实时断轨检测系统中发送器设计与研究

作     者：刘鹍鹏 

作者单位：兰州交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张友鹏

授予年度：2013年

学科分类：08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：实时断轨检测 发送器系统 DDS AGC 

摘      要：铁路运营线路上的钢轨断裂，严重威胁着行车安全，是导致行车事故的重大隐患之一。长大隧道内复杂的道床环境使断轨发生的几率更高，断轨一旦发生在空间较为狭小的隧道内而不能被及时发现，会导致严重的行车事故。中央发送、两端直接短路电流接收式实时断轨检测方案有效解决了传统的断轨检测方法受道床环境影响大，需要机械绝缘及实时性差等问题，能够适用于长大隧道内的实时断轨检测。但目前该方案尚未研发出成熟的发送器系统，因此，研发一种能适应隧道复杂环境的发送器系统，对实现长大隧道内全程实时断轨检测具有重要的意义。本文在分析检测方案优越性和可行性的基础上，结合长大隧道内的实际应用环境条件，研究确定了发送器系统的功能和技术指标，进而设计了一种能适应于该检测技术的发送器系统。 本文设计的实时断轨检测发送器系统采用上位机和下位机结合的方式，实现对发送器系统的有效控制。系统下位机设计采用模块化设计思路，其主要完成检测信号的生成、输出波形幅度的控制、输出波形参数的检测等功能;上位机完成对下位机状态信息的监测和故障信息的报警处理等功能。系统上、下位机间采用CAN(Controller Area Network,控制器局域网)总线光纤通信方式进行数据的传输。 发送器系统波形发生部分采用先进的DDS(Direct Digital Synthesizer,直接数字频率合成)技术来合成所需的高精度、高稳定性的正弦检测信号，并通过滤波电路滤除DDS频率合成过程中所带来的高次谐波分量，改善了输出波形的质量。通过闭环反馈检测环节对输出电压和频率进行检测及控制，满足了铁路信号设备“故障-安全的原则。同时由AGC(Automatic Gain Control,自动增益控制)电路完成对输出信号幅值的自动增益控制功能。在分析牵引电流分布规律的基础上，借鉴现有的防护措施，并结合本检测方案发送器系统的特点，设计了一种3阶的巴特沃斯谐振器耦合式带通滤波器，有效的降低了不平衡牵引电流对发送设备的影响。 最后对设计的发送器系统进行了仿真分析及实验验证，测试结果表明，所设计的发送器系统输出波形的质量良好、信号精度高、人机交互性能好、能有效的抵消牵引电流基波及其谐波对发送设备的影响，且系统满足铁路信号设备“故障-安全的要求。