一种二取二的交流连续式轨道电路及其检测方法.pdf

1、(10)申请公布号 CN 103640597 A (43)申请公布日 2014.03.19 CN 103640597 A (21)申请号 201310631412.0 (22)申请日 2013.12.03 B61L 1/18(2006.01) (71)申请人 合肥工大高科信息科技股份有限公 司 地址 230088 安徽省合肥市高新区习友路 1682 号 (72)发明人 魏臻 胡庆新 许崇 兰龙 倪璞 苏燚 范永东 张磊磊 (74)专利代理机构 合肥天明专利事务所 34115 代理人 金凯 (54) 发明名称 一种二取二的交流连续式轨道电路及其检测 方法 (57) 摘要 本发明提供一种二取二的交

2、流连续式轨道电 路及其检测方法， 该轨道电路包括阻抗调整电路， 第一隔离器、 第二隔离器、 第一电压调整电路、 第 二电压调整电路、 第一AD转换器、 第二AD转换器、 第一 CPU、 第二 CPU 和第三隔离器。本发明还提供 一种二取二的交流连续式轨道电路的检测方法。 本发明的阻抗调整电路模拟传统的 480 继电器阻 抗特征， 保证了与传统的交流连续式轨道电路的 兼容性 ； 采用二取二结构， 具有两个独立且隔离 的运算通道， 通过对轨道电压采样结果的分析， 提 高分路灵敏度的检测水平 ； 本发明可以取代传统 的 480 继电器， 有效提高轨道电路的防雷性和安 全性。 (51)Int.Cl.

3、权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书4页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103640597 A CN 103640597 A 1/2 页 2 1. 一种二取二的交流连续式轨道电路 , 其特征在于， 包括 ： 阻抗调整电路， 用于模拟传统的 480 继电器阻抗特征 ； 以及分别与所述阻抗调整电路 的输出端连接的第一运算单元和第二运算单元 ； 所述第一运算单元包括第一隔离器、 第一电压调整电路、 第一 AD 转换器和第一 CPU ； 所述第二运算单元包括第二隔离器、 第二电压调整电路、 第二 AD

4、 转换器和第二 CPU ； 所述阻抗调整电路的输出端依次通过第一隔离器、 第一电压调整电路和第一 AD 转换 器与第一 CPU 的输入端连接， 依次通过第二隔离器、 第二电压调整电路和第二 AD 转换器与 第二 CPU 的输入端连接 ； 所述第一 CPU 与第二 CPU 通过第三隔离器交互连接。 2. 根据权利要求 1 所述的二取二的交流连续式轨道电路， 其特征在于， 所述第一运算 单元还包括第一自检电路， 所述第一自检电路用于在第一 CPU 的控制下切短第一电压调整 电路的输入 ； 所述第二运算单元还包括第二自检电路， 所述第二自检电路用于在第二 CPU 的控制下 切短第二电压调整电路的输入

5、。 3. 根据权利要求 1 所述的二取二的交流连续式轨道电路， 其特征在于， 所述第一隔离 器具体为电流型隔离变压器， 所述第二隔离器具体为电压型隔离变压器。 4. 根据权利要求 1 所述的二取二的交流连续式轨道电路， 其特征在于， 所述第一电压 调整电路和第二电压调整电路具体为两个种类相同而型号不同的集成运算放大器。 5. 根据权利要求 2 所述的二取二的交流连续式轨道电路， 其特征在于， 所述第一自检 电路和第二自检电路具体为低导通阻抗 N 型 MOS 管。 6. 根据权利要求 1 所述的二取二的交流连续式轨道电路， 其特征在于， 所述第三隔离 器具体为数字隔离器或者光耦。 7. 根据权利

6、要求 1 所述的一种二取二的交流连续式轨道电路的检测方法， 其特征在 于， 包括以下步骤 ： （1） 由电缆盒升压后的轨道电压通过阻抗调整电路输入第一隔离器和第二隔离器 ； （2） 第一隔离器以电流耦合的方式将轨道电压传输至第一电压调整电路， 第二隔离器 以电压耦合的方式将轨道电压传输至第二电压调整电路 ； （3） 第一电压调整电路和第二电压调整电路分别对输入其中的轨道电压进行调整， 输 出脉动直流信号 ； （4） 第一 AD 转换器对第一电压调整电路的输出信号进行采样并转换后传输至第一 CPU， 第二 AD 转换器对第二电压调整电路的输出信号进行采样并转换后传输至第二 CPU ； （5） 第

7、一CPU和第二CPU分别对各自接收到的轨道电压信号进行运算， 若轨道电压的数 值高于预设的阈值， 则判定为轨道调整状态， 若轨道电压的数值低于预设的阈值， 则判定为 轨道分路状态 ； （6） 第一CPU和第二CPU分别将各自的判定结果通过第三隔离器交换比较， 若判定结果 一致， 则将判定结果上报至联锁系统， 若判定结果不一致， 则上报故障并输出导向安全测。 8. 根据权利要求 7 所述的二取二的交流连续式轨道电路的检测方法， 其特征在于， 还 包括 ： 第一CPU通过第一自检电路定时切短第一电压调整电路的输入信号， 第二CPU通过第 二自检电路定时切短第二电压调整电路的输入信号， 分别判断第一

8、电压调整电路和第二电 权 利 要 求 书 CN 103640597 A 2 2/2 页 3 压调整电路是否处于正常的工作状态。 权 利 要 求 书 CN 103640597 A 3 1/4 页 4 一种二取二的交流连续式轨道电路及其检测方法 技术领域 0001 本发明涉及交流连续式轨道电路技术领域， 具体是一种二取二的交流连续式轨道 电路及其检测方法。 0002 背景技术 0003 轨道电路是以一段铁路线路的钢轨为导体构成的电路， 用于自动、 连续检测这段 线路是否被机车车辆占用， 也用于控制信号装置或转辙装置， 以保证行车安全的设备。 轨道 电路范围内， 无轮对占用时的状态称为轨道电路调整状

9、态， 有轮对占用时的状态称为轨道 电路的分路状态。 0004 传统的交流连续式轨道电路采用 480 轨道电路， 如图 1 所示， 480 轨道电路一般采 用干线供电方式， 即由信号楼内引出一对或两对供电干线 （使用电缆芯线） ， 向各轨道电路 区段的送电端轨道电源变压器 BG1-50 供电， 轨道继电器 GJ 采用 JZXC-480 型继电器， 设在 信号楼内， 通过电缆与受电端的电缆盒 （中继变压器） BZ4 相连。该 480 轨道电路存在着分 路灵敏度低、 防雷性能差等缺点， 并且不能避免共模干扰， 影响了计算机联锁系统以及列车 运行的安全性。 0005 发明内容 0006 本发明的目的在

10、于提供一种二取二的交流连续式轨道电路及其检测方法， 以解决 现有技术中存在的问题。 0007 本发明的技术方案为 ： 一种二取二的交流连续式轨道电路,包括 ： 阻抗调整电路， 用于模拟传统的480继电器 阻抗特征 ； 以及分别与所述阻抗调整电路的输出端连接的第一运算单元和第二运算单元 ； 所述第一运算单元包括第一隔离器、 第一电压调整电路、 第一 AD 转换器和第一 CPU ； 所述第 二运算单元包括第二隔离器、 第二电压调整电路、 第二 AD 转换器和第二 CPU ； 所述阻抗调整 电路的输出端依次通过第一隔离器、 第一电压调整电路和第一AD转换器与第一CPU的输入 端连接， 依次通过第二隔

11、离器、 第二电压调整电路和第二 AD 转换器与第二 CPU 的输入端连 接 ； 所述第一 CPU 与第二 CPU 通过第三隔离器交互连接。 0008 所述的二取二的交流连续式轨道电路， 所述第一运算单元还包括第一自检电路， 所述第一自检电路用于在第一 CPU 的控制下切短第一电压调整电路的输入 ； 所述第二运算 单元还包括第二自检电路， 所述第二自检电路用于在第二 CPU 的控制下切短第二电压调整 电路的输入。 0009 所述的二取二的交流连续式轨道电路， 所述第一隔离器具体为电流型隔离变压 器， 所述第二隔离器具体为电压型隔离变压器。 0010 所述的二取二的交流连续式轨道电路， 所述第一电

12、压调整电路和第二电压调整电 说 明 书 CN 103640597 A 4 2/4 页 5 路具体为两个种类相同而型号不同的集成运算放大器。 0011 所述的二取二的交流连续式轨道电路， 所述第一自检电路和第二自检电路具体为 低导通阻抗 N 型 MOS 管。 0012 所述的二取二的交流连续式轨道电路， 所述第三隔离器具体为数字隔离器或者光 耦。 0013 所述的一种二取二的交流连续式轨道电路的检测方法， 包括以下步骤 ： （1） 由电缆盒升压后的轨道电压通过阻抗调整电路输入第一隔离器和第二隔离器 ； （2） 第一隔离器以电流耦合的方式将轨道电压传输至第一电压调整电路， 第二隔离器 以电压耦合的

13、方式将轨道电压传输至第二电压调整电路 ； （3） 第一电压调整电路和第二电压调整电路分别对输入其中的轨道电压进行调整， 输 出脉动直流信号 ； （4） 第一 AD 转换器对第一电压调整电路的输出信号进行采样并转换后传输至第一 CPU， 第二 AD 转换器对第二电压调整电路的输出信号进行采样并转换后传输至第二 CPU ； （5） 第一CPU和第二CPU分别对各自接收到的轨道电压信号进行运算， 若轨道电压的数 值高于预设的阈值， 则判定为轨道调整状态， 若轨道电压的数值低于预设的阈值， 则判定为 轨道分路状态 ； （6） 第一CPU和第二CPU分别将各自的判定结果通过第三隔离器交换比较， 若判定结

14、果 一致， 则将判定结果上报至联锁系统， 若判定结果不一致， 则上报故障并输出导向安全测。 0014 所述的二取二的交流连续式轨道电路的检测方法， 还包括 ： 第一 CPU 通过第一自 检电路定时切短第一电压调整电路的输入信号， 第二 CPU 通过第二自检电路定时切短第二 电压调整电路的输入信号， 分别判断第一电压调整电路和第二电压调整电路是否处于正常 的工作状态。 由上述技术方案可知， 本发明的阻抗调整电路模拟传统的 480 继电器阻抗特征， 设计 阻抗为 480 欧， 保证了与传统的交流连续式轨道电路的兼容性 ； 采用二取二结构， 具有两个 独立且隔离的运算通道， 通过对轨道电压采样结果的

15、分析， 提高分路灵敏度的检测水平 ； 本 发明可以取代传统的 480 继电器， 有效提高轨道电路的防雷性和安全性。 0015 优选地， 两个隔离器分别采用电流型隔离变压器和电压型隔离变压器设计， 提高 了电路抗共模干扰的能力， 同时也提高了级间隔离度。 0016 优选地， 两个电压调整电路采用具有相同功能而性能不同的集成运算放大器， 使 电压范围满足 AD 转换器电压采样要求， 提高了电路抗共模干扰能力。 0017 优选地， 通过设计自检电路， 可定时对电压调整电路的工作状态进行自检， 提高了 电路的安全性。 附图说明 0018 图 1 是传统的交流连续式轨道电路原理图 ； 图 2 是本发明的

16、硬件结构示意图 ； 图 3 是本发明的电路原理图。 0019 说 明 书 CN 103640597 A 5 3/4 页 6 具体实施方式 0020 下面， 结合附图和具体实施例进一步说明本发明。 0021 如图 2 所示， 一种二取二的交流连续式轨道电路， 包括阻抗调整电路 1， 第一隔离 器 21、 第二隔离器 22、 第一自检电路 31、 第二自检电路 32、 第一电压调整电路 41、 第二电压 调整电路 42、 第一 AD 转换器 51、 第二 AD 转换器 52、 第一 CPU61、 第二 CPU62 和第三隔离器 7。 第一隔离器21、 第一自检电路31、 第一电压调整电路41、 第

17、一AD转换器51和第一CPU61 构成第一运算通道， 第二隔离器22、 第二自检电路32、 第二电压调整电路42、 第二AD转换器 52、 第二 CPU62 构成第二运算通道， 两个运算通道之间独立且隔离。 0022 阻抗调整电路 1 的输出端依次通过第一隔离器 21、 第一自检电路 31、 第一电压调 整电路 41 和第一 AD 转换器 51 与第一 CPU61 的输入端连接， 阻抗调整电路 1 的输出端依次 通过第二隔离器 22、 第二自检电路 32、 第二电压调整电路 42 和第二 AD 转换器 52 与第二 CPU62 的输入端连接。第一 CPU61 与第二 CPU62 通过第三隔离器

18、 7 交互连接。第一自检电 路 31 设置在第一电压调整电路 41 的输入端， 在第一 CPU61 的控制下切短第一电压调整电 路 41 的输入 ； 第二自检电路 32 设置在第二电压调整电路 42 的输入端， 在第二 CPU62 的控 制下切短第二电压调整电路 42 的输入。 0023 阻抗调整电路 1 等效输入阻抗 480 欧， 模拟传统的交流连续式轨道电路接收端 JZXC-480 继电器阻抗特征。第一隔离器 21 采用电流型隔离变压器， 第二隔离器 22 采用电 压型隔离变压器， 采用两种不同工作模式的隔离器可以提高电路抗共模干扰的能力。第一 电压调整电路 41 和第二电压调整电路 42

19、 采用两个功能相同而性能不同的集成运算放大 器， 具体如通用型运算放大器、 高阻型运算放大器、 低温漂型运算放大器、 高速型运算放大 器、 低功耗型运算放大器等同类运算放大器中不同型号的运算放大器， 运算放大器正端接 地， 输出脉动直流信号。第一自检电路 31 和第二自检电路 32 采用低导通阻抗 N 型 MOS 管。 用于第一 CPU61 和第二 CPU62 交换数据的第三隔离器 7 采用数字隔离器或者光耦。第一 CPU61和第二CPU62包括单片机、 含有AD转换的单片机、 DSP处理器以及含有AD转换的DSP 处理器等。 0024 图 3 中的电阻 R1、 R2、 R3、 R4 构成阻抗

20、调整电路 1， 变压器 T1 及其外围电路构成第 一隔离器 21， 变压器 T2 及其外围电路构成第二隔离器 22， MOS 管 Q1 及其外围电路构成第 一自检电路 31， MOS 管 Q2 及其外围电路构成第二自检电路 32， 集成运算放大器 U1 及其外 围电路构成第一电压调整电路 41， 集成运算放大器 U2 及其外围电路构成第二电压调整电 路 42。 0025 一种二取二的交流连续式轨道电路的检测方法， 包括以下步骤 ： S1、 轨道电压由电缆盒升压， 经保险丝F1 防护通过阻抗调整电路1输入第一隔离器21 和第二隔离器 22 ； S2、 第一隔离器 21 采用电流型隔离变压器， 以

21、电流耦合的方式将轨道电压传输至第一 电压调整电路 41， 第二隔离器 22 采用电压型隔离变压器， 以电压耦合的方式将轨道电压传 输至第二电压调整电路 42 ； S3、 第一电压调整电路 41 和第二电压调整电路 42 采用集成运算放大器， 分别对输入 其中的轨道电压进行调整， 将轨道电压调节到 AD 转换器的输入电压范围， 输出脉动直流信 号 ； 说 明 书 CN 103640597 A 6 4/4 页 7 S4、 第一 AD 转换器 51 对第一电压调整电路 41 的输出信号进行采样并转换后传输至第 一 CPU61， 第二 AD 转换器 52 对第二电压调整电路 42 的输出信号进行采样并

22、转换后传输至 第二 CPU62 ； S5、 第一CPU61和第二CPU62分别对各自接收到的轨道电压信号进行运算， 若轨道电压 的数值高于预设的阈值， 则判定为轨道调整状态， 若轨道电压的数值低于预设的阈值， 则判 定为轨道分路状态 ； S6、 第一 CPU61 和第二 CPU62 分别将各自的判定结果通过第三隔离器 7 交换比较， 若判 定结果一致， 则将判定结果上报至联锁系统， 若判定结果不一致， 则上报故障并输出导向安 全测 ； S7、 第一自检电路 31 和第二自检电路 32 采用低导通阻抗 N 型 MOS 管， 第一 CPU61 通过 第一自检电路 31 定时切短第一电压调整电路 4

23、1 的输入信号， 第二 CPU62 通过第二自检电 路 32 定时切短第二电压调整电路 42 的输入信号， 分别判断第一电压调整电路 41 和第二电 压调整电路 42 是否处于正常的工作状态， 保证对低压的可靠检测。 本发明对轨道电压的检测采用二取二结构， 将一路输入轨道电压转换为两路输出， 分 别送至两个微处理器， 任意单个元器件的任意故障模式都不会导致微处理器输出导向危险 侧。此外， 两个微处理器 CPU 对各自接收到的轨道电压信号的波形分析比较后， 可初步判断 前级电路中隔离器的失效模式， 提高电路故障定位和维修效率。对于两个及两个以上元器 件同时故障， 根据 EN50126 和 IEC

24、61508 标准， 计算得到的失效率远小于欧标中对铁路安全 完整性等级 4 的要求， 即该电路符合欧标中最高安全完整性等级要求。 0026 具体考虑的元器件故障模式包括 ：（1） 电阻 ： 短路、 短路、 阻值随机变化 ；（2） 隔离 变压器 ： 单边线圈断路、 输入 / 输出端短路、 初级和次级线圈短路、 有效匝比变化 ；（3） 集成 运算放大器 ： 输入端短路、 输入端开路、 输出寄生震荡、 固有失效等 ；（4） 电容 ： 短路、 短路、 容值随机变化 ；（5） NMOS 管 ： 任意两极间短路、 任意两极间断路、 导通电压变化。 0027 以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述， 并非对本发明的范 围进行限定， 在不脱离本发明设计精神的前提下， 本领域普通技术人员对本发明的技术方 案作出的各种变形和改进， 均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。 说 明 书 CN 103640597 A 7 1/2 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103640597 A 8 2/2 页 9 图 3 说 明 书 附 图 CN 103640597 A 9