CN115218770A - 一种转辙机动作杆行程在线监测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于轨道交通安全领域，特别涉及一种转辙机动作杆行程在线监测方法及装置，用于解决现有转辙机位移监测要么结构复杂，要么位移监测技术安装和维护不便，且难以进行推广的问题。本发明将磁栅尺安装在转辙机动作杆上，将磁场感应传感器安装在转辙机外壳上；磁场感应传感器采集所述转辙机动作杆上的磁栅尺的磁场信号，并将磁场信号转换为电信号；磁信号采集单元依据磁场感应传感器转换的电信号分析出转辙机动作杆相对于转辙机外壳的位移距离和位移方向。本发明安装方式简单、牢固，尺寸固定，无需调整，便于现场安装维护，不影响现场维护操作，并能够精准监测转辙机动作杆全动作行程，可同时适应多型号转辙机的动作杆行程。
Description
技术领域
本发明属于轨道交通安全领域，特别涉及一种转辙机动作杆行程在线监测方法及装置。
背景技术
道岔是一种使机车车辆从一股道转入另一股道的线路连接设备，也是轨道的薄弱环节之一，通常在车站、编组站大量铺设。有了道岔，可以充分发挥线路的通过能力。即使是单线铁路，铺设道岔，修筑一段大于列车长度的叉线，就可以对开列车。道岔在铁路线路上起到重要作用。但由于道岔具有数量多、构造复杂、使用寿命短、限制列车速度、行车安全性低、 养护维修投入大等特点，与曲线、接头并称为轨道的三大薄弱环节。
转辙机是转换道岔的行车安全设备，包括电动转辙机、电液转辙机和电空转辙机，能够实现道岔转换、锁闭和监督功能。如图1所示，显示了道岔中关于基本轨、尖轨、翼轨和心轨的相对位置关系。转辙机动作杆是转辙机转换道岔的最后执行部件，动作杆一端与动作连接杆相连，间接带动尖轨；另一端与转辙机内齿条块连接，转辙机内电机通过齿条块带动动作杆运动。电液转辙机和电空转辙机动作杆的作用原理类似。
实践中，随着转辙机在相应道岔上服役时间越长，转辙机的的维护维修需求越大，因此在转辙机上设置各项监测项点能够为转辙机状态监测、故障判断和预判起到至关重要的作用。目前对转辙机设置监测的项点主要集中在缺口、表示杆位移、电流、温湿度等，针对动作杆位移的在线监测目前还没有成熟的技术和方法，转辙机动作杆位移是监测转辙机运行状态的一项重要参数，因此对动作杆位移进行监测非常有必要。
现有技术中，用于位移检测的方法主要是针对转辙机表示杆，用于转辙机表示杆位移检测的多种方法中：碰珠加微动开关的方式主要是进行定性测量，不能进行定量分析；霍尔位移传感器可以定量分析位移，但该方法实施成本较高，易受温度湿度影响，增加维护难度；视频监测的方式数据传输量大，增加了投资成本，另外，表示杆的缺口位移监测的识别方式主要基于表示杆上的固定标线，或者使用图像识别技术针对具体位置的距离进行识别，不适用于转辙机动作杆的位移检测；光栅尺的测量方法易受转辙机内部油污影响，增加了维护工作量，可行性差；激光测量的方式需要安装在表示杆、动作杆终端，安装空间受限，另外，该监测装置需要增加加热片用于维持装置正常运行，实施难度较高。
当前没有明确提出用于转辙机动作杆位移的检测装置和方法，个别提出针对表示杆和动作杆进行位移检测的方法或装置尚停留在理论阶段，没有具体方式方法说明，可行性差。
针对上述问题，专利CN111003022A公开了一种基于磁栅测量的道岔动作全过程监测方法及装置，该方法通过相应的磁传感器组各自读取主副表示杆上及摩擦连接器上磁栅尺中磁极的数量，并通过两条磁极的数量差值确定主副表示杆各自的绝对位置及摩擦联结器转动前后的绝对位置，以此来间接监测道岔的动作过程，该方法是对道岔动作过程的监测，而不是对转辙机动作杆的动作过程进行直接的监测，另外，该监测方法需要安装的传感器及磁栅数量较多，因转辙机内空间有限，实际使用中安装难度较大；专利CN114089349A提出了一种转辙机位移检测方法，可适用于转辙机内表示杆和动作杆的位移检测，该方法使用激光测量的方式，需要安装在表示杆、动作杆终端，安装空间受限，该监测装置还需要增加加热片用于维持装置正常运行，该方法仅停留在理论阶段，实际应用难度较大；专利CN111811384A提出一种表示杆相对及缺口数值的检测装置及方法，该方法是使用磁栅传感技术对转辙机表示杆相对位移及缺口数值进行监测，实现密贴缺口数值、斥离缺口数值及每次转换过程杆件位移量的在线监测，未提出针对转辙机动作杆的在线监测方法，也无法进行全动程的位移监测。
综上所述，现有转辙机位移监测要么结构复杂，要么位移监测技术在工程实施过程中安装和维护不便，且不便于推广应用。
因此转辙机设备迫切需要一种可适应多型号的动作杆行程在线监测方法。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种转辙机动作杆行程在线监测方法及装置，用于解决现有转辙机位移监测要么结构复杂，要么位移监测技术安装和维护不便，且难以进行推广的问题，相比于现有技术，安装方式简单、牢固，尺寸固定，无需调整，便于现场安装维护，不影响现场维护操作，并能够精准监测转辙机动作杆全动作行程，可同时适应多型号转辙机的动作杆行程。
一种转辙机动作杆行程在线监测方法，所述监测方法包括：通过磁栅尺和磁场感应传感器之间的相对运动，磁场感应传感器将经过的磁栅尺的磁场信号转换为电信号，并将电信号传输到磁信号采集单元；
磁信号采集单元通过接收到的电信号分析得出动作杆相对于转辙机外壳的位移信息。
进一步的，所述监测方法具体包括：
通过设置于转辙机动作杆上的磁栅尺和设置于转辙机外壳上的磁场感应传感器之间的相对移动，磁场感应传感器采集所述转辙机动作杆上的磁栅尺的磁场信号，并进行磁信号到模拟量的电信号的转换后，将模拟量的电信号通过信号线缆传输到磁信号采集单元；
磁信号采集单元通过内部的处理电路将接收到磁场感应传感器输出的模拟量的电信号转换为数字量的电信号，并进一步处理与分析得到动作杆相对于转辙机外壳的包括位移距离、位移方向和位移状态的位移信息，并通过有线或无线方式传输到总采集单元；
总采集单元是将各磁信号采集单元采集的信号进行汇总处理与分析，在线监测道岔及转换设备的到位情况并且对其转换过程的运行情况进行综合分析。
一种转辙机动作杆行程在线监测装置，包括磁栅尺、磁场感应传感器和磁信号采集单元；
所述磁栅尺，具有周期变化的磁场信号，用于与磁场感应传感器配合使用；
所述磁场感应传感器，用于在磁栅尺和磁场感应传感器之间相对运动时，将磁场感应传感器所经过的磁栅尺的磁场信号转换为电信号，并传输到磁信号采集单元；
所述磁信号采集单元，用于分析接收到的电信号，并得出动作杆相对于转辙机外壳的位移信息。
进一步的，所述在线监测装置还包括：信号线缆和总采集单元；
所述磁场感应传感器，通过设置于转辙机动作杆上的磁栅尺和设置于转辙机外壳上的磁场感应传感器之间的相对移动，磁场感应传感器采集所述转辙机动作杆上的磁栅尺的磁场信号，并进行磁信号到模拟量的电信号的转换后，将模拟量的电信号通过信号线缆传输到磁信号采集单元；
所述信号线缆，用于将磁场感应传感器得到的电信号传输到磁信号采集单元，以及用于为磁场感应传感器供电；
所述信号线缆采用一条同时用于电信号传输和磁场感应传感器供电，或采用多条分别用于电信号传输或磁场感应传感器供电；
所述磁信号采集单元，用于分析接收到的模拟量的电信号，通过内部的处理电路将接收到磁场感应传感器输出的模拟量的电信号转换为数字量的电信号，并进一步处理与分析，得到动作杆相对于转辙机外壳的包括位移距离、位移方向和位移状态的位移信息，并通过有线或无线方式传输到总采集单元；
所述总采集单元，用于将各磁信号采集单元采集的信号进行汇总处理与分析，在线监测道岔及转换设备的到位情况并且对其转换过程的运行情况进行综合分析。
进一步的，所述磁栅尺包括若干个相等节距的磁栅，所述磁栅尺上每两个完整的相等节距的磁栅长度为λ；
所述磁栅尺的磁栅的磁极排布为S极-N极或N极-S极的一种，所述两个完整的相等节距的磁栅的磁极排布为S极-N极-N极-S极或N极-S极-S极-N极中的一种；
所述具有周期变化的磁场信号的磁栅尺作为位移基准尺用于与磁场感应传感器配合使用监测位移信息；
所述磁场感应传感器用于将磁信号转换为电信号；所述磁场感应传感器内部有两个拾磁磁头，所述两个拾磁头的间距为（n±¼）λ的拾磁磁头，其中n为正整数。
进一步的，所述磁栅尺通过环氧胶灌封嵌入到转辙机动作杆表面的开槽内，磁栅尺嵌入动作杆后表面平整。
进一步的，所述磁场感应传感器通过安装装置以及转辙机既有安装螺栓固定在转辙机外壳的接点座上；
所述磁场感应传感器的感应面同磁栅尺表面保持平行，且磁场感应传感器的移动方向与磁栅尺长度方向保持平行。
进一步的，磁场感应传感器与磁栅尺表面距离控制在0-3mm；磁场感应传感器的安装位置和磁栅尺的嵌入范围相匹配，两者在动作杆行程范围内有效感应。
进一步的，磁场感应传感器与磁栅尺表面距离控制在0.5-1.5mm。
进一步的，磁场感应传感器通过检测移动经过的磁栅尺上磁栅个数和拾磁顺序将磁栅尺上的磁信号转换为电信号，之后将电信号传输至磁信号采集单元进行处理，磁信号采集单元通根据接收到的电信号分析得出动作杆相对转辙机外壳的位移距离、位移方向和位移状态。
本发明的转辙机动作杆行程在线监测方法及装置，可同时适应多型号转辙机的动作杆行程。本发明安装方式简单、牢固，尺寸固定，无需调整，便于现场安装维护，不影响现场维护操作，并能够精准监测转辙机动作杆全动作行程。
本发明首次提出将磁栅传感技术应用于在线监测转辙机动作杆位移的方法，也是当前用于在线监测动作杆位移的最具备可操作性的方法。本发明利用位置固定的磁头与嵌于动作杆上的磁栅尺的相对位置变化直接测得表示杆的位移变化。本发明是对动作杆动作过程中全部行程的在线监测，不是单纯的到位检测。
本发明中的磁场感应传感器安装于转辙机接点座的既有螺栓孔上，能够适应多种型号转辙机的内部结构，不影响转辙机的正常运行。
本发明结合电动转辙机可以可靠地转换道岔位置，改变道岔开通方向，锁闭道岔尖轨，反映道岔位置的重要的信号基础设备，它可以很好地保证行车安全，提高运输效率，改善行车人员的劳动强度。
本发明可以实时和在线监测转辙机的状态，可以实现集中化列车运营管理，保证了列车运营的信息化，从而有效保证了列车、地铁、高铁等有轨列车的行驶安全。
基于各种型号的转辙机固定的内部结构和转辙机内的标准尺寸，结合本发明的易安装和易维护的设计特点，易形成标准化的传感产品，安装方便，磁栅的形式不受机内油污及其他环境因素的影响，便于工程应用推广。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了道岔的示意图。
图2示出了根据本发明实施例的在线监测方法的流程示意图。
图3示出了根据本发明实施例的在线监测装置的示意图。
图4示出了根据本发明实施例的在线监测装置系统结构的示意图。
具体实施方式
为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、完整地说明，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例，都属于本发明保护的范围。
道岔是一种使机车车辆从一股道转入另一股道的线路连接设备，也是轨道的薄弱环节之一，通常在车站、编组站大量铺设。转辙机可以可靠地转换道岔位置，改变道岔开通方向，锁闭道岔尖轨。现有转辙机位移监测要么结构复杂，要么位移监测技术安装和维护不便，难以进行推广。
为此，本发明提供一种转辙机动作杆行程在线监测方法和一种转辙机动作杆行程在线监测装置。本发明安装方式简单、牢固，尺寸固定，无需调整，便于现场安装维护，不影响现场维护操作，并能够精准监测转辙机动作杆全动作行程，可同时适应多型号转辙机的动作杆行程。
第一方面，本发明提供了一种转辙机动作杆行程在线监测方法，所述监测方法包括：所述监测方法包括：通过磁栅尺和磁场感应传感器之间的相对运动，磁场感应传感器将经过的磁栅尺的磁场信号转换为电信号，并将电信号传输到磁信号采集单元；
磁信号采集单元通过接收到的电信号分析得出动作杆相对于转辙机外壳的位移信息。
本实施例可以实时和在线监测转辙机的状态，可以实现集中化列车运营管理，保证了列车运营的信息化，从而有效保证了列车、地铁、高铁等有轨列车的行驶安全。
本实施例中，所述监测方法具体包括：通过设置于转辙机动作杆上的磁栅尺和设置于转辙机外壳上的磁场感应传感器之间的相对移动，磁场感应传感器采集所述转辙机动作杆上的磁栅尺的磁场信号，并进行磁信号到模拟量的电信号的转换后，将模拟量的电信号通过信号线缆传输到磁信号采集单元；
磁信号采集单元通过内部的处理电路将接收到磁场感应传感器输出的模拟量的电信号转换为数字量的电信号，并进一步处理与分析得到动作杆相对于转辙机外壳的包括位移距离、位移方向和位移状态的位移信息，并通过有线或无线方式传输到总采集单元；
总采集单元是将各磁信号采集单元采集的信号进行汇总处理与分析，在线监测道岔及转换设备的到位情况并且对其转换过程的运行情况进行综合分析。
具体实施时，将磁栅尺安装在转辙机动作杆上，将磁场感应传感器安装在转辙机外壳上；磁场感应传感器采集所述转辙机动作杆上的磁栅尺的磁场信号，并将磁场信号转换为电信号；磁信号采集单元依据磁场感应传感器转换的电信号分析出转辙机动作杆相对于转辙机外壳的位移距离和位移方向。
本实施例结合电动转辙机实现远程在线电动转辙机切换控制和位移监测，可以可靠地转换道岔位置，改变道岔开通方向，锁闭道岔尖轨，反映道岔位置的重要的信号基础设备，它可以很好地保证行车安全，提高运输效率，改善行车人员的劳动强度。
第二方面，本发明提供了一种转辙机动作杆行程在线监测装置，包括磁栅尺、磁场感应传感器和磁信号采集单元；
所述磁栅尺，具有周期变化的磁场信号，用于与磁场感应传感器配合使用；
所述磁场感应传感器，用于在磁栅尺和磁场感应传感器之间相对运动时，将磁场感应传感器所经过的磁栅尺的磁场信号转换为电信号，并传输到磁信号采集单元；
所述磁信号采集单元，用于分析接收到的电信号，并得出动作杆相对于转辙机外壳的位移信息。
具体实施例中，本发明基于磁栅尺和磁场感应传感器，安装在动作杆上的磁栅尺和安装在转辙机外壳上的磁场感应传感器之间发生相对运动时，磁场感应传感器会采集经过的磁栅数量，将磁场信号转换为电信号传输到磁信号采集单元，磁信号采集单元进而实时获取运动方向和行程分析出动作杆相对于转辙机外壳的位移方向、位移距离和位移状态。
本发明中可以采用一条信号线缆同时承担供电和信号传递两种功能，也可以采用两条信号线缆分别进行供电和信号传递。
本发明安装方式简单、牢固，尺寸固定，无需调整，便于现场安装维护，不影响现场维护操作，并能够精准监测转辙机动作杆全动作行程。
本发明首次提出将磁栅传感技术应用于在线监测转辙机动作杆位移的方法，也是当前用于在线监测动作杆位移的最具备可操作性的方法。
本发明利用位置固定的磁头与嵌于动作杆上的磁栅尺的相对位置变化直接测得表示杆的位移变化。
本发明是对动作杆动作过程中全部行程的在线监测，不是单纯的到位检测。
本发明首次提出对动作杆进行全动程在线监测的方法，首次将磁栅传感技术应用于动作杆位移在线监测。
本实施例中，所述在线监测装置还包括：信号线缆和总采集单元；
所述磁场感应传感器，通过设置于转辙机动作杆上的磁栅尺和设置于转辙机外壳上的磁场感应传感器之间的相对移动，磁场感应传感器采集所述转辙机动作杆上的磁栅尺的磁场信号，并进行磁信号到模拟量的电信号的转换后，将模拟量的电信号通过信号线缆传输到磁信号采集单元；
所述信号线缆，用于将磁场感应传感器得到的电信号传输到磁信号采集单元，以及用于为磁场感应传感器供电；
所述信号线缆采用一条同时用于电信号传输和磁场感应传感器供电，或采用多条分别用于电信号传输或磁场感应传感器供电；
所述磁信号采集单元，用于分析接收到的模拟量的电信号，通过内部的处理电路将接收到磁场感应传感器输出的模拟量的电信号转换为数字量的电信号，并进一步处理与分析，得到动作杆相对于转辙机外壳的包括位移距离、位移方向和位移状态的位移信息，并通过有线或无线方式传输到总采集单元；
所述总采集单元，用于将各磁信号采集单元采集的信号进行汇总处理与分析，在线监测道岔及转换设备的到位情况并且对其转换过程的运行情况进行综合分析。
本发明安装方便，磁栅的形式不受机内油污及其他环境因素的影响，便于工程应用推广。
本发明中，磁信号采集单元输出的数字量电信号通过RS485的通讯方式、WIFI、5G网络，以及其它有线或无线方式传输至总采集单元。
各种型号的转辙机内部结构是固定的，因此本发明可适应多种转辙机的内部结构。同时基于转辙机内的标准尺寸，本发明易形成标准化的传感产品。
具体实施例中，本发明同样可以应用于其它监测直线位移的场景，比如道岔缺口的距离监测、转辙机表示杆位移监测以及进站列车位移监测等场景，实现位移方向、位移距离和位移状态的实时监控。
本实施例中，所述磁栅尺包括若干个相等节距的磁栅，所述磁栅尺上每两个完整的相等节距的磁栅长度为λ；
所述磁栅尺的磁栅的磁极排布为S极-N极或N极-S极的一种，所述两个完整的相等节距的磁栅的磁极排布为S极-N极-N极-S极或N极-S极-S极-N极中的一种；
所述具有周期变化的磁场信号的磁栅尺作为位移基准尺用于与磁场感应传感器配合使用监测位移信息；
所述磁场感应传感器用于将磁信号转换为电信号；所述磁场感应传感器内部有两个拾磁磁头，所述两个拾磁头的间距为（n±¼）λ的拾磁磁头，其中n为正整数。
具体实施例中，所述磁场感应传感器内部有两个拾磁磁头，用于磁场信号采集，并进行磁信号到电信号的转换，两拾磁头的间距为（n±¼）λ的拾磁磁头，通过鉴别两个拾磁磁头接收信号的相位差便可检测出磁头相对于磁栅尺的位移，因为两次在空间上相差¼λ，通过两个拾磁磁头接收信号的超前滞后关系便可得到磁头相对于磁栅尺的移动方向，因此磁场感应传感器输出的信号包括动作杆的运动距离信息和运动方向信息。
具体实施例中，磁栅式传感器结构简单，成本较低，采用磁场测量方式，不易受油污等外界因素影响，在恶劣工况下可正常工作。
本实施例中，磁栅尺通过环氧胶灌封嵌入到转辙机动作杆表面的开槽内，磁栅尺嵌入动作杆后表面平整。
具体实施例中，对转辙机动作杆上表面开槽，根据动作杆行程截取合适尺寸的磁栅尺，之后通过双面胶固定在动作杆上，再使用环氧胶将磁栅尺灌封在动作杆开槽内，待环氧胶凝固完全后，使用打磨机将灌封的灌封后的环氧胶表面打磨光滑，保证处理后的环氧胶表面和动作杆表面平整光滑，机械强度满足使用要求，确保不影响正常使用，之后将处理后的动作杆安装回转辙机内；表面平整，使用更加便利；同时平整的表面更有利于磁场感应传感器与磁栅尺表面距离的控制。
本实施例中，磁场感应传感器通过安装装置以及转辙机既有安装螺栓固定在转辙机外壳的接点座上；磁场感应传感器的感应面同磁栅尺表面保持平行，且磁场感应传感器的移动方向与磁栅尺长度方向保持平行。
具体实施例中，磁场感应传感器通过安装装置以及转辙机既有安装螺栓固定在转辙机接点座上，即将转辙机接点座固定在转辙机外壳上，安装过程中，先将既有安装螺栓拆卸，将安装有磁场感应传感器的安装装置放置到相应安装位置上，之后将既有安装螺栓紧固，确保安装方正、牢靠。
磁场感应传感器的感应面同磁栅尺表面保持平行，且磁场感应传感器的移动方向与磁栅尺长度方向保持平行，保证了位移监测行程的有效性，利用位置固定的磁头与嵌于动作杆上的磁栅尺的相对位置变化直接测得表示杆的位移变化。
磁场感应传感器通过安装装置以及转辙机既有安装螺栓固定在转辙机外壳的接点座上，磁场感应传感器与安装于转辙机动作杆上的磁栅尺配合使用，从而监测动作杆和转辙机外壳的相对位移距离、相对位移方向以及相对位移状态。
本实施例中，磁场感应传感器与磁栅尺表面距离控制在0-3mm；磁场感应传感器的安装位置和磁栅尺的嵌入范围相匹配，两者在动作杆行程范围内有效感应。
具体实施例中，磁场感应传感器的安装位置和磁栅尺的嵌入范围相匹配，从而实现动作杆行程范围内的全程监测。
本实施例中，磁场感应传感器与磁栅尺表面距离控制在0.5-1.5mm。
具体实施例中，磁栅的一个重要特点是磁栅尺与磁头处于非接触式的工作状态。磁栅的工作原理是磁电转换，为保证磁头有稳定的输出信号幅度，考虑到空气的磁阻很大，故磁栅尺与磁头之间不允许存在较大和可变的间隙。平整的磁栅尺表面，有利于磁场感应传感器与磁栅尺良好的距离控制，从而保证了信号稳定性。0.5-1.5mm是测得的磁场感应传感器与磁栅尺表面距离的最优控制距离。实际实施时，表面控制在0.5-1.5mm范围内某一个具体值上，比如0.5mm的距离。
本实施例中，磁场感应传感器通过检测移动经过的磁栅尺上磁栅个数和拾磁顺序将磁栅尺上的磁信号转换为电信号，之后将电信号传输至磁信号采集单元进行处理，磁信号采集单元通根据接收到的电信号分析得出动作杆相对转辙机外壳的位移距离、位移方向和位移状态。
具体实施例中，磁场感应传感器通过将磁场信号转换为电信号，磁信号采集单元分析磁场感应传感器转换的电信号，进而实时获取运动方向和行程分析出动作杆相对于转辙机外壳的位移方向、位移距离和位移状态。从而实现实时和在线监测转辙机的状态，可以实现集中化列车运营管理，保证了列车运营的信息化，从而有效保证了列车、地铁、高铁等有轨列车的行驶安全。
为使本领域的技术人员能更好的理解本发明，结合附图对本发明的原理阐述如下：
本发明提出一种转辙机动作杆行程在线监测方法，可用于转辙机动作杆在动作过程中的全行程变化监测。本发明基于磁栅尺和磁场感应传感器，磁栅尺（安装在动作杆上）和磁场感应传感器（安装在转辙机外壳上）之间发生相对运动时，磁场感应传感器会采集经过的磁栅数量，通过对采集到的磁栅数量进行分析和处理，进而实时获取运动方向和行程，及时掌握道岔安全状态，并对现场维护维修提供定量依据。所述方法安装简单方便，适应机内环境，长期稳定性好，可靠性高，测量精度可达±0.1mm。
所述监测方法中，包括5个主要部分：磁栅、磁场感应传感器、磁信号采集单元、信号线缆、安装装置。
图2示出了根据本发明实施例的在线监测方法的流程示意图。所述磁场感应传感器包括拾磁磁头1和拾磁磁头2两个磁头，两拾磁头的间距为（n±¼）λ。所述磁栅尺上每两个完整的磁栅长度为λ。通过磁栅尺和磁场感应传感器之间的相对运动，磁场感应传感器将经过的磁场信号转换为电信号传输到磁信号采集单元，磁信号采集单元通过接收到的电信号分析出动作杆相对于转辙机外壳的位移方向、位移距离和位移状态，并将电信号通过有线或无线方式传输到总采集单元。所述磁信号采集单元通过信号线缆与磁场感应传感器连接，所述信号线缆用于向磁场感应传感器供电以及把磁场感应传感器的输出信号传输到磁信号采集单元。总采集单元是将各磁信号采集单元以及其他采集单元采集信号进行汇总处理与分析，在线监测道岔及转换设备的到位情况并且对其转换过程的运行情况进行综合分析。
图3示出了根据本发明实施例的在线监测装置的示意图。图3示出了动作杆、磁栅尺、磁场感应传感器、磁信号采集单元、信号线缆和转辙机壳体的相对位置关系的一种；所述磁栅尺安装于转辙机的动作杆上，所述磁栅尺的长度方向与动作杆的位移方向一致；所述磁场感应传感器安装于转辙机的外壳上；所述磁信号采集单元通过信号线缆与磁场感应传感器连接。所述总采集单元与磁信号采集单元通过有线或无线方式连接。所述总采集单元可以设置在转辙机上，也可以设置在远程服务器上。所述总采集单元汇总磁信号采集单元以及其他采集单元的信号并处理。
如图2、图3所示，所述磁栅尺安装于转辙机动作杆上，用于动作杆定位。所述磁栅尺是将相等节距周期变化的磁信号录到磁栅尺上做为基准尺，如图3所示，所述磁栅尺上每两个完整的磁栅长度为λ。
如图2、图3所示，所述磁场感应传感器内部有两个拾磁磁头，用于磁场信号采集，并进行磁信号到电信号的转换，两拾磁头的间距为（n±¼）λ的拾磁磁头，通过鉴别两个拾磁磁头接收信号的相位差便可检测出磁头相对于磁栅尺的位移，因为两次在空间上相差¼λ，通过两个拾磁磁头接收信号的超前滞后关系便可得到磁头5相对于磁栅尺的移动方向，因此磁场感应传感器输出的信号包括动作杆的运动距离信息和运动方向信息。
如图2、图3所示，所述磁信号采集单元用于磁场感应传感器输出电信号的进一步处理与分析。
如图2、图3所示，所述总采集单元是将各磁信号采集单元采集信号进行汇总处理与分析，用于在线监测道岔及转换设备的到位情况并且对其转换过程的运行情况进行综合分析。
如图3所示，所述信号线缆用于磁场感应传感器输出电信号的传输和传感器供电。
图4示出了根据本发明实施例的在线监测装置系统结构的示意图。图4示出了磁栅尺、动作杆、信号线缆、磁场感应传感器、安装装置、安装螺栓和转辙机接点座的相对位置关系。所述磁栅尺沿动作杆长度方向设置，并且设置于动作杆的一侧。磁栅尺通过环氧胶灌封嵌入到转辙机动作杆表面的开槽内，磁栅尺嵌入动作杆后表面平整。所述磁场感应传感器通过安装装置以及转辙机既有安装螺栓固定在转辙机外壳的接点座上，所述磁场感应传感器设置于接点座的一侧，所述安装装置呈L型，所述安装装置的长度方向与磁栅尺长度方向垂直，所述磁场感应传感器与信号线缆相连接。
所述用于转辙机动作杆行程的在线监测方法的系统结构如图4所示，它包括：磁栅尺、磁场感应传感器、信号线缆、安装装置等。
在实际应用中，对转辙机动作杆上表面开槽，磁栅尺通过环氧胶灌封嵌入到动作杆开槽上，灌封后动作杆机械强度满足使用要求，表面平整，不影响正常使用；磁场感应传感器通过安装装置以及转辙机既有安装螺栓固定在转辙机接点座上（转辙机接点座固定在转辙机外壳上），磁场感应传感器的感应面需同磁栅尺表面保持平行，距离控制在0.5-1.5mm，磁场感应传感器的安装位置和磁栅尺的镶嵌范围能保证在动作杆行程范围内两者能够有效感应。在动作杆的动作过程中，磁场感应传感器通过检测磁栅尺上磁栅个数和拾磁顺序换算出动作杆运动的距离和方向信息，之后将信号传输至磁信号采集单元进行统一处理。
本发明安装方式简单、牢固，尺寸固定，无需调整，便于现场安装维护，不影响现场维护操作，并能够精准监测转辙机动作杆全动作行程。
本发明可以实时和在线监测转辙机的状态，可以实现集中化列车运营管理，保证了列车运营的信息化，从而有效保证了列车、地铁、高铁等有轨列车的行驶安全，提高运输效率，改善行车人员的劳动强度。
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 (10)
1.一种转辙机动作杆行程在线监测方法，其特征在于，所述监测方法包括：通过磁栅尺和磁场感应传感器之间的相对运动，磁场感应传感器将经过的磁栅尺的磁场信号转换为电信号，并将电信号传输到磁信号采集单元；
磁信号采集单元通过接收到的电信号分析得出动作杆相对于转辙机外壳的位移信息。
2.根据权利要求1所述的一种转辙机动作杆行程在线监测方法，其特征在于，所述监测方法具体包括：
通过设置于转辙机动作杆上的磁栅尺和设置于转辙机外壳上的磁场感应传感器之间的相对移动，磁场感应传感器采集所述转辙机动作杆上的磁栅尺的磁场信号，并进行磁信号到模拟量的电信号的转换后，将模拟量的电信号通过信号线缆传输到磁信号采集单元；
磁信号采集单元通过内部的处理电路将接收到磁场感应传感器输出的模拟量的电信号转换为数字量的电信号，并进一步处理与分析得到动作杆相对于转辙机外壳的包括位移距离、位移方向和位移状态的位移信息，并通过有线或无线方式传输到总采集单元；
总采集单元是将各磁信号采集单元采集的信号进行汇总处理与分析，在线监测道岔及转换设备的到位情况并且对其转换过程的运行情况进行综合分析。
3.一种转辙机动作杆行程在线监测装置，其特征在于，包括磁栅尺、磁场感应传感器和磁信号采集单元；
所述磁栅尺，具有周期变化的磁场信号，用于与磁场感应传感器配合使用；
所述磁场感应传感器，用于在磁栅尺和磁场感应传感器之间相对运动时，将磁场感应传感器所经过的磁栅尺的磁场信号转换为电信号，并传输到磁信号采集单元；
所述磁信号采集单元，用于分析接收到的电信号，并得出动作杆相对于转辙机外壳的位移信息。
4.根据权利要求3所述的一种转辙机动作杆行程在线监测装置，其特征在于，所述在线监测装置还包括：信号线缆和总采集单元；
所述磁场感应传感器，通过设置于转辙机动作杆上的磁栅尺和设置于转辙机外壳上的磁场感应传感器之间的相对移动，磁场感应传感器采集所述转辙机动作杆上的磁栅尺的磁场信号，并进行磁信号到模拟量的电信号的转换后，将模拟量的电信号通过信号线缆传输到磁信号采集单元；
所述信号线缆，用于将磁场感应传感器得到的电信号传输到磁信号采集单元，以及用于为磁场感应传感器供电；
所述信号线缆采用一条同时用于电信号传输和磁场感应传感器供电，或采用多条分别用于电信号传输或磁场感应传感器供电；
所述磁信号采集单元，用于分析接收到的模拟量的电信号，通过内部的处理电路将接收到磁场感应传感器输出的模拟量的电信号转换为数字量的电信号，并进一步处理与分析，得到动作杆相对于转辙机外壳的包括位移距离、位移方向和位移状态的位移信息，并通过有线或无线方式传输到总采集单元；
所述总采集单元，用于将各磁信号采集单元采集的信号进行汇总处理与分析，在线监测道岔及转换设备的到位情况并且对其转换过程的运行情况进行综合分析。
5.根据权利要求3或4中任意一项所述的一种转辙机动作杆行程在线监测装置，其特征在于，所述磁栅尺包括若干个相等节距的磁栅，所述磁栅尺上每两个完整的相等节距的磁栅长度为λ；
所述磁栅尺的磁栅的磁极排布为S极-N极或N极-S极的一种，所述两个完整的相等节距的磁栅的磁极排布为S极-N极-N极-S极或N极-S极-S极-N极中的一种；
所述具有周期变化的磁场信号的磁栅尺作为位移基准尺用于与磁场感应传感器配合使用监测位移信息；
所述磁场感应传感器用于将磁信号转换为电信号；所述磁场感应传感器内部有两个拾磁磁头，所述两个拾磁头的间距为（n±¼）λ的拾磁磁头，其中n为正整数。
6.根据权利要求3或4中任意一项所述的一种转辙机动作杆行程在线监测装置，其特征在于，所述磁栅尺通过环氧胶灌封嵌入到转辙机动作杆表面的开槽内，磁栅尺嵌入动作杆后表面平整。
7.根据权利要求3或4中任意一项所述的一种转辙机动作杆行程在线监测装置，其特征在于，所述磁场感应传感器通过安装装置以及转辙机既有安装螺栓固定在转辙机外壳的接点座上；
所述磁场感应传感器的感应面同磁栅尺表面保持平行，且磁场感应传感器的移动方向与磁栅尺长度方向保持平行。
8.根据权利要求3或4中任意一项所述的一种转辙机动作杆行程在线监测装置，其特征在于，磁场感应传感器与磁栅尺表面距离控制在0-3mm；磁场感应传感器的安装位置和磁栅尺的嵌入范围相匹配，两者在动作杆行程范围内有效感应。
9.根据权利要求3或4中任意一项所述的一种转辙机动作杆行程在线监测装置，其特征在于，磁场感应传感器与磁栅尺表面距离控制在0.5-1.5mm。
10.根据权利要求4所述的一种转辙机动作杆行程在线监测装置，其特征在于，磁场感应传感器通过检测移动经过的磁栅尺上磁栅个数和拾磁顺序将磁栅尺上的磁信号转换为电信号，之后将电信号传输至磁信号采集单元进行处理，磁信号采集单元通根据接收到的电信号分析得出动作杆相对转辙机外壳的位移距离、位移方向和位移状态。
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|---|---|---|---|---|
| CN117741512A (zh) * | 2024-02-20 | 2024-03-22 | 山东铁路投资控股集团有限公司 | 一种基于神经网络的转辙机状态检测方法及系统 |
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| CN117741512B (zh) * | 2024-02-20 | 2024-06-07 | 山东铁路投资控股集团有限公司 | 一种基于神经网络的转辙机状态检测方法及系统 |
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