УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ХОЛОДНЫХ НИТЕЙ СВЕТОФОРНЫХ ЛАМП

Полезная модель относится к области железнодорожной автоматики и телемеханики, в частности - к устройствам регулирования движения поездов, и предназначена для контроля целостности выключенных нитей светофорных ламп, т.е. находящихся в холодном состоянии.
Известно устройство контроля двухнитевых ламп светофоров, содержащее источник электропитания, трансформатор, конденсатор, резистор, диод (RU 125955, B61L 5/18, опубл. 20.03.2013).
Недостатком данного устройства является ограниченное использование, т.к. применение релейно-контактной аппаратуры, такой как огневые реле, контактные группы сигнальных реле является весьма нежелательным в современных микропроцессорных системах, использующих бесконтактную аппаратуру сопряжения с сигнальными объектами, в силу трудоемкости интеграции в соответствующие информационные и вычислительные структуры из-за низкого быстродействия и потребности в дополнительных переходных устройствах (Сапожников Вл.В. и др. Микропроцессорные системы централизации: Учебник для техникумов и колледжей железнодорожного транспорта. / Под ред. Сапожникова Вл.В. - М.: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2008. - 18 ВК 978-5-89035-525-6, с. 184).
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является устройство контроля двухнитиевых ламп светофоров, содержащее источник электропитания, трансформатор, два конденсатора, резистор, диод (RU №119153, G08G 1/095, опубл. 10.08.2012).
Недостатком данного устройства является ограниченное использование, т.к. применение релейно-контактной аппаратуры, такой как огневые реле, контактные группы сигнальных реле является весьма нежелательным в современных микропроцессорных системах.
Задача полезной модели заключается в расширении области применения за счет исполнения схемы устройства на основе бесконтактной элементной базы.
Технический результат достигается тем, что устройство контроля холодных нитей светофорных ламп, содержащее источник электропитания, два конденсатора, резистор, диод, трансформатор, вывод первичной обмотки которого соединен с анодом диода, дополнительно содержит генератор тестирующих импульсов, пять резисторов, полевой и биполярный транзисторы, компаратор, причем трансформатор включен вторичной обмоткой в кабельную линию светофора, а первичная обмотка трансформатора зашунтирована первым конденсатором, катод диода подключен к стоку полевого транзистора, исток которого подключен к первому резистору, другой вывод которого соединен с отрицательным полюсом источника питания, а затвор полевого транзистора через второй резистор соединен с выходом генератора тестирующих импульсов, причем к затвору полевого транзистора подключен коллектор биполярного транзистора, база которого соединена с истоком полевого транзистора, а эмиттер соединен с отрицательным полюсом источника питания; другой вывод первого конденсатора подключен через третий резистор к положительному полюсу источника питания, к первому входу компаратора и к выводу второго конденсатора, другой вывод которого соединен с отрицательным полюсом источника питания; при этом второй вход компаратора подключен к положительному полюсу источника питания через четвертый резистор и к отрицательному полюсу - через пятый резистор, а также второй вход компаратора подключен к выходу генератора тестирующих импульсов через шестой резистор.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена принципиальная схема заявляемого устройства.
Заявляемое устройство контроля холодных нитей светофорных ламп содержит генератор тестирующих импульсов 1, резисторы 2-7, биполярный транзистор 8, полевой транзистор 9, трансформатор 10, диод 11, конденсаторы 12 и 13, источник электропитания 14, компаратор 15.
Устройство контроля холодных нитей светофорных ламп имеет следующие соединения.
Трансформатор 10 включен вторичной обмоткой в кабельную линию светофора, а первичная обмотка трансформатора 10 зашунтирована первым конденсатором 12, один из выводов которого подключен к аноду диода 11, катод которого подключен к стоку полевого транзистора 9, исток которого подключен к первому резистору 2, другой вывод которого соединен с отрицательным полюсом источника питания 14, а затвор полевого транзистора 9 через второй резистор 3 соединен с выходом генератора тестирующих импульсов 1, причем к затвору полевого транзистора 9 подключен коллектор биполярного транзистора 8, база которого соединена с истоком полевого транзистора 9, а эмиттер соединен с отрицательным полюсом источника питания 14; другой вывод первого конденсатора 12 подключен через третий резистор 4 к положительному полюсу источника питания 14, к первому входу компаратора 15.1 и к выводу второго конденсатора 13, другой вывод которого соединен с отрицательным полюсом источника питания 14; при этом второй вход компаратора 15.2 подключен к положительному полюсу источника питания 14 через четвертый резистор 5 и к отрицательному полюсу - через пятый резистор 6, а также второй вход компаратора 15.2 подключен к выходу генератора тестирующих импульсов 1 через шестой резистор 7.
Устройство контроля холодных нитей светофорных ламп работает следующим образом.
Функционирование устройства контроля холодных нитей светофорных ламп основано на подаче в кабельную линию светофорной лампы коротких импульсов напряжения (тестирующих импульсов) и контроле электрических параметров в цепи во время воздействия каждого импульса. Формирование тестирующих импульсов осуществляется путем периодического разряда в кабельную линию светофора предварительно заряженного второго конденсатора 13. Заряд второго конденсатора 13 осуществляется от источника питания 14 через третий резистор 4. Разряд второго конденсатора 13 на линию происходит при открытии полевого транзистора 9, который получает управляющий сигнал от генератора тестирующих импульсов 1 через второй резистор 3. Связь разрядной цепи с кабельной линией светофора осуществляется через разделительный трансформатор 10 для того, чтобы исключить объединение линий ламп разных светофоров через источник питания 14 контрольных схем. Энергия импульса в данной схеме ограничена напряжением источника питания 14 и емкостью второго конденсатора 13 и не может увеличиться выше определенного предела, даже если генератор тестирующих импульсов 1 вследствие отказа увеличит длительность управляющих сигналов. Минимальный интервал следования импульсов определяется постоянной времени зарядной цепи. Если вследствие отказа генератора тестирующих импульсов 1 интервал управляющих сигналов сократится, второй конденсатор 13 не будет успевать заряжаться и энергия импульсов будет резко снижена. Таким образом, исключается опасное воздействие импульсной контрольной схемы на светофорную лампу при отказе ее элементов.
Состояние нити определяется путем контроля уровня напряжения на втором конденсаторе 13 в процессе разряда с помощью компаратора 15. Опорное напряжение для компаратора 15 формируется делителем напряжения на четвертом резисторе 5 и пятом резисторе 6. Если нить исправна, второй конденсатор 13 разряжается ниже уровня опорного напряжения компаратора 15 и на выходе последнего формируются импульсы. При оборванной нити в линии светофора остается только индуктивная составляющая, разряд второго конденсатора 13 будет незначительным и импульсов на выходе компаратора 15 не будет. Емкость линии не оказывает существенного влияния на работу схемы, так как ее величина на порядок меньше емкости второго конденсатора 13. Поскольку контролируется напряжение на втором конденсаторе 13, а не ток разряда, схема является малочувствительной к воздействию помех, что особенно важно в связи с наличием влияния соседних цепей через емкость кабеля. Следует обратить особое внимание на то, что данная схема не отключается от кабельной линии светофора при включении светофорной лампы. Для того, чтобы рабочее напряжение в линии светофора не шунтировалось контрольной цепью, последовательно с полевым транзистором 9 включен диод 11 и реализована схема ограничения тока. В результате одна полуволна рабочего напряжения задерживается диодом 11, а другая полуволна ограничивается полевым транзистором 9. Первый резистор 2 и биполярный транзистор 8 образуют датчик тока, который шунтирует цепь затвора полевого транзистора 9, если ток в цепи превышает установленное значение. Такое решение позволяет не только обеспечить совместимость контрольной цепи с цепью работающей светофорной лампы, но и повышает помехоустойчивость, поскольку за счет ограничения тока не позволяет короткому импульсу помехи разрядить второй конденсатор 13 при оборванной нити лампы. Первый конденсатор 12 образует резонансный контур с индуктивностью, присутствующей в линии за счет наличия сигнального трансформатора, к которому подключена лампа светофора. Это позволяет свести к минимуму изменение напряжения на втором конденсаторе 13 при оборванной нити лампы вследствие разряда на индуктивность. Шестой резистор 7 обеспечивает понижение опорного напряжения компаратора 15 и прекращение формирования сигнала на выходе после окончания тестирующего импульса. Это позволяет получить более высокую стабильность временных параметров сигнала на выходе схемы, что облегчает его дальнейшую обработку.
Таким образом, введение в устройство контроля холодных нитей светофорных ламп бесконтактных элементов, таких как генератор тестирующих импульсов, пять резисторов, полевой и биполярный транзисторы, конденсатор и компаратор, позволяет полностью исключить применение релейно-контактной аппаратуры при реализации функции контроля холодных нитей светофорных ламп, что расширяет область применения устройства.
К недостаткам применения релейно-контактной аппаратуры также относят значительный расход дорогостоящих материалов, таких как серебро и медь, при ее изготовлении, относительно большие габариты и массу, ограниченный коммутационный ресурс, трудоемкость обслуживания в виде необходимости межинтервальных профилактических проверок и ремонта. Поэтому дополнительный эффект предлагаемой полезной модели заключается в облегчении труда обслуживающего персонала и снижении капитальных и эксплуатационных затрат.