Датчики систем СЦБ и ЖАТ. Применение датчиков в системах СЦБ и ЖАТ

⇐ ПредыдущаяСтр 22 из 25Следующая ⇒

Применяемые с системах железнодорожной автоматики и телемеханики датчики в зависимости от их функционального назначения можно разделить на две группы: информационные и датчики импульсов.

Информационные датчики в зависимости от характера (вида) информации, представляемой выходными сигналами, можно разделить на датчики состояния и параметрические датчики.

Датчики состояния формируют информацию о состоянии объектов управления и контроля в виде «объект включен — объект выключен», «участок занят — участок свободен», «сигнал есть — сигнала нет», «параметр в норме — параметр не в норме», «объект исправен — объект неисправен» и т.п. К этому классу относятся рельсовые цепи, датчики прохода колес и датчики контроля габарита подвижного состава, датчики наличия транспортных средств в зоне контроля, различные пороговые датчики, реагирующие на достижение контролируемыми параметрами определенных (пороговых) значений, и др. Простейшим информационным датчиком является электромагнитное реле.

Параметрические (измерительные) датчики формируют информацию о значениях параметров объектов управления и контроля. К этому классу относятся измерители скорости, веса, температуры, различных электрических параметров и др.

Датчики импульсов формируют (вырабатывают) сигналы, необходимые для работы различных устройств автоматики и телемеханики. К этому классу относятся маятниковые трансмиттеры, кодовые путевые трансмиттеры, генераторы импульсов и др.

Выходная информация датчиков, используемых в системах железнодорожной автоматики и телемеханики, представлена в виде электрических сигналов. В зависимости от способа преобразования входной информации, иначе говоря, в зависимости от вида (физической природь() входных сигналов датчики можно классифицировать.

Среди магнитньос датчиков можно выделить индуктивные и индукционные. Принцип действия индуктивных датчиков заключается в изменении индуктивности (коэффициента самоиндукции) катушки с сердечником вследствие изменения магнитного сопротивления ее магнитной цепи. Магнитное сопротивление изменяется либо при воздействии ферромагнитной массы колеса (оси), либо в результате изменения значения силы электрического тока, создающего магнитное поле. Принцип действия индукционных датчиков основан на явлении электромагнитной индукции: при воздействии ферромагнитной массы колеса на связующее магнитное поле изменяется значение магнитного потока, в результате чего в катушке с сердечником индуцируется ЭДС. Индукционные датчики, получившие наибольшее распространение в системах ЖАТ, имеют две основные разновидности — магнитоиндукционные и индукционные электромагнитные. У магнитоиндукционных датчиков связующее магнитное поле постоянное, его источником является постоянный магнит. У индукционных электромагнитных датчиков связующее магнитное поле переменное, его источником является источник переменного напряжения (тока). По принципу построения схем обработки выходных сигналов индукционные электромагнитные датчики называют датчиками дифференциально-трансформаторного типа В зависимости от способа коммутации электрических цепей датчики можно разделить на контактные и бесконтактные.

Датчики также можно разделить на пассивные (для работы датчика необходим внешний источник питания) и активные (датчик работает без внешнего источника питания).

Рассмотрим устройство и принципы работы некоторых датчиков, широко используемых в системах и устройствах СЦБ.

Датчики прохода колес применяются в системах, где требуется подсчет количества осей подвижного состава — в устройствах контроля подвижного состава на ходу поезда (ПОНАБ, ДИСК, КТСМ), устройствах автоматизации сортировочных горок, а также в системах контроля свободного состояния участков пути методом счета осей (УКП СО, ЭССО). Датчик устанавливается внутри колеи на подошве рельса и вырабатывает электрический сигнал при проходе колесной пары через контрольную точку — точку установки датчика (при проходе колеса над датчиком). В системах контроля подвижного состава на ходу поезда [44] применяются в основном датчики магнитоиндукционного типа ПБМ-56, ДМ-88, ДМ-95М, ДМ-99, ШМП-93, реже — датчики автогенераторного типа Д50 и датчики электронные ДАС; на сортировочных горках [56, 57] — ПБМ-56 и датчики ДП50-80, а также индуктивно-проводные датчики ИПД; в системе УКП СО — датчики ДПЭП [59]; в системе ЭССО — датчики ДПВ-02 [23] (три последних датчика — индукционные электромагнитные).

Магнитоиндукционный датчик (рис. 3.1) состоит из магнитной головки 4w крепежного устройства 5. Внутри магнитной головки на стальном основании установлена катушка 2 с находящимся внутри нее постоянным магнитом 3. При установке расстояние от головки рельса 7 до датчика выбирается таким, чтобы при проходе колеса воздушный зазор между гребнем и магнитом был минимальным, но достаточным для исключения механического контакта даже при максимально возможном прокате колеса. Конструкция датчика исключает перемещения магнита внутри катушки от действия вибрации при проходе поезда, что обеспечивает малый уровень помех датчика.

Датчик работает следующим образом. При отсутствии колеса в зоне установки датчика магнитный поток Ф постоянного магнита замкнут через крепежное устройство, рельс и воздушный зазор между головкой рельса и одним из полюсов. При проходе гребня колеса 6в воздушном зазоре происходит изменение магнитного потока следующим образом: сначала, когда ве.личина воздушного зазора уменьшается, магнитный поток увеличивается и достигает своего максимального значения в момент нахождения центра колеса над центром датчика; затем, когда величина воздушного зазора увеличивается, магнитный поток уменьшается и достигает исходного значения в момент выхода колеса из воздушного зазора (из зоны действия датчика).

При возрастании магнитного потока в кагушке индуцируется ЭДС, создающая импульс напряжен™ колоколообразной формы положительной полярности; при убывании магнитного потока индуцируемая в катушке ЭДС создает импульс напряжения отрицательной полярности. Амплитуда и длительность выходных сигналов датчика определяются скоростью изменения магнитного потока (т.е. скоростью движения колеса): амплитуда импульса прямо пропорциональна, а длительность импульса обратно пропорциональна скорости движения колеса. Выходной сигнал датчика поступает на исполнительный элемент (обозначенный ИЭ на рис. 3.1), который при воздействии импульса положительной полярности вырабатывает сигнал прохода колесной пары, а при воздействии импульса отрицательной полярности возвращается в исходное состояние.

Конструктивное исполнение датчиков ДМ-88, ДМ-95М, ДМ-99 (датчик магнитный) и ШМП-93 (датчик Штанке магнитный помехоустойчивый). Датчик ШМП-93 отличается от других датчиков наличием в магнитной головке двух катушек с магнитами.

Принцип действия датчиков автогенераторного типа Д50 основан на срыве автогенерируемых колебаний при заходе колеса в зону чувствительности датчика (250— 300 мм над центром датчика).

Электронные датчики ДАС (датчик адаптирующийся считывающий), ДАС-А (датчик адаптирующийся считывающий, аналоговый) и ДАС-А+ (датчик адаптирующийся считывающий, аналоговый, положительной полярности) имеют рад отличительных особенностей.

Внутри магнитной головки датчика находится электронная схема, залитая специальным компаундом. Основными элементами электронной схемы являются высокостабильный питающий генератор с частотой 65 кГц, индуктивный чувствительный мост, пороговое устройство и система
адаптации к условиям окружающей среды. Подключение питающего генератора к индуктивному мосту и подключение чувствительной диагонали моста к пороговому устройству осуществляется через согласующие трансформаторы.

При проходе колеса в зоне действия датчика происходит разбалансирование моста, вызванное изменением индуктивности его активных катушек и потерями на вихревые токи, возникающие в колесе. Срабатывает пороговое устройство и формирует на выходе датчика импульс отрицательной (прямоугольный у ДАС и колоколообразный у ДАС-А) или положительной (колоколообразный у ДАС-А+) полярности.

Индукционный электромагнитный (дифференциально-трансформаторный) датчик ДП50-80 (рис. 3.3) состоит из магнитной головки 7, регулировочных прокладок 2, платформы 4 и крюкового болта 6.

Внутри магнитной головки установлены два стержневых магнитопровода — сигнальный 2 и компенсирующий 5 с обмотками соответственно wlc, w2c и w1k, w2k.

Принцип действия датчика состоит в следующем. Напряжение источника питания ИП (20±2 В, 50 Гц) поступает на обмотки Wjc и WjK, создавая два магнитных потока -рующий Фк, наводящие ЭДС в обмотках w2c и w2k. При отсутствии колеса в зоне установки датчика (рис. 3.3, а) магнитный поток Фс замкнут через головку рельса и воздушные зазоры, а магнитный поток Фк — через подошву рельса, крепежное устройство и воздушные зазоры. Магнитные потоки Фс и Фк отличаются по амплитуде, фазе и частоте, следовательно, наводимые ими ЭДС в сигнальной и компенсирующей обмотках также различны. На выходе датчика имеется сигнал расстройки, который компенсируется в преобразователе сигналов ПС — на выходе ПС сигнал равен нулю.
При проходе гребня колеса 8 в воздушном зазоре (рис. 3.3, б) происходит увеличение магнитного потока Фс. В результате увеличивается ЭДС, наводимая в обмотке w^, и на выходе преобразователя сигналов появляется сигнал наличия колеса в зоне установки датчика.
Устройство индукционного электромагнитного датчика ДПЭП показано на рис. 3.4. Внутри магнитной головки датчика (магнитная головка и элементы крепления датчика к рельсу на рис. 3.4 не показаны) установлены индуктор 5, расположенный параллельно рельсу б, и четыре катушки 1—4с одинаковым числом витков. Катушки расположены над индуктором, причем катушки / и 2 находятся дальше от рельса, чем катушки 3 и 4.

Источник питания ИП (напряжение 24—42 В, частота 71, 4 кГц) генерирует ток, который, протекая по индуктору, создает переменное магнитное поле. Магнитные потоки, замкнутые через головку рельса, воздушные зазоры и сердечники катушек, наводят ЭДС в обмотках катушек. Выходные сигналы датчика поступают на схемы выделения полезных сигналов ПС1 (от катушек 1 и 3) и ПС2 (от катушек 2 и 4). Так как катушки / (2) и 3 (4) расположены на различных расстояниях от рельса, то наводимые в них ЭДС различны, но схемы ПС1 и ПС2 настроены таким образом, что при отсутствии колеса в зоне установки датчика сигналы на их выходах равны нулю.
При проходе гребня колеса над катушкой уменьшается воздушный зазор и происходит увеличение магнитного потока. В результате увеличивается ЭДС, наводимая в катушке, и на выходе соответствующей схемы (ПС1 или ПС2) появляется сигнал наличия колеса. Наличие двух пар катушек в датчике позволяет определять направление движения поезда.
Внутри магнитной головки индукционного электромагнитного датчика ДП В-02 системы ЭССО расположены две пары катушек. Обмотки катушек включены встречно для компенсации ЭДС, наводимых тяговым током. Переменным током источника питания в обмотках наводится ЭДС, изменяющаяся при прохождении гребня колеса над катушкой. Для определения направления движения поезда частоты токов, наводящих ЭДС в каждой паре катушек, различны (50 и 150 кГц).
Устройство датчиков дифференциально-трансформаторного типа позволяет осуществлять контроль их положения относительно рельса: смещение датчика вызовет изменение значений магнитных потоков, а следовательно, и изменение уровня сигнала расстройки, что приведет к появлению на выходе схемы преобразования (выделения) отличного от нуля сигнала.
Датчик индуктивного типа представляет собой катушку со стальным сердечником, помещенную в корпус из немагнитного материала. Датчик крепится вплотную к рельсу — под подошвой или к шейке. Датчик работает следующим образом. Ток, протекающий по рельсу, создает магнитное поле, магнитный поток которого индуцирует в катушке ЭДС. Значение ЭДС, а следовательно, уровень выходного сигнала датчика, пропорционально значению силы тока, протекающего по рельсу. Выходной сигнал датчика подается на исполнительный элемент, который включается или выключается в зависимости от уровня сигнала. На рис. 3.5 показана установка индуктивного путевого датчика ДИПЗ-800 [42], используемого в устройствах контроля заполнения путей на сортировочных горках.

Индуктивно-проводной датчик ИПД применяется на сортировочных горках для определения состояния (свободное или занятое) контрольных предстрелочных участков и для обнаружения отцепов в системе контроля заполнения путей парка формирования поездов (подгорочного парка) [57]. Составными частями ИПД (рис. 3.6) являются электронный блок 7, установленный в трансформаторном ящике типа ТЯ-2, и шлейф 2, расположенный внутри колеи. Шлейф подключен к входу электронного блока, к выходу электронного блока подключено контрольное реле ИП, расположенное в релейном помещении.

ИПД работает следующим образом. Генератор гармонических колебаний, входящий в состав электронного блока, вырабатывает сигнал на определенной частоте. При свободном контролируемом участке электронный блок формирует и подает сигнал управления (напряжение, достаточное для притяжения якоря) на обмотку реле ИП, которое встает под ток. Шлейф, подключенный к входу генератора гармонических колебаний, является чувствительным элементом датчика. При вступлении подвижной единицы на контролируемый участок колесные пары и рельсы образуют короткозамкнутый виток, который является нагрузкой генератора. В результате изменяются частота и амплитуда сигнала, вырабатываемого генератором, и электронный блок прекращает подачу напряжения на обмотку реле ИП, которое отпускает якорь.

⇐ Предыдущая 16 17 18 19 20 212223 24 25 Следующая ⇒