重力感應式計軸設備及用其檢測軌道區段狀態的方法

2023-05-14 08:15:51

專利名稱：重力感應式計軸設備及用其檢測軌道區段狀態的方法
技術領域：
本發明涉及一種鐵路交通管理設備及其管理方法，尤其是一種重力感應式計軸設
備及用其檢測軌道區段狀態的方法。
背景技術：
軌道區段狀態的檢測即是對軌道的各區段進行檢測，從而進行判別各區段是處於佔用狀態還是處於空閒狀態。當前檢測軌道區段狀態的常用設備是軌道電路，但由於軌道電路採用鋼軌做電路通道，絕緣性能不好，對線路絕緣性要求很高，受外界幹擾、道床和鋼軌的狀況影響較大，在檢測軌道區段狀態時存在分路不良、"紅光帶"等問題，致使出現誤判現象。在半自動閉塞沒有區段軌道檢測設備，列車的完整到達全憑人工確認，阻礙了鐵路運輸能力的進一步提高。因此，目前主要是採用電磁感應式計軸設備來解決軌道電路分路不良、"紅光帶"等問題，它是利用電磁式磁頭感應列車車輪經過的信號來判斷軌道區段是否有車佔用的計軸設備。但是在實際應用中，電磁式磁頭會因鋼軌振動、車輛輪對變化以及電磁幹擾等因素影響，特別是受鐵鍬等非輪軸金屬物體和單軌車的影響更大，往往會造成軌道電路誤判，不能有效解決軌道電路分路不良、"紅光帶"等問題。

發明內容
本發明要解決的主要技術問題是提供一種重力感應式計軸設備，該重力感應式計軸設備是採用重力感應式傳感器作為車輪計軸傳感器，實現對軌道區段狀態的安全檢測。它不會因鋼軌振動、車輛輪緣厚度變化而對輸出產生影響，其抗幹擾能力強，不受非輪軸金屬物體的影響，能有效解決軌道電路分路不良、"紅光帶"等因素帶來的誤判問題。
本發明要解決的另一個技術問題是提供一種用重力感應式計軸設備檢測軌道區段狀態的方法，該方法能夠使重力感應式計軸設備準確判斷軌道區段的空閒、佔用狀態。
解決上述主要技術問題的技術方案是一種重力感應式計軸設備，包括位於線路上的車軸檢測器、位於室內的計軸信息處理系統、輸入輸出子系統以及電源，所述的車軸檢測器主要由安裝在線路鋼軌腰部上的傳感器單元、安裝在設備箱內的車輪電子檢測器組成，其中，每個傳感器單元是由3 7個重力感應式傳感器組成的重力感應式傳感器單元，車輪電子檢測器主要由計軸CPU單元、信號處理單元、傳感器電源單元和狀態檢測單元組成，傳感器電源單元的輸出端與傳感器單元的輸入端連接，傳感器單元的輸出端與信號處理單元的輸入端連接，信號處理單元的輸出端和狀態檢測單元的輸出端分別與計軸CPU單元的輸入端連接；所述的計軸信息處理系統主要由CPU單元、通信單元和1/0單元組成，CPU單元帶有網絡接口並通過該網絡接口相互連接，通信單元帶有CAN數據接口並與車輪電子檢測器的計軸CPU單元相互連接、帶有數據串口與外部的數據設備相連，該通信單元和I/O單元分別與CPU單元連接；所述的輸入輸出子系統包括動態驅動組合單元、繼電器和按鈕，繼電器的輸入端通過動態驅動組合單元與計軸信息處理系統的1/0單元的輸出端連接，繼電器和按鈕的輸出端與計軸信息處理系統的I/O單元的輸入端連接。
本發明的進一步技術方案是所述的重力感應式計軸設備還包括分別位於室內和線路上的計軸信息處理系統與車軸檢測器數據通迅子系統，該子系統包括有通道防雷單元和傳輸線，所述的通道防雷單元通過傳輸線分別與計軸信息處理系統的通信單元、車軸檢測器的計軸CPU單元進行連接；所述的傳輸線採用普通信號電纜線，採用CAN總線通信方式，並多個設備共用一組芯線。 本發明的另一個技術方案是一種用重力感應式計軸設備檢測軌道區段狀態的方法，該方法是在線路各計軸點的鋼軌上安裝由3 7個重力感應式傳感器組成的傳感器單元感知鋼軌本身在車輪重力載荷作用下發生的彈性應力變化，並產生與該彈性應力變化相對應的車輪信號，該車輪信號被傳輸到車輪電子檢測器的信號處理單元進行處理後，轉換為脈衝波形，脈衝波形再傳輸到計軸CPU單元；車輪電子檢測器的計軸CPU單元對脈衝波形進行採集計數，並進行數據信息對比和計算出列車運行信息，然後將該列車運行信息發送到計軸信息處理系統的通信單元；計軸信息處理系統接收到車輪電子檢測器的計軸CPU單元發送來的列車運行信息，並將列車運行信息進行判別和比較處理，從而進行判別軌道區段狀態； 所述的重力感應式傳感器的主要輸入參數為P> (600 1000) kg，V= (0 300)km/h， 上式中，P為車輪重力載荷，V為列車速度。 採用本發明之重力感應式計軸設備對軌道區段狀態進行檢測的基本檢測原理是 根據鋼軌本身在車輪重力載荷作用下會發生彈性應力變化的力學原理，在鋼軌中
安裝重力感應式傳感器感知該應力變化，產生與應力變化相對應的信號值。 為便於論述，將兩根軋枕之間的一段鋼軌AB可以當成一截簡支樑看待，A、 B兩點
分別安裝重力感應式傳感器a和重力感應式傳感器b (如圖9所示)。 當車輪運行在A、 B兩點間時，根據力學原理得知A、 B兩點的剪力Q與移動載荷P之間的關係有仏=子屍 上式中，1為A點和B點之間的距離，x為車輪中軸線至A點的距離； 重力感應式傳感器a和重力感應式傳感器b感應的信號值與移動載荷P之間的關
系有(k為常量係數)formula see original document page 6 將兩個信號值進行減法疊加處理，重力感應式傳感器a、 b感應的信號值差與移動載荷P之間的關係有
formula see original document page 6 理論上當車輪經過AB區段時，重力感應式傳感器a、b感應到的信號經減法疊加處理後是一個與重力相關的方波脈衝信號。 根據以上結論，在計軸區段端頭選取一處軌枕空檔，在空檔處的鋼軌軌腰中間安裝三個重力感應式傳感器，當車輪在1#、2#、3#傳感器間運行時(如圖10所示)，其感應到的信號值經減法疊加處理信號後為U12和U23。在實際應用中車輪移動載荷與1#、2#、3#傳感器感應到的信號值的函數關係有差別，故U12和U23不是方波脈衝信號，其波形是有變形的脈衝信號(如圖11所示)。通過檢測計算通過檢測點的脈衝個數，實現計算列車軸數；根據兩個脈衝出現的先後，鑑別列車運行方向；根據脈衝的寬度可以計算列車運行速度；根據脈衝幅值可以計算出列車的重量。 由於採用上述技術方案，本發明之重力感應式計軸設備及用其檢測軌道區段狀態
的方法具有以下有益效果 1、檢測結果準確 由於本發明之重力感應式計軸系統是採用重力感應式傳感器代替了傳統的電磁式磁頭來感應列車車輪的信號，通過對重力感應式傳感器輸入條件的設計，使其一般要有大於或等於600 1000kg重的車輪通過傳感器檢測區才能產生一個計軸脈衝，不像採用電磁式磁頭的計軸設備容易受到鋼軌振動、車輛輪對變化以及電磁幹擾等因素的影響，特別是受鐵鍬等非輪軸金屬物體和單軌車的影響；而且由於重力感應式傳感器的絕緣性能好，對線路絕緣性要求不高，具有列車通過速度範圍廣、工作溫度範圍廣的優點，能有效解決軌道電路分路不良、"紅光帶"等因素帶來的誤判問題。
2、可靠性高 由於本發明之重力感應式計軸設備所採用重力感應式傳感器的體積較小，並且該傳感器安裝在鋼軌軌腰處，沒有裸露部件，因此不容易受到外物碰撞而被損傷；而且該重力感應式傳感器的可靠性能很好，平均無故障時間超過5年以上。
3、設備具有較強的抗幹擾能力 由於本發明之重力感應式計軸設備的計軸信息處理系統與車軸檢測器數據通迅子系統的傳輸線採用普通信號電纜線，採用CAN總線通信方式，由於CAN總線是一種先進的現場總線技術(CAN是Controller Area Network的縮寫，意思是區域網絡控制器)，已經廣泛應用在現代工業控制領域，其信號傳輸介質為雙絞線，通信速率最高可達1Mbps (此時通信距離最長為40m)，直接傳輸距離最遠可達10km (速率在5kbps以下)，可掛接設備最多可達110個。並且由於CAN的信號傳輸採用短幀結構，每一幀的有效字節數為8個，因而傳輸時間短，受幹擾的概率較低；當節點嚴重錯誤時，還具有自動關閉的功能以切斷該節點與總線的聯繫，使總線上的其它節點及其通信不受影響，具有較強的抗幹擾能力。而且CAN支持多種方式工作，網絡上任何節點均可在任意時刻主動向其他節點發送信息，支持點對點、一點對多點和全局廣播方式接收/發送數據。它採用總線仲裁技術，當出現幾個節點同時在網絡上傳輸信息時，優先級別高的節點可繼續傳輸數據，而優先級低的節點則主動停止發送，從而避免了總線衝突。因此，CAN總線這些特點非常適合本發明之重力感應式計軸設備，
可充分利用現有通信電纜，可以多套設備共用一對通信電纜，一處計軸點的故障，不會影響
到其他計軸點的正常工作，因此本發明之重力感應式計軸設備具有較強的抗幹擾能力。 4、檢測方法科學、能實現自動判斷軌道區段的空閒、佔用狀態 由於本發明之用重力感應式計軸設備檢測軌道區段狀態的方法是利用重力感應
式傳感器感知鋼軌本身在車輪重力載荷作用下發生的彈性應力變化，並產生與該彈性應
力變化相對應的車輪信號，該車輪信號被傳輸到車輪電子檢測器的信號處理單元進行處理後，轉換為脈衝波形，脈衝波形再傳輸到計軸CPU單元；車輪電子檢測器的計軸CPU單元對脈衝波形進行採集計數，並進行數據信息對比和計算出列車運行信息，然後將該列車運行信息發送到計軸信息處理系統的通信單元；計軸信息處理系統接收到車軸檢測器的計軸CPU單元發送來的列車運行信息，並將列車運行信息進行判別和比較處理，從而可判別軌道區段是處於佔用狀態還是空閒狀態，其方法非常準確、科學，而且還能實現鐵路交通管理的自動化，進一步提高了鐵路的運輸能力。 下面，結合附圖和實施例對本發明之重力感應式計軸設備及用其檢測軌道區段狀態的方法的技術特徵作進一步的說明。


內重力感
內重力感
間重力感
程框程框圖1 :實施例一所述本發明之站內重力感應式計軸設備的結構框圖；圖2 :車軸檢測器的工作示意框圖3 :實施例一所述計軸信息處理系統的工作示意框圖4 :實施例二所述本發明之站間重力感應式計軸設備的結構框圖5 :實施例二所述計軸信息處理系統的工作示意框圖6 :實施例三所述用站內重力感應式計軸設備檢測站內區段狀態的方法中，站應式計軸系統的工作示意框圖7 :實施例三所述用站內重力感應式計軸設備檢測站內區段狀態的方法中，站應式計軸設備的又一種工作示意框圖8 :實施例四所述用站間重力感應式計軸設備檢測站間區段狀態的方法中，站
應式計軸設備的工作示意框圖9 :重力感應式傳感器的力學模型圖10 :車輪通過重力感應式傳感器的示意圖11 :重力感應式傳感器的複合輸出信號示意圖12 :實施例三所述用站內重力感應式計軸設備檢測站內區段狀態的方法的流
圖13 :實施例四所述用站間重力感應式計軸設備檢測站間區段狀態的方法的賴
圖中，1、車軸檢測器， n、計軸信息處理系統，
ni、輸入輸出子系統，IV、站間通信傳輸子系統。
'右
具體實施例方式實施例一 站內重力感應式計軸設備 —種站內重力感應式計軸設備(如圖1所示)，包括位於線路上的車軸檢測器I、位於室內的一套計軸信息處理系統II、一套輸入輸出子系統III、分別位於室內和線路上的計軸信息處理系統與車軸檢測器數據通迅子系統以及電源、電源防雷單元；所述的車軸檢測器I由安裝在線路單邊鋼軌腰部上的傳感器單元、安裝在設備箱內的車輪電子檢測器組成，其中，每個計軸點設置一個傳感器單元，每個傳感器單元均是由1#、2#、3#重力感應式傳感器組成的重力感應式傳感器單元；所述車輪電子檢測器採用雙機並聯的工作模式，該車輪電子檢測器由計軸CPU單元、信號處理單元、傳感器電源單元和狀態檢測單元組成， 傳感器電源單元的輸出端與傳感器單元的輸入端連接，傳感器單元的輸出端與信號處理單 元的輸入端連接，信號處理單元的輸出端和狀態檢測單元的輸出端分別與計軸CPU單元的 輸入端連接(如圖2所示)；所述的計軸信息處理系統II由CPU單元、通信單元和I/O單 元組成，CPU單元帶有網絡接口並通過該網絡接口相互連接，通信單元帶有CAN數據接口並 與車輪電子檢測器的計軸CPU單元相互連接、帶有數據串口與外部的數據設備相連，該通 信單元和1/0單元分別與CPU單元連接(如圖3所示)；所述的輸入輸出子系統III由動 態驅動組合單元、繼電器和按鈕，繼電器的輸入端通過動態驅動組合單元與計軸信息處理 系統的1/0單元的輸出端連接，繼電器和按鈕的輸出端與計軸信息處理系統的1/0單元的 輸入端連接。所述的計軸信息處理系統與車軸檢測器數據通迅子系統由通道防雷單元和傳 輸線組成，該通道防雷單元通過傳輸線分別將計軸信息處理系統的通信單元和車軸檢測器 的計軸CPU單元相互連接在一起。 所述的計軸信息處理系統與車軸檢測器數據通迅子系統的傳輸線採用普通信號 電纜線，採用CAN總線通信方式，並多個設備共用一組芯線。
上述各主要部件主要實現的功能如下
—、車軸檢測器主要實現下述功能 (1)、當車輪的重量P大於或等於(600 1000) kg，列車速度V = (0 300) km/h 時，重力感應式傳感器所產生的脈衝均能可靠計數； (2)、能鑑別車輛走行方向，在同一重力感應式傳感器上前進和後退的車軸應能正 確計數； (3)、定時發送工作狀態信息至計軸信息處理系統確認是否工作正常；
(4)、具有軟體異常時自動復原功能。
二、計軸信息處理系統主要實現下述功能
(1)、正確接收車軸檢測器傳輸來的信息； (2)、記錄計數結果和比較駛入與駛出區段時所記錄的軸數，鑑別列車運行方向， 並將記錄的軸數信息和列車運行方向信息表示出來；
(3)、所監視區段佔用或空閒的表示；
(4)、對車軸檢測器發送監控指令； (5)、周期監視通信傳輸通道、車軸檢測器和電源情況的正確功能，任何故障均應 導致佔用的表示； (6)、與鄰站計軸信息處理系統進行狀態信息交換。 三、輸入輸出子系統中，繼電器包含區間軌道繼電器QGJ和設備狀態繼電器，該輸 入輸出子系統是重力感應式計軸設備用以表示所監視的區段佔用或空閒狀態的最終執行 單元；按鈕主要用作設備復零，當計軸設備執行總清時，QGJ吸起，表示區間空閒；當系統輸 出5Hz脈衝給動態驅動組合時，輸出電源給QGJ， QGJ吸起，表示區間空閒；當沒有5Hz脈衝 給動態驅動組合時，沒有電源輸出，QGJ落下，表示區間佔用。 作為本實施例一的一種變換，所述的站內重力感應式計軸設備也可以不包括計軸 信息處理系統與車軸檢測器數據通迅子系統，計軸信息處理系統的通信單元直接與車輪電 子檢測器的計軸CPU單元相互連接，只是效果沒有那麼好。
作為本實施例一的又一種變換，所述的每個傳感器單元也可以是由4個、5個、6 個、7個重力感應式傳感器組成的重力感應式傳感器單元，只是不如採用3個重力感應式傳 感器的結構簡單、成本低。 實施例二 站間重力感應式計軸設備 —種站間重力感應式計軸設備(如圖4所示)，其基本結構均同實施例一，包括位
於線路上的車軸檢測器1、位於室內的計軸信息處理系統n、輸入輸出子系統ni、分別位
於室內和線路上的計軸信息處理系統與車軸檢測器數據通迅子系統以及電源、電源防雷單
元，所不同之處在於該系統還包括有站間通信傳輸子系統IV，該站間通信傳輸子系統IV
主要由遠程通信單元、通信防雷單元和站間通信傳輸線構成，遠程通信單通過站間通信傳
輸線和通信防雷單元連接；所述的計軸信息處理系統的CPU單元還帶有外部數據串口並通 過該外部數據串口與遠程通信單元相連；所述的傳感器單元在每個計軸點均設置有兩個， 該兩個傳感器單元分別安裝在線路兩邊的鋼軌腰部上，並共同連接一個車輪電子檢測器， 每個傳感器單元均由3個重力感應式傳感器組成，每個車站室內的計軸信息處理系統、輸
入輸出子系統以及站間通信傳輸子系統的數量均為一套。
其具體結構如下 —種站間重力感應式計軸設備，包括位於線路上的車軸檢測器I、位於室內的計軸
信息處理系統n、輸入輸出子系統ni、站間通信傳輸子系統iv、分別位於室內和線路上的
計軸信息處理系統與車軸檢測器數據通迅子系統以及電源、電源防雷單元，所述的車軸檢 測器I由傳感器單元、安裝在設備箱內的車輪電子檢測器組成，其中，每個計軸點均設置兩 個傳感器單元，該兩個傳感器單元分別安裝在線路兩邊的鋼軌腰部上，並共同連接一個車
輪電子檢測器，每個傳感器單元均是由1#、2#、3#重力感應式傳感器組成的重力感應式傳 感器單元，車輪電子檢測器採用雙機並聯的工作模式，該車輪電子檢測器由計軸CPU單元、
信號處理單元、傳感器電源單元和狀態檢測單元組成，傳感器電源單元的輸出端與傳感器 單元的輸入端連接，傳感器單元的輸出端與信號處理單元的輸入端連接，信號處理單元的
輸出端和狀態檢測單元的輸出端分別與計軸CPU單元的輸入端連接(如圖2所示)；所述 的計軸信息處理系統II由CPU單元、通信單元和I/O單元組成，CPU單元帶有網絡接口並
通過該網絡接口相互連接，帶有外部數據串口並通過該外部數據串口與站間通信傳輸子系
統的遠程通信單元相連，通信單元帶有CAN數據接口並與車輪電子檢測器的計軸CPU單元 相互連接、帶有數據串口與外部的數據設備相連，該通信單元和I/O單元分別與CPU單元連 接(如圖5所示)；所述的輸入輸出子系統III由動態驅動組合單元、繼電器和按鈕，繼電 器的輸入端通過動態驅動組合單元與計軸信息處理系統的I/O單元的輸出端連接，繼電器 和按鈕的輸出端與計軸信息處理系統的1/0單元的輸入端連接。所述的計軸信息處理系統 與車軸檢測器數據通迅子系統由通道防雷單元和傳輸線組成，該通道防雷單元通過傳輸線 分別將計軸信息處理系統的通信單元和車軸檢測器的計軸CPU單元相互連接在一起。所述 站間通信傳輸子系統IV由遠程通信單元、通信防雷單元和站間通信傳輸線構成，遠程通信 單元通過站間通信傳輸線分別和計軸信息處理系統的CPU單元、通信防雷單元連接。
所述的站間通信傳輸子系統採用專線實回線、光纜專線或是專線Modem通信，特 別加強了對串口通信的糾錯處理及瞬間通信中斷的恢復處理。 作為本實施例二的一種變換，所述的計軸信息處理系統也可以和位於室外線路上的多個車軸檢測器連接，以便滿足多區段監督的需要。 作為本實施例二的又一種變換，從成本上考慮，所述的傳感器單元也可以只在線 路一邊同一軸線上的鋼軌腰部上的安裝一組傳感器單元，只是不如採用兩邊安裝兩組重力 感應式傳感器單元的穩定性和可靠性高。
實施例三用站內重力感應式計軸設備檢測站內區段狀態的方法 —種用站內重力感應式計軸設備檢測站內區段狀態的方法，該方法是在線路各計
軸點的鋼軌上安裝由3 7個重力感應式傳感器組成的傳感器單元感知鋼軌本身在車輪重
力載荷作用下發生的彈性應力變化，並產生與該彈性應力變化相對應的車輪信號，該車輪
信號被傳輸到車輪電子檢測器的信號處理單元進行處理後，轉換為脈衝波形，脈衝波形再
傳輸到計軸CPU單元；車輪電子檢測器的計軸CPU單元對脈衝波形進行採集計數，並進行數
據信息對比和計算出列車運行信息，然後將該列車運行信息發送到計軸信息處理系統的通
信單元；計軸信息處理系統接收到車軸檢測器的計軸CPU單元發送來的列車運行信息，並
將列車運行信息進行判別和比較處理，從而進行判別軌道區段狀態； 所述的重力感應式傳感器的主要輸入參數為P^ (600 1000) kg，V= (0 300) km/h， 上式中，P為車輪重力載荷，V為列車速度。
所述的用站內重力感應式計軸設備檢測站內區段狀態的方法的主要步驟如下
A、安裝傳感器首先在站內區段兩端計軸點的兩根枕木間的一邊鋼軌腰部上各安 裝一個傳感器單元，每個傳感器單元均由3個重力感應式傳感器組成； B、連接線路連接好站內重力感應式計軸設備的車軸檢測器以及各系統之間的線 路； C、檢測及判別傳感器單元將檢測到的車輪信號傳輸到車輪電子檢測器，車輪電 子檢測器再將該車輪信號進行處理、採集計數後計算出列車運行信息，計軸信息處理系統 最後將列車運行信息進行判別和比較處理，從而進行判別軌道區段狀態；其檢測及判別的 主要步驟如下(參見圖12):
Sal、監督區段狀態； Sa2、判斷是否有列車運行信息判斷是否有列車運行信息，如果否，則返回步驟 Sal，站內重力感應式計軸設備仍繼續監督區段狀態；如果是，則繼續； Sa3、檢測列車運行信息列車經過站內區段的計軸點，位於各計軸點的3個重力 感應式傳感器分別感知所經過列車的車輪重力載荷而各自產生車輪信號值，並將其傳輸到 車輪電子檢測器，車輪電子檢測器的信號處理單元接收到傳感器單元傳輸來的車輪信號 後，將各個車輪信號值依次經減法疊加處理信號後轉換為兩個脈衝波形，該兩個脈衝波形 即表示為一個車輪輪軸；車輪電子檢測器的計軸CPU單元分別對該脈衝波形進行採集計 數，並進行數據信息對比而得出列車運行信息根據兩個脈衝出現的先後，鑑別列車運行的 方向，根據脈衝的寬度計算出列車運行速度；根據脈衝幅值計算出列車的重量；然後將該 列車運行信息發送到計軸信息處理系統； Sa4、計算區段內軸數並進行對比處理，同時顯示區段狀態計軸信息處理系統通 過通信單元接收到車輪電子檢測器傳送來的列車運行信息後計算區段內的軸數，並進行對 比處理，同時顯示通過列車的軸數和方向，表示該區段佔用；
Sa5、判別區段內軸數是否等於0 :計軸信息處理系統通過通信單元接收到位於兩 端計軸點的車輪電子檢測器傳送來的列車運行信息數據後進行判別和比較處理進入區段 一端計軸點的軸數是否等於離開區段另一端計軸點的軸數，即是判別區段內的軸數是否等 於0，如果是，驅動繼電器吸起；如果否，驅動繼電器落下；
Sa6、檢測繼電器狀態； Sa7、判別繼電器輸出與檢測結果是否一致判別繼電器輸出與檢測結果是否一 致，如果是，則區段仍為佔用，返回步驟Sal，站內重力感應式計軸設備繼續監督區段狀態； 如果否，則繼續； Sa8、故障報警並切斷輸出，使繼電器落下，此時，區段由佔用轉變為空閒。
Sa9、返回步驟Sal或者結束。 在本實施例三中，所述的站內重力感應式計軸設備只對一個站內區段進行檢測， 所述的車軸檢測器共有兩個，它們分別設置在站內區段的兩端計軸點，該兩個車軸檢測器 並聯後與位於室內的計軸信息處理系統連接，所述的計軸信息處理系統、輸入輸出子系統 的數量均只為一套(參見圖6)。 作為本實施例三的一種變換，所述的站內重力感應式計軸設備也可以同時對更多
的區段進行檢測(參見圖7)，一般情況下可達16個區段，一套計軸信息處理系統可以同進
對該16個區段進行檢測，即是一套計軸信息處理系統可以同時並聯32個車軸檢測器。 實施例四用站間重力感應式計軸設備檢測站間區段狀態的方法 —種用站間重力感應式計軸系設備檢測站間區段狀態的方法，它檢測的基本原理
同實施例三，均是在線路各計軸點的鋼軌上安裝由3個重力感應式傳感器組成的傳感器單
元感知鋼軌本身在車輪重力載荷作用下發生的彈性應力變化，並產生與該彈性應力變化相
對應的車輪信號，該車輪信號被傳輸到車輪電子檢測器的信號處理單元進行處理後，轉換
為脈衝波形，脈衝波形再傳輸到計軸CPU單元；車輪電子檢測器的計軸CPU單元對脈衝波形
進行採集計數，並進行數據信息對比和計算出列車運行信息，然後將該列車運行信息發送
到計軸信息處理系統的通信單元；計軸信息處理系統接收到車軸檢測器的計軸CPU單元發
送來的列車運行信息，並將列車運行信息進行判別和比較處理，從而進行判別軌道區段狀態。 本實施例四與實施例三所不同之處在於具體步驟有所不同，本實施例四所述的 用站間重力感應式計軸設備檢測站間區段狀態的方法的具體步驟如下 A、安裝傳感器單元在站間區段各計軸點的兩根枕木間的兩邊鋼軌腰部上各安裝 一個傳感器單元，每個計軸點的兩個傳感器單元共同連接一個車輪電子檢測器，每個傳感 器單元由3個重力感應式傳感器組成； B、連接線路連接好站間重力感應式計軸設備的車軸檢測器以及各系統之間的線 路(參見圖8); C、檢測及判別傳感器單元將檢測到的車輪信號傳輸到車輪電子檢測器，車輪電 子檢測器再將該車輪信號進行處理、採集計數後計算出列車運行信息，計軸信息處理系統 最後將列車運行信息進行判別和比較處理，從而進行判別軌道區段狀態；其檢測及判別的 主要步驟如下(參見圖13):
Sbl、監督區段狀態；
Sb2、判斷是否有列車運行信息判斷是否有列車運行信息，如果否，則返回步驟 Sbl，站間重力感應式計軸設備仍繼續監督區段狀態；如果是，則繼續步驟Sb3 ;同時也判斷 是否有鄰站計軸信息處理系統發送來的數據信息，如果否，則返回步驟Sbl，站間重力感應 式計軸設備仍繼續監督區段狀態；如果是，則直接跳至步驟Sb4。 Sb3、檢測列車運行信息並向鄰站計軸信息處理系統發送數據信息列車經過站間 區段的計軸點，位於計軸點兩邊鋼軌腰部上的傳感器單元分別感知所經過列車的車輪重力 載荷而各自產生車輪信號，並將該車輪信號傳輸到車輪電子檢測器；車輪電子檢測器的信 號處理單元接收到傳感器單元傳輸來的車輪信號後，將各個車輪信號值依次經減法疊加處 理信號後轉換為兩個脈衝波形，該兩個脈衝波形即表示為一個車輪輪軸；車輪電子檢測器 的計軸CPU單元分別對該脈衝波形進行採集計數，並進行數據信息對比而得出列車運行信 息根據兩個脈衝出現的先後，鑑別列車運行的方向，根據脈衝的寬度計算出列車運行速 度；根據脈衝幅值計算出列車的重量；然後將該列車運行信息發送到計軸信息處理系統； 計軸信息處理系統通過通信單元接收到車輪電子檢測器傳送來的列車運行信息後顯示通 過列車的軸數和方向，表示該區段佔用，並實時向鄰站的計軸信息處理系統發送列車運行 信息和佔用信息； Sb4、計算區段內軸數對比處理，同時顯示區段狀態計軸信息處理系統接收到鄰 站發送來的列車運行信息和佔用信息後後即表示該區段佔用，並將收到的軸數經核對無誤 後記存下來進行計算和對比處理。
Sb5、判別區段內軸數是否等於0 :計軸信息處理系統通過通信單元接收到站間各 計軸點的車輪電子檢測器傳送來的列車運行信息數據後進行判別和比較處理經過本站計 軸點的軸數是否等於經過鄰站計軸點的軸數，即是判別區段內的軸數是否等於O，如果是， 驅動繼電器吸起；如果否，驅動繼電器落下；
Sb6、檢測繼電器狀態； Sb7、判別繼電器輸出與檢測結果是否一致，如果是，則區段仍為佔用，返回步驟 Sbl，站內重力感應式計軸設備繼續監督區段狀態；如果否，則繼續； Sb8、故障報警並切斷輸出，使繼電器落下，此時，表明列車完整通過區段，相鄰兩 站均表示空閒。 Sb9、返回步驟Sbl或者結束。
權利要求
一種重力感應式計軸設備，包括位於線路上的車軸檢測器、位於室內的計軸信息處理系統、輸入輸出子系統以及電源，其特徵在於所述的車軸檢測器主要由安裝在線路鋼軌腰部上的傳感器單元、安裝在設備箱內的車輪電子檢測器組成，其中，每個傳感器單元是由3～7個重力感應式傳感器組成的重力感應式傳感器單元，車輪電子檢測器主要由計軸CPU單元、信號處理單元、傳感器電源單元和狀態檢測單元組成，傳感器電源單元的輸出端與傳感器單元的輸入端連接，傳感器單元的輸出端與信號處理單元的輸入端連接，信號處理單元的輸出端和狀態檢測單元的輸出端分別與計軸CPU單元的輸入端連接；所述的計軸信息處理系統主要由CPU單元、通信單元和I/O單元組成，CPU單元帶有網絡接口並通過該網絡接口相互連接，通信單元帶有CAN數據接口並與車輪電子檢測器的計軸CPU單元相互連接、帶有數據串口與外部的數據設備相連，該通信單元和I/O單元分別與CPU單元連接；所述的輸入輸出子系統包括動態驅動組合單元、繼電器和按鈕，繼電器的輸入端通過動態驅動組合單元與計軸信息處理系統的I/O單元的輸出端連接，繼電器和按鈕的輸出端與計軸信息處理系統的I/O單元的輸入端連接。
2. 根據權利要求1所述的重力感應式計軸設備，其特徵在於所述的重力感應式計軸設備還包括分別位於室內和線路上的計軸信息處理系統與車軸檢測器數據通迅子系統，該子系統包括有通道防雷單元和傳輸線，所述的通道防雷單元通過傳輸線分別與計軸信息處理系統的通信單元、車軸檢測器的計軸CPU單元進行連接；所述的傳輸線採用普通信號電纜線，採用CAN總線通信方式，並多個設備共用一組芯線。
3. 根據權利要求1或2所述的重力感應式計軸設備，其特徵在於所述的重力感應式計軸設備為站內重力感應式計軸設備，所述車軸檢測器的傳感器單元只安裝在線路單邊的鋼軌腰部上，每個計軸點設置一個傳感器單元，每個傳感器單元均由3個重力感應式傳感器組成，位於室內的計軸信息處理系統、輸入輸出子系統的數量均為一套。
4. 根據權利要求1或2所述的重力感應式計軸設備，其特徵在於所述的重力感應式計軸設備為站間重力感應式計軸設備，該設備還包括有站間通信傳輸子系統，該站間通信傳輸子系統主要由遠程通信單元、通信防雷單元和站間通信傳輸線構成，遠程通信單元通過站間通信傳輸線和通信防雷單元連接；所述的計軸信息處理系統的CPU單元還帶有外部數據串口並通過該外部數據串口與遠程通信單元相連；所述的傳感器單元在每個計軸點均設置有兩個，該兩個傳感器單元分別安裝在線路兩邊的鋼軌腰部上，並共同連接一個車輪電子檢測器，每個傳感器單元均由3個重力感應式傳感器組成，每個車站室內的計軸信息處理系統、輸入輸出子系統以及站間通信傳輸子系統的數量均為一套。
5. —種用重力感應式計軸設備檢測軌道區段狀態的方法，其特徵在於該方法是在線路各計軸點的鋼軌上安裝由3 7個重力感應式傳感器組成的傳感器單元感知鋼軌本身在車輪重力載荷作用下發生的彈性應力變化，並產生與該彈性應力變化相對應的車輪信號，該車輪信號被傳輸到車輪電子檢測器的信號處理單元進行處理後，轉換為脈衝波形，脈衝波形再傳輸到計軸CPU單元；車輪電子檢測器的計軸CPU單元對脈衝波形進行採集計數，並進行數據信息對比和計算出列車運行信息，然後將該列車運行信息發送到計軸信息處理系統的通信單元；計軸信息處理系統接收到車輪電子檢測器的計軸CPU單元發送來的列車運行信息，並將列車運行信息進行判別和比較處理，從而進行判別軌道區段狀態；所述的重力感應式傳感器的主要輸入參數為P > (600 lOOO)kg，V = (0 300) km/h，上式中，P為車輪重力載荷，V為列車速度。
6. 根據權利要求5所述的用重力感應式計軸設備檢測軌道區段狀態的方法，其特徵在於該方法是採用站內重力感應式計軸設備對站內區段的空閒、佔用狀態進行檢測，其主要步驟如下A、 安裝傳感器首先在站內區段兩端計軸點的兩根枕木間的一邊鋼軌腰部上各安裝一個傳感器單元，每個傳感器單元均由3個重力感應式傳感器組成；B、 連接線路連接好站內重力感應式計軸設備的車軸檢測器以及各系統之間的線路；C、 檢測及判別傳感器單元將檢測到的車輪信號傳輸到車輪電子檢測器，車輪電子檢測器再將該車輪信號進行處理、採集計數後計算出列車運行信息，計軸信息處理系統最後將列車運行信息進行判別和比較處理，從而進行判別軌道區段狀態；其檢測及判別的主要步驟如下Sal、監督區段狀態；Sa2、判斷是否有列車運行信息判斷是否有列車運行信息，如果否，則返回步驟Sal，站內重力感應式計軸設備仍繼續監督區段狀態；如果是，則繼續；Sa3、檢測列車運行信息列車經過站內區段的計軸點，位於各計軸點的3個重力感應式傳感器分別感知所經過列車的車輪重力載荷而各自產生車輪信號值，並將其傳輸到車輪電子檢測器，車輪電子檢測器的信號處理單元接收到傳感器單元傳輸來的車輪信號後，將各個車輪信號值依次經減法疊加處理信號後轉換為兩個脈衝波形，該兩個脈衝波形即表示為一個車輪輪軸；車輪電子檢測器的計軸CPU單元分別對該脈衝波形進行採集計數，並進行數據信息對比而得出列車運行信息根據兩個脈衝出現的先後，鑑別列車運行的方向，根據脈衝的寬度計算出列車運行速度；根據脈衝幅值計算出列車的重量；然後將該列車運行信息發送到計軸信息處理系統；Sa4、計算區段內軸數並進行對比處理，同時顯示區段狀態計軸信息處理系統通過通信單元接收到車輪電子檢測器傳送來的列車運行信息後計算區段內的軸數，並進行對比處理，同時顯示通過列車的軸數和方向，表示該區段佔用；Sa5、判別區段內軸數是否等於0 :計軸信息處理系統通過通信單元接收到位於兩端計軸點的車輪電子檢測器傳送來的列車運行信息數據後進行判別和比較處理進入區段一端計軸點的軸數是否等於離開區段另一端計軸點的軸數，即是判別區段內的軸數是否等於0，如果是，驅動繼電器吸起；如果否，驅動繼電器落下；Sa6、檢測繼電器狀態；Sa7、判別繼電器輸出與檢測結果是否一致判別繼電器輸出與檢測結果是否一致，如果是，則區段仍為佔用，返回步驟Sal，站內重力感應式計軸設備繼續監督區段狀態；如果否，則繼續；Sa8、故障報警並切斷輸出，使繼電器落下，此時，區段由佔用轉變為空閒。Sa9、返回步驟Sal或者結束。
7. 根據權利要求5所述的用重力感應式計軸設備檢測軌道區段狀態的方法，其特徵在於該方法是採用站間重力感應式計軸設備對站間區段的空閒、佔用狀態進行檢測，其具體步驟如下A、 安裝傳感器單元在站間區段各計軸點的兩根枕木間的兩邊鋼軌腰部上各安裝一個傳感器單元，每個計軸點的兩個傳感器單元共同連接一個車輪電子檢測器，每個傳感器單元由3個重力感應式傳感器組成；B、 連接線路連接好站間重力感應式計軸設備的車軸檢測器以及各系統之間的線路；C、 檢測及判別傳感器單元將檢測到的車輪信號傳輸到車輪電子檢測器，車輪電子檢測器再將該車輪信號進行處理、採集計數後計算出列車運行信息，計軸信息處理系統最後將列車運行信息進行判別和比較處理，從而進行判別軌道區段狀態；其檢測及判別的主要步驟如下Sbl、監督區段狀態；Sb2、判斷是否有列車運行信息判斷是否有列車運行信息，如果否，則返回步驟Sbl，站間重力感應式計軸設備仍繼續監督區段狀態；如果是，則繼續步驟Sb3 ;同時也判斷是否有鄰站計軸信息處理系統發送來的數據信息，如果否，則返回步驟Sbl，站間重力感應式計軸設備仍繼續監督區段狀態；如果是，則直接跳至步驟Sb4。Sb3、檢測列車運行信息並向鄰站計軸信息處理系統發送數據信息列車經過站間區段的計軸點，位於計軸點兩邊鋼軌腰部上的傳感器單元分別感知所經過列車的車輪重力載荷而各自產生車輪信號，並將該車輪信號傳輸到車輪電子檢測器；車輪電子檢測器的信號處理單元接收到傳感器單元傳輸來的車輪信號後，將各個車輪信號值依次經減法疊加處理信號後轉換為兩個脈衝波形，該兩個脈衝波形即表示為一個車輪輪軸；車輪電子檢測器的計軸CPU單元分別對該脈衝波形進行採集計數，並進行數據信息對比而得出列車運行信息根據兩個脈衝出現的先後，鑑別列車運行的方向，根據脈衝的寬度計算出列車運行速度；根據脈衝幅值計算出列車的重量；然後將該列車運行信息發送到計軸信息處理系統；計軸信息處理系統通過通信單元接收到車輪電子檢測器傳送來的列車運行信息後顯示通過列車的軸數和方向，表示該區段佔用，並實時向鄰站的計軸信息處理系統發送列車運行信息和佔用信息；Sb4、計算區段內軸數並進行對比處理，同時顯示區段狀態計軸信息處理系統接收到鄰站發送來的列車運行信息和佔用信息後後即表示該區段佔用，並將收到的軸數經核對無誤後記存下來進行計算和對比處理。Sb5、判別區段內軸數是否等於0 :計軸信息處理系統通過通信單元接收到站間各計軸點的車輪電子檢測器傳送來的列車運行信息數據後進行判別和比較處理經過本站計軸點的軸數是否等於經過鄰站計軸點的軸數，即是判別區段內的軸數是否等於O，如果是，驅動繼電器吸起；如果否，驅動繼電器落下；Sb6、檢測繼電器狀態；Sb7、判別繼電器輸出與檢測結果是否一致，如果是，則區段仍為佔用，返回步驟Sbl，站內重力感應式計軸設備繼續監督區段狀態；如果否，則繼續；Sb8、故障報警並切斷輸出，使繼電器落下，此時，表明列車完整通過區段，相鄰兩站均表示空閒。Sb9、返回步驟Sbl或者結束。
全文摘要
一種重力感應式計軸設備及用其檢測軌道區段狀態的方法，涉及一種鐵路交通管理設備及其管理方法，系統包括車軸檢測器、計軸信息處理系統、輸入輸出子系統以及電源，車軸檢測器含車輪電子檢測器、重力感應式傳感器單元，車輪電子檢測器由計軸CPU單元、信號處理單元、傳感器電源單元和狀態檢測單元組成；計軸信息處理系統由CPU單元、通信單元和I/O單元組成；輸入輸出子系統包括動態驅動組合單元、繼電器和按鈕。方法是通過裝在鋼軌上的重力感應式傳感器檢測到車輪信號，並將其傳輸到車輪電子檢測器、計軸信息處理系統進行處理，從而判別軌道區段狀態。本發明的檢測結果準確、可靠性高、方法科學，能實現自動判斷軌道區段的空閒、佔用狀態。
文檔編號B61L1/16GK101712329SQ20091030090
公開日2010年5月26日 申請日期2009年3月17日 優先權日2009年3月17日
發明者何曲波, 孫寶華, 徐海賢, 武夫, 牛建玲, 金和清, 陳明軍 申請人:南寧鐵路局;南寧鐵路局科學技術研究所