CN103231729A - 便携式电力牵引列车接近报警器 - Google Patents

Abstract

本发明是应用于铁路电力牵引线路列车接近的安全防护与安全警示领域中，具体是采用传感器模块1、前置滤波放大模块2、信号采集模块3、嵌入式控制模块4、电压跟随器模块5、继电器模块6、数模转换模块7、扬声器功率放大模块8、拾音器9、存储模块10、蓄电池11、充电模块12、太阳能板13、电量指示14、220V市电接口15和扬声器16构成。超视距对列车接近时发出警示信息，提示施工人员及时下线避让，确保铁路线路检修的顺利进行和施工作业人员的人身安全。本发明便携式电力牵引列车接近报警器无需另设传输通道，稳定可靠，误报率低，受环境条件限制小，施工人员可随身携带，使用便捷，成本低廉。

Description

便携式电力牵引列车接近报警器

技术领域

本发明应用于铁路施工防护设备与安全警示领域中，涉及铁路的安全生产与防护作业、嵌入式系统技术、信号获取与处理和电子装置抗干扰技术等多个技术领域，具体是一种电气化铁路施工现场使用的列车接近报警系统及报警方法，用于当列车接近铁路轨道施工现场时，超视距准确判别列车接近情况，当列车接近时，向铁路施工人员发出列车接近的警示信息信号，提示施工人员及时下线避让及清理现场工具，确保检修、施工人员的人身安全，保证列车正常开行，提高铁路运输的安全性和高效性。

背景技术

随着国民经济的飞速发展和铁路列车大提速步伐的加快，我国的铁路建设事业已经进入了高速电气化铁路时代，电力牵引机车、动车组、高铁成为电气化铁路运输的主要车型。同时，为适应电气化铁路的要求，各主要铁路线路的施工、维修和改造需要在保证高速、高密度的正常行车前提下完成线路作业，铁路的安全防护工作和施工作业人员的人身安全成为铁路安全生产的重要任务。铁路车辆、电务、工务、供电等部门必须长期活跃在线路上，实施沿线信号设备、基础设施和接触网工程等建设与维护工作中，为确保检修作业人员的人身安全，铁路相关部门要求上线路检修作业时必须设有专人瞭望防护，即安排人员在一定的距离，通过对讲机、手机或纯人工的方法，及时通知施工作业人员快速撤离线路以保证列车的正常运行。但是现有的铁路线路人工防护受环境因素影响，尤其是在山区作业时，由于隧道多、弯道多和可视距离短，所以在铁路线路人工防护时产生了许多防护盲区，同时人工防护效果与防护人员的精神状态和安全意识有极其重大的关系。这些都给铁路安全生产带来了诸多隐患，加之，现在铁路运输需求量大，运力十分紧张，列车的开行密度也较以往大幅度提高，为保证铁路高效运输，过去采用的“开天窗”施工作业已很少采用。因此既能保证人身安全又不影响铁路运输效率是当前铁路各部门生产作业的基本要求。作为专人瞭望防护手段的有效补充，列车接近报警器成为未来铁路现场安全生产的必须装备。

目前，许多铁路研究单位对列车接近报警器进行了一定的研究，也取得了一些成果，其主要工作原理可分为监测点触发和振动测量两种。这些列车接近报警器基本都具有一个共同的特征，即使用了专用的有线或无线网络和通讯方法。而在具体实施时，面临着需要在现场单独架设通讯网络、设备体积大不易携带、易受到自然因素影响和成本高等问题，因此没有得到广泛推广应用。

发明内容

本发明应用的工作原理与现有的列车接近报警器的工作原理不同。本发明便携式电力牵引列车接近报警器工作原理为：在电力牵引型列车在行进过程中，需要连接接触网将电能转化为机械能以便驱动列车，这样列车、接触网和钢轨形成一个闭合回路，当有列车接近时，钢轨上的电流就会显著增大。因此将钢轨上的电流变化特征作为判断列车接近的标识，实现在列车接近过程中报警，提前感知即将到达的列车，发出有列车接近、请作业人员立即下道避让的报警鸣笛，确保线路上设备检修的顺利进行和施工作业人员的人身安全。同时，由于本发明是对列车接近时的轨道信号进行检测，不附加任何额外的激励信号，对铁路信号系统无任何干扰，可以有效地实现超视距报警和无盲点报警，确保列车运行安全，本系统采集到的信号以钢轨为载体，不需要单独架设通信网络，降低了系统成本。

本发明提供的便携式电力牵引列车接近报警器最大限度的满足故障导向安全原则，无需另设传输通道、稳定可靠、成本低廉、误报率低、自动化程度比较高、受环境条件限制小，施工人员可随身携带，使用便捷。本发明便携式电力牵引列车接近报警器是由传感器模块1、前置滤波放大模块2、信号采集模块3、嵌入式控制模块4、电压跟随器模块5、继电器模块6、数模转换模块7、扬声器功率放大模块8、拾音器9、存储模块10、蓄电池11、充电模块12、太阳能板13、电量指示14、220V市电接口15和扬声器16构成。

本发明便携式电力牵引列车接近报警器在进行现场测试前，通过拾音器9将报警内容输入到信号采集模块3中，即将报警内容信号进行A/D转换，数字化后的报警内容信号输入到嵌入式控制模块4中，之后存储于存储模块10中。

本发明提供的列车接近报警器十分便携。便携式电力牵引列车接近报警器中传感器模块1结构为：传感器前端是具有斜踏面的磁性材料物体，后端为内置金属导电线圈结构的金属保护壳，线圈两端从金属保护壳后端引出，一端接地线，另一端接到前置滤波放大模块2上。使用时，将具有斜踏面的传感器模块1吸附在钢轨腰部侧面之上，传感器整体向斜下方放置(或吸附在钢轨底部斜面之上，传感器整体垂直放置)，不阻碍列车运行。传感器模块1用于感知和传输轨道信号，随时将轨道列车信号输入到前置滤波放大模块2，前置滤波放大模块2用于轨道信号的滤波和放大并提高系统的抗干扰能力，滤掉信号中噪声分量，然后对信号进行幅度放大，处理后轨道信号经前置滤波放大模块2输入到信号采集模块3，信号采集模块3对输入信号进行A/D转换，将模拟信号转换成数字信号，并在嵌入式控制模块4的控制下，根据特定的分析判断方法，判别列车接近过程。当判决有列车接近时，嵌入式控制模块4向电压跟随器模块5输出满足继电器模块6吸合的条件，电压跟随器模块5在提高驱动能力之后向继电器模块6输出有效电平满足继电器模块6吸合条件，使继电器模块6吸合。当继电器模块6吸合之后嵌入式控制模块4从存储模块10中读取录制好的数字报警内容信号，并送至数模转换模块7转换成模拟报警内容信号，再将模拟报警内容信号输入扬声器功率放大模块9中，最后将报警内容信号通过扬声器16输出，实现列车接近报警。电压跟随器模块5起缓冲、隔离、提高带载能力的作用。

充电模块12给蓄电池11进行充电，蓄电池11给前置滤波放大模块2、信号采集模块3、嵌入式控制模块4、电压跟随器模块5、继电器模块6、数模转换模块7、扬声器功率放大模块8、拾音器9、存储模块10和扬声器16提供供电电源。

充电模块12由太阳能板13、电量指示14和220V市电接口15构成。当电量指示14指示电量低时，可用太阳能板13在太阳光的照射下给充电模块12充电，也可直接用220V市电接口15进行充电。

具体实施方式：

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。图中1是传感器模块、2是前置滤波放大模块、3是信号采集模块、4是嵌入式控制模块、5是电压跟随器模块、6是继电器模块、7是数模转换模块、8是扬声器功率放大模块、9是拾音器、10是存储模块、11是蓄电池、12是充电模块、13是太阳能板、14是电量指示、15是220V市电接口和扬声器16构成。

本实施的设计列车接近报警器现场测试之前，通过拾音器9将报警内容“有列车接近，有列车接近，请整理好工具下道避让！”输入到信号采集模块3中，即将报警内容信号进行A/D转换，数字化后的报警内容信号输入到嵌入式控制模块4(本实施例中采用单片机STC12C5A60S2控制模块)中，之后存储于存储模块10中。

本发明提供的列车接近报警器十分便携。设计的列车接近报警器的传感器模块1结构为：传感器前端是具有斜踏面的极高磁性的铁钕硼磁石，后端为内置金属导电线圈结构的铁盒，线圈两端从铁盒后端引出，一端接GND，另一端接到前置滤波放大模块2上。使用时，将具有斜踏面的传感器模块1吸附在钢轨腰部侧面之上，传感器整体向斜下方放置。轨道电路信号经传感器模块1输入到前置滤波放大模块2，对轨道电路信号经滤波放大，处理后的轨道信号经前置滤波放大模块2输入到信号采集模块3，信号采集模块3对输入信号进行A/D转换，将模拟信号转换成数字信号，并在单片机STC12C5A60S2控制模块4的控制下，根据特定的分析判断方法，判别列车接近过程。当判决有列车接近时，单片机STC12C5A60S2控制模块4向电压跟随器模块5输出高电平，电压跟随器模块5在提高驱动能力之后向继电器模块6(本实施例中继电器采用高电平有效，继电器吸合)输出高电平，使继电器模块6吸合。当继电器模块6吸合之后，单片机STC12C5A60S2控制模块4从存储模块10中读取录制好的数字报警内容信号，并送至数模转换模块7转换成模拟报警内容信号，再将模拟报警内容信号输入扬声器功率放大模块9中，最后将报警内容信号通过喇叭16输出，实现列车接近报警。

充电模块12给蓄电池11进行充电，蓄电池11给前置滤波放大模块2、信号采集模块3、嵌入式控制模块4(本实施例采用单片机STC12C5A60S2控制模块)、电压跟随器模块5、继电器模块6、数模转换模块7、扬声器功率放大模块8、拾音器9、存储模块10和喇叭16提供供电电源。

充电模块12由太阳能板13、电量指示14和220V市电接口15构成。当电量指示14指示电量低时，可用太阳能板13在太阳光的照射下利用光电效应给充电模块12充电，若碰上阴雨天气也可直接用220V市电接口15进行充电。

本发明可有多种实施方式，任何对所描述的实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代的方法，并不偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多的使用了嵌入式控制模块和扬声器控制模块等术语，但不排除使用其它术语的可能。凡在本发明的原则和精神之内所做的等同替换、任何修改或是改进等，均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.本发明便携式电力牵引列车接近报警器，其特征在于：由传感器模块(1)、前置滤波放大模块(2)、信号采集模块(3)、嵌入式控制模块(4)、电压跟随器模块(5)、继电器模块(6)、数模转换模块(7)、扬声器功率放大模块(8)、拾音器(9)、存储模块(10)、蓄电池(11)、充电模块(12)、太阳能板(13)、电量指示(14)、220V市电接口(15)和扬声器(16)构成。 

2.根据权利要求1所述的便携式电力牵引列车接近报警器，其特征在于：传感器模块(1)结构为：传感器前端是具有斜踏面的磁性材料物体，后端为内置金属导电线圈结构的金属保护壳，线圈两端从金属保护壳后端引出，一端接地线，另一端接到前置滤波放大模块(2)上。 

3.根据权利要求1所述的便携式电力牵引列车接近报警器，其特征在于：轨道列车信号输入前置滤波放大模块(2)进行滤波和放大，滤掉信号中噪声分量，然后对信号进行放大。 

4.根据权利要求1所述的便携式电力牵引列车接近报警器，其特征在于：具有斜踏面的传感器模块(1)吸附在钢轨腰部侧面之上，传感器整体向斜下方放置。(或吸附在钢轨底部斜面之上，传感器整体垂直放置) 。

5.根据权利要求1所述的便携式电力牵引列车接近报警器，其特征在于：当判决有列车接近时，嵌入式控制模块(4)向电压跟随器模块(5)输出满足继电器模块(6)吸合的条件，电压跟随器模块(5)在提高驱动能力之后向继电器模块(6)输出有效电平满足继电器模块(6)吸合条件，使继电器模块(6)吸合。 

6.根据权利要求1所述的便携式电力牵引列车接近报警器，其特征在于：通过拾音器(9)将报警内容输入到信号采集模块(3)中，即将报警内容信号进行A/D转换，数字化后的报警内容信号输入到嵌入式控制模块(4)中，之后存储于存储模块(10)中。当继电器模块(6)吸合之后嵌入式控制模块(4)从存储模块(10)中读取录 制好的数字报警内容信号。 

7.根据权利要求1所述的便携式电力牵引列车接近报警器，其特征在于：充电模块(12)由太阳能板(13)、电量指示(14)和220V市电接口(15)构成。 

8.根据权利要求7所述的便携式电力牵引列车接近报警器，其特征在于：充电模块(12)给蓄电池(11)进行充电，蓄电池可智能充电。 

9.根据权利要求7所述的便携式电力牵引列车接近报警器，其特征在于：使用太阳能板给充电模块充电，方便快捷。 

10.根据权利要求1所述的便携式电力牵引列车接近报警器，其特征在于：采用蓄电池给前置滤波放大模块(2)、信号采集模块(3)、嵌入式控制模块(4)、电压跟随器模块(5)、继电器模块(6)、数模转换模块(7)、扬声器功率放大模块(8)、拾音器(9)、存储模块(10)和扬声器(16)提供供电电源。 

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