CN105329258B - 适用于磁钢在线故障诊断的信号获取电路、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种适用于磁钢在线故障诊断的信号获取电路、装置及系统，其中，所述信号获取电路包括：信号接入模块，输入连接在磁钢线圈的两端，输出接在通道切换模块上，依据诊断要求来接入对应的信号获取模块；磁钢噪声信号获取模块，于要求进行磁钢噪声检测时经由通道切换模块连接在信号接入模块输出上以获取磁钢噪声信号，并对所述磁钢噪声信号进行放大后予以输出；磁钢内阻信号获取模块，于要求进行磁钢内阻检测时经由通道切换模块连接在信号接入模块的输出上以获取磁钢内阻信号，并对所述磁钢内阻信号进行滤波及阻抗变换后予以输出；本发明避免了现有技术中通过多轴少轴来进行诊断时对其它轨道管理数据造成影响的情况。

Description

适用于磁钢在线故障诊断的信号获取电路、装置及系统

技术领域

本发明涉及铁路运输管理过程中的设备维护技术，特别是涉及一种适用于磁钢在线故障诊断的信号获取电路、装置及系统。

背景技术

铁路运输管理过程中，广泛采用车轮传感器配合射频识别RFID设备对运行中的列车进行判辆计轴，结合5T系统对列车车辆进行实时监测控制。车轮传感器作为所有系统中最基础的设备，是所有设备正常工作的根本。目前广泛采用的车轮传感器是利用电磁感应原理，将线圈绕在铷铁硼永磁体周围，当列车车辆经过永磁体上方时，引起永磁体内磁场发送变化，从而使线圈内部产生感应电动势，通过检测该电压波动来判断有无来车。但是随着磁钢线圈的老化及永磁体磁性的减弱，相应车轮传感器检测灵敏度会降低甚至误判,出现多轴或少轴的情况。目前判断车轮传感器故障只通过过车数据多轴、少轴来判断，这种方式以牺牲数据准确性为代价，影响系统的正常功能。

因此，如何在不影响系统正常功能的情况下来实现对磁钢的故障检测，就成了本技术领域所需要解决的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种适用于磁钢在线故障诊断的信号获取电路、装置及系统，用于解决现有技术中通过过车数据多轴、少轴来判断车轮传感器是否存在故障的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供以下技术方案：

一种适用于磁钢在线故障诊断的信号获取电路，包括：信号接入模块，输入连接在磁钢线圈的两端，输出接在通道切换模块上，依据诊断要求来接入对应的信号获取模块；磁钢噪声信号获取模块，于要求进行磁钢噪声检测时经由通道切换模块连接在信号接入模块输出上以获取磁钢噪声信号，并对所述磁钢噪声信号进行放大后予以输出；磁钢内阻信号获取模块，于要求进行磁钢内阻检测时经由通道切换模块连接在信号接入模块的输出上以获取磁钢内阻信号，并对所述磁钢内阻信号进行滤波及阻抗变换后予以输出。

优选地，所述磁钢内阻信号获取模块包括：基准电压电路，提供一基准电压，并于要求进行磁钢内阻检测时接入磁钢线圈构成一回路，以供提取磁钢线圈的内阻信号；第一放大电路，连接在基准电压电路和磁钢线圈构成的回路上，对提取到的内阻信号做滤波及阻抗变换处理后予以输出。

优选地，所述磁钢噪声信号获取模块包括：滤波电路，对于要求进行磁钢噪声检测时经由通道切换模块连接在信号接入模块输出上来获得的磁钢噪声信号进行滤波；第二放大电路，对经滤波后磁钢噪声信号进行放大后予以输出。

优选地，所述通道切换模块为至少具有一个动触点和两个静触点的单刀双掷继电器。

优选地，所述信号接入模块包括具有两接线端的输入和具有两接线端的输出，所述输入的两接线端和所述输出的两接线端对应连接，构成两条独立的连通线路；其中，所述输入的两接线端对应连接于磁钢线圈的两端，所述输出的两接线端连接在所述单刀双掷继电器的动触点上。

本发明还提供了一种适用于磁钢在线故障诊断的信号获取装置，包括：

信号接入模块，输入连接磁钢线圈，输出连接通道切换模块；

通道切换模块，依据诊断要求经由所述信号接入模块来将磁钢线圈接入对应的信号处理模块，所述信号处理模块包括磁钢噪声信号获取模块和磁钢内阻信号获取模块；

控制器，连接通道切换模块，发送噪声诊断要求指令来控制通道切换模块将磁钢线圈接入磁钢噪声信号获取模块，通过磁钢噪声信号获取模块对磁钢噪声信号进行放大处理后予以输出；或者发送内阻诊断要求指令来控制通道切换模块将磁钢线圈接入磁钢内阻信号获取模块，通过磁钢内阻信号获取模块来提取磁钢内阻信号并对其进行滤波及阻抗变换处理后予以输出。

优选地，所述磁钢内阻信号获取模块包括：基准电压电路，提供一基准电压，并于要求进行磁钢内阻检测时接入磁钢线圈构成一回路，以供提取磁钢线圈的内阻信号；第一放大电路，连接在基准电压电路和磁钢线圈构成的回路上，对提取到的内阻信号做滤波及阻抗变换处理后予以输出。

优选地，所述磁钢噪声信号获取模块包括：滤波电路，对于要求进行磁钢噪声检测时经由通道切换模块连接在信号接入模块输出上来获得的磁钢噪声信号进行滤波；第二放大电路，对经滤波后磁钢噪声信号进行放大后予以输出。

优选地，所述通道切换模块为至少具有一个动触点和两个静触点的单刀双掷继电器。

本发明还提供了一种磁钢在线故障诊断系统，包括：

磁钢；

上述信号获取装置，连接磁钢，依据诊断要求来将磁钢接入对应的信号获取通道，以获取磁钢噪声信号或磁钢内阻信号，并予以输出；

上位机，连接信号获取装置，向信号获取装置发送诊断要求来对应接收所述磁钢噪声信号或磁钢内阻信号，并通过判断其是否在预设的合理范围内来确定磁钢的故障情况，以完成诊断。

相对现有技术，本发明至少具备以下优点：通过信号获取装置来现场获取磁钢的噪声信号和内阻数据，并依据噪声信号和内阻数据来对磁钢进行故障诊断，避免了现有技术中通过多轴少轴来进行诊断时对其它轨道管理数据造成影响的情况。

附图说明

图1显示为本发明提供的一种磁钢在线故障诊断的信号获取电路的原理图。

图2显示为本发明提供的一种磁钢在线故障诊断的信号获取电路中信号接入模块的一种电路实施原理图。

图3显示为本发明提供的一种磁钢在线故障诊断的信号获取电路中通道切换模块的一种电路实施原理图。

图4显示为磁钢内阻信号获取模块中基准电压电路的一种电路实施原理图。

图5显示为磁钢内阻信号获取模块中放大电路的一种电路实施原理图。

图6显示为磁钢噪声信号获取模块的一种电路实施原理图。

图7显示为本发明提供的一种适用于磁钢在线故障诊断的信号获取装置的原理图。

图8显示为本发明提供的一种磁钢在线故障诊断系统的原理图。

附图标号说明

100 信号获取电路

110 信号接入模块

120 磁钢噪声信号获取模块

121 滤波电路

122 第二放大电路

130 磁钢内阻信号获取模块

131 基准电压电路

132 第一放大电路

140 通道切换模块

150 控制器

100’ 信号获取装置

200 磁钢

300 上位机

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

磁钢，又称为车轮传感器，用于安装在铁轨上来获取列车经过铁轨时相关数据，为便于叙述，下文统一称作“磁钢”。

实施例1

请参见图1，为本实施例中提供的一种用于磁钢在线故障诊断的信号获取电路的原理图，如图所示，信号获取电路100包括信号接入模块110、通道切换模块140、磁钢噪声信号获取模块120和磁钢内阻信号获取模块130，其中，信号接入模块110输入连接在磁钢线圈的两端，输出接在通道切换模块140上，依据诊断要求来接入对应的信号获取模块，其中，信号获取模包括磁钢噪声信号获取模块120和磁钢内阻信号获取模块130；磁钢噪声信号获取模块120用于在要求进行磁钢噪声检测时经由通道切换模块140连接在信号接入模块110输出上以获取磁钢噪声信号，并对所述磁钢噪声信号进行放大后予以输出；磁钢内阻信号获取模块130用于在要求进行磁钢内阻检测时经由通道切换模块140连接在信号接入模块110的输出上以获取磁钢内阻信号，并对所述磁钢内阻信号进行滤波及阻抗变换后予以输出。

通过上述方案，可以将信号获取电路100安装在磁钢附近的主机中，并通过线缆来连接在磁钢上，以此来获取磁钢的噪声信号和内阻信号，并通过主机上传至上位系统中，这样就可以通过信号获取电路100来实现对磁钢的在线故障诊断。相比现有技术中，采用磁钢信号来进行故障判断，本方案更加准确，且不影响现有系统的正常工作。

以下再通过例举详细的实现方式来对上述方案进行说明。

在具体实施中，信号接入模块110包括具有两接线端的输入和具有两接线端的输出，如图2所示，该输入的两接线端和该输出的两接线端对应连接，构成两条独立的连通线路；其中，输入的两接线端对应连接于磁钢线圈的两端。优选地，在输入和输出之间所构成的两连通线路上还各串接有一自恢复保险丝，同时还可以在两连通线路上各接一双向TVS管，对两连通线路形成过流保护和脉冲保护。

在具体实施中，通道切换模块140为一种开关结构，例如图3，给出了通道切换模块的一种电路实施方式原理图。如图所示，通道切换模块140为一单刀双掷继电器，单刀双掷继电器包括供接收通道切换指令的控制端、以及一个动触点和两个静触点，其中，单刀双掷继电器的动触点具有两个接线端，对应连接在上述信号接入模块110的输出上，并根据诊断要求(即继电器上控制端所接收到的指令)来选择将动触点连接在对应的静触点上。

在具体实施中，磁钢内阻信号获取模块130包括一基准电压电路131和第一放大电路132组成，其中，基准电压电路131用于提供一基准电压，并接在磁钢线圈上以构成一回路，以提取磁钢线圈的内阻信号(即磁钢线圈的电压信号)；第一放大电路132用于对提取到的内阻信号做滤波及阻抗变换处理后予以输出。

更具体地，如图4所示，给出了磁钢内阻信号获取模块130中基准电压电路131的一实施电路图，如图所示，基准电压电路131包括一REF192ES芯片、电源电压(5V)、电容C1、电容C2、电容EC1、电容EC2及双向TVS管D1，其中，REF192ES芯片的管脚2连接一5V的电源电压，同时REF192ES芯片的管脚2还分别通过电容C1、电容EC1做接地连接；REF192ES芯片的管脚6通过一电阻R1输出基准电压(即基准电压电路131的输出)；另外，REF192ES芯片的管脚6还分别通过电容C2、电容EC2和双向TVS管D1接地；另外，REF192ES芯片的管脚4直接接地连接，其它管脚做悬空处理。

具体地，见图5，给出了磁钢内阻信号获取模块130中第一放大电路132的一种实施原理图，如图，第一放大电路132的输入连接基准电压电路131，并在要求进行内阻检测时经由通道切换模块140将输入接在磁钢线圈上，以提取磁钢线圈的内阻信号并对其进行放大处理后经第一放大电路132的输出予以输出。本实例的原理在于，通过基准电压电路131提供的基准电压和磁钢线圈构成一完整的回路，即基准电压电路131的输出端沿单刀双掷继电器的静触点J1+接入磁钢线圈一端并从磁钢线圈另一端引出至单刀双掷继电器的静触点J1-，形成一回路。这样，第一放大电路132从该回路中提取电压信号并进行放大后输出。

在具体实施中，见图6，给出了磁钢噪声信号获取模块120的一实施方式原理图，如图所示，磁钢噪声信号获取模块120包括滤波电路121和第二放大电路122，其中，第二放大电路122由运算放大器U2、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R8、电阻R9组成，电阻R4一端连接在运算放大器U2的正相输入端上，另一端作为磁钢噪声信号获取模块120第一输入端，用于连接单刀双掷继电器的静触点J2+上，运算放大器U2的正相输入端还通过电阻R8接地；电阻R5的一端连接在运算放大器U2的反相输入端上，另一端作为磁钢噪声信号获取模块120第二输入端，用于连接单刀双掷继电器的静触点J2-上，运算放大器U2的反相输入端还通过电阻R9接地；电阻R6的一端连接运算放大器U2的输出端，另一端作为磁钢噪声信号获取模块120的输出端。应当理解，该第二放大电路122为一差分放大电路。

另外，滤波电路121由电阻R7和电容C4组成，依次并联在运算放大器U2的正相输入端和反相输入端上，其中，电阻R7靠近磁钢噪声信号获取模块120的输入端。本实施例中，在要求噪声检测时通过单刀双掷继电器来将磁钢噪声信号获取模块120接在磁钢线圈两端，以获取磁钢的噪声信号并对噪声信号进行滤波和放大后予以输出。

进一步地，如图6，在电阻R8和电阻R9两端还分别对应并联一电容C5和电容C6，用于组成滤波反馈通路。

在具体实施中，上述所给出的信号获取电路100可以安装在主机上，通过连接控制器来实现信号的自动获取和信号的传输。也可以独立地设置在一电路板上，同时在该电路板上设置控制器来对该信号获取模块实现信号获取控制和信号发送。

实施例2

在上述实施例1的基础上，见图7，本发明还提供了一种适用于磁钢在线故障诊断的信号获取装置，如图，信号获取装置100’包括信号接入模块110、通道切换模块140、控制器150、磁钢噪声信号获取模块120和磁钢内阻信号获取模块130，其中，信号接入模块110的输入连接磁钢200线圈，输出连接通道切换模块140；通道切换模块140依据诊断要求经由所述信号接入模块110来将磁钢200线圈接入对应的信号处理模块，该信号处理模块包括磁钢噪声信号获取模块120和磁钢内阻信号获取模块130；控制器150连接于通道切换模块140，适用于向通道切换模块140发送噪声诊断要求指令来控制通道切换模块140将磁钢200线圈接入磁钢噪声信号获取模块120，通过磁钢噪声信号获取模块120对磁钢噪声信号进行放大处理后予以输出；或者向通道切换模块140发送内阻诊断要求指令来控制通道切换模块140将磁钢200线圈接入磁钢内阻信号获取模块130，通过磁钢内阻信号获取模块130来提取磁钢内阻信号并对其进行滤波及阻抗变换处理后予以输出。

需要理解的是，上述实施例1和2中，都是采用磁钢噪声信号和磁钢内阻信号分开获取的方式，这是因为如果同时来进行磁钢磁钢噪声信号和磁钢内阻信号的获取会产生干扰，从而影响诊断结果的准确性。

在具体实施中，所述磁钢内阻信号获取模块130包括：基准电压电路131，提供一基准电压，并于要求进行磁钢内阻检测时接入磁钢200线圈构成一回路，以供提取磁钢线圈的内阻信号；第一放大电路132，连接在基准电压电路131和磁钢200线圈构成的回路上，对提取到的内阻信号做滤波及阻抗变换处理后予以输出。

另外，磁钢内阻信号获取模块130的具体实施电路也可以采用上述实施例1中的方式，这里不再赘述。

在具体实施中，所述磁钢噪声信号获取模块120包括：滤波电路121，对于要求进行磁钢噪声检测时经由通道切换模块140连接在信号接入模块110输出上来获得的磁钢噪声信号进行滤波；第二放大电路122，对经滤波后磁钢噪声信号进行放大后予以输出。

同样，磁钢噪声信号获取模块120的具体实施电路也可以采用上述实施例1中的方式，这里不再赘述。

在具体实施中，通道切换模块140为至少具有一个动触点和两个静触点的单刀双掷继电器。同理，通道切换模块140的具体实施电路也可以采用上述实施例1中的方式，这里不再赘述。

在具体实施中，处理器本身也能够实现对磁钢噪声信号和磁钢内阻信号的诊断，因此，处理器既可以只控制通道切换模块140来获取相应的信号，也可以在对经磁钢噪声信号获取模块120和磁钢内阻信号获取模块130得到并输出的信号进行磁钢的故障诊断，并将诊断的结果发送出去。

实施例3

在上述实施例2的基础上，可以利用物联网技术，来提供一种磁钢在线故障诊断系统，如图8，该系统包括磁钢200、信号获取装置100’和上位机300，其中，信号获取装置100’连接磁钢，依据诊断要求来将磁钢接入对应的信号获取通道，以获取磁钢噪声信号或磁钢内阻信号，并予以输出；上位机300，连接信号获取装置100’，向信号获取装置100’发送诊断要求来对应接收所述磁钢噪声信号或磁钢内阻信号，并通过判断其是否在预设的合理范围内来确定磁钢的故障情况，以完成诊断。

应当理解，本实施例中的上位机300可以连接若干的信号获取装置，并根据每个信号获取装置所获取的信号进行诊断，以此来对磁钢的故障进行诊断和监测；同时，对于磁钢噪声信号和磁钢内阻信号的诊断既可以在上位机300中来进行，也可在信号获取装置中通过控制器150来实现。且本发明的提供的方案可以和现有的通用AEI系统进行配合或融合。

在具体实施中，可以利用上述实施例来对某一地区内所有的磁钢进行故障诊断，并将诊断结果利用物联网技术上传至云平台或者上位机300系统中，实现统一管理。

综上所述，本发明通过采集磁钢的内阻信号和噪声信号来对磁钢进行故障诊断，如果磁钢的噪声信号和内阻信号在正常范围以内，那么即可判定其正常，相反则存在故障，从而避免了现有技术中通过多轴少轴来进行诊断时对其它轨道管理数据造成影响的情况。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种适用于磁钢在线故障诊断的信号获取电路，其特征在于，包括：

信号接入模块，输入连接在磁钢线圈的两端，输出接在通道切换模块上，依据诊断要求来接入对应的信号获取模块；

磁钢噪声信号获取模块，于要求进行磁钢噪声检测时经由通道切换模块连接在信号接入模块输出上以获取磁钢噪声信号，并对所述磁钢噪声信号进行放大后予以输出；

磁钢内阻信号获取模块，于要求进行磁钢内阻检测时经由通道切换模块连接在信号接入模块的输出上以获取磁钢内阻信号，并对所述磁钢内阻信号进行滤波及阻抗变换后予以输出。

2.根据权利要求1所述的适用于磁钢在线故障诊断的信号获取电路，其特征在于，所述磁钢内阻信号获取模块包括：

基准电压电路，提供一基准电压，并于要求进行磁钢内阻检测时接入磁钢线圈构成一回路，以供提取磁钢线圈的内阻信号；

第一放大电路，连接在基准电压电路和磁钢线圈构成的回路上，对提取到的内阻信号做滤波及阻抗变换处理后予以输出。

3.根据权利要求1所述的适用于磁钢在线故障诊断的信号获取电路，其特征在于，所述磁钢噪声信号获取模块包括：

滤波电路，对于要求进行磁钢噪声检测时经由通道切换模块连接在信号接入模块输出上来获得的磁钢噪声信号进行滤波；

第二放大电路，对经滤波后磁钢噪声信号进行放大后予以输出。

4.根据权利要求1-3任一项所述的适用于磁钢在线故障诊断的信号获取电路，其特征在于，所述通道切换模块为包括一个动触点和两个静触点的单刀双掷继电器。

5.根据权利要求4任一项所述的适用于磁钢在线故障诊断的信号获取电路，其特征在于，所述信号接入模块包括具有两接线端的输入和具有两接线端的输出，所述输入的两接线端和所述输出的两接线端对应连接，构成两条独立的连通线路；其中，所述输入的两接线端对应连接于磁钢线圈的两端，所述输出的两接线端连接在所述单刀双掷继电器的动触点上。

6.一种适用于磁钢在线故障诊断的信号获取装置，其特征在于，包括：

信号接入模块，输入连接磁钢线圈，输出连接通道切换模块；

通道切换模块，依据诊断要求经由所述信号接入模块来将磁钢线圈接入对应的信号处理模块，所述信号处理模块包括磁钢噪声信号获取模块和磁钢内阻信号获取模块；

控制器，连接通道切换模块，发送噪声诊断要求指令来控制通道切换模块将磁钢线圈接入磁钢噪声信号获取模块，通过磁钢噪声信号获取模块对磁钢噪声信号进行放大处理后予以输出；或者

发送内阻诊断要求指令来控制通道切换模块将磁钢线圈接入磁钢内阻信号获取模块，通过磁钢内阻信号获取模块来提取磁钢内阻信号并对其进行滤波及阻抗变换处理后予以输出。

7.根据权利要求6所述的适用于磁钢在线故障诊断的信号获取装置，其特征在于，所述磁钢内阻信号获取模块包括：

基准电压电路，提供一基准电压，并于要求进行磁钢内阻检测时接入磁钢线圈构成一回路，以供提取磁钢线圈的内阻信号；

第一放大电路，连接在基准电压电路和磁钢线圈构成的回路上，对提取到的内阻信号做滤波及阻抗变换处理后予以输出。

8.根据权利要求6所述的适用于磁钢在线故障诊断的信号获取装置，其特征在于，所述磁钢噪声信号获取模块包括：

滤波电路，对于要求进行磁钢噪声检测时经由通道切换模块连接在信号接入模块输出上来获得的磁钢噪声信号进行滤波；

第二放大电路，对经滤波后磁钢噪声信号进行放大后予以输出。

9.根据权利要求6-8任一项所述的适用于磁钢在线故障诊断的信号获取装置，其特征在于，所述通道切换模块为包括一个动触点和两个静触点的单刀双掷继电器。

10.一种磁钢在线故障诊断系统，其特征在于，包括：

磁钢；

上述权利要求6-9任一项所述的信号获取装置，连接磁钢，依据诊断要求来将磁钢接入对应的信号获取通道，以获取磁钢噪声信号或磁钢内阻信号，并予以输出；

上位机，连接信号获取装置，向信号获取装置发送诊断要求来对应接收所述磁钢噪声信号或磁钢内阻信号，并通过判断其是否在预设的合理范围内来确定磁钢的故障情况，以完成诊断。