CN203310912U - 一种计轴频率信号检测电路 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种计轴频率信号检测电路，包括：用于接收检测传感器输入的电压信号的电压输入电路；用于对电压信号进行电压隔离处理的电压隔离电路；用于对隔离后的电压信号进行不同频率带通滤波的第一带通滤波电路、第二带通滤波电路和第三带通滤波电路；用于对带通滤波后的信号进行数据处理得到频率信号的电压幅值的三个数据处理电路；用于对带通滤波处理后的滤波信号进行频率测量得到频率信号的频率值的三个频率测量电路。该电路采用高通和带通滤波相组合的方式，来完成对输入电压信号的处理，并且对输入的电压信号进行三个频段的并行处理拓扑结构，解决现有计轴系统存在的问题。

Description

一种计轴频率信号检测电路

技术领域

本申请涉及铁路设备检测技术领域，特别是涉及一种计轴频率信号检测电路。

背景技术

计轴又称微机计轴，是铁路两端车站大的装设设备,利用安装在钢轨的闭环传感器监督列车车轮对经过数,经过设在室内的微机系统与门检测后将本站的轮对数利用半自动设备发送至对方站,列车到达对方站后,对方站收到轮对数与发车站的相同时自动开通区间。也就是说，计轴是一种能检测通过车轮的铁路信号设备，由于计轴不需要安装轨道绝缘，这避免了因为插入绝缘而锯断已焊接好的长轨，所以它能够取代许多的普通轨道电路。

传统的计轴系统中从室外机到室内主机的信号包含3中频率信号：2500Hz，4150Hz，5060Hz。计轴频率传感器的作用就是测量这3种信号的幅值和频率，并且对响应时间有较高的要求。

现有的一种50Hz/400Hz电压传感器方案的检测方法，可见图1所示，图中，频率信号分别经过功能模块1隔离后进入功能模块2进行信号滤波，在功能模块3内完成真有效值变换，最后再通过总线RS485输出。

但通过对现有技术的研究，发明人发现：传统的电压传感器方案存在以下问题，以致于不能在计轴系统里面配套应用：

1、不能同时从输入混合信号中有效、准确的提取、分离2500Hz、4150Hz和5060Hz三种频率信号。

2、传统的电压传感器的隔离电路在应用于2k-5kHz时，其幅频特性不够平坦，信号会出现畸变，导致信号测量有较大偏差。而且畸变的频段会影响其它频段的测量，如：2500Hz频率信号的畸变会影响到5060Hz频段的幅度测量。

3、计轴频率信号在火车车轮经过时会出现变化，变化的时间范围在30mS-120mS，传统的电压传感器的响应时间在100mS-300mS，无法满足实际的使用要求。

实用新型内容

有鉴于此，本申请实施例提供一种计轴频率信号检测电路，以解决现有计轴系统存在的问题。

为了实现上述目的，本申请实施例提供的技术方案如下：

一种计轴频率信号检测电路，包括：

用于接收检测传感器输入的电压信号的电压输入电路；

输入端与所述电压输入电路相连接，用于对所述电压信号进行电压隔离处理的电压隔离电路；

输入端与所述电压隔离电路的输出端相连接，用于对隔离后的电压信号进行不同频率带通滤波的第一带通滤波电路、第二带通滤波电路和第三带通滤波电路；

输入端与所述第一带通滤波电路、第二带通滤波电路、第三带通滤波电路中一个的输出端相连接，用于对带通滤波后的信号进行数据处理得到频率信号的电压幅值的三个数据处理电路；

输入端与所述第一带通滤波电路、第二带通滤波电路、第三带通滤波电路中一个的输出端相连接，用于对带通滤波处理后的滤波信号进行频率测量得到频率信号的频率值的三个频率测量电路。

优选地，所述第一带通滤波电路的频率为2050Hz，所述第二带通滤波电路的频率为4150Hz，所述第三带通滤波电路的频率为5060Hz。

优选地，所述第一带通滤波电路、第二带通滤波电路和第三带通滤波电路均分别包括：

用于对隔离处理后的电压信号进行A/D转换得到数字电压信号的A/D转换电路；

用于对所述数字电压信号加载滤波系数和运算缓冲数据得到第一信号的第一加载电路；

相串联的，用于依次对所述第一信号进行带通滤波得到第二信号和第一运算缓冲数据的两个2阶带通滤波器；

用于对所述第二信号加载滤波系数和第一运算缓冲数据得到第三信号的第二加载电路；

相串联的，用于依次对所述第三信号进行带通滤波得到第四信号和第二运算缓冲数据的两个2阶带通滤波器；

用于对所述第四信号加载滤波系数和第二运算缓冲数据得到第五信号的第三加载电路；

相串联的，用于依次对所述第五信号进行带通滤波得到滤波信号的两个2阶带通滤波器。

优选地，所述数据处理电路包括：

用于对所述滤波信号进行有效值运算的第一运算电路；

用于对所述有效值运算后的信号进行低通滤波处理的低通滤波电路；

用于对所述低通滤波处理后的信号进行校正得到频率信号的电压幅值的第一校正电路。

优选地，所述频率测量电路包括：

用于对所述滤波信号进行离散傅里叶变换的第二运算电路；

用于对所述离散傅里叶变换后的信号进行频谱校正得到频率信号的频率值的第二校正电路。

优选地，进一步包括：

用于将得到的三个频率信号的电压幅值和频率值进行输出的输出电路。

优选地，进一步包括：

用于将一个所述数据处理电路后得到的所述电压幅值与预设阈值进行比较的比较器；

当所述电压幅值小于预设阈值，与所述数据处理电路相对应的频率测量电路停止进行频率测量，所述输出电路将所述电压幅值输出。

由以上技术方案可见，本申请实施例提供的该计轴频率信号检测电路中采用高通和带通滤波相组合的方式，来完成对输入电压信号的处理，并且对输入的电压信号进行三个频段的并行处理拓扑结构，与现有技术相比，本申请具有以下优点：

1、前端隔离电路的幅频响应特性在2500Hz—5060Hz段平坦，能够满足设计要求，且阶跃响应特性也能满足设计要求；

2、在进行2500Hz、4150Hz和5060Hz三种频率信号的带通滤波时，经验证，通带内和阻带内增益均满足设计要求，且阶跃响应特性也能满足设计要求。

3、响应时间达到15mS，能够适应现场的测量需要。

4、在整个输入限定频域内的幅-频响应都在规定的精度内，不同频段之间的干扰几乎为零，相互能够满足现场的测量。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，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为本申请实施例提供的一种计轴频率信号检测电路的结构框图；

图2为本申请实施例提供的带通滤波电路的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的数据处理电路的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的频率测量电路的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的另一种计轴频率信号检测电路的结构框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

图1为本申请实施例提供的一种计轴频率信号检测电路的结构框图。

如图1所示，该计轴频率信号检测电路包括：电压输入电路10、电压隔离电路20、第一带通滤波电路31、第二带通滤波电路32、第三带通滤波电路33、三个数据处理电路40和三个频率测量电路50。

电压输入电路10与设置在检测现场的检测传感器相连接，用于接收检测传感器输入的电压信号，也即接收室外机发送的电压信号，这里接收的电压信号是符合信号，在该电压信号内，包含有多个频率信号。

电压隔离电路20的输入端与电压输入电路10相连接，用于对所述电压信号进行电压隔离处理。

对电压信号进行电压隔离处理，隔离可以抑制共模干扰，解决不同系统的共地问题，其目的是为了避免防止信号干扰，提高检测精度。另外，在本申请中，电压隔离电路20的幅频响应特性在2500Hz—5060Hz段。

第一带通滤波电路31、第二带通滤波电路32和第三带通滤波电路33的输入端均与电压隔离电路20的输出端相连接，用于对隔离后的电压信号进行不同频率带通滤波。

在本申请实施例中，接收的电压信号内包含有3种频率信号，分别为：2500Hz、4150Hz和5060Hz，所以在对隔离后的电压信号进行带通滤波时，需要分别对不同频率的信号分别进行，第一带通滤波电路31的频率为2500Hz，第二带通滤波电路32的频率为4150Hz，第三带通滤波电路33的频率为5060Hz。

通过不同频率的带通滤波可以将接收到的电压信号中的三个频率信号提取分离出来，以便对每个频率信号进行其他后续处理。

在本申请实施例中，如图2所示，每个带通滤波电路均分别包括：A/D转换电路101、第一加载电路102、第二加载电路103、第三加载电路104和6个2阶带通滤波器105，其中，

A/D转换电路101用于对隔离处理后的电压信号进行A/D转换得到数字电压信号；

第一加载电路102用于对所述数字电压信号加载滤波系数和运算缓冲数据得到第一信号；

在第一加载电路102的输出端串联有两个2阶带通滤波器105，用于依次对所述第一信号进行带通滤波得到第二信号和第一运算缓冲数据；

第二加载电路103用于对所述第二信号加载滤波系数和第一运算缓冲数据得到第三信号；

在第二加载电路103的输出端串联有两个2阶带通滤波器105，用于依次对所述第三信号进行带通滤波得到第四信号和第二运算缓冲数据；

第三加载电路104用于对所述第四信号加载滤波系数和第二运算缓冲数据得到第五信号；

在第三加载电路104的输出端串联有两个2阶带通滤波器105，用于依次对所述第五信号进行带通滤波得到滤波信号。

此外，在本申请实施例中，得到第一运算缓冲数据或第二运算缓冲数据后，为了方便后续应用，如图2所示，采用存储器106将第一运算缓冲数据或第二运算缓冲数据存储起来。

另外，在本申请其他实施例中，第一加载电路102、第二加载电路103、第三加载电路104还可以为一个加载电路，只是在不同时间实现不同功能而已。

三个数据处理电路40的输入端与所述第一带通滤波电路、第二带通滤波电路、第三带通滤波电路中一个的输出端相连接，用于对带通滤波后的信号进行数据处理得到频率信号的电压幅值。

在本申请实施例中，如图3所示，数据处理电路40包括：第一运算电路401、低通滤波电路402和第一校正电路403，其中，

第一运算电路401用于对所述滤波信号进行有效值运算；

低通滤波电路402用于对所述有效值运算后的信号进行低通滤波处理；

第一校正电路403用于对所述低通滤波处理后的信号进行校正得到频率信号的电压幅值。

三个频率测量电路50输入端与所述第一带通滤波电路、第二带通滤波电路、第三带通滤波电路中一个的输出端相连接，用于对带通滤波处理后的滤波信号进行频率测量得到频率信号的频率值。

在本申请实施例中，如图4所示，频率测量电路50包括：第二运算电路501和第二校正电路502，其中，

第二运算电路501用于对所述滤波信号进行离散傅里叶变换；

第二校正电路502用于对所述离散傅里叶变换后的信号进行频谱校正得到频率信号的频率值。

在本申请实施例中，为了方便输出，如图1所示，该计轴频率信号检测电路还可以包括：输出电路60，用于将得到的三个频率信号的电压幅值和频率值进行输出。

此外，在本申请其他实施例中，频率测量步骤还可以受到与之相对应的数据处理的影响，即在进行带通滤波后，首先进行数据处理，当数据处理得到频率信号的幅值后，在确定是否进行频率测量。

如图5所示，该计轴频率信号检测电路还可以包括：比较器70。

比较器70的输入端与数据处理电路40相连接，输出端与频率测量电路50相连接，比较器70的作用是将一个所述数据处理电路后得到的所述电压幅值与预设阈值进行比较。

当所述电压幅值小于预设阈值，与所述数据处理电路相对应的频率测量电路50停止进行频率测量，所述输出电路60将所述电压幅值输出。

由以上技术方案可见，本申请实施例提供的该计轴频率信号检测方法，中采用高通和带通滤波相组合的方式，来完成对输入电压信号的处理，并且对输入的电压信号进行三个频段的并行处理拓扑结构，与现有技术相比，该方法具有以下优点：

1、前端隔离电路的幅频响应特性在2500Hz—5060Hz段平坦，能够满足设计要求，且阶跃响应特性也能满足设计要求；

2、在进行2500Hz、4150Hz和5060Hz三种频率信号的带通滤波时，经验证，通带内和阻带内增益均满足设计要求，且阶跃响应特性也能满足设计要求。

3、响应时间达到15mS，能够适应现场的测量需要。

4、在整个输入限定频域内的幅-频响应都在规定的精度内，不同频段之间的干扰几乎为零，相互能够满足现场的测量。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

本申请可用于众多通用或专用的计算系统环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、置顶盒、可编程的消费电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。

本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种计轴频率信号检测电路，其特征在于，包括：

用于接收检测传感器输入的电压信号的电压输入电路；

输入端与所述电压输入电路相连接，用于对所述电压信号进行电压隔离处理的电压隔离电路；

输入端与所述电压隔离电路的输出端相连接，用于对隔离后的电压信号进行不同频率带通滤波的第一带通滤波电路、第二带通滤波电路和第三带通滤波电路；

输入端与所述第一带通滤波电路、第二带通滤波电路、第三带通滤波电路中一个的输出端相连接，用于对带通滤波后的信号进行数据处理得到频率信号的电压幅值的三个数据处理电路；

输入端与所述第一带通滤波电路、第二带通滤波电路、第三带通滤波电路中一个的输出端相连接，用于对带通滤波处理后的滤波信号进行频率测量得到频率信号的频率值的三个频率测量电路。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一带通滤波电路的频率为2050Hz，所述第二带通滤波电路的频率为4150Hz，所述第三带通滤波电路的频率为5060Hz。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述第一带通滤波电路、第二带通滤波电路和第三带通滤波电路均分别包括：

用于对隔离处理后的电压信号进行A/D转换得到数字电压信号的A/D转换电路；

用于对所述数字电压信号加载滤波系数和运算缓冲数据得到第一信号的第一加载电路；

相串联的，用于依次对所述第一信号进行带通滤波得到第二信号和第一运算缓冲数据的两个2阶带通滤波器；

用于对所述第二信号加载滤波系数和第一运算缓冲数据得到第三信号的第二加载电路；

相串联的，用于依次对所述第三信号进行带通滤波得到第四信号和第二运算缓冲数据的两个2阶带通滤波器；

用于对所述第四信号加载滤波系数和第二运算缓冲数据得到第五信号的第三加载电路；

相串联的，用于依次对所述第五信号进行带通滤波得到滤波信号的两个2阶带通滤波器。

4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述数据处理电路包括：

用于对所述滤波信号进行有效值运算的第一运算电路；

用于对所述有效值运算后的信号进行低通滤波处理的低通滤波电路；

用于对所述低通滤波处理后的信号进行校正得到频率信号的电压幅值的第一校正电路。

5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述频率测量电路包括：

用于对所述滤波信号进行离散傅里叶变换的第二运算电路；

用于对所述离散傅里叶变换后的信号进行频谱校正得到频率信号的频率值的第二校正电路。

6.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，进一步包括：

用于将得到的三个频率信号的电压幅值和频率值进行输出的输出电路。

7.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，进一步包括：

用于将一个所述数据处理电路后得到的所述电压幅值与预设阈值进行比较的比较器；

当所述电压幅值小于预设阈值，与所述数据处理电路相对应的频率测量电路停止进行频率测量，所述输出电路将所述电压幅值输出。

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