CN107893828B - 动车组刹车片磨损情况实时在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种动车组刹车片磨损情况实时在线监测系统，包括若干位移传感器、若干轮辐/轴前置机、若干动车组车厢监测分机、动车组监测主机；动车组监测主机连接各动车组车厢监测分机，动车组车厢监测分机连接对应的轮辐/轴前置机，轮辐/轴前置机连接对应的位移传感器；在各轮盘式盘形制动和轴盘式盘形制动夹钳左右两边各安装1个测距传感器，当动车组实施空气制动时，安装在制动夹钳的测距传感器与制动盘靠近，测出制动夹钳与制动盘的距离；安装在制动夹钳上的电涡流传感器测出行进距离与新闸片的距离相比较，当大于设定值时，监测系统报警。可对动车组刹车片磨损情况进行实时在线监测，确保动车组列车的安全性，保障旅客的人身及财产安全。

Description

动车组刹车片磨损情况实时在线监测系统

技术领域

本发明属于列车刹车片监测技术领域，涉及一种列车刹车片监测系统，尤其涉及一种动车组刹车片磨损情况实时在线监测系统。

背景技术

当前我国铁路路网干线的提速以及高速、客运专线和重载铁路的发展，动车组的速度已经到达350km/h，由于高速铁路为旅客出行带来了极大的便利，在全路客运中占有的比例越来越大，动车组开行越来越多，高速动车组运行的安全越来越重要。铁路线路设备维护已成为运输生产组织、行车安全中的关键问题，已经远远不能满足相关要求。动车组的制动装置是安全减速或停车的重要装置，为保证动车组行车安全，必须在各种条件下都能保证列车的制动性能。随着动车组运行速度的不断提高，对制动装置的制动性能要求也更高。而动车组在运行过程中制动机闸片的磨损情况无法掌握，闸片磨损后继续使用，在高速下会造成制动失灵，甚至会发生车毁人亡的严重后果。

现有的闸片磨损情况，全靠动车组返回动检所的库内人工进行检查，发现磨损超标及时进行更换。

有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的检查方式，以便克服现有人工检查方式存在的上述缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种动车组刹车片磨损情况实时在线监测系统，可对动车组刹车片磨损情况进行实时在线监测，确保动车组列车的安全性，保障旅客的人身及财产安全。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种动车组刹车片磨损情况实时在线监测系统，所述监测系统包括：若干位移传感器、若干轮辐/轴前置机、若干动车组车厢监测分机、至少一动车组监测主机；

所述动车组监测主机连接对应各动车组车厢监测分机，动车组车厢监测分机连接对应的轮辐/轴前置机，轮辐/轴前置机连接对应的位移传感器；

在每个轮盘式盘形制动和轴盘式盘形制动夹钳左右两边各安装1个测距传感器，当动车组实施空气制动时，安装在制动夹钳的测距传感器与制动盘靠近，测出制动夹钳与制动盘的距离，闸片未磨损时的厚度为35mm，经过运行制动磨损后，磨损极限厚度为6mm；

安装在制动夹钳上的电涡流传感器测出行进距离与新闸片的距离相比较，当大于30mm时，说明闸片已从35mm磨损至6mm，监测设备采取声光报警，提示司机和维护人员及时更换磨损的闸片；

在动车组动力车轮盘式盘形制动机上每个夹钳上安装位移传感器，传感器感应面对制动盘的距离进行探测；每轴安装4个传感器，每个车厢共4轴需安装16个位移传感器；当动车组制动时，制动夹钳传感器与制动盘的间隙发生变化，闸片在磨损时传感器与制动盘的间隙最小，将最小数据通过轮辐/轴前置机传送到车厢监测分机，实现闸片磨损量的监测；

同时在动车组拖车轮轴式盘形制动机每个夹钳上安装位移传感器，传感器感应面对制动盘的距离进行探测；每轴安装6个传感器，每个车厢共4轴需安装24个位移传感器；当动车组制动时，制动夹钳传感器与制动盘的间隙发生变化，闸片在磨损时传感器与制动盘的间隙最小，将最小数据通过轮辐/轴前置机传送到车厢监测分机，实现闸片磨损量的监测；

在每个转向架上安装轮辐/轴前置机，采集转向架两轴制动夹钳上传感器的位移量，每个车厢安装2个轮辐/轴前置机，由前置机将每个传感器采集的数据向车厢监测分机传送；

每个车厢安装1个动车组车厢监测分机，动车组车厢分机监测本车厢各传感器的最小距离，存在存储器内，记录、存储每次制动的时间，每个传感器的最小距离，每制动1次，记录存储1次，便于车辆检修人员进行数据回放，检查闸片磨损情况；

每组动车组在I室安装1台动车组监测主机，在Ⅱ室安装1台主机复示机，将8个车厢监测分机进行通信传输，定时向分机查询、刷新数据，存储在主机存储器内，发现闸片磨损超限后声光报警，便于司机及时了解制动机闸片磨损情况。

所述监测系统还包括软件处理子系统，软件处理子系统包括单片机控制模块和PC机控制模块；单片机控制模块将完成对闸片磨损测试系统的硬件功能实现及扩展，并完成与PC机的通信；PC机控制模块用于完成测控数据的分析、处理、保存、显示任务，并通过与单片机的通信，完成对闸片监测控制单元的控制；

(1)车厢分机在闸片监测系统中，单片机控制模块是直接与监测硬件通讯的部分，因此其主要功能可分为以下三部分；

(a)接收监测设备数据采集部分的信息，并向监测系统控制部分发出控制指令；

(b)向监测设备发送采集的数据.并接收PC计算机发出的控制指令；

(C)处理以上两部分的数据；

单片机控制模块包括数据输入单元、数据输出单元、数据处理单元；单片机控制模块；车厢分机用户操作界面包括显示测量结果、功能选择、系统标定、数据存储、数据回放查询、数据超限报警、数据传输；

PC机控制模块实现的功能如下:

(a)用户交互部分.接收用户输入数据，显示实时检测参数，完成对单片机系统的设置及控制；

(b)串口通信部分.通过串行口实现工业计算机与单片机系统的数据通信，利用单片机多机通信原理，简化监控系统硬件成木；

(c)数据处理部分，处理接收的检测数据，根据检测数据对整个闸片监测系统进行分析统计，并对测试系统工作状态进行分析处理；

PC机控制模块包括：用户交互模块、串行通信模块、数据处理模块；用户操作界面的主要内容是，定时查询车厢分机数据，数据存储、数据回放查询、数据超限报警、功能选择、数据显示、复示机与主机通信传输。

所述位移传感器采用激光测距，测量范围广，实用性强，实时性较好；激光测距模块包括高压电源转换电路、激光脉冲发射电路、激光接收电路。

高压电源转换电路提供激光发射所需的高压电源，包括第三接口P3，第三十一电容C31、第三十二电容C32、第三十三电容C33、第三十七电容C37，第九三极管Q9，第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7，第十一电阻R11、第十四电阻R14，第一变压器T1；其中第三接口P3为水氢机的电源输出口，第一变压器T1为三倍整流变压器；其中第三接口P3的第二引脚接地，第三十一电容C31接在第三接口P3的第一引脚和地之间，第九三极管Q9的集电极接第三接口P3的第一引脚，第九三极管Q9的发射极接第一变压器T1的第一引脚，第一变压器T1的第六引脚接地，第十四电阻R14接在第九三极管Q9的基极和第一变压器T1的第二引脚之间，第一变压器T1的第一引脚接第九三极管Q9的集电极，第三十二电容C32接在第一变压器T1的第三引脚和第七二极管D7的正极之间，第三十三电容C33接在第七二极管 D7的负极和第六二极管D6的正极之间，第三十七电容C37接在第五二极管D5的负极和地之间，第五二极管D5的正极接第一变压器T1的第三引脚，第五二极管D5的负极与第六二极管 D6的正极相连，第六二极管D6的负极与第七二极管D7的正极相连，第七二极管D7的负极接电源+200V，第十一电阻R11接在第七二极管D7的负极和地之间。

激光脉冲发射电路控制激光发射，包括第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17，第三十六电容C36、第三十八电容C38，第七三极管Q7、第八三极管Q8，第八二极管D8，第九光电发射二极管D9；其中第十五电阻R15和第三十八电容C38串联接在第五芯片U5的第四引脚和第八三极管Q8的基极之间，第十六电阻R16接在第八三极管Q8的基极和地之间，第七三极管Q7的集电极接第八三极管Q8的基极，第七三极管Q7的基极接第八三极管Q8的集电极，第八三极管Q8的发射极接地，第十二电阻R12接在第七三极管Q7的基极和发射极之间，第十三电阻R13接在第七三极管Q7的发射极和电源+200V之间，第三十六电容C36的一端接第七三极管Q7的发射极，另一端接第十七电阻R17的一端，第十七电阻R17的另一端接地，第八二极管D8的一端接第三十六电容C36的一端，另外一端接地，第九光电发射二极管D9的一端接第三十六电容C36的一端，另一端接地。

激光接收电路包含高压脉冲发生电路、光电信号接收放大电路，主要接收反射回来的激光信号，经放大后送至第五芯片U5单片机进行处理，并通过第二芯片U2显示屏显示距离；包括第十一芯片U11，第十二芯片U12，第十八电阻R18、第二十二电阻R22、第二十三电阻 R23、第二十四电阻R24、第二十五电阻R25、第二十六电阻R26、第二十七电阻R27、第三十电阻R30、第三十一电阻R31、第三十二电阻R32、第三十四电阻R34、第三十五电阻R35、第三十六电阻R36、第三十七电阻R37、第三十八电阻R38、第四十电阻R40、第四十一电阻R41、第四十三电阻R43、第四十四电阻R44、第四十五电阻R45、第五十电阻R50、第五十三电阻 R53，第十二极管D10、第十四二极管D14、第十一光电接收二极管D11，第十二三极管Q12、第十三三极管Q13、第十四三极管Q14，第十六三极管Q16，第四十电容C40、第四十一电容 C41、第四十二电容C42、第四十三电容C43、第四十六电容C46、第四十八电容C48、第四十九电容C49、第五十电容C50、第五十一电容C51、第五十二电容C52、第五十四电容C54、第五十五电容C55、第五十九电容C59，第七电感L7；其中第十一芯片U11为定时器，第十二芯片U12为运算放大器，第四十五电阻R45为电位器；其中第十一芯片U11的第八引脚接电源 +12V，第十一芯片U11的第一引脚接地，第十一芯片U11的第二引脚和第六引脚相连，第三十八电阻R38接在第十一芯片U11的第四引脚和第七引脚之间，第四十一电阻R41接在第十一芯片U11的第七引脚和第二引脚之间，第五十四电容C54接在第十一芯片U11的第二引脚和第一引脚之间，第四十电容C40接在第十一芯片U11的第四引脚和地之间，第二十四电阻 R24的一端接电源+12，另外一端接第七电感L7的一端，第七电感L7的另一端接第十六三极管Q16的集电极，第四十一电容C41和第四十二电容C42并联接在第二十四电阻R24的一端和地之间，第三十四电阻R34接在第十一芯片U11的第三引脚和第十六三极管Q16的基极之间，第四十电阻R40接在第十六三极管Q16的基极和地之间，第十六三极管Q16的发射极接地，第十四二极管D14的正极接地，负极接第十六三极管Q16的集电极，第五十电容C50接在第十二极管D10的负极和地之间，第十二极管D10的正极接第十四二极管D14的负极，第三十电阻R30的一端接第十二极管D10的负极，另一端接第五十一电容C51的一端，第五十一电容C51的另一端接地，第三十一电阻R31的一端接第三十电阻R30的一端，另一端接第四十八电容C48的一端，第四十八电容C48的另一端接地，第三十二电阻R32的一端接第四十八电容C48的一端，另一端接第十一光电接收二极管D11的正极，第四十九电容C49接在第十一光电接收二极管D11的正极和地之间，第十一光电接收二极管D11的负极接第十二三极管Q12的基极，第三十五电阻R35接在第十二三极管Q12的发射极和地之间，第四十二电阻R42接在第十二三极管Q12的基极和第十三三极管Q13的基极之间，第十二三极管Q12的发射极与第十五三极管Q15的基极相连，第十五三极管Q15的发射极接地，第十八电阻R18 接在第十二三极管Q12的集电极和电源+12V之间，第二十五电阻R25接在第十二三极管Q12 的集电极和第十五三极管Q15的集电极之间，第二十二电阻R22接在电源+12V和第十三三极管Q13的发射极之间，第十三三极管Q13的集电极接地，第二十七电阻R27接在第十三三极管Q13的发射极和第十四三极管Q14的基极之间，第二十三电阻R23和第四十三电容C43并联接在电源+12V和第十四三极管Q14的发射极之间，第三十六电阻R36和第五十二电容C52 并联接在第十四三极管Q14的集电极和地之间，第二十六电阻R26接在第五芯片U5的第五引脚和电源+12V之间，第四十六电容C46接在第十四三极管Q14的集电极和第五芯片U5的第五引脚之间，第三十七电阻R37接在第五芯片U5的第五引脚和地之间，第四十三电阻R43的一端接在第三十电阻R30和第三十一电阻R31之间，另一端接第四十五电阻R45的第一引脚，第四十六电阻R46接在第四十五电阻R45的第二引脚和地之间，第四十四电阻R44和第五十五电容C55并联接在第十二芯片U12的第一引脚和第二引脚之间，第四十五电阻R45的第三引脚接第十二芯片U12的第二引脚，第十二芯片U12的第八引脚接电源+12V，第十二芯片U12 的第四引脚接地，第五十电阻R50接在电源+12V和第十二芯片U12的第三引脚之间，第五十三电阻R53和第五十九电容C59并联接在第十二芯片U12的第三引脚和地之间。

一种动车组刹车片磨损情况实时在线监测系统，所述监测系统包括：若干位移传感器、若干轮辐/轴前置机、若干动车组车厢监测分机、至少一动车组监测主机；

所述动车组监测主机连接对应各动车组车厢监测分机，动车组车厢监测分机连接对应的轮辐/轴前置机，轮辐/轴前置机连接对应的位移传感器；

在每个轮盘式盘形制动和轴盘式盘形制动夹钳左右两边各安装1个测距传感器，当动车组实施空气制动时，安装在制动夹钳的测距传感器与制动盘靠近，测出制动夹钳与制动盘的距离；

安装在制动夹钳上的电涡流传感器测出行进距离与新闸片的距离相比较，当大于设定值时，监测系统报警，提示司机和维护人员及时更换磨损的闸片。

作为本发明的一种优选方案，在动车组动力车轮盘式盘形制动机上每个夹钳上安装位移传感器，传感器感应面对制动盘的距离进行探测；每轴安装若干传感器；当动车组制动时，制动夹钳传感器与制动盘的间隙发生变化，闸片在磨损时传感器与制动盘的间隙最小，将最小数据通过轮辐/轴前置机传送到车厢监测分机，实现闸片磨损量的监测；

同时在动车组拖车轮轴式盘形制动机每个夹钳上安装位移传感器，传感器感应面对制动盘的距离进行探测；每轴安装若干传感器；当动车组制动时，制动夹钳传感器与制动盘的间隙发生变化，闸片在磨损时传感器与制动盘的间隙最小，将最小数据通过轮辐/轴前置机传送到车厢监测分机，实现闸片磨损量的监测。

作为本发明的一种优选方案，在每个转向架上安装轮辐/轴前置机，采集转向架两轴制动夹钳上传感器的位移量，每个车厢安装至少1个轮辐/轴前置机，由轮辐/轴前置机将每个传感器采集的数据向车厢监测分机传送。

作为本发明的一种优选方案，每个车厢安装至少1个动车组车厢监测分机，动车组车厢分机监测本车厢各传感器的最小距离，存在存储器内，记录、存储每次制动的时间，每个传感器的最小距离，每制动1次，记录存储1次，便于车辆检修人员进行数据回放，检查闸片磨损情况。

作为本发明的一种优选方案，每组动车组在I室安装1台动车组监测主机，在Ⅱ室安装1 台主机复示机，将若干车厢监测分机进行通信传输，定时向分机查询、刷新数据，存储在主机存储器内，发现闸片磨损超限后声光报警，便于司机及时了解制动机闸片磨损情况。

作为本发明的一种优选方案，所述监测系统还包括软件处理子系统，软件处理子系统包括单片机控制模块和PC机控制模块；单片机控制模块将完成对闸片磨损测试系统的硬件功能实现及扩展，并完成与PC机的通信；PC机控制模块用于完成测控数据的分析、处理、保存、显示任务，并通过与单片机的通信，完成对闸片监测控制单元的控制；

(1)车厢分机在闸片监测系统中，单片机控制模块是直接与监测硬件通讯的部分，因此其主要功能可分为以下三部分；

(a)接收监测设备数据采集部分的信息，并向监测系统控制部分发出控制指令；

(b)向监测设备发送采集的数据.并接收PC计算机发出的控制指令；

(C)处理以上两部分的数据；

单片机控制模块包括数据输入单元、数据输出单元、数据处理单元；单片机控制模块；车厢分机用户操作界面包括显示测量结果、功能选择、系统标定、数据存储、数据回放查询、数据超限报警、数据传输；

PC机控制模块实现的功能如下:

(a)用户交互部分.接收用户输入数据，显示实时检测参数，完成对单片机系统的设置及控制；

(b)串口通信部分.通过串行口实现工业计算机与单片机系统的数据通信，利用单片机多机通信原理，简化监控系统硬件成木；

(c)数据处理部分，处理接收的检测数据，根据检测数据对整个闸片监测系统进行分析统计，并对测试系统工作状态进行分析处理；

PC机控制模块包括：用户交互模块、串行通信模块、数据处理模块；用户操作界面的主要内容是，定时查询车厢分机数据，数据存储、数据回放查询、数据超限报警、功能选择、数据显示、复示机与主机通信传输。

本发明的有益效果在于：本发明提出的动车组刹车片磨损情况实时在线监测系统，可使动车组在高速的运行过程中实时监测闸片的磨损情况，保证动车组运行的安全。

动车组闸片是盘型制动装置的重要组成部件，它对制动性能有着举足轻重的作用。针对目前动车组闸片磨损情况没有实时监测手段，本方案在既有动车组制动机刹车装置每个闸片上安装传感器，制动时实时监测闸片与刹车盘的间隙，将每个闸片距刹车盘的间隙实时显示在司机驾驶室的显示屏上，超出闸片的磨损极限尺寸，立即报警，并语音提示。通知有关人员及时进行处理，在日常运行过程中实时掌握闸片磨损情况。由原来人工检查、记录，提高到自动检测，记录、存储、回放、超标报警等功能，防止人为漏检漏修和失误造成严重后果。以满足动车组列车安全运行的需要，提高工作效率。

附图说明

图1为动车组制动机结构示意图。

图2为动车组动力车轮盘式盘形制动装置安装位置图。

图3为动车组拖车轴盘式盘形制动装置安装位置图。

图4为本发明在线监测系统的组成示意图。

图5为本发明车厢分机软件流程图。

图6为本发明在线监测系统电涡流传感器的组成示意图。

图7为本发明在线监测系统位移传感器的电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

实施例一

请参阅图4，本发明揭示了一种动车组刹车片磨损情况实时在线监测系统，所述监测系统包括：若干位移传感器D、若干轮辐/轴前置机C、若干动车组车厢监测分机B、动车组监测主机A。

所述动车组监测主机A连接各动车组车厢监测分机B，动车组车厢监测分机B连接对应的轮辐/轴前置机C，轮辐/轴前置机C连接对应的位移传感器D。

在每个轮盘式盘形制动和轴盘式盘形制动夹钳左右两边各安装1个测距传感器，当动车组实施空气制动时，安装在制动夹钳的测距传感器与制动盘靠近，测出制动夹钳与制动盘的距离，闸片未磨损时的厚度为35mm，经过运行制动磨损后，磨损极限厚度为6mm。

安装在制动夹钳上的电涡流传感器测出行进距离与新闸片的距离相比较，当大于30mm时，说明闸片已从35mm磨损至6mm，监测设备采取声光报警，提示司机和维护人员及时更换磨损的闸片。

在动车组动力车轮盘式盘形制动机上每个夹钳上安装位移传感器，传感器感应面对制动盘的距离进行探测；每轴安装4个传感器，每个车厢共4轴需安装16个位移传感器；当动车组制动时，制动夹钳传感器与制动盘的间隙发生变化，闸片在磨损时传感器与制动盘的间隙最小，将最小数据通过轮辐/轴前置机传送到车厢监测分机，实现闸片磨损量的监测。

同时在动车组拖车轮轴式盘形制动机每个夹钳上安装位移传感器，传感器感应面对制动盘的距离进行探测；每轴安装6个传感器，每个车厢共4轴需安装24个位移传感器；当动车组制动时，制动夹钳传感器与制动盘的间隙发生变化，闸片在磨损时传感器与制动盘的间隙最小，将最小数据通过轮辐/轴前置机传送到车厢监测分机，实现闸片磨损量的监测。

在每个转向架上安装轮辐/轴前置机，采集转向架两轴制动夹钳上传感器的位移量，每个车厢安装2个轮辐/轴前置机，由前置机将每个传感器采集的数据向车厢监测分机传送。

每个车厢安装1个动车组车厢监测分机，动车组车厢分机监测本车厢各传感器的最小距离，存在存储器内，记录、存储每次制动的时间，每个传感器的最小距离，每制动1次，记录存储1次，便于车辆检修人员进行数据回放，检查闸片磨损情况。

每组动车组在I室安装1台动车组监测主机，在Ⅱ室安装1台主机复示机，将8个车厢监测分机进行通信传输，定时向分机查询、刷新数据，存储在主机存储器内，发现闸片磨损超限后声光报警，便于司机及时了解制动机闸片磨损情况。

实施例二

一种动车组刹车片磨损情况实时在线监测系统，所述监测系统包括：若干位移传感器、若干轮辐/轴前置机、若干动车组车厢监测分机、动车组监测主机。

在每个轮盘式盘形制动和轴盘式盘形制动夹钳左右两边各安装1个测距传感器，当动车组实施空气制动时，安装在制动夹钳的测距传感器与制动盘靠近，测出制动夹钳与制动盘的距离。

安装在制动夹钳上的电涡流传感器测出行进距离与新闸片的距离相比较，当大于设定值时，监测系统报警，提示司机和维护人员及时更换磨损的闸片。

实施例三

动车组制动机是采用盘形制动，又称摩擦式圆盘制动，一是在车轴上安装制动盘，二是在车轮的轮辐上安装制动盘。一般为铸铁圆盘或钢盘，用制动夹钳使合成材料制成的两个闸片紧压制动盘侧面，通过摩擦产生制动力，把列车动能转变成热能，消散于大气。动车组制动机结构如图1所示，其中101为制动缸，102为拉环，103为水平杠杆，104为缓解弹簧， 105为刹车片，106为制动盘，107为中间拉杆，108为水平杠杆拉杆，109为转臂。

动车组制动模式为：动力车每轴二套轮盘式盘形制动装置(见图2)，动车组拖车每轴三套轴盘式盘形制动装置(见图3)。其中，201为动力车车轮，202为轮盘式盘形制动装置；301 为拖车轮，302为轴盘式盘形制动装置。为了减轻动车制动盘和闸片的磨损，在两者制动力的分配上，采用的原则是：拖车先补空气制动力，当拖车空气制动力完全承担了自身制动力需要时，动车不予空气制动，如果拖车空气制动不足自身动力需要时，仍需补充空气制动力，则由动车承担其余的空气制动力。

动车组闸片磨损情况实时监测系统的实施方案是在每个轮盘式盘形制动和轴盘式盘形制动夹钳左右两边各安装1个测距传感器，当动车组实施空气制动时，安装在制动夹钳的测距传感器与制动盘靠近，测出制动夹钳与制动盘的距离，闸片未磨损时的厚度为35mm，经过运行制动磨损后，磨损极限厚度为6mm。安装在制动夹钳上的电涡流传感器测出行进距离与新闸片的距离相比较，当大于30mm时，说明闸片已从35mm磨损至6mm，监测设备采取声光报警，提示司机和维护人员及时更换磨损的闸片，从而保证动车组的运行安全，节省大量的人力，提高工作效率。

主要技术指标：

闸片厚度测量范围：6～35mm

传感器位移范围：0～50mm

测量最大误差：±0.25mm

工作温度范围：-30℃～150℃

前置机采集信息：≥24路

电源：220V±15％

动车闸片磨损监测系统硬件设备，所述监测系统包括：若干位移传感器、若干轮辐/轴前置机、若干动车组车厢监测分机、动车组监测主机。

所述动车组监测主机连接各动车组车厢监测分机，动车组车厢监测分机连接对应的轮辐/ 轴前置机，轮辐/轴前置机连接对应的位移传感器。

【位移传感器】

一是在动车组动力车轮盘式盘形制动机上每个夹钳上安装位移传感器，传感器感应面对制动盘的距离进行探测；

每轴安装4个传感器，每个车厢共4轴需安装16个位移传感器。当动车组制动时，制动夹钳传感器与制动盘的间隙发生变化，闸片在磨损时传感器与制动盘的间隙最小，将最小数据通过轮辐(轴)前置机传送到车厢监测分机，实现闸片磨损量的监测。

二是在动车组拖车轮轴式盘形制动机每个夹钳上安装位移传感器，传感器感应面对制动盘的距离进行探测。

每轴安装6个传感器，每个车厢共4轴需安装24个位移传感器。当动车组制动时，制动夹钳传感器与制动盘的间隙发生变化，闸片在磨损时传感器与制动盘的间隙最小，将最小数据通过轮辐(轴)前置机传送到车厢监测分机，实现闸片磨损量的监测。

【轮辐(轴)前置机】

考虑到传感器采集引线不能过长，减少损耗，在每个转向架上安装轮辐(轴)前置机，采集转向架两轴制动夹钳上传感器的位移量，每个车厢安装2个轮辐(轴)前置机，由前置机将每个传感器采集的数据向车厢监测分机传送。

【动车组车厢监测分机】

每个车厢安装1个动车组车厢监测分机，本车厢分机监测本车厢各传感器的最小距离，存在存储器内，记录、存储每次制动的时间，每个传感器的最小距离，每制动1次，记录存储1次，便于车辆检修人员进行数据回放，检查闸片磨损情况。

【动车组监测主机】

每组动车组在I室安装1台动车组监测主机，在Ⅱ室安装1台主机复示机，将8个车厢监测分机进行通信传输，定时向分机查询、刷新数据，存储在主机存储器内，发现闸片磨损超限后声光报警，便于司机及时了解制动机闸片磨损情况。

【电源】

分车厢分机电源和动车主机电源，每个车厢能独立运行，也可整列运行。

动车闸片磨损监测系统软件系统的软件可分为两大块，单片机控制程序和PC机系统程序。单片机控制模块将完成对闸片磨损测试系统的硬件功能实现及扩展.并完成与PC机系统的通信。PC机机将完成测控数据的分析、处理、保存、显示等任务.并通过与单片机系统的通信. 完成对闸片监测控制单元的控制。

(1)车厢分机在闸片监测系统中，单片机程序是直接与监测硬件打交道的部分.因此.其主要功能可分为以下三部分.

(a)接收监测设备数据采集部分的信息.并向监测系统控制部分发出控制指令。

(b)向监测设备发送采集的数据.并接收PC计算机发出的控制指令。

(C)处理以上两部分的数据。

单片机功能是数据输入、输出、处理三部分。单片机程序开发采用C语言编程，由于单片机可分为向上传输数据部分与数据采集两部分。车厢分机用户操作界面，包括显示测量结果、功能选择、系统标定、数据存储、数据回放查询、数据超限报警、数据传输等。

(2)动车组主机软件，在PC计算机中软件实现的功能如下:

(a)用户交互部分.接收用户输入数据.显示实时检测参数.完成对单片机系统的设置及控制。

(b)串口通信部分.通过串行口实现工业计算机与单片机系统的数据通信.利用单片机多机通信原理.简化监控系统硬件成木。

(c)数据处理部分.处理接收的检测数据.根据检测数据对整个闸片监测系统进行分析统计.并对测试系统工作状态进行分析等处理。

根据软件工程的原则，结合监测系统的实际情况，划分成以下几个模块：用户交互模块、串行通信模块、数据处理模块。用户操作界面的主要内容是，定时查询车厢分机数据，数据存储、数据回放查询、数据超限报警、功能选择、数据显示、复示机与主机通信传输等。

实施例四

本实施例与以上实施例的区别在于，本实施例中，监测系统的位移传感器可以采用电涡流传感器，也可以采用电容式传感器进行测距。

【1】电涡流传感器

电涡流传感器能静态和动态地非接触、高线性度、高精度、高分辨力地测量被测金属导体表面距探头表面的相对位移变化。它是一种非接触的线性化计量工具。在高速旋转机械和往复式运动机械的状态分析，振动研究、分析测量中，对非接触的高精度振动、位移信号，能连续准确地采集到转子振动状态的多种参数。如轴的径向振动、振幅以及轴向位置。在所有与机械状态有关的故障征兆中，机械振动测量是最具权威性的，这是因为它同时含有幅值、相位和频率的信息。机械振动测量占有优势的另一个原因是：它能反应出机械所有的损坏，并易于测量。从转子动力学、轴承学的理论上分析，大型旋转机械的运动状态，主要取决于其核心转轴，而电涡流传感器，能直接非接触测量转轴的状态，对诸如转子的不平衡、不对中、轴承磨损、轴裂纹及发生磨擦等机械问题的早期判定，可提供关键的信息。电涡流传感器以其长期工作可靠性好、测量范围宽、灵敏度高、分辨率高、响应速度快、抗干扰力强、不受油污等介质的影响、结构简单等优点，在大型旋转机械状态的在线监测故障诊断中得到广泛应用。

探头、延伸电缆、前置器以及被测体构成基本工作系统。前置器中高频振荡电流通过延伸电缆流入探头线圈，在探头头部的线圈中产生交变的磁场。如果在这一交变磁场的有效范围内没有金属材料靠近，则这一磁场能量会全部损失；当有被测金属体靠近这一磁场，则在此金属表面产生感应电流，电磁学上称之为电涡流。与此同时该电涡流场也产生一个方向与头部线圈方向相反的交变磁场，由于其反作用，使头部线圈高频电流的幅度和相位得到改变 (线圈的有效阻抗)，这一变化与金属体磁导率、电导率、线圈的几何形状、几何尺寸、电流频率以及头部线圈到金属导体表面的距离等参数有关。通常假定金属导体材质均匀且性能是线性和各向同性，则线圈和金属导体系统的物理性质可由金属导体的电导率б、磁导率ξ、尺寸因子τ、头部体线圈与金属导体表面的距离D、电流强度I和角频率ω参数来描述。则线圈特征阻抗可用Z＝F(τ，ξ、б、D、I、ω)函数来表示。通常我们能做到控制τ，ξ、б、I、ω这几个参数在一定范围内不变，则线圈的特征阻抗Z就成为距离D的单值函数，虽然它整个函数是一非线性的，其函数特征为“S”型曲线，但可以选取它近似为线性的一段。于此，通过前置器电子线路的处理，将线圈阻抗Z的变化，即头部体线圈与金属导体的距离D的变化转化成电压或电流的变化。输出信号的大小随探头到被测体表面之间的间距而变化，电涡流传感器就是根据这一原理实现对金属物体的位移、振动等参数的测量。

电涡流传感器工作过程:当被测金属与探头之间的距离发生变化时，探头中线圈的Q值也发生变化，Q值的变化引起振荡电压幅度的变化，而这个随距离变化的振荡电压经过检波、滤波、线性温漂补偿、放大归一处理转化成电压(电流)变化，最终完成机械位移(间隙)的变化，转换成电压(电流)的变化。由上所述，电涡流传感器工作系统中被测体可看作传感器系统的一半，即一个电涡流位移传感器的性能与被测体有关。

电涡流传感器能静态和动态地非接触、高线性度、高分辨力地测量被测金属导体距探头表面的距离。它是一种非接触的线性化计量工具。电涡流传感器能准确测量被测体(必须是金属导体)与探头端面之间静态和动态的相对位移变化。

【2】电容式传感器

电容式传感器的应用方面可用来测量直线位移、角位移、振动振幅，尤其适合测量高频振动振幅、精密轴系回转精度、加速度等机械量；还可用来测量压力、压差、液位、料面、成分含量(如油、粮食中的含水量)、非金属材料的涂层、油膜等的厚度，测量电介质的湿度、密度、厚度等等，在自动检测和控制系统中也常常用来作为位置信号发生器。电容式传感器是将被测量的变化转换为电容量变化的一种装置，它本身就是一种可变电容器。由于这种传感器具有结构简单，体积小，动态响应好，灵敏度高，分辨率高，能实现非接触测量等特点，因而被广泛应用于位移、加速度、振动、压力、压差、液位、等分含量等检测领域。这里主要介绍电容式传感器的原理、结构类型、测量电路及其工程应用。当被测量的变化使S、 d或ε任意一个参数发生变化时，电容量也随之而变，从而完成了由被测量到电容量的转换。

根据当式中的三个参数中两个固定，一个可变，使得电容式传感器有三种基本类型：变极距型电容传感器、变面积型电容传感器和变介电常数型电容传感器。电容式传感器的测量电路就是将电容式传感器看成一个电容并转换成电压或其他电量的电路。因此，常用的测量电路主要有桥式电路、调频电路、脉冲宽度制电路、运算放大器电路、二极管双T形交流电桥和环行二极管充放电法等。调频电路实际是把电容式传感器作为振荡器谐振回路的一部分,当输入量导致电容量发生变化时，振荡器的振荡频率就发生变化。虽然可将频率作为测量系统的输出量，用以判断被测非电量的大小，但此时系统是非线性的，不易校正，因此必须加入鉴频器，将频率的变化转换为电压振幅的变化，经过放大就可以用仪器指示或记录仪记录下来。

调频电容传感器测量电路具有较高的灵敏度，可以测量高至0.01μm级位移变化量。信号的输出频率易于用数字仪器测量，并与计算机通信，抗干扰能力强，可以发送、接收以达到遥测遥控的目的。

因此，在实际应用中，常采用差动式结构，既使灵敏度提高1倍，又使非线性误差大大降低，抗干扰能力增强。

电容式传感器具有如下特点。

(a)结构简单，适应性强

电容式传感器结构简单，易于制造，精度高；可以做得很小，以实现某些特殊的测量，电容式传感器一般用金属作电极，以无机材料作绝缘支承，因此可工作在高低温、强辐射及强磁场等恶劣的环境中，能承受很大的温度变化，承受高压力、高冲击、过载等；能测超高压和低压差。

(b)动态响应好

电容式传感器由于极板间的静电引力很小，需要的作用能量极小，可动部分可以做得小而薄，质量轻，因此固有频率高，动态响应时间短，能在几兆赫的频率下工作，特适合于动态测量；可以用较高频率供电，因此系统工作频率高。它可用于测量高速变化的参数，如振动等。

(c)分辨率高

由于传感器的带电极板间的引力极小，需要输入能量低，所以特别适合于用来解决输入能量低的问题，如测量极小的压力、力和很小的加速度、位移等，可以做得很灵敏，分辨力非常高，能感受0.001μm，甚至更小的位移。

(d)温度稳定性好

电容式传感器的电容值一般与电极材料无关，有利于选择温度系数低的材料，又由于本身发热极小，因此影响稳定性也极微小。

(e)可实现非接触测量、具有平均效应

如回转轴的振动或偏心、小型滚珠轴承的径向间隙等，采用非接触测量时，电容式传感器具有平均效应，可以减小工件表面粗糙度等对测量的影响。

不足之处是输出阻抗高，负载能力差，电容传感器的电容量受其电极几何尺寸等限制，一般为几十皮法到几百皮法，使传感器输出阻抗很高，尤其当采用音频范围内的交流电源时，输出阻抗更高，因此传感器负载能力差，易受外界干扰影响而产生不稳定现象；寄生电容影响大，电容式传感器的初始电容量很小，而传感器的引线电缆电容、测量电路的杂散电容以及传感器极板与其周围导体构成的电容等“寄生电容”却较大，降低了传感器的灵敏度，破坏了稳定性，影响测量精度，因此对电缆的选择、安装、接法都要有要求。

根据两种传感器进行应用比较，电涡流传感器方式监测数据准确，测量范围大，缺点是成本高；电容式传感器监测数据准确，成本低，耐高温，缺点是安装环境要求高，测量距离小，要测量50mm以内的距离，电容式传感器体积比较大。从整体情况来比较，采用电涡流传感器比较合适。

实施例五

本实施例中，位移传感器采用激光测距，测量范围广，实用性强，实时性较好；激光测距模块包括高压电源转换电路、激光脉冲发射电路、激光接收电路。

请参阅图4，高压电源转换电路提供激光发射所需的高压电源，包括第三接口P3，第三十一电容C31、第三十二电容C32、第三十三电容C33、第三十七电容C37，第九三极管Q9，第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7，第十一电阻R11、第十四电阻R14，第一变压器T1；其中第三接口P3为水氢机的电源输出口，第一变压器T1为三倍整流变压器；其中第三接口P3的第二引脚接地，第三十一电容C31接在第三接口P3的第一引脚和地之间，第九三极管Q9的集电极接第三接口P3的第一引脚，第九三极管Q9的发射极接第一变压器T1 的第一引脚，第一变压器T1的第六引脚接地，第十四电阻R14接在第九三极管Q9的基极和第一变压器T1的第二引脚之间，第一变压器T1的第一引脚接第九三极管Q9的集电极，第三十二电容C32接在第一变压器T1的第三引脚和第七二极管D7的正极之间，第三十三电容C33 接在第七二极管D7的负极和第六二极管D6的正极之间，第三十七电容C37接在第五二极管 D5的负极和地之间，第五二极管D5的正极接第一变压器T1的第三引脚，第五二极管D5的负极与第六二极管D6的正极相连，第六二极管D6的负极与第七二极管D7的正极相连，第七二极管D7的负极接电源+200V，第十一电阻R11接在第七二极管D7的负极和地之间。

激光脉冲发射电路控制激光发射，包括第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17，第三十六电容C36、第三十八电容C38，第七三极管Q7、第八三极管Q8，第八二极管D8，第九光电发射二极管D9；其中第十五电阻R15和第三十八电容C38串联接在第五芯片U5的第四引脚和第八三极管Q8的基极之间，第十六电阻R16接在第八三极管Q8的基极和地之间，第七三极管Q7的集电极接第八三极管Q8的基极，第七三极管Q7的基极接第八三极管Q8的集电极，第八三极管Q8的发射极接地，第十二电阻R12接在第七三极管Q7的基极和发射极之间，第十三电阻R13接在第七三极管Q7的发射极和电源+200V之间，第三十六电容C36的一端接第七三极管Q7的发射极，另一端接第十七电阻R17的一端，第十七电阻R17的另一端接地，第八二极管D8的一端接第三十六电容C36的一端，另外一端接地，第九光电发射二极管D9的一端接第三十六电容C36的一端，另一端接地。

激光接收电路包含高压脉冲发生电路、光电信号接收放大电路，主要接收反射回来的激光信号，经放大后送至第五芯片U5单片机进行处理，并通过第二芯片U2显示屏显示距离；包括第十一芯片U11，第十二芯片U12，第十八电阻R18、第二十二电阻R22、第二十三电阻 R23、第二十四电阻R24、第二十五电阻R25、第二十六电阻R26、第二十七电阻R27、第三十电阻R30、第三十一电阻R31、第三十二电阻R32、第三十四电阻R34、第三十五电阻R35、第三十六电阻R36、第三十七电阻R37、第三十八电阻R38、第四十电阻R40、第四十一电阻R41、第四十三电阻R43、第四十四电阻R44、第四十五电阻R45、第五十电阻R50、第五十三电阻 R53，第十二极管D10、第十四二极管D14、第十一光电接收二极管D11，第十二三极管Q12、第十三三极管Q13、第十四三极管Q14，第十六三极管Q16，第四十电容C40、第四十一电容 C41、第四十二电容C42、第四十三电容C43、第四十六电容C46、第四十八电容C48、第四十九电容C49、第五十电容C50、第五十一电容C51、第五十二电容C52、第五十四电容C54、第五十五电容C55、第五十九电容C59，第七电感L7；其中第十一芯片U11为定时器，第十二芯片U12为运算放大器，第四十五电阻R45为电位器；其中第十一芯片U11的第八引脚接电源 +12V，第十一芯片U11的第一引脚接地，第十一芯片U11的第二引脚和第六引脚相连，第三十八电阻R38接在第十一芯片U11的第四引脚和第七引脚之间，第四十一电阻R41接在第十一芯片U11的第七引脚和第二引脚之间，第五十四电容C54接在第十一芯片U11的第二引脚和第一引脚之间，第四十电容C40接在第十一芯片U11的第四引脚和地之间，第二十四电阻 R24的一端接电源+12，另外一端接第七电感L7的一端，第七电感L7的另一端接第十六三极管Q16的集电极，第四十一电容C41和第四十二电容C42并联接在第二十四电阻R24的一端和地之间，第三十四电阻R34接在第十一芯片U11的第三引脚和第十六三极管Q16的基极之间，第四十电阻R40接在第十六三极管Q16的基极和地之间，第十六三极管Q16的发射极接地，第十四二极管D14的正极接地，负极接第十六三极管Q16的集电极，第五十电容C50接在第十二极管D10的负极和地之间，第十二极管D10的正极接第十四二极管D14的负极，第三十电阻R30的一端接第十二极管D10的负极，另一端接第五十一电容C51的一端，第五十一电容C51的另一端接地，第三十一电阻R31的一端接第三十电阻R30的一端，另一端接第四十八电容C48的一端，第四十八电容C48的另一端接地，第三十二电阻R32的一端接第四十八电容C48的一端，另一端接第十一光电接收二极管D11的正极，第四十九电容C49接在第十一光电接收二极管D11的正极和地之间，第十一光电接收二极管D11的负极接第十二三极管Q12的基极，第三十五电阻R35接在第十二三极管Q12的发射极和地之间，第四十二电阻R42接在第十二三极管Q12的基极和第十三三极管Q13的基极之间，第十二三极管Q12的发射极与第十五三极管Q15的基极相连，第十五三极管Q15的发射极接地，第十八电阻R18 接在第十二三极管Q12的集电极和电源+12V之间，第二十五电阻R25接在第十二三极管Q12 的集电极和第十五三极管Q15的集电极之间，第二十二电阻R22接在电源+12V和第十三三极管Q13的发射极之间，第十三三极管Q13的集电极接地，第二十七电阻R27接在第十三三极管Q13的发射极和第十四三极管Q14的基极之间，第二十三电阻R23和第四十三电容C43并联接在电源+12V和第十四三极管Q14的发射极之间，第三十六电阻R36和第五十二电容C52 并联接在第十四三极管Q14的集电极和地之间，第二十六电阻R26接在第五芯片U5的第五引脚和电源+12V之间，第四十六电容C46接在第十四三极管Q14的集电极和第五芯片U5的第五引脚之间，第三十七电阻R37接在第五芯片U5的第五引脚和地之间，第四十三电阻R43的一端接在第三十电阻R30和第三十一电阻R31之间，另一端接第四十五电阻R45的第一引脚，第四十六电阻R46接在第四十五电阻R45的第二引脚和地之间，第四十四电阻R44和第五十五电容C55并联接在第十二芯片U12的第一引脚和第二引脚之间，第四十五电阻R45的第三引脚接第十二芯片U12的第二引脚，第十二芯片U12的第八引脚接电源+12V，第十二芯片U12 的第四引脚接地，第五十电阻R50接在电源+12V和第十二芯片U12的第三引脚之间，第五十三电阻R53和第五十九电容C59并联接在第十二芯片U12的第三引脚和地之间。

综上所述，本发明提出的动车组刹车片磨损情况实时在线监测系统，可使动车组在高速的运行过程中实时监测闸片的磨损情况，保证动车组运行的安全。

动车组闸片是盘型制动装置的重要组成部件，它对制动性能有着举足轻重的作用。针对目前动车组闸片磨损情况没有实时监测手段，本方案在既有动车组制动机刹车装置每个闸片上安装传感器，制动时实时监测闸片与刹车盘的间隙，将每个闸片距刹车盘的间隙实时显示在司机驾驶室的显示屏上，超出闸片的磨损极限尺寸，立即报警，并语音提示。通知有关人员及时进行处理，在日常运行过程中实时掌握闸片磨损情况。由原来人工检查、记录，提高到自动检测，记录、存储、回放、超标报警等功能，防止人为漏检漏修和失误造成严重后果。以满足动车组列车安全运行的需要，提高工作效率。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (7)

1.一种动车组刹车片磨损情况实时在线监测系统，其特征在于，所述监测系统包括：若干位移传感器、若干轮辐/轴前置机、若干动车组车厢监测分机、至少一动车组监测主机；

所述动车组监测主机连接对应各动车组车厢监测分机，动车组车厢监测分机连接对应的轮辐/轴前置机，轮辐/轴前置机连接对应的位移传感器；

在每个轮盘式盘形制动和轴盘式盘形制动夹钳左右两边各安装1个测距传感器，当动车组实施空气制动时，安装在制动夹钳的测距传感器与制动盘靠近，测出制动夹钳与制动盘的距离，闸片未磨损时的厚度为35mm，经过运行制动磨损后，磨损极限厚度为6mm；

安装在制动夹钳上的电涡流传感器测出行进距离与新闸片的距离相比较，当大于30mm时，说明闸片已从35mm磨损至6mm，监测设备采取声光报警，提示司机和维护人员及时更换磨损的闸片；

在动车组动力车轮盘式盘形制动机上每个夹钳上安装位移传感器，传感器感应面对制动盘的距离进行探测；每轴安装4个传感器，每个车厢共4轴需安装16个位移传感器；当动车组制动时，制动夹钳传感器与制动盘的间隙发生变化，闸片在磨损时传感器与制动盘的间隙最小，将最小数据通过轮辐/轴前置机传送到车厢监测分机，实现闸片磨损量的监测；

同时在动车组拖车轮轴式盘形制动机每个夹钳上安装位移传感器，传感器感应面对制动盘的距离进行探测；每轴安装6个传感器，每个车厢共4轴需安装24个位移传感器；当动车组制动时，制动夹钳传感器与制动盘的间隙发生变化，闸片在磨损时传感器与制动盘的间隙最小，将最小数据通过轮辐/轴前置机传送到车厢监测分机，实现闸片磨损量的监测；

在每个转向架上安装轮辐/轴前置机，采集转向架两轴制动夹钳上传感器的位移量，每个车厢安装2个轮辐/轴前置机，由前置机将每个传感器采集的数据向车厢监测分机传送；

每个车厢安装1个动车组车厢监测分机，动车组车厢分机监测本车厢各传感器的最小距离，存在存储器内，记录、存储每次制动的时间，每个传感器的最小距离，每制动1次，记录存储1次，便于车辆检修人员进行数据回放，检查闸片磨损情况；

每组动车组在I室安装1台动车组监测主机，在Ⅱ室安装1台主机复示机，将8个车厢监测分机进行通信传输，定时向分机查询、刷新数据，存储在主机存储器内，发现闸片磨损超限后声光报警，便于司机及时了解制动机闸片磨损情况；

所述监测系统还包括软件处理子系统，软件处理子系统包括单片机控制模块和PC机控制模块；单片机控制模块将完成对闸片磨损测试系统的硬件功能实现及扩展，并完成与PC机的通信；PC机控制模块用于完成测控数据的分析、处理、保存、显示任务，并通过与单片机的通信，完成对闸片监测控制单元的控制；

（1）车厢分机在闸片监测系统中，单片机控制模块是直接与监测硬件通讯的部分，因此其主要功能可分为以下三部分；

（a）接收监测设备数据采集部分的信息，并向监测系统控制部分发出控制指令；

（b）向监测设备发送采集的数据.并接收PC计算机发出的控制指令；

(C)处理以上两部分的数据；

单片机控制模块包括数据输入单元、数据输出单元、数据处理单元；单片机控制模块；车厢分机用户操作界面包括显示测量结果、功能选择、系统标定、数据存储、数据回放查询、数据超限报警、数据传输；

PC机控制模块实现的功能如下:

(a）用户交互部分.接收用户输入数据，显示实时检测参数，完成对单片机系统的设置及控制；

（b)串口通信部分.通过串行口实现工业计算机与单片机系统的数据通信，利用单片机多机通信原理，简化监控系统硬件成木；

（c）数据处理部分，处理接收的检测数据，根据检测数据对整个闸片监测系统进行分析统计，并对测试系统工作状态进行分析处理；

PC机控制模块包括：用户交互模块、串行通信模块、数据处理模块；用户操作界面的主要内容是，定时查询车厢分机数据，数据存储、数据回放查询、数据超限报警、功能选择、数据显示、复示机与主机通信传输；

所述位移传感器采用激光测距，包括激光测距模块，激光测距模块包括高压电源转换电路、激光脉冲发射电路、激光接收电路；

高压电源转换电路提供激光发射所需的高压电源，包括第三接口P3，第三十一电容C31、第三十二电容C32、第三十三电容C33、第三十七电容C37，第九三极管Q9，第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7，第十一电阻R11、第十四电阻R14，第一变压器T1；其中第三接口P3为水氢机的电源输出口，第一变压器T1为三倍整流变压器；其中第三接口P3的第二引脚接地，第三十一电容C31接在第三接口P3的第一引脚和地之间，第九三极管Q9的集电极接第三接口P3的第一引脚，第九三极管Q9的发射极接第一变压器T1的第一引脚，第一变压器T1的第六引脚接地，第十四电阻R14接在第九三极管Q9的基极和第一变压器T1的第二引脚之间，第一变压器T1的第一引脚接第九三极管Q9的集电极，第三十二电容C32接在第一变压器T1的第三引脚和第七二极管D7的正极之间，第三十三电容C33接在第七二极管D7的负极和第六二极管D6的正极之间，第三十七电容C37接在第五二极管D5的负极和地之间，第五二极管D5的正极接第一变压器T1的第三引脚，第五二极管D5的负极与第六二极管D6的正极相连，第六二极管D6的负极与第七二极管D7的正极相连，第七二极管D7的负极接电源+200V，第十一电阻R11接在第七二极管D7的负极和地之间；

激光脉冲发射电路控制激光发射，包括第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17，第三十六电容C36、第三十八电容C38，第七三极管Q7、第八三极管Q8，第八二极管D8，第九光电发射二极管D9；其中第十五电阻R15和第三十八电容C38串联接在第五芯片U5的第四引脚和第八三极管Q8的基极之间，第十六电阻R16接在第八三极管Q8的基极和地之间，第七三极管Q7的集电极接第八三极管Q8的基极，第七三极管Q7的基极接第八三极管Q8的集电极，第八三极管Q8的发射极接地，第十二电阻R12接在第七三极管Q7的基极和发射极之间，第十三电阻R13接在第七三极管Q7的发射极和电源+200V之间，第三十六电容C36的一端接第七三极管Q7的发射极，另一端接第十七电阻R17的一端，第十七电阻R17的另一端接地，第八二极管D8的一端接第三十六电容C36的一端，另外一端接地，第九光电发射二极管D9的一端接第三十六电容C36的一端，另一端接地；

激光接收电路包含高压脉冲发生电路、光电信号接收放大电路，主要接收反射回来的激光信号，经放大后送至第五芯片U5单片机进行处理，并通过第二芯片U2显示屏显示距离；包括第十一芯片U11，第十二芯片U12，第十八电阻R18、第二十二电阻R22、第二十三电阻R23、第二十四电阻R24、第二十五电阻R25、第二十六电阻R26、第二十七电阻R27、第三十电阻R30、第三十一电阻R31、第三十二电阻R32、第三十四电阻R34、第三十五电阻R35、第三十六电阻R36、第三十七电阻R37、第三十八电阻R38、第四十电阻R40、第四十一电阻R41、第四十三电阻R43、第四十四电阻R44、第四十五电阻R45、第五十电阻R50、第五十三电阻R53，第十二极管D10、第十四二极管D14、第十一光电接收二极管D11，第十二三极管Q12、第十三三极管Q13、第十四三极管Q14，第十六三极管Q16，第四十电容C40、第四十一电容C41、第四十二电容C42、第四十三电容C43、第四十六电容C46、第四十八电容C48、第四十九电容C49、第五十电容C50、第五十一电容C51、第五十二电容C52、第五十四电容C54、第五十五电容C55、第五十九电容C59，第七电感L7；其中第十一芯片U11为定时器，第十二芯片U12为运算放大器，第四十五电阻R45为电位器；其中第十一芯片U11的第八引脚接电源+12V，第十一芯片U11的第一引脚接地，第十一芯片U11的第二引脚和第六引脚相连，第三十八电阻R38接在第十一芯片U11的第四引脚和第七引脚之间，第四十一电阻R41接在第十一芯片U11的第七引脚和第二引脚之间，第五十四电容C54接在第十一芯片U11的第二引脚和第一引脚之间，第四十电容C40接在第十一芯片U11的第四引脚和地之间，第二十四电阻R24的一端接电源+12，另外一端接第七电感L7的一端，第七电感L7的另一端接第十六三极管Q16的集电极，第四十一电容C41和第四十二电容C42并联接在第二十四电阻R24的一端和地之间，第三十四电阻R34接在第十一芯片U11的第三引脚和第十六三极管Q16的基极之间，第四十电阻R40接在第十六三极管Q16的基极和地之间，第十六三极管Q16的发射极接地，第十四二极管D14的正极接地，负极接第十六三极管Q16的集电极，第五十电容C50接在第十二极管D10的负极和地之间，第十二极管D10的正极接第十四二极管D14的负极，第三十电阻R30的一端接第十二极管D10的负极，另一端接第五十一电容C51的一端，第五十一电容C51的另一端接地，第三十一电阻R31的一端接第三十电阻R30的一端，另一端接第四十八电容C48的一端，第四十八电容C48的另一端接地，第三十二电阻R32的一端接第四十八电容C48的一端，另一端接第十一光电接收二极管D11的正极，第四十九电容C49接在第十一光电接收二极管D11的正极和地之间，第十一光电接收二极管D11的负极接第十二三极管Q12的基极，第三十五电阻R35接在第十二三极管Q12的发射极和地之间，第四十二电阻R42接在第十二三极管Q12的基极和第十三三极管Q13的基极之间，第十二三极管Q12的发射极与第十五三极管Q15的基极相连，第十五三极管Q15的发射极接地，第十八电阻R18接在第十二三极管Q12的集电极和电源+12V之间，第二十五电阻R25接在第十二三极管Q12的集电极和第十五三极管Q15的集电极之间，第二十二电阻R22接在电源+12V和第十三三极管Q13的发射极之间，第十三三极管Q13的集电极接地，第二十七电阻R27接在第十三三极管Q13的发射极和第十四三极管Q14的基极之间，第二十三电阻R23和第四十三电容C43并联接在电源+12V和第十四三极管Q14的发射极之间，第三十六电阻R36和第五十二电容C52并联接在第十四三极管Q14的集电极和地之间，第二十六电阻R26接在第五芯片U5的第五引脚和电源+12V之间，第四十六电容C46接在第十四三极管Q14的集电极和第五芯片U5的第五引脚之间，第三十七电阻R37接在第五芯片U5的第五引脚和地之间，第四十三电阻R43的一端接在第三十电阻R30和第三十一电阻R31之间，另一端接第四十五电阻R45的第一引脚，第四十六电阻R46接在第四十五电阻R45的第二引脚和地之间，第四十四电阻R44和第五十五电容C55并联接在第十二芯片U12的第一引脚和第二引脚之间，第四十五电阻R45的第三引脚接第十二芯片U12的第二引脚，第十二芯片U12的第八引脚接电源+12V，第十二芯片U12的第四引脚接地，第五十电阻R50接在电源+12V和第十二芯片U12的第三引脚之间，第五十三电阻R53和第五十九电容C59并联接在第十二芯片U12的第三引脚和地之间。

2.一种动车组刹车片磨损情况实时在线监测系统，其特征在于，所述监测系统包括：若干位移传感器、若干轮辐/轴前置机、若干动车组车厢监测分机、至少一动车组监测主机；

所述动车组监测主机连接对应各动车组车厢监测分机，动车组车厢监测分机连接对应的轮辐/轴前置机，轮辐/轴前置机连接对应的位移传感器；

在每个轮盘式盘形制动和轴盘式盘形制动夹钳左右两边各安装测距传感器，当动车组实施空气制动时，安装在制动夹钳的测距传感器与制动盘靠近，测出制动夹钳与制动盘的距离；

安装在制动夹钳上的电涡流传感器测出行进距离与新闸片的距离相比较，当大于设定值时，监测系统报警；

在动车组动力车轮盘式盘形制动机上每个夹钳上安装位移传感器，传感器感应面对制动盘的距离进行探测；每轴安装若干传感器；当动车组制动时，制动夹钳传感器与制动盘的间隙发生变化，闸片在磨损时传感器与制动盘的间隙最小，将最小数据通过轮辐/轴前置机传送到车厢监测分机，实现闸片磨损量的监测；

同时在动车组拖车轮轴式盘形制动机每个夹钳上安装位移传感器，传感器感应面对制动盘的距离进行探测；每轴安装若干传感器；当动车组制动时，制动夹钳传感器与制动盘的间隙发生变化，闸片在磨损时传感器与制动盘的间隙最小，将最小数据通过轮辐/轴前置机传送到车厢监测分机，实现闸片磨损量的监测；

在每个转向架上安装轮辐/轴前置机，采集转向架两轴制动夹钳上传感器的位移量，每个车厢安装至少1个轮辐/轴前置机，由轮辐/轴前置机将每个传感器采集的数据向车厢监测分机传送；

每个车厢安装至少1个动车组车厢监测分机，动车组车厢分机监测本车厢各传感器的最小距离，存在存储器内，记录、存储每次制动的时间，每个传感器的最小距离，每制动1次，记录存储1次，便于车辆检修人员进行数据回放，检查闸片磨损情况。

3.根据权利要求2所述的动车组刹车片磨损情况实时在线监测系统，其特征在于：

每组动车组在I室安装1台动车组监测主机，在Ⅱ室安装1台主机复示机，将8个车厢监测分机进行通信传输，定时向分机查询、刷新数据，存储在主机存储器内，发现闸片磨损超限后声光报警，便于司机及时了解制动机闸片磨损情况。

4.根据权利要求2所述的动车组刹车片磨损情况实时在线监测系统，其特征在于：

所述监测系统还包括软件处理子系统，软件处理子系统包括单片机控制模块和PC机控制模块。

5.根据权利要求4所述的动车组刹车片磨损情况实时在线监测系统，其特征在于：

单片机控制模块将完成对闸片磨损测试系统的硬件功能实现及扩展，并完成与PC机的通信；PC机控制模块用于完成测控数据的分析、处理、保存、显示任务，并通过与单片机的通信，完成对闸片监测控制单元的控制；

（1）车厢分机在闸片监测系统中，单片机控制模块是直接与监测硬件通讯的部分，因此其主要功能可分为以下三部分；

（a）接收监测设备数据采集部分的信息，并向监测系统控制部分发出控制指令；

（b）向监测设备发送采集的数据.并接收PC计算机发出的控制指令；

(C)处理以上两部分的数据；

单片机控制模块包括数据输入单元、数据输出单元、数据处理单元；单片机控制模块；车厢分机用户操作界面包括显示测量结果、功能选择、系统标定、数据存储、数据回放查询、数据超限报警、数据传输。

6.根据权利要求4所述的动车组刹车片磨损情况实时在线监测系统，其特征在于：

所述PC机控制模块实现的功能如下:

(a）用户交互部分.接收用户输入数据，显示实时检测参数，完成对单片机系统的设置及控制；

（b)串口通信部分.通过串行口实现工业计算机与单片机系统的数据通信，利用单片机多机通信原理，简化监控系统硬件成木；

（c）数据处理部分，处理接收的检测数据，根据检测数据对整个闸片监测系统进行分析统计，并对测试系统工作状态进行分析处理；

PC机控制模块包括：用户交互模块、串行通信模块、数据处理模块；用户操作界面的主要内容是，定时查询车厢分机数据，数据存储、数据回放查询、数据超限报警、功能选择、数据显示、复示机与主机通信传输。

7.根据权利要求2所述的动车组刹车片磨损情况实时在线监测系统，其特征在于：

所述位移传感器采用激光测距，包括激光测距模块，激光测距模块包括高压电源转换电路、激光脉冲发射电路、激光接收电路；

高压电源转换电路提供激光发射所需的高压电源，包括第三接口P3，第三十一电容C31、第三十二电容C32、第三十三电容C33、第三十七电容C37，第九三极管Q9，第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7，第十一电阻R11、第十四电阻R14，第一变压器T1；其中第三接口P3为水氢机的电源输出口，第一变压器T1为三倍整流变压器；其中第三接口P3的第二引脚接地，第三十一电容C31接在第三接口P3的第一引脚和地之间，第九三极管Q9的集电极接第三接口P3的第一引脚，第九三极管Q9的发射极接第一变压器T1的第一引脚，第一变压器T1的第六引脚接地，第十四电阻R14接在第九三极管Q9的基极和第一变压器T1的第二引脚之间，第一变压器T1的第一引脚接第九三极管Q9的集电极，第三十二电容C32接在第一变压器T1的第三引脚和第七二极管D7的正极之间，第三十三电容C33接在第七二极管D7的负极和第六二极管D6的正极之间，第三十七电容C37接在第五二极管D5的负极和地之间，第五二极管D5的正极接第一变压器T1的第三引脚，第五二极管D5的负极与第六二极管D6的正极相连，第六二极管D6的负极与第七二极管D7的正极相连，第七二极管D7的负极接电源+200V，第十一电阻R11接在第七二极管D7的负极和地之间；

激光脉冲发射电路控制激光发射，包括第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17，第三十六电容C36、第三十八电容C38，第七三极管Q7、第八三极管Q8，第八二极管D8，第九光电发射二极管D9；其中第十五电阻R15和第三十八电容C38串联接在第五芯片U5的第四引脚和第八三极管Q8的基极之间，第十六电阻R16接在第八三极管Q8的基极和地之间，第七三极管Q7的集电极接第八三极管Q8的基极，第七三极管Q7的基极接第八三极管Q8的集电极，第八三极管Q8的发射极接地，第十二电阻R12接在第七三极管Q7的基极和发射极之间，第十三电阻R13接在第七三极管Q7的发射极和电源+200V之间，第三十六电容C36的一端接第七三极管Q7的发射极，另一端接第十七电阻R17的一端，第十七电阻R17的另一端接地，第八二极管D8的一端接第三十六电容C36的一端，另外一端接地，第九光电发射二极管D9的一端接第三十六电容C36的一端，另一端接地；

激光接收电路包含高压脉冲发生电路、光电信号接收放大电路，主要接收反射回来的激光信号，经放大后送至第五芯片U5单片机进行处理，并通过第二芯片U2显示屏显示距离；包括第十一芯片U11，第十二芯片U12，第十八电阻R18、第二十二电阻R22、第二十三电阻R23、第二十四电阻R24、第二十五电阻R25、第二十六电阻R26、第二十七电阻R27、第三十电阻R30、第三十一电阻R31、第三十二电阻R32、第三十四电阻R34、第三十五电阻R35、第三十六电阻R36、第三十七电阻R37、第三十八电阻R38、第四十电阻R40、第四十一电阻R41、第四十三电阻R43、第四十四电阻R44、第四十五电阻R45、第五十电阻R50、第五十三电阻R53，第十二极管D10、第十四二极管D14、第十一光电接收二极管D11，第十二三极管Q12、第十三三极管Q13、第十四三极管Q14，第十六三极管Q16，第四十电容C40、第四十一电容C41、第四十二电容C42、第四十三电容C43、第四十六电容C46、第四十八电容C48、第四十九电容C49、第五十电容C50、第五十一电容C51、第五十二电容C52、第五十四电容C54、第五十五电容C55、第五十九电容C59，第七电感L7；其中第十一芯片U11为定时器，第十二芯片U12为运算放大器，第四十五电阻R45为电位器；其中第十一芯片U11的第八引脚接电源+12V，第十一芯片U11的第一引脚接地，第十一芯片U11的第二引脚和第六引脚相连，第三十八电阻R38接在第十一芯片U11的第四引脚和第七引脚之间，第四十一电阻R41接在第十一芯片U11的第七引脚和第二引脚之间，第五十四电容C54接在第十一芯片U11的第二引脚和第一引脚之间，第四十电容C40接在第十一芯片U11的第四引脚和地之间，第二十四电阻R24的一端接电源+12，另外一端接第七电感L7的一端，第七电感L7的另一端接第十六三极管Q16的集电极，第四十一电容C41和第四十二电容C42并联接在第二十四电阻R24的一端和地之间，第三十四电阻R34接在第十一芯片U11的第三引脚和第十六三极管Q16的基极之间，第四十电阻R40接在第十六三极管Q16的基极和地之间，第十六三极管Q16的发射极接地，第十四二极管D14的正极接地，负极接第十六三极管Q16的集电极，第五十电容C50接在第十二极管D10的负极和地之间，第十二极管D10的正极接第十四二极管D14的负极，第三十电阻R30的一端接第十二极管D10的负极，另一端接第五十一电容C51的一端，第五十一电容C51的另一端接地，第三十一电阻R31的一端接第三十电阻R30的一端，另一端接第四十八电容C48的一端，第四十八电容C48的另一端接地，第三十二电阻R32的一端接第四十八电容C48的一端，另一端接第十一光电接收二极管D11的正极，第四十九电容C49接在第十一光电接收二极管D11的正极和地之间，第十一光电接收二极管D11的负极接第十二三极管Q12的基极，第三十五电阻R35接在第十二三极管Q12的发射极和地之间，第四十二电阻R42接在第十二三极管Q12的基极和第十三三极管Q13的基极之间，第十二三极管Q12的发射极与第十五三极管Q15的基极相连，第十五三极管Q15的发射极接地，第十八电阻R18接在第十二三极管Q12的集电极和电源+12V之间，第二十五电阻R25接在第十二三极管Q12的集电极和第十五三极管Q15的集电极之间，第二十二电阻R22接在电源+12V和第十三三极管Q13的发射极之间，第十三三极管Q13的集电极接地，第二十七电阻R27接在第十三三极管Q13的发射极和第十四三极管Q14的基极之间，第二十三电阻R23和第四十三电容C43并联接在电源+12V和第十四三极管Q14的发射极之间，第三十六电阻R36和第五十二电容C52并联接在第十四三极管Q14的集电极和地之间，第二十六电阻R26接在第五芯片U5的第五引脚和电源+12V之间，第四十六电容C46接在第十四三极管Q14的集电极和第五芯片U5的第五引脚之间，第三十七电阻R37接在第五芯片U5的第五引脚和地之间，第四十三电阻R43的一端接在第三十电阻R30和第三十一电阻R31之间，另一端接第四十五电阻R45的第一引脚，第四十六电阻R46接在第四十五电阻R45的第二引脚和地之间，第四十四电阻R44和第五十五电容C55并联接在第十二芯片U12的第一引脚和第二引脚之间，第四十五电阻R45的第三引脚接第十二芯片U12的第二引脚，第十二芯片U12的第八引脚接电源+12V，第十二芯片U12的第四引脚接地，第五十电阻R50接在电源+12V和第十二芯片U12的第三引脚之间，第五十三电阻R53和第五十九电容C59并联接在第十二芯片U12的第三引脚和地之间。