专利名称：一种轨道信号隔离电路板插件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种轨道交通信号装备，尤其是涉及一种适用于机车、列车、动车、城轨、地铁等轨道交通车辆装备的轨道信号隔离电路板插件。
背景技术：
列控安全计算机是为了提高铁路安全而开发的列车运行专用计算机。在目前运用的铁路测试设备中，还没有专门用于列控安全计算机测试平台的轨道信号隔离部件。现有的铁路测试设备在四个方面不能满足列控安全计算机的测试需求，第一是信号精度，列控安全计算机需要的轨道信号幅值在30mV以下，现有设备无法达到；第二是信号隔离要求， 作为测试设备，所有信号均应与被测设备隔离，现有设备无法达到；第三是信号输出端口切换要求，列车向前或向后运行时分别由前端和后端的地感器接收轨道信号，现有设备无法模拟；第四是轨道信号双路冗余输出，列控安全计算机需要输入的轨道信号为双路冗余结构，现有设备无法达到。
发明内容
本发明的目的是提供一种轨道信号隔离电路板插件，该装置能够为列控安全计算机在开发和调试过程中提供列车运行的铁路轨道信号环境，为其提供高精度、全隔离的模拟铁路轨道信号。为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种轨道信号隔离电路板插件的技术实现方案，一种轨道信号隔离电路板插件，包括直流信号隔离模块、幅值缩小模块、电流放大模块、变压器隔离模块和信号输出模块，直流信号隔离模块、幅值缩小模块、电流放大模块、变压器隔离模块和信号输出模块依次相连，从信号源输入轨道信号，轨道信号经过直流信号隔离模块进行直流隔离，通过幅值缩小模块进行幅值缩小，并通过电流放大模块进行电流放大，通过变压器隔离模块进行变压器隔离，最后根据工况向前或向后指令，通过信号输出模块输出相互隔离的二路以上轨道信号。作为本发明一种轨道信号隔离电路板插件技术方案的进一步改进，信号输出模块根据不隔离输出控制信号，输出不隔离的二路以上轨道信号。直流信号隔离模块的输入信号进一步包括一路轨道信号和一路预留输入信号，信号输出模块的输出信号包括四路相互隔离的轨道信号和四路不隔离的轨道信号。信号输出模块进一步包括四个继电器，四个继电器输出四路轨道信号，每路轨道信号分为两个端口输出。四个继电器在不隔离输出控制信号有效的情况下处于常开状态，输出交流计数的不隔离输出信号；而在常闭状态下选择经变压器输出四路相互隔离的轨道信号。作为本发明一种轨道信号隔离电路板插件技术方案的进一步改进，直流信号隔离模块包括两个电容，继电器为电磁继电器，一路轨道信号GDIN+经过一个电磁继电器的两个输出端口分别连接两个电容。作为本发明一种轨道信号隔离电路板插件技术方案的进一步改进，幅值缩小模块包括两个第一运放模块，两个第一运放模块分别连接两个电容，两个第一运放模块采用 0P27运放芯片，第一运放模块将经过电容进行直流信号隔离的电压信号幅值衰减1/2。作为本发明一种轨道信号隔离电路板插件技术方案的进一步改进，电流放大模块包括两个第二运放模块，两个第二运放模块分别连接第一运放模块，两个第二运放模块采用0PA551运放芯片，第二运放模块对经过第一运放模块输出的电压进行1:1的电压反向放大。作为本发明一种轨道信号隔离电路板插件技术方案的进一步改进，电流放大模块还包括两个第三运放模块，两个第三运放模块分别连接第二运放模块，所述的两个第三运放模块采用0PA551运放芯片，第三运放模块作为电压跟随器，对经过第二运放模块输出的电流进行放大。作为本发明一种轨道信号隔离电路板插件技术方案的进一步改进，变压器隔离模块包括两个变压器，两个变压器的输入端分别连接第三运放模块，每个变压器包括两组输出信号，两组输出信号共四个输出端分别连接信号输出模块的四个继电器，所述变压器的输入输出电压比为10:1。通过实施上述本发明一种轨道信号隔离电路板插件的技术方案，具有以下技术效果
1、采用轨道信号隔离电路板插件对信号源的输入信号进行调理，使之与列车运行时的铁路轨道信号实际情况相符，使列控安全计算机满足实际使用要求；
2、本发明轨道信号隔离电路板插件能够为列控安全计算机在开发和调试过程中提供高精度，全隔离的铁路轨道信号测试环境；
3、能够为列控安全计算机提供模拟的铁路轨道信号，以便于发现其在机车信号解码上的设计缺陷。
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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。图1是本发明轨道信号隔离电路板插件一种具体实施方式
的结构框图； 图2是本发明轨道信号隔离电路板插件一种具体实施方式
的电路原理图中，1-直流信号隔离模块，2-幅值缩小模块，3-电流放大模块，4-变压器隔离模块， 5-信号输出模块，6-信号源，0P27-0P27运放芯片，0PA551-0PA551运放芯片。
具体实施例方式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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作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。如附图1所示，给出了本发明一种轨道信号隔离电路板插件的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。如附图1所示，轨道信号隔离电路板插件在安全计算机测试平台中用于轨道信号隔离。一种轨道信号隔离电路板插件的典型实施方式，包括直流信号隔离模块1、幅值缩小模块2、电流放大模块3、变压器隔离模块4和信号输出模块5，直流信号隔离模块1、幅值缩小模块2、电流放大模块3、变压器隔离模块4和信号输出模块5依次相连，从信号源6输入轨道信号，轨道信号经过直流信号隔离模块1进行直流隔离，通过幅值缩小模块2进行幅值缩小，并通过电流放大模块3进行电流放大，通过变压器隔离模块4进行变压器隔离，最后根据工况向前或向后指令信号KZ1，通过信号输出模块5输出相互隔离的二路以上轨道信号。信号输出模块5根据不隔离输出控制信号KZ2，输出不隔离的二路以上轨道信号。直流信号隔离模块1的输入信号进一步包括一路轨道信号和一路预留输入信号，信号输出模块5的输出信号进一步包括四路相互隔离的轨道信号和四路不隔离的轨道信号。信号输出模块5进一步包括四个继电器，四个继电器输出四路轨道信号，每路轨道信号分为两个端口输出。四个继电器在不隔离输出控制信号KZ2有效的情况下处于常开状态，输出交流计数的不隔离输出信号；而在常闭状态下选择经变压器输出四路相互隔离的轨道信号。如附图2所示，直流信号隔离模块1进一步包括两个电容，继电器采用电磁继电器，一路轨道信号⑶IN+经过一个电磁继电器的两个输出端口分别连接两个电容。幅值缩小模块2进一步包括两个第一运放模块，两个第一运放模块分别连接两个电容，两个第一运放模块采用0P27运放芯片，第一运放模块将经过电容进行直流信号隔离的电压信号幅值衰减1/2。电流放大模块3进一步包括两个第二运放模块，两个第二运放模块分别连接第一运放模块，两个第二运放模块采用0PA551运放芯片，第二运放模块对经过第一运放模块输出的电压进行1 :1的电压反向放大。电流放大模块3还进一步包括两个第三运放模块，两个第三运放模块分别连接第二运放模块，所述的两个第三运放模块采用0PA551运放芯片，第三运放模块作为电压跟随器，对经过第二运放模块输出的电流进行放大。变压器隔离模块4进一步包括两个变压器，两个变压器的输入端分别连接第三运放模块，每个变压器包括两组输出信号，两组输出信号共四个输出端分别连接信号输出模块5的两个继电器，变压器的输入输出电压比为10:1。在轨道信号的电流驱动能力设计上，轨道信号进入轨道信号隔离电路板插件后首先进行隔离直流分量，然后采用精密运放0P27运放芯片将幅值衰减1/2，目的是提高输入阻抗，0P27运放芯片的电流驱动能力为25mA。然后用0PA551运放芯片做1 1的电压反向放大，同时增加一个0PA551运放芯片作为电压跟随器以提高电流驱动能力，单个0PA551运放芯片的电流驱动能力为200mA，两个0PA551用以驱动变压器。在轨道信号的电压调节能力设计上，轨道信号源的电压幅值范围为OV IOV0输出端的负载为66. ΑΩ。电压范围要求移频制式的输入信号最小须达到8mV，最高低于3V ； UM71输入信号最小为85mV，最高低于3V。轨道信号隔离电路板插件对轨道信号的幅值在 0P27运放芯片处衰减1/2，变压器做10:1的缩小，变压器前端的限流电阻具有分压作用，其为470 Ω时输出到变压器的电压衰减1/3。故理论上在信号源发送480mV的移频信号可以输出SmV的轨道信号、在信号源发送5100mV的UM71信号可以输出85mV的轨道信号，满足对轨道信号幅值最小值的要求；在信号源发送IOV的轨道信号，输出信号幅值为0. 17V，满足不超过最大值的要求。
在运放电路放大倍数的计算设计上，假设由信号源6输出至直流信号隔离模块1， 继而输入到直流信号隔离模块1输入端的电流为Iin，通过5. IkQ电阻的电流为12，则根据运放的输入端虚短原理，通过20kΩ反馈电阻的电流等于通过其前面的IOkQ电阻的电流， 为 12/2，且有 Iin = 312/2，由此可得=Ui= (10X3I2/2 + 5. IXI2) XlO3 = 20. IXI2XlO3, U0= (5. 1ΧΙ2-30ΧΙ2/2) XlO3 =-9. 9 X I2X IO3,第一运放模块的信号放大比为 U。/^ =-9. 9/20. 1 -1/2。第二运放模块的放大比为U。2/U。=-I f+I in=-1:1，其中，Ui为第一运放模块的输入电压信号，U0为第一运放模块的输出电压信号，U02为第二运放模块的输出电压信号，Rf为第二运放模块的反馈电阻值，Rin为第二运放模块的输入端电阻值。经过两级运放，U。2/Ui = 1:2，信号幅值衰减一半，相位不变，经对电路进行测试试验，结果与计算相符。运放对信号电流放大处理时，须考虑引入电源噪声和其他干扰信号。本轨道信号隔离电路板插件采用的为24V转12V电源模块，在各个运放模块的电源输入端加去耦、旁路电容。变压器的设计须考虑信号带宽要求，信号带宽范围要求为400 ^OOHz，变压器的带负载能力在设计时加以考虑。插件设计采用双路信号源输入和四路独立信号输出。可以同时满足安全计算机和ATP (Automatic Train Protection，列车超速保护设备)的应用要求。插件通过继电器实现工况向前、向后单端的信号输出，并采用变压器对轨道信号进行隔离，满足信号隔离的要求。在信号源信号输出噪声水平较低、幅值较大时，轨道信号输出满足对轨道信号幅值最低门槛测试的要求。轨道信号隔离插件采用IDA10-24D12W作为DCMV转DC士 12V电源模块。其满载时输出电压范围为"11. 64 -12. 36V、11. 88 12. 36V,输出电流为0. 4A,输出功率9. 6W。电源模块的输出士 12V电源驱动运放芯片2个0P27运放芯片和4个0PA551运放芯片，0P27 运放芯片的供电范围不大于22V，0PA551运放芯片的供电范围不大于30V。电源模块的电压范围和输出功率均满足要求。 本插件的面板设置6个指示灯，其定义如下表1所示
权利要求
1.一种轨道信号隔离电路板插件，其特征在于，包括直流信号隔离模块(1)、幅值缩小模块(2)、电流放大模块(3)、变压器隔离模块(4)和信号输出模块(5)，直流信号隔离模块(1)、幅值缩小模块(2)、电流放大模块(3)、变压器隔离模块(4)和信号输出模块(5)依次相连，从信号源(6)输入轨道信号，轨道信号经过直流信号隔离模块(1)进行直流隔离，通过幅值缩小模块(2 )进行幅值缩小，并通过电流放大模块(3 )进行电流放大，通过变压器隔离模块(4)进行变压器隔离，最后根据工况向前或向后指令，通过信号输出模块(5)输出相互隔离的二路以上轨道信号。
2.根据权利要求1所述的一种轨道信号隔离电路板插件，其特征在于所述信号输出模块(5)根据不隔离输出控制信号，输出不隔离的二路以上轨道信号。
3.根据权利要求2所述的一种轨道信号隔离电路板插件，其特征在于所述直流信号隔离模块(1)的输入信号包括一路轨道信号和一路预留输入信号，所述信号输出模块(5) 的输出信号包括四路相互隔离的轨道信号和四路不隔离的轨道信号。
4.根据权利要求2或3所述的一种轨道信号隔离电路板插件，其特征在于所述的信号输出模块(5)包括四个继电器，四个继电器输出四路轨道信号，每路轨道信号分为两个端口输出。
5.根据权利要求4所述的一种轨道信号隔离电路板插件，其特征在于所述的四个继电器在不隔离输出控制信号有效的情况下处于常开状态，输出交流计数的与信号源不隔离的输出信号；而在常闭状态下选择经变压器输出四路相互隔离的轨道信号。
6.根据权利要求4所述的一种轨道信号隔离电路板插件，其特征在于所述的直流信号隔离模块(1)包括两个电容，所述的继电器为电磁继电器，一路轨道信号GDIN+经过电磁继电器的两个输出端口分别连接两个电容。
7.根据权利要求6所述的一种轨道信号隔离电路板插件，其特征在于所述的幅值缩小模块(2)包括两个第一运放模块，两个第一运放模块分别连接两个电容，所述的两个第一运放模块采用0P27运放芯片，第一运放模块将经过电容进行直流信号隔离的电压信号幅值衰减1/2。
8.根据权利要求7所述的一种轨道信号隔离电路板插件，其特征在于所述的电流放大模块(3)包括两个第二运放模块，两个第二运放模块分别连接第一运放模块，所述的两个第二运放模块采用0PA551运放芯片，第二运放模块对经过第一运放模块输出的电压进行 1:1的电压反向放大。
9.根据权利要求8所述的一种轨道信号隔离电路板插件，其特征在于所述的电流放大模块(3)还包括两个第三运放模块，两个第三运放模块分别连接第二运放模块，所述的两个第三运放模块采用0PA551运放芯片，第三运放模块作为电压跟随器，对经过第二运放模块输出的电流进行放大。
10.根据权利要求9所述的一种轨道信号隔离电路板插件，其特征在于所述的变压器隔离模块(4)包括两个变压器，两个变压器的输入端分别连接第三运放模块，每个变压器包括两组输出信号，两组输出信号共四个输出端分别连接信号输出模块(5)的四个继电器，所述变压器的输入输出电压比为10:1。
全文摘要
本发明公开了一种轨道信号隔离电路板插件，包括直流信号隔离模块、幅值缩小模块、电流放大模块、变压器隔离模块和信号输出模块，直流信号隔离模块、幅值缩小模块、电流放大模块、变压器隔离模块和信号输出模块依次相连，从信号源输入轨道信号，轨道信号经过直流信号隔离模块进行直流隔离，通过幅值缩小模块进行幅值缩小，并通过电流放大模块进行电流放大，通过变压器隔离模块进行变压器隔离，最后根据工况向前或向后指令，通过信号输出模块输出相互隔离的二路以上轨道信号。通过实施本发明所描述的插件，能够为列控安全计算机在开发和调试过程中提供列车运行的铁路轨道信号环境，为其提供高精度、全隔离的模拟铁路轨道信号。
文档编号G05B23/02GK102495625SQ20111039790
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月5日 优先权日2011年12月5日
发明者刘旭君, 周晓, 孙泽勇, 朱明 , 李中成, 李杨, 王奇, 申竹林, 罗钢, 范旭, 陈李根, 龙杰 申请人:株洲南车时代电气股份有限公司