鐵路信號(hào)微機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)(以下簡稱微機(jī)監(jiān)測系統(tǒng))是保證行車安全、監(jiān)測信號(hào)設(shè)備狀態(tài)、發(fā)現(xiàn)信號(hào)設(shè)備隱患、分析信號(hào)設(shè)備故障原因、輔助故障處理、指導(dǎo)現(xiàn)場維修反映設(shè)備運(yùn)用質(zhì)量、提高電務(wù)部門維護(hù)水平和維護(hù)效率的重要行車設(shè)備。也即信號(hào)微機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)主要對信號(hào)設(shè)備的開關(guān)量及模擬量進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測，通過傳感器采集信號(hào)設(shè)備的信息2并送至監(jiān)測站機(jī)進(jìn)行分析、歸納，為電務(wù)人員進(jìn)行設(shè)備維修提供可靠依據(jù)。


作為鐵路信號(hào)設(shè)備室外三大件之一的道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測是其中尤為重要的一項(xiàng)內(nèi)容，通過與監(jiān)測站機(jī)相連的道岔傳感器實(shí)時(shí)采集道岔動(dòng)作電流，實(shí)時(shí)反映道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)的電氣特性，實(shí)現(xiàn)對道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)不間斷地24h監(jiān)測。

這種道岔傳感器屬于線性霍爾元件，為了實(shí)現(xiàn)對道岔動(dòng)作電流的實(shí)時(shí)測量，同時(shí)又不能影響道岔控制電路對道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)的控制，只能采用隔離耐壓效果好的霍爾元件進(jìn)行間接測量。這種道岔傳感器隔離徹底、響應(yīng)快、耐沖擊使用0~20mA電流源通過采樣電阻輸出0~ 5V標(biāo)準(zhǔn)電壓。

測量原理

半導(dǎo)體薄片置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場中，磁場方向垂直于薄片當(dāng)有電流Ic流過薄片時(shí)在垂直于電流和磁場的方向。上將產(chǎn)生電動(dòng)勢En，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。霍爾電勢E可用下式表示：E_H=K_HI_CB。


線性霍爾元件測量原理

見圖1當(dāng)被測電流I_IN流過原邊回路時(shí)，在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場H_IN，這個(gè)磁場被聚磁環(huán)聚集，并感應(yīng)給霍爾器件，使其有一個(gè)信號(hào)U_H輸出；這一信號(hào)經(jīng)放大器A放大，輸入到功率放大器中Q，₁Q₂中，這時(shí)相應(yīng)的功率管導(dǎo)通，從而獲得一個(gè)補(bǔ)償電流l_o ；由于此電流通過多匝繞組所產(chǎn)生的磁場H_o與原邊回路電流所產(chǎn)生的磁場H_IN相反因而補(bǔ)償了原來的磁場，使霍爾器件的輸出電壓U_H逐漸減小，最后當(dāng)I_o與匝數(shù)相乘N₂I_o所產(chǎn)生的磁場與原邊N₁I_IN所產(chǎn)生的磁場相等時(shí)，I_o不再增加，這時(shí)霍爾器件就達(dá)到零磁通檢測作用。

這一平衡所建立的時(shí)間在間在1μs之內(nèi)，這是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡過程即原邊回路電流I_IN的任何變化均會(huì)破壞這一平衡的磁場， 場失去平衡，霍爾元件就有信號(hào)輸出，經(jīng)過放大后，立即有相應(yīng)的電流流過副邊線圈進(jìn)行補(bǔ)償。因此從宏觀上看副邊補(bǔ)償電流的安匝數(shù)在任何時(shí)間都與原邊電流的安匝數(shù)保持相等，即N₁I_IN= N₂I_o所以I_IN= N₂I₂/N₁（I_IN為被測電流，即磁芯中初級(jí)繞組中的電流，NI為初級(jí)繞組的匝數(shù)I_o為補(bǔ)償繞組中的電流，N₂為補(bǔ)償繞組的匝數(shù))。由原、副邊匝數(shù)可知，只要測得補(bǔ)償線圈的電流I_o即可知道原邊電流I_IN，如原邊為導(dǎo)線穿心式，則N₁=1，I_IN=N₂I_O。

道岔電流工程測量方法

道岔傳感器采用線性霍爾元件，可監(jiān)測10A以內(nèi)的交、直流電流。通過對道岔動(dòng)作電流的實(shí)時(shí)監(jiān)測可分析判斷道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)的電氣特性、時(shí)間特性和機(jī)械特性。

直流道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)動(dòng)作電流監(jiān)測原理電路見圖2所示首先在直流道岔的動(dòng)作回路中選取采樣點(diǎn)工程上就是組合架側(cè)面端子05- 18。接著將道岔動(dòng)作電路回線穿入道岔傳感器(即ZD6電流采樣模塊)采樣圓孔，繞3圈后再連接至IDQJ(1道岔啟動(dòng)繼電器)這樣就可以隔離采集道岔動(dòng)作電流。再將采樣信號(hào)運(yùn)算放大精密整流、再運(yùn)算放大整理轉(zhuǎn)換成0~ 5V的標(biāo)準(zhǔn)。電壓，送入道岔采集機(jī)模擬量輸入板，經(jīng)選通送至CPU進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。再將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)(即電流曲線的數(shù)據(jù))暫存在道岔采集機(jī)存儲(chǔ)器里，當(dāng)站機(jī)發(fā)出命令索要數(shù)據(jù)時(shí)將一條 完整的道岔電流曲線數(shù)據(jù)送往站機(jī)處理。


運(yùn)用中常有幾組道岔同時(shí)動(dòng)作，為區(qū)分每個(gè)轉(zhuǎn)轍機(jī)的工作狀態(tài)和動(dòng)作電流保證實(shí)時(shí)監(jiān)測采集系統(tǒng)要求在每組道岔的動(dòng)作回路中均串入該傳感器。該道岔傳感器采用固態(tài)模塊，采樣信號(hào)整理放大電路集成在模塊里每個(gè)模塊有1路輸出至采集機(jī)。

工程設(shè)計(jì)

使用道岔傳感器就可方便的進(jìn)行道岔的測量工程中主要是對道岔、道岔傳感器以及測量電路進(jìn)行配線接線因此工程設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要是配線。一般直流道岔需要一個(gè)道岔傳感器 ，每三個(gè)為-組安裝在一塊道岔傳感器安裝板(簡稱DCB板)上。


交流道岔使用一個(gè)交流道岔傳感器安裝在一塊DCB板上。再根據(jù)車站站場的道岔組數(shù)確定道岔傳感器的數(shù)量。明確這些數(shù)量后，就可根據(jù)各道岔在組合架上的位置進(jìn)行工程配線設(shè)計(jì)了。例如某車站站場5號(hào)直流單動(dòng)道岔對應(yīng)組合架位置是13- 10找到該位置的組合配線側(cè)面端子為05- 18 ，從該端子上得到控制回線穿過道岔傳感器監(jiān)測孔后返回原電路接著從該傳感器模塊的輸出端引線到傳感器板插座號(hào)是DCB2板插座3上這樣就基本完成了對該5號(hào)道岔的監(jiān)測設(shè)計(jì)。


霍爾效應(yīng)的道岔傳感器，在不破壞原控制電路的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了對道岔動(dòng)作電流的全程監(jiān)測，并能測量和記錄動(dòng)作曲線、動(dòng)作時(shí)間通過分析這種動(dòng)作曲線，可以判斷道岔的故障趨勢，為鐵路現(xiàn)場信號(hào)設(shè)備維修縮短故障延時(shí)提供數(shù)據(jù)支持最終實(shí)現(xiàn)設(shè)備的狀態(tài)修節(jié)省了人員和物資需求。實(shí)踐證明這種傳感器應(yīng)用良好，是鐵路現(xiàn)場設(shè)備維修的好幫手。