СПОСОБ ПРИЕМА СИГНАЛОВ ИЗ ЛИНИИ ИНДУКТИВНОЙ СВЯЗИ С КОМПЕНСАЦИЕЙ ПОМЕХИ ОТ ТЯГОВОГО ТОКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR RECEIVING SIGNALS FROM INDUCTIVE COUPLING LINE WITH COMPENSATION OF INTERFERENCE FROM TRACTION CURRENT AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Область техники, к которой относится изобретение
Группа изобретений относится к железнодорожной автоматике и телемеханике, а именно к способам приема сигналов из линии индуктивной связи: рельсовой линии, шлейфов и т.д. - с компенсацией помехи от тягового тока.
Уровень техники
Известна система автоматической локомотивной сигнализации с автоматическим регулированием скорости (АЛС-АРС), содержащая путевые передающие и поездные приемные устройства, связанные между собой индуктивно. При этом приемные катушки поездных устройств индуктивно связаны с рельсовой линией, включены между собой последовательно и встречно таким образом, что электродвижущие силы (ЭДС), наведенные от полезного сигнала, складываются, а ЭДС, наведенные от помехи, вычитаются (Махмутов К.М. Устройства интервального регулирования движения поездов на метрополитене. - М.: Транспорт, 1986. - 351 с.).
Известна автоматическая локомотивная сигнализация непрерывного типа (АЛСН), содержащая установленный на пути кодовый путевой генератор, подключенный к рельсовой линии, установленные на локомотиве приемные катушки, локомотивный приемник, дешифратор, измеритель скорости. Дешифратор подключен к локомотивному светофору и тормозной системе. При этом приемные катушки включены между собой последовательно и встречно таким образом, что ЭДС, наведенные от полезного сигнала, складываются, а ЭДС, наведенные от помехи, вычитаются (Леонов А.А. Техническое обслуживание автоматической локомотивной сигнализации, М: Транспорт, 1982, 255 с.).
Кроме того, известно устройство автоматической локомотивной сигнализации, содержащее два аналоговых датчика Холла, расположенных над рельсами перед первой осью локомотива и соединенных между собой последовательно таким образом, чтобы напряжения от полезного сигнала суммировались, а от помехи вычитались (RU 2653658 C1, B61L 23/34, 11.05.2018).
Во всех упомянутых устройствах реализуется способ приема сигналов из линии индуктивной связи со схемным способом компенсации помехи на входе локомотивного приемника, при котором измеряют перед первой колесной парой единицы железнодорожного подвижного состава индукционным способом или с помощью эффекта Холла магнитное поле вблизи каждого из ходовых рельсов одной железнодорожной колеи. При этом датчики включают между собой таким образом, чтобы ЭДС, наведенные от полезного сигнала, складывались, а ЭДС, наведенные от помехи, вычитались.
Недостатком известного способа и устройств, его реализующих, является невозможность в полной мере обеспечить компенсацию помехи от тягового тока на входе приемника за счет схемы включения датчиков по причине разброса электрических параметров самих датчиков (например, добротности и индуктивности приемных катушек), а также ввиду имеющих место в условиях эксплуатации (например, при «боковой качке» кузова железнодорожного подвижного состава) различия их геометрического положения относительно осей и уровня головки соответствующих ходовых рельсов. Кроме того, даже при полной симметрии датчиков, при наличии асимметрии тягового тока в рельсовой линии будет иметь место разность величин ЭДС, наведенных в каждом из датчиков от тягового тока помехи. При этом, разумеется, такое схемное решение не компенсирует помех, наводимых в датчиках в связи с асимметрией в канале индуктивной связи, возникающей, например, на метрополитене за счет геометрического положения проводника контактной сети - контактного рельса - относительно ходовых рельсов и приемных катушек. В связи с этим, при применении современного электрического подвижного состава высокой мощности возникает увеличение числа сбоев в работе автоматической локомотивной сигнализации.
Известен способ защиты работы устройств автоматической локомотивной сигнализации от помех линий электропередач (RU 2344958 С1, B61L 25/02, 27.01.2009). Способ заключается в том, что создают второй вспомогательный канал, выдающий помеху в противофазе. При этом создают противофазную помеху путем сглаживания импульсов полезного сигнала, и далее напряжение противофазной помехи вычитают из напряжения текущего сигнала.
Недостатком известного способа является компенсация помех только от линий электропередач. При этом не компенсируется действие помехи от асимметрии тягового тока или асимметрии в канале индуктивной связи ввиду геометрического положения проводников контактной сети, например, контактного рельса на метрополитене.
Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемой группе изобретений является устройство для снижения числа сбоев в работе автоматической локомотивной сигнализации (RU 202178 U1, B61L 25/06, B61L 3/16, 05.02.2021). Устройство для снижения числа сбоев в работе автоматической локомотивной сигнализации содержит четыре аналоговых датчика Холла, располагаемых по два над каждым из ходовых рельсов перед первой осью на одной высоте относительно уровня головки рельса, соединяемый с ними локомотивный приемник, выход которого подключен к первому входу дешифратора, второй вход которого подключен к измерителю скорости, выходы дешифратора подключены к локомотивному светофору и электропневматическому клапану. Аналоговые датчики Холла соединены между собой последовательно и таким образом, что напряжения на их выводах от помехи вычитаются, а от полезного сигнала складываются. Пластины аналоговых датчиков Холла располагаются перпендикулярно силовым линиям магнитного поля, формируемого протекающими в рельсах токами, и симметрично относительно осей соответствующих ходовых рельсов.
Недостатком известного устройства является отсутствие компенсации помехи на входе локомотивного приемника, возникающей в связи с асимметрией в канале индуктивной связи, вызванной геометрическим положением проводника контактной сети.
Оно взято за прототип.
Раскрытие изобретения
Техническим результатом, на достижение которого направлена данная группа изобретений, заключается в снижении числа сбоев в работе бортовой аппаратуры автоматической локомотивной сигнализации при наличии асимметрии в канале индуктивной связи.
Технический результат достигается тем, что способ приема сигналов из линии индуктивной связи с компенсацией помехи от тягового тока, заключается в том, что непрерывно перед первой колесной парой железнодорожного подвижного состава индукционным способом и/или с помощью эффекта Холла измеряют: электромагнитное поле вблизи левого по ходу движения рельса с помощью по крайней мере одного датчика; электромагнитное поле вблизи правого по ходу движения рельса с помощью по крайней мере одного датчика. При этом непрерывно: рассчитывают результирующую ЭДС полезного сигнала как сумму ЭДС, наведенных в каждом из датчиков от полезного сигнала; рассчитывают результирующую ЭДС помехи как разность ЭДС, наведенной от помехи в по крайней мере одном датчике, расположенном над одним из ходовых рельсов, и ЭДС, наведенную от помехи в по крайней мере одном датчике, расположенном над другим ходовым рельсом; полученные результирующие ЭДС полезного сигнала и ЭДС помехи складывают. Дополнительно непрерывно: рассчитывают сумму ЭДС, наведенных в каждом из датчиков от помехи; рассчитывают величину суммы коэффициента асимметрии помехи в линии индуктивной связи и коэффициента асимметрии геометрического положения и электрических параметров приемных катушек и/или датчиков Холла как выраженное в процентах отношение результирующей ЭДС помехи к сумме ЭДС, наведенных в каждом из датчиков от помехи; измеряют перед первой колесной парой железнодорожного подвижного состава индукционным способом и/или с помощью эффекта Холла посредством по крайней мере одного датчика электромагнитное поле вблизи проводника или проводников контактной сети; определяют уровень ЭДС компенсации помехи путем регулирования уровня ЭДС помехи, наведенной от проводника или проводников контактной сети, в соответствии с рассчитанной суммой коэффициента асимметрии помехи в линии индуктивной связи и коэффициента асимметрии геометрического положения и электрических параметров приемных катушек и/или датчиков Холла; вычитают из суммы результирующих ЭДС помехи и полезного сигнала величину ЭДС компенсации помехи; результат передают на вход локомотивного приемника.
Система для приема сигналов из линии индуктивной связи с компенсацией помехи от тягового тока содержит первую и вторую приемную катушки или датчики Холла, расположенные перед первой колесной парой единицы железнодорожного подвижного состава над соответственно первым и вторым ходовыми рельсами перпендикулярно силовым магнитным линиям электромагнитного поля, формируемого вокруг них протекающей по ним смесью тока сигнала и тока помехи, включенные между собой последовательно и таким образом, что ЭДС, наведенные от помехи, вычитаются, а ЭДС, наведенные от полезного сигнала - складываются. Система дополнительно содержит третью приемную катушку или датчик Холла, блок расчета асимметрии, блок регулировки уровня. При этом третья приемная катушка или датчик Холла и блок регулировки уровня включены между собой параллельно и последовательно с первой и второй приемными катушками или датчиками Холла таким образом, что ЭДС помехи, наведенная в третьей приемной катушке или датчике Холла вычитается из суммы ЭДС, наведенных в первой и второй катушках или датчиках Холла. Первая приемная катушка или датчик Холла своими первым и вторым выводами соединен соответственно со вторым и первым входами блока расчета асимметрии; вторая приемная катушка или датчик Холла своими первым и вторым выводами соединен соответственно со вторым и третьим входами блока расчета асимметрии. Выход блока расчета асимметрии соединен со входом блока регулировки уровня. Соответствующие выходы первой и третьей приемных катушек или датчиков Холла соединены со входом локомотивного приемника.
При этом блок регулировки уровня выполнен как программно управляемое сопротивление.
При этом блок регулировки уровня выполнен как управляемый генератор.
Краткое описание чертежей
Сущность группы изобретений поясняется чертежом. На чертеже показана структурная схема системы для приема сигналов из линии индуктивной связи с компенсацией помехи от тягового тока.
Осуществление изобретения
Система для приема сигналов из линии индуктивной связи с компенсацией помехи от тягового тока (фигура) реализует заявленный способ следующим образом.
Система для приема сигналов из линии индуктивной связи содержит первый, второй и третий датчики 1, 2 и 3, которые могут быть выполнены как приемные катушки или датчики Холла; блок 4 расчета асимметрии; блок 5 регулировки уровня. При этом первый датчик 1 расположен над первым ходовым рельсом 6, второй датчик 2 расположен над вторым ходовым рельсом 7; третий датчик расположен рядом с контактным рельсом 8. Первый и второй датчики 1 и 2 соединены своими первыми выводами между собой последовательно и встречно таким образом, что ЭДС, наведенные в них от полезного сигнала, складываются, а ЭДС, наведенные от помехи, вычитаются; третий датчик 3 соединен своим первым выводом со вторым выводом датчика 2 таким образом, чтобы наведенная в нем ЭДС помехи вычиталась из суммы результирующих ЭДС помехи и полезного сигнала, наведенный в первом и втором датчиках 1 и 2. Второй вывод первого датчика 1 соединен с первым входом блока 4 расчета асимметрии, первые выводы первого датчика 1 и второго датчика 2 соединены со вторым входом блока 4 расчета асимметрии, второй вывод второго датчика 2 соединен с третьим входом блока 4 расчета асимметрии. Выход блока 4 расчета асимметрии соединен со входом блока 5 регулировки уровня. Блок регулировки уровня соединен своим первым выводом с первым выводом датчика 3 и, соответственно, со вторым выводом второго датчика 2 и третьим входом блока 4 расчета асимметрии, своим вторым выводом блок 5 регулировки уровня соединен со вторым выводом датчика 3. Вторые выводы первого и третьего датчиков 1 и 3 подключены ко входу локомотивного приемника (на чертеже не показан). Система работает следующим образом.
Первый и второй датчики 1 и 2 измеряют перед первой колесной парой единицы железнодорожного подвижного состава магнитное поле вблизи первого и второго ходовых рельсов. Следует отметить, что полезный сигнал -сигнал автоматической локомотивной сигнализации, протекает по первому и второму ходовым рельсам 6 и 7 в разных направлениях, а ток помехи, т.е. тяговый ток, протекает в первом и втором ходовых рельсах 6 и 7 в одинаковом направлении.
ПС1
П1
ПС2
П2
В первом датчике 1 наводится ЭДС полезного сигнала Е и ЭДС помехи Е от всех проводников: первого и второго ходовых рельсов 6 и 7 и контактного рельса 8. При этом, ввиду значительного удаления первого датчика 1 и второго ходового рельса 7 и контактного рельса 8, ЭДС, наводимая в нем от указанных источников, будет мала. Во втором датчике 2 наводится ЭДС полезного сигнала Е и ЭДС помехи Е от всех проводников: первого и второго ходовых рельсов 6 и 7 и контактного рельса 8. Следует отметить, что ЭДС, наведенная от контактного рельса 8 во втором датчике 2 будет больше, чем ЭДС, наведенная от этого же источника в первом датчике 1 ввиду того, что контактный рельс 8 расположен ближе ко второму датчику 2, чем к первому датчику 1. Тем самым проявляется влияние асимметрии в канале индуктивной связи, вызванное положением проводника контактной сети относительно первого и второго датчиков.
ПС
Результирующая ЭДС полезного сигнала Е (между вторыми выводами первого и второго датчиков 1 и 2) равна сумме ЭДС, наведенных в каждом из датчиков: первом и втором - 1 и 2:
ПС
ПС1
ПС2
Е=Е+Е.
П
Результирующая ЭДС помехи Е (между вторыми выводами первого и второго датчиков 1 и 2) равна разности ЭДС, наведенных в каждом из датчиков: первом и втором - 1 и 2:
П
П1
П2
Е=Е-Е.
П
При этом Е=0 только в том случае, если выполняются все условия:
1) электрические параметры первого и второго датчиков 1 и 2 одинаковы;
2) геометрическое положение первого и второго датчиков 1 и 2 относительно оси и уровня головки соответственно первого и второго ходовых рельсов 6 и 7;
3) полной симметрии тягового тока в первом и втором ходовых рельсах 6 и 7;
4) отсутствия асимметрии в канале индуктивной связи, вызванной геометрическим положением проводника контактной сети.
Первые два условия не выполняются на практике ввиду разброса параметров самих датчиков и изменения геометрического положения датчиков в пути следования, например, при явлении т.н. «боковой качки». Третье условие хотя на практике и является наиболее достижимым, тем не менее выполняется не всегда. Четвертое условие в рассматриваемом случае не выполняется, так как контактный рельс 8 расположен вблизи от второго датчика 2.
П
П3
П
Таким образом Е≠0, требуется ее компенсация. Для этого посредством третьего датчика 3 перед первой колесной парой измеряют магнитное поле контактного рельса 8. В третьем датчике наводится ЭДС помехи Е. Однако ее уровень не соответствует уровню Е и требует регулировки.
Регулировка осуществляется следующим образом.
П
П1
П2
Со вторых выводов первого и второго датчиков 1 и 2 блок 4 расчета асимметрии между первым и третьим своими входами регистрирует разность ЭДС, наведенных от помехи Е. Кроме того, на своих первом и втором входах блок 3 расчета асимметрии регистрирует величину ЭДС Е, наведенную от помехи в первом датчике 1, а на втором и третьем своих входах регистрирует величину ЭДС Е, наведенную от помехи во втором датчике 2. Блок 4 расчета асимметрии рассчитывает сумму ЭДС, наведенных в первом и втором датчиках 1 и 2 от помехи:
П+
П1
П2
Е=Е+Е.
П
П+
На основе этих значений, поступающих на вход величин блок 4 расчета асимметрии рассчитывает сумму коэффициента асимметрии помехи в линии индуктивной связи и коэффициента асимметрии геометрического положения и электрических параметров приемных катушек и/или датчиков Холла как выраженное в процентах отношение результирующей ЭДС помехи Е к сумме ЭДС Е, наведенных в каждом из датчиков от помехи:
АС
П
П+
К=(Е⋅100%)/Е.
Блок 4 расчета асимметрии представляет собой микроконтроллер с функцией измерения напряжения на его входах.
АС
АС
АС
АС
АС
АС
Полученное значение передается на вход блока 5 регулировки уровня. Блок 5 регулировки уровня может быть выполнен как программно регулируемый резистор. Если К=0, то его сопротивление равно 0. Если К≠0, то его сопротивление отлично от нуля и обеспечивает вычитание из суммы результирующих ЭДС помехи и полезного сигнала необходимой величины ЭДС компенсации помехи. Кроме того, блок 5 регулировки уровня может быть выполнен как управляемый генератор, формирующий сигнал, соответствующий по уровню К, в противофазе к сигналу, наведенному в третьем датчике 3. Если К=0, то блок 5 регулировки уровня формирует сигнал, равный по величине сигналу, наведенному в третьем датчике 3. Если коэффициент К≠0, то уровень сигнала, формируемого блоком 5 регулировки уровня, меньше, чем сигнала, наведенного в датчике 3, и соответствует величине суммы коэффициентов асимметрии К.
П
Тем самым обеспечивается величина Е=0, что обеспечивает снижение числа сбоев в работе бортовой аппаратуры автоматической локомотивной сигнализации при наличии асимметрии в канале индуктивной связи, в том числе вызванной геометрическим положением проводника контактной сети.
ПС
Результирующая ЭДС, равная Е со вторых выводов первого и третьего датчиков 1 и 3 передается на вход локомотивного приемника.