CN103085840A

CN103085840A - 一种用于铁路红外轴温监测的列车信号模拟系统

Info

Publication number: CN103085840A
Application number: CN2011103495017A
Authority: CN
Inventors: 王瑛; 薛飞; 武峥嵘
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2011-11-08
Filing date: 2011-11-08
Publication date: 2013-05-08

Abstract

本发明为一种用于铁路红外轴温监测的列车信号模拟系统，目的是应用于在没有真实列车通过情况下，实时模拟探测系统所产生的各种过车信号，此设备既可以用于实验室探头处理系统调试，减小在现场调试的时间和成本，也可用于现场设备检修和定标测试。该模拟列车信号系统的硬件平台包括PC机和USB-6251数据采集卡，在LABVIEW2010环境下搭建模拟开发平台；其中：USB-6251数据采集卡和模拟开发平台组合工作，USB-6251数据采集卡通过USB电缆和PC机相连。操作者可以通过模拟开发平台进行参数设置和类型选择控制本系统。本系统可以真实的模拟探测系统所需列车信号，包括左、右轴温各1路和3路磁钢信号；开发出一套性能可靠，界面友好，操作简单的列车信号模拟系统，并满足产品开发和生产测试的要求。

Description

一种用于铁路红外轴温监测的列车信号模拟系统

技术领域

本发明涉及一种铁路红外轴温监测系统中的列车信号模拟设备，用于探测器开发和测试过程中的过车信号模拟调试。属于自动测试和系统仿真技术领域。

背景技术

红外轴温监测系统是探测铁路货车轴承温度，防止列车燃轴、切轴事故，保证行车安全的重要设施。随着我国铁路提速，对红外轴温监测提出了更高的技术要求。

在高速红外探测技术的研制和整个系统的调试与测试过程中，需要配备一种模拟的测试平台。本发明采用虚拟仪器技术，以计算机为核心，配有由用户设计、具有信号分析、处理和再建功能的驱动软件，最终由I/O设备输出，实现各种过车信号模拟。该平台用来验证和检测探头功能、减小在现场调试的时间和成本，高效完成现场设备检修和定标等测试任务。

发明内容

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

主要包括PC机，USB-6251数据采集卡，在LABVIEW 2010 环境下的模拟列车信号的开发平台；USB-6251数据采集卡通过USB电缆与PC机相连，通过PC机操作模拟系统界面，进行各项参数设置，包括磁钢传感器信号、轴温传感器信号、车速等设置，由USB-6251数据采集卡的I/O口完成多路信号输出。

本发明的主要目的是，提供一种能用于铁路红外轴温监测系统中模拟列车信号设备，能在没有真实列车通过的情况下，实时模拟探测系统所产生的各路过车信号，并检验工作状况，辅助进行探头处理系统故障检修及验收，从而实现铁路红外轴温监测的列车信号模拟任务。

1. 一种用于铁路红外轴温监测的列车信号模拟系统，其特征在于：本系统由模拟列车信号的开发平台、通过USB电缆与之相连接的USB-6251数据采集卡、带有BNC测试电缆的信号接口板、信号输出电缆夹和多通道示波器组成；此模拟系统在LABVIEW 2010环境下，搭建起来的模拟开发平台，并以PC机为核心，控制整个系统的运行；通过鼠标可以设定系统参数及功能，点击运行按钮，使整个系统处于运行状态，通过USB-6251数据采集卡输出端口输出所需的模拟信号和数字信号，实现目标功能。

2. 根据权利要求1所述的一种用于铁路红外轴温监测的列车信号模拟系统，其特征在于：所述模拟列车信号的开发平台，是运行在PC机中LABVIEW 2010图形化软件开发环境下，搭建的模拟开发平台；通过鼠标可以操作开发平台和设置各项参数，从而控制这个模拟系统的运行。

3. 根据权利要求1所述的一种用于铁路红外轴温监测的列车信号模拟系统，特征在于：所述的USB-6251数据采集卡，具有16路模拟输入，16位精度，单通道采样率为1.25ks/s，电压采集范围为-10V~10V；具有2路模拟输出，更新速率2.8ms/s；3个数字输入/输出端口，每个端口有8路数字线状态，共24路数字I/O口，速度可达1Mhz，其输出范围0~5V；2个32位计数器/定时器；支持USB 2.0，需要外部供电。

4. 所述的USB-6251数据采集卡，共有2路模拟输出，AO0路模拟左轴温信号，AO1路模拟右轴温信号；3路磁钢信号通过数字线P0.1~P0.3输出，此外，使用计数器CTR0同步模拟输出和数字输出的信号。

5. 所述的USB-6251数据采集卡的信号经带有BNC测试电缆的信号接口板、信号输出电缆夹与被测探头的各个测试点连接，运行程序后，多路模拟信号加在被测探测器上，同时示波器显示信号波形，实现参数测试。

与以往的铁路红外轴温监测的列车信号模拟系统相比，本发明有以下优点：

（1）采用以硬件为基础，软件为核心的虚拟仪器技术。

（2）虚拟仪器技术采用数据流模型，实现自动多线程，可充分利用多处理器的处理能力，提高测试效率。

（3）USB-6251数据采集卡内部有信号调理功能，不用外接信号处理电路，信号稳定。

（4）USB-6251数据采集卡内有32位定时器/计数器，处理时间精度高，速度快。

（5）整个系统设备少，界面友好，操作简单，易于理解和学习。

（6）可直接在实验室进行探头处理系统的测试，减少现场调试时间和成本。

（7）系统成本较低，易于开发成产品，进行推广。

附图说明

图1实际铁路探测现场设备安装示意图。

图2列车信号时序关系示意图。

图3 USB-6251数据采集卡与PC机连接图。

图4模拟列车信号的开发平台结构图。

图5 磁钢信号设计结构图。

图6 轴温信号设计结构图。

图7信号同步设计结构图。

图8列车信号的模拟平台界面。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步阐述：

图1中的A、B、C代表3路磁钢信号的安装位置，D、E代表左、右轴温探测器的安装位置，其功能如下：

A磁钢为开机信号，正向通过的列车压过A磁钢，系统采集到A磁钢信号，就会进入探测状态，探头箱门打开，进入工作状态。

B磁钢为开门信号，当车轮压过时，系统采集到B磁钢信号，就是直流放大探头校零结束，打开挡板，校零电路进入保持状态，即控制打开红外轴温检测器的防护门。

C磁钢为关门信号，其功能正好与开门信号相反。

D、E探测器，代表左、右轴温信号，即实时监测热轴信号。

图2为单节货车车箱通过磁钢和探测器产生的信号，它们存在一定的时序关系。设列车车速为V（范围为0~500KM/h），通过开门信号与关门信号的时间，可算出列车车速为0.3/T2 （m/s）；通过两次开门信号的时间t1，可计算列车的轴距L=t1*V（m），从而判断出通过车的车型；此外，根据左、右轴温信号的幅度，可以判断出热轴信号，并以报文的格式发送给监测站。

铁路红外轴温监测的列车信号模拟系统是根据上述的时序关系设计出来的。理论分析，当运行的车通过A、B、C三路磁钢信号时，每个车轮压过的一瞬间会产生一个近似单周期的正弦波，但是，由于USB-6251数据采集卡端口的限制，只能将这三路磁钢信号设计成脉冲信号，具体设计下面会详细说明。

图3为USB-6251数据采集卡与PC机连接图，是通过USB电缆连接的。

图4为模拟列车信号的开发平台结构图，运行在LABVIEW 2010环境下。此平台界面共分为三个部分：

（1）参数设置界面，主要分为两个部分：参数设置和热轴设置。参数设置包括设备同步端口选择，磁钢信号端口选择，轴温信号端口选择，货车型号选择，速度选择；热轴设置包括轴选择（左/右轴），车厢选择，车轴选择，以及热轴的幅度设定和温度设定。

（2）信号显示界面，主要包括完整的一列火车的3路磁钢信号A、B、C和2路轴温信号D和E的波形显示，此外，还会显示车轴总数和车厢总数。

（3）热轴显示界面，包括左、右热轴幅度波形显示和热轴状态指示灯显示。

以上是模拟列车信号的开发平台结构分布，具体界面见图8。

图5为磁钢信号设计结构图，在叙述图2时已经提到， 3路磁钢信号A、B、C理论上是一个近似的单周期的正弦波，但是，设计时由于USB-6251数据采集卡端口的限制，仅有2路模拟输出端口，所以使用脉冲信号代替；其中3路磁钢信号设计思想是相同的，都是采用for语句的移位寄存器结构实现，仅仅在不同车速情况下，延迟时间不同而已，因此，程序图仅为A信号的设计思想。

图6为轴温信号设计结构图，轴温信号是一个不规则的随机信号，设计时使用公式波形.vi控件，以及统计和补偿方法实现的，此外也采用了for语句的移位寄存器结构，具体程序如图所示。

图7为信号同步设计结构图，上述提到3路磁钢信号A、B、C是数字信号，2路轴温信号D、E是模拟信号，而且这5路信号要独立同步输出，彼此之间仅有一个时间差，所以会涉及数字和模拟输出的同步问题，因此采用USB-6251数据采集卡的计数器CTR0进行信号同步，解决此问题。

图8为列车信号的模拟平台界面，图8-1 为参数设置界面，图8-2为信号显示界面，图8-3为热轴显示界面。

上述已经完整的介绍了铁路红外轴温监测的列车信号模拟系统，由此可见，本发明可以很好的模拟铁路红外轴温监测中真实的过车信号，并且设备少，成本低，操作简单，界面友好，大大的提高了工作效率，很有实用价值。

Claims

1.一种用于铁路红外轴温监测的列车信号模拟系统，其特征在于：本系统由模拟列车信号的开发平台、通过USB电缆与之相连接的USB-6251数据采集卡、带有BNC测试电缆的信号接口板、信号输出电缆夹和多通道示波器组成；此模拟系统在LABVIEW 2010环境下，搭建起来的模拟开发平台，并以PC机为核心，控制整个系统的运行；通过鼠标可以设定系统参数及功能，点击运行按钮，使整个系统处于运行状态，通过USB-6251数据采集卡输出端口输出所需的模拟信号和数字信号，实现目标功能。

2.根据权利要求1所述的一种用于铁路红外轴温监测的列车信号模拟系统，其特征在于：所述模拟列车信号的开发平台，是运行在PC机中LABVIEW 2010图形化软件开发环境下，搭建的模拟开发平台；通过鼠标可以操作开发平台和设置各项参数，从而控制整个模拟系统的运行。

3.根据权利要求1所述的一种用于铁路红外轴温监测的列车信号模拟系统，其特征在于：所述的USB-6251数据采集卡，具有16路模拟输入，16位精度，单通道采样率为1.25MS/s，电压采集范围为-10V~10V；具有2路模拟输出，更新速率2.8MS/s；共3个数字输入/输出端口，每个端口有8路数字线状态，共24路数字I/O口，速度可达1Mhz，其输出范围0~5V；2个32位计数器/定时器；支持USB 2.0，需要外部供电。

4.所述的USB-6251数据采集卡，共有2路模拟输出，AO0路模拟输出左侧轴温信号，AO1路模拟输出右侧轴温信号；其中3路磁钢信号通过3条数字线P0.1~P0.3输出；此外，使用计数器CTR0来同步模拟输出和数字输出的信号。

5.所述的USB-6251数据采集卡的信号经带有BNC测试电缆的信号接口板、信号输出电缆夹与被测探头的各个测试点连接，运行程序后，多路模拟信号加在被测探测器上，同时示波器显示信号波形，实现参数测试。