基于微功率脉冲雷达的车轮探测器制造技术

用于指示在一组隔开的路轨上的一辆铁路车辆的出现的一种车轮探测器，该车轮探测器发射一个雷达脉冲信号并抽样对应于路轨之一上的一个目标区的一部分信号。如果探测到对应于目标区的接收信号的反射率的变化，车轮探测顺便生成一个指示信号。该车轮探测器可附加包含多台发射机与接收机来提供冗余性，并可配置成确定车轮的线速度与方向。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本申请人请求1995年7月20日提交的美国专利申请60/001,262号的权益，并将其内容通过引用结合于此说明书中。本专利技术一般涉及列车车轮探测器，尤其涉及利用微功率脉冲雷达测定列车车轮在沿通行道路的一个固定点上的位置、方向与线速度的车轮探测器。车轮探测是铁路工业的一种主要工作。车轮探测器可用于确定列车位置与方向，测定列车速度与滚动阻力，确认轨道电路与在场探测器，以及启动各种控制序列。已研制出若干设备来探测列车车轮的出现。美国专利号4,200,855公开了一种插销形铁路车辆探测器，其中，将一对插销形传感器单元固定在形成于铁轨的连接板部分上的孔洞中。这种探测器还包括在车轮的载荷下拉伸的应变仪。这一拉伸改变应变仪的电阻并能探测到车轮。美国专利号4,200,856公开了一种差分夹紧铁路车辆车轮探测器。这种探测器包括一对位于铁轨的底部凸缘的上表面上的夹紧传感器单元。一对C形夹子将这些单元元固定在底部凸缘上。该探测器中的应变仪元件受到车轮载荷的压力。车轮的出现可以通过监视应变仪的电阻来探测到。美国专利4,524,932公开了采用霍尔(Hall)效应元件来探测车轮的铁路车辆车轮探测器。霍尔效应元件是安装在一块永久磁铁顶部并将这一组件安装在铁轨上使得在该组件与铁轨之间形成一个空隙。在空隙内车轮的出现使磁通量水平增加并随即提高霍尔效应元件的输出电压。增加的霍尔效应元件输出电压指示列车车轮的存在。如上所述，这些设备中的每一种都需要物理地连接到铁轨的连接部分或底部凸缘上。相应地，在列车通过期间，这些设备易受强烈振动。这种振动可损毁探测器组件或使传感器元件的定标出现偏差，从而导致过多的维修及车轮探测器的失效。此外，用在先有技术设备中的安装组件必须提供紧固连接而随后在应用中变得复杂与受限制。因此，将车轮探测器放置在离开铁路路轨的地方是具有重要意义的。然而，先有技术设备需要物理连接在路轨上，并且不适用于可靠、精确与低功率远程探测列车车轮。其它实验性设备并未提供可行的解决方案。尤其是，事实已证明，由于包含不利气候条件与易碎性在内的诸多因素，利用光电管、激光及其它光探测器的方案是不可靠的。此外，先有技术设备在单一的车轮探测器中并不提供容错、检错及高可靠性。再者，在路轨上的两个位置上需要两个先有技术设备来探测车轮的出现以确定线速度及方向。因此，本专利技术的目的是提供一种可靠、容错、故障诊断及不需要物理连接在路轨上的车轮探测器。本专利技术的另一个目的为提供可探测车轮的出现并同时测定车轮的线速度与确定其方向的单一设备。本专利技术的又一目的为提供一种可容易地装设与定标及只需低维修率的车轮探测器。本专利技术的又另一目的为提供一种不受电磁与射频干扰及气候条件变化影响，并且不干扰其它铁路电子设备的车轮探测器。本专利技术提供了一种通过在路轨之一上探测车轮的出现而指示在一组间隔开的路轨上的铁路车辆的出现的车轮探测器。该车轮探测器包括一个雷达脉冲信号发生器及一台发射机，用于向路轨之一发出雷达脉冲信号。该车轮探测器还包括一台接收机，用于抽样从路轨之一的上方的一个第一目标区反射的雷达脉冲信号。接收机与发射机最好在横向上与路轨隔开。该车轮探测器还具有一个位移处理器，用于监视从第一目标区返回的雷达脉冲信号。位移处理器响应与在第一目标区内车轮的出现相对应的雷达脉冲信号的反射率的改变，生成一个指示信号。位移处理器也可配置成监视路轨上的两个目标区以提供来自一个单一车轮探测器的速度计算。车轮探测器还可包括三台发射机与接收机以提供可靠与容错操作及车轮方向信息。通过参照附图，本专利技术对熟悉本技术的人员将更容易理解，附图中附图说明图1为横向与路轨隔开的按照本专利技术的车轮探测器的透视图；图2a为发射宽带扩展频谱脉冲来探测列车车轮的出现的微功率脉冲雷达电路的方框图；图2b为对复杂的回波系列进行抽样以探测车轮的出现并在探测到车轮时提供一个指示信号的微功率脉冲雷达电路的方框图；图3为横向与路轨隔开并被定标以便在其上面的两个距离上探测车轮的微功率脉冲雷达的车轮探测器的平面图；图4为进一步包括用于探测路轨上两个距离上的列车车轮的一个时分复用距离电路的微功率脉冲雷达电路的功能框图；图5为横向与路轨隔开并具有三个微功率脉冲雷达的车轮探测器的平面图图6为在离散输入/输出模式中操作的车轮探测器的功能框图；图7为在局域网中操作的车轮探测器的功能框图；图8为与路轨横向隔开并在一个载波检测多址联接/碰撞检测(非确定性)局域网配置中的多个车轮探测器的平面图9为与路轨横向隔开并在一个令牌环(确定性)局域网配置中的多个车轮探测器的平面图；以及图10为按照本专利技术的车轮探测器的一个示范性实施例的示意图。本专利技术提供一种利用微功率脉冲雷达(MIR)在沿通行道路的指定点上探测列车车轮的出现、方向与线速度的容错、故障诊断及高可靠性车轮探测器。微功率脉冲雷达中的发射机在预置的重复间隔(雷达脉冲重复间隔)上向通行道路发射具有放大噪声的宽带脉冲。如果一个列车车轮通过沿通行道路的一个点上的预置距离增量组，便生成一个报警信号。车轮探测器可用在基本离散输入/输出(I\O)设计或局域网(LAN)配置中。图1示出与路轨20相邻的一个车轮探测器10。车轮探测器10可放置在距路轨20四个轨距宽度的范围内，并可连接在路轨20上或物理上，或与路轨20隔开，如图1所示。靠近路轨20放置车轮探测器10可提高其精度。然而，也希望离开路轨20放置车轮探测器10以保护车轮探测器不致剧烈振动。各车轮探测器10的实际定位取决于包括路况在内的诸多因素。一对安装桩14a和14b可带有孔16a和16b以接纳车轮探测器10并容许其为仰角定标而垂直转动。车轮探测器10最好应定位在与车轮18同一水平面上以减小仰角并提高微功率脉冲雷达26的接收机输出信号41的信噪比(参见图2a与图2b)。车轮探测器10可具有两个定标参数，仰角与方位角。可用电压表(未示出)将车轮探测器10定标以便在路轨20上的一个精确的目标区22内探测车轮18(参见图2a与图2b)。图2a与图2b为美国专利号5,361,070中公开的微功率脉冲雷达26的功能框图，通过引用将它们结合在此。图2a与图2b示出微功率脉冲雷达26的发射与接收部件。具体地，第一方波振荡器30在30KHz与2MHz之间的一个选定频率上生成一个雷达脉冲重复间隔(PRI)。噪声发生器28在雷达脉冲重复间隔上引入一种随机变化而使雷达脉冲信号33的发射时间随机化，并生成一个对传统的接收机看来象随机噪声的扩展频谱。可将第一方波振荡器30连接到一个阶梯信号发生器32上，它按照雷达脉冲重复间隔生成发射脉冲，雷达脉冲信号33是经由发射机天线42发射的。雷达脉冲信号的各脉冲的带宽以0.1ns为佳。车轮探测器10最好利用扩展频谱信号以提供对出现在铁路环境中的电磁与射频干扰的抗干扰。此外，车轮探测器10将不干扰铁路环境中的轨道电路、轨道与车厢信号设备、无线通信设备与其它电气设备。当脉冲向外传播时受到周围物体的反射，而一个复合的回波系列作为接收的雷达脉冲信号34返回到接收机天线43。第一方波振荡器30经由延时器件36连接在脉冲接收机40上。延时器件36加在雷达脉冲重复间隔上的延迟时间对应于微功率脉冲雷达26与路轨20上的目标区22之间雷达脉冲信号33的来回反射本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于通过在一组隔开的路轨之一上探测一个车轮的出现而指示在这组路轨上出现铁路车辆的装置，其特征在于包括：ａ．多个雷达脉冲发生器，用于产生多个雷达脉冲信号，其中所述雷达脉冲信号的反射率被环境中的物体的接触所改变；ｂ．多台发射机，用于将所述雷达脉冲信号发射向所述路轨之一上方的一个目标区，以及所述发射机是连接在所述雷达脉冲发生器上及所述发射机是与这些路轨之一横向隔开的；ｃ．多个与各所述发射机对应的接收机，用于抽样从所述目标区反射回来的多个接收的雷达脉冲信号，以及所述接收机是与这些路轨之一横向隔开的；ｄ．至少一个位移处理器，用于生成一个指示信号，该指示信号对应于具有来自所述目标区中的车轮的位移的改变了的反射率的各个所述接收的雷达脉冲信号；以及ｅ．连接在所述至少一个位移处理器上的一个逻辑处理器，用于响应多个所述指示信号而生成一个车轮探测信号。２．根据权利要求１所述的探测装置，其中，连接在其上的各所述雷达脉冲发生器，所述发射机，所述接收机，及所述至少一个位移处理器是用单片半导体材料制造的。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：肯尼思P埃尔利希，
申请(专利权)人：联合开关信号公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]