CN106092129B - 机车速度里程仪 - Google Patents

Abstract

一种机车速度里程仪，机车速度里程仪，包括电涡流速度传感器、脉冲消抖单元、速度里程计算单元，其中的脉冲消抖单元包括正向抗干扰电路、反向抗干扰电路、数据选择器。所述速度里程仪将电涡流速度传感器输出的传感脉冲同时送至正向抗干扰电路和反向抗干扰电路，由脉冲消抖单元输出计量脉冲通过数据选择器控制选通正向抗干扰电路、反向抗干扰电路中的一路作为计量脉冲输出。所述机车速度里程仪能够自动过滤传感脉冲中负宽脉冲期间的正窄脉冲和正宽脉冲期间的负窄脉冲干扰，特别是能够过滤传感脉冲边沿连续的窄脉冲干扰信号。所述机车速度里程仪能够应用在机车速度检测及行驶里程计量的场合。

Description

机车速度里程仪

技术领域

本发明涉及一种有轨交通车辆的传感检测与计量仪器，尤其是一种机车速度里程仪。

背景技术

通过车轮转速来求机车运行速度时，由于车轮与铁轨之间的相对滑动，使测量得到的机车速度产生误差，限制了测量精度。微波传感器利用铁路路基散射微波的多普勒效应进行测量，但在路基结冰的情况下，难以保证获得满意的传感器函数。采用电涡流传感器，将它们安装在机车的车轮支架上，利用铁轨头部材料的非均匀性测量机车的速度，其结构简单，性能不受天气条件等因素的影响，使测量系统具有较强的耐用性与可靠性。当机车运行时，由于车轮支架弹簧的振动引起传感器与铁轨之间的距离的波动、传感器相对于铁轨长度方向的测向偏移、以及铁路的信号装置与轨道中电流所形成的电磁场干扰等因素，都对测量产生影响，形成高频脉冲干扰和传感脉冲边沿的抖动干扰。

发明内容

为了解决现有按键与开关消抖电路所存在的问题，本发明提供了一种机车速度里程仪，包括电涡流速度传感器、脉冲消抖单元、速度里程计算单元。

所述电涡流速度传感器输出与机车速度相对应的传感脉冲送至脉冲消抖单元，脉冲消抖单元输出计量脉冲至速度里程计算单元。

所述脉冲消抖单元包括正向抗干扰电路、反向抗干扰电路、数据选择器；所述正向抗干扰电路和反向抗干扰电路的输入信号为传感脉冲；所述数据选择器为二选一数据选择器；所述数据选择器的二个数据输入端分别连接至正向抗干扰电路和反向抗干扰电路的输出端；所述数据选择器的数据输出端为计量脉冲端；所述数据选择器由计量脉冲进行数据选择控制。

所述正向抗干扰电路包括快速放电二极管、充电电阻、正向抗干扰电容、正向抗干扰施密特电路；所述快速放电二极管阴极为正向抗干扰电路输入端，阳极连接至正向抗干扰施密特电路输入端；所述充电电阻与快速放电二极管并联；所述正向抗干扰电容的一端连接至正向抗干扰施密特电路输入端，另外一端连接至机车速度里程仪的公共地或者是供电电源。

所述反向抗干扰电路包括快速充电二极管、放电电阻、反向抗干扰电容、反向抗干扰施密特电路；所述快速充电二极管阳极为反向抗干扰电路输入端，阴极连接至反向抗干扰施密特电路输入端；所述放电电阻与快速充电二极管并联；所述反向抗干扰电容的一端连接至反向抗干扰施密特电路输入端，另外一端连接至机车速度里程仪的公共地或者是供电电源。

所述正向抗干扰施密特电路输出端为正向抗干扰电路输出端，反向抗干扰施密特电路输出端为反向抗干扰电路输出端。

所述数据选择器输出信号与正向抗干扰电路输入信号之间为同相关系时，数据选择器输出信号与反向抗干扰电路输入信号之间也为同相关系；所述数据选择器输出信号与正向抗干扰电路输入信号之间为反相关系时，数据选择器输出信号与反向抗干扰电路输入信号之间也为反相关系。

所述数据选择器由计量脉冲进行数据选择控制的具体方法是，当数据选择器输出信号与正向抗干扰电路输入信号之间为同相关系、数据选择器输出信号与反向抗干扰电路输入信号之间为同相关系时，计量脉冲的低电平控制数据选择器选择正向抗干扰电路的输出信号送到数据选择器的输出端，高电平控制数据选择器选择反向抗干扰电路的输出信号送到数据选择器的输出端；当数据选择器输出信号与正向抗干扰电路输入信号之间为反相关系、数据选择器输出信号与反向抗干扰电路输入信号之间为反相关系时，计量脉冲的低电平控制数据选择器选择反向抗干扰电路的输出信号送到数据选择器的输出端，高电平控制数据选择器选择正向抗干扰电路的输出信号送到数据选择器的输出端。

所述脉冲消抖单元能够过滤的正窄脉冲宽度通过改变充电时间常数来进行控制，能够过滤的负窄脉冲宽度通过改变放电时间常数来进行控制。

所述充电时间常数为充电电阻与正向抗干扰电容的乘积；所述放电时间常数为放电电阻与反向抗干扰电容的乘积。

所述正向抗干扰施密特电路和反向抗干扰施密特电路均具有高输入阻抗特性。

本发明的有益效果是：所述机车速度里程仪允许电涡流速度传感器输出的传感脉冲中宽度大于规定值的正脉冲和负脉冲信号通过；能够自动过滤传感脉冲中负宽脉冲期间的正窄脉冲，特别是能够快速恢复过滤能力过滤连续的正窄脉冲干扰信号，消除传感脉冲的上升沿抖动；所述机车速度里程仪能够自动过滤传感脉冲中正宽脉冲期间的负窄脉冲，特别是能够快速恢复过滤能力过滤连续的负窄脉冲干扰信号，消除传感脉冲的下降沿抖动；需要过滤的正窄脉冲最大宽度能够通过改变充电时间常数进行调整；需要过滤的负窄脉冲最大宽度能够通过改变放电时间常数进行调整。

附图说明

图1为机车速度里程仪的结构框图；

图2为脉冲消抖单元实施例；

图3为脉冲消抖单元实施例的波形。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

图1为机车速度里程仪的结构框图，包括电涡流速度传感器、脉冲消抖单元、速度里程计算单元。电涡流速度传感器输出与机车速度相对应的传感脉冲P1送至脉冲消抖单元，脉冲消抖单元输出计量脉冲P2至速度里程计算单元。

电涡流速度传感器安装在机车的车轮支架上，传感器与铁轨的距离控制在60mm左右，以尽量消除铁轨道钉其它金属构件对测量信号的影响。电涡流速度传感器中包括信号整形与调理电路，输出反映铁轨头部材料的非均匀性、与机车速度成比例、且存在窄脉冲干扰的传感脉冲P1。

脉冲消抖单元包括正向抗干扰电路、反向抗干扰电路、数据选择器。脉冲消抖单元能够消除传感脉冲P1的窄脉冲干扰，输出计量脉冲P2至速度里程计算单元。

如图2所示为脉冲消抖单元实施例。实施例中，快速放电二极管、充电电阻、正向抗干扰电容、正向抗干扰施密特电路分别为二极管D11、电阻R11、电容C11、施密特电路F11，组成了正向抗干扰电路；快速充电二极管、放电电阻、反向抗干扰电容、反向抗干扰施密特电路分别为二极管D21、电阻R21、电容C21、施密特电路F21，组成了反向抗干扰电路。电容C11的一端接施密特电路F11的输入端，另外一端连接至公共地；电容C21的一端接施密特电路F21的输入端，另外一端连接至公共地。P1为传感脉冲端，P2为计量脉冲端。

图2实施例中，数据选择器T11为二选一数据选择器，二个数据输入信号与输出信号之间都是同相关系，施密特电路F11、施密特电路F21均为同相施密特电路，因此，数据选择器T11输出与正向抗干扰电路输入之间为同相关系，数据选择器T11输出与反向抗干扰电路输入之间也为同相关系。数据选择器T11的功能为：当选择控制端A＝0时，输出Y＝D1；当选择控制端A＝1时，输出Y＝D2。数据选择器T11的输出端Y(即脉冲输出端P2)直接连接至数据选择器T11的选择控制端A，计量脉冲P2为低电平时，控制数据选择器T11选择施密特电路F11的输出信号A3送到数据选择器的输出端Y；计量脉冲P2为高电平时，控制数据选择器T11选择施密特电路F21的输出信号A4送到数据选择器的输出端Y。

图3为脉冲消抖单元实施例的波形，包括传感脉冲P1和施密特电路F11输出A3、施密特电路F21输出A4、计量脉冲P2的波形。图2中，二极管D11、电阻R11、电容C11构成不对称充放电电路，施密特电路F11为同相施密特电路，当传感脉冲P1长时间维持为低电平时，施密特电路F11的输出A3为低电平；当传感脉冲P1长时间维持为高电平时，A3为高电平。P1信号对电容C11放电快，当传感脉冲P1从高电平变成低电平时，A1电位立即变成低电平电位，A3立即从高电平变成低电平。P1信号对电容C11充电慢，当传感脉冲P1从低电平变成高电平时，A1电位由P1高电平信号通过电阻R11向电容C11充电而上升，当充电时间达到T1，A1电位上升达到并超过施密特电路F11的上限门槛电压时，A3从低电平变成高电平；当P1的正脉冲宽度小于T1，充电时间小于T1，A1电位未达到施密特电路F11的上限门槛电压时P1即变成低电平，A1电位立即变成低电平电位，A3维持低电平状态。图3中，P1和A3的初始状态为低电平。正窄脉冲11、正窄脉冲12、正窄脉冲13的宽度均小于T1，A1电位无法经充电达到或超过施密特电路F11的上限门槛电压，对A3状态没有影响；P1的正脉冲14的宽度大于T1，因此，在P1的正脉冲14的上升沿过时间T1后，A3从低电平变为高电平。P1的正脉冲14的下降沿使A3从高电平变为低电平，P1的正脉冲15的宽度大于T1，在正脉冲15上升沿过时间T1后，A3从低电平变为高电平。P1的正脉冲15的下降沿使A3从高电平变为低电平，P1的正脉冲16、正脉冲17、正脉冲18的宽度均小于T1，因此，正脉冲16、正脉冲17、正脉冲18对A3没有影响，A3维持低电平状态。P1的正脉冲19的宽度大于T1，在正脉冲19上升沿过时间T1后，A3从低电平变为高电平。

图2中，二极管D21、电阻R21、电容C21同样构成不对称充放电电路，施密特电路F21为同相施密特电路，当传感脉冲P1长时间维持为低电平时，施密特电路F21的输出A4为低电平；当传感脉冲P1长时间维持为高电平时，A4为高电平。P1信号对电容C21充电快，当传感脉冲P1从低电平变成高电平时，A2电位立即变成高电平电位，A4立即从低电平变成高电平。P1信号对电容C21放电慢，当传感脉冲P1从高电平变成低电平时，A2电位由P1低电平信号通过电阻R21向电容C21放电，当放电时间达到T2，A2电位下降到低于施密特电路F21的下限门槛电压时，A4从高电平变成低电平；当P1的负脉冲宽度小于T2，放电时间小于T2，A2电位未下降达到施密特电路F21的下限门槛电压时，P1即变成高电平，A2电位立即变成高电平电位，A4维持高电平状态。图3中，P1和A4的初始状态为低电平。P1的正脉冲11的上升沿使A4从低电平变为高电平，P1的负脉冲20的宽度大于T2，在负脉冲20下降沿过时间T2后，A4从高电平变为低电平。P1的正脉冲12的上升沿使A4从低电平变为高电平，P1的负脉冲20、负脉冲21的宽度均小于T2，因此，负脉冲20、负脉冲21对A4没有影响，A4维持低电平状态。负脉冲23、负脉冲24、负脉冲25、负脉冲26的宽度均小于T2，A2电位无法经放电达到或低于施密特电路F21的下限门槛电压，对A4状态没有影响；P1的负脉冲27的宽度大于T2，因此，在P1的负脉冲27的下降沿过时间T2后，A4从高电平变为低电平。在P1的负脉冲27的上升沿，A4从低电平变为高电平。

施密特电路F11的输出A3在传感脉冲P1为低电平时保持低电平，在传感脉冲P1由低电平变为高电平后过时间T1才变为高电平。施密特电路F21的输出A4在传感脉冲P1为高电平时保持高电平，在传感脉冲P1由高电平变为低电平后过时间T2才变为低电平。或者说，在A3为高电平时，A4必定为高电平；在A4为低电平时，A3必定为低电平。

图3中，A3、A4的初始状态均为低电平，数据选择器T11的输出Y为低电平，数据选择器T11选择A3作为输出Y且在A3为低电平的期间维持。当A3在边沿30从低电平变为高电平时，输出Y变为高电平，数据选择器T11选择A4作为输出Y，此时A4必定为高电平，维持输出Y的高电平状态。当A4在边沿31从高电平变为低电平时，输出Y变为低电平，数据选择器T11选择A3作为输出Y，此时A3必定为低电平，维持输出Y的低电平状态。当A3在边沿32从低电平变为高电平时，输出Y变为高电平，数据选择器T11选择A4作为输出Y，此时A4必定为高电平，维持输出Y的高电平状态。

脉冲消抖单元将P1信号中的窄脉冲11、窄脉冲12、窄脉冲13、窄脉冲23、窄脉冲24、窄脉冲25、窄脉冲26都过滤掉，而正宽脉冲14(包括正脉冲14、正脉冲15、正脉冲16、正脉冲17和正脉冲18，负脉冲23、负脉冲24、负脉冲25、负脉冲26为干扰脉冲)、负宽脉冲27能够通过，使P2信号中出现相应的正宽脉冲28和负宽脉冲29。计量脉冲P2与传感脉冲P1同相，而输出的宽脉冲28上升沿比输入的正宽脉冲14上升沿滞后时间T1，下降沿滞后时间T2。

正脉冲11、正脉冲12、正脉冲13为正窄脉冲，其中正脉冲11为干扰脉冲，正脉冲12、正脉冲13为连续的上升沿抖动脉冲。时间T1为脉冲消抖单元能够过滤的最大正窄脉冲宽度。T1受到充电时间常数、传感脉冲P1的高电平电位、低电平电位和施密特电路F11的上限门槛电压共同影响。通常情况下，传感脉冲P1的高电平电位、低电平电位为定值，因此，调整T1的值可以通过改变充电时间常数或者施密特电路F11的上限门槛电压来进行。图2中，充电时间常数为充电电阻R11与电容C11的乘积。所述脉冲消抖单元允许宽度大于T1的正脉冲信号通过。

负脉冲23、负脉冲24、负脉冲25、负脉冲26为负窄脉冲，其中负脉冲23为干扰脉冲，负脉冲24、负脉冲25、负脉冲26为连续的下降沿抖动脉冲。时间T2为脉冲消抖单元能够过滤的最大负窄脉冲宽度。T2受到放电时间常数、传感脉冲P1的高电平电位、低电平电位和施密特电路F21的下限门槛电压共同影响。通常情况下，传感脉冲P1的高电平电位、低电平电位为定值，因此，调整T2的值可以通过改变放电时间常数或者施密特电路F21的下限门槛电压来进行。图2中，放电时间常数为放电电阻R21与电容C21的乘积。所述脉冲消抖单元允许宽度大于T2的负脉冲信号通过。

图2中，电容C11接公共地的一端还可以改接在脉冲消抖单元的供电电源端；同样地，电容C21接公共地的一端也可以单独或者与电容C11一起改接在脉冲消抖单元的供电电源端。

图2中，施密特电路F11、施密特电路F21还可以同时或者单独选择反相施密特电路，数据选择器T11的输入D1、D2与输出Y之间还可以同时或者单独为反相关系。当施密特电路F11、施密特电路F21同时或者单独选择反相施密特电路，数据选择器T11的输入D1、D2与输出Y之间同时或者单独为反相关系时，需要满足下面的条件，即：当数据选择器T11输出信号Y与正向抗干扰电路输入信号之间为同相关系时，数据选择器T11输出信号Y与反向抗干扰电路输入信号之间也为同相关系；Y的低电平控制选择施密特电路F11的输出送到数据选择器T11的输出端，Y的高电平控制选择施密特电路F21的输出送到数据选择器T11的输出端。当数据选择器T11输出信号Y与正向抗干扰电路输入信号之间为反相关系时，数据选择器T11输出信号Y与反向抗干扰电路输入信号之间也为反相关系；Y的低电平控制选择施密特电路F21的输出送到数据选择器T11的输出端，Y的高电平控制选择施密特电路F11的输出送到数据选择器T11的输出端。

所述正向抗干扰施密特电路、反向抗干扰施密特电路均为施密特电路，输入信号为电容上的电压，因此，要求施密特电路具有高输入阻抗特性。施密特电路可以选择具有高输入阻抗特性的CMOS施密特反相器CD40106、74HC14，或者是选择具有高输入阻抗特性的CMOS施密特与非门CD4093、74HC24等器件。CMOS施密特反相器或者CMOS施密特与非门的上限门槛电压、下限门槛电压均为与器件相关的固定值。用施密特反相器或者施密特与非门构成同相施密特电路，需要在施密特反相器或者施密特与非门后面增加一级反相器。

施密特电路还可以选择采用运算放大器来构成，采用运算放大器来构成施密特电路可以灵活地改变上限门槛电压、下限门槛电压。同样地，采用运算放大器来构成施密特电路时，需要采用具有高输入阻抗特性的结构与电路。

数据选择器可以选择74HC151、74HC152、74HC153、CD4512、CD4539等器件构成二选一数据选择器，也可以用门电路构成二选一数据选择器。

速度里程计算单元对脉冲消抖单元输出的计量脉冲P2的频率进行测量及标度变换，可以得到机车速度；对计量脉冲P2进行累计计数及标度变换，可以得到机车行驶里程。根据计量脉冲P2的频率得到机车速度和对计量脉冲P2进行累计计数得到机车行驶里程为本领域的常规技术，说明书不再赘述。

Claims (4)

1.一种机车速度里程仪，其特征在于：

包括电涡流速度传感器、脉冲消抖单元、速度里程计算单元；

所述电涡流速度传感器输出与机车速度相对应的传感脉冲送至脉冲消抖单元，脉冲消抖单元输出计量脉冲至速度里程计算单元；

所述脉冲消抖单元包括正向抗干扰电路、反向抗干扰电路、数据选择器；

所述正向抗干扰电路和反向抗干扰电路的输入信号为传感脉冲；

所述数据选择器为二选一数据选择器；所述数据选择器的二个数据输入端分别连接至正向抗干扰电路和反向抗干扰电路的输出端；

所述数据选择器的数据输出端为计量脉冲端；所述数据选择器由计量脉冲进行数据选择控制；

所述正向抗干扰电路包括快速放电二极管、充电电阻、正向抗干扰电容、正向抗干扰施密特电路；所述快速放电二极管阴极为正向抗干扰电路输入端，阳极连接至正向抗干扰施密特电路输入端；所述充电电阻与快速放电二极管并联；所述正向抗干扰电容的一端连接至正向抗干扰施密特电路输入端，另外一端连接至机车速度里程仪的公共地或者是供电电源；

所述反向抗干扰电路包括快速充电二极管、放电电阻、反向抗干扰电容、反向抗干扰施密特电路；所述快速充电二极管阳极为反向抗干扰电路输入端，阴极连接至反向抗干扰施密特电路输入端；所述放电电阻与快速充电二极管并联；所述反向抗干扰电容的一端连接至反向抗干扰施密特电路输入端，另外一端连接至机车速度里程仪的公共地或者是供电电源；

所述正向抗干扰施密特电路输出端为正向抗干扰电路输出端，反向抗干扰施密特电路输出端为反向抗干扰电路输出端；

所述数据选择器输出信号与正向抗干扰电路输入信号之间为同相关系时，数据选择器输出信号与反向抗干扰电路输入信号之间也为同相关系；所述数据选择器输出信号与正向抗干扰电路输入信号之间为反相关系时，数据选择器输出信号与反向抗干扰电路输入信号之间也为反相关系；

所述数据选择器由计量脉冲进行数据选择控制的具体方法是，当数据选择器输出信号与正向抗干扰电路输入信号之间为同相关系、数据选择器输出信号与反向抗干扰电路输入信号之间为同相关系时，计量脉冲的低电平控制数据选择器选择正向抗干扰电路的输出信号送到数据选择器的输出端，高电平控制数据选择器选择反向抗干扰电路的输出信号送到数据选择器的输出端；当数据选择器输出信号与正向抗干扰电路输入信号之间为反相关系、数据选择器输出信号与反向抗干扰电路输入信号之间为反相关系时，计量脉冲的低电平控制数据选择器选择反向抗干扰电路的输出信号送到数据选择器的输出端，高电平控制数据选择器选择正向抗干扰电路的输出信号送到数据选择器的输出端。

2.根据权利要求1所述的机车速度里程仪，其特征在于：所述脉冲消抖单元能够过滤的正窄脉冲宽度通过改变充电时间常数来进行控制，能够过滤的负窄脉冲宽度通过改变放电时间常数来进行控制。

3.根据权利要求2所述的机车速度里程仪，其特征在于：所述充电时间常数为充电电阻与正向抗干扰电容的乘积；所述放电时间常数为放电电阻与反向抗干扰电容的乘积。

4.根据权利要求2所述的机车速度里程仪，其特征在于：所述正向抗干扰施密特电路和反向抗干扰施密特电路均具有高输入阻抗特性。