На правах рукописи

ПОПОВ АНТОН НИКОЛАЕВИЧ

МЕТОДЫ И РЕАЛИЗАЦИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ

ИЗМЕРЕНИЙ СИГНАЛОВ ТОНАЛЬНЫХ РЕЛЬСОВЫХ ЦЕПЕЙ

Специальность: 05.22.08 – Управление процессами перевозок;

05.13.06 – Автоматизация и управление технологическими

процессами и производствами (транспорт)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург – 2013 Диссертация выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Уральский государственный университет путей сообщения»

(ФГБОУ ВПО УрГУПС).

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Бушуев Сергей Валентинович Официальные доктор технических наук, профессор, оппоненты: заведующий кафедрой «Автоматика и телемеханика на железных дорогах»

ФГБОУ ВПО «Петербургский государственный университет путей сообщения»

Сапожников Владимир Владимирович;

кандидат технических наук, доцент кафедры «Автоматика и телемеханика на железных дорогах» ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет путей сообщения»

Щербина Евгений Геннадьевич ФГБОУ ВПО «Самарский государственный

Ведущая организация:

университет путей сообщения»

Защита состоится «06» июня 2013 г. в 15:30 час. на заседании диссертационного совета Д 218.008.02 на базе Петербургского государственного университета путей сообщения по адресу: 190031, г. СанктПетербург, Московский пр., 9, аудитория 7-320.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО ПГУПС.

Автореферат разослан «06» мая 2013 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просьба направлять в адрес диссертационного совета.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук Горбачев Алексей Михайлович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Основным средством интервального регулирования, обеспечивающим безопасность движения поездов и пропускную способность железных дорог, является автоблокировка (АБ) на основе рельсовых цепей. Наиболее массово внедряемым видом рельсовых цепей являются тональные рельсовые цепи (ТРЦ). На 1 января года 62 295 км сети магистральных железных дорог оборудовано АБ. Около 10 тыс. км оборудовано системами с тональными рельсовыми цепями, что составляет 16,5 % всех устройств автоблокировки.

Важной составляющей безопасности ТРЦ являются математические расчеты, которые проверяются путем измерений в эксплуатации. Расчеты токов и напряжений в ТРЦ выполняются для непрерывных сигналов синусоидальной формы, а для получения значений при модулированных токах и напряжениях используется коэффициент пересчета, который получен из предположения, что сигналы ТРЦ имеют форму манипулированной синусоиды. Отличие значений измерений реальных сигналов ТРЦ от значений измерений манипулированной синусоиды составляет до 7 %.

Измерения сигналов ТРЦ для периодического контроля соответствия расчетным значениям должны выполняться специализированными приборами, что обусловлено сложной формой сигналов ТРЦ. Расхождения в показаниях приборов, предназначенных для измерений сигналов ТРЦ, составляет 10–40 % в зависимости от точки подключения в рельсовую цепь.

Вышеуказанные допущения при расчетах, плохая сопоставимость результатов измерений, а также сложная технология обслуживания приводят к низкому качеству регулировки ТРЦ, что повышает вероятность отказа и может вызывать нарушения условий безопасности движения. На системы автоблокировки с ТРЦ в 2011 году пришлось 1840 отказов, что составляет 17,3 % от всех отказов систем автоблокировки. Основными причинами отказов АБ с ТРЦ, составляющими около 60 %, являются некачественное выполнение работ и эксплуатационные нарушения, т. е. нарушения, связанные с влиянием человеческого фактора в процессе эксплуатации устройств.

Существенно уменьшить влияние человеческого фактора на процесс технического обслуживания позволяют системы технической диагностики и мониторинга (СТДМ), основной задачей которых является централизованный сбор данных об отказах и обнаружение предотказных состояний.

Темпы внедрения СТДМ крайне низки. Причиной является высокая стоимость строительства и обслуживания СТДМ. Поэтому исследования, направленные на совершенствование технического обслуживания, методов диагностики и измерений сигналов ТРЦ, актуальны.

Целью исследования является разработка методов и средств, позволяющих повысить достоверность автоматизированных измерений сигналов тональных рельсовых цепей.

Для достижения цели следует решить задачи:

– разработать математическую модель сигналов ТРЦ;

– разработать рекомендации по обеспечению сопоставимости результатов измерений сигналов ТРЦ;

– разработать метод определения возможности применения существующих средств для измерений сигналов ТРЦ;

– разработать меры по снижению стоимости периодической поверки средств измерений СТДМ.

Объектом исследования являются тональные рельсовые цепи, предметом – методы измерений, диагностики и технологии обслуживания ТРЦ.

Методы исследования: математический анализ, численные методы расчета и анализа, математический аппарат теории передачи сигналов, компьютерное моделирование, экспериментальные исследования.

Достоверность подтверждена корректным использованием известных положений теории передачи сигналов и математического анализа при разработке модели сигналов ТРЦ и метода расчета интервала измерения, отсутствием противоречий с известными методами теории цифровой обработки сигналов и сравнением результатов с данными, полученными на основе измерений сигналов ТРЦ.

Научная новизна работы заключается в следующем:

– предложено для сигналов ТРЦ использовать математическое описание однотонального амплитудно-модулированного сигнала;

– впервые разработан метод расчета интервала измерения сигналов ТРЦ по заданной величине погрешности;

– впервые разработан метод экспериментального исследования приборов и оценки их применимости для измерений сигналов ТРЦ.

Практическая значимость исследования состоит в том, что:

– предложенная модель сигналов ТРЦ позволяет определить влияние формы сигнала на величину погрешности измерений;

– установлено, что минимальным значением интервала измерения, при котором форма сигнала ТРЦ не влияет на показания прибора, является 0,25 с;

– метод расчета интервала измерения позволяет обеспечить точность и быстродействие, гарантировать сопоставимость показаний существующих средств измерения сигналов ТРЦ;

– предложенный метод исследования измерительных средств позволяет оценить пригодность существующих приборов для измерений сигналов ТРЦ.

На защиту выносятся:

1. Модель сигналов ТРЦ на основе выражения для однотонального амплитудно-модулированного сигнала.

2. Метод расчета интервала измерения сигналов ТРЦ по заданной величине погрешности.

3. Метод оценки применимости существующих приборов для измерений сигналов ТРЦ.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях:

– VII межвузовская научно-техническая конференция «Молодые ученые – транспорту», 2010, УрГУПС, Екатеринбург;

– международная научно-техническая конференция «Инновации для транспорта», 2010, ОмГУПС, Омск;

– научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Транспорт: проблемы, идеи, перспективы», 2011, ПГУПС, Санкт-Петербург;

– международная научно-техническая конференция «Транспорт XXI века: исследования, инновации, инфраструктура», 2011, УрГУПС, Екатеринбург;

– на заседаниях кафедры «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте» ФГБОУ ВПО «Уральский государственный университет путей сообщения» в 2011, 2012, 2013 гг.;

– на заседании кафедры «Автоматика и телемеханика на железных дорогах» ФГБОУ ВПО «Петербургский государственный университет путей сообщения» в 2013 г.

Публикации по теме работы. Основные положения диссертации отражены в 7 публикациях, в том числе три – в журналах, рекомендованных ВАК. Получено одно свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ.

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка сокращений, списка литературы и трех приложений. Содержание изложено на 113 машинописных страницах, в том числе включает 8 таблиц и 49 рисунков. Список литературы включает 94 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, определены цели и задачи диссертационного исследования.

В первой главе проведен анализ технических решений ТРЦ и направлений их развития, технологии обслуживания, методов диагностики и измерений сигналов ТРЦ.

Анализ технических решений показал, что наиболее массово внедряемым видом ТРЦ являются рельсовые цепи на основе аппаратуры ТРЦ3, а большинство новых разработок в области ТРЦ основано на принципе действия ТРЦ3. Расчеты среднеквадратических значений (СКЗ) токов и напряжений, применяемые для оценки уровня сигналов ТРЦ, выполняются для непрерывных сигналов синусоидальной формы, а для получения значений при модулированных токах и напряжениях используется коэффициент пересчета, который получен из предположения, что сигналы ТРЦ имеют форму манипулированной синусоиды.

Анализ технологии обслуживания, методов диагностики и измерений сигналов ТРЦ выявил, что большая часть отказов ТРЦ происходит из-за некачественного выполнения работ и эксплуатационных нарушений. Снизить количество отказов по указанным причинам позволяет автоматизация технического обслуживания на основе применения СТДМ, но темпы внедрения СТДМ крайне низки из-за высокой стоимости строительства и обслуживания.

Установлено, что для измерений сигналов ТРЦ требуются специализированные средства, а показания существующих приборов различаются на 10–40 %, в зависимости от точки подключения. При этом по существующим требованиям погрешность измерений сигналов ТРЦ не должна превышать 5 %.

Значительный вклад в области развития систем железнодорожной автоматики на базе тональных рельсовых цепей, их диагностики, измерений и автоматизации технического обслуживания внесли коллективы научных и учебных организаций ПГУПС, СамГУПС, МГУПС (МИИТ), ОмГУПС, РГУПС, ВНИИАС, ГТСС и других в лице ученых: В. С. Дмитриев, В. А. Минин, В. А. Коляда, Ю. А. Кравцов, В. А. Воронин, И. В. Беляков, Е. Г. Щербина, А. Е. Щербина, В. Б. Леушин, М. Н. Василенко, В. В.

Сапожников, Вл. В. Сапожников, А. Л. Вотолевский, А. А. Иванов, В. В.

Нестеров, А. А. Сепетый, В. Н. Иванченко, А. Е. Федорчук, С. В. Власенко, С. А. Лунев и другие.

Во второй главе предложено в качестве модели сигналов ТРЦ использовать описание однотонального амплитудно-модулированного сигнала, с помощью модели выполнена оценка влияния формы сигнала на результаты измерений. Разработан метод для определения интервала измерения СКЗ по заданной величине погрешности. Выполнена оценка влияния дискретизации на результат измерений СКЗ.

СКЗ является энергетической мерой электрического сигнала и определяется как площадь под кривой сигнала, усредненная на интервале времени. При = получается истинное СКЗ. Если сигнал периодический, то средняя площадь каждого периода – величина постоянная и равна средней площади любого числа периодов, т. е. для периодических сигналов истинное СКЗ может быть получено при = kT, где T – период сигнала u(t), k – натуральное число.

Если при измерении СКЗ периодических сигналов kT (рисунок 1), то полученное значение будет отличаться от истинного – появится погрешность.

Причем величина погрешности будет определяться формой сигнала, длительностью интервала измерений, а также фазой сигнала в момент начала измерений.

Зависимость погрешности определим как отношение СКЗ сигнала при произвольном интервале измерения к СКЗ сигнала при бесконечном интервале измерения (при интервале измерения, равном целому числу периодов сигнала). Для сигналов синусоидальной формы СКЗ при бесконечном интервале измерения равно, где Um – амплитудное значение, а зависимость погрешности определяется выражением:

где = (4Fc·t0 + 20), Fс – частота сигнала, t0 – момент начала измерений, – интервал измерений, 0 – фаза сигнала в момент начала измерений.

При интервале измерения, кратном полупериоду сигнала, независимо от значений момента начала измерения t0 и начальной фазы сигнала 0, погрешность E(,) будет равна нулю. Кроме того, погрешность E(,) будет равна нулю при выполнении условия:

В реальных условиях соотношение интервала измерения к периоду сигнала может изменяться в силу ограничений, накладываемых реальными физическими условиями. Если допустить, что начальная фаза сигнала случайна и момент начала измерений не синхронизируется во времени с измеряемым сигналом, то – случайная величина, а погрешность будет принимать значения из области (рисунок 2), ограниченной сверху и снизу кривыми, которые описываются выражениями (2) и (3).

Рисунок 2 – Область возможных значений погрешности измерений и зависимости, описываемые выражениями (2) и (3) По (2) и (3) получено выражение для определения интервала измерения по заданной величине погрешности:

При измерениях СКЗ переменных токов и напряжений, форма которых отличается от синусоидальной, возникает дополнительная погрешность. Поэтому результаты, полученные для сигналов синусоидальной формы, не подходят для оценки погрешности при измерениях сигналов ТРЦ.

Рассмотрим сигналы ТРЦ в разных точках рельсовой цепи: на входе путевого приемника (рисунок 3, а), выходе путевого генератора (рисунок 3, б) и выходе путевого фильтра (рисунок 3, в) и их спектры, чтобы выяснить, как форма сигналов влияет на результаты измерений.

Вид спектров указывает, что эти сигналы можно рассматривать как однотональные амплитудно-модулированные (ОАМ) сигналы с перемодуляцией (коэффициентом модуляции больше 1):

где M – коэффициент модуляции.

Результаты сравнения сигналов ТРЦ и моделей сигналов в разных точках рельсовой цепи с соответствующими коэффициентами модуляции показали, что на выходе генератора площади под кривой сигнала и модели различаются не более 7 %, на выходе фильтра – не более 10 %, на входе приемника – не более 3 %.

Сигнал состоит из несущего и модулирующего колебаний, а замена реальных сигналов ТРЦ на ОАМ позволит исследовать влияние интервала измерений, формы и начальной фазы сигнала на точность измерений.

Зависимость погрешности измерения сигналов ТРЦ описывается выражением:

Точки, в которых погрешность равна нулю, соответствуют случаю, когда в интервал измерения помещается целое число периодов сигнала.

Границы области погрешности измерений сигналов ТРЦ при случайной начальной фазе сигнала и моменте начала измерения описываются выражениями (7) и (8):

Зависимость погрешности измерений сигналов ТРЦ от коэффициента модуляции (рисунок 4) для двух значений интервала измерения = 1, периода огибающей и = 1,75 периода огибающей указывает, что максимум погрешности наблюдается при значении коэффициента модуляции, равном 1,7.

Рисунок 4 – Зависимость погрешности измерений сигналов ТРЦ На рисунке 5 представлены полученные по реальным сигналам ТРЦ зависимости СКЗ от интервала измерения и область значений погрешности.

Рисунок 5 – Область значений погрешности измерений и зависимости СКЗ от интервала измерения для сигналов ТРЦ на входе приемника и выходе Предложенный метод расчета интервала измерений сигналов ТРЦ заключается в следующем. По выражению (9), полученному в результате преобразований выражения (7), определяется интервал измерений по границам области возможной погрешности:

Границы области значений погрешности достигают значения менее 2 % при интервале измерения более 14 периодов сигнала ТРЦ (1,17 с для частоты модуляции 12 Гц или 1,75 с для частоты модуляции 8 Гц), менее 1 % при интервале измерения более 27 периодов (2,25 с для частоты модуляции 12 Гц или 3,375 с для частоты модуляции 8 Гц). Кроме того, измеритель должен обеспечивать значение погрешности измерений для обеих частот модуляции, то есть следует выбирать наибольший интервал измерения, что обуславливает трудности для практического применения.

Существуют значения интервалов измерения, в которых форма сигналов не оказывает влияния на точность измерений. Для сигналов ТРЦ это выполняется, когда в интервал измерения входит целое число периодов сигнала.

Поэтому для измерительных средств требуется использовать интервалы измерения, на которых помещается целое число периодов сигналов ТРЦ с частотами модуляции 8 Гц и 12 Гц одновременно. Такими интервалами измерений для сигналов ТРЦ являются: 0,25 c; 0,5 c; 0,75 c; 1 c; 1, c; 1,5 c; 1,75 c; 2 c; 2,25 c; 2,5 c; 2,75 c; 3 c и т. д.

Чем меньше значение интервала измерения, тем большей величины может достигать погрешность при отклонении от номинальных значений и расчетных параметров (частота модуляции сигналов ТРЦ, величина постоянной времени для аналоговых приборов, частота дискретизации и разрядность АЦП для цифровых средств измерений). С другой стороны, увеличение интервала измерения снижает чувствительность к локальным изменениям в сигнале, что может приводить к неправильному определению свободности (занятости) рельсовой цепи при кратковременном занятии (освобождении).

Корректировка интервала измерения существующих цифровых приборов позволит обеспечить сопоставимость результатов измерений сигналов ТРЦ при существенном повышении быстродействия.

Для оценки влияния дискретизации следует сравнить отличие площади исходного сигнала от площади сигнала, полученной в результате дискретизации.

Если пренебречь влиянием квантования по уровню и рассматривать только случай равномерной дискретизации, то площадь под дискретным сигналом определяется как сумма прямоугольников с шириной, равной времени дискретизации и высотой равной значению сигнала.

Погрешность измерения синусоидального сигнала по отношению к истинному СКЗ может быть оценена по выражению:

Начальная фаза сигнала 0 при измерениях – случайная величина, поэтому величина погрешности будет определяться временем измерения и количеством отсчетов N.

Результаты компьютерного моделирования показали, что наихудший случай наблюдается, когда период измерения отличается на 1/4 периода сигнала, а при периоде измерения, кратном полупериоду сигнала, дискретизация не оказывает влияния на точность измерений СКЗ.

При частоте дискретизации, превышающей частоту сигнала в 2 раза, наблюдается максимум возможной погрешности в 41 % и не уменьшается с увеличением интервала измерения менее 27 %, причем незначительное увеличение (уменьшение) частоты дискретизации резко снижает возможную погрешность.

Для частоты дискретизации, превышающей в 4 раза частоту сигнала, погрешность не превышает 0,9 % при интервале измерения более 5 периодов сигнала.

В третьей главе разработан метод определения возможности применения существующих приборов для измерений сигналов ТРЦ. Выполнено исследование влияния формы частотно-манипулированных сигналов на результаты измерений методами компьютерного моделирования. Рассматривается процесс автоматизации измерений сигналов ТРЦ.

Далеко не все существующие приборы, позволяющие измерять СКЗ токов и напряжений синусоидальных сигналов, могут применяться для измерений СКЗ сигналов ТРЦ. Даже предназначенные для измерений сигналов ТРЦ приборы имеют низкую сопоставимость результатов. Поэтому требуются методы оценки применимости существующих приборов для измерений сигналов ТРЦ. Чтобы оценить влияние формы сигнала на результат измерений, требуется знать интервал измерений прибора.

Наиболее распространенные в настоящее время приборы используют TrueRMS преобразователи для измерения СКЗ, при этом время измерения определяется усредняющей емкостью, подключенной к фильтру, Cуср. Для измерений сигналов ТРЦ емкость Cуср должна иметь достаточно большую величину, что достигается применением электролитических конденсаторов, параметры которых имеют низкую точность и могут существенно изменяться с течением времени.

Для определения интервала измерения существующих приборов предложен следующий метод. На вход подаются синусоидальные сигналы 420 Гц с изменяющейся частотой манипуляции Fm, при этом СКЗ генерируемого сигнала остается постоянным. При разных частотах манипуляции в течение длительного времени регистрируются максимальное и минимальное значения оценки СКЗ, полученные испытуемым прибором.

Если в интервал измерения прибора помещается целое число периодов манипулированного сигнала, то разброс показаний будет равен нулю.

Точность определения интервала измерения прибора будет определяться шагом изменения частоты манипуляции.

При испытаниях мультиметра Fluke 867B получены следующие результаты (рисунок 6): при частоте манипуляции 10, 15 и 20 Гц погрешность измерений стремится к минимуму, откуда можно сделать следующий вывод. Во-первых, интервал измерения составляет 0,2 с, во-вторых, данный прибор категорически не подходит для измерений сигналов ТРЦ (при частотах манипуляции входного сигнала 8 и 12 Гц разброс показаний будет не менее 40 % и 4 %, соответственно).

Рисунок 6 – Свойства интервалов измерений Fluke 867B и В7- Результаты экспериментов над прибором В7-63 показывают, что он существенно лучше, чем Fluke 867B подходит для измерений в ТРЦ.

Результаты испытания модификации В7-63/1 показывают, что полученные характеристики приборов В7-63 и В7-63/1 отличаются. Разброс показаний остался примерно таким же, а при частоте манипуляции 12 Гц даже увеличился, что говорит об изменении интервала измерения, причем не в сторону улучшения характеристик. Это свидетельствует о том, что разработчики приборов не учитывают влияние интервала измерения на результат измерений.

Рассматривалась только одна составляющая погрешности измерений – дополнительная погрешность, связанная с неверным выбором длительности измерения сигнала. Для определения конечной точности измерений необходимо также учитывать влияние элементов измерительных каналов (преобразователей, АЦП), влияние точности калибровки, помех в измеряемом сигнале, входного сопротивления прибора и других факторов. Поэтому для частоты 8 Гц прибор В7-63 может обеспечить точность не лучше ±5 %, в том числе ±2,5 % – основная погрешность по паспорту прибора, плюс ±2,5 % – дополнительная погрешность измерения манипулированных сигналов.

В то же время можно без труда повысить точность измерений манипулированных сигналов в рассматриваемых приборах. Например, в испытанной реализации прибора В7-63 погрешность стремится к минимуму на частотах 6,12 и 18 Гц. Это значит, что интервал измерения СКЗ соответствует 0,17 с. Это кратно периоду 12 Гц, но не кратно периоду 8 Гц. Увеличивая емкость конденсатора Суср, можно увеличить интервал измерения СКЗ так, чтобы он стал кратным периоду всех интересующих нас сигналов, в результате чего точность измерения возрастет в 2 раза.

Учет физических свойств сигнала и измерителя при проектировании прибора или измерительной системы позволяет исключить влияние рассмотренных процессов на точность измерения с минимальными затратами.

Одним из направлений совершенствования ТРЦ является применение частотной манипуляции (ЧМн) сигналов, вместо амплитудной. Оценка влияния формы ЧМн сигнала на результат измерений позволит ответить на вопрос о необходимости применения специализированных приборов и принципов для технического обслуживания рельсовых цепей на основе таких сигналов.

Параметры ЧМн сигнала для моделирования выбраны так, чтобы обеспечить возможность использования метода расчета рельсовых цепей для ТРЦ3.

По результатам компьютерного моделирования для ЧМн сигнала установлена зависимость разброса СКЗ от интервала измерения. При одинаковых значениях интервала измерения точность определения СКЗ сигналов с частотной манипуляцией значительно выше, чем у амплитудноманипулированного сигнала (примерно в 100 раз), что позволяет существенно снизить интервал измерений.

Применение ЧМн сигналов позволит отказаться от специализированных приборов и использовать приборы для измерения СКЗ сигналов синусоидальной формы. Прибор Fluke 867B не подходит для измерения сигналов ТРЦ, может измерять ЧМн сигналы с погрешностью не более погрешности измерений сигнала частотой 50 Гц.

В четвертой главе приводится описание, технические характеристики и принцип действия измерительного модуля УНС-4ИА, предназначенного для измерений СКЗ сигналов ТРЦ в системе технической диагностики СТД-МПК. Сформулированы требования к устройствам измерения сигналов ТРЦ для систем диагностики. Продемонстрированы возможности улучшения характеристик средств для измерения сигналов ТРЦ на основе выполненных теоретических и экспериментальных исследований.

Улучшение характеристик УНС-4ИА выполнено за счет корректировки программного алгоритма без внесения конструктивных изменений.

В результате интервал измерения уменьшен с 1,5 до 0,25 с (в 6 раз) при сохранении величины погрешности в 2,5 %. Это позволит уменьшить количество требуемых измерительных каналов, позволит снизить стоимость периодической поверки системы технической диагностики.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные научные и практические результаты, полученные в диссертационной работе, заключаются в следующем:

1. Выполнен анализ технических решений ТРЦ, направлений их развития, технологии обслуживания, методов измерения сигналов и диагностики состояния ТРЦ, в результате которого установлено, что:

– темпы внедрения систем технической диагностики и мониторинга ограничены высокой стоимостью;

– показания существующих специализированных измерительных средств измерения сигналов ТРЦ различаются на 10–40 %, в зависимости от точки подключения, при этом по установленным требованиям погрешность измерений в ТРЦ не должна превышать 5 %;

– применяемые в ТРЦ частоты манипуляции 8 или 12 Гц ограничивают скорость выполнения измерений;

– используемой моделью сигналов ТРЦ является манипулированная синусоида, у которой отсутствует математическое описание.

2. Впервые предложена математическая модель сигналов ТРЦ, в основу которой положено выражение для описания однотонального амплитудномодулированного сигнала с коэффициентом модуляции больше единицы.

С ее помощью установлена зависимость погрешности измерения от формы сигнала ТРЦ. По разработанной модели составлена программа расчета параметров сигнала ТРЦ, что подтверждается авторским свидетельством о государственной регистрации № 2012661206.

3. Разработан метод расчета интервала измерения сигналов ТРЦ по заданной величине погрешности, учитывающий реальную форму сигналов ТРЦ.

Метод расчета интервала измерения позволяет создавать прецизионные средства для поверки и калибровки специализированных приборов для измерений сигналов ТРЦ и обеспечивает повышение точности и быстродействия измерений, гарантирует сопоставимость показаний существующих средств измерения сигналов ТРЦ.

4. Установлено, что минимальным значением интервала измерения, при котором форма сигнала ТРЦ не влияет на показания прибора, является 0, с, а также что при интервале измерения кратном 0,25 с форма сигналов ТРЦ не оказывает влияния на результат измерений.

5. Предложенный метод исследования измерительных средств, характеризующийся возможностью определения интервала измерения прибора, позволяет оценить пригодность существующих приборов для измерений сигналов ТРЦ. Даны рекомендации по улучшению характеристик приборов для измерений сигналов ТРЦ.

6. Установлено, что применение частотно-манипулированных сигналов позволит отказаться от специализированных приборов и использовать приборы для измерения СКЗ сигналов синусоидальной формы. Например, прибор Fluke 867B, который совершенно не подходит для измерения сигналов ТРЦ с амплитудной манипуляцией, может измерять ЧМн сигналы с погрешностью не более погрешности измерений сигнала 50 Гц.

7. Благодаря применению разработанных алгоритмов расчета интервала измерения, в 6 раз повышено быстродействие при сохранении величины погрешности ±2,5 % для модуля измерений сигналов ТРЦ системы технической диагностики на базе микро-ЭВМ и программируемых контроллеров (СТД-МПК).

ПУБЛИКАЦИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства 1. Бушуев С. В., Попов А. Н. Исследование точности измерений среднеквадратических значений электрических сигналов на ограниченных интервалах времени // Транспорт Урала. – Екатеринбург : УрГУПС, 2011. – № (29). – С. 46–50. – ISSN 1815-9400.

2. Бушуев С. В., Попов А. Н. Обеспечение сходимости и воспроизводимости измерений сигналов тональных рельсовых цепей // Транспорт Урала. – Екатеринбург : УрГУПС, 2012. – № 3 (34). – С. 38–42. – ISSN 1815-9400.

3. Никитин А. Б., Бушуев С. В., Гундырев К. В., Алексеев А. В., Гребель С.

В., Попов А. Н. Средства технической диагностики и удаленного мониторинга СТД-МПК // Автоматика, связь, информатика. – 2012. – № 10.– С. 6– 8. – ISSN 0005-2329.

4. Свид. № 2012661206. Моделирование и расчет параметров сигналов тональных рельсовых цепей / Попов А. Н. (Россия). – № 2012618641 ; Заявлено 12.10.2012 г. ; Зарегистрирован в Гос. реестре программ для ЭВМ 10.12.2012.

5. Попов А. Н. Классификация преобразователей среднеквадратических значений токов и напряжений // Инновации для транспорта : сб. науч. статей с международным участием. – Омск : Омский гос. университет путей сообщения, 2010. – Ч. 2. – С. 47–51.

6. Попов А. Н. Тенденции развития устройств съема диагностической информации в системах ЖАТ и их программного обеспечения // Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте : сб. докладов Пятой Международной научно-практической конференции «Транс ЖАТ – 2010». – Ростов н/Д, 2010. – С. 201–206.

7. Бушуев С. В., Попов А. Н. О точности измерений в системах железнодорожной автоматики и физических свойствах измеряемых сигналов // Транспорт: проблемы, идеи, перспективы. – Неделя науки – 2011 : матер.

конференции / под ред. Т. С. Титова. – СПб. : Петербургский гос. ун-т путей сообщения, 2011. – С. 39–44.

8. Бушуев С. В., Попов А. Н. Проблемы точности измерений среднеквадратических значений сигналов в устройствах автоматики и телемеханики // Транспорт XXI века: исследования, инновации, инфраструктура : матер.

научн.-техн. конф., посв. 55-летию УрГУПС : в 2 т. /УрГУПС. – Екатеринбург, 2011. – Вып. 97(180), т. 1 – электрон. опт. диск (CD-ROM). – C. 745– 752.

Печать – ризография Бумага для множит. апп. Формат 60х84 1/ СР ПГУПС 190031, С-Петербург, Московский пр.