一、传统铁路信号故障—安全技术的产生
在设备发生故障时，使其倒向安全侧的故障—安全概念早已萌发。早在1825年，世界上出现了第一条铁路——英国的斯托克顿—达林顿（Stockton-Darlington）铁路，当时在夜间是用车站窗口的蜡烛烛光指挥行车的。约定以烛光亮作为停车信号，以烛光灭作为允许信号，这样常因大风吹灭表示“停止”的蜡烛而发生多次冒进的行车事故。于是将其含义反过来，把蜡烛亮定义为“进行”，蜡烛灭定义为“停止”。这就是在初期阶段萌发的故障—安全的原始概念。
此后，随着科学技术的发展，铁路信号率先开始使用故障—安全设备，其中产生过重大影响的有以下几种设备：
（一）臂板信号机
1841年格列高里（C.H.Gregory）发明了易于被司机辨认的臂板信号机，它模仿人们举起手臂发出信号的动作，约定以举起臂板作为停车信号，但由于牵引臂板动作的导线出现折断事故而不能发出停车信号，从而使伤亡事故仍难避免。以此为契机，研制出利用重力显示停车信号的臂板信号机，其结构如图1-1所示，它根据臂板的角度表示信号状态，水平时定为安全侧的停止信号，其具体的故障—安全措施是：臂板是木质的，夜间显示用的镜框是铁质的，其重量超过臂板，以回转轴为中心产生反向力矩保持臂板的水平位置。牵纵拐肘的重锤以其自身重量保持下锤状态，此时通过拉杆对显示镜框产生下拉的力，维持臂板的水平位置。这样一来，一旦拉杆折断或导线折断，依靠镜框和重锤的重力，使臂板成为水平，导向安全侧。这种重力法原理后来成为故障—安全技术的重要方法之一。
图1-1 机械臂板信号机的结构
（二）机械联锁设备
1856年John saxby提出并在英国Bricklayer Arms联络站上装设了机械联锁设备，随后由Farmer对此加以改进，所以称为Saxby-Farmer式联锁装置。联锁关系往往是双方相互制约的先后顺序关系，例如当道岔位置不对，禁止信号机显示允许信号；道岔锁闭后，不准许它再变位，信号机显示允许信号。机械联锁用机械的方法实现了信号机和道岔之间的这种联锁，防止操作人员的错误办理。
（三）信号继电器
1870年左右，具有非对称错误特性的信号继电器就开始使用了。这种继电器是把无电闭合的接点组规定为安全侧，有电闭合的接点组规定为危险侧。当发生断电、断线故障时必须使反映侧危险状态的前接点组自动断开，反映侧安全侧状态的后接点组自动闭合。这种继电器的结构如图1-2所示，其实现故障—安全的技术措施是：
（1）有电闭合的接点组采用银和炭的接点，银和炭成为一个不可熔性的组合，使其不能因电弧、火花或大电流造成熔接而保待吸起位置。
（2）衔铁的设计是依靠它的重力而不用弹力，在失去电能的时候，使有电闭合的接点断开。
（3）动接点组与衔铁间采用硬性连接，以保证衔铁和接点动作的一致。
（4）磁路空气隙是经过仔细调整选定的，并由非磁性的安全止钉保持这一空气隙。
（5）继电器端子柱之间的空隙，其漏电和耐压的大小一定要足以使得雷击和其他高压脉冲不会损坏面板和将其绝缘电阻减至不安全的程度。
这样的结构确保：当电路、线圈发生故障时，后接点组闭合的概率大大超过前接点组闭合的概率，使其具有非对称错误特性；定义前接点反映危险状态，后接点反映安全侧状态，例如用后接点组构成红灯显示，前接点组构成绿灯显示，当发生故障时，以较高的概率变成红灯显示，从而实现故障—安全原则。
图1-2 信号继电器结构
（四）轨道电路
1872年美国的维·鲁滨逊（V.Robinson）发明了轨道电路，最初是开路式轨道电路。列车进入轨道电路区段，由于钢轨断裂、连接线断线，继电器不能励磁吸起，发生了不能显示停止信号的事故，因而，三年后改进为直流闭路式轨道电路，如图1-3所示。在没有列车或车辆时，钢轨上流通电流，使轨道继电器励磁吸起闭合前接点组，当列车或车辆占用轨道电路、连接线断线、钢轨裂缝时，轨道继电器会失电落下闭合后接点组，表示区段占用，显示停止信号，实现故障—安全。这里的安全侧与轨道电路的开路或短路状态相对应。
图1-3 直流闭路式轨道电路结构
（五）继电联锁设备
1929年Chicago Rockisland和Pacific铁路公司在美国Illinois州的Blue Island设置第1个继电联锁装置。它是用信号继电器，根据闭路原理和安全对应法则组成实现信号机、道岔、轨道电路电气联锁的继电器电路。
在这个阶段，铁路信号仍停留在狭义的故障—安全概念上。故障—安全技术主要以实际经验为基础，吸收各个时代的先进技术而发展起来。