Método detector de ocupación de circuitos de vía de ferrocarril,

y dispositivo correspondiente.

Cada punto entre secciones de vía (1) cuenta con un emisor (4, 5, 6) y un receptor (8, 9, 10), dándose así una sensorización doble de la ocupación de la sección de vía (1) por el tren, en la que se pueden emplear técnicas FDMA y CDMA. Cada extremo de sección de vía (1) dispone de elementos de separación de vía (2) y elementos pasivos de acoplamiento sintonizado (3) de emisores y receptores. Cada emisor inyecta en la vía un código digital único que modula una portadora de frecuencia F1 ó F2, alternándose estas frecuencias en emisores sucesivos de la vía y propagándose el código en ambas direcciones de la vía. Los receptores también van alternando sus frecuencias de sintonía entre F1 y F2 pero de modo que su frecuencia no coincida con la del emisor del mismo punto de la vía

Método detector de ocupación de circuitos de vía de ferrocarril, y dispositivo correspondiente.

Objeto de la invención

La presente invención, tal y como se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a un método detector de ocupación de circuitos de vía de ferrocarril, y dispositivo correspondiente, cuya finalidad consiste en proporcionar un nuevo método y equipamiento para el diseño e implementación de un detector de ocupación de los circuitos de vía de ferrocarril, que permite mejorar las condicionantes RAMS (Fiabilidad, Disponibilidad, Mantenimiento y Seguridad) demandadas por la explotación de las líneas ferroviarias, frente a circunstancias tales como ruidos y cualquier otro tipo de perturbación que pueden provocar falta de disponibilidad de los sistemas convencionales, simplificando además las tareas de mantenimiento. Para ello, mediante la invención, se acoplan emisores y receptores conjuntamente en determinados puntos de conexión sin necesidad de juntas aisladas de vía ni bucles de acoplamiento, permitiendo la transmisión de las señales inyectadas en ambos sentidos, de manera que todas las señales inyectadas en la vía se encuentran presentes en todas las secciones, estando más atenuadas cuanto más lejos se encuentre cada sección del punto de inserción, pudiendo realizarse la distinción entre diferentes señales utilizando diferentes técnicas de transmisión/detección.

Antecedentes de la invención

En la señalización ferroviaria, el propósito del circuito de vía es constatar que una sección de vía está libre para la circulación de los vehículos. En el sentido opuesto, el circuito de vía también permite indicar cuando una sección de vía está ocupada.

Un sistema de circuito de vía comprende, genéricamente, dos carriles de la vía de ferrocarril, lado con lado, cada uno acoplado, cerca de un extremo de una sección de vía, a un transmisor de señales eléctricas y, cerca del otro extremo, a un receptor. Cuando un vehículo ferroviario está sobre los carriles de la sección del circuito de la vía, sus ejes conectan eléctricamente los carriles uno al otro y esta circunstancia es detectada por el receptor como un cambio en la señal recibida desde el transmisor.

Las diferencias entre los distintos circuitos de vía propuestos en la literatura radican en el método utilizado para la medición de la presencia o ausencia de tren, el tipo de señales transmitidas y la forma de acoplar el circuito de medida a las vías del tren (de forma directa o inducida). Un resumen del estado de la técnica se puede encontrar en ES-2-065-584-T3.

En el documento ES-2-118-795-T3 se propone un circuito de vía en el que la medida de la presencia de tren radica en la medida de la impedancia de la sección del circuito de vía. Para ello se realiza la medida de la tensión y de la corriente. A partir de la medida de la impedancia se puede determinar la posición del tren, ya que dicha impedancia es menor si el tren está presente, y es aún menor cuanto más próximo se encuentre el tren al sistema de medida. Obviamente, este tipo de técnica requiere conocer perfectamente la impedancia del conjunto (elementos de adaptación raíles, etc.) en ausencia de tren, con la correspondiente necesidad de calibración periódica del sistema, ya que dicha impedancia puede verse afectada por el estado de los raíles, climatología, etc.

En ES-2-065-584-T3 se propone la codificación de la señal emitida por cada transmisor, y mediante la operación de correlación realizar la correspondiente detección en el receptor. Si el valor de esta correlación supera un umbral determinado se puede concluir que la sección de vía analizada está libre. En caso contrario, se indica que la sección está ocupada. Adicionalmente se analiza el valor de la tensión eficaz medida en la vía, de forma que si ésta es elevada, pero la correlación es baja se concluye que existe un error en la medida. El hecho de que esta propuesta tenga en cuenta la magnitud del valor eficaz de la tensión medida para indicar un error en la medida por correlación, pone de manifiesto la baja inmunidad de la codificación realizada sobre las señales emitidas. Otro aspecto a considerar en cuanto a la elección de la codificación de las emisiones, es que la misma debe ser altamente inmune al ruido, pero no únicamente al ruido de tipo gaussiano, sino también a las interferencias típicas de estos entornos, como son el ruido impulsivo o a ráfagas, muy comunes a los modernos sistemas de control de los motores eléctricos empleados en las unidades ferroviarias.

Otros sistemas emplean la emisión/recepción de tonos usando circuitos sintonizados a distintas frecuencias para discriminar los distintos emisores y receptores. Estos métodos son críticos ya que la sintonía de los circuitos depende de los parámetros de la vía, caracterizándose estos por ser dependientes del estado del carril, tipo de balasto, etc. e incluso de la meteorología.

Además, los circuitos de vía conocidos requieren gran equipamiento a causa de los elementos necesarios para la sintonización precisa de los circuitos, y el filtrado y demodulación de las señales que intervienen, como consecuencia del empleo de técnicas analógicas, no exentas de derivas.

Descripción de la invención

Para lograr los objetivos y evitar los inconvenientes indicados en anteriores apartados, la invención consiste en un método detector de ocupación de circuitos de vía de ferrocarril y dispositivo correspondiente, donde el método se utiliza acoplando emisores y receptores en determinados puntos de la vía, de manera que la interpretación de las correspondientes variaciones en las señales recibidas debidas a los cambios de impedancia establecidos por las ruedas de un tren permiten conocer si hay o no un vehículo ferroviario en determinados tramos de vía.

Novedosamente, según la invención, el método de la misma cuenta con una sensorización doble de la ocupación (en ambos sentidos) basada en la caída de potencial que se produce cuando el vehículo ferroviario ocupa una vía y cortocircuita ambos raíles, disponiéndose en cada punto entre secciones de vía tanto de emisor como de receptor; estando cada sección de vía definido en sus dos extremos por elementos de separación de vía; existiendo además en cada uno de estos puntos extremos elementos pasivos de acoplamiento sintonizado de emisores y receptores a la vía, de manera que cada emisor inyecta en la vía una señal consistente en un código digital que modula una señal portadora de frecuencia F1 ó F2; alternándose estas frecuencias en emisores sucesivos, y propagándose dicho código por la vía en ambas direcciones a partir del punto de inyección; empleándose receptores que van alternando sucesivamente sus frecuencias de sintonía entre F1 y F2, pero de modo que dicha frecuencia no corresponda con la del emisor acoplado en el mismo punto de inserción en la vía; siendo la señal recibida en cada receptor procesada digitalmente para extraer la información de los códigos enviados desde los emisores anterior y posterior a su propia ubicación; y de manera que la presencia de un tren en una sección de vía se detecta por la caída en la señal captada por parte de los dos receptores ubicados en sus extremos.

En la referida sensorización doble de esa caída de potencial se utilizan señales sobre las cuales se han empleado de modo simultáneo técnicas FDMA (Frequency Division Multiple Access) y CDMA (Code Division Multiple Access).

El dispositivo correspondiente al referido método comprende:

- secciones sucesivas de vía (SV,k) constituidas, cada una de ellas, por carriles de vía eléctricamente conductivos, sin aislamientos galvánicos, y delimitadas entre sí por elementos de inserción de señales en puntos correlativos (E/R,k y E/R,k+1);

- elementos de inserción en vía, uno en cada extremo de cada sección de vía, con circuitos pasivos de adaptación (CPA,k) constituidos por dispositivos eléctricos pasivos que permiten acoplar directamente, para su emisión en ambos sentidos de la vía, una señal (tensión o corriente) centrada en torno a una frecuencia F1 ó F2, y que permite también extraer de la vía las señales que haya centradas en torno a la frecuencia F2 ó F1 (justo la opuesta a la de emisión);

- cables de longitud suficiente para conectar las señales de emisión y recepción entre cada elemento de inserción en vía y su correspondiente módulo electrónico de control;

- un modulo electrónico de control (MEC,k) asociado a cada elemento de sección en vía (E/R,k),...

1. Método detector de ocupación de circuitos de vía de ferrocarril, que se utiliza acoplando emisores y receptores en determinados puntos de la vía, de manera que la interpretación de las correspondientes variaciones en las señales recibidas debidas a los cambios de impedancia establecidos por las ruedas de un tren permiten conocer si hay o no un vehículo ferroviario en determinados tramos de vía; caracterizado porque cuenta con una sensorización doble de la ocupación (en ambos sentidos) basada en la caída de potencial que se produce cuando el vehículo ferroviario ocupa una vía y cortocircuita ambos raíles, disponiéndose en cada punto entre secciones de vía tanto de emisor como de receptor; estando cada sección de vía (1) limitada en sus dos extremos por elementos de separación de vía (2); existiendo además en cada uno de estos puntos extremos elementos pasivos (3) de acoplamiento sintonizado de emisores y receptores a la vía, de manera que cada emisor inyecta en la vía una señal consistente en un código digital que modula una señal portadora de frecuencia F1 ó F2; alternándose estas frecuencias en emisores sucesivos - F1 en (4) y (6) y F2 en (5)-, y propagándose dicho código por la vía en ambas direcciones (7) a partir del punto de inyección; empleándose receptores que van alternando sucesivamente sus frecuencias de sintonía entre F1 y F2, pero de modo que dicha frecuencia no corresponda con la del emisor acoplado en el mismo punto de inserción en la vía - F2 (8) y (10) y F1 en (9)-; siendo la señal recibida en cada receptor procesada digitalmente para extraer la información de los códigos enviados desde los emisores anterior y posterior a su propia ubicación (11); y de manera que la presencia de un tren en una sección de vía se detecta por la caída en la señal captada por parte de los dos receptores ubicados en sus extremos.

2. Método detector de ocupación de circuitos de vía de ferrocarril, según la reivindicación 1, caracterizado porque en dicha sensorización doble de esa caída de potencial se utilizan señales sobre las cuales se han empleado de modo simultáneo técnicas FDMA (Frequency Division Multiple Access) y CDMA (Code Division Multiple Access).

3. Dispositivo correspondiente al método, caracterizado porque comprende:

- Secciones sucesivas de vía (SV,k) (1) constituidas cada una de ellas por carriles de vía electricamente conductivos, sin aislamientos galvánicos, y delimitadas entre sí por elementos de inserción de señales en puntos correlativos (E/R,k y E/R,k+1) (12, 13);

- elementos de inserción en vía, uno en cada extremo de cada sección de vía, con circuitos pasivos de adaptación (CPA,k) (14, 15) constituidos por dispositivos eléctricos pasivos que permiten acoplar directamente, para su emisión en ambos sentidos de la vía, una señal (tensión o corriente) centrada en torno a una frecuencia F1 ó F2, y que permiten también extraer de la vía las señales que haya centradas en torno a la frecuencia F2 ó F1, justo la opuesta a la de emisión;

- cables de longitud suficientes para conectar las señales de emisión y recepción entre cada elemento de inserción en vía y su correspondiente módulo electrónico de control (16, 17);

- un módulo electrónico de control (MEC,k) (16, 17), asociado a cada elemento de inserción en vía (E/R,k)(12, 13), que genera para su emisión una señal codificada con un código unívoco (C,k) y modulada para su transmisión centrada sobre una frecuencia F1 ó F2; y que recibe para su proceso la señal enviada desde los elementos de inserción (E/R, k+1) y (E/R, K-1);

- un sistema de proceso y evaluación dentro del módulo electrónico de control (MEC,k) (16) que es capaz de realizar la detección de los códigos (C,k)(C,k-1), y (C,k+1), indicando además la energía recibida asociada a cada uno de ellos;

- un circuito electrónico de evaluación (CEV,k) (18) que permite evaluar las informaciones que proceden de dos módulos electrónicos de control (16 y 17), los dos asociados a ambos extremos de la sección de vía, concretamente las señales Det_k(C,k), Det_k (C,k+1), Det_k+1 (C,k), Det_k+1(C,K+1) y entregando una información segura del estado de ocupación de la sección de vía (SV, k); todo ello permitiendo:

- el acoplamiento y emisión a través de la vía en cada punto de inserción (E/R,k), para su transmisión bidireccional, de una señal (tensión o corriente) codificada con un código (C,k), convenientemente modulada y centrada sobre una frecuencia F1 ó F2, de modo que estas frecuencias se van alternando en puntos de inserción correlativos;

- la detección en cada punto de inserción (E/R,k) de cualquier señal (tensión o corriente) centrada sobre la frecuencia F2 ó F1, complementaria de la usada en emisión.

- la transmisión de las señales emitidas o detectadas hasta los módulos electrónicos de control (MEC,k),

- la generación, incluyendo codificación y modulación, de las señales a emitir por parte de cada módulo electrónico de control (MEC,k),

- el proceso de la señal recibida en cada módulo electrónico de control (MEC,k), incluyendo la demodulación y la detección de hasta tres códigos (C,k), (C,k-1), y C,k+1), sobre la misma, así como la energía asociada a la detección de cada uno de ellos,

- la generación en el circuito de evaluación del estado de ocupación de vía (CEV,k) (18) de una señal de avería (Avería, k) si no se detecta el código (C,k), siendo esto indicativo de que se ha detectado un fallo en alguno de los siguientes elementos: emisor, cables, acoplamiento o receptor,

- la generación en el circuito de evaluación del estado de ocupación de vía (CEV,k) (18) de una señal de ausencia de tren (VL,k) en la sección de vía (SV,k) si se recibe con nivel de energía suficiente en el módulo electrónico de control (MEC,k) (16) el código (C,k+1), proviniente del elemento de inserción (E/R,k+1) (13) y en el (MEC,k+1) (17) el código (C,k), proviniente del elemento de inserción (E/R,k) (12),

- la generación en el circuito de evaluación del estado de ocupación de vía (CEV,k) (18) de una señal de presencia de tren (VO,k) en la sección de vía (SV,k) si no se reciben con nivel de energía suficiente en el módulo electrónico de control (MEC,k) (16) el código (C,k+1), proviniente del elemento de inserción (E/R,k+1) (13); o en el (MEC,k+1) (17) no se recibe el (C,k) proviniente del elemento de inserción (E/R,k) (12).

4. Dispositivo correspondiente al método, según la reivindicación 3, caracterizado porque incorpora sistemas de modulación de fase, de frecuencia o de amplitud, para modular las señales de frecuencias F1 y F2, ya sea utilizando técnicas de modulación analógica o digital, incluyendo en este último caso la modulación por posición o anchura de pulso.

5. Dispositivo correspondiente al método, según la reivindicación 3, caracterizado por permitir incorporar nuevas frecuencias, distintas a F1 y F2, para todos o algunos de los puntos donde exista un elemento de inserción de vía.

6. Dispositivo correspondiente al método, según la reivindicación 3, caracterizado porque incorpora la técnica TDMA (Time Division Multiple Access), de multiplexado temporal, para alternar en el tiempo la emisión de las distintas señales en los distintos puntos de inserción de vía y/o la técnica CDMA (Code Division Multiple Access).

7. Dispositivo correspondiente al método, según la reivindicación 3, caracterizado por el empleo de códigos binarios para detección asíncrona, del tipo pseudoramdon (Gold ó Kasami) formados por secuencias complementarias (Golay o CSS) o del tipo "débilmente sincronizados" (LS).

8. Dispositivo correspondiente al método, según la reivindicación 3, caracterizado por el empleo de códigos binarios para detección síncrona, del tipo pseudoramdon (longitud máxima) o códigos "Hadamart".

9. Dispositivo correspondiente al método, según la reivindicación 3, caracterizado por el empleo de códigos no binarios.