CN212905069U - 一种铁路信号继电器安全检测设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种铁路信号继电器安全检测设备，包括阻抗匹配电路、频率调理电路和幅值调理电路，阻抗匹配电路采样铁路信号接收器接收的铁路信号继电器的控制信号并共集放大，频率调理电路运用电感L1和电容C3对铁路信号继电器的控制信号调谐放大，且运用运放器AR1、电阻R7、R9‑R10进行损耗补偿，幅值调理电路对铁路信号继电器的控制信号分别进行峰值检测和谷值检测，并将得到的直流峰值电压和直流谷值电压分别接在二极管D5的阴极和二极管D9的阳极，作为限幅电压的上下限进行幅值调理，对铁路信号继电器的控制信号实时采样经调理后发射，以便铁路信号监测终端接收后对铁路信号继电器的控制信号进行安全性的判断。

Description

一种铁路信号继电器安全检测设备

技术领域

本实用新型涉及安全检测技术领域，特别是涉及一种铁路信号继电器安全检测设备。

背景技术

信号继电器作为铁路信号***中的重要器件，它在运用中的安全、可靠是保证各种铁路信号设备正常使用的必要条件，因此信号继电器在动作时必须可靠、准确，这就要求铁路信号继电器的控制信号必须准确无误，然而，铁路信号继电器的控制信号常采用2FSK调制方式，在铁路信号继电器的控制信号经2FSK调制后由发送器传输至接收器的信道中，经常受到一些与铁路信号继电器的控制信号频率相近的噪声和电磁干扰的影响，从而降低铁路信号继电器的控制信号的准确性，导致信号继电器的不安全状况发生。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本实用新型之目的在于提供一种铁路信号继电器安全检测设备，能够将接收器接收的铁路信号继电器的控制信号实时采样并传输至铁路信号监测终端，以便铁路信号监测终端对铁路信号继电器的控制信号进行安全性的判断，从而检测出铁路信号继电器的安全性。

其解决的技术方案是，包括铁路信号接收器、采样监测模块、铁路信号监测终端，所述采样监测模块对铁路信号接收器接收的信号采样，此信号为铁路信号继电器的控制信号，对铁路信号继电器的控制信号进行调理后发射至铁路信号监测终端，所述采样监测模块包括阻抗匹配电路、频率调理电路、幅值调理电路；

所述阻抗匹配电路采用信号采集器J1采样铁路信号接收器接收的铁路信号继电器的控制信号,采样后信号经电容C2耦合至三极管Q1的基极进行共集放大，共集放大后信号从三极管Q1的发射极传输至频率调理电路，所述频率调理电路运用电感L1和电容C3组成的LC并联网络对共集放大后信号进行调谐放大，同时滤除其谐波，且运用运放器AR1、电阻R7、R9-R10组成的负电阻电路对LC并联网络进行损耗补偿，频率调理后信号经电容C4耦合至幅值调理电路，所述幅值调理电路分三路接收频率调理电路传来的铁路信号继电器的控制信号，第一路传输至运放器AR2-AR3、二极管D2-D3、电阻R11-R13、电容C5-C7、稳压二极管D4组成的峰值检测电路，得到铁路信号继电器的控制信号的直流峰值电压，第二路传输至运放器AR4-AR5、二极管D6-D7、电阻R15-R17、电容C8-C10、稳压二极管D8组成的谷值检测电路，得到铁路信号继电器的控制信号的直流谷值电压，第三路传输至二极管D5、D9、电阻R14组成的限幅电路，将峰值检测电路中得到的直流峰值电压和谷值检测电路中得到的直流谷值电压分别接在限幅电路的两个限幅端，即二极管D5的阴极和二极管D9的阳极，作为频率调理后铁路信号继电器的控制信号通过幅值调理电路时电压的上下限，幅值调理后的信号由信号发射器E1发射。

由于以上技术方案的采用，本实用新型与现有技术相比具有如下优点：

1.频率调理电路将运放器AR1、电阻R7、R9-R10组成的负电阻电路加在电容C3、电感L1组成的LC并联网络中，抵消LC并联网络谐振时能量转换的损耗，保证铁路信号继电器的控制信号在谐振放大时的等幅振荡，从而防止因损耗导致的波形衰减失真。

2.运用运放器AR2-AR3、二极管D2-D3、电阻R11-R13、电容C5-C7、稳压二极管D4组成的峰值检测电路经整流、滤波、稳压后得到直流峰值电压，运用运放器AR4-AR5、二极管D6-D7、电阻R15-R17、电容C8-C10、稳压二极管D8组成的谷值检测电路经整流、滤波、稳压后得到直流谷值电压，并将直流峰值电压和直流谷值电压分别接在限幅电路的两个电压限幅端，即二极管D5的阴极和二极管D9的阳极，作为铁路信号继电器的控制信号通过幅值调理电路时电压的上下限，当异常脉冲尖峰加载铁路信号继电器的控制信号上时，将通过限幅电路削去异常脉冲尖峰，实现幅值调理，避免异常脉冲尖峰对铁路信号继电器的控制信号造成幅值失真。

附图说明

图1为本实用新型的阻抗匹配电路原理图；

图2为本实用新型的频率调理电路原理图；

图3为本实用新型的幅值调理电路原理图。

具体实施方式

有关本实用新型的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至附图3对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。

为了增加铁路信号继电器的控制信号的强度、降低功率损耗，采用阻抗匹配电路，先运用信号采集器J1采样铁路信号接收器接收的铁路信号继电器的控制信号，采样后信号经稳压二极管D1稳压、旁路电容C1滤噪后经电容C2耦合至三极管Q1的基极，三极管Q1与电阻R2-R3组成共集电极放大电路，其输入电阻为R_i＝(1+β)R₃,即把R₃的阻值放大了(1+β)倍，所以输入电阻很高，对铁路信号继电器的控制信号的功率损耗很小，其输出电阻为

比铁路信号继电器的控制信号的内阻R_s小(1+β)倍，对输出电压影响很小，共集放大后信号通过三极管Q1的发射极传输至频率调理电路；

其中信号采集器J1的型号为TD-4017+，电阻R2为偏置电阻，给三极管Q1基极提供静态电压，且与发射极电阻R3的比值决定共集电极放大电路的放大倍数，电容C2起隔直通交的作用,其容值在微法级别，以减小对采样后信号的衰减；阻抗匹配电路运用自身输入阻抗高，输出阻抗低的优点，在信号采集器J1与后级频率调理电路之间作阻抗匹配，且其具有放大电流，保证电压的作用，已初步增加了铁路信号继电器的控制信号强度，为后级频率调理电路作铺垫；

所述阻抗匹配电路的具体结构，信号采集器J1的引脚1接电源+10V，信号采集器J1的引脚3接地和稳压管D1的阳极、电容C1的一端，信号采集器J1的引脚2接稳压管D1的阴极、电容C1的另一端和电容C2的正极，电容C2的负极接电阻R2的一端和三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极接电源+6V和电阻R2的另一端，三极管Q1的发射极接电阻R3的一端和频率调理电路的输入端，电阻R3的另一端接地。

为了放大铁路信号继电器的控制信号、抑制其谐波分量的干扰、防止损耗导致的波形失真，采用频率调理电路，先经电容C11将共集放大后信号耦合至三极管Q2基极，三极管Q2、电阻R5-R6、电容C3、电感L1组成高频谐振放大电路，三极管Q2集电极负载是电容C3、电感L1组成的LC并联网络，LC并联网络的阻抗随着三极管Q2基极的输入信号的频率变化而变化，当电容C3、电感L1产生并联谐振时，其阻抗最小，呈纯阻性，其谐振频率为

故设置电容C3、电感L1的参数即可使谐振频率等于铁路信号继电器的控制信号频率，因此三极管Q2基极输入的铁路信号继电器的控制信号在谐振频率上具有最大的电压增益，以此实现放大铁路信号继电器的控制信号的目的，且进一步增加了铁路信号继电器的控制信号的强度，抑制了信号波形的跳动，若三极管Q2基极输入携带有铁路信号继电器的控制信号的谐波信号及干扰信号，则已偏离谐振频率，输出增益迅速下降，以此实现滤波选频、抑制铁路信号继电器的控制信号谐波分量的目的，避免谐波辐射干扰造成铁路信号继电器的控制信号失真的状况发生；其中电阻R6为偏置电阻，给三极管Q2基极提供静态电压，且与电阻R5的比值决定高频谐振放大电路中电压的放大倍数，电容C11起隔直通交的作用,其容值在微法级别，以减小对采样后信号的衰减；

负电阻电路包括运放器AR1、电阻R7、R9-R10，负电阻电路的等效电阻为

因为电阻R7、R9-R10都是正电阻，所以R_eq为负电阻，将其加在电容C3、电感L1组成的LC并联网络中，抵消LC并联网络谐振时能量转换的损耗，保证铁路信号继电器的控制信号在谐振放大时的等幅振荡，从而防止因损耗导致的波形衰减失真，经过频率调理电路后信号经电容C4耦合至幅值调理电路；

所述频率调理电路的具体结构，三极管Q2的基极接电容C11的负极，电容C11的正极接阻抗匹配电路的输出端，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的集电极接电容C3、电阻R7、电阻R10的一端和运放器AR1的输出端、电容C4的正极，电阻R6的另一端接电容C3的另一端、电阻R5、电感L1的一端，电阻R5的另一端接电源+6V,电感L1的另一端接电阻R7的另一端和运放器AR1的同相输入端，运放器AR1的反相输入端接电阻R9的一端和电阻R10的另一端，电阻R9的另一端接地，电容C4的负极接幅值调理电路的输入端。

由于频率调理电路中的高频谐振放大电路对铁路信号继电器的控制信号的选择性好，因此输出信号的波形也较为尖锐，易被异常脉冲尖峰干扰而造成信号幅值失真，为了解决异常脉冲尖峰对铁路信号继电器的控制信号造成的的失真，采用幅值调理电路分三路接收频率调理电路传来的铁路信号继电器的控制信号；

第一路传输至运放器AR2-AR3、二极管D2-D3、电阻R11-R13、电容C5-C7、稳压二极管D4组成的峰值检测电路，峰值检测电路包括运放器AR2-AR3、二极管D2-D3、电阻R11-R12、电容C5组成的整流电路、电容C6-C7、电阻R13组成的π型滤波电路和稳压二极管D4构成的稳压电路，铁路信号继电器的控制信号通过运放器AR2的同向输入端输入进行整流，当输入为铁路信号继电器的控制信号的负半周时，二极管D3截止，铁路信号继电器的控制信号无法经二极管D3继续输出；当输入为铁路信号继电器的控制信号的正半周时，运放器AR2的输出与同相输入端信号一致，将运放器AR2同相输入端输入信号电压记为U_i1，电容C5与二极管D3阴极连接处电压记为U_o1，因此二极管D3阳极电压为U_i1,阴极电压为U_o1，二极管D2阳极电压为U_o1,阴极电压为U_i1，当U_i1>U_o1时，二极管D3导通，二极管D2截止，电容C5迅速充电，同时U_o1经电阻R12输入运放器AR3的同相输入端，此时运放器AR3为电压跟随器，运放器AR3输出正向电压信号经电阻R11传输至运放器AR2的反相输入端和二极管D2的阳极，当U_i1＝U_o1时，二极管D2、D3都截止，电容C5停止充电，U_o1达到U_i1的峰值，当U_i1<U_o1时，二极管D3截止，二极管D2导通，电容C5开始放电，直到铁路信号继电器的控制信号的下一个正半周到来，循环电容C5的充放电过程；因为电容C5两端的电压不能突变，所以该整流方式比较平缓，能够抑制异常尖锋脉冲给整流过程带来的干扰，电阻R12用于调整电容C5的充电常数，以便与放电时间相近，且铁路信号继电器的控制信号为高频调制信号，使得电容C5充放电速度较快，运放器AR3能够输出较为平稳的整流电压平均值，得到的整流电压平均值传输至电容C6-C7、电阻R13进行π型滤波，其中电容C6-C7将交流成分旁路到地，直流峰值电压经电阻R13传输至稳压二极管D4阴极端稳压后，输出稳定的直流峰值电压至二极管D5的阴极；

第二路传输至运放器AR4-AR5、二极管D6-D7、电阻R15-R17、电容C8-C10、稳压二极管D8组成的谷值检测电路，谷值检测电路包括运放器AR4-AR5、二极管D6-D7、电阻R15-R16、电容C8组成的整流电路、电容C9-C10、电阻R17组成的π型滤波电路和稳压二极管D8构成的稳压电路，铁路信号继电器的控制信号通过运放器AR4的同向输入端输入进行整流，当输入为铁路信号继电器的控制信号的正半周时，二极管D7截止，铁路信号继电器的控制信号无法经二极管D7继续输出；当输入为铁路信号继电器的控制信号的负半周时，运放器AR4的输出与同相输入端信号一致，将运放器AR4同相输入端输入信号电压记为U_i2，电容C8与二极管D7阳极连接处电压记为U_o2，因此二极管D7阴极电压为U_i2,阳极电压为U_o2，二极管D6阴极电压为U_o2,阳极电压为U_i2，当|U_i2|>|U_o2|时，二极管D7导通，二极管D6截止，电容C8迅速反向充电，同时U_o2经电阻R16输入运放器AR5的同相输入端，此时运放器AR5为电压跟随器，运放器AR5输出反向电压信号经电阻R15传输至运放器AR4的反相输入端和二极管D6的阴极，当|U_i2|＝|U_o2|时，二极管D6、D7都截止，电容C8停止充电，U_o2达到U_i2的谷值，当|U_i2|<|U_o2|时，二极管D7截止，二极管D6导通，电容C8开始放电，直到铁路信号继电器的控制信号的下一个负半周到来，循环电容C8的充放电过程；因为电容C8两端的电压不能突变，所以该整流方式比较平缓，能够抑制异常尖锋脉冲给整流过程带来的干扰，电阻R16用于调整电容C8的充电常数，以便与放电时间相近，且铁路信号继电器的控制信号为高频调制信号，使得电容C8充放电速度较快，运放器AR5能够输出较为平稳的整流电压平均值，得到的整流电压平均值传输至电容C9-C10、电阻R17进行π型滤波后，其中电容C9-C10将交流成分旁路到地，直流峰值电压经电阻R17传输至稳压二极管D8阳极端稳压后，输出稳定的直流谷值电压至二极管D9的阳极；

第三路传输至电阻R14、二极管D5、D9组成的限幅电路，限幅电路的上限为峰值检测电路输出的直流峰值电压，下限为谷值检测电路输出的直流谷值电压，只有幅值在直流峰值电压与直流谷值电压之间的铁路信号继电器的控制信号才能经发射器E1发射，当异常脉冲尖峰加载到铁路信号继电器的控制信号上时，将通过限幅电路削去异常脉冲尖峰，从而避免了异常脉冲尖峰对铁路信号继电器的控制信号造成的幅值失真；其中电阻R14为限流电阻，防止流过二极管D5、D9的电流过大，损坏二极管D5、D9；

所述幅值调理电路的具体结构，运放器AR2的同相输入端接电阻R14的一端、运放器AR4的同相输入端和频率调理电路的输出端，运放器AR2的反相输入端接二极管D2的阳极和电阻R11的一端，运放器AR2的输出端接二极管D2的阴极和二极管D3的阳极，二极管D3的阴极接电容C5的一端和电阻R12的一端，电容C5的另一端接地、电容C6、C7的一端和稳压二极管D4的阳极，电阻R12的另一端接运放器AR3的同相输入端，运放器AR3的反相输入端接运放器AR3的输出端、电阻R13的一端和电容C6、电阻R11的另一端，电阻R13的另一端接电容C7的另一端、稳压二极管D4的阴极和二极管D5的阴极，运放器AR4的反相输入端接二极管D6的阴极和电阻R15的一端，运放器AR4的输出端接二极管D6的阳极和二极管D7的阴极，二极管D7的阳极接电容C8的一端和电阻R16的一端，电容C8的另一端接地、电容C9、C10的一端和稳压二极管D8的阴极，电阻R16的另一端接运放器AR5的同相输入端，运放器AR5的反相输入端接运放器AR5的输出端、电阻R17的一端和电容C9、电阻R15的另一端，电阻R17的另一端接电容C10的另一端、稳压二极管D8的阳极和二极管D9的阳极，电阻R14的另一端接二极管D5的阳极、二极管D9的阴极和信号发射器E1。

本实用新型具体使用时，阻抗匹配电路采用信号采集器J1采样铁路信号接收器接收的铁路信号继电器的控制信号,采样后信号经电容C2耦合至三极管Q1的基极进行共集放大，共集放大后信号从三极管Q1的发射极传输至频率调理电路，运用共集放大电路自身输入阻抗高，输出阻抗低的优点，在信号采集器J1与后级频率调理电路之间作阻抗匹配，且具有放大电流，保证电压的作用，初步增加了铁路信号继电器的控制信号强度，为后级频率调理电路作铺垫；频率调理电路运用电感L1和电容C3组成的LC并联网络对共集放大后信号进行调谐放大，LC并联网络的阻抗随着三极管Q2基极的输入信号的频率变化而变化，当电容C3、电感L1产生并联谐振时，其阻抗最小，呈纯阻性，其谐振频率为

故设置电容C3、电感L1的参数即可使谐振频率等于铁路信号继电器的控制信号频率，因此三极管Q2基极输入的铁路信号继电器的控制信号在谐振频率上具有最大的电压增益，以此实现放大铁路信号继电器的控制信号的目的，且运用运放器AR1、电阻R7、R9-R10组成负电阻电路，其等效电阻为

因为电阻R7、R9-R10都是正电阻，所以R_eq为负电阻，将负电阻电路加在电容C3、电感L1组成的LC并联网络中，抵消LC并联网络谐振时能量转换的损耗，保证铁路信号继电器的控制信号在谐振放大时的等幅振荡，从而防止因损耗导致的波形衰减失真，经过频率调理电路后信号经电容C4耦合至幅值调理电路；幅值调理电路分三路接收频率调理电路传来的信号，第一路传输至运用运放器AR2-AR3、二极管D2-D3、电阻R11-R13、电容C5-C7、稳压二极管D4组成的峰值检测电路，通过运放器AR2-AR3、二极管D2-D3、电阻R11-R12、电容C5的整流电路对频率调理后信号进行整流、电容C6-C7、电阻R13组成的π型滤波电路进行滤波、稳压二极管D4构成的稳压电路进行稳压后，得到频率调理后信号的直流峰值电压，第二路传输至运用运放器AR4-AR5、二极管D6-D7、电阻R15-R17、电容C8-C10、稳压二极管D8组成的谷值检测电路，通过运放器AR4-AR5、二极管D6-D7、电阻R15-R16、电容C8组成的整流电路对频率调理后信号进行整流、电容C9-C10、电阻R17组成的π型滤波电路进行滤波、稳压二极管D8构成的稳压电路进行稳压后，得到频率调理后信号的直流谷值电压，第三路传输至二极管D5、D9、电阻R14组成的限幅电路，将峰值检测电路中得到的直流峰值电压和谷值检测电路得到的直流谷值电压分别接在限幅电路的两个电压限幅端，即二极管D5的阴极和二极管D9的阳极，作为频率调理后信号通过幅值调理电路时电压的上下限，当异常脉冲尖峰加载到铁路信号继电器的控制信号上时，将通过限幅电路削去异常脉冲尖峰，实现幅值调理，幅值调理后的信号由信号发射器E1发射。

以上所述是结合具体实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型具体实施仅局限于此；对于本实用新型所属及相关技术领域的技术人员来说，在基于本实用新型技术方案思路前提下，所作的拓展以及操作方法、数据的替换，都应当落在本实用新型保护范围之内。

Claims (4)

1.一种铁路信号继电器安全检测设备，包括铁路信号接收器、采样监测模块、铁路信号监测终端，其特征在于，所述采样监测模块对铁路信号接收器接收的信号采样，此信号为铁路信号继电器的控制信号，对铁路信号继电器的控制信号进行调理后发射至铁路信号监测终端，所述采样监测模块包括阻抗匹配电路、频率调理电路、幅值调理电路；

所述阻抗匹配电路采用信号采集器J1采样铁路信号接收器接收的铁路信号继电器的控制信号,采样后信号经电容C2耦合至三极管Q1的基极进行共集放大，共集放大后信号从三极管Q1的发射极传输至频率调理电路，所述频率调理电路运用电感L1和电容C3组成的LC并联网络对共集放大后信号进行调谐放大，同时滤除其谐波，且运用运放器AR1、电阻R7、R9-R10组成的负电阻电路对LC并联网络进行损耗补偿，频率调理后信号经电容C4耦合至幅值调理电路，所述幅值调理电路分三路接收频率调理电路传来的铁路信号继电器的控制信号，第一路传输至运放器AR2-AR3、二极管D2-D3、电阻R11-R13、电容C5-C7、稳压二极管D4组成的峰值检测电路，得到铁路信号继电器的控制信号的直流峰值电压，第二路传输至运放器AR4-AR5、二极管D6-D7、电阻R15-R17、电容C8-C10、稳压二极管D8组成的谷值检测电路，得到铁路信号继电器的控制信号的直流谷值电压，第三路传输至二极管D5、D9、电阻R14组成的限幅电路，将峰值检测电路中得到的直流峰值电压和谷值检测电路中得到的直流谷值电压分别接在限幅电路的两个限幅端，即二极管D5的阴极和二极管D9的阳极，作为频率调理后铁路信号继电器的控制信号通过幅值调理电路时电压的上下限，幅值调理后的信号由信号发射器E1发射。

2.如权利要求1所述一种铁路信号继电器安全检测设备，其特征在于，所述阻抗匹配电路包括型号为TD-4017+的信号采集器J1,信号采集器J1的引脚1接电源+10V，信号采集器J1的引脚3接地和稳压管D1的阳极、电容C1的一端，信号采集器J1的引脚2接稳压管D1的阴极、电容C1的另一端和电容C2的正极，电容C2的负极接电阻R2的一端和三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极接电源+6V和电阻R2的另一端，三极管Q1的发射极接电阻R3的一端和频率调理电路的输入端，电阻R3的另一端接地。

3.如权利要求1所述一种铁路信号继电器安全检测设备，其特征在于，所述频率调理电路包括三极管Q2，三极管Q2的基极接电容C11的负极，电容C11的正极接阻抗匹配电路的输出端，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的集电极接电容C3、电阻R7、电阻R10的一端和运放器AR1的输出端、电容C4的正极，电阻R6的另一端接电容C3的另一端、电阻R5、电感L1的一端，电阻R5的另一端接电源+6V,电感L1的另一端接电阻R7的另一端和运放器AR1的同相输入端，运放器AR1的反相输入端接电阻R9的一端和电阻R10的另一端，电阻R9的另一端接地，电容C4的负极接幅值调理电路的输入端。

4.如权利要求1所述一种铁路信号继电器安全检测设备，其特征在于，所述幅值调理电路包括运放器AR2，运放器AR2的同相输入端接电阻R14的一端、运放器AR4的同相输入端和频率调理电路的输出端，运放器AR2的反相输入端接二极管D2的阳极和电阻R11的一端，运放器AR2的输出端接二极管D2的阴极和二极管D3的阳极，二极管D3的阴极接电容C5的一端和电阻R12的一端，电容C5的另一端接地、电容C6、C7的一端和稳压二极管D4的阳极，电阻R12的另一端接运放器AR3的同相输入端，运放器AR3的反相输入端接运放器AR3的输出端、电阻R13的一端和电容C6、电阻R11的另一端，电阻R13的另一端接电容C7的另一端、稳压二极管D4的阴极和二极管D5的阴极，运放器AR4的反相输入端接二极管D6的阴极和电阻R15的一端，运放器AR4的输出端接二极管D6的阳极和二极管D7的阴极，二极管D7的阳极接电容C8的一端和电阻R16的一端，电容C8的另一端接地、电容C9、C10的一端和稳压二极管D8的阴极，电阻R16的另一端接运放器AR5的同相输入端，运放器AR5的反相输入端接运放器AR5的输出端、电阻R17的一端和电容C9、电阻R15的另一端，电阻R17的另一端接电容C10的另一端、稳压二极管D8的阳极和二极管D9的阳极，电阻R14的另一端接二极管D5的阳极、二极管D9的阴极和信号发射器E1。

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