重力感应式计轴设备及用其检测轨道区段状态的方法技术

一种重力感应式计轴设备及用其检测轨道区段状态的方法，涉及一种铁路交通管理设备及其管理方法，系统包括车轴检测器、计轴信息处理系统、输入输出子系统以及电源，车轴检测器含车轮电子检测器、重力感应式传感器单元，车轮电子检测器由计轴ＣＰＵ单元、信号处理单元、传感器电源单元和状态检测单元组成；计轴信息处理系统由ＣＰＵ单元、通信单元和Ｉ／Ｏ单元组成；输入输出子系统包括动态驱动组合单元、继电器和按钮。方法是通过装在钢轨上的重力感应式传感器检测到车轮信号，并将其传输到车轮电子检测器、计轴信息处理系统进行处理，从而判别轨道区段状态。本发明专利技术的检测结果准确、可靠性高、方法科学，能实现自动判断轨道区段的空闲、占用状态。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种铁路交通管理设备及其管理方法，尤其是一种重力感应式计轴设备及用其检测轨道区段状态的方法。
技术介绍
轨道区段状态的检测即是对轨道的各区段进行检测，从而进行判别各区段是处于占用状态还是处于空闲状态。当前检测轨道区段状态的常用设备是轨道电路，但由于轨道电路采用钢轨做电路通道，绝缘性能不好，对线路绝缘性要求很高，受外界干扰、道床和钢轨的状况影响较大，在检测轨道区段状态时存在分路不良、"红光带"等问题，致使出现误判现象。在半自动闭塞没有区段轨道检测设备，列车的完整到达全凭人工确认，阻碍了铁路运输能力的进一步提高。因此，目前主要是采用电磁感应式计轴设备来解决轨道电路分路不良、"红光带"等问题，它是利用电磁式磁头感应列车车轮经过的信号来判断轨道区段是否有车占用的计轴设备。但是在实际应用中，电磁式磁头会因钢轨振动、车辆轮对变化以及电磁干扰等因素影响，特别是受铁锹等非轮轴金属物体和单轨车的影响更大，往往会造成轨道电路误判，不能有效解决轨道电路分路不良、"红光带"等问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的主要技术问题是提供一种重力感应式计轴设备，该重力感应式计轴设备是采用重力感应式传感器作为车轮计轴传感器，实现对轨道区段状态的安全检测。它不会因钢轨振动、车辆轮缘厚度变化而对输出产生影响，其抗干扰能力强，不受非轮轴金属物体的影响，能有效解决轨道电路分路不良、"红光带"等因素带来的误判问题。 本专利技术要解决的另一个技术问题是提供一种用重力感应式计轴设备检测轨道区段状态的方法，该方法能够使重力感应式计轴设备准确判断轨道区段的空闲、占用状态。 解决上述主要技术问题的技术方案是一种重力感应式计轴设备，包括位于线路上的车轴检测器、位于室内的计轴信息处理系统、输入输出子系统以及电源，所述的车轴检测器主要由安装在线路钢轨腰部上的传感器单元、安装在设备箱内的车轮电子检测器组成，其中，每个传感器单元是由3 7个重力感应式传感器组成的重力感应式传感器单元，车轮电子检测器主要由计轴CPU单元、信号处理单元、传感器电源单元和状态检测单元组成，传感器电源单元的输出端与传感器单元的输入端连接，传感器单元的输出端与信号处理单元的输入端连接，信号处理单元的输出端和状态检测单元的输出端分别与计轴CPU单元的输入端连接；所述的计轴信息处理系统主要由CPU单元、通信单元和1/0单元组成，CPU单元带有网络接口并通过该网络接口相互连接，通信单元带有CAN数据接口并与车轮电子检测器的计轴CPU单元相互连接、带有数据串口与外部的数据设备相连，该通信单元和I/O单元分别与CPU单元连接；所述的输入输出子系统包括动态驱动组合单元、继电器和按钮，继电器的输入端通过动态驱动组合单元与计轴信息处理系统的1/0单元的输出端连接，继电器和按钮的输出端与计轴信息处理系统的I/O单元的输入端连接。 本专利技术的进一步技术方案是所述的重力感应式计轴设备还包括分别位于室内和线路上的计轴信息处理系统与车轴检测器数据通迅子系统，该子系统包括有通道防雷单元和传输线，所述的通道防雷单元通过传输线分别与计轴信息处理系统的通信单元、车轴检测器的计轴CPU单元进行连接；所述的传输线采用普通信号电缆线，采用CAN总线通信方式，并多个设备共用一组芯线。 本专利技术的另一个技术方案是一种用重力感应式计轴设备检测轨道区段状态的方法，该方法是在线路各计轴点的钢轨上安装由3 7个重力感应式传感器组成的传感器单元感知钢轨本身在车轮重力载荷作用下发生的弹性应力变化，并产生与该弹性应力变化相对应的车轮信号，该车轮信号被传输到车轮电子检测器的信号处理单元进行处理后，转换为脉冲波形，脉冲波形再传输到计轴CPU单元；车轮电子检测器的计轴CPU单元对脉冲波形进行采集计数，并进行数据信息对比和计算出列车运行信息，然后将该列车运行信息发送到计轴信息处理系统的通信单元；计轴信息处理系统接收到车轮电子检测器的计轴CPU单元发送来的列车运行信息，并将列车运行信息进行判别和比较处理，从而进行判别轨道区段状态； 所述的重力感应式传感器的主要输入参数为P> (600 1000) kg，V= (0 300)km/h， 上式中，P为车轮重力载荷，V为列车速度。 采用本专利技术之重力感应式计轴设备对轨道区段状态进行检测的基本检测原理是 根据钢轨本身在车轮重力载荷作用下会发生弹性应力变化的力学原理，在钢轨中安装重力感应式传感器感知该应力变化，产生与应力变化相对应的信号值。 为便于论述，将两根轧枕之间的一段钢轨AB可以当成一截简支樑看待，A、 B两点分别安装重力感应式传感器a和重力感应式传感器b (如图9所示)。 当车轮运行在A、 B两点间时，根据力学原理得知A、 B两点的剪力Q与移动载荷P之间的关系有仏=子尸 上式中，1为A点和B点之间的距离，x为车轮中轴线至A点的距离； 重力感应式传感器a和重力感应式传感器b感应的信号值与移动载荷P之间的关系有(k为常量系数)<formula>formula see original document page 6</formula> 将两个信号值进行减法叠加处理，重力感应式传感器a、 b感应的信号值差与移动载荷P之间的关系有 <formula>formula see original document page 6</formula> 理论上当车轮经过AB区段时，重力感应式传感器a、b感应到的信号经减法叠加处理后是一个与重力相关的方波脉冲信号。 根据以上结论，在计轴区段端头选取一处轨枕空档，在空档处的钢轨轨腰中间安装三个重力感应式传感器，当车轮在1#、2#、3#传感器间运行时(如图10所示)，其感应到的信号值经减法叠加处理信号后为U12和U23。在实际应用中车轮移动载荷与1#、2#、3#传感器感应到的信号值的函数关系有差别，故U12和U23不是方波脉冲信号，其波形是有变形的脉冲信号(如图11所示)。通过检测计算通过检测点的脉冲个数，实现计算列车轴数；根据两个脉冲出现的先后，鉴别列车运行方向；根据脉冲的宽度可以计算列车运行速度；根据脉冲幅值可以计算出列车的重量。 由于采用上述技术方案，本专利技术之重力感应式计轴设备及用其检测轨道区段状态的方法具有以下有益效果 1、检测结果准确 由于本专利技术之重力感应式计轴系统是采用重力感应式传感器代替了传统的电磁式磁头来感应列车车轮的信号，通过对重力感应式传感器输入条件的设计，使其一般要有大于或等于600 1000kg重的车轮通过传感器检测区才能产生一个计轴脉冲，不像采用电磁式磁头的计轴设备容易受到钢轨振动、车辆轮对变化以及电磁干扰等因素的影响，特别是受铁锹等非轮轴金属物体和单轨车的影响；而且由于重力感应式传感器的绝缘性能好，对线路绝缘性要求不高，具有列车通过速度范围广、工作温度范围广的优点，能有效解决轨道电路分路不良、"红光带"等因素带来的误判问题。 2、可靠性高 由于本专利技术之重力感应式计轴设备所采用重力感应式传感器的体积较小，并且该传感器安装在钢轨轨腰处，没有裸露部件，因此不容易受到外物碰撞而被损伤；而且该重力感应式传感器的可靠性能很好，平均无故障时间超过5年以上。 3、设备具有较强的抗干扰能力 由于本专利技术之重力本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种重力感应式计轴设备，包括位于线路上的车轴检测器、位于室内的计轴信息处理系统、输入输出子系统以及电源，其特征在于：所述的车轴检测器主要由安装在线路钢轨腰部上的传感器单元、安装在设备箱内的车轮电子检测器组成，其中，每个传感器单元是由３～７个重力感应式传感器组成的重力感应式传感器单元，车轮电子检测器主要由计轴ＣＰＵ单元、信号处理单元、传感器电源单元和状态检测单元组成，传感器电源单元的输出端与传感器单元的输入端连接，传感器单元的输出端与信号处理单元的输入端连接，信号处理单元的输出端和状态检测单元的输出端分别与计轴ＣＰＵ单元的输入端连接；所述的计轴信息处理系统主要由ＣＰＵ单元、通信单元和Ｉ／Ｏ单元组成，ＣＰＵ单元带有网络接口并通过该网络接口相互连接，通信单元带有ＣＡＮ数据接口并与车轮电子检测器的计轴ＣＰＵ单元相互连接、带有数据串口与外部的数据设备相连，该通信单元和Ｉ／Ｏ单元分别与ＣＰＵ单元连接；所述的输入输出子系统包括动态驱动组合单元、继电器和按钮，继电器的输入端通过动态驱动组合单元与计轴信息处理系统的Ｉ／Ｏ单元的输出端连接，继电器和按钮的输出端与计轴信息处理系统的Ｉ／Ｏ单元的输入端连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何曲波，徐海贤，金和清，陈明军，孙宝华，武夫，牛建玲，
申请(专利权)人：南宁铁路局，南宁铁路局科学技术研究所，
类型：发明
国别省市：45[中国|广西]