовательности коротких импульсов снова преобразуется в две последовательности прямоугольных импульсов, смещенных друг относительно друга на четверть периода. После чего эти сигналы передаются на силовые ключи 12, 13, выходы которых являются соответственно первым и вторым выходами датчика угла поворота.
Помехи от вибрации представляют собой множественные изменения состояния выходного сигнала одного из датчиков угловых перемещений 1 или 2 (диаграмма 16 на фиг. 2) без изменения состояния выходного сигнала другого (диаграмма 15 на фиг. 2), что является основополагающим признаком наличия возвратно-поступательного движения колеса после момента остановки железнодорожного подвижного состава (кривая 14 на фиг. 2). В этом случае формирователь последовательности 8 не формирует общую последовательность коротких импульсов, а цепи контроля 7, 9, в свою очередь, не получив изменения последовательности соответственно с третьего и четвертого выходов формирователя последовательности 8, не изменят состояния на вторых входах восстановителей сигналов 10, 11, несмотря на наличие изменения непреобразованной последовательности сигнала со второго выхода триггера Шмитта 3 или 4 передаваемой на вход цепи контроля 7 или 8 соответственно. В результате состояние силовых ключей 12, 13 останется неизменным (диаграммы 17 и 18 на фиг. 2).
Таким образом, предлагаемая полезная модель обеспечивает датчик угла поворота средством защиты от вибраций путем фильтрации ложных сигналов, которые являются следствием вибраций и ударов, а не реального вращения колесных пар.