CN106494454A - 铁路计轴设备、方法、系统、以及信号处理设备 - Google Patents
铁路计轴设备、方法、系统、以及信号处理设备 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106494454A CN106494454A CN201610936610.1A CN201610936610A CN106494454A CN 106494454 A CN106494454 A CN 106494454A CN 201610936610 A CN201610936610 A CN 201610936610A CN 106494454 A CN106494454 A CN 106494454A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fiber grating
- meter shaft
- difference
- counting device
- train
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 186
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 51
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 36
- 241001669679 Eleotris Species 0.000 claims description 34
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 31
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 claims description 19
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 5
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 3
- 238000013519 translation Methods 0.000 claims description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 6
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 abstract description 3
- 230000011664 signaling Effects 0.000 abstract description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 6
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 6
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 4
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000000747 cardiac effect Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 241000736199 Paeonia Species 0.000 description 1
- 235000006484 Paeonia officinalis Nutrition 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 210000001367 artery Anatomy 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003137 locomotive effect Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 239000003595 mist Substances 0.000 description 1
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 description 1
- 230000005622 photoelectricity Effects 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B61—RAILWAYS
- B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
- B61L1/00—Devices along the route controlled by interaction with the vehicle or train
- B61L1/16—Devices for counting axles; Devices for counting vehicles
- B61L1/161—Devices for counting axles; Devices for counting vehicles characterised by the counting methods
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B61—RAILWAYS
- B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
- B61L1/00—Devices along the route controlled by interaction with the vehicle or train
- B61L1/16—Devices for counting axles; Devices for counting vehicles
- B61L1/163—Detection devices
- B61L1/166—Optical
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
Abstract
本发明涉及铁道信号技术领域，公开了一种铁路计轴设备、方法、系统、以及信号处理设备，该铁路计轴方法包括：从本发明提供的铁路计轴设备处接收计轴电信号；将所述计轴电信号处理为计轴数据；根据所述计轴数据，判断列车行车方向和列车车轮是否经过所述铁路计轴设备；以及根据所述列车行车方向以及所述列车车轮经过所述铁路计轴设备，确定车轮轴数。由于本发明提供的铁路计轴设备的光纤光栅能够精确检测钢轨形变下的剪应力，因此能够准确获知经过钢轨的列车的行车方向以及是否经过该计轴区域，从而准确地确定车轮轴数，实现轨道的占用情况的准确监测，可靠性高，能够确保列车行车安全。
Description
技术领域
本发明涉及铁道信号技术领域，具体地，涉及一种铁路计轴设备、一种铁路计轴方法、一种铁路计轴系统、以及一种信号处理设备。
背景技术
铁路交通运输是社会经济生活的大动脉，普通列车提速、高速铁路运营里程增加改善了人们出行条件，提高了货物运输速度，对国民经济的发展做出巨大贡献。而铁路信号是铁路运输调度的关键。其中，列车轨道占用监测是铁路信号的基础，若监测设备发生故障不仅会造成铁路交通阻塞，更会带来巨大的生命、财产损失。例如2011年7月23日甬温线发生的动车追尾事故，造成该事故的原因是铁路信号系统受雷电干扰时发生故障，列车轨道占用监测系统未能准确判定轨道占用情况，在轨道被占用的状态下后续列车依旧全速行驶，从而造成列车追尾事故。因此，为铁路运营设计完善可靠的轨道占用监测系统意义重大。
轨道占用监测技术包括轨道电路和计轴两种技术。其中，轨道电路是以一定长度的两条钢轨为导体、在两端加以送电和受电设备构成的电气电路。但将其应用于列车轨道占用监测存在一定的缺陷，如在一些环境恶劣的区段，轨道电路会受雷电、矿物粉尘、锈蚀、雨、雾等因素的影响，从而发生“分路不良”、“红光带”等故障。此外，现有轨道电路独自完成轨道占用监测，缺乏并行监督保障机制，一旦轨道电路受到干扰或发生故障，就会误判轨道占用情况，从而导致联锁系统发出错误信息造成行车事故；计轴技术是铁路信号列车轨道占用监测领域的另一项重要技术，其原理是在区间的入口和出口处分别设置铁路列车计轴器以获得通过区间两端的轴数，通常对区间入口进行加1计数，有一个轮轴记一个数，将此数送至本区间出口处,进行减1计数。若计数为零，说明进入区间和离开区间的轮轴数相等，则区间空闲；反之，则空间被占用。由于计轴设备不受轨道状况的影响，因而其具备检查较长轨道区间且不受电气化铁路牵引回流干扰的优势。因此，计轴技术可在一定程度上弥补轨道电路的缺陷。
现有技术中虽然存在一些计轴设备，但是这些计轴设备采集的数据不够精确和全面，不能准确判断列车的运行方向，在一些诸如车轮在计轴处反复前进、后退等特殊情况下就会导致车轴数目的错误增加或减少，不能准确计轴。而列车的反复进退情况在列车运行时经常发生，例如列车连挂、列车编组时需要车列反复进退，机车起步时为了降低牵引力峰值，通常先后退压缩车钩间隙再转为前进等。由此可知，计轴设备在铁路线路运用时，正确的判断行车方向对于计轴并判断轨道占用至关重要。
即现有技术中存在由于计轴数据不够全面和精确导致不能正确判断列车行车方向、不能准确计轴的缺陷。
发明内容
针对现有技术中存在的由于计轴数据不够全面和精确导致不能正确判断列车行车方向、不能准确计轴的技术问题，本发明提供了一种铁路计轴设备，该铁路计轴设备包括：宽带光源、环形器、计轴单元、光纤光栅解调单元，所述计轴单元包括：第一光纤光栅对和第二光纤光栅对，所述第一光纤光栅对包括第一光纤光栅和第二光纤光栅，以及所述第二光纤光栅对包括第三光纤光栅和第四光纤光栅；其中所述第一光纤光栅对和所述第二光纤光栅对以第一轨枕和第二轨枕之间的中心所在的垂直轴线对称地安装在对应的钢轨的轨腰的中性轴上；所述第一光纤光栅的第一端和所述第二光纤光栅的第一端在所述中性轴上的第一点，所述第一光纤光栅的第二端所在方向与所述中性轴成第一预定角度，所述第二光纤光栅的第二端所在方向与所述中性轴成第二预定角度；所述第三光纤光栅的第一端和所述第四光纤光栅的第一端在所述中性轴上的第二点，所述第三光纤光栅的第二端所在方向与所述中性轴成第一预定角度，所述第四光纤光栅的第二端所在方向与所述中性轴成第二预定角度；所述第一轨枕和所述第二轨枕为铁路中两个相邻的轨枕，其中所述宽带光源将宽带光经过所述环形器输入到所述计轴单元，所述计轴单元反射的光信号经过所述光纤光栅解调单元转换为计轴电信号，所述计轴电信号指示所述钢轨在列车车轮的作用力下形变所产生的剪应力。
优选地，所述第一点所在的垂直轴线距离所述第一轨枕的中心所在的垂直轴线预定距离，所述第二点所在的垂直轴线距离所述第二轨枕的中心所在的垂直轴线预定距离。
优选地，所述第一预定角度为45°，以及所述第二预定角度为-45°。
优选地，该铁路计轴设备包括多个计轴单元，所述多个计轴单元按照在列车行车方向上使得车轮依次经过每个计轴单元的方式连续布置。
此外，本发明还提供了一种采用本发明的铁路计轴设备进行计轴的铁路计轴方法，该方法包括：从铁路计轴设备处接收计轴电信号；将所述计轴电信号处理为计轴数据；根据所述计轴数据，判断列车行车方向和列车车轮是否经过所述铁路计轴设备；以及根据所述列车行车方向以及所述列车车轮经过所述铁路计轴设备，确定车轮轴数。
优选地，所述将所述计轴电信号处理为计轴数据包括：对所述计轴电信号进行降噪处理；以及对降噪处理后的计轴电信号进行波峰中心波长检测以获得所述计轴数据。
优选地，所述计轴数据包括第一光纤光栅、第二光纤光栅、第三光纤光栅、第四光纤光栅的中心波长偏移量。
优选地，所述根据所述计轴数据判断列车行车方向包括：计算所述第一光纤光栅和所述第二光纤光栅的中心波长偏移量之间的第一差值，以及所述第三光纤光栅和所述第四光纤光栅的中心波长偏移量之间的第二差值；以及根据所述第一差值和第二差值的变化趋势，判断所述列车行车方向。
优选地，所述根据所述第一差值和第二差值的变化趋势判断所述列车行车方向包括：在所述第一差值和所述第二差值均减小的情况下，确定所述列车行车方向为由第一光纤光栅对向第二光纤光栅对行驶；以及在所述第一差值和所述第二差值均增加的情况下，确定所述列车行车方向为由所述第二光纤光栅对向所述第一光纤光栅对行驶。
优选地，所述根据所述计轴数据判断列车车轮是否经过所述铁路计轴设备包括：在所述第一差值从正值变为负值或者从负值变为正值以及所述第二差值从正值变为负值或者从负值变为正值的情况下，确定所述列车车轮经过所述铁路计轴设备。
优选地，所述根据所述计轴数据判断列车车轮是否经过所述铁路计轴设备包括：计算所述第一差值和所述第二差值之间的偏差值；以及在所述偏差值达到偏差阈值的情况下，确定所述列车车轮经过所述铁路计轴设备。
优选地，所述根据所述计轴数据判断列车车轮是否经过所述铁路计轴设备包括：计算所述第一差值和所述第二差值之间的偏差值；以及在所述偏差值达到偏差阈值达一时间阈值的情况下，确定所述列车车轮经过所述铁路计轴设备。
优选地，所述根据所述计轴数据判断列车车轮是否经过所述铁路计轴设备包括：计算所述第一差值和所述第二差值之间的偏差值；以及在所述第一差值从正值变为负值或者从负值变为正值以及所述第二差值从正值变为负值或者从负值变为正值的情况下并且在所述偏差值达到偏差阈值达一时间阈值的情况下，确定所述列车车轮经过所述铁路计轴设备。
优选地，根据所述列车行车方向以及车轮经过所述铁路计轴设备确定车轮轴数包括：在所述列车行车方向为由所述第一光纤光栅对向所述第二光纤光栅对行驶并确定所述列车车轮经过所述铁路计轴设备的情况下，确定车轮轴数加1；以及在所述列车行车方向为由所述第二光纤光栅对向所述第一光纤光栅对行驶并确定所述列车车轮经过所述铁路计轴设备的情况下，确定车轮轴数减1。
优选地，该方法还包括：根据所述第一光纤光栅对和所述第二光纤光栅对之间的距离和列车经过所述距离的时间，确定列车行车速度。
此外，本发明还提供了一种采用本发明的铁路计轴设备进行计轴的信号处理设备，该信号处理设备包括：接收模块，用于从铁路计轴设备处接收计轴电信号；以及处理模块，用于将所述计轴电信号处理为计轴数据；用于根据所述计轴数据判断列车行车方向和列车车轮是否经过所述铁路计轴设备；以及还用于根据所述列车行车方向以及所述列车车轮经过所述铁路计轴设备确定车轮轴数。
优选地，所述处理模块还用于：对所述计轴电信号进行降噪处理；以及对降噪处理后的计轴电信号进行波峰中心波长检测以获得所述计轴数据。
优选地，所述计轴数据包括第一光纤光栅、第二光纤光栅、第三光纤光栅、第四光纤光栅的中心波长偏移量。
优选地，所述处理模块还用于：计算所述第一光纤光栅和所述第二光纤光栅的中心波长偏移量之间的第一差值，以及所述第三光纤光栅和所述第四光纤光栅的中心波长偏移量之间的第二差值；以及根据所述第一差值和第二差值的变化趋势，判断所述列车行车方向。
优选地，所述处理模块还用于：在所述第一差值和所述第二差值均减小的情况下，确定所述列车行车方向为由第一光纤光栅对向第二光纤光栅对行驶；以及在所述第一差值和所述第二差值均增加的情况下，确定所述列车行车方向为由所述第二光纤光栅对向所述第一光纤光栅对行驶。
优选地，所述处理模块还用于：在所述第一差值从正值变为负值或者从负值变为正值以及所述第二差值从正值变为负值或者从负值变为正值的情况下，确定所述列车车轮经过所述铁路计轴设备。
优选地，所述处理模块还用于：计算所述第一差值和所述第二差值之间的偏差值；以及在所述偏差值达到偏差阈值的情况下，确定所述列车车轮经过所述铁路计轴设备。
优选地，所述处理模块还用于：计算所述第一差值和所述第二差值之间的偏差值；以及在所述偏差值达到偏差阈值达一时间阈值的情况下，确定所述列车车轮经过所述铁路计轴设备。
优选地，所述处理模块还用于：计算所述第一差值和所述第二差值之间的偏差值；以及在所述第一差值从正值变为负值或者从负值变为正值以及所述第二差值从正值变为负值或者从负值变为正值的情况下并且在所述偏差值达到偏差阈值达一时间阈值的情况下，确定所述列车车轮经过所述铁路计轴设备。
优选地，所述处理模块还用于：在所述列车行车方向为由所述第一光纤光栅对向所述第二光纤光栅对行驶并确定所述列车车轮经过所述铁路计轴设备的情况下，确定车轮轴数加1；以及在所述列车行车方向为由所述第二光纤光栅对向所述第一光纤光栅对行驶并确定所述列车车轮经过所述铁路计轴设备的情况下，确定车轮轴数减1。
优选地，所述处理模块还用于：根据所述第一光纤光栅对和所述第二光纤光栅对之间的距离和列车经过所述距离的时间，确定列车行车速度。
另外，本发明还提供了一种铁路计轴系统，该系统包括：本发明提供的铁路计轴设备，用于检测钢轨在列车车轮的作用力下形变所产生的剪应力并将所检测到的剪应力包含在计轴电信号中；以及本发明提供的信号处理设备，所述信号处理设备与所述铁路计轴设备连接，用于根据所述计轴电信号确定车轮轴数。
优选地，所述信号处理设备为上位机。
通过上述技术方案，由于本发明提供的铁路计轴设备的光纤光栅(即光纤光栅传感器)能够精确检测钢轨形变下的剪应力，因此能够准确获知经过钢轨的列车的行车方向以及是否经过该计轴区域，从而准确地确定车轮轴数，实现轨道的占用情况的准确监测，可靠性高，能够确保列车行车安全。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为根据本发明的一种实施方式的示例铁路计轴系统的结构示意图；
图2为根据本发明的一种实施方式的示例铁路计轴设备的结构示意图；
图3为根据本发明的一种实施方式的示例钢轨的简支梁模型图；
图4为根据本发明的一种实施方式的示例剪应力计轴原理图；
图5为根据本发明的一种实施方式的示例中性轴示意图；
图6为根据本发明的一种实施方式的示例计轴单元安装位置受力形变示意图；
图7为根据本发明的一种实施方式的示例轮重作用下轨枕间钢轨剪应力差分布图；
图8为根据本发明的一种实施方式的示例计轴单元配置示意图；
图9为根据本发明的一种实施方式的示例铁路计轴系统的结构示意图；
图10为根据本发明的一种实施方式的示例信号处理设备的结构示意图；
图11为根据本发明的一种实施方式的示例降噪处理前和降噪处理后的计轴电信号波形图；
图12为根据本发明的一种实施方式的示例理想状态下四个光纤光栅中心波长漂移曲线图；
图13为根据本发明的一种实施方式的示例第一差值ΔλB随位置的变化曲线图；
图14为根据本发明的一种实施方式的示例第二差值ΔλB'随位置的变化曲线图；
图15为根据本发明的一种实施方式的示例偏差值Δλ随位置的变化曲线图；
图16为根据本发明的一种实施方式的示例偏差值Δλ随时间的变化曲线图；以及
图17是根据本发明的一种实施方式的信号处理方法的示例流程图。
附图标记说明
1 宽带光源 2 环形器 3 计轴单元
4 光纤光栅解调单元 5 第一轨枕 6 第二轨枕
7 钢轨 8 第一光纤光栅 9 第二光纤光栅
10 第三光纤光栅 11 第四光纤光栅 12 中性轴
13 轨枕中心线 14 对称轴 15 中性层
16 横截面 21 接收模块 22 处理模块
100 铁路计轴设备 200 信号处理设备 1000 铁路计轴系统
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
为了更加清楚地说明本发明的思想，下面以示例铁路计轴系统为例进行详细地说明。图1为根据本发明的一种实施方式的铁路计轴系统的结构示意图，如图1所示，该系统可以包括：本发明提供的铁路计轴设备100，用于检测钢轨在列车车轮的作用力下形变所产生的剪应力并将所检测到的剪应力包含在计轴电信号中；以及本发明提供的信号处理设备200，所述信号处理设备200与所述铁路计轴设备100连接，用于根据所述计轴电信号确定车轮轴数。
在本发明提供的铁路计轴系统中，由于铁路计轴设备100的光纤光栅(即光纤光栅传感器)能够精确检测钢轨形变下的剪应力，因此能够准确获知经过钢轨的列车的行车方向以及是否经过该计轴区域，从而准确地确定车轮轴数，实现轨道的占用情况的准确监测，可靠性高，能够确保列车行车安全。
具体地，图2为根据本发明的一种实施方式的铁路计轴设备的结构示意图，如图2所示，一般地，铁路计轴设备100可以包括：宽带光源1、环形器2、计轴单元3、光纤光栅解调单元4，该设备的工作原理为：宽带光源1将宽带光经过所述环形器2输入到所述计轴单元3，所述计轴单元3反射的光信号经过所述光纤光栅解调单元4转换为计轴电信号。
与现有的计轴设备不同的是，为了获得更为精确的剪应力，发明人考虑了计轴单元3的配置、精确安装位置、以及安装角度，下面对其确定过程进行说明：
1.剪应力计轴原理
图3为根据本发明的一种实施方式的钢轨的简支梁模型图。如图3所示，在铁路运营线路中，钢轨由弹性扣件和胶垫固定在轨枕上，并与轨枕连成整体铺设于道砟上，钢轨承载列车车轮的重载并引导列车前行。由于钢轨两端由轨枕支撑，因而当钢轨受到车轮压力时，其下方产生的是拉应力，上方产生的是压应力，而截面产生的则是剪应力。
参考图3，其中假设A为第一轨枕和A'为第二轨枕，B和B'为在钢轨7上剪切力传感器安装点，并且B和B'对称安装，P为车轮负载施加处，L代表轨枕之间的距离，x为车轮中心处相对A中心处的位移。
具体计算分析如下：
假设单轮重量为W，B和B'所受剪应力分别为Q1和Q2，则：
A处的支反力为：
当轮重位置x变化时，B和B'所受剪应力Q1和Q2也随之呈线性变化。在B处所在截面上，令B到A中心处的距离为d，则B'到A'中心处的距离也为d。
B所在截面上的剪应力：
B'所在截面上所受剪应力：
由公式(2)(3)可得B和B'的剪应力差：
由上述计算过程即可得到剪应力计轴原理图，图4为根据本发明的一种实施方式的剪应力计轴原理图。
由图4可知，当轮重位于B和B'所在截面之间时，B和B'处剪应力差ΔQ为W，其值即为单个列车车轮的重量；而在其它位置(包括在A和A'两个支承点之外)，ΔQ的值均为零。因而在相邻轨枕之间对称安装两个相应的剪应力传感器，以B和B'两处的剪应力差为参考信号，通过分析该信号的值即可获知有无车轮压过，从而得到车轴数。因此，B和B'两组剪应力传感器(例如光纤光栅对)可以组成一个计轴单元3。
2.光纤光栅贴片角度及位置确定
图5为根据本发明的一种实施方式的中性轴示意图，如图5所示，由中值定理可以推断：材料纤维从伸长到缩短，中间必然存在着一层既不能伸长也不缩短的纤维层，称为中性层15，并将中性层15与横截面16的交线称为中性轴12。
根据材料力学相关理论：钢轨受车轮的载荷作用时，中性轴12处正应力为零，只受剪应力作用且为最大剪应变所在位置。钢轨主应力在中性轴12附近，其中优选地沿与中性轴45°和-45°方向分别达到最大值。从钢轨整体上看，主应力是由剪应力造成的。而从材料力学的角度上看，剪应力表现为成对出现的大小相等、方向相互垂直的拉/压应力。其中，正值表示拉应力，负值表示压应力。因而，优选地，将光纤光栅安装在该区域，且光栅的方向与中性轴12呈一定角度。例如，可以采用胶粘或压紧的方法将光栅固定在钢轨上。图6为根据本发明的一种实施方式的计轴单元安装位置受力形变示意图剪应力传感器安装处受力形变示意图，如图6所示，当在车轮的作用下，钢轨的形变并受力。
优选地，光栅的方向与中性轴12可以呈45°和-45°夹角，此时测得的剪应力为最大值。
图7为根据本发明的一种实施方式的轮重作用下轨枕间钢轨剪应力差ΔQ分布图，由图7可知，在轨枕(A和A')处时ΔQ为0，在相邻轨枕间，其ΔQ值为一恒定值。列车在实际运行时，由于车轮和钢轨的磨耗及列车运动等因素，造成车轮对钢轨的压力不平稳，从而导致ΔQ波形顶部存在波动。为了最大程度地抑制剪应力差波动对车轴识别的干扰，实际安装传感器时，在避开轨枕的前提下，尽量增加B和B'之间的距离，以获取更多有效数据，提高识别准确率。
根据上述分析，最终确定本发明所提供的铁路计轴设备100的计轴单元3的配置和安装位置，图8为根据本发明的一种实施方式的计轴单元配置示意图，如图8所示：
所述计轴单元3包括：第一光纤光栅对8、9和第二光纤光栅对10、11，所述第一光纤光栅对8、9可以包括第一光纤光栅8和第二光纤光栅9，以及所述第二光纤光栅对10、11可以包括第三光纤光栅10和第四光纤光栅11；
其中，所述第一光纤光栅对8、9和所述第二光纤光栅对10、11以第一轨枕5(即上述图中A)和第二轨枕6(即上述图中A')之间的中心所在的垂直轴线(即对称轴14)对称地安装在对应的钢轨7的轨腰的中性轴12上；所述第一光纤光栅8的第一端和所述第二光纤光栅9的第一端在所述中性轴上的第一点B，所述第一光纤光栅8的第二端所在方向与所述中性轴12成第一预定角度，所述第二光纤光栅9的第二端所在方向与所述中性轴12成第二预定角度；所述第三光纤光栅10的第一端和所述第四光纤光栅11的第一端在所述中性轴12上的第二点B'，所述第三光纤光栅10的第二端所在方向与所述中性轴成第一预定角度，所述第四光纤光栅11的第二端所在方向与所述中性轴成第二预定角度；所述第一轨枕5和所述第二轨枕6为铁路中两个相邻的轨枕。
优选地，所述第一点B所在的垂直轴线距离所述第一轨枕5的中心所在的垂直轴线预定距离，所述第二点B'所在的垂直轴线距离所述第二轨枕6的中心所在的垂直轴线预定距离，所述预定距离可以为图3所示的距离d，距离d可以根据实际情况进行设置，本发明对此不进行限定。
优选地，所述第一预定角度为45°，以及所述第二预定角度为-45°。
采用这样的配置，铁路计轴设备100的宽带光源1将宽带光经过所述环形器2输入到所述计轴单元3，所述计轴单元3反射的光信号经过所述光纤光栅解调单元4转换为计轴电信号，该光纤光栅解调单元4的主要作用是对计轴单元3测得的反射光信号进行光电转换，然后对原始信号进行放大、采集并进行发送。由于本发明的计轴单元独特的配置，所发送的计轴电信号可以精确地指示所述钢轨7在列车车轮的作用力下形变所产生的剪应力(即将所检测到的剪应力包含在计轴电信号中)，是下面实现数据处理和分析以及最终准确轴数的基础。
更为优选地，由于列车行车过程中经过多条钢轨，因此该铁路计轴设备100可以包括多个计轴单元3，所述多个计轴单元3可以按照在列车行车方向上使得车轮依次经过每个计轴单元3的方式连续布置。
图9为根据本发明的一种实施方式的示例铁路计轴系统的结构示意图，如图9所示，可以沿列车行车方向按照如上所述配置多个计轴单元3，例如可以在如图9所示，在一侧钢轨7设置多个计轴单元3，此外，也可以在另一侧钢轨设置，还可以在两侧均设置多个计轴单元，本发明对此不进行限定。例如，在图9所示的示例中，第一轨枕5和第二轨枕6区域设定为计轴区间入口，计轴单元3如上所述配置在钢轨7上，列车行车方向为从计轴区间入口驶向计轴区间出口，计轴区间出口区域配置有同样的计轴单元3，采用这样的配置，当列车经过该区段时，各个计轴单元3可以将光信号输出到光纤光栅解调单元4，之后该光纤光栅解调单元4可以将其转换为计轴电信号并输出到信号处理设备200进行后续分析处理。
应当理解的是，虽然图中仅示出了两个计轴单元3，但该系统中可以根据实际情况配置大于两个的计轴单元，例如，在图中省略了一些铁路区段，这些区段中也可以同样配置有计轴单元，以供计轴需要。
图10为根据本发明的一种实施方式的示例信号处理设备200的结构示意图，如图10所示，该信号处理设备可以采用上述铁路计轴设备100进行计轴，该信号处理设备200可以包括：接收模块21，用于从铁路计轴设备100处接收计轴电信号，例如从光纤光栅解调单元4中接收计轴电信号；以及处理模块22，用于将所述计轴电信号处理为计轴数据；用于根据所述计轴数据判断列车行车方向和列车车轮是否经过所述铁路计轴设备；以及还用于根据所述列车行车方向以及所述列车车轮经过所述铁路计轴设备确定车轮轴数。
采用这样的实施方式，信号处理设备200可以根据精确获得的计轴电信号准确地确定车轮轴数，实现轨道的占用情况的准确监测，可靠性高，能够确保列车行车安全。
具体地，由于受外部电磁辐射的干扰、采集设备的电源噪声以及环境变化对测量的影响等，接收模块21接收到的计轴电信号通常掺杂着很多干扰信号，其严重影响了反射谱中心波长的检测，所以优选地对计轴电信号进行降噪处理，提高其信噪比。图11为根据本发明的一种实施方式的示例降噪处理前和降噪处理后的计轴电信号波形图，如图11所示，信号处理设备200的处理模块22可以首先对所述计轴电信号进行降噪处理，降噪处理前和降噪处理后的光纤光栅波长解调信号波形图分别如图11(a)和图11(b)所示，可见降噪处理后波形更为平滑，去除噪声的不利影响。
接着，处理模块22可以对降噪处理后的计轴电信号进行波峰中心波长检测以获得所述计轴数据，即调用峰值检测算法确定其中心波长，并得到光纤光栅的中心波长漂移量。优选地，所述计轴数据可以包括第一光纤光栅的中心波长偏移量Δλ1、第二光纤光栅的中心波长偏移量Δλ2、第三光纤光栅的中心波长偏移量Δλ3、第四光纤光栅的中心波长偏移量Δλ4。
之后，处理模块22可以根据所述计轴数据判断列车行车方向和列车车轮是否经过所述铁路计轴设备，以及根据所述列车行车方向以及所述列车车轮经过所述铁路计轴设备确定车轮轴数。
具体来说，首先处理模块21可以：
1.判断列车行车方向
继续参考图8，假设B和B'两处的四个光纤光栅λ1、λ2、λ3及λ4的中心波长漂移量分别为Δλ1、Δλ2、Δλ3及Δλ4，并且它们由于被拉或者被压有正负之分，当一个车轴(车轮)经过计轴单元时，理想状态下的四个光纤光栅中心波长漂移曲线如图12所示，图12为根据本发明的一种实施方式的示例理想状态下四个光纤光栅中心波长漂移曲线图。
由此，处理模块22可以计算所述第一光纤光栅λ1和所述第二光纤光栅λ2的中心波长偏移量之间的第一差值ΔλB＝Δλ2-Δλ1；以及所述第三光纤光栅λ3和所述第四光纤光栅λ4的中心波长偏移量之间的第二差值ΔλB'＝Δλ4-Δλ3；并且，由图12所示的四个光纤光栅的中心波长漂移曲线图可分别得到由图13和图14所示的ΔλB和ΔλB'随位置的变化曲线，其中图13为根据本发明的一种实施方式的示例第一差值ΔλB随位置的变化曲线图；图14为根据本发明的一种实施方式的示例第二差值ΔλB'随位置的变化曲线图。
之后，处理模块22可以根据所述第一差值ΔλB和第二差值ΔλB'的变化趋势，判断所述列车行车方向。
例如，由图13和图14可知，若在B到B'区域内，ΔλB和ΔλB'的值越来越小，则车轮由B向B'行驶；若ΔλB和ΔλB'的值越来越大，则说明列车由B'向B行驶，由此可以判定车轮的行驶方向。即优选地，所述处理模块22可以在所述第一差值ΔλB和所述第二差值ΔλB'均减小的情况下，确定所述列车行车方向为由第一光纤光栅对8、9向第二光纤光栅对10、11行驶(即由B向B'行驶)；以及在所述第一差值ΔλB和所述第二差值ΔλB'均增加的情况下，确定所述列车行车方向为由所述第二光纤光栅对10、11向所述第一光纤光栅对8、9行驶(即由B'向B行驶)。
此外，还应当理解的是，根据本发明的另一种实施方式，处理模块22根据如图12所示的Δλ1、Δλ2、Δλ3及Δλ4随位置的变化曲线也可以用相同的方法判定列车行车方向。
2.判断列车车轮是否经过铁路计轴设备
下面提供多个判断列车车轮是否经过铁路计轴设备的实施例来更加全面地说明本发明的思想：
实施例1
在该实施例1中，处理模块22可以根据第一差值ΔλB和第二差值ΔλB'来进行判断。例如，若ΔλB和ΔλB'的值都有正负跳变的情况发生，则说明车轮驶过了该计轴单元。反之则说明车轮没有驶过计轴单元。即在所述第一差值ΔλB从正值变为负值或者从负值变为正值以及所述第二差值ΔλB'从正值变为负值或者从负值变为正值的情况下，确定所述列车车轮经过所述铁路计轴设备。
采用这样的实施例1可以避免现有技术中的计轴设备对以下特殊情况的误判：1、车轮在B处进入计轴单元，但没有到达B'处便从B处退出计轴单元；2、车轮在B'处进入计轴单元，但没有到达B处便从B'处退出计轴单元；3、车轮在计轴单元内小幅度前进后退；4、车轮停在计轴单元内。对于这四种情况，实施例1不予计轴，因此与现有技术的方法相比，更为精确。
实施例2
在该实施例2中，处理模块22可以计算所述第一差值ΔλB和所述第二差值之间ΔλB'的偏差值Δλ，其中Δλ＝ΔλB-ΔλB'。由上述图13-14的ΔλB与ΔλB'的变化曲线相减即可得到如图15所示的Δλ的变化曲线，其中图15为根据本发明的一种实施方式的示例偏差值Δλ随位置的变化曲线图。由图15可知，当车轮位于B和B'组成的这个计轴单元以外时，Δλ为0；当车轮位于B和B'组成的这个计轴单元以内时，Δλ为一定偏差阈值。该偏差阈值大小根据空载轮重取适当值。即处理模块22可以在所述偏差值达到偏差阈值的情况下，确定所述列车车轮经过所述铁路计轴设备。
实施例3
该实施例3为实施例2的一种改进，其中考虑到了特殊情况的计轴，例如，异物锤击、砸落计轴单元的情况。图16为根据本发明的一种实施方式的示例偏差值Δλ随时间的变化曲线图，如图16所示，t1-t0是车轮经过计轴单元时所用的时间(该值由车速决定)，t3-t2是异物锤击、砸落计轴单元所用的时间，在t3-t2这种特殊情况下，Δλ虽然也达到偏差阈值，但由于该值维持时间过短，因此在实施例3中不予计轴。
即在这种实施例3中，所述处理模块可以计算所述第一差值ΔλB和所述第二差值之间ΔλB'的偏差值Δλ(与实施例2相同，在此不再赘述)，之后仅在所述偏差值Δλ达到偏差阈值达一时间阈值的情况下，才会确定所述列车车轮经过所述铁路计轴设备。其中，所述时间阈值可以根据线路最高车速选取，本发明对此不进行限定。采用这样的实施例3可以避免干扰信号(例如异物锤击、砸落计轴单元等情况)，判断更为准确。
实施例4
为了使得计轴更为精确，实施例4在实施例1-3上的基础上进行了进一步改进，即当且仅当上述实施例1-3中的条件同时满足时才判断列车经过该计轴单元，即所述处理模块22可以所述处理模块可以计算所述第一差值ΔλB和所述第二差值之间ΔλB'的偏差值Δλ(与实施例2相同，在此不再赘述)。之后，处理模块22仅在所述第一差值从正值变为负值或者从负值变为正值以及所述第二差值从正值变为负值或者从负值变为正值的情况下同时(并且)在所述偏差值达到偏差阈值达一时间阈值的情况下，才会确定所述列车车轮经过所述铁路计轴设备。
应当理解的是，在实际情况中，本领域技术人员可以选择上述实施例1-4中的任一者或者多者的组合来配置处理模块22，这些替代配置均落入本发明的保护范围。
3.根据所述列车行车方向以及所述列车车轮经过所述铁路计轴设备确定车轮轴数
所述处理模块22在如上所述确定了列车行车方向和所述列车车轮经过所述铁路计轴设备之后，可以根据上述信息确定车轮轴数，即：
在所述列车行车方向为由所述第一光纤光栅对8、9向所述第二光纤光栅对10、11行驶(即B向B')并确定所述列车车轮经过所述铁路计轴设备的情况下，确定车轮轴数加1；以及在所述列车行车方向为由所述第二光纤光栅10、11对向所述第一光纤光栅对8、9行驶(即B'向B)并确定所述列车车轮经过所述铁路计轴设备的情况下，确定车轮轴数减1。
或者，也可以设定相反方向进行计轴以满足不同情况的需要，即在所述列车行车方向为由所述第二光纤光栅10、11对向所述第一光纤光栅对8、9行驶(即B'向B)并确定所述列车车轮经过所述铁路计轴设备的情况下，确定车轮轴数加1；在所述列车行车方向为由所述第一光纤光栅对8、9向所述第二光纤光栅对10、11行驶(即B向B')并确定所述列车车轮经过所述铁路计轴设备的情况下，确定车轮轴数减1。
4.确定列车行车速度
进一步地，处理模块22还可以确定列车行车速度，以更为全面地监测列车运行情况。例如，根据如下公式(5)可以计算列车行车速度v：
其中，第一光纤光栅对和第二光纤光栅对之间的距离为ΔS(即计轴单元3的B和B'之间的距离为ΔS)，经过所述距离ΔS所用的时间为Δt，其中ΔS为固定值，Δt可以根据计轴电信号的时间戳获得。
通过上述步骤，信号处理设备200即可以实现对列车行车方向和车轮轴数的准确确定。其中所述信号处理设备200可以为任何适当的能够实现上述功能的处理设备或装置，优选地，所述信号处理设备200可以为上位机。
图17是根据本发明的一种实施方式的铁路计轴方法的示例流程图，如图17所示，该铁路计轴方法采用上述铁路计轴设备进行计轴，该方法可以包括以下步骤：
步骤S11，从铁路计轴设备处接收计轴电信号；
步骤S12，将所述计轴电信号处理为计轴数据；
步骤S13，根据所述计轴数据，判断列车行车方向和列车车轮是否经过所述铁路计轴设备；以及
步骤S14，根据所述列车行车方向以及所述列车车轮经过所述铁路计轴设备，确定车轮轴数。
优选地，所述将所述计轴电信号处理为计轴数据可以包括：对所述计轴电信号进行降噪处理；以及对降噪处理后的计轴电信号进行波峰中心波长检测以获得所述计轴数据。
优选地，所述计轴数据包括第一光纤光栅、第二光纤光栅、第三光纤光栅、第四光纤光栅的中心波长偏移量。
优选地，所述根据所述计轴数据判断列车行车方向可以包括：计算所述第一光纤光栅和所述第二光纤光栅的中心波长偏移量之间的第一差值，以及所述第三光纤光栅和所述第四光纤光栅的中心波长偏移量之间的第二差值；以及根据所述第一差值和第二差值的变化趋势，判断所述列车行车方向。
优选地，所述根据所述第一差值和第二差值的变化趋势判断所述列车行车方向可以包括：在所述第一差值和所述第二差值均减小的情况下，确定所述列车行车方向为由第一光纤光栅对向第二光纤光栅对行驶；以及在所述第一差值和所述第二差值均增加的情况下，确定所述列车行车方向为由所述第二光纤光栅对向所述第一光纤光栅对行驶。
优选地，所述根据所述计轴数据判断列车车轮是否经过所述铁路计轴设备可以包括：在所述第一差值从正值变为负值或者从负值变为正值以及所述第二差值从正值变为负值或者从负值变为正值的情况下，确定所述列车车轮经过所述铁路计轴设备。
优选地，所述根据所述计轴数据判断列车车轮是否经过所述铁路计轴设备可以包括：计算所述第一差值和所述第二差值之间的偏差值；以及在所述偏差值达到偏差阈值的情况下，确定所述列车车轮经过所述铁路计轴设备。
优选地，所述根据所述计轴数据判断列车车轮是否经过所述铁路计轴设备可以包括：计算所述第一差值和所述第二差值之间的偏差值；以及在所述偏差值达到偏差阈值达一时间阈值的情况下，确定所述列车车轮经过所述铁路计轴设备。
优选地，所述根据所述计轴数据判断列车车轮是否经过所述铁路计轴设备可以包括：计算所述第一差值和所述第二差值之间的偏差值；以及在所述第一差值从正值变为负值或者从负值变为正值以及所述第二差值从正值变为负值或者从负值变为正值的情况下并且在所述偏差值达到偏差阈值达一时间阈值的情况下，确定所述列车车轮经过所述铁路计轴设备。
优选地，根据所述列车行车方向以及车轮经过所述铁路计轴设备确定车轮轴数可以包括：在所述列车行车方向为由所述第一光纤光栅对向所述第二光纤光栅对行驶并确定所述列车车轮经过所述铁路计轴设备的情况下，确定车轮轴数加1；以及在所述列车行车方向为由所述第二光纤光栅对向所述第一光纤光栅对行驶并确定所述列车车轮经过所述铁路计轴设备的情况下，确定车轮轴数减1。
优选地，该方法还可以包括：根据所述第一光纤光栅对和所述第二光纤光栅对之间的距离和列车经过所述距离的时间，确定列车行车速度。
应当理解的是，上述铁路计轴方法的各个具体实施方式，均已在示例铁路计轴设备、铁路计轴系统、信号处理设备的实施方式中做了详细地说明(如上所述)，在此不再赘述。并且，本领域技术人员可以根据本发明的公开选择上述各种实施方式中的任一者，或者选择上述各种实施方式的组合来配置示例铁路计轴设备、铁路计轴系统、信号处理设备，并且其他的替换实施方式也落入本发明的保护范围。
由于本发明提供的铁路计轴设备的光纤光栅(即光纤光栅传感器)能够检测钢轨形变下的剪应力，因此能够准确获知经过钢轨的列车的行车方向以及是否经过该计轴区域，从而准确地确定车轮轴数，实现轨道的占用情况的准确监测，可靠性高，能够确保列车行车安全。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (28)
1.一种铁路计轴设备，该铁路计轴设备包括：宽带光源、环形器、计轴单元、光纤光栅解调单元，其特征在于，所述计轴单元包括：
第一光纤光栅对和第二光纤光栅对，所述第一光纤光栅对包括第一光纤光栅和第二光纤光栅，以及所述第二光纤光栅对包括第三光纤光栅和第四光纤光栅；
其中所述第一光纤光栅对和所述第二光纤光栅对以第一轨枕和第二轨枕之间的中心所在的垂直轴线对称地安装在对应的钢轨的轨腰的中性轴上；所述第一光纤光栅的第一端和所述第二光纤光栅的第一端在所述中性轴上的第一点，所述第一光纤光栅的第二端所在方向与所述中性轴成第一预定角度，所述第二光纤光栅的第二端所在方向与所述中性轴成第二预定角度；所述第三光纤光栅的第一端和所述第四光纤光栅的第一端在所述中性轴上的第二点，所述第三光纤光栅的第二端所在方向与所述中性轴成第一预定角度，所述第四光纤光栅的第二端所在方向与所述中性轴成第二预定角度；所述第一轨枕和所述第二轨枕为铁路中两个相邻的轨枕，
其中所述宽带光源将宽带光经过所述环形器输入到所述计轴单元，所述计轴单元反射的光信号经过所述光纤光栅解调单元转换为计轴电信号，所述计轴电信号指示所述钢轨在列车车轮的作用力下形变所产生的剪应力。
2.根据权利要求1所述的铁路计轴设备，其特征在于，所述第一点所在的垂直轴线距离所述第一轨枕的中心所在的垂直轴线预定距离，所述第二点所在的垂直轴线距离所述第二轨枕的中心所在的垂直轴线预定距离。
3.根据权利要求1所述的铁路计轴设备，其特征在于，所述第一预定角度为45°，以及所述第二预定角度为-45°。
4.根据权利要求1所述的铁路计轴设备，其特征在于，该铁路计轴设备包括多个计轴单元，所述多个计轴单元按照在列车行车方向上使得车轮依次经过每个计轴单元的方式连续布置。
5.一种采用权利要求1-4中任一项权利要求所述的铁路计轴设备进行计轴的铁路计轴方法，其特征在于，该方法包括：
从铁路计轴设备处接收计轴电信号；
将所述计轴电信号处理为计轴数据；
根据所述计轴数据，判断列车行车方向和列车车轮是否经过所述铁路计轴设备；以及
根据所述列车行车方向以及所述列车车轮经过所述铁路计轴设备，确定车轮轴数。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述将所述计轴电信号处理为计轴数据包括：
对所述计轴电信号进行降噪处理；以及
对降噪处理后的计轴电信号进行波峰中心波长检测以获得所述计轴数据。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述计轴数据包括第一光纤光栅、第二光纤光栅、第三光纤光栅、第四光纤光栅的中心波长偏移量。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据所述计轴数据判断列车行车方向包括：
计算所述第一光纤光栅和所述第二光纤光栅的中心波长偏移量之间的第一差值，以及所述第三光纤光栅和所述第四光纤光栅的中心波长偏移量之间的第二差值；以及
根据所述第一差值和第二差值的变化趋势，判断所述列车行车方向。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一差值和第二差值的变化趋势判断所述列车行车方向包括：
在所述第一差值和所述第二差值均减小的情况下，确定所述列车行车方向为由第一光纤光栅对向第二光纤光栅对行驶；以及
在所述第一差值和所述第二差值均增加的情况下，确定所述列车行车方向为由所述第二光纤光栅对向所述第一光纤光栅对行驶。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述根据所述计轴数据判断列车车轮是否经过所述铁路计轴设备包括：
在所述第一差值从正值变为负值或者从负值变为正值以及所述第二差值从正值变为负值或者从负值变为正值的情况下，确定所述列车车轮经过所述铁路计轴设备。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述根据所述计轴数据判断列车车轮是否经过所述铁路计轴设备包括：
计算所述第一差值和所述第二差值之间的偏差值；以及
在所述偏差值达到偏差阈值的情况下，确定所述列车车轮经过所述铁路计轴设备。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述根据所述计轴数据判断列车车轮是否经过所述铁路计轴设备包括：
计算所述第一差值和所述第二差值之间的偏差值；以及
在所述偏差值达到偏差阈值达一时间阈值的情况下，确定所述列车车轮经过所述铁路计轴设备。
13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述根据所述计轴数据判断列车车轮是否经过所述铁路计轴设备包括：
计算所述第一差值和所述第二差值之间的偏差值；以及
在所述第一差值从正值变为负值或者从负值变为正值以及所述第二差值从正值变为负值或者从负值变为正值的情况下并且在所述偏差值达到偏差阈值达一时间阈值的情况下，确定所述列车车轮经过所述铁路计轴设备。
14.根据权利要求10-13中任一项权利要求所述的方法，其特征在于，根据所述列车行车方向以及车轮经过所述铁路计轴设备确定车轮轴数包括：
在所述列车行车方向为由所述第一光纤光栅对向所述第二光纤光栅对行驶并确定所述列车车轮经过所述铁路计轴设备的情况下，确定车轮轴数加1；以及
在所述列车行车方向为由所述第二光纤光栅对向所述第一光纤光栅对行驶并确定所述列车车轮经过所述铁路计轴设备的情况下，确定车轮轴数减1。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，该方法还包括：
根据所述第一光纤光栅对和所述第二光纤光栅对之间的距离和列车经过所述距离的时间，确定列车行车速度。
16.一种采用权利要求1-4中任一项权利要求所述的铁路计轴设备进行计轴的信号处理设备，其特征在于，该信号处理设备包括：
接收模块，用于从铁路计轴设备处接收计轴电信号；以及
处理模块，用于将所述计轴电信号处理为计轴数据；用于根据所述计轴数据判断列车行车方向和列车车轮是否经过所述铁路计轴设备；以及还用于根据所述列车行车方向以及所述列车车轮经过所述铁路计轴设备确定车轮轴数。
17.根据权利要求16所述的信号处理设备，其特征在于，所述处理模块还用于：对所述计轴电信号进行降噪处理；以及对降噪处理后的计轴电信号进行波峰中心波长检测以获得所述计轴数据。
18.根据权利要求17所述的信号处理设备，其特征在于，所述计轴数据包括第一光纤光栅、第二光纤光栅、第三光纤光栅、第四光纤光栅的中心波长偏移量。
19.根据权利要求18所述的信号处理设备，其特征在于，所述处理模块还用于：
计算所述第一光纤光栅和所述第二光纤光栅的中心波长偏移量之间的第一差值，以及所述第三光纤光栅和所述第四光纤光栅的中心波长偏移量之间的第二差值；以及
根据所述第一差值和第二差值的变化趋势，判断所述列车行车方向。
20.根据权利要求19所述的信号处理设备，其特征在于，所述处理模块还用于：
在所述第一差值和所述第二差值均减小的情况下，确定所述列车行车方向为由第一光纤光栅对向第二光纤光栅对行驶；以及
在所述第一差值和所述第二差值均增加的情况下，确定所述列车行车方向为由所述第二光纤光栅对向所述第一光纤光栅对行驶。
21.根据权利要求20所述的信号处理设备，其特征在于，所述处理模块还用于：
在所述第一差值从正值变为负值或者从负值变为正值以及所述第二差值从正值变为负值或者从负值变为正值的情况下，确定所述列车车轮经过所述铁路计轴设备。
22.根据权利要求20所述的信号处理设备，其特征在于，所述处理模块还用于：
计算所述第一差值和所述第二差值之间的偏差值；
在所述偏差值达到偏差阈值的情况下，确定所述列车车轮经过所述铁路计轴设备。
23.根据权利要求20所述的信号处理设备，其特征在于，所述处理模块还用于：
计算所述第一差值和所述第二差值之间的偏差值；以及
在所述偏差值达到偏差阈值达一时间阈值的情况下，确定所述列车车轮经过所述铁路计轴设备。
24.根据权利要求20所述的信号处理设备，其特征在于，所述处理模块还用于：
计算所述第一差值和所述第二差值之间的偏差值；
在所述第一差值从正值变为负值或者从负值变为正值以及所述第二差值从正值变为负值或者从负值变为正值的情况下并且在所述偏差值达到偏差阈值达一时间阈值的情况下，确定所述列车车轮经过所述铁路计轴设备。
25.根据权利要求21-24中任一项权利要求所述的信号处理设备，其特征在于，所述处理模块还用于：
在所述列车行车方向为由所述第一光纤光栅对向所述第二光纤光栅对行驶并确定所述列车车轮经过所述铁路计轴设备的情况下，确定车轮轴数加1；以及
在所述列车行车方向为由所述第二光纤光栅对向所述第一光纤光栅对行驶并确定所述列车车轮经过所述铁路计轴设备的情况下，确定车轮轴数减1。
26.根据权利要求25所述的信号处理设备，其特征在于，所述处理模块还用于：
根据所述第一光纤光栅对和所述第二光纤光栅对之间的距离和列车经过所述距离的时间，确定列车行车速度。
27.一种铁路计轴系统，其特征在于，该系统包括：
根据权利要求1-4中任一项权利要求所述的铁路计轴设备，用于检测钢轨在列车车轮的作用力下形变所产生的剪应力并将所检测到的剪应力包含在计轴电信号中；以及
根据权利要求16-26中任一项权利要求所述的信号处理设备，所述信号处理设备与所述铁路计轴设备连接，用于根据所述计轴电信号确定车轮轴数。
28.根据权利要求27所述的系统，其特征在于，所述信号处理设备为上位机。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610936610.1A CN106494454B (zh) | 2016-10-25 | 2016-10-25 | 铁路计轴设备、方法、系统、以及信号处理设备 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610936610.1A CN106494454B (zh) | 2016-10-25 | 2016-10-25 | 铁路计轴设备、方法、系统、以及信号处理设备 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106494454A true CN106494454A (zh) | 2017-03-15 |
| CN106494454B CN106494454B (zh) | 2018-05-29 |
Family
ID=58319994
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610936610.1A Active CN106494454B (zh) | 2016-10-25 | 2016-10-25 | 铁路计轴设备、方法、系统、以及信号处理设备 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106494454B (zh) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106985879A (zh) * | 2017-04-18 | 2017-07-28 | 卡斯柯信号有限公司 | 一种列车占用检测系统及方法 |
| CN107957285A (zh) * | 2018-01-10 | 2018-04-24 | 北京东方瑞威科技发展股份有限公司 | 一种铁路超偏载系统及检测方法 |
| CN110435713A (zh) * | 2019-07-26 | 2019-11-12 | 深圳市科安达轨道交通技术有限公司 | 一种基于光纤光栅的计轴系统 |
| CN110497933A (zh) * | 2019-08-27 | 2019-11-26 | 武汉理工大学 | 基于双波长的安全型列车计轴系统及方法 |
| CN113335338A (zh) * | 2021-06-30 | 2021-09-03 | 北京全路通信信号研究设计院集团有限公司 | 一种计轴用轮轨耦合垂向力检测装置及计轴方法 |
| CN113879358A (zh) * | 2021-10-29 | 2022-01-04 | 国能朔黄铁路发展有限责任公司 | 轨道状态监测设备及方法、控制装置和存储介质 |
| CN114604296A (zh) * | 2022-03-04 | 2022-06-10 | 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 | 一种磁悬浮列车的定位系统及方法 |
| CN115195813A (zh) * | 2022-06-06 | 2022-10-18 | 北京全路通信信号研究设计院集团有限公司 | 一种激光计轴方法及系统 |
| CN116080706A (zh) * | 2023-03-06 | 2023-05-09 | 北京全路通信信号研究设计院集团有限公司 | 一种光纤光栅传感器计轴方法、系统、设备和存储介质 |
| US11897524B2 (en) | 2018-01-10 | 2024-02-13 | Beijing Oriental Railway Technology Development Co., Ltd. | Overload and unbalanced load detecting system for railway and detecting method |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101376392A (zh) * | 2007-08-30 | 2009-03-04 | 北京佳讯飞鸿电气股份有限公司 | 基于钢轨形变/应力参数的车辆计轴方法 |
| CN101712328A (zh) * | 2009-12-01 | 2010-05-26 | 西南交通大学 | 基于匹配光纤光栅的高速铁路计轴装置 |
| CN101797928A (zh) * | 2010-02-11 | 2010-08-11 | 西南交通大学 | 基于半自由度封装fbg的轨道交通计轴装置 |
| CN101863278A (zh) * | 2010-06-03 | 2010-10-20 | 西南交通大学 | 基于光栅反射谱展宽的高速铁路计轴装置 |
| EP3069952A1 (de) * | 2015-03-20 | 2016-09-21 | Thales Deutschland GmbH | Achszählverfahren und achszählvorrichtung |
-
2016
- 2016-10-25 CN CN201610936610.1A patent/CN106494454B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101376392A (zh) * | 2007-08-30 | 2009-03-04 | 北京佳讯飞鸿电气股份有限公司 | 基于钢轨形变/应力参数的车辆计轴方法 |
| CN101712328A (zh) * | 2009-12-01 | 2010-05-26 | 西南交通大学 | 基于匹配光纤光栅的高速铁路计轴装置 |
| CN101797928A (zh) * | 2010-02-11 | 2010-08-11 | 西南交通大学 | 基于半自由度封装fbg的轨道交通计轴装置 |
| CN101863278A (zh) * | 2010-06-03 | 2010-10-20 | 西南交通大学 | 基于光栅反射谱展宽的高速铁路计轴装置 |
| EP3069952A1 (de) * | 2015-03-20 | 2016-09-21 | Thales Deutschland GmbH | Achszählverfahren und achszählvorrichtung |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 王丁 等: "轨道动应变的力学机理与电测技术", 《中国铁路》 * |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106985879A (zh) * | 2017-04-18 | 2017-07-28 | 卡斯柯信号有限公司 | 一种列车占用检测系统及方法 |
| CN107957285A (zh) * | 2018-01-10 | 2018-04-24 | 北京东方瑞威科技发展股份有限公司 | 一种铁路超偏载系统及检测方法 |
| US11897524B2 (en) | 2018-01-10 | 2024-02-13 | Beijing Oriental Railway Technology Development Co., Ltd. | Overload and unbalanced load detecting system for railway and detecting method |
| CN110435713A (zh) * | 2019-07-26 | 2019-11-12 | 深圳市科安达轨道交通技术有限公司 | 一种基于光纤光栅的计轴系统 |
| CN110497933A (zh) * | 2019-08-27 | 2019-11-26 | 武汉理工大学 | 基于双波长的安全型列车计轴系统及方法 |
| CN110497933B (zh) * | 2019-08-27 | 2021-10-15 | 武汉理工大学 | 基于双波长的安全型列车计轴系统及方法 |
| CN113335338B (zh) * | 2021-06-30 | 2023-01-20 | 北京全路通信信号研究设计院集团有限公司 | 一种计轴用轮轨耦合垂向力检测装置及计轴方法 |
| CN113335338A (zh) * | 2021-06-30 | 2021-09-03 | 北京全路通信信号研究设计院集团有限公司 | 一种计轴用轮轨耦合垂向力检测装置及计轴方法 |
| CN113879358A (zh) * | 2021-10-29 | 2022-01-04 | 国能朔黄铁路发展有限责任公司 | 轨道状态监测设备及方法、控制装置和存储介质 |
| CN114604296A (zh) * | 2022-03-04 | 2022-06-10 | 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 | 一种磁悬浮列车的定位系统及方法 |
| CN114604296B (zh) * | 2022-03-04 | 2023-10-31 | 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 | 一种磁悬浮列车的定位系统及方法 |
| CN115195813A (zh) * | 2022-06-06 | 2022-10-18 | 北京全路通信信号研究设计院集团有限公司 | 一种激光计轴方法及系统 |
| CN115195813B (zh) * | 2022-06-06 | 2023-06-30 | 北京全路通信信号研究设计院集团有限公司 | 一种激光计轴方法及系统 |
| CN116080706A (zh) * | 2023-03-06 | 2023-05-09 | 北京全路通信信号研究设计院集团有限公司 | 一种光纤光栅传感器计轴方法、系统、设备和存储介质 |
| CN116080706B (zh) * | 2023-03-06 | 2023-06-30 | 北京全路通信信号研究设计院集团有限公司 | 一种光纤光栅传感器计轴方法、系统、设备和存储介质 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106494454B (zh) | 2018-05-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106494454B (zh) | 铁路计轴设备、方法、系统、以及信号处理设备 | |
| CN101830237B (zh) | 基于光纤传感网络的重载运输线路安全实时监测系统和方法 | |
| CA2106635C (en) | Railway coded track circuit apparatus and method utilizing fiber optic sensing | |
| Tam et al. | Utilization of fiber optic Bragg Grating sensing systems for health monitoring in railway applications | |
| JP6846208B2 (ja) | 光ケーブルを利用した鉄道制御システム | |
| CN102376075B (zh) | 基于cbtc的轨道交通线路运输能力评估方法 | |
| CN101397021A (zh) | 基于光纤光栅的车辆运行监测系统 | |
| CN104724098B (zh) | 一种城轨列车制动系统故障诊断方法 | |
| CN210852477U (zh) | 一种光纤光栅传感计轴系统 | |
| US11926352B2 (en) | Apparatus and method for wear detection of railroad vehicle wheels | |
| CN102849087B (zh) | 矿井轨道运输道岔过车拒动控制装置及其控制方法 | |
| CN110849288A (zh) | 一种基于车体轮廓线的轨道车辆脱轨检测方法 | |
| US20210394805A1 (en) | Method and Device for Detecting a Derailed State of a Rail Vehicle | |
| CN112477925B (zh) | 一种用于判断列车内机车位置的系统及方法 | |
| CN210284245U (zh) | 一种基于光纤传感的轨道分路不良监测系统 | |
| KR101401566B1 (ko) | 3차원 레이저와 차축계산기를 이용한 차륜찰상 감시 장치 | |
| Popov et al. | Distributed fiber-optic sensors for location monitoring of rolling stock | |
| CN110803198A (zh) | 一种基于转向架轮廓线的轨道车辆脱轨检测方法 | |
| CN114275003B (zh) | 在建超长tbm隧道临时运输轨道不平顺性检测评价方法 | |
| Lee et al. | Exploration of using FBG sensor for derailment detector | |
| Efanov et al. | Testing of Optical Sensors in Measuring Systems on Railway Marshalling Yard | |
| EP0728091A1 (de) | Verfahren zur zuglauf- und fahrwegüberwachung | |
| CN208789703U (zh) | 铁路货车轮对运用状态综合检测系统 | |
| CN113280747B (zh) | 一种基于光纤光栅传感器判断铁轨安全的系统及方法 | |
| Peng et al. | Wayside wheelset lateral motion detection and vehicle hunting instability evaluation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |