專利名稱：軌道電路一次參數高精度快速地面測試方法及其測試設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種測試方法及其測試設備，特別是指一種軌道電路一次參數高精度快速地面測試方法及其測試設備。軌道電路是鐵路信號系統(tǒng)中的一種重要基礎設施，用于產生并傳送軌道是否空閑與是否完整的信息，同時還是通過信號機之間以及地面設備與機車設備之間的信息傳輸通道。軌道電路是以鐵路線路的兩根鋼軌作為導體的特種電路，其傳輸性能主要由鋼軌阻抗和道床(漏泄)電阻兩個重要的一次參數決定。軌道電路的計算和調整，以至于器材的設計等問題，都需要以一次參數值作為依據來進行。因此，一次參數測試是保證鐵路信號設計、制造、維護工作正常進行的一項重要工作。
背景技術：
目前，國內的軌道電路一次參數地面測試方法主要有開路短路法(包括三電壓表法和相位表法)、始端開路短路電壓電流和終端開路電壓法以及三阻抗法。
前兩種方法是傳統(tǒng)的人工測試方法，測試時需要逐區(qū)段在現場甩、接線，以制造測試所需的軌道電路“開路”和“短路”條件，測試工作量大，效率低下，而且影響信號設備正常使用，干擾行車作業(yè)。對于電氣化牽引區(qū)段，由于軌道電路全部接有扼流變壓器，現場甩、接線測試更加困難且會造成較大行車干擾。對于帶有補償電容和限波器的無絕緣軌道電路區(qū)段，這兩種傳統(tǒng)測試方法并不適用。
三阻抗法是由鐵道科學研究院于1994年提出的一種軌道電路一次參數“在線”測量方法[2，3]?；驹硎峭ㄟ^測量軌道電路的輸入阻抗、負載阻抗和短路阻抗，解出軌道電路的二次參數，并進一步求出一次參數。三阻抗法避開了“開路測量”，“短路測量”也可借助于列車的壓入條件加以完成，測量軌道電路參數的工作可以在不中斷設備正常工作的情況下進行，能夠實現軌道電路參數的“在線”測量。但是，三阻抗法也還不適用于帶有補償電容和限波器的無絕緣軌道電路區(qū)段的參數測試，由于短路阻抗與輸入阻抗、負載阻抗不可能做到同時測試，電源或線路參數的變化將影響測量的精度。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于避免上述現有技術中的不足之處而提出一種軌道電路一次參數高精度快速地面測試方法及其測試設備，由于目前在我國干線鐵路上主要是使用帶有補償電容的無絕緣軌道電路，電氣化線路也越來越多，傳統(tǒng)的一次參數測試方法越來越不適應鐵路運輸事業(yè)發(fā)展的需求。同時，鐵路干線提速、列車運行密度的加大也要求有測試精度高、方便快捷、對行車作業(yè)影響小的一次參數測試方法。然而，由于軌道電路是以鋼軌線路作為導體的特種電路，是一種具有分布參數的電路，發(fā)送端和接收端之間距離很長；鋼軌中傳輸的通常是FSK調制或采用其他調制方式的調制后的信號，在電氣化區(qū)段鋼軌又是電力牽引電流的回流通道，直接對鋼軌中傳輸的信號進行參數測試難度較大；在帶有補償電容和限波器的無絕緣軌道電路區(qū)段，軌道電路的傳輸性能受補償電容和限波器的影響，要克服這種影響需要付出一定的代價；為了不干擾行車作業(yè)，在測試時就應不進行現場甩、接線作業(yè)，但這樣就不能“制造”測試所需的軌道電路“開路”和“短路”條件，需要研究新的測試方法。
針對現有的軌道電路一次參數測試方法不能適用于所有制式的軌道電路區(qū)段(特別是帶有補償電容和限波器的無絕緣軌道電路區(qū)段)、測試方法復雜、干擾行車作業(yè)、測試精度低等缺點，本發(fā)明將提出一種適用于所有軌道電路制式、測試方法簡便、快速且精度高的地面測試方法。
本發(fā)明的目的可以通過以下措施來達到一種軌道電路一次參數高精度快速地面測試方法，一.測試方法的具體實施步驟
(1)無補償電容和限波器的軌道電路區(qū)段在被測軌道電路區(qū)段任意選取一段間距為4l的線路，以該段線路的中點為原點O。測試步驟如下第一步，在原點處，通過測試夾具和測試線將測試用信號源和標準電阻Ro連接在兩根鋼軌之間；第二步，在+l和-l處，通過測試夾具和短路線將兩根鋼軌短路；第三步，打開信號源電源，向鋼軌線路上發(fā)送頻率為f、有效值為UAB1的正弦信號，然后用三塊同樣精度的選頻電壓表(中心頻率為f)同時測量出信號源處三個點的電壓有效值UAB1、UBC1和UAC1；第四步，斷開在+l和-l處的測試夾具和短路線，改為在+2l和-2l處通過測試夾具和短路線將兩根鋼軌短路；第五步，信號源向鋼軌線路上發(fā)送頻率保持不變，繼續(xù)為f；然后用三塊同樣精度的選頻電壓表(中心頻率為f)同時測量出信號源處三個點的電壓有效值UAB2、UBC2和UAC2；第六步，并按模式1計算出該段線路的軌道電路一次參數z&g和rd；(2)有限波器的軌道電路區(qū)段移頻18信息無絕緣軌道電路通常要在一段軌道電路的中間加裝限波器，由于這類軌道電路長度較長，在進行一次參數測試時，可以在避開限波器的區(qū)段內選取一段間距為4l的線路，取適當的l值，重復(1)中的步驟；(3)有補償電容的軌道電路區(qū)段UM71、WG-21A等無絕緣軌道電路需要在鋼軌沿線等間距地設置補償電容，通常的補償間距為100米，在測試精度允許的情況下，可以取l值小于或25米，避開補償電容，在相鄰兩個補償電容之間選取一段間距為4l的線路，重復(1)中的步驟；也可以取l值為50米，將原點設在軌道電路中間的某個補償電容處，并斷開該補償電容，然后重復(1)中的步驟；
如果測試時不允許拆除補償電容，同時補償電容的阻抗值Z&CC又可以精確地測量出來，此時也可以按以下步驟進行一次參數測試⑥選取軌道電路中間相鄰兩個補償電容的中點作為原點0，⑦選取l值為50米，⑧原點O附近的兩個補償電容值已經精確地測量出來，測量誤差應小于±0.1％，⑨重復(1)中的第一步～第五步，⑩按模式2計算出該段線路的軌道電路一次參數z&g和rd；二計算程序執(zhí)行步驟說明如下第1步設置參數l、Ro、RZ和Z&CC的初始值參數l為被測軌道電路區(qū)段總長度的1/4，單位為Km；參數Ro為測試用信號源處連接的調整電阻，單位為Ω；參數RZ為測試用短路線的電阻(包含與鋼軌的接觸電阻)，單位為Ω；參數Z&CC為有補償電容的軌道電路區(qū)段補償電容的阻抗值(包含與鋼軌的連接線)，單位為Ω；第2步讀取測量值UAB1、UBC1和UAC1以及UAB2、UBC2和UAC2UAB1為在+l和-l處將兩根鋼軌短路時，在A、B兩端測得的電壓有效值，單位是V；UBC1為在+l和-l處將兩根鋼軌短路時，在C、B兩端測得的電壓有效值，單位是V；UAC1為在+l和-l處將兩根鋼軌短路時，在A、C兩端測得的電壓有效值，單位是V；UAB2為在+2l和-2l處將兩根鋼軌短路時，在A、B兩端測得的電壓有效值，單位是V；UBC1為在+2l和-2l處將兩根鋼軌短路時，在C、B兩端測得的電壓有效值，單位是V；UAC1為在+2l和-2l處將兩根鋼軌短路時，在A、C兩端測得的電壓有效值，單位是V；第3步根據公式(1)計算中間變量T1&

T1&的單位為Ω；第4步根據公式(2)計算中間變量T2&
T2&的單位為Ω；第5步判斷計算模式是模式1，還是模式2？如果是模式1，轉為執(zhí)行第6步；如果為模式2，則執(zhí)行第7步；第6步根據公式(3)計算中間變量Z&DX Z&DX的單位為Ω；第7步根據公式(4)計算中間變量Z&DX Z&DX的單位為Ω；第8步根據公式(5)計算中間變量T3&
T3&的單位為Ω；第9步根據公式(6)計算特征阻抗Z&C Z&C為被測線路的特征阻抗，單位為Ω；第10步根據公式(7)計算衰減常數γ&
γ&為被測線路的衰減常數，單位為Km-1；第11步根據公式(8)計算鋼軌阻抗z&g
z&g為被測線路的單位鋼軌阻抗，單位為Ω/Km；第12步根據公式(8)計算道碴漏泄電阻rd rd為被測線路的單位道碴漏泄電阻，單位為Ω·Km。
一種軌道電路一次參數高精度快速地面測試設備，測試裝置分為以下6個部分①電源部分由電池、電源開關、電源變換構成，電壓基準的一路輸出作為四路同步模數轉換的基準源，另一路輸出至限幅保護和差分輸入端，電源監(jiān)視單元與系統(tǒng)總線相連；②微處理器部分，構成如下為測試程序提供的數據空間的數據RAM，用于存放程序代碼的程序RAM，為微處理器提供復位信號并包含看門狗電路的監(jiān)督復位電路，為微處理器提供系統(tǒng)時鐘的晶振，用于保證總線工作的穩(wěn)定性和可靠性的總線驅動和緩沖；③模擬量采集通道，構成如下實現對四路信號UAB、UAC、UBC和電壓基準的同步采集，并將其轉換為數字量，供微處理器處理的四路同步模數轉換，對被測信號進行隔離保護，同時由微處理器通過總線控制自動增益控制電路的隔離和增益控制，對輸入信號進行限幅，并通過差分輸入電路，將A、B、C三路信號以及由電壓基準輸入的基準電壓信號轉換為共地的四路信號的限幅保護和差分輸入；④信號輸出通道采用數字頻率合成技術，產生高純度的正弦電壓信號的數字頻率合成；
實現信號的前置放大的前置放大，實現信號的功率放大的功率放大器，輸出信號線有三根，一根信號線作為A路信號反饋至模擬量采集通道的“限幅保護和差分輸入”單元；另兩根線連接至被測軌道電路區(qū)段中心點的兩根鋼軌處；⑤外部存儲器和實時時鐘，構成如下用于存儲測試數據的外部存儲器，用于確定測試時間的實時時鐘芯片；⑥人機接口部分，構成如下用于操作人員鍵入信息或控制命令的鍵盤，用于顯示測試信息的液晶。
本發(fā)明相比現有技術具有如下優(yōu)點1.測試方法適用的軌道電路制式測試方法適用于目前國內使用的各種類型的軌道電路，包括帶有補償電容或限波器的無絕緣軌道電路、電化區(qū)段軌道電路等。
2.測試方法的可用性由于本測試方法在測試過程中不需要使用軌道電路開路條件，而采用短路的方法將軌道電路中的一段線路與該軌道電路的其他部分隔離開來，在線路中間自行發(fā)送信號完成測試。因此，在測試過程中，被測區(qū)段軌道電路可以維持在正常工作狀態(tài)，不需要軌道電路發(fā)送器停止工作；同時，也不需要對軌道電路設備進行甩線和接線操作，測試方便、快捷。
測試方法僅需在軌道電路區(qū)段的4個點進行短路，分兩次操作，即可由測試設備自動計算出該區(qū)段的一次參數，整個測試過程能夠在5分鐘之內結束。如果在測試之前，預先對軌道電路相關短路地點之間的距離進行標定并配備足夠的測試人員，測試時間可縮短至2分鐘之內。


圖1.軌道電路一次參數測試電路示意圖；圖2.軌道電路一次參數測試第一步示意圖；
圖3.軌道電路一次參數測試第二步示意圖；圖4.軌道電路一次參數測試第四步示意圖；圖5.計算機程序流程圖；圖6.有補償電容軌道電路一次參數測試電路示意圖；圖7.軌道電路一次參數測試設備原理圖。
具體實施例方式
1.測試方法的具體實施步驟(1)無補償電容和限波器的軌道電路區(qū)段請參靠如圖1軌道電路一次參數測試電路示意圖，在被測軌道電路區(qū)段任意選取一段間距為4l的線路，以該段線路的中點為原點O。測試步驟如下第一步，請參靠圖2軌道電路一次參數測試第一步示意圖，在原點處，通過測試夾具J和測試線將測試用信號源和標準電阻Ro連接在兩根鋼軌之間；第二步，請參靠圖3軌道電路一次參數測試第二步示意圖，在+l和-l處，通過測試夾具和短路線將兩根鋼軌短路；第三步，打開信號源電源，向鋼軌線路上發(fā)送頻率為f、有效值為UAB1的正弦信號；然后用三塊同樣精度的選頻電壓表(中心頻率為f)同時測量出信號源處三個點的電壓有效值UAB1、UBC1和UAC1；第四步，請參靠圖4軌道電路一次參數測試第四步示意圖，斷開在+l和-l處的測試夾具和短路線，改為在+2l和-2l處通過測試夾具和短路線將兩根鋼軌短路；第五步，信號源向鋼軌線路上發(fā)送頻率為保持不變，繼續(xù)為f；然后用三塊同樣精度的選頻電壓表(中心頻率為f)同時測量出信號源處三個點的電壓有效值UAB2、UBC2和UAC2；第六步，利用圖5所示計算程序流程圖，并按模式1計算出該段線路的軌道電路一次參數z&g和rd。
(2)有限波器的軌道電路區(qū)段移頻18信息無絕緣軌道電路通常要在一段軌道電路的中間加裝限波器，由于這類軌道電路長度較長，在進行一次參數測試時，可以在避開限波器的區(qū)段內選取一段間距為4l的線路，取適當的l值，重復(1)中的步驟。
(3)有補償電容的軌道電路區(qū)段UM71、WG-21A等無絕緣軌道電路需要在鋼軌沿線等間距地設置補償電容，通常的補償間距為100米，在測試精度允許的情況下，可以取l值小于或25米，避開補償電容，在相鄰兩個補償電容之間選取一段間距為4l的線路，重復(1)中的步驟。
為了提供測試精度，也可以取l值為50米，將原點設在軌道電路中間的某個補償電容處，并斷開該補償電容，然后重復(1)中的步驟。
如果測試時不允許拆除補償電容，同時補償電容的阻抗值Z&CC又可以精確地測量出來，此時也可以按以下步驟進行一次參數測試①參靠圖6有補償電容軌道電路一次參數測試電路示意圖，選取軌道電路中間相鄰兩個補償電容的中點作為原點O；②選取l值為50米；③原點O附近的兩個補償電容值已經精確地測量出來，測量誤差應小于±0.1％；④重復(1)中的第一步～第五步；⑤利用圖5所示計算程序流程圖，并按模式2計算出該段線路的軌道電路一次參數z&g和rd。
2.幾點說明(1)測試夾具測試夾具用于實現信號源與短路線與鋼軌的低阻連接。通常采用螺栓將夾具與鋼軌軌面緊緊地壓接在一起，接觸電阻應越小越好，通常應小于0.5mΩ。
(2)短路線短路線用于將同一坐標點的兩根鋼軌直接短路。短路線應采用直徑不小于40mm的多股銅芯電纜，短路線阻抗應小于0.5mΩ。
(3)信號源信號源用于產生測試時所需的各種頻率的正弦功率信號，輸出頻率范圍為25～3000Hz，輸出功率不小于30W(負載阻抗為4Ω時)，輸出信號幅度穩(wěn)定。為了便于現場使用，信號源應能夠采用電池供電。
(4)選頻電壓表選頻電壓表用于測量選定信號頻率的電壓有效值，頻率選擇范圍為25～3000Hz，測量分辨率應小于0.1mV。
(5)參數值的選取一般情況下，距離l的值應大于50米，且該值越大，測量精度越高。為提高測試效率和精度，可以預先在鋼軌線路上精確地標出各測試點，距離定位誤差應小于±0.5m，最好達到小于±0.1m。
信號源向鋼軌線路上發(fā)送的信號為單頻正弦信號，頻率f的變化范圍為25～3000Hz，一般情況下，取該段軌道電路實際傳輸的信號載頻值。信號源輸出信號的幅度應為5V左右(有效值)。
3.計算程序請參靠圖5計算機程序流程圖計算程序，執(zhí)行步驟說明如下第1步設置參數l、Ro、Rz和Z&CC的初始值參數l為被測軌道電路區(qū)段總長度的1/4，單位為Km；參數Ro為測試用信號源處連接的調整電阻，單位為Ω；參數RZ為測試用短路線的電阻(包含與鋼軌的接觸電阻)，單位為Ω；參數Z&CC為有補償電容的軌道電路區(qū)段補償電容的阻抗值(包含與鋼軌的連接線)，單位為Ω。
第2步讀取測量值UAB1、UBC1和UAC1以及UAB2、UBC2和UAC2UAB1為在+l和-l處將兩根鋼軌短路時，在A、B兩端測得的電壓有效值，單位是V；UBC1為在+l和-l處將兩根鋼軌短路時，在C、B兩端測得的電壓有效值，單位是V；UAC1為在+l和-l處將兩根鋼軌短路時，在A、C兩端測得的電壓有效值，單位是V；UAB2為在+2l和-2l處將兩根鋼軌短路時，在A、B兩端測得的電壓有效值，單位是V；UBC1為在+2l和-2l處將兩根鋼軌短路時，在C、B兩端測得的電壓有效值，單位是V；UAC1為在+2l和-2l處將兩根鋼軌短路時，在A、C兩端測得的電壓有效值，單位是V。
第3步根據公式(1)計算中間變量T1&
T1&的單位為Ω。
第4步根據公式(2)計算中間變量T2&
T2&的單位為Ω。
第5步判斷計算模式是模式1，還是模式2？如果是模式1，轉為執(zhí)行第6步；如果為模式2，則執(zhí)行第7步。
第6步根據公式(3)計算中間變量Z&DX Z&DX的單位為Ω。
第7步根據公式(4)計算中間變量Z&DX Z&DX的單位為Ω。
第8步根據公式(5)計算中間變量T&3
T3&的單位為Ω。
第9步根據公式(6)計算特征阻抗Z&C Z&C為被測線路的特征阻抗，單位為Ω。
第10步根據公式(7)計算衰減常數γ&
γ&為被測線路的衰減常數，單位為Km-1。
第11步根據公式(8)計算鋼軌阻抗z&g z&g為被測線路的單位鋼軌阻抗，單位為Ω/Km。
第12步根據公式(8)計算道碴漏泄電阻rd rd為被測線路的單位道碴漏泄電阻，單位為Ω·Km。
請參靠圖7軌道電路一次參數測試設備原理圖，說明該測試設備的構成，該設備分別采用微處理器芯片和數字頻率合成芯片為核心組成了電壓測量和信號產生通道，通過微處理器內部的測試程序完成一次參數的測試，測試結果存儲于外部大容量存儲器中。
測試裝置原理圖分為以下6個部分①電源部分測試裝置采用高能電池供電，無需外接電源，方便現場使用。
“電池”為整個系統(tǒng)供電，采用高能電池；“電源開關”控制電源的通斷；
“電源變換”將電池的輸出轉換為+5V和±15V，為系統(tǒng)提供所需電源；“電壓基準”的一路輸出作為“四路同步模數轉換”的基準源，另一路輸出至“限幅保護和差分輸入”端，用于實現模擬量采集通道零點漂移校準功能。
“電源監(jiān)視”單元與系統(tǒng)總線相連，用于監(jiān)視電池能量的消耗情況。
②微處理器部分“微處理器”為中央處理器，系統(tǒng)的核心處理和控制部件；“數據RAM”為測試程序提供的數據空間；“程序RAM”用于存放程序代碼；“監(jiān)督復位電路”為微處理器提供復位信號，并包含“看門狗”電路；“晶振”為微處理器提供系統(tǒng)時鐘；“總線驅動和緩沖”用于保證總線工作的穩(wěn)定性和可靠性。
③模擬量采集通道“四路同步模數轉換”實現對四路信號UAB、UAC、UBC和電壓基準的同步采集，并將其轉換為數字量，供微處理器處理；“隔離和增益控制”對被測信號進行隔離保護，同時由微處理器通過總線控制自動增益控制電路，以保證電壓測量的精度；“限幅保護和差分輸入”對輸入信號進行限幅，并通過差分輸入電路，將A、B、C三路信號以及由“電壓基準”輸入的基準電壓信號轉換為共地的四路信號，其中A、B、C三路信號對應于圖3中的A、B、C三個點。
④信號輸出通道信號輸出通道用于產生測試所需的單頻正弦信號。
“數字頻率合成”單元采用數字頻率合成技術，產生高純度的正弦電壓信號；“前置放大”單元實現信號的前置放大；“功率放大器”實現信號的功率放大，輸出信號線有三根，一根信號線作為A路信號反饋至模擬量采集通道的“限幅保護和差分輸入”單元；另兩根線連接至被測軌道電路區(qū)段中心點的兩根鋼軌處。
⑤外部存儲器和實時時鐘“外部存儲器”用于存儲測試數據；“實時時鐘芯片”用于確定測試時間。
⑥人機接口部分人機接口部分為操作人員提供測試信息輸入和測試過程控制的手段。
“鍵盤”用于操作人員鍵入信息或控制命令；“液晶”用于顯示測試信息。
使用該設備進行一次參數測試時的步驟如下①輸入測試區(qū)段號、測試人員、測試時間信息，有默認選項；②輸入測試參數和要產生的信號參數，啟動發(fā)送通道向軌道發(fā)送測試信號；③測量在L處短路時的三個電壓參數UAB1、UBC1和UAC1；④測量在2L處短路時的三個電壓參數UAB1、UBC1和UAC1；調用一次參數計算程序，求出二次參數和一次參數，顯示并存儲。
結合測試方法及其測試設備說明具體實施過程1.測試精度本測試方法采用信號源自行發(fā)送測試用正弦信號，而不是基于軌道電路中傳輸的移頻或交流計數信號進行測試，有利于提高測試精度；測試設備用電池供電，減小了電源噪聲對測試精度的影響；測試過程僅需用選頻電壓表測量六次電壓有效值，避開了相位測試；此外，還可以通過多次測量取平均值作為測量結果，以減小隨機誤差對測量結果的影響。
經過誤差分析，采用本測試法進行一次參數測試時，測試結果的相對誤差很容易達到小于5％。而采用三阻抗法時，要達到10％的測量精度也十分不容易。
2.測試過程的安全性測試過程是在軌道電路短路的條件下進行的。根據軌道電路的工作原理，用短路線將軌道電路短路時，相當于本區(qū)段軌道電路已經被列車占用，后續(xù)列車不能再駛入該區(qū)段。因此，在測試過程中，測試人員的安全可以得到保證，不需要專門設置防護或了望人員。
3.誤差分析為了分析所提出測試方法的精度，采用MATLAB環(huán)境下的仿真程序對算法進行了驗證。方法如下設信號源發(fā)送信號電壓為5V，發(fā)送端調整電阻為1Ω，信號頻率取常用軌道電路制式中25～2600Hz中的幾個點頻率，道碴漏泄電阻值在0.1～100Ω·Km之間變化時，根據軌道電路理論，計算采用本測試法時的六個電壓有效值UAB1、UBC1、UAC1、UAB2、UBC2和UAC2的真值，然后根據電壓測量精度對這六個電壓值進行舍入處理，并考慮各種可能引起測試誤差的因素，反算出該軌道電路的一次參數值，計算相對誤差值。
在進行誤差分析時，考慮可能引起測試誤差的因素有①電壓有效值的測量誤差。對于分辨率為1mv和0.1mv的測量誤差進行了分析，要求測試設備的電壓測量分辨率應達到0.1mV。
②短路線電阻Rz不為零引起的測試誤差。對短路線電阻為0.01Ω和0.005Ω時進行了分析，并考慮了短路線電阻測量偏差為±0.0005Ω和±0.001Ω時對測試結果的影響。
③距離l測量誤差。對距離測量誤差為±0.5米和±0.2米的情形進行了分析。
④發(fā)送調整電阻Ro測量誤差。對發(fā)送端調整電阻的測試誤差為0.005Ω和0.001Ω的情形進行了分析。
根據誤差分析，得出測試方法的適用條件是①對于載頻為550～850Hz的移頻軌道電路，當l取值為100米時，要達到在道碴漏泄電阻在0～5Ω.Km范圍內測試誤差小于5％的要求，短路線電阻應小于0.01Ω，電壓分辨率為0.1mV，短路線電阻測量偏差小于±0.5mΩ，發(fā)送調整電阻測量偏差小于±5mΩ，距離測量偏差小于±0.5m。
②對于載頻為25～75Hz的交流計數軌道電路，當l取值為300米時，要達到在道碴漏泄電阻在0～5Ω.Km范圍內測試誤差小于5％的要求，短路線電阻應小于0.01Ω，電壓分辨率為0.1mV，短路線電阻測量偏差小于±0.1mΩ，發(fā)送調整電阻測量偏差小于±5mΩ，距離測量偏差小于±0.5m。
③對于載頻為1700～2600Hz的UM71軌道電路，當l取值為25米時，要達到在道碴漏泄電阻在0～5Ω.Km范圍內測試誤差小于10％的要求，短路線電阻應小于0.01Ω，電壓分辨率為0.1mV，短路線電阻測量偏差小于±0.1mΩ，發(fā)送調整電阻測量偏差小于±1mΩ，距離測量偏差小于±0.1m。
④對于載頻為1700～2600Hz的UM71軌道電路，當拆除一個補償電容，使得l取值為50米時，要達到在道碴漏泄電阻在0～5Ω.Km范圍內測試誤差小于5％的要求，短路線電阻應小于0.01Ω，電壓分辨率為0.1mV，短路線電阻測量偏差小于±0.5mΩ，發(fā)送調整電阻測量偏差小于±5mΩ，距離測量偏差小于±0.1m。
⑤對于載頻為1700～2600Hz的UM71軌道電路，在有補償電容的情況下，l取值為50米時，要達到在道碴漏泄電阻在0～5Ω.Km范圍內測試誤差小于5％的要求，短路線電阻應小于0.01Ω，電壓分辨率為0.1mV，短路線電阻測量偏差小于±0.5mΩ，發(fā)送調整電阻測量偏差小于±5mΩ，距離測量偏差小于±0.1m，補償電容阻抗測量誤差應小于±0.1％。
該測試方法及其測試設備為高精度、快速、可用于所有軌道電路制式的軌道電路一次參數地面測試。經過簡單計算就能得到該段線路的鋼軌阻抗和道碴漏泄阻抗值。該測試方法及其測試設備不僅方法簡便實用、精度高、適用范圍廣，而且測試時無需進行現場甩、接線作業(yè)，對行車作業(yè)干擾很小。此外，測試過程本身是安全的，無需對測試人員采用額外的防護措施。測試方法是對傳統(tǒng)一次參數測試方法的一個突破，為軌道電路的系統(tǒng)設計和維護工作提供了有效的測試手段。
權利要求
1.一種軌道電路一次參數高精度快速地面測試方法，其特征在于一.測試方法的具體實施步驟(1)無補償電容和限波器的軌道電路區(qū)段在被測軌道電路區(qū)段任意選取一段間距為4l的線路，以該段線路的中點為原點O。測試步驟如下第一步，在原點處，通過測試夾具和測試線將測試用信號源和標準電阻Ro連接在兩根鋼軌之間；第二步，在+l和-l處，通過測試夾具和短路線將兩根鋼軌短路；第三步，打開信號源電源，向鋼軌線路上發(fā)送頻率為f、有效值為UAB1的正弦信號，然后用三塊同樣精度的選頻電壓表(中心頻率為f)同時測量出信號源處三個點的電壓有效值UAB1、UBC1和UAC1；第四步，斷開在+l和-l處的測試夾具和短路線，改為在+2l和-2l處通過測試夾具和短路線將兩根鋼軌短路；第五步，信號源向鋼軌線路上發(fā)送頻率保持不變，繼續(xù)為f；然后用三塊同樣精度的選頻電壓表(中心頻率為f)同時測量出信號源處三個點的電壓有效值UAB2、UBC2和UAC2；第六步，并按模式1計算出該段線路的軌道電路一次參數zg&和rd；(2)有限波器的軌道電路區(qū)段移頻18信息無絕緣軌道電路通常要在一段軌道電路的中間加裝限波器，由于這類軌道電路長度較長，在進行一次參數測試時，可以在避開限波器的區(qū)段內選取一段間距為4l的線路，取適當的l值，重復(1)中的步驟；(3)有補償電容的軌道電路區(qū)段UM71、WG-21A等無絕緣軌道電路需要在鋼軌沿線等間距地設置補償電容，通常的補償間距為100米，在測試精度允許的情況下，可以取l值小于或25米，避開補償電容，在相鄰兩個補償電容之間選取一段間距為4l的線路，重復(1)中的步驟；也可以取l值為50米，將原點設在軌道電路中間的某個補償電容處，并斷開該補償電容，然后重復(1)中的步驟；如果測試時不允許拆除補償電容，同時補償電容的阻抗值ZCC&又可以精確地測量出來，此時也可以按以下步驟進行一次參數測試①選取軌道電路中間相鄰兩個補償電容的中點作為原點O，②選取l值為50米，③原點O附近的兩個補償電容值已經精確地測量出來，測量誤差應小于±0.1％，④重復(1)中的第一步～第五步，⑤按模式2計算出該段線路的軌道電路一次參數zg&和rd；二 計算程序執(zhí)行步驟說明如下第1步設置參數l、Ro、Rz和ZCC&的初始值參數l為被測軌道電路區(qū)段總長度的1/4，單位為Km；參數Ro為測試用信號源處連接的調整電阻，單位為Ω；參數Rz為測試用短路線的電阻(包含與鋼軌的接觸電阻)，單位為Ω；參數ZCC&為有補償電容的軌道電路區(qū)段補償電容的阻抗值(包含與鋼軌的連接線)，單位為Ω；第2步讀取測量值UAB1、UBC1和UAC1以及UAB2、UBC2和UAC2UAB1為在+l和-l處將兩根鋼軌短路時，在A、B兩端測得的電壓有效值，單位是V；UBC1為在+l和-l處將兩根鋼軌短路時，在C、B兩端測得的電壓有效值，單位是V；UAC1為在+l和-l處將兩根鋼軌短路時，在A、C兩端測得的電壓有效值，單位是V；UAB2為在+2l和-2l處將兩根鋼軌短路時，在A、B兩端測得的電壓有效值，單位是V；UBC1為在+2l和-2l處將兩根鋼軌短路時，在C、B兩端測得的電壓有效值，單位是V；UAC1為在+2l和-2l處將兩根鋼軌短路時，在A、C兩端測得的電壓有效值，單位是V；第3步根據公式(1)計算中間變量T1& T1&的單位為Ω；第4步根據公式(2)計算中間變量T2& T2&的單位為Ω；第5步判斷計算模式是模式1，還是模式2？如果是模式1，轉為執(zhí)行第6步；如果為模式2，則執(zhí)行第7步；第6步根據公式(3)計算中間變量ZDX& ZDX&的單位為Ω；第7步根據公式(4)計算中間變量ZDX& ZDX&的單位為Ω；第8步根據公式(5)計算中間變量T3& T3&的單位為Ω；第9步根據公式(6)計算特征阻抗ZC& ZC&為被測線路的特征阻抗，單位為Ω；第10步根據公式(7)計算衰減常數r& r&為被測線路的衰減常數，單位為Km-1；第11步根據公式(8)計算鋼軌阻抗zg& zg&為被測線路的單位鋼軌阻抗，單位為Ω/Km；第12步根據公式(8)計算道碴漏泄電阻rd rd為被測線路的單位道碴漏泄電阻，單位為Ω·Km。
2.一種軌道電路一次參數高精度快速地面測試設備，其特征在于測試裝置分為以下6個部分①電源部分由電池、電源開關、電源變換構成，電壓基準的一路輸出作為四路同步模數轉換的基準源，另一路輸出至限幅保護和差分輸入端，電源監(jiān)視單元與系統(tǒng)總線相連；②微處理器部分，構成如下為測試程序提供的數據空間的數據RAM，用于存放程序代碼的程序RAM，為微處理器提供復位信號并包含看門狗電路的監(jiān)督復位電路，為微處理器提供系統(tǒng)時鐘的晶振，用于保證總線工作的穩(wěn)定性和可靠性的總線驅動和緩沖；③模擬量采集通道，構成如下實現對四路信號UAB、UAC、UBC和電壓基準的同步采集，并將其轉換為數字量，供微處理器處理的四路同步模數轉換，對被測信號進行隔離保護，同時由微處理器通過總線控制自動增益控制電路的隔離和增益控制，對輸入信號進行限幅，并通過差分輸入電路，將A、B、C三路信號以及由電壓基準輸入的基準電壓信號轉換為共地的四路信號的限幅保護和差分輸入；④信號輸出通道采用數字頻率合成技術，產生高純度的正弦電壓信號的數字頻率合成；實現信號的前置放大的前置放大，實現信號的功率放大的功率放大器，輸出信號線有三根，一根信號線作為A路信號反饋至模擬量采集通道的“限幅保護和差分輸入”單元；另兩根線連接至被測軌道電路區(qū)段中心點的兩根鋼軌處；⑤外部存儲器和實時時鐘，構成如下用于存儲測試數據的外部存儲器，用于確定測試時間的實時時鐘芯片；⑥人機接口部分，構成如下用于操作人員鍵入信息或控制命令的鍵盤，用于顯示測試信息的液晶。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種軌道電路一次參數高精度快速地面測試方法及其測試設備，該發(fā)明提出了一種適用于所有軌道電路制式的軌道電路一次參數地面測試方法。測試法采用在軌道電路中間發(fā)送信號、兩端用短路線短路的方法實現，測試過程中僅需測量六個標量電壓有效值，再經過簡單計算就能得到該段線路的鋼軌阻抗和道碴漏泄阻抗值。該測試設備包括微處理器部分、模擬量采集通道、信號輸出通道、外部存儲器和實時時鐘、人機接口部分，該測試方法及其測試設備不僅方法簡便實用、精度高、適用范圍廣，而且測試時無需進行現場甩、接線作業(yè)，對行車作業(yè)干擾很小。無需對測試人員采用額外的防護措施。
文檔編號B61L1/18GK1528629SQ20031010038
公開日2004年9月15日 申請日期2003年10月14日 優(yōu)先權日2003年10月14日
發(fā)明者趙會兵, 趙明, 王永和, 趙林海 申請人:北京交大思諾科技有限公司