CN110203247A - 一种用于轨道检测的多传感器同步采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于轨道检测的多传感器同步采集系统，在检测车上安装检测轨道的轨距激光位移传感器、检测轨道形变的激光雷达、发送计数脉冲的编码器，并采用同步控制模块接收编码器发送的计数脉冲，通过外部时钟进行定时，由控制总线控制多路信号采集模块对各传感器数据进行同步采集，并把所采集的信息传输给外部分析设备，便于对采集数据进行融合及分析。

Description

一种用于轨道检测的多传感器同步采集系统

技术领域

本发明属于轨道检测的设计领域，尤其涉及一种用于轨道检测的多传感器同步采集系统。

背景技术

近年来我国城市轨道交通行业发展迅速，但是地铁建成之后出现的轨道不平顺等问题严重影响了列车运行的平稳以及乘客的舒适度，隧道病害等问题严重影响了列车运行的安全性，必须加强地铁轨道及隧道的检测维护工作以保证列车的平稳运行及行车的安全性。

目前地铁的运营维护工作面临着诸多困难：(1)地铁运营时间较长，线路繁忙，供检测维护的时间有限；(2)地铁隧道的检测，往往在夜间且地下通风系统关闭的情况下进行，作业环境恶劣；(3)现有检测方法以人工作业及小型检测仪为主，检测需要花费的时间较长，智能化程度低，功能单一，作业效率低下。(4)市面上出现的大型轨检车虽然检测速度快且检测项目全面，但是由于其设备庞大、造价较高的缺点没在市场上广泛推广。

近年来，多传感器检测在各个领域得到了广泛使用，但是由于其采集数据的不同步带来的误差导致后期数据融合会出现问题，且常见的利用GPS模块进行时间同步的方法在隧道中无法使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于轨道检测的多传感器同步采集系统，可检测地铁轨道及隧道的形变，无需GPS模块就可实现多传感器数据的同步采集，便于对采集数据进行融合及分析。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种用于轨道检测的多传感器同步采集系统，其特征在于，包括：

检测车；

编码器，设于所述检测车的车轮的轮毂处，用于发送计数脉冲；

激光位移传感器，设于所述检测车的侧梁上，用于测量所述轨道的轨距；

激光雷达，设于所述检测车的顶梁上，用于检测所述轨道的形变；

同步采集器，设于所述检测车上；所述同步采集器包括多路信号采集模块、同步控制模块，所述多路信号采集模块与所述同步控制模块通过控制总线连接；

所述多路信号采集模块用于采集所述激光位移传感器的所述轨距、采集所述激光雷达的所述轨道的形变信息；所述同步控制模块接收所述编码器发送的所述计数脉冲，通过外部时钟进行定时，由所述控制总线控制进行同步采集，并把所采集的信息传输给外部分析设备；

供电模块，设于所述检测车内，为所述检测车、所述编码器、所述激光位移传感器、所述激光雷达、所述同步采集器供电。

根据本发明一实施例，所述同步采集器采用PXIe机箱，所述编码器通过I/O总线与所述多路信号采集模块相连，所述激光位移传感器通过CAN总线与所述多路信号采集模块相连，所述激光雷达通过以太网与所述多路信号采集模块相连。

根据本发明一实施例，所述多传感器同步采集系统还包括惯性导航模块，所述检测车的前端靠近前轮设有惯导平台，所述惯性导航模块设于所述惯导平台上；

所述惯性导航模块用于检测所述轨道的不平顺信息，所述惯性导航模块通过RS422与所述多路信号采集模块相连。

根据本发明一实施例，所述惯导平台包括第一惯导平台、第二惯导平台，所述惯性导航模块包括第一惯性导航模块、第二惯性导航模块；所述第一惯性导航模块设于所述第一惯导平台上，所述第二惯性导航模块设于所述第二惯导平台上。

根据本发明一实施例，所述编码器为可编程增量编码器。

根据本发明一实施例，所述多传感器同步采集系统适用于地铁轨道或隧道。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

本发明一实施例中的用于轨道检测的多传感器同步采集系统，在检测车上安装检测轨道的轨距激光位移传感器、检测轨道形变的激光雷达、发送计数脉冲的编码器，并采用同步控制模块接收编码器发送的计数脉冲，通过外部时钟进行定时，由控制总线控制多路信号采集模块对各传感器数据进行同步采集，并把所采集的信息传输给外部分析设备，便于对采集数据进行融合及分析。

附图说明

图1为本发明一实施例中的用于轨道检测的多传感器同步采集系统的结构示意图；

图2为本发明一实施例中的用于轨道检测的多传感器同步采集系统的各传感器与同步采集器的连接示意图。

附图标记说明：

1：检测车；2：编码器；3：激光位移传感器；4：激光雷达；5：第一惯性导航模块。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种用于轨道检测的多传感器同步采集系统作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。

本发明提供的用于轨道检测的多传感器同步采集系统，包括：检测车1；编码器2，设于检测车1的车轮的轮毂处，用于发送计数脉冲；激光位移传感器3，设于检测车1的侧梁上，用于测量轨道的轨距；激光雷达4，设于检测车1的顶梁上，用于检测轨道的形变；同步采集器，设于检测车1上；该同步采集器包括多路信号采集模块、同步控制模块，多路信号采集模块与同步控制模块通过控制总线连接。其中，多路信号采集模块用于采集激光位移传感器3的轨距、采集激光雷达4的轨道的形变信息；而同步控制模块接收编码器2发送的计数脉冲，通过外部时钟进行定时，由控制总线控制进行同步采集，并把所采集的信息传输给外部分析设备。供电模块，设于检测车1内，为检测车1、编码器2、激光位移传感器3、激光雷达4、同步采集器供电。

本发明用于轨道检测的多传感器同步采集系统，在检测车1上安装检测轨道的轨距激光位移传感器3、检测轨道形变的激光雷达4、发送计数脉冲的编码器2，并采用同步控制模块接收编码器发送的计数脉冲，通过外部时钟进行定时，由控制总线控制多路信号采集模块对各传感器数据进行同步采集，并把所采集的信息传输给外部分析设备，便于对采集数据进行融合及分析。

具体的，如图1所示，检测车1为一便拆式的四轮小车。检测车1的前端靠近右前轮设有第一惯导平台，在第一惯导平台上设有第一惯性导航模块5；检测车1的前端靠近左前轮设有第二惯导平台，在第二惯导平台上设有第二惯性导航模块。检测车1的车轮的轮毂处设有编码器2，检测车1的左、右两侧梁处各设有一个激光位移传感器3，检测车1的后端顶梁的中部设有激光雷达4。检测车1的底盘上设有同步采集器，编码器2、激光位移传感器3、激光雷达4、第一惯性导航模块5、第二惯性导航模块都与该同步采集器相连。检测车1上还装载有供电模块、电动机、控制箱及传动设备，供电模块为铅酸蓄电池，对上述各器件进行供电。该检测车1采用碳纤维材料，质量较轻，结构紧凑，体形较小，模块化的组装使得拆卸较为方便，使用便捷。该检测车1的行进速度可达20km/h。

同步采集器采用美国NI公司生产的PXI系列的PXIe-1082机箱，机箱采用交流供电，内含8个插槽，装载100MHz的外部时钟，可实现多传感器数据的同步采集。PXIe-1082机箱内含NI8234、NIPXI-8531、NIPXIe-8431、NIPXIe-6361四块数据采集模块以及PXI控制器，如图2所示。

激光雷达4选用德国西克公司生产的SICKLMS111型号的激光雷达，采样频率选为50HZ，其扫描角度可达到270°，响应时间为40ms，可对地铁隧道形变情况进行检测，配合第一惯性导航模块5、第二惯性导航模块和编码器2可对隧道病害实现准确定位。该激光雷达4通过以太网与PXIe-1082机箱中的NI8234数据采集模块相连，进行数据传输。

激光位移传感器3选用瑞士ELAG电子有限公司生产的OPTIMESS型号的2D激光位移传感器，采样频率可达2KHZ，利用三角测量原理对左右两侧轨道之间轨距进行检测，配合编码器2及第一惯性导航模块5、第二惯性导航模块实现轨距变化位置的准确定位。该激光位移传感器3通过CAN总线与PXIe-1082机箱中的NIPXI-8531数据采集模块相连，进行数据传输。

编码器2选用POSITAL(博思特)公司的IXARC系列可编程增量编码器，分辨率可以在1到16384PPR的范围内调节，其输出信号为5VTTL信号。编码器2通过发送计数脉冲信号的方式得到轨道检测车1的位移信息，配合第一惯性导航模块5、第二惯性导航模块实现定位功能，并且通过发送计数脉冲到PXIe机箱实现数据的同步采集。该编码器通过I/O(输入/输出)总线与PXIe-1082机箱中的NIPXIe-6361数据采集模块相连，进行数据传输。

第一惯性导航模块5、第二惯性导航模块选用美泰科技的MSI620型号的微惯性导航模块，频率可达到200HZ，可通过内部不断更新的姿态矩阵以及载体坐标实现对轨道不平顺的检测，配合编码器2实现轨道不平顺位置的准确定位。第一惯性导航模块5、第二惯性导航模块通过RS422与PXIe-1082机箱中的NIPXIe-8431数据采集模块相连，进行数据传输。

下面简要介绍一下本发明用于轨道检测的多传感器同步检测系统的工作原理，具体如下：

PXI控制器接收来自编码器2的计数脉冲指令，通过装载的100MHZ外部时钟进行定时同步，并由内置的PXI触发控制总线控制NI8234、NIPXI-8531、NIPXIe-8431、NIPXIe-6361四块数据采集模块分别对激光雷达4、激光位移传感器3、第一惯性导航模块5、第二惯性导航模块、编码器2进行数据的同步采集及信号的调理，再将所采集的数据通过串口传输给外部分析设备(如PC机)。当PC机在接收同步数据信息之后，记录数据同步采集的精确时间、位置等信息。PC机上可安装NI公司的Labview软件，通过后台程序的编写，在PC机上完成数据的采集、存储及分析。

综上所述，本发明用于轨道检测的多传感器同步采集系统，在检测车1上安装检测轨道的轨距的激光位移传感器3、检测轨道形变的激光雷达4、发送计数脉冲的编码器2，并采用同步控制模块接收编码器2发送的计数脉冲，通过外部时钟进行定时，由控制总线控制多路信号采集模块对各传感器(编码器2、激光位移传感器3、激光雷达4、第一惯性导航模块5、第二惯性导航模块)数据进行同步采集，并把所采集的信息传输给外部分析设备，便于对采集数据进行融合及分析。本发明适用于地铁轨道及隧道的检测。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种用于轨道检测的多传感器同步采集系统，其特征在于，包括：

检测车；

编码器，设于所述检测车的车轮的轮毂处，用于发送计数脉冲；

激光位移传感器，设于所述检测车的侧梁上，用于测量所述轨道的轨距；

激光雷达，设于所述检测车的顶梁上，用于检测所述轨道的形变；

同步采集器，设于所述检测车上；所述同步采集器包括多路信号采集模块、同步控制模块，所述多路信号采集模块与所述同步控制模块通过控制总线连接；

所述多路信号采集模块用于采集所述激光位移传感器的所述轨距、采集所述激光雷达的所述轨道的形变信息；所述同步控制模块接收所述编码器发送的所述计数脉冲，通过外部时钟进行定时，由所述控制总线控制进行同步采集，并把所采集的信息传输给外部分析设备；

供电模块，设于所述检测车内，为所述检测车、所述编码器、所述激光位移传感器、所述激光雷达、所述同步采集器供电。

2.如权利要求1所述的用于轨道检测的多传感器同步采集系统，其特征在于，所述同步采集器采用PXIe机箱，所述编码器通过I/O总线与所述多路信号采集模块相连，所述激光位移传感器通过CAN总线与所述多路信号采集模块相连，所述激光雷达通过以太网与所述多路信号采集模块相连。

3.如权利要求1所述的用于轨道检测的多传感器同步采集系统，其特征在于，还包括惯性导航模块，所述检测车的前端靠近前轮设有惯导平台，所述惯性导航模块设于所述惯导平台上；

所述惯性导航模块用于检测所述轨道的不平顺信息，所述惯性导航模块通过RS422与所述多路信号采集模块相连。

4.如权利要求3所述的用于轨道检测的多传感器同步采集系统，其特征在于，所述惯导平台包括第一惯导平台、第二惯导平台，所述惯性导航模块包括第一惯性导航模块、第二惯性导航模块；所述第一惯性导航模块设于所述第一惯导平台上，所述第二惯性导航模块设于所述第二惯导平台上。

5.如权利要求1所述的用于轨道检测的多传感器同步采集系统，其特征在于，所述编码器为可编程增量编码器。

6.如权利要求1至5中任意一项所述的用于轨道检测的多传感器同步采集系统，其特征在于，所述多传感器同步采集系统适用于地铁轨道或隧道。