Forbidden

You don't have permission to access /zzz_siteguard.php on this server.

ПРИЕМНИК ДЛЯ РЕЛЬСОВОЙ ЦЕПИ - Патент РФ 2104199
Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
ПРИЕМНИК ДЛЯ РЕЛЬСОВОЙ ЦЕПИ
ПРИЕМНИК ДЛЯ РЕЛЬСОВОЙ ЦЕПИ

ПРИЕМНИК ДЛЯ РЕЛЬСОВОЙ ЦЕПИ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: в области железнодорожной автоматики в перспективных системах автоблокировки, для контроля состояний рельсовых линий. Сущность изобретения: приемник содержит блоки оценивания амплитуды контрольного сигнала рельсовой линии и дисперсии помех, значения которых используются при расчете кумулятивной суммы. В зависимости от распознаваемого режима переключается выходной сигнал приемника, который управляет сигналами светофора и положением контактов коммутатора, включенного между выходом блока оценивания и входом блока вычисления кумулятивной суммы. В нормальном режиме работы рельсовой линии величина кумулятивной суммы непрерывно растет. Отношение сигнал/помеха превышает ограничительный порог. На выходе приемника формируется сигнал, соответствующий нормальному режиму. 4 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2104199
Класс(ы) патента: B61L23/16
Номер заявки: 96110159/28
Дата подачи заявки: 17.05.1996
Дата публикации: 10.02.1998
Заявитель(и): Московский государственный университет путей сообщения
Автор(ы): Беляков Игорь Васильевич[RU]; Суханова Наталия Вячеславовна[RU]; Ле Тхи Ван Ань[VN]
Патентообладатель(и): Московский государственный университет путей сообщения (RU)
Описание изобретения: Изобретение относится к области железнодорожной автоматики, в частности к устройствам контроля состояний рельсовых линий.
Известен приемник для рельсовой цепи, в котором решение о состоянии рельсовой линии выносится на основе сравнения с порогом решающей статистики - кумулятивной суммы из временных отсчетов сигнала контроля состояния рельсовых линий (КРЛ) (SU, авт. св. N 1645183, кл. B 61 L 23/10, 1991). Предполагается, что параметры сигнала КРЛ и помех от тягового тока известны. Кумулятивная сумма вычисляется по формуле

где S - кумулятивная сумма;
y - входной сигнал;
Θ2, Θ1 - средние значения сигнала в нормальном и шунтовом режимах соответственно;
σ2 - дисперсия помех;
h - моменты времени.
Для определения режима работы рельсовой линии значение кумулятивной суммы сравнивается с порогом. В нормальном режиме кумулятивная сумма увеличивается и превышает установленный порог, в шунтовом режиме ее величина убывает до нуля.
Недостатком этого приемника является то, что для его работы необходимо задать значения амплитуды полезного сигнала в нормальном и шунтовом режиме Θ2, Θ1, а также дисперсию помех. Флуктуации входного сигнала вследствие изменения сопротивления балласта и помех от тягового тока могут привести к рассогласованию настройки приемника и параметров входного сигнала, что снижает эффективность работы устройства.
Известен приемник для рельсовой цепи, содержащий последовательно соединенные фильтр, детектор, первый интегратор, первый дискретизатор выход которого соединен с первым входом блока оценивания амплитуды контрольного сигнала рельсовой линии и одним из входов блока выполнения кумулятивной суммы, второй и третий входы которого через коммутатор подключены к выходу упомянутого блока оценивания амплитуды контрольного сигнала рельсовой линии, выход блока вычислений кумулятивной суммы связан в первым информационным входом первого сумматора, выход которого соединен с объединенными входами компаратора и первого порогового элемента, второй информационный вход первого сумматора соединен с выходом последнего, обнуляющий вход которого подключен к выходу компаратора (SU, авт. св. N 1740225, кл. B 61 L 23/16, 1992). Приемник содержит дополнительный блок, в котором определяются оценки среднего значения амплитуды и дисперсии огибающей сигнала КРЛ в нормальном и шунтовом режимах

где - оценка среднего значения амплитуды огибающей сигнала контроля состояния рельсовой линии;
- оценка дисперсии сигнала КРЛ;
σ2 - априорно установленное значение дисперсии помехи.
Вычисленные оценки среднего значения амплитуды сигнала используются в качестве настройки при обнаружении сигнала КРЛ с помощью метода кумулятивных сумм по формуле (1).
Указанный прототип имеет недостаток. Приемник с блоком вычисления оценки среднего значения амплитуды сигнала КРЛ представляет собой адаптивное устройство. Для его устойчивой работы необходимо, чтобы выполнялось условие различимости сигнала и помехи. В противном случае возможны отказы в работе приемника.
Например, в нормальном режиме вследствие снижения сопротивления балласта амплитуда полезного сигнала может уменьшиться. Разница будет близка к нулю. Изменение режима работы рельсовой линии не приведет к уменьшению кумулятивной суммы. Приемник не обнаружит переключение рельсовой линии в шунтовой режим. В этом случае на выходе устройства будет сформирован ложный сигнал свободного состояния рельсовой линии, что создает предпосылки для опасной ситуации.
При эксплуатации рельсовых линий поверхности качения рельсов покрываются ржавчиной и загрязняются, что приводит к ухудшению проводящих свойств контакта рельс - колесная пара и кратковременному пропаданию поездного шунта. Кратковременное пропадание поездного шунта может быть воспринято приемником как переключение рельсовой линии в нормальный режим.
Предлагаемое устройство позволяет устранить указанные недостатки.
Технический результат достигается тем, что приемник для рельсовой цепи, содержащий последовательно соединенные фильтр, детектор, первый интегратор, первый дискретизатор, выход которого соединен с первым входом блока оценивания амплитуды контрольного сигнала рельсовой линии и одним из входов блока вычисления кумулятивной суммы, второй и третий входы которого через коммутатор подключены к выходу упомянутого блока оценивания амплитуды контрольного сигнала рельсовой линии, а выход блока вычисления кумулятивной суммы связан с первым информационным входом первого сумматора, выход которого соединен с объединенными входами компаратора и первого порогового элемента, второй информационный вход первого сумматора связан с выходом последнего через первый элемент задержки, обнуляющий вход подключен к выходу компаратора, снабжен блоком оценивания дисперсии помехи, квадратором, первым делителем, вторым пороговым элементом и элементом И, выход которого связан с коммутатором с возможностью управления положением контактов, а первый и второй входы соединены с выходами первого и второго пороговых элементов, выход блока оценивания амплитуды контрольного сигнала рельсовой линии подключен к второму блоку оценивания дисперсии помехи и входу квадратора, выход которого соединен с первым входом первого делителя, выходом подключенного к второму пороговому элементу, выход блока оценивания дисперсии помехи подключен к второму входу блока оценивания амплитуды контрольного сигнала рельсовой линии, четвертому входу блока вычисления кумулятивной суммы и второму входу первого делителя, причем блок вычисления кумулятивной суммы включает в себя первый, второй и третий вычитатели, второй и третий делители, первый, второй, третий и четвертый умножители и элемент задания коэффициента умножения, равного двум, выход первого вычитателя подключен к первому входу второго делителя, выход которого подключен к первому входу первого умножителя, второй умножитель, третий вычитатель и третий делитель соединены последовательно по первым входам и подключены к второму входу второго вычитателя, выход четвертого умножителя подключен ко второму входу третьего вычитателя, один из выходов третьего умножителя подключен к упомянутому элементу задания коэффициента умножения, а выход соединен с вторым входом третьего делителя, выход первого умножителя подключен к второму входу второго вычитателя, при этом вторым входом первого умножителя образован первый вход блока, объединенными входами второго умножителя и первым входом первого вычитателя - второй вход блока, объединенными входами четвертого умножителя и вторым входом первого вычитателя - третий вход блока, вторым входом третьего умножителя - четвертый вход блока, а выходом второго вычитателя - выход блока, блок оценивания амплитуды контрольного сигнала рельсовой линии включает в себя четвертый вычитатель, пятый и шестой умножители, второй, третий и четвертый сумматоры, второй и третий элементы задержки, четвертый и пятый делители, элемент задания сигнала, соответствующего числу 1, элемент задания сигнала, соответствующего априорной дисперсии контрольного сигнала рельсовой линии, при этом четвертый вычитатель, пятый и шестой умножители и второй сумматор включены последовательно по первым входам, выход второго сумматора через второй элемент задержки подсоединен к второму входу второго сумматора и второму входу четвертого вычитателя, третий и четвертый сумматоры и пятый делитель соединены последовательно по первым входам, а выход пятого делителя соединен со вторым входом шестого умножителя и через третий элемент задержки подключен ко второму входу третьего сумматора, к первому входу которого подключен элемент задания сигнала, соответствующего априорной дисперсии контрольного сигнала рельсовой линии, выход третьего сумматора соединен с вторым входом пятого делителя, к первому входу четвертого сумматора подключен элемент задания сигнала, соответствующего числу 1, а его выход соединен со вторым входом пятого умножителя, при этом первым входом четвертого вычитателя образован первый вход блока, объединенными вторыми входами четвертого сумматора и четвертого делителя - второй вход блока, а выходом второго сумматора - выход блока оценивания амплитуды контрольного сигнала, блок оценивания дисперсии помехи включает в себя последовательно соединенные пятый вычитатель, второй квадратор, второй интегратор и второй дискретизатор, причем первым и вторым входом пятого вычитателя образованы соответственно первый и второй входы блока, а выходом дискретизатора - выход блока оценивания дисперсии помехи.
Таким образом, технический результат достигается за счет применения двух каналов для обработки контрольного сигнала рельсовой линии. В первом канале реализован приемник для рельсовой цепи, указанный в качестве прототипа, в котором по отсчетам контрольного сигнала рельсовой линии вычисляется кумулятивная сумма.
Во втором канале рассчитываются оценки амплитуды сигнала КРЛ и дисперсии помех, после чего определяется величина соотношения сигнал/помеха. На выходах первого и второго каналов включены пороговые элементы, в которых контролируются значения соответственно кумулятивной суммы и отношения сигнал/помеха. Выходы первого и второго пороговых элементов объединены блоком И. Сигналу нормального режима на входе приемника соответствует 1 на его выходе. Сигналу шунтового режима на входе устройства соответствует 0 на выходе приемника.
Для обнаружения нормального режима кумулятивная сумма и отношение сигнал/помеха должны стать больше установленных для них пороговых значений.
На фиг. 1 представлена функциональная схема приемника для рельсовой цепи; на фиг. 2, 3 и 4 - функциональные схемы соответственно блока вычисления кумулятивной суммы, блока оценивания амплитуды контрольного сигнала рельсовой линии и блока оценивания дисперсии помехи.
Приемник в рельсовой цепи содержит фильтр 1, детектор 2, первый интегратор 3, первый дискретизатор 4, блок 5 оценивания амплитуды контрольного сигнала рельсовой линии, коммутатор 6, блок 7 вычисления кумулятивной суммы, первый сумматор 8, первый пороговый элемент 9, элемент 10 И, компаратор 11, первый элемент 12 задержки, блок 13 оценивания дисперсии, первый квадратор 14, первый делитель 15 и второй пороговый элемент 16.
Блок вычисления кумулятивной суммы включает в себя первый вычитатель 17, второй делитель 18, первый умножитель 19, второй вычитатель 20, второй умножитель 21, третий вычитатель 22, третий делитель 23, третий умножитель 24, связанный с элементом задания коэффициента умножения, равного двум, и четвертый умножитель 25. В предлагаемом приемнике имеются дополнительные блоки: блок оценивания дисперсии помехи 13, квадратор 14, делитель 15, пороговый элемент 16 и элемент И 10. В дополнительном блоке 13 оценивается дисперсия помехи, которая используется при вычислении оценок амплитуды контрольного сигнала рельсовой линии и значения кумулятивной суммы (см. формулы 1-3).
Приемник работает следующим образом. Сигнал из рельсовой линии поступает в фильтр 1, где выделяется его информационная составляющая, которая затем выпрямляется в детекторе 2, интегрируется в блоке 3. На выходе первого дискретизатора 4 получается значения огибающей сигнала КРЛ. Выход первого дискретизатора подключен к входу блока оценивания амплитуды контрольного сигнала рельсовой линии 5, одному из входов блока оценивания дисперсии помехи 13 и одному из входов блока вычисления кумулятивной суммы 7.
К выходу блока оценивания амплитуды контрольного сигнала рельсовой линии 5 подключен дополнительный квадратор 14, выход которого последовательно соединен по первым входам с делителем 15, пороговым элементом 16 и вторым входом элемента И 10. Второй вход делителя 15 соединен с выходом блока оценивания дисперсии 13. С помощью упомянутых дополнительных блоков 14 и 15 в приемнике вычисляется отношение сигнал/помеха.

В том случае, когда отношение q ниже порога различимости сигнала на фоне помехи, на выходе второго порогового элемента 16 будет сформирован сигнал, соответствующий 0. В противном случае на выходе блока 16 будет сигнал, соответствующий 1. Эти сигналы с выходов первого и второго пороговых элементов 9 и 16 поступают на входы блока И 10. Если на одном из входов блока 10 присутствует 0, то его выход обнуляется. При этом приемник переключается в безопасное состояние приема сигнала КРЛ, соответствующего шунтовому режиму.
Блок оценивания амплитуды контрольного сигнала рельсовой линии 5 содержит (см. фиг. 3) вычитатель 26, умножители 27 и 28, сумматоры 29, 32, 33, делители 31, 34, элементы задержки 30 и 35, элемент задания сигнала, соответствующего значению 1.
В блоке 5 определяется оценка амплитуды сигнала КРЛ по формулам (2-3).
Для вычисления оценки дисперсии помех в блоке 13 авторы предлагают использовать следующую формулу:

Блок оценивания дисперсии помехи 13 (см. фиг. 4) содержит: вычитатель 36, квадратор 37, второй интегратор 38 и второй дискретизатор 39. На один из входов вычитателя 36 поступают отсчеты сигнала КРЛ с выхода первого дискретизатора, а второй его вход соединен с выходом блока оценивания амплитуды контрольного сигнала рельсовой линии. В вычитателе 36 формируется разность значений, которая возводится в квадрат и интегрируется. На выходе второго дискретизатора 39 формируется оценка дисперсии помех.
Блок вычисления кумулятивной суммы 7 содержит (см. фиг. 2): вычитатели 17 и 20, умножители 19, 21, 24, 25, делители 18, 23 и элемент задания коэффициента деления 2. Взаимное соединение элементов такое же, как у прототипа устройства.
В блоке вычисления кумулятивной суммы 7 по формуле 1 определяется приращение кумулятивной суммы на очередном шаге (см. фиг. 2). Приращение кумулятивной суммы в блоке 8 складывается с ее значением на предшествующем шаге, которое получается на выходе элемента задержки 12. Величина кумулятивной суммы сравнивается с нулем в компараторе 11 и с порогом принятия решения в элементе 9. Если кумулятивная сумма отрицательна, ее значение в сумматоре 8 обнуляется выходом компаратора 11. Когда кумулятивная сумма превышает порог, на выходе блока 9 формируется сигнал, соответствующий 1, который поступает на второй вход элемента И 10. Выход блока 10 соединен с управляющим входом коммутатора 6, включенного между выходом блока оценивания амплитуды контрольного сигнала 5 и вторым и третьим входами блока вычисления кумулятивной суммы 7. Четвертый вход блока 7 подключен к выходу оценивания дисперсии помехи 13.
Нулевой сигнал на управляющем входе коммутатора 6 замыкает контакт второго входа блока 7, соответствующий амплитуде шунтового режима, а единичный - контакт третьего входа, соответствующий амплитуде нормального режима.
При увеличении тока утечки через балласт происходит снижение контрольного сигнала рельсовой линии. Величина q становится меньше порога. На выходе устройства формируется сигнал 0, соответствующий шунтовому режиму.
В случае кратковременного пропадания поездного шунта увеличивается дисперсия помех на входе приемника. При этом отношение q становится меньше порога. На выходе устройства формируется сигнал, соответствующий шунтовому режиму. В нормальном режиме работы рельсовой линии q превышает порог, а величина кумулятивной суммы непрерывно возрастает.
В первом пороговом элементе 9 контролируется значение кумулятивной суммы, а во втором пороговом элементе 16 проверяется условие различимости сигнала от помехи. Выходы первого и второго пороговых элементов 9 и 16 объединены блоком И 10. На первом и втором входах блока 10 действуют сигналы, соответствующие значению 1, а на его выходе формируется сигнал, соответствующий нормальному режиму.
Формула изобретения: Приемник для рельсовой цепи, содержащий последовательно соединенные фильтр, детектор, первый интегратор, первый дискретизатор, выход которого соединен с первым входом блока оценивания амплитуды контрольного сигнала рельсовой линии и одним из входов блока вычисления кумулятивной суммы, второй и третий входы которого через коммутатор подключены к выходу упомянутого блока оценивания амплитуды контрольного сигнала рельсовой линии, а выход блока вычисления кумулятивной суммы связан с первым информационным входом первого сумматора, выход которого соединен с объединенными входами компаратора и первого порогового элемента, второй информационный вход первого сумматора связан с выходом последнего через первый элемент задержки, обнуляющий вход подключен к выходу компаратора, отличающийся тем, что он снабжен блоком оценивания диперсии помехи, квадратором, первым делителем, вторым пороговым элементом и элементом И, выход которого связан с коммутатором с возможностью управления положением его контактов, а первый и второй входы соединены с выходами первого и второго пороговых элементов, выход блока оценивания амплитуды контрольного сигнала рельсовой линии подключен к второму входу блока оценивания дисперсии помехи и входу квадратора, выход которого соединен с первым входом первого делителя, выходом подключенного к второму пороговому элементу, выход блока оценивания дисперсии помехи подключен к второму входу блока оценивания амплитуды контрольного сигнала рельсовой линии, четвертому входу блока вычисления кумулятивной суммы и второму входу первого делителя, причем блок вычисления кумулятивной суммы включает в себя первый, второй и третий вычитатели, второй и третий делители, первый, второй, третий и четвертый умножители и элемент задания коэффициента умножения, равного двум, выход первого вычитателя подключен к первому входу второго делителя, выход которого подключен к первому входу первого умножителя, второй умножитель, третий вычитатель и третий делитель соединены последовательно по первым входам и подключены к второму входу второго вычитателя, выход четвертого умножителя подключен к второму входу третьего вычитателя, один из входов третьего умножителя подключен к упомянутому элементу задания коэффициента умножения, а выход соединен с вторым входом третьего делителя, выход первого умножителя подключен к второму входу второго вычитателя, при этом вторым входом первого умножителя образован первый вход блока, объединенными входами второго умножителя и первым входом первого вычитателя второй вход блока, объединенными входами четвертого умножителя и вторым входом первого вычитателя третий вход блока, вторым входом третьего умножителя четвертый вход блока, а выходом второго вычитателя выход блока, блок оценивания амплитуды контрольного сигнала рельсовой линии включает в себя четвертый вычитатель, пятый и шестой умножители, второй, третий и четвертый сумматоры, второй и третий элементы задержки, четвертый и пятый делители, элемент задания сигнала, соответствующего числу 1, элемент задания сигнала, соответствующего априорной дисперсии контрольного сигнала рельсовой линии, при этом четвертый вычитатель, пятый и шестой умножители и второй сумматор включены последовательно по первым входам, выход второго сумматора через второй элемент задержки подсоединен к второму входу второго сумматора и второму входу четвертого вычитателя, третий и четвертый сумматоры и пятый делитель соединены последовательно по первым входам, а выход пятого делителя соединен с вторым входом шестого умножителя и через третий элемент задержки подключен к второму входу третьего сумматора, к первому входу которого подключен элемент задания сигнала, соответствующего априорной дисперсии контрольного сигнала рельсовой линии, выход третьего сумматора соединен с вторым входом пятого делителя, к первому входу четвертого сумматора подключен элемент задания сигнала, соответствующего числу 1, а его выход соединен с вторым входом пятого умножителя, при этом первым входом четвертого вычитателя образован первый вход блока, объединенными вторыми входами четвертого сумматора и четвертого делителя второй вход блока, а выходом второго сумматора выход блока оценивания амплитуды контрольного сигнала, блок оценивания дисперсии помехи включает в себя последовательно соединенные пятый вычитатель, второй квадратор, второй интегратор и второй дискретизатор, причем первым и вторым входами пятого вычитателя образованы соответственно первый и второй входы блока, а выходом второго дискретизатора - выход блока оценивания дисперсии помехи.