CN216508373U - 一种信号采集器和车轮检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及轨道交通信号技术领域，公开一种信号采集器和车轮检测系统，其中，该信号采集器与车轮传感装置连接，车轮传感装置设置于列车行驶的轨道上，信号采集器包括MCU模块，以及与MCU模块连接的信号处理模块。信号处理模块用于获取车轮传感装置采集的车轮信号并处理车轮信号，从而获得车轮处理信号。MCU模块用于判断和计算车轮处理信号，获得列车的行进状态。使用该信号采集器处理车轮信号，能够通过列车的车轮信息得到更精确的列车的行进状态，不容易出现漏检车轮的情况。

Description

一种信号采集器和车轮检测系统

技术领域

本实用新型涉及轨道交通信号技术领域，具体涉及一种信号采集器和车轮检测系统。

背景技术

目前，列车计轴技术在轨道交通领域应用非常广泛，并且十分重要。计轴作为能检测通过车轮的铁路信号设备，能够取代许多的普通轨道车轮计轴电路设备。

相关技术中，计轴系统是在区间段设置两个计轴点，在每个计轴点的轨道上设置车轮传感器，通过车轮传感器的传感信号来感应是否有车经过，然后统计区间段的车轮数量来判断区间段占用情况。

这种系统只是检测有没有列车过来，对车轮数量、车轴数量、车厢节数的检测识别精度不做要求，只要求列车临近道口1公里或0.5公里处准确报警即可。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种信号采集器和车轮检测系统，能够通过列车的车轮信息分析出列车的行进状态。

为解决上述技术问题，本实用新型实施方式采用的一个技术方案是：提供一种信号采集器，所述信号采集器与车轮传感装置连接，所述车轮传感装置设置于列车行驶的轨道上，所述信号采集器包括：MCU模块，以及与所述MCU模块连接的信号处理模块；

所述信号处理模块，用于获取所述车轮传感装置采集的车轮信号，并处理所述车轮信号，获得车轮处理信号；

所述MCU模块，用于判断和计算所述车轮处理信号，获得所述列车的行进状态。

在一些实施例中，所述信号处理模块包括信号放大单元，所述信号放大单元与所述车轮传感装置连接，所述信号放大单元包括放大器U1A、电阻R2、电阻R3以及电阻R4，其中，

所述放大器U1A的第三端通过所述电阻R2连接所述车轮信号，所述放大器U1A的第二端连接所述电阻R3的第一端和所述电阻R4的第一端，所述电阻R3的第二端接地，所述电阻R4的第二端连接所述放大器U1A的第一端，所述放大器U1A的第一端输出放大信号。

在一些实施例中，所述信号处理模块还包括信号比较单元，所述信号比较单元与所述信号放大单元连接，所述信号比较单元包括比较器U1B，其中，

所述比较器U1B的第五端连接所述放大器U1A的第一端，所述比较器U1B的第六端连接电源，所述比较器U1B的第七端输出比较信号。

在一些实施例中，所述信号处理模块还包括信号隔离单元，所述信号隔离单元与所述信号比较单元和所述MCU模块连接，所述信号隔离单元包括光电耦合器P1、三极管Q1、电阻R5、电阻R6以及电阻R8，其中，

所述三极管Q1的第一端通过所述电阻R5连接所述比较器U1B的第七端，所述三极管Q1的第二端接地，所述三极管Q1的第三端连接所述光电耦合器P1的第二端，所述光电耦合器P1的第一端通过所述电阻R6连接电源，所述光电耦合器P1的第四端通过所述电阻R8输出所述车轮处理信号至所述MCU模块。

在一些实施例中，所述MCU模块包括MCU芯片，所述MCU芯片的第八端连接所述信号隔离单元，以接入所述车轮处理信号，所述MCU芯片的第五十五端输出第一输出信号，所述MCU芯片的第四十六端输出第二输出信号。

在一些实施例中，所述信号采集器还包括信号输出模块，所述信号输出模块与所述MCU模块连接，用于对所述第一输出信号和所述第二输出信号进行处理并输出预设特征的信号。

在一些实施例中，所述信号输出模块包括第一信号输出单元和第二信号输出单元，其中，

所述第一信号输出单元的输入端与所述MCU芯片的第五十五端连接，用于接收所述第一输出信号，处理所述第一输出信号，并输出第三输出信号。

所述第二信号输出单元的输入端与所述MCU芯片的第四十六端连接，用于接收第所述二输出信号，处理所述第二输出信号，并输出第三输出信号。

为解决上述技术问题，本实用新型实施方式采用的另一个技术方案是：提供一种车轮检测系统，包括车轮传感装置和以上任一项所述的信号采集器，

所述车轮传感装置包括至少两个车轮传感器，所述车轮传感器设置于列车行驶的轨道上，用于采集列车的车轮信号；

所述信号采集器与所述至少两个车轮传感器连接，用于：

获取所述至少两个车轮传感器采集的车轮信号；

处理所述车轮信号，获得车轮处理信号；

判断和计算所述车轮处理信号，获得列车的行进状态。

在一些实施例中，所述车轮传感器内部有两个永磁铁和一个线圈，所述线圈位于所述两个永磁铁中间，将所述线圈的内阻设置为预设内阻，以保证在列车时速低于第一预设时速时，所述车轮传感器仍然能够感应到所述列车的车轮信号。

在一些实施例中，所述车轮传感器在现有车轮传感器的基础上，增大所述车轮传感器的面积和体积，以保证在列车时速高于第二预设时速时，所述车轮传感器仍然能够感应到所述列车的车轮信号。

本实用新型实施例的有益效果是：区别于现有技术的情况，在本实用新型实施例中，信号采集器与车轮传感装置连接，车轮传感装置设置于列车行驶的轨道上，信号采集器包括MCU模块，以及与MCU模块连接的信号处理模块。信号处理模块用于获取车轮传感装置采集的车轮信号并处理车轮信号，从而获得车轮处理信号。MCU模块用于判断和计算车轮处理信号，获得列车的行进状态。使用该信号采集器处理车轮信号，能够通过列车的车轮信息得到更精确的列车的行进状态，不容易出现漏检车轮的情况。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本实用新型实施例提供的一种车轮检测系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种信号采集器的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的信号处理模块的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的信号处理模块的电路结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的MCU模块的电路结构示意图；

图6是本实用新型实施例中列车的一节车厢经过六个车轮传感器的时序示意图；

图7是本实施例中列车的两节车厢经过一个车轮传感器101的时序示意图；

图8是本实用新型实施例提供的信号输出模块的结构示意图；

图9是本实用新型实施例提供的第一信号输出单元的电路结构示意图；

图10是本实用新型实施例提供的第二信号输出单元的电路结构示意图；

图11是本实用新型实施例提供的车轮传感器内两个永磁铁和一个线圈的分布示意图；

图12是现有技术中的车轮传感器的尺寸示意图；

图13是本实用新型实施例提供的一种车轮传感器的尺寸示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，如果不冲突，本实用新型实施例中的各个特征可以相互结合，均在本申请的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。此外，本文所采用的“第一”、“第二”等字样并不对数据和执行次序进行限定，仅是对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。需要说明的是，当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

具体地，下面结合附图，对本实用新型实施例作进一步阐述。

目前，在设置铁路轨道时，在铁路道口、道闸会设置一种火车在线检测系统，对经过的列车进行检测。这种系统只是检测有没有列车停留或驶过道口道闸，对车轮数量、车轴数量、车厢节数的检测识别精度的要求不高，只要求列车临近道口1公里或0.5公里处准确报警即可。并且，要求列车匀速且不停车的通过道口。现有技术的缺陷在于，车速小于5千米每小时时无法检测到车轮信号，检测不出车轮时序关系，漏检的车轮数量偏多，且列车需要匀速不停车通过检测。本实用新型实施例提供的方案，可以检测出列车的行进状态，该行进状态包括列车的车轮时序、列车的速度、列车是否已通过道口、列车的车轮数量、转向架数量以及车厢节数等，并且检测时列车可以变速通过，降低了漏减车轮的数量。

图1是本实用新型实施例提供的一种车轮检测系统的结构示意图，请参阅图1。

如图1所示，该车轮检测系统100包括车轮传感装置10和信号采集器20，车轮传感装置10包括至少两个车轮传感器，车轮传感器设置于列车行驶的轨道上，用于采集列车的车轮信号。

具体的，车轮传感装置10根据实际需求，可设置为包括两个、四个或六个等车轮传感器。车轮传感装置10的所有车轮传感器在轨道上间隔了预设距离，且该所有车轮传感器均设置在一条轨道的同一边。例如车轮传感装置10在轨道上先后设置了四个车轮传感器，包括车轮传感器1、车轮传感器2、车轮传感器3以及车轮传感器4，车轮传感器1与车轮传感器2的距离为10米，车轮传感器2与车轮传感器3的距离为5米，车轮传感器3与车轮传感器4的距离为20米。车轮传感器还可以采用不同形式的感应方式，比如电感式接近感应车轮传感器、光电感应传感器等。

当列车驶过车轮传感装置10设置的区域时，列车的车轮会触发车轮传感器产生车轮信号。具体的，本实施例中该车轮信号表现为电压信号，该电压信号中电压幅度的变化可反映出车轮驶过的时刻。在实际应用中，该车轮传感装置10设置的区域主要在铁路道口、道闸处。

信号采集器20与车轮传感器连接，用于获取该至少两个车轮传感器采集的车轮信号，处理车轮信号并获得车轮处理信号，判断和计算车轮处理信号，获得列车的行进状态。该行进状态包括列车的车轮时序、列车的速度、列车是否已通过道口、列车的车轮数量、转向架数量以及车厢节数等。

需要说明的是，本车轮检测系统中，车轮传感装置10中包括至少两个车轮传感器，且车轮传感器均与信号采集器20连接，信号采集器20处理该至少两个车轮传感器采集的车轮信号。在一些实施例中，可以设置多个信号采集器，即可以是一个车轮传感器连接一个信号采集器，也可以是多个车轮传感器连接一个信号采集器。

本实用新型实施例中，信号采集器20可以，兼容各种车轮传感器类型，设置车轮信号延迟触发和触发延迟的时间，设置车轮传感器的配置，输出采集信号的脉冲宽度和脉冲时间。

图2是本实用新型实施例提供的一种信号采集器的结构示意图，请参阅图2。该信号采集器20与车轮传感装置10连接，该车轮传感装置10设置于列车行驶的轨道上，如图1所示，信号采集器20包括MCU模块202，以及与MCU模块202连接的信号处理模块201。

信号处理模块201与车轮传感装置10连接，信号处理模块201用于获取车轮传感装置10采集的车轮信号，并处理该车轮信号，获得车轮处理信号。

MCU模块202，用于判断和计算该车轮处理信号，获得列车的行进状态。

其中，车轮传感装置10采集的车轮信号不能直接传送给MCU模块202判断和计算，因为该车轮信号可能存在误触发信号，误触发信号即其它因素而非列车车轮触发车轮传感器的产生的信号，因此设置信号处理模块201在车轮传感装置10和MCU模块202间，对车轮传感装置10采集的车轮信号进行预处理。

图3是本实用新型实施例提供的信号处理模块的结构示意图，请参阅图3。如图3所示，该信号处理模块201包括信号放大单元2011、信号比较单元2012以及信号隔离单元2013。

信号放大单元2011与车轮传感装置10和信号比较单元2012连接，用于接收车轮传感装置10发送的车轮信号，并基于预设倍数放大该车轮信号，获得放大信号，发送该放大信号至信号比较单元2012。

信号放大单元2011用于对车轮信号进行放大处理，以保证将列车在低速情况下，例如1千米每小时时的较微弱的车轮信号放大，实现在列车低速行驶的情况下也能稳定的采集到车轮信号。

信号比较单元2012与信号放大单元2011和信号隔离单元2013连接，用于接收放大信号，并比较该放大信号的值与预设阈值，获得比较信号，发送该比较信号至信号隔离单元2013。

信号比较单元2012用于对放大信号的电压与预设阈值进行比较，选取大于或等于该预设阈值的信号，作为比较信号。其中该预设阈值的选取与实际情况有关，一般认为，在放大信号中大于或等于该预设阈值的信号为反映车轮信息的信号，在放大信号中小于该预设阈值的信号为非反映车轮信息的信号，例如，非反映车轮信息的信号可能是动物走过或是树枝划过等触发车轮传感器产生的信号，也可能是列车行走的时候与钢轨之间的震动产生的信号。

信号隔离单元2013与信号比较单元2012和MCU模块连接，用于接收比较信号，并隔离处理该比较信号，获得车轮处理信号，发送该车轮处理信号至MCU模块。

设置信号隔离单元2013目的在于从电路上把干扰源和易受干扰的部分隔离。

图4是本实用新型实施例提供的信号处理模块的电路结构示意图，请参阅图4。

在一些实施例中，如图4所示，信号处理模块201包括信号放大单元2011，信号放大单元2011与车轮传感装置10连接，信号放大单元2011包括放大器U1A，电阻R1、R2、R3、R4，二极管D1、D2，以及电容C1、C2。

其中，电阻R2的第一端与车轮传感装置10、二极管D2的第一端、二极管D1的第二端、电阻R1的第一端以及电容C1的第一端连接，电阻R2的第二端连接放大器U1A的第三端和电容C1的第一端。电阻R2的第一端连接车轮传感装置10以接入车轮信号(SigIn)。二极管D2的第一端连接二极管D1的第二端，二极管D2的第二端连接电源(+24V)，二极管D1的第一端接地(SGND)。电阻R1的第二端、电容C1的第二端以及电容C2的第二端连接在一起并接地(SGND)。放大器U1A的第四端接地(SGND)，放大器U1A的第八端连接电源(+24V)。放大器U1A的第二端连接电阻R3的第一端和电阻R4的第一端，电阻R3的第二端接地(SGND)，电阻R4的第二端连接放大器U1A的第一端，放大器U1A的第一端输出放大信号。SGND为信号地。

具体的，当车轮信号从SigIn处输入信号放大单元2011时，车轮信号经过二极管D1和D2，其中二极管D1和二极管D2组成一个钳位二极管，把输入放大器U1A的信号钳位在0V至24V之间，避免信号输入超过24V损坏后面的放大器U1A。信号再经过电阻R1，电阻R1的作用是是强制性吸收车轮信号中的干扰信号，在车轮信号中电流值小于特定值，例如5毫安的干扰信号均会被电阻R1强制性吸收，属于能量型吸收。电容C1、电容C2以及电阻R2形成滤波电路，信号中超过一定频率，例如65赫兹的波形都会滤掉；放大器U1A、电阻R3、电阻R4组成一个同相比例运算放大器，本实施例中该同向比例运算放大器的放大倍数的公式为(1+(R4/R3))，例如，当电阻R3的阻值可取10千欧，电阻R4的阻值可取40千欧，则同向比例运算放大器的放大倍数为5倍。

该信号放大单元2011用于对车轮信号进行放大处理，以保证将列车在低速情况下，例如1千米每小时时的较微弱的车轮信号放大，实现在列车低速行驶的情况下也能稳定的采集到车轮信号，解决车轮信号的电压幅值低，即车轮驶过但未触发车轮传感器的情况。

在一些实施例中，如图4所示，信号处理模块201还包括信号比较单元2012，信号比较单元2012与信号放大单元2011连接，信号比较单元2012包括比较器U1B。

其中，比较器U1B的第五端连接放大器U1A的第一端，以接入放大信号，比较器U1B的第六端连接电源(+VREF_2.5V)，比较器U1B的第八端连接电源(+24V)，比较器U1B的第四端接地(SGND)，比较器U1B的第七端输出比较信号。

具体的，车轮信号经过信号放大单元2011放大达到放大信号后，放大信号进入比较器U1B，比较器U1B将放大信号与电源(+VREF_2.5V)进行比较，当放大信号中的信号大于2.5V时，比较器U1B第七端输出高电平信号，所有比较器U1B输出的高电平信号组成了比较信号。电源(+VREF_2.5V)的电压值可以依据实际需求设置。

信号比较单元2012主要功能是把模拟量的电压信号即放大信号，转换成脉冲信号即比较信号，MCU模块202处理脉冲信号相比模拟量的电压信号速度快、准确性和稳定性高。

在一些实施例中，如图4所示，信号处理模块201还包括信号隔离单元2013，信号隔离单元2013与信号比较单元2012和MCU模块202连接，信号隔离单元2013包括光电耦合器P1，三极管Q1，电阻R5、R6、R7、R8、R30，电容C3。

其中，电阻R5的第一端连接比较器U1B第七端以接入比较信号，电阻R5的第二端连接三极管Q1的第一端和电阻R7的第一端，电阻R7的第二端连接三极管Q1的第二端并接地(SGND)。三极管Q1的第三端连接光电耦合器P1的第二端，光电耦合器P1的第一端连接电阻R6的第一端，电阻R6的第二端连接电源(+24V)。

光电耦合器P1的第四端连接电阻R8第一端、电阻R30的第一端以及电容C3的第一端，电阻R30的第二端连接电源(+3.3V)，电容C3的第二端接地(GND)，电阻R8的第二端输出车轮处理信号至MCU模块202。

具体的，经过信号比较单元2012比较之后的信号经过，电阻R6、光电耦合器P1、三极管Q1、电阻R5、电阻R7组成的光耦驱动电路，电阻R6用于调节光耦驱动电流的大小，电阻R5、电阻R7是驱动三极管Q1的基极，即三极管Q1第三端的驱动电阻。经过光电耦合器P1把信号隔离耦合到副边，再经过电容C3、电阻R8对信号进行滤波，经过滤波后的信号即为车轮处理信号直接进入到MCU模块202。

信号隔离单元2013除了能将信号耦合到副边外，还能够对输入、输出的电信号互相隔离，有良好的抗干扰能力。

图5是本实用新型实施例提供的MCU模块的电路结构示意图，请参阅图5。如图5所示，该MCU模块202包括MCU芯片U100，MCU芯片U100的第八端(PC0)连接信号隔离单元2013，以接入车轮处理信号，然后MCU芯片U100对车轮处理信号进行判断，判断列车车轮的时序，随后从MCU芯片U100的第五十五端(PB3)输出第一输出信号，从MCU芯片U100的第四十六端(PA13)输出第二输出信号。

该MCU模块202还包括计算单元(图未示)，与MCU芯片U100连接，用于在MCU芯片U100对车轮处理信号进行判断而获得车轮的时序后，接着根据车轮的时序对车轮处理信号进行计算，计算列车的行进状态。

MCU模块202的功能有：系统参数设置，如车轮传感器的类型，车轮传感器是否触发延时和延时触发的时间，车轮传感器的配置数量；采集信号并记录信号的脉冲宽度和采集的时间，这些数据输出到其他系统中，其他系统通过这些数据计算车速和车轮时序；根据车轮处理信号计算出列车的车轮数量、车轴数量、车厢节数等。

该MCU模块202主要用于，首先，对车轮处理信号进行逻辑判断，获得车轮时序信息，然后根据车轮时序信息、时间信息以及所车轮传感装置中车轮传感器间的预设距离，计算获得列车的行进速度，最后结合行进速度和车轮时序信息，获得列车的行进状态。车轮时序信息即车轮的时序，即车轮的经过车轮传感器的时刻和先后顺序。具体的，车轮处理信号中的每一个车轮脉冲就是车轮的时序。

图6是本实用新型实施例中列车的一节车厢经过六个车轮传感器的时序示意图，请参阅图6。图6中示意性的示出了列车的一节车厢经过6个车轮传感器的时序示意图，即车轮传感装置包括车轮传感器101、车轮传感器102、车轮传感器103、车轮传感器104、车轮传感器105以及车轮传感器106。

如图6所示，T7代表车轮感应脉冲，每一个脉冲就是一组车轮，即这节车厢共有6组车轮，一组车轮包括两个车轮，即车轮组A、车轮组B、车轮组C、车轮组D、车轮组E以及车轮组F。在一些实施例中，T7需要满足的条件是：10毫秒<T7<T15。T7需大于10毫秒，该条件基于车轮的宽度和列车的最高时速计算而来。在实际应用中，T7的范围可以适应性的改变。可算出这节车厢的车轮数量为12个。车轴数量为车轮数量的一半，所以可计算出这节车厢的车轴数量为6个。

T1代表这节车厢的车轮组A经过车轮传感器101和车轮传感器102的时间差，T3代表这节车厢的车轮组A经过车轮传感器102和车轮传感器103的时间差，T4代表这节车厢的车轮组A经过车轮传感器103和车轮传感器104的时间差，T5代表这节车厢的车轮组A经过车轮传感器104和车轮传感器105的时间差，T6代表这节车厢的车轮组A经过车轮传感器105和车轮传感器106的时间差。

T2代表这节车厢的车轮组A和车轮组B经过车轮传感器101的时间差。

T15代表这节车厢的车轮组A离开车轮传感器106的时刻和节车厢的车轮组B接触到车轮传感器106的时刻的时间差。

图7是本实施例中列车的两节车厢经过一个车轮传感器101的时序示意图，请参阅图7。图7中示意性的示出了列车的两节车厢经过6个车轮传感器的时序示意图，即车轮传感装置包括车轮传感器101。如图7所示，每一个脉冲就是一组车轮，即这两节车厢共有12组车轮，一组车轮包括两个车轮，第一节车厢有6组车轮，即车轮组A、车轮组B、车轮组C、车轮组D、车轮组E以及车轮组F，第二节车厢也有6组车轮，即车轮组G、车轮组H、车轮组I、车轮组J、车轮组K以及车轮组L。

T8代表车轮组A和车轮组B经过车轮传感器101的时间差。

连续相等的脉冲宽度的集合就是一个转向架经过车轮传感器101的时间，即T11、T12、T13、T14。

T9代表第一节车厢中的转向架AA与转向架AB之间的距离。

T10是第一节车厢离开车轮传感器101和第二车厢间到达车轮传感器101的时间差。T10需满足的条件是：T15<T10＜T9。一列火车中，累计所有T10的脉冲个数加上1，即是车厢的节数。

通过上述的各项时间差，根据预设的车轮传感器101、车轮传感器102、车轮传感器103、车轮传感器104、车轮传感器105以及车轮传感器106的间的距离，可以计算出列车的速度、车轮轮轴的距离、转向架与转向架的距离、车厢与车厢的距离等。通过实时计算列车的车速，可以预判到列车从上一个车轮传感器到达下一个车轮传感器的时间，可以准确的识别出列车已经完全驶出检测区域或是列车没有完全驶出检测区域而停在了检测区域中。通过上述方式可以判断出列车的行进状态。

如图2所示，在一些实施例中，信号采集器还包括信号输出模块203，该信号输出模块203与MCU模块202连接，用于接收MCU模块202输出的第一输出信号和第二输出信号，对该第一输出信号和第二输出信号进行处理并输出预设特征的信号至其它系统。

图8是本实用新型实施例提供的信号输出模块的结构示意图，请参阅图8。如图8所示，该信号输出模块203包括第一信号输出单元2031和第二信号输出单元2031。

该第一信号输出单元2031的输入端与MCU芯片U100的第五十五端(PB3)连接，用于接收第一输出信号，处理该第一输出信号，并输出预设第三输出信号至其它设备。

该第二信号输出单元2032的输入端与MCU芯片U100的第四十六端(PA13)连接，用于接收第二输出信号，处理该第二输出信号，并输出第四输出信号至工业控制计算机。

图9是本实用新型实施例提供的第一信号输出单元的电路结构示意图，请参阅图9。该第一信号输出单元2031包括光电耦合器P2，三极管Q2，电阻R11、R12、R13、R14、R15，以及电容C7。其中，电阻R11的第一端连接MCU芯片U100的第五十五端(PB3)，电阻R11的第二端连接三极管Q2的第一端和电阻R15的第一端，电阻R15的第二端连接三极管Q2的第二端并接地(GND)。三极管Q2的第三端连接光电耦合器P2的第二端，光电耦合器P2的第一端连接电阻R12的第一端，电阻R12的第二端连接电源(+3.3V)。光电耦合器P2的第四端连接电阻R13的第一端、电阻R14的第一端以及电容C7的第一端，电阻R13的第二端连接电源(+24V)，电容C7的第二端接地(GND)，电阻R14的第二端输出第三输出信号。

具体的，电阻R11、电阻R12、光电耦合器P2、三极管Q2、带你组R15是光耦驱动电路，电阻R12用于调节光耦的驱动电流。经过光电耦合器P2隔离之后，电阻R13是用于信号上拉的电阻，电容C7、电阻R14是滤波电路。电阻R11、电阻R12、光电耦合器P2、三极管Q2、电阻R15、电阻R13、电容C7、电阻R14组成的电路输出的第三输出信号为TTL(Transistor-Transistor Logic，晶体管-晶体管逻辑电平)信号，本实施例中，该第三输出信号中，信号为0代表输入的第一输出信号中小于0.8V的部分，信号为1代表输入的第一输出信号中大于1.6V的部分。该第三输出信号是输出给其他的设备，信号电平的电压是24V，采用光耦隔离电路，增强了抗干扰性。

本实施例中第一信号输出单元2031输出的信号为电平的电压是24V的TTL信号，根据实际需求，可以通过改变本第一信号输出单元2031中的连接关系或元器件的特征参数输出其它电平电压值的TTL信号。

图10是本实用新型实施例提供的第二信号输出单元的电路结构示意图，请参阅图10。该第二信号单元2032包括三极管Q3、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19以及电容C8。

其中，电阻R16的第一端连接MCU芯片U100的第四十六端(PA13)，电阻R16的第二端连接三极管Q3的第一端和电阻R19的第一端，电阻R19的第二端与三极管Q3的第二端连接并接地(SGND)。三极管Q3的第三端连接电阻R17的第一端和电阻R18的第一端，电阻R17的第二端连接电源(+3.3V)，电阻R18的第二端连接电容C8的第一端并输出第四输出信号，电容C8的第二端接地(GND)。

具体的，其中电阻R18和电容C8是滤波电路，电阻R17是调节输出信号的驱动电流，输出的电流越大，驱动能力越强。电阻R16、R17、R18、R19，三极管Q3组成的电路输出TTL信号。该第四输出信号中，信号为0代表输入的第二输出信号中小于0.5V的部分，信号为1代表输入的第二输出信号中大于1.6V的部分。

工业控制计算机能接收的信号是0至5V的信号，该第四输出信号是输出给工业控制计算机，该第四输出信号电平的电压是5V。因为工业控制计算机的内部已经存在隔离电路，所以该第二信号单元2032是非隔离电路。

本实用新型实施例提供的信号采集器20与车轮传感装置10连接，车轮传感装置10设置于列车行驶的轨道上，信号采集器20包括MCU模块202，以及与MCU模块202连接的信号处理模块201，信号处理模块201用于获取车轮传感装置10采集的车轮信号并处理车轮信号从而获得车轮处理信号，MCU模块202用于判断和计算车轮处理信号，获得列车的行进状态。

本实用新型实施例提供的车轮检测系统，可以检测出列车的行进状态，该行进状态包括列车的车轮时序、列车的速度、列车是否已通过道口、列车的车轮数量、转向架数量以及车厢节数等并且检测时列车可以变速通过，从而使用本实用新型实施例提供的方案检测列车的行进状态比现有技术更精确，对列车的速度要求更宽松。

上述车轮检测系统100在实际应用中，车轮传感装置10中的车轮传感器存在两个缺陷，一是，当列车的时速小于1千米每小时时，很容易会出现漏轮的情况，即车轮传感器感应不到车轮经过的变化信号。二是，当列车的时速大于60千米每小时，或在弯道转弯的时候，列车的车轮与钢轨之间有间隙存在，间隙可能大于50毫米，当车轮镟修的次数越多，车轮轮沿与车轮外表面距离越大，这时候的车轮的轮沿就不在车轮传感器的感应面上，这样会使在列车高速行驶和列车在弯道行驶时，发生漏检车轮的情况。

为了改善上述两个缺陷，本实用新型实施例对现有的车轮传感器进行了改进。

图11是本实用新型实施例提供的车轮传感器内两个永磁铁和一个线圈的分布示意图，请参阅图11。

在车轮传感器内部设置有两个永磁铁和一个线圈，线圈位于两个永磁铁中间，为了在列车的时速小于1千米每小时时，避免漏轮的情况，本实用新型实施例将线圈的内阻设置为预设内阻，以保证在列车时速低于第一预设时速时，车轮传感器仍然能够感应到列车的车轮信号。

本实用新型实施例中，预设内阻为1.3千欧或1.3千欧上下浮动500欧。第一预设时速为1千米每小时。

具体的，为了在低速下也能正常感应车轮经过的车轮信号，增加感应电动势，即电压。车轮传感器输出信号的感应电动势公式是：

可转换为：

说明：

为单位时间内的磁通量，在永磁铁大小不改变的情况下，磁通量是定值。(r×n)＝R，R为线圈内阻，r为单圈线圈的内阻，n为线圈的匝数，V为感应电压。

根据以上的公式，要增加感应电压，只有通过增加感应线圈的内阻，也就是匝数。

经实验，重新设计之前的车轮传感器的线圈内阻R是600Ω，列车时速在0.9千米每小时至1千米每小时时，车轮经过车轮传感器10后输出的车轮信号的波形不是很明显，幅值为0.27伏，脉冲宽度是480毫秒。

当线圈内阻增加到1.3千欧的时候，列车时速在0.9千米每小时至1千米每小时时，车轮经过车轮传感器10后输出的车轮信号的波形也不是很明显，幅值为0.83伏，脉冲宽度是650毫秒。

当线圈内阻增加到1.5千欧的时候，列车时速在0.9千米每小时至1千米每小时时，车轮经过车轮传感器10后输出的车轮信号的波形仍然不是很明显，幅值1.19伏，脉冲宽度为340毫秒。

车轮的线圈内阻增大，车轮传感器的灵敏度也会随之提高，车轮信号中包含误触发信号的概率也会增大，误触发信号是列车行走的时候与钢轨之间的震动产生的信号。

经过现场试验证明，车轮传感器线圈内阻为1.3千欧或1.3千欧上下浮动500欧时的信号幅度和准确率最为理想。

本实用新型实施例将车轮传感器的线圈内阻选取为预设内阻，使得当列车的时速小于1千米每小时时，不容易会出现漏轮的情况。

图12是现有技术中的车轮传感器的尺寸示意图，请参阅图12。如图12所示，现有技术中车轮传感器上表面的长为86毫米，宽为66毫米。

在列车的时速大于60千米每小时和在弯道的时候，为了减少漏轮的情况，我们适当增加车轮传感器的表面感应面积和车轮传感器的体积。

图12是现有技术中的车轮传感器的尺寸示意图，请参阅图12。

在一些实施例中，车轮传感器在现有车轮传感器的基础上，增大车轮传感器的面积和体积，以保证在列车时速高于第二预设时速时，车轮传感器仍然能够感应到列车的车轮信号。第二预设时速可为60千米每小时。

图13是本实用新型实施例提供的一种车轮传感器的尺寸示意图，请参阅图13。本实用新型实施例中将车轮传感器的表面的长设置为94毫米，宽设置为84毫米。

车轮传感器是紧挨着钢轨面安装，车轮传感器横向的宽度计算方法为：轮沿厚度，加上轮沿与踏面的半径，加上车轮与钢轨之间的间隙。车轮与钢轨之间的间隙与列车的拐弯半径有关，拐弯半径越大，间隙就越小，经测量得到普通铁路的间隙是30至33毫米，高铁铁路的间隙是20至23毫米。轮沿厚度、轮沿与踏面的半径、车轮与钢轨之间的间隙等数据在不同的铁路会有所不同。本实用新型实施例中车轮轮辋厚度是140毫米，钢轨承载面宽度是70毫米，车轮传感器横向的宽度是84mm。经过计算得出车轮传感器的表面的长设置为94毫米比较合适。

需要说明的是车轮传感器的表面的长和宽不唯一，可根据列车行驶的轨道的尺寸与列车车轮的尺寸，进行计算得出适宜的车轮传感器表面长和宽的尺寸。

车轮传感器是安装在铁轨上的，列车在行走的过程中对铁轨会产生振动，这振动随着距离的减短，车轮传感器的振幅会越大，这个振幅会引起车轮传感器的振动变化，从而引起误触发的信号，所以需要增加车轮传感器的重量，避免这种微小振动产生的误触发的信号。

为了增加车轮传感器的重量，除了通过增大车轮传感器的感应面积外，还可以适当的增加车轮传感器的高度。

综上，本实用新型实施例通过车轮传感器采集车轮信号，然后通过信号采集器预处理、判断和计算该车轮信号，从而获得列车的行进状态，该行进状态包括列车的车轮时序、列车的速度、列车是否已通过道口、列车的车轮数量、转向架数量以及车厢节数等。并且本实用新型实施例对现有的车轮传感器进行了改进，一是，在车轮传感器内部设置有两个永磁铁和一个线圈，线圈位于两个永磁铁中间，将线圈的内阻设置为预设内阻，以保证在列车时速低于1千米每小时时，车轮传感器仍然能够感应到列车的车轮信号。二是，增加车轮传感器的表面感应面积和车轮传感器的体积，以保证在列车时速高于1千米每小时时，车轮传感器仍然能够感应到列车的车轮信号。本实用新型实施例提供的方案可以检测并计算得到列车的车轮时序、列车的速度、列车是否已通过检测区域、列车的车轮数量、转向架数量以及车厢节数等，还能够达到较宽的可测列车时速，能够降低漏检车轮数量，并且列车可以变速或停车通过。

需要说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中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。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种信号采集器，所述信号采集器与车轮传感装置连接，所述车轮传感装置设置于列车行驶的轨道上，其特征在于，所述信号采集器包括：MCU模块，以及与所述MCU模块连接的信号处理模块；

所述信号处理模块，用于获取所述车轮传感装置采集的车轮信号，并处理所述车轮信号，获得车轮处理信号；

所述MCU模块，用于判断和计算所述车轮处理信号，获得所述列车的行进状态。

2.根据权利要求1所述的信号采集器，其特征在于，所述信号处理模块包括信号放大单元，所述信号放大单元与所述车轮传感装置连接，所述信号放大单元包括放大器U1A、电阻R2、电阻R3以及电阻R4，其中，

所述放大器U1A的第三端通过所述电阻R2连接所述车轮信号，所述放大器U1A的第二端连接所述电阻R3的第一端和所述电阻R4的第一端，所述电阻R3的第二端接地，所述电阻R4的第二端连接所述放大器U1A的第一端，所述放大器U1A的第一端输出放大信号。

3.根据权利要求2所述的信号采集器，其特征在于，所述信号处理模块还包括信号比较单元，所述信号比较单元与所述信号放大单元连接，所述信号比较单元包括比较器U1B，其中，

所述比较器U1B的第五端连接所述放大器U1A的第一端，所述比较器U1B的第六端连接电源，所述比较器U1B的第七端输出比较信号。

4.根据权利要求3所述的信号采集器，其特征在于，所述信号处理模块还包括信号隔离单元，所述信号隔离单元与所述信号比较单元和所述MCU模块连接，所述信号隔离单元包括光电耦合器P1、三极管Q1、电阻R5、电阻R6以及电阻R8，其中，

所述三极管Q1的第一端通过所述电阻R5连接所述比较器U1B的第七端，所述三极管Q1的第二端接地，所述三极管Q1的第三端连接所述光电耦合器P1的第二端，所述光电耦合器P1的第一端通过所述电阻R6连接电源，所述光电耦合器P1的第四端通过所述电阻R8输出所述车轮处理信号至所述MCU模块。

5.根据权利要求4所述的信号采集器，其特征在于，所述MCU模块包括MCU芯片，所述MCU芯片的第八端连接所述信号隔离单元，以接入所述车轮处理信号，所述MCU芯片的第五十五端输出第一输出信号，所述MCU芯片的第四十六端输出第二输出信号。

6.根据权利要求5所述的信号采集器，其特征在于，所述信号采集器还包括信号输出模块，所述信号输出模块与所述MCU模块连接，用于对所述第一输出信号和所述第二输出信号进行处理并输出预设特征的信号。

7.根据权利要求6所述的信号采集器，其特征在于，所述信号输出模块包括第一信号输出单元和第二信号输出单元，其中，

所述第一信号输出单元的输入端与所述MCU芯片的第五十五端连接，用于接收所述第一输出信号，处理所述第一输出信号，并输出第三输出信号；

所述第二信号输出单元的输入端与所述MCU芯片的第四十六端连接，用于接收第所述二输出信号，处理所述第二输出信号，并输出第三输出信号。

8.一种车轮检测系统，其特征在于，包括车轮传感装置和权利要求1至7任一项所述的信号采集器，

所述车轮传感装置包括至少两个车轮传感器，所述车轮传感器设置于列车行驶的轨道上，用于采集列车的车轮信号；

所述信号采集器与所述至少两个车轮传感器连接，用于：

获取所述至少两个车轮传感器采集的车轮信号；

处理所述车轮信号，获得车轮处理信号；

判断和计算所述车轮处理信号，获得列车的行进状态。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述车轮传感器内部有两个永磁铁和一个线圈，所述线圈位于所述两个永磁铁中间，将所述线圈的内阻设置为预设内阻，以保证在列车时速低于第一预设时速时，所述车轮传感器仍然能够感应到所述列车的车轮信号。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述车轮传感器在现有车轮传感器的基础上，增大所述车轮传感器的面积和体积，以保证在列车时速高于第二预设时速时，所述车轮传感器仍然能够感应到所述列车的车轮信号。

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