基于MEMS的列车空气制动机作用无线监测系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种基于MEMS的列车空气制动机作用无线监测系统，特别是提供一种应用于交通运输的基于MEMS的铁路列车、城市轨道交通列车中轨道车辆空气制动机作用的无线监测系统。该系统由安装在轨道车辆上的车辆传感装置节点、安装在轨道机车上的机车监测装置节点和安装在列车技术检修场地上的地面监测装置节点组成。车辆传感装置节点通过MEMS数字距离传感器采集轨道车辆空气制动机制动缸活塞行程，然后通过多跳自组织无线网络将采集到的监测数据发送给机车监测装置节点，当列车在列车技术检修场地检修时则将采集到的监测数据发送给地面监测装置节点，从而实现对列车中轨道车辆空气制动机制动缸活塞行程的实时监测，准确掌握列车中每辆轨道车辆空气制动机作用，满足列车运行操纵需要，及时发现折角塞门关闭、空气制动机作用不良等故障。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种基于MEMS的列车空气制动机作用无线监测系统，特别是涉及一种应用于交通运输的基于MEMS的铁路列车、城市轨道交通列车中轨道车辆空气制动机作用的无线监测系统。
技术介绍
目前，铁路列车、城市轨道交通列车尚未安装空气制动机作用的监测装置。轨道车辆空气制动机作用是否良好是在列车技术检修场地进行制动机试验时由人工检查确认的，经列车技术检修场地进行制动机试验的列车，要保证列车在终到前的空气制动机作用良好。列车在途中运行时，轨道车辆空气制动机作用没有实时监测，列车在行驶、调速、途停中，发生轨道车辆空气制动机不制动、自然缓解、不缓解、自然制动等故障不能及时发现，危及列车安全。由于轨道车辆空气制动机作用具有不确定性，在列车技术检修场地进行制动机试验时作用良好的，在运行途中随时可能发生作用不良故障。列车在列车技术检修场地进行制动机全部试验时，要进行感度试验的制动、缓解，安定保压试验的制动、缓解等项目，由多名检查人员分段逐辆检查确认轨道车辆空气制动机每项试验的作用情况，误判情况多、劳动强度大、作业条件苦、试验时间长。同时，由于每名检查人员需要跑步检查确认十几辆、甚至几十辆轨道车辆空气制动机作用情况，不能做到对每辆轨道车辆空气制动机作用全过程的检查确认，只能检查确认空气制动机作用的最终状态，达不到制动机全部试验的技术标准。当今，无线传感器网络是对人类未来生活产生深远影响的十大新兴技术，而无线传感器网络在轨道车辆空气制动机故障监测的应用中缺少研究。目前进行的一些研究没有解决实用的问题，如研究在每辆轨道车辆的两端制动主管上安装压力传感器监测空气压力没有意义，没有解决满足铁路列车、城市轨道交通列车长距离监测数据传输的无线网络问题，注重在列车技术检修场地空气制动机试验监测研究而忽视在列车运行途中空气制动机作用全程监测研究，轨道车辆个体识别及无线网络组织过程缺少研究，对于无电源的铁路货车而言，一个致命的问题——车辆无线网络节点供电问题没有解决。
技术实现思路
本技术解决的技术问题是：为了克服列车中轨道车辆空气制动机作用人工检查确认原始作业方式的不足，解决列车运行途中轨道车辆空气制动机作用的全程监测，解决车辆无线网络节点长距离监测数据传输的难题，解决无电源的铁路货车车辆无线网络节点供电的瓶颈，本技术提供一种基于MEMS的列车空气制动机作用无线监测系统。本技术采用的技术方案是：在轨道车辆空气制动机每个制动缸安装车辆传感装置节点，在轨道机车每个司机室安装机车监测装置节点，在列车技术检修场地检测室安装地面监测装置节点。列车在途中运行时，机车监测装置节点与本列车的车辆传感装置节点通过无线通信模块组成多跳自组织无线网络，进行列车监测数据和相关信息的传输。列车在列车技术检修场地检修时，地面监测装置节点与本列车的车辆传感装置节点通过无线通信模块组成多跳自组织无线网络，进行列车监测数据和相关信息的传输。对于出发列车在出发前，机车监测装置节点与地面监测装置节点组成自组织无线网络，发送、接收列车编组信息。对于到达列车在到达后，地面监测装置节点与机车监测装置节点组成自组织无线网络，发送、接收全程监测数据。车辆传感装置节点由数据采集单元、数据处理单元、数据传输单元和电能供应单元组成。车辆传感装置节点使用数据采集单元的MEMS数字距离传感器采集轨道车辆空气制动机制动缸活塞行程，采集到的监测数据经过数据处理单元的微控制器处理、微存储器存储，然后使用数据传输单元的无线通信模块通过多跳自组织无线网络进行发送。车辆传感装置节点所需电能，对于有电源轨道车辆由轨道车辆供电系统，经过电能供应单元的电能管理模块降压、整流，为车辆传感装置节点供电；对于无电源轨道车辆由电能供应单元的永磁直线发电机、压电振动发电机进行发电，经过电能管理模块升压、整流，存储在使用超级电容器的电能存储模块中，为车辆传感装置节点供电。车辆传感装置节点永磁直线发电机由安装在轨道车辆空气制动机制动缸前盖上的定子（即初级）、安装在轨道车辆空气制动机制动缸活塞杆上的动子（即次级）组成。定子主要由定子铁芯、钕铁硼的永磁体、定子线圈组成，动子主要由动子磁轭、工程塑料的抗磁性材料组成。定子固定在制动缸前盖上，由制动缸缓解弹簧压紧，动子固定在制动缸活塞杆上。当空气制动机制动、缓解时，即空气制动机制动缸活塞杆伸出、缩回时带着动子一同移动，动子与定子间产生相对运动，在定子铁芯内产生交变磁通，从而在定子线圈内产生电流。车辆传感装置节点压电振动发电机安装在轨道车辆空气制动机制动缸前盖上，利用轨道车辆运行中的振动进行发电。机车监测装置节点由数据采集单元、数据处理单元、数据传输单元、输入输出单元和电能供应单元组成。机车监测装置节点使用数据采集单元的MEMS数字压力传感器采集列车前端制动主管内的空气压力，使用数据传输单元的无线通信模块接收列尾装置发送的列车尾部制动主管内的空气压力，同时使用数据传输单元的无线通信模块通过多跳自组织无线网络接收车辆传感装置节点发送的监测数据。各项监测数据经过数据处理单元的微控制器处理、微存储器存储，然后使用输入输出单元的显示器进行实时显示。对列车前端和列车尾部制动主管内的空气压力异常的、轨道车辆空气制动机制动缸活塞行程异常的监测数据，使用输入输出单元的显示器、蜂鸣器进行图像、声音的报警。机车监测装置节点输入输出单元设有按键模块，用于调用机车监测装置节点各项功能。机车监测装置节点由轨道机车供电系统，经过电能供应单元的电能管理模块降压、整流，为机车监测装置节点供电。机车监测装置节点设有卫星授时模块，用于节点时间与北京时间的自动校准。机车监测装置节点显示器在屏幕上使用折线图坐标形式显示列车前端制动主管内的空气压力、列车尾部制动主管内的空气压力、轨道车辆空气制动机制动缸活塞行程监测数据，折线图以时间为X轴，以压力和行程为Y轴。为了便于观察，列车前端制动主管内的空气压力曲线使用红色线条，列车尾部制动主管内的空气压力曲线使用蓝色线条。机车监测装置节点显示器在屏幕上使用列表形式显示列车编组顺序表、列车空气制动机制动效能计算数值等数据。地面监测装置节点由数据采集单元、微型计算机、数据传输单元、数据传输局域网络和电能供应单元组成。地面监测装置节点使用数据采集单元的MEMS数字压力传感器采集列车前端制动机地面试验设备长软管内的空气压力，使用数据传输单元的无线通信模块接收列车尾部无线风压监测装置或列尾装置发送的列车尾部制动主管内的空气压力，同时使用数据传输单元的无线通信模块通过多跳自组织无线网络接收车辆传感装置节点发送的监测数据。各项监测数据经过微型计算机处理、存储、分析，对超过检修限度的监测数据进行报告，并将监测数据通过数据传输局域网络向上级管理部门报送。地面监测装置节点设有电能供应单元，由工业供电电源经过电能供应单元的电能管理模块降压、整流，为地面监测装置节点相关用电模块供电。地面监测装置节点设有卫星授时模块，用于节点时间与北京时间的自动校准。机车监测装置节点、地面监测装置节点根据列车编组顺序表与本列车的车辆传感装置节点组成多跳自组织无线网络。车辆传感装置节点采用“车辆号＋配件名称代号＋配件方位顺号”组合作为无线网络节点的名称，机车监测装置节点采用“机车号＋主机名称代号＋主机方位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于MEMS的列车空气制动机作用无线监测系统，其特征是：由安装在轨道车辆空气制动机制动缸的车辆传感装置节点、安装在轨道机车司机室的机车监测装置节点和安装在列车技术检修场地检测室的地面监测装置节点组成；列车在途中运行时，机车监测装置节点与本列车的车辆传感装置节点组成多跳自组织无线网络；列车在列车技术检修场地检修时，地面监测装置节点与本列车的车辆传感装置节点组成多跳自组织无线网络。

【技术特征摘要】
1.一种基于MEMS的列车空气制动机作用无线监测系统，其特征是：由安装在轨道车辆空气制动机制动缸的车辆传感装置节点、安装在轨道机车司机室的机车监测装置节点和安装在列车技术检修场地检测室的地面监测装置节点组成；列车在途中运行时，机车监测装置节点与本列车的车辆传感装置节点组成多跳自组织无线网络；列车在列车技术检修场地检修时，地面监测装置节点与本列车的车辆传感装置节点组成多跳自组织无线网络。2.根据权利要求1所述的列车空气制动机作用无线监测系统，其特征是：所述的车辆传感装置节点通过MEMS数字距离传感器采集轨道车辆空气制动机制动缸活塞行程，采集到的监测数据经过微控制器处理、微存储器存储，然后通过无线通信模块进行发送；车辆传感装置节点所需电能，有电源轨道车辆由轨道车辆供电系统供电，无电源轨道车辆由永磁直线发电机、压电振动发电机、电能管理模块、使用超级电容器的电能存储模块组成的电能供应单元供电。3.根据权利要求2所述的列车空气制动机作用无线监测系统，其特征是：所述的车辆传感装置节点永磁直线发电机由安装在轨道车辆空气制动机制动缸前盖上的定子、安装在轨道车辆空气制动机制动缸活塞杆上的动子组成；定子主要由定子铁芯、永磁体、定子线圈组成，动子主要由动子磁轭、抗磁性材料组成；定子固定在制动缸前盖上，动子固定在制动缸活塞杆上，当制动缸活塞杆伸出、缩回时带着动子一同移动，动子与定子间产生相对运动，在定子铁芯内产生交变磁通，从而在定子线圈内产生电流。4.根据权利要求1所述的列车空气制动机作用无线监测系统，其特征是：所述的机车监测装置节点通过MEMS数字压力传感器采集列车前端制动主管内的空气压力，通过无线通信模块接收列尾装置发送的列车尾部制动主管内的空气压力，同时通过无线通信模块接收车辆传感装置节点发送的监测数据，各项监测数据经过微控制器处理、微存储器存储，然后通过显示器进行实时显示；对列车前端和列车尾部制动主管内的空气压力异常的、轨道车辆空气制动机制动缸活塞行程异常的监测数...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘兴超，
申请(专利权)人：刘兴超，
类型：新型
国别省市：辽宁;21