一种轨道交通车辆接地检测装置及检测方法与流程

本发明涉及一种轨道交通车辆接地检测装置及检测方法，属于轨道交通接地检测技术领域。

背景技术：

轨道交通车辆良好的接地状态是保证车辆运行的安全条件。apm车辆由于是胶轮运行，无法像钢轮一样一直保持良好的接地状态，需要通过接地靴接地，并且apm车辆接地和回流分开，传统的接地检测电路只是检测接地状态的通断，不会检测接地电路的接触电阻，但是由于接地靴在接地轨上有可能跳动导致接触不良，因而有可能给车辆误报警。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够检测电路检测接地电阻大小及状态，并将接地状态信号发送给车辆控制系统电路，用来解决交通领域apm车辆的接地靴接地状态检测问题的轨道交通车辆接地检测装置。

本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种轨道交通车辆接地检测装置，包括分别设置于各车辆与接地轨之间的至少一组接地检测电路，各接地检测电路分别均包括两个接地检测装置、两个接地牌、两个接地靴；两个接地检测装置、两个接地牌、两个接地靴分别三者一一对应；

各接地检测电路中：各接地检测装置分别均包括接地检测本体电路和外变压器，各接地检测本体电路分别应用导线缠绕于对应外变压器的原边，各外变压器的副边上分别缠绕导线，且该导线的一端对接对应接地靴，以及该导线的另一端对接对应接地牌；两个接地牌之间通过导线对接；各接地靴分别工作于接地轨上；两个接地牌中、任选一个通过导线对接对应车辆；

各接地检测本体电路中分别均包括继电器输出触点，同一车辆所对应各组接地检测电路中、各接地检测本体电路中继电器输出触点彼此串联，并对接该车辆的车辆控制系统。

作为本发明的一种优选技术方案：所述各接地检测本体电路分别均包括连接器j1、脉冲宽度调制控制芯片u1、过流保护熔断器f1、触动按钮开关sw1、继电器输出触点、反激式变压器t1、发光二极管led1、铁芯电感k1、mos开关管q1、晶体三极管q2、光耦oc1、电阻r1-r20、压敏电阻tz1-tz3、左侧运放器qa1a、右侧运放器qa1b、极性电容c1、电容c2-c6、极性电容c7、电容c8、电容c9、极性电容c10、电容c11、稳压二极管cr1、整流二极管cr2-cr5、稳压二极管cr6、整流二极管cr7-cr8、光敏二极管cr9；

其中，连接器j1上有12个接线端，连接器j1的1号接线端依次串联电阻r18、电阻r19、过流保护熔断器f1后，对接晶体三极管q2的集电极，晶体三极管q2的发射极依次串联电阻r15、发光二极管led1后接地；同时，晶体三极管oc2的发射极串联电阻r14后，对接铁芯电感k1的正极，铁芯电感k1的负极接地；继电器输出触点的设置位置与铁芯电感k1的设置位置相对应；继电器输出触点的两端分别对接连接器j1上10号接线端、11号接线端；晶体三极管q2的基极与右侧运放器qa1b的输出端相对接，同时，晶体三极管q2的基极依次串联电阻r13、电阻r12后，对接连接器j1的7号接线端；电阻r12与电阻r13之间的连接位置对接右侧运放器qa1b的正向输入端；右侧运放器qa1b的正极电压端对接左侧运放器qa1a的正极电压端，同时，右侧运放器qa1b的正极电压端串联电阻r4后，对接过流保护熔断器f1上与晶体三极管q2相对接的端部；以及右侧运放器qa1b的正极电压端串联电容c5后接地；右侧运放器qa1b负极电压端接地；右侧运放器qa1b的负向输入端串联极性电容c10后接地；同时，右侧运放器qa1b的负向输入端依次串联电阻r17、电阻r16后对接左侧运放器qa1a的输出端；电阻r16与左侧运放器qa1a输出端之间的连接位置依次串联整流二极管cr7、稳压二极管cr6后接地；电阻r17、电阻r16之间的连接位置对接整流二极管cr7、稳压二极管cr6之间的连接位置；左侧运放器qa1a的负极电压端接地；左侧运放器qa1a的正向输入端分别串联电容c9、电阻r9后，分别接地；同时，左侧运放器qa1a的正向输入端串联电阻r5、并对接于晶体三极管q2集电极；左侧运放器qa1a的负向输入端串联电容c8后，对接左侧运放器qa1a的输出端；同时，左侧运放器qa1a的负向输入端依次串联电阻r6、电阻r8后，对接脉冲宽度调制控制芯片u1的电流反馈端i；脉冲宽度调制控制芯片u1的反馈电压端vfb串联电阻r2后，对接连接器j1的7号接线端；同时，脉冲宽度调制控制芯片u1的反馈电压端vfb对接光耦oc1的集电极；光耦oc1的发射极分别对接连接器j1的2号接线端、3号接线端、以及接地；同时，光耦oc1的发射极串联电容c4后，对接脉冲宽度调制控制芯片u1的电流反馈端i；以及极性电容c1与压敏电阻tz3相并联，该并联结构的一端对接光耦oc1的发射极，该并连结构的另一端对接过流保护熔断器f1与电阻r19之间的连接位置；脉冲宽度调制控制芯片u1的参考电压端vref对接连接器j1的7号接线端；同时，脉冲宽度调制控制芯片u1的参考电压端vref串联电容c6后接地；以及脉冲宽度调制控制芯片u1的参考电压端vref由此串联电阻r7、电容c3后接地；脉冲宽度调制控制芯片u1的调频输出端rt/ct串联电容c2后接地；同时，脉冲宽度调制控制芯片u1的调频输出端rt/ct对接电阻r7、电容c3之间的连接位置；脉冲宽度调制控制芯片u1的接地端gnd接地；脉冲宽度调制控制芯片u1的输出端out串联电阻r3后，对接mos开关管q1的栅极；脉冲宽度调制控制芯片u1的控制电压端vcc分别串联电容c5、极性电容c7、稳压二极管cr1后，分别接地；同时，脉冲宽度调制控制芯片u1的控制电压端vcc对接右侧运放器qa1b的正极电压端；mos开关管q1的源极对接电阻r6与电阻r8之间的连接位置；同时，电阻r6与电阻r8之间的连接位置串联电阻r11后接地；mos开关管q1的漏极串联压敏电阻tz2后，对接电阻r6与电阻r8之间的连接位置；同时，mos开关管q1的漏极依次串联整流二极管cr3、压敏电阻tz1后，对接晶体三极管q2的集电极；整流二极管cr3与压敏电阻tz1之间的连接位置对接反激式变压器t1上其中一侧线圈上的一接线端，该侧线圈的另一接线端对接连接器j1的6号接线端；反激式变压器t1上另一侧线圈上的一接线端串联整流二极管cr4后接地，该侧线圈的另一接线端对接晶体三极管q2的集电极；电阻r3上与脉冲宽度调制控制芯片u1输出端out相对接的端部串联整流二极管cr2后接地；电阻r3上与mos开关管q1栅极相对接的端部串联电阻r10后接地；

电容c11、电阻r20、整流二极管cr8、光敏二极管cr9四者相并联，连接器j1的8号接线端依次串联触动按钮开关sw1、电阻r1对接该并联结构的其中一端，该并联结构的另一端对接连接器j1的9号接线端；连接器j1的4号接线端串联整流二极管cr5后接地；连接器j1的12号接线端接地；连接器j1的5号接线端对接晶体三极管q2的集电极；

同时连接器j1上5号接线端、6号接线端分别对接缠绕于对应外变压器原边上导线的两端；同时，连接器j1上7号接线端与8号接线端之间短接；连接器j1上3号接线端与9号接线端之间短接；连接器j1上1号接线端、2号接线端分别对接外部电源的正极、负极；

同一车辆所对应各组接地检测电路中、各接地检测本体电路中继电器输出触点通过对应所连器j1的10号接线端、11号接线端彼此串联，并对接该车辆的车辆控制系统。

与上述相对应，本发明还要解决的技术问题是提供一种基于轨道交通车辆接地检测装置的检测方法，能够检测电路检测接地电阻大小及状态，并将接地状态信号发送给车辆控制系统电路，用来解决交通领域apm车辆的接地靴接地状态的检测问题。

本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种基于轨道交通车辆接地检测装置的检测方法，分别针对各列车辆，执行如下检测操作：

根据接地靴脱离接地轨、使得对应接地检测本体电路所对应的接地电阻阻值大于预设阈值阻值；分别针对车辆所对应的各组接地检测电路，判断其中各接地检测本体电路所对应的接地电阻阻值是否大于预设阈值阻值，是则对应接地检测本体电路延迟预设时长后，控制对应继电器输出触点断开，进而向车辆的车辆控制系统进行报警；

其中，在延迟预设时长之内，若对应接地检测本体电路所对应的接地电阻阻值变化为不大于预设阈值阻值，则取消延迟后的报警操作。

作为本发明的一种优选技术方案，分别针对各车辆，执行如下检测操作：

分别针对车辆所对应的各组接地检测电路，判断其中各接地检测本体电路所对应的外部接地是否出现断开情形，是则对应接地检测本体电路控制对应继电器输出触点断开，进而向车辆的车辆控制系统进行报警。

作为本发明的一种优选技术方案：所述预设阈值阻值为4欧姆。

作为本发明的一种优选技术方案：所述延迟预设时长为4秒至6秒。

本发明所述一种轨道交通车辆接地检测装置及检测方法，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本发明所述一种轨道交通车辆接地检测装置及检测方法，接地检测报警准确，误报警概率更低，是一种可以检测apm接地靴接地电阻大小状态，并将接地状态信号发送给车辆控制系统的电路；检测过程中不仅仅检测接地的通断，而且检测接地电阻的大小，并设置4-6秒钟的延迟时间，避免车辆接地靴在运行过程中有可能发生跳动而产生误报警，保证给车辆控制系统报警的准确性。

附图说明

图1是本发明所设计轨道交通车辆接地检测装置的外部结构图；

图2是本发明所设计轨道交通车辆接地检测装置中接地检测本体电路的示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

本发明设计了一种轨道交通车辆接地检测装置，如图1所示，包括分别设置于各车辆与接地轨之间的至少一组接地检测电路，各接地检测电路分别均包括两个接地检测装置、两个接地牌groundpad、两个接地靴groundshoe；两个接地检测装置、两个接地牌groundpad、两个接地靴groundshoe分别三者一一对应。

各接地检测电路中：各接地检测装置分别均包括接地检测本体电路gsldb和外变压器transformer，各接地检测本体电路gsldb分别应用导线缠绕于对应外变压器transformer的原边，各外变压器transformer的副边上分别缠绕导线，且该导线的一端对接对应接地靴groundshoe，以及该导线的另一端对接对应接地牌groundpad；两个接地牌groundpad之间通过导线对接；各接地靴groundshoe分别工作于接地轨上；两个接地牌groundpad中、任选一个通过导线对接对应车辆。

各接地检测本体电路gsldb中分别均包括继电器输出触点，同一车辆所对应各组接地检测电路中、各接地检测本体电路gsldb中继电器输出触点彼此串联，并对接该车辆的车辆控制系统。

对于各接地检测本体电路gsldb来说，如图2所示，具体分别均包括连接器j1、脉冲宽度调制控制芯片u1、过流保护熔断器f1、触动按钮开关sw1、继电器输出触点、反激式变压器t1、发光二极管led1、铁芯电感k1、mos开关管q1、晶体三极管q2、光耦oc1、电阻r1-r20、压敏电阻tz1-tz3、左侧运放器qa1a、右侧运放器qa1b、极性电容c1、电容c2-c6、极性电容c7、电容c8、电容c9、极性电容c10、电容c11、稳压二极管cr1、整流二极管cr2-cr5、稳压二极管cr6、整流二极管cr7-cr8、光敏二极管cr9。

其中，连接器j1上有12个接线端，连接器j1的1号接线端依次串联电阻r18、电阻r19、过流保护熔断器f1后，对接晶体三极管q2的集电极，晶体三极管q2的发射极依次串联电阻r15、发光二极管led1后接地；同时，晶体三极管oc2的发射极串联电阻r14后，对接铁芯电感k1的正极，铁芯电感k1的负极接地；继电器输出触点的设置位置与铁芯电感k1的设置位置相对应；继电器输出触点的两端分别对接连接器j1上10号接线端、11号接线端；晶体三极管q2的基极与右侧运放器qa1b的输出端相对接，同时，晶体三极管q2的基极依次串联电阻r13、电阻r12后，对接连接器j1的7号接线端；电阻r12与电阻r13之间的连接位置对接右侧运放器qa1b的正向输入端；右侧运放器qa1b的正极电压端对接左侧运放器qa1a的正极电压端，同时，右侧运放器qa1b的正极电压端串联电阻r4后，对接过流保护熔断器f1上与晶体三极管q2相对接的端部；以及右侧运放器qa1b的正极电压端串联电容c5后接地；右侧运放器qa1b负极电压端接地；右侧运放器qa1b的负向输入端串联极性电容c10后接地；同时，右侧运放器qa1b的负向输入端依次串联电阻r17、电阻r16后对接左侧运放器qa1a的输出端；电阻r16与左侧运放器qa1a输出端之间的连接位置依次串联整流二极管cr7、稳压二极管cr6后接地；电阻r17、电阻r16之间的连接位置对接整流二极管cr7、稳压二极管cr6之间的连接位置；左侧运放器qa1a的负极电压端接地；左侧运放器qa1a的正向输入端分别串联电容c9、电阻r9后，分别接地；同时，左侧运放器qa1a的正向输入端串联电阻r5、并对接于晶体三极管q2集电极；左侧运放器qa1a的负向输入端串联电容c8后，对接左侧运放器qa1a的输出端；同时，左侧运放器qa1a的负向输入端依次串联电阻r6、电阻r8后，对接脉冲宽度调制控制芯片u1的电流反馈端i；脉冲宽度调制控制芯片u1的反馈电压端vfb串联电阻r2后，对接连接器j1的7号接线端；同时，脉冲宽度调制控制芯片u1的反馈电压端vfb对接光耦oc1的集电极；光耦oc1的发射极分别对接连接器j1的2号接线端、3号接线端、以及接地；同时，光耦oc1的发射极串联电容c4后，对接脉冲宽度调制控制芯片u1的电流反馈端i；以及极性电容c1与压敏电阻tz3相并联，该并联结构的一端对接光耦oc1的发射极，该并连结构的另一端对接过流保护熔断器f1与电阻r19之间的连接位置；脉冲宽度调制控制芯片u1的参考电压端vref对接连接器j1的7号接线端；同时，脉冲宽度调制控制芯片u1的参考电压端vref串联电容c6后接地；以及脉冲宽度调制控制芯片u1的参考电压端vref由此串联电阻r7、电容c3后接地；脉冲宽度调制控制芯片u1的调频输出端rt/ct串联电容c2后接地；同时，脉冲宽度调制控制芯片u1的调频输出端rt/ct对接电阻r7、电容c3之间的连接位置；脉冲宽度调制控制芯片u1的接地端gnd接地；脉冲宽度调制控制芯片u1的输出端out串联电阻r3后，对接mos开关管q1的栅极；脉冲宽度调制控制芯片u1的控制电压端vcc分别串联电容c5、极性电容c7、稳压二极管cr1后，分别接地；同时，脉冲宽度调制控制芯片u1的控制电压端vcc对接右侧运放器qa1b的正极电压端；mos开关管q1的源极对接电阻r6与电阻r8之间的连接位置；同时，电阻r6与电阻r8之间的连接位置串联电阻r11后接地；mos开关管q1的漏极串联压敏电阻tz2后，对接电阻r6与电阻r8之间的连接位置；同时，mos开关管q1的漏极依次串联整流二极管cr3、压敏电阻tz1后，对接晶体三极管q2的集电极；整流二极管cr3与压敏电阻tz1之间的连接位置对接反激式变压器t1上其中一侧线圈上的一接线端，该侧线圈的另一接线端对接连接器j1的6号接线端；反激式变压器t1上另一侧线圈上的一接线端串联整流二极管cr4后接地，该侧线圈的另一接线端对接晶体三极管q2的集电极；电阻r3上与脉冲宽度调制控制芯片u1输出端out相对接的端部串联整流二极管cr2后接地；电阻r3上与mos开关管q1栅极相对接的端部串联电阻r10后接地。

电容c11、电阻r20、整流二极管cr8、光敏二极管cr9四者相并联，连接器j1的8号接线端依次串联触动按钮开关sw1、电阻r1对接该并联结构的其中一端，该并联结构的另一端对接连接器j1的9号接线端；连接器j1的4号接线端串联整流二极管cr5后接地；连接器j1的12号接线端接地；连接器j1的5号接线端对接晶体三极管q2的集电极。

同时连接器j1上5号接线端、6号接线端分别对接缠绕于对应外变压器transformer原边上导线的两端；同时，连接器j1上7号接线端与8号接线端之间短接；连接器j1上3号接线端与9号接线端之间短接；连接器j1上1号接线端、2号接线端分别对接外部电源的正极、负极。

同一车辆所对应各组接地检测电路中、各接地检测本体电路gsldb中继电器输出触点通过对应所连器j1的10号接线端、11号接线端彼此串联，并对接该车辆的车辆控制系统。

与上述所设计装置相对应，本发明设计了一种基于轨道交通车辆接地检测装置的检测方法，分别针对各列车辆，执行如下检测操作：

根据接地靴groundshoe脱离接地轨、使得对应接地检测本体电路gsldb所对应的接地电阻阻值大于预设阈值阻值4欧姆；分别针对车辆所对应的各组接地检测电路，判断其中各接地检测本体电路gsldb所对应的接地电阻阻值是否大于预设阈值阻值4欧姆，是则对应接地检测本体电路gsldb延迟预设时长4秒至6秒后，控制对应继电器输出触点断开，进而向车辆的车辆控制系统进行报警。

其中，在延迟预设时长4秒至6秒之内，若对应接地检测本体电路gsldb所对应的接地电阻阻值变化为不大于预设阈值阻值，则取消延迟后的报警操作。

与此同时，分别针对各车辆，执行如下检测操作：

分别针对车辆所对应的各组接地检测电路，判断其中各接地检测本体电路gsldb所对应的外部接地是否出现断开情形，是则对应接地检测本体电路gsldb控制对应继电器输出触点断开，进而向车辆的车辆控制系统进行报警。

将上述所设计轨道交通车辆接地检测装置及检测方法，应用于实际当中，如图1和图2所示的电路，可以在接地靴不接触或者接触电阻过大的情况下使接地检测本体电路gsldb发出报警信息。通过接地靴、接地靴接触的接地轨及变压器和传输电缆，每个接地检测装置中的接地检测本体电路gsldb将会产生一个7khz的电流信号，7khz电流信号驱动晶闸管控制继电器状态信号来发送车辆接地状态。

接地检测本体电路gsldb中的脉冲宽度调制控制芯片u1采用pwm控制器芯片uc1842，芯片被设置在7khz最大占空比为50%。一个0.2欧姆的电阻用来产生电流驱动mos开关管q1。接地检测本体电路gsldb使用两个变压器，两个变压器采用回扫连接。每个变压器均有额外的线圈连接在二极管上用来产生能量的反馈和消耗。

除外变压器transformer以外，第二个变压器即反激式变压器t1，安装在电路板上，产生一个固定的电阻给外变压器transformer，作为一个短路接地环路电阻来断开电路。通过mos开关管q1的峰值电流是5a，当低电阻状态，电流比较大，pwm控制器芯片uc1842芯片会限制占空比小于50%，并保持5a的最大电流。当电能量从接地回路返回，压敏电阻tz1和tz2一起使用、并联在整流二极管cr3上用来限制mos开关管q1上的电压。在最恶劣的情况下mos开关管q1短路，过流保护熔断器f1用来提供故障安全保护。这确保电路在断电并且继电器不被激活，并指示故障。

检测电路通过一个双运放完成。左侧运放器qa1a积分运算放大器电路用作积分电路并且连接在一个0.2欧姆的电流感应电阻。电路板上控制好的电压进行比较以使左侧运放器qa1a积分运算放大器电路的状态改变。

如果每个单独的电流环路的电阻小于4欧姆，每个接地检测电路板将会发出一个24v的电压信号。如果接地检测装置的24v输入电源消失或者接地环路电阻大于4欧姆大于4-6秒钟，接地检测电路板将会断开输出触点。每辆车上的两个接地检测输出的触点串联，只要有一个断开，就给车辆控制系统发送报警信号。并设置4-6秒钟的延迟时间保证车辆接地靴在运行过程中有可能发生跳动而产生误报警，保证给车辆控制系统报警的准确性。

实际应用中，利用pwm控制器芯片uc1842驱动mos开关管q1，使pcb上反激式变压器t1正常工作，连接至外变压器transformer原边；外变压器transformer的副边接到列车车轮与铁轨两端，当外变压器transformer副边两端的电阻rg发生变化时，使外变压器transformer副边的电流发生变化，根据变压器的基本原理，外变压器transformer的原边电流也发生变化，然后利用电流检测电阻r11，通过r11电压值的变化来检测其电流的变化，然后通过利用两个运算放大器控制电压的变化，实现led的点亮熄灭及继电器的闭合断开控制。

当电阻rg>4ω时，外变压器transformer副边电流减小，原边电流增大，r11电压值增大，通过左侧运放器qa1a积分运算放大器电路和qa1b比较器，最终输出低电平（r14与r15之间电压），因此led延迟4—6s后熄灭，继电器断开。

当电阻rg<4ω时，外变压器transformer副边电流增大，原边电流减小，r11电压值减小，通过左侧运放器qa1a积分运算放大器电路和qa1b比较器，最终输出高电平（r14与r15之间电压），因此led延迟4—6s后点亮，继电器闭合。

当按下测试按钮时，因为uc1842的反馈电压vfb变小，导致uc1842的输出脉冲方波宽度变大，使反激式变压器两端电压增大，最终导致r11两端的电压增大，通过左侧运放器qa1a积分运算放大器电路和qa1b比较器，最终输出低电平（r14与r15之间电压），因此led延迟4—6s后熄灭，继电器断开。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。