面向地铁超高频无源应答器的自获能除雪装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种面向地铁超高频无源应答器的自获能除雪装置和方法，装置由温度检测模块、薄膜压力传感器模块、清除积雪/冰模块、振动环境能收集模块、信号处理主控模块组成。自获能除雪装置的电能取自振动环境能，无需从轨旁系统取电，亦不必由外部电池供电，未增地铁供电线路的复杂度；薄膜压力传感器自动检测、清除积雪/冰，无附加运维工作量、也不影响地铁的电磁环境；根据积雪/冰压力变化幅度、剔除病态数据，提高了积雪检测精度；透波疏水材料和弧状外形盒盖的使用，兼顾了除雪和超高频通信要求；振动杆和电磁铁的弹簧振子紧凑结构，满足无源应答器狭小安装空间的约束。

【技术实现步骤摘要】
面向地铁超高频无源应答器的自获能除雪装置和方法
本专利技术属地铁的信号技术范畴。特别是指配置除雪装置的地铁超高频无源应答器，装置采用自获能技术和透波疏水涂层材料，消除积雪对超高频信号的干扰。
技术介绍
2017年11月24日，杭州地铁通车5周年。地铁从无到有，从1号线单线运营到1、2、4号线组网运营，从30座车站串联6城区到62座车站覆盖8城区；从日均客流14万人次到100余万人次，运送乘客累计超10亿人次。2020年，第19届亚运会召开之际，杭州将完成10条地铁线路的主体工程。随着列车运行密度的不断加大，支撑地铁安全高效运营的基石--定位技术--越来越得到重视。地铁列车的行车密度高，列车定位是地铁高效安全运营的关键技术。目前，铁路交通的主流控制系统是基于通信的列车运行控制系统(CBTC)，定位正是CBTC的核心支撑技术之一。现有列车定位分为绝对和相对定位两种；相对定位通过速度计或雷达/激光的测速测距，累加推算列车的当前位置；绝对定位采用查询-应答器、轨道电路、卫星定位，直接获取列车的当前位置。上述技术或存在累积误差精度欠佳、或存在点式非连续、或存在结构复杂、或存在适用场合受限的缺陷；因此，通行的做法是定位技术的组合应用。查询-应答器虽是一种点式定位技术，但结构简单、价格低廉、高精度高可靠；宜作列车高精度定位的辅助设备，提高CBTCCTCS定位精度，其作用不可替代。瑞典铁路率先提出应答器列车定位技术方案。1996年，欧洲铁路联盟制定欧洲列车控制系统(ETCS)技术标准，推进了应答器的规范使用。2003年，中国引进欧洲应答器，伴随CBTC系统在国内城轨线路的运行，基于射频识别(RFID)技术的查询-应答器系统得到广泛应用。目前，国内应答器有两种制式：欧式应答器系统(简称欧标)和美式信标系统(简称美标)。欧标射频信号工作频率27.095MHz，发射功率20W；可穿过金属外的大多数材料，读写距离适中。美标射频信号工作频率为904～928MHz，属超高频信号；发射功率0.5～1.6W，读写距离较近；美标的穿透能力有限，无法穿透许多材料如冰、雪、水等。根据供电方式，应答器分有源与无源两类。CBTC系统中所使用的均为无源应答器，借助无源应答器完成定位，本文围绕无源应答器展开论述。杭州地铁1号线采用车载查询器与查询天线、地面应答器组成的美标查询-应答器系统，车载查询器型号AI1422，无源应答器采用Transcore公司AT5112型，工作频率：910.00～921.50MHz。1号线长约53km，安装应答器1157个，其中无源934个。如果无源应答器定位的不确定值过大，CBTC技术指标的精度必将受损，甚至触发列车报警和停车制动，造成地铁运行的混乱和瘫痪。基于杭州地铁5年的运维大数据，数据分析表明：美标应答器工作稳定可靠，但存在例外；深入分析表明：此类“例外”有规律可寻--与安装地点和气象条件有关。无源应答器安装地点：露天道轨；气象条件：降雪造成积雪或结冰。下表编号1505～1508四台无源应答器安装在露天轨道上；2016年12月4日晴天，四台无源应答器读取数据的统计值位于表的左3列；2016年12月5日降雪造成积雪，四台无源应答器读取数据的统计值位于表的右3列。不难发现，应答器表面覆盖积雪或结冰时，美标超高频工作频段的射频信号衰减严重，无法正常工作；同时，相邻的室内无源应答器工作正常，与雪无关。晴天、积雪或结冰的露天无源应答器读取数据统计表实验和理论计算得出相同的结论，应答器表面覆盖积雪或结冰时，美标超高频射频信号的衰减率与积雪或结冰的厚度有关。因美标的发射功率小(0.5～1.6W)，超高频射频信号通过积雪或结冰产生衰减，故无源应答器信标读取的失败率急剧上升，构成地铁运行中的一大安全隐患。必须指出，编号1505～1508四台无源应答器非个案特例；2016年12月5日，所有露天安装的无源应答器无一例外，出现或多或少的信标读取异常报错；相反，室内无源应答器工作正常。给露天安装的无源应答器配置除雪装置，消除积雪覆盖对无源应答器的干扰是可行的，但施行时应遵循：第一，优选方案是沿袭无源应答器的原工作模；对任何系统单元作改进，这是普遍遵守的设计原则。故配置除雪装置的无源应答器首选自获能技术供电，轨旁系统取电是下策；应答器与车载查询器除信标读取之外无附加的通信，即除雪装置的积雪或结冰判别需就地智能化，不会影响地铁的电磁环境。其次，地铁运营的列车密度大，只有午夜列车停运的“天窗”期才允许开展线路维护；所以除雪装置需自行检测积雪量和自动除雪。第三，无源应答器除雪装置外壳的材料选择，既要透波(对超高频射频信号衰减小)，又要具有疏水特性，外形宜取一定的弧度便于积雪和雨水的重力滑落。第四，无源应答器位置低矮，需在狭小空间内增设除雪装置。因此，自获能技术的选择，除雪执行机构的设计，受狭小空间的制约。地铁无源应答器防护抗干扰方面较有代表性的知识产权成果综述如下：·专利技术专利“一种应答器防护装置”(ZL201410325655.6)，提出在信标旁固定多防护板叠加形成的防护装置，防护受沿列车行驶方向外载荷冲击。在防护装置固定螺栓被切断后后，多防护板叠加结构成片状分解，不会对车体造成更大损害·专利技术专利“防止应答器监测系统对应答器造成干扰的方法及装置”(ZL200710176447.4)，提出一种能够避免车载设备的天线(BTM)和应答器监测设备同时对应答器发信号，互相造成干扰，影响车载设备正常接收报文的方法及装置。上述有益探索，是应答器防护抗干扰方面研究成果的综述；遗憾的是，美标无源应答器的防雪抗干扰装置至今少人问津，地铁运营安全需求长期得不到满足。因此，有必要在现有成果的基础上，作进一步的创新设计。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种面向地铁超高频无源应答器的自获能除雪装置和方法。面向地铁超高频无源应答器的自获能除雪装置，其特征在于装置由温度检测模块、薄膜压力传感器模块、清除积雪/冰模块、振动环境能收集模块、信号处理主控模块组成；温度检测模块、薄膜压力传感器模块、清除积雪/冰模块、振动环境能收集模块分别与信号处理主控模块相连，振动环境能收集模块分别与温度检测模块、薄膜压力传感器模块、清除积雪/冰模块相连；振动环境能收集模块提供自获能除雪装置的电能；温度检测模块采集配置自获能除雪装置的地铁超高频无源应答器的温度，薄膜压力传感器模块采集配置自获能除雪装置的地铁超高频无源应答器的积雪/冰状态，信号处理主控模块基于温度和积雪/冰状态，启动或停止清除积雪/冰模块的清除积雪/冰作业；在配置自获能除雪装置的地铁超高频无源应答器中，自获能除雪装置与地铁超高频无源应答器独立平行工作；配置自获能除雪装置的地铁超高频无源应答器包括自获能除雪装置，地铁超高频无源应答器；自获能除雪装置嵌入安装在地铁超高频无源应答器内，地铁超高频无源应答器的型号是AT5112；配置自获能除雪装置的地铁超高频无源应答器安装盒，其尺寸和形状在AT5112基础上按需作局部调整：预留自获能除雪装置的安装空间，以及有助于清除积雪或结冰的盒盖形状设计；所述的温度检测模块以温度传感器DS18B20为核心，DS18B20的脚1接地、脚3接入VCC，R11的两端并接在脚2和脚3；D本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向地铁超高频无源应答器的自获能除雪装置，其特征在于，装置由温度检测模块(10)、薄膜压力传感器模块(20)、清除积雪/冰模块(30)、振动环境能收集模块(40)、信号处理主控模块(50)组成；温度检测模块(10)、薄膜压力传感器模块(20)、清除积雪/冰模块(30)、振动环境能收集模块(40)分别与信号处理主控模块(50)相连，振动环境能收集模块(40)分别与温度检测模块(10)、薄膜压力传感器模块(20)、清除积雪/冰模块(30)相连；配置自获能除雪装置的地铁超高频无源应答器(300)安装于一安装盒内，包括自获能除雪装置(100)和地铁超高频无源应答器(200)；自获能除雪装置(100)嵌入安装在地铁超高频无源应答器(200)内，自获能除雪装置(100)与地铁超高频无源应答器(200)独立平行工作，地铁超高频无源应答器(200)的型号是AT5112；振动环境能收集模块(40)提供自获能除雪装置(100)的电能；温度检测模块(10)采集配置自获能除雪装置的地铁超高频无源应答器(300)的温度，薄膜压力传感器模块(20)采集配置自获能除雪装置的地铁超高频无源应答器(300)的积雪/冰状态，信号处理主控模块(50)基于温度和积雪/冰状态，启动或停止清除积雪/冰模块(30)的清除积雪/冰作业。...

【技术特征摘要】
1.一种面向地铁超高频无源应答器的自获能除雪装置，其特征在于，装置由温度检测模块(10)、薄膜压力传感器模块(20)、清除积雪/冰模块(30)、振动环境能收集模块(40)、信号处理主控模块(50)组成；温度检测模块(10)、薄膜压力传感器模块(20)、清除积雪/冰模块(30)、振动环境能收集模块(40)分别与信号处理主控模块(50)相连，振动环境能收集模块(40)分别与温度检测模块(10)、薄膜压力传感器模块(20)、清除积雪/冰模块(30)相连；配置自获能除雪装置的地铁超高频无源应答器(300)安装于一安装盒内，包括自获能除雪装置(100)和地铁超高频无源应答器(200)；自获能除雪装置(100)嵌入安装在地铁超高频无源应答器(200)内，自获能除雪装置(100)与地铁超高频无源应答器(200)独立平行工作，地铁超高频无源应答器(200)的型号是AT5112；振动环境能收集模块(40)提供自获能除雪装置(100)的电能；温度检测模块(10)采集配置自获能除雪装置的地铁超高频无源应答器(300)的温度，薄膜压力传感器模块(20)采集配置自获能除雪装置的地铁超高频无源应答器(300)的积雪/冰状态，信号处理主控模块(50)基于温度和积雪/冰状态，启动或停止清除积雪/冰模块(30)的清除积雪/冰作业。2.根据权利要求1所述的自获能除雪装置，其特征在于，所述的温度检测模块(10)以温度传感器DS18B20为核心，DS18B20的脚1接地，脚3接入VCC，脚2和脚3之间连接电阻R11；DS18B20的脚2与信号处理主控模块(50)的ATmega128脚56相连。3.根据权利要求1所述的自获能除雪装置，其特征在于，所述的薄膜压力传感器模块(20)包括薄膜压力传感器(21)、比例放大电路(22)，薄膜压力传感器(21)的型号是A301、比例放大电路(22)以AD8615芯片为核心；A301的输出与AD8615脚3相连AD8615脚4连接电阻R21后接地，AD8615脚4与脚1之间连接电阻R22，AD8615脚1与信号处理主控模块(50)的ATmega128脚61相连。4.根据权利要求1所述的自获能除雪装置，其特征在于，所述的清除积雪/冰模块(30)包括第1支柱铰链(31)、第2支柱铰链(32)、自获能除雪装置安装盒弧状外形的盒盖(33)、清除积雪/冰的振动杆(34)、永磁体环(35)、振动杆的固定弹簧(36)、电磁铁(37)、振动杆垂直运动的引导筒(38)、固态继电器(39)，盒盖(33)的上外表面喷涂纳米二氧化硅疏水透波涂层，振动杆(34)和引导筒(38)为铝型材制品、永磁体环(35)选择钕铁硼稀土永磁材料，固态继电器(39)的型号是IRFP150；盒盖(33)通过第1支柱铰链(31)、第2支柱铰链(32)安装在自获能除雪装置的安装盒上，薄膜压力传感器(21)配置在安装盒与盒盖(33)密封接触面处、薄膜压力传感器(21)的顶端凸出密封接触面1.5mm；清除积雪/冰的振动杆(34)上固定永磁体环(35)，振动杆(34)的底部设固定弹簧(36)，振动杆(34)、永磁体环(35)和固定弹簧(36)作为一个部件整体装入振动杆垂直运动的引导筒(38)，引导筒(38)内壁与永磁体环(35)侧面构成滑动副、行程2cm；振动杆(34)的初始平衡位置：以安装盒与盒盖(33)的密封接触面为基准面，振动杆(34)的顶端凸出基准面1mm，电磁铁(37)设置在引导筒(38)内、位于永磁体环(35)下方2cm；清除积雪/冰模块的控制电路以固态继电器(39)为核心，通过电磁铁(37)实施清除积雪/冰作业；固态继电器(39)的控制端口接信号处理主控模块(50)的ATmega128脚48，固态继电器(39)的两个输出端口经电源、电磁铁(37)相连；电磁铁(37)的得/失电对应振动...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔耕，孙蒙，倪志，吴明光，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33