簡(jiǎn)述軌道電路測(cè)試儀原理與特性

常麗

引言：介紹適合現(xiàn)場(chǎng)使用的通用式軌道電路測(cè)試儀的工作原理，功能特點(diǎn)和技術(shù)指標(biāo)，經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用，效果良好。

軌道電路以一段鐵路線路的鋼軌為導(dǎo)體構(gòu)成的電路，用于自動(dòng)、連續(xù)檢測(cè)這段線路是否被機(jī)車車輛占用，也用于控制信號(hào)裝置或轉(zhuǎn)轍裝置，以保證行車安全的設(shè)備。整個(gè)軌道系統(tǒng)路網(wǎng)依適當(dāng)距離區(qū)分成許多閉塞區(qū)間，各閉塞區(qū)間以軌道絕緣接頭區(qū)隔，形成一獨(dú)立軌道電路，各區(qū)間的起始點(diǎn)皆設(shè)有號(hào)志機(jī)（色燈式號(hào)志），當(dāng)列車進(jìn)入閉塞區(qū)間后，軌道電路立即反應(yīng)，并傳達(dá)本區(qū)間已有列車通行，禁止其他列車進(jìn)入的訊息至號(hào)志機(jī)，此時(shí)位于區(qū)間入口的號(hào)志機(jī)，立即顯示險(xiǎn)阻禁行的信息。

隨著列車的提速，一批先進(jìn)的技術(shù)裝備陸續(xù)投入使用。目前電務(wù)部門雖然裝備了一些現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試儀表，但供一線信號(hào)工人使用的功能齊全、使用方便、操作簡(jiǎn)單、顯示直觀、價(jià)格便宜的維修測(cè)試儀表還很缺乏。為此，研發(fā)了通用式軌道電路測(cè)試儀。

一、測(cè)試儀工作原理

在儀表輸入端口設(shè)計(jì)了比較完善的保護(hù)電路，過載能力強(qiáng)。在規(guī)定的極限值內(nèi)，可防止因誤操作損壞表內(nèi)元器件。過流保護(hù)采用高速電子開關(guān)電路，當(dāng)輸入電流超過極限值時(shí)，可在安全時(shí)間內(nèi)將輸入電路切斷；過壓保護(hù)采用雙向限幅電路，實(shí)現(xiàn)電壓超限保護(hù)功能。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見下圖：

量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換是由高速單片機(jī)（CPU）程序控制的，可使儀表操作簡(jiǎn)化，有效地避免過載，并且使儀表處于最佳量程，有助于提高測(cè)量的準(zhǔn)確度與分辨率。其電路原理是：利用超量程（或低或高）信號(hào)來控制一個(gè)雙向移位寄存器右移（升量程）或左移（降量程），單片機(jī)通過對(duì)超量程信號(hào)的計(jì)算比較，指示移位寄存器移位至適當(dāng)量程位置；移位寄存器的輸出信號(hào)再經(jīng)過異或門譯碼，擴(kuò)展成量程控制信號(hào)，最后通過達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)微型繼電器，變換量程擋位并切換小數(shù)點(diǎn)位置，以達(dá)到不同量程的精度要求。

二、測(cè)試儀功能

1.移頻、交流計(jì)數(shù)制式和交流連續(xù)式軌道電路以及單獨(dú)頻率的全部測(cè)試功能。

2.直流電壓幅值的測(cè)量功能。

3.自動(dòng)切換最佳量程擋位的功能。

4.測(cè)量端口保護(hù)功能，防止由于人為擋位選擇不當(dāng)，造成儀器損壞或錯(cuò)誤讀值。

5.屏幕保持和背光照明功能。

6.測(cè)試結(jié)果記憶功能。

7.充電、電量和欠壓指示及過放電自動(dòng)關(guān)機(jī)功能。

8.在無充電條件時(shí)，可使用備有專用微型手搖發(fā)電機(jī)供儀器測(cè)量。

9.軌道電路一次參數(shù)測(cè)量及自動(dòng)計(jì)算功能。

10.數(shù)據(jù)保存，并傳送給上位機(jī)存儲(chǔ)和分析。

11.備有專用感應(yīng)試探頭（無源），可以定性測(cè)量顯示各種信號(hào)電流或頻率（主要用于軌道電路的測(cè)試），方便故障測(cè)試查找。

12.軌道電路特性測(cè)試時(shí)，當(dāng)測(cè)量UM71，18信息、8信息移頻信號(hào)時(shí)，對(duì)50Hz電力干擾進(jìn)行濾波。

13.可顯示信號(hào)電碼碼型圖，并計(jì)算出電碼及碼間隔時(shí)間。

三、測(cè)試儀特點(diǎn)

1.濾波器采用目前在國內(nèi)處于領(lǐng)先水平的程控濾波器。它與傳統(tǒng)的LC、RC濾波器相比，性能穩(wěn)定，可在程序中任意指定濾波帶寬，或根據(jù)測(cè)試項(xiàng)目及擋位的不同，由單片機(jī)控制高速改變形成帶阻式或帶通式濾波器，使得一個(gè)濾波器就有了多個(gè)傳統(tǒng)LC、RC濾波器的功能，整機(jī)結(jié)構(gòu)小巧，其單頻點(diǎn)濾波效果甚至可以接近D函數(shù)頻譜效果。

2.由于在硬件上采用單片機(jī)控制、在軟件中采用線性參數(shù)修正技術(shù)，使得頻率測(cè)量范圍較寬（5～3000Hz），完全覆蓋了信號(hào)設(shè)備所使用的頻率。而且儀器的測(cè)量精度基本不受硬件的限制，其測(cè)量誤差完全可用軟件技術(shù)加以修正。

3.在編制計(jì)算單個(gè)算術(shù)函數(shù)的匯編程序時(shí)，采用特殊程序編程運(yùn)算方法，提高了計(jì)算速度，從而解決了利用單片機(jī)進(jìn)行復(fù)雜函數(shù)運(yùn)算速度慢的問題。

4.充電適配電路應(yīng)用較先進(jìn)的超寬適配器，對(duì)于充電電源的要求極低，90～230V的交、直流電源均可對(duì)其充電（對(duì)于直流電源無正負(fù)要求）。在無任何電源的場(chǎng)所，本機(jī)還配有手搖發(fā)電機(jī)維持其工作。

5.微型手搖發(fā)電機(jī)輸出的交流電壓最高可達(dá)230V，其轉(zhuǎn)子磁鐵采用磁通量極高的新型磁性材料制作，手搖轉(zhuǎn)速比為1/3。

6.在開機(jī)的瞬間由CPU控制，自動(dòng)對(duì)機(jī)器進(jìn)行清零復(fù)位、溫度補(bǔ)償修正及整機(jī)狀態(tài)校驗(yàn)。因此，只需等候1～2s（等待其自動(dòng)進(jìn)入測(cè)試界面），即可進(jìn)行各種測(cè)試操作。

7.儀表在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面充分考慮了在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)的防震、防雨問題，整機(jī)裝在專用背包內(nèi)。機(jī)殼由1mm鐵板制成，防止外力磕碰變形，損壞機(jī)心；機(jī)內(nèi)采用框架式結(jié)構(gòu)固定、安裝印制板，使機(jī)心成為一體結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)其抗震性能。由于機(jī)殼采用了整體套裝形式安裝，面板整體貼膜，因此除直接在水中浸泡外，可以防護(hù)一般的雨雪。

四、測(cè)試儀主要技術(shù)條件及指標(biāo)

1. 外觀

外形尺寸：6mm×143mm×145mm

整機(jī)重量：115kg（不含外插電流鉗、測(cè)試筆、手搖發(fā)電機(jī)等）

主機(jī)專用背包可將外插電流鉗、測(cè)試筆等裝于其內(nèi)，便于外出攜帶。

2. 使用條件

1）環(huán)境溫度：-15～50℃

2）環(huán)境濕度：不大于85%（可防一般小雨、雪，不防水中浸泡）

3）適用范圍：適用于軌道電路及其他信號(hào)設(shè)備的維修測(cè)量，嚴(yán)禁用動(dòng)力電測(cè)量

4）工作環(huán)境：周圍無腐蝕物和能引起爆炸危險(xiǎn)的有害氣體，大氣壓強(qiáng)7418～10616kPa

3. 電氣性能

1）內(nèi)置鋰電池容量：4A·h

2）整機(jī)工作電流：300mA

3）輸入阻抗：≥500kΩ

4）信號(hào)電壓測(cè)量范圍：0～250V

5）信號(hào)電流測(cè)量范圍：0～20A

6）信號(hào)頻率測(cè)量范圍：5～3000Hz

7）測(cè)量靈敏度：≤40mV

8）顯示分辨率：4位半

9）充電電源：90～230V交、直流電源均可通用式軌道電路測(cè)試儀經(jīng)過半年多的現(xiàn)場(chǎng)使用試驗(yàn)，已于2002年11月21日通過了北京鐵路局科技成果鑒定。

參考文獻(xiàn)

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[2] 吳紀(jì)元，朱甫正，黃洵石.軌道電路維修[M].第1版.北京：中國鐵道出版社，1984： 313～335，372～377.

（作者單位：天津鐵路電務(wù)段）