采用真有效值變換器AD736實現(xiàn)軌道感應(yīng)電壓智能監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計

作者：馮云梅 ， 蔣秋華 ， 史天運

隨著列車運行速度的提升，鐵道部規(guī)劃在未來的列車運行中將逐步取消地面信號機而只使用車上信號系統(tǒng)的重大體制改革，即機車信號系統(tǒng)將是司機操作列車運行的唯一信號引導(dǎo)，而軌道感應(yīng)電壓值的大小直接影響機車信號的正常，所以在對機車信號運行參數(shù)的監(jiān)測中，對軌道感應(yīng)電壓的監(jiān)測是其中一個很重要的部分。 軌道感應(yīng)電壓是交流小信號，對交流信號有效值的測量主要有以下幾種方法：

1） 用峰值變換器，通過波峰因數(shù)求出有效值；

2） 熱電偶電橋有效值變換器；

3） 用模擬運算組成電子有效值變換器；

4） 逐點采樣一組數(shù)據(jù)，求其“均方根”得到其有效值。

以上幾種測量方法都存在不同程度的缺點和局限性，為了得到軌道感應(yīng)電壓有效值的精確測量，且實現(xiàn)簡單可靠，我們采用真有效值變換器AD736，它通過對輸入交流電壓進行“平方→求平均值→開平方”的運算而得到交流電壓的有效值。當(dāng)我們進行軌道感應(yīng)電壓值的讀取時，將變換后的直流信號通過AD采樣器，然后利用單片機進行運算和處理，即可得到感應(yīng)電壓的有效值。

AD736

AD736是經(jīng)過激光修正的單片精密真有效值AC/DC轉(zhuǎn)換器。其主要特點是準(zhǔn)確度高、靈敏性好（滿量程為200mVRMS）、測量速率快、頻率特性好（工作頻率范圍可達0_460kHz）、輸入阻抗高、輸出阻抗低、電源范圍寬、低功耗（最大的電源工作電流為200μA）。用它來測量正弦波電壓的綜合誤差不超過±3%。AD736片內(nèi)含有5個功能部分：輸入放大器、全波整流器、RMS變換器、偏置電路和輸出緩沖器。 AD736的輸入是通過一個用作單位增益緩沖器（具有FET輸入）的輸入放大器來引入的。工作時，被測信號電壓加到AD736輸入放大器的同相輸入端，此輸入放大器的輸出電壓經(jīng)全波整流后送到RMS變換器，RMS變換器又將其經(jīng)過“平方→求平均值→開平方”的運算后轉(zhuǎn)換成代表真有效值的直流電壓，然后再通過輸出放大器的Vo端輸出。

軌道感應(yīng)電壓智能監(jiān)測的實現(xiàn)

在機車信號智能監(jiān)測中，由于機車信號主機需要從軌道感應(yīng)電壓獲取信息，來產(chǎn)生機車信號，為了不至于對機車信號主機接收軌道感應(yīng)信息造成影響，保證行車安全，軌道感應(yīng)電壓的智能監(jiān)測電路的設(shè)計需要注意以下兩個方面： 1） 監(jiān)測電路與軌道感應(yīng)線圈相互隔離：當(dāng)機車信號智能監(jiān)測電路出現(xiàn)短路、過流等現(xiàn)象時不會干擾機車信號主機的正常工作。 2） 監(jiān)測電路的輸入阻抗足夠大：如果機車信號智能監(jiān)測電路的輸入阻抗太小，將會分流較多軌道感應(yīng)線圈的能量，使到達機車信號主機的能量太小，造成機車信號主機不能獲取軌道感應(yīng)信息，導(dǎo)致機車信號亂碼。 基于上述考慮，軌道感應(yīng)電壓智能監(jiān)測電路中，我們在軌道感應(yīng)線圈和AD736的輸入端之間插入了一個隔離放大器ISO124，其電路框圖如圖1所示。

圖1 軌道感應(yīng)電壓智能監(jiān)測框圖

ISO124為BB公司采用新型的滯回調(diào)制/解調(diào)技術(shù)設(shè)計的低成本精密電容隔離放大器，它是由在電路上完全對稱的輸入部分和輸出部分組成，制造時采用激光調(diào)整工藝使兩部分完全匹配，因此ISO124的輸出端能夠高精度復(fù)現(xiàn)輸入信號，所以系統(tǒng)接入ISO124不會影響信號的完整性，而且具有較好的高頻暫態(tài)性能，如果不接任何外部器件，其傳輸系數(shù)為1：1，增益誤差小于±0.5%。利用ISO124和AD736設(shè)計的軌道感應(yīng)電壓智能監(jiān)測電路圖如圖2所示。 圖中A1212S-1W是為ISO124輸入端提供±12V電源的，此電源與輸出部分±12V電源是相互隔離的，這樣保證ISO124的輸入和輸出部分在電氣上完全隔離。軌道感應(yīng)電壓經(jīng)ISO124隔離后，直接輸入到AD736的高阻抗輸入端，而將Cc引腳與公共端COM通過隔直電容Cc相連，此種方式下，輸出為軌道感應(yīng)電壓的有效值，將不包含直流分量。

圖2 軌道感應(yīng)電壓測量原理圖

結(jié)語

我國鐵路機車信號主要采用相位連續(xù)的移頻鍵控FSK調(diào)制方式，目前廣泛采用的主要有兩種：國產(chǎn)移頻信號及法國UM－71移頻信號，國產(chǎn)移頻信號的中心頻率主要有四種，分別是下行550Hz、750 Hz及上行650 Hz和850 Hz，法國UM－71移頻信號的中心頻率也主要

有四種，分別是下行1700Hz、2300 Hz及上行2000 Hz和2600 Hz，我們設(shè)計的軌道感應(yīng)電壓有效值的監(jiān)測電路中，在上述兩種制式的頻率范圍內(nèi)的測量精度都達到了±3mV，滿足現(xiàn)場的實際需求。

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