CN102627115A - 一种基于地磁异常的铁路来车监测方法和装置 - Google Patents

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本发明涉及铁路或公路运输的一种来车监测技术领域，具体涉及一种基于地磁异常的铁路来车监测方法和装置。现有技术存在的系统复杂、功耗较大、成本较高，同时准确率易受外部环境影响的问题。为克服现有技术的问题，本发明采用的技术方案是：一种基于地磁异常的铁路来车监测方法：通过各向异性型磁阻传感器感知列车上的铁磁性部件引起的地磁场异常，对传感器采集到的信号进行处理和分析，即可判断铁路线路上的来车情况。本发明结构简单，功耗极低，制造成本和使用成本低，适用于野外长期监测。

Description

一种基于地磁异常的铁路来车监测方法和装置
技术领域
本发明涉及铁路或公路运输的一种来车监测技术领域，具体涉及一种基于地磁异常的铁路来车监测方法和装置。
背景技术
出于对安全的考虑，需要对铁路线路上的列车运行状况进行感知和监测，目前常用的来车监测方法有：光电或激光对射传感器、震动传感器以及图像识别等方法。光电检测法和震动检测法容易受到外界环境的干扰，容易造成虚报或漏报，同时这两种方案还需要在路基表面铺设传感器传输线，这是高速铁路所不允许的；图像识别方法需要对图像进行采集和识别，系统复杂、功耗较大、成本较高，并且识别的准确率会受到因恶劣天气而造成的能见度不足的影响。
发明内容
本发明要提供一种基于地磁异常的铁路来车监测方法和装置，以克服现有技术存在的系统复杂、功耗较大、成本较高，同时准确率易受外部环境影响的问题。
一种基于地磁异常的铁路来车监测方法：通过各向异性型磁阻传感器感知列车上的铁磁性部件引起的地磁场异常，对传感器采集到的信号进行处理和分析，即可判断铁路线路上的来车情况。
一种基于地磁异常的铁路来车监测装置，包括传感器单元，其特征在于：还包括与传感器单元顺序相接的信号调理单元、数据采集单元和分析处理单元，其中分析处理单元还分别与传感器单元和信号调理单元相接；
所述传感器单元以型号为HMC1052的两轴各向异性型磁阻传感器为核心，两只MOS管和两只电容构成传感器复位电路，为其提供复位脉冲，传感器单元探测到地磁场变化并将其转变为电信号送入信号调理单元；
所述信号调理单元中包括传感器单元与数据采集单元之间连接的两个仪表放大器，所述仪表放大器的型号是AD8555，它们分别用于放大传感器X轴和Y轴的输出信号，两个仪表放大器的输入管脚4和输入管脚5分别连接传感器X轴信号和Y轴信号的输出管脚1和输出管脚14、输出管脚16和输出管脚21，仪表放大器的输出管脚7将经过放大的磁异常信号送到数据采集单元中；
所述数据采集单元为LPC2214微处理器的内部AD转换器，其模拟输入管脚Ain0和Ain1分别连接信号调理单元中的两个仪表放大器的输出管脚7，数据采集单元将信号调理单元输出的模拟信号转换为数字信号后，送入分析处理单元；
所述分析处理单元为型号是LPC2214的微处理器，微处理器通过连接传感器单元的GPIO管脚发送使传感器复位的脉冲信号；微处理器根据数据采集单元采集到的信号幅值及直流偏移量的大小，通过连接信号调理单元中仪表放大器数字输入管脚3的GPIO管脚对其增益和零点电压进行编程调整；微处理器对经过信号调理单元调理、数据采集单元采集到的磁异常信号进行处理后，若判断其满足触发条件，则通过微处理器的一个GPIO管脚发出触发信号。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1、结构简单：本发明结构简单，功耗极低，制造成本和使用成本低；
2、性能优异：不易受到环境干扰，采用非接触的被动来车监测方法来识别和判断是否有车辆经过，适用于野外长期监测；
3、功能扩展性好：不仅可用于识别和判断是否有车辆经过，同时适合用做需要在车辆经过时采集数据或信号的触发装置。
附图说明：
图1是本发明装置的原理框图；
图2是本发明装置的电路原理图；
图3 数据处理状态机状态转移图。
具体实施方式：
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本发明方法的基本原理是：地球磁场在一定时间和空间范围内是基本恒定的。地球磁场中的铁磁性物体都会被地球磁场不同程度的磁化，磁化后的物体产生的附加磁场与地球的背景磁场叠加后，就会使平顺的背景磁场产生畸变。
本发明提供的一种基于地磁异常的铁路来车监测方法是，通过各向异性型磁阻传感器感知列车上的铁磁性部件引起的地磁场异常，对传感器采集到的信号进行处理和分析，即可判断铁路线路上的来车情况。
参见图1，基于上述监测方法，本发明提供的一种基于地磁异常的铁路来车监测装置，包括顺序相接的传感器单元1、信号调理单元2、数据采集单元3和分析处理单元4，其中分析处理单元4还分别与传感器单元1和信号调理单元2相接。
当列车进入该装置的作用范围时，传感器单元1便可探测到列车引起的地磁场变化并将其转变为电信号；信号调理单元2去除信号中的共模成分并将其放大后，送入数据采集模块3进行采集；分析处理单元4对数据进行处理，检测到车辆经过时便向其他设备发送触发信号。
参见图2，所说的传感器单元1以Honeywell公司的HMC1052两轴各向异性型磁阻传感器为核心，两只MOS管和两只电容构成传感器复位电路，为其提供复位脉冲，传感器单元1探测到列车上的铁磁性部件引起的地磁场变化并将其转变为电信号送入信号调理单元2。
所说的信号调理单元2中包括传感器单元1与数据采集单元3之间连接的两个仪表放大器AD8555，它们分别用于放大传感器X轴和Y轴的输出信号，两个仪表放大器的输入管脚4和输入管脚5分别连接传感器X轴信号和Y轴信号的输出管脚1和输出管脚14、输出管脚16和输出管脚21，仪表放大器的输出管脚7将经过放大的磁异常信号送到数据采集单元3中。
所说的数据采集单元3为LPC2214微处理器的内部AD转换器，其模拟输入管脚Ain0和Ain1分别连接信号调理单元2中的两个仪表放大器的输出管脚7，数据采集单元3将信号调理单元2输出的模拟信号转换为数字信号后，送入分析处理单元4。
所说的分析处理单元4为LPC2214微处理器。该装置在每次上电后，微处理器首先会通过连接传感器单元1的GPIO管脚发送一个复位脉冲信号使传感器复位；随后微处理器会根据数据采集单元3采集到的信号幅值及直流偏移量的大小，通过连接信号调理单元2中仪表放大器数字输入管脚3的GPIO管脚对其增益和零点电压进行编程调整；微处理器对经过信号调理单元2调理、数据采集单元3采集到的磁异常信号进行处理后，若判断其满足触发条件，则通过微处理器的一个GPIO管脚发出触发信号，供其他设备使用。
使用中，Honeywell公司的HMC1052两轴各向异性型磁阻传感器：与行车方向垂直的轴用于来判断车辆有无；与行车方向平行的轴用于判断车辆行驶方向，并对车辆有无加以辅助判断。两只MOS管和两只电容构成的传感器复位电路为传感器提供至少400mA峰值电流的复位脉冲。信号调理部分采用带有零点调节和增益调节数字可编程仪表放大器AD8555，其增益和输出偏置电压都可以通过数字接口（第3脚）利用微处理器进行编程调整。经过调理后的信号送入LPC2214的内部AD进行采集。AD采样频率为100Hz，并对信号做了64倍过采样以提高AD的分辨率至16Bits。LPC2214为该装置的主控微处理器，用于对AD采集的数据进行分析和处理，并根据需要调节仪表放大器参数。
参见图3，在上电初始化后先采集外部平静状态的磁场强度作为基准（VBM）。进入触发状态后每进行一次采集，便用采集到的数据（VAMR）与基准做差。若其差值小于触发阈值（VTh），但采集值偏离了基准，则对基准进行校正，以克服地磁背景场的缓慢变化对监测造成的影响；若差值大于触发阈值，则进入半触发状态。在半触发状态中，若采集到的数据与基准的差值大于触发阈值，则计数器加1；若差值小于触发阈值，则返回未触发状态，以克服突发干扰对监测的影响。若连续若干个样值点的差值都大于阈值，则进入触发状态，向其他设备发送触发信号。发送完成后便返回未触发状态继续监测。

Claims (2)

1.一种基于地磁异常的铁路来车监测方法：通过各向异性型磁阻传感器感知列车上的铁磁性部件引起的地磁场异常，对传感器采集到的信号进行处理和分析，即可判断铁路线路上的来车情况。
2.一种用于权利要求1所述一种基于地磁异常的铁路来车监测方法的装置，包括传感器单元（1），其特征在于：还包括与传感器单元（1）顺序相接的信号调理单元（2）、数据采集单元（3）和分析处理单元（4），其中分析处理单元（4）还分别与传感器单元（1）和信号调理单元（2）相接；
所述传感器单元（1）以型号为HMC1052的两轴各向异性型磁阻传感器为核心，两只MOS管和两只电容构成传感器复位电路，为其提供复位脉冲，传感器单元（1）探测到地磁场变化并将其转变为电信号送入信号调理单元（2）；
所述信号调理单元（2）中包括传感器单元（1）与数据采集单元（3）之间连接的两个仪表放大器，所述仪表放大器的型号是AD8555，它们分别用于放大传感器X轴和Y轴的输出信号，两个仪表放大器的输入管脚4和输入管脚5分别连接传感器X轴信号和Y轴信号的输出管脚1和输出管脚14、输出管脚16和输出管脚21，仪表放大器的输出管脚7将经过放大的磁异常信号送到数据采集单元（3）中；
所述数据采集单元(3)为LPC2214微处理器的内部AD转换器，其模拟输入管脚Ain0和Ain1分别连接信号调理单元(2)中的两个仪表放大器的输出管脚7，数据采集单元(3)将信号调理单元(2)输出的模拟信号转换为数字信号后，送入分析处理单元(4)；
所述分析处理单元(4)为型号是LPC2214的微处理器，微处理器通过连接传感器单元(1)的GPIO管脚发送使传感器复位的脉冲信号；微处理器根据数据采集单元(3)采集到的信号幅值及直流偏移量的大小，通过连接信号调理单元(2)中仪表放大器数字输入管脚3的GPIO管脚对其增益和零点电压进行编程调整；微处理器对经过信号调理单元(2)调理、数据采集单元(3)采集到的磁异常信号进行处理后，若判断其满足触发条件，则通过微处理器的一个GPIO管脚发出触发信号。
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