轉轍機阻力監測裝置的製作方法
2023-06-11 05:26:31
專利名稱：轉轍機阻力監測裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種監測裝置，具體是指一種用於監測鐵路道岔轉轍機阻力的監 測裝置。
背景技術：
轉轍機是實現鐵路道岔準確轉換的關鍵設備，轉轍機的工作狀態正常與否關係到 軌道交通運輸的安全運行。對電動轉轍機的拉力的實時監測，是掌握轉轍機工作狀態的重 要手段。道岔的轉換阻力和轉轍機拉力是一對作用力和反作用力，因此，對轉轍機拉力的監 測等同於對道岔轉換阻力的監測。轉轍機阻力監測主要可分為通過利用壓力傳感器直接測 量阻力的直接測量法和通過監測轉轍機輸出電參數來計算阻力的間接測量法兩大類。壓力傳感器直接測量法，主要原理是將力傳感器直接安裝在轉轍機動作槓上，傳 感器根據力的大小不同產生不同的形變，並轉變為電信號，經過放大、計算得到相應的阻力 值。電參數間接測量法，主要原理是利用電機功率與拉力的函數關係，通過監測電機 運行時的電參數(電壓、電流、功率等)信號，進而計算其拉力。這兩種監測方法對應的監測裝置均存在一定缺陷。利用壓力傳感器直接測量的監 測裝置，雖可以比較直接地得到轉轍機的拉力，但其安裝方式和工作原理決定其無法進行 長期而實時的工作，主要是其安全性和可靠性難以保證。所以，這種測量法，僅應用於道岔 維修工定期檢查，需要監測的時候臨時安裝、臨時測量。利用電參數間接測量的監測裝置，一般安裝在機房，機房與轉轍機還有較長的距 離(可達3KM)，而且長短不一，這給工程安裝帶來極大的不便，而且機房與轉轍機之間的動 力電纜自身的參數(電阻、電容、漏電流等)會隨環境的變化而變化，因此測量精度難以保 證；另外，監測裝置將採樣來的電參數通過單片機計算出阻力值，由於電路本身的原因，計 算精度不高。
發明內容本實用新型針對現有技術存在的測量精度不高的缺陷，提供一種測量精度高的轉 轍機阻力實時監測裝置。本實用新型所採用的技術方案為轉轍機阻力監測裝置，包括實時採樣轉轍機輸出電壓和輸出電流的電壓採樣電路 和電流採樣電路、將電壓採樣信號和電流採樣信號換算為轉轍機阻力值的單片機、將單片 機換算出的阻力信號通過通訊網絡發送至控制終端的網絡接口電路以及為各功能電路供 電的電源電路，還包括將電壓和電流採樣信號換算成轉轍機輸出功率並發送至單片機的功 率計算晶片，整個監測裝置安裝在鐵軌外側轉轍機旁邊位置。所述電壓採樣電路和電流採樣電路分別包括兩路用於監測轉轍機定位輸出和反 位輸出電壓、電流信號的採樣電路，所述監測裝置還包括監測轉轍機定/反位信號並向單片機發送轉轍機工作狀態信號的定/反位監測電路，單片機通過處理定/反位信號對採樣 電路進行定/反位採樣的切換。 所述電壓採樣電路包括採樣電阻、電壓互感器和電壓採樣晶片，所述採樣電阻一 端與轉轍機輸出端相連，另一端與電壓互感器初級線圈相連，電壓互感器次級線圈與電壓 採樣晶片輸入端相連，電壓採樣晶片輸出端與功率計算晶片輸入端相連，採樣電阻和電壓 互感器初級線圈之間還設有用於切換定/反位採樣的轉換開關，轉換開關觸發控制端與單 片機輸出端相連。所述與每根相連的採樣電阻由多個電阻串聯組成。所述網絡接口電路為CAN控制器，所述通訊網絡為CAN總線網絡。本實用新型的有益效果在於整個監測安裝在轉轍機旁邊，減小了長距離電纜輸 送帶來的測量誤差，採用專門的功率換算晶片，計算精度高；電壓採樣電路結構簡單、性能 可靠，每路採樣電阻由多個電阻串聯組成，有效防止某一電阻擊穿導致電壓互感器初級線 圈開路；定/反位監測切換方便；採用CAN總線網絡傳送數據，傳送距離遠、速度快。
圖1為本實用新型的結構示意圖。
具體實施方式
以下結合實施例和附圖對本實用新型作進一步說明參照圖1，本實施例以S700K轉轍機為例，監測裝置就近安裝在轉轍機附近，消除 了機房與現場轉轍機之間的動力電纜的影響(相當於取消了這段動力電纜)，排除了環境 變化的影響，從而保證了測量的精度。本實用新型的轉轍機阻力監測裝置工作原理單片機通過以下電氣參數和阻力的 函數關係計算得到阻力值，表達式如下formula see original document page 4[0020]其中，F為轉轍機力A為電機的輸入功率；PFe為電機鐵損；Pm為機械損耗；PS為 雜散損耗；K為係數。監測裝置包括實時採樣轉轍機輸出電壓和輸出電流的電壓採樣電路1和電流採 樣電路2、將電壓採樣信號和電流採樣信號換算為轉轍機阻力值的單片機3、將單片機3換 算出的阻力信號通過通訊網絡發送至控制終端的網絡接口電路4以及為各功能電路供電 的電源電路5，還包括將電壓和電流採樣信號換算成轉轍機輸出功率並發送至單片機3的 功率計算晶片6，整個監測裝置安裝在鐵軌外側轉轍機旁邊位置。電壓採樣電路1和電流採樣電路2分別包括兩路用於監測轉轍機定位輸出和反位 輸出電壓、電流信號的採樣電路，監測裝置還包括監測轉轍機定/反位信號並向單片機發 送轉轍機工作狀態信號的定/反位監測電路7，單片機3通過處理定/反位信號對採樣電路 進行定/反位採樣的切換。由圖可知，轉轍機有5個輸出端X1、X2、X3、X4和X5，X1為共用輸出端，X1、X2、X3 對應定位輸出，X1、X4、X5對應反位輸出，電壓採樣電路1包括採樣電阻R1、R2、R3和R4、電 壓互感器8和電壓採樣晶片9，採樣電阻一端與轉轍機輸出端相連，另一端與電壓互感器9初級線圈相連，電壓互感器次級線圈與電壓採樣晶片9輸入端相連，電壓採樣晶片9輸出端 與功率計算晶片6輸入端相連，採樣電阻和電壓互感器8初級線圈之間還設有用於切換定 /反位採樣的轉換開關K1，轉換開關K1的觸發控制端與單片機3輸出端相連。電流採樣電路2包括電流互感器分別用於監測X3、X5相電流的電流互感器10和 用於監測X2、X4相電流的電流互感器11以及採樣兩電流互感器監測信號並發送至單片機 3的電流採樣晶片12。定/反位採樣電路包括用於監測X5相電流信號的電流互感器13和定/反位採樣 晶片14，當電流互感器13監測到X5相有電流時，表明傳轍機工作在反位，無電流信號時則 工作在定位。定/反位採樣晶片將電流互感器13監測的電流信號發送給單片機3，單片機 3進而控制K1切換到的電路採樣電路1的相應連接端。本實施例中，功率計算晶片採用高精度三相電能計量晶片ATT7022，具有以下特 點精度高，非線性測量誤差< 0. 1% ；支持增益和相位補償，小電流非線性補償；電壓電流 有效值誤差小於0. 5%等；集成六路二階Sigma-Delta ADC、參考電壓電路、數位訊號處理、 SPI數據接口等電路)，保證數據採樣的精度和方便性。單片機採用STR712系列(內核ARM 32位，16K RAM, 256K Flash，內置CAN控制 器)，主要功能讀取計量晶片的採樣數據，依據電氣參數和阻力的函數關係計算阻力，並 保存數據；通過CAN總線把數據上傳到機房主機。針對安裝在室外，其工作環境惡劣(溫溼度變化範圍大，電磁幹擾複雜等)，電壓 採樣連接線和接插件，絕緣耐壓高於4000V (RMS)。採用高耐壓、高精度的電壓互感器和電 流互感器，在確保模塊的接入端與轉轍機動力線高度隔離的同時，保證了採樣的精度。初級 /次級耐壓均可達到2500V(RMS)；電壓互感器初級是直接跨接在380V高壓上，為防初級短 路造成危害，故串聯進多支電阻，使其限流為2mA (380V時)。通訊CAN接口 在引入端加入 3支600W/ms的TVS防雷二極體外，內部收發和CAN總線之間加入光耦隔離。電源輸入，採 用壓敏電阻和瞬態抑制二極體組合防雷和電磁兼容設計，並具有極性保護功能。抗雷擊達 600ff/ms,響應時間5 ns。模塊內的所有元器件採用工業級，保證大範圍溫溼度變化條件下可 靠工作。
權利要求轉轍機阻力監測裝置，其特徵在於包括實時採樣轉轍機輸出電壓和輸出電流的電壓採樣電路和電流採樣電路、將電壓採樣信號和電流採樣信號換算為轉轍機阻力值的單片機、將單片機換算出的阻力信號通過通信網絡發送至控制終端的網絡接口電路以及為各功能電路供電的電源電路，還包括將電壓和電流採樣信號換算成轉轍機輸出功率並發送至單片機的功率計算晶片，整個監測裝置安裝在鐵軌外側轉轍機旁邊位置。
2.如權利要求1所述的轉轍機阻力監測裝置，其特徵在於所述電壓採樣電路和電流 採樣電路分別包括兩路用於監測轉轍機定位輸出和反位輸出電壓、電流信號的採樣電路， 所述監測裝置還包括監測轉轍機定/反位信號並向單片機發送轉轍機工作狀態信號的定/ 反位監測電路，單片機通過處理定/反位信號對採樣電路進行定/反位採樣的切換。
3.如權利要求2所述的轉轍機阻力監測裝置，其特徵在於所述電壓採樣電路包括採 樣電阻、電壓互感器和電壓採樣晶片，所述採樣電阻一端與轉轍機輸出端相連，另一端與電 壓互感器初級線圈相連，電壓互感器次級線圈與電壓採樣晶片輸入端相連，電壓採樣晶片 輸出端與功率計算晶片輸入端相連，採樣電阻和電壓互感器初級線圈之間還設有用於切換 定/反位採樣的轉換開關，轉換開關觸發控制端與單片機輸出端相連。
4.如權利要求3所述的轉轍機阻力監測裝置，其特徵在於所述與每根相連的採樣電 阻由多個電阻串聯組成。
5.如權利要求1至4任一項所述的轉轍機阻力監測裝置，其特徵在於所述網絡接口 電路為CAN控制器，通信網絡為CAN總線網絡。
專利摘要本實用新型針對現有技術存在的測量精度不高的缺陷，提供一種測量精度高的轉轍機阻力實時監測裝置，包括實時採樣轉轍機輸出電壓和輸出電流的電壓採樣電路和電流採樣電路、將電壓採樣信號和電流採樣信號換算為轉轍機阻力值的單片機、將單片機換算出的阻力信號通過通訊網絡發送至控制終端的網絡接口電路以及為各功能電路供電的電源電路，還包括將電壓和電流採樣信號換算成轉轍機輸出功率並發送至單片機的功率計算晶片，整個監測裝置安裝在鐵軌外側轉轍機旁邊位置。本實用新型有益效果在於整個監測安裝在轉轍機旁邊，減小了長距離電纜輸送帶來的測量誤差，採用專門的功率換算晶片，計算精度高；電壓採樣電路結構簡單、性能可靠。
文檔編號G01L5/00GK201569527SQ20092029461
公開日2010年9月1日 申請日期2009年12月21日 優先權日2009年12月21日
發明者翁德強 申請人:杭州慧景科技有限公司