CN103439623A - 一种检测轨道信号感应线圈通断的装置、系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检测轨道信号感应线圈通断的装置、系统及其方法，装置包括耦合解码单元，耦合解码单元包括解码处理单元和变压器耦合单元。变压器耦合单元的副边与解码处理单元、以及外部的感应线圈形成信号接收回路，对变压器耦合单元的原边施加连续的正弦特征信号，并通过变压器耦合单元将正弦特征信号耦合至感应线圈上，解码处理单元通过检测感应线圈上的接收信号实现对感应线圈通断的实时检测。本发明装置及其方法通过在接收回路中叠加正弦特征信号，可实时检测和判断感应线圈的通断并检查耦合解码单元的正常与否，有效地解除了列车潜在的运行安全隐患。

Description

一种检测轨道信号感应线圈通断的装置、系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种轨道信号检测装置、系统及其方法，尤其是涉及一种应用于检测轨道信号感应线圈通断的装置、系统及其方法。

背景技术

轨道信号感应线圈用于感应轨道电路中所传输的电流信号，并将该信号转换为电压信号输出到解码单元，以获得列车运行许可信息。轨道电路用于列车占用检测并提供连续的运行许可信息。列车通过轨道信号感应线圈感应钢轨电流并转换为电压信号，对该信号进行处理后获得列车运行所需的色灯信号、速度等级信号等，辅助列控系统控制列车的运行。当钢轨中没有轨道电路电流信号或者感应线圈断开时，对解码单元而言，都表现为没有接收到信号，从而不能识别线圈断开这种运行故障，给列车的有效运行和安全运行带来隐患。同时，在轨道信号的解码处理中，当针对感应信号的预处理电路失效时，也体现为没有接收到信号，从而不能检测该部分电路是否正常。

国内轨道电路主要有2种制式，分别为国产移频制式信号和ZPW2000制式信号。国产移频制式信号的频率范围是450Hz～950Hz，ZPW2000制式信号的频率范围是1650Hz～2650Hz。感应线圈某一时刻所接收到的信号是这两种信号中的一种。感应线圈是一个无源电感，对线圈通断的检测通常通过耦合一个特定形式的信号到线圈回路并检查该信号是否存在来实现。

在已有的方案中，通过在接收回路中叠加脉冲信号，实现对线圈的检测。解码单元按照一定周期发送一个幅值远大于轨道信号的脉冲信号，该信号经过光耦隔离后通过电容耦合到感应线圈上。解码处理单元通过幅度门限比较检测该脉冲信号是否存在，如果存在则判定为线圈和预处理电路正常，否则判定故障。该方案的技术原理如附图1所示。

但是现有技术由于采用定期发送脉冲信号以及时域检测的方法，因此存在如下技术缺陷：

（1）现有技术中，脉冲信号只能通过间隔方式发送，如果发送周期过短则会影响原始信号和幅值门限判断，因此不能实现对感应线圈的实时检测；

（2）现有技术中，脉冲信号的谐波成分在频域上与输入的原始信号有重叠，导致原始信号失真，影响解码的可靠性；

（3）现有技术中，基于时域的幅值门限比较方法抗干扰能力较差，轨道信号中的各种尖峰干扰都可能造成检测结果的错误。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种检测轨道信号感应线圈通断的装置、系统及其方法，通过在接收回路中叠加正弦特征信号，可实时检测和判断感应线圈的通断并检查耦合解码单元的正常与否，有效地解除了列车潜在的运行安全隐患。

为了实现上述发明目的，本发明具体提供了一种检测轨道信号感应线圈通断的装置的技术实现方案，一种检测轨道信号感应线圈通断的装置，所述装置包括耦合解码单元，所述耦合解码单元进一步包括解码处理单元和变压器耦合单元。所述变压器耦合单元的副边与所述解码处理单元、以及外部的感应线圈形成信号接收回路。对所述变压器耦合单元的原边施加连续的正弦特征信号，并通过所述变压器耦合单元将所述正弦特征信号耦合至所述感应线圈上，所述解码处理单元通过检测所述感应线圈上的接收信号实现对所述感应线圈通断的实时检测。

优选的，所述耦合解码单元进一步包括I系耦合解码单元和II系耦合解码单元，所述解码处理单元进一步包括I系解码处理单元和II系解码处理单元，所述变压器耦合单元进一步包括I系变压器和II系变压器。所述I系变压器的副边与所述外部的感应线圈形成第一信号接收回路，对所述I系变压器的原边施加连续的I系正弦特征信号，并通过所述I系变压器将所述I系正弦特征信号耦合至所述感应线圈上。所述I系解码处理单元对所述感应线圈上的接收信号进行检测，从而判断所述感应线圈的通断。所述II系变压器的副边与所述外部的感应线圈形成第二信号接收回路，对所述II系变压器的原边施加连续的II系正弦特征信号，并通过所述II系变压器将所述II系正弦特征信号耦合至所述感应线圈上。所述II系解码处理单元对所述感应线圈上的接收信号进行检测，从而判断所述感应线圈的通断。

优选的，所述I系解码处理单元和II系解码处理单元均包括DSP和预处理电路。所述接收信号经过所述预处理电路进行包括滤波在内的处理后输出至所述DSP进行检测和处理。

优选的，所述I系解码处理单元和II系解码处理单元的接收信号为：r=s+x1+x2；

其中，s为所述感应线圈的感应信号，x1为所述I系正弦特征信号经所述I系变压器耦合后的信号，x2为所述II系正弦特征信号经所述II系变压器耦合后的信号；

当只有所述I系耦合解码单元工作时，所述接收信号为：r=s+x1；

当只有所述II系耦合解码单元工作时，所述接收信号为：r=s+x2。

优选的，所述I系变压器和II系变压器原边初级线圈和副边次级线圈的变比为n:1，其中，2≦n≦20。所述I系变压器对所述I系正弦特征信号进行隔离衰减处理，所述II系变压器对所述II系正弦特征信号进行隔离衰减处理。

优选的，所述I系正弦特征信号和II系正弦特征信号的频率位于国产移频制式信号和ZPW2000制式信号的频谱之间。

优选的，所述I系正弦特征信号和II系正弦特征信号的频率位于950Hz～1650Hz之间。

优选的，所述I系正弦特征信号和II系正弦特征信号的频率按照将所述国产移频制式信号和ZPW2000制式信号之间的频谱划分为三等份后在一定范围内取值的原则进行选择。

优选的，所述I系正弦特征信号频率为1183±10Hz。

优选的，所述II系正弦特征信号频率为1417±10Hz。

优选的，所述DSP进一步包括：加窗处理单元、FFT频谱分析单元、频谱取值单元、幅值门限判断单元、信噪比求取单元和线圈状态判断单元；

所述加窗处理单元对经过所述预处理电路处理的接收信号进行余弦加窗处理，防止频谱泄露；

所述FFT频谱分析单元对经过余弦加窗处理的数据进行快速傅里叶变换频谱分析；

所述频谱取值单元从所述FFT频谱分析单元输出的分析数据中分别获取所述I系正弦特征信号的频谱幅值A1和II系正弦特征信号的频谱幅值A2，并取其中的较大值，设为A；

所述幅值门限判断单元对所述频谱取值单元输出的频谱幅值A进行判断，如果频谱幅值A小于设定的轨道信号检测门限幅值，则判定所述感应线圈断开；如果频谱幅值A大于或等于所述设定的轨道信号检测门限幅值，则继续进行判断；

所述信噪比求取单元针对位于国产移频制式信号和ZPW2000制式信号之间的频谱，先将所述I系正弦特征信号和II系正弦特征信号的频谱归零，再求取该频段内噪声的平均值，结合所述I系正弦特征信号和II系正弦特征信号的频谱可得出该频段内的信噪比；

所述线圈状态判断单元对所述信噪比求取单元输出的信噪比进行判断，如果信噪比大于或等于设定的门限值，则判定所述感应线圈正常；若信噪比小于所述设定的门限值，则判定所述感应线圈断开。

优选的，当所述I系耦合解码单元和II系耦合解码单元中仅有一系工作时，所述频谱取值单元从所述FFT频谱分析单元输出的分析数据中获取所述I系正弦特征信号的频谱幅值A1，或II系正弦特征信号的频谱幅值A2，并取频谱幅值A1或频谱幅值A2，设为A。

优选的，所述轨道信号检测门限幅值由输入所述I系变压器或II系变压器的正弦特征信号幅值与所述I系变压器或II系变压器原边初级线圈和副边次级线圈的变比n的比值决定。

本发明还另外具体提供了一种检测轨道信号感应线圈通断的方法的技术实现方案，一种检测轨道信号感应线圈通断的方法，检测轨道信号感应线圈通断的装置包括耦合解码单元，所述耦合解码单元进一步包括解码处理单元和变压器耦合单元，所述方法包括以下步骤：

对所述变压器耦合单元的原边施加连续的正弦特征信号，经过所述变压器耦合单元的隔离衰减处理，通过所述变压器耦合单元的副边将所述正弦特征信号耦合至所述感应线圈上，所述解码处理单元通过检测所述感应线圈上的接收信号实现对所述感应线圈通断的实时检测。

优选的，所述耦合解码单元进一步包括I系耦合解码单元和II系耦合解码单元，所述解码处理单元包括I系解码处理单元和II系解码处理单元，所述变压器耦合单元包括I系变压器和II系变压器，所述I系解码处理单元和II系解码处理单元均包括DSP和预处理电路，所述方法包括以下步骤：

对所述I系变压器的原边施加连续的I系正弦特征信号，经过所述I系变压器的隔离衰减处理，通过所述I系变压器将所述I系正弦特征信号耦合至所述感应线圈，再由所述I系解码处理单元通过对所述感应线圈上的接收信号进行检测，所述接收信号经过所述预处理电路进行包括滤波在内的处理后输出至所述DSP进行检测和处理，从而判断所述感应线圈的通断；

对所述II系变压器的原边施加连续的II系正弦特征信号，经过所述II系变压器的隔离衰减处理，通过所述II系变压器将所述II系正弦特征信号耦合至所述感应线圈，再由所述II系解码处理单元通过对所述感应线圈上的接收信号进行检测，所述接收信号经过所述预处理电路进行包括滤波在内的处理后输出至所述DSP进行检测和处理，从而判断所述感应线圈的通断。

优选的，将所述I系正弦特征信号和II系正弦特征信号的频率设置于国产移频制式信号和ZPW2000制式信号的频谱之间。

优选的，将所述I系正弦特征信号和II系正弦特征信号的频率设置于950Hz～1650Hz之间。

优选的，按照将所述国产移频制式信号和ZPW2000制式信号之间的频谱划分为三等份后在一定范围内取值的原则对所述I系正弦特征信号和II系正弦特征信号的频率进行选择。

优选的，所述I系解码处理单元和II系解码处理单元的接收信号为：r=s+x1+x2；当只有所述I系耦合解码单元工作时，所述接收信号为：r=s+x1；当只有所述II系耦合解码单元工作时，所述接收信号为：r=s+x2；

其中，s为所述感应线圈的感应信号，x1为所述I系正弦特征信号经所述I系变压器耦合后的信号，x2为所述II系正弦特征信号经所述II系变压器耦合后的信号。

优选的，所述DSP进一步包括：加窗处理单元、FFT频谱分析单元、频谱取值单元、幅值门限判断单元、信噪比求取单元和线圈状态判断单元。所述解码处理单元通过检测所述感应线圈上的信号实现对所述感应线圈通断的实时检测的过程包括以下步骤：

所述加窗处理单元对经过所述预处理电路处理的接收信号进行余弦加窗处理，防止频谱泄露；

所述FFT频谱分析单元对经过余弦加窗处理的数据进行快速傅里叶变换频谱分析；

所述频谱取值单元从所述FFT频谱分析单元输出的分析数据中分别获取所述I系正弦特征信号的频谱幅值A1和II系正弦特征信号的频谱幅值A2，并取其中的较大值，设为A；

所述幅值门限判断单元对所述频谱取值单元输出的频谱幅值A进行判断，如果频谱幅值A小于设定的轨道信号检测门限幅值，则判定所述感应线圈断开；如果频谱幅值A大于或等于所述设定的轨道信号检测门限幅值，则继续进行判断；

所述信噪比求取单元针对位于国产移频制式信号和ZPW2000制式信号之间的频谱，先将所述I系正弦特征信号和II系正弦特征信号的频谱归零，再求取该频段内噪声的平均值，结合所述I系正弦特征信号和II系正弦特征信号的频谱可得出该频段内的信噪比；

所述线圈状态判断单元对所述信噪比求取单元输出的信噪比进行判断，如果信噪比大于或等于设定的门限值，判定所述感应线圈正常；若信噪比小于所述设定的门限值，则判定所述感应线圈断开。

当所述I系耦合解码单元和II系耦合解码单元中仅有一系工作时，所述频谱取值单元从所述FFT频谱分析单元输出的分析数据中获取所述I系正弦特征信号的频谱幅值A1，或II系正弦特征信号的频谱幅值A2；

当所述I系耦合解码单元工作时，所述频谱取值单元从所述FFT频谱分析单元输出的分析数据中获取所述I系正弦特征信号的频谱幅值A1，并取所述频谱幅值A1，设为A；

当所述II系耦合解码单元工作时，所述频谱取值单元从所述FFT频谱分析单元输出的分析数据中获取所述II系正弦特征信号的频谱幅值A2，并取所述频谱幅值A2，设为A。

本发明还另外具体提供了一种检测轨道信号感应线圈通断的系统的技术实现方案，一种检测轨道信号感应线圈通断的系统，包括感应线圈和上述检测轨道信号感应线圈通断的装置，所述检测轨道信号感应线圈通断的装置与所述感应线圈相连，所述检测轨道信号感应线圈通断的装置对所述感应线圈的通断进行实时检测。

通过实施上述本发明提供的一种检测轨道信号感应线圈通断的装置、系统及其方法，具有如下技术效果：

（1）本发明通过变压器耦合单元隔离衰减，同时叠加的特征信号为连续的正弦特征信号，可以对感应线圈进行不间断的连续式检测；

（2）本发明正弦特征信号的频谱在轨道信号有效频谱范围之外，该信号的叠加不会导致有效信号的失真，也不会对信号解码产生影响；

（3）本发明基于频谱分析的特征信号识别方法，能有效地抑制随机噪声的干扰，从而使得对感应线圈通断的检测具有很高的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术采用脉冲信号检测轨道信号感应线圈通断的装置的结构原理框图；

图2是本发明检测轨道信号感应线圈通断的装置一种具体实施例的结构原理框图；

图3是本发明检测轨道信号感应线圈通断的装置另一种具体实施例的结构原理框图；

图4是本发明检测轨道信号感应线圈通断的装置一种具体实施例中I系正弦特征信号和II系正弦特征信号的频谱示意图；

图5是本发明检测轨道信号感应线圈通断的方法一种具体实施例正弦特征信号识别过程的程序流程图；

图6是本发明检测轨道信号感应线圈通断的装置一种具体实施例中DSP的结构原理框图；

图7是本发明检测轨道信号感应线圈通断的装置一种具体实施例中解码处理单元的结构原理框图；

图中：1-解码处理单元，2-变压器耦合单元，3-感应线圈，4-光耦隔离单元，5-电容，10-耦合解码单元，101-I系耦合解码单元，102-II系耦合解码单元，11-I系解码处理单元，12-II系解码处理单元，21-I系变压器，22-II系变压器，110-DSP，111-加窗处理单元，112-FFT频谱分析单元，113-频谱取值单元，114-幅值门限判断单元，115-信噪比求取单元，116-线圈状态判断单元，120-预处理电路。

具体实施方式

为了引用和清楚起见，将下文中使用的技术名词、简写或缩写记载如下：

DSP：Digital Signal Processor，数字信号处理器的简称；

国产移频制式信号：目前国内的轨道机车信号两种制式的其中之一，国产移频制式信号的频率范围是450Hz～950Hz，对于移频制式的信号，载频为550Hz、650Hz、750Hz、850Hz。调制频率为7Hz、8Hz、8.5Hz、9Hz、9.5Hz、11Hz、12.5Hz、13.5Hz、15Hz、16.5Hz、17.5Hz、18.5Hz、20Hz、21.5Hz、22.5Hz、23.5Hz、24.5Hz、26Hz；

ZPW2000制式信号：目前国内的轨道机车信号两种制式的另外一种，ZPW2000制式信号的频率范围是1650Hz～2650Hz，对于ZPW2000制式的信号，载频为1700Hz、2000Hz、2300Hz、2600Hz。调制频率为10.3Hz、11.4Hz、12.5Hz、13.6Hz、14.7Hz、15.8Hz、16.9Hz、18Hz、19.1Hz、20.2Hz、21.3Hz、22.4Hz、23.5Hz、24.6Hz、25.7Hz、26.8Hz、27.9Hz、29Hz；

FFT：Fast Fourier Transform，快速傅里叶变换的简称，一种数字信号处理快速算法，广泛应用于数字信号处理系统。

加窗处理：一个数字信号处理系统一次所能处理的数据是有限的，因此需要对采样信号进行适当的截断，即将信号分成长度相等的一些段，对每一段的数据分别进行运算处理的过程。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如附图2至附图6所示，给出了本发明一种检测轨道信号感应线圈通断的装置、系统及其方法的具体实施例，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如附图2所示，一种检测轨道信号感应线圈通断的装置的具体实施例，包括耦合解码单元10，耦合解码单元10进一步包括解码处理单元1和变压器耦合单元2。变压器耦合单元2的副边与解码处理单元1、以及外部的感应线圈3形成信号接收回路。对变压器耦合单元2的原边施加连续的正弦特征信号，并通过变压器耦合单元2将正弦特征信号耦合至感应线圈3上，解码处理单元1通过检测感应线圈3上的接收信号r实现对感应线圈3通断的实时检测。需要特别指出的是，在本发明具体实施例中，对变压器耦合单元2的原边施加连续的正弦特征信号是指的广义的正弦特征信号，不但包括数学意义上的正弦特征信号，还包括相应的余弦特征信号。本发明具体实施例描述的检测轨道信号感应线圈通断的装置针对现有技术的缺陷，通过在信号接收回路中叠加正弦特征信号，通过产生连续的正弦特征信号并采用变压器耦合单元2将该信号耦合到感应线圈3上，可实时检测和判断感应线圈3的通断，并检查耦合解码单元10的正常与否，有效的排除了列车运行潜在的隐患，实现了对感应线圈3通断的实时检测。同时，基于频域的处理方法确保了正弦特征信号不会对原始轨道信号产生影响。

轨道信号中包含了行车安全相关的信息，因此，其解码也必须符合安全性和可靠性要求。如附图3所示，提供了检测轨道信号感应线圈通断的装置的另一种具体实施例，该实施例的技术方案基于“二取二”的冗余结构进行设计。外部的感应线圈3需同时送入I系和II系两个相同的解码处理单元。因此，正弦特征信号叠加应考虑两系同时工作和只有I系或II系工作时的情况。在前述检测轨道信号感应线圈通断的装置基础上，耦合解码单元10进一步包括I系耦合解码单元101和II系耦合解码单元102，解码处理单元1进一步包括I系解码处理单元11和II系解码处理单元12，变压器耦合单元2进一步包括I系变压器21和II系变压器22。如附图7所示，I系解码处理单元11和II系解码处理单元12均包括DSP110和预处理电路120，接收信号r经过预处理电路120进行滤波、整形处理后输出至DSP110进行检测和处理。I系变压器21的副边与外部的感应线圈3形成第一信号接收回路，对I系变压器21的原边施加连续的I系正弦特征信号f1，并通过I系变压器21将I系正弦特征信号f1耦合至感应线圈3上，由I系解码处理单元11对感应线圈3上的接收信号r进行检测，接收信号r经过预处理电路120进行滤波、整形处理后输出至DSP110进行检测和处理，从而判断感应线圈3的通断。II系变压器22的副边与外部的感应线圈3形成第二信号接收回路，对II系变压器22的原边施加连续的II系正弦特征信号f2，并通过II系变压器22将II系正弦特征信号f2耦合至感应线圈3上，由II系解码处理单元12对感应线圈3上的接收信号r进行检测，接收信号r经过预处理电路120进行滤波、整形处理后输出至DSP110进行检测和处理，从而判断感应线圈3的通断。

I系解码处理单元11和II系解码处理单元12的接收信号r为：r=s+x1+x2；

其中，s为感应线圈3的感应信号，x1为I系正弦特征信号f1经I系变压器21耦合后的信号，x2为II系正弦特征信号f2经II系变压器22耦合后的信号；

当只有I系耦合解码单元101工作时，接收信号r为：r=s+x1；

当只有II系耦合解码单元102工作时，接收信号r为：r=s+x2。

I系变压器21和II系变压器22原边初级线圈和副边次级线圈的变比为n:1，其中，2≦n≦20。I系变压器21对I系正弦特征信号f1进行隔离衰减处理，II系变压器22对II系正弦特征信号f2进行隔离衰减处理。通过引入I系变压器21对I系正弦特征信号f1进行隔离衰减处理，以及通过II系变压器22分别对对II系正弦特征信号f2进行隔离衰减处理不仅有利于衰减前原始正弦特征信号的产生，同时也降低了因I系变压器21和II系变压器22叠加而串联到信号接收回路中的阻抗。

I系解码处理单元11和II系解码处理单元12应选择不同的正弦特征信号。同时，应确保正弦特征信号不能干扰外部的感应线圈3接收的感应信号，并且两个正弦特征信号之间也不能相互干扰。因此，根据轨道电路的特点，将正弦特征信号的频率选择在国产移频制式信号和ZPW2000制式信号的频谱之间，可以避免对感应信号的影响。

如附图4所示，国产移频制式信号的上限频率为950Hz，ZPW2000制式信号的下限频率为1650Hz，因此特征信号的频率范围应在950～1650Hz之间。另外，再根据三等份后在一定范围内取值的划分原则，I系正弦特征信号f1的频率选择为：

Freq1=950+(1650-950)/3=1183Hz

II系正弦特征信号f2的频率选择为：

Freq2=950+((1650-950)/3)*2=1417Hz

I系正弦特征信号f1频率为1183±10Hz，II系正弦特征信号f2频率为1417±10Hz，作为本发明一种典型的实施例，I系正弦特征信号f1频率取为1183Hz，II系正弦特征信号f2频率取为1417Hz。正弦特征信号与轨道信号频谱之间的关系如附图4中所示。当然，还可以选择国产移频制式信号上限频率和ZPW2000制式信号下限频率之间的其他频率点的正弦信号作为正弦特征信号，并相应调整I系解码处理单元11和II系解码处理单元12中的频率参数。轨道信号检测门限幅值由输入I系变压器21或II系变压器22的正弦特征信号幅值与I系变压器21或II系变压器22原边初级线圈和副边次级线圈的变比n的比值决定。作为本发明一种典型的实施例，变比n取为10，轨道信号检测门限幅值进一步设置为8mV，因此I系变压器21和II系变压器22耦合信号的幅值应小于该门限阀值。根据变压器耦合单元2的变比关系，正弦特征信号的幅值应设置为8mV*10=80mV。

结合上述分析，I系正弦特征信号表示为：

f1=0.08*sin(2π*1183*t)  （V）

II系正弦特征信号表示为：

f2=0.08*sin(2π*1417*t)  （V）

解码处理单元1所接收的信号包括感应信号和正弦特征信号，因此，为了判断感应线圈3的通断，在处理解码信号之前需要首先识别正弦特征信号。在本发明具体实施例当中，通过I系解码处理单元11和II系解码处理单元12对正弦特征信号进行识别处理。如附图6所示，DSP110进一步包括：加窗处理单元111、FFT频谱分析单元112、频谱取值单元113、幅值门限判断单元114、信噪比求取单元115和线圈状态判断单元116；

加窗处理单元111对经过预处理电路处理的接收信号r进行余弦加窗处理，防止频谱泄露；

FFT频谱分析单元112对经过余弦加窗处理的数据进行快速傅里叶变换频谱分析；

频谱取值单元113从FFT频谱分析单元112输出的分析数据中分别获取I系正弦特征信号f1的频谱幅值A1和II系正弦特征信号f2的频谱幅值A2，并取其中的较大值，设为A；

幅值门限判断单元114对频谱取值单元113输出的频谱幅值A进行判断，如果频谱幅值A小于设定的轨道信号检测门限幅值，则判定感应线圈3断开；如果频谱幅值A大于或等于设定的轨道信号检测门限幅值，则继续进行判断；

信噪比求取单元115针对位于国产移频制式信号和ZPW2000制式信号之间的频谱，先将I系正弦特征信号f1和II系正弦特征信号f2的频谱归零，再求取该频段内噪声的平均值，结合I系正弦特征信号f1和II系正弦特征信号f2的频谱可得出该频段内的信噪比；

线圈状态判断单元116对信噪比求取单元115输出的信噪比进行判断，如果信噪比大于或等于设定的门限值，则判定感应线圈3正常；若信噪比小于设定的门限值，则判定感应线圈3断开。

上述加窗处理单元111对接收信号进行余弦加窗处理的原因是：一个数字信号处理系统一次所能处理的数据是有限的，因此需要对采样信号进行适当的截断，即将信号分成长度相等的一些段，对每一段的数据分别进行运算处理。直接取有限个数据，就相当于在时域乘一个矩形窗函数，这样会导致数据突然截断，出现频谱泄漏现象。频谱泄露使给定频率分量的能量泄露到相邻的频率点，从而使检测结果产生误差。减少泄露的方法，首先是取更长的数据，也就是矩形窗的宽度加宽，但数据过长必然会导致运算和存储量增加。其次是数据不能突然截断，也就是不要加矩形窗，而是要缓慢截断，即为加各种缓变的窗，使频谱的旁瓣能量更小，在进行卷积处理后造成的泄露减少。因此，正确选择窗函数是减少频谱泄露的关键。在本发明的具体实施中采用余弦加窗处理，能够有效防止频谱泄露。

作为本发明的另一种具体实施例，当I系耦合解码单元101和II系耦合解码单元102中仅有一系工作时，频谱取值单元113从FFT频谱分析单元112输出的分析数据中获取I系正弦特征信号f1的频谱幅值A1，或II系正弦特征信号f2的频谱幅值A2，并取频谱幅值A1或频谱幅值A2，设为A。

一种检测轨道信号感应线圈通断的方法的具体实施例，检测轨道信号感应线圈通断的装置包括耦合解码单元10，耦合解码单元10进一步包括解码处理单元1和变压器耦合单元2，该方法包括以下步骤：

对变压器耦合单元2的原边施加连续的正弦特征信号，经过变压器耦合单元2的隔离衰减处理，通过变压器耦合单元2的副边将正弦特征信号耦合至感应线圈3上，解码处理单元1通过检测感应线圈3上的接收信号r实现对感应线圈3通断的实时检测。

耦合解码单元10进一步包括I系耦合解码单元101和II系耦合解码单元102，解码处理单元1包括I系解码处理单元11和II系解码处理单元12，变压器耦合单元2包括I系变压器21和II系变压器22。I系解码处理单元11和II系解码处理单元12均包括DSP110和预处理电路120。该方法包括以下步骤：

对I系变压器21的原边施加连续的I系正弦特征信号f1，经过I系变压器21的隔离衰减处理，通过I系变压器21将I系正弦特征信号f1耦合至感应线圈3，再由I系解码处理单元11对感应线圈3上的接收信号进行检测，接收信号r经过预处理电路120进行滤波、整形处理后输出至DSP110进行检测和处理，从而判断感应线圈3的通断；

对II系变压器22的原边施加连续的II系正弦特征信号f2，经过II系变压器22的隔离衰减处理，通过II系变压器22将II系正弦特征信号f2耦合至感应线圈3，再由II系解码处理单元12对感应线圈3上的接收信号r进行检测，接收信号r经过预处理电路120进行滤波、整形处理后输出至DSP110进行检测和处理，从而判断感应线圈3的通断。

将I系正弦特征信号f1和II系正弦特征信号f2的频率设置于国产移频制式信号和ZPW2000制式信号的频谱之间。作为本发明一种典型的实施例，将I系正弦特征信号f1和II系正弦特征信号f2的频率进一步设置于950Hz～1650Hz之间。并按照将国产移频制式信号和ZPW2000制式信号之间的频谱划分为三等份后在一定范围内取值的原则对I系正弦特征信号f1和II系正弦特征信号f2的频率进行选择。

I系解码处理单元11和II系解码处理单元12的接收信号r为：r=s+x1+x2；当只有I系耦合解码单元101工作时，接收信号r为：r=s+x1；当只有II系耦合解码单元102工作时，接收信号r为：r=s+x2；

其中，s为感应线圈3的感应信号，x1为I系正弦特征信号f1经I系变压器21耦合后的信号，x2为II系正弦特征信号f2经II系变压器22耦合后的信号。

DSP110进一步包括：加窗处理单元111、FFT频谱分析单元112、频谱取值单元113、幅值门限判断单元114、信噪比求取单元115和线圈状态判断单元116。如附图5所示，解码处理单元1通过检测感应线圈3上的信号实现对感应线圈3通断的实时检测的过程进一步包括以下步骤：

加窗处理单元111对经过预处理电路处理的接收信号r进行余弦加窗处理，防止频谱泄露；

FFT频谱分析单元112对经过余弦加窗处理的数据进行快速傅里叶变换频谱分析；

频谱取值单元113从FFT频谱分析单元112输出的分析数据中分别获取I系正弦特征信号f1的频谱幅值A1和II系正弦特征信号f2的频谱幅值A2，并取其中的较大值，设为A；

幅值门限判断单元114对频谱取值单元113输出的频谱幅值A进行判断，如果频谱幅值A小于设定的轨道信号检测门限幅值，则判定感应线圈3断开；如果频谱幅值A大于或等于设定的轨道信号检测门限幅值，则继续进行判断；

信噪比求取单元115针对位于国产移频制式信号和ZPW2000制式信号之间的频谱（在本发明一种典型的实施例中，取为950Hz～1650Hz），先将I系正弦特征信号f1和II系正弦特征信号f2的频谱归零，再求取该频段内噪声的平均值，结合I系正弦特征信号f1和II系正弦特征信号f2的频谱可得出该频段内的信噪比；

线圈状态判断单元116对信噪比求取单元115输出的信噪比进行判断，如果信噪比大于或等于设定的门限值，判定感应线圈3正常；如果信噪比小于设定的门限值，则判定感应线圈3断开。

作为本发明的另一种实施例，当I系耦合解码单元101和II系耦合解码单元102中仅有一系工作时，频谱取值单元113从FFT频谱分析单元112输出的分析数据中获取I系正弦特征信号f1的频谱幅值A1，或II系正弦特征信号f2的频谱幅值A2；

当I系耦合解码单元101工作时，频谱取值单元113从FFT频谱分析单元112输出的分析数据中获取I系正弦特征信号f1的频谱幅值A1，并取频谱幅值A1，设为A；

当II系耦合解码单元102工作时，频谱取值单元113从FFT频谱分析单元112输出的分析数据中获取II系正弦特征信号f2的频谱幅值A2，并取频谱幅值A2，设为A。

一种检测轨道信号感应线圈通断的系统的具体实施例，包括感应线圈3和前述检测轨道信号感应线圈通断的装置，检测轨道信号感应线圈通断的装置与感应线圈3相连，检测轨道信号感应线圈通断的装置对感应线圈3的通断进行实时检测。

本发明具体实施例所描述的检测轨道信号感应线圈通断的装置、系统及其方法的具体实施例采用变压器耦合形式的连续正弦特征信号检测轨道信号感应线圈通断，通过变压器耦合加衰减而叠加的特征信号为连续的正弦信号，可以对线圈进行不间断的连续式检测。I、II系感应信号采用并联输入，特征信号采用串联叠加的方式，提高了装置、系统及其方法应用的兼容性，既能满足两系解码处理单元1的同时检测，也能在只有单系的解码处理单元1时进行检测。同时，特征信号的频谱在轨道信号有效频谱范围之外，该信号的叠加不会导致有效信号的失真，也不会对信号解码产生影响。所选择的正弦特征信号既不影响原有信号，也不会在正弦特征信号之间产生相互影响。基于频谱分析的特征信号识别方法，能有效地抑制随机噪声的干扰，从而使得对感应线圈3通断的检测具有很高的可靠性。

专业人员还可以进一步意识到，结合本发明中所公开的实施例描述的各示例的单元及步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器（RAM）、内存、只读存储器（ROM）、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、各种可编程逻辑器件、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或本技术领域内所公知的任意其他形式的存储介质中。执行软件模块的数字信号处理单元可以是中央处理器（CPU）、嵌入式处理器、微控制器（MCU）、数字信号处理器（DSP）、单片机、片上系统（SOC）、可编程逻辑器件，以及本技术领域内所公知的任意其他形式的具有控制、处理功能的器件。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (22)

1.一种检测轨道信号感应线圈通断的装置，其特征在于，所述装置包括耦合解码单元（10），所述耦合解码单元（10）进一步包括解码处理单元（1）和变压器耦合单元（2），所述变压器耦合单元（2）的副边与所述解码处理单元（1）、以及外部的感应线圈（3）形成信号接收回路，对所述变压器耦合单元（2）的原边施加连续的正弦特征信号，并通过所述变压器耦合单元（2）将所述正弦特征信号耦合至所述感应线圈（3）上，所述解码处理单元（1）通过检测所述感应线圈（3）上的接收信号（r）实现对所述感应线圈（3）通断的实时检测。

2.根据权利要求1所述的一种检测轨道信号感应线圈通断的装置，其特征在于：所述耦合解码单元（10）包括I系耦合解码单元（101）和II系耦合解码单元（102），所述解码处理单元（1）包括I系解码处理单元（11）和II系解码处理单元（12），所述变压器耦合单元（2）包括I系变压器（21）和II系变压器（22）；所述I系变压器（21）的副边与所述外部的感应线圈（3）形成第一信号接收回路，对所述I系变压器（21）的原边施加连续的I系正弦特征信号（f1），并通过所述I系变压器（21）将所述I系正弦特征信号（f1）耦合至所述感应线圈（3）上，由所述I系解码处理单元（11）对所述感应线圈（3）上的接收信号（r）进行检测，从而判断所述感应线圈（3）的通断；所述II系变压器（22）的副边与所述外部的感应线圈（3）形成第二信号接收回路，对所述II系变压器（22）的原边施加连续的II系正弦特征信号（f2），并通过所述II系变压器（22）将所述II系正弦特征信号（f2）耦合至所述感应线圈（3）上，由所述II系解码处理单元（12）对所述感应线圈（3）上的接收信号（r）进行检测，从而判断所述感应线圈（3）的通断。

3.根据权利要求2所述的一种检测轨道信号感应线圈通断的装置，其特征在于：所述I系解码处理单元（11）和II系解码处理单元（12）均包括DSP（110）和预处理电路（120），所述接收信号（r）经过所述预处理电路（120）进行包括滤波在内的处理后输出至所述DSP（110）进行检测和处理。

4.根据权利要求3所述的一种检测轨道信号感应线圈通断的装置，其特征在于：所述I系解码处理单元（11）和II系解码处理单元（12）的接收信号（r）为：r=s+x1+x2；

其中，s为所述感应线圈（3）的感应信号，x1为所述I系正弦特征信号（f1）经所述I系变压器（21）耦合后的信号，x2为所述II系正弦特征信号（f2）经所述II系变压器（22）耦合后的信号；

当只有所述I系耦合解码单元（101）工作时，所述接收信号（r）为：r=s+x1；

当只有所述II系耦合解码单元（102）工作时，所述接收信号（r）为：r=s+x2。

5.根据权利要求3或4所述的一种检测轨道信号感应线圈通断的装置，其特征在于：所述I系变压器（21）和II系变压器（22）原边初级线圈和副边次级线圈的变比为n:1，其中，2≦n≦20；所述I系变压器（21）对所述I系正弦特征信号（f1）进行隔离衰减处理，所述II系变压器（22）对所述II系正弦特征信号（f2）进行隔离衰减处理。

6.根据权利要求5所述的一种检测轨道信号感应线圈通断的装置，其特征在于：所述I系正弦特征信号（f1）和II系正弦特征信号（f2）的频率位于国产移频制式信号和ZPW2000制式信号的频谱之间。

7.根据权利要求6所述的一种检测轨道信号感应线圈通断的装置，其特征在于：所述I系正弦特征信号（f1）和II系正弦特征信号（f2）的频率位于950Hz～1650Hz之间。

8.根据权利要求6所述的一种检测轨道信号感应线圈通断的装置，其特征在于：所述I系正弦特征信号（f1）和II系正弦特征信号（f2）的频率按照将所述国产移频制式信号和ZPW2000制式信号之间的频谱划分为三等份后在一定范围内取值的原则进行选择。

9.根据权利要求8所述的一种检测轨道信号感应线圈通断的装置，其特征在于：所述I系正弦特征信号（f1）频率为1183±10Hz。

10.根据权利要求8所述的一种检测轨道信号感应线圈通断的装置，其特征在于：所述II系正弦特征信号（f2）频率为1417±10Hz。

11.根据权利要求3、4、6、7、8、9、10中任一权利要求所述的一种检测轨道信号感应线圈通断的装置，其特征在于，所述DSP（110）进一步包括：加窗处理单元（111）、FFT频谱分析单元（112）、频谱取值单元（113）、幅值门限判断单元（114）、信噪比求取单元（115）和线圈状态判断单元（116）；

所述加窗处理单元（111）对经过所述预处理电路（120）处理的接收信号（r）进行余弦加窗处理，防止频谱泄露；

所述FFT频谱分析单元（112）对经过余弦加窗处理的数据进行快速傅里叶变换频谱分析；

所述频谱取值单元（113）从所述FFT频谱分析单元（112）输出的分析数据中分别获取所述I系正弦特征信号（f1）的频谱幅值A1和II系正弦特征信号（f2）的频谱幅值A2，并取其中的较大值，设为A；

所述幅值门限判断单元（114）对所述频谱取值单元（113）输出的频谱幅值A进行判断，如果频谱幅值A小于设定的轨道信号检测门限幅值，则判定所述感应线圈（3）断开；如果频谱幅值A大于或等于所述设定的轨道信号检测门限幅值，则继续进行判断；

所述信噪比求取单元（115）针对位于国产移频制式信号和ZPW2000制式信号之间的频谱，先将所述I系正弦特征信号（f1）和II系正弦特征信号（f2）的频谱归零，再求取该频段内噪声的平均值，结合所述I系正弦特征信号（f1）和II系正弦特征信号（f2）的频谱可得出该频段内的信噪比；

所述线圈状态判断单元（116）对所述信噪比求取单元（115）输出的信噪比进行判断，如果信噪比大于或等于设定的门限值，则判定所述感应线圈（3）正常；若信噪比小于所述设定的门限值，则判定所述感应线圈（3）断开。

12.根据权利要求11所述的一种检测轨道信号感应线圈通断的装置，其特征在于：当所述I系耦合解码单元（101）和II系耦合解码单元（102）中仅有一系工作时，所述频谱取值单元（113）从所述FFT频谱分析单元（112）输出的分析数据中获取所述I系正弦特征信号（f1）的频谱幅值A1，或II系正弦特征信号（f2）的频谱幅值A2，并取频谱幅值A1或频谱幅值A2，设为A。

13.根据权利要求11或12所述的一种检测轨道信号感应线圈通断的装置，其特征在于：所述轨道信号检测门限幅值由输入所述I系变压器（21）或II系变压器（22）的正弦特征信号幅值与所述I系变压器（21）或II系变压器（22）原边初级线圈和副边次级线圈的变比n的比值决定。

14.一种检测轨道信号感应线圈通断的方法，其特征在于，检测轨道信号感应线圈通断的装置包括耦合解码单元（10），所述耦合解码单元（10）进一步包括解码处理单元（1）和变压器耦合单元（2），所述方法包括以下步骤：

对所述变压器耦合单元（2）的原边施加连续的正弦特征信号，经过所述变压器耦合单元（2）的隔离衰减处理，通过所述变压器耦合单元（2）的副边将所述正弦特征信号耦合至所述感应线圈（3）上，所述解码处理单元（1）通过检测所述感应线圈（3）上的接收信号（r）实现对所述感应线圈（3）通断的实时检测。

15.根据权利要求14所述的一种检测轨道信号感应线圈通断的方法，其特征在于，所述耦合解码单元（10）包括I系耦合解码单元（101）和II系耦合解码单元（102），所述解码处理单元（1）包括I系解码处理单元（11）和II系解码处理单元（12），所述变压器耦合单元（2）包括I系变压器（21）和II系变压器（22），所述I系解码处理单元（11）和II系解码处理单元（12）均包括DSP（110）和预处理电路（120），所述方法包括以下步骤：

对所述I系变压器（21）的原边施加连续的I系正弦特征信号（f1），经过所述I系变压器（21）的隔离衰减处理，通过所述I系变压器（21）将所述I系正弦特征信号（f1）耦合至所述感应线圈（3），再由所述I系解码处理单元（11）对所述感应线圈（3）上的接收信号（r）进行检测，所述接收信号（r）经过所述预处理电路（120）进行包括滤波在内的处理后输出至所述DSP（110）进行检测和处理，从而判断所述感应线圈（3）的通断；

对所述II系变压器（22）的原边施加连续的II系正弦特征信号（f2），经过所述II系变压器（22）的隔离衰减处理，通过所述II系变压器（22）将所述II系正弦特征信号（f2）耦合至所述感应线圈（3），再由所述II系解码处理单元（12）对所述感应线圈（3）上的接收信号（r）进行检测，所述接收信号（r）经过所述预处理电路（120）进行包括滤波在内的处理后输出至所述DSP（110）进行检测和处理，从而判断所述感应线圈（3）的通断。

16.根据权利要求15所述的一种检测轨道信号感应线圈通断的方法，其特征在于：将所述I系正弦特征信号（f1）和II系正弦特征信号（f2）的频率设置于国产移频制式信号和ZPW2000制式信号的频谱之间。

17.根据权利要求16所述的一种检测轨道信号感应线圈通断的方法，其特征在于：将所述I系正弦特征信号（f1）和II系正弦特征信号（f2）的频率设置于950Hz～1650Hz之间。

18.根据权利要求16或17所述的一种检测轨道信号感应线圈通断的方法，其特征在于：按照将所述国产移频制式信号和ZPW2000制式信号之间的频谱划分为三等份后在一定范围内取值的原则对所述I系正弦特征信号（f1）和II系正弦特征信号（f2）的频率进行选择。

19.根据权利要求15、16、17中任一权利要求所述的一种检测轨道信号感应线圈通断的方法，其特征在于：所述I系解码处理单元（11）和II系解码处理单元（12）的接收信号（r）为：r=s+x1+x2；当只有所述I系耦合解码单元（101）工作时，所述接收信号（r）为：r=s+x1；当只有所述II系耦合解码单元（102）工作时，所述接收信号（r）为：r=s+x2；

其中，s为所述感应线圈（3）的感应信号，x1为所述I系正弦特征信号（f1）经所述I系变压器（21）耦合后的信号，x2为所述II系正弦特征信号（f2）经所述II系变压器（22）耦合后的信号。

20.根据权利要求15、16、17中任一权利要求所述的一种检测轨道信号感应线圈通断的方法，其特征在于：所述DSP（110）进一步包括：加窗处理单元（111）、FFT频谱分析单元（112）、频谱取值单元（113）、幅值门限判断单元（114）、信噪比求取单元（115）和线圈状态判断单元（116）；所述解码处理单元（1）通过检测所述感应线圈（3）上的信号实现对所述感应线圈（3）通断的实时检测的过程包括以下步骤：

所述加窗处理单元（111）对经过所述预处理电路（120）处理的接收信号（r）进行余弦加窗处理，防止频谱泄露；

所述FFT频谱分析单元（112）对经过余弦加窗处理的数据进行快速傅里叶变换频谱分析；

所述频谱取值单元（113）从所述FFT频谱分析单元（112）输出的分析数据中分别获取所述I系正弦特征信号（f1）的频谱幅值A1和II系正弦特征信号（f2）的频谱幅值A2，并取其中的较大值，设为A；

所述幅值门限判断单元（114）对所述频谱取值单元（113）输出的频谱幅值A进行判断，如果频谱幅值A小于设定的轨道信号检测门限幅值，则判定所述感应线圈（3）断开；如果频谱幅值A大于或等于所述设定的轨道信号检测门限幅值，则继续进行判断；

所述信噪比求取单元（115）针对位于国产移频制式信号和ZPW2000制式信号之间的频谱，先将所述I系正弦特征信号（f1）和II系正弦特征信号（f2）的频谱归零，再求取该频段内噪声的平均值，结合所述I系正弦特征信号（f1）和II系正弦特征信号（f2）的频谱可得出该频段内的信噪比；

所述线圈状态判断单元（116）对所述信噪比求取单元（115）输出的信噪比进行判断，如果信噪比大于或等于设定的门限值，判定所述感应线圈（3）正常；若信噪比小于所述设定的门限值，则判定所述感应线圈（3）断开。

21.根据权利要求20所述的一种检测轨道信号感应线圈通断的方法，其特征在于：当所述I系耦合解码单元（101）和II系耦合解码单元（102）中仅有一系工作时，所述频谱取值单元（113）从所述FFT频谱分析单元（112）输出的分析数据中获取所述I系正弦特征信号（f1）的频谱幅值A1，或II系正弦特征信号（f2）的频谱幅值A2；

当所述I系耦合解码单元（101）工作时，所述频谱取值单元（113）从所述FFT频谱分析单元（112）输出的分析数据中获取所述I系正弦特征信号（f1）的频谱幅值A1，并取所述频谱幅值A1，设为A；

当所述II系耦合解码单元（102）工作时，所述频谱取值单元（113）从所述FFT频谱分析单元（112）输出的分析数据中获取所述II系正弦特征信号（f2）的频谱幅值A2，并取所述频谱幅值A2，设为A。

22.一种检测轨道信号感应线圈通断的系统，其特征在于：包括感应线圈（3）和如权利要求1-13中任一权利要求所述的检测轨道信号感应线圈通断的装置，所述检测轨道信号感应线圈通断的装置与所述感应线圈（3）相连，所述检测轨道信号感应线圈通断的装置对所述感应线圈（3）的通断进行实时检测。

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