一种耦合系数测试方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种耦合系数测试方法，所述方法包括以下步骤：S1：选择两条相邻的第一钢轨线路和第二钢轨线路；S2：在第一钢轨线路和第二钢轨线路搭建测试电路；S3：设置第一钢轨线路中间的输出电流值I1；S4：采集第二钢轨线路中间的感应电压值U2；S5：根据第一钢轨线路中的输出电流值I1和第二钢轨线路中间的感应电压值U2，计算钢轨单位长度互阻抗Zm；S6：根据钢轨单位长度互阻抗Zm计算钢轨单位长度互感的耦合系数M。本方法能够在区间或者车站准确测量不同间距、不同类型钢轨的耦合系数；本发明专利技术还公开了一种耦合系数测试系统，包括：电流输出模块、电压采集模块、耦合系数计算模块、短接卡具。接卡具。接卡具。

【技术实现步骤摘要】
一种耦合系数测试方法及系统


[0001]本专利技术属于轨道电路领域，特别涉及一种耦合系数测试方法及系统。

技术介绍

[0002]随着大型高铁枢纽车站和区间多线路平行敷设情况的增多，站内和区间多线路并行情况越来越多，带来了相邻线路间轨道电路的邻线干扰问题越来越突出。相邻钢轨线路的轨道电路间产生的干扰，称为邻线干扰。
[0003]产生邻线干扰的最本质原因是两个线路间的互感耦合，其最基础参数是耦合系数M，目前在铁路信号领域暂无有效手段准确测量耦合系数M。
[0004]针对两个线圈间的互感有测试技术，但均是小尺寸电气元件，但针对轨道电路的钢轨线路，两条线路间距在5m以上，线路长度在400m以上，线路两端并联有发送接收设备，一般的测量设备均不适用。目前只能通过测试邻线干扰的电流值进行耦合系数定性估计，不能定量测试。综上针对该应用场景，尚未见有效的测量方法。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术提供一种耦合系数测试方法及系统，能够适用长距离、大间距的钢轨的耦合系数测试，准确度高。
[0006]一种耦合系数测试方法，方法包括以下步骤：S1：选择两条相邻的第一钢轨线路和第二钢轨线路；S2：在第一钢轨线路和第二钢轨线路搭建测试电路；S3：设置第一钢轨线路中间的输出电流值I1；S4：采集第二钢轨线路中间的感应电压值U2；S5：根据第一钢轨线路中的输出电流值I1和第二钢轨线路中间的感应电压值U2，计算钢轨单位长度互阻抗Zm；S6：根据钢轨单位长度互阻抗Zm计算钢轨单位长度互感的耦合系数M；其中，第一钢轨线路和第二钢轨线路为两条长度2L的并行线路，第一钢轨线路和第二钢轨线路平行且两端对齐，第一钢轨线路和第二钢轨线路之间无道岔分支，且测试区域范围内第一钢轨线路、第二钢轨线路除测试设备外，与其他设备无电气连接。
[0007]进一步的，搭建测试电路的具体步骤如下：S201：短接第一钢轨线路和第二钢轨线路；在第一钢轨线路两端分别使用短接卡具连接第一钢轨线路的第一钢轨和第二钢轨，在第二钢轨线路两端分别使用短接卡具连接第二钢轨线路的第一钢轨和第二钢轨，完成第一钢轨线路和第二钢轨线路的短接；S202：在第一钢轨线路的中间设置电流输入模块，电流输入模块两端分别连接第一钢轨线路的第一钢轨和第二钢轨；S203：在第二钢轨线路的中间设置电压采集模块，电压采集模块两端分别连接第二钢轨线路的第一钢轨和第二钢轨。
[0008]进一步的，输出电流I1的频率范围为0~100kHz，输出电流I1不小于1A。
[0009]进一步的，计算钢轨单位长度互阻抗Zm，具体如下：S501：计算钢轨互阻抗Z21，表达式如下：Z21=U2/I1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（1）折算到钢轨单位长度互阻抗，利用电路等效计算如下：S502：计算第一钢轨线路中的电流I1left和I1right；第一钢轨线路的输入电流I1分为左右两部分，左边线路电流为I1left，右边线路电流I1right，表达式如下：I1left=I1right=I1/2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（2）S503：计算第二钢轨线路中的感应电压U2left和U2right；第二钢轨线路左右两侧的互阻抗产生的感应电压分别为左侧感应电压U2left、右侧感应电压U2right，表达式如下：U2=U2left=U2right
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（3）S504：假设L长度的钢轨互阻抗为Zm（L）,则Zm（L）与I1left、I1right、U2left、U2right关系表达式如下：U2left=Zm(L)
×
I1left，U2right=Zm(L)
×
I1right
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（4）S505：根据上述公式（1）、（2）、（3）、（4）可计算出钢轨L长度下的互阻抗Zm(L)，表达式如下：Zm(L)=U2/(I1/2)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（5）进而可推出钢轨单位长度下的互阻抗Zm，表达式如下：Zm=Zm(L)/L
×
1000=U2/(I1/2)/L
×
1000
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（6）。
[0010]进一步的，根据钢轨单位长度互阻抗Zm计算钢轨单位长度互感的耦合系数M，具体如下：根据频率和耦合系数的关系，表达式如下：Zm=Rm+j(2πfM)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（7）结合上述公式（6）、（7），可求出：M=abs(imag(Zm))/(2πf)=abs(imag(2U2/I1/L
×
1000))/(2πf)
ꢀꢀꢀ
（8）式中，Rm代表互阻抗的实数部，j代表的虚数单位，f代表第一钢轨线路的输出电流I1的频率，M的单位是μH/km。
[0011]进一步的，第一钢轨线路和第二钢轨线路为区间或者车站内任意两条相邻的并行线路。
[0012]进一步的，第一钢轨线路和第二钢轨线路的长度2L≥400m。
[0013]一种耦合系数测试系统，包括：电流输出模块：用于输出电流信号；电压采集模块：用于采集感应电压；耦合系数计算模块：用于计算感应电压与电流信号之间的比值，以获得阻抗模值，并且根据电流信号的频率，计算耦合系数M；短接卡具：用于轨道电路短接；其中，电流输出模块第一端通过短接卡具与第一钢轨线路的第一钢轨、第二钢轨连接，两个连接点分别设置在第一钢轨线路的第一钢轨、第二钢轨的中间，电流输出模块第
二端与耦合系数计算模块连接；电压采集模块第一端通过短接卡具与第二钢轨线路的第一钢轨、第二钢轨连接，连接点设置在第二钢轨线路的第一钢轨、第二钢轨的中间，电压采集模块第二端与耦合系数计算模块连接。
[0014]进一步的，电流输出模块用于输出频率范围0~100kHz、电压0~6V、电流1A以上的信号。
[0015]进一步的，电流输出模块包括电源、载频调节单元、CPU、功率放大器和采样电阻；其中，CPU与载频调节单元、功率放大器连接，功率放大器还与采样电阻连接，电源与载频调节单元、CPU、功率放大器连接，电源为载频调节单元、CPU、功率放大器供电。
[0016]进一步的，电压采集模块采集精度在0.1mV以上。
[0017]进一步的，短接卡具包括卡钳和导线，卡钳与导线连接。
[0018]进一步的，导线的阻值不大于3mΩ。
[0019]本专利技术的有益效果：能够在区间或者车站准确测量不同间距、不同类型钢轨的耦合系数。
[0020]本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耦合系数测试方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1：选择两条相邻的第一钢轨线路和第二钢轨线路；S2：在所述第一钢轨线路和所述第二钢轨线路搭建测试电路；S3：设置所述第一钢轨线路中间的输出电流值I1；S4：采集所述第二钢轨线路中间的感应电压值U2；S5：根据所述第一钢轨线路中的所述输出电流值I1和所述第二钢轨线路中间的所述感应电压值U2，计算钢轨单位长度互阻抗Zm；S6：根据所述钢轨单位长度互阻抗Zm计算钢轨单位长度互感的耦合系数M；其中，所述第一钢轨线路和所述第二钢轨线路为两条长度2L的并行线路，所述第一钢轨线路和所述第二钢轨线路平行且两端对齐，所述第一钢轨线路和所述第二钢轨线路之间无道岔分支，且测试区域范围内所述第一钢轨线路、所述第二钢轨线路除测试设备外，与其他设备无电气连接。2.根据权利要求1所述的耦合系数测试方法，其特征在于，搭建所述测试电路的具体步骤如下：S201：短接所述第一钢轨线路和所述第二钢轨线路；在所述第一钢轨线路两端分别使用短接卡具连接所述第一钢轨线路的第一钢轨和第二钢轨，在所述第二钢轨线路两端分别使用短接卡具连接所述第二钢轨线路的第一钢轨和第二钢轨，完成所述第一钢轨线路和所述第二钢轨线路的短接；S202：在所述第一钢轨线路的中间设置电流输入模块，所述电流输入模块两端分别连接所述第一钢轨线路的第一钢轨和第二钢轨；S203：在所述第二钢轨线路的中间设置电压采集模块，所述电压采集模块两端分别连接所述第二钢轨线路的第一钢轨和第二钢轨。3.根据权利要求1所述的耦合系数测试方法，其特征在于，所述输出电流I1的频率范围为0~100kHz，所述输出电流I1不小于1A。4.根据权利要求1所述的耦合系数测试方法，其特征在于，计算所述钢轨单位长度互阻抗Zm，具体如下：S501：计算钢轨互阻抗Z21，表达式如下：Z21=U2/I1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（1）折算到钢轨单位长度互阻抗，利用电路等效计算如下：S502：计算第一钢轨线路中的电流I1left和I1right；第一钢轨线路的输入电流I1分为左右两部分，左边线路电流为I1left，右边线路电流I1right，表达式如下：I1left=I1right=I1/2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（2）S503：计算第二钢轨线路中的感应电压U2left和U2right；第二钢轨线路左右两侧的互阻抗产生的感应电压分别为左侧感应电压U2left、右侧感应电压U2right，表达式如下：U2=U2left=U2right
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（3）S504：假设L长度的钢轨互阻抗为Zm（L）,则Zm（L）与I1left、I1right、U2left、U2right关系表达式如下：U2left=Zm(L)
×
I1left，U2right=Zm(L)
×
I1right
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（4）S505：根据公式（1）、（2）、（3）、（4）可计算出钢轨L长度下的互阻抗Zm...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔志超，杨轶轩，阳晋，张帅，张博，
申请(专利权)人：北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：