CN104477212A - 车轮传感器及使用该传感器判断列车行进参数的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车轮传感器，包括第一磁敏电阻、第二磁敏电阻和永磁体，所述第一和第二磁敏电阻分别放置在所述车轮传感器的工作面上，分别位于所述工作面的一端且相互平行；所述第一磁敏电阻的一端与所述传感器的电源输入端连接，其另一端与所述第二磁敏电阻的一端连接，该节点同时作为传感器信号输出端；所述第二磁敏电阻的另一端接地；所述永磁体设置在所述传感器中且位于所述第一磁敏电阻和第二磁敏电阻的下方。本发明还涉及一中使用上述车轮传感器检测列车行进参数的方法。实施本发明的车轮传感器及使用该传感器判断列车行进参数的方法，具有以下有益效果：其结构较为简单、成本较低。

Description

车轮传感器及使用该传感器判断列车行进参数的方法

技术领域

本发明涉及列车车辆检测领域，更具体地说，涉及一种车轮传感器及使用该传感器判断列车行进参数的方法。

背景技术

    目前，国内常用的列车探测、计轴系统主要采用无源车轮传感器和有源车轮传感器这两种传感器方案来实现车辆探测。无源车轮传感器主要利用电磁感应原理将车轮通过传感器上方的信息转化为电压输出。通过车速越高，传感器输出的电压波动越大；通过车速越低，传感器输出电压波动越小。但当车轮静止不动，无源车轮传感器就不能发挥探测功能。有源车轮传感器主要利用霍尔传感器原理，当车轮停在传感器上方时，也能实现探测功能。但通过有源磁钢的输出为逻辑电平，只能反映传感器上有无车轮的状态，无法知道车轮中轴通过传感器正上方的时刻。这使得为了实现列车行进参数的检测，现有的无源车轮传感器和有源车轮传感器都须通过成对安装的方式，才能实现对列车通过方向和通过速度的探测判别，这就增加了系统复杂度，传感器的结构较复杂，安装成本和维护成本都很高。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述结构较为复杂、成本较高的缺陷，提供一种结构较为简单、成本较低的车轮传感器及使用该传感器判断列车行进参数的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种车轮传感器，包括第一磁敏电阻、第二磁敏电阻和永磁体， 所述第一和第二磁敏电阻分别放置在所述车轮传感器的工作面上，分别位于所述工作面的一端且相互平行；所述第一磁敏电阻的一端与所述传感器的电源输入端连接，其另一端与所述第二磁敏电阻的一端连接，该节点同时作为传感器信号输出端；所述第二磁敏电阻的另一端接地；所述永磁体设置在所述传感器中且位于所述第一磁敏电阻和第二磁敏电阻的下方。

更进一步地，所述第一磁敏电阻和第二磁敏电阻分别包括由线圈构成的电阻本体以及由所述线圈长度方向两端分别引出的接线端，所述接线端分别与所述线圈的端点连接；所述第一磁敏电阻和第二磁敏电阻的线圈参数相同；所述第一磁敏电阻和第二磁敏电阻在所述工作面上放置时其长度方向对齐且相互平行。

更进一步地，所述永磁体设置在所述第一磁敏电阻和第二磁敏电阻放置位置的中心线下方，当其投影到所述工作面时，其中心位置与所述第一磁敏电阻和第二磁敏电阻放置位置的中线重合；所述永磁体的磁力线被所述第一磁敏电阻和第二磁敏电阻的线圈切割。

本发明还涉及一种使用上述车轮传感器检测列车行进参数的方法，包括如下步骤：

    A）监测车轮传感器的输出端电压，判断其是否等于电源电压的一半，如是，重复本步骤；否则，执行下一步骤；

    B）判断所述输出电压是否大于电源电压的一半，如否，判断列车车轮由第一磁敏电阻向第二磁敏电阻方向行进；如是，判断列车车轮由第二磁敏电阻向第一磁敏电阻方向行进。

更进一步地，还包括如下步骤：

    C）通过监测所述输出电压的波形，得到其相邻的波峰和波谷之间的时间差，并与第一磁敏电阻和第二磁敏电阻之间的距离相运算，得到列车行进速度。

更进一步地，所述步骤C）中进一步包括：

  C1）取得所述车轮传感器输出电压的相邻的波峰和波谷之间的间隔时间Δt；

  C2）取得所述车轮传感器第一磁敏电阻和第二磁敏电阻之间的距离d；

  C3）按照d/Δt得到列车行进的速度。

更进一步地，所述步骤C1）中进一步包括：

C11）监测所述输出电压是否到达第一设定峰值或第二设定峰值，如否，重复本步骤；如是，执行下一步骤；其中，所述第一设定峰值是所述输出电压位于波谷时的值，第一设定峰值是所述输出电压位于波峰时的值；

   C12）开始计时，并监测所述输出电压是否达到第二设定峰值或第一设定峰值，如否，重复本步骤；如是，执行下一步骤；

   C13）停止计时，计时时间即为波峰和波谷之间的时间间隔Δt。

更进一步地，所述距离d是所述第一磁敏电阻的几何中心到所述第二磁敏电阻几何中心的距离。

更进一步地，所述步骤A）中，通过将所述输出电压与电源电压的一半的值相减并判断其差是否为零来判断所述输出电压是否等于所述电源电压的一半。

更进一步地，所述步骤B）中，通过将所述输出电压与电源电压的一半的值相减并判断其差是否为正数来判断所述输出电压是否大于所述电源电压的一半。

实施本发明的车轮传感器及使用该传感器判断列车行进参数的方法，具有以下有益效果：由于将两个磁敏电阻平行放置，且使得上述磁敏电阻的长度方向均垂直于列车行进方向；同时，使用设置在上述磁敏电阻下方的永磁体为上述磁敏电阻提供偏磁，而两个磁敏电阻串接在电源和地之间，从其串接点引出该车轮传感器的输出电压；所以在列车车轮接近车轮传感器时将会使得其输出电压发生类似正弦波的波形。根据该车轮传感器输出波形的具体参数，结合车轮传感器的特征，即可得到列车行进的参数。所以，其结构较为简单、成本较低。

附图说明

图1是本发明车轮传感器及使用该传感器判断列车行进参数的方法实施例中车轮传感器的侧面剖视结构示意图；

图2是所述实施例中判断列车行进参数方法中判断列车行进方向的流程图；

图3是所述实施例中判断列车行进速度的流程图；

图4是所述实施例中车轮由第一磁敏电阻方向接近车轮传感器情况下的传感器输出电压波形图；

图5是所述实施例中车轮由第二磁敏电阻方向接近车轮传感器情况下的传感器输出电压波形图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例作进一步说明。

如图1所示，在本发明车轮传感器及使用该传感器判断列车行进参数的方法实施例中，该车轮传感器1包括第一磁敏电阻2、第二磁敏电阻3和永磁体4， 第一磁敏电阻2和第二磁敏电阻3分别放置在车轮传感器1的工作面上（即第一磁敏电阻2和第二磁敏电阻3设置在该传感器1上靠近其顶面的一个平面上），第一磁敏电阻2和第二磁敏电阻3分别位于上述工作面的一端且相互平行；在安装该车轮传感器1时，使得列车行进方向垂直于上述磁敏电阻的长度方向（请参见图1）。在本实施例中，第一磁敏电阻2的一端与该传感器1的电源输入端（图1中标记为Vcc）连接，其另一端与第二磁敏电阻3的一端连接，该节点同时作为传感器信号输出端（图1中标记为Vout）；第二磁敏电阻3的另一端接地（图1中标记为GND）；在本实施例中，上述永磁体4设置在传感器1中且位于第一磁敏电阻2和第二磁敏电阻3的下方，具体而言，该永磁体4的几何中心与上述第一磁敏电阻2和第二磁敏电阻3之间的中心位置重合，使得其对第一磁敏电阻2和第二磁敏电阻3的影响是相同的，即对于永磁体4而言，其产生的磁场强度在第一磁敏电阻2所在位置和第二磁敏电阻3所在位置上是相同的。

在本实施例中，第一磁敏电阻和第二磁敏电阻分别包括由线圈构成的电阻本体以及由所述线圈长度方向两端分别引出的接线端，接线端分别与线圈的端点连接；即一个磁敏电阻是由一个线圈以及连接在该线圈两端上的引线构成，引线未与线圈连接的一端再与外部的部件连接。在本实施例中，第一磁敏电阻和第二磁敏电阻的线圈参数相同，例如，其线圈的圈数、绕向、电阻以及使用的线材均是相同的；第一磁敏电阻和第二磁敏电阻在所述工作面上放置时其长度方向对齐且相互平行。对于磁敏电阻而言，其放置在工作面上时，首先是两个磁敏电阻之间是有一定距离的，其次，其摆放的方向是相同的，而且相互之间是平行的。对齐是指在上述情况下，两个磁敏电阻是排列整齐的，例如如果一个磁敏电阻的一端距工作面的一条边有一定的距离，那么，另一个磁敏电阻的一端距该条边的距离也是一样的。

在本实施例中，永磁体设置在第一磁敏电阻和第二磁敏电阻放置位置的中心线下方，当其投影到所述工作面时，其中心位置与所述第一磁敏电阻和第二磁敏电阻放置位置的中线重合；换句话说，对于永磁体而言，上述两个磁敏电阻是设置在距离该永磁体一定距离的一个平面（工作面）上，且相互对称。这样，使得永磁体的磁力线被第一磁敏电阻和第二磁敏电阻的线圈同样或等量地切割，使得这两个磁敏电阻感应到的能量在没有外物（车轮）接近的情况下是相同的。

在本实施例中，还涉及一种使用上述车轮传感器检测列车行进参数的方法。请参见图2，途示出了使用该车轮传感器检测列车运行方向的方法，包括如下步骤：

步骤S11监测车轮传感器的输出电压：在本实施例中，对于列车车辆行进参数的判断都是由车轮传感器的输出电压来体现的。不同的车轮传感器的输出电压的波形将表示不同的车辆行进参数。对于不同的列车行进参数，只需要得到上述车轮传感器的输出电压波形的不同参数即可以确定。因此，在本实施例中，仅仅需要该车轮传感器就可以得到不同的列车行进参数，而不是像现有技术一样至少需要两个传感器（有源磁钢和无源磁钢）才能得到不同的列车行进参数。在本步骤中，监测车轮传感器的输出电压，也就是每隔一个设定时间，就对该传感器输出电压进行采样，得到其输出电压值。在本实施例中，上述设定时间是一个非常短的时间，由于列车的行驶速度是有限的，所以，一个较短的采样间隔不会对列车行进参数的取得带来影响。

步骤S12输出电压是否等于电源电压的一半：在本步骤中，判断采样得到的车辆传感器的输出电压是否等于该传感器电源电压的一半，如是，表明并没有车轮靠近该传感器，返回步骤S11；如果不是，表明有车轮接近该传感器，所以执行下一步骤。在本步骤中，是通过将所述采样得到输出电压值与电源电压的一半的值相减并判断其差是否为零来判断该输出电压是否等于电源电压的一半的。

步骤S13输出电压是否大于电源电压的一半：在本步骤中，由于已经判断传感器的输出电压已经不等于上述电源电压的一半，也就是说，其中至少一个磁敏电阻由于受到接近车轮的影响已经改变了其阻值，但是，这种情况下包括了两种可能，即列车可能由两个方向接近该车轮传感器，也就是列车的行进方向可能有两个。为了进一步确定列车的行进方向，在本步骤中，进一步判断该采样到的输出电压的值是不是大于上述电源电压的一半，具体来讲，通过将所述输出电压与电源电压的一半的值相减并判断其差是否为正数来判断所述输出电压是否大于所述电源电压的一半；如果是，则执行步骤S15；如果不是，则执行步骤S14。

步骤S14列车由第一磁敏电阻向第二磁敏电阻方向行进：在本步骤中，由于采样得到的输出电压值小于上述电源电压的一半，判断列车的行进方向是由第一磁敏电阻向第二磁敏电阻方向行进。关于这种情况下的输出电压波形，请参见图4。

步骤S15列车由第二磁敏电阻向第一磁敏电阻方向行进：在本步骤中，由于采样得到的输出电压值大于上述电源电压的一半，判断列车的行进方向是由第二磁敏电阻向第一磁敏电阻方向行进。关于这种情况下的输出电压波形，请参见图5。

在本实施例中，还可以使用上述车轮传感器判断列车行进的速度。在本实施例中，通过取得所述车轮传感器输出电压的相邻的波峰和波谷之间的间隔时间Δt；取得所述车轮传感器第一磁敏电阻和第二磁敏电阻之间的距离d；再按照d/Δt即可得到列车行进的速度。在本实施例中，距离d是第一磁敏电阻的几何中心到第二磁敏电阻几何中心的距离。图3示出了在本实施例中一种情况下判断列车行进速度的方法，具体包括：

步骤S21监测车轮传感器的输出电压：在本步骤中，与步骤S11大致相似，检测车轮传感器的输出电压。

步骤S22输出电压是否到达第一设定峰值：在本步骤中，判断输出电压值是否到达（或等于）第一设定峰值，如否，返回步骤S21，继续执行监测该传感器的输出电压；如是，则执行下一步骤。在本实施例中，第一设定峰值是车轮位于第一磁敏电阻正上方时，该车轮传感器输出的电压值。由于使用的电源电压是一定的，而车轮位于第一磁敏电阻正上方时，该磁敏电阻的阻值是最大的，因此该第一电压峰值是事先能够得到的。在本步骤中，就是将得到的输出电压值与事先得到的第一设定峰值进行比较。在本实施例中，该第一设定峰值对于传感器输出电压波形而言是处于其波谷的顶点，所以，该第一设定峰值是该车轮传感器输出电压的最小值。

步骤S23开始计时，然后继续监测该输出电压：在本步骤中，使计时器开始计时；然后，继续监测该输出电压值。

步骤S24输出电压是否到达第二设定峰值：在本步骤中，判断输出电压值是否达到第二设定峰值；如是，执行下一步骤；否则，返回步骤S23，继续监测该输出电压值，值得一提的是，返回步骤S23仅仅是返回继续监测的过程中，其计时器仍然继续计时，并不会停止计时或重新计时。在本实施例中，第二设定峰值是车轮位于第二磁敏电阻正上方时，该车轮传感器输出的电压值。由于使用的电源电压是一定的，而车轮位于第二磁敏电阻正上方时，该磁敏电阻的阻值是最大的，因此该第二电压峰值是事先能够得到的。在本步骤中，就是将得到的输出电压值与事先得到的第二设定峰值进行比较。在本实施例中，该第二设定峰值对于传感器输出电压波形而言是处于其波谷的顶点，所以，该第二设定峰值是该车轮传感器输出电压的最小值。

步骤S25停止计时，计时时间与磁敏电阻之间的距离运算得到列车速度：在本步骤中，计时器停止计时，得到的计时时间就是该传感器输出波形的波谷到波峰的时间间隔Δt，也就是车轮由第一磁敏电阻正上方运行到第二磁敏电阻正上方的时间；这样，取得两个磁敏电阻之间的距离d，按照d/Δt即可得到列车行进的速度。

上述步骤仅仅描述了列车由第一磁敏电阻向第二磁敏电阻运行时的情况。当列车由第二磁敏电阻向第一磁敏电阻移动时，其步骤也是与上述步骤S21-S25大致相同的，不同之处仅仅在于在步骤S22中判断输出电压是否达到第二设定峰值，以及在步骤S24中判断输出电压是否达到第一设定峰值。

在本实施例中，上述步骤S21-25可以是在执行完步骤S11-S15后执行的，也可以是单独执行的。在执行完步骤S11-S15后，上述步骤S21-S25作为计算速度的子程序，由于已经知道列车行进的方向，所以，通过调用相应方向的速度计算子程序即可实现。而当单独执行时，由于不能判断列车行进的方向，所以在步骤S22中需要做两个比较，即输出电压值是否等于第一设定峰值以及是否等于第二设定峰值，任何一个等于，则执行下一步骤；否则，返回步骤S21；同样地，在步骤S24也是执行两个比较。

从整体上来讲。在本实施例中，该车轮传感器，包含两个磁敏电阻和永磁铁，两个磁敏电阻具有相同的规格，两个磁敏电阻置于传感器探测面顶端的同一水平面，两个磁敏电阻的安装位置相互平行，这样使得该传感器安装在使用现场时，能够使得行进的列车车轮先后分别通过磁敏电阻的上方，分别对其磁力线进行切割，从而使得该磁敏电阻能够感应到车轮的到来和离去；两片磁敏电阻进行电气串联，永磁铁置于磁敏电阻下方，为磁敏电阻提供偏置磁场。即该车轮传感器包括第一磁敏电阻2和第二磁敏电阻3、以及永磁体4。第一磁敏电阻2和第二磁敏电阻3位于车轮传感器1内顶端探测面，按便于车轮先后分别通过每个磁敏电阻的方向进行平行排布放置。永磁铁4置于第一磁敏电阻2和第二磁敏电阻3的下方，用于提供偏磁场。

第一磁敏电阻2和第二磁敏电阻3按电气串联方式进行连接。当车轮依次通过第一磁敏电阻2和第二磁敏电阻3上方时，第一磁敏电阻2和第二磁敏电阻3处的磁场先后增大从而导致第一磁敏电阻2和第二磁敏电阻3的阻值先后增大。第一磁敏电阻2和第二磁敏电阻3两端施加直流工作电压Vcc，当车轮通过时，第一磁敏电阻2和第二磁敏电阻3连接端的电压Vout会呈正弦波形态输出。通过采样判别Vout波动时穿过Vcc/2电压的时刻，可知车轮中轴通过车轮传感器正上方的时刻。通过采样判别Vout波动时波峰、波谷出现的先后顺序，可知车轮通过车轮传感器时的方向。如Vout先出现波谷后出现波峰（请参见图4），则车轮是按先通过第一磁敏电阻2再通过第二磁敏电阻3的方向运行。如Vout先出现波峰后出现波谷（请参见图5），则车轮是按先通过第二磁敏电阻3再通过第一磁敏电阻2的方向运行。此外，通过采样检测Vout出现波峰和波谷的时间差Δt，再根据第一磁敏电阻2和第二磁敏电阻3之间的距离d，按公式V = d/Δt可计算出车轮通过车轮传感器时的车速。相对现有需成对安装传感器来实现对车轮通过方向、车速判别的方法，本实施例使用单一的车轮传感器就实现了对车轮通过方向、车速的判别，且不受车速限制，经济、高效。

由于在第一磁敏电阻2端接直流工作电压Vcc，第二磁敏电阻3端接地，检测第一磁敏电阻2和第二磁敏电阻3的串联端的电压Vout。当车轮传感器上无车轮时，两个磁敏电阻的阻值相等，两个磁敏电阻均分电压，则Vout=Vcc/2。到达车轮传感器中第一磁敏电阻2上方时，第一磁敏电阻2阻值变大，则Vout<Vcc/2。当车轮达到车轮传感器中第一磁敏电阻2和第二磁敏电阻3的位置中间时，第一磁敏电阻2和第二磁敏电阻3的阻值变为相同，则Vout=Vcc/2。当车轮达到车轮传感器中第二磁敏电阻3上方时，第一磁敏电阻2阻值小于第二磁敏电阻3的阻值，则Vout<Vcc/2。即当车轮依次通过第一磁敏电阻2和第二磁敏电阻3时，Vout相对Vcc/2会出现电压波动变化。通过采样Vout的电压值，并判别Vout波动时通过Vcc/2的时刻，即可得出车轮中轴到达车轮传感器正上方的时刻。当车轮先通过第一磁敏电阻2后通过第二磁敏电阻3时，Vout相对Vcc/2会出现先小后大的波动变化（请参见图4）；当车轮先通过第二磁敏电阻3后通过第一磁敏电阻2时，Vout相对Vcc/2会出现先大后小的波动变化（请参见图5）。通过采样Vout的电压值，并判别Vout相对Vcc/2的波动顺序，如果Vout相对Vcc/2是先大后小波动，可知车轮的通过方向是先通过第一磁敏电阻2后通过第二磁敏电阻3，如果Vout相对Vcc/2是先小后大波动，可知车轮的通过方向是先通过第二磁敏电阻3后通过第一磁敏电阻2。

车轮通过车轮传感器中时，Vout相对Vcc/2波动时出现波峰和波谷的时刻和车轮通过第一磁敏电阻2和第二磁敏电阻3上方的时刻相关。设Vout波动时波峰和波谷的时间差为t，第一磁敏电阻2和第二磁敏电阻3之间的位置间距为d，可计算出车轮通过车轮传感器时的速度v = d/t；既通过单一车轮传感器实现对通过车轮车速的判别。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种车轮传感器，其特征在于，包括第一磁敏电阻、第二磁敏电阻和永磁体， 所述第一和第二磁敏电阻分别放置在所述车轮传感器的工作面上，分别位于所述工作面的一端且相互平行；所述第一磁敏电阻的一端与所述传感器的电源输入端连接，其另一端与所述第二磁敏电阻的一端连接，该节点同时作为传感器信号输出端；所述第二磁敏电阻的另一端接地；所述永磁体设置在所述传感器中且位于所述第一磁敏电阻和第二磁敏电阻的下方。

2.根据权利要求1所述的车轮传感器，其特征在于，所述第一磁敏电阻和第二磁敏电阻分别包括由线圈构成的电阻本体以及由所述线圈长度方向两端分别引出的接线端，所述接线端分别与所述线圈的端点连接；所述第一磁敏电阻和第二磁敏电阻的线圈参数相同；所述第一磁敏电阻和第二磁敏电阻在所述工作面上放置时其长度方向对齐且相互平行。

3.根据权利要求1所述的车轮传感器，其特征在于，所述永磁体设置在所述第一磁敏电阻和第二磁敏电阻放置位置的中心线下方，当其投影到所述工作面时，其中心位置与所述第一磁敏电阻和第二磁敏电阻放置位置的中线重合；所述永磁体的磁力线被所述第一磁敏电阻和第二磁敏电阻的线圈切割。

4.一种使用如权利要求1所述的车轮传感器检测列车行进参数的方法，其特征在于，包括如下步骤：

    A）监测车轮传感器的输出端电压，判断其是否等于电源电压的一半，如是，重复本步骤；否则，执行下一步骤；

    B）判断所述输出电压是否大于电源电压的一半，如否，判断列车车轮由第一磁敏电阻向第二磁敏电阻方向行进；如是，判断列车车轮由第二磁敏电阻向第一磁敏电阻方向行进。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤：

    C）通过监测所述输出电压的波形，得到其相邻的波峰和波谷之间的时间差，并与第一磁敏电阻和第二磁敏电阻之间的距离相运算，得到列车行进速度。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤C）中进一步包括：

  C1）取得所述车轮传感器输出电压的相邻的波峰和波谷之间的间隔时间Δt；

  C2）取得所述车轮传感器第一磁敏电阻和第二磁敏电阻之间的距离d；

  C3）按照d/Δt得到列车行进的速度。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤C1）中进一步包括：

C11）监测所述输出电压是否到达第一设定峰值或第二设定峰值，如否，重复本步骤；如是，执行下一步骤；其中，所述第一设定峰值是所述输出电压位于波谷时的值，第一设定峰值是所述输出电压位于波峰时的值；

   C12）开始计时，并监测所述输出电压是否达到第二设定峰值或第一设定峰值，如否，重复本步骤；如是，执行下一步骤；

   C13）停止计时，计时时间即为波峰和波谷之间的时间间隔Δt。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述距离d是所述第一磁敏电阻的几何中心到所述第二磁敏电阻几何中心的距离。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤A）中，通过将所述输出电压与电源电压的一半的值相减并判断其差是否为零来判断所述输出电压是否等于所述电源电压的一半。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步骤B）中，通过将所述输出电压与电源电压的一半的值相减并判断其差是否为正数来判断所述输出电压是否大于所述电源电压的一半。