Устройство для измерения скорости движения поезда

( 9) ( 1) 4(51) С 01 Р 3/46 ПИСАНИЕ ИЭОБРЕТ АВТОРСК ИДЕТ ЕЛЬСТВ К.Г. Красноселов аксимов и А.И. ф ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(прототип) . еление Всесоюзногоасного Знамениьского института "анспорта83 (088.8)видетельство СССРР 3/46, 1976,идетельство СССРР 3/58, 1969(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯСКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДА, содержащее импульсный датчик, соединенныйс формирователем импульсов, и конденсатор, подключенный параллельновходу усилителя, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью расширения диапазона измерения, в неговведены интегратор, сумматор и нелинейный элемент с зоной нечувствительности, причем выход формирователя через интегратор, сумматор и нелинейный элемент подключен к входуусилителя, а выход усилителя соединен с вторым входом сумматора.Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скоростидвижения поезда.Известно устройство для измерения скорости поезда, содержащеепоследовательно включенные датчик,формирователь калиброванных поплощади импульсов, конденсаторноедозирующее устройство и сглаживаю Ощий фильтр 13,При изменении скорости движенияпоезда в широких пределах пропорционально изменяется частота калиброванных импульсов и для снижения 15амплитуды пульсаций выходного на"пряження увеличивают постояннуювремени сглаживающего фильтра. Однакоувеличение постоянной времени сглаживающего Фильтра вызывает значительные динамические ошибки при изменении частоты калиброванных импульсов,т.е. скорости движения поездаНаиболее близким к изобретениюпо технической сущности и достигаемому результату является автокомпенсационный тахометр, состоящийиз тахогенератора, формирователя импульсов стабильной длительности,интегрирующей КС-цепи с переключа- З 0телем источника напряжения,потенциометра с источником компенсацииего начального напряжения и указывающего прибора Г 23.Известное устройство с цельюснижения уровня пульсации напряжения на конденсаторе от воздействия калиброванных импульсов имеетпостоянную времени интегрирующийКС-цепи значительно большую, чем 40длительность калиброванных импульсови пауз между ними во всем диапазонеизмеряемых скоростей. Поэтому приизменении скорости движения поезда(разгон, торможение) появляются значительные динамические ошибки, ауменьшение постоянной времени интегрирующей КС-цепи увеличивает уровень пульсации напряжения на конденсаторе в области низких скоростей, что резко ограничивает диапазонизмерений.Целью изобретения является расширение диапазона измерения.Поставленная цель достигается 55 тем, что в устройство для измерения скорости движения поезда, содержащее последовательно соединенные импульсный датчик и Формирователь импульсов, и конденсатор, подключенныйпараллельно входу усилителя, введенысумматор, интегратор и нелинейныйэлемент с зоной нечувствительности,причем выход формирователя через интегратор, сумматор и нелинейный элемент с зоной нечувствительностиподключен к входу усилителя, а выходусилителя соединен с вторым входомсумматора,На фиг.1 представлена функциональная схема устройства для измеренияскорости движения поезда, на фиг2 диаграмма,поясняющая работу устройства; на Фнг.З - схема реализациипредложенного устройства.Устройство содержит последовательно соединенные оптронный датчик 1, формирователь 2 импульсовстандартной формы, интегратор 3 сотрицательной обратной связью 4,суммируюший элемент 5, нелинейныйэлемент 6, конденсатор 7 и усилитель 8, причем выход усилителя 8соединен с вторым входом сумматора.На фиг.2 приведены диаграммы напряжений на выходе отдельных элементов устройства, где О - импульсы напряжения на выходе датчика 1при постоянной скорости движенияпоезда в интервале 0-Е 1 и при изменении скорости с постоянным ускорением в интервалег; П - им- .пульсы напряжения на выходе формирователя 2 калиброванных импульсовдля заданных условий движения,0 - напряжение на выходе интегратора Зф, П 5 - напряжение на выходесуммирующего элемента 5; 0- выходное напряжение устройства.Устройство работает следующимобразом.1При вращении колесной пары осевой модулятор, выполненный в видезубчатого вращающегося диска, периодически перекрывает путь света отизлучателя к фотоприемнику и модулирует световой поток в областиинфракрасного спектра в зависимостиот скорости вращения колесной парылокомотива, На выходе оптронногодатчика 1 формируются прямоугольныеимпульсы с частотой прямо пропорциональной скорости вращения колеснойпары и длительностью обратно пропор"циональной этой скорости, Импульсыдатчика 1 поступают на вход форми163269 рователя 2 стандартных импульсов калиброванных по площади, длительность б которых значительно меньше периода Г( импульсов датчика 1 (8 Ф. Т). При поступлении на вход интегратора 3, охваченного отрицательной обратной связью 4, последовательности коротких импульсов калиброванной площади на его выходе формируется пилообразное напряжение, среднее значение которого пропорционально частоте входных импульсов, а амплитуда пульсации не зависит от частоты этих импульсов. Ксли величина зоны нечувствительности нелинейного элемента 6 выбрана равной амплитуде пульсации напряжения на выходе интегратора 3, то при постоянной частоте входных импульсов напряжение на конденсаторе 7 и выходе усилителя 8 не содержит пульсаций и равно среднему арифметическому от максимального и минимального значений напряжения на выходе интегратора 3 в течение периода входного импульса (если верхнее значение порога чувствительности нелинейного элемента +Ь равно инверсии нижнего значения -Ь), так как суммирующий элемент 5, вычитая из выходного напряжения интегратора 3 напряжение усилителя 8, формирует разностный сигнал, представляющий собой переменную составляющую выходного напряжения интегратора 3, амплитуда которой не превышает порог чувствительности нелинейного элемента 6. При этом напряжение на конденсаторе 7 и выходе усилителя 8, обладающего большим входным сопротивлением, остается постоянным, поскольку нелинейный элемент отключает выход суммирующего элемента 5 от конденсатора 7 и входа усилителя 8. В случае изменения частоты входных импульсов происходит изменение напряжения на выходе интегратора 3, разностный сигнал с выхода суммирующего элемента 5 в зависимости от знака производной частоты входных импульсов превышает верхний или нижний порог чувствительности нелинейного элемента 6, который обеспечивает форсированный режим заряда или разряда конденсатора 7 с малой постоянной. времени в течение каждого периода входного импульса. Включение нелинейного элемента 6 с зоной нечувствительности между выходом суммирующего элемента 5 и входом усилителя 8 с конденсатором 7 обеспечивает 5 высокое быстродействие устройства,т.е. резко уменьшает динамическуюошибку измерения скорости движения поезда при низком уровне пульсации выходного напряжения во всем 0 диапазоне скоростей. В зависимостиот технического исполнения в качестве нелинейного элемента 6 сзонойнечувствительности могут быть использованы двуханодные стабилитроны 5Удва встречно-параллельно включенныестабисторы, диоды или транзисторы.Введение интегрирующего усилителя 3 с отрицательной обратнойсвязью 4 обеспечивает формирование 20напряжения, пропорционального скорости движения поезда, с пульсациями,амплитуда которых постоянна и не зависит от скорости движения поезда, 25а включение нелинейного элемента 6 сзоной нечувствительности между выходом суммирующего элемента 5 и входомусилителя 8 с конденсатором 7 обеспечивает резкое снижение динамической ошибки измерения скорости движения поезда при низком уровне пульсации выходного напряжения во всемдиапазоне скороСтей. Такое решениепозволяет в отличие от известногореализовать адаптивную КС-цепь, 35 постоянная времени которой автоматически регулируется обратно пропорционально производной скорости движения поезда.В качестве примера реализации 0 предложенного устройства на фиг.Зприведена принципиальная схемаустройства для измерения скоростидвижения поезда для системы автоматического управлЕния торможением 45 поезда, Устройство содержит форми.рователь калиброванных импульсов датчика, выполненный на транзисторе 71,интегратор на операционном усилителе А 1 с конденсатором С 2 в цепи от рицательной обратной связи, нелинейный элемент с зоной чувствительностина транзисторах 74, Ч 5, усйлительнапряжения, выполненный на транзисторах 77, 78, главную отрицательную обратную связь на резисторе В 9,включенную между выходом измерителяскорости и входом операционногоусилителя.Конденсатор С 1 в течение половины периода входного сигнала датчика пути и скорости (ДПС) разряжается до нулевого напряжения через открытый транзистор Ч 1 по цепи С 1,71,72, а в следующую половину периода при закрывании транзистора Ч 1 заряжается до напряжения питания схемы Е по цепи КЗ, С 1, 73. Ток заряда конденсатора С 1 поступает на вход операционного усилителя А 1 и его среднее значение определяется следующим выражением:Зц,-О Е 1,где Й - частота входных импульсовдатчика.Постоянная времени заряда конденсатора С 1, равная КЗ-С 1, значительноменьше периода входной частоты импульсов датчика при максимальнойскорости движения поезда, что.обеспечивает линейность характеристикипреобразователя.Среднее значение выходного напряжения измерителя скорости определяется резистором главной отрицательной обратной связи К 9Ч=, ЙЫ.Сглаживание пульсаций выходногонапряжения измерителя скорости осуществляется нелинейным фильтром натранзисторах Ч 4, 75, резисторе К 4,конденсаторах С 2, СЗ. В момент действия импульса заряда дозирующегоконденсатора С 1 на вход операционного усилителя А 1 на его выходен 5 людается скачок напряженияьО: - ЕС 1,Иа.между импульсами заряда дозирующего конденсатора выходное напряжение интегрирующего усилителя плавноуменьшается на величину этого скачка при постоянной входной частоте.Пульсирующее выходное напряжениеоперационного усилителя подается навход нелинейного элемента (транзисторы Ч 4, 75), имеющего зону нечувствительности, равную амплитуде 10 пульсаций. Поэтому в установившемсярежиме при постоянной входной частоте импульсов датчика отсутствуютпульсации на входе усилителя на-пряжения, выполненного на транзисторах Ч 7, Ч 8 и резисторах К 6,К 7,К 8.За счет высокого коэффициента усиления транзисторов 74, 75 уменьшаетсяпостоянная времени сглаживающегофильтра и обеспечивается его высо О кое быстродействие, Усилитель напряжения, включенный к выходу нелинейного фильтра, имеет коэффициентусиления Ку = (К 7+К 6) /Кб, высокоевходное сопротивление К = М КУ К 3и низкое выходное сопротивление.В переходных режимах работы,когда изменяется скорость движенияпоезда, что соответствует изменениючастоты. входных импульсов, на выходе измерителя скорости наблюдаютсяпульсации напряжения с амплитудойьЧ=аИ, где а - ускорение поезда,Настройка масштаба выходногонапряжения измерителя скорости осуществляется резистором К 9 в цепиглавной отрицательной обратной связи.Изменяя его величину, можно настраи-,вать измеритель в зависимость отдействительного диаметра бандажаколесной пары.Предложенное устройство позволитзначительно расширить диапазон измеряемых скоростей, имеет простуюреализацию при сохранении высокихметрологических характеристик.Тираж 897 Государственного делам изобретений Москва, Ж, Рауш Подпискомитета СССи открытийская наб., д