CN111016972B - 车载式自动过分相地感器的检测系统及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铁路领域，目的是提供车载式自动过分相地感器的检测系统，本系统安装于铁路供电或工务检测车或作业车上，随着检测车的运行对地面磁感器的安装位置、磁场强度进行自动检测分析，对超限数据自动生成缺陷报告和报表，极大的方便了铁路部门对自动过分相地面磁感应器设备的状态检测和管理，实现车辆测速、定位、磁通量测量、缺陷分析报警等功能，本发明结构合理，实用性强，适合推广。

Description

车载式自动过分相地感器的检测系统及其检测方法

技术领域

本发明涉及铁路检测设备领域，具体涉及车载式自动过分相地感器的检测系统及其检测方法。

背景技术

随着电力机车运行速度的提高，在准高速、高速线上每小时将通过多个接触网电分相区域，电力机车利用车载式自动过分相装置感应安装在地面轨枕上的磁感应器发出的磁型号，从而控制电力机车断电通过电分相区域，确保电气化铁路的运行安全。但是地面磁感应器随着时间的推移，会发生磁力衰减甚至消退的情况。此外铁路部门维修、更换轨道、枕木的时候，可能会导致地面磁感器发生丢失的情况。为了保证机车过分相时的安全运行，就必须确保地面磁感器达到正常的工作条件。目前铁路部门普遍采用人工步行巡视的方式对该设备的工作状态进行巡检。这种工作方式由于测量方式、测试工具不同，存在误判的可能性，且工作量巨大、工作效率低下。

CN201821209434.2,一种电力机车自动过分相地面感应器，本发明公开了一种电力机车自动过分相地面感应器，包括设置在每个过分相区段的地面感应机构和对所述地面感应机构进行自检的自动监测模块，所述地面感应机构的数量为四个，四个所述地面感应机构均包括永久性磁铁和锁紧机构，所述铁路轨枕的底部设置有底板，所述永久性磁铁的上方设置有固定壳体，所述锁紧机构连接于固定壳体与底板之间；所述自动监测模块包括控制器以及无线通信模块，所述控制器的输入端接有用于磁场传感器、设置在固定壳体与永久性磁铁之间的第一压力传感器与位移传感器以及设置在铁路轨枕与底板之间的第二压力传感器。本发明结构简单，方便更换维修，减少工作人员的劳动强度，省时省力，实用性强，但当感应器出现故障时，需要人工进行铁轨上的勘察，耗时耗力。

因此,需要一种车载式自动过分相地感器的检测系统，能够利用车体在铁轨上运动自动检测磁感应器是否正常工作，能够实时的定位车体的位置，实现故障位置的精确定位。

发明内容

本发明目的在于提供车载式自动过分相地感器的检测系统，该系统随着检测车的运行对地面磁感器的安装位置、磁场强度进行自动检测分析，对超限数据自动生成缺陷报告和报表，极大的方便了铁路部门对自动过分相地面磁感应器设备的状态检测和管理，本发明结构合理，设计巧妙，适合推广；

为实现上述目的，一方面，本发明所采用的技术方案是：车载自动过分相地面磁感应器的检测系统，包括安装在车体上的检测装置，所述检测装置包括有感应模块、定位模块和处理模块；

所述感应模块包括有速度传感器和若干个磁感应器，所述速度传感器用于获取所述车体的运行速度数据，所述磁感应模块用于获取所述车体运行路径上的地感器磁通量数据；

所述定位模块包括有GPS天线，所述GPS天线用于获取所述车体当前位置的经纬度数据；

所述处理模块包含有信号采集板和主机单元，所述信号采集板与所述感应模块连接，所述信号采集板接收到所述车体的运行速度数据和地感器磁通量数据并将处理后的数据发送至所述主机单元，所述主机单元结合所述经纬度数据进行判断并得出相应的缺陷分析报告。

通过上述技术手段，该系统随着检测车的运行对地面磁感器的安装位置、磁场强度进行自动检测分析，对超限数据自动生成缺陷报告和报表，极大的方便了铁路部门对自动过分相地面磁感应器设备的状态检测和管理，本发明结构合理，设计巧妙，适合推广。

优选的，所述定位模块还包括有惯性导航装置，所述GPS天线的输出端与所述惯性导航装置连接，所述惯性导航装置向所述主机单元发送所述车体当前位置的经纬度数据。

优选的，所述GPS天线位于所述车体顶部，所述惯性导航装置以及所述处理模块设置在所述车体内部，所述车体内部还设置有电源单元，所述检测装置由所述电源单元供电。

优选的，所述车体的车底上错位安装有若干个磁感应器，若干所述磁感器依次编号。

优选的，所述速度传感器安装在所述车体的轮轴上，其中，所述速度传感器跟随所述车体的轮轴转动。

另一方面，车载式自动过分相地感器的检测方法，包括下列步骤：

S1:所述信号采集模板对所述车体的运行速度数据和地感器磁通量数据进行滤波处理；

S2:所述主机单元中还包括有线路基础数据库，所述线路基础数据库划分为不同的杆号和公里标区间，所述主机单元通过结合所述经纬度信息确定所述车体对应的所述杆号和所述公里标区间；

S3:所述车体运行路径为公里标区间，对所述主机单元接收到的地感器所发出的地感器的磁通量数据进行统计；

S4：根据统计结果判断系统出现异常缺陷，所述主机单元得出缺陷分析报告。

优选的，所述S3中，所述车体在铁轨上行驶，所述地感器设置在铁轨的轨枕上，所述公里标区间的铁轨上依次分布有若干地感器。

优选的，所述S3中，所述信号采集板上设置有A/D转换模块，所述A/D转换模块将所述磁感应器发出的模拟信号转换成数字信号得到对应的磁通量数值，并发送至所述主机单元。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1.车顶主要由GPS天线构成，用于连接卫星获取当前设备所在的经纬度信息。车内设备由电源单元、惯导、主机单元、信号采集板及对应的软件组成，主要实现车辆测速、定位、磁通量测量、缺陷分析报警等功能；

2.通过的对磁通量数字信号的分析处理，实现磁传感器安装顺序错误、消磁、磁通量衰减等缺陷的自动分析，并生成相关的缺陷分析报告、报表；

3.系统出现了异常缺陷能够将相关的原始数据、检测分析结果、车速、地理位置等信息保存汇总从而形成缺陷分析报告，方便相关专业人员对该缺陷进行进一步的处理操作。

附图说明

图1为车载自动过分相地面磁感应器的检测系统的结构图；

图2为本发明的实施例中系统在车体分部结构图；

图3为本发明的实施例中速度编码器工作原理图；

图4为本发明的实施例中机车车辆蛇形运动示意图；

图5为本发明的实施例的定位示意图；

图6为本发明的实施例的磁感应器在车体上的安装图。

具体实施方式

下面结合本发明的附图1～6，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“逆时针”、“顺时针”“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1：

图1为本发明车载式自动过分相地感器的检测系统的结构图；

车载自动过分相地面磁感应器的检测装置，包括安装在车体上的检测装置，所述检测装置包括有感应模块、定位模块和处理模块；

所述感应模块包括有速度传感器和若干个磁感应器，所述速度传感器用于获取所述车体的运行速度数据，所述磁感应模块用于获取所述车体运行路径上的地感器磁通量数据；所述定位模块包括有GPS天线，所述GPS天线用于获取所述车体当前位置的经纬度数据；所述处理模块包含有信号采集板和主机单元，所述信号采集板与所述感应模块连接，所述信号采集板接收到所述车体的运行速度数据和地感器磁通量数据并将处理后的数据发送至所述主机单元，所述主机单元结合所述经纬度数据进行判断并得出相应的缺陷分析报告。

值得说明的是，请参照图1，车顶主要由GPS天线构成，用于连接卫星获取当前设备所在的经纬度信息。车内设备由电源单元、惯导、主机单元、信号采集板及对应的软件组成，主要实现车辆测速、定位、磁通量测量、缺陷分析报警等功能。

值得说明的是，请参照图3，本实施例中车速测量计算：速度的测量计算通过在列车轮轴上安装光电编码式速度传感器来实现，该传感器的转轴随着电力机车轮轴一起转动，且每转动一圈输出200个脉冲信号，信号采集板接收并处理该脉冲信号从而计算得到电力机车的运行速度信息，假设列车车轮的直径为d，其周长C可以按照下列公式计算得出：

C＝π×d

假设单位时间T内系统采集到的传感器输出的脉冲数量为P，则该时间内列车车轮实际行驶过的距离L为：

这里的[]内为取整符号，％为求余数符号。据此计算出当前的车速V如下：

值得说明的是，关于定位，请参照图4，由于机车车辆轮毂踏面为圆锥形，在其行进过程中并非按照直线方向行驶，而是按照“一左一后”的方式进行蛇形运动，因此，如果按照速度乘以时间的方式计算机车前行的距离，将会产生很大的测量误差，本实施例的定位功能由惯性导航装置(以下简称惯导)、速度传感器、线路基础数据库并结合相关的软件处理程序构成。系统通过惯导获取电力机车当前所在位置的经纬度信息，结合图3所示的线路基础数据库可以将其转换为支柱杆号和公里标信息。即：如图5所示将惯导跟线路基础数据库进行结合，即可得到车辆当前经过了哪个接触网支柱以及公里标信息。由于相邻两个接触网支柱之间的距离通常为30至70米之间，在相邻两个支柱之间通过速度传感器得到车辆行驶的里程数据，并在支柱处结合线路基础数据库进行校正，即可得到准确的车辆当前所在位置的公里标信息。请参照下列表1为线路基础数据库示例：

表1

值得说明的是，地感器磁通量测量：检测模块由磁传感器、信号采集板、主机等构成。铁路线路中的分相装置一般位于线路中性区段内，该中性区段的前后各有两根轨枕上安装有地磁感应器。即：电力机车正常行驶过程中需要依次通过1#轨枕，2#轨枕，3#轨枕，4#轨枕，为了判断4根轨枕上的地感器安装顺序是否正确、磁通量强度是否正常，需要在电力机车车底4个角落分别安装4个磁传感器，请参照图6。

值得说明的是，磁传感器输出的信号为模拟量，经过车内信号处理板做A/D转换变为数字信号，并进行标定转换将其变为实际的磁通量数值，该数值通过网络发送给主机中的采集分析软件，从而进行后续的缺陷分析报警。

实施例2：

在实施例1的基础上，车载式自动过分相地感器的检测方法，

S1:所述信号采集模板对所述车体的运行速度数据和地感器磁通量数据进行滤波处理；

S2:所述主机单元中还包括有线路基础数据库，所述线路基础数据库划分为不同的杆号和公里标区间，所述主机单元通过结合所述经纬度信息确定所述车体对应的所述杆号和所述公里标区间；

S3:所述车体运行路径为公里标区间，对所述主机单元接收到的地感器所发出的地感器的磁通量数据进行统计；

S4：根据统计结果判断系统出现异常缺陷，所述主机单元得出缺陷分析报告。

值得说明的是，采集软件接收到磁通量数据后，将进行如下缺陷分析操作：进行滤波操作将原始数据中的噪声、杂波信号予以过滤；判断系统是否在某个运行里程内(170+35+中性区段+35+170米)接收到4个磁传感器的信号，如果少于4个，则判定线路中某个轨枕上没有按照规定安装磁感器，或者某个轨枕上的磁感器损坏或发生消磁事故；根据线路中4根轨枕上地感器的安装位置，判断系统接收到的4个磁传感器信号顺序是否正确。即：当电力机车在上行方向行驶时，系统应该依次接收到1#，2#，4#，3#磁传感器的信号；当电力机车在下行方向行驶时，系统应该依次接收到3#，4#，2#，1#磁传感器的信号；如果系统实际接收到信号的顺序不符合上述规则，则判定线路中的磁感器左右安装顺序错误事故；判断4个磁传感器的采集的磁通量数值T＝{T1，T2，T3，T4}是否超过规定的阈值T0(目前铁路行业的经验阈值T为36高斯)。即：如果T<T0，判定线路汇总对应的地磁器发生磁通量衰减事故；当采集软件判断发现以上任意一种情况发生时，系统都认为出现了异常缺陷并将相关的原始数据、检测分析结果、车速、地理位置等信息保存汇总从而形成缺陷分析报告，方便相关专业人员对该缺陷进行进一步的处理操作。

值得说明的是，本实施例利用安装在列车轮轴上的速度传感器进行车辆行驶速度的测量，车轮每旋转一圈该传感器就输出200个脉冲信号。由于列车车轮直径一般为840mm，即：车轮旋转一周将行驶3.14*840＝2637.6mm，每输出一个脉冲信号相当于列车前行了13.188mm，统计单位时间内输出的脉冲数量即可计算得到车辆的准确行驶速度。

值得说明的是，本实施例的定位模块利用速度传感器、惯导输出的信号并结合线路基础数据库进行。其中，速度传感器辅助进行车辆行驶里程的计算，考虑到单一的运用GPS天线进行定位，当车辆在隧道内运行，GPS天线被遮挡无法接收到卫星的经纬度数据时，就会造成定位的偏差，因此结合惯性导航装置(惯导)，惯导在隧道外通过连接至GPS/北斗卫星提供经纬度信息，惯导在隧道内利用惯性导航算法提供车辆运行经纬度数据。同时，将车辆长期行驶过程中积累的大量线路支柱经纬度数据、铁路管理部门提供的线路支柱杆号数据、行车公里标数据等信息予以结合，形成线路基础数据库，从而方便车辆当前行驶位置的精确定位。

值得说明的是，本发明在机车底部4个角落分别安装4个磁传感器，可以实现轨枕上磁感器安装顺序、磁场强度的测量计算。

值得说明的是，本检测装置可以安装在铁路管理部门(供电、工务、电务)的检测车上，也可以安装在作业车上。如果安装于作业车上，可以接入作业车自带的GYK,LKJ设备，接收机车上的线路、行别、公里标等信息，进一步增强定位精度。

综上所述，本发明的实施原理为：利用速度传感器、惯导输出的信号并结合线路基础数据库进行。其中，速度传感器辅助进行车辆行驶里程的计算，惯导在隧道外通过连接至GPS/北斗卫星提供经纬度信息，惯导在隧道内利用惯性导航算法提供车辆运行经纬度数据。同时，将车辆长期行驶过程中积累的大量线路支柱经纬度数据、铁路管理部门提供的线路支柱杆号数据、行车公里标数据等信息予以结合，形成线路基础数据库，从而方便车辆当前行驶位置的精确定位，通过的对磁通量数字信号的分析处理，实现磁传感器安装顺序错误、消磁、磁通量衰减等缺陷的自动分析，并生成相关的缺陷分析报告、报表，本发明结构合理，设计巧妙，适合推广。

Claims (1)

1.车载式自动过分相地感器的检测方法，包括应用车载式自动过分相地感器的检测方法的车载式自动过分相地感器的检测系统，其特征在于，所述的车载式自动过分相地感器的检测系统包括安装在车体上的检测装置，所述检测装置包括有感应模块、定位模块和处理模块；

所述感应模块包括有速度传感器和若干个磁感应器，所述速度传感器用于获取所述车体的运行速度数据，所述磁感应器用于获取所述车体运行路径上的地感器磁通量数据；

所述定位模块包括有GPS天线，所述GPS天线用于获取所述车体当前位置的经纬度数据；

所述处理模块包含有信号采集板和主机单元，所述信号采集板与所述感应模块连接，所述信号采集板接收到所述车体的运行速度数据和地感器磁通量数据并将处理后的数据发送至所述主机单元，所述主机单元结合经纬度数据进行判断并得出对应的地感器是否故障；

所述定位模块还包括有惯性导航装置，所述GPS天线的输出端与所述惯性导航装置连接，所述惯性导航装置向所述主机单元发送所述车体当前位置的经纬度数据；

所述GPS天线位于所述车体顶部，所述惯性导航装置以及所述处理模块设置在所述车体内部，所述车体内部还设置有电源单元，所述检测装置由所述电源单元供电；

所述车体的车底上错位安装有若干个磁感应器，若干所述磁感应器依次编号；

所述速度传感器安装在所述车体的轮轴上，其中，所述速度传感器跟随所述车体的轮轴转动；

包括下列步骤：

S1:所述信号采集模板对所述车体的运行速度数据和地感器磁通量数据进行滤波处理；

S2:所述主机单元中还包括有线路基础数据库，所述线路基础数据库划分为不同的杆号和公里标区间，所述主机单元通过结合经纬度信息确定所述车体对应的所述杆号和所述公里标区间；

S3:所述车体运行路径为公里标区间，对所述主机单元接收到的地感器所发出的地感器的磁通量数据进行统计；

S4：根据统计结果判断系统出现异常缺陷，所述主机单元得出缺陷分析报告；包括，采集软件接收到磁通量数据后，进行滤波操作将原始数据中的噪声、杂波信号予以过滤；判断系统是否在某个运行里程内接收到4个磁传感器的信号，如果少于4个，则判定线路中某个轨枕上没有按照规定安装磁感器，或某个轨枕上的磁感器损坏或发生消磁事故；根据线路中4根轨枕上地感器的安装位置，判断系统接收到的4个磁传感器信号顺序是否正确，即：当电力机车在上行方向行驶时，系统应该依次接收到1#，2#，4#，3#磁传感器的信号；当电力机车在下行方向行驶时，系统应该依次接收到3#，4#，2#，1#磁传感器的信号；若系统实际接收到信号的顺序不符合上述规则，则判定线路中的磁感器左右安装顺序错误事故；判断4个磁传感器的采集的磁通量数值T＝{T1，T2，T3，T4}是否超过规定的阈值T0，即：如果T<T0，判定线路汇总对应的地磁器发生磁通量衰减事故；当采集软件判断发现以上任意一种情况发生时，系统都认为出现了异常缺陷并将相关的原始数据、检测分析结果、车速、地理位置信息保存汇总从而形成缺陷分析报告；

所述S3中，所述车体在铁轨上行驶，所述地感器设置在铁轨的轨枕上，所述公里标区间的铁轨上依次分布有若干地感器；

所述S3中，所述信号采集板上设置有A/D转换模块，所述A/D转换模块将所述磁感应器发出的模拟信号转换成数字信号得到对应的磁通量数值，并发送至所述主机单元。

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