采用真有效值變換器AD736實(shí)現(xiàn)軌道感應(yīng)電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

作者：馮云梅，蔣秋華，史天運(yùn)

隨著列車(chē)運(yùn)行速度的提升，鐵道部規(guī)劃在未來(lái)的列車(chē)運(yùn)行中將逐步取消地面信號(hào)機(jī)而只使用車(chē)上信號(hào)系統(tǒng)的重大體制改革，即機(jī)車(chē)信號(hào)系統(tǒng)將是司機(jī)操作列車(chē)運(yùn)行的唯一信號(hào)引導(dǎo)，而軌道感應(yīng)電壓值的大小直接影響機(jī)車(chē)信號(hào)的正常，所以在對(duì)機(jī)車(chē)信號(hào)運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)測(cè)中，對(duì)軌道感應(yīng)電壓的監(jiān)測(cè)是其中一個(gè)很重要的部分。 軌道感應(yīng)電壓是交流小信號(hào)，對(duì)交流信號(hào)有效值的測(cè)量主要有以下幾種方法：

1） 用峰值變換器，通過(guò)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(yùn)算組成電子有效值變換器；

4） 逐點(diǎn)采樣一組數(shù)據(jù)，求其“均方根”得到其有效值。

以上幾種測(cè)量方法都存在不同程度的缺點(diǎn)和局限性，為了得到軌道感應(yīng)電壓有效值的精確測(cè)量，且實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單可靠，我們采用真有效值變換器AD736，它通過(guò)對(duì)輸入交流電壓進(jìn)行“平方→求平均值→開(kāi)平方”的運(yùn)算而得到交流電壓的有效值。當(dāng)我們進(jìn)行軌道感應(yīng)電壓值的讀取時(shí)，將變換后的直流信號(hào)通過(guò)AD采樣器，然后利用單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算和處理，即可得到感應(yīng)電壓的有效值。 AD736 AD736是經(jīng)過(guò)激光修正的單片精密真有效值AC/DC轉(zhuǎn)換器。其主要特點(diǎn)是準(zhǔn)確度高、靈敏性好（滿(mǎn)量程為200mVRMS）、測(cè)量速率快、頻率特性好（工作頻率范圍可達(dá)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(lái)測(cè)量正弦波電壓的綜合誤差不超過(guò)±3%。AD736片內(nèi)含有5個(gè)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(guò)一個(gè)用作單位增益緩沖器（具有FET輸入）的輸入放大器來(lái)引入的。工作時(shí)，被測(cè)信號(hào)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(guò)“平方→求平均值→開(kāi)平方”的運(yùn)算后轉(zhuǎn)換成代表真有效值的直流電壓，然后再通過(guò)輸出放大器的Vo端輸出。 軌道感應(yīng)電壓智能監(jiān)測(cè)的實(shí)現(xiàn) 在機(jī)車(chē)信號(hào)智能監(jiān)測(cè)中，由于機(jī)車(chē)信號(hào)主機(jī)需要從軌道感應(yīng)電壓獲取信息，來(lái)產(chǎn)生機(jī)車(chē)信號(hào)，為了不至于對(duì)機(jī)車(chē)信號(hào)主機(jī)接收軌道感應(yīng)信息造成影響，保證行車(chē)安全，軌道感應(yīng)電壓的智能監(jiān)測(cè)電路的設(shè)計(jì)需要注意以下兩個(gè)方面： 1） 監(jiān)測(cè)電路與軌道感應(yīng)線圈相互隔離：當(dāng)機(jī)車(chē)信號(hào)智能監(jiān)測(cè)電路出現(xiàn)短路、過(guò)流等現(xiàn)象時(shí)不會(huì)干擾機(jī)車(chē)信號(hào)主機(jī)的正常工作。 2） 監(jiān)測(cè)電路的輸入阻抗足夠大：如果機(jī)車(chē)信號(hào)智能監(jiān)測(cè)電路的輸入阻抗太小，將會(huì)分流較多軌道感應(yīng)線圈的能量，使到達(dá)機(jī)車(chē)信號(hào)主機(jī)的能量太小，造成機(jī)車(chē)信號(hào)主機(jī)不能獲取軌道感應(yīng)信息，導(dǎo)致機(jī)車(chē)信號(hào)亂碼。 基于上述考慮，軌道感應(yīng)電壓智能監(jiān)測(cè)電路中，我們?cè)谲壍栏袘?yīng)線圈和AD736的輸入端之間插入了一個(gè)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(cè)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(jì)的低成本精密電容隔離放大器，它是由在電路上完全對(duì)稱(chēng)的輸入部分和輸出部分組成，制造時(shí)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(hào)，所以系統(tǒng)接入ISO124不會(huì)影響信號(hào)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(jì)的軌道感應(yīng)電壓智能監(jiān)測(cè)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(guò)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(cè)量原理圖 結(jié)語(yǔ) 我國(guó)鐵路機(jī)車(chē)信號(hào)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(guó)產(chǎn)移頻信號(hào)及法國(guó)UM－71移頻信號(hào)，國(guó)產(chǎn)移頻信號(hào)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(guó)UM－71移頻信號(hào)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?cè)O(shè)計(jì)的軌道感應(yīng)電壓有效值的監(jiān)測(cè)電路中，在上述兩種制式的頻率范圍內(nèi)的測(cè)量精度都達(dá)到了±3mV，滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需求。

責(zé)任編輯：gt