專利名稱：機(jī)車車載式線路動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于鐵道線路計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
線路動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)裝置已經(jīng)在鐵路系統(tǒng)廣泛應(yīng)用，目前主要有從國外進(jìn)口的專用軌道監(jiān)測(cè)車和便攜的動(dòng)態(tài)添乘儀。其中軌道監(jiān)測(cè)車配備有慣性基準(zhǔn)、激光監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理等高新技術(shù)裝備，能夠準(zhǔn)確評(píng)測(cè)軌道幾何狀態(tài)參數(shù)和等級(jí)，但費(fèi)用高，數(shù)量少，且調(diào)用不便，僅限于抽查使用；便攜式動(dòng)態(tài)添乘儀可隨車運(yùn)行，根據(jù)監(jiān)測(cè)車體振動(dòng)加速度值的大小來判定線路不平順程度，也能夠間接反映線路狀態(tài)，使用輕便、靈巧，尤其受用戶歡迎的是監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可利用微機(jī)分析處理，但監(jiān)測(cè)密度小，跨度短，數(shù)據(jù)散，功能簡(jiǎn)單，而且必須設(shè)專人跟車操作，均需手動(dòng)安裝測(cè)速傳感器，直接接觸車輛走行部，存在安全隱患，監(jiān)測(cè)成本相對(duì)高。另外人工校正里程，以及各次添乘車體不易相對(duì)固定，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不夠全面、及時(shí)、準(zhǔn)確。上述這兩種裝置監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)方式、方法和結(jié)構(gòu)與本發(fā)明不同。
本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)新的技術(shù)方案，研制一種作為機(jī)車綜合監(jiān)測(cè)裝置(TAX2)的一個(gè)組成部分，能夠更加高效、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)監(jiān)測(cè)的線路動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。它在機(jī)車運(yùn)行狀態(tài)下通過固定在機(jī)車車體中的傳感器單元不間斷地采集車體振動(dòng)加速度值，存儲(chǔ)控制單元實(shí)時(shí)記錄，同時(shí)讀取機(jī)車監(jiān)控裝置俗稱黑匣子中的線路里程和運(yùn)行速度等相關(guān)信息，無人工干預(yù)下綜合生成線路數(shù)據(jù)并循環(huán)保存。通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)器可把記錄的線路數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)到微機(jī)中，利用處理分析軟件，生成各種報(bào)告和圖表，量化反映線路平順狀況，指導(dǎo)線路安全預(yù)測(cè)和維修保養(yǎng)工作。
本實(shí)用新型的技術(shù)要點(diǎn)在于如圖1所示的四個(gè)方面，傳感器單元(傳感器及其電路)、存儲(chǔ)控制單元(主板電路)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)單元(轉(zhuǎn)儲(chǔ)器)和處理分析軟件(計(jì)算機(jī))組成。傳感器單元通過RS485總線與存儲(chǔ)控制單元連接，存儲(chǔ)控制單元與機(jī)車綜合監(jiān)測(cè)裝置(TAX2)連接，并通過RS485連接數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)單元，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)單元通過R232總線連接計(jì)算機(jī)。
傳感器單元電路如圖2所示由整形放大電路(一級(jí))、一級(jí)高通濾波電路、二級(jí)高通濾波電路、一級(jí)低通濾波電路、二級(jí)放大電路、二級(jí)高通濾波電路、整流電路組成。這些電路依次串接輸出給A/D轉(zhuǎn)換電路經(jīng)RS485總線將采樣值送到主板。傳感器單元中的整形放大電路如圖3所示，按以下方式連接加速度傳感器的輸出端有5個(gè)腳，1至5腳依次與電阻RZB1的一端、電阻RZB2的一端、電阻RZTC1的一端、運(yùn)算放大器U1B的5腳(+IN)及電阻RZTC2的一端相連；電阻RZTC2的另一端連到傳感器的2腳上，電阻RZTC1的另一端連到傳感器的5腳上，電阻RZB2與電阻RZB1的另一端相連接地；三極管TR1的發(fā)射極接地，集電極與基極相連接到電位器W2的一端，電位器W2的另兩端接在一起與電阻R3的一端及運(yùn)算放大器U1D的13腳(-IN)相連，電阻R3的另一端運(yùn)算放大器U1D的14腳(OUT)及傳感器的3腳連在一起，電位器W1的一端接地，另兩端連在一起與電阻R1、R2及基準(zhǔn)Z1的一端相連(2.5V)，基準(zhǔn)Z1的另一端接地，電阻R1的另一端連到運(yùn)算放大器U1D的12腳(+IN)，電阻R2的另一端連到電容C7和二極管D1的一端，電容C7的另一端接地，二極管D1的另一端接到+12V上。運(yùn)算放大器U1A的4腳接+12V，11腳接地、3腳(+IN)與傳感器5腳相連、2腳(-IN)與電位器W3的兩端及電阻R9的一端連到一起，1腳(OUT)與電阻R9的另一端及電阻R4的一端連在一起，電位器W3的另一端與電阻R8的一端相連、再接到運(yùn)算放大器U1B的6腳(+IN)。電阻R8的另一端與電阻R7的一端及運(yùn)算放大器U1B的7腳(OUT)連接在一起，電阻R7的另一端與電阻R6的一端及運(yùn)算放大器U1C的10腳(+IN)相連，電阻R6另一端接到R2和R1相連的端點(diǎn)上(2.5V)，電阻R4的另一端與電阻R5的一端及運(yùn)算放大器U1C的9腳(-IN)連在一起，電阻R5的另一端及運(yùn)算放大器U1C的8腳(OUT)連在一起，接到下一級(jí)高通濾波電路的輸入端上。
存儲(chǔ)控制單元(主板電路)如圖4所示由CPU1(89c51)系統(tǒng)電路、公共RAM電路、CPU2(89c51)系統(tǒng)電路、存儲(chǔ)器電路(SRAM)組成。CPU1系統(tǒng)電路通過RS485與TAX2箱連接，通過雙向數(shù)據(jù)總線與公共RAM相連，同時(shí)公共RAM通過另一路雙向數(shù)據(jù)總線與CPU2 電路部分相連。CPU2系統(tǒng)通過RS485與傳感器電路相連。通過雙向數(shù)據(jù)總線與存儲(chǔ)器電路相連。
數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)單元如圖5所示由CPU電路與存儲(chǔ)器電路組成，通過RS485與存儲(chǔ)控制單元(主板)相連，通過RS232與計(jì)算機(jī)(PC)相連。
處理分析軟件基于Windows 95/97/98操作系統(tǒng)，引入軌道質(zhì)量指數(shù)概念，運(yùn)用平行移動(dòng)算法，由參數(shù)設(shè)定、通信轉(zhuǎn)儲(chǔ)、運(yùn)算處理、查詢打印、綜合分析、文件管理、遠(yuǎn)程傳輸?shù)饶K組成，全部漢字界面，鼠標(biāo)操作，簡(jiǎn)單方便，處理快捷，自動(dòng)生成報(bào)告文件，綜合分析處理結(jié)果，輸出各種直觀圖表，量化反映線路實(shí)際狀況。
本實(shí)用新型與其他同類監(jiān)測(cè)裝置相比具有如下優(yōu)點(diǎn)1、采用特種壓阻傳感技術(shù)，體積小，重量輕，頻帶寬，精度高，內(nèi)置阻尼，低頻響應(yīng)好，靈敏度高，具有過載制止功能。
2、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用具有大容量、低功耗、掉電保護(hù)技術(shù)，能夠長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行于惡劣的工礦條件下，數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，可靠性高。
3、系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的RS485和RS232通信接口技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)車監(jiān)控器(黑匣子)、機(jī)車綜合監(jiān)測(cè)裝置(TAX2)、轉(zhuǎn)儲(chǔ)器、微機(jī)間的數(shù)據(jù)通信，線路數(shù)據(jù)相互共享，轉(zhuǎn)儲(chǔ)方便，監(jiān)測(cè)和處理可異地進(jìn)行，并遠(yuǎn)程傳輸，數(shù)據(jù)利用率高。
4、監(jiān)測(cè)裝置根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求設(shè)計(jì)，各模塊結(jié)構(gòu)緊湊，集成度高，監(jiān)測(cè)過程自動(dòng)化，無需人工干預(yù)，避免了因安裝傳感器而附帶的安全隱患，和因校對(duì)里程而產(chǎn)生的誤差。系統(tǒng)軟件功能齊全實(shí)用，操作簡(jiǎn)單，自動(dòng)生成結(jié)果，查詢準(zhǔn)確快捷，清晰直觀。監(jiān)測(cè)成本低，效率高。
5、充分利用了機(jī)車按交路不停運(yùn)轉(zhuǎn)的條件，不間斷地連續(xù)采集線路數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)區(qū)段跨度大、范圍廣、密度高，管理人員能夠全面掌握線路狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)線路病害處所，有針對(duì)性的采取防護(hù)保養(yǎng)及考核措施，提高作業(yè)工效，保證線路質(zhì)量，確保行車安全。


圖1系統(tǒng)框圖圖2傳感器及其電路原理框圖圖3傳感器單元中的整形放大電路圖圖4存儲(chǔ)控制單元原理框圖圖5數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)單元原理框圖圖6系統(tǒng)工作流程圖1.動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè) 2.通信轉(zhuǎn)儲(chǔ) 3.處理分析 4.現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)實(shí)施例本系統(tǒng)工作過程如下1、將傳感器固定安裝于機(jī)車車體上，存儲(chǔ)控制單元主板插到機(jī)車綜合監(jiān)測(cè)裝置(TAX2)總線插槽中，用螺絲固定好，連接好電纜線(安裝過程一次即可)。
2、機(jī)車啟動(dòng)后監(jiān)控裝置(“黑匣子”)開始工作，傳感器單元開始不間斷地監(jiān)測(cè)車體振動(dòng)加速度，存儲(chǔ)控制單元連續(xù)記錄監(jiān)測(cè)到的加速度值并同時(shí)讀取“黑匣子”中的線路里程及機(jī)車速度，循環(huán)保存在SRAM中。
3、機(jī)車回庫后，派人持轉(zhuǎn)儲(chǔ)器登上機(jī)車，用電纜連接通信接口，將記錄的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)儲(chǔ)器中，然后把轉(zhuǎn)儲(chǔ)器帶回辦公室與微機(jī)串口連接，執(zhí)行通信軟件把轉(zhuǎn)儲(chǔ)器中接收的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到微機(jī)硬盤中。
4、在微機(jī)上執(zhí)行處理軟件，對(duì)采集的線路數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，生成相關(guān)數(shù)據(jù)圖表?？蓤?zhí)行遠(yuǎn)程傳輸功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳或下載，供異地處理和分析。
5、根據(jù)系統(tǒng)生成的報(bào)告文件，采取相應(yīng)的安全管理和維修保養(yǎng)措施，實(shí)施檢查考核。
本裝置工作流程如圖6所示1.動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)2.通信轉(zhuǎn)儲(chǔ)3.處理分析4.現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)本裝置的技術(shù)特征1.采用壓阻傳感機(jī)車車體振動(dòng)加速度傳感器采用美國硅谷最先進(jìn)的特種感應(yīng)技術(shù)，直流響應(yīng)，內(nèi)置阻尼，頻帶寬且低頻響應(yīng)好，靈敏度和精度較高，同時(shí)具備過載制止技術(shù)。
2.采用通信轉(zhuǎn)儲(chǔ)本裝置中采用標(biāo)準(zhǔn)的RS485和RS232通信接口技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)線路檢測(cè)裝置與機(jī)車監(jiān)控裝置‘黑匣子’、線路檢測(cè)裝置與TAX2、線路檢測(cè)裝置與轉(zhuǎn)儲(chǔ)器、轉(zhuǎn)儲(chǔ)器與微機(jī)間的多通道數(shù)據(jù)通信，使線路數(shù)據(jù)方便共享。
3.采用掉電保護(hù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)置數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù)，適應(yīng)于惡劣的工礦條件，抗雜波沖擊力強(qiáng)，數(shù)據(jù)不跳變不丟失。
4.采用防護(hù)和糾錯(cuò)技術(shù)裝置中專門采用防護(hù)糾錯(cuò)技術(shù)，適應(yīng)機(jī)車內(nèi)高溫、振動(dòng)、油污、電磁干擾等運(yùn)行環(huán)境。還需專門設(shè)計(jì)糾錯(cuò)程序，搓高系統(tǒng)的可靠性。
5.采用線路評(píng)定技術(shù)數(shù)據(jù)處理軟件引入TQI軌道質(zhì)量指數(shù)概念，運(yùn)用平行移動(dòng)算法查找較差段，能夠全面、準(zhǔn)確、綜合地評(píng)定線路狀態(tài)。
6.采用數(shù)據(jù)檢索技術(shù)處理軟件面向使用對(duì)象設(shè)計(jì)，采用數(shù)據(jù)庫接口技術(shù)將處理結(jié)果轉(zhuǎn)換成相應(yīng)固定結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫，分析查詢功能采用快速、準(zhǔn)確的檢索技術(shù)。
本裝置的功能1.檢測(cè)采集每?jī)擅讬z測(cè)記錄一組數(shù)據(jù)，包括線路里程、列車速度機(jī)車車體垂直振動(dòng)加連度值、水平振動(dòng)加速度值，以及時(shí)間、日期、機(jī)車號(hào)、車次、交路等相關(guān)數(shù)據(jù)。一次可連續(xù)采集3600KM線路的數(shù)據(jù)，循環(huán)存儲(chǔ)。
2.處理分析系統(tǒng)軟件引入軌道質(zhì)量指數(shù)概念，運(yùn)用平行移動(dòng)算法，對(duì)采集的線路數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，自動(dòng)生成可指導(dǎo)線路維修養(yǎng)護(hù)的亡六種報(bào)告，綜合分析數(shù)據(jù)處理結(jié)果，輸出各種直觀的圖表，量化反映現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀況的數(shù)據(jù)資料。
3.安全保障機(jī)車交路不停地運(yùn)轉(zhuǎn)，檢測(cè)裝置就不停地連續(xù)采集線路數(shù)據(jù)、檢測(cè)區(qū)段跨度大、范圍廣、密度高，可幫助管理人員及時(shí)掌握線路狀況，有針對(duì)性的采取防護(hù)保養(yǎng)措施，有效地保證線路質(zhì)量，確保行車安全。
4.檢查考核利用圭成的報(bào)告，可檢查考核現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)質(zhì)量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)線路病害處所，糾正有害作業(yè)，防止無效勞動(dòng)，提高線路保養(yǎng)工效，為領(lǐng)導(dǎo)決策提供依據(jù)。
5.數(shù)據(jù)共享本裝置可完成線路檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理異地進(jìn)行，采集的線路數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)全局共享，降低了線路檢測(cè)成本。
機(jī)車車載式線路動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)裝置是高效、方便、實(shí)用的線路監(jiān)測(cè)手段，在鐵路內(nèi)推廣應(yīng)用，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
權(quán)利要求1.一種由傳感器單元、存儲(chǔ)控制單元、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)單元和計(jì)算機(jī)組成的機(jī)車車載式線路動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于傳感器單元通過RS485總線與存儲(chǔ)控制單元連接，存儲(chǔ)控制單元與機(jī)車綜合監(jiān)測(cè)裝置(TAX2)連接，并通過RS485連接數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)單元，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)單元通過RS232總線連接計(jì)算機(jī)；傳感器單元由加速度傳感器、整形放大電路、一級(jí)高通濾波電路、二級(jí)高通濾波電路、一級(jí)低通濾波電路、二級(jí)放大電路、二級(jí)低通濾波電路組成；這些電路依次串接輸出給A/D轉(zhuǎn)換電路經(jīng)RS485總線將采樣值送到存儲(chǔ)控制單元即主板；傳感器單元電路中的整形放大電路連接加速度傳感器的輸出端，輸出端有5個(gè)腳，1-5腳依次與電阻RZB1的一端、電阻RZB2的一端、電阻RZTC1的一端、運(yùn)算放大器U1B的5腳(+IN)及電阻RZTC2的一端相連，電阻RZTC2的另一端連到傳感器的2腳上，電阻RZTC1的另一端連到傳感器的5腳上，電阻RZB2與電阻RZB1的另一端相連接地，三極管TR1的發(fā)射極接地，集電極與基極相連接到電位器W2的一端，電位器W2的另兩端接在一起與電阻R3的一端及運(yùn)算放大器U1D的13腳(-IN)相連，電阻R3的另一端運(yùn)算放大器U1D的14腳(OUT)及傳感器的3腳連在一起，電位器W1的一端接地，另兩端連在一起與電阻R1、R2及基準(zhǔn)Z1的一端相連，基準(zhǔn)Z1的另一端接地，電阻R1的另一端連到運(yùn)算放大器U1D的12腳(+IN)，電阻R2的另一端連到電容C7和二極管D1的一端，電容C7的另一端接地，二極管D1的另一端接到+12V上。運(yùn)算放大器U1A的4腳接+12V，11腳接地、3腳(+IN)與傳感器5腳相連、2腳(-IN)與電位器W3的兩端及電阻R9的一端連到一起，1腳(OUT)與電阻R9的另一端及電阻R4的一端連在一起，電位器W3的另一端與電阻R8的一端相連、再接到運(yùn)算放大器U1B的6腳(+IN)；電阻R8的另一端與電阻R7的一端及運(yùn)算放大器U1B的7腳(OUT)連接在一起，電阻R7的另一端與電阻R6的一端及運(yùn)算放大器U1C的10腳(+IN)相連，電阻R6另一端接到R2和R1相連的端點(diǎn)上，電阻R4的另一端與電阻R5的一端及運(yùn)算放大器U1C的9腳(-IN)連在一起，電阻R5的另一端及運(yùn)算放大器U1C的8腳(OUT)連在一起，接到下一級(jí)高通濾波電路的輸入端上；存儲(chǔ)控制單元電路由CPU1系統(tǒng)電路、公共RAM電路、CPU2系統(tǒng)電路、存儲(chǔ)器電路組成；CPU1系統(tǒng)電路通過RS485總線與機(jī)車綜合監(jiān)測(cè)裝置TAX2箱連接，再通過雙向數(shù)據(jù)總線與公共RAM相連，同時(shí)公共RAM通過另一路雙向數(shù)據(jù)總線與另一CPU2系統(tǒng)電路相連；CPU2通過RS485與傳感器電路相連，再通過RS485與存儲(chǔ)器電路相連；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)單元由CPU電路與存儲(chǔ)器電路組成，通過RS485與存儲(chǔ)控制單元(主板)相連，通過RS232與計(jì)算機(jī)(PC)相連。
專利摘要機(jī)車車載式線路動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)裝置屬于鐵道線路計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。本裝置在機(jī)車運(yùn)行狀態(tài)下通過固定在機(jī)車車體中的傳感器單元不間斷地采集車體振動(dòng)加速度值,存儲(chǔ)控制單元實(shí)時(shí)記錄,同時(shí)讀取機(jī)車監(jiān)控裝置俗稱黑匣子中的線路里程和運(yùn)行速度等相關(guān)信息,無人工干預(yù)下綜合生成線路數(shù)據(jù)并循環(huán)保存。通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)器可把記錄的線路數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)到微機(jī)中,利用處理分析軟件,生成各種報(bào)告和圖表,量化反映線路平順狀況,指導(dǎo)線路安全預(yù)測(cè)和維修保養(yǎng)工作。
文檔編號(hào)G08G1/01GK2452802SQ00263279
公開日2001年10月10日 申請(qǐng)日期2000年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月8日
發(fā)明者賈世慶, 武民利, 鄧桂祥, 閻志強(qiáng), 張建峰, 李連慶, 荊平, 馮文波 申請(qǐng)人:武民利, 賈世慶