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1、(10)申请公布号 CN 104002833 A (43)申请公布日 2014.08.27 C N 1 0 4 0 0 2 8 3 3 A (21)申请号 201410174496.4 (22)申请日 2014.04.28 B61L 1/18(2006.01) (71)申请人中铁二院工程集团有限责任公司 地址 610000 四川省成都市金牛区通锦路3 号 申请人四川浩铁仪器仪表有限公司 (72)发明人易立富 余颜丽 杨捷 王坚强 刘孜学 虞凯 徐尚虎 罗薇 (74)专利代理机构成都惠迪专利事务所 51215 代理人刘勋 (54) 发明名称 相敏轨道电路微电子接收系统 (57) 摘要 相敏轨道电。
2、路微电子接收系统，涉及自动化 技术。本发明包括第一接收器、第二接收器和与二 者相连的轨道电路信号和局部电源信号输入电路 及轨道接收执行电路，其特征在于：第一接收器 包括第一信号采集单元、第一主处理器、第一从处 理器、第一判决单元、第一输出控制单元，第一信 号采集单元的局部信号输出端分别连接到第一主 处理器和第一从处理器，第一信号采集单元的轨 道信号输出端分别连接到第一主处理器和第一从 处理器，第一主处理器的一个输出端和第一从处 理器的一个输出端分别连接第一判决单元的两个 输入端，第一判决单元的输出端连接到第一输出 控制单元的输入端，第一输出控制单元具有第一 控制信号输出端；第二接收器结构与第一。
3、接收器 相同。本发明的接收器的核心数据分析处理模块 采用二取二安全结构，提高新型接收器的安全性。 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书5页 附图4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5页 附图4页 (10)申请公布号 CN 104002833 A CN 104002833 A 1/2页 2 1.相敏轨道电路微电子接收系统，包括第一接收器、第二接收器和与二者相连的轨道 电路信号和局部电源信号输入电路及轨道接收执行电路，其特征在于： 第一接收器包括第一信号采集单元、第一主处理器、第一从处理器、第一判决单元、第 一输出控制单元，第一信号采集。
4、单元的局部信号输出端分别连接到第一主处理器和第一从 处理器，第一信号采集单元的轨道信号输出端分别连接到第一主处理器和第一从处理器， 第一主处理器的一个输出端和第一从处理器的一个输出端分别连接第一判决单元的两个 输入端，第一判决单元的输出端连接到第一输出控制单元的输入端，第一输出控制单元具 有第一控制信号输出端； 第二接收器包括第二信号采集单元、第二主处理器、第二从处理器、第二判决单元和第 二输出控制单元，第二信号采集单元的局部信号输出端分别连接到第二主处理器和第二从 处理器，第二信号采集单元的轨道信号输出端分别连接到第二主处理器和第二从处理器， 第二主处理器的一个输出端和第二从处理器的一个输出。
5、端分别连接第二判决单元的两个 输入端，第二判决单元的输出端连接到第二输出控制单元的输入端，第二输出控制单元具 有第二控制信号输出端。 2.如权利要求1所述的相敏轨道电路微电子接收系统，其特征在于，所述第一信号采 集单元包括局部信号采集支路和轨道信号采集支路。 局部信号采集支路包括局部输入隔离电路和与之连接的局部信号采集电路，局部输入 隔离电路具有局部信号输入端，局部信号采集电路具有两个输出端，分别连接第一主处理 器和第一从处理器； 轨道信号采集支路包括轨道输入防雷电路和与之连接的轨道信号采集电路，轨道输入 防雷电路具有轨道信号输入端，轨道信号采集电路具有两个输出端，分别连接第一主处理 器和第一。
6、从处理器； 第二信号采集单元的结构与第一信号采集单元相同。 3.如权利要求1所述的相敏轨道电路微电子接收系统，其特征在于： 所述第一接收器还包括第一监测单元，所述第一监测单元与第一主处理器连接，用于 监测接收器工作状态和轨道电路相关电气参数，并将信息传给监测分机，所述第一监测单 元还包括第一显示告警单元和第一通信单元； 所述第二接收器还包括第二监测单元，所述第二监测单元与第二主处理器连接，用于 监测接收器工作状态和轨道电路相关电气参数，并将信息传给监测分机，所述第二监测单 元还包括第二显示告警单元和第二通信单元。 4.如权利要求1所述的相敏轨道电路微电子接收系统，其特征在于： 第一输出控制单元。
7、有一个输出端连接第一主处理器，第一从处理器还有一个输出端连 接到第一主处理器，第一主处理器有两个输出端分别连接第一显示告警单元和第一通信单 元； 第二输出控制单元有一个输出端连接第二主处理器，第二从处理器还有一个输出端连 接到第二主处理器，第二主处理器有两个输出端分别连接第二显示告警单元和第二通信单 元。 5.如权利要求1所述的相敏轨道电路微电子接收系统，其特征在于，所述第一主处理 器、第一从处理器、第二主处理器和第二从处理器皆以DSP作为处理器核心。 权 利 要 求 书CN 104002833 A 2/2页 3 6.如权利要求1所述的相敏轨道电路微电子接收系统，其特征在于： 第一接收器中，第。
8、一信号采集单元具有两个轨道信号采集支路,用于将两路不同的轨 道信号输出到第一主处理器，以及，将两路不同的轨道信号输出到第一从处理器； 第一信号采集单元还具有两个局部信号采集支路，用于将两路不同的局部信号输出到 第一主处理器，以及，将两路不同的局部信号输出到第一从处理器； 第一判决单元包括两个安全与门电路，每个安全与门电路的两个输入端分别与第一主 处理器和第一从处理器连接，两个安全与门电路各自连接有一个输出控制电路。 第二接收器的结构与第一接收器相同。 7.如权利要求6所述的相敏轨道电路微电子接收系统，其特征在于，两个输出控制电 路还分别连接到第一主处理器。 8.如权利要求6所述的相敏轨道电路微。
9、电子接收系统，其特征在于，所述轨道输入防 雷电路包括一个降压变压器，其输入端接轨道信号输入端，输出端接后续电路。 9.如权利要求1所述的相敏轨道电路微电子接收系统，其特征在于，所述第一判决单 元与第二判决单元皆为安全与门电路。 权 利 要 求 书CN 104002833 A 1/5页 4 相敏轨道电路微电子接收系统 技术领域 0001 本发明涉及自动化技术。 背景技术 0002 相敏轨道电路作为铁路信号领域的关键设备，用于检查钢轨的占用和空闲，其设 备构成如图1所示，包括送电端设备和受电端设备，其中微电子相敏接收器是轨道电路受 电端的一个关键环节。 0003 随着电子技术的发展，相敏轨道电路接。
10、收信号处理装置已逐步实现电子化，以电 子接收器代替以前的机械式二元二位继电器，彻底解决了原继电器接点卡阻、抗电气化干 扰能力不强、返还系数低等问题。 0004 目前广泛使用的微电子接收器都是使用单片机来处理信息，对输入信号采用升压 方式进行采样处理，虽提高了信号强度，但是不利于防止因雷电或牵引供电等非正常情况 下输入的高压损坏接收器；且每个接收器仅采用单一信号处理通道(如图2所示)进行信 号分析处理，并由其输出信号驱动轨道继电器动作，接收器的安全性、可靠性和抗干扰能力 有待提高；另外，现有接收器的相关电气参数和自身工作状态不能实时监测；前述不足已 影响到轨道电路的整体可靠性和可用性。 发明内容。
11、 0005 本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有高安全性和高可靠性的相敏轨道电 路微电子接收系统。 0006 本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，相敏轨道电路微电子接收系统，包 括第一接收器、第二接收器、与二者相连的轨道电路信号和局部电源信号输入电路及轨道 接收执行电路，其特征在于， 0007 第一接收器包括第一信号采集单元、第一主处理器、第一从处理器、第一判决单 元、第一输出控制单元，第一信号采集单元的局部信号输出端分别连接到第一主处理器和 第一从处理器，第一信号采集单元的轨道信号输出端分别连接到第一主处理器和第一从处 理器，第一主处理器的一个输出端和第一从处理器的一个输出端分别连接。
12、第一判决单元的 两个输入端，第一判决单元的输出端连接到第一输出控制单元的输入端，第一输出控制单 元具有第一控制信号输出端； 0008 第二接收器包括第二信号采集单元、第二主处理器、第二从处理器、第二判决单元 和第二输出控制单元，第二信号采集单元的局部信号输出端分别连接到第二主处理器和第 二从处理器，第二信号采集单元的轨道信号输出端分别连接到第二主处理器和第二从处理 器，第二主处理器的一个输出端和第二从处理器的一个输出端分别连接第二判决单元的两 个输入端，第二判决单元的输出端连接到第二输出控制单元的输入端，第二输出控制单元 具有第二控制信号输出端。 0009 进一步说明，所述第一信号采集单元包括。
13、局部信号采集支路和轨道信号采集支 说 明 书CN 104002833 A 2/5页 5 路，局部信号采集支路包括局部输入隔离电路和与之连接的局部信号采集电路，局部输入 隔离电路具有局部信号输入端，局部信号采集电路具有两个输出端，分别连接第一主处理 器和第一从处理器；轨道信号采集支路包括轨道输入防雷电路和与之连接的轨道信号采集 电路，轨道输入防雷电路具有轨道信号输入端，轨道信号采集电路具有两个输出端，分别连 接第一主处理器和第一从处理器；第二信号采集单元的结构与第一信号采集单元相同。 0010 所述第一接收器还包括第一监测单元，所述第一监测单元与第一主处理器连接， 用于监测接收器工作状态和轨道电。
14、路相关电气参数，并将信息传给监测分机，所述第一监 测单元包括第一显示告警单元和第一通信单元；所述第二接收器还包括第二监测单元，所 述第二监测单元与第二主处理器连接，用于监测接收器工作状态和轨道电路相关电气参 数，并将信息传给监测分机，所述第二监测单元包括第二显示告警单元和第二通信单元。监 测单元的部分功能在硬件上可由主处理器完成，或者由独立于主处理器和从处理器的硬件 完成。 0011 进一步说明，第一输出控制单元有一个输出端连接第一主处理器，第一从处理器 还有一个输出端连接到第一主处理器，第一主处理器有两个输出端分别连接第一显示告警 单元和第一通信单元；第二输出控制单元有一个输出端连接第二主处。
15、理器，第二从处理器 还有一个输出端连接到第二主处理器，第二主处理器有两个输出端分别连接第二显示告警 单元和第二通信单元。 0012 所述第一主处理器、第一从处理器、第二主处理器和第二从处理器皆以DSP作为 处理器核心。 0013 更进一步说明，如图5所示，第一接收器中，第一信号采集单元具有两个轨道信号 采集支路,用于将两路不同的轨道信号输出到第一主处理器，以及，将两路不同的轨道信 号输出到第一从处理器；第一信号采集单元还具有两个局部信号采集支路，用于将两路不 同的局部信号输出到第一主处理器，以及，将两路不同的局部信号输出到第一从处理器；第 一判决单元包括两个安全与门电路，每个安全与门电路的两个。
16、输入端分别与第一主处理器 和第一从处理器连接，两个安全与门电路各自连接一个输出控制电路，两个输出控制电路 还分别连接到第一主处理器，。第二接收器的结构与第一接收器相同。 0014 所述第一判决单元与第二判决单元皆为安全与门电路。 0015 所述轨道输入防雷电路包括一个降压隔离变压器，其高压输入端接轨道信号输入 端，低压输出端接后续电路。 0016 本发明的有益效果是： 0017 本发明的接收器采用DSP芯片代替原接收器的单片机，利用DSP强大的信号采样、 分析和处理功能实现相敏轨道电路信号和局部电源信号的频率和相位选择，增强接收器的 信号处理能力和抗干扰能力； 0018 本发明的接收器的核心数。
17、据分析处理模块(硬件和软件)采用二取二安全结构， 提高新型接收器的安全性； 0019 本发明的接收器在具备现有接收器所有功能的基础上，增加接收器故障自检功 能，以及轨道电路的轨道交流电压和相位角等参数的监测及传输功能，从而提高轨道电路 的整体可靠性和可用性； 0020 本发明的接收器在构成轨道电路信号接收处理的系统结构上采用热备冗余结构 说 明 书CN 104002833 A 3/5页 6 (如图6和图7所示)，可提高轨道电路系统的整体可靠性； 0021 相对于目前的接收器冗余方案，本发明的接收器的冗余方案可使每个轨道区段节 省一个接收器(如图6和图7所示)，从而降低建设成本； 0022 为了。
18、满足现有相敏轨道电路系统的传输特性，本发明的输入输出电路维持与现有 接收器的电气特性不变。 附图说明 0023 图1是相敏接收器轨道电路设备构成图。 0024 图2是现有微电子接收器系统结构框图。 0025 图3是微电子接收器系统示意图。 0026 图4是第一种具体实施方式的系统结构框图。 0027 图5是第二种具体实施方式的系统结构框图。 0028 图6是现有技术的接收系统的冗余结构图。 0029 图7是本发明的接收系统(0.5+0.5方案)的冗余结构图。 0030 图8是信号输入隔离及防雷原理电路图。 具体实施方式 0031 本发明采用数字处理技术、二取二安全冗余结构的相敏轨道电路接收器装。
19、置，该 接收器包括：局部输入隔离电路、轨道输入防雷电路、输入信号采集电路、数据处理电路 (DSP芯片)、安全与门电路、输出控制电路、电源电路、通信电路和显示与告警电路。每台 接收器由两路数据处理通道构成，两路通道采用两套完全不同的算法进行数据处理，实现 二取二的安全结构；采用数字处理技术(DSP)实现相敏轨道电路信号和局部电源信号的采 样、分析和处理；增加接收器故障自检及轨道电路相关电气参数的监测及传输功能；同时 该接收器还利用DSP强大的处理数据能力，实现一个接收器同时处理两个轨道区段信号的 功能，可减少建设和维护成本。 0032 本发明型以25Hz相敏轨道电路接收器为例进行描述，原理同样适。
20、用于50Hz相敏 轨道电路接收器。 0033 具体实施方式一：本实施方式适用于一个接收器接收和处理一个铁路轨道区段信 号的情况。 0034 实施例1：参见图4和图6。 0035 图3所示接收器系统结构框图按满足目前使用情况(每个轨道区段采用两台接收 器)设计，即采用两台接收器同时处理一个轨道区段信号，这两台接收器构成热备冗余关 系(如图6所示)来提高该轨道电路区段信号接收处理的可靠性。 0036 具体的说，相敏轨道电路微电子接收系统，包括第一接收器、第二接收器、与二者 相连的轨道电路信号和局部电源信号输入电路及轨道接收执行电路，第一接收器包括第一 信号采集单元、第一主处理器、第一从处理器、第一。
21、判决单元、第一输出控制单元， 0037 所述第一信号采集单元包括局部信号采集支路和轨道信号采集支路，局部信号采 集支路包括局部输入隔离电路和与之连接的局部信号采集电路，局部输入隔离电路具有局 部信号输入端，局部信号采集电路具有两个输出端，分别连接第一主处理器和第一从处理 说 明 书CN 104002833 A 4/5页 7 器；轨道信号采集支路包括轨道输入防雷电路和与之连接的轨道信号采集电路，轨道输入 防雷电路具有轨道信号输入端，轨道信号采集电路具有两个输出端，分别连接第一主处理 器和第一从处理器； 0038 第一主处理器的一个输出端和第一从处理器的一个输出端分别连接第一判决单 元的两个输入端。
22、，第一判决单元的输出端连接到第一输出控制单元的输入端，第一输出控 制单元具有第一控制信号输出端； 0039 第一输出控制单元的输出端连接第一主处理器，第一从处理器还有一个输出端连 接到第一主处理器，第一主处理器有两个输出端分别连接第一显示告警单元和第一通信单 元； 0040 第二接收器的结构与第一接收器相同。 0041 接收器各电路模块分别说明如下： 0042 输入隔离电路：采用隔离变压器将轨道信号和局部信号与后级信号处理模块进行 电磁隔离，隔离变压器采用降压方式，当输入的信号出现大的冲击或干扰时，通过变压器进 行衰减，加载在后级信号处理电路上的信号将被衰减，对后级信号处理电路起到防护作用。 。
23、0043 轨道输入防雷电路：采取大功率双向瞬态防雷管，实现对输入雷电和浪涌的防护， 如图7所示的信号输入隔离及防雷原理电路图。 0044 局部信号采集电路和轨道信号采集电路：将输入交流信号的负半周信号抬高到零 电平以上，满足后级单电源工作运放的输入要求，单电源工作可减小器件功耗。 0045 主/从处理器：把输入的25Hz轨道和局部模拟信号通过芯片自带的A/D模数转换 器转换为数字信号，对转换后的数字信号进行分析处理，测出轨道输入的25Hz信号幅值及 轨道信号与局部信号的相位差，在主处理器采集从处理器的输出信号和后级输出控制电路 的输出信号并经其判断接收器正常后，再由主处理器控制显示告警电路，并。
24、由主处理器将 相关数据通过接收器的通讯电路送监测分机。 0046 安全与门电路：比较主从DSP输出信号，经安全与门判决二者一致方能向后级输 出控制电路送出有效信号。 0047 输出控制电路：采用开关电源方式输出驱动轨道继电器的直流电压信号。 0048 通信电路：采用总线方式，向集中监测分机传送25Hz相敏轨道电路接收器采集到 的轨道交流电压值、相位角和接收器的工作状态等信息。 0049 显示告警电路：显示接收器自身工作状态及接收器所处理轨道区段的占用与空闲 状态，显示接收器DC24V工作电源及局部电源的正常或故障状态。 0050 实施例2： 0051 本实施例与实施例1的区别是，实施例1的监测。
25、单元的部分功能在硬件上由主处 理器完成，而本实施例的监测单元在硬件上独立于主处理器和从处理器。 0052 就监测功能而言，具体的说，第一接收器还包括第一监测单元，所述第一监测单元 与第一主处理器、第一从处理器和第一输出控制电路连接，用于监测接收器工作状态和轨 道电路相关电气参数，并将信息传给监测分机，所述第一监测单元还包括第一显示告警单 元和第一通信单元。 0053 第二接收器的结构与第一接收器相同。 0054 具体实施方式二：本实施方式适用于一个接收器接收和处理两个铁路轨道区段信 说 明 书CN 104002833 A 5/5页 8 号的情况。 0055 参见图5和图7。 0056 本实施方。
26、式与实施方式一的区别在于，本实施方式可以同时接收和处理两个铁路 轨道区段的信号。 0057 本实施方式的第一接收器中，第一信号采集单元具有两个轨道信号采集支路,用 于将两路不同的轨道信号输出到第一主处理器，以及，将两路不同的轨道信号输出到第一 从处理器；第一信号采集单元还具有两个局部信号采集支路，用于将两路不同的局部信号 输出到第一主处理器，以及，将两路不同的局部信号输出到第一从处理器； 0058 第一判决单元包括两个安全与门电路，每个安全与门电路的两个输入端分别与第 一主处理器和第一从处理器连接，两个安全与门电路各自连接有一个输出控制电路。第一 从处理器有一个输出端连接到第一主处理器，两个输。
27、出控制电路还分别连接到第一主处理 器，第一主处理器连接有第一显示告警单元和通信单元。 0059 第二接收器的结构与第一接收器相同。 0060 本发明的二取二安全结构原理说明： 0061 如图4和图5所示，本发明型接收器核心处理部分采用双DSP芯片构成二取二安 全结构。主从DSP同时处理轨道电路信号和局部电源信号，分别输出判决信号；将主从DSP 的判决结果进行与运算，如果主从DSP的判决信号不一致，接收器输出信号将保持轨道继 电器处在落下状态；只有当主从DSP的判决信号一致且满足轨道区段空闲条件时，接收器 才输出驱动轨道继电器吸起的信号，显示轨道区段处于空闲状态；主从DSP任一故障，接收 器均不。
28、能输出驱动轨道继电器吸起的信号，从而提高接收器安全性。 0062 本发明的冗余结构原理说明： 0063 本发明具有热备冗余结构的特点，若一路信号处理通道故障，则另一路正常的信 号处理通道能保证不间断地正常处理轨道信号。举例说明如下： 0064 图6所示为满足目前使用情况的接收器冗余结构图，每个轨道区段采用两台接收 器进行轨道电路信号和局部电源信号的处理，其中任一接收器正常，均可正常处理该轨道 区段信号，并驱动后级轨道继电器动作。 0065 图7所示为本新型接收器的冗余结构图，每台接收器同时进行两个轨道区段(区 段A和区段B)的轨道电路信号和局部电源信号的处理，相邻两个轨道区段可共用两台接收 器。
29、，这两台接收器中的任一正常工作，均可正常处理这两个轨道区段信号，并驱动这两个轨 道区段的后级轨道继电器动作。从图7可以看出，相对于目前的接收器冗余方案，本新型接 收器的冗余方案可使每个轨道区段节省一个接收器，从而降低建设成本。 0066 图6和图7所示的接收器冗余结构图中，当接收器1和接收器2中的某一个发生 故障时，另一个正常工作的接收器能够可确保轨道区段信号的正常处理；同时可以通过接 收器的自检功能发出报警，提醒维护人员及时更换故障接收器，从而提高轨道电路的整体 可用性。 0067 为了取得更好的防雷效果，本发明采用降压输入的方式。轨道输入防雷电路包括 一个降压变压器，其输入端接轨道信号输入端，输出端接后续电路。参见图8。 0068 说明书已经充分说明本发明的原理及必要技术内容，普通技术人员能够依据说明 书予以实施，故不再赘述更详细的细节。 说 明 书CN 104002833 A 1/4页 9 图1 图2 说 明 书 附 图CN 104002833 A 2/4页 10 图3 图4 说 明 书 附 图CN 104002833 A 10 3/4页 11 图5 图6 图7 说 明 书 附 图CN 104002833 A 11 4/4页 12 图8 说 明 书 附 图CN 104002833 A 12 。