(12)实用新型专利
(10)授权公告号 CN 207352068 U(45)授权公告日 2018.05.11
(21)申请号 201720809621.3(22)申请日 2017.07.05
(73)专利权人 广州铁路职业技术学院
地址 510430 广东省广州市白云区石井街
庆隆中路100号(72)发明人 熊志金
(74)专利代理机构 广州华进联合专利商标代理
有限公司 44224
代理人 黄晓庆(51)Int.Cl.
G01R 25/00(2006.01)G01R 19/00(2006.01)
权利要求书1页 说明书6页 附图1页
(54)实用新型名称
轨道电路信号检测装置(57)摘要
本实用新型涉及一种轨道电路信号检测装
隔离放大电路、比较置，包括隔离变换滤波电路、
装置、报警电路和电源电路，隔离变换滤波电路连接隔离放大电路，隔离放大电路连接比较装置，比较装置连接报警电路，电源电路连接比较装置，通过隔离变换滤波电路对轨道电路电压进行隔离变换后在进行滤波处理，再对隔离变换滤波后的信号进行隔离放大处理，有效避免了轨道电压相位失真，比较装置对轨道电压信号进行处理，并将电源电路电压作为参考电压，得到的处理结果准确度高。
CN 207352068 UCN 207352068 U
权 利 要 求 书
1/1页
1.一种轨道电路信号检测装置，其特征在于，包括隔离变换滤波电路、隔离放大电路、比较装置、报警电路和电源电路，所述隔离变换滤波电路连接所述隔离放大电路，所述隔离放大电路连接所述比较装置，所述比较装置连接所述报警电路，所述电源电路连接所述比较装置；
所述隔离变换滤波电路接收轨道电路的轨道电压信号，对所述轨道电压信号进行隔离变换滤波处理，得到隔离变换滤波后的轨道电压信号并发送至所述隔离放大电路，所述隔离放大电路隔离放大接收的所述隔离变换滤波后的轨道电压信号得到隔离放大后的轨道电压信号并发送至所述比较装置，所述电源电路发送电源电压信号至所述比较装置，所述比较装置接收所述隔离放大后的轨道电压信号和所述电源电压信号进行处理得到处理结果，当所述处理结果不在预先设置的安全范围内时，发送报警指令至所述报警电路，所述报警电路根据接收的所述报警指令发出报警信号。
2.根据权利要求1所述的轨道电路信号检测装置，其特征在于，所述隔离变换滤波电路包括依次连接的电压电流信号转换电路、电流信号隔离电路、电流信号转换电路、电流电压信号转换电路和滤波电路，所述滤波电路连接所述隔离放大电路。
3.根据权利要求2所述的轨道电路信号检测装置，其特征在于，所述电流信号隔离电路为SPT205电流互感器。
4.根据权利要求1所述的轨道电路信号检测装置，其特征在于，所述隔离放大电路包括依次连接的信号同相跟随电路、信号同相放大电路、直流分量叠加电路和电压跟随电路，所述电压跟随电路连接所述比较装置。
5.根据权利要求1所述的轨道电路信号检测装置，其特征在于，所述比较装置包括AD转换电路和比较器，所述AD转换电路连接所述比较器和所述隔离放大电路，所述比较器连接所述报警电路和所述电源电路。
6.根据权利要求1所述的轨道电路信号检测装置，其特征在于，还包括参数设置电路，所述参数设置电连接所述比较装置。
7.根据权利要求1所述的轨道电路信号检测装置，其特征在于，还包括通信电路，所述比较装置连接所述通信电路，所述比较装置通过所述通信电路连接上位机。
8.根据权利要求7所述的轨道电路信号检测装置，其特征在于，所述通信电路为有线通信电路或无线通信电路。
9.根据权利要求8所述的轨道电路信号检测装置，其特征在于，所述有线通信电路为串口通信接口，所述无线通信电路为WIFI装置、蓝牙装置和GPRS装置中的至少一个。
10.根据权利要求1所述的轨道电路信号检测装置，其特征在于，还包括显示电路，所述显示电路连接所述比较装置。
2
CN 207352068 U
说 明 书轨道电路信号检测装置
1/6页
技术领域
[0001]本实用新型涉及电子电器领域，特别是涉及一种轨道电路信号检测装置。背景技术
[0002]轨道电路广泛应用于轨道交通领域，它是轨道交通系统运行实现自动控制和远程监控的必不可少的设备。通过对轨道电路中的电压信号和相位差信号的检测，可以实现列车定位、判断当前轨道是否被列车占用；同时是轨道车辆和控制地面之间的一个信息传输通道，保证控制轨道车辆安全运行。在现实的轨道交通系统中，必须采取精确、可靠的方法测量轨道电路的电压和相位差信号，确定轨道的使用情况，保证轨道车辆运行安全。[0003]由于轨道电路中掺杂了很多干扰信号，它并不是一种理想的正弦波信号，从而导致轨道电路中的电压在某一个区域中波动，传统的对轨道电压中掺杂的干扰信号处理的方法有直接采用电压比较电路或直接滤波电路进行过滤，而若直接采用电压比较电路对掺杂干扰的信号进行处理，则很难保证输出是一种理想的矩形波信号，另外由于滤波器电路本身会改变电压信号的相位，而且也存在相位的误差，如果直接采用滤波电路对信号进行滤波处理，将导致轨道电路中电压信号的相位失真，经过处理器进行计算处理后相位的误差将更大，由此可见，传统的轨道电路信号检测装置会导致相位失真，检测误差大。实用新型内容
[0004]基于此，有必要针对传统的轨道信号检测装置检测误差大的问题，提供一种检测准确度高的轨道电路信号检测装置。[0005]一种轨道电路信号检测装置，包括隔离变换滤波电路、隔离放大电路、比较装置、报警电路和电源电路，所述隔离变换滤波电路连接所述隔离放大电路，所述隔离放大电路连接所述比较装置，所述比较装置连接所述报警电路，所述电源电路连接所述比较装置。[0006]隔离变换滤波电路接收轨道电路电压，发送隔离变换滤波后的轨道电路电压至隔离放大电路；隔离放大电路发送隔离放大后的轨道电路电压；比较装置接收轨道电路电压和电源电路发送的电源电压，发送报警指令至报警电路。[0007]上述轨道电路信号检测装置，隔离变换滤波电路接收轨道电路的轨道电压信号，对轨道电压信号进行隔离变换滤波处理，并将处理后的电压信号发送至隔离放大电路进行隔离放大处理，并将隔离放大处理后的轨道电压信号发送至比较装置，电源电路发送电源电压信号至比较装置，比较装置根据接收的电源电压信号和处理后的轨道电压信号进行处理得到处理结果，处理结果为轨道电路的电压有效值、电源电路的电压有效值以及轨道电路的电压和电源电路的电压的相位差，若处理结果中的任一项不在预先设置的安全范围值内，则发送报警指令至报警电路，以使报警电路发出报警信号，提醒相关人员对轨道进行勘测，通过隔离变换滤波电路对输入的轨道电压信号进行隔离变换处理后再进行滤波处理，再对隔离变换滤波后的信号进行隔离放大处理，有效避免了轨道电压相位失真，比较装置对轨道电压信号进行处理，并将电源电路电压作为参考电压，得到的处理结果准确度高。
3
CN 207352068 U
说 明 书
2/6页
附图说明
[0008]图1为一实施例中轨道电路信号检测装置结构图；[0009]图2为一实施例中隔离变换滤波电路的结构图；[0010]图3为一实施例中隔离放大电路的结构图；
[0011]图4为另一实施例中轨道电路信号检测装置结构图。
具体实施方式
[0012]在一个实施例中，如图1所示，一种轨道电路信号检测装置，包括隔离变换滤波电路110、隔离放大电路120、比较装置130、报警电路140和电源电路150，隔离变换滤波电路110连接隔离放大电路120，隔离放大电路120连接比较装置130，比较装置130连接报警电路140，电源电路150连接比较装置130。[0013]具体地，隔离变换滤波电路110接收轨道电路的轨道电压信号，对轨道电压信号进行隔离变换滤波处理，并将处理后的电压信号发送至隔离放大电路120进行隔离放大处理，并将隔离放大处理后的轨道电压信号发送至比较装置130，电源电路150发送电源电压信号至比较装置130，比较装置130根据接收的电源电压信号和处理后的轨道电压信号进行处理得到处理结果，处理结果为轨道电路的电压有效值、电源电路150的电压有效值以及轨道电路的电压和电源电路150的电压的相位差，若处理结果不在预先设置的安全范围值内，则发送报警指令至报警电路140，以使报警电路140发出报警信号，提醒相关人员对轨道进行勘测。
[0014]上述轨道电路信号检测装置，通过隔离变换滤波电路110隔离变换后再进行滤波处理，再对隔离变换滤波后的信号进行隔离放大处理，有效避免了轨道电压相位失真，比较装置130对轨道电压信号进行处理，并将电源电路电压作为参考电压，得到的处理结果准确度高。
[0015]在一个实施例中，如图2所示，隔离变换滤波电路110包括依次连接的电压电流信号转换电路111、电流信号隔离电路112、电流信号转换电路113、电流电压信号转换电路114和滤波电路115，滤波电路115连接隔离放大电路120。[0016]具体地，电流信号隔离电路112为SPT205电流互感器，SPT205是一种精密的电流互感器，精确度达到毫安级，它的输入输出额定电流均为2mA，并且一次电流和二次电流相等；隔离变换过滤电路110采用SPT205电流互感器作为隔离变换滤波电路110的主元件，断开轨道电路与轨道电路信号检测装置之间的直接电路连接，保证轨道电路和轨道电路信号检测装置两端的接地电平不在同一基准上，杜绝环路电流对各级电位信号的损害。[0017]进一步地，电压电流信号转换电路111用于将轨道电压信号转换为电流信号，在本实施例中，电压电流信号转换电路111为电阻；电流信号转换电路113用于将经SPT205电流互感器隔离后的信号按照预设比例变换为小电流，方便比较装置130对变换后的信号直接进行处理，在本实施例中，大小信号是用电压值来界定的，电压值0-5V为小信号，电压值大于5V为大信号；电流电压信号转换电路114用于将电流信号转换电路113输出的小电流信号转换为电压信号；滤波电路115用于过滤掉不在预设频段中的杂波，取样出预设频段中的信号，并发送至隔离放大电路120，有效避免杂波干扰，可避免后续相位失真。
4
CN 207352068 U[0018]
说 明 书
3/6页
在一个实施例中，如图3所示，隔离放大电路120包括依次连接的信号同相跟随电
路121、信号同相放大电路122、直流分量叠加电路123和电压跟随电路124，电压跟随电路124连接比较装置130。[0019]具体地，信号同相跟随电路110连接隔离变换滤波电路110的滤波电路115，滤波电路115输出的信号通过信号同相跟随电路121，实现信号隔离，并保证输出电压稳定，信号同相放大电路122用于比例放大隔离后的信号，将放大后的信号发送至直流分量叠加电路123中叠加直流分量，比例放大和叠加直流分量的目的都是为了提高比较精确度，最后再通过电压跟随电路124保证叠加直流分量后的输出电压稳定，并发送至比较装置130。[0020]在一个实施例中，比较装置130包括AD转换电路和比较器，AD转换电路连接比较器和隔离放大电路120，比较器连接报警电路140和电源电路150。[0021]具体地，AD转化电路连接隔离放大电路120的电压跟随电路124，AD转换电路用于对接收的电压跟随电路124的输出电压信号和电源电路150输出的电源电压进行模数转换，并设定两个同频率的信号分别是局部电源信号X(t)和轨道电路信号Y(t)，表示为：
[0022]
X(t)＝A sin(ωt+θ)+Nx(t) (2)[0024]其中，X(t)为局部电源信号，Y(t)为轨道电路信号，φ是两个信号的相位差值，频率均为25HZ，Nx(t)和Ny(t)分别为局部电源信号和轨道电路信号的噪声信号。[0025]由两个信号得出它们的相关函数为：
[0026][0027][0028][0029]
[0023]
其中，Rxy(τ)为相关函数，T为周期。当τ取0时，相关函数为：
[0030][0031][0032][0033][0034][0035][0036][0037][0038][0039]
由相关函数得出相位差：
其中，A为局部电源信号的幅度，B为轨道电路信号的幅度。由相关函数，计算出两个信号的幅度为：
综合(5)、(6)、(7)可得，两个信号的相位差为：
在AD转换电路中经过离散处理后给再由比较器计算处理，得到相位差的计算公式
5
CN 207352068 U
说 明 书
4/6页
为：
[0040]
其中，N为采样总点数，x(n)为第n次采样的局部电源信号，y(n)为第n次采样的轨
道电路信号。
[0042]根据奈圭斯特定理，频带为F的连续信号f(t)可用一系列离散的采样值f(t1)，f(t1±Δt)，f(t1±2Δt)，...来表示，只要这些采样点的时间间隔Δt≤1/(2F)，便可根据各采样值完全恢复原来的信号f(t)。考虑随机噪声的影响，按照1kHz的频率进行采样，通过比较器的定时器中断分别读取两路通道的A/D采样值，每秒钟对采样数据进行处理，并保存采样值到数组中，采够N个点的采样值后，先通过求平均值求出两个信号的直流分量，然后每个采样值减去直流分量的值得到信号抬高之前的原始值，此时的原始值才可以代入公式(9)，分别求出两信号的自相关及互相关的值，最终可以得到两信号的相位差。
[0043]上述具体的对电源电压信号和轨道电路信号进行处理计算得到电源电压信号和轨道电路信号之间的相位差的实现方式可用现有的方式实现，以上列举的仅仅是一个实施例中的方式。
[0044]轨道电压有效值和电源电压有效值的计算是基于现有的计算公式实现，计算公式如下：
[0045]某一个信号周期内，一个纯负载所产生的热量与一个直流电压在同一个负载上产生的热量相等时，该直流电压的数值就是交流电压的有效值。对于负载电阻R，交流电压u(t)产生的热量为:
[0046][0047][0048][0049][0050]
[0041]
直流电压UZ在此负载R上产生的热量为:
通过电压有效值的定义可得，W1＝W2，因此电压有效值为：
根据采样定理，为了计算电压有效值，需要对信号进行离散采样，通过比较装置
130对u(t)进行等间隔采样，得到一系列的时间离散的信号组合，再通过数值积分来求其有效值，最终得到的电压有效值计算公式如下所示:
[0052]
[0051]
其中，Urms为电压有效值，N为采样总数量，uk为第k次取样的电压值。
[0054]比较装置130根据接收的电源电压信号和处理后的轨道电压信号进行处理得到处理结果，处理结果为轨道电路的电压有效值、电源电路150的电压有效值以及轨道电路的电
[0053]
6
CN 207352068 U
说 明 书
5/6页
压和电源电路150的电压的相位差，若处理结果中的任一项不在预先设置的安全范围值内，则发出报警信号。
[0055]在另一个实施例中，比较装置130为STM32F103芯片。[0056]具体地，也可通过STM32F103芯片实现模数转换和比较的功能。[0057]在一个实施例中，轨道电压信号检测装置还包括参数设置电路170，参数设置电路170连接比较装置130。[0058]具体地，参数设置电路170用于在检测装置第一次开机运行后，预先设置轨道电压的安全范围值、25HZ电源电压的安全范围值、和轨道电路和25HZ电源之间的相位差的安全范围值。
[0059]在一个实施例中，轨道电压信号检测装置还包括通信电路160，比较装置130连接通信电路160，比较装置130用于通过通信电路160连接上位机200。[0060]具体地，比较装置130通过通信电路160将处理结果发送到上位机200。通信电路160为有线通信电路或无线通信电路，有线通信电路为串行通信接口，可以为USB或RS485等，无线通信电路为WIFI装置、GPRS装置和蓝牙装置中的至少一种。上位机200接收到处理结果，方便对处理结果进行存储，以及对轨道电路电压进行实时监控。[0061]在一个实施例中，轨道电压信号检测装置还包括显示电路180，显示电路180连接比较装置130。[0062]具体地，比较装置130将处理结果发送至显示电路180进行显示，方便工作人员实时查看处理结果。
[0063]在一个实施例中，报警电路140为声光报警器。[0064]具体地，声光报警器是通过声音和各种光来向人们发出示警信号的一种报警信号装置，当处理结果中的任一项不在预先设置的安全范围值内，则发出报警信号，提醒相关人员对轨道进行及时勘测，提高轨道的安全性。[0065]在一个较为详细的实施例中，如图4所示，轨道电路信号检测装置第一次开机时，通过参数设置电路170预先设置轨道电路的电压安全范围值、电源电路150的电压安全范围值以及轨道电路的电压和电源电路150的电压的相位差安全范围值，电压电流信号转换电路111接收轨道电压信号，并将轨道电压信号转换为电流信号，通过SPT205电流互感器隔离后，将隔离后的电流信号发送至电流信号转换电路112，若电流信号大于预设值，将轨道电压信号按预设比例转换为处于预设范围值内的小信号，将转换后的电流信号发送至电流电压转换电路转换成电压信号，并将转换后的电压信号发送至滤波电路115中进行滤波，并输出预设频段的信号至信号同相跟随电路121中进行隔离，信号同相放大电路122用于比例放大隔离后的信号，将放大后的信号发送至直流分量叠加电路123中叠加直流分量，最后再通过电压跟随电路124保证叠加直流分量后的输出电压稳定，并发送至比较装置130，电源电路150发送电源电压信号至比较装置130，比较装置130根据接收的电源电压信号和处理后的轨道电压信号进行处理得到处理结果，处理结果为轨道电路的电压有效值、电源电路150的电压有效值以及轨道电路的电压和电源电路150的电压的相位差，并将处理结果通过通信电路160发送至上位机200进行存储，并同时发送至显示电路170中进行显示，若处理结果中的任一项不在预先设置的安全范围值内，则报警电路140发出报警信号，提醒相关人员对轨道进行勘测。
7
CN 207352068 U[0066]
说 明 书
6/6页
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实
施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0067]以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
8
CN 207352068 U
说 明 书 附 图
1/1页
图1
图2
图3
图4
9
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容