專利名稱：對電感近程傳感器的故障幾率進(jìn)行監(jiān)視和預(yù)測的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于對電感近程傳感器的故障幾率進(jìn)行監(jiān)視和預(yù)測的裝置，而該傳感器用于對移動的道岔部件或鋼軌部件的位置進(jìn)行監(jiān)視，在該裝置中，近程傳感器含有至少一個由振蕩器供電的線圈，并且對因變化的衰減而流經(jīng)的傳感器電流進(jìn)行測量并傳輸給分析電路。
為了對從夾緊鋼軌上放上或取下尖軌進(jìn)行監(jiān)視，可以比如采用電感傳感器。為了對尖軌被放置在夾緊鋼軌上進(jìn)行測定，可以把電感傳感器裝入到夾緊鋼軌的腹板中，其中為了取下尖軌，可以要么繼續(xù)利用該傳感器的無衰減狀態(tài)，要么采用另一種特殊設(shè)計的電感傳感器。這種傳感器按照衰減而提供確定的電流，并且可以對傳感器的電流消耗進(jìn)行監(jiān)視，并以這種方式來獲得間距信息。在專利AT 399 851 B中已公開了用于對鋼軌道岔的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視的一種方法，其中對在道岔部件的運動過程中所獲得的信號進(jìn)行附加分析，并且均把間距的最小值存儲下來，其中對所測量的最小值的變化以及至少該最小間距的第一界限值進(jìn)行相互比較。通過這種方式應(yīng)該能夠得知在道岔部件的尖軌區(qū)域中已有的磨損。在專利WO 97/33784中已公開了作為連續(xù)的近程傳感器來構(gòu)造的傳感器，并提供了兩種單獨的分析方法，其中一種分析方法用于各間距，而第二種分析方法用于傳感器的功能控制，其中把給定的特征曲線的公差窗口作為標(biāo)準(zhǔn)來看待。
原則上大多把作為連續(xù)的近程傳感器來構(gòu)造的傳感器構(gòu)造為電感傳感器，其中采用具有自由振蕩的振蕩器的一種線圈，而該振蕩器的振蕩幅度在接近鐵磁材料或?qū)щ姴牧系那闆r下會發(fā)生變化，由此可以對電流消耗的相應(yīng)變化進(jìn)行測量。由所測量的電流消耗可以在分析電路中獲得相應(yīng)的間距信息。
為了對電感近程傳感器的正確的功能進(jìn)行監(jiān)視，采用了在DE-C-3150 212中已公開的檢驗信號。借助這種檢驗信號可以實現(xiàn)電衰減或去衰減，其中在施加檢驗信號的情況下需要對信號的變化進(jìn)行分析，并且在沒有檢驗信號的情況下對近程傳感器的可用性進(jìn)行評估。借助這種電路裝置原則上能夠識別，是否傳感器正確地聯(lián)接了，并尤其是傳感器是否有故障，原因是在這種情況下施加檢驗信號卻識別不到可分析的變化。
本發(fā)明的目的在于創(chuàng)造一種裝置，該裝置用于對電感近程傳感器的故障幾率進(jìn)行監(jiān)視和預(yù)測，而該傳感器用于對移動的道岔部件或鋼軌部件的位置進(jìn)行監(jiān)視，在該裝置中采用已公開的測量衰減的原理，但是其中創(chuàng)造了一種電感近程傳感器的自檢裝置來用于全部信號特性，以根據(jù)可能的特征曲線的變化來建立傳感器的故障預(yù)測。故障可能性提高的可能原因尤其在于導(dǎo)線之間由于滲入了水而使絕緣電阻減小，并從而形成寄生電阻、機械損壞或電路中的元件損壞以及傳感器電子裝置中的缺陷，它們將導(dǎo)致間距-電流特征曲線的變化，由此產(chǎn)生錯誤的間距信息。本發(fā)明的裝置應(yīng)當(dāng)及時地指示這種變化，如此使得可以在傳感器實際故障之前維護(hù)或更換傳感器。為了解決該任務(wù)，本發(fā)明裝置的技術(shù)要點在于，在無附加電衰減狀態(tài)以及在有附加電衰減狀態(tài)下，把傳感器電流與移動道岔部件或鋼軌部件的間距-也即機械衰減-之間的依賴關(guān)系所用的傳感器特征曲線存儲下來，并且對與機械衰減狀態(tài)相應(yīng)的、以及各個相應(yīng)的附加電衰減的測量電流進(jìn)行周期性掃描，并且把各測量電流以及測量值對傳輸給一個比較和分析電路，在該電路中把根據(jù)特征曲線所得出的差別與所測量的差別進(jìn)行比較。通常在調(diào)整之后取走電感傳感器，其中把尖軌相對于夾緊鋼軌的不同位置的傳感器特征曲線記錄下來。此時，通過記錄該特征曲線和傳感器在其內(nèi)進(jìn)行附加電衰減的另一個特征曲線，并把這兩個特征曲線存儲下來，這樣就能夠預(yù)報故障的幾率，而與尖軌相對于夾緊鋼軌的各位置無關(guān)。在正常情況下，故障傳感器在無衰減狀態(tài)具有明顯不同于完好傳感器的信號。但是在這種傳感器的最大無機械衰減的狀態(tài)中卻顯示出，故障傳感器的信號不再與完好傳感器的信號有差別。如果為了這個目的而分別與完好傳感器的原有特征曲線進(jìn)行比較，那么只有通過附加地檢驗電衰減電路裝置的測量值才可以清楚地識別出完好傳感器與故障傳感器之間的區(qū)別。為此本發(fā)明提出了，對與一種機械衰減狀態(tài)相對應(yīng)的、以及相應(yīng)的附加電衰減的測量電流進(jìn)行周期性掃描，并且把各測電流值以及測量值對傳輸給一個比較和分析電路。從而在這種比較和分析電路中可以借助存儲的特征曲線來進(jìn)行分析，其中，對于從完好傳感器的特征曲線所得出的差別，那些相對于它的差別就可以實現(xiàn)相應(yīng)的故障幾率預(yù)測。
在尤其有利的方式中，如此來形成改進(jìn)方案，即把至少兩個不同的機械衰減的測量值對信號傳輸給分析電路。在整個信號過程上能夠看出，完好傳感器和故障傳感的測量值差在電無衰減狀態(tài)下與實際位置有關(guān)，并從而與測量物體的間距有關(guān)。尤其可以看出，該差別在最大機械衰減的情況下要大于在最小機械衰減的情況，也即取下尖軌的情況。根據(jù)完好傳感器和故障傳感器在無電衰減狀態(tài)下的特征曲線的這種特性可以直接得出，在特征曲線的大部分子區(qū)域中都不可能對故障范圍進(jìn)行精確的預(yù)言，因為完好傳感器和故障傳感器的信號之間的差別并不明顯。明顯的變化在最大機械衰減的位置才出現(xiàn)，但此時若不借助電衰減的傳感器的特征曲線就可能獲得錯誤的間距值，原因尤其在于，太小的測量電流已經(jīng)以放置間距發(fā)出了放置位置的信號，并且對應(yīng)于如下的測量電流，即在傳感器無損壞的情況下該測量電流與把尖軌放置到夾緊鋼軌上相對應(yīng)。只有通過與附加電衰減傳感器的測量值和識別曲線進(jìn)行比較，才可以分析出這種差別，并且可以相應(yīng)地對錯誤和故障幾率下結(jié)論。
在尤其簡單的方式中，電衰減可以通過提高供電電壓來進(jìn)行。這對于采用所謂的兩線技術(shù)尤其有利，其中由于減小了電氣導(dǎo)線的數(shù)量而從統(tǒng)計上減小了出錯幾率。用于測定附加電衰減信號的電路可以如此有利地來構(gòu)造，使得電衰減通過傳感器線圈的抽頭來實現(xiàn)，其中有利地裝設(shè)了一種通過傳感器線圈抽頭上的電阻來控制電衰減的晶體管，其基極通過Z二極管與電壓源相連。以這種方式，能夠通過簡單地提高供電電壓而直接接入電衰減，并且通過降低供電電壓再次僅僅獲得只有機械衰減的測量值。這是如此有利地來進(jìn)行的，使得進(jìn)行在機械無衰減的狀況下至少對測量值對的差別進(jìn)行分析，其中該分析如此來進(jìn)行，即分別測量與確定的間距相對應(yīng)的恒定電流。
從而，通過周期性地把電阻與振蕩回路接通可以實現(xiàn)大小確定的振蕩回路衰減，以及通過接通和提高供電電壓，可以發(fā)現(xiàn)僅僅需要用兩根導(dǎo)線。從功能上看，傳感器外殼、底座和測量物體的衰減涉及渦流損耗，該渦流損耗比有功損耗更好地導(dǎo)致了振蕩器振蕩幅度的減小，并從而導(dǎo)致電流消耗的減小。
并聯(lián)于振蕩回路的電阻的作用等同于渦流損耗的作用，并且以這種方式幾乎可以通過周期性的衰減測量和對傳感器電流的相應(yīng)分析來測出每種導(dǎo)致信號特性產(chǎn)生變化的傳感器故障。
通過與相應(yīng)特征曲線的比較，也可以在由測量物體產(chǎn)生衰減的情況下、也即在因取下或放上移動的尖軌而產(chǎn)生衰減的情況下獲得關(guān)于傳感器特性的預(yù)測。如果這種預(yù)測不具有所期望的傳感器電流，那么這可以推斷出傳感器有故障。
下文借助附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)解釋。

圖1中示出了電感傳感器的測量裝置圖示，圖2示出了詳細(xì)的電路圖，圖3示出了傳感器在電非衰減和電衰減狀態(tài)的不同狀態(tài)下，傳感器電流與測量物體離傳感器測量平面的距離之間的關(guān)系特性曲線，圖4示出了在電衰減的周期曲線中的信號成分。
圖1中示出了一種電感近程傳感器1，其中該傳感器具有兩個電引線2和3。測量物體比如是一種道岔尖軌，它必須由鐵磁材料或者導(dǎo)電材料組成并用4來表示。借助傳感器1可以根據(jù)測量電流推斷出測量物體與傳感器表面之間的距離。
圖2中示出了一種原理電路裝置。
圖2中用5來表示振蕩電路線圈，其中具有振蕩電路特性的LC元件具有電容6。測量物體接近線圈5時會導(dǎo)致機械衰減，其中振蕩器用7來表示，并且根據(jù)振蕩幅度提供相應(yīng)的恒定電流，其中該電流通過信號線8來輸出。
在該傳感器的兩線電路的測量運行中，振蕩器7由恒定電流源或恒定電壓源來供電，并且由此在供電電壓變化的情況下基本沒有變化。供電電壓通過導(dǎo)線2和3來供給，其中設(shè)置有第一齊納二極管9，借助該二極管可以去除能夠?qū)е赂蓴_電路裝置的電壓尖峰。該第一齊納二極管9具有比圖2中所示的第二齊納二極管10還要高的正向電壓。
此時，通過把典型的12至18V的供電電壓提高到比如22V，就可以在齊納二極管10的相應(yīng)設(shè)計情況下而使電阻11和12流過電流，其中該電阻構(gòu)成了分壓器，并通過這種方式而使晶體管14的基極13導(dǎo)通，如此就可以通過電阻15、電容16以及晶體管14的集電極和發(fā)射極流過電流。由于電阻15通過導(dǎo)線17聯(lián)接到線圈5的抽頭上，所以在這種情況下導(dǎo)致了振蕩回路的電衰減，從而改變了所測量的振幅，并且可以通過導(dǎo)線8獲得進(jìn)一步的信號。
恒定電流源或者恒定電壓源控制著放大器，其中該放大器把傳感器信號以輸入電流信號的方式輸出到供電導(dǎo)線上。該放大器也具有電壓無關(guān)性。振蕩回路通過傳感器線圈的抽頭而在接入電衰減的情況下提取了能量，其中這種能量損耗-它在物理上對應(yīng)于一種損耗且這種損耗可能在傳感器線圈上通過渦流損耗和磁滯損耗而引起-在預(yù)定的衰減之前和之后導(dǎo)致電流值的改變，然后總是將其與兩點之間的相應(yīng)理論特性曲線進(jìn)行比較。
受控制的電壓改變允許同時進(jìn)行傳感器電路以及電纜回路的有限測量。提高或降低供電電壓后電流信號的變化將意味著，要么在電纜回路上要么在傳感器的電路部分上存在著故障。如果對傳感器進(jìn)行周期性的掃描，則負(fù)責(zé)傳感器的不明顯故障的構(gòu)件數(shù)量就可以明顯減少。從而，晶體管14通過齊納二極管10的控制而被用作開關(guān)，該開關(guān)在供電電壓出現(xiàn)預(yù)定上升的情況下把能量通過電阻導(dǎo)出振蕩回路。用于周期性地掃描電衰減測量值的這種開關(guān)過程可以通過短時提高傳感器的供電電壓來促成。在提高供電電壓的情況下，所不期望的寄生電阻會導(dǎo)致電流增加，其中通過所述的電路裝置也可以識別這種故障。
此時在圖3和圖4中示出了所述典型的特征曲線。
圖3中在此示出了第一特征曲線18，其中該曲線給出了電流消耗依賴于機械衰減的過程。在傳感器已損壞或?qū)⒁獡p壞的情況下，該電流測量值相應(yīng)于曲線19下降，其中同時還示出了，在最大間距的情況下，即傳感器在機械無衰減狀態(tài)下，測量值的變化不是明顯地變小，并且首先隨間距的縮小并從而隨機械衰減的增加而明顯可以測量。損壞的傳感器的特征曲線比如對應(yīng)于曲線19，如果還沒有同時識別出來該傳感器已損壞，那么會產(chǎn)生錯誤的間距值，原因在于，在傳感器無損壞的情況下，在點20中放置尖軌時的該最小電流已達(dá)到了該故障傳感器特征曲線上的點21，從而該點21在相應(yīng)的分析中將會得出太大的間距。
在此，曲線段22對應(yīng)著在同時有附加電衰減的情況下的無損壞的傳感器。還示出了在故障傳感器的情況下，此處是在接入電衰減的情況下，也在卸下尖軌時按照曲線23已經(jīng)產(chǎn)生了明顯的差別，這些差別可以推斷出損壞的傳感器。就象針對尖軌的卸下而在沒有和具有電衰減的狀態(tài)之間所進(jìn)行測量的一樣，該差別在此對應(yīng)于測量電流的差別b，與此相反，在傳感器有故障的情況下該差別要大得多，該差別對應(yīng)于c。
如圖4中所示，如果周期性地把電衰減接入，則對于無損壞的傳感器就均形成了如下的信號過程，該信號過程對應(yīng)于圖4中的曲線段24，其中清楚地顯示了在晶體管接通的情況下所記錄的電流消耗的減小。這些減小均通過完好傳感器的曲線區(qū)域25、26、27、28、29和30來表示，其中同時還示出了，對于傳感器的不同機械衰減這些差別也是不同的。
如果存在有故障的傳感器，那么在曲線的給定位置上這種差別就變大，其中附加測量的電流差別通過位置31、32、33、34、35和36上的曲線段來表示。但在這種情況下，該差別不再是基于起初的特征曲線24，而準(zhǔn)確地說是基于損壞的傳感器的特征曲線19來作為測量值。
此時，從所有這些信號差中可以建立所要求的預(yù)測，并尤其量化用于對移動的道岔部件或鋼軌部件的位置進(jìn)行監(jiān)視的電感近程傳感器的故障幾率。
權(quán)利要求
1.用于對電感近程傳感器(1)的故障幾率進(jìn)行監(jiān)視和預(yù)測的裝置，其中該近程傳感器是用于對移動的道岔部件或鋼軌部件的位置進(jìn)行監(jiān)視的，其中近程傳感器(1)具有至少一個由振蕩器(7)來供電的線圈(5)，并且對因變化的衰減而流經(jīng)的傳感器電流進(jìn)行測量并輸出給分析電路，其特征在于，在無附加電衰減狀態(tài)(18)以及在有附加電衰減狀態(tài)(22)下，把傳感器電流與移動道岔部件或鋼軌部件的間距-也即機械衰減-之間的依賴關(guān)系所用的傳感器(1)特征曲線(18、22)存儲下來，并且對與機械衰減狀態(tài)相應(yīng)的、以及各個相應(yīng)的附加電衰減的測量電流(24)進(jìn)行周期性掃描，并且把各測量電流以及測量值對傳輸給一個比較和分析電路，在該電路中把根據(jù)特征曲線所得出的差別與所測量的差別進(jìn)行比較。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，至少把兩個不同機械衰減的測量值對的信號傳輸給分析電路。
3.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，通過提高供電電壓來實現(xiàn)電衰減。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的裝置，其特征在于，通過傳感器線圈(5)的抽頭(17)來實現(xiàn)電衰減。
5.如權(quán)利要求1至4之一所述的裝置，其特征在于，設(shè)置有晶體管(14)，其中該晶體管通過傳感器線圈(5)的抽頭(17)上的電阻(15)來控制電衰減，而該晶體管的基極(13)通過Z二極管(10)與電壓源相連。
6.如權(quán)利要求1至5之一所述的裝置，其特征在于，至少在機械無衰減的狀況下對所述的測量值對的差別進(jìn)行分析。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于對電感近程傳感器(1)的故障幾率進(jìn)行監(jiān)視和預(yù)測的裝置，而該傳感器用于對移動的道岔部件或鋼軌部件的位置進(jìn)行監(jiān)視，在該裝置中，近程傳感器(1)含有至少一個由振蕩器(7)供電的線圈(5)，并且對因變化的衰減而流經(jīng)的傳感器電流進(jìn)行測量并傳輸給分析電路，在無附加電衰減狀態(tài)(18)以及在有附加電衰減狀態(tài)(22)下，把傳感器電流與移動道岔部件或鋼軌部件的間距－也即機械衰減－之間的依賴關(guān)系所用的傳感器(1)特征曲線(18、22)存儲下來。并且對與機械衰減狀態(tài)相應(yīng)的測量電流(18)、以及各個相應(yīng)的附加電衰減的測量電流(22)進(jìn)行周期性掃描。把各測量電流以及測量值對傳輸給一個比較和分析電路，在該電路中把根據(jù)特征曲線所得出的差別與所測量的差別進(jìn)行比較。
文檔編號H03K17/945GK1404579SQ01805461
公開日2003年3月19日 申請日期2001年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月23日
發(fā)明者J·弗勞舍爾 申請人:Vae火車系統(tǒng)有限責(zé)任公司, Vae公開股份有限公司