CN107478350B - 一种铁路客车轴承温度检测方法及数字/模拟集成式温度传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铁路客车轴承温度检测方法及数字/模拟集成式温度传感器，传感器探头内部集成数字式和模拟式测温芯片，两种测温芯片同时探测轴箱温度并将温度信号通过传输线路发送至检测主机，检测主机顺序接收两路温度信号，对两路信号进行独立判断。然后根据选温条件对两路温度进行择选，最终选择一路温度进行显示、分析。利用该方法进行轴温检测相对于过往单一类型传感器检测方法来说具有可靠性更高的有益效果。

Description

一种铁路客车轴承温度检测方法及数字/模拟集成式温度传 感器

技术领域

本发明涉及一种提高铁路客车轴承温度检测可靠性的轴温检测技术，属于铁路客车安全诊断领域。

背景技术

目前铁路客运列车都配备了集中式轴温报警系统（以下简称为“轴温系统”），从轴温系统建立铁路标准以来已在客运列车上运行二十多年，为避免热轴事故、保障铁路运营安全发挥了重要的作用。

但是，目前在用的轴温系统存在运行不稳定、测温不可靠等问题。问题主要体现在报警器误报警、传感器数据跳变、开短路故障等。据统计，2016年1~8月全路轴温系统每月报警及故障次数平均达四千余次，其中使用的测温传感器基本上是数字型温度传感器（DS18B20）。

目前温度传感器包括数字温度传感器和模拟型温度传感器，但这2种温度检测传感器技术均有自身的缺点与不足。

温度传感器安装方面受车辆转向架轴端结构、空间环境的限制，可能由于因机械损伤、密封性下降导致进水或接触不良，最终引起误报警和故障。

数字传感器（DS18B20）主要缺陷是测温范围窄，尤其是测温上限不够高，只有﹣55℃ ~ ﹢125℃，所以当检测温度超过125℃时存在一定的漏报风险。

模拟传感器虽然测温范围宽，能达到160℃以上，但抗干扰性能不如数字传感器，而且因为铂电阻测温是将电阻值变化转换成电信号传输，对接触电阻也很敏感，也不能彻底解决抗干扰技术难题，因此仍然存在一定的漏或误报警风险。

发明内容

本发明针对上述技术问题，提出一种铁路客车轴承温度检测方法以及数字/模拟集成式车辆轴温检测传感器，利用该方法进行轴温检测相对于过往单一类型传感器检测方法来说具有可靠性更高的有益效果。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下具体技术方案：

一种铁路客车轴承温度检测方法，传感器探头内部集成数字式和模拟式测温芯片，两种测温芯片同时探测轴箱温度并将温度信号通过传输线路发送至检测主机，检测主机顺序接收两路温度信号，对两路信号进行独立判断，具体判断过程是当检测主机获得一个新的测温结果时，并不立即采用，而是先经过故障过滤和跳变过滤以判断是否将检测到的温度纳入采用；然后根据选温条件对两路温度进行择选，最终选择一路温度进行显示、分析；

所述选温条件，首先设置一个数字温度传感器的高温阈值Tg，当数字式传感器、模拟式传感器均测温正常时，若数字式传感器检测的温度≤Tg，则检测主机优先采纳数字式传感器检测的温度；

若数字式传感器检测的温度＞Tg，此时认为数字温度已不再可靠，则优先选取模拟式传感器检测的温度；当数字式传感器检测的温度超出其测温上限时，则检测主机只采纳模拟式传感器检测的温度；

当检测主机探测到最终采纳的温度高于报警阈值时，则发出声光报警，并将报警信号通过联网通信的方式发送至其它主机，实现联网报警。

所述故障过滤：首先设置一个故障计数上限值，当第一次读取到故障温度时，维持采用之前的温度，仅增加故障计数；当故障计数达到所述故障计数上限值时，确认是一个真实稳定的故障，并纳入采用；

跳变过滤：设置一个跳变计数上限值、以及一个跳变阈值；每一次读取到的温度，先与上一次的温度比较，若差值达到跳变阈值，则维持采用之前的温度，仅增加跳变计数；当跳变计数达到所述跳变计数上限值时，确认是一个真实稳定的温度，并纳入采用。

当数字式温度传感器、模拟式温度传感器有任意一路测温故障时，定义为隐性故障，此时既不影响继续测温与报警诊断，同时检测主机能够将隐性故障的轴位显示在液晶屏上，提示相关人员及时维护。

一种用于权利要求1所述铁路客车轴承温度检测方法的数字/模拟集成式温度传感器，包括探头模块，所述探头模块集成了数字温度传感器、模拟温度传感器及各自外围电路，探头模块的一端设有用于与轴箱连接的螺杆；

一紧固螺栓，用于将探头模块的螺杆与轴箱之间连接以实现探头模块与紧固螺栓之间相对旋转并密封；

所述螺杆的杆壁上设有第一环形凹槽，所述紧固螺栓上具有内孔，内孔孔壁上设有第二环形凹槽，所述第一环形凹槽和第二环形凹槽相互配合连接以形成容纳密封垫圈的密封环槽。

所述密封垫圈为弹性密封垫圈。

本发明的有益效果：

第一、数模传感器冗余：将数字温度传感器（DS18B20或其升级型号）与模拟温度传感器（PT1,000）集成在同一个探头内，但两部分完全独立，任意部件故障都不会影响其他部分正常工作。测温范围提升至﹣55℃ ~ ﹢150℃。

第二、测温硬件冗余：采用同样完全独立的测温模块，分别采集数字、模拟温度，再汇总给主CPU。

第三、由测温模块对原始温度进行初步处理，过滤溢出值、非法值、瞬间的跳变、故障等。再由主CPU对数模温度进行最终处理。由于数字传感器在抗干扰性能方面优于模拟（通常在强干扰下无法测温或通信时，往往读不出温度，或输出特定值，更容易区分），所以若数字温度为正常，且≤120℃（接近数字测温上限，容易产生隐患）时，则测温设备优先选取数字温度。若数字温度异常，或＞120℃时，则优先选取模拟温度。任意测温单元故障，则额外输出隐性故障标识，提示及时排查，以免影响正常运营。数字模拟集成式车辆轴温检测系统由检测主机、传感器和传输线路组成。轴温检测系统将传感器安装在轴箱上，检测主机安装在车厢电器柜内，两者通过传输线路实现电气连接。

附图说明

图1为集成于探头内的数字温度传感器和模拟温度传感器结构示意图；

图2为测温硬件冗余示意；

图3为本发明温度检测方法的功能框图；

图4为本发明集成式温度检测传感器的结构示意图；

图5为探头结构示意图；

图6为紧固螺栓结构示意图；

图7为紧固螺栓与探头之间连接结构示意图；

其中，1为探头；2为护套；3为护线管；4为线缆；5为管状端子；6为密封垫圈。

具体实施方式

一种温度检测方法，当列车运行时轴箱产生摩擦热，热量传导至传感器探头，传感器探头内部集成数字式和模拟式测温芯片，两种测温芯片同时探测轴箱温度并将温度信号通过传输线路发送至检测主机，检测主机顺序接收两路温度信号，对两路信号进行独立判断后汇总，根据选温条件对两路温度进行智能择选，最终选择一路温度进行显示、分析等后续处理；

①温度的独立判断：当检测主机获得一个新的测温结果（温度或故障）时，并不应该立即采用。因为轴温系统装车运营后，环境的复杂与变化，会对轴温系统造成不同程度的影响与干扰。现象例如：偶尔的测温故障、温度跳变等。针对这些干扰，除了硬件方面的优化设计，软件方面也需要适当的判断处理，例如：故障过滤、跳变过滤等，这些处理主要基于相同通道之前读取到的温度。

故障过滤：首先设置一个“故障计数上限”；当第一次读取到故障时，维持采用之前的温度，仅增加故障计数；当计数达到上限时，才确认是一个真实稳定的故障，并纳入采用。

跳变过滤：方法与“故障过滤”类似，除了设置一个“跳变计数上限”外，还需要设置一个“跳变阈值”；每一次读取到的温度，先与上一次的温度比较，若差值达到“跳变阈值”，则维持采用之前的温度，仅增加跳变计数；当计数达到上限时，才确认是一个真实稳定的温度，并纳入采用。

值得注意的是：上述“上限”、“阈值”，需要根据环境、需求以及经验合理设置。设置值越高，最终温度则显得越平稳，相反的，测温的响应速度显得越慢；极端情况下，甚至造成安全隐患。

②温度汇总与选择

选温的原则，是充分发挥并结合数字、模拟温度传感器各自的优势，即数字温度传感器常温下抗干扰能力强，而模拟温度传感器测温上限高。

所以首先设置一个数字温度传感器的“高温阈值Tg（根据经验取值120℃）”。当数字、模拟均测温正常时，若数字温度≤Tg，优先选取；若数字温度＞Tg，此时认为数字温度已不再可靠，则优先选取模拟温度；当数字温度超出其测温上限时，则只选取模拟温度。

当数字、模拟温度传感器有任意一路测温故障时，定义为“隐性故障”，此时既不影响继续测温与报警诊断，同时检测主机能够将隐性故障的轴位显示在液晶屏上，提示相关人员及时维护，实现了既不影响运营，又能够及时发现隐患，排查故障，从而提高安全性。

当检测主机探测到最终温度高于报警阈值时，则发出声光报警，并将报警信号通过联网通信的方式发送至其它主机，实现联网报警。

数字模拟集成式车辆轴温检测系统具有轴温检测、声光报警、联网通信、数据记录、数据调阅、数据下载等功能。

如图4~图7所示，本发明还公开了一种数字/模拟集成式车辆轴温检测传感器，包括探头模块，所述探头模块集成了数字温度传感器、模拟温度传感器及各自外围电路，探头模块的一端设有用于与轴箱连接的螺杆；一紧固螺栓，用于将探头模块的螺杆与轴箱之间连接以实现探头模块与紧固螺栓之间相对旋转并密封；所述螺杆的杆壁上设有第一环形凹槽，所述紧固螺栓上具有内孔，内孔孔壁上设有第二环形凹槽，所述第一环形凹槽和第二环形凹槽相互配合连接以形成容纳密封垫圈的密封环槽。

当安装探头时，其引出线不会随探头的紧固螺栓转动。防止线缆跟转后受力破损或拉伤内部测温元件，并且便于安装维护。

Claims (5)

1.一种铁路客车轴承温度检测方法，其特征在于，传感器探头内部集成数字式和模拟式温度传感器，两种温度传感器同时探测轴箱温度并将温度信号通过传输线路发送至检测主机，检测主机顺序接收两路温度信号，对两路信号进行独立判断，具体判断过程是当检测主机获得一个新的测温结果时，并不立即采用，而是先经过故障过滤和跳变过滤以判断是否将检测到的温度纳入采用；然后根据选温条件对两路温度进行择选，最终选择一路温度进行显示、分析；

所述选温条件，首先设置一个数字温度传感器的高温阈值Tg，当数字式传感器、模拟式传感器均测温正常时，若数字式传感器检测的温度≤Tg，则检测主机优先采纳数字式传感器检测的温度；

若数字式传感器检测的温度＞Tg，此时认为数字温度已不再可靠，则优先选取模拟式传感器检测的温度；当数字式传感器检测的温度超出其测温上限时，则检测主机只采纳模拟式传感器检测的温度；

当检测主机探测到最终采纳的温度高于报警阈值时，则发出声光报警，并将报警信号通过联网通信的方式发送至其它主机，实现联网报警。

2.根据权利要求1所述的铁路客车轴承温度检测方法，其特征在于，所述故障过滤：首先设置一个故障计数上限值，当第一次读取到故障温度时，维持采用之前的温度，仅增加故障计数；当故障计数达到所述故障计数上限值时，确认是一个真实稳定的故障，并纳入采用；

跳变过滤：设置一个跳变计数上限值、以及一个跳变阈值；每一次读取到的温度，先与上一次的温度比较，若差值达到跳变阈值，则维持采用之前的温度，仅增加跳变计数；当跳变计数达到所述跳变计数上限值时，确认是一个真实稳定的温度，并纳入采用。

3.根据权利要求1所述的铁路客车轴承温度检测方法，其特征在于，当数字式温度传感器、模拟式温度传感器有任意一路测温故障时，定义为隐性故障，此时既不影响继续测温与报警诊断，同时检测主机能够将隐性故障的轴位显示在液晶屏上，提示相关人员及时维护。

4.一种用于权利要求1所述铁路客车轴承温度检测方法的数字/模拟集成式温度传感器，其特征在于，包括探头模块，所述探头模块集成了数字温度传感器、模拟温度传感器及各自外围电路，探头模块的一端设有用于与轴箱连接的螺杆；

一紧固螺栓，用于将探头模块的螺杆与轴箱之间连接以实现探头模块与紧固螺栓之间相对旋转并密封；

所述螺杆的杆壁上设有第一环形凹槽，所述紧固螺栓上具有内孔，内孔孔壁上设有第二环形凹槽，所述第一环形凹槽和第二环形凹槽相互配合连接以形成容纳密封垫圈的密封环槽。

5.根据权利要求4所述的铁路客车轴承温度检测方法的数字/模拟集成式温度传感器，其特征在于，所述密封垫圈为弹性密封垫圈。