[发明专利]基于虚拟仪器的轨道电路抗牵引电流干扰测试装置

摘要

基于虚拟仪器的轨道电路抗牵引电流干扰测试装置，属于铁路信号设备抗牵引电流干扰测试领域。解决了轨道电路抗牵引电流干扰测试的问题；该装置的PXI多功能采集卡模拟输出经功放与发送端耦合装置、接收端耦合装置中点连接；钢轨I、II电流传感器安装在模拟钢轨I、II的一端；发送端耦合装置的两端并接在模拟钢轨I、II的另一端上；钢轨I、II电流传感器输出与PXI多功能采集卡的模拟输入端口连接；接收端耦合装置两端并接在钢轨I、II上；轨道继电器接点与PXI多功能采集卡的数字输入端口连接。该装置可同时输出多种叠加的谐波干扰，对被测设备临界干扰的瞬态过程能够精确捕捉，每次测试无需人工干预，测试精度提高并且缩短了测量时间。

主权项

1.基于虚拟仪器的轨道电路抗牵引电流干扰测试装置，其特征在于：包括PC机(1)、PXI多功能采集卡(2)、PXI机箱(3)、功放(4)、模拟钢轨I(5‑1)、模拟钢轨II(5‑2)、钢轨I电流传感器(6‑1)、钢轨II电流传感器(6‑2)、钢轨I(7‑1)、钢轨II(7‑2)、发送端耦合装置(8)、接收端耦合装置(9)、轨道继电器接点电路(12)、发送设备(10)和接收设备(11)，所述的构成该装置的器件之间的连接为：PXI多功能采集卡(2)安装在PXI机箱(3)槽内，其模拟输出AO0、GND端口分别与功放(4)输入IN0、IN1端口连接，功放(4)输出OUT0、OUT1端口分别与发送端耦合装置(8)、接收端耦合装置(9)中点连接；钢轨I电流传感器(6‑1)安装在模拟钢轨I(5‑1)的一端，模拟钢轨I(5‑1)的一端与钢轨I(7‑1)的一端连接；钢轨II电流传感器(6‑2)安装在模拟钢轨II(5‑2)的一端，模拟钢轨II(5‑2)的一端与与钢轨II(7‑2)的一端连接；PXI多功能采集卡(2)的模拟输入AI0、GND端口分别与钢轨I电流传感器(6‑1)的S‑OUT0、S‑OUT1输出端口连接；PXI多功能采集卡(2)的模拟输入AI1、GND端口分别与钢轨II电流传感器(6‑2)的S‑OUT2、S‑OUT3输出端口连接；PXI多功能采集卡(2)的数字输入DI0端口与轨道继电器接点电路(12)的前接点K2连接；PXI多功能采集卡(2)的数字输入DI1端口与轨道继电器接点电路(12)的后接点K3连接；轨道继电器接点电路(12)的中接点K1与5V电源正极连接，5V电源负极与第一电阻(R3)和第二电阻(R4)的一端连接，第一电阻(R3)和第二电阻(R4)的另一端分别与轨道继电器接点电路(12)的前接点K2、轨道继电器接点电路(12)的后接点K3连接；发送端耦合装置(8)的两端并接在模拟钢轨I(5‑1)、模拟钢轨II(5‑2)的另一端上；接收端耦合装置(9)两端并接在钢轨I(7‑1)、钢轨II(7‑2)上；PC机(1)通过MXI‑Express电缆与PXI机箱(3)的MXI‑Express控制器端口连接；PC机安装Window操作系统以及LabVIEW软件平台和驱动程序；测试时，将发送设备(10)的轨道信号输出端分别与模拟钢轨I(5‑1)、模拟钢轨II(5‑2)另一端连接；接收设备(11)轨道信号输入端分别与钢轨I(7‑2)、钢轨II(7‑2)另一端连接；模拟钢轨I(6‑1)由模拟钢轨I电阻(R1)、模拟钢轨I电感(L1)串联连接成，模拟钢轨II(6‑2)由模拟钢轨II电阻(R2)、模拟钢轨II电感(L2)串联连接成，模拟钢轨I(6‑1)与钢轨I(7‑1)的电阻、电感值分别相等，模拟钢轨II(6‑2)与钢轨II(7‑2)的电阻、电感值分别相等；发送端耦合装置(8)、接收端耦合装置(9)是扼流变压器或空心线圈，当被测设备为站内设备时，采用扼流变压器，当被测设备为区间设备时，采用空心线圈；PXI多功能采集卡模拟输出端口输出的谐波干扰经功放功率放大后，通过发送端耦合装置、接收端耦合装置耦合到被测设备中；发送端耦合装置、接收端耦合装置是扼流变压器或空心线圈，当被测设备为站内设备时，采用扼流变压器，当被测设备为区间设备时，采用空心线圈；其中，轨道继电器接点电路的前接点K2是吸起导通，轨道继电器接点电路的后接点K3是落下导通；其中，K1、K2、K3是轨道继电器的接点；被测设备即为轨道电路设备：发送设备是ZPW2000A轨道电路发送设备或者25Hz相敏轨道电路发送设备，接收设备是ZPW2000A轨道电路接收设备或者25Hz相敏轨道电路接收设备；PXI多功能采集卡采用NI PXI 6229，具有16个差分或32个单端输入通道，ADC分辨率为16bits，采样率可达250kS/s，4个独立模拟输出通道，DAC分辨率为16bits，采样率833kS/s，48路TTL电平兼容的数字输入和输出通道；PXI多功能采集卡模拟输入功能主要是对输入模拟信号进行采样和模数转换ADC，模拟输出功能主要是对输出数字信号进行数模转换DAC；数字输入功能，主要是采集被测设备状态继电器接点电压,判断0或1状态，进而作为判断被测设备工作状态的依据；PXI机箱采用NI PXI‑1033，3U、5槽，集成MXI‑Express控制器，通过MXI‑Express控制器与PC机连接，从而实现PC机对PXI机箱及PXI多功能采集卡控制；包括以下步骤：步骤一：设置牵引电流谐波参数；依据TB/T3073牵引电流各次谐波比例，设置牵引电流谐波参数谐波频率、幅值，以及谐波单次输出、谐波多次叠加输出；对ZPW2000A轨道电路设备，载频为1700‑1，按照TB/T3073进行抗牵引电流谐波干扰测试时，设置谐波频率为1650Hz、1700Hz、1750Hz，谐波幅值为308mA、90mA、249mA，3类谐波可以设置逐次输出或同时输出；步骤二：牵引电流谐波输出；牵引电流谐波通过PC机LabVIEW软件平台输出数字信号，经PXI多功能采集卡数模转换DAC，从模拟输出端子输出模拟信号，经功率放大后施加在发送端耦合装置、接收端耦合装置中点，进而耦合到被测设备中；步骤三：电流传感器实时采集钢轨电流信息；钢轨I电流传感器、钢轨II电流传感器在模拟钢轨I、模拟钢轨II一端实时采集钢轨电流信息；步骤四：对采集的数据进行处理并存储；电流传感器采集的模拟信号输送到PXI多功能采集卡模拟输入端口，经过PXI多功能采集卡模数转换ADC，把数字信号再输送到PC机LabVIEW软件平台，PC机LabVIEW软件平台对该数据进行存储；步骤五：对采集的钢轨中牵引电流谐波值判断是否符合要求；通过与步骤一初设定值比较，对ZPW2000A轨道电路设备，载频为1700‑1，电流传感器检测的牵引电流谐波信息与根据TB/T3073设置的频率为1650Hz、1700Hz、1750Hz，幅值为308mA、90mA、249mA的各次谐波比较，当符合要求时，直接输出，不符合要求时回到设置环节重新调整，使得牵引电流谐波满足TB/T3073要求；步骤六：采集轨道继电器接点电路前接点K2、后接点K3的电压；当谐波输出符合要求后，启动轨道电路设备在谐波干扰下工作，其工作状态反应到轨道继电器的吸起与落下状态；轨道继电器前、后接点与PXI多功能采集卡数字输入端子连接，当轨道继电器吸起时，前接点K2导通，此时K2接点处电压为5V高电平，再通过PXI多功能采集卡数字输入进入到PC机LabVIEW软件平台，对应的状态为1，当轨道继电器落下时，前接点K2断开，此时K2接点处电压为0V低电平，对应的状态为0；同理，判断后接点K3的状态；通过判断轨道继电器的状态来评判牵引电流谐波干扰下轨道电路设备的工作状况，从而实现对轨道电路设备抗牵引电流谐波干扰测试；步骤七：根据轨道继电器状态判断轨道电路设备工作是否正常并输出测试结果；当轨道继电器接点电路的前接点K2电压为5V高电平时，即轨道继电器吸起状态，则判断轨道电路设备为正常工作，输出测试结果及报告；当轨道继电器接点电路的后接点K3电压为低电平时，即轨道继电器落下状态，则判断轨道电路设备异常，此时，可以对步骤四存储的钢轨电流信息数据进行回放分析，通过对钢轨电流时域波形及频域分析，确定轨道电路设备对牵引电流谐波抗扰度，再输出测试结果及报告；PXI多功能采集卡采集的模拟信号，可在显示器上同时动态显示时频域的波形；PXI多功能采集卡数字输入功能可对继电器状态实时采集，对测试过程中，人眼不易察觉的轨道继电器波动过程进行捕捉，这对测量并分析被测设备的临界抗扰度非常便捷。