Многофункциональный путевой датчик фиксации прохода колесной пары с частотной модуляцией сигнала (МФД)

В рассмотренных выше конструкциях путевых датчиков используется амплитудная модуляция сигнала, фиксирующего прохождение колесной пары. Преобразование этого сигнала в удобную форму для передачи его по каналу связи в пункт расположения решающего прибора требует сложной аппаратуры, размещаемой рядом с датчиком. Масса аппаратуры в некоторых системах превышает 30 кг, а монтажные и пусконаладочные работы требуют значительных затрат. Для обслуживания пунктов и устранения неисправностей необходимы специалисты высокой квалификации. Стоимость “счетного пункта” для зарубежных систем составляет несколько тысяч долларов.

Существенный выигрыш по информационным и эксплуатационным показателям может быть достигнут при использовании частотных параметрических модуляторов в путевых датчиках. В датчиках такого класса фиксация прохождения колесной пары осуществляется изменением одного из параметров генератора (например, индуктивности приемной катушки), что приводит к изменению частоты генерируемых колебаний.

Многофункциональный датчик (МФД) с частотно-модулированным выходным сигналом разработан и эксплуатируется на Октябрьской железной дороге. Для частотной модуляции сигнала используются два электронных генератора, контуры которых создают вдоль датчика два локальных электромагнитных поля. Небольшие катушки индуктивности генераторов расположены вдоль широкой поверхности датчика вблизи зоны движения гребня и разнесены друг от друга на расстояние в несколько сантиметров. Движущийся над поверхностью датчика гребень изменяет частоты генераторов и вызывает изменение выходной части прямоугольных импульсов датчика. Схемное решение датчика выполнено так, что совместно с частотной модуляцией происходит модуляция длительности выходного импульса.

На основании экспериментальных измерений в реальных условиях эксплуатации МФД получена градуировочная характеристика зависимости частоты сигнала от места расположения колеса в зоне чувствительности (рис.5). Использование этой зависимости расширяет информационные свойства датчика.

Фиксация прошедшей колесной пары происходит, когда частота изменяется относительно начального значения F₀ как в большую, так и в меньшую сторону. Например, при движении колеса в сторону увеличения координаты L происходит последовательное изменение частоты от F₀ до значения F+, затем снова идет снижение до значения F₀. После уменьшения частоты до F– она вновь увеличивается до значения F₀. При движении колеса в другом направлении изменение частоты происходит в обратном порядке. Это свойство последовательного изменения частоты при проследовании колеса в зоне чувствительности датчика может использоваться для определения направления движения подвижной единицы. Остановка колеса над датчиком фиксируется как длительное получение частоты одного значения, например F_ост.

Рис.5 Градуировочная характеристика многофункционального датчика с частотно-модулированным выходным сигналом

Частотно-модулированный сигнал, полученный с первичного датчика, может обрабатываться средствами микроэлектронной или микропроцессорной техники, так как достаточно просто преобразуется в требуемый код. В рассматриваемом варианте преобразование частотного сигнала многофункционального датчика в импульсы напряжения, фиксирующие прохождение колесной пары, происходит в конверторе. Основные элементы конвертора расположены на плате размером 100х80мм.
Обработка сигнала осуществляется в микропроцессоре (микросхема АТ89с51) программным способом за время, равное периоду следования входных сигналов. При этом максимальная скорость движения поезда может достигать 250 км/час.

На основе МФД и специального электронного блока преобразования сигнала (конвертера) изготовлены комплекты аппаратуры для системы ДИСК-Б, информационная система контроля занятости перегона, комплект аппаратуры для счета вагонов в отцепах. Расчеты экономической эффективности показали, что эксплуатация МФД и конвертеров с системой ДИСК позволила получить годовую экономию порядка 150 тыс. рублей.

Датчик имеет небольшие габариты (210х80х30), массу 700 г и содержит 14 транзисторов. Датчик работоспособен в широком температурном диапазоне (– 50… +65⁰С), виброустойчив и герметичен, устанавливается внутри колеи между шпал. Широкая поверхность датчика ориентирована к зоне движения гребня посредством крепежного устройства массой 1,5 кг. Небольшая потребляемая мощность (2 Вт) и выходные токовые импульсы свыше 50 мА допускают установку датчика на расстоянии до 5 км от системы автоматики. Для подключения датчика к системе достаточно двух кабельных жил. По этим жилам подается питание и передается информационный сигнал. Для установки датчика требуется всего несколько минут, и в ходе эксплуатации практически не требуется обслуживания.