一种轨道干扰电流测量系统的制作方法

本发明涉及轨道交通技术领域，具体地说，涉及一种轨道干扰电流测量系统。

背景技术：

近年来我国铁路行业电气化程度步入飞速发展阶段，电气化铁路具备高效、高速、重载、环保的优点。然而，电气化铁路同样也存在着诸多缺点。例如，对于电气化铁路来说，机车供电回流以及轨道信号均以钢轨作为传输通路，机车电气系统产生的干扰电流容易对频段内的轨道信号构成干扰，若干扰电流过大，将直接影响到列车运行安全，该问题引起了各制造厂商以及客户的日益重视，而业内目前没有专用的仪器对轨道干扰电流情况进行定量测量。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种轨道干扰电流测量系统，所述系统包括：

若干感应线圈，所述若干感应线圈设置在被测轨道旁，用于根据所述被测轨道的干扰电流生成测量电压；

信号处理电路，其与所述若干感应线圈连接，用于采集所述若干感应线圈传来的测量电压，并根据所述测量电压生成测量电流，从而得到所述被测轨道的干扰电流。

根据本发明的一个实施例，所述系统还包括：

触发电路，其用于在所述被测轨道有列车通过时生成测量触发信号；

所述信号处理电路在接收到所述测量触发信号时采集所述若干感应线圈传来的测量电压。

根据本发明的一个实施例，所述若干感应线圈包括第一感应线圈和第二感应线圈，所述第一感应线圈和第二感应线圈分别设置在所述被测轨道同一位置的两条钢轨旁。

根据本发明的一个实施例，所述触发电路包括测速仪，当所述被测轨道有列车通过时，所述测速仪测量得到所述列车的速度信号，并将所述速度信号作为测量触发信号传输给所述信号处理电路。

根据本发明的一个实施例，所述信号处理电路利用获取到的电压电流转换系数来根据所述测量电压生成测量电流。

根据本发明的一个实施例，所述系统还包括：

校准电路，其与所述信号处理电路连接，用于生成校准电压信号并将所述校准电压信号传输给所述信号处理电路，以由所述信号处理电路根据所述校准电压信号生成所述电压电流转换系数。

根据本发明的一个实施例，所述校准电路包括：

恒流源，其用于产生校准电流信号并将所述校准电流信号提供给所述被测轨道；

限流电阻，其与所述恒流源串联；

电流测量电路，其与所述信号处理电路连接，用于测量所述被测轨道所处导电回路中流过的校准电流，并将所述校准电流传输给所述信号处理电路；

其中，所述信号处理电路配置为接收所述感应线圈在所述被测轨道中传导有校准电流信号时所产生的校准电压信号，并根据所述校准电压信号和校准电流信号计算所述电压电流转换系数。

根据本发明的一个实施例，所述校准电路包括：

恒流源，其用于产生校准电流信号并将所述校准电流信号提供给所述被测轨道；

限流电阻，其与所述恒流源串联；

其中，所述信号处理电路配置为测量所述限流电阻两端的电压，并根据该该电压和所述限流电阻的阻值计算得到校准电流值，还接收所述感应线圈在所述被测轨道中传导有校准电流信号时所产生的校准电压信号，并根据所述校准电压信号和校准电流信号计算所述电压电流转换系数。

根据本发明的一个实施例，所述恒流源包括串联的信号发生器和功率放大器，其中，所述信号发生器连接在所述功率放大器与所述限流电阻之间。

本发明所提供的轨道干扰电流测量系统能够在有列车通过时直接从钢轨旁的感应线圈中获取干扰电路数据，相较于现有的测量系统，本系统的数据来源更为准确。同时，每次测量时通过自动校准功能对电压电流转换系数进行校准，能够有效避免每次测量时设备布置的不同而带来的误差。此外，本系统还利用触发电路来生成测量触发信号，只有在收到触发信号后才对干扰电流进行记录、处理、计算，这样也就可以有效减少无用数据的占比，提高测量准确性和数据处理效率。

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特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

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的附图做简单的介绍：

图1是根据本发明一个实施例的轨道干扰电流测量系统的结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的校准电路的结构示意图；

图3是根据本发明一个实施例的轨道干扰电流测量系统的电路示意图；

图4是根据本发明一个实施例的轨道干扰电流测量系统的电路示意图；

图5是根据本发明另一个实施例的轨道干扰电流测量系统的电路示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

同时，在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本发明实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本发明可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。

另外，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

轨道电路是利用铁路的两条钢轨作为导线所构成的电气回路，它可以反映线路和道岔区段是否有车占用，以及钢轨是否完整。常用的轨道电路由送电端、钢轨线路和受电端3部分组成。虽然干扰电流会沿受电弓和铁轨等多个方向传导，但是干扰电流对轨道信号的影响主要是以钢轨为介质产生的的，因此在钢轨上测量干扰电流才是最直接和准确的。

如果期望从钢轨上测量干扰信号，采用电流监测探头的方法不可行，这是因为电流监测探头安装方式为卡扣式，这种卡扣式探头不适用于安装在有列车经过的钢轨上。

同时，如果利用频谱分析仪进行干扰信号的频谱分析，只能得到最简单的频谱数据，这样也就使得后期需要人力进行大量的处理和运算，效率低下且容易出错。

为解决现有技术中所存在的上述缺点，本发明提出了一种用于轨道干扰电流测量的测量系统，该系统直接以非接触式感应线圈的方式从钢轨上获取干扰信号，并自动对干扰信号进行频谱分析和处理分析。

图1示出了本实施例所提供的轨道干扰电流测量系统的结构示意图。

如图1所示，本实施例中，该测量系统优选地包括：若干感应线圈101、触发电路102、信号处理电路103和校准电路104。其中，感应线圈101设置在被测轨道旁，其能够对被测轨道的干扰电路进行非接触式测量，从而生成对应的测量电压。

需要指出的是，本实施例所指的被测轨道旁是指感应线圈101的工作距离之内，感应线圈101距离被测轨道的具体距离可以根据感应线圈的实际性能参数进行选取，在此并不对该距离进行具体的限制。

本实施例中，感应线圈101具有较宽的动态响应范围，其能够准确识别50ma～20a的干扰电流。同时，感应线圈101还具有大电流保护功能，其能够测量高达50hz、1600a的基波电流。当然，在本发明的其他实施例中，根据实际需要，感应线圈101的干扰电流识别范围以及可承受的最大电流还可以配置为其他合理值，本发明不限于此。

触发电路102能够检测出被测轨道是否有列车通过，当被测轨道有列车通过时，触发电路102能生成测量触发信号，并将该测量触发信号传输给与之电连接的信号处理电路103。

信号处理电路103与感应线圈101和触发电路102连接，本实施例中，信号处理电路103在接收到触发电路102传输来的测量触发信号后，会采集各个感应线圈101传来的测量电压，并根据这些测量电压生成测量电流，从而得到被测轨道的干扰电流，这样信号处理电路103也就可以实时对得到的干扰电路数据进行时域以及频域计算，以评估机车干扰电流对于轨道信号的干扰程度。

由于轨道干扰电流为电流信号，而本系统所使用的感应线圈101所输出的信号的电压信号(即测量电压)，因此信号处理电路103也就需要对该电压信号进行电压电流转换，从而得到对应于该电压信号的电流信号。本实施例中，信号处理电路优选地采用电压电流转换系数来根据采集到的测量电压生成测量电流，以此计算得到被测轨道的干扰电流。

由于现场安装环境对电压电流转换系数的影响较大，因此为了准确获得感应线圈的电压电流转换系数，本实施例所提供的测量系统配置有校准电路104。校准电路与信号处理电路103连接，其能够生成校准电压信号并将该校准电压信号传输给信号处理电路，以由信号处理电路根据该校准电压信号生成电压电流转换系数。

为了保证计算的到的电压电流转换系数的准确性，本实施例中，感应线圈101具有良好的限定度，不同等级的干扰电流情况下基于感应线圈所测得的电压换算得到的电压-电流转换系数k的误差不超过0.1db。

图2示出了本实施例中校准电路的结构示意图。

如图2所示，本实施例中，校准电路104优选地包括：恒流源、限流电阻203和电流测量电路204。其中，恒流源、功率放大电路202、限流电阻203以及电流测量电路204串联形成一串联电路，该电路与被测轨道连接从而形成导电回路。

恒流源用于向被测轨道中输入电流信号，从而使得设置在钢轨旁的第一感应线圈101a能够响应输出检测电压。信号处理电路根据该恒流源输出的电流值以及第一感应线圈101a所输出的检测电压值，便可以计算得到电压电流转换系数。

为了使得最终得到的电压电流转换系数更加准确，本实施例所提供的校准电路通过电流测量电路204来测量输入到钢轨中的电流大小。电流测量电路204的信号输出端与数据处理电路103连接，其能够将检测到的电流值(即校准电流值)传输给数据处理电路103，这样数据处理电路103也就可以根据电路测量电路204传输来校准电流和第一感应线圈101a传输来的校准电压计算得到电压电流转换系数，从而避免了恒流源输出电流的衰减或波动所带来的误差。

本实施例中，恒流源能够产生预设频率的电流信号，从而使得信号处理电路能够计算得到各频率点的电压电流转换系数。本实施例中，恒流源优选地包括信号发生器201和功率放大器202。需要指出的是，在本发明的其他实施例中，恒流源还可以其他合理的电路或器件来实现，本发明不限于此。

同时，由于对被测轨道的两条钢轨所使用的校准电路相同，因此此处也就不再对设置在另一条钢轨旁的第二感应线圈101b所对应的校准电路的电路结构以及实现原理进行赘述。

在得到准确的电压电流转换系数后，该系统也就可以进行机车干扰电流的检测。具体地，如图3所示，本实施例中，该测量系统优选地包括两个感应线圈(即第一感应线圈101a和第二感应线圈101b)，这两个感应线圈分别设置在被测轨道同一位置处的两条钢轨旁，其能够分别对这两条钢轨中传输的电流信号进行响应，对应得到测量电压信号。

本实施例中，触发电路102优选地采用测速仪来实现。当被测轨道有列车通过时，测速仪将测量得到列车的速度信号，并将该速度信号作为测量触发信号传输给信号处理电路103。

本实施例中，信号处理电路包括pc机和设置在pxi机箱中的控制器和信号采集卡，其中，采集卡与控制器连接，控制器优选地通过以太网与pc机连接。同时，pxi机箱中还设置有：信号源板卡、功率放大器板卡、万用表板卡、限流电阻203。其中，信号源板卡中设置有恒流源201，功率放大器板卡中设置有功率放大器202，万用表板卡中设置有构成电流测量电路204的万用表。

图4示出了对某一个钢轨进行测量的电路图，如图4所示，在进行校准测量时，第一感应线圈101a测量得到的信号通过信号处理电路103的接口in0和接口gnd传输到信号处理电路103，恒流源201产生的校准信号通过接口out0和gnd输出该功率放大器202的输入端in2和gnd。功率放大器对校准信号进行放大后通过out1端口输出给限流电阻203和钢轨。校准回流信号通过万用表板卡的in3端口传输至电流测量电路204，万用表板卡的gnd端口与功率放大器板卡的gnd端口连接构成最终回路，这样电流测量电路204实时监测是实际校准电路。

在对机车干扰信号进行测量时，只需要拆除端口out1以及端口in3的接线，这样感应线圈102a测量得到的信号即为机车运行过程中产生的干扰信号，同时，测速仪102测量得到的速度信号即为输入到pc机的测量触发信号。

需要指出的是，在本发明的其他实施例中，信号处理电路103还可以利用校准电路104通过其他合理的方式来计算得到电压电流转换系数。例如，在本发明的一个实施例中，该系统还可以采用如图5所示的电路结构。

对比图4和图5可以看出，相较于图4所示的轨道干扰信号测量系统，图5所示的系统不再需要配置电流测量电路，而是利用空闲的信号处理电路103的输入端口in0和gnd读取限流电阻203两端的电压，这样根据欧姆定量也就可以根据限流电阻两端的电压以及电阻的阻值计算出实际校准电流。

从上述描述中可以看出，本发明所提供的轨道干扰电流测量系统能够在有列车通过时直接从钢轨旁的感应线圈中获取干扰电路数据，相较于现有的测量系统，本系统的数据来源更为准确。同时，每次测量时通过自动校准功能对电压电流转换系数进行校准，能够有效避免每次测量时设备布置的不同而带来的误差。此外，本系统还利用触发电路来生成测量触发信号，只有在收到触发信号后才对干扰电流进行记录、处理、计算，这样也就可以有效减少无用数据的占比，提高测量准确性和数据处理效率。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构或处理步骤，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。

说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。

虽然上述示例用于说明本发明在一个或多个应用中的原理，但对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的原理和思想的情况下，明显可以在形式上、用法及实施的细节上作各种修改而不用付出创造性劳动。因此，本发明由所附的权利要求书来限定。