CN110758466B - 城市轨道交通钢轨断轨数据监测采集终端及采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种城市轨道交通钢轨断轨数据监测采集终端及采集方法，所述数据采集终端包括电源电路、恒流源电路、控制器、电力线载波电路、钢轨输送功率控制电路及功率采集电路；所述恒流源电路连接钢轨输送功率控制电路，为其提供恒流源；钢轨输送功率控制电路连接对应的钢轨监测子区间，用以向对应钢轨监测子区间产生设定信号；钢轨输送功率控制电路包括PWM控制电路，用以对钢轨产生设定信号；功率采集电路实时采集发射功率，并将采集的发射功率通过所述电力线载波电路以电力线载波方式以设定循环间隔与发送终端进行数据交互，传输本身信息数据。本发明可实时采集城市地铁钢轨的是否断轨的数据，有利于判断是否有断轨情况，实时性强、可靠性高。

Description

城市轨道交通钢轨断轨数据监测采集终端及采集方法

技术领域

本发明属于轨道轨道交通技术领域，涉及一种数据采集装置，尤其涉及一种城市轨道交通钢轨断轨数据监测采集终端及采集方法。

背景技术

随着城市轨道交通采用CBTC系统后，不再使用轨道电路，未来对实时断轨检测方法的研究愈发显得重要和紧迫。目前国外国内主要采用的方法有：牵引回流实时断轨检测方法、准轨道电路实时断轨检测方法、光纤实时断轨检测方法、应力实时断轨检测方法、声波实时断轨检测方法等。

各种实时断轨检测方法性能比较表

因城市轨道交通列车运行密度远大于国铁，国铁一个需要断轨监测的半自动闭塞区间再次运行列车的时间最少是6分钟以上，而城市轨道交通最繁忙的时段两车相距时间在2分钟之内。这对采用以一个区间为监测单元的方法无法实现，采集的道床数据不足以保证不误报。现有普通断轨检测方式无法达到城市轨道对于断轨的检测要求。

有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的钢轨断轨数据采集方式，以便克服现有采集方式存在的上述缺陷。

发明内容

本发明提供一种城市轨道交通钢轨断轨数据监测采集终端及采集方法，可实时采集城市地铁钢轨的是否断轨的数据，有利于判断是否有断轨情况，实时性强、可靠性高。

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，采用如下技术方案：

一种城市轨道交通钢轨断轨数据监测采集终端，所述监测采集终端包括电源电路、恒流源电路、控制器、电力线载波电路、钢轨输送功率控制电路及功率采集电路；

所述控制器分别连接电力线载波电路、钢轨输送功率电路及功率采集电路，电源电路分别为恒流源电路、控制器、电力线载波电路、钢轨输送功率电路及功率采集电路提供电能，电源电路与电力线载波电路之间连接有电力线；

所述恒流源电路用以输出设定范围的电流，所述恒流源电路的输出端连接钢轨输送功率控制电路的输入端，所述钢轨输送功率控制电路连接对应的钢轨监测子区间，用以控制恒流源电路输出的电流输送至钢轨监测子区间；所述恒流源电路还用以获取设定钢轨监测子区间的功率，在钢轨监测子区间内功率大于设定阈值时所述恒流源电路关断设定时间，并在随后输出设定低的电流；

所述功率采集电路连接钢轨输送功率控制电路，用以实时采集输送功率，并将采集的输送功率通过所述电力线载波电路以电力线载波方式以设定循环间隔与发送终端进行数据交互，传输本身信息数据。

作为本发明的一种实施方式，所述监测采集终端还包括断轨判断模块，用以根据各发送终端发送的数据判断各钢轨监测区间的各钢轨监测子区间是否存在断轨点；

若发送终端发送的采集终端的数据在设定阈值区间，所述断轨判断模块判断该采集终端对应的钢轨监测子区间不存在断轨点；若发送终端发送的采集终端的数据不在设定阈值区间设定次数，所述断轨判断模块判断该采集终端对应的钢轨监测子区间存在断轨点。

作为本发明的一种实施方式，所述采集终端包括通信模块，用以与服务器通信。

作为本发明的一种实施方式，所述采集终端直接与服务器通信，或者通过一数据收发终端与服务器通信。

一种城市轨道交通钢轨断轨数据监测采集方法，所述数据监测采集方法包括如下步骤：

步骤S1、将待监测钢轨分为至少一钢轨监测区间，各钢轨监测区间包括至少两个钢轨监测子区间，各钢轨监测子区间形成环路并作为负载；在各钢轨监测区间分布设置至少两个采集终端，各采集终端设置于对应的钢轨监测子区间；

步骤S1、各采集终端向对应钢轨监测子区间输送功率并对负载功率进行采集，通过以电力线为载体的载波方式传输到对应发送终端；具体包括：

采集终端通过恒流源电路输出设定范围的电流，钢轨输送功率控制电路连接对应的钢轨监测子区间，控制恒流源电路输出的电流输送至钢轨监测子区间；所述恒流源电路获取设定钢轨监测子区间的功率，当钢轨监测子区间内功率大于设定阈值时所述恒流源电路关断设定时间，并在随后输出设定低的电流；

功率采集电路连接钢轨输送功率控制电路，实时采集输送功率，并将采集的输送功率通过所述电力线载波电路以电力线载波方式以设定循环间隔与发送终端进行数据交互，传输本身信息数据；

作为本发明的一种实施方式，所述采集方法还包括：通过所述电力线载波电路以电力线载波方式以设定循环间隔与其他采集终端或/和发送终端进行数据交互，传输本身信息数据。

作为本发明的一种实施方式，所述采集方法还包括断轨判断步骤，根据采集的数据判断对应钢轨监测子区间是否存在断轨点；

若采集的数据在设定阈值区间，所述断轨判断模块判断该采集终端对应的钢轨监测子区间不存在断轨点；若采集的数据不在设定阈值区间设定次数，所述断轨判断模块判断该采集终端对应的钢轨监测子区间存在断轨点。

本发明的有益效果在于：本发明提出的城市轨道交通钢轨断轨数据监测采集终端及采集方法，可实时采集城市地铁钢轨的是否断轨的数据，有利于判断是否有断轨情况，实时性强、可靠性高。

附图说明

图1为本发明一实施例中采集终端的组成示意图。

图2为本发明一实施例中采集终端的另一组成示意图。

图3为本发明一实施例中PWM控制电路的电路示意图。

图4为本发明一实施例中恒流源电路的电路示意图。

图5为本发明一实施例中功率采集电路的电路示意图。

图6为本发明一实施例中控制器的电路示意图。

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。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

该部分的描述只针对几个典型的实施例，本发明并不仅局限于实施例描述的范围。相同或相近的现有技术手段与实施例中的一些技术特征进行相互替换也在本发明描述和保护的范围内。

在说明书中，连接可以是直接连接，也可以是通过其他部件间接连接。前采集终端指在按照设定次序排列的多个采集终端中当前采集终端(第i个采集终端)的前面一个采集终端(第i-1个采集终端)，前前采集终端指在按照设定次序排列的多个采集终端中当前采集终端(第i个采集终端)前面两个采集终端(第i-2个采集终端)。

本发明揭示了一种城市轨道交通钢轨断轨数据监测采集终端，图1为本发明一实施例中采集终端的组成示意图；请参阅图1，在本发明的一实施例中，所述数据采集终端包括电源电路1、恒流源电路2、控制器3、电力线载波电路4、钢轨输送功率控制电路5及功率采集电路6。

所述控制器3分别连接电力线载波电路4、钢轨输送功率电路5及功率采集电路6，电源电路1分别为恒流源电路2、控制器3、电力线载波电路4、钢轨输送功率电路5及功率采集电路6提供电能，电源电路1与电力线载波电路4之间连接有电力线7。

所述恒流源电路2连接钢轨输送功率控制电路5，所述恒流源电路2用以输出设定范围的电流；所述钢轨输送功率控制电路5连接对应的钢轨监测子区间，用以控制恒流源电路输出的电流输送至钢轨监测子区间。所述恒流源电路2还用以获取设定钢轨监测子区间的功率，在钢轨监测子区间内功率大于设定阈值时所述恒流源电路2关断设定时间，并在随后输出设定低的电流。

图4为本发明一实施例中恒流源电路的电路示意图；请参阅图4，在本发明的一实施例中，采用如图4所述的恒流源电路。如图4所示，恒流源电路还包括发射功率放大电路、检测电路。恒流源电路具体包括第四A芯片U4A、第六三极管Q6、第八三极管Q8、第七二极管D7、第十二极管D10、若干电容、若干电阻，各元件的具体连接关系可参见图4的描述。当然，恒流源电路是本领域较为通用的技术，可以根据本发明中恒流源电路的功能设计其他的电路结构。

在本发明的一实施例中，所述钢轨输送功率控制电路5包括PWM控制电路，用以对钢轨产生设定PWM信号。在本发明的一实施例中，所述钢轨输送功率控制电路5包括PWM控制电路，PWM控制电路对钢轨产生500HZ～10KHZ信号输出到钢轨上，所述发送终端通过PWM控制电路对钢轨产生500HZ～10KHZ信号输出到钢轨上。图3为本发明一实施例中PWM控制电路的电路示意图；请参阅图3，在本发明的一实施例中，PWM控制电路包括选频电路、PWM推挽电路及耦合电路，PWM推挽电路分别连接选频电路、耦合电路；PWM控制电路可参见图3的描述。

所述功率采集电路6连接钢轨输送功率控制电路5，实时采集输送功率，并将采集的输送功率通过所述电力线载波电路4以电力线载波方式以设定循环间隔与其他采集终端3及发送终端5进行数据交互，传输本身信息数据。

图5为本发明一实施例中功率采集电路的电路示意图；请参阅图5，在本发明的一实施例中，采用如图5所述的功率采集电路。如图5所示，功率采集电路包括第四B芯片U4B、第九二极管D9、第六电容C6及若干电阻，各元件的连接关系可参见图5所示。

在本发明的一实施例中，恒流源电路2连接控制器3，控制器3连接功率采集电路6，控制器3通过功率采集电路6获取设定钢轨监测子区间的功率，并将其发送至恒流源电路2；由于得到设定钢轨监测子区间的功率，从而可以在钢轨监测子区间内功率大于设定阈值时所述恒流源电路2关断设定时间(关断时间可根据需要设定，如可以是几秒，几毫秒，甚至微秒级)，并在随后输出设定低的电流。钢轨监测子区间输送功率大于设定第一阈值，表示出现短路情况，输出设定低的电流。

图6为本发明一实施例中控制器的电路示意图；请参阅图6，在本发明的一实施例中，采用如图6所述的控制器及外围电路。在一实施例中，控制器的芯片选用型号为PIC18F45K80。

在本发明的一实施例中，所述采集终端包括断轨判断模块，用以根据采集的数据判断对应钢轨监测子区间是否存在断轨点。若采集的数据在设定阈值区间，所述断轨判断模块判断该采集终端对应的钢轨监测子区间不存在断轨点；若采集的数据不在设定阈值区间设定次数，所述断轨判断模块判断该采集终端对应的钢轨监测子区间存在断轨点。

图2为本发明一实施例中采集终端的另一组成示意图；请参阅图2，在本发明的一实施例中，所述采集终端包括通信电路8，用以与服务器通信。所述采集终端直接与服务器通信，或者通过一数据收发终端与服务器通信。此时，采集终端不仅具有采集的功能，还具有发送数据的功能。

电力线载波电路利用电力线载波驱动芯片实现电力线载波通信，该技术属于本领域的现有技术，并非本申请的核心改进，这里不做赘述。

本发明还揭示一种城市轨道交通钢轨断轨数据监测采集方法，所述数据监测采集方法包括如下步骤：

将待监测钢轨分为至少一钢轨监测区间，各钢轨监测区间包括至少两个钢轨监测子区间，各钢轨监测子区间形成环路并作为负载；在各钢轨监测区间分布设置至少两个采集终端，各采集终端设置于对应的钢轨监测子区间；

各采集终端向对应钢轨监测子区间输送功率并对负载功率进行采集，通过以电力线为载体的载波方式传输到对应发送终端；采集终端通过PWM控制电路对钢轨产生500HZ～10KHZ信号，通过所述钢轨输送功率控制电路控制输送功率，通过所述功率采集电路实时采集发射功率。

在本发明的一实施例中，所述采集方法还包括：通过所述电力线载波电路以电力线载波方式以设定循环间隔与其他采集终端或/和发送终端进行数据交互，传输本身信息数据。

在本发明的一实施例中，所述采集方法还包括断轨判断步骤，根据采集的数据判断对应钢轨监测子区间是否存在断轨点；若采集的数据在设定阈值区间，所述断轨判断模块判断该采集终端对应的钢轨监测子区间不存在断轨点；若采集的数据不在设定阈值区间设定次数，所述断轨判断模块判断该采集终端对应的钢轨监测子区间存在断轨点。

综上所述，本发明提出的城市轨道交通钢轨断轨数据监测采集终端及采集方法，可实时采集城市地铁钢轨的是否断轨的数据，有利于判断是否有断轨情况，实时性强、可靠性高。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

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 (5)

1.一种城市轨道交通钢轨断轨数据监测采集终端，其特征在于，所述监测采集终端包括电源电路、恒流源电路、控制器、电力线载波电路、钢轨输送功率控制电路及功率采集电路；

所述控制器分别连接电力线载波电路、钢轨输送功率电路及功率采集电路，电源电路分别为恒流源电路、控制器、电力线载波电路、钢轨输送功率电路及功率采集电路提供电能，电源电路与电力线载波电路之间连接有电力线；

所述恒流源电路用以输出设定范围的电流，所述恒流源电路的输出端连接钢轨输送功率控制电路的输入端，所述钢轨输送功率控制电路连接对应的钢轨监测子区间，用以控制恒流源电路输出的电流输送至钢轨监测子区间；所述恒流源电路还用以获取设定钢轨监测子区间的功率，在钢轨监测子区间内功率大于设定阈值时所述恒流源电路关断设定时间，并在随后输出设定低的电流；

所述功率采集电路连接钢轨输送功率控制电路，用以实时采集输送功率，并将采集的输送功率通过所述电力线载波电路以电力线载波方式以设定循环间隔与发送终端进行数据交互，传输本身信息数据；

所述监测采集终端还包括断轨判断模块，用以根据各发送终端发送的数据判断各钢轨监测区间的各钢轨监测子区间是否存在断轨点；

若发送终端发送的采集终端的数据在设定阈值区间，所述断轨判断模块判断该采集终端对应的钢轨监测子区间不存在断轨点；若发送终端发送的采集终端的数据不在设定阈值区间设定次数，所述断轨判断模块判断该采集终端对应的钢轨监测子区间存在断轨点。

2.根据权利要求1所述的城市轨道交通钢轨断轨数据监测采集终端，其特征在于：

所述采集终端包括通信模块，用以与服务器通信。

3.根据权利要求2所述的城市轨道交通钢轨断轨数据监测采集终端，其特征在于：

所述采集终端直接与服务器通信，或者通过一数据收发终端与服务器通信。

4.一种城市轨道交通钢轨断轨数据监测采集方法，其特征在于：所述数据监测采集方法包括如下步骤：

步骤S1、将待监测钢轨分为至少一钢轨监测区间，各钢轨监测区间包括至少两个钢轨监测子区间，各钢轨监测子区间形成环路并作为负载；在各钢轨监测区间分布设置至少两个采集终端，各采集终端设置于对应的钢轨监测子区间；

步骤S2、各采集终端向对应钢轨监测子区间输送功率并对负载功率进行采集，通过以电力线为载体的载波方式传输到对应发送终端；具体包括：

采集终端通过恒流源电路输出设定范围的电流，钢轨输送功率控制电路连接对应的钢轨监测子区间，控制恒流源电路输出的电流输送至钢轨监测子区间；所述恒流源电路获取设定钢轨监测子区间的功率，当钢轨监测子区间内功率大于设定阈值时所述恒流源电路关断设定时间，并在随后输出设定低的电流；

功率采集电路连接钢轨输送功率控制电路，实时采集输送功率，并将采集的输送功率通过电力线载波电路以电力线载波方式以设定循环间隔与发送终端进行数据交互，传输本身信息数据；

步骤S3、断轨判断步骤，根据采集的数据判断对应钢轨监测子区间是否存在断轨点；

若采集的数据在设定阈值区间，断轨判断模块判断该采集终端对应的钢轨监测子区间不存在断轨点；若采集的数据不在设定阈值区间设定次数，所述断轨判断模块判断该采集终端对应的钢轨监测子区间存在断轨点。

5.根据权利要求4所述的城市轨道交通钢轨断轨数据监测采集方法，其特征在于：

所述采集方法还包括：通过所述电力线载波电路以电力线载波方式以设定循环间隔与其他采集终端或/和发送终端进行数据交互，传输本身信息数据。