Устройство для измерения модуля скорости рельсового транспорта
RAIL VEHICLE SPEED MODULE MEASURING DEVICE

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики и может быть использовано для определения модуля скорости транспортных объектов железнодорожного и городского рельсового транспорта.
Известно устройство для измерения скорости и обнаружения буксования и юза движущегося транспортного объекта, содержащее включенные в систему реального времени датчики пути и скорости, выходы которых соединены со входами блоков формирователей сигналов, выходы которых соединены со входами блоков счетчиков импульсов, выходы которых соединены со входами блоков вычисления скорости, другие входы которого соединены с выходами блоков постоянных характеристик, навигационный приемник, входом соединенный с навигационной антенной, а выходом - со входом блока данных навигационного приемника, выход которого соединен с одним из входов блока сравнения скоростей, который другими входами соединен с выходами блоков вычисления скорости, а выход соединен со входом блока связи с CAN-интерфейсом, выходы которого соединены со входами блоков постоянных характеристик (RU 2360805, B60L 3/10, 10.07.2009).
Недостатками данного устройства для измерения скорости являются его сложность и недостаточная надежность.
В качестве прототипа принят измеритель модуля скорости рельсового транспортного средства, содержащий тактовый генератор, подключенный к входу делителя частоты, N-разрядный двоичный счетчик импульсов, три катушки индуктивности, расположенные в ряд на одинаковом расстоянии друг от друга, однополупериодный выпрямитель, элемент задержки, вычислительный модуль и элементы И, при этом выход тактового генератора соединен с счетным входом N-разрядного двоичного счетчика импульсов, к входу запуска которого подключен выход делителя частоты, соединенного с выводами первой и третьей катушек индуктивности, расположенных по обе стороны второй катушки индуктивности, выводы которой соединены со входом однополупериодного выпрямителя, выход которого подключен ко входу остановаN-разрядного двоичного счетчика импульсов, а через элемент задержки – к его входу сброса и первым входам элементов И, вторые входы которых соединены с выходами N-разрядного двоичного счетчика импульсов, выходы элементов И и выход переполнения N-разрядного двоичного счетчика импульсов подключены к соответствующим входам вычислительного модуля, выход которого является выходом устройства (RU 2696970, G01P 3/42, 07.08.2019).
Недостатками данного устройства являются сложность вычислений, высокая чувствительность к помехам и большой объем вычислительных затрат при обработке измерений модуля скорости.
Технический результат изобретения заключается в уменьшении аппаратных и вычислительных затрат при определении модуля текущей скорости движущихся транспортных объектов и в повышении точности и надежности измерений при движении рельсового транспорта, в том числе в экстремальных условиях, обусловленных проскальзыванием и проворачиванием колесной пары в момент резкого ускорения или замедления.
Технический результат достигается тем, что в устройство для измерения модуля скорости рельсового транспорта, содержащее генератор сигналов, вычислительный блок, три катушки индуктивности, расположенные в ряд на одинаковом расстоянии друг от друга, согласно изобретению введены последовательно соединенные фазосдвигающая цепь, усилитель, сумматор, детектор, и аналого-цифровой преобразователь, выход которого соединен со входом вычислительного блока, выход вычислительного блока является выходом устройства, при этом генератор сигналов выполнен в виде низкочастотного генератора синусоидального сигнала, выход которого подключен ко входу фазосдвигающей цепи и выводам первой и третьей катушек индуктивности, расположенных по обе стороны второй катушки индуктивности, выводы которой соединены со вторым входом сумматора.
На чертеже представлена функциональная схема устройства для измерения модуля скорости рельсового транспорта.
Устройство для измерения модуля скорости рельсового транспорта, содержит генератор 1 сигналов, вычислительный блок 2, три катушки 3, 4 и 5 индуктивности, расположенные в ряд на одинаковом расстоянии друг от друга, последовательно соединенные фазосдвигающая цепь 6, усилитель 7, сумматор 8, детектор 9, и аналого-цифровой преобразователь 10, выход которого соединен со входом вычислительного блока 2, выход вычислительного блока 2 является выходом устройства, при этом генератор 1 сигналов выполнен в виде низкочастотного генератора синусоидального сигнала, выход которого подключен ко входу фазосдвигающей цепи 6 и выводам первой 3 и третьей 5 катушек индуктивности, расположенных по обе стороны второй катушки 4 индуктивности, выводы которой соединены со вторым входом сумматора 8.
Устройство для измерения модуля скорости рельсового транспорта устанавливают на транспортный объект таким образом, чтобы катушки индуктивности 2, 3 и 4 были размещены над рельсовой линией 11 и обеспечивали с ней электромагнитное взаимодействие. Катушки индуктивности располагаются в ряд и друг от друга на одинаковом расстоянии, величина которого зависит от габаритов транспортного объекта, расстояния до рельсовой линии 11 и взаимного влияния катушек.
Устройство для измерения модуля скорости рельсового транспорта работает при движении транспортного объекта как в прямом, так и в обратном (задним ходом), направлениях.
Устройство для измерения модуля скорости рельсового транспорта работает следующим образом.
0
0
0
С выхода генератора 1 сигналов низкочастотное напряжение, изменяющееся по гармоническому закону Asinωt+ϕ (где A-const, ω - частота, t - время, ϕ - начальная фаза), поступает на катушки 3 и 5 индуктивности, которые формируют магнитные потоки с амплитудой Φ(t) = kAsinωt+ϕ, где k – коэффициент передачи (трансформации) катушки, осуществляющей намагничивание рельсовой линии 11 в области ее воздействия. В зависимости от направления движения транспортного средства со скоростью V на катушку 4 индуктивности будут воздействовать намагниченные по гармоническому закону области рельса - либо катушкой 3 индуктивности, либо катушкой 5 индуктивности. В результате на катушку 4 индуктивности воздействует магнитный поток остаточной намагниченности, порождающий на ее выходе электродвижущую силу с амплитудой, пропорциональной , где  - время прохождения транспортным объектом (катушкой 4 индуктивности) расстояния S между катушкой 3 (катушкой 5) и катушкой 4 индуктивности.
Сигнал  с выхода катушки индуктивности 4 поступает на второй вход сумматора 8, на первый вход которого поступает сигнал - , полученный в результате прохождения сигнала  с выхода генератора 1 сигналов через фазосдвигающую цепь 6, которая обеспечивает сдвиг фазы сигнала на , и усилитель 7 с коэффициентом передачи k.
С выхода сумматора 8 сигнал
поступает на вход детектора 9. Детектированный сигнал  с выхода детектора 9 поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 10, с выхода которого соответствующий данному сигналу двоичный код поступает в вычислительный блок 2. На выходе вычислительного блока 2 формируется искомое значение скорости V, вычисляемое на основе соотношения  .
Предлагаемое устройство имеет простую конструкцию и обеспечивает автономное измерение скорости транспортного объекта с высокой надежностью и точностью (из-за отсутствия накопления ошибок измерения), малыми вычислительными затратами и может быть использовано при решении определения параметров движущегося транспортного объекта в определенной информационной ситуации, а также навигационной задачи подвижных единиц железнодорожного и городского рельсового транспорта.