显示设备上，所述实验计算机与显示设备连接(如图3所示)。这种情况下，所述教学实验单元还包括信号波形显示模块，用以将信号波形显示在显示设备上。可以通过信号波形显示模块和显示设备看到原始加载的机车信号，也可以通过显示设备的波形验证机车信号灯的输出是否正确，获得更好的教学效果。所述教学实验单元的信号波形显示模块能对各低频信号、FSK信号的波形进行展示，可以在轴向上拉伸或压缩，以便更清楚的观察信号波形。
[0041]上述实验教学系统可以在结构上更贴近实际的机车信号产生、传递的原理，在环境噪声小的情况下，可以模拟轨道电路-机车信号的实际工作过程。
[0042]作为对本实施例的改进，本实施例的所述轨道电路-机车信号教学实验系统还可以包括波形读取/保存模块。其中，波形读取/保存模块能读取存储在实验计算机中的波形文件，从数据采集卡信号输出端输出，通过显示设备上的波形显示窗口观测。还可以将数据采集卡的信号输入端采集到的波形以数字的形式保存在实验计算机里。
[0043]作为对本实施例的改进，本实施例的所述轨道电路-机车信号教学实验系统的教学实验单元还可以包括动画演示模块，所述动画演示模块，能够提供三显示自动闭塞、四显示自动闭塞工作过程演示动画，并在观看过程中任意暂停/开启。
[0044]本实施例还公开了用于实施例1的轨道电路-机车信号教学实验系统的教学实验方法，包括如下步骤:
[0045]步骤SlO:实验计算机(也包括其内部的教学实验单元)运行机车信号发送程序，产生某个频率的信号:产生的信号通过数据采集卡信号输出端发出，经过功率放大器后，加载到信号电缆；通过调节功率放大器的放大倍数来调节信号的强度；
[0046]步骤S20:机车信号线圈通过电磁耦合的方式感应到信号电缆上的轨道电路信号，数据采集卡采集机车信号线圈两端的电压作为采集信号，所述采集信号与信号电缆上的信号成比例关系；
[0047]步骤S30:实验计算机对所述采集信号进行解调(比如非相干解调，当然也可以采用相干解调)，得到解调信息(在非相干解调情况下，得到的是低频与载频信息)；并根据解调信息(比如低频信息)做相应的输出，控制机车信号灯控制电路通过开关元件(比如控制继电器)点亮相应的机车信号灯。
[0048]作为对本实施例的改进，还可以包括如下步骤:
[0049]步骤S40:所述教学实验系统可由用户自己编制波形，再送入系统中输出；亦可将波形的数据保存下来，方便用户使用；和/或步骤S50:用所述教学实验系统进行动画演示，完成对三显示或四显示自动闭塞轨道电路的仿真。
[0050]作为对本实施例的改进，还可以包括如下步骤:
[0051]步骤Sll:选择至少一种噪声信号叠加到正常信号上，通过数据采集卡的输出端发出。用以向学生演示噪声对于机车信号的影响。
[0052]实施例2
[0053]本发明实施例2的轨道电路-机车信号教学实验系统，如图2所示，其与实施例1的区别在于，所述数据采集卡的信号输出端与信号输入端通过导线直接连接，而非上述的使用功率放大器、信号电缆，通过机车信号线圈的电磁耦合传输轨道电路信号。通过导线的直接连接，避免了环境噪声对电磁耦合产生的不利影响，可以让学生在复杂的电磁场环境下依然看到清晰准确的机车信号，利于学生看到理想情况下的信号，同时利于数据采集卡向机车信号灯准确的传输信号，能达到预期的实验教学目的。
[0054]对于实施例1的上述各种变形和改进方案，均适用于实施例2，此处不再赘述。
[0055]本实施例还公开了用于实施例2的轨道电路-机车信号教学实验系统的教学实验方法，包括如下步骤:
[0056]步骤SlO:实验计算机运行机车信号发送程序，产生信号:产生的信号通过数据采集卡信号输出端发出；
[0057]步骤S20:数据采集卡采集信号；
[0058]步骤S30:实验计算机对所述采集信号进行解调(比如非相干解调)，得到解调(比如低频与载频)信息；并根据解调信息做相应的输出，控制机车信号灯控制电路通过开关元件点亮相应的机车信号灯。
[0059]对于实施例1的教学实验方法的上述各种变形和改进方案，均适用于实施例2，此处不再赘述。
[0060]由这些技术方案，使用本发明可用于铁路院校或研发单位，进行轨道电路-机车信号仿真实验，通过操作、观察各个频率下机车信号波形及点灯情况，理解车地通信的基本原理与工作过程。
[0061]本发明的有益效果:本发明是模拟了现实中轨道电路信号的发送和车载机车信号系统的工作过程，以诠释其在列车控制领域的应用，为教学实验提供了平台。虚拟仪器的运用，简化了实验操作，更便于直观教学和理论联系实际。本发明使用虚拟仪器进行教学实验研宄节约大量仪器设备的经费投入，同时以直观的动画，调动学习者的学习兴趣，对于提高实验室教学质量具有重要意义。
[0062]使用虚拟仪器进行教学实验研宄不但可以节约大量仪器设备的经费投入，而且更新速度快，从而能够在很大程度上提高教学科研的质量和效率。基于虚拟技术的实验教学系统具有多方面的优势:1)界面友好，使用方便；2)功能强大。信号发生，分析，处理，存储等功能均可以实现；3)实验系统维护简单，扩展功能方便。使用软件代替了传统的仪器设备，系统安全可靠，且大大降低了系统成本，在为设备升级时也不需要淘汰仪器的仪器，只需做简单的软件更新即可。
[0063]以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程交换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【主权项】
1.一种轨道电路-机车信号教学实验系统，包括实验计算机，数据采集卡，机车信号灯控制电路，开关元件，机车信号灯； 所述的实验计算机包括教学实验单元，所述教学实验单元包括信号发生模块，信号采集/解调模块，机车信号灯点灯模块；所述实验计算机与数据采集卡连接，用以向数据采集卡发出指令，并收集和处理由数据采集卡传输的信息；所述信号发生模块用以调制信号并将调制后的信号发出；所述信号采集/解调模块采集信号并将所述采集信号解调后发给机车信号灯点灯模块； 所述数据采集卡包括信号输出端，信号输入端，数字输出端； 所述的数据采集卡的数字输出端与机车信号灯控制电路、开关元件、机车信号灯依次连接；所述教学实验单元的机车信号灯点灯模块通过所述数据采集卡控制所述机车信号灯控制电路，所述机车信号灯控制电路通过控制开关元件的开断控制所述机车信号灯。
2.根据权利要求1所述的轨道电路-机车信号教学实验系统，其特征在于，所述数据采集卡的信号输出端与信号输入端通过导线直接连接。
3.根据权利要求1所述的轨道电路-机车信号教学实验系统，其特征在于，还包括功率放大器，信号电缆，机车信号线圈； 所述数据采集卡的信号输出端与功率放大器连接，所述功率放大器与信号电缆连接，所述信号电缆用以模拟实际的轨道电路发出轨道电路信号， 所述数据采集卡的信号输入端与机车信号线圈连接；所述机车信号线圈通过电磁耦合的方式感应信号电缆上的轨道电路信号。
4.根据权利要求1至3之一所述的轨道电路-机车信号教学实验系统，其特征在于，还包括显示设备，所述实验计算机与显示设备连接； 所述教学实验单元还包括信号波形显示模块，用以将信号波形显示在显示设备上。
5.根据权利要求1至4之一所述的轨道电路-机车信号教学实验系统，其特征在于，所述机车信号灯为双面八显示信号灯。
6.一种应用于权利要求2所述的轨道电路-机车信号教学实验系统的教学实验方法，包括: 步骤SlO:实验计算机运行机车信号发送程序，产生信号:产生的信号通过数据采集卡信号输出端发出； 步骤S20:数据采集卡采集信号； 步骤S30:实验计算机对所述采集信号进行解调，得到解调信息；并根据解调信息做相应的输出，控制机车信号灯控制电路通过开关元件点亮相应的机车信号灯。
7.—种应用于权利要求3所述的轨道电路-机车信号教学实验系统的教学实验方法，包括: 步骤SlO:实验计算机运行机车信号发送程序，产生信号:产生的信号通过数据采集卡信号输出端发出，经过功率放大器后，加载到信号电缆；通过调节功率放大器的放大倍数来调节信号的强度； 步骤S20:机车信号线圈通过电磁耦合的方式感应到信号电缆上的轨道电路信号，数据采集卡采集机车信号线圈两端的电压作为采集信号，所述采集信号与信号电缆上的信号成比例关系； 步骤S30:实验计算机对所述采集信号进行解调，得到解调信息；并根据解调信息做相应的输出，控制机车信号灯控制电路通过开关元件点亮相应的机车信号灯。
8.根据权利要求6或7所述的教学实验方法，其特征在于，由用户自己编制波形，再送入系统中输出；或将波形的数据保存下来；和/或进行动画演示，完成对三显示或四显示自动闭塞轨道电路的仿真。
9.根据权利要求6或7所述的教学实验方法，其特征在于，还包括: 步骤Sll:选择至少一种噪声信号叠加到正常信号上，通过数据采集卡的输出端发出。
10.根据权利要求6或7所述的教学实验方法，其特征在于，步骤S30的“实验计算机对所述采集信号进行解调，得到解调信息”，所述解调为非相干解调；所述得到的解调信息为载频和/或低频信息。
【专利摘要】本发明提供了一种轨道电路-机车信号的教学实验系统和方法，该教学实验系统包括实验计算机，数据采集卡，机车信号灯控制电路，开关元件，机车信号灯；所述实验计算机与数据采集卡连接，所述的数据采集卡的数字输出端与机车信号灯控制电路、开关元件、机车信号灯依次连接，模拟现实中轨道电路-机车信号的实际运作。该教学实验系统能够以较低的成本开展轨道电路-机车信号相关技术的教学和研究，提高学生的动手能力，加强学生对轨道电路和轨道信号的认识，使用本发明提供的设备与方法，可以不购置真正的机车信号主机，不搭设真正的钢轨，由此降低了教授学生轨道电路、机车信号的结构、原理以及信号处理技术的教学成本。
【IPC分类】G09B9-04
【公开号】CN104794953
【申请号】CN201510245622
【发明人】申智文, 赵会兵, 刘菁华, 邢玉龙
【申请人】北京交通大学, 北京交大思诺科技有限公司
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年5月14日