一种点式列车控制系统信号输出装置及天线检测方法与流程

1.本发明属于铁路信号技术领域，特别涉及一种点式列车控制系统信号输出装置及天线检测方法。


背景技术：

2.德国铁路于20世纪30年代末开始采用一种三频感应点式列车自动停车系统（indusi），20世纪90年代，indusi车载设备实现了计算机化，改称为pzb点式列车控制系统，采用1000hz、500 hz、2000hz三种频率与地面单一频率的磁感应设备接近时形成谐振，以识别列车位置，在对应的位置提醒司机按照规定速度运行，监督司机安全运行，当司机不按照对应允许速度运行或停车时，系统输出紧急制动；pzb点式列车控制系统主要应用于欧洲铁路系统。
3.但欧洲铁路系统中的pzb点式列车控制系统中对于系统自身的故障检测手段较弱，即系统自身无完备的故障
‑
安全检测方法，使得系统的故障检测较弱。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明提供一种点式列车控制系统信号输出装置及天线检测方法。
5.本发明的点式列车控制系统信号输出装置，包括：第一频率功率输出及回检电路单元，其中，所述第一频率功率输出及回检电路单元连接至车载天线的第一线圈；所述第一频率功率输出及回检电路单元用于输出第一频率的波功率信号给所述第一线圈。
6.进一步，还包括双cpu电子电路（1），所述双cpu电子电路（1）包括第一cpu，第二cpu，第一a/d采集电路，第二a/d采集电路，所述第一cpu连接至所述第一a/d采集电路，所述第二cpu连接至所述第二a/d采集电路。
7.进一步，所述第一cpu和所述第二cpu的电源相互隔离且独立。
8.进一步，所述第一频率功率输出及回检电路单元包括依次连接的隔离部件、第一频率信号发生电路、滤波电路、功放电路和变压器，所述变压器连接至所述第一线圈；所述变压器连接有相互独立的第一检压电路和第二检压电路，所述第一检压电路
连接至所述第一a/d采集电路，所述第二检压电路连接至所述第二a/d采集电路。
9.进一步，在连接所述变压器和所述第一线圈的线缆上设有电流传感器，所述电流传感器连接有相互独立的第一检流电路和第二检流电路，所述第一检流电路和第二检流电路分别连接至第一a/d采集电路和第二a/d采集电路。
10.进一步，所述变压器的输出端连接3路线圈：第1路线圈、第2路线圈和第3路线圈，所述第1路线圈连接至所述第一线圈的lc电路；所述第2路线圈连接至所述第一检压电路，所述第3路线圈连接至所述第二检压电路；所述第1路线圈输出的交流信号穿过两个独立的霍尔传感器，所述两个独立的霍尔传感器分别连接至所述第一检流电路和所述第二检流电路。
11.进一步，还包括：第二频率功率输出及回检电路单元，第三频率功率输出及回检电路单元，其中，所述第一频率信号发生电路用于产生频率为第一频率的波功率信号；所述第二频率功率输出及回检电路单元的结构与第一频率功率输出及回检电路单元的结构一致，差别在于所述第二频率功率输出及回检电路单元中的信号发生电路为第二频率信号发生电路，所述第二频率信号发生电路用于产生频率为第二频率的波功率信号；所述第三频率功率输出及回检电路单元的结构与第一频率功率输出及回检电路单元的结构一致，差别在于所述第三频率功率输出及回检电路单元中的信号发生电路为第三频率信号发生电路，所述第三频率信号发生电路用于产生频率为第三频率的波功率信号；所述第一频率功率输出及回检电路单元，所述第二频率功率输出及回检电路单元和所述第三频率功率输出及回检电路单元相互独立；所述第二频率功率输出及回检电路单元连接至所述车载天线的第二线圈，所述第三频率功率输出及回检电路单元连接至所述车载天线的第三线圈；所述第二频率功率输出及回检电路单元，第三频率功率输出及回检电路单元用于分别输出第二频率，第三频率的波功率信号给所述第二线圈和所述第三线圈；所述第一线圈、所述第二线圈和所述第三线圈分别独立设置。
12.进一步，所述第一频率，所述第二频率和所述第三频率分别为500 hz，1000 hz，2000 hz；所述第一频率功率输出及回检电路单元，所述第二频率功率输出及回检电路单元，所述第三频率功率输出及回检电路单元分别为500 hz功率输出及回检电路单元（2），1000 hz功率输出及回检电路单元（3），2000 hz功率输出及回检电路单元（4）。
13.本发明还提供一种天线检测方法，应用于前述的点式列车控制系统信号输出装置，所述天线检测方法包括步骤：控制第一cpu判断功放回检电压状态，以确定功放电路是否正常；
控制第一cpu判断第一线圈中lc电路的电流回检状态，以确定所述功放电路和第一线圈中lc电路构成的回路是否正常，若所述功放电路回检正常，而所述lc电路出现电流回检故障，则判定为车载天线故障；如果判断所述功放电路故障，则不再判断所述lc电路是否故障而直接判定点式列车控制系统信号输出装置故障。
14.进一步，包括步骤：通过相互独立的第二cpu和所述第一cpu分别检测并判断所述功放电路和第一线圈中lc电路是否完好，只要所述第一cpu和所述第二cpu中任一判定所述功放电路和第一线圈中lc电路故障，即判定所述点式列车控制系统信号输出装置故障。
15.进一步，包括步骤：检测所述车载天线是否经过了地面感应天线，具体检测过程包括如下步骤：所述第一cpu和所述第二cpu分别根据所述第一线圈和第二线圈、第三线圈中lc电路中的有效电压值计算得到所述第一线圈、第二线圈和第三线圈的电流值；根据所述车载天线的断线状态以及电流值区间判断所述车载天线的谐振状态，其中，在所述车载天线状态正常情况下，若所述车载天线的电流值小于电流值区间的低值边界，判定所述车载天线处于谐振状态；若所述车载天线的电流值大于所述电流值区间的高值边界，则判定所述车载天线处于不谐振状态；若所述车载天线的电流值在所述电流值区间范围内，则判定维持所述车载天线的谐振的状态不变。
16.进一步，通过所述第一cpu或第二cpu判定所述车载天线或第一线圈、第二线圈和第三线圈的谐振状态；通过所述第一cpu和第二cpu对所述车载天线的谐振状态进行比较，若检测时间超过容忍时间，当所述第一cpu和第二cpu均判断所述车载天线是不谐振，则最终判定所述车载天线不谐振，若检测时间未超过所述容忍时间，则判定所述车载天线保持原谐振状态，若在超过所述容忍时间的检测时间内，所述第一cpu或第二cpu判断所述车载天线为谐振状态，则最终判定所述车载天线为谐振，若检测时间未超过所述容忍时间，则判定所述车载天线保持原谐振状态。
17.进一步，列车正常运行未经过地面天线时，设所述车载天线的电流值为i1；所述车载天线与地面天线中心的距离最小时，设所述车载天线的电流值为i2，则所述电流值区间为[i2
△
2，i1
‑△
1]，
△
1和
△
2分别为第一容错阈值和第二容错阈值。
[0018]
本发明的点式列车控制系统信号输出装置：可检测与本装置相连接的车载天线的断线状态；可检测与本装置相连接的车载天线是否处于与地面天线谐振状态；可依靠独立的双cpu规避由单cpu故障或单路检测电路故障而引起的对车载天线状态的判断错误；是一种故障导向安全的安全结构，采用变压器隔离和通信隔离电路，可规避因电源共因导致的判断错误；提供独立的三路pzb车载天线功率信号；可检测独立的三路功放电路的完备性；具有维护数据丰富，故障后可易于了解故障原因，分析故障，易于将智能化故障诊断装置应
用于点式列车控制系统。
[0019]
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0020]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]
图1示出了根据本发明实施例的点式列车控制系统信号输出装置结构示意图。
具体实施方式
[0022]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0023]
下面以500 hz 为第一频率，1000 hz 为第二频率，2000 hz 为第三频率，500 hz功率输出及回检电路单元为第一频率功率输出及回检电路单元，1000 hz功率输出及回检电路单元为第二频率功率输出及回检电路单元，2000 hz功率输出及回检电路单元为第三频率功率输出及回检电路单元为例说明本发明的具体实施方式。
[0024]
图1所示为本发明的点式列车控制系统信号输出装置（即功率信号输出装置）结构示意图。由如1可知，点式列车控制系统信号输出装置包括4部分电路：电源隔离独立的双cpu电子电路1，500 hz功率输出及回检电路单元2，1000 hz功率输出及回检电路单元3，2000 hz功率输出及回检电路单元4。点式列车控制系统信号输出装置与外部的逻辑处理单元（逻辑处理单元会根据所接收、或上报的信息对整个系统的功能做一些控制或其它维护输出之类的输出）或其他具有通信功能的单元连接。500 hz功率输出及回检电路单元2，1000 hz功率输出及回检电路单元3，2000 hz功率输出及回检电路单元4相互独立且分别输出各自独立的、频率分别为500 hz、1000 hz、2000 hz的三路正弦波功率信号给对应的车载天线的3个线圈：第一线圈，第二线圈和第三线圈，这3路线圈在物理上为独立设计，正弦波功率信号是由功放电路如功放电路输出至独立的变压器，再由变压器隔离输出至外部车载天线中的线圈如第一线圈，以线圈为负载（如lc串联阻抗负载），分别在回路中形成500 hz、1000 hz、2000 hz的交流电流信号。
[0025]
所述双cpu电子电路1包括电源相互隔离且独立的双cpu：第一cpu和第二cpu，还包括与第一cpu和第二cpu分别对应连接的交直流（a/d）采集电路：第一a/d采集电路和第二a/d采集电路。第一cpu和第二cpu均与外部的逻辑处理单元或其他具有通信功能的单元连接。为本发明的点式列车控制系统信号输出装置供电后的电源经过隔离后分别为第一cpu和第二cpu供电。第一cpu和第二cpu均独立的连接至500 hz功率输出及回检电路单元2，1000 hz功率输出及回检电路单元3，2000 hz功率输出及回检电路单元4，图1中只示例性的画出了
第一cpu和第二cpu与500 hz功率输出及回检电路单元2间的连接关系。
[0026]
500 hz功率输出及回检电路单元2包括依次连接的隔离部件，500 hz信号发生电路（例如方波发生电路），滤波电路，功放电路，变压器。变压器连接至外部车载天线中的第一线圈。500 hz功率输出及回检电路单元2接收来自第一cpu的使能500 hz的信号，所述使能500 hz的信号经过隔离部件如光耦器件，或容耦器件后发送至500 hz信号发生电路，500 hz信号发生电路发生500 hz信号，500 hz信号依次经过滤波电路，功放电路，变压器，被发送至第一线圈。变压器连接有独立的第一检压电路和第二检压电路，第一检压电路和第二检压电路分别连接至第一a/d采集电路和第二a/d采集电路，以分别提供功放回检电压的信号（即第一cpu gf检测信号和第二cpu gf检测信号）至第一a/d采集电路和第二a/d采集电路，第一a/d采集电路和第二a/d采集电路分别把采集到的第一cpu gf检测信号和第二cpu gf检测信号发送至第一cpu和第二cpu。在连接变压器和第一线圈的线缆上设有电流传感器如霍尔传感器，霍尔传感器连接有独立的第一检流电路和第二检流电路，第一检流电路和第二检流电路分别连接至第一a/d采集电路和第二a/d采集电路，以分别提供lc回检信号（即第一cpu 500 hz lc信号和第二cpu 500 hz lc信号）至第一a/d采集电路和第二a/d采集电路，第一a/d采集电路和第二a/d采集电路分别把采集到的第一cpu 500 hz lc信号和第二cpu 500 hz lc信号发送至第一cpu和第二cpu。而第一cpu和第二cpu对第一a/d采集电路和第二a/d采集电路采集到的信号进行处理后，分别将处理得到的第一状态数据和第二状态数据发送至逻辑处理单元或通过其他具有通信功能的单元发送至外部数据处理设备。同理，第一cpu和第二cpu还分别采集来自1000 hz功率输出及回检电路单元3，2000 hz功率输出及回检电路单元4的功放回检电压和lc回检信号。其中，第一cpu可以输出使能信号控制500 hz功率输出及回检电路单元2，1000 hz功率输出及回检电路单元3，2000 hz功率输出及回检电路单元4的方波发生电路是否发出方波，即可以控制这3路电路到天线的信号为不输出。
[0027]
具体而言，以500 hz功率输出及回检电路单元2为例，变压器与电压检测电路（即检压电路）及电流检测电路（即检流电路）的连接及工作方式如下，500 hz功率输出及回检电路单元2的方波发生电路输出0~5v电平的方波；滤波电路的输入为0~5v电平的方波，输出为
‑
2.5v~ 2.5v的正弦交流信号；功放电路的供电电源为24v，输入为
‑
2.5v~ 2.5v的正弦交流信号，输出为
±
24v的500hz交流功率信号；变压器的输入为500hz交流功率信号，变压器的输出连接3路线圈（或回检电路），这3路线圈中，第1路线圈与变压器输入成1：1或2：1的特征比例，第2路线圈和第3路线圈与第1路线圈的输出成20：1或10：1的特征比例。所述第1路线圈连接至外部车载天线中500hz天线中第一线圈的lc电路，所述第2路线圈和第3路线圈分别连接至第一cpu和第二cpu所连接的电压检测电路（即电压回检处理电路）：第一检压电路和第二检压电路。第1路线圈输出的交流信号穿过两个独立的霍尔传感器如无接触型霍尔电流传感器，霍尔传感器输出对应特性侧交流电压信号，所述两个独立的霍尔传感器分别连接至第一cpu和第二cpu所连接的电流检测电路（即lc回检处理电路）：第一检流电路和第二检流电路。其中，上述3路线圈输出的特征比例可以由外部需求电压与图1中功放电路输出电压的比例进行确定，可以是升压也可以是降压或是同比例输出，取决于外部负载要求的供电电压要求；第2路线圈和第3路线圈为与第一路输出成20：1或10：1的特征比例的要求是目标要将功放电路输出的电压能够降到被a/d采集电路采集的要求范围。所述特征比
例也可根据具体的采集电路要求的输入信号电压范围决定。
[0028]
基于变压器的原边和次边比例关系，作为变压器次边的回检信号能够反应变压器原边的功放电路的输出特征，因此变压器的第2路和第3路线圈的信号可以代表变压器输入端即功放电路的输出特征。变压器的第1路线圈经过霍尔传感器回检的信号特征可以代表功放电路输出至天线lc后的信号特征。第一cpu和第二cpu分别处理功放回检信号和lc回检信号；第一cpu和第二cpu解析信号的功放回检电压范围。500 hz功率输出及回检电路单元2在功放开路时，即变压器不接通至第一线圈的lc电路时，第一线圈的第一输出电压高于变压器接通至所述lc电路时第一线圈的第二输出电压，第二输出电压高于车载天线与地面天线谐振后第一线圈的第三输出电压，且在正常情况下，500 hz功率输出及回检电路单元2的功放输出电压只存在车载天线未和地面天线谐振的状态及未谐振的状态这两种状态，这两种状态以外的其他状态均为故障状态，即出现功放故障后，第一线圈的输出电压超过正常情况的最大电压值或小于正常情况的最小电压值，或者发生了天线断线（即功放开路状态）。第一cpu和第二cpu检测回检信号的频率特征是否为500hz，且第一cpu和第二cpu内部处理采集数据，根据快速傅里叶变换（fft）计算信号的频率是否为500hz，如果因为功放电路或波形发生电路故障导致的频率偏移，第一cpu和第二cpu可以通过计算出信号的频率偏移而判定电路故障。
[0029]
对于500 hz功率输出及回检电路单元2，第一cpu通过功放回检电压的信号来判断功放回检电压状态以确定功放电路是否正常；本发明的第一cpu通过lc回检信号来判断第一线圈中lc电路的电流回检状态以确定功放电路和第一线圈中lc电路构成的回路是否正常，若功放电路回检正常，而lc电路出现电流回检故障，则判定为天线故障；如果判断功放电路故障，则不再判断lc电路是否故障而直接判定为本发明的输出装置故障。
[0030]
考虑到功放电路和第一线圈中lc电路之外，第一cpu和采集电路m的故障同样影响系统的状态判断，本发明通过两路独立的第一cpu和第二cpu检测判断功放电路、第一线圈中lc电路是否完好，只要第一cpu和第二cpu中的一个cpu判定功放电路、第一线圈中lc电路故障，即为本发明的输出装置故障。
[0031]
1000 hz功率输出及回检电路单元3和2000 hz功率输出及回检电路单元4的结构与工作原理与500 hz功率输出及回检电路单元2一致。
[0032]
本发明检测第一线圈、第二线圈和第三线圈中lc电路的电流状态，即检测点式列车车载天线是否经过了地面感应天线（若经过地面天线，称为“谐振”）的具体检测过程包括如下步骤：a）第一cpu和第二cpu分别根据从第一线圈、第二线圈和第三线圈中lc电路中采集的有效电压值计算得到第一线圈、第二线圈和第三线圈的电流值。
[0033]
b）根据车载天线的断线状态（即对应于车载天线中的线圈中lc电路的电流值为0的状态）以及电流值区间判断车载天线的谐振状态。由于列车正常行驶时，列车经过地面天线的过程是：车载天线与地面天线中心的距离由大减小，当该距离减为最小后，列车继续前行后，该距离又增大的过程，因此，电流值区间的取值方法为，设列车正常运行未经过地面天线时，车载天线信号电流值为i1如270ma，且设车载天线与地面天线中心的距离最小时车载天线信号电流值为i2如130ma，则电流值区间为[i2
△
2，i1
‑△
1]，取
△
2为30ma且
△
1为20ma时，电流值区间为[150ma，250ma]，
△
1和
△
2分别为第一和第二容错阈值，根据具体工
况可通过模拟或测试得到。根据电流值区间即可判断车载天线与地面天线是处于谐振状态还是不谐振状态：在天线状态正常情况下，若天线电流值小于电流值区间的低边界值，则判定天线处于谐振状态；若天线电流值大于电流值区间高边界值，则判定天线处于不谐振状态；若天线电流值在电流值区间范围内，则维持天线谐振的状态不变。
[0034]
c）根据b步骤，在天线断线状态下，输出天线故障状态。
[0035]
其中，可通过上述步骤使用单cpu如第一cpu判定车载天线或第一线圈、第二线圈和第三线圈的谐振状态，进一步可通过双cpu（第一cpu和第二cpu）对车载天线或其线圈的谐振状态进行比较。若在超过容忍时间的连续的一定检测时间内本cpu（如第一cpu）根据得到的电流值判定车载天线或其线圈为不谐振且对方cpu（如第二cpu）判断车载天线或其线圈也是不谐振，则最终判定车载天线或其线圈不谐振；若持续的检测时间未超过容忍时间，则判定车载天线保持原谐振状态；若在超过容忍时间的连续的一定检测时间内任一cpu（即第一cpu或第二cpu）根据得到的电流值判断车载天线或其线圈为谐振状态，则最终判断车载天线或其线圈为谐振，若持续的检测时间未超过容忍时间，则判定车载天线保持原谐振状态。所述容忍时间为一时间上限，只有在超过容忍时间的一连续时间范围内，车载天线或其线圈的谐振状态的判断有效，容忍时间根据具体工况通过模拟或测试得到。所述容忍时间的引入可以防止列车的振动导致的误判断或连续出现的车载天线谐振与不谐振的频繁切换，而所述频繁切换的物理现象可能是一次的列车通过地面天线的正常行为。由于现有的技术均基于单次的分析对比，并未引入容忍时间的概念。例如，为了简化说明，可设电流值区间为一个值如150ma，但由于模拟信号自身有微动的特点，或由于列车振动等因素，cpu检测到的电流可能为150.0001ma或149.9999ma。现有技术中，若某次cpu检测到的电流为150.0001ma，则判断结果为车载天线不谐振，若cpu检测到的电流为149.9999ma，则判断结果为车载天线谐振，对于这样的工况，会出现现有技术的判断结果与物理上列车的实际行为不符合的情况。而根据本发明，只有在超过容忍时间的一连续时间范围内，所有cpu检测到的电流均为149.9999ma，从而所有对车载天线或其线圈的谐振状态的判断均为有效，才最终判断车载天线或其线圈的谐振状态为有效，从而避免了现有技术由于列车的振动或连续出现的车载天线谐振与不谐振的频繁切换导致的误判断。
[0036]
本发明的功率信号输出装置在装置内部可以判断功能电路是否故障，可以判断外部车载天线是否为开路故障状态或短路故障状态，可以判断外部车载天线阻抗发生下降状态。功率信号输出装置将功能电路状态，天线状态及阻抗下降状态通过点对点通信或通信总线的方式上报至外部的逻辑处理单元或其他具有通信功能的单元。
[0037]
本发明的点式列车控制系统信号输出装置可检测与本装置相连接的车载天线的断线状态；可检测与本装置相连接的车载天线是否处于与地面天线谐振状态；可依靠独立的双cpu规避由单cpu故障或单路检测电路故障而引起的对车载天线状态的判断错误；是一种故障导向安全的安全结构，采用变压器隔离和通信隔离电路，可规避因电源共因导致的判断错误；提供独立的三路pzb车载天线功率信号；可检测独立的三路功放电路的完备性；具有维护数据丰富，故障后可易于了解故障原因，分析故障，易于将智能化故障诊断装置应用于本点式列车控制系统。
[0038]
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进
行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。