Dispositivo sensor y procedimiento para detectar el paso de los ejes de los trenes por las vías.

Dispositivo sensor y procedimiento para detectar y contar el número de ejes para la detección de trenes en vías férreas,

utilizando un sistema sensor formado por dos bobinas, una transmisora (1) y otra receptora (2), y un procedimiento de detección (donde toda la electrónica está fuera del entorno de vía) de presencia/ausencia de rueda, basado en un sistema redundante, que permite detectar con alta fiabilidad y robustez la diferencia de fase entre la tensión aplicada a la bobina transmisora y la inducida en la bobina receptora.

El procedimiento de detección se caracteriza por aplicar a la bobina transmisora una señal codificada y modulada digitalmente mediante el uso de una secuencia Kasami. En recepción se realiza la correlación síncrona de la señal recibida con la secuencia Kasami original y su complementaria. Esta doble correlación permite disponer de doble información para tomar la decisión sobre la presencia/ausencia de rueda.

OBJETO DE LA INVENCION

Detectar y contar el número de ejes de los trenes, en diferentes puntos de las vías férreas, es una tarea de vital importancia para el correcto funcionamiento de los sistemas ferroviarios. Los sistemas encargados de detectar el paso de ejes se conocen como "detectores-contadores de ejes".

Los detectores de ejes se utilizan en diferentes tareas relacionadas con la seguridad de los sistemas ferroviarios, como pueden ser: para detectar la presencia de trenes, medir la velocidad de circulación, contar el número de ejes que entran y salen de un desvío o sección del trazado ferroviario, entre otras. Por ello se requiere que sean sistemas muy fiables y robustos, ya que se trata de sistemas vitales, cuyo objetivo final es proporcionar información al evaluador, al operador o al enclavamiento del estado libre u ocupado de las secciones de vías ferroviarias.

SECTOR DE LA INVENCION

Esta invención tiene su aplicación dentro de la industria dedicada a la fabricación de instrumentos de medidas, específicamente en los sistemas de supervisión y seguridad del sistema de transporte ferroviario.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION.

En los actuales sistemas de señalización ferroviaria, los aspectos relacionados con las mejoras de fiabilidad, disponibilidad, mantenibilidad y seguridad (FDMS) se consideran de vital importancia, y en especial si estos sistemas están ligados a la seguridad de la circulación, como es el caso de los detectores-contadores de ejes.

En el caso de los detectores-contadores de ejes, para conseguir estas mejoras, se deben buscar soluciones que garanticen, una alta fiabilidad en la detección de la rueda (cada rueda está asociada a un eje), incluso en condiciones ambientales ruidosas (baja relación señal/ruido) y adversas climatológicamente. Para ello el sistema sensor, ubicado en la vía, debe utilizar técnicas que garanticen la detección fiable de la rueda y evitar la existencia de electrónica en vía, con el objeto de reducir las averías (la norma MIL

HDBK217 determina la probabilidad de un mayor número de averías, cuando un equipo electrónico está expuesto a condiciones medioambientales adversas, variaciones térmicas, humedad, vibraciones, descargas electromagnéticas, etc).

Dentro de los detectores-contadores de ejes actuales existen básicamente dos alternativas: Las que utilizan sensores que se encuentran instalados a un solo lado del carril, y las que disponen de una bobina transmisora a un lado del carril y de una bobina receptora al otro lado.

Dentro de las primeras (las que utilizan sensores que se encuentran instalados a un solo lado del carril); se trata de sensores inductivos que detectan la variación del campo magnético producido por el paso de la pestaña de la rueda; variaciones de campo magnético que se manifiestan en cambios de amplitud de la señal de salida de un oscilador dispuesto para tal fin en el propio sensor.

Mediante un proceso de umbralización de esta señal analógica de salida del oscilador se detecta la presencia/ausencia de rueda. Dentro de esta alternativa se encuentran los comercializados por las firmas SIEMENS y FRAUSCHER.

Las soluciones que disponen de una bobina transmisora a un lado del carril y de una bobina receptora al otro lado, basan su funcionamiento en que el paso de la rueda entre las bobinas modifica la tensión o fase de la tensión inducida en la bobina receptora.

Dentro de esta alternativa se encuentran diversos productos comerciales con referencias de patentes ES 2 240 037 T3, ES 2 131 227 T3, ES 8 305 935 A1, EP1468891A1 y CN101939201B. En todos estos casos la presencia/ausencia de rueda se hace bien a partir de las variaciones de amplitud o fase de la señal detectada en la bobina receptora, siendo en todos ellos necesario ubicar electrónica en vía.

En esta misma línea se encuentra la tesis doctoral de Patricio Gabriel Donato Abella de la Universidad de Alcalá [Sistema detector de ejes de trenes sin electrónica en vía, Tesis doctoral, Patricio Gabriel Donato Abella, Universidad de Alcalá, 2005] en la que detección de rueda se hace a partir de un array de sensores y un puente de Maxwell. La tensión de desequilibrio del puente de Maxwell es la que se utiliza para realizar la detección de presencia/ausencia de rueda (no la tensión inducida directamente en la bobina receptora).

Todas estas soluciones presentan problemas por ser muy susceptibles a las interferencias electromagnéticas, por la forma en la que se realiza la detección de rueda y porque los sistemas comerciales utilizan electrónica en vía, lo que los hace muy vulnerables a las condiciones climatológicas.

Todo ello hace las soluciones actuales no respondan a las exigencias de fiabilidad que demandan estos sistemas.

Con el objetivo de dar solución a esta problemática, en esta patente se ha diseñado un sistema sensor capaz de realizar la detección de rueda, caracterizado por:

1. Utilizar redundancia en el proceso de detección de la diferencia de fase entra la tensión o señal inducida en la bobina receptora y la emitida por la bobina transmisora.

2. Ausencia de electrónica en vía, esto es, en el entorno de la vía únicamente se ubican las bobinas transmisora y receptora, estando toda la electrónica de procesamiento ubicada en los edificios técnicos.

Estos dos aspectos hacen que la solución propuesta presenta ventajas notables sobre todas las soluciones actuales. En esta patente la presencia/ausencia de rueda se hace a partir de la detección, mediante un sistema redundante, en el proceso de detección de la diferencia de fase entre la tensión aplicada a la bobina transmisora y la inducida en la bobina receptora. Siendo esta diferencia de fase de 0o en ausencia de rueda y de 180° cuando el eje de la rueda se encuentra alineado con las bobinas.

DESCRIPCION DE LA INVENCION.

La presente memoria descriptiva se refiere a un Dispositivo sensor y procedimiento para detectar el paso de los ejes de los trenes por las vías férreas.

El procedimiento y el dispositivo sensor se han desarrollado para detectar el paso de los ejes de un tren y contar el número de estos para verificar, entre otros, la integridad de los convoyes ferroviarios.

Este procedimiento y dispositivo sensor se caracterizan por conseguir una alta fiabilidad y robustez de detección, dada la redundancia del sistema electrónico utilizado en el proceso de detección de la señal inducida en la, la realización de las medidas sin necesidad de contacto físico con ningún elemento del tren, alta inmunidad a las interferencias electromagnéticas, y ausencia de electrónica en vía.

Para ello se hace uso de un sistema sensor formado por dos bobinas, una transmisora (1) y otra receptora (2), estando la bobina transmisora a un lado del carril y la bobina receptora en el otro, dispuestas tal como se muestra en la figura 1 (ubicadas en vía).

La disposición física de ambas bobinas hace que en ausencia de rueda la diferencia de fase entre las señales en la bobina transmisora y la receptora sea de 0o, y en presencia de rueda (rueda alineada con las bobinas) esta diferencia es de 180°.

La esencia de la invención que aquí se propone está basada en la detección, siguiendo un procedimiento redundante en el proceso de detección de la tensión inducida en la bobina receptora, de la diferencia de fase entre la señal emitida por la bobina transmisora (1) y la recibida en la bobina receptora asociada (2).

Para llevar a cabo la detección de la diferencia de fase entre la señal aplicada a la bobina transmisora y la inducida en la bobina receptora, se utiliza el procedimiento reflejado en la figura 1, donde toda la electrónica de procesamiento se ubica fuera de la vía (edificios técnicos).

La señal aplicada a la bobina transmisora es una señal codificada y modulada digitalmente mediante el uso de una secuencia o código Kasami.

En recepción se realiza la correlación (10, 11) de la señal recibida, previa demodulación (9), con la secuencia Kasami original y la secuencia Kasami complementada (esto es, cambiando los niveles lógicos altos por niveles bajos y viceversa de la secuencia Kasami utilizada en la modulación de la señal emitida) (3). Esto es, identificando por A(k) (3) a la secuencia Kasami original, por B(k) (3) su complementada, por S(k) la señal de salida digitalizada de la bobina receptora (8), y

por Z(k) la señal S(k) demodulada (9), en recepción se realiza la correlación (10,11) de la señal Z(k) con la secuencia Kasami original y su complementada, obteniéndose R!(k)=A(k)*Z(k) (10) y R2(k)=B(k)*Z(k) (11).

En ausencia de rueda, la diferencia de fase entre la señal emitida y la recibida es 0o, por tanto Rl(k) genera...

1a.- DISPOSITIVO SENSOR PARA DETECTAR EL PASO DE LOS EJESDE LOS TRENES POR LAS VIAS caracterizado porque el dispositivo se encuentra constituido por:

dos bobinas:

- bobina transmisora (1)

- bobina receptora (2)

ubicadas a uno y otro lado del rail y unidas por un cable (6)

una electrónica de procesamiento constituida por:

- Generador de secuencia Kasami A(k) y su complementada B(k) (3)

- Modulador BPSK (4), es el encargado de realizar la modulación BPSK de la portadora.

- Amplificador de señal de salida (5) adapta la señal de salida del modulador a las necesidades de excitación de la bobina transmisora (2),teniendo presente la longitud de los cables (6) que unen la electrónica de procesamiento ubicada fuera de la vía y las bobinas ubicadas en vía

- Acondicionador de señal de bobina receptora (7), acondiciona los niveles de señal de salida de la bobina receptora, transmitidos por los cables (6) que unen a ésta con la electrónica ubicada fuera de vía, a los niveles de entrada del conversor A/D

- Conversor A/D (8), realiza la digitalización de la señal recibida, para posteriormente ser procesada en forma digital, mediante un algoritmo implementado en un dispositivo FPGA.

- Demodulador BPSK (9). realiza la demodulación síncrona de la señal de salida del conversor A/D.

- Correlador A (10) y el correlador B (11), realizan la correlación síncrona de la salida del demodulador con la secuencia original A(k) y su complementada B(k), respectivamente.

- Detectores de pico A (12) y B (13), realizan la umbralización de las señales de salida de los correladores A y B.

- Lógica de decisión (14), genera, a partir de las salidas de los dos bloques de detección de pico (12 y 13), una salida que toma dos valores diferentes, en función de si se ha detectado o no rueda.

- Reloj (15), generador de la señal de sincronismo necesaria para llevar a cabo los diferentes procesos.

2a.- PROCEDIMIENTO PARA DETECTAR EL PASO DE LOS EJESDE LOS TRENES POR LAS VIAS caracterizado porque el procedimiento se realiza a partir de la detección de la diferencia de fase entra la tensión inducida en una bobina receptora (2) y la emitida por otra bobina transmisora (1) ubicadas a uno y otro lado del rail y utilizando un procesamiento electrónico redundante para la detección de la diferencia de fase entra las tensiones de ambas bobinas y porque la señal aplicada a la bobina transmisora es una señal codificada y modulada digitalmente mediante el uso de secuencias Kasami de forma que una de la señal inducida en la bobina receptora (2), con la secuencia Kasami utilizada en la modulación de la señal es enviada a la bobina transmisora (1) y otra, de la señal inducida en la bobina receptora (2) con la secuencia Kasami complementada, esto es, cambiando los niveles lógicos altos por niveles bajos y viceversa de la secuencia Kasami.

En ausencia de rueda, el campo magnético generado por la bobina transmisora (1) atraviesa la bobina receptora (2) en un determinado ángulo respecto a su normal, estando la tensión inducida en ella en fase con la señal enviada por la bobina transmisora (1)

En presencia de rueda, el campo magnético generado por la bobina transmisora (1)atraviesa a la bobina receptora (2) con un ángulo distinto al de ausencia de rueda, y la tensión inducida llega a estar desfasada 180° con la señal enviada por la bobina transmisora (1).