铁路钢轨断轨监测系统的载波设备的制作方法

本实用新型属于铁路通讯技术领域，涉及一种钢轨断轨监测系统，尤其涉及一种铁路钢轨断轨监测系统的载波设备。

背景技术：

随着我国铁路事业的快速发展和列车速度的提高，对铁路运输的安全和效率提出了更高的要求。因此，对铁路运营线上的钢轨进行实时断轨检测，确保断轨发生时能够满足“故障一安全”的原则成为一个重要课题。现有的高铁和普速铁路自动闭塞区段，铁路信号设备已全部安装了轨道电路，实现了钢轨断轨检查。但半自动闭塞区段区间只在进站信号机外方1200米～1400米安装了接近轨道电路，从车站的接近轨道电路受电端处至相邻站的接近轨道电路受电端处整个区间没有安装轨道电路，钢轨发生断轨就无法得到检查，完全靠人员巡视检查去发现。

钢轨作为地面基础设备，其工作状态好坏直接影响列车运输安全。列车通过断裂的钢轨会带来巨大安全隐患，甚至会导致脱轨、颠覆等重大行车事故的发生。因断轨致列车脱轨、颠覆重大行车事故告诉我们，加强钢轨断裂检测，对保障列车安全运行具有十分重要意义。

因此，有必要研制非闭塞区段断轨监测系统，实时在线对钢轨断轨进行检测，发生断轨时及时报警，防止钢轨断轨致列车脱轨颠覆事故。

一、基于轨道电路原理

基于轨道电路原理的实时断轨检测方法的显著特征是:以钢轨作为电路,通过传递并接受电信号(电压或电流)来判断是否发生断轨。和轨道电路一样,尽管基于轨道电路原理的实时断轨检测方法具有受道床条件影响大的缺点,但因其原理和技术相对比较成熟而显出较强的可行性。

二、牵引回流断轨检测方法

牵引回流断轨检测方法使用完整的牵引回流电路作为基础。任何一根钢轨中的电流只有在钢轨断裂时被阻断。在任何情况下,异常的电流通过相邻钢轨的短接线而绕过断裂处回流至变电站。由此造成的不平衡电流可以被检测。但其依赖牵引回流的存在,即只能检测牵引变电所供电臂上列车和变电所之间的断轨。另外，牵引回流实时断轨检测方法实现困难在于必须根据实际线路的牵引回流电路网络,分析清楚各种负荷条件下(列车负荷大小、列车位置)所有钢轨上的牵引回流分布情况。

三、光纤实时断轨检测方法

光纤实时断轨检测方用由环氧树脂胶带贴于轨道上的标准单模光纤进行检测。光纤的一端接光源,另一端为接收器。如果钢轨发生折断,光纤将随之发生破裂,光线将不能到达接收器,由此判断发生断轨,如图所示

光纤断轨检测方法被证明是非常可靠的断轨检测方法，但其安装和维修工作困难难于在实际中运用。

类似光缆，使用一根电缆和一根钢轨作为检测通道，钢轨断轨时回路电流变化明显，原理非常简单，但沿线铺设电缆工程十分庞大，很难实际运用。

四、超声波断轨检测

在一段轨道的中部装声波发生装置,左右两端相隔一定距离安装声波接收装置。相邻区间信号靠自然衰耗隔离.当发射装置发出声波后,声波沿着钢轨向左右传播.如果遇到有裂缝或者断轨,接收装置接收不到或者接受到的信号明显减少,据此可以判定钢轨是否折断或者破损。

超声波遇到焊缝将有部分能量反射回去,作用距离有限。要增加检测距离，必须加大发射器功率，对电池供电设备很不利。

有鉴于此，如今迫切需要设计一种铁路钢轨断轨监测方式，以便克服现有铁路钢轨断轨监测存在的上述缺陷。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种钢轨断轨监测系统的载波设备，可辅助收发器对钢轨断轨进行实时监测，确保铁路交通的安全性。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种铁路钢轨断轨监测系统的载波设备，所述载波设备包括信号接收电路、振荡源电路、载波调制解调控制电路、本振电路、接收电平小值检测电路、载波输入电路、载波解调输出电路；

所述信号接收电路分别连接载波调制解调控制电路、本振电路、接收电平小值检测电路、载波输入电路、载波解调输出电路；载波调制解调控制电路连接振荡源电路；

所述信号接收电路包括第一零二芯片U102、鉴频器Y103、陶瓷滤波器Y102、第一零四电容C104、第一零五电容C105、第一零六电容C106、第一零九电容C109、若干电阻；

所述第一零二芯片U102的第四管脚连接电源电压VCC，第一零二芯片U102的第三管脚连接陶瓷滤波器Y102的第一端，第一零二芯片U102的第五管脚连接陶瓷滤波器Y102的第五端，陶瓷滤波器Y102的第二端、第三端、第四端连接电源电压VCC；

第一零二芯片U102的第六管脚连接第一零六电容C106的第二端，第一零二芯片U102的第七管脚连接第一零五电容C105的第二端，第一零二芯片U102的第八管脚连接第一零三电阻R103的第二端、鉴频器Y103的第二端；第一零六电容C106的第一端、第一零五电容C105的第一端、第一零三电阻R103的第一端、鉴频器Y103的第一端连接电源电压VCC、第一零二电阻R102的第二端、第一零九电容C109的第一端、第一零四电容C104的第一端；第一零二电阻R102的第一端连接5V电源电压，第一零九电容C109的第二端、第一零四电容C104的第二端接地；

第一零二芯片U102的第一管脚连接本地电路，第一零二芯片U102的第九管脚连接载波解调输出电路，第一零二芯片U102的第十三管脚连接接收电平小值检测电路，第一零二芯片U102的第十五管脚接地，第一零二芯片U102的第十六管脚连接载波输入电路；

所述振荡源电路包括第一零一晶振Y101、第一零二电容C102、第一零三电容C103；所述第一零一晶振Y101的第一端连接第一零二电容C102的第二端，第一零一晶振Y101的第二端连接第一零三电容C103的第二端，第一零二电容C102的第一端、第一零三电容C103的第一端接地；

所述载波调制解调控制电路包括第一零一芯片U101、第一零一电容C101、第一一八电容C118、若干电阻；

所述第一芯片的第一管脚通过第一一八电容C118接地；所述第一零一芯片U101的第四管脚通过第一零四电阻R104连接第一零一电容C101的第二端、第一零一电阻R101的第一端；第一零一电容C101的第一端接地，第一零一电阻R101的第二端连接5V电源电压；

所述本振电路包括第一一零电容C110、第一一四电容C114、第一一五电容C115、第一一六电容C116、第一一三电阻R113、第一一四电阻R114、第一一五电阻R115；

第一零二芯片U102的第一管脚连接第一一零电容C110的第二端，第一一零电容C110的第一端连接第一一五电阻R115的第二端、第一一六电容C116的第一端，第一一五电阻R115的第一端连接第一一四电阻R114的第二端、第一一五电容C115的第一端，第一一四电阻R114的第一端连接第一一三电阻R113的第二端，第一一四电容C114的第二端、第一一五电容C115的第二端、第一一六电容C116的第二端接地；

所述接收电平小值检测电路包括第一零七电容C107、第一一一电阻R111；

第一零二芯片U102的第十三管脚连接第一零七电容C107的第一端、第一一一电阻R111的第一端，第一零七电容C107的第二端、第一一一电阻R111的第二端接地；

所述载波输入电路包括第一零一二极管D101、第一零二二极管D102、第一一一电容C111；第一零二芯片U102的第十六管脚连接第一一一电容C111的第一端，第一一一电容C111的第二端连接第一零一二极管D101的负极、第一零二二极管D102的正极，第一零一二极管D101的正极、第一零二二极管D102的负极接地；

所述载波解调输出电路包括第一一二电容C112、第一零五电阻R105、第一零八电阻R108、第一一零电阻R110；

第一零二芯片U102的第九管脚连接第一零八电阻R108的第一端，第一零八电阻R108的第二端连接第一一二电容C112的第一端、第一一零电阻R110的第一端，第一一二电容C112的第二端接地，第一一零电阻R110的第二端通过第一零五电阻R105接地。

一种铁路钢轨断轨监测系统的载波设备，所述载波设备包括信号接收电路、振荡源电路、载波调制解调控制电路、本振电路、接收电平小值检测电路、载波输入电路、载波解调输出电路；

所述信号接收电路分别连接载波调制解调控制电路、本振电路、接收电平小值检测电路、载波输入电路、载波解调输出电路；载波调制解调控制电路连接振荡源电路。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型提出的钢轨断轨监测系统的收发器及管理器，作为钢轨断轨监测系统的一部分，可对钢轨断轨进行实时监测，确保铁路交通的安全性。

附图说明

图1为本实用新型断轨监测系统载波设备的组成示意图。

图2为本实用新型断轨监测系统载波设备中振荡源电路的电路示意图。

图3为本实用新型断轨监测系统载波设备中载波调整解调控制电路的电路示意图。

图4为本实用新型断轨监测系统载波设备的部分电路示意图。

图5为本实用新型半自动闭塞区间钢轨断轨监测系统的原理示意图。

图6为本实用新型半自动闭塞区间钢轨断轨监测系统的组成示意图。

图7为本实用新型半自动闭塞区间钢轨断轨监测系统中收发器的组成示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的优选实施例。

实施例一

请参阅图1，本实用新型揭示一种铁路钢轨断轨监测系统的载波设备，载波设备包括信号接收电路1、振荡源电路7、载波调制解调控制电路5、本振电路2、接收电平小值检测电路6、载波输入电路3、载波解调输出电路4。

所述信号接收电路1分别连接载波调制解调控制电路5、本振电路2、接收电平小值检测电路6、载波输入电路、载波解调输出电路；载波调制解调控制电路连接振荡源电路。

请参阅图4，所述信号接收电路包括第一零二芯片U102、鉴频器Y103、陶瓷滤波器Y102、第一零四电容C104、第一零五电容C105、第一零六电容C106、第一零九电容C109、若干电阻。

所述第一零二芯片U102的第四管脚连接电源电压VCC，第一零二芯片U102的第三管脚连接陶瓷滤波器Y102的第一端，第一零二芯片U102的第五管脚连接陶瓷滤波器Y102的第五端，陶瓷滤波器Y102的第二端、第三端、第四端连接电源电压VCC。

第一零二芯片U102的第六管脚连接第一零六电容C106的第二端，第一零二芯片U102的第七管脚连接第一零五电容C105的第二端，第一零二芯片U102的第八管脚连接第一零三电阻R103的第二端、鉴频器Y103的第二端；第一零六电容C106的第一端、第一零五电容C105的第一端、第一零三电阻R103的第一端、鉴频器Y103的第一端连接电源电压VCC、第一零二电阻R102的第二端、第一零九电容C109的第一端、第一零四电容C104的第一端；第一零二电阻R102的第一端连接5V电源电压，第一零九电容C109的第二端、第一零四电容C104的第二端接地。

第一零二芯片U102的第一管脚连接本地电路，第一零二芯片U102的第九管脚连接载波解调输出电路，第一零二芯片U102的第十三管脚连接接收电平小值检测电路，第一零二芯片U102的第十五管脚接地，第一零二芯片U102的第十六管脚连接载波输入电路。

{振荡源电路}

请参阅图2，所述振荡源电路包括第一零一晶振Y101、第一零二电容C102、第一零三电容C103；所述第一零一晶振Y101的第一端连接第一零二电容C102的第二端，第一零一晶振Y101的第二端连接第一零三电容C103的第二端，第一零二电容C102的第一端、第一零三电容C103的第一端接地。

{载波调制解调控制电路}

请参阅图3，所述载波调制解调控制电路包括第一零一芯片U101、第一零一电容C101、第一一八电容C118、若干电阻。

所述第一芯片的第一管脚通过第一一八电容C118接地；所述第一零一芯片U101的第四管脚通过第一零四电阻R104连接第一零一电容C101的第二端、第一零一电阻R101的第一端；第一零一电容C101的第一端接地，第一零一电阻R101的第二端连接5V电源电压。

{本振电路}

如图4所示，所述本振电路包括第一一零电容C110、第一一四电容C114、第一一五电容C115、第一一六电容C116、第一一三电阻R113、第一一四电阻R114、第一一五电阻R115。

第一零二芯片U102的第一管脚连接第一一零电容C110的第二端，第一一零电容C110的第一端连接第一一五电阻R115的第二端、第一一六电容C116的第一端，第一一五电阻R115的第一端连接第一一四电阻R114的第二端、第一一五电容C115的第一端，第一一四电阻R114的第一端连接第一一三电阻R113的第二端，第一一四电容C114的第二端、第一一五电容C115的第二端、第一一六电容C116的第二端接地。

{接收电平小值检测电路}

如图4所示，所述接收电平小值检测电路包括第一零七电容C107、第一一一电阻R111。第一零二芯片U102的第十三管脚连接第一零七电容C107的第一端、第一一一电阻R111的第一端，第一零七电容C107的第二端、第一一一电阻R111的第二端接地。

{载波输入电路}

如图4所示，所述载波输入电路包括第一零一二极管D101、第一零二二极管D102、第一一一电容C111；第一零二芯片U102的第十六管脚连接第一一一电容C111的第一端，第一一一电容C111的第二端连接第一零一二极管D101的负极、第一零二二极管D102的正极，第一零一二极管D101的正极、第一零二二极管D102的负极接地。

{载波解调输出电路}

如图4所示，所述载波解调输出电路包括第一一二电容C112、第一零五电阻R105、第一零八电阻R108、第一一零电阻R110。第一零二芯片U102的第九管脚连接第一零八电阻R108的第一端，第一零八电阻R108的第二端连接第一一二电容C112的第一端、第一一零电阻R110的第一端，第一一二电容C112的第二端接地，第一一零电阻R110的第二端通过第一零五电阻R105接地。

实施例二

本实用新型载波设备用在铁路钢轨断轨监测系统的收发器中，请参阅图7，所述收发器包括主控制器电路、收发指示灯电路、选频电路、载波信号调制电路、防雷检测电路、接收电平大值检测电路、设备ID识别电路、振荡源电路、发射功率检测电路、恒流源电路、电源开关监测电路、稳压线性电源电路、载波设备。当然，部分收发器相比普通收发器还可以增加485通信电路、GPRS通讯模块。

所述主控制器电路分别连接收发指示灯电路、防雷检测电路、接收电平大值检测电路、设备ID识别电路、振荡源电路、发射功率检测电路、电源开关监测电路、载波设备。所述选频电路分别连接载波信号调制电路、接收电平大值检测电路，载波信号调制电路连接发射功率检测电路，发射功率检测电路连接恒流源电路，电源开关监测电路连接稳压线性电源电路。收发器的具体组成，申请人通过其他专利进行保护，这里不做赘述。

这里大致介绍一下本实用新型的使用场景。上述收发器作为铁路钢轨断轨监测系统的一部分，对钢轨断轨进行实施监测。

请参阅图6，将待监测钢轨分为至少一钢轨监测区间，各钢轨监测区间的两端分别设有绝缘节(也可以不设置绝缘节)，各钢轨监测区间的两端分别设有短路线(也可以不设置短路线)，两条短路线将左右两条钢轨连接，钢轨间的轨距杆为绝缘轨距杆。不设置短路线时，两端的第1收发器、第n收发器分别连接监测区间的两端。

各钢轨监测区间分布设置若干收发器，相邻收发器之间钢轨的距离(指相邻收发器与钢轨连接处之间的距离)为0.5～1km，第1收发器、第n收发器与对应短路线的距离(指收发器与钢轨连接处与短路线在钢轨连接处之间的距离)为40～80m。第1收发器除了作为第一个发送数据的收发器外，还具有管理模块向服务器上传数据的功能；第n收发器也具有管理模块向服务器上传数据的功能(当然也可以是其他收发器向服务器发送数据)。

请参阅图5，区间断轨监测是将钢轨当导线，保证每根钢轨通过一定的载波信号(载波信号由收发器发送、接收)，本实施例中，通过中心频率13.5KHz的载波通信传输方式进行监测钢轨断轨。当钢轨断裂时，载波信号接收电平、发射电平产生变化，经采集记录并逐级发送相关信息至第n收发器或者第1收发器(第1收发器可以只接收第2收发器、第3收发器发送的数据，当然也可以接收其他收发器的数据)，由第1收发器或者第n收发器通过GPRS发送至服务器分析处理。

请参阅图6，所述断轨监测系统包括若干收发器、控制中心。所述控制中心包括服务器、至少一客户端，各客户端与服务器连接；各收发器通过铁轨为导线相连，作为管理模块的收发器与服务器进行远程通讯；管理模块通过TCP服务，将接收的数据发送到服务器，服务器进行数据分析处理，将处理结果在客户端上显示。

收发器的具体工作过程，申请人已通过其他专利申请保护，这里不做赘述。

综上所述，本实用新型提出的铁路钢轨断轨监测系统的载波设备，可辅助收发器对钢轨断轨进行实时监测，确保铁路交通的安全性。

这里本实用新型的描述和应用是说明性的，并非想将本实用新型的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本实用新型的精神或本质特征的情况下，本实用新型可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本实用新型范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。