軌道電路機(jī)車信號(hào)教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，特別涉及一種軌道電路-機(jī)車信號(hào)教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著我國(guó)鐵路跨越式發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，鐵路建設(shè)進(jìn)入了一個(gè)前所未有的高速發(fā)展時(shí)期。伴隨著列車不斷提速，列車高速運(yùn)行的安全問(wèn)題得到越來(lái)越多的重視。以保證行車安全，提高運(yùn)輸效率及改善司機(jī)的瞭望條件為目標(biāo)的機(jī)車信號(hào)已成為保障行車安全的關(guān)鍵設(shè)備之一，它也承擔(dān)著更大更關(guān)鍵的任務(wù)。
[0003]以鐵路為依托的學(xué)校，需要讓學(xué)生熟悉實(shí)踐工作環(huán)境，進(jìn)而培養(yǎng)出適應(yīng)高鐵時(shí)代的創(chuàng)新性和應(yīng)用性人才。目前的軌道電路-機(jī)車信號(hào)系統(tǒng)的教學(xué)主要采用實(shí)體教學(xué)用具。由于實(shí)際的真實(shí)鋼軌和機(jī)車信號(hào)主機(jī)造價(jià)昂貴、體積龐大，因此通常的教學(xué)方式是將學(xué)生帶到鐵路現(xiàn)場(chǎng)觀摩學(xué)習(xí)；由于進(jìn)行教學(xué)的實(shí)際鐵路現(xiàn)場(chǎng)通常有嚴(yán)格的運(yùn)輸安全要求且技術(shù)系統(tǒng)非常復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)觀摩的學(xué)習(xí)方式無(wú)法使學(xué)生通過(guò)自己的動(dòng)手實(shí)踐真正參與到實(shí)際的通信信號(hào)處理等工作中，因此在教學(xué)效果上無(wú)法讓學(xué)生真切的了解軌道電路與機(jī)車信號(hào)之間的工作過(guò)程和所處狀態(tài)，導(dǎo)致大大減弱了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。如何使學(xué)生及相關(guān)人員快速掌握這一比較復(fù)雜的技術(shù)，就成為教學(xué)研宄領(lǐng)域的新課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種基于虛擬儀器的軌道電路-機(jī)車信號(hào)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和方法，該教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是一套自動(dòng)化、實(shí)時(shí)化和智能化的數(shù)據(jù)發(fā)生和采集分析系統(tǒng)，模擬了現(xiàn)實(shí)中軌道電路信號(hào)的發(fā)送和車載機(jī)車信號(hào)系統(tǒng)的工作過(guò)程，為教學(xué)實(shí)驗(yàn)提供了平臺(tái)。
[0005]一種軌道電路-機(jī)車信號(hào)教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)采集卡，機(jī)車信號(hào)燈控制電路，開(kāi)關(guān)元件，機(jī)車信號(hào)燈；
[0006]所述的實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)包括教學(xué)實(shí)驗(yàn)單元，所述教學(xué)實(shí)驗(yàn)單元可以包括信號(hào)發(fā)生模塊，信號(hào)采集/解調(diào)模塊，機(jī)車信號(hào)燈點(diǎn)燈模塊；所述實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)與數(shù)據(jù)采集卡連接，用以向數(shù)據(jù)采集卡發(fā)出指令，并收集和處理由數(shù)據(jù)采集卡傳輸?shù)男畔ⅲ凰鲂盘?hào)發(fā)生模塊用以調(diào)制信號(hào)并將調(diào)制后的信號(hào)發(fā)出；所述信號(hào)采集/解調(diào)模塊采集信號(hào)并將所述采集信號(hào)解調(diào)后發(fā)給機(jī)車信號(hào)燈點(diǎn)燈模塊；
[0007]所述數(shù)據(jù)采集卡包括信號(hào)輸出端，信號(hào)輸入端，數(shù)字輸出端；
[0008]所述的數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)字輸出端與機(jī)車信號(hào)燈控制電路、開(kāi)關(guān)元件、機(jī)車信號(hào)燈依次連接；所述教學(xué)實(shí)驗(yàn)單元的機(jī)車信號(hào)燈點(diǎn)燈模塊通過(guò)所述數(shù)據(jù)采集卡控制所述機(jī)車信號(hào)燈控制電路，所述機(jī)車信號(hào)燈控制電路通過(guò)控制開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)斷控制所述機(jī)車信號(hào)燈。
[0009]另外，所述數(shù)據(jù)采集卡的信號(hào)輸出端與信號(hào)輸入端可以通過(guò)導(dǎo)線直接連接。
[0010]另外，還可以包括功率放大器，信號(hào)電纜，機(jī)車信號(hào)線圈；所述數(shù)據(jù)采集卡的信號(hào)輸出端與功率放大器連接，所述功率放大器與信號(hào)電纜連接，所述信號(hào)電纜用以模擬實(shí)際的軌道電路發(fā)出軌道電路信號(hào)，所述數(shù)據(jù)采集卡的信號(hào)輸入端與機(jī)車信號(hào)線圈連接；所述機(jī)車信號(hào)線圈通過(guò)電磁耦合的方式感應(yīng)信號(hào)電纜上的軌道電路信號(hào)。
[0011]優(yōu)選的，還可以包括顯示設(shè)備，所述實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)與顯示設(shè)備連接；所述教學(xué)實(shí)驗(yàn)單元還包括信號(hào)波形顯示模塊，用以將信號(hào)波形顯示在顯示設(shè)備上。
[0012]優(yōu)選的，所述機(jī)車信號(hào)燈可以為雙面八顯示信號(hào)燈。
[0013]一種應(yīng)用于上述一種軌道電路-機(jī)車信號(hào)教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，可以包括:
[0014]步驟SlO:實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)運(yùn)行機(jī)車信號(hào)發(fā)送程序，產(chǎn)生信號(hào):產(chǎn)生的信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡信號(hào)輸出端發(fā)出；
[0015]步驟S20:數(shù)據(jù)采集卡采集信號(hào)；
[0016]步驟S30:實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)對(duì)所述采集信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，得到解調(diào)信息；并根據(jù)解調(diào)信息做相應(yīng)的輸出，控制機(jī)車信號(hào)燈控制電路通過(guò)開(kāi)關(guān)元件點(diǎn)亮相應(yīng)的機(jī)車信號(hào)燈。
[0017]一種應(yīng)用于上述一種軌道電路-機(jī)車信號(hào)教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，可以包括:
[0018]步驟SlO:實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)運(yùn)行機(jī)車信號(hào)發(fā)送程序，產(chǎn)生信號(hào):產(chǎn)生的信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡信號(hào)輸出端發(fā)出，經(jīng)過(guò)功率放大器后，加載到信號(hào)電纜；通過(guò)調(diào)節(jié)功率放大器的放大倍數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)信號(hào)的強(qiáng)度；
[0019]步驟S20:機(jī)車信號(hào)線圈通過(guò)電磁耦合的方式感應(yīng)到信號(hào)電纜上的軌道電路信號(hào)，數(shù)據(jù)采集卡采集機(jī)車信號(hào)線圈兩端的電壓作為采集信號(hào)，所述采集信號(hào)與信號(hào)電纜上的信號(hào)成比例關(guān)系；
[0020]步驟S30:實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)對(duì)所述采集信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，得到解調(diào)信息；并根據(jù)解調(diào)信息做相應(yīng)的輸出，控制機(jī)車信號(hào)燈控制電路通過(guò)開(kāi)關(guān)元件點(diǎn)亮相應(yīng)的機(jī)車信號(hào)燈。
[0021]優(yōu)選的，可以由用戶自己編制波形，再送入系統(tǒng)中輸出；或?qū)⒉ㄐ蔚臄?shù)據(jù)保存下來(lái)；
[0022]和/或可以進(jìn)行動(dòng)畫(huà)演示，完成對(duì)三顯示或四顯示自動(dòng)閉塞軌道電路的仿真。
[0023]優(yōu)選的，還包括:步驟Sll:選擇至少一種噪聲信號(hào)疊加到正常信號(hào)上，通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡的輸出端發(fā)出。
[0024]優(yōu)選的，上述步驟S30的“實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)對(duì)所述采集信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，得到解調(diào)信息”，所述解調(diào)為非相干解調(diào)；所述得到的解調(diào)信息為載頻和/或低頻信息。
[0025]本發(fā)明的有益效果是，虛擬儀器的運(yùn)用使得這套系統(tǒng)更具靈活性和擴(kuò)展性。所述教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)使得相關(guān)單位能夠以較低的成本開(kāi)展軌道電路-機(jī)車信號(hào)相關(guān)技術(shù)的教學(xué)和研宄，提高學(xué)生的動(dòng)手能力，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)軌道電路和軌道信號(hào)的認(rèn)識(shí)，使用本發(fā)明提供的設(shè)備與方法，可以不購(gòu)置真正的機(jī)車信號(hào)主機(jī)，不搭設(shè)真正的鋼軌，由此降低了教授學(xué)生軌道電路、機(jī)車信號(hào)的結(jié)構(gòu)、原理以及信號(hào)處理技術(shù)的教學(xué)成本。
【附圖說(shuō)明】
[0026]下面結(jié)合附圖及實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明:
[0027]圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的軌道電路-機(jī)車信號(hào)教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖2為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的軌道電路-機(jī)車信號(hào)教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖3為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的軌道電路-機(jī)車信號(hào)教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]為解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供了多個(gè)【具體實(shí)施方式】，具體如下:
[0031]實(shí)施例1:
[0032]一種軌道電路-機(jī)車信號(hào)教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，如圖1所示，包括實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)采集卡，機(jī)車信號(hào)燈控制電路，開(kāi)關(guān)元件，機(jī)車信號(hào)燈。
[0033]所述實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)包括教學(xué)實(shí)驗(yàn)單元。本發(fā)明所述的教學(xué)實(shí)驗(yàn)單元既可以是軟件也可以是硬件板卡(下同)，所述教學(xué)實(shí)驗(yàn)單元包括信號(hào)發(fā)生模塊，信號(hào)采集/解調(diào)模塊，機(jī)車信號(hào)燈點(diǎn)燈模塊。
[0034]所述信號(hào)發(fā)生模塊用以調(diào)制信號(hào)并將調(diào)制后的信號(hào)發(fā)出。作為本發(fā)明的一個(gè)【具體實(shí)施方式】，所述教學(xué)實(shí)驗(yàn)單元的信號(hào)發(fā)生模塊控制數(shù)據(jù)采集卡實(shí)時(shí)的產(chǎn)生軌道電路FSK信號(hào)，信號(hào)的制式為ZPW-2000時(shí)，F(xiàn)SK信號(hào)低頻頻率為10.3Ηζ、11.4Ηζ、12.5Ηζ、13.6Hz、14.7Ηζ、15.8Ηζ、16.9Ηζ、18.0Ηζ、19.1Ηζ、20.2Ηζ、21.3Ηζ、23.5Ηζ、24.6Ηζ、26.8Ηζ、29.0Hz等，載頻頻率為1700Hz、2000Hz、2300Hz、2600Ηζ。信號(hào)制式為國(guó)產(chǎn)移頻信號(hào)時(shí)，F(xiàn)SK信號(hào)低頻頻率為 8.5Ηζ、9.5Ηζ、11Ηζ、12.5Ηζ、13.5Ηζ、15Ηζ、16.5Ηζ、17.5Ηζ、18.5Ηζ、20Ηζ、21.5Ηζ、23.5Ηζ、24.5Ηζ、26Ηζ，載頻頻率為550Ηζ、650Ηζ、750Ηζ、850Ηζ。信號(hào)制式為交流計(jì)數(shù)時(shí)，信號(hào)為間歇的25Hz正弦信號(hào)。所述信號(hào)發(fā)生模塊，能設(shè)置噪聲疊加功能，模擬實(shí)際中可能碰到的高斯噪聲、50Hz及諧波成分、寄生調(diào)幅等情況。
[0035]所述信號(hào)采集/解調(diào)模塊采集信號(hào)并將所述采集信號(hào)解調(diào)后發(fā)給機(jī)車信號(hào)燈點(diǎn)燈模塊。所述信號(hào)采集/解調(diào)模塊，能設(shè)定需要的采集時(shí)間和采樣頻率，數(shù)據(jù)采集卡采用差分接線方式采集相應(yīng)時(shí)間的時(shí)域信號(hào)。利用非相干解調(diào)法分析該信號(hào)頻譜，并計(jì)算得出軌道電路信號(hào)中的載頻、低頻信息。
[0036]所述實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)與數(shù)據(jù)采集卡連接(比如可以是將數(shù)據(jù)采集卡直接插入實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)的卡槽，通過(guò)PCI總線同實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)相連接)，用以向數(shù)據(jù)采集卡發(fā)出指令，并收集和處理由數(shù)據(jù)采集卡傳輸?shù)男畔ⅰＫ鰯?shù)據(jù)采集卡包括信號(hào)輸出端，信號(hào)輸入端，數(shù)字輸出端。目前所使用的數(shù)據(jù)采集卡通常會(huì)與接線盒連接，由接線盒提供信號(hào)輸出端、信號(hào)輸入端、數(shù)字輸出端，在這種情況下可以將接線盒作為數(shù)據(jù)采集卡的一個(gè)配件；同時(shí)，采用自身具有信號(hào)輸出端，信號(hào)輸入端，數(shù)字輸出端的數(shù)據(jù)采集卡的技術(shù)方案也在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0037]所述的數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)字輸出端與機(jī)車信號(hào)燈控制電路、開(kāi)關(guān)元件、機(jī)車信號(hào)燈依次連接。其中，開(kāi)關(guān)元件可以是控制繼電器，也可以是其它各種實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)功能的開(kāi)關(guān)元件，比如光控開(kāi)關(guān)、電磁鐵開(kāi)關(guān)等，因此本領(lǐng)域技術(shù)人員所了解的開(kāi)關(guān)元件用于本發(fā)明的方案均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。作為實(shí)施例1的【具體實(shí)施方式】，可以使用鐵路中常用的雙面八顯示信號(hào)燈作為機(jī)車信號(hào)燈，以便教學(xué)效果與鐵路上的實(shí)際使用情況更加接近，這種情況下，可以選擇控制繼電器作為開(kāi)關(guān)元件(與鐵路上現(xiàn)行方式相同)，并設(shè)置九個(gè)控制繼電器分別控制八顯示燈及顯示燈的閃爍。所述教學(xué)實(shí)驗(yàn)單元的機(jī)車信號(hào)燈點(diǎn)燈模塊通過(guò)所述數(shù)據(jù)采集卡控制所述機(jī)車信號(hào)燈控制電路，所述機(jī)車信號(hào)燈控制電路通過(guò)控制開(kāi)關(guān)元件(本實(shí)施例采用控制繼電器)的開(kāi)斷控制所述機(jī)車信號(hào)燈。作為本實(shí)施例的【具體實(shí)施方式】，所述教學(xué)實(shí)驗(yàn)單元的機(jī)車信號(hào)燈點(diǎn)燈模塊能根據(jù)解調(diào)得到的低頻信息，利用數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)字輸出端分別控制雙面八顯示機(jī)車信號(hào)燈的顯示。
[0038]在實(shí)施例1中，所述軌道電路-機(jī)車信號(hào)教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)還可以包括功率放大器，信號(hào)電纜，機(jī)車信號(hào)線圈。所述數(shù)據(jù)采集卡的信號(hào)輸出端與功率放大器連接，所述功率放大器與信號(hào)電纜連接，所述信號(hào)電纜用以模擬實(shí)際的軌道電路發(fā)出軌道電路信號(hào)。通常為了保護(hù)功率放大器，需要在功率放大器上串聯(lián)保護(hù)電阻；也可以選擇合適參數(shù)的功率放大器從而省略保護(hù)電阻。所述數(shù)據(jù)采集卡的信號(hào)輸入端與機(jī)車信號(hào)線圈連接。所述機(jī)車信號(hào)線圈通過(guò)電磁耦合的方式感應(yīng)信號(hào)電纜上的軌道電路信號(hào)。
[0039]所述的機(jī)車信號(hào)燈通常還可以與50V直流穩(wěn)壓電源相連接，從而得到電能。
[0040]作為對(duì)本實(shí)施例的改進(jìn)，本實(shí)施例的所述軌道電路-機(jī)車信號(hào)教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)還可以包括顯示設(shè)備(比如顯示器、示波器等)用以將波形顯示在