Применяемые в 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.
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 природы) входных сигналов датчики можно классифицировать.
Среди магнитных датчиков можно выделить индуктивные и индукционные. 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.
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.
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 устройствах автоматизации сортировочных горок, а также в системах контроля свободного состояния участков пути методом счета осей (УКП СО, ЭССО). В системах контроля подвижного состава на ходу поезда 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 — ПБМ-56 и датчики ДП50-80, а также индуктивно-проводные датчики ИПД; в системе УКП СО — датчики ДПЭП; в системе ЭССО — датчики ДПВ-02 (три последних датчика — индукционные электромагнитные). [1]
Принцип действия датчиков автогенераторного типа Д50 основан на срыве автогенерируемых колебаний при заходе колеса в зону чувствительности датчика (250—300 мм над центром датчика).
На сортировочных горках также применяются оптические и радиотехнические датчики обнаружения подвижных единиц, фиксирующие факт нахождения подвижной единицы в определенной зоне контролируемого участка.
Основными элементами ФЭУ являются: источник излучения — осветитель, состоящий из питающего трансформатора, осветительной (светофорной) лампы и линзы; фотодатчик на основе фоторезистора; схема управления; исполнительный элемент. При отсутствии подвижной единицы в зоне контроля световой поток (направленный луч света) осветителя воспринимается фотодатчиком. Через фоторезистор протекает ток, и схема управления вырабатывает сигнал включения исполнительного элемента.
На сортировочных горках в качестве датчиков скорости движения отцепов по тормозным позициям используются радиолокационные измерители скорости (РИС) РИС-В2, РИС-ВЗ, РИС-ВЗМ. Принцип действия РИС основан на использовании эффекта Допплера, сущность которого в том, что сигнал (электромагнитные колебания), отраженный от движущегося объекта, изменяет свою частоту на значение, пропорциональное скорости движения. Радиолокационные датчики также используются в качестве датчиков обнаружения транспортных средств на переездах, оборудованных устройствами заграждения УЗП. В качестве приемных элементов в оптических датчиках используют фоторезисторы, фотодиоды и фототранзисторы. Действие фототранзисторов основано на явлении внутреннего фотоэффекта, состоящего в том, что в результате поглощения света в полупроводнике фоторезистора появляются свободные электроны.
Оптические датчики используют в СЖАТ на метрополитене для контроля скорости движения поездов в районе остановочных платформ; в устройствах пассажирской автоматики (турникетах); в устройствах контроля прохода в тоннель и пр. На сортировочных горках оптические датчики контролируют свободность стрелочных участков при проследовании длиннобазных вагонов.
В системах, предназначенных для автоматического обнаружения перегретых букс подвижного состава (ПОНАБ), применяют датчики, реагирующие на инфракрасное излучение от корпусов греющихся букс. Они называются болометрами. Эти датчики преобразуют инфракрасное излучение от нагретых букс в электрические сигналы. [2]
В преобразователях излучений выходная электрическая величина функционально связана с характеристиками излучения. В зависимости от вида излучения различают оптоэлектрические и ионизационные преобразователи.
В оптоэлектрических преобразователях используется оптическое излучение видимого, инфракрасного или ультрафиолетового диапазона. Источниками излучения могут служить лампы накаливания, газоразрядные лампы, светодиоды и лазеры.
Оптоэлектрический преобразователь измеряемой величины или в выходную электрическую величину содержит источник излучения ИИ п отока , некоторый оптический канал ОК и приемник излучения ПИ, воспринимающий поток и преобразующий его в электрическую величину рисунок 1
Рис.1 — Структурная схема оптоэлектрического преобразователя
Воздействие измеряемой величины на поток излучения может осуществляться двумя путями. В первом случае измеряемая величина воздействует непосредственно на источник излучения и изменяет тот или иной параметр излучаемого потока . Во втором случае измеряемая величина модулирует соответствующий параметр потока в процессе его распространения по оптическому каналу.[3]
В контактных датчиках измеряемому механическому перемещению соответствует замкнутое или разомкнутое состояние контактов, управляющих электрической цепью. Их применяют в системах автоматического контроля, сортировки деталей по размерам и автоматической сигнализации.
В системах ЖАТ распространение получили контактные датчики, выполняющие функции контроля проследования подвижного состава и называемые рельсовыми педалями, а так же путевые датчики весомера. Педали выдают электрический сигнал при срабатывании контактов их выходных элементов в результате воздействия колеса на воспринимающий пружинно-рычажный механизм датчика.
Рассмотренные контактные датчики применяют для счета осей подвижного состава только в ограниченном диапазоне нагрузок на ось и скоростей подвижного состава. Вне этих пределов педали не фиксируют группу проходящих осей или не выделяют отдельные оси.
Магнитоэлектронный датчик применяют в устройствах реверсивного счета осей на пути. Датчик работает в диапазоне скоростей 0-200 км/ч.
Радиотехнические датчики обнаружения подвижных единиц работают в сверхвысокочастотном (СВЧ) диапазоне электромагнитных волн. Основными элементами датчика типа РТД-С являются: передающий модуль в составе генератора модулирующего сигнала, генератора СВЧ-колебаний (частотой 9,8 ГГц) и передающей антенны; приемный модуль в составе приемной антенны, усилителя-ограничителя и устройства фиксации.
На сортировочных горках в качестве датчиков скорости движения отцепов по тормозным позициям используются радиолокационные измерители скорости (РИС) РИС-В2, РИС-ВЗ, РИС-ВЗМ. Принцип действия РИС основан на использовании эффекта Допплера, сущность которого в том, что сигнал (электромагнитные колебания), отраженный от движущегося объекта, изменяет свою частоту на значение, пропорциональное скорости движения. РИС работает следующим образом. Приемопередающий модуль генерирует электромагнитные колебания в СВЧ-диапазоне (частотой 37,5 ГГц) и при помощи антенны излучает их в направлении движущеюся объекта. Эта же антенна воспринимает отраженный от объекта сигнал, который выделяется приемопередающим модулем и обрабатывается модулем обработки. По разности частот переданного и принятого сигналов определяется скорость движения объекта. [4]
Радиолокационные датчики также используются в качестве датчиков обнаружения транспортных средств на переездах, оборудованных устройствами заграждения УЗП. Датчики производят ультразвуковую локацию зон крышек устройства заграждения с последующей обработкой отраженных сигналов. Основными элементами датчика являются ультразвуковой пьезокерамический преобразователь, генератор зондирующих импульсов, усилитель отраженных сигналов и схема временной обработки этих сигналов, выделяющая только сигналы, отражающиеся от предметов, находящихся в контролируемой зоне.
Заключение
В статье были рассмотрены различные датчики применяемые в системах железнодорожной автоматики и телемеханики включающие в себя сенсорные устройства внешней среды . Надеюсь эти данные помогут практической реализации.
Список используемой литературы
- «Правила безопасности при эксплуатации контактной сети и устройств электроснабжения железных дорог» ОАО «РЖД» (утв. ОАО «РЖД» 16.12.2010 N 103).
- Хашемиан Х. М. Датчики технологических процессов. Характеристики и методы повышения надежности; Бином — Москва, 2008. — 336 c.
- Конюхов Н. Е., Медников Ф. М., Нечаевский М. Л. Электромагнитные датчики механических величин; Машиностроение — Москва, 2006. — 254 c
- Кашкаров А. П. Датчики в электронных схемах. От простого к сложному; ДМК Пресс — Москва, 2013. — 200 c.
- Фрайден, Дж. Современные датчики. Справочник; М.: Техносфера — Москва, 2006. — 592 c.
