Исследование индуктивных шлейфов напольного датчика обнаружения подвижных единиц ипд

Оглавление

Цикл статей:
Глава 1 – Комплексирование средств защиты горочных стрелок от несанкционированного перевода

Глава 2 – Исследование индуктивных шлейфов напольного датчика обнаружения подвижных единиц ипд

Глава 3 – Комплексирование напольных датчиков обнаружения подвижных единиц

Глава 4 – Экспериментальные исследования комплексированной защиты горочных стрелок

Математическая модель взаимодействия рельсовой линии и
индуктивных шлейфов

Рельсовая линия представляет собой сложную конструкцию [30], состоящую из рельсов, балласта, шпал и различных соединителей. В теории рельсовых цепей [31] рельсовая линия рассматривается как линия с распределенными параметрами.

Очевидно, что с ростом частоты магнитное и электрическое поле по- прежнему распределены по всей длине линии, превращение электромагнитной энергии в тепло так же, как и на низких частотах, происходит по всей ее длине. Таким образом, рельсовая линия, вне зависимости от частоты тока, является цепью с распределенными параметрами. Кроме того, чтобы учесть изменения напряжения и тока вдоль линии, нужно считать, что каждый сколь угодно малый ее элемент обладает сопротивлением и индуктивностью, а между проводами – проводимостью и емкостью, т.е. рассматривать линию, как цепь с распределенными параметрами.

Как показано в [32], принятые допущения в теории рельсовых цепей приводят к существенным погрешностям в частотном диапазоне до 1 кГц.

В общем случае [31,33,30] рельсовая линия характеризуется удельными (отнесенными к километру длины) первичными параметрами:

Методика определения первичных параметров рельсовой линии до 100 кГц разработана в работах [29,34]. В этих работах строгая математическая модель зависимости сопротивления изоляции от частоты не найдена, ввиду зависимости состояния балласта от большого числа внешних, в том числе климатических факторов. В работе [35] впервые определены параметры рельсовой линии в диапазоне частот 20 – 100 кГц, состоящей из рельсовых нитей марки Р65, железобетонных шпал и щебеночного балласта. Полученные результаты исследования изоляции рельсовой линии существенно отличаются от данных [29,34] и подтверждают принципиальные положения [30] по этому вопросу. Результаты позволяют констатировать тот факт, что в области высоких частот линия обладает значительной индуктивностью и емкостью. Причем удельные параметры мало зависят от погодных условий в диапазоне частот 20 – 100 кГц. Кроме того, сопротивление изоляции имеет вид резонансной кривой с одной из частот резонанса 57 кГц, и другой -вне диапазона, ниже 20 кГц. В связи с этим предлагается рассматривать рельсовую линию как распределенный колебательный контур с удельными параметрами (Z_p и Z_u).

ИПД представляет собой резонансный усилитель с одиночным колебательным контуром, следовательно, необходимо выполнить обобщенный анализ и вывести единые соотношения для резонансной кривой шлейфа уложенного в колею. Для применения расчетных формул в конкретном инженерном расчете необходимо, прежде всего, найти рациональную систему первичных параметров и выразить их аналитически через известные параметры прибора. В данном случае воспользуемся положениями теории линейных цепей с постоянными и периодически изменяющимися параметрами [36] для расчета резонансной кривой рассматриваемого класса усилителей.
Принципиально важные особенности работы резонансных усилителей, их потенциальные возможности, а также основные количественные соотношения и взаимозависимости, характерные для рассматриваемых устройств, могут быть с хорошим для практики приближением определены, если полагать, что в качестве фильтра на входе используется одиночный колебательный контур. Такое ограничение широко применяется для анализа конкретных типов устройств при использовании частотных методов анализа.
В основу анализа входных цепей резонансных усилителей положены единые эквивалентные схемы, в которых для обеспечения избирательности и требуемой полосы пропускания используются, главным образом, одиночные колебательные контуры (резонаторы). Поэтому приведем основные соотношения для расчета одиночного колебательного контура с тем, чтобы в процессе изложения уточнить трактовку используемых ниже терминов.
На рис. 2.2 изображена эквивалентная схема индуктивного шлейфа, представляющего собой параллельный колебательный контур. Рассматривая этот контур, как линейный пассивный двухполюсник, определим его эквивалентные импедансы.

Входной тракт резонансного усилительного каскада при рассмотрении взаимодействия шлейфа и рельсовой линии может быть отнесен к классу линейных четырехполюсников. Такое утверждение правомерно, поскольку по отношению к действующим в этом тракте малым уровням сигнала входные каскады линейны. Внутренняя схема этого каскада может содержать любой усилительный или преобразовательный прибор. Конечной целью проводимого ниже анализа является вывод единых формул, пригодных для инженерного расчета резонансной кривой шлейфа ИПД, уложенного в колею рельсовой линии. Поэтому в этих формулах должна быть отражена зависимость между основными показателями работы ИПД и доступными для прямых измерений и контроля физическими параметрами шлейфов. Аналитически задача сводится к нахождению расчетных соотношений, аргументами в которых должны служить известные физические партеры колебательных контуров, а функциями (выходными параметрами схемы) резонансная частота, расстройка, взаимосвязь и т.д. Кроме того, физические параметры колебательных контуров, как правило, отождествляются с параметрами эквивалентной схемы. Эти схемы весьма удобны для понимания специфики работы конкретных электрических схем и сопоставления ожидаемых от них возможностей.

Из анализа физических процессов, происходящих в ИПД при укладке шлейфа в колею, можно определить условия, при которых взаимное влияние входных и выходных цепей (шлейфа и рельсовой линии), обусловленное внутренней обратной связью, достигает минимального значения. Указанный принцип минимального влияния, положенный в основу выбора рациональной системы первичных параметров, находится в полном соответствии с методикой измерения физических параметров шлейфов и рельсовой линии. Более того, простота измерений во многом определяет выбор “естественных” для исследуемого устройства физических параметров. Приведя в соответствие принципы выбора первичных (характеристических) и физических параметров, можно ожидать, что при этом между ними будет иметь место простая взаимосвязь. Это создает, в свою очередь, необходимые предпосылки для упрощения анализа и приведения расчетных формул к виду, удобному для использования в инженерном расчете.

Экспериментальные нсследовання нндуктивных шлейфов

Возможны различные по форме варианты укладки шлейфа: “восьмерка” и “прямоугольник”. В [29] проведены экспериментальные исследования первичных и вторичных параметров шлейфов, используемых в качестве линий индуктивной связи тракта локальной передачи информации путь-локомотив. В работе приводятся результаты исследования индуктивных шлейфов с использованием телеграфных уравнений с учетом влияния земли по Карсону а также с использованием теории эквивалентной линии. Но результаты работы не могут быть применены к шлейфам ИПД по причинам специфики решаемой задачи, разной длины индуктивных шлейфов и используемых типов кабелей. В этой связи исследования являются обоснованными, и интерес представляет оценка электрических параметров шлейфов различных конфигураций как колебательного контура.

В проводимых исследованиях ставилась задача оценки собственных параметров шлейфа как колебательного контура с учетом влияния рельсовой линии и места запитки на параметры шлейфа, чувствительности к обнаружению подвижных единиц, а также влияния климатических факторов на параметры шлейфов в реальных условиях эксплуатации. Исследования проводились на сортировочной станции Бекасово-Сортировочное Московской ж.д. В качестве объекта исследований был выбран участок 51 железнодорожного пути парка заполнения, состоящий из рельсовых нитей марки Р65, железобетонных шпал и щебеночного балласта, поскольку именно такой путь используется на большинстве сортировочных станций в настоящее время. Индуктивный шлейф контроля заполнения путей (КЗП) длиной 22 метра уложен в колею кабелем марки СБЗПу, содержащим 5 медных жил диаметром 1мм и закреплен в соответствии с типовыми проектными решениями [40]. Из кабеля образована катушка индуктивности содержащая пять витков, путем последовательного соединения жил кабеля. Все измерения производились на четырех витках индуктивного шлейфа. Участок рельсовой линии (рис. 2.6)
имеет стыки с омическим сопротивлением 0,5 Ом + 182 кОм. Измерения производились регулярно с мая по декабрь 2004 г.

Электрические параметры шлейфа определялись по типовой схеме для определения резонансных характеристик колебательных контуров [41]. В качестве генератора использовался универсальный генератор сигналов METEX MS-9150. В качестве вольтметра использовался высокочастотный вольтметр B3-38. Измерения параметров шлейфа (индуктивность и сопротивление) производились RLC измерителем Е7-8. Условия эксперимента: балласт сухой, температура воздуха 24 градуса по Цельсию.

Для оценки степени влияния рельсовой линии на результаты измерений шлейфы укладывались в междупутье на щебне, сохранив форму “восьмерка” и “прямоугольник”. Затем шлейфы укладывались в колею и запитывались сбоку, как показано на рис. 2.6. Стыки шунтировались перемычками с сопротивлением 0,1 Ом+ 0,2 Ом. Электрические параметры шлейфов, измеренные и рассчитанные на основании экспериментальных данных, представлены в таблице 2.1. Графики зависимости модуля входного сопротивления шлейфов от частоты генератора представлены на рис. 2.7. Кривая 1 характеризует изменение входного сопротивления шлейфов при размещении вне колеи, а графики 2 построены для случая размещения шлейфов в колее на подошвах рельсовых нитей.

Анализ характеристик рис 2.7 показывает, что при укладке шлейфа в
форме “восьмерка” в колею резонансная частота практически не меняется и составляет 105,6 кГц, а добротность увеличилась более чем в два раза (рис. 2.7а). Входное сопротивление 28,6 кОм. При укладке шлейфа в форме “прямоугольник” в колею (рис. 2.76) резонансная частота увеличилась и составила 106,7 кГц, добротность практически не изменилась. Входное сопротивление 13,4кОм. На частоте 60 кГц сопротивление шлейфов менее 600 Ом, это свидетельствует о том, что режимы согласования шлейфов на частотах ниже 100 кГц резко ухудшаются.
При симметричной запитке параметры шлейфов не меняются по сравнению с запиткой сбоку (таблица 2.1).
Сравнительные характеристики параметров шлейфов
Кривая 3 на рис. 2.76 построена для случая, когда обводных перемычек нет, стыки имеют омическое сопротивление 1,50л* 9,1 кОм. Добротность резко снизилась более чем в 3 раза, а резонансная частота уменьшилась и составила 101,1 кГц. Наличие стыков в зоне укладки шлейфа в форме “восьмерка” не оказывает влияния на параметры шлейфа (таблица 2.1).

Результаты исследований позволяют сделать следующие выводы:

Подтверждено, что индуктивный шлейф представляет собой параллельный колебательный контур со своими первичными параметрами и частотой настройки. Собственная емкость обоих шлейфов значительна и составляет порядка 2нФ;
Место запитки не влияет на первичные параметры и частоты настройки шлейфов;
Для индуктивных шлейфов характерно увеличение добротности при укладке в колею с сохранением частоты настройки. Рельсовая линия влияет на параметры шлейфа, как связанный контур со своей частотой настройки, увеличивая добротность и входное сопротивление последнего;
На шлейфе в форме “прямоугольник” наличие стыков с высоким омическим сопротивлением уменьшает его частоту настройки и резко уменьшает добротность с 17,8 до 4,7. Шлейф в форме “восьмерка” не чувствителен к состоянию стыков на участке, кроме того, его добротность в среднем в два раза выше по сравнению с добротностью шлейфа “прямоугольник” и составляет 25,4;

Оценка зоны чувствительности шлейфов и влияния сопротивления стыков

Для оценки зоны чувствительности шлейфов были проведены дополнительные измерения. При проведении эксперимента соседний шлейф не запитывался. Условия эксперимента: балласт сухой, без загрязнений, температура воздуха 23 градуса по Цельсию.

Установка и перемещение одиночного шунта (рис. 2.8) с сопротивлением 0,1 Ом в зоне укладки шлейфа не вносит никаких изменений в характеристики шлейфов обеих конфигураций независимо от координаты его наложения.

При закрепленном шунте на дальней границе шлейфа относительно места запитки и перемещении второго шунта через 5,5 метров в зоне укладки шлейфа (рис. 2.8) отмечается изменение параметров шлейфов обеих конфигураций (таблица 2.2). Сопротивление каждого шунта составляет О, Юм. Кривая 1 на рис. 2.9 характеризует изменение параметров шлейфа в форме “восьмерка”, а кривая 2 построена для шлейфа в форме “прямоугольник”

Сопоставление кривых на рис. 2.9 позволяет сделать вывод, что смещение второго шунта до точки скрещивания (11м) шлейфа в форме “восьмерка” приводит к изменению частоты резонанса от 105,6 до 120,2 кГц. Крутизна характеристики – 1,38кГц на 1м. Добротность шлейфа уменьшается с 25,4 до 13,1. При дальнейшем перемещении второго шунта к точке запитки шлейфа частота резонанса плавно убывает до исходной величины в координате 22м, добротность возвращается к исходной величине. Таким образом, максимальное изменение частоты резонанса составляет 13,8%.

При наложении двойного шунта по границам шлейфа в форме “прямоугольник” частота резонанса возросла со 105,4 до 144,5 кГц. Причем при перемещении шунта в зоне укладки частота резонанса изменялась практически линейно. Добротность также убывает практически линейно с 17,1 до 7. Таким образом, максимальное изменение частоты резонанса шлейфа наблюдается при наложении двойного шунта по границам шлейфа, а изменение частоты составляет 37,1%. Чувствительность шлейфа к двойному шунту по частоте в среднем составляет 2,2 кГц/м.

При дальнейшем перемещении второго шунта относительно дальней границы на шлейфе в форме “восьмерка” изменения параметров замечено не было. Кривая 1 на рис. 2.10 характеризует зависимость модуля входного сопротивления шлейфа в форме “прямоугольник” от частоты генератора при расположении второго шунта в зоне укладки соседнего шлейфа на расстоянии 40 метров от первого шунта, а кривая 2 построена для случая, когда соседний шлейф отсутствует.

Анализируя графики на рис. 2.10 можно отметить, что резонансная частота шлейфа к исходной не возвратилась и составляет 135,6 кГц (кривая 2). Таким образом, изменение частоты составляет 28,7% по сравнению со свободным участком. Очевидно, что при дальнейшем удалении второго шунта частота будет плавно убывать и в определенной координате достигнет значения при свободном участке. На кривой 1 характеристика имеет вид двугорбой асимметричной резонансной кривой [36] с частотами 120,9 и 136,9 кГц, что говорит о влиянии соседнего шлейфа через короткозамкнутый виток, образованный наложенными шунтами и рельсовыми нитями.

Для оценки влияния сопротивления стыков на зону чувствительности шлейфов были проведены следующие измерения:

На шлейф в форме “восьмерка” накладывались два шунта с сопротивлением по 0,1 Ом в координате противоположной месту запитки и точке скрещивания, и вводилось различное сопротивление стыков 1,5 Ом / 94 Ом
На шлейф в форме “прямоугольник” накладывались два шунта с сопротивлением по 0,1 Ом на границах шлейфа, и вводилось различное сопротивление стыков 1,5 0м + 7,2 к0м.

Результаты измерений сведены в таблицу 2.3.

Результаты исследований показывают, что в случае, когда омическое сопротивление стыков превышает 90 Ом, на шлейфе в форме “восьмерка” частота настройки возвращается к значению при свободном участке, добротность снижается в 2 раза, а входное сопротивление всего 1кОм. На шлейфе в форме “прямоугольник” частота настройки и добротность имеют такой же характер изменения. Это говорит о том, что в этом случае резко снижается чувствительность к обнаружению по частоте у шлейфов обеих конфигураций.
Результаты измерений позволяют сделать следующие выводы:

Максимальную чувствительность по частоте (2,2 кГц/м) имеет шлейф в форме “прямоугольник”, но его зона чувствительности более чем в 2 раза превышает геометрические размеры укладки. Кроме того, он имеет сильную связь через короткозамкнутый виток с соседними шлейфами;
Шлейф в форме “восьмерка” имеет чувствительность несколько ниже (1,7 кГц/м), однако он лишен указанных недостатков, так как не имеет связи с соседними шлейфами и его зона чувствительности соответствует геометрическим размерам.
Чувствительность шлейфов обеих конфигураций по частоте становится неразличима, если омическое сопротивление стыков в зоне укладки превышает 100 Ом.

Исследование воздействия вагона на индуктивные шлейфы

Вагон, наезжающий на шлейф, изменяет его параметры, оказывая двойное действие: своей металлической массой и шунтами осей тележек. Для количественной оценки изменения параметров при воздействии реальным вагоном проводились следующие измерения. В качестве вагона была выбрана порожняя платформа 42065680 с высотой основания 65 сантиметров от верхнего уровня головки рельса.

На рис 2.12 и 2.13 показано изменение параметров шлейфов в форме “восьмерка” и “прямоугольник” при перемещении сдвоенного шунта, четырех шунтов и платформы. Нулевая точка соответствует размещению первого шунта (оси вагона) на дальней границе шлейфа относительно места запитки (рис. 2.11). Кривая 1 на обоих рисунках характеризует изменение параметров при синхронном перемещении сдвоенного шунта в зоне укладки шлейфов. Расстояние между шунтами составляет 11,6м, что соответствует расстоянию между крайними осями тележек платформы. Воздействие всех осей тележек вагона на шлейф имитировалось добавлением еще двух шунтов. Расстояние между ними составляет 7,9м, что соответствует расстоянию между внутренними осями тележек платформы (рис.2.11). Кривая 2 на обоих рисунках характеризует изменение параметров шлейфов при синхронном перемещении четырех шунтов в зоне укладки шлейфа. Воздействие на шлейф вагона (платформы) производилось перемещением его в зоне укладки шлейфа для тех же координат – Кривая 3. График 4 построен для запитки шлейфов из центра при перемещении вагона в тех же токах.

Анализ кривой 1 на рис. 2.12а позволяет сделать вывод, что до точки скрещивания резонансная частота возрастает со 104,1 до 115,1 кГц. Крутизна преобразования – 1,03 кГц/м. Увеличение частоты обусловлено в основном уменьшением индуктивности шлейфа (рис. 2.126) с 1,103 до 0,997мГн. Добротность (рис. 2.12в) также уменьшается с 25,4 до 13,7, а активная составляющая сопротивления шлейфа (рис. 2.12г) изменяется с 25,1 до 6,9кОм. В точке, когда сдвоенный шунт находится симметрично относительно точки скрещивания, частота резонанса резко уменьшилась, а индуктивность увеличилась до исходной величины, затем, при дальнейшем перемещении сдвоенного шунта, частота вновь стала линейно возрастать, а индуктивность уменьшаться до величин 121,8кГц и 0,956мГн в координате запитки шлейфа. Крутизна изменения частоты в этом интервале – 1,7 кГц/м.

Сопротивление и добротность к исходным значениям не возвратились и составили 18,2кОм и 17,3, в координате запитки эти изменения – 21,7кОм и 11,5. При дальнейшем перемещении сдвоенного шунта до момента вывода последнего шунта на границу шлейфа частота резонанса и индуктивность приобретают исходное значение, крутизна преобразования на этом участке – 1,5 кГц/м. Добротность и сопротивление так же возвращаются к исходным значениям.

Анализируя кривые 2 и 3 на рис. 2.12а – 2.12в, нетрудно заметить, что характер изменения параметров не изменился, а изменились лишь абсолютные значения. При перемещении четырех шунтов частота резонанса увеличивается на 2 кГц, а индуктивность уменьшается в среднем на 0,2мГн, величины не снижаются до исходных величин в точке скрещивания, а составляют 106,8 кГц и 1,071мГн (рис. 2.12а и 2.126 кривая 2).

Сопротивление и добротность имеют такой же характер изменения, как и индуктивность, изменения в точке скрещивания 17,2кОм и 15,4 (рис. 2.12в и 2.12г кривая 2). Перемещение платформы вызвало дополнительное изменение частоты и индуктивности в нулевой координате со 104,1 до 104,7 кГц и соответственно с 1,103 до 1,082мГн, при нахождении вагона посередине шлейфа частота и индуктивность изменились до 110 кГц и 1,066мГн (рис. 2.12а и 2.126 кривая 3). Сопротивление и добротность сохраняют характер изменения, при установке вагона посередине шлейфа абсолютные изменения – 13,4кОм и 11,2 (рис. 2.12в и 2.12г кривая 3).

При запитке из центра (рис. 2.12а кривая 4) характеристика приобрела вид симметричной двугорбой кривой, обнаружительная способность лучше, крутизна преобразования в среднем 1,6 кГц/м.

При сравнении кривых 1 и 2 на рис. 2.13а, характерно плавное изменение частоты резонанса от 101,2 до 128,2 кГц, далее частота уменьшилась до 101,2. Чувствительность к шунтам составила 1,65 кГц/м. Индуктивность изменяется обратно частоте резонанса шлейфа (рис. 2.136 кривые 1 и 2), уменьшается с 1,092 до 0,871мГн и затем возвращается к исходному значению. Сопротивление и добротность имеют такой же характер изменения (рис. 2.1 Зв и 2.1 Зг кривые 1 и 2). Перемещение платформы, (кривая 3) характеризуется дополнительным изменением частоты до 130,1 кГц, крутизна преобразования – 1,74 кГц/м (рис. 2.13а). Индуктивность дополнительно уменьшается до 0,838мГн (рис. 2.136). Сопротивление и добротность изменяются по абсолютному значению до 5,1кОм и 7,5 (рис. 2.13в и 2.13г).

При запитке из центра (рис. 2.13а кривая 4) крутизна преобразования становится выше, в среднем 2,16 кГц/м, что улучшает способность к обнаружению подвижных единиц.

На рис. 2.14 показано изменение частоты резонанса шлейфов обеих конфигураций при перемещении вагона в тех же координатах. Кривые 1,2,3 и 4 характеризуют воздействие на шлейф вагона при настройке на собственную частоту резонанса и частоты, отличные от него: 80, 60 и 40 кГц. Анализируя графики, несложно заметить, что изменение частоты от воздействия вагона становится тем ниже, чем больше шлейф расстроен от частоты собственного резонанса. Так, на частоте собственного резонанса у шлейфа в форме “прямоугольник” максимальное изменение частоты 28,6%, на частоте 80 кГц – только 21,2%, а на 40 кГц – всего 12%. На шлейфе в форме “восьмерка” изменение частоты достигает 20,3, 14,8 и 11,8% соответственно.

Результаты измерений позволяют сделать следующие выводы:

Воздействие вагона на индуктивные шлейфы характеризуется увеличением частоты настройки и снижением добротности шлейфов;
На шлейфе в форме “восьмерка” при перемещении вагона характер изменения частоты носит вид двугорбой ассиметричной резонансной кривой. Явно выделяются два частотных максимума при занятии первой и второй половины шлейфа, когда изменение частоты 15,3 и 21%, а добротность уменьшается в 2,4 и 3,1 раза соответственно. В точке скрещивания изменение частоты составляет 5,7% по сравнению со свободным участком, а добротность уменьшается в два раза. Крутизна преобразования характеристики в среднем 1,4 кГц/м;
На шлейфе в форме “прямоугольник” при перемещении вагона характер изменения частоты носит вид симметричной резонансной кривой с максимумом в середине шлейфа, изменение частоты составляет 26,6%,
добротность уменьшается в 2,4 раза. Крутизна изменения характеристики 1,74 кГц/м;
Подтвердилось, что основное действие на шлейф оказывают шунты колесных пар тележек вагона, а металлическая масса оказывает дополнительное, незначительное воздействие;
Частотный признак обнаружения подвижных единиц весьма эффективен, поскольку изменение частоты на 10 метров составляет около 10%. При настройке шлейфа на частоты ниже собственного резонанса чувствительность к обнаружению вагона шлейфов обеих конфигураций резко снижается. На частоте собственного резонанса изменения частоты до 21 %, на частоте 80 кГц – 15%, а на частоте 60 кГц – 12%;
Если запитывать шлейфы в центре, обнаружительные способности становятся выше по сравнению с запиткой сбоку. На шлейфе в форме “восьмерка” в точке скрещивания изменение частоты 6,1%, на шлейфе в форме “прямоугольник” изменение частоты 26,4%. Характеристики приобретают вид симметричных кривых, крутизна изменения характеристик увеличивается. На шлейфе в форме “восьмерка” крутизна преобразования в среднем 1,6 кГц/м, на шлейфе в форме “прямоугольник” крутизна изменения характеристики составляет 2,31 кГц/м.

Влияние климатических факторов на параметры шлейфов

В реальных условиях эксплуатации на шлейф оказывают воздействие не только подвижные единицы, но и различные факторы эксплуатационного характера (засорение рудами, горюче-смазочными материалами и т.п.), а также климатические условия (холод, жара, влажность и др.). В [29] было показано, что искусственный экран из металлической пыли на поверхности изоляции вызывает увеличение активного сопротивления и индуктивности шлейфов линий индуктивной связи (ЛИС), а также рабочей емкости цепи.
Также было показано, как влияют климатические факторы на параметры шлейфов ЛИС.
Целью эксперимента является количественная оценка изменения параметров шлейфа ИПД под действием климатических факторов в реальных условиях эксплуатации. Исследования проводились при следующих условиях:

Температура воздуха изменяется от 27 до 20°С, сухой грунт;
Температура воздуха 15°С, моросящий дождь, влажный грунт;
Температура воздуха 5°С, сухой грунт;
Температура воздуха 1°С, прошел сильный дождь, сырой грунт;
Температура воздуха -7°С, снежный покров, достигающий головок рельсовых нитей;

Все измерения проводились на шлейфе в форме “восьмерка”, уложенном на подошвы рельсовых нитей внутри колеи.

На рис. 2.15 показано изменение параметров шлейфа при настройке на различную частоту и температуре воздуха 23°С. Кривая 1 характеризует изменение резонансной частоты шлейфа, а кривая 2 – добротности. При подключении дополнительных емкостей добротность и активное сопротивление шлейфа уменьшаются и снижается частота настройки. При этом шлейф имеет максимальную добротность при С0ол= 4,7нФ (рис. 2.16г), что примерно в два раза выше собственной емкости шлейфа, частота резонанса в этом случае от указанных внешних факторов изменяется на величину менее 1%. Остальные параметры изменяются незначительно.
При увеличении температуры с 20 до 27°С изменение добротности носит вид резонансной кривой с максимумом при температуре 23°С. Входное сопротивление шлейфа резко увеличивается, а резонансная частота возрастает до 2,2%.
На рис. 2.16 показано изменение параметров шлейфа в зависимости от указанных климатических условий. Кривые 1,2,3,4 и 5 характеризует настройку шлейфа на собственную частоту резонанса и частоты, отличные от него: 80, 60, 40 и 35 кГц, путем подключения параллельно шлейфу дополнительных емкостей: 1,5,4,7,10 и 24,8 нФ.
Из графиков на рис. 2.16 видно, что в диапазоне температур -7 – +27°С собственная емкость шлейфа изменяется до 20%, индуктивность изменяется всего на 3,5% и, как следствие, частота настройки изменяется до 7%. Таким образом, относительно малые изменения частоты настройки (рис. 2.16а) связаны с температурной компенсацией характера изменения собственных параметров шлейфа (рис. 2.166 и 2.166), индуктивности L^ и емкости Сшп. Добротность шлейфа и активное сопротивление значительно уменьшаются, абсолютные изменения в 4 раза. Анализ характеристик показывает, что разброс параметров в зависимости от температуры тем меньше, чем больше шлейф расстроен от частоты собственного резонанса, т.е. чем больше величина дополнительной емкости а, следовательно, компенсация изменения собственной емкости шлейфа. Так, при дополнительной емкости, вдвое больше емкости шлейфа, частота собственного резонанса шлейфа в указанном диапазоне температур изменяется на величину 2,5%, а если эту емкость увеличить на порядок, то эти изменения составят всего 1,4%.