高频信号的测试及传输分析

高频信号的测试及传输分析

楚国富,傅　攀

(西南交通大学,四川成都610031)

摘　要:本文通过高频信号在铁路轨道上的试验说明了高频信号的基本特性。铁路轨道信号由于车轮与钢轨的接触不良而引起故障,特别是支线和不经常使用的线路由于铁锈和刹车闸瓦的不导电性,从而引起信号故障,为了解决此问题,我们利用高频信号的特性,在铁轨上做了大量试验,从而说明了高频信号的许多特有性质。关键词:高频信号;阻抗匹配;几何参数;传输

中图分类号:T N015 文献标识码:A 文章编号:167224984(2005)0120059202

Analysis of the high 2frequency signal πs measurement and transmission

CH U G uo 2fu ,FU Pan

(S outhwest Jiaotong University ,Chengdu 610031,China )

Abstract :The article specifies the high 2frequency signal πs character by the test of the high -frequency signal which is transmitted on the railway 1The wheel of the train and the rail s ometimes are in bad contact ,and then the original signal doesn πt w ork well 1Accidents occur on the railway which is not often used 1The causation is that the resistance is too high between the wheel and the rail 1It is caused by the rust and other things 1T o res olve the problem ,we have done a lot of tests about the high 2frequency signal πs transmission on the rail 1The result dem onstrated the character of the high 2frequency signal 1K ey w ords :High 2frequency ;Impedance matching ;G eometry parameter ;T ransmission

收稿日期:2003211225;收到修改稿日期:2004202223

1　引　言

目前,应用于我国铁路系统的轨道电路有多种制式,如:交流计数轨道电路,移频轨道电路,极性频率脉冲电路等。

交流计数轨道电路是我国铁路应用较多较早的制式,它分为50H z 和25H z 两种。其中,25H z 用于电气化区段,50H z 用于非电气化区段。交流计数轨道电路中传递三种信息和一种无脉冲的零信息。

移频轨道电路国产移频轨道电路,上行线采用的中心频率f0是650H z 、850H z 两种载频频率,下行线采用的中心频率f0是550H z 、750H z 两种载频频率,频偏Δf 为55H z ,低频调制频率f1从7H z 起,按015H z 等差级数递增至26H z ,从中选取了18个作为低频调制频率

现有的电化闭塞装置及控制信号灯为25H z 工频电,当车轴进入该区间时,列车对轨道电路分路,形成信号的置“0”、置“1”。现因轨道与轮对不能可靠接触和导电,至使信号的置“0”、置“1”不可靠。在车站的叉道区间该信号的不可靠性非常高,由此很易造成列车侧面冲突事故。同样,移频轨道电路在

有无列车占用区间时也存在此问题。为维持运输作业高效正常运转,急需解决轨道信号在闭塞区段的可靠控制。现国内外的多家研究院所及企业已有较长时间的该课题研究。但研究方向和试验往往局限于在现有技术体制下改善和改进轨道与车轮的接触。一直没有突破性的进展。本文从理论和在试验的基础上对存在的问题进行了全方位的分析,并提出了用高频信号解决局部性问题的分析研究。

2　高频信号在铁路上的试验分析

法国UM71无绝缘移频轨道电路,上行线载频的中心频率f0是2000H z 、2600H z ,下行线载频的中心频率f0是1700H z 、2300H z ,频偏Δf 为11H z ,低频调制频率f1从1013H z 起,按111H z 等差级数递增至29H z ,共18个低频信息。法国UM71轨道电路采用1700H z 以上的载频频率,便于实现两闭塞分区的电气化绝缘,但频率越高,在钢轨中的衰耗越大,给信号的传输带来了极大的不利,因此每隔100m 就在轨间并联一个补偿电容,以延长轨道电路的长度。

由法国UM71无绝缘移频轨道电路,我们考虑到提高传输信号的频率,高频频率信号,有着一定的高频特征分布参数。当列车在铁轨上驶过时,该分布参数会有不同的变化,这种变化取决于物理的、机

第31卷第1期　2005年1月中国测试技术

CHI NA ME AS URE ME NT TECH NO LOGY V ol 131　N o 11Jan ,2005　

械的、几何、电气等因素,特征分布参数的改变量与这些因素相关。而与轮轨与钢轨的接触电阻关系不大,这就从理论上避免了以往的由于轮轨接触电阻过大而引起的问题。当确定了不同因素的特征参数改变量及其函数关系,则可以通过程序检测和归类出特定的参数模型,即确定了物理的、机械的、几何、电气等的参量特征。当轮对的特征分布参数被检测出并判决后,则送出闭锁置“1”信号,其他非相关分布参数因素被检测出时,则不被认定为列车驶入区间或区间闭锁。

为了验证高频在钢轨上的传输特性,我们做了大量试验,以验证其衰减程度,表1为一些测到的数据。

表1　

原点10米20米30米50米60米实验室100K(Hz)有效值(V)01781151161141120197168 200K(Hz)有效值(V)0183016211621142112110718 500K(Hz)有效值(V)1138115421311911451118

1M(Hz)有效值(V)114115411611201840153710

3M(Hz)有效值(V)--211101*********—

5M(Hz)有效值(V)1180175013900122010901026—

从以上数据可以看出,在60米的范围内,1MH z 的信号的衰减已超过70%,这主要是钢轨的辐射和阻抗匹配造成的。

轨道电路的电能在传输过程中,主要存在道碴电阻和钢轨阻抗,它们的定义分别为:两条钢轨间有电位差存在,造成电流由一根钢轨经过枕木和道碴向另一根钢轨泄漏,使得两根钢轨之间形成许多并联着的泄漏通路,这些通路的电阻称为道碴电阻;钢轨阻抗包括钢轨电阻R和钢轨电感L。实际上钢轨阻抗只能通过多次实际测量来确定。在交流轨道电路中,由于集肤效应和轨条内外磁场形成的内外电感,使钢轨阻抗增大。

为了消除电感,我们在传输线上加上了1k的电容,但效果不太理想。由此可见,钢轨的辐射仍为主要原因。由此可见,高频信号的辐射仍为其主要特性。

另外,我们在铁路侧线上做了测试,侧线电阻为大于200MΩ,表面氧化且粗糙,加上1MH z信号,测得值为114v,当列车驶上时,其值变为016v,可见电阻对其影响不是很大,物理,机械及几何参数对其影响很大。我们还用驻波计进行了测试,由于环境限制。没有明显结果,但理论分析告诉我们列车驶过时,行波系数也将会有一定的变化。

3　结　论

由此验证了高频信号不适于在铁轨这样的单线有线线路上传输,不符合双导体导波传输系统。且其对于纯电阻不是很敏感。钢轨的长距离电磁辐射是其能量衰减的主要原因。

参考文献

[1]　黄志洵1微波传输理论及实用技术[M]1北京:科学出

版社,1996,11

[2]　简水生1通信线路原理[M]1北京:中国铁道出版社,

1984,11

[3]　林瑜筠1新型移频自动闭塞[M]1北京:中国铁道出版

社,1995,31

[4]　王利清,魏学业1基于DSP的轨道共享余轨道电路系

统的研究与实现[J]1铁道计算机应用,2001,71

[5]　步　兵,阎剑平,赵　明1基于无线通信技术的高速铁

路信号系统[J]1北方交通大学学报,1999,51

[6]　张锡弟1现代铁路信号技术与我国铁路信号的发展

[J]1哈铁科技通讯,1996,31

(上接第56页)

控制。(5)传感器采集到的车辆状态信息首先送至IEC D,经IEC D作相应处理后将各类状态信息以数据形式传送至机车,实现对各车辆的运用状态进行监测。

5　结束语

为保障长大货物列车的运营安全,减少脱轨、断钩等事故的发生,在实现我国铁路重载跨越式发展中,应尽量采用ECP制动系统。在长大货物列车制动系统中使用全新的ECP制动系统,利用基于单片机的智能型电控制动器作为车辆微机系统的控制核心,在实现列车中各车辆同步制动及同步缓解同时,司机还能及时了解车辆状况,使操纵变得简单、可靠。

参考文献

[1]　夏寅荪,吴培元,等1120型空气制动机[M]1北京:中

国铁道出版社,20001

[2]　那利和1电力机车制动机[M]1北京:中国铁道出版

社,20011

[3]　钱立新,汪志章,危　翔1货运重载技术[M],2004,11

[4]　R obert C1K ull1ECP制动在重载铁路上的运用[J]1国外

铁道车辆,2002,111

[5]　何力,谢宗瑜1提速货车制动系统方案研究[J]1铁道

车辆,2002,81

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中国测试技术

2005年1月