что делает магнитоиндукционный датчик
Магнитоиндукционный датчик
И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 28.02.75 (21) 2109262/18-25 с присоединением заявки № (51) М. Кл.2 G 01N 27/72
ГОСУдоРстееииый комитет (23) П ио ите,г
Совета тттииистров СССР аа делам изобретений и открытий (53) УДК 621.317.44 (088.8) (43) Опубликовано 15.02.78, Бюллетень № G (45) Дата опубликования описания 20.02.78 (72) Авторы изобретения Ю. В. Селезнев, Н. С. Казаков, А. Я. Чернокоз и В. К. Чистяков
Владимирский политехнический институт (71) Заявитель (54) МАГНИТОИНДУКЦИОННЫЙ ДАТЧИК
Изобретение относится к области исследования физических свойств материалов и предназначено для измерения скачков индукции в ферромагнитных материалах при квазистатическом перемагничивании.
Известно устройство для измерения магнитной индукции (1), содержащее датчики Холла, расположенные по краям, примыкающим к магнитной цепи. Это устройство не позволяет измерять скачкообразные изменения индукции на поверхности образца.
Известен также индукционный датчик, представляющий собой П-образный потенциометр с ферритовым сердечником (2). ЭДС в измерительной обмотке такого датчика пропорциональна изменению индукции, и обеспечивается возможность регистрировать скачкообразные изменения индукции.
Однако вследствие нелинейной зависимости проницаемости датчика от величины поля, перемагннчивающего исследуемый образец, измерение величины скачка производится с большой погрешностью.
Наиболее близким техническим решением по конструктивным признакам к предлагаемому изобретению является устройство для испытания ферромагнитных материалов, содержащсе магнитный потенциометр, датчттк Холла и компенсационную обмотку (3).
Это устройство также не обеспечивает возможности измереппя величины скачка индукции.
Целью изобретения является повышение точности измерения кратковременных скачков индукции путем исключения влияния нелинейности магнитной проницаемости датчика.
Это достигается тем, что предлагаемый датчик содержит цепь отрицательной обратной связи по низкой частоте, включенную между датчиком Холла и компенсационной обмоткой потенциометра.
На предлагаемом чертеже представлена схема описываемого устройства.
15 Магнптоиндукционный датчик состоит из
П-образного сердечника 1, в теле которого расположен датчик Холла 2, измерительной 3 и компенсационной 4 обмоток, цепи 5 отрицательной обратной связи по низкой частоте.
20 Принцип работы датчика заключается в следующем. С преобразователя Холла сигнал, пропорциональный магнитному потоку, ответвляющемуся от образца по сердечнику потенциометра, поступает через цепь отрицатсль25 ной обратной связи по низкой частоте на компенсационную обмотку. Благодаря этому в компенсационной обмотке возникает ток, магнитное поле которого компенсирует поток в сердечнике. Поэтому медленные изменения
30 магнитной индукции образца в широких пре593131
Составитель Н. Шпиньков
Корректоры: О. Данишева и Л. Брахнина
Техред А. 1(амышникова
Заказ 38/19 Изд. ¹ 259 Тираж 1154 Подписное
Hl1O Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Типография, пр. Сапунова, 2 делах не приводят к перемагничиванию сердечника потенциометра, а следовательно, и к изменению его магнитной проницаемости.
При скачкообразных изменениях индукции обратная связь не обеспечивает компенсацию, так что на измерительной обмотке возникает сигнал, пропорциональный скачку индукции.
Таким образом, рассматриваемый магнитоиндукционный датчик обеспечивает повышение точности измерения скачкообразных изменений индукции.
Магнитоиндукционный датчик, содержащий магнитный потенциометр с ферромагнитным сердечником, датчиком Холла, измерительной и компенсационной обмотками, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности измерения кратковременных скачков ин5 дукции, он содержит цепь отрицательной обратной связи по низкой частоте, включенную между датчиком Холла и компенсационной обмоткой.
Источники информации, 10 принятые во внимание при экспертизе
1, Патент ГДР № 71813, кл. 21 е, «12 (G 01R), 1970.
2. Кифер И. И. Испытания ферромагнитных материалов. М., В. Ш., 1969.
15 3. Авторское свидетельство СССР №451030, кл. G 01R 33/12, 1975.
Датчик электронный магнитоиндукционный ДЭМ, ДЭМ-1, ДЭМ С
Датчик электронный
Магнитоиндукционный ДЭМ, ДЭМ-1, ДЭМ С
Техническое описание и инструкция по эксплуатации
1 ВВЕДЕНИЕ
1.1 Настоящее техническое описание и инструкция по эксплуатации предназначены для ознакомления с устройством, монтажом и обслуживанием датчика электронного магнитоиндукционного ДЭМ, ДЭМ С, ДЭМ-1 (в дальнейшем – датчик)
1.2 Надежность работы и срок службы во многом зависят от правильной эксплуатации, поэтому перед монтажом и пуском датчика в эксплуатацию необходимо внимательно ознакомиться с настоящим техническим описанием и техническим описанием МП2.786.026 ТО на тахометр электронный ТЭ-Д.
1.3 В связи с постоянной работой по совершенствованию датчика в его конструкцию могут быть внесены незначительные изменения, неотраженные в настоящем издании.
2.1 Датчик предназначен для преобразования частоты вращения частей машин и механизмов в электрический сигнал с частотой пропорциональной частоте вращения.
2.2 Датчик рассчитан на работу на транспортных средствах, судах, дизель-генераторах.
2.4 По устойчивости к воздействиям окружающей среды датчик имеет общеклиматическое исполнение.
Датчик не может быть установлен в условиях агрессивных сред, воздействующих на элементы электронного блока, а также на защитные гальванические и лакокрасочные покрытия датчика.
3 ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ
3.1 Нижний предел частоты вращения приводного вала – 100 r/min.
3.2 Верхний предел частоты вращения приводного вала – 5000 r/min.
3.3 Датчик питается от источника стабилизированного тока показывающего прибора ТЭ-Д. Величина тока питания от 30 до 86 mА – для ДЭМ, от 30 до 130 mА – для ДЭМ-1 и от 30 до 37 mА – для ДЭМ С при максимальном напряжении (1262) V.
3.4 Датчик ДЭМ, ДЭМ С выдает 60, ДЭМ-1 выдает 30 импульсов за один оборот вала со следующими параметрами:
1) уровень логического «0» не более 3 V;
2) уровень логической «1» не менее 10 V;
3) длительность импульса на уровне логической «1» не менее 30 ms;
4) длительность паузы на уровне логического «0» не менее 30 ms.
3.5 Датчик работоспособен при:
1) воздействии синусоидальной вибрации с частотой Нz при ускорении до 100 m/s2, с частотой 5-500 Hz при ускорении до 50 m/s2;
2) температуре окружающей среды от минус 40 до плюс 80 0С (ДЭМ, ДЭМ-1) и от минус 40 до плюс 100 0С (ДЭМ С);
3) относительной влажности окружающего воздуха до 100 % при температуре 35 0С.
3.6 Датчик должен работать при удалении от показывающего прибора ТЭ-Д на расстоянии не более 70 m.
Сопротивление каждого провода, соединяющего датчик с показывающим прибором ТЭ-Д, должно быть не более 2 V.
3.7 Масса датчика 0,7 kg.
4 устройство и работа датчика
4.1 Конструкция датчика
Конструкция датчика показана на рис.1.
Датчик представляет собой устройство бесконтактного преобразования вращения вала датчика в электрический сигнал, частота которого пропорциональна скорости вращения вала датчика.
Передача вращения на вал датчика осуществляется через упругий хвостовик 1, скрепленный с валом датчика 2 (см. рис.1). Упругий хвостовик компенсирует перекосы, которые могут возникать при монтаже.
Вал датчика консольно закреплен на подшипниках 3 в крышке 4. Подшипники смазываются смазкой ЦИАТИМ –221 ГОСТ 9433-80.
На вал насажен зубчатый диск 5.
Катушка индуктивности датчика размещена в корпусе 6 под крышкой 7.
В задней крышке 10 закреплена плата усилителя-формирователя 8.
Электрическое соединение датчика с показывающим прибором ТЭ-Д осуществляется розеткой 9.
4.2 Принцип работы датчика
Структурная схема датчика приведена на рис.2.
Вращение диска вызывает изменение магнитного потока через катушку датчика, в результате чего в катушке наводится переменное напряжение с частотой пропорциональной скорости вращения вала. Наведенное напряжение поступает на вход усилителя и преобразуется в импульсную последовательность. Импульсы с выхода усилителя поступают на вход формирователя длительности и частоты импульсов. В формирователе импульсов датчика ДЭМ, ДЭМ С происходит удвоение частоты импульсов. В формирователе импульсов датчика ДЭМ-1 частота остается неизменной. Выходной сигнал формирователя импульсов управляет работой электронного ключа.
5 размещение и монтаж
5.1 Вставить хвостовик в гнездо приводного вала объекта, а цилиндрический выступ на передней крышке в кольцевую впадину на приводе и закрепить болтами, которые затем законтрить.
5.2 Монтаж соединительных проводов
Присоединение проводов к датчику производить через розетку соединителя (см. рис.3).
Для крепления проводов к гильзам 3 розетки отвернуть гайку 2, гайку 5 и ослабить два винта 8. Продеть монтажные провода через уплотнительную втулку 6, гайку 5 и патрубок 4. Концы проводов зачистить на длину (6 + 1) mm, облудить, вставить в гильзы до упора и припаять к контактам розетки.
Собрать розетку в последовательности, обратной разборке.
Для того, чтобы провода были плотно закреплены, зажать их прижимами 7 с помощью винтов 8. Для предотвращения самоотвертывания накидной гайки 1 законтрить ее проволокой диаметром 0,5 mm через отверстия, имеющиеся в ней и в гайке 2.
Габаритные размеры датчика приведены на рис.4.
6 техническое обслуживание
Техническое обслуживание включает в себя осмотр внешнего вида датчика, проверку крепления датчика, а также состояние и крепление соединителя и подводящих проводов.
7 правила хранения и транспортирования
7.1 Датчики следует хранить в упаковке изготовителя в сухом вентилируемом помещении при температуре от 5 до 40 0С, с относительной влажностью до 80 % при отсутствии коррозионной среды, тряски и вибрации.
7.2 Транспортирование датчиков производится в закрытом транспорте любого вида при температуре окружающего воздуха от минус 60 до плюс 60 0С.
7.3 В зимнее время распаковка датчиков производится в отапливаемом помещении. Для исключения оседания влаги на датчиках ящики следует открывать после того, как датчики примут температуру окружающего воздуха.
Габаритные размеры датчика
Схема соединения датчика ДЭМ, ДЭМ-1, ДЭМ С с показывающим
Рис. 5 – Четырехпроводная схема соединения
Рис. 6 – Трехпроводная схема соединения
Схема соединения датчика ДЭМ, ДЭМ-1 с показывающими
Индуктивный датчик: принцип работы, схемы подключения, характеристики
В современных станках и высокоточном оборудовании, где важно контролировать положение конструктивных элементов устанавливается индуктивный датчик. Для чего применяется данное устройство, какие разновидности и способы подключения существуют, как оно работает, мы рассмотрим в данной статье.
Назначение
Индуктивный датчик предназначен для контроля перемещения рабочего органа без непосредственного контакта с ним. Основной сферой применения для него является станочное оборудование, точные медицинские приборы, системы автоматизации технологических процессов, измерения и контроля формы изделия. В соответствии с положениями п.2.1.1.1 ГОСТ Р 50030.5.2-99 это датчик, который создает электромагнитное поле в области чувствительности и обладает полупроводниковым коммутатором.
Сфера применения индуктивных датчиков во многом определяется их высокой надежностью и устойчивостью к воздействию внешних факторов. На их показания и работу не влияют многие факторы окружающей среды: влага, оседание конденсата, скопление пыли и грязи, попадание твердых частиц. Такие особенности обеспечиваются их устройством и конструктивными данными.
Устройство
Развитие сегмента радиоэлектроники привело не только к совершенствованию первоначальных механизмов, но и к возникновению принципиально новых индуктивных датчиков. В качестве примера рассмотрим один из простейших вариантов (рисунок 1):
Рис. 1. Устройство индуктивного датчика
Как видите на рисунке, в его состав входят:
Принцип работы
Принцип действия индуктивного датчика заключается в способности электромагнитного поля изменять свои параметры, в зависимости от значения магнитной проводимости на пути протекания потока. В основе его работы лежит классический вариант катушки, намотанной на сердечник.
При протекании электрического тока I по виткам этой катушки генерируется магнитное поле (см. рисунок 2), результирующий вектор магнитной индукции B которого определяется по правилу Правой руки. При движении магнитного поля по сердечнику, ферромагнитный материал обеспечивает максимальную пропускную способность. Но, как только линии магнитной индукции попадают в воздушное пространство, магнитная проводимость существенно ухудшается и часть поля рассеивается.
Рис. 3. Магнитное поле при введении объекта срабатывания
При внесении в область действия поля индуктивного датчика объекта срабатывания (рисунок 3), изготовленного из металла, напряженность линий индукции резко изменяется. В результате чего усиливается поток и меняется его значение, а это, в свою очередь, приводит к изменению электрической величины в цепи катушки за счет явления взаимоиндукции. На практике этот сигнал слишком мал, поэтому для расширения предела измерения индуктивного датчика в их схему включается усилитель.
Расстояние срабатывания и объект воздействия
В зависимости от конструкции и принципа действия индуктивного датчика объект воздействия может иметь вертикальное или горизонтальное перемещение относительно самого измерителя. Однако реакция сенсора на начало движения контролируемого объекта может начинаться не сразу, что обуславливается номинальным расстоянием, при котором обеспечивается зона чувствительности датчика и техническими параметрами объекта.
Рис. 4. Область и объект срабатывания
Как видите на рисунке 4, в первом положении контролируемый объект находится на таком удалении, где электромагнитные линии не достигают его поверхности. В таком случае с индуктивного датчика сигнал сниматься не будет, так как он не фиксирует перемещения в зоне чувствительности. Во втором положении контролируемый объект уже пересек расстояние срабатывания и вошел в чувствительную зону. В результате взаимодействия с объектом на выходе датчика появится соответствующий сигнал.
Также расстояние срабатывания будет зависеть от геометрических размеров, формы и материала. Следует заметить, что в качестве объекта срабатывания индуктивного датчика применяются только металлические предметы, но от конкретного типа будет отличаться и момент перехода датчика в противоположное состояние, что изображено на диаграмме:
Рис. 5. Зависимость расстояния срабатывания от материала
На практике существует огромное разнообразие индуктивных датчиков, всех их можно разделить на две большие категории, в зависимости от рода питающего тока – переменного и постоянного. В зависимости от состояния контактов в соответствии с таблицей 1 р.3 ГОСТ Р 50030.5.2-99 индуктивные датчики бывают:
По количеству измерительных цепей индуктивные датчики подразделяются на одинарные и дифференциальные. Первый из них обладает одной катушкой и одной цепью измерения. Второй тип подразумевает наличие двух сенсоров, измерительные цепи которых включаются в противофазу для сравнения показаний.
Рис. 6. Одинарый и дифференциальный датчик
По способу передачи данных индуктивные датчики подразделяются на аналоговые, электронные и цифровые. В первом случае применяются те же катушки и ферромагнитные сердечники. Электронные используют триггер Шмидта вместо ферромагнетиков для получения гистерезисной составляющей. Цифровые выполняются в формате печатных плат на микросхемах. Помимо этого виды подразделяются по количеству выводов датчика: два, три, четыре или пять.
Характеристики (параметры)
При выборе индуктивного датчика для решения конкретной задачи руководствуются параметрами цепи, в которых он будет функционировать и основной логикой схемы. Поэтому обязательно проверяется соответствие их параметров:
Примеры подключения на схемах
Конструктивные особенности индуктивных датчиков определяют количество их выводов и способ дальнейшего подключения. В виду того, что существует четыре наиболее распространенных типа, рассмотрим примеры схем их подключения.
Двухпроводных датчиков индуктивности
Как видите на схеме выше, двухпроводные индуктивные датчики применяются исключительно для непосредственной коммутации нагрузки: контакторов, пускателей, катушек реле в качестве электронного выключателя. Это наиболее простая схема и модель, но работа конкретной модели сильно зависит от параметров подключаемой нагрузки.
Трехпроводных датчиков индуктивности
В трехпроводной схеме присутствует два вывода на питание самого индуктивного датчика, а третий, предназначен для подключения нагрузки к нему. По способу коммутации их подразделяют на PNP и NPN, первый вид коммутирует положительный вывод, откуда и происходит название, второй тип коммутирует отрицательный вывод.
Четырехпроводных датчиков индуктивности
По аналогии с предыдущим датчиком, четырехпроводный также использует два вывода 1 и 3 для получения питания. А вот 2 и 4 вывод используется для подключения нагрузки с той разницей, что коммутация для обеих нагрузок будет противоположной.
Пятипроводных датчиков индуктивности
В пятипроводном индуктивном датчике два вывода применяются для подачи напряжения на чувствительный элемент датчика, в рассматриваемом примере это 1 и 3. Два вывода 2 и 4 подают питание на разные нагрузки, а управляющий вывод 5 позволяет выбирать различные режимы работы и менять логику переключений.
Преимущества и недостатки
В сравнении с другими типами сенсорных устройств индуктивные датчики продолжают занимать весомую нишу, наращивая темпы внедрения в различные сферы промышленности и отрасли народного хозяйства. Такое частое применение объясняется рядом весомых преимуществ:
Но, вместе с тем, существуют и недостатки индуктивных датчиков, которые не позволяют использовать их повсеместно. Среди наиболее существенных минусов являются громоздкие размеры, не позволяющие монтировать их в любых устройствах. Также к недостаткам относится зависимость параметров работы от температурных и других факторов, вносящих поправку на точность.
[Статья] Элементы автоматики и телемеханики
Применяемые с системах железнодорожной автоматики и телемеханики датчики в зависимости от их функционального назначения можно разделить на две группы: информационные и датчики импульсов.
Информационные датчики в зависимости от характера (вида) информации, представляемой выходными сигналами, можно разделить на датчики состояния и параметрические датчики.
Датчики состояния формируют информацию о состоянии объектов управления и контроля в виде «объект включен — объект выключен», «участок занят — участок свободен», «сигнал есть — сигнала нет», «параметр в норме — параметр не в норме», «объект исправен — объект неисправен» и т.п. К этому классу относятся рельсовые цепи, датчики прохода колес и датчики контроля габарита подвижного состава, датчики наличия транспортных средств в зоне контроля, различные пороговые датчики, реагирующие на достижение контролируемыми параметрами определенных (пороговых) значений, и др. Простейшим информационным датчиком является электромагнитное реле.
Параметрические (измерительные) датчики формируют информацию о значениях параметров объектов управления и контроля. К этому классу относятся измерители скорости, веса, температуры, различных электрических параметров и др.
Датчики импульсов формируют (вырабатывают) сигналы, необходимые для работы различных устройств автоматики и телемеханики. К этому классу относятся маятниковые трансмиттеры, кодовые путевые трансмиттеры, генераторы импульсов и др.
Выходная информация датчиков, используемых в системах железнодорожной автоматики и телемеханики, представлена в виде электрических сигналов. В зависимости от способа преобразования входной информации, иначе говоря, в зависимости от вида (физической природь() входных сигналов датчики можно классифицировать.
Среди магнитньос датчиков можно выделить индуктивные и индукционные. Принцип действия индуктивных датчиков заключается в изменении индуктивности (коэффициента самоиндукции) катушки с сердечником вследствие изменения магнитного сопротивления ее магнитной цепи. Магнитное сопротивление изменяется либо при воздействии ферромагнитной массы колеса (оси), либо в результате изменения значения силы электрического тока, создающего магнитное поле. Принцип действия индукционных датчиков основан на явлении электромагнитной индукции: при воздействии ферромагнитной массы колеса на связующее магнитное поле изменяется значение магнитного потока, в результате чего в катушке с сердечником индуцируется ЭДС. Индукционные датчики, получившие наибольшее распространение в системах ЖАТ, имеют две основные разновидности — магнитоиндукционные и индукционные электромагнитные. У магнитоиндукционных датчиков связующее магнитное поле постоянное, его источником является постоянный магнит. У индукционных электромагнитных датчиков связующее магнитное поле переменное, его источником является источник переменного напряжения (тока). По принципу построения схем обработки выходных сигналов индукционные электромагнитные датчики называют датчиками дифференциально-трансформаторного типа В зависимости от способа коммутации электрических цепей датчики можно разделить на контактные и бесконтактные.
Датчики также можно разделить на пассивные (для работы датчика необходим внешний источник питания) и активные (датчик работает без внешнего источника питания).
Рассмотрим устройство и принципы работы некоторых датчиков, широко используемых в системах и устройствах СЦБ.
Датчики прохода колес применяются в системах, где требуется подсчет количества осей подвижного состава — в устройствах контроля подвижного состава на ходу поезда (ПОНАБ, ДИСК, КТСМ), устройствах автоматизации сортировочных горок, а также в системах контроля свободного состояния участков пути методом счета осей (УКП СО, ЭССО). Датчик устанавливается внутри колеи на подошве рельса и вырабатывает электрический сигнал при проходе колесной пары через контрольную точку — точку установки датчика (при проходе колеса над датчиком). В системах контроля подвижного состава на ходу поезда [44] применяются в основном датчики магнитоиндукционного типа ПБМ-56, ДМ-88, ДМ-95М, ДМ-99, ШМП-93, реже — датчики автогенераторного типа Д50 и датчики электронные ДАС; на сортировочных горках [56,57] — ПБМ-56 и датчики ДП50-80, а также индуктивно-проводные датчики ИПД; в системе УКП СО — датчики ДПЭП [59]; в системе ЭССО — датчики ДПВ-02 [23] (три последних датчика — индукционные электромагнитные).
Магнитоиндукционный датчик (рис. 3.1) состоит из магнитной головки 4w крепежного устройства 5. Внутри магнитной головки на стальном основании установлена катушка 2 с находящимся внутри нее постоянным магнитом 3. При установке расстояние от головки рельса 7 до датчика выбирается таким, чтобы при проходе колеса воздушный зазор между гребнем и магнитом был минимальным, но достаточным для исключения механического контакта даже при максимально возможном прокате колеса. Конструкция датчика исключает перемещения магнита внутри катушки от действия вибрации при проходе поезда, что обеспечивает малый уровень помех датчика.
Датчик работает следующим образом. При отсутствии колеса в зоне установки датчика (рис. 3.1, а) магнитный поток Ф постоянного магнита замкнут через крепежное устройство, рельс и воздушный зазор между головкой рельса и одним из полюсов. При проходе гребня колеса 6в воздушном зазоре (рис. 3.1, б) происходит изменение магнитного потока следующим образом: сначала, когда ве-личина воздушного зазора уменьшается, магнитный поток увеличивается и достигает своего максимального значения в момент нахождения центра колеса над центром датчика; затем, когда величина воздушного зазора увеличивается, магнитный поток уменьшается и достигает исходного значения в момент выхода колеса из воздушного зазора (из зоны действия датчика).
При возрастании магнитного потока в кагушке индуцируется ЭДС, создающая импульс напряжен™ колоколообразной формы положительной полярности; при убывании магнитного потока индуцируемая в катушке ЭДС создает импульс напряжения отрицательной полярности. Амплитуда и длительность выходных сигналов датчика определяются скоростью изменения магнитного потока (т.е. скоростью движения колеса): амплитуда импульса прямо пропорциональна, а длительность импульса обратно пропорциональна скорости движения колеса. Выходной сигнал датчика поступает на исполнительный элемент (обозначенный ИЭ на рис. 3.1), который при воздействии импульса положительной полярности вырабатывает сигнал прохода колесной пары, а при воздействии импульса отрицательной полярности возвращается в исходное состояние.
Конструктивное исполнение датчиков ДМ-88, ДМ-95М, ДМ-99 (датчик магнитный) и ШМП-93 (датчик Штанке магнитный помехоустойчивый) показано на рис. 3.2. Датчик ШМП-93 отличается от других датчиков наличием в магнитной головке двух катушек с магнитами.
Принцип действия датчиков автогенераторного типа Д50 основан на срыве автогенерируемых колебаний при заходе колеса в зону чувствительности датчика (250— 300 мм над центром датчика).
Электронные датчики ДАС (датчик адаптирующийся считывающий), ДАС-А (датчик адаптирующийся считывающий, аналоговый) и ДАС-А+ (датчик адаптирующийся считывающий, аналоговый, положительной полярности) имеют рад отличительных особенностей.
Внутри магнитной головки датчика находится электронная схема, залитая специальным компаундом. Основными элементами электронной схемы являются высокостабильный питающий генератор с частотой 65 кГц, индуктивный чувствительный мост, пороговое устройство и система
адаптации к условиям окружающей среды. Подключение питающего генератора к индуктивному мосту и подключение чувствительной диагонали моста к пороговому устройству осуществляется через согласующие трансформаторы.
При проходе колеса в зоне действия датчика происходит разбалан-сирование моста, вызванное изменением индуктивности его активных катушек и потерями на вихревые токи, возникающие в колесе. Срабатывает пороговое устройство и формирует на выходе датчика импульс отрицательной (прямоугольный у ДАС и колоколообразный у ДАС-А) или положительной (колоколообразный у ДАС-А+) полярности.
Индукционный электромагнитный (дифференциально-трансформаторный) датчик ДП50-80 (рис. 3.3) состоит из магнитной головки 7, регулировочных прокладок 2, платформы 4 и крюкового болта 6.
Внутри магнитной головки установлены два стержневых магнито-провода — сигнальный 2 и компенсирующий 5 с обмотками соответственно wlc, w2c и w1k, w2k.
При проходе гребня колеса 8 в воздушном зазоре (рис. 3.3, б) происходит увеличение магнитного потока Фс. В результате увеличивается ЭДС, наводимая в обмотке w^, и на выходе преобразователя сигналов появляется сигнал наличия колеса в зоне установки датчика.
Устройство индукционного электромагнитного датчика ДПЭП показано на рис. 3.4. Внутри магнитной головки датчика (магнитная головка и элементы крепления датчика к рельсу на рис. 3.4 не показаны) установлены индуктор 5, расположенный параллельно рельсу б, и четыре катушки 1—4с одинаковым числом витков. Катушки расположены над индуктором, причем катушки / и 2 находятся дальше от рельса, чем катушки 3 и 4.
Источник питания ИП (напряжение 24—42 В, частота 71,4 кГц) генерирует ток, который, протекая по индуктору, создает переменное магнитное поле. Магнитные потоки, замкнутые через головку рельса, воздушные зазоры и сердечники катушек, наводят ЭДС в обмотках катушек. Выходные сигналы датчика поступают на схемы выделения полезных сигналов ПС1 (от катушек 1 и 3) и ПС2 (от катушек 2 и 4). Так как катушки / (2) и 3 (4) расположены на различных расстояниях от рельса, то наводимые в них ЭДС различны, но схемы ПС1 и ПС2 настроены таким образом, что при отсутствии колеса в зоне установки датчика сигналы на их выходах равны нулю.
При проходе гребня колеса над катушкой уменьшается воздушный зазор и происходит увеличение магнитного потока. В результате увеличивается ЭДС, наводимая в катушке, и на выходе соответствующей схемы (ПС1 или ПС2) появляется сигнал наличия колеса. Наличие двух пар катушек в датчике позволяет определять направление движения поезда.
Внутри магнитной головки индукционного электромагнитного датчика ДП В-02 системы ЭССО расположены две пары катушек. Обмотки катушек включены встречно для компенсации ЭДС, наводимых тяговым током. Переменным током источника питания в обмотках наводится ЭДС, изменяющаяся при прохождении гребня колеса над катушкой. Для определения направления движения поезда частоты токов, наводящих ЭДС в каждой паре катушек, различны (50 и 150 кГц).
Устройство датчиков дифференциально-трансформаторного типа позволяет осуществлять контроль их положения относительно рельса: смещение датчика вызовет изменение значений магнитных потоков, а следовательно, и изменение уровня сигнала расстройки, что приведет к появлению на выходе схемы преобразования (выделения) отличного от нуля сигнала.
Датчик индуктивного типа представляет собой катушку со стальным сердечником, помещенную в корпус из немагнитного материала. Датчик крепится вплотную к рельсу — под подошвой или к шейке. Датчик работает следующим образом. Ток, протекающий по рельсу, создает магнитное поле, магнитный поток которого индуцирует в катушке ЭДС. Значение ЭДС, а следовательно, уровень выходного сигнала датчика, пропорционально значению силы тока, протекающего по рельсу. Выходной сигнал датчика подается на исполнительный элемент, который включается или выключается в зависимости от уровня сигнала. На рис. 3.5 показана установка индуктивного путевого датчика ДИПЗ-800 [42], используемого в устройствах контроля заполнения путей на сортировочных горках.
Индуктивно-проводной датчик ИПД применяется на сортировочных горках для определения состояния (свободное или занятое) контрольных предстре-лочных участков и для обнаружения отцепов в системе контроля заполнения путей парка формирования поездов (подгорочного парка) [57]. Составными частями ИПД (рис. 3.6) являются электронный блок 7, установленный в трансформаторном ящике типа ТЯ-2, и шлейф 2, расположенный внутри колеи. Шлейф подключен к входу электронного блока, к выходу электронного блока подключено контрольное реле ИП, расположенное в релейном помещении.
ИПД работает следующим образом. Генератор гармонических колебаний, входящий в состав электронного блока, вырабатывает сигнал на определенной частоте. При свободном контролируемом участке электронный блок формирует и подает сигнал управления (напряжение, достаточное для притяжения якоря) на обмотку реле ИП, которое встает под ток. Шлейф, подключенный к входу генератора гармонических колебаний, является чувствительным элементом датчика. При вступлении подвижной единицы на контролируемый участок колесные пары и рельсы образуют короткозамкнутый виток, который является нагрузкой генератора. В результате изменяются частота и амплитуда сигнала, вырабатываемого генератором, и электронный блок прекращает подачу напряжения на обмотку реле ИП, которое отпускает якорь.
На сортировочных горках также применяются оптические и радиотехнические датчики обнаружения подвижных единиц, фиксирующие факт нахождения подвижной единицы в определенной зоне контролируемого участка [56,57].
Структурная схема оптического датчика — фотоэлектрического устройства (ФЭУ), показана на рис. 3.7. Основными элементами ФЭУ являются: источник излучения 1 — осветитель, состоящий из питающего трансформатора, осветительной (светофорной) лампы и линзы; фотодатчик 4 на основе фоторезистора; схема управления 5; исполнительный элемент 6.
При отсутствии подвижной единицы в зоне контроля 3 (рис. 3.7, а) световой поток 2 (направленный луч света) осветителя воспринимается фотодатчиком 4. Через фоторезистор протекает ток, и схема управления вырабатывает сигнал включения исполнительного элемента. При перекрытии подвижной единицей 7 светового луча (рис. 3.7, б) освещенность фоторезистора резко уменьшается, протекание тока через него прекращается и схема управления 5 выключает исполнительный элемент 6, фиксируя занятость контролируемого участка.
У фотоэлектрических устройств в качестве источника излучения могут использоваться излучатели волн в различных диапазонах, например, маломощные лазеры или генераторы инфракрасного излучения.
Радиотехнические датчики обнаружения подвижных единиц работают в сверхвысокочастотном (СВЧ) диапазоне электромагнитных волн. Основными элементами датчика типа РТД-С (рис. 3.8) являются: передающий модуль в составе генератора 1 модулирующего сигнала, генератора СВЧ-колебаний 2 (частотой 9,8 ГГц) и передающей антенны 3; приемный модуль в составе приемной антенны 6, усилителя-ограничителя 7 и устройства фиксации 8.
Установка РТД-С может производиться по одноканальному (рис. 3.8, а—г) или двухканальному (рис. 3.8, д—з) вариантам следующим образом. На рис. 3.8, я, б показана установка передающего и приемного модулей с разных сторон контролируемого участка пути 5. В этом случае при свободном участке (рис. 3.8, а) сигнал 4, излучаемый передатчиком, воспринимается приемником. Устройство фиксации вырабатывает выходной сигнал 9, соответствующий свободному состоянию участка. При вступлении подвижной единицы 10 в зону действия датчика сигнал от передатчика к приемнику не проходит, в результате чего устройство фиксации вырабатывает выходной сигнал, соответствующий занятому состоянию участка.
На рис. 3.8, в, г показана установка передающего и приемного модулей по одну сторону контролируемого участка пути. В этом случае занятое состояние участка (рис. 3.8, г) фиксируется при восприятии приемником сигнала, отраженного от подвижной единицы. При свободном участке сигнал, излучаемый передатчиком, на вход приемника не поступает.
На рис. 3.8, д, е показан двухканальный вариант с использованием одного передающего и двух приемных модулей, установленных по разные стороны контролируемого участка пути. На рис. 3.8, ж, з показан двухканальный вариант с использованием одного передающего и двух приемных модулей, установленных с одной стороны контролируемого участка пути. В обоих случаях состояние участка (выходной сигнал 12) определяется решающим устройством 11 по результатам обработки сигналов, вырабатываемых устройствами фиксации обоих приемных модулей.
На сортировочных горках в качестве датчиков скорости движения отцепов по тормозным позициям используются радиолокационные измерители скорости (РИС) РИС-В2 [42], РИС-ВЗ, РИС-ВЗМ [57]. Принцип действия РИС основан на использовании эффекта Допплера, сущность которого в том, что сигнал (электромагнитные колебания), отраженный от движущегося объекта, изменяет свою частоту на значение, пропорциональное скорости движения.
РИС работает следующим образом. Приемопередающий модуль генерирует электромагнитные колебания в СВЧ-диапазоне (частотой 37,5 ГГц) и при помощи антенны излучает их в направлении движущеюся объекта. Эта же антенна воспринимает отраженный от объекта сигнал, который выделяется приемопередающим модулем и обрабатывается модулем обработки. По разности частот переданного и принятого сигналов определяется скорость движения объекта.
Радиолокационные датчики также используются в качестве датчиков обнаружения транспортных средств на переездах, оборудованных устройствами заграждения УЗП [27]. Датчики производят ультразвуковую локацию зон крышек устройства заграждения с последующей обработкой отраженных сигналов. Основными элементами датчика являются ультразвуковой пьезокерамический преобразователь, генератор зондирующих импульсов, усилитель отраженных сигналов и схема временной обработки этих сигналов, выделяющая только сигналы, отражающиеся от предметов, находящихся в контролируемой зоне.
Устройства контроля схода подвижного состава УКСПС предназначены для обнаружения в составе поезда сошедших с рельсов колесных пар или свисающих частей, выходящих за пределы нижнего габарита и способных повредить элементы пути или напольное оборудование (стрелочные электроприводы, светофоры, путевые ящики).
Напольный датчик УКСПС (рис. 3.9, а) является датчиком механического типа и конструктивно состоит из пяти металлических кронштейнов с полками (уголков), расположенных снаружи (1,5) и внутри (2, 3, 4) рельсовой колеи на деревянной шпале или на специальной платформе б, установленной в межшпальном пространстве.
Исполнительным элементом, фиксирующим состояние датчика, является контрольное реле КС, которое получает питание от источника 7 по цепи, проходящей через все пять уголков. При механическом воздействии элементов подвижного состава (ударе) происходит излом кронштейна, что приводит к разрыву цепи питания контрольного реле. Реле отпускает якорь, чем фиксируется срабатывание датчика УКСПС.
Существенным эксплуатационным недостатком датчика УКСПС является необходимость его восстановления после каждого срабатывания (механического воздействия), что требует значительных временных затрат, связанных с прибытием обслуживающего персонала к месту установки перегонного оборудования.
С целью устранения этого недостатка разработаны и внедряются на сети железных дорог устройства контроля нарушения нижнего габарита подвижного состава многоразового действия СКВП-2 [28].
Датчик устройства САЖ7-2 также является датчиком механического типа, но в отличие от датчика УКСПС не разрушается при механическом воздействии на него. Датчик (рис. 3.9, б) состоит из чувствительных элементов 2, вырабатывающих электрические сигналы при механическом воздействии на них (ударе) и защищенных от разрушения металлической пластиной 1.
К датчикам механического типа также относятся весомеры [57], применяющиеся на сортировочных горках для определения весовых категорий отцепов. Основными элементами весомера являются взвешивающий элемент (шарнирный мостик), рычажная система, контактная система, содержащая шесть пар контактов, возвратная пружина. Принцип действия весомера состоит в следующем. При проходе колеса по взвешивающему элементу последний прогибается и приводит в движение рычажную систему, которая воздействует на контактную систему. В зависимости от глубины прогиба, определяющейся усилием нажатия колеса на взвешивающий элемент, замыкаются от одной до шести пар контактных пружин, фиксируя весовую категорию отцепа. В исходное положение рычажная система весомера возвращается под действием возвратной пружины.
Кроме рассмотренных, в системах и устройствах СЦБ используются другие информационные датчики различных типов и различного функционального назначения [42] — датчики температуры, скорости, напряжения и др.
В качестве датчиков импульсов в системах и устройствах СЦБ широко используются маятниковые и кодовые путевые трансмиттеры.
Маятниковые трансмиттеры (МТ) вырабатывают равномерные импульсы тока. Устройство маятникового трансмиттера показано на рис. ЗЛО, а. Основными элементами МТ являются магнитопровод 1 с двумя обмотками 2, ось 11 с закрепленными на ней якорем 3, маятником 6 и кулачковыми шайбами 8—10, контакты (управляющий УК и рабочие 31-32,41-42).
В исходном (выключенном) состоянии трансмиттера якорь находится в положении 3 (ось якоря смещена относительно магнитной оси Ml—М2), маятник неподвижен (в нижнем положении 6), шайба £ замыкает контакт УК, контакты 31-32,41-42 разомкнуты. При подаче на обмотки МТ постоянного напряжения 12 или 24 В от источника 72 якорь под действием сил магнитного поля поворачивается против часовой стрелки так, что его ось совпадает с магнитной осью Ml—М2 (положение 4). Вместе с якорем поворачивается ось трансмиттера, в результате чего маятник начинает движение вправо, а шайба £ размыкает контакт УК, разрывая цепь питания трансмиттера. Маятник продолжает движение по инерции до крайнего правого положения (положение 5). Затем под действием силы тяжести маятник начинает движение в обратном направлении, поворачивая ось с якорем и шайбами по часовой стрелке. Якорь возвращается в положение 3. В момент, когда маятник находится в нижнем положении (положение 6), шайба # замыкает контакт УК, включая цепь питания трансмиттера. Возникающие при этом силы магнитного поля замедляют движение маятника. Якорь не поворачивается в положение 4, так как ось под действием веса маятника поворачивается в противоположную сторону. После остановки в крайнем левом положении (положение 7) маятник начинает обратное движение. В момент, когда маятник находится в нижнем положении (положение 6), шайба Попять замыкает контакт УК, включая цепь питания трансмиттера, в результате чего якорь опять поворачивается в положение 4,.
Таким образом, маятник, каждый раз проходя нижнее положение при движении против часовой стрелки, получает ускоряющее усилие, т.е. при подаче на обмотки МТ питающего напряжения устанавливаются незатухающие колебания маятника. При вращении оси замыкаются и размыкаются рабочие контакты 31-32 и 41-42, через которые импульсы тока поступают в схемы устройств СЦБ.
В настоящее время применяются маятниковые трансмиттеры двух типов [41]: МТ-1 (МТ-1М) — для питания импульсных рельсовых цепей постоянного тока; МТ-2 (МТ-2М) — для включения мигающего режима горения ламп светофоров. Диаграмма импульсов трансмиттеров МТ-1 (МТ-1М) показана на рис. 3.10, б, трансмиттеров МТ-2 (МТ-2М) — на рис. 3.10, в.
Кодовые путевые трансмиттеры (КПТ) разделяются на контактные и бесконтактные.
В системах СЦБ применяются следующие типы контактных кодовых путевых трансмиттеров [42]: КПТШ-515, КПТШ-715, КПТШ-1115, КШ111-1315, работающие от напряжения частотой 50 Гц; КПТШ-815, КПТШ-915, КПТШ-1015, работающие от напряжения частотой 75 Гц (до 1976 г. выпускались трансмиттеры типов КПТШ-5, КПТШ-7 и т.д., в 1976—78 гг. — трансмиттеры типов КПТШ-5М, КПТШ-7М и тд.). Буква Ш в обозначении типа трансмиттера указывает на штепсельное исполнение соединительного разъема. Диаграммы кодовых комбинаций трансмиттеров КПТШ показаны на рис. 3.11, б. Наиболее широко распространены трансмиттеры типов КПТШ-515
(КГГГШ-5) и КПТШ-715 (КПТШ-7).
Основными элементами КПТШ (рис. 3.11, а) являются: асинхронный однофазный электродвигатель, ротор 3 которого имеет коротко замкнутую обмотку, а статор — две обмотки 1 и 2, смещенные на угол 90°; редуктор 4\ кулачковые шайбы б, 7и 8, закрепленные на оси 5; контактная система Р. Контактная система состоит из двух групп контактов — 31, Ж1, КЖ1 и 32, Ж2, КЖ2 (на рис. 3.11, а показана только одна контактная группа).
КПТШ работает следующим образом. При подаче питающего напряжения 220 В ротор электродвигателя под воздействием переменного магнитного поля, создаваемого обмотками статора, начинает вращаться со скоростью 982 оборота в минуту (об/мин) при частоте питающего напряжения 50 Гц или со скоростью 1473 об/мин при частоте 75 Гц. Редуктор снижает частоту вращения соответственно до 30,8 или 36,5 об/мин и с такой скоростью вращает ось с кулачковыми шайбами. Время полного оборота кодовой шайбы называется кодовым циклом.
Кулачковые шайбы имеют по окружности разное число выступов, соответствующих количеству импульсов кода. При вращении шайбы своими выступами замыкают и размыкают контакты. Каждая шайба замыкает две пары контактов: шайба 8— КЖ1 и КЖ2, шайба 7— Ж1 и Ж2, шайба 6— 31 и 32. Замкнутое состояние контактов соответствует импульсу кодовой комбинации, разомкнутое — межимпульсному интервалу. Шайба служит для формирования кода КЖ, шайба 7— кода Ж, шайба 6 — кода 3. Таким образом, кодовая комбинация КЖ состоит из одного импульса, кодовая комбинация Ж — из двух импульсов, кодовая комбинация 3 — из трех импульсов.
Как видно из рис. 3.11, б, в течение одного кодового цикла вырабатываются по одной кодовой комбинации Ж и 3 и две КЖ. По продолжительности кодового цикла контактные КПТ разделяются на две группы: с нормальной продолжительностью цикла, равной 1,6 с, и с увеличенной продолжительностью цикла, равной 1,86 с.
Бесконтактные кодовые путевые трансмиттеры имеют две модификации — БКПТ-5 и БКПТ-7, отличающиеся продолжительностью кодового цикла (соответственно 1,6 и 1,92 с), длительностями импульсов и интервалов. Кодовые комбинации, вырабатываемые БКПТ, показаны на рис. 3.12. В отличие от КПТШ, у БКПТ отсутствуют электродвигатель и контактная система, а кодовые импульсы формируются логическими схемами, выполненными на бах полупроводниковых элементов и интегральных микросхем. Внешнее питание БКПТ осуществляется напряжением 220 В частотой 50 Гц, которое преобразуется блоком питания в постоянное напряжение ±12 В, необходимое для работы элементов трансмиттера.
В состав аппаратуры электропитающих установок постов электрической централизации входят датчики импульсов бесконтактные ДИБ [18]. ДИБ предназначен для импульсного питания различных цепей и элементов и вырабатывает следующие последовательности импульсов: длительностью 1 с (с интервалами 0,5 с); длительностью 0,5 с (с интервалами 1 с); длительностью 0,5 с (с интервалами 0,5 с). Датчик ДИБ выполнен на полупроводниковой элементной базе (транзисторы, диоды, стабилитроны). В последние годы разработаны и применяются датчики импульсов микроэлектронные [42] — ДИМ-1, предназначенный для замены маятниковых трансмиттеров МТ-1, МТ-2, и ДИМ-2, предназначенный для замены датчиков ДИБ.