一种非接触电容式列车接近传感器及其工作方法技术

本发明专利技术公开了一种非接触电容式列车接近传感器，包括第一极板模块、第二极板模块、差分阻抗变换模块、两级电压放大模块、高通滤波模块、低通滤波模块、第一AD转换模块、第二AD转换模块、FPGA模块、双端口动态存储模块、报警模块，第一极板模块和第二极板模块均与地面平行设置，且用于感应铁路接触网的电压，差分阻抗变换模块的输入端分别与第一极板模块和第二极板模块电连接，用于将第一极板模块感应到的铁路接触网的电压和第二极板模块感应到的铁路接触网的电压之间的电压差转换成单端电压信号。本发明专利技术能解决现有磁钢传感器由于采用固定安装导致无法移动、且安装过程耗费人力物力过大的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种非接触电容式列车接近传感器及其工作方法
本专利技术属于铁路运营安全
，更具体地，涉及一种非接触电容式列车接近传感器及其工作方法。
技术介绍
在铁路信息化建设的快速发展下，铁路施工作业中广泛使用了列车接近传感器，来对列车是否到来进行监测，同时提醒施工人员在列车即将到达之前撤离，以保证列车运行和人员安全。常用的列车接近传感器是采用磁钢传感器，磁钢传感器安装在铁轨内侧，当列车到达时，列车车轮切割磁钢传感器磁感线，进而产生脉冲电流，以此做为列车到达指示。然而，现有的磁钢传感器存在一些不可忽视的技术问题：第一，磁钢传感器是固定安装，一旦安装无法移动，而且安装需要埋线，耗费人力物力过大；第二，磁钢传感器安装在铁轨上，一旦磁钢传感器安装位置过高，容易造成列车车轮直接接触并碾压磁钢传感器，从而影响列车运行安全；第三，列车经过钢轨后，摩擦过程会产生许多细小的铁屑附着在磁钢传感器上，此外，伴随着日积月累，也会有很多灰层堆积在磁钢传感器上，这都会影响磁场强度，并进而导致磁钢传感器无法正常检测；第四，其功能过于单一，只能用于检测列车是否到达，无法实现本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非接触电容式列车接近传感器，是设置在距离铁路线20米以内的位置，且包括第一极板模块、第二极板模块、差分阻抗变换模块、两级电压放大模块、高通滤波模块、低通滤波模块、第一AD转换模块、第二AD转换模块、FPGA模块、双端口动态存储模块、报警模块，其特征在于，/n第一极板模块和第二极板模块均与地面平行设置，且用于感应铁路接触网的电压；/n差分阻抗变换模块的输入端分别与第一极板模块和第二极板模块电连接，用于将第一极板模块感应到的铁路接触网的电压和第二极板模块感应到的铁路接触网的电压之间的电压差转换成单端电压信号，差分阻抗变换模块的输出端与两级电压放大模块电连接。/n两级电压放大模块用于对来自于...

【技术特征摘要】
1.一种非接触电容式列车接近传感器，是设置在距离铁路线20米以内的位置，且包括第一极板模块、第二极板模块、差分阻抗变换模块、两级电压放大模块、高通滤波模块、低通滤波模块、第一AD转换模块、第二AD转换模块、FPGA模块、双端口动态存储模块、报警模块，其特征在于，
第一极板模块和第二极板模块均与地面平行设置，且用于感应铁路接触网的电压；
差分阻抗变换模块的输入端分别与第一极板模块和第二极板模块电连接，用于将第一极板模块感应到的铁路接触网的电压和第二极板模块感应到的铁路接触网的电压之间的电压差转换成单端电压信号，差分阻抗变换模块的输出端与两级电压放大模块电连接。
两级电压放大模块用于对来自于差分阻抗变换模块的单端电压信号进行放大处理；
两级电压放大模块的输出端分别与高通滤波模块和低通滤波模块电连接；
高通滤波模块用于滤除两级电压放大模块放大后的单端电压信号中的低频信号，并将滤波后得到的直流电压信号输入第一AD转换模块；
低通滤波模块用于滤除两级电压放大模块放大后的单端电压信号中的高频信号，并将滤波后得到的直流电压信号输入第二AD转换模块；
第一AD转换模块与高通滤波模块电连接，用于将高通滤波模块滤波后得到的直流电压信号转换为第一数字信号，并将该第一数字信号输入FPGA模块；
第二AD转换模块与低通滤波模块电连接，用于将低通滤波模块滤波后得到的直流电压信号转换为第二数字信号，并将该第二数字信号输入FPGA模块；
FPGA模块与第一AD转换模块、第二AD转换模块、以及报警模块电连接，用于根据来自于第一AD转换模块的第一数字信号和第二AD转换模块的第二数字信号确定是否需要启动报警模块工作；
双端口动态存储模块与FPGA模块电连接，用于存储第一数字信号和第二数字信号；
报警模块用于在FPGA模块的控制下发送报警信息。


2.根据权利要求1所述的非接触电容式列车接近传感器，其特征在于，
第一极板模块和第二极板模块之间的间距范围为20cm到50cm；
第一极板模块和第二极板模块的面积范围为100平方厘米到400平方厘米。


3.根据权利要求1或2所述的非接触电容式列车接近传感器，其特征在于，
第一极板模块和第二极板模块是铜板；
差分阻抗变换模块为高阻抗输入，低阻抗输出，输入漏电流为pA级别；
两级电压放大模块是由两个一级电压放大模块直接级联构成，每一个一级电压放大模块的放大倍数范围为10到100倍；
高通滤波模块是过滤掉两级电压放大模块放大后的单端电压信号中频率为50Hz及以下的信号。
低通滤波模块是过滤掉两级电压放大模块放大后的单端电压信号中频率为50Hz以上的信号。


4.一种根据权利要求1至3中任意一项所述的非接触电容式列车接近传感器的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)FPGA模块设置第一AD转换模块和第二AD采样模块的采样率分别为10MHz和1000Hz，并设置计数器i＝1；
(2)FPGA模块控制第一AD转换模块和第二AD采样模块开始工作，并在第一AD转换模块的单次采样时间到达时将第一AD转换模块在第i次获取的第一数字信号集合Ai(其包括1000个数字信号)分别存储在双端口动态存储模块中，在第二AD转换模块的单次采样时间到达时将第二AD转换模块在第i次获取的第二数字信号集合Bi(其包括1000个数字信号)分别存储在双端口动态存储模块中；
(3)FPGA模块从双端口动态存储模块获取第二数字信号集合Bi，并利用数字低通滤波算法对第i次获取的第二数字信号集合Bi进行处理，以得到第i次获取的低通滤波后的第二数字信号集合Bi’，并获取第i次获取的低通滤波后的第二数字信号集合Bi’的振幅；
(4)FPGA模块判断步骤(3)得到的第i次获取的低通滤波后的第二数字信号集合Bi’的振幅是否大于预设的第一阈值，如果是则进入步骤(5)，否则返回步骤(2)...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洋，李思丰，
申请(专利权)人：中科湖南先进轨道交通研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43