[实用新型]一种杂散电流智能传感器

说明书

本实用新型公开一种杂散电流智能传感器，包括钢轨采样模拟前端处理电路和AD芯片；钢轨采样模拟前端处理电路包括四个光耦继电器G1、G2、G3和G4；G1和G2的引脚2同时连接到CPU的控制信号OpenGuiA；G3和G4的引脚2同时连接到CPU的控制信号OpenGuiB；G1的引脚3连接到10M钢轨A的一端，G2的引脚3连接到10M钢轨A的另一端；G4的引脚3连接到10M钢轨B的一端，G3的引脚3连接到10M钢轨B的另一端；G1和G3的引脚4同时将模拟差分信号ToADC‑接入AD芯片；G2和G4的引脚4同时将模拟差分信号ToADC+接入AD芯片；CPU轮训打开控制信号OpenGuiA和OpenGuiB，触发G1~G4导通，确保在同一时间内只有一路钢轨信号进入AD采样。本实用新型可以满足防止通道间干扰和量程巧妙切换的难题；且成本低廉，体积小。

技术领域

本实用新型涉及轨道交通杂散电流监测技术领域，具体为一种杂散电流智能传感器。

背景技术

在地铁系统中，牵引供电系统一般采用直流方式，会产生杂散电流。目前，地铁的牵引供电方式一般采用直流供电方式。在理想的状况下，牵引电流由牵引变电所的正极出发，经由接触网、电动列车和走行轨返回牵引变电所的负极。由于走行轨与大地之间的绝缘不良或不是完全绝缘，流经走行轨的电流不能全部经由走行轨流回牵引变电所的负极，有一部分电流会泄漏进入大地，然后再流回变电所，这部分泄漏到大地中去的电流就是杂散电流，也称作迷流。走行轨铺设在轨枕、道碴或整体道床上，由于钢轨与轨枕或整体道床之间不是完全绝缘状态，钢轨与大地间存在一定的过渡电阻，其阻值表示了轨道和大地之间的阻性耦合和电导性耦合。有关研究表明，钢轨与大地之间的过渡电阻与通过走行轨中的电流无关，其阻值取决于轨枕和轨道紧固件的类型、轨枕下面的垫层、污染程度、气象条件。也就是说，与走行轨流入大地的杂散电流与道床类型、轨枕和轨道紧固类型有关，并还随污染程度、气象条件的变化而变化。

地铁杂散电流本身难以测量，一般采用间接方法来确定杂散电流的大小。比如测量钢轨对地网的过渡电阻来衡量杂散电流的泄露情况。由于需要测量钢轨与结构钢筋的过渡电阻，需要测量出流过钢轨的电流。而钢轨的电流是通过测量10M钢轨上产生的电压计算出来的。1M钢轨的电阻为40uΩ，在地铁停运时人为加电流最多加到100A，则10米钢轨上的电压才只有4mV；当地铁运行时，钢轨上面最大电流2000A，则10m钢轨上压降可达到0.8V电压，所以传感器采样要能够自己切换2个采样量程：分别是±15mV和±2V；该采样对精度要求极高，硬件必须达到0.2%的采样精度。轨地电阻测量方案原理图如1所示。

轨地电阻的计算公式为：

其中，为10m长单根钢轨的纵向电阻值；为单根钢轨上纵向电压降（在开关闭合、打开状态下）；I为注入电流。

但对于地铁轨道现场特殊的应用，传统的采样电路为防止通道间的干扰，往往采用每一路电路隔离来处理，一个传感器需要采样两条10M钢轨的电压，4个采样通道，这样传感器的体积会变得非常大，成本也会很高，对于成本非常敏感的产品，这样的设计是不合理的。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种杂散电流智能传感器，采用一个非常巧妙的模拟前端处理电路，可以满足防止通道间干扰和量程巧妙切换的难题。技术方案如下：

一种杂散电流智能传感器，包括钢轨采样模拟前端处理电路和AD芯片；所述钢轨采样模拟前端处理电路包括四个光耦继电器G1、G2、G3和G4；

四个光耦继电器的引脚1分别通过电阻R9、R10、R11和R12连接+3.3V电源；

光耦继电器G1和G2的引脚2同时连接到CPU的控制信号OpenGuiA；光耦继电器G3和G4的引脚2同时连接到CPU的控制信号OpenGuiB；