实时断轨检测系统中信号采集与通信子系统研究

摘要

检测轨道电路作为一种无轨道电路情况下的断轨检测装置，对保证列车的运行安全具有重要意义。为了实现钢轨完好性的检查，根据断轨检测原理，需要对检测轨道电路受电端电流传感器感应电压信号进行采集分析，同时为了使隧道监控中心管理人员实时掌握隧道内钢轨的情况，需要实时可靠地将检测信息传输至远程监控中心。本文以检测轨道电路为研究对象，对电流传感器感应电压信号的采集与通信问题进行研究。
　　通过阐述检测轨道电路的基本工作原理，确定了采集与通信系统的设计指标。在没有考虑检测轨道电路受电端电流传感器参数及其接收电路等效阻抗对检测轨道电路影响的前提下，对检测轨道电路调整状态和断轨状态下的等效模型对应的传输方程进行了简化，分析了这两种状态下检测信号电流的变化规律及特征。由于CAN(ControllerAreaNetwork，控制器局域网)总线在数据传输方面具有突出的实时性、可靠性等特性，提出利用CAN网络传输检测信息，据此构建出基于CAN总线的分布式采集与通信系统结构。
　　根据电流传感器自身及其输入信号特性，分析了其输出信号特性。为便于后续信号采集，对电流传感器输出信号进行了谐振、放大、滤波以及交直流转换处理。选用基于USB总线的多功能数据采集卡USB-M08222C10完成数据采集，以利用Matlab软件直接进行数据处理。由于钢轨中的不平衡牵引回流给检测轨道电路的正常工作带来影响，为了保证检测轨道电路的正常工作，根据抗电气化干扰原理设计了抗干扰电路。仿真结果表明:干扰信号的幅值降低，不影响断轨检测的结果，提高了检测信号的质量。
　　由于塑料光纤具有优良的抗干扰性能和在短距离传输中的优势，为了将检测信息实时可靠地传输至远程监控中心，同时满足断轨信息的实时性和可靠性要求，设计了一种CAN总线塑料光纤通信接口，并对通信接口进行了实验验证，对实验数据的分析结果表明:利用CAN总线塑料光纤网络传输检测信息提高了系统的实时性和抗干扰能力。同时为了满足断轨检测系统的通信要求，提出了一种适用于该系统的CAN应用层协议。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 主要研究工作内容

2 采集与通信系统总体设计

2．1 断轨检测的基本原理

2．2 系统分析

2．2．1 设计要求

2．2．2 采集量分析

2．3 信号采集系统的通信技术

2．4 系统总体方案

3 信号采集系统设计

3．1 信号采集系统总体结构设计

3．2 电流传感器模块

3．3 信号调理模块

3．3．1 信号调理的技术指标

3．3．2 信号调理的设计与仿真

3．3．3 信号调理电路的实现

3．4 信号采集模块

3．5 牵引回流对检测轨道电路的干扰及防护措施

3．5．1 AT供电方式下牵引回流的分布规律及特征

3．5．2 牵引回流对检测轨道电路的干扰分析

3．5．3 防护措施

4 信号通信系统设计

4．1 CAN总线分析

4．2 通信网络总体设计

4．3 通信网络物理层设计

4．3．1 CAN总线光纤通信接口的设计与实现

4．3．2 CAN总线光纤网络通信性能分析

4．4 通信网络应用层协议设计

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果