-
Die
Erfindung betrifft einen Radsensor, insbesondere für eine Gleisfreimeldeeinrichtung,
mit zwei induktiv arbeitenden Sensorkanälen, die durch eine Eisenbahnschiene
getrennte Sender und Empfänger aufweisen,
wobei empfangsseitig den Sensorkanälen zugeordnete induktive Bauelemente
vorgesehen sind, deren Empfangsstörspannungen durch äußere magnetische
Felder, welche beide Bauelemente beeinflussen, vom Betrag her gleich
hoch sind und in einer Reihenschaltung durch Subtraktion unterdrückt werden.
-
Radsensoren
werden im Bahnwesen für
die Gleisfreimeldung, aber auch für andere Schalt- und Meldeaufgaben
eingesetzt. Dabei wird überwiegend die
Magnetfeld beeinflussende Wirkung der Eisenräder der Schienenfahrzeuge ausgenutzt.
Für die Fahrtrichtungserkennung
des Zuges werden zweikanalige Sensoren benötigt. Beim Überfahren eines Fahrzeugrades
erzeugen die beiden Sensorkanäle nacheinander
zeitlich versetzte Signale, die zur Fahrtrichtungserkennung benutzt
werden.
-
Die
nach dem induktiven Wirkprinzip arbeitenden Radsensoren lassen sich
neben der ein- oder zweikanaligen Bauweise auch in Näherungsschalter, die
die Rückwirkung
der Eisenräder
auf einen ein Magnetfeld erzeugenden Sensor erfassen, und die Eisenbahnschienen
umgreifende Systeme mit getrenntem Sender und Empfänger einteilen.
Die Erfindung bezieht sich auf einen zweikanaligen Radsensor mit getrenntem
Sender und Empfänger.
-
Allen
induktiv arbeitenden Sensoren ist dabei gemeinsam, dass sie störempfindlich
sind gegenüber
induktiv eingekoppelten Störspannungen
im Bereich der Arbeitfrequenz.
-
Eine
Ursache dafür
sind Schienenströme, die
durch den Rückleiterstrom
einer Lokomotive entstehen, wobei ein Oberwellenanteil im Empfänger ein Störsignal
in Form von Schwebungen induzieren kann. Diese Schwebung, die der
Empfangsspannung überlagert
ist, lässt
sich nur schwer von der zu detektierenden Radbeeinflussung trennen,
weil hier Tiefpassfilter prinzipbedingt versagen.
-
Eine
weitere Ursache von Störspannungen können auch
benachbart angeordnete weitere Sensoren oder Sensorkanäle sein,
die mit gleicher Arbeitsfrequenz betrieben werden und durch gegenseitige
Beeinflussung ihrer Sender zu Schwebungen führen.
-
Neben
einem Dauerstörpegel
auf Arbeitsfrequenz können
aber auch hohe Kommutierungsstromflanken von bis zu 1 kA/μs auftreten,
die impulsartig stören.
Störsignale
dieser Art werden vor allem von vorbeifahrenden Zügen durch
deren Leitungen und Transformatoren induziert.
-
Um
die Störfestigkeit
der Sensoren gegenüber
diesen Störgrößen zu erhöhen, sind
verschiedene sensorbauartspezifische Lösungsansätze bekannt.
-
Für die Sensorbauart
mit nur einer auf die Eisenmasse des Rades reagierenden Schwingkreisspule
pro Kanal, das heißt
für Näherungsschalter, kann
eine weitgehende Kompensation der induzierten Störspannungen durch die Aufteilung
der Schwingkreisspule in mindestens zwei Teilspulen mit gegensinniger Wicklung
erreicht werden, wie in der
DE 19 915 597 A1 und der
DE 10 137 519 A1 beschrieben.
-
Bei
Radsensoren mit getrennten Sender und Empfängerschwingkreisen wird gemäß der
DE 10 122 980 A1 vorgeschlagen,
die Resonanzfrequenz des Empfängerschwingkreises
gegenüber
der Senderfrequenz zu verändern,
um insbesondere den Störeinfluss
einer Wirbelstrombremse zu unterdrücken.
-
Die
DE 33 02 883 A1 offenbart
eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen von Achszählimpulsen, wobei durch Bandpassfilterung
eine Reduzierung von Störspannungen
angestrebt wird.
-
Aus
der
DE 4 240 478 A1 ist
ein zweikanaliger Radsensor bekannt, bei dem die beiden Sender mit
gleicher Frequenz, aber mit 90° Phasenversatz betrieben
werden, um die gegenseitige Beeinflussung der Sender zu reduzieren.
-
Gemäß der
EP 1 541 440 B1 wird
eine Phasenmodulation eines elektromagnetischen Schwingkreises für Radsensoren
vorgeschlagen.
-
Ein
Radsensor, der bereits als Einzelsensor eine Detektion der Fahrtrichtung
gestattet, ist aus der
DE
102 21 577 B3 bekannt. Zwei empfangsseitige induktive Bauelemente
sind dabei derart in Reihe miteinander verbunden und bei gleicher
Feldausrichtung gegensinnig geschaltet, dass ihre Summenausgangsspannung
frei ist von Störsignalen,
die als Gleichtaktsignale beide induktiven Bauelemente gleichermaßen beeinflussen
und folglich durch die Gegensinnigkeit einer Polung oder einer Wicklungsorientierung
kompensiert werden.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Radsensor
anzugeben, der bei einfachem Aufbau eine erhöhte Störsicherheit gegenüber Störspannungen
verschiedener Ursachen aufweist.
-
Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe dadurch gelöst,
dass die beiden induktiven Bauelemente entweder als den zwei Sensorkanälen zugehörige Empfängerspulen
eines einzigen Schwingkreis-Empfängers
oder als die Empfängerspulen
zweier in Reihe miteinander verbundener separater Schwingkreis-Empfänger ausgebildet
sind, wobei jeder Sensorkanal mit einem eigenen Schwingkreis-Sender ausgestattet
ist und die beiden Schwingkreis-Sender unterschiedliche Arbeitsfrequenzen
aufweisen. Durch die Reihenschaltung bilden die beiden Empfängerspulen
oder die beiden Schwingkreis-Empfänger einen kompakten Schaltungsteil,
an dessen Ausgang ein Summenempfangssignal entsteht, das in einer
nachfolgenden Schaltung demoduliert und ausgewertet wird.
-
Die
Arbeitsfrequenzen der beiden den Sensorkanälen zugeordneten Schwingkreis-Sender
unterscheiden sich in einer Größenordnung,
bei der die durch die Einkopplung des jeweils anderen Schwingkreis-Senders
entstehenden Schwebungen empfangsseitig durch einen Tiefpassfilter
unterdrückbar sind.
Beispielsweise können
die Arbeitsfrequenzen 40 kHz und 45 kHz betragen.
-
Ein
Radsensor zur Detektion einer Radbeeinflussung, bei der die durch
die Schwingkreis-Sender unterschiedlicher Arbeitsfrequenzen induzierten Schwebungen
weitgehend eliminiert sind, ist gemäß Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet,
dass ein ausgangsseitig eines die induktiven Bauelemente aufweisenden
Schaltungsteiles entstehendes Summenempfangssignal parallel über Synchrongleichrichter, die
von den Schwingkreis-Sendern beaufschlagt sind, Tiefpassfilter und
Signalverstärker
einer Verarbeitungseinheit zur Pegelauswertung zugeführt ist. Das
Summenempfangssignal wird zwei im Wesentlichen identischen Signalverarbeitungskanälen zugeführt und
parallel weiterverarbeitet. Die Demodulation des Summenempfangssignals
erfolgt durch Synchrongleichrichtung, das heißt, die Phasenlage des Schwingkreis-Senders
beaufschlagt den Synchrongleichrichter zur phasensynchronen Gleichrichtung des
empfangenen Wechselsignals. Dadurch wird das Summenempfangssignal
wieder in seine senderspezifischen Frequenzanteile zerlegt und gleichgerichtet.
Der nachfolgende Tiefpass dient der Unterdrückung der senderseitig entstandenen
Schwebungen. Nach dem Tiefpassfilter folgt ein Signalverstärker zur Pegelanpassung,
dessen Ausgangssignal von einer Verarbeitungseinheit, insbesondere
einem Mikroprozessor, ausgewertet wird.
-
Nachfolgend
wird die Erfindung anhand figürlicher
Ausführungsbeispiele
näher dargestellt.
Es zeigen:
-
1 ein
Blockschaltbild einer ersten Variante eines Radsensors und
-
2 eine
zweite Variante in gleichartiger Darstellungsweise wie 1.
-
Beide
Figuren zeigen links und rechts einer Eisenbahnschiene 1 eine
Senderanordnung 2 und eine Empfängeranordnung 3. Die
Senderanordnung 2 weist zwei separate Schwingkreis-Sender 4 und 5 auf,
die Sensorkanälen
A und B zugeordnet sind. Die beiden Schwingkreis-Sender 4 und 5 sind
auf unterschiedliche Arbeitsfrequenzen, zum Beispiel 40 kHz und
45 kHz, abgestimmt. Bei einer Radüberfahrt verändert sich
die induktive Kopplung 6 beziehungsweise 7 zwischen
der Senderanordnung 2 und der Empfängeranordnung 3, wodurch
am Ausgang der Empfängeranordnung 3 ein
Summenempfangssignal 8 in Form einer sogenannten Abrollkurve
oder Glockenkurve entsteht. Diese Abrollkurve wird zur Raderkennung
benutzt. Durch das Überfahren
beider Sensorkanäle
A und B entstehen zwei zeitlich versetzte Signale, die zur Richtungserkennung
genutzt werden. Das Summenempfangssignal 8 wird in zwei
Signalverarbeitungskanäle
eingespeist, deren wesentliche Bestandteile Synchrongleichrichter 9a und 9b,
Tiefpassfilter 10a und 10b und Signalverstärker 11a und 11b sind.
Der Synchrongleichrichter 9a wird von dem Schwingkreis-Sender 4 des
ersten Sensorkanals A angesteuert und der Synchrongleichrichter 9b wird von
dem Schwingkreis-Sender 5 des zweiten Sensorkanals B angesteuert.
Zu dieser Ansteuerung dient die Phasenlage 12 beziehungsweise 13,
wodurch die Synchrongleichrichter 9a und 9b eine
phasensynchrone Gleichrichtung des als Wechselsignal gebildeten
Summenempfangssignals 8 ausführen können. Auf diese Weise wird
das Summenempfangssignal 8 wieder in seine senderspezifischen Frequenzanteile
zerlegt und gleichgerichtet. Im nachfolgenden Tiefpassfilter 10a beziehungsweise 10b werden
die durch die Einkopplung des jeweils anderen Schwingkreis-Senders 4 beziehungsweise 5 entstandenen
Schwebungen unterdrückt.
Diese Tiefpassfilterung ist wegen der unterschiedlichen Senderfrequenzen
der Schwingkreis-Sender 4 und 5 möglich. Der
Tiefpass 10a beziehungsweise 10b ist über den
Signalverstärker 11a beziehungsweise 11b, der
der Pegelanpassung dient, mit Eingängen U_a beziehungsweise U_b
eines Mikroprozessors 14 verbunden. Der Mikroprozessor 14 bewertet
die Analogsignale U_a und U_b hinsichtlich ihres Pegels mit den
Möglichkeiten
der digitalen Signalverarbeitung.
-
Die
Ausführungsbeispiele
der 1 und 2 unterscheiden sich durch den
Aufbau der Empfängeranordnung 3 hinsichtlich
einer störspannungskompensierenden
Funktionsweise.
-
Die
Empfängeranordnung 3 gemäß 1 ist als
Schwingkreis-Empfänger 15 mit
Kondensator 16, Widerstand 17 und zwei Empfängerspulen 18 und 19 ausgebildet.
Die beiden Empfängerspulen 18 und 19 sind
jeweils einem der beiden Sensorkanäle A und B zugeordnet und gegensinnig
gewickelt, so dass Störsignale,
die als Gleichtaktsignale beide Empfängerspulen 18 und 19 gleichermaßen beeinflussen,
kompensiert werden. Die Empfängerspulen 18 und 19 sind
dazu möglichst
identisch aufgebaut und relativ zur Eisenbahnschiene 1 gleichartig
angeordnet.
-
Gemäß 2 ist
die Empfängeranordnung 3 dagegen
mit zwei den beiden Sensorkanälen
A und B zugehörigen
Schwingkreis-Empfängern 20 und 21 ausgestattet.
Hier sind die beiden Schwingkreis-Empfänger 20 und 21 derartig
gegensinnig in Reihe geschaltet, dass das Summenempfangssignal 8 frei
ist von Störsignalen.
Die Schwingkreis-Empfänger 20 und 21 sind
gleich aufgebaut und haben die gleichen elektrischen Eigenschaften.
Sie sind außerdem
breitbandig genug ausgelegt, so dass die beiden Schwingkreis-Sender 4 und 5 trotz
unterschiedlicher Senderfrequenzen annähernd gleich hohe Spannungen
in die Schwingkreis-Empfänger 20 und 21 induzieren.
Die Breitbandigkeit ist in 2 durch
eine Widerstandsdämpfung
in den Schwingkreis-Empfängern 20 und 21 angedeutet.