УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАРУШЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ НЕПРЕРЫВНОСТИ МЕЖДУ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ КОНТАКТОМ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПРОВОДНИКОМ, УСТАНОВЛЕННЫМ В КОНТУРЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
DEVICE FOR DETERMINATION OF ELECTRIC DISCONTINUITY BETWEEN ELECTRIC CONTACT AND ELECTRIC CONDUCTOR INSTALLED WITHIN DETERMINATION CIRCUIT

Данное изобретение относится к контуру определения, включающему, по меньшей мере, два различных электрических контакта, соединенных, как правило, с общим связующим их электрическим проводником, позволяющим осуществить определение нарушения электрической непрерывности между одним из этих контактов и электрическим проводником.
Данное изобретение относится к устройству определения, которое включает подобный контур определения.
Более конкретно, изобретение относится к устройству определения, в котором два подвижных электрических контакта двигаются вдоль проводящей массы, образованной, например, ходовым рельсом или направляющим рельсом для наземного транспортного средства.
В многочисленных областях, например в области транспортных средств, транспортировки товаров, погрузки и хранения, необходимо в реальном времени знать, находятся ли два элемента в контакте или нет.
В данных областях следует часто проверять наличие соединения между некоторыми элементами, которые должны находиться в контакте, но которые не закреплены относительно друг друга, например, для возможного осуществления постоянного перемещения.
В данной ситуации два передних элемента, контактирующих друг с другом при нормальных условиях работы или использования, могут быть непроизвольно или случайно разъединены по причине нестандартной и/или непредвиденной ситуации. Поэтому, например, в целях безопасности или же во избежание нарушения работы очень важно и полезно своевременно определить подобную ситуацию и без промедления исправить ее или принять необходимые меры безопасности.
Для этого предлагаемое устройство определения использует свойство электрической проводимости двух элементов, контакт между которыми находится под контролем.
Рассмотрим, в качестве примера, предпочтительное применение транспортных средств, направляемых системой управления вдоль, по меньшей мере, одного направляющего рельса. В особенности это касается городских пассажирских транспортных средств, промышленных тележек, автоматизированных при необходимости, или же погрузчиков.
В этом случае для определения и во избежание риска схода механизма с рельса, например, в случае локального разрыва направляющего рельса, наличия препятствия или постороннего предмета, лежащего на рельсе или вдоль рельса, наличия обледенелости или любой другой причины, способной вызвать внезапный подъем системы управления, необходимо обязательно убедиться в том, что система управления находится в постоянном контакте с направляющим рельсом.
Данное изобретение может быть использовано для контроля наличия контакта между системой управления и направляющим рельсом, а особенно между двумя электрическими контактами системы управления и связывающим их металлическим направляющим рельсом.
Иногда для таких транспортных средств применяют специальный механизм, расположенный перед системой управления, роль которого заключается в проверке направляющего рельса перед проходом системы управления с целью определения заранее удовлетворительного состояния направляющего рельса и близких к нему областей. Согласно изобретению устройство определения может быть удачно использовано на данном уровне для определения контакта между устройством безопасности и направляющим рельсом.
Согласно изобретению мы можем также использовать устройство определения для слежения за элементами, чей контакт с направляющим рельсом должен быть непрерывен.
Тем не менее, область применения настоящего изобретения не ограничена транспортными средствами, движущимися вдоль одного или нескольких направляющих рельсов, и варианты использования данного изобретения многочисленны.
Так, например, данное устройство может быть успешно применено для слежения за контактом ножек контейнера, цистерны, резервуара и т.д. с опорой, на которой они установлены, с целью обеспечения безопасности при транспортировке, погрузке и хранении.
Для этого контейнер оборудуют ножками или, по меньшей мере, двумя различными металлическими зонами контакта. К тому же, между этими двумя зонами контакта опора должна быть электрическим проводником и для этого она должна быть полностью или частично металлической, или покрыта проводящим электричество покрытием, или просто должна иметь проводящую электричество полосу.
Многие другие виды применения устройства определения согласно изобретению могут быть с легкостью разработаны специалистами.
Изобретение относится к устройству определения, имеющему два электрических контакта или две зоны электрического контакта, связанные с массой или элементом, являющимся электрическим проводником, или элементом со слабым сопротивлением.
Для определения отсутствия контакта, по меньшей мере, между одним из двух электрических контактов и электрическим проводником, с которым, как предполагается, должен быть контакт, стараются диагностировать повреждение электрической непрерывности между двумя контактами, связанными друг с другом электрическим проводником.
Данное изобретение обеспечивает также устройство определения нарушения электрической непрерывности между электрическим контактом и электрическим проводником, а также данное устройство содержит два различных электрических контакта и соединяющий их электрический проводник, с которым в нормальных условиях соединены электрические контакты.
Согласно изобретению устройство определения содержит возбудитель с резонансным контуром в качестве нагрузки, при этом резонансный контур, начиная от одной клеммы и заканчивая другой, содержит, по меньшей мере, один конденсатор, один из электрических контактов, часть переменного сопротивления, зависящего от открытого или закрытого состояния, по меньшей мере, одного из электрических контактов, и второй электрический контакт.
При нормальных условиях контакта часть переменного сопротивления включает первую резистивную и индуктивную ветвь, образованную электрическим проводником, и, по меньшей мере, вторую индуктивную ветвью сопротивления, подключенную параллельно и образованную конструктивной электрической связью, связывающей два контакта. Первая ветвь отсоединяется от контура при открытии, по меньшей мере, одного из контактов.
При этом устройство определения дополнительно включает электронный модуль обработки, который получает частоту колебаний резонансного контура и преобразует ее в рабочий сигнал неисправности в случае нарушения электрической непрерывности.
Что касается двух параллельных ветвей части переменного сопротивления, то для них предпочтительно использовать характеристики электрического сопротивления и индуктивные свойства, присущие, с одной стороны, электрическому проводнику одной из ветвей, а с другой стороны, присущие любой электрической связи, существующей между контактами в независимости от электрического проводника другой ветви.
Поскольку резистивные и индуктивные эффекты этих связей очень слабы и не могут быть использованы необходимым образом в цепи определения данного изобретения, существует возможность добавления вспомогательных электрических резистивных элементов и/или вспомогательных индуктивных элементов с целью усиления необходимого эффекта.
Если в данном применении не существует электрической связи между контактами со стороны электрического проводника, то в таком случае контакты будут соединены проводом или любой другой электрической связью.
Изобретение представляет завершенное устройство определения, включающее контур определения и, кроме этого, электронный модуль обработки, позволяющий конвертировать результирующие изменения контура определения в сигнал определения и доставлять его на выход в виде рабочей информации об электрическом состоянии наблюдаемых контактов.
Данная информация может быть впоследствии направлена к системе звуковой или визуальной тревоги, или она будет обработана общей системой наблюдения или управления, способной принять необходимые меры безопасности.
Из уровня техники известны различные контуры определения, такие как контуры, опубликованные в патенте DE 19735282 на имя SEKURIT SAINT GOBAIN и в патенте US-A-4812752 на имя PREUS. Тем не менее, эти контуры сильно отличаются от устройства определения данного изобретения и не позволяют решить техническую проблему.
Другие особенности и преимущества изобретения будут представлены в следующем описании, приведенном в качестве примера и с графическими материалами, на которых:
на фиг.1 представлена общая функциональная схема предлагаемого устройства определения, подсоединенного к двум любым зонам контакта;
на фиг.2 представлена блочная схема предлагаемого контура определения;
на фиг.3 представлен график, на котором изображена форма волны и который показывает изменение частоты контура определения, вызванное отсутствием электрического контакта;
на фиг.4 представлен пример электрической схемы предлагаемого устройства определения;
на фиг.5 представлена принципиальная схема альтернативного варианта осуществления, применяемого к роликам транспортного средства, движущегося вдоль металлического направляющего рельса.
Для лучшего понимания изобретения, рассмотрим на фиг.1 общую схему полного процесса работы устройства определения 1 согласно изобретению.
Данное устройство определения 1 позволяет следить за наличием контакта между парой электрических контактов 2 и 3, названных на фигурах контактом А и контактом В, и электрическим проводником 4, с которым они должны находиться в контакте.
Электрические контакты 2 и 3 могут быть подвижными или неподвижными, а также могут быть любой длины. Например, в соответствии с предпочтительным вариантом применения, представленным на фиг.5, речь может идти о ролике, скользящем вдоль металлического направляющего рельса или вдоль металлического ходового рельса. Так же это может касаться ножек или контактных зон, опирающихся на электрический проводник или на площадку, проводящую электричество. Электрический проводник 4 обеспечивает электрическое соединение между контактами А и В, когда они находятся в контакте с ним.
Электрический проводник 4 может обладать разными характеристиками. Например, согласно изобретению он может представлять собой массу, профиль или металлическое покрытие. Также он может представлять собой простое проводное соединение между двумя приемными проводниковыми зонами, предназначенными для приема контактов А и В, или может представлять собой любой другой электрический проводник, который сможет себе представить специалист для запланированного применения устройством определения 1.
Для того чтобы узнать находятся ли контакты 2 и 3 в открытом или в закрытом состоянии относительно электрического проводника 4, то есть, чтобы узнать есть ли контакт между ними и этим элементом, мы используем контур определения 5.
Данный контур определения 5, работа которого подробно описана со ссылками на фиг.2, образует исходный контур в самом устройстве определения 1 и включает устройство электрического возбуждения, именуемое возбудителем 6 и связанное с контактами А и В через один или несколько конденсаторов.
Возбудитель 6 представляет собой генератор энергии для резонансного контура. Например, им может быть электронный элемент или сборка автоколебательного операционного усилителя или любого другого генератора.
В этом контуре, с точки зрения электричества, электрический проводник 4 может являться заземлением.
Энергия питания, необходимая для работы устройства определения 1, поступает снаружи, поэтому необходимо обеспечить ее электрическую изоляцию от земли и от электрического проводника 4. Также предпочтительно, чтобы устройство определения 1 было изолировано гальванической изоляцией 7.
Устройство определения 1 включает также электронный модуль обработки 8, преобразующий изменения частоты колебаний от контура определения 5 в рабочий сигнал неисправности.
Далее мы увидим, что частоты колебания контура определения 5 различаются в зависимости от того, находятся ли контакты А и В в электрической связи с электрическим проводником 4 или же эта связь прервана из-за открытия или отсоединения контактов А или В, или же из-за неисправности той части электрического проводника 4, которая находится между двумя контактами А и В.
Исходя из разницы значений частот в контуре определения 5, электронный модуль определения 8 посылает рабочую информацию об электрическом состоянии, по меньшей мере, одного из контактов.
В дальнейшем данная информация может быть применена в зависимости от цели применения. Например, она может быть отправлена к общей системе звуковой или визуальной тревоги или к общей системе управления, способной, в случае необходимости, принять меры безопасности или исправить ситуацию.
Способ определения происходит в контуре определения 5, электрический принцип работы которого представлен на фиг.2.
Преимущественно, чтобы возбудителем 6 являлось устройство электрического возбуждения, представленное в виде составного элемента или электрической схемы периодической подачи энергии, где каждая выходная клемма связана с одним из контактов А или В через конденсатор 10.
На предпочтительном примере контур определения 5 включает конденсатор 10, находящийся между каждой клеммой возбудителя 6 и электрическими контактами 2 или 3 соответственно.
Конденсаторы 10 позволяют предотвратить передачу напряжения постоянного тока, образование которого возможно на электрическом проводнике 4, на возбудитель 6 и, особенно, на электронный модуль обработки 8. Электронный модуль обработки 8 также защищен от возможного появления постоянного тока на контактах А и В.
При нормальных условиях работы контакты А и В электрически связаны друг с другом двумя способами: посредством связующего электрического проводника 4 и конструктивной связи 11. Две данные связи соответственно образуют первую ветвь 12 и вторую ветвь 13 схемы с двумя параллельными ветвями, замыкающими цепь контура определения 5.
Конструктивная связь 11 является электрической связью, которая может быть создана любым подходящим способом. Например, структурная связь может быть представлена шасси, опорой или другими элементами объекта с контактами 2 или 3. Также согласно изобретению примером может служить специфическая связь, осуществленная через провод или же реализованная другим образом, используемая в предлагаемом контуре определения 5 и имеющая одну или несколько других функций.
Если в указанном применении не существует такой электрической связи между контактами 2 и 3, то в таком случае следует добавить специфическую конструктивную связь 11 между контактами с целью обеспечения надлежащего функционирования устройства определения 1.
Ветви 12 и 13 (фиг.2) размещены параллельно контуру определения 5 и обладают омическими и индуктивными характеристиками, эквивалентными электрическому сопротивлению и индуктивности: соответственно элементов 14 и 15 для первой ветви 12 и элементов 16 и 17 для второй ветви при последовательном подключении.
c
Данная схема двух параллельных ветвей представляет собой часть нагрузки возбудителя 6 при нормальных условиях работы, то есть в ситуации, когда оба контакта А и В соединены с электрическим проводником 4. Другая часть нагрузки представлена двумя соединениями, имеющими, при необходимости, конденсатор 10. Вместе с возбудителем 6 мы получили колебательный контур с частью резонансного RLC, представляющего собственную частоту колебания, называемую частотой контакта F.
Если, по меньшей мере, один из контактов А или В больше не имеет электрической связи с электрическим проводником 4, то первая ветвь 12 схемы окажется неподключенной. Контакты А и В не будут больше связаны конструктивной связью 11, образующей вторую ветвь 13 схемы.
c
Нагрузка возбудителя 6 изменена и равна резонансному контуру RLC с отличными омическими и индуктивными величинами. Частота колебаний резонансного контура изменяется и становится так называемой более низкой частотой разрыва F.
Пример подобного изменения частоты колебаний представлен на фиг.3.
c
d
Величины частоты колебаний F и F резонансного контура зависят от омических и индуктивных величин двух ветвей 12 и 13.
c
d
В качестве примера рассмотрим случай, в котором предлагаемое устройство определения применено к автоматически управляемому транспортному средству с контактным рельсом, а частота F предпочтительно равна примерно 5 МГц и частота F предпочтительно равна примерно 4 МГц.
Когда характеристики сопротивления и индукции, свойственные электрическим соединениям, образующим ветви 12 и 13, являются слишком слабыми для их удовлетворительного использования в предлагаемом контуре определения 5, то для усиления желаемых характеристик стоит добавить один или несколько дополнительных электрических элементов сопротивления и/или дополнительных индуктивных элементов.
Дополнительная ветвь включает элемент сопротивления или индуктивный элемент или же два последовательно подсоединенных элемента и может быть собрана параллельно на первой ветви 12 и/или на второй ветви 13.
Предпочтительно, предлагаемый контур определения 5 позволяет определить отсоединение каждого из контактов 2 или 3 в независимости от состояния того или другого контакта. Даже при одном отсоединенном контакте контур определит неисправность. Аналогично, контур определения 5 может определить разрыв электрического контура между контактами 2 и 3, то есть существует возможность определения неисправности части электрического проводника 4, расположенного между ними.
Данное изменение частоты колебания резонансного контура используется электронным модулем обработки 8 с целью его дальнейшего преобразования в сигнал неисправности Sp, используемый впоследствии, например, системой слежения, управления или сигнализации.
Предпочтительный вариант осуществления электронного модуля обработки 8 показан на схеме, изображенной на фиг.4, и описан ниже.
На данной фигуре контур определения 5 представлен эквивалентным контуром RLC, имеющим на клеммах возбудителя 6 стационарный конденсатор 18, переменную индуктивность 19 и переменное сопротивление 20, соединенные последовательно.
В данной ситуации используют переменную индуктивность 19 и переменное сопротивление 20, потому что они могут, как указывалось ранее, принимать два различных значения в зависимости от того, содержит контур 5 ветвь 13 или две параллельно соединенные ветви 12 и 13, т.е. в зависимости от того, находятся оба контакта А и В в соединении с электрическим проводником 4 или нет.
c
d
Частота колебаний на выходе контура определения 5 может принимать значение величины контакта F или величины разрыва F в зависимости от необходимости.
c
d
R
S
Выходной сигнал возбудителя 6 с частотой контакта F или с частотой разрыва F приходит на вход смесителя 21, при этом на другой вход смесителя приходит эталонная частота F, затем смеситель выдает периодический сигнал с более низкой выходной частотой F, являющейся разницей двух входных частот.
Также можно предварительно или впоследствии разделить входную частоту смесителя на необходимое число (например, на 1000) для того, чтобы использовать широко доступные компоненты.
S
S
S
Синусоидальный сигнал с разностной выходной частотой F поступает в преобразователь частота - напряжение 22, который преобразует выходную частоту F в выходное напряжение T.
S
R
D
Выходное напряжение T сравнивают с эталонным напряжением T в компараторе напряжения 23, который выдает сигнал неисправности S, который, например, впоследствии можно использовать в системе внешнего контроля.
c
D
D
Важна разница между частотой F колебаний резонансного контура в условиях нормального контакта и частотой колебаний F резонансного контура в условиях нарушения электрической непрерывности. Предпочтительно, чтобы она была не менее 20%, что позволяет после смешивания, преобразования в напряжение и сравнения определить подлинный сигнал неисправности S, который позволит осуществлять дальнейшие действия.
c
D
Предпочтительно обеспечить соединение контура для того, чтобы во время одновременных электрических соединений контактов 2 и 3 частота колебаний F резонансного контура в цепи определения соответствовала незначительному напряжению, не достаточному для создания рабочего сигнала неисправности S.
Для более подробного описания изобретения приведем на фиг.5 предпочтительный, но не ограниченный применением вариант осуществления изобретения.
В данном применении необходимо определить поднятие одного или двух токосъемных роликов 24 и 25, скользящих вдоль металлического направляющего рельса 26, с которым они должны оставаться в контакте.
Данные ролики 24 и 25 принадлежат системе управления автоматическим общественным пассажирским транспортом. В данном применении могут быть использованы ролики для заземления или ролики, проводящие ток.
Предлагаемое устройство определения 1 может быть установлено на эти ролики 24, 25 и транспортное средство.
Согласно предпочтительному варианту осуществления устройство определения 1 может быть установлено в компактный корпус, который можно будет установить на ролики 24 и 25 механизма, скользящего по направляющему рельсу.
Согласно изобретению устройство определения 1 работает аналогично предыдущему способу, соответственно ролики 24 и 25 являются контактами А и В, и металлический направляющий рельс 26 заменяет электрический проводник 4.
Транспортное средство дает необходимую энергию для работы устройства определения 1, остающееся изолированным от транспортного средства благодаря гальванической изоляции 7.
Конструктивная связь 11, образующая вторую ветвь 13 контура определения 5, осуществляется через корпус транспортного средства при использовании роликов электрической массы или роликов возврата тока.
Электронный модуль обработки 8 передает в реальном времени информацию о состоянии устройства определения 1 общей системе, осуществляющей центральное управление транспортным средством и отвечающей за безопасность, которая также может, в случае необходимости, при получении сигнала неисправности принять меры безопасности, такие как экстренное торможение.
Предпочтительно, предлагаемое устройство определения 1 позволяет определить отрыв каждого из роликов 24 или 25 в независимости от состояния другого ролика. То есть даже при отрыве одного ролика устройство определит неисправность. К тому же устройство определения может определять разрыв электрического контура между двумя роликами 24 и 25, то есть определить дефект части направляющего рельса 26, расположенного между ними.
Предпочтительно, каждый ролик, входящий в устройство управления, может быть смонтирован в паре в предлагаемом контуре определения 5. Полученный сигнал неисправности будет отличаться для каждой пары роликов без контакта, что позволит автоматически и немедленно определить место неисправности.
Естественно, изобретение не ограничивается предпочтительными вариантами осуществления, описанными выше и представленными в графических материалах, и специалист в данной области может осуществить различные изменения, не выходя за пределы формулы изобретения.