一種安全輸入隔離電路及具有該電路的軌道電路接收器的製作方法

2023-06-14 07:14:01

專利名稱：一種安全輸入隔離電路及具有該電路的軌道電路接收器的製作方法
技術領域：
本發明涉及鐵路安全防護領域，更具體的說是涉及一種安全輸入隔離電路及具有該電路的軌道電路接收器。
背景技術：
近年來，由於鐵路信號系統設計上的缺陷導致的鐵路交通事故時有發生，輕者造成交通癱瘓，重者人員傷亡，給國家和人民造成極大的精神損失和財產損失，同時也對我國鐵路建設產生了不良影響。因此鐵路信號系統的安全性和可靠性成為社會關注的焦點，在鐵路信號系統任一細節電路的設計中也是重要的考量。在鐵路軌道信號系統中，軌道電路接收器通過接收解調其設定區段鋼軌上的移頻·信號，來指揮列車運行。當該區段有車時，接收到的移頻信號能量較弱，軌道電路接收器無法解調，此時，控制軌道繼電器落下，表示該區段有車佔用或者鋼軌電氣斷裂，當該區段無車時，接收到的移頻信號能量較強，軌道電路接收器進行解調，控制軌道繼電器吸起，表示該區段無車佔用或者鋼軌電氣性完整。輸入隔離電路就是上述軌道電路接收器的重要組成部分，在軌道電路接收器電路中起到阻抗變換和級間隔離的作用，負載能力強。輸入隔離電路在軌道電路接收器電路結構中的位置參考附圖I。附圖I中軌道電路接收器採用成對雙機並聯冗餘方式，區段鋼軌上的移頻信號通過附圖I中軌道電路接收器的雙機並聯部分101後進入輸入隔離電路102 ;輸入隔離電路由兩個運算放大器及外圍電路組成，其中運算放大器起到射極跟隨器的作用，將高阻抗的輸入信號轉換為低阻抗輸出，輸入信號與輸出信號相位相同，電壓放大係數略低於I ;輸入電路輸出的模擬信號經過A/D轉換電路103通過模數轉換器轉換成數位訊號，進入雙CPU (Central ProcessingUnit,中央處理器)104 ;雙CPU(Central Processing Unit,中央處理器)對接收信號的載頻、低頻及幅度三個特徵進行解調判斷，；雙CPU(Central Processing Unit,中央處理器)再把處理的結果通過串行通信相互進行比較，如果判決結果一致，送出執行條件，如果雙CPU (Central Processing Unit,中央處理器)的結果不一致,則報警。在現有技術中軌道電路接收器的輸入隔離電路的由兩個相同結構的運算放大器組成，因此為CCF(Common Cause Failure,共因失效)埋下了隱患,可能會導致整個電路系統失效。所述CCF(Common Cause Failure,共因失效)即在一個系統中由於某種共同原因而引起兩個單元的同時失效。在軌道電路接收器的輸入隔離電路所述CCF(Common Cause Failure,共因失效)包括電壓、電流、信號頻率、溫度等原因。例如當輸入信號頻率超出輸入隔離電路中所用運算放大器的頻率響應範圍，現有技術中的輸入隔離電路採用了兩個相同結構運算放大器，由於存在CCF(Common Cause Failure,共因失效)，所以輸入隔離電路的兩個運算放大器均不能做出正確的輸出，結果可能會導致運算放大器放大倍數上升使得輸入信號電壓升高，進而A/D轉換電路後的信號電壓升高,使得雙CPU (Central Processing Unit,中央處理器)輸出錯誤的判決結果導致軌道繼電器吸起，將危及行車安全。所以現有技術中輸入隔離電路採用兩個相同結構的運算放大器是不安全的，該電路可能會會導致整個鐵路信號系統不可靠，存在安全隱患。

發明內容
有鑑於此，本發明的目的在於提供一種安全輸入隔離電路及具有該電路的軌道電路接收器，以解決現有技術中安全輸入隔離電路採用兩個相同型號的運算放大器潛在的安全問題。為實現上述目的，本發明提供如下技術方案一種安全輸入隔離電路，包括兩個不同結構的第一運算放大器和第二運算放大器。
其中，所述第一運算放大器和第二運算放大器通過各自的輸入端並聯。優選的，所述第一運算放大器和第二運算放大器採用兩種功能類型運算放大器。優選的，所述採用兩種功能類型運算放大器的第一運算放大器和第二運算放大器，具體包括由通用型運算放大器、高阻型運算放大器、低溫飄型運算放大器、高速型運算放大器、低功耗型運算放大器和高壓大功率型運算放大器中的任意兩種功能類型的放大器並聯構成。優選的，所述第一運算放大器和第二運算放大器採用具有相同功能類型的不同型號的運算放大器。優選的，所述採用具有相同功能類型的不同型號的第一運算放大器和第二運算放大器，具體包括由通用型運算放大器、高阻型運算放大器、低溫飄型運算放大器、高速型運算放大器、低功耗型運算放大器或高壓大功率型運算放大器中的同類運算放大器中的不同型號的運算放大器任意兩種並聯構成。優選的，所述採用兩種功能類型運算放大器的第一運算放大器和第二運算放大器，具體包括所述第一運算放大器型號是LM148通用型運算放大器；所述第二運算放大器型號是0P400低溫飄移型運算放大器。優選的，所述採用具有相同功能類型的不同型號的第一運算放大器和第二運算放大器，具體包括所述第一運算放大器型號是CA3130的高阻型運算放大器；所述第二運算放大器型號是CA3140的高阻型運算放大器。另外本發明還公開了一種軌道電路接收器，包括接收區段鋼軌上的移頻信號的雙機並聯電路；與所述雙機並聯電路連結，並接收所述雙機並聯電路傳輸的移頻信號進行阻抗變換和級間隔離的安全輸入隔離電路，與所述安全輸入隔離電路連結，並接收安全輸入電路輸出的信號進行A/D轉換的A/D轉換電路；與所述A/D轉換電路連結，並接收A/D轉換電路的信號進行載頻、低頻及幅度三個特徵進行解調判斷和比較的雙中央處理器CPU(Central Processing Unit,中央處理器)電路；
其中，所述安全輸入隔離電路為本發明所述任意一種安全輸入隔離電路。經由上述的技術方案可知，與現有技術相比，本發明的安全輸入隔離電路中使用兩片不同結構的運算放大集成電路，降低了現有技術中輸入隔離電路因採用兩個相同結構的運算放大器發生CCF(Common Cause Failure,共因失效)的概率,提高了電路設備的安全性和可靠性,滿足鐵道部對鐵路信號設備故障安全性要求，另外利用兩種不同結構的運算放大器的優勢互補，擴大了安全輸入電路監測範圍。


為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。圖I現有技術中軌道電路接收器電路示意圖；圖2本發明所述安全輸入隔離電路示意圖；圖3實施例二所述安全輸入隔離電路示意圖；圖4實施例三所述安全輸入隔離電路示意圖；圖5本發明所述軌道電路接收器電路示意圖。
具體實施例方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。實施例一本實施例一公開了一種安全輸入隔離電路，參考附圖2，該安全輸入隔離電路包括兩個不同結構的第一運算放大器201和第二運算放大器202 ；其中，所述第一運算放大器201和第二運算放大器202通過各自的輸入端並聯。在本實施例中，所述兩個運算放大器可選擇一種功能類型但不同型號的運算放大器或兩種功能類型運算放大器的任意組合。運算放大器根據功能類型可分為通用型運算放大器、高阻型運算放大器、低溫飄型運算放大器、高速型運算放大器、低功耗型運算放大器、高壓大功率型運算放大器。運算放大器的選擇是按照特定用戶要求和特定電子系統的需要而定。本實施例一的安全輸入隔離電路中使用兩片不同結構的運算放大集成電路，降低了現有技術中輸入隔離電路因採用兩個相同結構的運算放大器發生CCF(C0mm0n CauseFailure，共因失效)的概率，提高了電路設備的安全性和可靠性，滿足鐵道部對鐵路信號設備故障安全性要求，另外利用兩種不同結構的運算放大器的優勢互補，擴大了安全輸入電路監測範圍。實施例二本實施例二是針對實施例一所述第一運算放大器和第二運算放大器採用兩種功能類型運算放大器的情況進行詳細說明。參考附圖3，該安全輸入隔離電路具體包括，附圖2中示出的第一運算放大器201是通用型運算放大器LM148，附圖2中示出的第二運算放大器202是低溫飄型運算放大器0P400。其中，運算放大器LM148運算放大器0P400通過各自的輸入端並聯在一起，運算放大器LM148的輸入端通過其引腳3、5、10、12分別與輸入信號1、2、3、4連結；運算放大器0P400的輸入端通過其引腳3、5、10、12分別與輸入信號1、2、3、4連結。 在本實施例二中，採用兩種功能類型的不同結構運算放大器，降低了現有技術中安全輸入隔離電路採用兩個相同結構的運算放大器發生CCF(Common Cause Failure,共因失效)的概率，提高了電路設備的安全性和可靠性。另外，由於所用運算放大器功能不同，具有不同的特點，如通用型運算放大器價格低廉、產品量大面廣；高阻型運算放大器差模輸入阻抗非常高，輸入偏置電流非常小；低溫飄型運算放大器的失調電壓要小且不隨溫度的變化而變化；高速型運算放大器具有高的轉換速率和寬的頻率響應；低功耗型運算放大器採用低電源電壓供電，功率消耗低，高壓大電流集成運算放大器外部不需附加任何電路，即可輸出高電壓和大電流。所以針對不同監測特徵可配置相應功能結構的運算放大器，通過使用兩種功能類型的不同結構運算放大器，可以利用兩種運算放大器的優勢互補，擴大了安全輸入電路監測範圍。實施例三本實施例三是針對實施例一所述第一運算放大器和第二運算放大器採用相同功能類型運算放大器的情況進行詳細說明。參考附圖4，具體包括，附圖2中示出的第一運算放大器201是高阻型運算放大器CA3130,附圖2中示出的第二運算放大器202是高阻型運算放大器CA3140。其中運算放大器CA3130與運算放大器CA3140通過各自的輸入端並聯在一起，運算放大器CA3130的輸入端通過其引腳3、5、10、12分別與輸入信號I、2、3、4連結；運算放大器CA3140的輸入端通過其引腳3、5、10、12分別與輸入信號1、2、3、4連結。在本實施例三中，採用同類運算放大器中的不同型號的運算放大器，對電壓、電流、信號頻率、溫度等因素的響應不同，例如對於信號頻率為10-40HZ情況，第一運算放大器接收的頻率範圍是30Hz 10Hz，而第二運算放大器接收的頻率範圍是50Hz 25Hz，降低了現有技術中採用兩個相同結構的運算放大器因為頻率響應單一而發生CCF(C0mm0nCause Failure，共因失效)的概率，顯然同時使用兩種不同結構的運算放大器要比使用同一種結構的運算放大器具有更寬的響應範圍，提高了電路設備的安全性和可靠性。綜上所述與現有技術相比，本發明的安全輸入隔離電路中使用兩片不同結構的運算放大集成電路，降低了現有技術中輸入隔離電路因採用兩個相同結構的運算放大器發生CCF(Common Cause Failure,共因失效)的概率,提高了電路設備的安全性和可靠性,滿足鐵道部對鐵路信號設備故障安全性要求，另外利用兩種不同結構的運算放大器的優勢互補，擴大了安全輸入電路監測範圍。本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。對於實施例公開的裝置而言，由於其與實施例公開的方法相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法部分說明即可。對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明 將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。
權利要求
1.一種安全輸入隔離電路，其特徵在於，包括 兩個不同結構的第一運算放大器和第二運算放大器； 其中，所述第一運算放大器和第二運算放大器通過各自的輸入端並聯。
2.根據權利要求I所述的安全輸入隔離電路，其特徵在於，所述第一運算放大器和第二運算放大器採用兩種功能類型運算放大器。
3.根據權利要求I或2所述的安全輸入隔離電路，其特徵在於，所述第一運算放大器和第二運算放大器，具體包括 由通用型運算放大器、高阻型運算放大器、低溫飄型運算放大器、高速型運算放大器、低功耗型運算放大器和高壓大功率型運算放大器中的任意兩種功能類型的放大器並聯構成。
4.根據權利要求I所述的安全輸入隔離電路，其特徵在於，所述第一運算放大器和第二運算放大器採用具有相同功能類型的不同型號的運算放大器。
5.根據權利要求I或4所述的安全輸入隔離電路，其特徵在於，所述第一運算放大器和第二運算放大器，具體包括 由通用型運算放大器、高阻型運算放大器、低溫飄型運算放大器、高速型運算放大器、低功耗型運算放大器或高壓大功率型運算放大器中的同類運算放大器中的不同型號的運算放大器任意兩種並聯構成。
6.根據權利要求4所述的安全輸入隔離電路，其特徵在於， 所述第一運算放大器型號是LM148通用型運算放大器； 所述第二運算放大器型號是0P400低溫飄移型運算放大器。
7.根據權利要求5所述的安全輸入隔離電路，其特徵在於， 所述第一運算放大器型號是CA3130的高阻型運算放大器； 所述第二運算放大器型號是CA3140的高阻型運算放大器。
8.—種軌道電路接收器，其特徵在於，包括 接收區段鋼軌上的移頻信號的雙機並聯電路； 與所述雙機並聯電路連結，並接收所述雙機並聯電路傳輸的移頻信號進行阻抗變換和級間隔離的安全輸入隔離電路； 與所述安全輸入隔離電路連結，並接收安全輸入電路輸出的信號進行A/D轉換的A/D轉換電路； 與所述A/D轉換電路連結，並接收A/D轉換電路的信號進行載頻、低頻及幅度三個特徵進行解調判斷和比較的雙中央處理器CPU電路； 其中，所述安全輸入電路為權利要求1-7中所述的任意一種安全輸入電路。
全文摘要
本發明公開了一種鐵路信號系統中軌道電路接收器中的安全輸入隔離電路，在該安全輸入隔離電路中使用兩個不同結構的運算放大器同時對移頻信號分別進行阻抗變換和級間隔離。採用本發明電路，可降低輸入隔離電路發生CCF(Common Cause Failure，共因失效)的概率，進而提高電路設備的安全性和可靠性，滿足鐵道部對鐵路信號設備故障安全性要求；另外針對不同監測特徵可配置相應功能結構的運算放大器，通過使用兩種功能類型的不同結構運算放大器，可以利用兩種運算放大器的優勢互補，擴大了安全輸入電路監測範圍。本發明還公開了一種具有該安全輸入隔離電路的軌道電路接收器。
文檔編號B61L1/02GK102910192SQ20121041358
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月25日 優先權日2012年10月25日
發明者魏敏, 徐敏, 蘭豐菊, 張明妨, 孟麗婷, 趙懷東, 孫志忠, 郜志強, 於樹永 申請人:北京鐵路信號有限公司