一種計軸系統(tǒng)及用于該計軸系統(tǒng)的軸信號處理及計軸方法
【專利摘要】一種計軸系統(tǒng)及用于該計軸系統(tǒng)的軸信號處理及計軸方法，系統(tǒng)包括車輪傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器和DSP，車輪傳感器輸出計軸信號給A/D轉(zhuǎn)換器，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸出給DSP。方法為通過A/D轉(zhuǎn)換器將計軸傳感器輸出的模擬計軸信號進行數(shù)字量化，并輸出給數(shù)字信號處理器，通過數(shù)字信號處理器對兩路信號進行相似性識別，判斷兩個信號波形相似性的條件包括：（1）兩路脈沖時間寬度，偏差不超過20%；（2）兩路信號一定要有重疊，且重疊部分要超過總脈沖比例的1/3；（3）除了重疊區(qū)域外，前后兩端分別占總脈沖的比例要超過1/6。正常情況下和原系統(tǒng)一樣正確計軸，信號弱到一定程度也不丟軸，而原系統(tǒng)是會丟軸的。
【專利說明】一種計軸系統(tǒng)及用于該計軸系統(tǒng)的軸信號處理及計軸方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明公開一種計軸系統(tǒng)及用于該計軸系統(tǒng)的軸信號處理及計軸方法，使得計軸設備面對復雜的現(xiàn)場情況時能更準確的計軸，提高計軸設備的可靠性和安全性。
【背景技術】
[0002]鐵軌運輸在人們?nèi)粘Ｉ钪姓加信e足輕重的位置，在陸路運輸中占有很大比重。由于鐵軌運輸屬于軌道交通，由于其采用的運行方式比較特殊，因此對其運行環(huán)境等的要求也很高，尤其重要的是在同一時間，同一段鐵軌路線上只能有一列火車存在。目前，被廣泛采用的用于檢測鐵軌上列車存在的手段就是軌道電路，軌道電路是以一段鐵軌線路的鋼軌為導體構成的電路，用于自動、連續(xù)檢測這段線路是否被機車車輛占用，也用于控制信號裝置或轉(zhuǎn)轍裝置，以保證行車安全的設備。但軌道電路不能適應所有環(huán)境，比如在潮濕及行車少的區(qū)段，由于鋼軌生銹，會造成軌道電路檢測分路不良，成為極大的安全隱患。所以在地鐵及大鐵的道岔區(qū)段，現(xiàn)在一般采用計軸設備。
[0003]計軸設備的基本原理是基于對駛?cè)牒婉偝鲇嫈?shù)點所監(jiān)視的軌道區(qū)段輪軸數(shù)的比較結果，以此確定該區(qū)段的占用或空閑狀態(tài)，是檢查軌道區(qū)段、道岔、道口防護區(qū)段占用或空閑狀態(tài)的安全設備。計軸系統(tǒng)的原理如圖1所示，列車從所監(jiān)視區(qū)段的A端駛?cè)?，計入軸數(shù)為CA，列車從所監(jiān)視區(qū)段的B端駛出，計出軸數(shù)為CB。當CA不等于CB時，表示該區(qū)段被占用；當CA等于CB時，表示該區(qū)段空閑。
[0004]一般的計軸設備會在鋼軌的計數(shù)點處裝上車輪傳感器，車輪經(jīng)過時車輪傳感器會探測出兩路信號，經(jīng)放大整行處理后，形成有交疊的一前一后兩路脈沖信號，此信號再交給硬件或軟件進行計數(shù)，其過程請參看附圖2。
如圖2中的處理過程是計軸系統(tǒng)的核心部分，完成列車輪軸的計數(shù)。脈沖整形環(huán)節(jié)是用比較器完成的，它的門檻是固定的，當車輪水平方向擺動過大或者車輪上跳時，傳感器探測的信號都會很弱，這樣通過整形環(huán)節(jié)很可能得不到需要的軸脈沖信號，就會造成丟軸。而如果降低門檻，又可能在沒有脈沖的時候產(chǎn)生脈沖，造成誤動作，因此在這種情況下丟軸就成了不可避免。其中，圖3是正常過車時傳感器探測出的信號圖，圖4是車輪水平方向擺動過大或者車輪上跳時傳感器探測出的信號圖，雖然其信號形狀同正常時差不多，但幅度要小很多，對于固定門檻來說，經(jīng)過脈沖整形后脈沖可能就沒有了，這樣就會產(chǎn)生丟軸現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述提到的現(xiàn)有技術中的車輪傳感器在車輪跳軸或車輪擺幅過大等時引起的信號減弱，容易產(chǎn)生丟軸現(xiàn)象的缺點，本發(fā)明提供一種新的
本發(fā)明解決其技術問題采用的技術方案是:一種計軸系統(tǒng)，系統(tǒng)包括車輪傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器和DSP，車輪傳感器輸出計軸信號給A/D轉(zhuǎn)換器，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸出給 DSP。
[0006]一種用于上述計軸系統(tǒng)的軸信號處理及計軸方法，該方法為通過A/D轉(zhuǎn)換器將計軸傳感器輸出的模擬計軸信號進行數(shù)字量化，并輸出給數(shù)字信號處理器，通過數(shù)字信號處理器對兩路信號進行相似性識別，判斷兩個信號波形相似性的條件包括:
(1)、兩路脈沖時間寬度，偏差不超過20%；
(2)、兩路信號一定要有重疊，且重疊部分要超過總脈沖比例的1/3；
(3)、除了重疊區(qū)域外，前后兩端分別占總脈沖的比例要超過1/6。
[0007]本發(fā)明解決其技術問題采用的技術方案進一步還包括:
所述的車輪傳感器和A/D轉(zhuǎn)換器之間連接有線性光耦隔離模塊。
[0008]所述的系統(tǒng)還包括一路脈沖整形模塊，車輪傳感器同時輸出計軸信號給脈沖整形模塊進行脈沖整形后輸出給線性光耦隔離模塊，經(jīng)線性光耦隔離模塊后輸出給計數(shù)模塊進行脈沖計數(shù)，然后將計數(shù)結果輸出給DSP。
[0009]所述的計軸傳感器輸出信號分成兩路，一路輸出給A/D轉(zhuǎn)換器，另一路經(jīng)脈沖整形后直接進行軸脈沖計數(shù)，將兩種技術結果按照一定的算法進行合并，合并算法如下:
(1)、以軸脈沖計數(shù)為主，將其結果作為計數(shù)結果；
(2)、如果通過A/D采樣信號有計數(shù)，則看它離上一個軸脈沖計數(shù)的時間是否很短，如果很短則將A/D采樣計數(shù)忽略，否則再看下一個軸脈沖計數(shù)與該A/D采樣信號的間隔是否很短，如果很短則將該A/D采樣計數(shù)忽略，否則將該A/D采樣計數(shù)結果作為計數(shù)結果。
[0010]所述的A/D采樣信號與上一個軸脈沖計數(shù)的間隔時間小于5ms，則認為其間隔時間很短。
[0011]所述的A/D采樣信號與下一個軸脈沖計數(shù)的間隔時間小于5ms，則認為其間隔時
間很短。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:在實際應用中對采用本發(fā)明的計軸系統(tǒng)進行了詳細測試，達到了預想的效果:即正常情況下和原系統(tǒng)一樣正確計軸，信號弱到一定程度也不丟軸，而原系統(tǒng)是會丟軸的。另外兩路中其中任一路故障，都能達到不低于原系統(tǒng)的效果，提高了可靠性。
[0013]下面將結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進一步說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為計軸系統(tǒng)原理示意圖。
[0015]圖2為現(xiàn)有技術中計軸系統(tǒng)工作流程圖。
[0016]圖3為正常過車時車輪傳感器探測出的信號示意圖。
[0017]圖4為車輪水平方向擺動過大或者車輪上跳時車輪傳感器探測出的信號示意圖。
[0018]圖5為本發(fā)明工作流程圖。
[0019]圖6為本發(fā)明擴展結構工作流程圖。
【具體實施方式】
[0020]本實施例為本發(fā)明優(yōu)選實施方式，其他凡其原理和基本結構與本實施例相同或近似的，均在本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。
[0021]本發(fā)明中保護一種計軸系統(tǒng)，其主要包括車輪傳感器(或稱為計軸傳感器)、A/D轉(zhuǎn)換器和DSP，車輪傳感器輸出計軸信號給A/D轉(zhuǎn)換器，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸出給DSP。本實施例中，在車輪傳感器和A/D轉(zhuǎn)換器之間連接有線性光耦隔離模塊，可進行高低壓信號隔離。
[0022]上述實施例為本發(fā)明最簡實施方式，具體實施時，還可以并聯(lián)一路脈沖整形模塊，車輪傳感器同時輸出計軸信號給脈沖整形模塊進行脈沖整形后輸出給線性光耦隔離模塊，經(jīng)線性光耦隔離模塊后輸出給計數(shù)模塊進行脈沖計數(shù)，然后將計數(shù)結果輸出給DSP。
[0023]請參看附圖5，本發(fā)明針對車輪跳軸或車輪擺幅過大等而引起的傳感器信號減弱的現(xiàn)象，本發(fā)明另辟蹊徑，采用與常規(guī)的方法不同的信號處理及計軸方法，其避開用固定門檻比較器的做法，而是通過A/D轉(zhuǎn)換器將計軸傳感器輸出的模擬計軸信號進行數(shù)字量化，即將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后將數(shù)字信號輸入到數(shù)字信號處理器(即DSP)中，通過數(shù)字信號處理器對兩路信號進行相似性識別。通過本發(fā)明的計軸方法，即使計軸信號沒有達到原來的門檻，但通過DSP處理照樣看得出來這是車輪在上方經(jīng)過時生成的信號，就能正常進行計軸。本實施例中整個A/D采樣、兩路信號識別算法處理以及計數(shù)等都通過DSP用軟件來實現(xiàn)。
[0024]采用本發(fā)明中的計軸方法，計軸的結果不完全取決于幅度，只要幅度不小于不能容忍的程度，兩個信號波形相似性滿足一定條件，就能實現(xiàn)計軸。本發(fā)明中，考慮到實際應用情況的復雜性，可將判斷兩個信號波形相似性的條件歸納如下:
1.如果在車速超過50公里/小時時，兩路脈沖時間偏差不超過20%。
[0025]當車速很慢時，采樣信號時間較長，干擾很難維持那么長時間，因此不用考慮。而當車速比較快時，在通過計軸傳感器這么一小段距離時，可以認為是勻速的，偏差不超過20% 一定能滿足。
[0026]2.兩路信號一定要有重疊，且重疊部分要超過總脈沖比例的1/3。
[0027]3.除了重疊區(qū)域外，前后兩端分別占總脈沖的比例要超過1/6。
[0028]上述實施例為本發(fā)明的最簡實施例，具體實施時，還可以采用其他更優(yōu)選的實施方式，請參看附圖6，本實施例中，將計軸傳感器輸出的探測信號分成兩路進行獨立處理，其中一路用現(xiàn)有技術中傳統(tǒng)的普通方法進行計軸，另一路采用本發(fā)明中的上述實施例的方法進行采樣計軸，兩路信號分別進行獨立的計軸計數(shù)，然后再將兩種技術結果按照一定的算法進行合并，本實施例中，合并算法如下:
1.以普通軸脈沖計數(shù)為主，其結果該加一軸就加一軸，該減一軸就減一軸，不管通過采樣信號計數(shù)的結果。
[0029]2.如果通過采樣信號有計數(shù)，那么看它離上一個普通軸脈沖計數(shù)的時間是否很短(比如5ms以內(nèi))，是則將采樣計數(shù)忽略，說明是相同信號的計數(shù)。否則再看下一個普通軸脈沖計數(shù)與之的間隔是否很短(比如5ms以內(nèi))，是則將采樣計數(shù)忽略，也說明是相同信號的計數(shù)。如果間隔超過一定時間(比如5ms)，說明是和通過普通軸脈沖計數(shù)不一樣的信號，應將其計上。
[0030]通過以上算法進行合并的結果就是:
1.在信號正常情況下通過普通軸脈沖計數(shù)得到的計軸是正確的。而通過采樣信號計數(shù)也只能是有信號才能計數(shù)，由DSP的處理速度肯定能做到在同一信號下兩者間隔不超過一定時間(比如5ms)。這樣通過普通軸脈沖計數(shù)得到的結果就是合并后的結果。
[0031 ] 2.如果信號很弱，通過普通軸脈沖計數(shù)沒計上，而通過采樣信號計數(shù)計上了，二者間隔一定超過某一時間(比如5ms)，這樣的軸按照合并算法就可以計上，最后結果就不會丟軸。
[0032]由上可以看出，通過本發(fā)明的方法和算法，一定可以將比較弱的信號造成的丟軸問題解決。實際上單獨用采樣計數(shù)就可以超過普通軸脈沖計數(shù)，只不過僅僅用采樣計數(shù)來解決丟軸的問題。采用以上做法以后，如果其中一路硬件故障，另一路也是可以獨立工作的，所以不光解決了丟軸問題，硬件可靠性也得到提高。本實施例中，間隔時間取5ms是考慮到按450公里/小時的車速，兩個最近的輪軸信號間隔在IOms以上，這樣兩個獨立的計數(shù)對同一信號在5ms內(nèi)出結果，就足以分辨兩邊的計數(shù)是同一信號引起的，還是不同信號引起的，具體實施時，也可以根據(jù)實際情況選取其他數(shù)值，只要其能夠判斷兩邊的計數(shù)是同一信號引起的，還是不同信號引起的即可。
[0033]在實際應用中對采用本發(fā)明的計軸系統(tǒng)進行了詳細測試，達到了預想的效果:SP正常情況下和原系統(tǒng)一樣正確計軸，信號弱到一定程度也不丟軸，而原系統(tǒng)是會丟軸的。另外兩路中其中任一路故障，都能達到不低于原系統(tǒng)的效果，提高了可靠性。
【權利要求】
1.一種計軸系統(tǒng)，其特征是:所述的系統(tǒng)包括車輪傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器和DSP，車輪傳感器輸出計軸信號給A/D轉(zhuǎn)換器，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸出給DSP。
2.根據(jù)權利要求1所述的計軸系統(tǒng)，其特征是:所述的車輪傳感器和A/D轉(zhuǎn)換器之間連接有線性光耦隔離模塊。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的計軸系統(tǒng)，其特征是:所述的系統(tǒng)還包括一路脈沖整形模塊，車輪傳感器同時輸出計軸信號給脈沖整形模塊進行脈沖整形后輸出給線性光耦隔離模塊，經(jīng)線性光耦隔離模塊后輸出給計數(shù)模塊進行脈沖計數(shù)，然后將計數(shù)結果輸出給DSP。
4.一種采用如權利要求1或2或3所述的計軸系統(tǒng)的用于計軸系統(tǒng)的軸信號處理及計軸方法，其特征是:所述的方法為通過A/D轉(zhuǎn)換器將計軸傳感器輸出的模擬計軸信號進行數(shù)字量化，并輸出給數(shù)字信號處理器，通過數(shù)字信號處理器對兩路信號進行相似性識別，判斷兩個信號波形相似性的條件包括: (1)、兩路脈沖時間寬度，偏差不超過20%； (2)、兩路信號一定要有重疊，且重疊部分要超過總脈沖比例的1/3； (3)、除了重疊區(qū)域外，前后兩端分別占總脈沖的比例要超過1/6。
5.根據(jù)權利要求4所述的用于計軸系統(tǒng)的軸信號處理及計軸方法，其特征是:所述的計軸傳感器輸出信號分成兩路，一路輸出給A/D轉(zhuǎn)換器，另一路經(jīng)脈沖整形后直接進行軸脈沖計數(shù)，將兩種技術結果按照一定的算法進行合并，合并算法如下: (1)、以軸脈沖計數(shù)為主，將其結果作為計數(shù)結果； (2)、如果通過A/D采樣信號有計數(shù)，則看它離上一個軸脈沖計數(shù)的時間是否很短，如果很短則將A/D采樣計數(shù)忽略，否則再看下一個軸脈沖計數(shù)與該A/D采樣信號的間隔是否很短，如果很短則將該A/D采樣計數(shù)忽略，否則將該A/D采樣計數(shù)結果作為計數(shù)結果。
6.根據(jù)權利要求5所述的用于計軸系統(tǒng)的軸信號處理及計軸方法，其特征是:所述的A/D采樣信號與上一個軸脈沖計數(shù)的間隔時間小于5ms，則認為其間隔時間很短。
7.根據(jù)權利要求5所述的用于計軸系統(tǒng)的軸信號處理及計軸方法，其特征是:所述的A/D采樣信號與下一個軸脈沖計數(shù)的間隔時間小于5ms，則認為其間隔時間很短。
【文檔編號】B61L1/16GK103640596SQ201310603307
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年11月25日 優(yōu)先權日:2013年11月25日
【發(fā)明者】張帆, 郭豐明 申請人:深圳科安達電子科技股份有限公司