CN116248138A - 一种扩展型接收线圈 - Google Patents

Abstract

本发明的扩展型接收线圈，在线圈中增加姿态传感器模块、振动传感器模块、测距模块、导航定位模块及该新增模块用的通信线缆；姿态传感器模块对接收线圈的安装姿态实时进行监测，振动传感器模块对车辆运行中的晃动情况进行记录并上传服务器；测距模块在判断线圈安装高度、安装位置的同时，可用于判断机车轮对磨损情况，导航定位模块对列车实时定位，将定位信息发送给服务器。本发明的技术优势：对接收线圈的安装姿态进行实时监测和告警；综合多车线路信息，对列车的晃动异常进行分析和定位，根据导航盒定位模块信息，结合车辆线路信息，避免出现区间占用的错误判断引起不必要的紧急制动甚至追尾事故。

Description

一种扩展型接收线圈

技术领域

本发明涉及一种扩展型接收线圈。

背景技术

目前机车所用接收轨道电路信号的接收线圈功能单一，仅用来接收轨道电路信号。

目前接收线圈主要由外壳、安装结构件、线缆、线包组成：外壳起到防护作用同时不影响电磁感应功能的实现，避免列车运行中飞溅物对接收线圈内部线包的影响；安装结构件用于将接收线圈安装在机车第一轮对前的车体或转向架上；线包通过电磁感应的方式接收地面轨道电路信号，用于指示前方区间的列车占用状态；线缆将线包接收到的地面轨道电路信号传输给车载接收设备。

目前接收线圈存在如下不足：

现有接收线圈为被动接收装置，对自身姿态异常无法进行故障监测，当接收线圈姿态发生变化(例如距离钢轨高度及与钢轨中心距发生偏移超过标准范围)，会造成车载接收设备接收到超过正常范围幅度的信号(例如无法接收到信号、或接收到前方区间的干扰信号等)，引起对列车占用状态的误判。

发明内容

本发明针对接收线圈无法进行自身安装姿态监测的不足，通过在接收线圈增加姿态传感器模块、振动传感器模块、测距模块、导航定位模块等，提出扩展型接收线圈。

本发明提供一种扩展型接收线圈，所述接收线圈主要由外壳、安装结构件、线缆、线包组成，外壳起到防护作用同时不影响电磁感应功能的实现，安装结构件用于将接收线圈安装在机车第一轮对前的车体或转向架上，所述线包通过电磁感应的方式接收地面轨道电路信号，用于指示前方区间的列车占用状态；所述线缆将线包接收到的地面轨道电路信号传输给车载接收设备；其特征在于，

在线圈中增加姿态传感器模块、振动传感器模块、测距模块、导航定位模块及该新增模块用的通信线缆；

所述姿态传感器模块对接收线圈的安装姿态实时进行监测，并将监测数据发送给车载主机；

所述振动传感器模块对车辆运行中的晃动情况进行记录并上传服务器；

所述测距模块在判断线圈安装高度、安装位置的同时，可用于判断机车轮对磨损情况，为接收线圈的调整和机车轮对的维护提供基础数据；

所述导航定位模块对列车实时定位，将定位信息发送给服务器，服务器根据各车的定位数据和列车长度、交路信息综合分析进行列车避障，避免列车碰撞等危险事故，同时也为列控系统实时提供车辆位置、速度信息，用于车辆位置修正。

本发明方案的技术优势如下：

(1)对接收线圈的安装姿态进行实时监测和告警；机车信号设备结合接收线圈的安装姿态数据和轨道电路数据，综合判断关于轨道电路相关故障及故障定位。

(2)综合多车线路信息，对列车的晃动异常进行分析和定位。

(3)根据导航盒定位模块信息，结合车辆线路信息，便于列控中心实时对列车位置、区间占用情况进行交叉比对，修正轨道区间占用情况进而进行列车避障，避免出现区间占用的错误判断引起不必要的紧急制动甚至追尾事故。

附图说明

图1为本发明底视图

图2为本发明顶视图

图3为本发明侧视图

图4为本发明的工作原理示意图

附图标记

a1、a2、a3、a4、a5：测距模块

b：姿态传感器模块

c：振动传感器模块

d：导航定位模块

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细的说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应该指出的是，对本领域的普通技术人员来讲，在不脱离发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

现有接收线圈主要由外壳、安装结构件、线缆、线包组成：外壳起到防护作用同时不影响电磁感应功能的实现，避免列车运行中飞溅物对接收线圈内部线包的影响；安装结构件用于将接收线圈安装在机车第一轮对前的车体或转向架上；线包通过电磁感应的方式接收地面轨道电路信号，用于指示前方区间的列车占用状态；线缆将线包接收到的地面轨道电路信号传输给车载接收设备。本发明所述线缆相比在用线缆增加了本发明新增模块用的通信线缆。

本发明通过在接收线圈增加姿态传感器模块、振动传感器模块、测距模块、导航定位模块等，针对接收线圈无法进行自身安装姿态监测的不足，同时增加其他功能模块，提出扩展型接收线圈。本发明通过姿态传感器模块可以对接收线圈的安装姿态实时进行监测，并将监测数据发送给车载主机(如机车信号设备或TCR，轨道电路信息接收设备)，当发现接收线圈安装姿态异常时及时发出警告；同时，通过振动传感器模块对车辆运行中的晃动情况进行记录并上传服务器，综合不同车辆在同一线路的晃动情况分析线路路况，为线路维护提供基础数据；通过测距模块在判断线圈安装高度、安装位置的同时，可用于判断机车轮对磨损情况，为接收线圈的调整和机车轮对的维护提供基础数据；通过导航定位模块对列车实时定位，将定位信息发送给服务器，服务器根据各车的定位数据和列车长度、交路信息等综合分析进行列车避障，避免列车碰撞等危险事故，同时也可为列控系统实时提供车辆位置、速度信息，用于车辆位置修正等。

本发明根据实际在用的接收线圈，增加姿态传感器模块和测距模块，扩展接收线圈功能：实时监测接收线圈姿态(包括但不限于水平位置、垂直位置、角度等)，当发现接收线圈姿态发生偏移时进行故障预警，便于维护人员及时调整接收线圈姿态；同时，实时监测接收线圈安装高度，当发现接收线圈安装高度发生变化且超过标准要求误差范围时进行故障预警，便于维护人员及时调整接收线圈安装高度。该功能可监测接收线圈安装的正确性，减少人工测量工序，且具有实时监测的功能，提高接收线圈安装不符合要求的检出率，避免列车在接收线圈安装异常的情况下出库运行，从而保证车载主机接收轨道电路信息的正确性。

本发明根据实际在用的接收线圈，增加振动传感器模块，扩展接收线圈功能：实时监测并记录列车振动情况，通过服务器综合分析多列车辆在同一个公里标处的振动情况，得出路况信息，及时发现异常路况并进行相应的维护；通过服务器综合分析单列车辆在一个运行周期内不同时刻的振动情况，得出列车的车况信息，及时发现异常车况并进行相应的维护。该功能，可提前对车况或路况的变化进行预警，提醒相关人员对列车或轨道进行必要的维护，避免列车运行事故的发生。

本发明根据实际在用的接收线圈，增加导航定位模块，扩展接收线圈功能：实时监测并记录列车运行数据(包括但不限于车速、加速度、位置等)，服务器综合分析各列车数据，判断列车线路、公里标、运行方向等。当列车出现相同股道、相邻区间(根据列车运行速度和区间长度确定预警距离)运行、方向相向，则发出预警且紧急停车，避免列车相撞事故；当列出出现相邻区间(根据列车运行速度和区间长度确定预警距离)运行、相同股道、方向相同，同样发出预警且紧急停车，避免列车追尾事故；该功能可有效避免列车相撞或追尾事故发生。导航模块实时图形化显示列车当前所在股道、区间、公里标、速度等信息，同时显示附近股道及区间的列车占用情况，以便列车司机实时掌握列车当前运行环境，并根据运行环境实时调整列车运行状态。

本发明主要涉及扩展型接收线圈，所述扩展型接收线圈描述如下：

如图1、图2、图3，基于现有实际在用的接收线圈，本发明包括外壳、安装结构件、线缆、线包、姿态传感器模块b、测距模块、振动传感器模块c、导航定位模块d。

所述测距模块a1-a5，用于测量接收线圈与钢轨轨面距离、接收线圈与列车车体距离，当接收线圈安装按成后，接收线圈与钢轨轨面距离、接收线圈与列车车体距离均为固定值(有一定误差范围)。在安装完成后或列车运行过程中，测距模块将数据实时发送给车载主机，车载主机将数据转发给服务器，服务器结合姿态传感器b的数据判断接收线圈的安装姿态是否异常。因各种外力(包括但不限于碰撞、振动等)造成接收线圈安装的状态发生改变，测试表现为接收线圈与钢轨轨面距离、接收线圈与列车车体距离至少有一个距离会发生改变，当服务器检测到距离发生改变且超过误差范围时，则认为接收线圈发生异常，服务器及时通知维护人员对接收线圈进行维护。

所述姿态传感器模块b，用于测量接收线圈的倾斜程度，当接收线圈安装按成后，其各方向的倾斜程度固定。在安装完成后或列车运行过程中，姿态传感器模块将数据发送给车载主机，车载主机将数据转发给服务器，服务器结合测距模块的数据判断接收线圈的安装姿态是否异常。因各种外力(包括但不限于碰撞、振动等)造成接收线圈安装的状态发生改变，测试表现为不同方向的倾斜程度发生改变，当检测到倾斜程度超过一定范围时，则认为接收线圈发生异常，服务器及时通知维护人员对接收线圈进行维护。

所述振动传感器模块c，用于测量列车的振动情况，列车在运行中的振动情况受列车车体状况、钢轨路况等影响，但是车体组装完成、钢轨铺设完成后，振动情况基本固定。振动传感器实时将振动状况发送给车载主机，车载主机将数据转发给服务器。当列车运行至某公里标时，振动情况出现较大变化，则可能出现车况或路况有异常的风险，此时服务器根据当前列车在当前异常公里标处的振动情况，与其他车辆通过该公里标时的振动情况进行对比：当其他车辆通过该公里标前后时车辆振动情况无异常，则判断为当前车辆发生异常，服务器通知列车司机和维护人员进行处理；当其他车辆通过该公里标前后时也出现车辆振动情况异常，则判断为当前公里标处路况发生异常，服务器通知地面维护人员及时对钢轨进行维护。

所述导航定位模块d，用于测量列车当前公里标，并实时将数据发送给服务器，服务器结合列控中心的车辆调度信息，确定当前列车所运行区段及前后方一定范围内区段的列车占用情况，及时判断列车是否会出现相撞、追尾等事故，当服务器发现存在相撞或追尾风险时，及时通知司机及列控中心人员，及时避免事故发生。此外，导航定位模块的数据可为列车的其他列控设备(包括但不限于ATP(列车超速防护设备)、LKJ(列车运行监控设备)等)提供公里标、车速等运行信息的校正。

本发明的扩展型接收线圈不影响接收线圈的现有功能，通过增加功能模块、增加线缆的传输通道，使现有接收线圈的功能得到扩展。根据扩展功能：实现接收线圈状态的自检和报警功能；实现车辆或路况的检查和报警功能；为列控中心的调度提供基础数据，实现列车防撞功能，提高列车运行的安全性。

下面以实施例的形式具体描述本申请的扩展型接收线圈方案。

实施例一：通过测距模块对接收线圈安装高度进行判断

测距模块优选使用超声测距技术、红外测距技术等。如图2所示，在接收线圈内部布置5个测距探头，其中4个探头分别布置在接收线圈下表面四角，探头编号a1至a4，4个探头分别测量距离钢轨的垂直距离，如图4所示，分别记为L1、L2、L3和L4(本设计为对称结构，在图中仅描述了L2和L4)。另外一个探头布置在接收线圈下表面中心位置，探头编号a5，用于测量接收线圈下表面到钢轨上表面的距离m。接收线圈将L1、L2、L3、L4和m的值通过车载主机上传至服务器，服务器对5个测距值进行分析，判断接收线圈安装高度是否满足要求。判断过程如下：

首先需要确认接收线圈安装是否正确。正确的安装方式为接收线圈中心与钢轨中心重合且接收线圈与钢轨垂直，此时a1至a4这4个探头距离钢轨的垂直距离是相等的，即L1＝L2＝L3＝L4。如果服务器发现4个测距值不相等，则说明接收线圈的安装存在偏差，会通过计算给出调整方式和调整值，提示安装人员进行相应的调整。

在确认接收线圈安装正确后，判断接收线圈下表面到钢轨上表面的距离m是否满足接收线圈安装要求，如果m的值超出接收线圈安装高度要求范围，则通知安装或维护人员进行调整和检修。

实施例二:通过姿态传感器对接收线圈安装姿态进行判断

姿态传感器模块，优选使用三轴方向感应器和陀螺仪相结合的方案。三轴方向感应器用于测量接收线圈X、Y、Z三个轴向的重力，陀螺仪用于测量三个轴向的旋转值。

如图4所示，三轴方向感应器的三个轴向分别为X轴、Y轴和Z轴。X轴与钢轨平行，朝向列车运行方向；Y轴与钢轨垂直，朝向列车外侧；Z轴沿竖直方向朝上。接收线圈正常安装且处于静止状态时，受地心引力的影响，Z轴感应到约1g的力，方向朝下，即Z轴感应到-1g的力。当接收线圈发生前倾时，Z轴上1g的力会按角度分散到X轴和Z轴上，例如前倾角度为45度时，1g的力会平均分散到X轴和Z轴上，即X轴受到0.5g的力，Z轴上受到-0.5g的力。同样的，当接收线圈发生左倾或右倾时，Z轴上1g的力会按角度分散到Y轴和Z轴上。当接收线圈沿Z轴发生旋转时，三轴方向感应器每一个轴向受到的力不会发生变化，不能确定接收线圈的姿态，此时需要结合陀螺仪的数据来对接收线圈的姿态进行判断。陀螺仪能够测量每个轴向的旋转值，例如接收线圈沿Z轴发生旋转，顺时针旋转会得到负的值，逆时针旋转会得到正的值。

三轴方向感应器要求列车停靠在处于水平状态的钢轨上，但应用中不能保证钢轨一直是水平状态，从而限制了方案的使用范围。为了解决该问题，可在接收线圈正确安装后，对其初始姿态进行标定，以便在后续测量过程中对结果进行修订。判断接收线圈是否正确安装的方法可参照实施例1执行。

接收线圈三个轴向的数据，通过接收线圈与车载设备接口传输给车载设备，车载设备将接收到的方向感应器数据及陀螺仪数据通过车地通道上传至地面服务器。服务器对接收线圈内方向感应器三个轴向和陀螺仪数据的数据进行分析，并结合接收线圈初始姿态，判断接收线圈是否发生前倾、后倾、左倾、右倾或竖直方向旋转，并通知维护人员对接收线圈进行维护。

综上，本申请的一种扩展型接收线圈具备如下技术功能效果：

通过在原有接收线圈基础上，增加多种模块，实现如下技术功能：

1.实现接收线圈状态的自检和报警功能。

2.实现车辆或路况的检查和报警功能。

3.为列控中心的调度提供基础数据，实现列车防撞功能，提高列车运行的安全性。

以上所述仅为本发明方案的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种扩展型接收线圈，所述接收线圈主要由外壳、安装结构件、线缆、线包组成，外壳起到防护作用同时不影响电磁感应功能的实现，安装结构件用于将接收线圈安装在机车第一轮对前的车体或转向架上，所述线包通过电磁感应的方式接收地面轨道电路信号，用于指示前方区间的列车占用状态；所述线缆将线包接收到的地面轨道电路信号传输给车载接收设备；其特征在于，

在线圈中增加姿态传感器模块、振动传感器模块、测距模块、导航定位模块及该新增模块用的通信线缆；

所述姿态传感器模块对接收线圈的安装姿态实时进行监测，并将监测数据发送给车载主机；

所述振动传感器模块对车辆运行中的晃动情况进行记录并上传服务器；

所述测距模块在判断线圈安装高度、安装位置的同时，可用于判断机车轮对磨损情况，为接收线圈的调整和机车轮对的维护提供基础数据；

所述导航定位模块对列车实时定位，将定位信息发送给服务器，服务器根据各车的定位数据和列车长度、交路信息综合分析进行列车避障，避免列车碰撞等危险事故，同时也为列控系统实时提供车辆位置、速度信息，用于车辆位置修正。

2.如权利要求1所述的扩展型接收线圈，其特征在于，通过增加姿态传感器模块和测距模块，所述接收线圈能实时监测接收线圈姿态，当发现接收线圈姿态发生偏移时进行故障预警，便于维护人员及时调整接收线圈姿态；同时，实时监测接收线圈安装高度，当发现接收线圈安装高度发生变化且超过标准要求误差范围时进行故障预警，便于维护人员及时调整接收线圈安装高度。

3.如权利要求1所述的扩展型接收线圈，其特征在于，通过增加振动传感器模块，所述接收线圈能实时监测并记录列车振动情况，通过服务器综合分析多列车辆在同一个公里标处的振动情况，得出路况信息，及时发现异常路况并进行相应的维护；通过服务器综合分析单列车辆在一个运行周期内不同时刻的振动情况，得出列车的车况信息，及时发现异常车况并进行相应的维护。

4.如权利要求3所述的扩展型接收线圈，其特征在于，当列车运行至某公里标时，振动情况出现较大变化，则可能出现车况或路况有异常的风险，此时服务器根据当前列车在当前异常公里标处的振动情况，与其他车辆通过该公里标时的振动情况进行对比：当其他车辆通过该公里标前后时车辆振动情况无异常，则判断为当前车辆发生异常，服务器通知列车司机和维护人员进行处理；当其他车辆通过该公里标前后时也出现车辆振动情况异常，则判断为当前公里标处路况发生异常，服务器通知地面维护人员及时对钢轨进行维护。

5.如权利要求1所述的扩展型接收线圈，其特征在于，通过增加导航定位模块，所述接收线圈能实时监测并记录列车运行数据，服务器综合分析各列车数据，判断列车线路、公里标、运行方向；当列车出现相同股道、相邻区间运行、方向相向，则发出预警且紧急停车，避免列车相撞事故；当列出出现相邻区间运行、相同股道、方向相同，同样发出预警且紧急停车，避免列车追尾事故。

6.如权利要求5所述的扩展型接收线圈，其特征在于，所述导航模块实时图形化显示列车当前所在股道、区间、公里标、速度等信息，同时显示附近股道及区间的列车占用情况，以便列车司机实时掌握列车当前运行环境，并根据运行环境实时调整列车运行状态。

7.如权利要求1所述的扩展型接收线圈，其特征在于，因各种外力造成接收线圈安装的状态发生改变，测试表现为接收线圈与钢轨轨面距离、接收线圈与列车车体距离至少有一个距离会发生改变，当服务器检测到距离发生改变且超过误差范围时，则认为接收线圈发生异常，服务器及时通知维护人员对接收线圈进行维护。

8.如权利要求1所述的扩展型接收线圈，其特征在于，所述车载主机将数据转发给服务器，服务器结合测距模块的数据判断接收线圈的安装姿态是否异常；因各种外力造成接收线圈安装的状态发生改变，测试表现为不同方向的倾斜程度发生改变，当检测到倾斜程度超过一定范围时，则认为接收线圈发生异常，服务器及时通知维护人员对接收线圈进行维护。

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