UM71 Notes d'Application
- Mark Beeson (Deactivated)
avec des Exemples
Composants Vitaux du Spectre de Fréquence UM71
F0 = Fréquence Centrale
FM = Taux de Modulation (F0/128)
FU = Bande-Latérale Supérieure (F0 + F0/128)
FL = Bande-Latérale Inférieure (F0 - F0/128)
Un courant suffisant doit être présent aux deux fréquences de la bande latérale pour que le récepteur UM71 puisse afficher le circuit de voie comme étant dégagé des trains.
La fréquence centrale est un artefact mathématique causé par la modulation des deux fréquences de la bande de base UM71. Si les courants de bande latérale ne sont pas correctement situés dans le spectre de fréquences, la fréquence centrale ne sera pas présente au bon emplacement spectral.
Descriptions Détaillées des Canaux de Sortie
Nom du Canal | UM71 |
|---|---|
Description | UM71 Fréquence de verrouillage automatique. Utilisé pour identifier le code de fréquence du circuit de voie connecté. Verrouillage automatique à la fréquence UM71 la plus forte au démarrage (1700, 2000, 2300, 2600 Hz). Cela permet au VTi21 de se verrouiller sur les fréquences de bande latérale correctes pendant le fonctionnement. Il permet à l'utilisateur du système de déterminer le type d'UM71 auquel le VTi21 est connecté. |
Nom du Canal | ICent |
|---|---|
Description | La magnitude de la composante spectrale de la fréquence centrale. Deux courants de bande latérale doivent être présents à la séparation de fréquence correcte pour que la fréquence centrale apparaisse dans la partie correcte du spectre de fréquence. Ce canal est le principal canal d’intérêt du point de vue de la maintenance basée sur les conditions. Tout écart par rapport au comportement normal pendant les périodes de dégagement et d'occupation du circuit de voie est indicatif en cas de défaillance naissante. En tant que tel, ce canal est le choix naturel pour suivre la santé de l’actif. Ce canal n'est cependant pas très efficace pour fournir des informations de diagnostic et de pronostic. C'est pourquoi la solution VTI21 UM71 offre des canaux de données supplémentaires pour les diagnostics et éventuellement pour le pronostic. Ceci peut être réalisé en utilisant un opérateur expert formé ou en développant des algorithmes intelligents. |
Nom du Canal | Freq |
|---|---|
Description | La fréquence la plus forte observée. Si l'émetteur est parfait, la fréquence la plus forte correspondra exactement à la fréquence UM71. Par exemple, 1700 Hz pour un UM71 à 1700 Hz. Si l'émetteur n'est pas parfait, la valeur indiquée s'écartera de l'idéal. Indique une défaillance naissante de l'émetteur. Le canal Freq est calculé pendant que le circuit de voie est occupé. Cela peut souvent produire des données bruitées s'il y a très peu de courant à mesurer. Cependant, si un circuit de voie souffre d'interférences de courant de traction, la fréquence la plus forte pendant l'occupation sera une fréquence associée à la traction de la locomotive. |
Nom du Canal | SBRT |
|---|---|
Description | Ratio de bande latérale. L'UM71 exige la présence de deux fréquences, chaque fréquence étant séparée de 13 à 20 Hz de la fréquence de fonctionnement indiquée. Idéalement, ces fréquences devraient être égales en magnitude.
Pour calculer SBRT, les deux bandes latérales doivent être présentes. Ce n'est pas vrai quand la circuit de voie est occupée. Pendant l'occupation du circuit, le VTi21 arrêtera le calcul de SBRT et conservera la valeur précédente jusqu'à ce que la circuit de voie redevienne nette. Si la canal ne cède pas près de 50%, alors:
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Nom du Canal | ITOT |
|---|---|
Description | Courant efficace total à large bande observé au récepteur (0 Hz à 12 kHz) C'est une mesure simple du courant observé au récepteur <<les verrues et tous>>, comme on dit en anglais. Il contiendra toutes les sources de courant, y compris la traction parasite, les UM71 avoisinants, ainsi que l’UM71 recherché. Un changement dans ITOT sans changement notable dans ICent indique une source d'interférence électrique indésirable. |
Nom du Canal | 1700 2000 2300 2600 |
|---|---|
Description | Ces quatre canaux indiquent le courant total observé à la fréquence centrale et aux deux fréquences de bande latérale des quatre variantes de l’UM71. Ces lectures ne sont pas aussi précises que les mesures de courant "dans le groupe" obtenues à la fréquence de fonctionnement principale du circuit de voie. Ces canaux peuvent être utilisés pour observer les courants de fuite des circuits de voie voisins résultant d'une mauvaise liaison dans la zone syntonisée. Des courants de fuite excessifs de la mauvaise fréquence peuvent empêcher le récepteur UM71 d'indiquer que le circuit de voie est dégagé. |
Exemples
Des défaillances mécaniques dans le circuit de voie, telles que des fils lâches, une contamination de la tête de rail, des rails cassés ou des roues de train encrassées peuvent être détectées en observant les changements de l'état habituel des courants de circuit de voie occupés et des courants de circuit libre.
Comme ces défauts affectent généralement la résistance de tout le circuit de voie, les modifications apportées au canal ITOT refléteront le canal ICent. SBRT restera inchangé.
Le graphique ci-dessous montre comment:
- Un câblage desserré cause un "pépin" du circuit de voie vide à l'état libre.
- La contamination du ballast de voie peut faire chuter le courant "libre" dégagé au point où la voie
- La contamination de la tête de rail ou des roues du train peut entraîner la perte d'un train dans une section de voie.
Dans l'exemple ci-dessous, la fréquence de l'émetteur s'écarte de la fréquence idéale. Cela provoque une baisse de la valeur du canal ICent et une modification du canal SBRT. L'observation du canal Freq permet de diagnostiquer le problème. Le canal ITOT ne change pas car le niveau d'énergie total reste le même.
Dans l'exemple ci-dessous, l'émetteur a cessé de moduler. Cela provoque un décalage de fréquence de 10 Hz vers une fréquence de modulation unique. Cela provoque une erreur grossière dans le canal SBRT. Le canal ITOT ne change pas car le niveau d'énergie total reste le même.
Dans l'exemple ci-dessous, l'unité d'accord retentir de manière incorrecte, ce qui entraîne un déséquilibre des bandes latérales. Cela se traduit par une chute de ICent et une modification de SBRT. Le canal de fréquence reste le même. ITOT suivra ICent.
Dans l'exemple ci-dessous, l'émetteur a une fréquence de modulation incorrecte. Cela n'affectera ni SBRT ni Freq car les deux bandes latérales sont incorrectes de la même marge. Le seul moyen de suivre ce mode de défaillance est de suivre l'amplitude des bandes latérales dans le temps en obtenant périodiquement un tracé FFT a partir du VTi21.
Dans l'exemple ci-dessous, un signal de traction puissant de 600 Hz est présent pendant l'occupation du circuit de voie. Ceci peut être observé par une augmentation de ITOT pendant la période d'occupation, sans augmentation correspondante de ICENT. L'analyse du canal Freq révélera qu'une quantité substantielle de courant à 600 Hz a été observée pendant l'occupation du circuit de voie.
Dans l'exemple ci-dessous, vous pouvez observer des fuites supplémentaires du circuit de voie adjacent. Si rien n'est fait, cela pourrait éventuellement entraîner une défaillance du circuit de voie surveillé.
UM71 Application Notes
with Examples
Vital Components of the UM71 Spectrum
F0 = Centre Frequency (F0)
FM = Modulation Rate (F0/128)
FU = Upper Side band (F0 + F0/128)
FL = Lower Side band (F0 - F0/128)
Sufficient current must be present at both side-band frequencies in order for the UM71 receiver to show the track circuit as clear of trains.
The centre frequency is a mathematical artefact caused by the modulation of the two UM71 base-band frequencies. If the side-band currents are incorrectly located in the frequency spectrum, then the centre frequency will not be present at the correct spectral location.
Detailed Output Channel Descriptions
| Channel Name | UM71 |
|---|---|
Description | UM71 Auto-Lock-on Frequency. Used to identify the frequency code of the connected track circuit. Automatically “locks” to the loudest UM71 frequency at start-up (1700, 1900, 2100, 2300 Hz). This allows the VTi21 to lock onto the correct side-band frequencies during operation. It allows the system user to determine which type of UM71 the VTi21 is connected to. |
| Channel Name | ICent |
|---|---|
Description | The magnitude of the centre frequency spectral component. Two side-band currents must be present at the correct frequency separation for the centre frequency to appear in the correct part of the frequency spectrum. This channel is the primary channel of interest from a condition based maintenance perspective. Any deviation away from normal behaviour during the clear and occupied periods of the track circuit are indicative if an incipient failure. As such this channel is the natural choice for tracking the health of the asset. This channel is not however very good at providing diagnostic and prognostic information. This is the reason why the VTI21 UM71 solution offers additional data channels to allow diagnostics and eventually, prognostics. This can be realised through the use of a trained expert operator, or through development of smart algorithms. |
| Channel Name | Freq |
|---|---|
Description | Loudest Frequency observed. If the transmitter is perfect, the loudest frequency will match the UM71 frequency exactly. For example, 1700 Hz for a 1700 Hz UM71. If the transmitter is not perfect, the reported value will deviate from the ideal. Indicating a developing transmitter fault. The Freq channel is calculated whilst the track circuit is occupied. This can often yield noisy data if there is very little current to be measured, however, if a track circuit is suffering from traction current interference then the loudest frequency during occupation will be a frequency associated with locomotive traction. |
| Channel Name | SBRT |
|---|---|
Description | Side band ratio The UM71 demands that two frequencies are present, each frequency separated by between 13 to 20 Hz from the stated operation frequency. Ideally these frequencies should be equal in magnitude.
In order to calculate SBRT, both side-bands must be present. This is not true when the track is occupied. During track circuit occupation, the VTi21 will cease calculation of SBRT and hold the previous value until the track becomes clear once more. If the channel does not report close to 50%, then:
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| Channel Name | ITOT |
|---|---|
Description | Total Broadband RMS current observed at the receiver (0Hz to 12 kHz) This is a simple measure of current observed at the receiver “warts-and-all”. It will contain all sources of current, including, stray traction, neighbouring UM71’s, as well as the wanted UM71. A shift in ITOT with no notable change in ICent indicates a source of unwanted electrical interference. |
| Channel Name | 1700 2000 2300 2600 |
|---|---|
Description | These four channels show the total current observed at the centre frequency and both sideband frequencies of all four UM71 variants. These readings are not as precise as the “in-band” current measurements obtained at the principal operating frequency of the track circuit. These channels can be used to observe any leakage currents from neighbouring track circuits resulting from improper bonding in the tuned zone. Excessive leakage currents of the wrong frequency can cause the UM71 receiver to fail to show the track circuit as clear. |
Examples
Mechanical track circuit faults, such as loose bonding, railhead contamination, broken rails or contaminated wheels can be detected by observing shifts in the usual state of the occupied track circuit currents, and the clear track circuit currents.
As these faults typically affect the resistance of the entire track circuit, Changes to the ITOT channel will mirror the ICent channel. SBRT will remain unaffected.
The graph below shows:
- How loose wiring cause the clear current to “glitch” during the clear state.
- Contamination of track ballast can cause the “clear” current to drop to the point where the track can fail.
- Railhead or train wheel contamination can cause the loss of a train in a track section.
In the example below, transmitter frequency deviates from the ideal frequency. This causes a drop in the value of the ICent channel, and change in the SBRT channel. Observing the Freq channel allows diagnosis of the problem. The ITOT channel does not change, as the total energy level remains the same.
In the example below the transmitter has ceased modulation. This causes a frequency shift by 10 hertz to towards a single modulation frequency. This causes a gross error in the SBRT channel, and a large drop in ICent. The ITOT channel does not change, as the total energy level remains the same.
In the example below the tuning unit is improperly resonated, leading to a side-band imbalance. This results in a drop in ICent and a shift in SBRT. Freq channel remains the same. ITOT will follow ICent.
In the example below, the transmitter has the incorrect modulation frequency. This will not effect ICent, SBRT or Freq, as both sidebands are equally incorrect. The only way to track this failure mode is to track the magnitude of the side bands over time by periodically obtaining an FFT plot from the VTi21 in this scenario can aid diagnosis.
In the example below, a strong 600Hz traction signal is present during track circuit occupation. This can be observed by an increase in ITOT during the occupancy period, with no corresponding increase in ICENT. Analysis of the Freq channel will reveal that a substantial amount of current at 600 Hz was observed during track circuit occupation.
In the example below you can observe additional leakage from the adjacent track circuit. If left unresolved, this could eventually cause the monitored track circuit to fail.