CN209535110U - 一种基于振动能量回收的山区铁路安全预警防护系统 - Google Patents

一种基于振动能量回收的山区铁路安全预警防护系统 Download PDF

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杨九河
李澎波
边寅初
柴铭泽
孙思远
丁军君
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Abstract

本实用新型公开了一种基于振动能量回收的山区铁路安全预警防护系统,包括振动能量回收模块、振动传感模块、预警通知模块和信息处理模块;振动能量回收模块、振动传感模块、预警通知模块均与信息处理模块连接,振动能量回收模块还分别与振动传感模块和预警通知模块连接;振动能量回收模块、振动传感模块和信息处理模块均设置于山区铁路危险路段前方的铁轨和道砟之间;预警通知模块设置于山区铁路危险路段的铁轨两侧。该系统具有投入产出比高的特点,该系统投入少却可以极大地提升山区铁路沿线居民对铁路信息状况的感知能力,大幅降低山区铁路多弯及无防护网路段的安全隐患,对山区危险路段居民的生命及财产安全、列车的正常运行提供了较强的保障。

Description

一种基于振动能量回收的山区铁路安全预警防护系统
技术领域
本实用新型属于铁路安全技术领域,具体涉及一种基于振动能量回收的山区铁路安全预警防护系统。
背景技术
近年来,山区铁路多弯及无防护网路段安全事故频发,危机人民生命安全与铁路正常运行。山区铁路部分路段弯道多、桥隧比高、防护网不完善极易铁路沿线传向通道较少等因素,导致部分居民为出行便利而频繁穿越铁路。居民们对列车来临的感知能力较弱,存在巨大的安全隐患。不可否认的是现在我国山区的铁路支线很多都没有护栏的保护,许多村民甚至会贪图方便直接穿越铁路线,这存在着许多的安全隐患,
实用新型内容
针对现有技术中的上述不足,本实用新型提供的基于振动能量回收的山区铁路安全预警防护系统解决了现有的山区铁路中没有设置防护栏,存在较大的安全隐患的问题。
为了达到上述发明目的,本实用新型采用的技术方案为:一种基于振动能量回收的山区铁路安全预警防护系统,包括振动能量回收模块、振动传感模块、预警通知模块和信息处理模块;
所述振动能量回收模块、振动传感模块、预警通知模块均与信息处理模块连接;
所述振动能量回收模块、振动传感模块和信息处理模块均设置于山区铁路危险路段前方的铁轨和道砟之间;
所述预警通知模块设置于山区铁路危险路段的铁轨两侧。
进一步地,所述危险路段包括山区多弯路段、山区急弯路段、山区铁路隧道出口路段和山区人员往来的无护网路段。
进一步地,所述振动能量回收模块包括若干组相互并联的压电振子单元、储能单元和电压转换电路;每个所述压电振子单元均通过电压转换电路与储能单元连接,所述储能单元的输出端与信息处理模块的电源端连接;
每个所述压电振子单元均包括若干个相互串联的能量回收电路;
每个所述能量回收电路均包括压电晶片U1;
所述压电晶片U1的正极分别与二极管D1的正极和二极管D2的负极连接,所述二极管D1的负极分别与二极管D3的负极、电容Cr的一端和电阻RL的一端连接;
所述压电晶片U1的负极分别与二极管D3的正极和二极管D4的负极连接,所述二极管D2的正极分别与二极管D4的正极、电容Cr的另一端和电阻RL的另一端连接;
所述电阻RL的两端作为能量回收电路的输出端与储能单元连接,所述储能单元通过电压转换电路与振动传感模块、预警通知模块均与信息处理模块连接。
进一步地,所述储能单元为可充电蓄电池。
进一步地,所述电压转换电路包括整流器U2;
所述整流器U2的输入端与储能单元连接,所述整流器U2的第一输出端分别与电容C1的一端和电阻R1的一端连接;所述整流器U2的第二输出端分别与电容C1的另一端、二极管D1的正极连接和电阻R2的一端连接,所述电阻R1另一端分别与二极管D1的负极和电阻R2的另一端连接;
所述电阻R2的两端作为电压转换电路的输出端与信息处理模块的电源端连接。
进一步地,所述振动传感模块为PZT压电陶瓷传感器。
进一步地,所述预警通知模块包括喇叭和警示灯;
所述喇叭和警示灯均与信息处理模块连接。
进一步地,所述信息处理模块的主控芯片型号为arduino pro micro。
本实用新型的有益效果为:
(1)综合电磁学、声学、光学、生理学、控制原理等学科知识开发的基于振动能量回收的山区铁路多弯及无防护网路段的安全预警防护系统具有可靠性高、实用性强、经济性好等优点。
(2)整个系统最大程度地利用已成熟的传感器、单片机、振动能量回收装置等产品与技术,极大地降低了技术风险,提高了系统的可靠性、经济性。
(3)该预警系统具有投入产出比高的特点,该系统投入少却可以极大地提升山区铁路沿线居民对铁路信息状况的感知能力,大幅降低山区铁路多弯及无防护网路段的安全隐患,对山区危险路段居民的生命及财产安全、列车的正常运行提供了较强的保障。
附图说明
图1为本实用新型中基于振动能量回收的山区铁路安全防护预警系统结构图。
图2为本实用新型中振动能量回收模块结构图。
图3为本实用新型中振动能量回收电路原理图。
图4为本实用新型中振动能量回收模块的安装示意图。
图5为本实用新型中电压转换电路原理图。
具体实施方式
下面对本实用新型的具体实施方式进行描述,以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型,但应该清楚,本实用新型不限于具体实施方式的范围,对本技术领域的普通技术人员来讲,只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内,这些变化是显而易见的,一切利用本实用新型构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示,一种基于振动能量回收的山区铁路安全预警防护系统,包括振动能量回收模块、振动传感模块、预警通知模块和信息处理模块;
所述振动能量回收模块、振动传感模块、预警通知模块均与信息处理模块连接,所述振动能量回收模块还分别与振动传感模块和预警通知模块连接;
所述振动能量回收模块、振动传感模块和信息处理模块均设置于山区铁路危险路段前方的铁轨和道砟之间;
所述预警通知模块设置于山区铁路危险路段的铁轨两侧。
其中危险路段包括山区多弯路段、山区急弯路段、山区铁路隧道出口路段和山区人员往来较多的无护网路段,将上述模块设置在危险路段上能较大程度的避免山区铁路危险事故的发生。
如图2所示,振动能量回收模块包括若干组相互并联的压电振子单元、储能单元和电压转换电路;其中,每个压电振子单元均通过电压转换电路与储能单元连接,储能单元的输出端与信息处理模块的电源端连接;
每个所述压电振子单元均包括若干个相互串联的能量回收电路;
如图3所示,每个所述能量回收电路均包括压电晶片U1;
所述压电晶片U1的正极分别与二极管D1的正极和二极管D2的负极连接,所述二极管D1的负极分别与二极管D3的负极、电容Cr的一端和电阻RL的一端连接;
所述压电晶片U1的负极分别与二极管D3的正极和二极管D4的负极连接,所述二极管D2的正极分别与二极管D4的正极、电容Cr的另一端和电阻RL的另一端连接;
所述电阻RL的两端作为能量回收电路的输出端与储能单元连接,所述储能单元均通过电压转换电路与振动传感模块、预警通知模块以及信息处理模块连接。
振动能量回收模块回收能量的原理建立在轨道振动的基础上的,轨道不平顺可分为横向、垂向、复合三种,轨道垂向不平顺又可分为高低不平顺、水平不平顺、扭曲不平顺,对于轨道振动能量回收问题来说,轨道垂向不平顺中的高低不平顺是轨道振动的主要激励源。如图4中展示了振动能量回收模块的安装方式。
其中,储能单元为可充电蓄电池,当铁轨长时间振动产生大量的电能时,能够存储在蓄电池中,在没有火车经过时持续为信息处理模块、振动传感模块和预警通知模块提供电能,使其持续正常工作。
如图5所示,电压转换电路包括整流器U2;整流器U2的输入端与储能单元连接,整流器U2的第一输出端分别与电容C1的一端和电阻R1的一端连接;所述整流器U2的第二输出端分别与电容C1的另一端、二极管D1的正极连接和电阻R2的一端连接,电阻R1另一端分别与二极管D1的负极和电阻R2的另一端连接;电阻R2的两端作为电压转换电路的输出端与信息处理模块的电源端连接。
其中,振动传感模块包括为PZT压电陶瓷传感器,该传感器具有抗腐蚀、抗磨损和抗冲击和振动的特点,且其使用寿命长,长期稳定性好。
其中,所述预警通知模块包括喇叭和警示灯;
所述喇叭和警示灯均与信息处理模块连接,当信息处理模块接收到振动传感模块上传的列车行驶信号后,立即将信号传递给预警通知模块,根据信息处理模块发出的信号喇叭响起、警示灯亮起;信息处理模块接收到列车行驶速度越快、距离越近,控制喇叭响起的声音越大,警示灯闪烁的频率越高。
其中信息处理模块的主控芯片型号为arduino pro micro。
在本发明的的一个实施例中,该系统的工作过程为:列车运行时,铁路轮轨与铁轨的相互作用会在相应路段产生较大的振动,振动传感模块会检测判别列车的位置信息,信息处理模块对大量距离恒定的采样点采集到的铁轨振动信息进行处理,得到列车运行速度,同时列车行驶过程中,铁路轮轨与铁轨的相互作用会在相应路段产生的振动能量会通过振动能量回收模块转化为电能,对信息处理模块、振动传感器模块和预警通知模块供电。其中的振动传感模块设置于山区铁路的危险路段前方,24小时监测列车来临时的状态信息并将信息实时传输到后方的危险路段,通过危险路径的预警通知模块,通过光学及声学信号(警示灯和喇叭)通知沿线周围附近的村民和动物,从而实现安全预警。考虑到山区安全预警防护系统复杂的工作环境,该系统采用了振动能量回收装置作为能量来源,将列车轮对与轨道相互作用产生的高频振动转化为电能,整个系统的运行不需要外接电源。
本实用新型的有益效果为:
(1)综合电磁学、声学、光学、生理学、控制原理等学科知识开发的基于振动能量回收的山区铁路多弯及无防护网路段的安全预警防护系统具有可靠性高、实用性强、经济性好等优点。
(2)整个系统最大程度地利用已成熟的传感器、单片机、振动能量回收装置等产品与技术,极大地降低了技术风险,提高了系统的可靠性、经济性。
(3)该预警系统具有投入产出比高的特点,该系统投入少却可以极大地提升山区铁路沿线居民对铁路信息状况的感知能力,大幅降低山区铁路多弯及无防护网路段的安全隐患,对山区危险路段居民的生命及财产安全、列车的正常运行提供了较强的保障。

Claims (8)

1.一种基于振动能量回收的山区铁路安全预警防护系统,其特征在于,包括振动能量回收模块、振动传感模块、预警通知模块和信息处理模块;
所述振动能量回收模块、振动传感模块、预警通知模块均与信息处理模块连接;
所述振动能量回收模块、振动传感模块和信息处理模块均设置于山区铁路危险路段前方的铁轨和道砟之间;
所述预警通知模块设置于山区铁路危险路段的铁轨两侧。
2.根据权利要求1所述的基于振动能量回收的山区铁路安全预警防护系统,其特征在于,所述危险路段包括山区多弯路段、山区急弯路段、山区铁路隧道出口路段和山区人员往来的无护网路段。
3.根据权利要求1所述的基于振动能量回收的山区铁路安全预警防护系统,其特征在于,所述振动能量回收模块包括若干组相互并联的压电振子单元、储能单元和电压转换电路;每个所述压电振子单元均通过电压转换电路与储能单元连接,所述储能单元的输出端与信息处理模块的电源端连接;
每个所述压电振子单元均包括若干个相互串联的能量回收电路;
每个所述能量回收电路均包括压电晶片U1;
所述压电晶片U1的正极分别与二极管D1的正极和二极管D2的负极连接,所述二极管D1的负极分别与二极管D3的负极、电容Cr的一端和电阻RL的一端连接;
所述压电晶片U1的负极分别与二极管D3的正极和二极管D4的负极连接,所述二极管D2的正极分别与二极管D4的正极、电容Cr的另一端和电阻RL的另一端连接;
所述电阻RL的两端作为能量回收电路的输出端与储能单元连接,所述储能单元均通过电压转换电路与振动传感模块、预警通知模块以及信息处理模块连接。
4.根据权利要求3所述的基于振动能量回收的山区铁路安全预警防护系统,其特征在于,所述储能单元为可充电蓄电池。
5.根据权利要求3所述的基于振动能量回收的山区铁路安全预警防护系统,其特征在于,所述电压转换电路包括整流器U2;
所述整流器U2的输入端与储能单元连接,所述整流器U2的第一输出端分别与电容C1的一端和电阻R1的一端连接;所述整流器U2的第二输出端分别与电容C1的另一端、二极管D1的正极连接和电阻R2的一端连接,所述电阻R1另一端分别与二极管D1的负极和电阻R2的另一端连接;
所述电阻R2的两端作为电压转换电路的输出端与信息处理模块的电源端连接。
6.根据权利要求1所述的基于振动能量回收的山区铁路安全预警防护系统,其特征在于,所述振动传感模块为PZT压电陶瓷传感器。
7.根据权利要求1所述的基于振动能量回收的山区铁路安全预警防护系统,其特征在于,所述预警通知模块包括喇叭和警示灯;
所述喇叭和警示灯均与信息处理模块连接。
8.根据权利要求1所述的基于振动能量回收的山区铁路安全预警防护系统,其特征在于,所述信息处理模块的主控芯片型号为arduino pro micro。
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