采用真有效值变换器AD736实现轨道感应电压监测系统的设计

作者：冯云梅，蒋秋华，史天运

随着列车运行速度的提升，铁道部规划在未来的列车运行中将逐步取消地面 信号机而只使用车上信号系统的重大体制改革，即机车信号系统将是司机操作列车运行的唯一信号引导，而轨道感应电压值的大小直接影响机车信号的正常，所以在对机车信号运行 参数的监测中，对轨道感应电压的监测是其中一个很重要的部分。 轨道感应电压是交流小信号，对交流信号有效值的测量主要有以下几种方法：

1） 用峰值变换器，通过波峰因数求出有效值；

2） 热电偶电桥有效值变换器；

3） 用 模拟运算组成 电子有效值变换器；

4） 逐点采样一组数据，求其“均方根”得到其有效值。

以上几种测量方法都存在不同程度的缺点和局限性，为了得到轨道感应电压有效值的精确测量，且实现简单可靠，我们采用真有效值变换器 AD736，它通过对输入交流电压进行“平方→求平均值→开平方”的运算而得到交流电压的有效值。当我们进行轨道感应电压值的读取时，将变换后的直流信号通过AD采样器，然后利用 单片机进行运算和处理，即可得到感应电压的有效值。 AD736 AD736是经过激光修正的单片精密真有效值 AC/ DC 转换器。其主要特点是准确度高、灵敏性好（满量程为200m VRMS）、测量速率快、频率特性好（工作频率范围可达0_460kHz）、输入阻抗高、输出阻抗低、 电源范围宽、低功耗（最大的电源工作 电流为200μA）。用它来测量正弦波电压的综合误差不超过±3%。AD736片内含有5个功能部分：输入 放大器、全波整流器、 RMS变换器、偏置电路和输出缓冲器。 AD736的输入是通过一个用作单位增益缓冲器（具有FET输入）的输入放大器来引入的。工作时，被测信号电压加到AD736输入放大器的同相输入端，此输入放大器的输出电压经全波整流后送到RMS变换器，RMS变换器又将其经过“平方→求平均值→开平方”的运算后转换成代表真有效值的直流电压，然后再通过输出放大器的Vo端输出。 轨道感应电压 智能监测的实现 在机车信号智能监测中，由于机车信号主机需要从轨道感应电压获取 信息，来产生机车信号，为了不至于对机车信号主机接收轨道感应信息造成影响，保证行车安全，轨道感应电压的智能监测电路的设计需要注意以下两个方面： 1） 监测电路与轨道感应线圈相互隔离：当机车信号智能监测电路出现短路、过流等现象时不会干扰机车信号主机的正常工作。 2） 监测电路的输入阻抗足够大：如果机车信号智能监测电路的输入阻抗太小，将会分流较多轨道感应线圈的能量，使到达机车信号主机的能量太小，造成机车信号主机不能获取轨道感应信息，导致机车信号乱码。 基于上述考虑，轨道感应电压智能监测电路中，我们在轨道感应线圈和AD736的输入端之间插入了一个 隔离放大器ISO124，其电路框图如图1所示。

图1 轨道感应电压智能监测框图

ISO124为BB 公司采用新型的滞回调制/解调技术设计的低成本精密 电容隔离放大器，它是由在电路上完全对称的输入部分和输出部分组成，制造时采用激光调整工艺使两部分完全匹配，因此ISO124的输出端能够 高精度复现输入信号，所以系统接入ISO124不会影响信号的完整性，而且具有较好的高频暂态性能，如果不接任何外部器件，其传输系数为1：1，增益误差小于±0.5%。利用ISO124和AD736设计的轨道感应电压智能监测电路图如图2所示。 图中A1212S-1W是为ISO124输入端提供±12V电源的，此电源与输出部分±12V电源是相互隔离的，这样保证ISO124的输入和输出部分在 电气上完全隔离。轨道感应电压经ISO124隔离后，直接输入到AD736的高阻抗输入端，而将Cc引脚与公共端COM通过隔直电容Cc相连，此种方式下，输出为轨道感应电压的有效值，将不包含直流分量。

图2 轨道感应电压测量原理图 结语 我国铁路机车信号主要采用相位连续的移频键控FSK调制方式，目前广泛采用的主要有两种：国产移频信号及法国UM－71移频信号，国产移频信号的 中心频率主要有四种，分别是下行550Hz、750 Hz及上行650 Hz和850 Hz，法国UM－71移频信号的中心频率也主要

有四种，分别是下行1700Hz、2300 Hz及上行2000 Hz和2600 Hz，我们设计的轨道感应电压有效值的监测电路中，在上述两种制式的频率范围内的测量精度都达到了±3mV，满足现场的实际需求。

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