БЕСКОНТАКТНЫЙ ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ СИЛОВОГО АППАРАТА ДПСА-1

Предлагаемый бесконтактный датчик положения аппарата (ДПСА-1) относится к устройствам автоматики и может быть использован для получения информации о состоянии отдельных высоковольтных аппаратов с дистанционным управлением в положении «Включено-Выключено» преимущественно на электроподвижном составе постоянного и переменного токов, а также электропоездах. Датчик позволяет при переключении аппарата из одного положения «Включено» в другое положение «Выключено» получить на выходе электрический сигнал релейного типа. Основу датчика, фиксирующего перемещение силового аппарата, составляет оптопара «излучающий диод-фототранзистор» с открытым оптическим каналом.
Цель полезной модели - повышение помехозащищенности за счет исключения влияния электрических и магнитных полей.
На электроподвижном составе до сих пор для указания положения аппаратов используются открытые релейные блокировки, состояние которых определяет «жесткий» алгоритм сборки силовой схемы путем подключения аппаратов косвенной низковольтной схемой цепей управления.
Открытые блокировки релейного типа не обеспечивают надежную работу силовой схемы электроподвижного состава в эксплуатации из-за нарушения электрического контакта вследствие обгорания контактных поверхностей, слабого нажатия блокировочных штоков, попадания пыли, грязи, окисления, вибрации и других неблагоприятных факторов.
Известны системы, в которых вместо открытых релейных контактов используются герконы (см. патент РФ №2304820 H01H 36/00). Недостатками работы герконов являются залипания, дребезг контактов при резких динамических воздействиях на подвижной состав при движении.
Известны бесконтактные индуктивные датчики, связанные с подвижной системой управляющего аппарата (см. авт. свид. РФ №113113 B60L 15/00 и патент РФ №2223567 H01H 35/00). Недостатком индуктивных датчиков является ложное срабатывание при вибрации подвижной системы датчика.
Известны датчики положения силовых аппаратов на магнитоуправляемых микросхемах (см. патент РФ №2212727 H01H 36/00 и патент РФ №2239252 H01H 36/00). Недостатком таких датчиков является низкая помехоустойчивость при действии внешних магнитных полей.
Известен бесконтактный выключатель (авт. свид. РФ №2056069 H03K 17/30) со специальным воздействующим элементом на индуктивный чувствительный элемент. Недостатком такого датчика является дребезг сигнала при динамических воздействиях на подвижную часть.
Известен бесконтактный путевой переключатель (см. авт. свид. №2020741 H03K 17/00) с бесконтактным переключающим устройством и использованием магнитно-транзисторных ключей. Недостатком переключателя является неустойчивая работа при колебаниях чувствительного элемента датчика - постоянного магнита - в динамических режимах работы подвижного состава.
Наиболее близким по технической сущности и решаемой задаче является низковольтная электрическая блокировка (см. Дубровский З.М., Попов В.И., Тушканов В.А. Грузовые электровозы переменного тока: Справочник. - 2-е изд., перераб. И доп. - М.: Транспорт, 1998. С.197-201). Недостатком ее является наличие четырех контактных групп. Если исключить все контактные элементы, то оставшаяся часть конструкции наиболее близко подходит к исполнению ДПСА-1.
Конструктивное исполнение ДПСА-1 представлено на фиг.1. Все элементы ДПСА-1 размещены на основании 1. Здесь установлены оптопара 2 с открытым оптическим каналом и направляющие 3, исключающие изменение положения непрозрачной (стальной) шторки 6, закрепленной на штоке 5. На штоке расположен кольцевой упор 7 для пружины 8. Шток проходит через отверстия торцевых ограничителей 4, и на него действует сила F от изолированного толкателя привода силового аппарата.
Передний торцевой ограничитель 4 крепится к основанию 1 так, чтобы он без зазора прилегал к оптопаре 2. При закреплении заднего торцевого ограничителя 4 к основанию происходит предварительное сжатие пружины 8, которая через упор 7 перемещает шток при отсутствии силы F до тех пор, пока ребро шторки 6 не коснется стенки торцевого ограничителя 4. При этом шторка 6 перекрывает оптическое излучение. Все элементы ДПСА-1 сверху закрыты металлической крышкой-кожухом 9.
В исходном состоянии шторка 6 перекрывает оптический канал, и оптопара не работает. При включении силового аппарата возникает сила F, которая, действуя на шток 5, смещает его, сжимая пружину 8, и открывает оптический канал оптопары. Перекос шторки 6 при движении исключается за счет узкого канала направляющих 3.
При снятии силы F, отключении силового аппарата сила сжатой пружины 8 перемещает назад шток 5 до тех пор, пока ребро шторки 6 не коснется стенки переднего торцевого ограничителя 4. При этом излучение прерывается, и оптопара прекращает работу.
Электрическая схема включения элементов ДПСА-1 представлена на фиг.2. Основным элементом схемы является оптопара 1 с открытым оптическим каналом. Постоянное инфракрасное излучение осуществляет диод 2. В зависимости от положения шторки 6 (фиг.1) лучи попадают на базу фототранзистора 3. Резисторы 4 ограничивают токи в излучающем диоде и транзисторе. Логический элемент 5 инвертирует сигнал с выхода фототранзистора. Питание схемы осуществляется от источника Е.
Схема, представленная на фиг.2, работает следующим образом. В исходном состоянии, когда сила F=0, шторка 6 (фиг.1) перекрывает излучение, и оптопара не работает. Постоянное напряжение +Е через один из резисторов поступает на вход логического элемента «НЕ» 5, инвертируется и на выходе превращается в логический «0», т.е. 0 В.
При включении силового аппарата сила F смещает шток 5 со шторкой 6 (фиг.1), и лучи от диода попадают на базу фототранзистора 3. При этом фототранзистор включается и закорачивает вход логического элемента «НЕ» 5 с общим проводом -Е. На выходе появляется высокий уровень напряжения (логическая «1»), по которому и делается вывод о том, что силовой аппарат включился.
Предлагаемая конструкция ДПСА-1 позволяет исключить контактные блокировки, а также влияние электрических и магнитных полей. Конструкция герметична и не требует обслуживания в эксплуатации.
Предварительно сжатая пружина 8 (фиг.1) исключает вибрацию штока 5 при динамических воздействиях во время движения подвижного состава. Расположение ДПСА-1 в пространстве зависит от конструкции силового аппарата. ДПСА-1 может работать в широком диапазоне температур: от -55°С до +85°С.