專利名稱：地鐵回流系統(tǒng)雜散電流傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種地鐵回流系統(tǒng)雜散電流傳感器，尤其適合于輕軌或地鐵系統(tǒng)中雜散電流的在線監(jiān)測。背景技術：
在輕軌或地鐵系統(tǒng)中，牽引供電系統(tǒng)一般采用直流供電方式，利用鋼軌作為返回線，非常容易產生雜散電流。雜散電流是一種有害的電流，會對地鐵附近的地下金屬體，如建筑物的結構鋼筋、水管、煤氣管道、通信電纜等造成電化學腐蝕，造成嚴重影響。地鐵雜散電流的監(jiān)測是通過監(jiān)測結構鋼筋的極化電位、牽引鋼軌對結構鋼筋的電位等綜合分析得到的。傳統(tǒng)的方法是在地鐵建設過程中，事先在地鐵隧道區(qū)間內埋好參比電極，并從結構鋼筋引出測量端子，在一定時間內，人工操作接好導線進行測量記錄。然而這種測量方法存在一些弊端，由于雜散電流對金屬的腐蝕是累積效應，現場臨時布線不能反映地鐵全部運營時間雜散電流情況；并且由于是局部測量，測量的結果不能反映整個地鐵線路雜散電流分布情況； 此外現場測量工作條件及隧道空間的限制，給測量帶來不便和危險。三、技術內容 I、發(fā)明目的
本發(fā)明的目的在于提供一種地鐵回流系統(tǒng)雜散電流在線監(jiān)測的傳感器，該傳感器對輕軌或地鐵運行期間有關雜散電流的相關參數進行自動監(jiān)測、實時上報，并存儲監(jiān)測數據。當出現雜散電流相關參數超標等異常情況時，自動上傳報警信息，通過上位機提醒值班工作人員注意并采取相應處理措施，保障城市軌道交通的安全可靠運行。2、技術方案
本發(fā)明地鐵回流系統(tǒng)雜散電流傳感器，由單片機電路和3個電極組成。單片機電路由信號放大器、AD轉換器等組成的變換電路，單片機及接口電路，包含工業(yè)級現場總線接口的通信電路以及復位帶看門狗電路組成。測量三個電極的信號經過信號放大器放大、AD轉換等變換電路，由模擬量轉換為數字量，CPU通過采集的數字量進行相應計算，并存儲判斷， 最終將結果通過通信電路上傳至中央管理系統(tǒng)。3、技術效果
本發(fā)明地鐵回流系統(tǒng)雜散電流傳感器，可以實時在線監(jiān)測隧道壁結構鋼筋、道床排流網結構鋼筋雜散電流情況。通過工業(yè)級現場總線與中央管理器連接，形成整個地鐵系統(tǒng)的雜散電流綜合監(jiān)測網，對雜散電流進行實時在線監(jiān)測，為地鐵運行提供可靠數據，保障地鐵的安全運行。
四

附圖I是本發(fā)明地鐵回流系統(tǒng)雜散電流傳感器電路原理圖。
附圖2是本發(fā)明地鐵回流系統(tǒng)雜散電流傳感器各模塊工作示意圖。五具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明的實施作進一步說明
如附圖2所示，各模塊工作示意圖。
4
電極根據傳感器測量信號的不同而分為兩類，一類用于測量牽引鋼軌對道床排流網結構鋼筋電壓、道床排流網結構鋼筋對參比電極的電位，因而3個電極為牽引鋼軌測量端子、道床排流網結構鋼筋測量端子、參比電極，另一類用于測量牽引鋼軌對隧道壁結構鋼筋電壓、隧道壁結構鋼筋對參比電極電位，因而3個電極為牽引鋼軌測量端子、隧道壁結構鋼筋測量端子、參比電極。參比電極為氧化鑰參比電極，工業(yè)級現場總線可以選用CAN總線或標準的RS485 總線，可以通過修改單片機電路中的通信電路來選擇不同的工業(yè)級現場總線。各測量信號經過信號放大器放大、AD轉換等變換電路，由模擬量轉換為數字量，CPU通過采集的數字量進行相應計算，并存儲判斷，最終將結果通過通信電路上傳至中央管理系統(tǒng)。一般情況下， 地鐵回流系統(tǒng)雜散電流的某個監(jiān)測點需要檢測牽引鋼軌對道床排流網結構鋼筋電壓、道床排流網結構鋼筋對參比電極的電位或牽弓I鋼軌對隧道壁結構鋼筋電壓、隧道壁結構鋼筋對參比電極的電位，而整個地鐵沿線要有若干個監(jiān)測點，因此傳感器配有工業(yè)級現場總線接口，通過工業(yè)級現場總線把測量結果傳送到中央管理系統(tǒng)。數據采集每隔一定時間進行一次，分別采集以上2個信號，把對應的2個信號通過信號放大器、AD轉換器轉換為數字量送入單片機進行相應計算，并存儲判斷。雜散電流對結構金屬體的腐蝕是長期累積的效果，所以通過判斷一段時間內極化電位的平均值是否超過規(guī)定指標來衡量雜散電流腐蝕影響。本發(fā)明傳感器利用檢測到的極化電位計算出極化電位半小時平均值，利用檢測到的牽引鋼軌對結構鋼筋的電位差計算出此電位差的半小時最大值，最后通過通信電路上傳至中央管理系統(tǒng)。中央管理系統(tǒng)與每個傳感器的通訊采用主從通訊結構，每個傳感器都有自己的分站通訊地址，中央管理系統(tǒng)每段時間向各個傳感器提取有效數據，形成數據庫。當出現雜散電流相關參數超標等異常情況時，傳感器也會自動上傳報警信息，通過上位機提醒值班工作人員注意并采取相應處理措施，保障地鐵的安全可靠運行。如圖I為詳細的電路原理圖。本發(fā)明地鐵回流系統(tǒng)雜散電流傳感器本身為一個單片機控制的數據采集裝置， ICl為單片機，采用ATmegaie，它是整個裝置的核心。測量道床排流網結構鋼筋的極化電位或測量隧道壁結構鋼筋的極化電位經電阻R6、壓敏電阻R7 (閥值電壓3. 3V)進入由運算放大器IC6和雙向二極管D2、D3組成的電壓跟隨器進行信號采樣保持，其輸出為AN2 ;測量牽引鋼軌對道床排流網結構鋼筋的電壓或測量牽引鋼軌對隧道壁結構鋼筋的電壓經電阻R8、 R9、R10和壓敏電阻Rll (閥值電壓3. 3V)進入由運算放大器IC7和雙向二極管D4、D5組成的電壓跟隨器進行信號采樣保持，其輸出為AN1。AN2與AD轉換器(IC5:AD7705)的差分模擬輸入通道AIN2+連接，ANl與AD轉換器(IC5:AD7705)的差分模擬輸入通道AINl+連接， AD轉換器的串行時鐘輸入SCLK與單片機的PB7連接，AD轉換器的主時鐘信號輸入/輸出 MCLK IN/MCLK OUT與由電容C9、C10和晶振U3構成的外部時鐘連接，AD轉換器的片選CS和復位RESET分別與單片機的PB4和復位RESET連接，AD轉換器的串行數據輸入/輸出DIN/ DOUT與單片機的PB5、PB6連接，這樣輸入的模擬信號經AD轉換器轉換成的數字信號通過串行數據輸入DIN送入單片機。單片機(ICl: ATmegal6)讀取AD轉換器輸出的數據，并進行相應的計算，最后將結果通過PAO到PA7輸出。CAN通信轉換芯片SJA1000 (IC4)的輸入 ADO到AD7與單片機的PAO到PA7連接，用于接收單片機的輸出結果，SJA1000的外部晶振 XTALU XTAL2與由電容C7、C8和晶振U2構成的外部時鐘連接，SJA1000的ALE、CS分別與單片機的PB0、PB1連接，SJA1000的RD、WR分別與單片機的PB2、PB3連接，由單片機控制完成數據的讀取或寫入，SJA1000的RST、INT分別與單片機的RESET、PD3連接，SJA1000的串行數據輸出為TX0、串行數據輸入為RX0。通用CAN隔離收發(fā)器CTM8251 (IC3)的TXD、RXD 分別與SJA1000的TXO、RXO連接，用于發(fā)送、接收數據，CTM8251的CANH、CANL為CAN總線的接線端，由此實現和CAN總線的通信。此外，電路中的MAX706(IC2)為復位、看門狗電路， MAX706的復位RES與單片機的RESET連接，MAX706的WDI與單片機的PD2連接，電路中還設計了手動復位電路，當按鍵SI被按下時，手動復位電路產生的低電平信號作用至MAX706 的MR，用于手動對單片機進行復位，電阻Rl為復位的輔助電阻，電容Cl對復位信號起濾波作用。
權利要求
1.一種地鐵回流系統(tǒng)雜散電流傳感器，其特征在于它由單片機電路和3個電極組成， 可對輕軌或地鐵運行期間有關雜散電流的相關參數進行自動監(jiān)測、實時上報，并存儲監(jiān)測數據。
2.根據權利要求I所述的地鐵回流系統(tǒng)雜散電流傳感器，其特征在于單片機電路由信號放大器、AD轉換器等組成的變換電路，單片機及接口電路，包含工業(yè)級現場總線接口的通信電路以及復位帶看門狗電路組成。
3.根據權利要求I所述的地鐵回流系統(tǒng)雜散電流傳感器，其特征在于電極根據傳感器測量信號的不同而分為兩類，一類用于測量牽引鋼軌對道床排流網結構鋼筋電壓、道床排流網結構鋼筋對參比電極的電位，因而3個電極為牽引鋼軌測量端子、道床排流網結構鋼筋測量端子、參比電極，另一類用于測量牽引鋼軌對隧道壁結構鋼筋電壓、隧道壁結構鋼筋對參比電極電位，因而3個電極為牽引鋼軌測量端子、隧道壁結構鋼筋測量端子、參比電極。
4.根據權利要求2所述的地鐵回流系統(tǒng)雜散電流傳感器單片機電路，其特征在于測量道床排流網結構鋼筋的極化電位或測量隧道壁結構鋼筋的極化電位經電阻R6、壓敏電阻 R7 (閥值電壓3. 3V)進入由運算放大器(IC6)和雙向二極管D2、D3組成的電壓跟隨器進行信號采樣保持，其輸出為AN2;測量牽引鋼軌對道床排流網結構鋼筋的電壓或測量牽引鋼軌對隧道壁結構鋼筋的電壓經電阻R8、R9、R10和壓敏電阻Rll (閥值電壓3. 3V)進入由運算放大器(IC7)和雙向二極管D4、D5組成的電壓跟隨器進行信號采樣保持，其輸出為ANl ； AN2與AD轉換器(IC5)的差分模擬輸入通道AIN2+連接，ANl與AD轉換器(IC5)的差分模擬輸入通道AINl+連接，AD轉換器(IC5)的串行時鐘輸入SCLK與單片機(ICl)的PB7連接， AD轉換器(IC5)的主時鐘信號輸入/輸出MCLK IN/MCLK OUT與由電容C9、ClO和晶振U3 構成的外部時鐘連接，AD轉換器(IC5)的片選CS和復位RESET分別與單片機(ICl)的PB4 和復位RESET連接，AD轉換器(IC5)的串行數據輸入/輸出DIN/D0UT與單片機(ICl)的 PB5、PB6連接，這樣輸入的模擬信號經AD轉換器轉換成的數字信號通過串行數據輸入DIN 送入單片機(IC1);單片機(ICl)讀取AD轉換器(IC5)輸出的數據，并進行相應的計算，最后將結果通過PAO到PA7輸出；通信轉換芯片(IC4)的輸入ADO到AD7與單片機(ICl)的PAO 到PA7連接，用于接收單片機(ICl)的輸出結果，通信轉換芯片(IC4)的外部晶振XTALl、 XTAL2與由電容C7、C8和晶振U2構成的外部時鐘連接，通信轉換芯片(IC4)的ALE、CS分別與單片機(ICl)的PBO、PBl連接，通信轉換芯片(IC4)的RD、WR分別與單片機(ICl)的 PB2、PB3連接，由單片機(ICl)控制完成數據的讀取或寫入，通信轉換芯片(IC4)的RST、INT 分別與單片機(ICl)的RESET、PD3連接，通信轉換芯片(IC4)的串行數據輸出為ΤΧ0、串行數據輸入為RXO ;通用隔離收發(fā)器(IC3)的TXD、RXD分別與通信轉換芯片(IC4)的TX0、RX0 連接，用于發(fā)送、接收數據；此外，電路中還設計了復位帶看門狗電路(IC2)，復位帶看門狗電路(IC2)的復位RES與單片機(ICl)的RESET連接，復位帶看門狗電路(IC2)的WDI與單片機(ICl)的PD2連接，復位帶看門狗電路(IC2)中還設計了手動復位電路，當按鍵SI被按下時，手動復位電路產生的低電平信號作用至復位帶看門狗電路(IC2)的MR，用于手動對單片機(ICl)進行復位，電阻Rl為復位的輔助電阻，電容Cl對復位信號起濾波作用。
5.根據權利要求2所述的地鐵回流系統(tǒng)雜散電流傳感單片機電路，其特征在于所述的單片機可采用ATmegal6，AD轉換器可采用AD7705，通信轉換芯片可采用SJA1000，通用隔離收發(fā)器可采用CTM8251，復位帶看門狗電路可采用MAX706。
6.根據權利要求2所述的地鐵回流系統(tǒng)雜散電流傳感器的通信電路，其特征在于所述的工業(yè)及現場總線既可以選用CAN總線，也可以選用RS485總線。
全文摘要
一種地鐵回流系統(tǒng)雜散電流傳感器，主要由道床排流網結構鋼筋測量端子或隧道壁結構鋼筋測量端子、牽引鋼軌測量端子、參比電極、單片機、AD轉換器、通信轉換芯片、隔離收發(fā)器及復位帶看門狗電路組成，可以將檢測到的數據通過單片機進行相應計算后通過CAN總線或標準的RS485總線傳送至中央管理系統(tǒng)，形成了整個地鐵系統(tǒng)的雜散電流綜合監(jiān)測網，對雜散電流進行實時在線監(jiān)測，為地鐵運行提供可靠數據。
文檔編號G01R19/25GK102590600SQ20121000262
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月6日 優(yōu)先權日2012年1月6日
發(fā)明者不公告發(fā)明人 申請人:徐州潤澤電氣有限公司