1/8 Estudio del campo magnético para un detector de ejes de trenes Patricio Donato, Jesús Ureña, Manuel Mazo, Juan Jesús García, Fernando Álvarez * Departamento de Electrónica – Universidad de Alcalá Carretera a Barcelona, km. 33,600 – Alcalá de Henares – CP: 28871 – Madrid – España TEL:+34918856921 / Fax: +34918856591 - E-mail: donatopg@depeca.uah.es * Departamento de Ingeniería Electrónica y electromecánica – Universidad de Extremadura Cáceres – CP: 10071 – Extremadura - España Resumen La detección fiable del paso de unidades ferroviarias por determinados puntos críticos de las vías (especialmente en los desvíos o bifurcaciones), es una necesidad importante para la gestión segura de la circulación. El sistema propuesto aquí, así como la mayoría de los sistemas existentes para tal fin, funciona basándose en la detección de la perturbación que sufre un flujo magnético, generado mediante bobinas, al paso de la rueda del tren. Además se propone el uso de una señal codificada mediante secuencias complemetarias Golay para poder trabajar en situaciones de muy bajas relaciones S/N. En este trabajo se realiza un estudio en profundidad del comportamiento del campo magnético en las inmediaciones de las vías del tren, teniendo en cuenta tanto los parámetros de diseño relativos al sensor, así como las condiciones de vía libre y vía ocupada. 1. Introducción La mayoría de los sistemas existentes para la detección de paso de unidades ferroviarias (detectores de ejes) basan su funcionamiento en principios magnéticos. La detección de la rueda del tren se consigue mediante la medición de la perturbación que sufre el flujo magnético generado por una bobina. Actualmente, los detectores de ejes comerciales existentes en el mercado se basan mayormente en circuitos RLC que van colocados junto a la vía y sintonizados a una frecuencia fija. En la condición de reposo, cuando la vía está desocupada, circula una corriente de módulo y fase constante por el circuito RLC. Al pasar la rueda del tren, la inductancia experimenta un cambio en su magnitud, debido a las variaciones de la permeabilidad magnética y la densidad de flujo magnético del entorno. Al variar la inductancia, también varía la frecuencia de resonancia y la impedancia del circuito RLC, lo cual provoca variaciones en la corriente, que pueden ser medidas fácilmente. Otra propuesta alternativa para la detección de paso de trenes, aunque también operando con principios magnéticos, es la que se desarrolla en [9] [10]. En dichos trabajos se propone el desarrollo de un detector seguro de ruedas de trenes, usando dos bobinas trabajando como emisor y receptor respectivamente. El sistema detecta las ruedas como cambios en el acoplamiento magnético entre las bobinas colocadas a ambos lados del rail. Para eso, ambas bobinas están instaladas en el mismo plano de altura, una a cada lado del rail, orientadas en forma paralela, y colocadas sobre una placa metálica. La bobina emisora es excitada con una corriente armónica en el rango de las decenas de kHz, y la detección se produce por comparación entre la señal emitida y la recibida. En [2] también se usa un par de bobinas colocadas a ambos lados de la vía, pero procesando un código en forma continua, en lugar de medir el nivel de atenuación. Dicho sistema esta basado en la codificación del flujo magnético con un código Barker de 13 bits, que al ser interrumpido por el paso de una rueda de tren detecta la presencia de la misma. El procesamiento de la señal se realiza mediante la correlación entre la señal enviada y la recibida, lo cual permite aprovechar las características especiales del código Barker de 13 bits. El código Barker tiene una función de autocorrelación con un pico muy marcado con una relación N:1 respecto de los lóbulos laterales (donde N es el número de bits). Esta característica permite distinguir al código Barker a pesar del nivel de ruido presente en el ambiente ó la atenuación impuesta por el canal. El problema de los códigos Barker es su limitación máxima a 13 bits. Por este motivo, en [7] [8] se mejora y amplía esta idea, utilizando las secuencias complementarias Golay en lugar de los códigos Barker, y conectando las bobinas emisora y receptora como parte de un puente de alterna [8]. Las secuencias Golay no tienen la limitación máxima de los códigos Barker, y se pueden conseguir funciones de autocorrelación con picos de amplitud 2N, donde N es la longitud en bits de las secuencias Golay. La propuesta de este trabajo se basa en [8], pero ampliando el estudio del modelo magnético y el procesamiento de la señal. Se pretende alejar la unidad electrónica de vía hasta la ubicación de la unidad de control, en el edificio técnico. Por lo tanto, es muy importante garantizar una elevada inmunidad al ruido y a la atenuación introducida por el medio. Otro aspecto importante y fundamental es la fiabilidad en la detección de las ruedas del tren, lo cual depende casi exclusivamente de las bobinas sensoras. En este trabajo se presenta un estudio del campo magnético en las inmediaciones del rail, y como se ve afectado por la presencia de la rueda del tren. Este estudio es fundamental para el diseño de las bobinas, porque nos permite conocer las variaciones del campo B y del flujo magnético en la bobina receptora en función de la ocupación de la vía.