CN1207167C - 用于检测铁路道岔可转动部分位置的装置 - Google Patents

Abstract

一种用于利用至少一个传感器检测铁路道岔例如尖轨(1，2)的可转动部件的位置的装置，所述传感器被设计成为连续的距离传感器(4，5，6，7)，其中传感器的输出传送至用于进行两种单独计算的电路装置(10)中，第一种计算为距离计算，第二种计算为传感器的功能控制，以及用于计算信号的方法。

Description

用于检测铁路道岔可转动部分位置的装置

本发明涉及用于利用至少一个传感器检测铁路道岔例如道岔尖轨可转动部分位置的一种装置，以及用于为确定铁路道岔可转动部分位置而计算传感器信号的方法。

由于铁路的高速线路不断扩展，使得检查铁路道岔的需求不断增加。为了保证铁路的安全运行，必须以最高的安全度实现铁路道岔的变换。为此，需要铁路道岔尖轨绝对处于正确的位置，并且在由合适的致动驱动下转动之后还能保持其端部位置不变。迄今为止，一直使用机械式端部开关构成的尖轨位置传感器检测这些轨尖端部的位置。然而，这种机械装置相当复杂和昂贵，因为它们通常由易于被破坏因而需要频繁维护和重新调整的杆组件构成。除了这种机械操作的位置传感器之外，还已知有由感应作用的非接触近程开关构成的装置。

由DE3511891A1已知一种装置，其由电动机驱动的单轨道岔致动器、可固定调整滑动装置和选择的一个同样的可固定监测滑动装置以及用于识别滑动装置的端部位置和它们的安全保护状态的传感器装置构成。借助于包括在这种装置中的传感器，监测道岔端部位置，并识别调整滑动装置和选择的监测滑动装置的锁定位置。然后把检查结果传送给控制与监测逻辑与/或控制互锁装置，同时确定铁路道岔能否转动。不测量道岔尖轨和行车轨之间的距离。

从DE2636359A1可知一种用于监测铁路道岔可转动轨尖端部位置的装置，其中在确定的控制点上设置有感应开关，并利用设置在可转动轨尖上的铁磁对应物进行扫描。借助于开关的感应触发，确定可转动轨尖是否处于其最终位置。

从EP 0514365 B1可知已经有用于监测铁路道岔状态和检测铁路道岔尖轨区域内过早磨损的方法。该方法的主要目的是利用传感器检测尖轨区域内过早的磨损，从而存储尖轨和被检测的行车轨之间在交叉期间的距离的最小值，同时确定在每种情况下的距离值和极限值，并比较这些值，当超过确定的极限值时产生一个养护信号。使用感性或容性的模拟传感器作为电位近程开关。

虽然这种感应作用的近程开关是非常可靠的和无磨损的控制元件，但它们不能用于连续地检测铁路道岔的可动部件的精确位置，而仅仅用于告知铁路道岔尖轨是否已经达到各自的最终位置。因为感应作用近程开关被***谐振电路中，任何测量的精度都会受到谐振电路质量的影响，而谐振电路的质量又在很大程度上依赖于外部影响和结构中元件的精度。因此，需要采用昂贵的措施，以便提高这种测量装置的精度和裕度。

本发明旨在提供一种测量装置，用于连续地测量铁轨的可动部件的位置，同时连续地监测其可工作性。为实现这一目的，按照本发明构成的装置以这样的方式实现，即把传感器设计成为连续的距离传感器，传感器的输出传送到用于进行两种独立计算的电路装置中，第一种计算为距离计算，第二种计算为传感器的功能控制。由于传感器设计为连续的距离传感器，与仅用于检测一种状态的测量传感器相反，这种传感器可以在整个调整范围内精确地检测铁路道岔尖轨所有的最终位置。提供一种电路装置用于进行信号计算，其中借助于功能控制，例如通过提供基准信号，可以确定传感器是否是完整无缺的，并能够获得正确的测量结果。利用在位置计算中一种可能的位置检测方式，在距离计算中进行位置的连续确定。通常使用具有高的时钟速率的高性能的微控制器，通过模数转换，得到离散形式的测量数据，并对之进行快速处理。因为一般来说，尖轨的位置和传感器信号不是线性关系，所以以一种特别有利的方式进行距离计算，使得和特性曲线探询协同工作。借助于这种特性曲线探询，即使在测量信号不与距离成线性关系的情况下，也能够实现尖轨位置的精确确定。

这种测量装置的一个特别优选的另一个改进在于，至少另一个用于测量静态信号的传感器的输出与功能控制部分相连。由于在这进一步的改进中使用或者被专门校准的或者与距离传感器相同的另一个传感器，静态信号的测量精度因而也是功能控制的可靠性被提高了。

为了进一步提高铁路道岔可转动部件的位置的确定精度，设计一种特别合适的结构，使得分别在轨道可转动部件的打开和闭合位置设置至少两个距离传感器。通过合适地设置若干距离传感器，除去在非阻尼状态下的功能控制之外，还可以实现在阻尼端位置的功能控制。因此，使用在不同位置安装的至少两个距离传感器，通过比较测量的数据与/或通过将测量数据求平均，能够提高功能控制的可靠性和距离测量的精度。此外，这种结构用于在铁路道岔的整个长度上观察尖轨的形状的改变，即使在车辆通过期间也能进行测量。用这种方式，可以判定铁路道岔位置的整个状态并可以预先确定长期变化。

在另一个优选的改进中，特性曲线被如此设计，使得对于可转动部件的打开和闭合位置的所允许的功能范围包括各自的允差范围，并对于打开和闭合位置进行功能控制。通过提供允差限制，使功能控制防止在稍微偏离最终位置时发出报警信号而在实际上并不危险的范围内过早地结束运行。所提供的结构还允许进行最终位置改变的连续控制，并在测量数据处于允差范围内时提前进行修复和调整操作。因而，可以观察在允差范围内的磨损的进展，从而节省材料和成本。

在一个特别优选的实施例中，提供与特性曲线探询协同工作的静态信号作为特性曲线的校准量，通过使用这种静态信号使特性曲线偏移，使得静态信号的值等于在打开位置的功能值，形成一族特性曲线。借助于这种特性曲线的自调整同时形成一族特性，便可以大大消除环境和老化对于计算的影响，从而获得可靠的位置数据。

为了阻止呈线路损失形式例如电阻电压降的其它干扰变量，传感器输出被有利地作为功率输出进行设计。通过把传感器输出设计为功率输出，传感器信号便以可被容易处理的电流形式存在。

为了确定铁路道岔在一个长的时间间隔内的性能的趋势，即为了识别铁路道岔的早期磨损并确定剩余的使用寿命，计算电路最好和存储器相连。

为了监视锁定的安全功能和检查最窄的通道，在几个测量平面中设置按照另一种有利结构的距离传感器。

为了使用按照本发明的装置确定铁路道岔的可转动部件的位置，一种用于计算传感器信号的方法基本上包括利用特性曲线计算机计算传感器信号，根据信号数据确定位置，其中所述信号和传感器的静态信号进行比较，并判定传感器的可操作性，并且，如果需要，处于在特性曲线内允许的允差范围之外的信号数据被用作误差信息，其中通过在一个允许的允差内和静态电流信号比较，使得特性曲线适用于各种环境条件，并抑制短期误差信息。通过进行由传感器为了确定距离和检测传感器的可操作性而检测的数据的分析，并同时采用特性曲线大大消除干扰变量对测量装置的不利影响，从而提高测量精度。因为只通过位于特性曲线允许的允差范围之外的信号数据触发误差信息，在所述允差内确定一个操作范围，借以保证在尖轨和最终位置之间发生小的偏差时，不发生操作中断，使得仍然可以实现无误的操作而没有任何危险。结果，这种基于测量技术的方法，从整体上说，提高了铁路道岔尖轨的使用时间。不过，如果信号离开了允差范围，则或者铁路道岔尖轨已经移动，或者传感器发生了故障。按照铁路法提供的安全指南，可以排除所述两种故障同时发生的可能。如果要检测误差的实际来源，在空闲时必须检查传感器。由于这样的事实，即，即使通过存储检测到误差信息的时间，由可能的异常值而产生的误差信息，例如由人或动物引起的距离传感器的偶然衰减，并因而只有短期特性可以被抑制。在这种情况下，铁路道岔的可操作性将不被中断。借助于这种结构和计算方法，也可以确保有缺陷的传感器或传感器的故障将引起操作中断。

在特别优选的操作步骤中，铁路道岔致动器的可操作性还被监测，这样可以获得铁路道岔设置装置的更高的可靠性。通过监测铁路道岔致动器，可以确保使故障局限于铁路道岔致动器，并不用随时分辨尖轨的老化磨损或其它环境干扰。这样，可以容易地实现经常地或单独地监测直接引起铁路道岔故障和修复的任何主要的错误源。

另一个用于监测锁定装置的安全功能并检查最窄通道的有利的方法步骤是，使来自不同测量平面的信号相互比较。

根据本发明的一个方面，一种用于利用至少一个传感器检测铁路道岔例如尖轨的可转动部件的位置的装置，其特征在于，传感器被设计成作为距离传感器，用于连续地测量可转动部分和固定部分间的距离，传感器的输出端和用于进行两种单独计算的电路装置相连，第一种计算为距离计算，第二种计算为传感器的功能控制。

根据本发明的另一个方面，一种用于计算传感器信号从而确定铁路道岔的可转动部件的位置的方法，其中传感器信号在特性曲线计算机中被计算，所述位置作为信号数据的函数被确定，其中所述信号和传感器的静态信号比较，并判断传感器的可操作性，并且如果需要，处于由特性曲线确定的允许的允许范围之外的信号值被用作错误信息，其中，通过和可允许的允差之内的传感器的静态信号比较使特性曲线适用于各种环境条件，并抑制短期的错误信息。

下面，参照附图对本发明进行详细说明。图1表示按照本发明的装置在铁路道岔处的结构，图2表示用于检测铁路道岔的可转动部件的位置的装置的主要电路结构，图3以电路板的详细的电路图的方式详细说明电路结构。图4是构成特性曲线探询的基础的特性曲线。

图1表示铁路道岔的两个尖轨1和2，3代表铁路道岔致动器，其把尖轨1和2置于它们各自的位置。4，5，6，7表示用于检测尖轨的位置所需的测量平面的连续距离传感器。按照图中的示意性表示，在对行车轨8呈闭合关系的尖轨1处的一个传感器5、在对行车轨8呈打开关系的尖轨2的区域内的一个传感器4在每个铁路道岔位置被阻尼。两个另外的传感器6和7在铁路道岔的各个位置不被阻尼。借助于朝向轨腹的传感器可以检测闭合的尖轨的位置，借助于朝向轨根的传感器检测打开的尖轨的位置。因为，按照经验，打开的尖轨相对于闭合的尖轨具有显著较大的位置允差，所以打开的尖轨比闭合的尖轨可以提供较大的测量范围，用于测量打开的尖轨的位置。在那种情况下，考虑需要较高的测量精度，用于闭合尖轨的较小测量范围的传感器具有较高的分辨率。除去位置检测之外，铁路道岔电路进行机电地或电动液压地操作铁路道岔致动器的可操作性检查。

图2表示对行车轨8分别呈闭合和打开关系的尖轨1和2以及按照尖轨的位置分别为阻尼和非阻尼的连续距离传感器4，5，6，7。如示意性表示的，距离传感器用二线技术构成，传感器信号被转换成与其成正比的电流，并且不会被电阻带来失真。在电路和检测逻辑10中，传感器信号被进一步处理，并确定尖轨的位置。安全性继电器11由电路和检测逻辑10的输出16启动。

图3再次说明连续测量距离传感器4，5，6，和7，其信号在电路板12上被进一步处理。在电路12上，传感器信号被送入两个独立操作的具有被***其中的输入保护线13和频率滤波器14的微控制器15和16。两个微控制器相互连接，以便相互控制并检查传感器的可操作性。通过在下面不再详细说明的电路逻辑，电路板的输出16控制安全性继电器11。微控制器进行传感器信号的合适的数据技术处理。用于借助于存储的特性曲线确定尖轨距离的特性曲线计算机也被集成在其中，不再进行详细说明。

图4表示尖轨位置和以电流形式出现的传感器信号的关系。所示的函数关系根据一种作用原理，其又根据静态电流。静态电流指的是没有阻尼而发生的最高电流吸收，这相应于图4所示的特性曲线的最高的坐标值。特性曲线1表示路径与传感器的初始曲线的电流的关系。相反，特性曲线2表示传感器的老化函数，并由箭头18所示的位移表示。根据测量技术，通过采取合适的步骤，例如通过比较传感器的独立测量的静态电流，特性曲线按照箭头18作为由老化过程引起的改变的函数自适应地调节。由于这个事实，除去通过检测在非阻尼状态下传感器的静态电流的功能检查之外，对于在闭合状态19和打开状态20的端部位置附近的区域，确定在特性曲线内的两个允差范围，传感器的可操作性可以在阻尼和非阻尼状态下被连续地监视。根据铁路道岔的复位进行的无误差操作的电流信号调整必须在电流范围之内。如果信号不处于这些允差范围内，则误差或者被分布在铁路道岔的不允许的位置，或者传感器有缺陷。根据在铁路法中提供的安全指南，可以排除两种故障同时发生的可能。

从图1可见，在另外的测量平面中设置的附加的传感器21和22。

Claims (12)

1.一种用于利用至少一个传感器检测铁路道岔例如尖轨(1，2)的可转动部件的位置的装置，其特征在于，传感器被设计成作为距离传感器，用于连续地测量可转动部分和固定部分间的距离，传感器的输出端和用于进行两种单独计算的电路装置(10)相连，第一种计算为距离计算，第二种计算为传感器的功能控制。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述距离计算和根据传感器信号确定尖轨位置的关系的特性曲线探询协同操作。

3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，至少另外一个用于在两个端部位置之一测量静态信号的传感器的输出和电路装置相连，并与距离传感器的功能控制协同操作。

4.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，至少两个距离传感器的每一个被设置在轨道上的公共测量平面上的可转动部件的打开或闭合位置。

5.如权利要求2所述的装置，其特征在于，每个被存储的用于特性曲线探询的特性曲线包括对于可转动部件的打开和闭合位置的可允许的功能范围的允差范围，以及对于打开和闭合位置实现功能控制。

6.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述静态信号和特性曲线探询协同操作，作为特性曲线的校准质量。

7.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，传感器的输出被设计为功率输出。

8.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，计算电路(10)和存储器相连。

9.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，距离传感器被设置在几个测量平面中。

10.一种用于计算传感器信号从而确定铁路道岔的可转动部件的位置的方法，其特征在于，传感器信号在特性曲线计算机中被计算，所述位置作为信号数据的函数被确定，其中所述信号和传感器的静态信号比较，并判断传感器的可操作性，并且如果需要，处于由特性曲线确定的允许的允许范围之外的信号值被用作错误信息，其中，通过和可允许的允差之内的传感器的静态信号比较使特性曲线适用于各种环境条件，并抑制短期的错误信息。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，用于定位尖轨的铁路道岔致动器(3)的可操作性附带地被监视。

12.如权利要求10或11所述的方法，其特征在于，从不同测量平面得到的信号相互比较。

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