一种UM71轨道电路补偿电容的测试装置的制作方法

本发明涉及um71轨道电路安全技术领域，特别涉及一种um71轨道电路补偿电容的测试装置。

背景技术：

um71轨道电路是一种移频轨道电路，它的正常工作状态关系到列车运行的安全。列车运行过程中，为了传送信号的需要，um71轨道电路每间隔100m在两轨间并接一个电容器，一般为33uf，称为补偿电容。补偿电容是um71轨道电路的重要组成部分，它的作用是改善轨道电路在调整状态和分流状态的传输特性，延长轨道电路的传输距离，确保铁轨中有足够稳定的信号电流经铁轨向机车发送信息。然而由于易受温度、湿度以及人为因素的影响，会产生电容电特性参数漂移或接触不良现象，导致补偿电容的老化、失效或丢失，最终影响铁路信号的正确传输。

为了保证um71轨道电路系统工作正常，列车电务段工作人员必须经常沿铁轨检测轨道电路运行参数，其中非常重要的一项参数便是两轨间的并接补偿电容。现有技术中，对补偿电容的测量方法是静态测试，即必须从铁轨中打下电容，使之脱离该轨道电路，再用普遍电容表来测试。该方法笨拙，费时费力，增加了工作人员的劳动复杂度，而且由于打下电容，减少了轨道电路信号的传输距离，对列车行车安全造成威胁。因此，如何方便有效地对补偿电容进行正确的测试检查便显得非常重要。

技术实现要素：

(一)解决的技术问题

为了解决上述问题，本发明提供了一种um71轨道电路补偿电容的测试装置，通过在补偿电容两端施加一个频率高于其本身传送信号频率的测试信号，最终得到补偿电容反馈的电压值，从而确定该补偿电容的值。

(二)技术方案

一种um71轨道电路补偿电容的测试装置，包括按键输入单元、控制单元、信号发生单元、功率放大单元、滤波单元、整流单元、显示单元、存储单元和usb通信单元；

所述按键输入单元连接所述控制单元的输入端，用于设定和修改测试参数，所述测试参数包括所述信号发生单元的测试波形及所述功率放大单元的放大系数；所述按键输入单元包括键盘扫描芯片、键盘矩阵、第一晶振、第一～第三电容和第一～第七电阻，其中所述键盘扫描芯片选用zlg7289，所述键盘矩阵为四行三列12键键盘；

所述控制单元对于所述测试参数进行分配，同时对测试的反馈信号进行处理，所述控制单元的输出端分别连接所述信号发生单元、所述显示单元、所述存储单元和所述usb通信单元；

所述信号发生单元按照设定产生方波、三角波或正弦波其中一种测试信号，所述信号发生单元的输出与所述功率放大单元相连接；所述信号发生单元包括波形发生器、第一和第二电位器、第四电容、第八和第九电阻，其中所述波形发生器选用icl8038；

所述功率放大单元按设定的放大系数将所述信号发生单元产生的小电流测试信号进行放大，以增强其驱动能力，输出连接补偿电容两端；所述功率放大单元包括功率放大器、第五和第六电容，其中所述功率放大器选用音频功放lm386，所述第六电容为电解电容；

所述滤波单元的输入端与所述补偿电容两端相连，滤除所述补偿电容反馈的频率信号中的低频含量，输出连接所述整流单元；所述滤波单元包括第一运算放大器、第十～第十三电阻、第七和第八电容，其中所述第一运算放大器选用op27；

所述整流单元对所述滤波单元的输出信号进行整流，得到该信号的单向脉动性直流含量，送入所述控制单元的a/d口进行模数转换；所述整流单元包括第二和第三运算放大器、第十四～第十八电阻、第一和第二二极管，所述第二和第三运算放大器选用op27；

所述显示单元对所述补偿电容相对应的电压值进行实时显示；

所述存储单元保存所述测试参数和测试值；

所述控制单元通过所述usb通信单元将所述测试参数和所述测试值上传给上位机进行进一步处理。

进一步的，所述控制单元选用单片机msp430f148。

进一步的，所述显示单元选用lcm046液晶模块。

进一步的，所述存储单元包括包括eeprom存储器、第十九和第二十电阻，其中所述eeprom存储器选用24c02。

进一步的，所述usb通信单元包括usb接口芯片、usb连接器、第二晶振、第三二极管、第九～第十四电容和第二十一～第二十四电阻，其中所述usb接口芯片选用ch375，所述第十四电容为电解电容。

(三)有益效果

本发明提供了一种um71轨道电路补偿电容的测试装置，通过在补偿电容两端施加一个频率高于其本身传送信号频率的测试信号，最终得到补偿电容反馈的电压值，从而确定该补偿电容的值，在线测试，无需打下电容，十分方便快捷，降低了工作人员的劳动复杂度，提高了列车行车安全，其结构简单，成本低廉，体积小巧，携带方便，功耗低，检测精度高，稳定性和可靠性好，响应速度快，具有良好的可扩展性，可广泛应用于其它在线测试场合。

附图说明

图1为本发明所涉及的一种um71轨道电路补偿电容的测试装置系统功能框图。

图2为本发明所涉及的一种um71轨道电路补偿电容的测试装置的按键输入单元电路原理图。

图3为本发明所涉及的一种um71轨道电路补偿电容的测试装置的信号发生单元电路原理图。

图4为本发明所涉及的一种um71轨道电路补偿电容的测试装置的功率放大单元电路原理图。

图5为本发明所涉及的一种um71轨道电路补偿电容的测试装置的滤波单元电路原理图。

图6为本发明所涉及的一种um71轨道电路补偿电容的测试装置的整流单元电路原理图。

图7为本发明所涉及的一种um71轨道电路补偿电容的测试装置的存储单元电路原理图。

图8为本发明所涉及的一种um71轨道电路补偿电容的测试装置的usb通信单元电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明所涉及的实施例做进一步详细说明。

如图1所示，、一种um71轨道电路补偿电容的测试装置，包括按键输入单元、控制单元、信号发生单元、功率放大单元、滤波单元、整流单元、显示单元、存储单元和usb通信单元

按键输入单元连接控制单元的输入端，用于设定和修改测试参数，测试参数包括信号发生单元的测试波形频率、幅值和波形选择及功率放大单元的放大系数。如图2所示，按键输入单元包括键盘扫描芯片u1、键盘矩阵、晶振x1、电容c1～c3和电阻r1～r7，其中键盘扫描芯片选用zlg7289，键盘矩阵为四行三列12键键盘。zlg7289内部含有译码器，具有串行接口，单片即可完成键盘接口的全部功能，外接四行三列12键键盘，当有按键按下时key脚会变为低电平，利用指令可读出所按键值。

控制单元对于测试参数进行分配，同时对测试的反馈信号进行处理，控制单元的输出端分别连接信号发生单元、显示单元、存储单元和usb通信单元。控制单元选用单片机msp430f148，其工作电压为5v，是一款带10位a/d转换的单片机芯片，具有超强抗干扰的特性，并且具有超低的功耗，正常工作时电流仅为4～7ma，空闲时电流＜1ma。它的工作周期仅为一个时钟周期，可以大大降低使用的外部晶振的频率，从而降低电磁干扰。msp430f148具有引脚少、体积小、价格低、使用方便等特点，可降低开发成本，缩短开发周期。

信号发生单元按照设定产生方波、三角波或正弦波其中一种测试信号，信号发生单元的输出与功率放大单元相连接。如图3所示，信号发生单元包括波形发生器u2、电位器rt1和rt2、电容c4、电阻r8和r9，其中波形发生器u2选用icl8038。um71系统本身传送的信号有载频信号(1700hz、2000hz、2300hz、2600hz)和低频调制信号(从10.3hz到29hz)，本系统中设定icl8038产生10khz的测试信号。icl8038是一种具有多种波形输出的精密振荡集成电路，只需调整电位器rt1和rt2就能产生0.001～300khz的低失真正弦波、三角波或方波等脉冲信号。

功率放大单元按设定的放大系数将信号发生单元产生的小电流测试信号进行放大，以增强其驱动能力，输出连接补偿电容两端。如图4所示，功率放大单元包括功率放大器u3、电容c5和c6，其中功率放大器u3选用音频功放lm386，电容c6为电解电容。lm386是一种低电压小功率音频功放集成电路，使用外围元件少，调整方便，可使放大倍数在20～200间可调。

滤波单元的输入端与补偿电容两端相连，滤除补偿电容反馈的频率信号中的低频含量，输出连接整流单元。如图5所示，滤波单元包括运算放大器u4、电阻r10～r13、电容c7和c8，其中运算放大器u4选用op27。um71系统本身所传送的载频信号和调制信号频率低于测试信号频率，要想将其滤除，可以采用高通滤波器。图5中运算放大器op27、电阻r10～r13、电容c7和c8构成巴特沃兹二阶高通滤波器，特征频率设为10khz。巴特沃兹滤波器的幅频特性是单调的，且在通带内比较平坦，可以得到较好的信号波形。

整流单元对滤波单元的输出信号进行整流，得到该信号的单向脉动性直流含量，送入控制单元的a/d口进行模数转换。不同的补偿电容值所反应出来的变化了的电压值不同，从而确定补偿电容的值。如图6所示，整流单元包括运算放大器u5和u6、电阻r14～r18、二极管d1和d2，运算放大器u5和u6选用op27。整流可用二极管来完成，但由于其非线性将产生较大误差，为了提高精度，利用集成运放的放大作用和深度负反馈克服二极管非线性造成的误差。采用运算放大器u5和u6构成全波精密整流电路，性能良好。

显示单元选用lcm046液晶模块，对补偿电容相对应的电压值进行实时显示，方便工作人员及时了解各补偿电容的性能情况。

存储单元保存测试参数和测试值，由于需测试的补偿电容较多，数据存储量较大，因此外接存储器。如图7所示，存储单元包括包括eeprom存储器u7、电阻r19和r20，其中eeprom存储器u7选用24c02。

控制单元通过usb通信单元将测试参数和测试值上传给上位机进行存储和曲线拟合，以便在上位机端直观动态的查看各补偿电容的性能变化曲线。如图8所示，usb通信单元包括usb接口芯片u8、usb连接器j1、晶振x2、二极管d3、电容c9～c14和电阻r21～r24，其中usb接口芯片u8选用ch375，电容c14为电解电容。ch375支持3.3v和5v供电，支持全速usb接口，兼容usb2.0协议；支持多种传输方式；具有省事的内置固件模式和灵活的外围固件模式。内置固件模式下屏蔽了相关的usb协议，自动完成标准的usb枚举过程，能大大简化本地控制器的固件处理程序。采用4线控制：写选通、读选通、片选输入和中断输出。msp430f148与ch375采用异步串行通信，电容c9、c10和c14为退耦作用，ch375中断脚cs#与msp430f148的外部中断输入脚连接，下降沿有效。

本发明提供了一种um71轨道电路补偿电容的测试装置，通过在补偿电容两端施加一个频率高于其本身传送信号频率的测试信号，最终得到补偿电容反馈的电压值，从而确定该补偿电容的值，在线测试，无需打下电容，十分方便快捷，降低了工作人员的劳动复杂度，提高了列车行车安全，其结构简单，成本低廉，体积小巧，携带方便，功耗低，检测精度高，稳定性和可靠性好，响应速度快，具有良好的可扩展性，可广泛应用于其它在线测试场合。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。