铁路计轴设备、方法、系统、以及信号处理设备技术方案

本发明专利技术涉及铁道信号技术领域，公开了一种铁路计轴设备、方法、系统、以及信号处理设备，该铁路计轴方法包括：从本发明专利技术提供的铁路计轴设备处接收计轴电信号；将所述计轴电信号处理为计轴数据；根据所述计轴数据，判断列车行车方向和列车车轮是否经过所述铁路计轴设备；以及根据所述列车行车方向以及所述列车车轮经过所述铁路计轴设备，确定车轮轴数。由于本发明专利技术提供的铁路计轴设备的光纤光栅能够精确检测钢轨形变下的剪应力，因此能够准确获知经过钢轨的列车的行车方向以及是否经过该计轴区域，从而准确地确定车轮轴数，实现轨道的占用情况的准确监测，可靠性高，能够确保列车行车安全。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及铁道信号
，具体地，涉及一种铁路计轴设备、一种铁路计轴方法、一种铁路计轴系统、以及一种信号处理设备。
技术介绍
铁路交通运输是社会经济生活的大动脉，普通列车提速、高速铁路运营里程增加改善了人们出行条件，提高了货物运输速度，对国民经济的发展做出巨大贡献。而铁路信号是铁路运输调度的关键。其中，列车轨道占用监测是铁路信号的基础，若监测设备发生故障不仅会造成铁路交通阻塞，更会带来巨大的生命、财产损失。例如2011年7月23日甬温线发生的动车追尾事故，造成该事故的原因是铁路信号系统受雷电干扰时发生故障，列车轨道占用监测系统未能准确判定轨道占用情况，在轨道被占用的状态下后续列车依旧全速行驶，从而造成列车追尾事故。因此，为铁路运营设计完善可靠的轨道占用监测系统意义重大。轨道占用监测技术包括轨道电路和计轴两种技术。其中，轨道电路是以一定长度的两条钢轨为导体、在两端加以送电和受电设备构成的电气电路。但将其应用于列车轨道占用监测存在一定的缺陷，如在一些环境恶劣的区段，轨道电路会受雷电、矿物粉尘、锈蚀、雨、雾等因素的影响，从而发生“分路不良”、“红光带”等故障。此外，现有轨道电路独自完成轨道占用监测，缺乏并行监督保障机制，一旦轨道电路受到干扰或发生故障，就会误判轨道占用情况，从而导致联锁系统发出错误信息造成行车事故；计轴技术是铁路信号列车轨道占用监测领域的另一项重要技术，其原理是在区间的入口和出口处分别设置铁路列车计轴器以获得通过区间两端的轴数，通常对区间入口进行加1计数，有一个轮轴记一个数，将此数送至本区间出口处,进行减1计数。若计数为零，说明进入区间和离开区间的轮轴数相等，则区间空闲；反之，则空间被占用。由于计轴设备不受轨道状况的影响，因而其具备检查较长轨道区间且不受电气化铁路牵引回流干扰的优势。因此，计轴技术可在一定程度上弥补轨道电路的缺陷。现有技术中虽然存在一些计轴设备，但是这些计轴设备采集的数据不够精确和全面，不能准确判断列车的运行方向，在一些诸如车轮在计轴处反复前进、后退等特殊情况下就会导致车轴数目的错误增加或减少，不能准确计轴。而列车的反复进退情况在列车运行时经常发生，例如列车连挂、列车编组时需要车列反复进退，机车起步时为了降低牵引力峰值，通常先后退压缩车钩间隙再转为前进等。由此可知，计轴设备在铁路线路运用时，正确的判断行车方向对于计轴并判断轨道占用至关重要。即现有技术中存在由于计轴数据不够全面和精确导致不能正确判断列车行车方向、不能准确计轴的缺陷。
技术实现思路
针对现有技术中存在的由于计轴数据不够全面和精确导致不能正确判断列车行车方向、不能准确计轴的技术问题，本专利技术提供了一种铁路计轴设备，该铁路计轴设备包括：宽带光源、环形器、计轴单元、光纤光栅解调单元，所述计轴单元包括：第一光纤光栅对和第二光纤光栅对，所述第一光纤光栅对包括第一光纤光栅和第二光纤光栅，以及所述第二光纤光栅对包括第三光纤光栅和第四光纤光栅；其中所述第一光纤光栅对和所述第二光纤光栅对以第一轨枕和第二轨枕之间的中心所在的垂直轴线对称地安装在对应的钢轨的轨腰的中性轴上；所述第一光纤光栅的第一端和所述第二光纤光栅的第一端在所述中性轴上的第一点，所述第一光纤光栅的第二端所在方向与所述中性轴成第一预定角度，所述第二光纤光栅的第二端所在方向与所述中性轴成第二预定角度；所述第三光纤光栅的第一端和所述第四光纤光栅的第一端在所述中性轴上的第二点，所述第三光纤光栅的第二端所在方向与所述中性轴成第一预定角度，所述第四光纤光栅的第二端所在方向与所述中性轴成第二预定角度；所述第一轨枕和所述第二轨枕为铁路中两个相邻的轨枕，其中所述宽带光源将宽带光经过所述环形器输入到所述计轴单元，所述计轴单元反射的光信号经过所述光纤光栅解调单元转换为计轴电信号，所述计轴电信号指示所述钢轨在列车车轮的作用力下形变所产生的剪应力。优选地，所述第一点所在的垂直轴线距离所述第一轨枕的中心所在的垂直轴线预定距离，所述第二点所在的垂直轴线距离所述第二轨枕的中心所在的垂直轴线预定距离。优选地，所述第一预定角度为45°，以及所述第二预定角度为-45°。优选地，该铁路计轴设备包括多个计轴单元，所述多个计轴单元按照在列车行车方向上使得车轮依次经过每个计轴单元的方式连续布置。此外，本专利技术还提供了一种采用本专利技术的铁路计轴设备进行计轴的铁路计轴方法，该方法包括：从铁路计轴设备处接收计轴电信号；将所述计轴电信号处理为计轴数据；根据所述计轴数据，判断列车行车方向和列车车轮是否经过所述铁路计轴设备；以及根据所述列车行车方向以及所述列车车轮经过所述铁路计轴设备，确定车轮轴数。优选地，所述将所述计轴电信号处理为计轴数据包括：对所述计轴电信号进行降噪处理；以及对降噪处理后的计轴电信号进行波峰中心波长检测以获得所述计轴数据。优选地，所述计轴数据包括第一光纤光栅、第二光纤光栅、第三光纤光栅、第四光纤光栅的中心波长偏移量。优选地，所述根据所述计轴数据判断列车行车方向包括：计算所述第一光纤光栅和所述第二光纤光栅的中心波长偏移量之间的第一差值，以及所述第三光纤光栅和所述第四光纤光栅的中心波长偏移量之间的第二差值；以及根据所述第一差值和第二差值的变化趋势，判断所述列车行车方向。优选地，所述根据所述第一差值和第二差值的变化趋势判断所述列车行车方向包括：在所述第一差值和所述第二差值均减小的情况下，确定所述列车行车方向为由第一光纤光栅对向第二光纤光栅对行驶；以及在所述第一差值和所述第二差值均增加的情况下，确定所述列车行车方向为由所述第二光纤光栅对向所述第一光纤光栅对行驶。优选地，所述根据所述计轴数据判断列车车轮是否经过所述铁路计轴设备包括：在所述第一差值从正值变为负值或者从负值变为正值以及所述第二差值从正值变为负值或者从负值变为正值的情况下，确定所述列车车轮经过所述铁路计轴设备。优选地，所述根据所述计轴数据判断列车车轮是否经过所述铁路计轴设备包括：计算所述第一差值和所述第二差值之间的偏差值；以及在所述偏差值达到偏差阈值的情况下，确定所述列车车轮经过所述铁路计轴设备。优选地，所述根据所述计轴数据判断列车车轮是否经过所述铁路计轴设备包括：计算所述第一差值和所述第二差值之间的偏差值；以及在所述偏差值达到偏差阈值达一时间阈值的情况下，确定所述列车车轮经过所述铁路计轴设备。优选地，所述根据所述计轴数据判断列车车轮是否经过所述铁路计轴设备包括：计算所述第一差值和所述第二差值之间的偏差值；以及在所述第一差值从正值变为负值或者从负值变为正值以及所述第二差值从正值变为负值或者从负值变为正值的情况下并且在所述偏差值达到偏差阈值达一时间阈值的情况下，确定所述列车车轮经过所述铁路计轴设备。优选地，根据所述列车行车方向以及车轮经过所述铁路计轴设备确定车轮轴数包括：在所述列车行车方向为由所述第一光纤光栅对向所述第二光纤光栅对行驶并确定所述列车车轮经过所述铁路计轴设备的情况下，确定车轮轴数加1；以及在所述列车行车方向为由所述第二光纤光栅对向所述第一光纤光栅对行驶并确定所述列车车轮经过所述铁路计轴设备的情况下，确定车轮轴数减1。优选地，该方法还包括：根据所述第一光纤光栅对和所述第二光纤光栅对之间的距离和列车经过所述距离的时间，确定列车行车速度。此本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铁路计轴设备，该铁路计轴设备包括：宽带光源、环形器、计轴单元、光纤光栅解调单元，其特征在于，所述计轴单元包括：第一光纤光栅对和第二光纤光栅对，所述第一光纤光栅对包括第一光纤光栅和第二光纤光栅，以及所述第二光纤光栅对包括第三光纤光栅和第四光纤光栅；其中所述第一光纤光栅对和所述第二光纤光栅对以第一轨枕和第二轨枕之间的中心所在的垂直轴线对称地安装在对应的钢轨的轨腰的中性轴上；所述第一光纤光栅的第一端和所述第二光纤光栅的第一端在所述中性轴上的第一点，所述第一光纤光栅的第二端所在方向与所述中性轴成第一预定角度，所述第二光纤光栅的第二端所在方向与所述中性轴成第二预定角度；所述第三光纤光栅的第一端和所述第四光纤光栅的第一端在所述中性轴上的第二点，所述第三光纤光栅的第二端所在方向与所述中性轴成第一预定角度，所述第四光纤光栅的第二端所在方向与所述中性轴成第二预定角度；所述第一轨枕和所述第二轨枕为铁路中两个相邻的轨枕，其中所述宽带光源将宽带光经过所述环形器输入到所述计轴单元，所述计轴单元反射的光信号经过所述光纤光栅解调单元转换为计轴电信号，所述计轴电信号指示所述钢轨在列车车轮的作用力下形变所产生的剪应力。...

【技术特征摘要】
1.一种铁路计轴设备，该铁路计轴设备包括：宽带光源、环形器、计轴单元、光纤光栅解调单元，其特征在于，所述计轴单元包括：第一光纤光栅对和第二光纤光栅对，所述第一光纤光栅对包括第一光纤光栅和第二光纤光栅，以及所述第二光纤光栅对包括第三光纤光栅和第四光纤光栅；其中所述第一光纤光栅对和所述第二光纤光栅对以第一轨枕和第二轨枕之间的中心所在的垂直轴线对称地安装在对应的钢轨的轨腰的中性轴上；所述第一光纤光栅的第一端和所述第二光纤光栅的第一端在所述中性轴上的第一点，所述第一光纤光栅的第二端所在方向与所述中性轴成第一预定角度，所述第二光纤光栅的第二端所在方向与所述中性轴成第二预定角度；所述第三光纤光栅的第一端和所述第四光纤光栅的第一端在所述中性轴上的第二点，所述第三光纤光栅的第二端所在方向与所述中性轴成第一预定角度，所述第四光纤光栅的第二端所在方向与所述中性轴成第二预定角度；所述第一轨枕和所述第二轨枕为铁路中两个相邻的轨枕，其中所述宽带光源将宽带光经过所述环形器输入到所述计轴单元，所述计轴单元反射的光信号经过所述光纤光栅解调单元转换为计轴电信号，所述计轴电信号指示所述钢轨在列车车轮的作用力下形变所产生的剪应力。2.根据权利要求1所述的铁路计轴设备，其特征在于，所述第一点所在的垂直轴线距离所述第一轨枕的中心所在的垂直轴线预定距离，所述第二点所在的垂直轴线距离所述第二轨枕的中心所在的垂直轴线预定距离。3.根据权利要求1所述的铁路计轴设备，其特征在于，所述第一预定角度为45°，以及所述第二预定角度为-45°。4.根据权利要求1所述的铁路计轴设备，其特征在于，该铁路计轴设备包括多个计轴单元，所述多个计轴单元按照在列车行车方向上使得车轮依次经过每个计轴单元的方式连续布置。5.一种采用权利要求1-4中任一项权利要求所述的铁路计轴设备进行计轴的铁路计轴方法，其特征在于，该方法包括：从铁路计轴设备处接收计轴电信号；将所述计轴电信号处理为计轴数据；根据所述计轴数据，判断列车行车方向和列车车轮是否经过所述铁路计轴设备；以及根据所述列车行车方向以及所述列车车轮经过所述铁路计轴设备，确定车轮轴数。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述将所述计轴电信号处理为计轴数据包括：对所述计轴电信号进行降噪处理；以及对降噪处理后的计轴电信号进行波峰中心波长检测以获得所述计轴数据。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述计轴数据包括第一光纤光栅、第二光纤光栅、第三光纤光栅、第四光纤光栅的中心波长偏移量。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据所述计轴数据判断列车行车方向包括：计算所述第一光纤光栅和所述第二光纤光栅的中心波长偏移量之间的第一差值，以及所述第三光纤光栅和所述第四光纤光栅的中心波长偏移量之间的第二差值；以及根据所述第一差值和第二差值的变化趋势，判断所述列车行车方向。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一差值和第二差值的变化趋势判断所述列车行车方向包括：在所述第一差值和所述第二差值均减小的情况下，确定所述列车行车方向为由第一光纤光栅对向第二光纤光栅对行驶；以及在所述第一差值和所述第二差值均增加的情况下，确定所述列车行车方向为由所述第二光纤光栅对向所述第一光纤光栅对行驶。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述根据所述计轴数据判断列车车轮是否经过所述铁路计轴设备包括：在所述第一差值从正值变为负值或者从负值变为正值以及所述第二差值从正值变为负值或者从负值变为正值的情况下，确定所述列车车轮经过所述铁路计轴设备。11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述根据所述计轴数据判断列车车轮是否经过所述铁路计轴设备包括：计算所述第一差值和所述第二差值之间的偏差值；以及在所述偏差值达到偏差阈值的情况下，确定所述列车车轮经过所述铁路计轴设备。12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述根据所述计轴数据判断列车车轮是否经过所述铁路计轴设备包括：计算所述第一差值和所述第二差值之间的偏差值；以及在所述偏差值达到偏差阈值达一时间阈值的情况下，确定所述列车车轮经过所述铁路计轴设备。13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述根据所述计轴数据判断列车车轮是否经过所述铁路计轴设备包括：计算所述第一差值和所述第二差值之间的偏差值；以及在所述第一差值从正值变为负值或者从负值变为正值以及所述第二差值从正值变为负值或者从负值变为正值的情况下并且在所述偏差值达到偏差阈值达一...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈保平，张福田，唐永康，孟宪洪，何占元，黄亮，燕延，陶凯，樊国智，
申请(专利权)人：中国神华能源股份有限公司，朔黄铁路发展有限责任公司，石家庄铁道大学，
类型：发明
国别省市：北京;11