CN110954035B - 波导管故障监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种波导管故障监测系统及方法，所述系统包括：采集终端和监控设备；所述采集终端安装在目标波导管的固定支架上，用于检测所述目标波导管的固定支架与滑动支架之间的距离，并将检测到的距离信息上报至所述监控设备；所述监控设备用于根据所述距离信息确定所述目标波导管是否出现变形故障。本发明实施例提供的波导管故障监测系统及方法，利用安装在波导管的固定支架上的采集终端，可以实时的采集波导管的固定支架与滑动支架之间的距离，并将该距离上报到监控设备，由监控设备根据该距离确定波导管是否出现变形故障，提高了波导管故障监测的及时性，提高了监测效率，降低了监测成本。

Description

波导管故障监测系统及方法

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种波导管故障监测系统及方法。

背景技术

波导管是一种空心的金属管或者内壁镀有金属的管子，内壁光滑，主要作用是用来传送超高频电磁波，能以极小的脉冲信号损耗将信息传送到信号接收端，其管径与信号波长相关，多用于厘米波或毫米波的无线通讯中。

随着地铁技术的发展，波导管在基于通信的列车自动控制系统CBTC中广泛应用，波导管已经成为地铁信号系统中不可或缺的组件。波导管是一种进行车与地双向数据传输的媒介，具有抗干扰能力强，传输损耗小的优点。波导管随着温度变化会发生一定程度的膨胀和收缩，因此在安装波导管段的时候一端放置固定支架，另一端采用滑动支架，但如果温度变化过于剧烈，波导管膨胀过剩，就会发生形变，一方面影响通信安全，另一方面结构变形也会影响行车安全。现有技术中，通常采用人工巡检的方式进行波导管形变故障的排查。

但是，目前人工巡检往往难以及时发现此类问题，并且，采用人工巡检效率低，成本高。因此，急需一种实时的、高效的、低成本的波导管故障监测方案。

发明内容

本发明实施例提供一种波导管故障监测系统及方法，用于解决现有技术中的上述技术问题。

为了解决上述技术问题，一方面，本发明实施例提供一种波导管故障监测系统，包括：

采集终端和监控设备；

所述采集终端安装在目标波导管的固定支架上，用于检测所述目标波导管的固定支架与滑动支架之间的距离，并将检测到的距离信息上报至所述监控设备；

所述监控设备用于根据所述距离信息确定所述目标波导管是否出现变形故障。

进一步地，所述采集终端包括MCU、测距传感器和通信模块；

所述测距传感器和所述通信模块分别与所述MCU相连接；

所述测距传感器用于检测所述目标波导管的固定支架与滑动支架之间的距离，并将检测到的距离信息发送到所述MCU，所述MCU用于控制所述通信模块将所述距离信息上报至所述监控设备。

进一步地，所述采集终端包括MCU、第一测距传感器、第二测距传感器和通信模块；

所述第一测距传感器、所述第二测距传感器和所述通信模块分别与所述MCU相连接；

所述第一测距传感器用于检测所述目标波导管的固定支架与滑动支架之间的距离，并将检测到的第一距离信息发送到所述MCU；

所述第二测距传感器用于检测所述目标波导管的固定支架与滑动支架之间的距离，并将检测到的第二距离信息发送到所述MCU；

所述MCU用于根据所述第一距离信息和所述第二距离信息计算平均距离；并控制所述通信模块将所述平均距离上报至所述监控设备。

进一步地，所述监控设备部署在第三方云平台上。

进一步地，所述通信模块为窄带物联网通信模块。

进一步地，所述采集终端还包括温度传感器；

所述温度传感器与所述MCU相连接；

所述温度传感器用于检测所述目标波导管周围的环境温度；

相应地，所述MCU还用于控制所述通信模块将所述温度传感器检测到的环境温度信息上报至所述监控设备；

所述监控设备还用于根据所述环境温度信息调整所述采集终端上报数据的时间间隔。

进一步地，所述第一测距传感器为超声波测距传感器；所述第二测距传感器为红外测距传感器。

另一方面，本发明实施例提供一种波导管故障监测方法，包括：

获取采集终端上报的目标距离；所述目标距离为所述采集终端检测到的目标波导管的固定支架与滑动支架之间的距离，所述采集终端安装在所述目标波导管的固定支架上；

根据所述目标距离确定所述目标波导管是否出现变形故障。

进一步地，还包括：

获取所述采集终端上报的目标环境温度；所述目标环境温度为所述采集终端检测到的所述目标波导管周围的环境温度；

根据所述目标环境温度调整所述采集终端上报数据的时间间隔。

进一步地，所述根据所述目标距离确定所述目标波导管是否出现变形故障，具体包括：

比较所述目标距离与预设距离阈值之间的大小；

若所述目标距离等于所述预设距离阈值，则确定所述目标波导管出现变形故障。

本发明实施例提供的波导管故障监测系统及方法，利用安装在波导管的固定支架上的采集终端，可以实时的采集波导管的固定支架与滑动支架之间的距离，并将该距离上报到监控设备，由监控设备根据该距离确定波导管是否出现变形故障，提高了波导管故障监测的及时性，提高了监测效率，降低了监测成本。

附图说明

图1为本发明实施例提供的波导管故障监测系统示意图；

图2为本发明实施例提供的波导管故障监测原理示意图；

图3为本发明实施例提供的波导管故障监测方法示意图。

具体实施方式

为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的波导管故障监测系统示意图，如图1所示，本发明实施例提供一种波导管故障监测系统，该系统包括：采集终端和监控设备；

所述采集终端安装在目标波导管的固定支架上，用于检测所述目标波导管的固定支架与滑动支架之间的距离，并将检测到的距离信息上报至所述监控设备；

所述监控设备用于根据所述距离信息确定所述目标波导管是否出现变形故障。

具体来说，本发明实施例的目的是提供一种波导管故障监测系统，利用传感器技术，及时检测波导管膨胀拉长情况并上报监控设备显示预警，来实现防止波导管变形的功能。

系统整体架构分为两部分，采集终端和监控设备，其中，采集终端安装在波导管的固定支架上，采集终端中包括测距传感器，采集终端用于检测波导管的固定支架与滑动支架之间的距离，并将检测到的距离信息上报至监控设备。

监控设备可以是上位机，也可以部署在第三方云平台。监控设备用于根据波导管的固定支架与滑动支架之间的距离，确定波导管是否出现变形故障。

图2为本发明实施例提供的波导管故障监测原理示意图，如图2所示，因为存在热胀冷缩的效果，因此波导管的安装支架一般会采用滑动轨道支架进行固定，也就是波导管一端安装在固定支架上，另外一端安装在滑动支架上，这样便可以给波导管缩短和伸长提供伸缩空间，但是支架滑动长度有限，因此在温度过高的时候，膨胀伸长的距离会有超过滑动支架滑动距离的限制，便会出现变形，增加了地铁运行事故的风险，因此，可以通过距离传感器检测固定支架和滑动支架之间的距离变化来进行波导管的监测。

整体支架长度为d1，波导管长度为d2，可允许膨胀伸长的距离为d1-d2，因此，将采集终端安装在固定支架一端，通过测距传感器定时监测d2的距离可以实现波导管的监测。

如果波导管的固定支架与滑动支架之间的距离小于预设阈值，即，当d2小于d1的时候，则确定波导管为发生变形故障，可以认为波导管安全。

如果波导管的固定支架与滑动支架之间的距离等于预设阈值，即，当d2等于d1的时候，则确定波导管为发生变形故障。需要上报距离数据到云端以供工作人员进行预警。

本发明实施例提供的波导管故障监测系统，利用安装在波导管的固定支架上的采集终端，可以实时的采集波导管的固定支架与滑动支架之间的距离，并将该距离上报到监控设备，由监控设备根据该距离确定波导管是否出现变形故障，提高了波导管故障监测的及时性，提高了监测效率，降低了监测成本。

基于上述任一实施例，进一步地，所述采集终端包括MCU、测距传感器和通信模块；

所述测距传感器和所述通信模块分别与所述MCU相连接；

所述测距传感器用于检测所述目标波导管的固定支架与滑动支架之间的距离，并将检测到的距离信息发送到所述MCU，所述MCU用于控制所述通信模块将所述距离信息上报至所述监控设备。

具体来说，本发明实施例的采集终端包括MCU、测距传感器和通信模块，测距传感器和通信模块分别与MCU相连接，采集终端可以使用电池供电。

其中，测距传感器用于检测波导管的固定支架与滑动支架之间的距离，测距传感器将检测到的距离信息发送到MCU，MCU用于控制通信模块将距离信息上报至监控设备。

采集终端可以按照监控设备预先设置的周期值，周期性的上报距离信息，也可以根据监控设备下发的上报指令，临时上报距离信息。

本发明实施例提供的波导管故障监测系统，利用安装在波导管的固定支架上的采集终端，可以实时的采集波导管的固定支架与滑动支架之间的距离，并将该距离上报到监控设备，由监控设备根据该距离确定波导管是否出现变形故障，提高了波导管故障监测的及时性，提高了监测效率，降低了监测成本。

基于上述任一实施例，进一步地，所述采集终端包括MCU、第一测距传感器、第二测距传感器和通信模块；

所述第一测距传感器、所述第二测距传感器和所述通信模块分别与所述MCU相连接；

所述第一测距传感器用于检测所述目标波导管的固定支架与滑动支架之间的距离，并将检测到的第一距离信息发送到所述MCU；

所述第二测距传感器用于检测所述目标波导管的固定支架与滑动支架之间的距离，并将检测到的第二距离信息发送到所述MCU；

所述MCU用于根据所述第一距离信息和所述第二距离信息计算平均距离；并控制所述通信模块将所述平均距离上报至所述监控设备。

具体来说，为了提高距离检测的准确性，本实施例中的采集终端包含两个测距传感器，以两个测距传感器的测量值的平均值作为波导管的固定支架与滑动支架之间的距离的最终值。

即，采集终端包括MCU、第一测距传感器、第二测距传感器和通信模块，第一测距传感器、第二测距传感器和通信模块分别与MCU相连接。

其中，第一测距传感器用于检测波导管的固定支架与滑动支架之间的距离，并将检测到的第一距离信息发送到MCU。

第二测距传感器用于检测波导管的固定支架与滑动支架之间的距离，并将检测到的第二距离信息发送到MCU。

MCU用于根据第一距离信息和第二距离信息计算平均距离；并控制通信模块将平均距离上报至监控设备。计算平均距离的方式可以采用算术平均、几何平均和加权平均等。

本发明实施例提供的波导管故障监测系统，利用安装在波导管的固定支架上的采集终端，可以实时的采集波导管的固定支架与滑动支架之间的距离，并将该距离上报到监控设备，由监控设备根据该距离确定波导管是否出现变形故障，提高了波导管故障监测的及时性，提高了监测效率，降低了监测成本。

基于上述任一实施例，进一步地，所述监控设备部署在第三方云平台上。

具体来说，监控设备可以使用上位机，也可以是云端的监控设备。

为了便于远程和随时监控，本发明实施例中的监控设备部署在第三方云平台上。

部署在在第三方公有云上的监控设备，可以根据需要实现设备注册、自定义数据传输协议，自动解析上报数据，存储数据，进行数据显示以及绘制曲线。

采集终端通过互联网连接到部署在云平台上的监控设备，实现与监控设备的通信。

另外，监控设备可以将数据以曲线的形式显示在云端网页中，方便监控人员直观地查看。

云平台附带数据保存功能，最多可以保存一个月的历史信息，可以用来后续历史数据查询和分析。每一个波导管支架安装一个采集终端，就可以实现波导管的集中化监测，大大节省人力工作，降低因排查漏洞造成的安全风险。

本发明实施例提供的波导管故障监测系统，利用安装在波导管的固定支架上的采集终端，可以实时的采集波导管的固定支架与滑动支架之间的距离，并将该距离上报到监控设备，由监控设备根据该距离确定波导管是否出现变形故障，提高了波导管故障监测的及时性，提高了监测效率，降低了监测成本。

基于上述任一实施例，进一步地，所述通信模块为窄带物联网通信模块。

具体来说，窄带物联网NBiot无需自建基站，依托现有运营商基站的915MHz频段部分便可实现大规模远距离组网，部署相对较为方便。

本发明实施例中，采集终端中的通信模块采用NBiot通信模块，基于NBiot技术，移植现有的liteos轻量级片上操作系统，通过内置nb模块的AT固件驱动第三方NB模组，来实现采集终端与云端的监测设备对接功能。

例如，可以采用型号为BC35-G的NBiot通信模块，将数据按照固定数据协议上报至云端的监控设备。

本发明实施例提供的波导管故障监测系统，利用安装在波导管的固定支架上的采集终端，可以实时的采集波导管的固定支架与滑动支架之间的距离，并将该距离上报到监控设备，由监控设备根据该距离确定波导管是否出现变形故障，提高了波导管故障监测的及时性，提高了监测效率，降低了监测成本。

基于上述任一实施例，进一步地，所述采集终端还包括温度传感器；

所述温度传感器与所述MCU相连接；

所述温度传感器用于检测所述目标波导管周围的环境温度；

相应地，所述MCU还用于控制所述通信模块将所述温度传感器检测到的环境温度信息上报至所述监控设备；

所述监控设备还用于根据所述环境温度信息调整所述采集终端上报数据的时间间隔。

具体来说，波导管伸缩主要是由于温度的变化导致的，因此，本发明实施例，通过监测波导管周围环境的温度的变化来触发检测数据的上报。温度变化是一个缓变量，所以并不需要实时的进行检测，通过采集终端的MCU内部定时器，定时读取一次温度传感器来获取当前温度值，例如，可以5min读取一次，温度传感器可以采用型号为ds18b20的传感器。

监控设备根据波导管周围的环境温度信息调整采集终端上报数据的时间间隔。

例如，可以内部设定当温度超过30℃，加快距离的检测频率，当温度低于30℃，降低距离的检测频率，这样既保证了监测的实时性，又降低了功耗，实现采集终端的电池供电。

本发明实施例提供的波导管故障监测系统，利用安装在波导管的固定支架上的采集终端，可以实时的采集波导管的固定支架与滑动支架之间的距离，并将该距离上报到监控设备，由监控设备根据该距离确定波导管是否出现变形故障，提高了波导管故障监测的及时性，提高了监测效率，降低了监测成本。

基于上述任一实施例，进一步地，所述第一测距传感器为超声波测距传感器；所述第二测距传感器为红外测距传感器。

具体来说，为了提高距离检测的准确性，本实施例中的采集终端包含两个测距传感器，以两个测距传感器的测量值的平均值作为波导管的固定支架与滑动支架之间的距离的最终值。

即，采集终端包括MCU、第一测距传感器、第二测距传感器和通信模块，第一测距传感器、第二测距传感器和通信模块分别与MCU相连接。

其中，第一测距传感器用于检测波导管的固定支架与滑动支架之间的距离，并将检测到的第一距离信息发送到MCU。

第二测距传感器用于检测波导管的固定支架与滑动支架之间的距离，并将检测到的第二距离信息发送到MCU。

MCU用于根据第一距离信息和第二距离信息计算平均距离；并控制通信模块将平均距离上报至监控设备。计算平均距离的方式可以采用算术平均、几何平均和加权平均等。

采用两个传感器进行数据融合，可以保证测距精度达到厘米级。两个传感器的型号可以相同，也可以不同，实际应用中可以根据需要进行配置。

本实施例中，第一测距传感器选用超声波测距传感器，第二测距传感器选用红外测距传感器。

例如，第一测距传感器选用型号为SR04M的超声波测距传感器，测距精度可以达到2cm。第二测距传感器选用型号为GP2Y0A710K0F的红外测距传感器。

本发明实施例提供的波导管故障监测系统，利用安装在波导管的固定支架上的采集终端，可以实时的采集波导管的固定支架与滑动支架之间的距离，并将该距离上报到监控设备，由监控设备根据该距离确定波导管是否出现变形故障，提高了波导管故障监测的及时性，提高了监测效率，降低了监测成本。

图3为本发明实施例提供的波导管故障监测方法示意图，如图3所示，本发明实施例提供一种波导管故障监测方法，其执行主体为监控设备。该方法包括：

步骤S301、获取采集终端上报的目标距离；所述目标距离为所述采集终端检测到的目标波导管的固定支架与滑动支架之间的距离，所述采集终端安装在所述目标波导管的固定支架上。

具体来说，采集终端安装在波导管的固定支架上，采集终端中包括测距传感器，采集终端用于检测波导管的固定支架与滑动支架之间的距离，并将检测到的距离信息上报至监控设备。

监控设备获取采集终端上报的目标距离。

步骤S302、根据所述目标距离确定所述目标波导管是否出现变形故障。

具体来说，监控设备获取到采集终端上报的目标距离之后，根据波导管的固定支架与滑动支架之间的距离即可确定波导管是否出现变形故障。

本发明实施例提供的波导管故障监测方法，利用安装在波导管的固定支架上的采集终端，可以实时的采集波导管的固定支架与滑动支架之间的距离，并将该距离上报到监控设备，由监控设备根据该距离确定波导管是否出现变形故障，提高了波导管故障监测的及时性，提高了监测效率，降低了监测成本。

基于上述任一实施例，进一步地，所述波导管故障监测方法还包括：

获取所述采集终端上报的目标环境温度；所述目标环境温度为所述采集终端检测到的所述目标波导管周围的环境温度；

根据所述目标环境温度调整所述采集终端上报数据的时间间隔。

具体来说，波导管伸缩主要是由于温度的变化导致的，因此，本发明实施例，通过监测波导管周围环境的温度的变化来触发检测数据的上报。温度变化是一个缓变量，所以并不需要实时的进行检测，通过采集终端的MCU内部定时器，定时5min读取一次温度传感器来获取当前温度值，温度传感器可以采用型号为ds18b20的传感器。

在监测过程中，为了降低功耗采集终端也不需要实时的上报距离数据，首先，监控设备获取采集终端上报的波导管周围的环境温度。

在监控设备获取采集终端上报的波导管周围的环境温度之后，根据环境温度调整采集终端上报数据的时间间隔。

例如，可以内部设定当温度超过30℃，加快距离的检测频率，这样既保证了监测的实时性，又降低了功耗，实现采集终端的电池供电。

本发明实施例提供的波导管故障监测方法，利用安装在波导管的固定支架上的采集终端，可以实时的采集波导管的固定支架与滑动支架之间的距离，并将该距离上报到监控设备，由监控设备根据该距离确定波导管是否出现变形故障，提高了波导管故障监测的及时性，提高了监测效率，降低了监测成本。

基于上述任一实施例，进一步地，所述根据所述目标距离确定所述目标波导管是否出现变形故障，具体包括：

比较所述目标距离与预设距离阈值之间的大小；

若所述目标距离等于所述预设距离阈值，则确定所述目标波导管出现变形故障。

具体来说，图2为本发明实施例提供的波导管故障监测原理示意图，如图2所示，波导管的安装，因为存在热胀冷缩的效果，因此一般会采用滑动轨道支架进行固定，也就是波导管一端安装在固定支架上，另外一端安装在滑动支架上，这样便可以给波导管缩短和伸长提供伸缩空间，但是支架滑动长度有限，因此在温度过高的时候，膨胀伸长的距离会有超过滑动支架滑动距离的限制，便会出现变形，增加了地铁运行事故的风险，因此，可以通过距离传感器检测固定支架和滑动支架之间的距离变化来进行波导管的监测。

整体支架长度为d1，波导管长度为d2，可允许膨胀伸长的距离为d1-d2，因此，将采集终端安装在固定支架一端，通过测距传感器定时监测d2的距离可以实现波导管的监测。

监控设备根据波导管的固定支架与滑动支架之间的距离确定波导管是否出现变形故障的具体步骤如下：

首先，比较采集到的距离与预设距离阈值之间的大小，预设距离阈值即为整体支架长度d1。采集到的固定支架与滑动支架之间的距离为d2

如果波导管的固定支架与滑动支架之间的距离小于预设阈值，即，当d2小于d1的时候，则确定波导管为发生变形故障，可以认为波导管安全。

如果波导管的固定支架与滑动支架之间的距离等于预设阈值，即，当d2等于d1的时候，则确定波导管为发生变形故障。需要上报距离数据到云端以供工作人员进行预警。

本发明实施例提供的波导管故障监测方法，利用安装在波导管的固定支架上的采集终端，可以实时的采集波导管的固定支架与滑动支架之间的距离，并将该距离上报到监控设备，由监控设备根据该距离确定波导管是否出现变形故障，提高了波导管故障监测的及时性，提高了监测效率，降低了监测成本。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种波导管故障监测系统，其特征在于，包括：

采集终端和监控设备；

所述采集终端安装在目标波导管的固定支架上，用于检测所述目标波导管的固定支架与滑动支架之间的距离，并将检测到的距离信息上报至所述监控设备；

所述监控设备用于根据所述距离信息确定所述目标波导管是否出现变形故障；

如果所述目标波导管的固定支架与滑动支架之间的距离小于整体支架长度，则确定所述目标波导管未出现变形故障；

如果所述目标波导管的固定支架与滑动支架之间的距离等于整体支架长度，则确定所述目标波导管出现变形故障；

所述采集终端包括MCU、测距传感器和通信模块；

所述测距传感器和所述通信模块分别与所述MCU相连接；

所述测距传感器用于检测所述目标波导管的固定支架与滑动支架之间的距离，并将检测到的距离信息发送到所述MCU，所述MCU用于控制所述通信模块将所述距离信息上报至所述监控设备；

所述采集终端还包括温度传感器；

所述温度传感器与所述MCU相连接；

所述温度传感器用于检测所述目标波导管周围的环境温度；

相应地，所述MCU还用于控制所述通信模块将所述温度传感器检测到的环境温度信息上报至所述监控设备；

所述监控设备还用于根据所述环境温度信息调整所述采集终端上报数据的时间间隔。

2.根据权利要求1所述的波导管故障监测系统，其特征在于，所述采集终端包括MCU、第一测距传感器、第二测距传感器和通信模块；

所述第一测距传感器、所述第二测距传感器和所述通信模块分别与所述MCU相连接；

所述第一测距传感器用于检测所述目标波导管的固定支架与滑动支架之间的距离，并将检测到的第一距离信息发送到所述MCU；

所述第二测距传感器用于检测所述目标波导管的固定支架与滑动支架之间的距离，并将检测到的第二距离信息发送到所述MCU；

所述MCU用于根据所述第一距离信息和所述第二距离信息计算平均距离；并控制所述通信模块将所述平均距离上报至所述监控设备。

3.根据权利要求1所述的波导管故障监测系统，其特征在于，所述监控设备部署在第三方云平台上。

4.根据权利要求1所述的波导管故障监测系统，其特征在于，所述通信模块为窄带物联网通信模块。

5.根据权利要求2所述的波导管故障监测系统，其特征在于，所述第一测距传感器为超声波测距传感器；所述第二测距传感器为红外测距传感器。

6.根据权利要求1至5任一项所述的波导管故障监测系统的监测方法，其特征在于，包括：

获取采集终端上报的目标距离；所述目标距离为所述采集终端检测到的目标波导管的固定支架与滑动支架之间的距离，所述采集终端安装在所述目标波导管的固定支架上；

根据所述目标距离确定所述目标波导管是否出现变形故障；

所述根据所述目标距离确定所述目标波导管是否出现变形故障，具体包括：

比较所述目标距离与预设距离阈值之间的大小；

若所述目标距离小于所述预设距离阈值，则确定所述目标波导管未出现变形故障；

若所述目标距离等于所述预设距离阈值，则确定所述目标波导管出现变形故障；所述预设距离阈值为整体支架长度；

所述方法还包括：

获取所述采集终端上报的目标环境温度；所述目标环境温度为所述采集终端检测到的所述目标波导管周围的环境温度；

根据所述目标环境温度调整所述采集终端上报数据的时间间隔。

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