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线性霍尔元件在铁路信号微机监测系统中的工程

返回列表 来源:未知 浏览: 发布日期:2020-07-18 09:08:53【
铁路信号微机监测系统(以下简称微机监测系统)是保证行车安全、监测信号设备状态、发现信号设备隐患、分析信号设备故障原因、辅助故障处理、指导现场维修反映设备运用质量、提高电务部门维护水平和维护效率的重要行车设备。也即信号微机监测系统主要对信号设备的开关量及模拟量进行动态实时监测,通过传感器采集信号设备的信息2并送至监测站机进行分析、归纳,为电务人员进行设备维修提供可靠依据。


作为铁路信号设备室外三大件之一的道岔转辙机实时监测是其中尤为重要的一项内容,通过与监测站机相连的道岔传感器实时采集道岔动作电流,实时反映道岔转辙机的电气特性,实现对道岔转辙机不间断地24h监测。

这种道岔传感器属于线性霍尔元件,为了实现对道岔动作电流的实时测量,同时又不能影响道岔控制电路对道岔转辙机的控制,只能采用隔离耐压效果好的霍尔元件进行间接测量。这种道岔传感器隔离彻底、响应快、耐冲击使用0~20mA电流源通过采样电阻输出0~ 5V标准电压。

测量原理

半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中,磁场方向垂直于薄片当有电流Ic流过薄片时在垂直于电流和磁场的方向。上将产生电动势En,这种现象称为霍尔效应。霍尔电势E可用下式表示:EH=KHICB。


线性霍尔元件测量原理

见图1当被测电流IIN流过原边回路时,在导线周围产生磁场HIN,这个磁场被聚磁环聚集,并感应给霍尔器件,使其有一个信号UH输出;这一信号经放大器A放大,输入到功率放大器中Q,1Q2中,这时相应的功率管导通,从而获得一个补偿电流lo ;由于此电流通过多匝绕组所产生的磁场Ho与原边回路电流所产生的磁场HIN相反因而补偿了原来的磁场,使霍尔器件的输出电压UH逐渐减小,最后当Io与匝数相乘N2Io所产生的磁场与原边N1IIN所产生的磁场相等时,Io不再增加,这时霍尔器件就达到零磁通检测作用。

这一平衡所建立的时间在间在1μs之内,这是一个动态平衡过程即原边回路电流IIN的任何变化均会破坏这一平衡的磁场, 场失去平衡,霍尔元件就有信号输出,经过放大后,立即有相应的电流流过副边线圈进行补偿。因此从宏观上看副边补偿电流的安匝数在任何时间都与原边电流的安匝数保持相等,即N1IIN= N2Io所以IIN= N2I2/N1(IIN为被测电流,即磁芯中初级绕组中的电流,NI为初级绕组的匝数Io为补偿绕组中的电流,N2为补偿绕组的匝数)。由原、副边匝数可知,只要测得补偿线圈的电流Io即可知道原边电流IIN,如原边为导线穿心式,则N1=1,IIN=N2IO


 
道岔电流工程测量方法

道岔传感器采用线性霍尔元件,可监测10A以内的交、直流电流。通过对道岔动作电流的实时监测可分析判断道岔转辙机的电气特性、时间特性和机械特性。

直流道岔转辙机动作电流监测原理电路见图2所示首先在直流道岔的动作回路中选取采样点工程上就是组合架侧面端子05- 18。接着将道岔动作电路回线穿入道岔传感器(即ZD6电流采样模块)采样圆孔,绕3圈后再连接至IDQJ(1道岔启动继电器)这样就可以隔离采集道岔动作电流。再将采样信号运算放大精密整流、再运算放大整理转换成0~ 5V的标准。电压,送入道岔采集机模拟量输入板,经选通送至CPU进行AD转换。再将转换后的数字信号(即电流曲线的数据)暂存在道岔采集机存储器里,当站机发出命令索要数据时将一条 完整的道岔电流曲线数据送往站机处理。


 

运用中常有几组道岔同时动作,为区分每个转辙机的工作状态和动作电流保证实时监测采集系统要求在每组道岔的动作回路中均串入该传感器。该道岔传感器采用固态模块,采样信号整理放大电路集成在模块里每个模块有1路输出至采集机。

工程设计

使用道岔传感器就可方便的进行道岔的测量工程中主要是对道岔、道岔传感器以及测量电路进行配线接线因此工程设计的内容主要是配线。一般直流道岔需要一个道岔传感器 ,每三个为-组安装在一块道岔传感器安装板(简称DCB板)上。


交流道岔使用一个交流道岔传感器安装在一块DCB板上。再根据车站站场的道岔组数确定道岔传感器的数量。明确这些数量后,就可根据各道岔在组合架上的位置进行工程配线设计了。例如某车站站场5号直流单动道岔对应组合架位置是13- 10找到该位置的组合配线侧面端子为05- 18 ,从该端子上得到控制回线穿过道岔传感器监测孔后返回原电路接着从该传感器模块的输出端引线到传感器板插座号是DCB2板插座3上这样就基本完成了对该5号道岔的监测设计。


霍尔效应的道岔传感器,在不破坏原控制电路的基础上实现了对道岔动作电流的全程监测,并能测量和记录动作曲线、动作时间通过分析这种动作曲线,可以判断道岔的故障趋势,为铁路现场信号设备维修缩短故障延时提供数据支持最终实现设备的状态修节省了人员和物资需求。实践证明这种传感器应用良好,是铁路现场设备维修的好帮手。
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