專利名稱：用于減少鐵路機車信號諧波的開關(guān)型裝置和方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種鐵路機車信號裝置和一種用于產(chǎn)生鐵路機車信號的方法，尤其涉及一種產(chǎn)生鐵路機車信息信號的裝置和使用一種開關(guān)型發(fā)送器的方法，本發(fā)明進而涉及一種使用一種階梯形方波發(fā)送器的鐵路機車信息信號產(chǎn)生裝置和一種用于向鐵路機車發(fā)送編碼載波的機動有軌車信息的方法。
通過在鐵軌內(nèi)感應傳送電信號，鐵路機車能夠接收諸如速度限制信息之類的信息。這些信號可以由以予選編碼速率進行調(diào)制和解調(diào)的予選載頻組成。該予選的載頻通常是60或100赫茲，而且編碼速率通常是每分75、120或180周(CPM)。
通過開關(guān)諸如是12VDC電池的直流電源即可產(chǎn)生所述載波，從而導致一個方波載波。該載波具有大量的奇次諧波，其中包括為基頻三分之一的第三次諧波以及為基頻能量五分之一的第五次諧波等。以予定編碼速率對載波進行調(diào)制就是要把一個邊帶添加到每一個諧波上，然后加到噪聲譜上。這個噪聲可能會妨礙橫跨導軌而使用的其它一些電子儀器，諸如交通干線跨行監(jiān)視器和予測器，以及音頻覆蓋軌道電路的某些應用。
解決這個問題的辦法之一是使用一個線性放大器。它允許將一個純正的正弦波加到導軌上，借此基本刪除了所有的諧波。但是，這種辦法增加了信號產(chǎn)生電路的復雜程度，特別重要的是增加了電阻的負載功率。因此，需要一種裝置和方法來產(chǎn)生編碼載波信號，該信號可把諸如限速信息之類的信息傳送給鐵路機車的駕駛室，并且在標準設計中減少固有的低頻諧波譜的“污染”，而同時又有效地提供足夠的信號能量。
本發(fā)明所提供的用于產(chǎn)生信號的裝置包括一個具有用于產(chǎn)生信號波形的階梯形方波發(fā)生器的發(fā)送器，該波形由多個方波信號組成并且有隨后被編碼的信息信號。該發(fā)送器通過一個火車軌道施加所述的信號波形。所述的裝置還可以包括一個置于所述機動有軌車之上的信號波形接收器和一個連接到所述接收器并用于從該信息波形中提取信息信號的信息信號譯碼器。該發(fā)送器最好是一種開關(guān)型發(fā)送器。階梯形方波發(fā)生器產(chǎn)生多個方波，例如至少在多個方波信號中的第一個予選占空度的至少一部分與該多個方波中至少另一個方波的一個第二予選占空度的至少一部分相互重疊，以至于該信號波形通常是一個階梯形方波。該發(fā)送器還可以包括一個置于所述發(fā)送器輸出端和火車鐵軌之間的調(diào)諧輸出濾波器。
該發(fā)送器還可以包括一個限流器，用于限制各個半導體開關(guān)中的過熱。
該階梯形方法發(fā)生器可以包括1.一個編碼器，用于產(chǎn)生一個編碼信息信號；2.一個時鐘發(fā)生器，用于產(chǎn)生連續(xù)的時鐘脈沖；3.一個同步器，它連接到時鐘發(fā)生器和編碼器，用于響應編碼信息信號和連續(xù)時鐘脈沖以產(chǎn)生多個輸入驅(qū)動信號；4.開關(guān)驅(qū)動器，用于響應多個輸入驅(qū)動信號以產(chǎn)生多個門驅(qū)動信號；5.一個信號發(fā)送器，用于響應多個門驅(qū)動信號，該信號發(fā)送器能夠產(chǎn)生具有多個方波信號的信號波形。至少多個方波信號中的一個方波信號的予選占空度與多個方法信號中至少另一個方波的予選占空度相互重疊，以至形成了一個階梯形方波。然后，根據(jù)一個予定的編碼順序，通過使所述階梯形方法發(fā)生器以一個予選的編碼頻率導通和關(guān)斷，而由信號發(fā)送器將信號波形施加給鐵路導軌。
本發(fā)明包括一種用于產(chǎn)生信號的方法，利用這種方法可以產(chǎn)生一個多階梯方波，該波形具有一系列相互重疊的方波波形。至少兩個方波具有予選的幅值。另外，一個方波上的占空度與另外一個方波的占空度相互重疊，其結(jié)果是形成了一個多階梯載波波形。該載波波形的特征同于一個在兩低幅值方波之間的單一高幅幅值方波?？梢愿鶕?jù)多階梯載波對信息信號進行編碼，以形成編碼的載波信號。該編碼載波信號可以被引入一個鐵路導軌以向一個鐵路機車提供信息。
本發(fā)明還包括一種產(chǎn)生信號的方法，該方法包括如下步驟(1)產(chǎn)生多個具有多個予定占空度的方波信號；(2)使多個方波信號中的至少一個方波的第一予選占空度的至少一部分與多個方波信號中至少另一個方波的第二予選占空度的至少一部分相互重疊，從而在其中產(chǎn)生予定頻率的階梯形方波；(3)根據(jù)至少一部分階梯形方波以一個予選頻率對信息信號進行編碼；(4)將具有如上編碼的信息信號的階梯形方波發(fā)送給具有作為一部分鐵路導軌的至少一部分發(fā)送媒介的一個發(fā)送媒介。該階梯形方波的予定頻率最好是約60HZ或100HZ，而編碼的予選頻率最好是每分鐘75周(CPM)或每分鐘120周(CPM)或180CPM。


圖1示出了用于鐵路車信號的接收器、發(fā)送器和產(chǎn)生所述信號的方法。
圖2a-d示出了根據(jù)本發(fā)明用于所述信號的階梯形方波。
圖3a示出了一個階梯形方波發(fā)生器的一個實施例。
圖3b-f示出了典型的刪極驅(qū)動信號和圖3a的階梯形方波發(fā)生器產(chǎn)生的電壓輸出。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明階梯形方波發(fā)生器的一個實施例。
圖5a示出了根據(jù)本發(fā)明可以包括在階梯形方波發(fā)生器之中的時鐘發(fā)生器和編碼器。
圖5b示出了根據(jù)本發(fā)明可以包括在階梯形方波發(fā)生器之中的一個同步器。
圖5c示出了根據(jù)本發(fā)明可以包括在階梯形方波發(fā)生器之中的一個開關(guān)驅(qū)動器。
圖5d示出了根據(jù)本發(fā)明可以包括在階梯形方波發(fā)生器之中的一個信號發(fā)送器。
圖5e示出了根據(jù)本發(fā)明可以包括在一個信息信號發(fā)送器之中的限流器。
圖6a-g示出了典型的門驅(qū)動電路及階梯形方波發(fā)生器(圖5a-ad)和限流器(圖5e)所產(chǎn)生的電壓輸出。
通常，信號產(chǎn)生裝置使用一個可以包括用于產(chǎn)生其中所需信號已經(jīng)被編碼的信號波形的階梯形方波發(fā)生器的發(fā)送器。該發(fā)送器通過火車鐵軌將這些信號波形發(fā)送給位于火車機車上的接收器。該火車機車接收器通常由用于接收存在于火車軌道上的這些信號波形的信號波形接收器和用于從信號波形中提取信息信號的信息信號譯碼器組成。雖然該發(fā)送器可以使用線性放大器去放大與發(fā)送相關(guān)的信號波形，但是最好使用一個開關(guān)型發(fā)送器生成波形。另外，例如當一輛火車停止在一個導軌連接處的頂端時，限流器可以被結(jié)合到發(fā)送器中，以限制所述半導體開關(guān)的焦耳熱量。最好在輸出端上使用一個調(diào)諧濾波器，以便在發(fā)送之前對階梯波形進行濾波并防止可能在軌道上出現(xiàn)的其它信號。
信號波形通?？梢允且粋€階梯形方波，在這種階梯形方波信號中，一個方波信號的予選占空度與另一個方波信號的予選占空度相互重疊，從而使所產(chǎn)生的信號波形可以采用不連續(xù)的幅值，由此很類似于一系列的階梯。
階梯形方波最好由一個可以包括一個具有多個變壓器輸入端和至少一個變壓器輸出端的多抽頭變壓器的階梯形方波發(fā)生器來產(chǎn)生。由階梯形方波發(fā)生器產(chǎn)生的波形是通過多個半導體開關(guān)產(chǎn)生的，這些半導體開關(guān)被有選擇地連接到變壓器的輸人端。從而，所產(chǎn)生的波形輸出具有所需要的階梯形方波。為了保證所述半導體開關(guān)的適當順序，一個開關(guān)控制器被連接到多個半導體開關(guān)上?？刂破骺梢杂羞x擇地操作半導體開關(guān)，借此以控制由一個特定變壓器抽頭所產(chǎn)生的波形的幅值和占空度。
可以使用一個與所述開關(guān)控制器進行電連接的編碼器根據(jù)信號波形對所需要的信息信號進行編碼。為了提供具有所需予定頻率的時鐘信號，可以將一個時鐘發(fā)生器結(jié)合到開關(guān)控制器中。時鐘發(fā)生器可與開關(guān)驅(qū)動器相連接，以便有選擇地操縱各半導體開關(guān)，借此以提供具有所需要構(gòu)成的信號波形。
本發(fā)明其它的細節(jié)，目的和優(yōu)點將結(jié)合附圖對實施例的描述更為明顯。
在圖1中，信息信號發(fā)送器10產(chǎn)生一個信號波形，該信號波形可以是由多個載有被編碼信息信號的方波信號組成。該信息信號發(fā)送器10最好是一個開關(guān)型發(fā)送器。發(fā)送器10利用軌道鐵軌18作為信號發(fā)送媒介。其中，信號波形接收器20最好被設置在一個鐵路機車的駕駛室內(nèi)以截取信號波形，并從中抽取信息信號。在本發(fā)明的實施例中，發(fā)送器10最好包括一個用于提供帶有根據(jù)信號波形進行編碼的信息信號波形的階梯形方波發(fā)生器14，該階梯形方波發(fā)生器14還用于通過火車鐵軌18發(fā)送信號波形。信號波形可以是一個多階梯載波，該載波在編碼之后變成一個載有編碼的信號，用于向鐵路車輛提供信息。
最好再提供一個編碼器12，用于產(chǎn)生信息信號。在階梯形方波發(fā)生器14中可以包括編碼器12。最好提供一個調(diào)諧輸出濾波器的輸出濾波器16，以使發(fā)送器10和可能存在于火車鐵軌18上的其它信號相隔離。
信號波形接收器20可以使用例如是一組拾取線圈之類的傳感器24接收來自火車鐵軌18的信號波形。接收器20將信號波形提供給信息信號譯碼器22。借此，所述機動有軌車的工作人員就可以獲得所需要的信息，并且車上控制可以利用車輛信號信息。
圖2a示出了一種可以被用于發(fā)送有軌機動車限速信息之類信息的階梯形方波33。方波33是一個組合波形，它是波31(圖2b)和波32(圖2c)兩波的總和。這兩組成部分方波31和32中的每一個分別具有特定的幅值A1和A2，以及占空度P1和P2。
一個用于分析周期波的標準工具是付里葉級數(shù)，它允許使用基頻及所有諧波的和以數(shù)學的方式表示任何一個周期波，這些頻率成份中的每一個都具有一個特定的幅值。
在圖2d中，組合波33的付里葉級數(shù)可以依照其組成波31和32的幅值和占空度加以表示V(t)=Σm=1,3,-{4m·π·sin(m·π2)·[A1·sin(m·π·P12)]]>·sin(m·π·P22)]}·sin(m·2·π·f·t)]]>其中A1和A2分別是第一和第二方波31和32的幅值；P1和P2分別是第一和第二方波31和32的占空度；f是波31和32的主頻；m表示所述諧波的序數(shù)。
同樣，對于諸如圖2a所示波30的標準“on-off”方波而言，V(t)=Σm=1,3,-{4·Am·π}·sin(m·2·π·f·t)]]>其中A是波30的幅值，f是波30的主頻，和m是諧波的序數(shù)。
這兩個公式的意義在于它們允許諧波內(nèi)容數(shù)學地與標準的“on-off”方波30的諧波內(nèi)容相比較。就本發(fā)明而言，第一方波的占空度通常最好是在0.6至0.90之間，尤其是在0.76至0.84之間，最佳值為0.8左右。而第二方波的占空度P2最好是在0.2和0.5之間，特別是在0.38和0.42之間，而最佳值為0.4左右。同樣，第一方波的幅值A1通常最好是在0.8至1.2之間，尤其是在0.95至1.05之間，最佳值在1.00左右。而第二方波的幅值A2通常最好是在0.40和0.80之間，特別是在0.594和0.656之間，最佳是在0.625左右。
表1諧波“on-off”方波幅值階梯形方波3 0.3333 0.00175 0.5000 0.00007 0.1429 0.00079 0.1111 0.1111110.0909 0.0909130.0769 0.0004150.0667 0.0000170.0588 0.0003
在表1中，利用付里葉分析，在一個特定諧波頻率處，將一個典型的組合階梯形方波的相關(guān)幅值和一個標準“on-off”方波的相關(guān)幅值加以比較。使用前述的最佳占空度和幅值產(chǎn)生了仿真的階梯形方波。表1指出，這種占空度和幅值的組合有效地控制了通常與第三次、第五次和第七次諧波相關(guān)的能量內(nèi)容。當諸如是第十次、第十一次的某些高次諧波相對于方波基本上沒有被衰減時，這些頻率通常具有較低的能量內(nèi)容，并且可以足夠遠地離開將被一個簡單濾波器所衰減的主頻。通過更換組份波的幅值和占空度，可以產(chǎn)生諧波的不同混合。
圖3a示出了信號發(fā)送器50的一個最佳實施例。多抽頭變壓器62使用多個驅(qū)動開關(guān)72、74、76、78以有選擇地改變輸出端64上予選波形的輸出電壓63。驅(qū)動開關(guān)72、74、76和78最好是半導體開關(guān)，特別是場效應晶體管，這些驅(qū)動開關(guān)是由有選地加到柵極驅(qū)動輸入端52、54、65和58上的同步計時信號操作的。最好是一個標準12VDC電池的DC輸入60以推挽方式驅(qū)動多抽頭變壓器62。
在原邊線圈66上可以放置兩抽頭以產(chǎn)生電壓波形的上階梯，上階梯的幅值可以是原邊線圈內(nèi)匝數(shù)44的函數(shù)。為了基本消除某些特定諧波的幅值，可以予先選擇原邊線圈總匝數(shù)和在一個特定抽頭處匝數(shù)的比值。例如，為了要基本上消除第三、第五和第七次諧波的幅值，總匝數(shù)和在第一以及第二抽頭處的匝數(shù)之比最好分別為1.000和1.625。另外，由于階梯波形的電壓幅值可以是原邊線圈匝數(shù)比的函數(shù)，所以也可以予選一個特定階梯的電壓幅值。例如，在第一和第二匝數(shù)比約為1.000和1.625的情況下，在各抽頭處的電壓幅值比約為1.000和1.625。
圖3b-f示出了典型的柵極定時圖和由圖3a所示信號發(fā)送器50所建立的波形。信號發(fā)送器50具有四個驅(qū)動開關(guān)72、74、76和78。在圖3b中，驅(qū)動信號152表示可由柵極驅(qū)動輸人52提供給圖3a所示之驅(qū)動開關(guān)72的同步定時信號。同樣，在圖3c中，可以通過柵極驅(qū)動輸入端54將驅(qū)動信號154提供給驅(qū)動開關(guān)74。圖3d中的驅(qū)動信號可通過柵極驅(qū)動輸入端56提供給驅(qū)動開關(guān)76。另外，圖3e中的驅(qū)動信號158可以通過柵極驅(qū)動輸入端58提供給驅(qū)動開關(guān)78。利用這些驅(qū)動信號152、154、156和158有選擇地分別驅(qū)動開關(guān)72、74、76和78，在輸出端64的兩端產(chǎn)生了如圖3f所示的最后的輸出電壓163。
圖4示出了一個階梯形方波發(fā)生器100的最佳實施例。編碼器102向同步器106提供編碼后的信息信號122。時鐘發(fā)生器104以一個予定的頻率產(chǎn)生時鐘信號124，并將信號124提供給同步器106。同步器106從信號122和124中形成被用于操作開關(guān)驅(qū)動器108的輸人驅(qū)動信號126。另外，可以使用關(guān)控制器101來產(chǎn)生輸入驅(qū)動信號126。在這種情況下，開關(guān)控制器101可以響應來自編碼器102的編碼信息信號122。開關(guān)控制器101可以包括位于其中的時鐘發(fā)生器104和同步器106。開關(guān)驅(qū)動器108選擇性產(chǎn)生柵極驅(qū)動信號128，以提供給信號發(fā)送器110。信號發(fā)送器110產(chǎn)生信號波形130，在信號波形130上帶有編碼的信息信號?？赡苄枰剐盘柊l(fā)送器110與存在于軌道116上的其它信號進行電隔離，在這種情況下，可以提供一個調(diào)諧輸出濾波器114。另外，另以提供一個限流器112，以避免在另一輛火車停止在軌道連接頂端處時的大電流牽引狀態(tài)期間，置于所述信號發(fā)送器110中的半導體開關(guān)電路過熱的情況。通過開關(guān)器100的接通和關(guān)斷，可以以編碼器102的予選編碼速度對停息行編碼。這個編碼速率可以例如是75、120和180CPM。
圖5a示出了分別與圖4所示編碼器102和時鐘發(fā)生器104相類似的編碼器302和時鐘發(fā)生器304。圖5b所示之同步器306類似于圖4所示之同步器106。圖5c示出了與圖4所示之開關(guān)驅(qū)動器108相類似的開關(guān)驅(qū)動器308。圖5d示出了與圖4所示之信號發(fā)送器110相類似的信號發(fā)送器310。圖5a所示之信號301、303和305對應于圖5b所示之信號301、303和305。圖5b所示之信號307、309、311、313、315和317對應于圖5c所示之信號307、309、311、313、315和317。圖5c所示之信號329、331、333、335、337、339和341對應于圖5d所示之信號329、331、333、335、337、339和341。圖5b所示之信號319、321、323、325和327對應于圖5e所示之信號319、321、323、325和327。圖5所示之信號343對應于圖5d和5e的信號343。
在圖5a所示的時鐘發(fā)生器304中，振蕩器212產(chǎn)生例如是1.8432MHZ的予選頻率，利用一個N分頻的計數(shù)器214將該予選頻率進行分頻，以產(chǎn)生具有諸如是600HZ的所需頻率的信號305。信號305被用于驅(qū)動位于圖5b所示之同步器中的十進制計數(shù)器216。十進制計數(shù)器216十個輸出220-229(Q0-Q9)中的每一個在信號305頻率的十分之一處，例如是60HZ處提供時鐘脈沖。輸出端220-229(Q0-Q9)中的每一個在同一個時間內(nèi)相對于其它輸出端220-229(Q0-Q9)被導通。例如，在啟動時，輸出端220(Q0)將被首先導通，而當Q0截止時，輸出端221(Q1)將被導通，該處理一直持續(xù)到輸出端229(Q9)，然后使輸出端220(Q0)重新導通，重新開始所述的處理。接著圖5a，時鐘發(fā)生器304中的計數(shù)器214可以被編程以提供所需載頻。例如，在載頻需要為60HZ的情況下，計數(shù)器214可以被編程去進行3072分頻，以在信號305上產(chǎn)生600HZ輸出。在需要100HZ載頻時，時鐘發(fā)生器304中的計數(shù)器214可以被編程以進行1843分頻，借此獲得其頻率為1000HZ的信號305。
編碼器302中的代碼輸人端254允許發(fā)送器以諸如是75、120和180CPM的予選編碼頻率被接通或關(guān)斷。如圖5b所示，來自輸人端254的代碼信號通過觸發(fā)器256到達十進制計數(shù)器216的復位線303。當代碼輸入254為高電平時，只有計數(shù)器216的輸出端220(Q0)為高電平，其它的輸出端221-229(Q0-Q9)為低電平，且發(fā)送器被關(guān)斷。當代碼輸入254為低電平時，計數(shù)器216在其輸出端220(Q0)上輸出脈沖串。下面這一點是需要的，即發(fā)送器每次被接通時，它都要在計數(shù)器216周期的開始處啟動。通過保持復位線303處于低電平，圖5a中的觸發(fā)器256控制發(fā)送器處于關(guān)斷狀態(tài)，直到輸出端220(Q0)變成高電平。由于輸出端220(Q0)是計數(shù)周期的末端，所以，發(fā)送器在跨零處是關(guān)斷的。這就在載波通時間的期間產(chǎn)生了整數(shù)的載波周期。而在載波關(guān)斷時間期間內(nèi)，通過使FET232、246、234和248導通使圖5d所示之原邊線圈274短路接地。與此同時，當計數(shù)器216被復位時，計數(shù)器輸出端220(Q0)變成高電平。下面這一點是必須的，即不允許原邊線圈274處于浮動狀態(tài)或未被連接。
通過使用包括圖5b所示的多個或門217a-217p的時序邏輯設備有選擇地組合輸出端220-229，可以從計數(shù)器216的輸出端220-229獲得晶體管門驅(qū)動信號。例如，為了產(chǎn)生用于圖501中FET231的驅(qū)動信號，如圖5b所示，4個輸出端221-224(Q0-Q4)被一起相或。這就產(chǎn)生了占周期時間40％的一個脈沖或信號307。通過使用FET驅(qū)動器211a去反向信號307，圖5c所示開關(guān)驅(qū)動器308中的開關(guān)驅(qū)動電路218a提供電源以保證圖5d中的P溝道FET231和233的全截止狀態(tài)。類似的，開關(guān)驅(qū)動電路218b驅(qū)動圖5d中的FET235和236。
圖5c中的開關(guān)驅(qū)動電路218c除了包括推挽晶體管電路230以外，還包括一個電壓比較器219，用以驅(qū)動圖5d中的FET232和246。類似的，圖5c中的開關(guān)驅(qū)動電路218d驅(qū)動圖5d中的FET234和248。柵極驅(qū)動信號280a和280b在+12伏和-12伏電壓之間轉(zhuǎn)換。提供-12伏電壓以克服當FET232、246、234和248截止時由圖5d所示變壓器272所產(chǎn)生的負電壓。
接著圖5d所示之信號發(fā)送器310，引人了兩個分別與FET232和234串聯(lián)的N溝道FET246和248，用以阻止當FET232和234截止時通過內(nèi)部二極管的反向電流。接地基準電阻250和252被分別連接到FET232和234的源極，借以提供地基準，從而避免各晶體管的源極浮動。
全橋式結(jié)構(gòu)的變壓器272由一個標準的12伏電池驅(qū)動。在原邊線圈274上置有兩個抽頭268和27。用于產(chǎn)生輸出波形的上階梯。上階梯的幅值是原邊線圈274中匝數(shù)比的函數(shù)。這兩個階梯的幅值比可以變換，以使特定頻率最小。例如，為了基本上消除第三、第五和第七次諧波頻率，需要提供的這兩階梯的幅值比近擬為1.00和1.62。由于在原邊線圈中的匝數(shù)關(guān)系，可確定該比值，所使得在某個特定抽頭(例如是抽頭268)處的匝數(shù)和原邊總匝數(shù)相除的結(jié)果近似等于所需要的幅值比。例如在原邊274總匝數(shù)約為104、而在抽頭268處的匝數(shù)為64的情況下，其匝數(shù)比約為1.625，相關(guān)的幅值比約為1.62。
一個限流器電路可以由諸如是傳感電阻244a和244b的電壓傳感器、比較器240和觸發(fā)器242組成。當傳感電阻244a和244b兩端的電壓超過了比較器240的觸發(fā)點時，觸發(fā)器242被觸發(fā)。圖5e中觸發(fā)器242的輸出使圖5d中的FET231、233、235和236截止，并使FET232、246、234和248導通。觸發(fā)器242在下半個周期開始時被復位，以使電路返回到正常操作。限流電路312在火車停止在一個軌道連接處的頂部時避免開關(guān)FET231-236過熱是必須的。
圖6a-g表示了典型的柵極時序圖和所產(chǎn)生的可被圖5a-5d所示之階梯形方波發(fā)生器和圖5e所示之限流器建立的輸出階梯形方波以及與此相關(guān)的描述。驅(qū)動信號401(示于圖6b)、404(示于圖6c)、406(示于圖6d)、403(示于圖6e)、402(示于圖6f)和405(示于圖6g)分別于圖5所示的驅(qū)動信號331、337、341、329、333和339類似。在圖6b中，F(xiàn)ET驅(qū)動信號401表示一個可被加至圖5所示之FET231的同步后定時信號。類似的，F(xiàn)ET驅(qū)動信號404、406、403、402和405(示于圖6c-g)表示可以分別施加到圖5d中FET234、236、233、232和235的同步后定時信號。有選擇地應用驅(qū)動信號401、404、406、403、402和405去產(chǎn)生具有帶有本發(fā)明階梯形方波構(gòu)型和特征的波形的最后輸出電壓400。
在圖6a中還示出了對輸入電壓400的波形所作的一個典型限制，這種限制在如前所述的圖5e所示之限流器312的工作過程中可以碰到。
在展示本發(fā)明某些實施例的同時，應當理解，本發(fā)明并不受這些實施例的限制，并且在所附權(quán)利要求的范圍之內(nèi)可以作出各種補充和實踐。
權(quán)利要求
1.一種用于從路旁通過軌道鐵軌向鐵路機車發(fā)送信息的信號產(chǎn)生裝置，其特征在于包括一個具有用于產(chǎn)生一個信號波形的階梯形方波發(fā)生器的信息信號發(fā)生器，所述的信號波形具有多個方波信號，所述的信號波形具有根據(jù)它進行編碼的信息，和所述的發(fā)送器通過該鐵軌發(fā)送所述的信號波形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號產(chǎn)生裝置，其中，所述的發(fā)送器是一個開關(guān)型發(fā)送器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號產(chǎn)生裝置，其中，所述多個方波信號中至少一個方波的第一予選占空度的至少一個是與所述多個方波信號中的至少一個方波的第二予選占空度的至少一部分相互重合，從而使得所述的信號波形通常是一個階梯形方波。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的信號產(chǎn)生裝置，其中，所述的階梯形方波發(fā)生器還包括a.一個具有多個變壓器輸人端和至少一個變壓器輸出端的多抽頭變壓器；b.連接到所述變壓器的某些予定輸入端的多個半導體開關(guān)，所述半導體開關(guān)用于在至少一個變壓器輸出端上有選擇地施加一個予定輸出電壓；c.以電連接方式連接到所述多個半導體開關(guān)的某些予定開關(guān)的一個開關(guān)控制器，所述的開關(guān)控制器用于產(chǎn)生與從多個半導體開關(guān)中選擇的一些開關(guān)相關(guān)的多個驅(qū)動信號，和d.一個以電連接方式連接到所述開關(guān)控制器的編碼器，用于將所述的信息信號編碼成所述的信號波形。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的信號產(chǎn)生裝置，其中，所述的信息信號發(fā)送器還包括一個調(diào)諧輸出濾波器，且所述的調(diào)諧輸出濾波器插入于至少一個變壓器輸出端和該導軌之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的信號產(chǎn)生裝置，其中，所述的開關(guān)控制器還包括一個用于以一個予定頻率產(chǎn)生時鐘信號的時鐘發(fā)生器和一個與所述時鐘發(fā)生器相聯(lián)的開關(guān)驅(qū)動器，用于有選擇地操作所述多個半導體開關(guān)中的相應一部份。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的信號產(chǎn)生裝置，其中，所述的發(fā)送器還包括一個限流器，用于防止所述多個半導體開關(guān)過熱。
8.一種包括有一個階梯形方波發(fā)生器的信號產(chǎn)生裝置，其特征在于具有a.一個編碼器，用于產(chǎn)生編碼波的信息信號；b.一個時鐘發(fā)生器，用于產(chǎn)生序列時鐘脈沖；c.一個可操作連接到所述時鐘發(fā)生器和編碼器上的同步器，所述的同步器響應所述編碼及信息信號和所述的序列時鐘脈沖，和所述的同步器借此產(chǎn)生多個輸人驅(qū)動信號；d.一個可操作連接到所述同步器上的開關(guān)驅(qū)動器，所述的開關(guān)驅(qū)動器響應所述的多個輸人驅(qū)動信號，所述的開關(guān)驅(qū)動器產(chǎn)生多個柵報驅(qū)動信號；和e.一個可操作連接到所述開關(guān)驅(qū)動器上的信號發(fā)送器，所述的信號發(fā)送器響應所述多個柵極驅(qū)動信號，所述的信號發(fā)送器產(chǎn)生一個信號波形，所述的信號波形具有多個方波信號，所述多個方波信號中的至少一個方波的予選占空度和所述多個方波信號中至少一另個方波的予選占空度相互重疊，借此以形成一個階梯形方波，所述的階梯形方波具有依據(jù)其進行編碼的所述信息信號，和所述的信號發(fā)送器向鐵路導軌施加所述的信號波形。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的信號產(chǎn)生裝置，還包括一個在所述信號發(fā)送器和鐵路導軌之間插入的調(diào)諧輸出濾波器，所述濾波器用于使所述的信號波形與在所述鐵路道上的波形相互隔離。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的信號產(chǎn)生裝置，還包括一個與所述信號發(fā)送器相連的限流器。
11.一種用于產(chǎn)生信號的方法，其特征在于包括產(chǎn)生多階梯方波的步驟，所述的多階梯方波具有一系列的疊加的方波和具有予選幅值的所述一系列疊加方波的至少兩個波。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括使所述至少兩個方波中的第一個方波的占空度和所述至少兩個方波的第二個方波的占空度相重疊的步驟，所述的重疊產(chǎn)生具有在兩個低幅值方波之間插入的一個單一高幅值方波的多階梯載波。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括根據(jù)所述的多階梯載波對所述信息信號進行編碼，借此以建立編碼后載波信號的步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括將所述的編碼載波信號引人所述的鐵路道，以向一個鐵路機車提供信息的步驟。
15.一種用于產(chǎn)生信號的方法，其特征在于包括下列步驟a.產(chǎn)生多個方波信號，且所述多個方波信號具有多個予定占空度；b.使所述多個方波信號中至少一個方波信號的第一予選占空度的至少一部分與所述方波中至少另一個方波的第二予選占空度的至少一部分相互重疊，以使得從中產(chǎn)生階梯形方波，且所述的階梯形方波具有予定的頻率；c.根據(jù)至少一部分所述的階梯形方波，以一個予選頻率對所述的信息信號進行編碼；和d.將具有依據(jù)其進行編碼的所述信息信號的所述階梯形方波發(fā)送給一個發(fā)送媒介，并且所述發(fā)送媒介的至少一部份是鐵路導軌的一部份。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述階梯形方波的予定頻率是60HZ和100HZ之一。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述編碼的予選頻率是75CPM，120CPM和180CPM之一。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括下列步驟e.從所述的發(fā)送媒介中接收具有依據(jù)其編碼的信息信號的所述階梯形方波，和f.根據(jù)所述的階梯形方波對所述的信息信號進行譯碼。
全文摘要
一個信號產(chǎn)生裝置，包括一個具有用于產(chǎn)生一個信號波形的階梯形方波發(fā)生器的發(fā)送器，信號波形由多個方波信號組成，并且它具有一個根據(jù)它進行編碼的信息信號，裝置還可以包括一個安裝于有軌機動車上的信號波形接收器和一個連接到接收器上的信息信號譯碼器，以用于從接收器中抽取信息信號。階梯形方波發(fā)生器產(chǎn)生方波，以使多個方波信號中一個方波的一部分占空度與多個方波信號中至少另一個方波的至少一部分占空度相重疊。用于產(chǎn)生多階梯方波的方法包括具有一系列重疊方波的波形，其中的每一個都具有預選的幅值和占空度。一個信息信號可以根據(jù)多階梯載波進行編碼，從而建立一個編碼的載波信號。
文檔編號B61L3/00GK1123750SQ9511732
公開日1996年6月5日 申請日期1995年9月26日 優(yōu)先權(quán)日1994年9月26日
發(fā)明者吉姆斯·布朗, 羅伯特·勃滋歐 申請人:聯(lián)合開關(guān)和信號公司