检测铁轨断裂的方法和设备的制作方法

专利名称：检测铁轨断裂的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种监测铁路轨道完整性的方法，具体涉及一种检测铁轨断裂的方法。
本发明还涉及用于实现该方法的设备。
背景技术：
某些铁路运输驾驶员，实际上某种类型交通如客运路线、速度超过160km/h的路线等的所有这类驾驶员，需要在地面上有一自主实时系统来检测铁轨断裂。实际上，术语“实时”被理解为是指响应命令至多几分钟的延迟。
事实上绝对必要及时检测铁轨断裂，因为铁轨断裂，特别是弯曲轨道段中的断裂能导致重大事故，如出轨。
而且，在发生初次铁轨断裂之后，非常可能在紧靠第一次断裂附近发生第二次断裂。于是在由轨道电路(a track circuit)提供检测系统的情况下，其表现为在检测中产生“间隙”或列车“损失”(“toss”of a train)。
轨道电路是使用两条铁轨作为传输线的系统。在一点以差分形式(in differential form)注入信号，并由另一点处的接收器接收。将这些点之间存在的车轴转换成短接两条铁轨的电阻，通过这种方法，对所接收的信号产生衰减。从而该系统作为检测系统，能十分可靠地检测给定路段中存在车轴。将后者定义为分别由发射与接收两点限定的路段的长度。
一种已知做法是通过插入接点(joint)来限制该轨道电路；通过在被调谐的轨道电路中使用射频信号，得到绝缘接点(机械断点)或者电接点(无机械断点)——当前最佳的解决方法。于是该轨道被分成段，也称作由电接点分隔开的“区段系统”(“block system”)。
根据现有技术状态，习惯于对大段，也即100米到2千米之间的轨道使用电接点。
根据轨道电路的原理，铁轨中偶然发生的电中断将导致接收器处信号消失，然而实际中，情况并非总是如此轨道接地和牵引电流(traction current)朝向变电所(substation)的回流构成了寄生路线，使轨道电路的电流能避开铁轨断裂处，从而妨碍其检测。
不过，通过使接地点定位和牵引电流朝向变电所的回流遵循若干准则，可以在一定可能性上确保检测。
此外，为了补偿每单位长度轨道的自感应线圈，倾向于为轨道“加感”(“pupinize”)，也就是说在两条铁轨之间固定间隔处放置电容器。这有可能实现由未“加感”寄生路线引起的功率衰减相对增大。后一种技术有可能减轻这些缺点，但没有完全消除这些缺点。
应该指出，这种使用轨道电路进行检测的缺陷，极大地取决于外界参数，如接地类型，路基状态，轨道几何结构(悬垂型或具有第三铁轨的类型等)。
此外，这些技术不可能区分轨道占用和铁轨断裂这两类事件。实际上，这两类事件均导致轨道电路中电压下降。另外，能可靠地检测存在列车，同时区分两类信息即铁轨断裂和轨道占用，当然很重要。
此外，这时只能在安装具有电或机械接点的轨道电路的线路的情况下使用现有技术提出的多种解决方案，通常不用于运输量小的线路，或具有ERTMS(欧洲铁路列车管理系统)level-3型信号的线路。
迄今为止，尚没有对这类轨道检测铁轨断裂的设备。
发明目的本发明的目的在于提供一种不具有现有技术缺点的解决方案，提供一种用于可靠检测，用铁道工程术语说，铁轨断裂的方法和设备。
因此，本发明的目的在于提供一种解决方案，有可能通过使用包含利用轨道电路进行检测的系统，或使用不包含轨道电路的系统，检测铁轨断裂。
本发明的另一目的在于能将本发明的方法和设备应用于相当长的轨道段中，例如用于几十千米，尤其用在轨道电路不能保证列车检测的线路中。
本发明的又一目的在于提供一种低成本解决方案，使装置数量最小。
发明主要特征本发明涉及一种用于监测至少一段铁路轨道完整性的方法，所述段轨道由两条平行铁轨构成，在其之间设置有，一方面，一处于一端的信号发生器或检测器，以及一处于另一端的阻抗；另一方面，一检测器或信号发生器被设置在共态线路(common-mode link)中，该方法包括下列步骤-借助于所述信号发生器产生某一频率的信号，并将该信号注入所述段中，-借助于该检测器拾取并检测所述频率的所述信号，-对所述信号进行处理，并对所述段进行完整性诊断。
根据本发明方法的第一实施例-借助于设置在铁轨之间的AC电压源，产生一与相应于所述轨道段的第一电路中电流相应的某一频率信号，-在由至少一个与所述第一电路相连的共态接线(common-modeconnection)构成的附加电路中，借助于设置在共态线路中的检测器拾取和检测所述频率的所述电流，根据第二实施例-从附加电路中的电流源产生某一频率的信号，所述电流源设置在共态接线中，-借助于所述检测器，在相应于所述轨道段的第一电路中，以两条铁轨之间差分电压的形式拾取并检测所述频率的所述信号。
在本发明的方法中，可以对该信号进行编码。
在本发明的方法中，在牵引电流为AC电流的情况下，共态接线可以为接地接线。或者，在牵引电流为DC电流的情况下，该共态线路可以为用作牵引电流返回变电所的接线。
本发明还涉及一种用于监测铁路轨道段完整性，最好是用于检测铁轨断裂的设备，根据第一实施例，该设备至少包括-一用于产生信号的装置，被设置在所述铁路轨道的两条铁轨之间，-一阻抗，被连接在铁轨之间距离所述信号产生装置一预定距离处，-具有中点的器件，被设置在铁轨之间，且至少通过导线以这样一种方式连接其中点，以形成一共态接线，-用于检测所述信号的装置，被设置在所述共态接线上，-对所述信号进行处理，并对所述段进行完整性诊断的装置。
在根据第一实施例的设备中，所述用于产生信号的装置可以包括一AC电压源，并且所述用于检测所述信号的装置可以包括一AC电流检测器。
本发明还涉及一种用于监测铁路轨道段完整性，最好是用于检测铁轨断裂的设备，根据第二实施例，该设备至少包括-一用于检测信号的装置，被设置在所述铁路轨道的两条铁轨之间，-一阻抗，被连接在所述铁轨之间距离所述检测装置一预定距离处，-具有中点的器件，被设置在所述铁轨之间，且至少通过导线以这样一种方式连接其中点，以形成一共态接线，-一用于产生所述信号的装置，被设置在所述共态接线上，-对所述信号进行处理，并对所述段进行完整性诊断的装置。
在根据所述第二实施例的设备中，所述用于检测信号的装置可以包括一AC电压检测器，并且所述用于产生信号的装置可以包括一AC电流源。
在根据本发明的设备中，所述共态接线可以包括一通过接地点的接地线。或者，所述共态接线可以包括一使牵引电流返回变电所的导线。
在根据本发明的设备中，所述具有中点的器件可以是具有一中点的线圈。
在根据第一实施例的设备中，所述电压源可以起用于检测列车的轨道电路的发射器(Tx)部分的作用，所述阻抗可以起与用于检测列车的轨道电路的接收器(Rx)相连的调谐单元的作用。所述轨道电路可以通过绝缘接点或电接点与相邻轨道电路分隔开。
在根据第二实施例的设备中，差分电压检测器可以起用于检测列车的轨道电路的接收器(Rx)部分的作用，所述阻抗可以起与用于检测列车的轨道电路的发射器(Tx)相连的调谐单元的作用。所述轨道电路可以通过绝缘接点或电接点与相邻轨道电路分隔开。
根据本发明，所述检测装置可以包括一仪表变压器，该仪表变压器包括一用作初级线圈的第一线圈，一用作次级线圈的第二线圈，和至少一个接收器。
根据本发明一个实施例，所述第一线圈将两个器件的中点与一属于两个不同轨道(A和B)的中点相连，并且所述至少一个接收器能检测与第一轨道(A)上存在的第一轨道电路相应的第一频率(F1)的电流，并检测与第二轨道(B)上存在的第二轨道电路相应的第二频率(F2)的电流。
附图简要说明

图1a和1b示意性表示根据本发明，安装一用于以共态方式检测铁轨断裂的装置的轨道电路的使用。
图2a到2d示意性地表示根据本发明用于检测铁轨断裂的四类装置。
图3示意性地表示利用其发射器和其接收器，检测两个电接点之间存在列车的轨道电路。
图4示意性地表示用于检测列车的轨道电路，具有根据本发明用于检测铁轨断裂的装置。
图5示意性地表示根据本发明最佳实施例，包括两条安装有用于检测铁轨断裂的装置的平行铁轨的轨道段。
本发明若干最佳实施例的描述本发明在于存在一信号发生器，特别是放置在铁路轨道两条铁轨之间或一共态线路上的电压源或电流源，并且对表示铁轨破裂或断裂的所述信号进行检测。源类型(电压或电流)与检测器类型(测量电流或电压)的任何组合包含在本发明范围之内。
术语“共态”被认为是指能将两条铁轨连接起来的装置。这些共态装置通常由具有中点的器件构成，或者借助接线它们自己相互连接，或者将其中点直接接地。
图1和2示意性地描述了根据最佳实施例实现的方法和设备的检测原理。参照图3得到更详细的说明。
根据图1和2，利用该实施例，根据该实施例提供一设置在两条铁轨之间的电压源，并且根据该实施例，检测共态电流的存在。当然，可以对相反结构进行完全相同的分析，也就是说如果使用设置在共态接线中的电流源，并且检测两条铁轨之间的差分电压。
在第一种情况中，由铁轨1和2构成轨道电路，在两条铁轨之间设置一频率为F1的AC电压源3和一在电压源3所述频率下具有的给定阻抗的阻抗4。
该电压源产生的电流最好以一定频率编码，路段越长频率越低。
根据本发明的方法最好使用一编码信号系统来区别牵引电流与用于检测铁轨断裂的电流。
还有具有中点的器件5(阻抗)，允许在用交流电压牵引时接地，或者在用直流电压牵引时将所述电流返回变电所。这些器件使之有可能实现共态接线。
实际上，已经将这类器件5安装到轨道电路上，凭借于此用于本发明。
在交流电压牵引电流的情形中，例如25kV，50Hz AC电压，这类具有中点的器件5使部分牵引电流通过导线8返回，朝向接地点13引导(图2a)。于是在器件5的两个中点之间存在共态接线6。
在DC牵引电流的情况下同样存在这类器件5，以便保证轨道与地面绝缘。在这种情形中，通过导线8将牵引电流从所述器件5的中点和导线14向变电所15引导(图2b)。由两个导线8和导线14的一部分构成的电通路代表一共态接线6。根据本发明，将使用该接线6(图2a或2b)检测器件5之间轨道部分中的铁轨断裂。
为了检测共态电流的存在，最好将能测量所述电流的装置7设置在器件5与导线14或接地点13之间的接线6中，这取决于实际情况。
可以由现有技术中已知的任何测量电流的仪器构成该装置7。当然，其被构造成对牵引电流和用于检测铁轨断裂的频率为F1的电流的通过进行区分。
在正常条件下，也就是说源3与阻抗4之间没有铁轨断裂，电流I通过轨道电路10(图1a)。由于轨道固有的不对称性，所述电流有限的一部分将通过接线6。
在铁轨断裂11的情况下，电流I将通过电路12(图1b)，将导致装置7所探测到的电流增大(牵引电流+由于共态产生的电流)。因此足以检测电流的这种增大，能判断出在铁轨1或铁轨2中发生了中断，从而在所关心的路段中检测铁轨断裂。
检测过程的调整应该考虑轨道环境(接地，悬垂等)。对使用的限制取决于牵引类型，取决于存在接地或者返回变电所，并取决于轨道特征。
如图2所示，可以将接线6形成为多种形式，这取决于轨道特征。本质上有两种可能发生的事与牵引电流(AC或DC)的回流有关。在25kV，50Hz AC牵引电压的情形中(图2a)，利用轨道铁轨的接地点13可以泄放(drain)牵引电流(在固定距离处)，或者通过沿轨道方向将多个点连接到变电所15的导线14的存在，在直流牵引电压情形中它实质上是轨道上若干点的公共轨道绝缘点(图2b)。
实际上图2a描述了第一实施例(AC电压)，它利用了连接器件5中点的接地点13。本发明的器件5最好是感性阻抗(线圈)，它在轨道电路的频率F1下表现出给定大小，同时在低频下形成低阻抗。在轨道上已经存在该器件用作牵引电流返回路径的情形下，在本发明的方法中可以使用这些线圈。
图2b代表DC电压情况下的第二实施例导线14实质上将牵引电流朝向变电所15泄放，不过同样用作实现本发明方法的接线6。
从而本发明的原理在于使用该接线检测共态电流的存在，该接线或者为接地连接(图2a)，或者为重新引向变电所的连接(图2b)。
然后使用已知方法测量点之间的电流，例如器件5线圈的中点，和接线6的一点例如接地点或者使牵引电流返回变电所的路径上的一点。该接线6上专用检测器7检测的频率为F1的信号表明，在所考察的路段上(区段系统)上发生了铁轨断裂。
图2c和2d表示其中电流源40和差分电压检测器41放置在铁轨之间共态接线6上的实施例。该系统通过检测铁轨断裂11对检测器41测得电压的影响，同样能检测所述铁轨断裂11。
根据一最佳实施例，本发明的方法采用已有轨道电路，如由电接点分隔开的用于查找列车位置的轨道电路。
传统上，图3中所示类型的电接点(称为RX/TX接点)分别包括两个调谐单元，TU.Rx(“调谐单元——接收器”)和TU.Tx(“调谐单元——发射器”)，设置在两条铁轨1与2之间，连接这两条铁轨并且彼此设置成相距15到30米。两个相邻接点之间的距离可以在几百米到一或两千米之间改变。从而每个接点将轨道分成具有重叠区域70的两段50和60，称为“区段系统”，该重叠区域相当于这两个单元之间的距离。利用与所述区段系统相应的电路中存在的每个区段系统典型频率下的电信号，实现列车存在的检测，这能电分隔两个相邻电路。
图3表示两个构成轨道电路界限的电接点。左侧接点的单元20和右侧接点的单元21在第一频率F1下电容相等。在该频率下，AC源(Tx)将信号注入由这两个接点限定的轨道电路中。源Tx实际上与单元20串联，而单元21具有一并联的接收器Rx，该接收器必须包括一用于测量该轨道电路中电流的装置。由于外部单元22和23在频率F1下等同于短路，该与区段系统50相应的轨道电路与相邻电路60分隔开。在不同的频率F3下，这些单元电容不相同，用这种方法通过频率为F3的电流能检测相邻区段系统60中列车的存在。
例如，区段系统50上列车的检测，是由于该列车的车轴24本身在铁轨1与2之间形成短路。实际上，车轴表现出可视作短路的低阻抗，将导致与单元21相连的接收器中电压下降，通过这种方式使其去激活。因此这种去激活相当于在单元20与21之间检测列车。
该情形与图1所描述的情形很相似。通过使用具有中点的器件5和具有电流测量装置7的共态接线6，有可能可靠地在每个区段系统中检测铁轨断裂，如图4所示。作为感性阻抗的具有中点的器件5，不必必须设置在电接点的调谐单元之间。
而且根据本发明的方法进行监测的路段可能包括数个检测轨道电路。这允许沿轨道方向靠近有限数量的接点设置具有中点的器件5，而不是靠近每个电接点。
从而观察到，当轨道电路50上有列车时，电流将通过该列车的车轴，而不通过接线6。至于牵引电流，当列车通过时由装置7进行测量。
因此在相应于轨道电路50的路段上，铁轨断裂与列车存在的检测之间不会混淆，只要对信号适当编码，使牵引电流能区别于用于检测铁轨断裂的共态信号。
图5表示出本发明的最佳实施例。对基本上平行的两对A和B铁轨1，2和1’，2’进行电流测量。这两个轨道A和B安装有用于检测列车的轨道电路，且所述电路由电接点(20，22)和(21，23)分隔开。在这种特殊情形中，电流测量装置7为仪表变压器(18，19，32)形式，能对属于两平行轨道中任一个的两个分块系统(30，31)其中之一检测铁轨断裂。利用称为F1和F2的不同频率下的差分信号实现区段系统30和31中列车的检测。具有中点的器件5，5’处于电接点的调谐单元之间。
例如在AC电压情形中，阻抗18为具有一接地中点的自感应线圈，并作为该仪表变压器的初级线圈。在DC电压的情况下，可以将该中点连接到一电缆上，该电缆作为返回变电所的接线。在这种情形中，可以借助于单个测量器件实现平行轨道两个电路中两个电流的检测。如果如图5所示提供接地，则使用两个线圈18。
至少一个用于检测铁轨断裂的专用接收器32与该变压器的次级线圈19相连。
由于意欲避免将列车的存在等同于虚构的断裂，故使用编码的轨道电路信号。
因此预编程频率代码对的使用，有可能判断(或更准确地区别)来自轨道电路的电流与牵引电流。相应于所确定的频率，接收器32检测超过某一阈值的信号(滤波)，并进行编码。该检测可能确定存在异常的区段系统或轨道。
有可能每个接地点使用一个接收器32，只要它安装有用于区分频率F1的信号与频率F2的信号的装置(例如解码装置)。最好每个接地点安装两个接收器32，也就是说每个频率F1，F2一个接收器。这些接收器将平行安装在次级线圈19上。
如图5所示，通过电流测量装置(18，19，32)检测两个区段系统30和31中一个或另一个中的铁轨断裂。用与电感接线5’相连靠近相邻接点的类似装置(18’，19’，32’)监测相邻区段系统。实际上，靠近电接点的接地点的存在应该参与与该路段中铁轨断裂有关的共态传导。从而不必试图在相邻接地点检测该信号。
电流传感器18，19和检测器32最好包含在一个外壳内，在该外壳内有例如一载有共态电流的导线通过。可以在轨道处或者在一定距离处实现由检测器32进行的检测。
权利要求
1.用于监测至少一段铁路轨道(10)完整性的方法，所述段轨道由两条平行铁轨(1和2)构成，在其之间设置有，一方面，一处于一端的信号发生器(3)或检测器(41)，和一处于另一端的阻抗(4)；另一方面，一检测器(7)或信号发生器(40)被设置在共态线路(6)中，该方法包括下列步骤-借助于所述信号发生器产生某一频率的信号，并将该信号注入所述段中，-借助于该检测器拾取并检测所述频率的所述信号，-对所述信号进行处理，并对所述段进行完整性诊断。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于-借助于设置在铁轨(1和2)之间的AC电压源(3)，产生一与相应于所述轨道段的第一电路(10)中电流相应的某一频率信号，-在由至少一个与所述第一电路相连的共态接线(6)构成的附加电路(12)中，借助于设置在共态线路(6)中的检测器(7)，拾取并检测所述频率的所述电流。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于-从附加电路(12)中的电流源(40)产生某一频率的信号，所述电流源设置在该共态接线(6)中，-借助于所述检测器(41)在与所述轨道段(10)相应的第一电路中，以两条铁轨之间差分电压的形式拾取并检测所述频率的所述信号。
4.根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于对该信号编码。
5.根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于在牵引电流为AC电流的情况下，该共态线路(6)为接地接线。
6.根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于在牵引电流为DC电流的情况下，该共态线路(6)为用作牵引电流返回变电所的接线。
7.用于监测一段铁路轨道完整性，最好是用于检测铁轨断裂的设备，该设备至少包括-一用于产生信号的装置(3)，被设置在所述铁路轨道的两条铁轨(1和2)之间，-一阻抗(4)，被连接在铁轨(1和2)之间距离所述信号产生装置一预定距离处，-具有中点的器件(5)，被设置在铁轨(1和2)之间，并且至少通过导线(8)以这样一种方式连接其中点，以形成共态接线(6)，-一用于检测所述信号的装置(7)，被设置在所述共态接线(6)上，以及-对所述信号进行处理，并对所述段进行完整性诊断的装置。
8.根据权利要求7所述的设备，其中所述用于产生信号的装置包括一AC电压源(3)，并且所述用于检测所述信号的装置包括一AC电流检测器(7)。
9.用于监测一段铁路轨道完整性，最好是用于检测铁轨断裂的设备，该设备至少包括-一用于检测信号的装置(41)，被设置在所述铁路轨道的两条铁轨(1和2)之间，-一阻抗(4)，被连接在所述铁轨(1和2)之间距离所述检测装置某一预定距离处，-具有中点的器件(5)，被设置在所述铁轨之间，并且至少通过导线(8)以这样一种方式连接其中点，以形成共态接线(6)，-一用于产生所述信号的装置，被设置在所述共态接线(6)上，-对所述信号进行处理，并对所述段进行完整性诊断的装置。
10.根据权利要求9所述的设备，其中所述用于检测信号的装置包括一AC电压检测器(41)，并且所述用于产生信号的装置包括一AC电流源(40)。
11.根据权利要求7到10所述的设备，其特征在于所述共态接线(6)包括一通过接地点(13)的接地线。
12.根据权利要求7到10所述的设备，其特征在于所述共态接线(6)包括一使牵引电流返回变电所(15)的导线(14)。
13.根据权利要求7或8所述的设备，其特征在于所述具有中点的器件(5)为具有一中点的线圈。
14.根据权利要求8所述的设备，其中所述电压源(3)起用于检测列车的轨道电路的发射器(Tx)部分的作用，该阻抗(4)起到与用于检测列车的轨道电路的接收器(Rx)相连的调谐单元(21)的作用。
15.根据权利要求10所述的设备，其中所述差分电压检测器(41)起用于检测列车的轨道电路的接收器(Rx)部分的作用，该阻抗(4)起到与用于检测列车的轨道电路的发射器(Tx)相连的调谐单元(20)的作用。
16.根据权利要求14或15所述的设备，其中所述轨道电路通过绝缘接点与相邻轨道电路分隔开。
17.根据权利要求14或15所述的设备，其中所述轨道电路通过电接点与相邻轨道电路分隔开。
18.根据权利要求7或9所述的设备，其特征在于所述检测装置(7，41)包括一仪表变压器，该仪表变压器包括一用作初级线圈的第一线圈(18)，一用作次级线圈的第二线圈(19)，和至少一个接收器(32)。
19.根据权利要求18所述的设备，其特征在于所述第一线圈(18)将两个器件(5)的中点与一属于两个不同轨道(A和B)的中点相连，并且其中该所述至少一个接收器(32)能检测与第一轨道(A)上存在的第一轨道电路相应的第一频率(F1)的电流，并检测与第二轨道(B)上存在的第二轨道电路相应的第二频率(F2)的电流。
全文摘要
用于监测至少一段铁路轨道(10)完整性的方法，所述段轨道由两条平行铁轨(1和2)构成，在其之间设置有，一方面，一处于一端的信号发生器(3)或检测器(7)，以及一处于另一端的阻抗(4)；另一方面，一检测器(7)或信号发生器(3)被设置在共态线路(6)中，该方法包括下列步骤－借助于所述信号发生器产生某一频率的信号，并将该信号注入所述段中，－借助于该检测器拾取并检测所述频率的所述信号，－对所述信号进行处理，并对所述段进行完整性诊断。
文档编号B61L23/00GK1451577SQ0310828
公开日2003年10月29日 申请日期2003年3月27日 优先权日2002年3月27日
发明者米歇尔·劳瑟奥, 埃里克·勒彻文, 让-皮埃尔·弗兰卡特 申请人:阿尔斯托姆比利时股份有限公司