《轨道交通信号基础设备应用与维护》教学课件—03计轴器与应答器的认知与维护

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3．车载天线 车载天线置于机车底部，距轨道180～300 mm。车载天线是一个双工的收发天线，既 要向地面发送激活地面应答器的功率载波，还要同时接收地面应答器发送的数据报 文。当天线的导体通过高频电流时，在其周围空间会产生电场与磁场，电磁场能离 开导体向空间传播，形成辐射场。发射天线正是利用辐射场的这种性质，使车载主 机传送的高频信号经过发射天线后能够充分地向空间辐射。当地面应答器被激活后， 应答器发射另一个高频信号，在其电磁波传播的方向，天线就会产生感应电动势， 此时与天线相连的接收设备输入端就会产生高频电流。接收效果的好坏除了取决于 电波的强弱外，还取决于天线的方向性和与接收设备的匹配情况。车载天线的外壳 要由硬塑料作保护，防止异物撞击。
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三、计轴设备的主要技术条件 （1）设备应适用于电气化和非电气化牵引区段，并能与站内联锁设备和半自动闭塞 相结合构成闭塞系统。 （2）轨道传感器应能在0～200 km/h速度下可靠地采集车轴脉冲。 （3）设备系统任一部分出现故障时，应立即给出故障表示，即要有故障—安全措施。 （4）保证只有驶入车轴脉冲和驶出车轴脉冲一致时，才能给出轨道出清信号。 （5）对计轴设备，计轴平均正确计轴数≥1×106轴，平均无故障时间在150～200天。 （6）电源应连续稳定工作，一旦电源发生故障，计数器应显示区段占用状态。 （7）设备应能适应各种行车业务需要，如中途折返列车、站外调车等。 （8）一旦计数错误，计数器应能恢复到零位。 （9）对环境温度、传输线及传输距离等也有一定的要求，可参阅各类型计轴设备的 具体要求。
传感器的每套磁头包括发送和接收两个磁头，用以采集轮轴信息和鉴别列车运行方 向，发送磁头TX安装在钢轨外侧，接收磁头RX安装在钢轨内侧。 无车轮经过传感器时，TX产生的磁力线如图3.2（a）所示，在接收线圈内感应的交 流电压相位与发送电压相位相同。当轨面有车通过时，轮缘改变了磁力线方向，TX 产生的磁力线如图3.2（b）所示，这样在RX中产生的感应电压相位改变180°，即 车轮对载频信号进行了相位调制，在接收线圈内感应的交流电压相位与发送电压相 反，这个载有“轮轴”信息的信号已调好经传输电缆送到室内接收电路，经整形、 检波后产生一个轴脉冲。
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2．计轴处理部分 计轴处理系统接收来自计轴点的轴脉冲，对轴脉冲进行计算并校对，以防止两个线 圈所计轴数不一致。区段（或区间）一端的计轴系统将本系统所计轴数送给相应区 段（或区间）的另一端计轴系统，并接收对方子系统送来的轴数；根据两段系统计 轴数量是否一致，确定区段的占用或空闲状态。许多计轴设备还要为联锁、闭塞等 其他系统提供“轨道空闲”或“轨道占用”的表示信息，另外，计轴处理部分还要 对计轴点进行监测，发现计轴点故障，显示计轴故障。
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4．输入输出部分 该部分一般有轴数显示模块、区间轨道继电器（QGJ）驱动及计轴设备正常继电器 （JZCJ）驱动等部分。轴数显示模块用来为值班员提供车轴信息。区间轨道继电器 （QGJ）采用一个由故障—安全电子电路驱动的安全型偏极继电器，用于监视区间 或区段处于占用还是空闲状态，当电路出现故障时，应当使区间轨道继电器（QGJ） 落下，以导向安全侧。计轴设备正常继电器（JZCJ）也是一个由故障—安全电子电 图路2.5 驱交动流计的数安电全码示型意偏图极继电器，用于区别“设备故障”和“区间占用”状态，当计轴 设备正常继电器（JZCJ）落下，说明计轴系统出现故障，无法判断所属区段（或区 间）的空闲与占用。
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2．地面电子单元（LEU） 地面电子单元（简称LEU）是一种数据采集与处理单元，一个LEU可以同时向4个地面 有源应答器发送4种不同数据报文。LEU实时监测与地面有源应答器之间信息通道的 状态，并及时向车站列控中心回送。当LEU与地面有源应答器通信中断时，不应产生 危及行车安全的后果。当外部控制条件无效或通信故障时，LEU应向有源应答器发送 默认报文。
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三、应答器系统的组成 应答器系统分为地面设备和车载设备两部分。地面设备包括地面应答器和地面电子 单元（LEU）。车载设备包括车载天线、车载解码器和应答器传输模块（BTM）。车 载解码器的作用主要是对应答器报文进行解码还原，此外还包含载频发生器与功率 放大器。 1．地面应答器 地面应答器包含特定的地面信息，放置在轨道中间。当机车经过地面应答器时，可 以获得保障列车运行安全所学的线路信息如公里标、限速、坡度等信息。
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知识点一 计轴器设备 一、计轴设备的组成 计轴设备主要由轨旁计轴点设备、信息传输部分、计轴处理部分及电源组成。各部分 作用如下： （1）轨旁计轴点设备主要用于产生车轴脉冲，包括轮轴传感器和电气连接箱； （2）信息传输部分用来传递信息，包括传输线、防雷及线路连接设备； （3）计轴处理部分主要功能是对计轴点产生的车轴脉冲进行计数和确定列车运行方 向，比较计轴点入口点和出口点所计轴数及记录计数结果。此部分包括计数、比较、 监督、表示等装置； （4）电源提供可靠不间断的电能。 计轴设备按技术性能和应用范围分为行车用计轴设备和调车用计轴设备。调车用计轴 设备主要用在编组场，行车用计轴设备在车站和区间中使用，与车站联锁和区间闭塞 等设备相结合构成计轴闭塞。我国单线铁路现使用的计轴设备有4种类型，其中有国 内研制的JWJ-C型和JZ1型两种，另两种是引进德国的AZL 70型和AZL 90型产品。
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T1、T2—发送磁头；R1、R2—接收磁头；1—无车时R1中的信 号波形；2—无车时R2中的信号波形； T36图1——、3有有.3T2车车—轴时时发脉由R送冲1中R磁波2的信头形信号；的号检R产1波出、生形的R2；波—接形4—收；有磁7车—头时R；1信R12中号—整的无形信车后号时的波R1中计形的轴变356冲———信脉化；有有有号冲；8车 车 车—波；5R时时时—形82信有R由由—；1中号车RR221信的信整时—号无信号形由整车号检检后R1信形时波出出的号后R形的的计2中检的；波波轴的出计形形脉4—信的轴；；冲有号波脉7车—波形冲时R形；1信R；2中号的整信形号后波的形计变轴化脉； 图3.3 轴脉冲波形的产生
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1．轨道传感器 传感器系统的主要功能是采集轮轴信息并准确地把它变成可计数脉冲送给微机。传 感器类型很多，按工作原理又分为变耦合式和变衰耗式。电磁式有源传感器由磁头、 发送、接收3部分组成，其电路框图如图3.1 图3.1 电磁式有源传感器电路框图
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图3.2 磁头磁力线示意图
图3.2 磁头磁力线示意图
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由于在每个监测点安装有两套传感器，每套传感器的RX磁头产生的脉冲在时间上存 在先后顺序。两个RX磁头产生的数字脉冲组合后可形成五种形态的轴脉冲对，如图 3.3所示7、8的计轴脉冲，按时间先后可以组成00、10、11、01和00五种脉冲对，根 据两脉冲的组合时序可确定列车的运行方向（从左到右或从右到左运行），从而产 生相应的加轴或减轴运算。传感器轴脉冲形成过程的波形如图3.3所示。轴脉冲形成 后，计轴过程完全由微机来完成。
轨道交通信号基础设 备应用与维护
项目三
计轴器与应答器的认知 与维护
项目引入
自19世纪70年代美国工程师鲁宾逊发明轨道电路以来，轨道电路在铁路信号自动控 制领域就扮演了关键的角色，它是监督判断列车是否占用或出清本轨道区段的直接 依据。然而，轨道电路在长期的应用中也暴露出不少的问题。比如，它的工作参数 （工作电压和电流）会随着道床电阻的改变而改变，严重时会导致轨道电路无法正 常工作。又比如，雨过天晴钢轨轨面生锈或是一些粉尘等不导电的杂物落在轨面上， 会造成轨道电路分路不良，列车通过此段钢轨时，轨道继电器GDJ无法落下。另外， 在我国采用半自动闭塞的单线铁路区段，站间一般没有装设轨道电路，此时如果要 检测相应区段（或区间）是否处于空闲状态，不仅要检测到列车进入本区段，还必 须证明驶入的列车确实已经离开该区段。由于列车可能在该区段发生脱钩，致使一 部分车体离开而另一部分车体还留在本区段，所以简单的检测就会产生误判。在上 述这些情况下，可以采用一种新的技术设备来检测相应区段（或区间）是否处于空 闲状态，这种可用来替代轨道电路的设备就是本项目的主角之一——计轴器。
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2．有源应答器 有源应答器，或称可变信息应答器，通过外接电缆获得电源。有源应答器中的信息 是可以通过外接电缆由地面控制设备实时改变的，一般设置在进站和出站信号机前 方，用于向列车传送实时可变信息，如临时限速、前方进路等。
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二、查询应答器的安装 查询器与应答器配对使用。若地面为了获取列车的有关信息（如车次号、列车类型 等），则将应答器安装在机车上，查询器安装在地面上。若列车为了获取地面的信 息，查询器安装在机车上，应答器安装在地面上。应答器在地面的安装一般有两种 方法：一种方法是安装在钢轨间中央道床上，另一种方法是安装在某一根钢轨外侧。 在我国列控系统（CTCS）应用中都是把应答器安装在中央道床上。根据应答器在地 面的安装方法，机车上的查询器与之对应进行安装。
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二、计轴器基本原理 当列车驶入，车轮进入轨道传感器作用区时，轮对经过传感器磁头时，向驶入端处 理器传送轴脉冲，轨道区段驶入端处理器开始计轴，驶入端处理器首先判定运行方 向，确定对轴数是累加计数还是递减计数。列车进入轨道区段，驶入端计袖器对轮 轴进行累加计数，并发出区段占用信息，同时，驶入端处理器经传输线向驶出端处 理器发送驶入轮轴数，列车全部通过驶入端计轴点时，停止计数。当列车到达区段 驶出端计轴点时，由于列车是驶离区段，驶出端计轴器进行减轴运算，同时再传送 给驶入端处理器，列车全部通过后，两站的微机同时对驶入区间和驶离区间的轮轴 数进行比较运算，两站一致时，证明进入区段的轮轴数等于离开区段的轮轴数，就 认为区段已经空闲，发出区间空闲信息表示，当无法证明进入区段的轮轴数等于离 开区段的轮轴数，则认为区间仍将处于占用状态。 综上所述，计轴设备是利用轨道传感器、计数器来记录和比较驶入和驶出轨道区段 的轴数，以此确定轨道区段的占用或空闲。
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知识点二 应答器 一、应答器的分类 根据能源供应及信息提供方式，应答器可分为无源应答器及有源应答器。 1．无源应答器 点式无源应答器，或称固定信息应答器，与外界无物理连接，不需要外加电源，平 时处于休眠状态，无源应答器自身功耗很低，仅在列车通过并获得车载查询器发送 的功率载波能量时被激活，激活后立即发送调制好的数据编码信息。 无源应答器中的信息是经特殊设备固化在应答器存储单元里的，一般安装以后不能 改变，用于发送固定信息，在我国CTCS2级系统中，用于发送线路速度、坡度、轨道 电路参数、信号点类型等信息。
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3．信息传输部分 一个区段（或区间）是否处于占用或空闲状态，必须由该区段（或区间）两端计轴 系统所计轴数共同判定。一般轴数相同为空闲，轴数不相同为占用。因此，两端计 轴系统必须进行轴数互传，两端计轴系统的轴数互传是由传输子系统实现的。由于 所传输的信息具有很高的安全特性，因此，要求传输子系统具有安全传输能力。
项目引入
从项目二所介绍的轨道电路功能可知，部分轨道电路除了可以监督列车是否占用轨 道区段外，还可以传输行车信息。点式设备及机车底部均安装有感应线圈，点式设 备的线圈可以发射特定的频率信号，当列车在其上方经过时，机车上的线圈与点式 设备线圈之间产生电磁感应，使机车接收到停车信息。早期的点式设备传输的信息 太少，随着电子技术的进步，一种可以发送数据报文的高速数据传输点式设备得到 广泛应用，它已经成为现代铁路信号系统中的重要地面设备，成为沟通列车与地面 的一种点式信息交换装置，当列车通过装有该设备的点时，列车与该设备发生信息 交换，它不仅可以实现列车与地面的信息交换，还可以根据它安装的物理位置检测 列车的当前位置。它就是本项目的另一个主角——查询应答器，又称为点式应答器 （Balise）。在发达国家，铁路信号系统特别是列车运行控制系统得到了越来越广泛 的应用，已经完成定型化与标准化，20世纪90年代，欧洲国家研制开发了具有统一 尺寸标准、类型标准、接口标准及技术参数参考标准的点式应答器（Euro-balise）。 我国在点式应答器方面的研究起步较晚，但为了适应列控系统的发展，正在大力开 展欧洲标准的点式应答器的应用与研究。