简述轨道电路测试仪原理与特性

常丽

引言：介绍适合现场使用的通用式轨道电路测试仪的工作原理，功能特点和技术指标，经过实际应用，效果良好。

轨道电路以一段铁路线路的钢轨为导体构成的电路，用于自动、连续检测这段线路是否被机车车辆占用，也用于控制信号装置或转辙装置，以保证行车安全的设备。整个轨道系统路网依适当距离区分成许多闭塞区间，各闭塞区间以轨道绝缘接头区隔，形成一独立轨道电路，各区间的起始点皆设有号志机（色灯式号志），当列车进入闭塞区间后，轨道电路立即反应，并传达本区间已有列车通行，禁止其他列车进入的讯息至号志机，此时位于区间入口的号志机，立即显示险阻禁行的信息。

随着列车的提速，一批先进的技术装备陆续投入使用。目前电务部门虽然装备了一些现场测试仪表，但供一线信号工人使用的功能齐全、使用方便、操作简单、显示直观、价格便宜的维修测试仪表还很缺乏。为此，研发了通用式轨道电路测试仪。

一、测试仪工作原理

在仪表输入端口设计了比较完善的保护电路，过载能力强。在规定的极限值内，可防止因误操作损坏表内元器件。过流保护采用高速电子开关电路，当输入电流超过极限值时，可在安全时间内将输入电路切断；过压保护采用双向限幅电路，实现电压超限保护功能。系统结构见下图：

量程自动转换是由高速单片机（CPU）程序控制的，可使仪表操作简化，有效地避免过载，并且使仪表处于最佳量程，有助于提高测量的准确度与分辨率。其电路原理是：利用超量程（或低或高）信号来控制一个双向移位寄存器右移（升量程）或左移（降量程），单片机通过对超量程信号的计算比较，指示移位寄存器移位至适当量程位置；移位寄存器的输出信号再经过异或门译码，扩展成量程控制信号，最后通过达林顿驱动器驱动微型继电器，变换量程挡位并切换小数点位置，以达到不同量程的精度要求。

二、测试仪功能

1.移频、交流计数制式和交流连续式轨道电路以及单独频率的全部测试功能。

2.直流电压幅值的测量功能。

3.自动切换最佳量程挡位的功能。

4.测量端口保护功能，防止由于人为挡位选择不当，造成仪器损坏或错误读值。

5.屏幕保持和背光照明功能。

6.测试结果记忆功能。

7.充电、电量和欠压指示及过放电自动关机功能。

8.在无充电条件时，可使用备有专用微型手摇发电机供仪器测量。

9.轨道电路一次参数测量及自动计算功能。

10.数据保存，并传送给上位机存储和分析。

11.备有专用感应试探头（无源），可以定性测量显示各种信号电流或频率（主要用于轨道电路的测试），方便故障测试查找。

12.轨道电路特性测试时，当测量UM71，18信息、8信息移频信号时，对50Hz电力干扰进行滤波。

13.可显示信号电码码型图，并计算出电码及码间隔时间。

三、测试仪特点

1.滤波器采用目前在国内处于领先水平的程控滤波器。它与传统的LC、RC滤波器相比，性能稳定，可在程序中任意指定滤波带宽，或根据测试项目及挡位的不同，由单片机控制高速改变形成带阻式或带通式滤波器，使得一个滤波器就有了多个传统LC、RC滤波器的功能，整机结构小巧，其单频点滤波效果甚至可以接近D函数频谱效果。

2.由于在硬件上采用单片机控制、在软件中采用线性参数修正技术，使得频率测量范围较宽（5～3000Hz），完全覆盖了信号设备所使用的频率。而且仪器的测量精度基本不受硬件的限制，其测量误差完全可用软件技术加以修正。

3.在编制计算单个算术函数的汇编程序时，采用特殊程序编程运算方法，提高了计算速度，从而解决了利用单片机进行复杂函数运算速度慢的问题。

4.充电适配电路应用较先进的超宽适配器，对于充电电源的要求极低，90～230V的交、直流电源均可对其充电（对于直流电源无正负要求）。在无任何电源的场所，本机还配有手摇发电机维持其工作。

5.微型手摇发电机输出的交流电压最高可达230V，其转子磁铁采用磁通量极高的新型磁性材料制作，手摇转速比为1/3。

6.在开机的瞬间由CPU控制，自动对机器进行清零复位、温度补偿修正及整机状态校验。因此，只需等候1～2s（等待其自动进入测试界面），即可进行各种测试操作。

7.仪表在结构设计方面充分考虑了在现场使用时的防震、防雨问题，整机装在专用背包内。机壳由1mm铁板制成，防止外力磕碰变形，损坏机心；机内采用框架式结构固定、安装印制板，使机心成为一体结构，加强其抗震性能。由于机壳采用了整体套装形式安装，面板整体贴膜，因此除直接在水中浸泡外，可以防护一般的雨雪。

四、测试仪主要技术条件及指标

1. 外观

外形尺寸：6mm×143mm×145mm

整机重量：115kg（不含外插电流钳、测试笔、手摇发电机等）

主机专用背包可将外插电流钳、测试笔等装于其内，便于外出携带。

2. 使用条件

1）环境温度：-15～50℃

2）环境湿度：不大于85%（可防一般小雨、雪，不防水中浸泡）

3）适用范围：适用于轨道电路及其他信号设备的维修测量，严禁用动力电测量

4）工作环境：周围无腐蚀物和能引起爆炸危险的有害气体，大气压强7418～10616kPa

3. 电气性能

1）内置锂电池容量：4A·h

2）整机工作电流：300mA

3）输入阻抗：≥500kΩ

4）信号电压测量范围：0～250V

5）信号电流测量范围：0～20A

6）信号频率测量范围：5～3000Hz

7）测量灵敏度：≤40mV

8）显示分辨率：4位半

9）充电电源：90～230V交、直流电源均可通用式轨道电路测试仪经过半年多的现场使用试验，已于2002年11月21日通过了北京铁路局科技成果鉴定。

参考文献

[1] 陈习莲.UM71在京郑线的应用.北京：中国铁路通信信号集团公司研究设计院，1997，第1、3、5章.

[2] 吴纪元，朱甫正，黄洵石.轨道电路维修[M].第1版.北京：中国铁道出版社，1984： 313～335，372～377.

（作者单位：天津铁路电务段）