EP3452357A2 - Method for evaluating signals from at least one vibration sensor - Google Patents

Method for evaluating signals from at least one vibration sensor

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Publication number
EP3452357A2
EP3452357A2 EP17728438.7A EP17728438A EP3452357A2 EP 3452357 A2 EP3452357 A2 EP 3452357A2 EP 17728438 A EP17728438 A EP 17728438A EP 3452357 A2 EP3452357 A2 EP 3452357A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
vibration sensor
train
signal
evaluated
signals
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP17728438.7A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Houssam EL MOUTAOUAKIL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SENVISYS GMBH
Original Assignee
Senvisys Ug
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Senvisys Ug filed Critical Senvisys Ug
Publication of EP3452357A2 publication Critical patent/EP3452357A2/en
Pending legal-status Critical Current

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    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L29/00—Safety means for rail/road crossing traffic
    • B61L29/08—Operation of gates; Combined operation of gates and signals
    • B61L29/18—Operation by approaching rail vehicle or rail vehicle train
    • B61L29/22—Operation by approaching rail vehicle or rail vehicle train electrically
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L1/00—Devices along the route controlled by interaction with the vehicle or vehicle train, e.g. pedals
    • B61L1/02—Electric devices associated with track, e.g. rail contacts
    • B61L1/08—Electric devices associated with track, e.g. rail contacts magnetically actuated; electrostatically actuated
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B61L1/00—Devices along the route controlled by interaction with the vehicle or vehicle train, e.g. pedals
    • B61L1/02—Electric devices associated with track, e.g. rail contacts
    • B61L1/10—Electric devices associated with track, e.g. rail contacts actuated by electromagnetic radiation; actuated by particle radiation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B61L23/00—Control, warning, or like safety means along the route or between vehicles or vehicle trains
    • B61L23/04—Control, warning, or like safety means along the route or between vehicles or vehicle trains for monitoring the mechanical state of the route
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    • B61L25/021—Measuring and recording of train speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
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    • B61L25/00—Recording or indicating positions or identities of vehicles or vehicle trains or setting of track apparatus
    • B61L25/02—Indicating or recording positions or identities of vehicles or vehicle trains
    • B61L25/025—Absolute localisation, e.g. providing geodetic coordinates

Definitions

  • the train detection plays a central role in the Leit- u. Securing technology and in particular in the free reporting of track sections.
  • the majority of the train detection systems can detect a rail vehicle only when the vehicle passes directly at the detection point. Examples include axle counters and wheel sensors.
  • the installation and maintenance of equipment (e.g., railroad crossings) equipped with these systems are costly because of the high cabling effort. Because in order to secure such a level crossing, the wiring would have to be installed over several kilometers.
  • Track-free signaling systems which are secured with track-mounted systems, are just as cost-intensive as the cabling effort and also suffer from a higher false reporting rate. Furthermore, there are railway systems, which are secured by guards.
  • the signal guards are informed by telephone or by radio about the arrival of rail vehicles, so that they can then secure the affected track section. In this type of backup human error is not excluded.
  • the system in patent NO20100001301 20100917 is able to detect rail vehicles early, but can not detect their speed and distance early. Such a system can not make an accurate statement as to when a train arrives at a detection station, the time of arrival is merely estimated.
  • the present invention relates to a method for evaluating signals of at least one vibration sensor, wherein the at least one vibration sensor is in operative connection with a track for rail vehicles.
  • the signals of the at least one vibration sensor are fed to an evaluation unit.
  • the evaluation unit the signal of the at least one vibration sensor with respect to the power density spectrum is evaluated such that the width and / or the temporal change of the width of a Frequency band is evaluated by one or more characteristic frequencies such that at the frequencies in the respective frequency band, a minimum value of the power density occurs.
  • the width of the frequency band with the distance of the train depends on the position of the vibration sensor such that the wider the frequency band, the closer the train is to the position of the vibration sensor. It has been found that the width of the frequency band is in an at least approximately linear relationship with the distance of the train from the position of the vibration sensor. In any case, the relationship between the width of the frequency band and the distance of the train can at least approximately be described by a linear function. If the parameters of the linear relationship have been determined by previous reference measurements, the position of the train can thus be determined directly from the measured data in the sense of the distance to the position of the vibration sensor.
  • the speed of the train can be derived from the positions of the train at the times and the time intervals between the times.
  • characteristic frequencies lie in a frequency band whose bandwidth increases as the train approaches. As the train moves away, this bandwidth decreases. At the frequencies in this frequency band, a minimum value of power density occurs as the train approaches. From the bandwidth of this frequency band "around the characteristic frequency around" and also from the temporal change in the bandwidth of this frequency band thus the distance of the train from the position of the vibration sensor and further the speed of the train can be derived.
  • Claim 2 relates to a method for evaluating signals of at least one vibration sensor, wherein the at least one vibration sensor in operative connection with a Track for rail vehicles stands.
  • the signals of the at least one vibration sensor are fed to an evaluation unit, wherein in the evaluation unit, the signal of the at least one vibration sensor is evaluated with respect to the power density spectrum such that at one or more characteristic frequencies and / or in each case a frequency range around this characteristic frequency or the characteristic frequencies the signal power and / or the temporal change of the signal power is evaluated, in order therefrom the expected time of arrival of the train at the position of the vibration sensor and / or the time elapsed since the train has passed the position of the vibration sensor, and / or to derive the speed of the train.
  • the increase in signal power over time at constant vehicle speed of the train is at least approximately linear if only one frequency or a (limited) frequency range around the respective frequency is considered in the power density spectrum.
  • This can be explained by the fact that the basically exponential increase in the overall power of the signal is due to the fact that increasingly larger components of frequencies occur in the signal, which can be represented as widening of frequency bands. If the evaluation with narrow bandwidths is limited to the frequencies whose signal powers are greatest in the frequency bands, an at least approximately linear increase in signal power over time at a constant vehicle speed of the train is shown. In any case, the relationship between the signal power at the characteristic frequency or in a frequency range around this characteristic frequency can be approximately considered to be linear.
  • a common train length is used as a basis and also included a safety surcharge to take into account even larger train lengths or trains that are loaded so that they are heavier loaded, for example, at the Switzerlandspitze as the rear end of the train.
  • From the time difference between the current time and the expected arrival time and the vehicle speed can continue to be derived directly from the distance of the train from the position of the vibration sensor. This is true for a train that moves away from the vibration sensor as well. This is based on the time that has elapsed since the train passed the position, as well as the driving speed.
  • This temporal change in signal power is related to speed.
  • One possible signal evaluation is to evaluate this temporal change in signal power at one or more of the characteristic frequencies.
  • Another possibility is the signal power and in particular the temporal Change the signal power in a frequency range surrounding each of the characteristic frequencies.
  • the signal power and / or the temporal change of the signal power in the frequency band is evaluated in order to calculate the expected time of arrival of the train at the position of the vibration sensor and / or the time elapsed since the train Has passed the position of the vibration sensor, and / or derive the speed of travel of the train.
  • the distance of the train from the position of the vibration sensor can also be determined from these data.
  • the embodiment according to claim 3 relates to a method in which the signal evaluation is performed by an evaluation of the signal power. However, this is not done as in claim 2 in the frequency range around the characteristic frequency but in the frequency band which has been determined in advance according to the method of claim 1. In contrast to claim 2, therefore, in the method according to claim 3, the signal power or the temporal change of the signal power in the frequency band is determined, which was previously determined depending on the frequencies a certain minimum signal level occurs.
  • reference values can be measured in advance under defined driving conditions of a rail vehicle. Different rail vehicles with different axle loads are to be expected that set different levels in the signal power under otherwise identical conditions. From the intersection of the linear increase or decrease of mheren signal powers at different frequencies can be determined via interpolation, when the rail vehicle arrives at the measuring point or what time has elapsed since the vehicle has passed this measuring point.
  • the metric distance from a rail vehicle from the position of the vibration sensor is obtained by multiplying the expected time until the train arrives at the position of the vibration sensor (or the time elapsed since the vehicle passed the measurement point) with the vehicle speed , It proves to be particularly advantageous that the interpolation can be linear. As a result, the computational complexity is reduced and the measurement results can be evaluated in real time. This proves to be particularly advantageous when using the invention in connection with control systems such as barriers or in connection with warning systems, for example, in track work.
  • relative changes in the signal power can also be taken into account. It has been found that by evaluating these relative changes, it is possible to calculate the different levels of signal power resulting from different levels due to different axle loads of different rail vehicles.
  • time period the level of the signal power changes by a certain percentage value. This period of time can be compared with previously determined reference values under defined driving conditions of a rail vehicle, so that the driving speed of the rail vehicle can be derived by interpolation.
  • an evaluation of signals of at least one vibration sensor wherein the at least one vibration sensor is in operative connection with a track for rail vehicles takes place.
  • the signals of the at least one vibration sensor are fed to an evaluation unit.
  • the evaluation unit the signal of the at least one vibration sensor with respect to the power density spectrum is evaluated in such a way that the Doppler shift is evaluated.
  • the embodiment according to claim 4 relates to a special case of evaluation of the frequency spectrum by the evaluation of the spectral analysis is evaluated by means of the Doppier- shift.
  • the temporal change of the frequency spectrum is examined as to whether a characteristic shift of a maximum in the frequency spectrum has resulted from one measurement to the next. This can then be attributed to the fact that the rail vehicle has passed the position of the vibration sensor in the track system.
  • the so-called Doppler shift occurs, where the maximum occurs at a lower frequency. From the difference of the frequency of the maximum of the measurement, at which the rail vehicle approaches the position of the sensor, to the frequency of the maximum of the measurement, at which the rail vehicle moves away from the position of the sensor, the traveling speed of the rail vehicle can be determined. In this case, it is detected from the occurrence of a difference in the frequencies of two measurements in which the maximum of the signal power occurs that the rail vehicle has passed the position of the sensor between these two measurements.
  • vibration sensors are addressed.
  • Such vibration sensors may be sensors, which are known as so-called structure-borne sound sensors. These detect vibrations of components to which these structure-borne sound sensors are mechanically attached, mechanically. This is done by means of piezoelectric elements.
  • these vibration sensors may also be sensors that detect vibrations without contact. This can be done for example by means of optical measurement methods by laser. The detection of the vibrations can also be done with pressure sensors.
  • the evaluation unit can be configured as a central unit and can transmit the detection results directly or via another module via cable or via electromagnetic waves.
  • the central unit can communicate the detection results via ERTMS (European Rail Management System) and exchange general information with this system as well as with other rail management systems.
  • ERTMS European Rail Management System
  • the vibration sensors can be mounted at regular or irregular intervals along a track. As a result, events along or in the vicinity of the track can be detected and further communicated (see FIG.
  • the evaluation unit can be supplied with a signal of a temperature sensor.
  • the temperature sensor may be mounted in the vicinity of the evaluation unit or also in the vicinity of one or more of the vibration sensors.
  • a test of the system may be performed in which there is a sound generator that induces a predetermined sound pattern into the track rail. This allows the vibration sensors to be tested and synchronized for proper operation. The sound patterns measured via the sensors are compared via the evaluation unit. Asynchronization of the signals from the vibration sensors can be detected and corrected. This allows the sensors to be checked for malfunction (see Figure 4).
  • the vibration sensors may be piezoelectric sensors, for example.
  • the noise sensitivity is at least in some embodiments improved thanks to the structure of the embodiment, so that more data can be determined by the use of a few sensors.
  • the system basically uses two vibration sensors in order to be able to determine the direction of travel as well.
  • the system is still able to determine the rail vehicles and their speed and distance already several hundred meters before their arrival ( Figure 1).
  • the noise sensitivity can also be improved by the use of temperature sensors. This makes the system even less noisy. Accordingly, rail vehicles can be detected over a greater distance than is the case with the current solutions.
  • the system can be mounted sideways or under the track so it is protected against theft and sabotage.
  • the sensor can detect the vibration signals on the rail side, below the rail or on the rail head.
  • the signals can also be detected by a combination of the aforementioned attachment possibilities.
  • the sensors can be accommodated in subunits. As a result, a decoupling of the mechanical vibration is achieved, so that each sensor only over the track transmitted vibration detected and the oscillation of the housing is not included. This means that the subunits including the sensors oscillate independently of each other, since they are not housed in the same housing.
  • Method 1 The signal power in at least one of the sensors is taken into account - frequency-dependent according to the above explanations - and the determined values of the signal powers are compared with each other over time. The faster the values increase, the faster the train is traveling. Accordingly, the train slows down as the values increase more slowly. This increase in the level of signal power is compared to a reference value, which is used to determine a more accurate speed.
  • Method 2 The signals are analyzed spectrally. The extracted signal frequencies are used in the Doppler shift formula so that the speed of the rail vehicle can be determined from this.
  • Method 1 The amplitude increase in at least one of the sensors is taken into account and the values over time are compared with each other. This increase in amplitude is then compared with a reference value and a more accurate distance is determined therefrom.
  • Method 2 This method requires signal values from at least two sensors.
  • the distance to the sound source is determined by the acoustic source localization method, where the necessary signals are obtained from at least two vibration sensors.
  • the Time Difference of Arrival method is used, which is used on sensor arrays.
  • the detection results such as the train detection status, the speed and the Removal of the rail vehicle, etc. can be transmitted directly from the system or with the help of another module by radio.
  • Method 3 This method uses only one sensor to determine the time distance. In this case, signal lines from different frequency ranges are considered.
  • the linear increase / decrease interpolation allows the accurate calculation of the time of arrival or time that has elapsed since the train passed the position of the vibration sensor. If this value is multiplied by the speed, then the distance to the rail vehicle and thus the position results.
  • an acoustic signal is transmitted from the central unit via the track rail and recorded by the sensors in the subunits.
  • the output signal is in turn received by the central unit and checked. If no signal arrives at the central unit, the sensor is defective where the signal is expected. If the signals arrive delayed with respect to the other sensors, this delay is taken into account in the calculations (FIG. 4).
  • the system can be permanently installed in the track rails and form a unit together with them. Newly installed track sections thus automatically have the already integrated system (FIG. 5).
  • FIG. 1 DESCRIPTION OF THE FIGURES FIG. 1:
  • Figure 1 shows the system incorporated in central unit and subunits.
  • An application example here is the railroad crossing.
  • 1.1 represents the road, while 1.2 represents a signaling system, which expects signals from a signal box 1.3.
  • a rail vehicle approaches the railroad crossing, it thus triggers vibrations that are transmitted via the track rail (1.4).
  • This vibration is detected by the acceleration sensors from the subunits (1.6 or 1.7).
  • the vibration converted into electrical signals is provided to the central unit (1.5).
  • the central unit detects the arrival of a rail vehicle and notifies a responsible body. In this case, it is a signal box.
  • FIG. 2 is a diagrammatic representation of FIG. 1
  • Figure 2 shows the various attachment possibilities of the subunits and the acceleration sensors on a track rail.
  • 2.1 represents a subunit fixed under the track rail (2.2).
  • 2.3 is the contact between accelerometer and track rail.
  • 2.4 is a subunit mounted laterally on the track rail. While in 2.4 the sensor detects the vibrations from the middle of the rail, 2.5 detects these vibrations from the rail head. In 2.6 a combination of the executed installation possibilities can be seen.
  • FIG. 3 is a diagrammatic representation of FIG. 3
  • FIG. 3 shows an arrangement of the detection systems (3.2) along a track (3.3).
  • the systems detect both vibrations generated by rail vehicles and vibrations caused by environmental elements.
  • a tree (3.4) is recognized as a danger during buckling and when driving on the track and mediated as such.
  • the switch could e.g. via the lines (3.1) along the track.
  • FIG. 4 shows a system which is the subject of this patent, which has a self-testing method.
  • the central unit (4.3) sends sound waves into the track rail (4.1).
  • the subunits (4.3) detect these sound waves via the acceleration sensors and return the signals to the central unit. If the central unit does not receive a signal from one or more subunits, then there is a defect.
  • the state of the system is communicated with a responsible body. In this case it is a signal box (4.4).
  • FIG. 5 is a diagrammatic representation of FIG. 5
  • a track rail (5.1) can be seen, wherein the system subject of this patent is firmly integrated (5.2). Via a cable (5.3), the rail track is supplied with power and delivers the data to a responsible body.
  • FIG. 6 is a diagrammatic representation of FIG. 6
  • FIG. 6 shows a representation of a power density spectrum for a measurement signal. It is the frequency (in Hz) plotted over time.
  • the gray tone in the representation of FIG. 6 corresponds to the power level of the signal.
  • three characteristic frequencies 6.1, 6.2 and 6.3 were selected.
  • FIG. 7 is a diagrammatic representation of FIG. 7
  • FIG. 7 shows the curves 7.1, 7.2 and 7.3 of the signal powers to the characteristic frequencies 6.1, 6.2 and 6.3 of FIG. 6.
  • the scaling of the time axis coincides with the scaling of the time axis of FIG.
  • the signal powers are considered and evaluated as linear.
  • the resulting lines intersect at a point at time 7.4. This is the time at which the center of mass of the train passes the position of the vibration sensor.
  • the point in time 7.5 is the time that is determined by expected at time 7.4 with an expected train length and a safety margin (possibly still taking into account the mass distribution of the train) that the tip of the train reaches the position of the sensor.
  • time 7.6 is the time at which the end of the train is expected to have passed the position of the vibration sensor.
  • FIG. 8 shows a further illustration of a power density spectrum for a different measurement signal than corresponds to the representation of FIG. Again, the frequency (in Hz) is plotted over time.
  • the gray tone in the representation of FIG. 8 again corresponds to the power level of the signal.
  • three characteristic frequencies 8.1, 8.2 and 8.3 were selected. It can be seen in the representation of FIG. 8 that the frequency bands around the frequencies 8.1 and 8.2 are so wide that these frequency bands overlap.
  • FIG. 9 is a diagrammatic representation of FIG. 9
  • FIG. 9 shows the curves 9.1, 9.2 and 9.3 of the signal powers to the characteristic frequencies 8.1, 8.2 and 8.3 of FIG. 8. Again, the temporal course of the signal powers is plotted. The scaling of the time axis coincides with the scaling of the time axis of FIG. It can also be seen that the signal powers of the curves 9.1 and 9.3 are considered as linear and evaluated.

Abstract

The present invention relates to a method for evaluating signals from at least one vibration sensor, wherein the at least one vibration sensor is operatively connected to a rail track. The signals of the at least one vibration sensor are fed to an evaluating unit, the signal of the at least one vibration sensor being evaluated in the evaluating unit with respect to the power density spectrum. This can be carried out by evaluating the width and/or the temporal modification of the width of a frequency band about one or more characteristic frequencies such that a minimum value of the power density is produced for the frequencies in the respective frequency band. Therefore, the distance of the train with respect to the position of the vibration sensor and/or the traveling speed of the train can be derived therefrom. Alternatively, this can be carried out by evaluating the signal power and/or the temporal change in the signal power for one or more characteristic frequencies and/or in respectively one frequency range about said characteristic frequencies, in order to derive the expected arrival time of the train on the position of the vibration sensor and/or the amount of time which has lapsed since the train passed the position of the vibration sensor and/or the traveling speed of the train. Instead of the frequency range, the signal power in the frequency range previously determined can be evaluated.

Description

Verfahren zur Auswertung von Signalen wenigstens eines Vibrationssensors  Method for evaluating signals of at least one vibration sensor
In dieser Patentanmeldung wird ein System und ein Verfahren vorgestellt, mit dem es möglich ist, nicht nur Schienenfahrzeuge frühzeitig zu detektieren, sondern auch die Geschwindigkeit und die Entfernung der Fahrzeuge vor deren Eintreffen bei der Detektierstelle zu ermitteln. Damit wird erreicht, dass eine Aussage darüber getroffen werden kann, wie schnell und wann ein Schienenfahrzeug bei einem zu schützenden Bereich (z.B. Bahnhof, Bahnübergang, etc.) eintrifft. In this patent application, a system and a method is presented, with which it is possible not only to detect rail vehicles early, but also to determine the speed and distance of the vehicles before they arrive at the detection point. This ensures that a statement can be made as to how quickly and when a rail vehicle arrives at an area to be protected (for example, railway station, railroad crossing, etc.).
Die Zugdetektierung stellt eine zentrale Rolle in der Leit- u. Sicherungstechnik und insbesondere in der Freimeldung von Gleisabschnitten dar. Die Mehrzahl der Gleisfreimeldeanlagen kann ein Schienenfahrzeug nur dann detektieren, wenn das Fahrzeug unmittelbar an der Detektierstelle vorbeifährt. Beispiele hierfür stellen Achszähler und Radsensoren dar. Die Installation und Wartung von Anlagen (z.B. Bahnübergänge), die mit diesen Systemen ausgestattet sind, erweisen sich aufgrund des hohen Verkabelungsaufwands als kostspielig. Denn um so einen Bahnübergang zu sichern, müsste die Verkabelung über mehrere Kilometer installiert werden. Gleisfreimeldeanlagen, welche mit Gleisstromsystemen gesichert werden, sind ebenso kostenintensiv wie der Verkabelungsaufwand und leiden zudem an einer höheren Falschmeldequote. Des Weiteren gibt es Bahnanlagen, die durch Bahnwärter gesichert werden. Die Bahnwärter werden telefonisch oder per Funk über die Ankunft von Schienenfahrzeugen informiert, sodass diese dann den betroffenen Gleisabschnitt sichern können. Bei dieser Art der Sicherung ist menschliches Versagen nicht ausgeschlossen. Im Vergleich zu dem hier beschriebenen System, ist das System in Patent NO20100001301 20100917 zwar in der Lage, Schienenfahrzeuge frühzeitig zu detektieren, kann deren Geschwindigkeit und Entfernung jedoch nicht frühzeitig erkennen. Solch ein System kann keine genaue Aussage darüber treffen, wann ein Zug bei einer Detektierstelle eintrifft, der Zeitpunkt der Ankunft wird lediglich geschätzt. The train detection plays a central role in the Leit- u. Securing technology and in particular in the free reporting of track sections. The majority of the train detection systems can detect a rail vehicle only when the vehicle passes directly at the detection point. Examples include axle counters and wheel sensors. The installation and maintenance of equipment (e.g., railroad crossings) equipped with these systems are costly because of the high cabling effort. Because in order to secure such a level crossing, the wiring would have to be installed over several kilometers. Track-free signaling systems, which are secured with track-mounted systems, are just as cost-intensive as the cabling effort and also suffer from a higher false reporting rate. Furthermore, there are railway systems, which are secured by guards. The signal guards are informed by telephone or by radio about the arrival of rail vehicles, so that they can then secure the affected track section. In this type of backup human error is not excluded. In comparison with the system described here, the system in patent NO20100001301 20100917 is able to detect rail vehicles early, but can not detect their speed and distance early. Such a system can not make an accurate statement as to when a train arrives at a detection station, the time of arrival is merely estimated.
Die vorliegende Erfindung betrifft nach Anspruch 1 ein Verfahren zur Auswertung von Signalen wenigstens eines Vibrationssensors, wobei der wenigstens eine Vibrationssensor in Wirkverbindung mit einem Gleis für Schienenfahrzeuge steht. Die Signale des wenigstens einen Vibrationssensors werden einer Auswerteeinheit zugeführt. In der Auswerteeinheit wird das Signal des wenigstens einen Vibrationssensors hinsichtlich des Leistungsdichtespektrums ausgewertet derart, dass die Breite und/oder die zeitliche Änderung der Breite eines Frequenzbandes um eine oder mehrere charakteristische Frequenzen ausgewertet wird derart, dass bei den Frequenzen in dem jeweiligen Frequenzband ein Mindestwert der Leistungsdichte auftritt. The present invention according to claim 1 relates to a method for evaluating signals of at least one vibration sensor, wherein the at least one vibration sensor is in operative connection with a track for rail vehicles. The signals of the at least one vibration sensor are fed to an evaluation unit. In the evaluation unit, the signal of the at least one vibration sensor with respect to the power density spectrum is evaluated such that the width and / or the temporal change of the width of a Frequency band is evaluated by one or more characteristic frequencies such that at the frequencies in the respective frequency band, a minimum value of the power density occurs.
Es hat sich gezeigt, dass die Breite des Frequenzbandes mit dem Abstand des Zuges von der Position des Vibrationssensors abhängt derart, dass je breiter das Frequenzband ist, der Zug sich umso näher an der Position des Vibrationssensors befindet. Es hat sich gezeigt, dass die Breite des Frequenzbandes in einem zumindest annähernd linearen Zusammenhang steht mit dem Abstand des Zuges von der Position des Vibrationssensors. Jedenfalls lässt sich der Zusammenhang zwischen der Breite des Frequenzbandes und dem Abstand des Zuges zumindest näherungsweise durch eine lineare Funktion beschreiben. Sofern die Parameter des linearen Zusammenhangs durch vorangegangene Referenzmessungen bestimmt worden sind, kann somit aus den gemessenen Daten unmittelbar die Position des Zuges im Sinne des Abstands zur Position des Vibrationssensors bestimmt werden. It has been found that the width of the frequency band with the distance of the train depends on the position of the vibration sensor such that the wider the frequency band, the closer the train is to the position of the vibration sensor. It has been found that the width of the frequency band is in an at least approximately linear relationship with the distance of the train from the position of the vibration sensor. In any case, the relationship between the width of the frequency band and the distance of the train can at least approximately be described by a linear function. If the parameters of the linear relationship have been determined by previous reference measurements, the position of the train can thus be determined directly from the measured data in the sense of the distance to the position of the vibration sensor.
Sofern die Messdaten zu zwei oder mehreren verschiedenen Zeitpunkten erfasst wurden, kann aus den Positionen des Zuges zu den Zeitpunkten und den Zeitabständen zwischen den Zeitpunkten die Fahrgeschwindigkeit des Zuges abgeleitet werden. If the measured data were acquired at two or more different times, the speed of the train can be derived from the positions of the train at the times and the time intervals between the times.
Dies erfolgt, indem die Körperschallsignale einer Frequenzanalyse unterzogen werden. Es hat sich gezeigt, dass sich aus dem Leistungsdichtespektrum aus einzelnen Frequenzanteilen signifikante Aussagen treffen lassen. This is done by the structure-borne sound signals are subjected to a frequency analysis. It has been shown that significant statements can be made from the power density spectrum from individual frequency components.
Es tritt der Effekt auf, dass charakteristische Frequenzen in einem Frequenzband liegen, dessen Bandbreite bei einer Annäherung eines Zuges zunimmt. Wenn sich der Zug entfernt, nimmt diese Bandbreite ab. Bei den Frequenzen in diesem Frequenzband tritt bei einer Annäherung eines Zuges ein Mindestwert der Leistungsdichte auf. Aus der Bandbreite dieses Frequenzbandes„um die charakteristische Frequenz herum" sowie weiterhin auch aus der zeitlichen Änderung der Bandbreite dieses Frequenzbandes lassen sich somit der Abstand des Zuges von der Position des Vibrationssensors sowie weiterhin die Geschwindigkeit des Zuges ableiten. The effect occurs that characteristic frequencies lie in a frequency band whose bandwidth increases as the train approaches. As the train moves away, this bandwidth decreases. At the frequencies in this frequency band, a minimum value of power density occurs as the train approaches. From the bandwidth of this frequency band "around the characteristic frequency around" and also from the temporal change in the bandwidth of this frequency band thus the distance of the train from the position of the vibration sensor and further the speed of the train can be derived.
Anspruch 2 betrifft ein Verfahren zur Auswertung von Signalen wenigstens eines Vibrationssensors, wobei der wenigstens eine Vibrationssensor in Wirkverbindung mit einem Gleis für Schienenfahrzeuge steht. Die Signale des wenigstens einen Vibrationssensors werden einer Auswerteeinheit zugeführt, wobei in der Auswerteeinheit das Signal des wenigstens einen Vibrationssensors hinsichtlich des Leistungsdichtespektrums ausgewertet wird derart, dass bei einer oder mehreren charakteristischen Frequenzen und / oder in jeweils einem Frequenzbereich um diese charakteristische Frequenz oder die charakteristischen Frequenzen die Signalleistung und / oder die zeitliche Änderung der Signalleistung ausgewertet wird, um daraus den erwarteten Zeitpunkt der Ankunft des Zuges an der Position des Vibrationssensors und/oder die Zeitspanne, die vergangen ist, seit der Zug die Position des Vibrationssensors passiert hat, und/oder die Fahrgeschwindigkeit des Zuges abzuleiten. Claim 2 relates to a method for evaluating signals of at least one vibration sensor, wherein the at least one vibration sensor in operative connection with a Track for rail vehicles stands. The signals of the at least one vibration sensor are fed to an evaluation unit, wherein in the evaluation unit, the signal of the at least one vibration sensor is evaluated with respect to the power density spectrum such that at one or more characteristic frequencies and / or in each case a frequency range around this characteristic frequency or the characteristic frequencies the signal power and / or the temporal change of the signal power is evaluated, in order therefrom the expected time of arrival of the train at the position of the vibration sensor and / or the time elapsed since the train has passed the position of the vibration sensor, and / or to derive the speed of the train.
Es hat sich gezeigt, dass der Anstieg der Signalleistung über der Zeit bei konstanter Fahrgeschwindigkeit des Zuges zumindest näherungsweise linear ist, wenn im Leistungsdichtespektrum lediglich eine Frequenz bzw. ein (begrenzter) Frequenzbereich um die jeweilige Frequenz betrachtet wird. Dies lässt sich so erklären, dass der grundsätzlich exponentielle Anstieg der gesamten Leistung des Signals darauf zurückzuführen ist, dass in dem Signal zunehmend größere Komponenten von Frequenzen auftreten, die sich als Verbreiterung von Frequenzbändern darstellen lassen. Wird die Auswertung mit engen Bandbreiten auf die Frequenzen beschränkt, deren Signalleistungen in den Frequenzbändern am größten sind, zeigt sich ein zumindest näherungsweise linearer Anstieg der Signalleistung über der Zeit bei einer konstanten Fahrgeschwindigkeit des Zuges. Jedenfalls kann der Zusammenhang zwischen der Signalleistung bei der charakteristischen Frequenz bzw. in einem Frequenzbereich um diese charakteristische Frequenz näherungsweise als linear betrachtet werden. It has been shown that the increase in signal power over time at constant vehicle speed of the train is at least approximately linear if only one frequency or a (limited) frequency range around the respective frequency is considered in the power density spectrum. This can be explained by the fact that the basically exponential increase in the overall power of the signal is due to the fact that increasingly larger components of frequencies occur in the signal, which can be represented as widening of frequency bands. If the evaluation with narrow bandwidths is limited to the frequencies whose signal powers are greatest in the frequency bands, an at least approximately linear increase in signal power over time at a constant vehicle speed of the train is shown. In any case, the relationship between the signal power at the characteristic frequency or in a frequency range around this characteristic frequency can be approximately considered to be linear.
Werden mehrere charakteristische Frequenzen bzw. Frequenzbereiche um diese charakteristischen Frequenzen herum betrachtet, zeigt sich, dass sich bei einer (virtuellen) Verlängerung der linearen Anstiege der Signalleistungen über der Zeit zu den einzelnen charakteristischen Frequenzen bzw. zu den einzelnen Frequenzbereichen um diese charakteristischen Frequenzen die entstehenden Geraden im Wesentlichen in einem Punkt schneiden. If several characteristic frequencies or frequency ranges are considered around these characteristic frequencies, it becomes apparent that the resulting increases in the linear increases in the signal powers over time to the individual characteristic frequencies or to the individual frequency ranges around these characteristic frequencies Cut straight lines essentially at one point.
Dies ist der Zeitpunkt, zu dem der Schwerpunkt des Zuges (hinsichtlich dessen Masse) die Position des Vibrationssensors passiert. Wenn sich der Zug von der Position des Vibrationssensors entfernt, ist dies entsprechend der Zeitpunkt, zu dem der Zug diese Position passiert hat. This is the point in time when the center of gravity of the train (with respect to its mass) passes the position of the vibration sensor. When the train moves from the position of Vibration sensor removed, this is the time when the train has passed this position.
Daraus lässt sich abschätzen, wann der Zug die Position des Vibrationssensors erreicht bzw. welche Zeitspanne vergangen ist, seit der Zug diese Position passiert hat. From this, it is possible to estimate when the train reaches the position of the vibration sensor or what time has elapsed since the train has passed this position.
Hierzu wird eine übliche Zuglänge zu Grunde gelegt und noch ein Sicherheitsaufschlag mit eingerechnet, um auch größere Zuglängen zu berücksichtigen bzw. Züge, die so beladen sind, dass sie beispielsweise an der Zugspitze schwerer beladen sind als am hinteren Ende des Zuges. For this purpose, a common train length is used as a basis and also included a safety surcharge to take into account even larger train lengths or trains that are loaded so that they are heavier loaded, for example, at the Zugspitze as the rear end of the train.
Weiterhin besteht ein zumindest näherungsweiser linearer Zusammenhang zwischen dem Signalpegel bei einer charakteristischen Frequenz bzw. in einem Frequenzbereich um diese charakteristische Frequenz. Zumindest kann dieser Zusammenhang als linear angesehen werden. Wenn aus vorangegangenen Messungen die Parameter dieses linearen Zusammenhangs bestimmt wurden, kann aus der Messung weiterhin die Fahrgeschwindigkeit des Zuges abgeleitet werden. Furthermore, there is an at least approximately linear relationship between the signal level at a characteristic frequency or in a frequency range around this characteristic frequency. At least this relationship can be considered linear. If the parameters of this linear relationship were determined from previous measurements, the driving speed of the train can be derived from the measurement.
Aus der Zeitdifferenz zwischen der aktuellen Zeit und der erwarteten Ankunftszeit sowie der Fahrgeschwindigkeit kann weiterhin unmittelbar der Abstand des Zuges von der Position des Vibrationssensors abgeleitet werden. Dies gilt bei einem Zug, der sich von dem Vibrationssensor entfernt, ebenso. Hierbei wird die Zeitspanne zu Grunde gelegt, die vergangen ist, seit der Zug die Position passiert hat, sowie der Fahrgeschwindigkeit. From the time difference between the current time and the expected arrival time and the vehicle speed can continue to be derived directly from the distance of the train from the position of the vibration sensor. This is true for a train that moves away from the vibration sensor as well. This is based on the time that has elapsed since the train passed the position, as well as the driving speed.
Es tritt sowohl bei einer oder mehreren charakteristischen Frequenzen sowie auch jeweils in einem Frequenzbereich, der diese charakteristischen Frequenzen einschließt, der Effekt auf, dass bei Annäherung eines Zuges die Signalleistung (und damit auch die Amplitude) über der Zeit charakteristisch zumindest näherungsweise linear ansteigt. Jedenfalls kann dieser Anstieg als linear angesehen werden. Wenn sich der Zug entfernt, nimmt die Signalleistung entsprechend ab. Diese zeitliche Änderung der Signalleistung hängt zusammen mit der Geschwindigkeit. Eine mögliche Signalauswertung besteht darin, diese zeitliche Änderung der Signalleistung bei einer oder mehreren der charakteristischen Frequenzen auszuwerten. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Signalleistung und insbesondere die zeitliche Änderung der Signalleistung in einem Frequenzbereich auszuwerten, der jeweils die charakteristischen Frequenzen umgibt. It occurs at one or more characteristic frequencies as well as in each case in a frequency range which includes these characteristic frequencies, the effect that when approaching a train, the signal power (and thus also the amplitude) over the time characteristically at least approximately linearly increases. In any case, this increase can be considered linear. When the train moves away, the signal power decreases accordingly. This temporal change in signal power is related to speed. One possible signal evaluation is to evaluate this temporal change in signal power at one or more of the characteristic frequencies. Another possibility is the signal power and in particular the temporal Change the signal power in a frequency range surrounding each of the characteristic frequencies.
Bei dem Verfahren nach Anspruch 3 wird die Signalleistung und / oder die zeitliche Änderung der Signalleistung in dem Frequenzband ausgewertet, um daraus den erwarteten Zeitpunkt der Ankunft des Zuges an der Position des Vibrationssensors und/oder die Zeitspanne, die vergangen ist, seit der Zug die Position des Vibrationssensors passiert hat, und/oder die Fahrgeschwindigkeit des Zuges abzuleiten. In the method according to claim 3, the signal power and / or the temporal change of the signal power in the frequency band is evaluated in order to calculate the expected time of arrival of the train at the position of the vibration sensor and / or the time elapsed since the train Has passed the position of the vibration sensor, and / or derive the speed of travel of the train.
Wie im Zusammenhang mit Anspruch 2 erläutert, lässt sich auch hier aus diesen Daten der Abstand des Zuges von der Position des Vibrationssensors ermitteln. As explained in connection with claim 2, the distance of the train from the position of the vibration sensor can also be determined from these data.
Die Ausgestaltung nach Anspruch 3 betrifft ein Verfahren, bei dem die Signalauswertung durch eine Bewertung der Signalleistung erfolgt. Allerdings erfolgt dies nicht wie bei Anspruch 2 in dem Frequenzbereich um die charakteristische Frequenz herum sondern in dem Frequenzband, das vorab entsprechend dem Verfahren nach Anspruch 1 bestimmt wurde. Im Unterschied zu Anspruch 2 wird daher bei dem Verfahren nach Anspruch 3 die Signalleistung bzw. die zeitliche Änderung der Signalleistung in dem Frequenzband bestimmt, das zuvor bestimmt wurde abhängig davon, dass zu den Frequenzen ein bestimmter Mindestsignalpegel auftritt. The embodiment according to claim 3 relates to a method in which the signal evaluation is performed by an evaluation of the signal power. However, this is not done as in claim 2 in the frequency range around the characteristic frequency but in the frequency band which has been determined in advance according to the method of claim 1. In contrast to claim 2, therefore, in the method according to claim 3, the signal power or the temporal change of the signal power in the frequency band is determined, which was previously determined depending on the frequencies a certain minimum signal level occurs.
Dadurch wird vorteilhaft berücksichtigt, dass mit dem Anstieg des Signalpegels, der der charakteristischen Frequenz zuzuordnen ist, auch eine Verbreiterung des Frequenzbandes einhergeht, die bei der Bewertung des Signalpegels vorteilhaft berücksichtigt werden sollte. This advantageously takes into account that as the signal level increases, which is attributable to the characteristic frequency, there is also a broadening of the frequency band, which should advantageously be taken into account in the evaluation of the signal level.
Es zeigt sich vorteilhaft, dass durch vergleichsweise einfach ausgestaltete Sensoren mit geeigneten Auswertungsverfahren verschiedene relevante und wichtige Größen bestimmt werden können. It is shown to be advantageous that various relevant and important variables can be determined by comparatively simply configured sensors with suitable evaluation methods.
Im Zusammenhang mit den Ansprüchen 2 und 3 kann aus der Geschwindigkeit des Anstiegs bzw. des Abfalls der Signalleistung darauf geschlossen werden, mit welcher Fahrgeschwindigkeit das Schienenfahrzeug fährt. Hierzu können beispielsweise vorab Referenzwerte gemessen werden bei definierten Fahrbedingungen eines Schienenfahrzeugs. Bei unterschiedlichen Schienenfahrzeugen mit unterschiedlichen Achslasten ist zu erwarten, dass sich bei ansonsten gleichen Bedingungen unterschiedliche Pegel bei der Signalleistung einstellen. Von der Überschneidung des linearen Anstiegs bzw. Abfalls von meheren Signalleistungen bei verschiedenen Frequenzen kann über Interpolation ermittelt werden, wann das Schienenfahrzeug bei dem Messpunkt eintrifft oder welche Zeitspanne vergangen ist, seit das Fahrzeug diesen Messpunkt passiert hat. Die metrische Entfernung von einem Schienenfahrzeug von der Position des Vibrationssensors ergibt sich durch das Multiplizieren der erwarteten Zeitspanne bis zum Eintreffen des Zuges an der Position des Vibrationssensors (bzw. der Zeitspanne, die vergangen ist, seit das Fahrzeug den Messpunkt passiert hat) mit der Fahrgeschwindigkeit. Hierbei erweist es sich als besonders vorteilhaft, dass die Interpolation linear erfolgen kann. Dadurch ist die Rechenkomplexität reduziert und die Messergebnisse können in Echtzeit ausgewertet werden. Dies erweist sich als besonders vorteilhaft beim Einsatz der Erfindung im Zusammenhang mit Steuerungssystemen wie beispielsweise Schranken oder auch im Zusammenhang mit Warnsystemen beispielsweise bei Gleisarbeiten. In connection with the claims 2 and 3 it can be concluded from the speed of the increase or the decrease of the signal power at what speed the rail vehicle drives. For this purpose, for example, reference values can be measured in advance under defined driving conditions of a rail vehicle. Different rail vehicles with different axle loads are to be expected that set different levels in the signal power under otherwise identical conditions. From the intersection of the linear increase or decrease of mheren signal powers at different frequencies can be determined via interpolation, when the rail vehicle arrives at the measuring point or what time has elapsed since the vehicle has passed this measuring point. The metric distance from a rail vehicle from the position of the vibration sensor is obtained by multiplying the expected time until the train arrives at the position of the vibration sensor (or the time elapsed since the vehicle passed the measurement point) with the vehicle speed , It proves to be particularly advantageous that the interpolation can be linear. As a result, the computational complexity is reduced and the measurement results can be evaluated in real time. This proves to be particularly advantageous when using the invention in connection with control systems such as barriers or in connection with warning systems, for example, in track work.
Es können beispielsweise auch relative Änderungen der Signalleistung berücksichtigt werden. Es hat sich gezeigt, dass sich durch die Auswertung dieser relativen Änderungen die unterschiedlichen Pegel bei der Signalleistung herausrechnen lassen, die aus unterschiedlichen Pegeln wegen unterschiedlicher Achslasten verschiedener Schienenfahrzeuge resultieren. For example, relative changes in the signal power can also be taken into account. It has been found that by evaluating these relative changes, it is possible to calculate the different levels of signal power resulting from different levels due to different axle loads of different rail vehicles.
Es kann beispielsweise ermittelt werden, in welcher Zeitspanne sich der Pegel der Signalleistung um einen bestimmten prozentualen Wert ändert. Diese Zeitspanne kann mit zuvor ermittelten Referenzwerten unter definierten Fahrbedingungen eines Schienenfahrzeugs verglichen werden, so dass durch eine Interpolation die Fahrgeschwindigkeit des Schienenfahrzeugs abgeleitet werden kann. It can be determined, for example, in which time period the level of the signal power changes by a certain percentage value. This period of time can be compared with previously determined reference values under defined driving conditions of a rail vehicle, so that the driving speed of the rail vehicle can be derived by interpolation.
Bei der Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 4 erfolgt eine Auswertung von Signalen wenigstens eines Vibrationssensors, wobei der wenigstens eine Vibrationssensor in Wirkverbindung mit einem Gleis für Schienenfahrzeuge steht. Die Signale des wenigstens einen Vibrationssensors werden einer Auswerteeinheit zugeführt. In der Auswerteeinheit wird das Signal des wenigstens einen Vibrationssensors hinsichtlich des Leistungsdichtespektrums ausgewertet derart, dass die Doppler- Verschiebung ausgewertet wird. Die Ausgestaltung nach Anspruch 4 betrifft einen speziellen Fall der Auswertung des Frequenzspektrums, indem die Auswertung der Spektralanalyse mittels der Doppier- Verschiebung ausgewertet wird. In the embodiment of the method according to claim 4, an evaluation of signals of at least one vibration sensor, wherein the at least one vibration sensor is in operative connection with a track for rail vehicles takes place. The signals of the at least one vibration sensor are fed to an evaluation unit. In the evaluation unit, the signal of the at least one vibration sensor with respect to the power density spectrum is evaluated in such a way that the Doppler shift is evaluated. The embodiment according to claim 4 relates to a special case of evaluation of the frequency spectrum by the evaluation of the spectral analysis is evaluated by means of the Doppier- shift.
Hierbei wird die zeitliche Änderung des Frequenzspektrums daraufhin untersucht, ob sich von einer Messung zur nächsten eine charakteristische Verschiebung eines Maximums im Frequenzspektrum ergeben hat. Dies lässt sich dann darauf zurückführen, dass das Schienenfahrzeug die Position des Vibrationssensors in der Gleisanlage passiert hat. In diesem Fall tritt die sogenannte Doppler- Verschiebung auf, bei der das Maximum bei einer tieferen Frequenz auftritt. Aus der Differenz der Frequenz des Maximums der Messung, bei der das Schienenfahrzeug auf die Position des Sensors zufährt, zur Frequenz des Maximums der Messung, bei der das Schienenfahrzeug von der Position des Sensors wegfährt, lässt sich dann die Fahrgeschwindigkeit des Schienenfahrzeugs ermitteln. Dabei wird aus dem Auftreten einer Differenz der Frequenzen zweier Messungen, bei denen das Maximum der Signalleistung auftritt, erkannt, dass das Schienenfahrzeug zwischen diesen beiden Messungen die Position des Sensors passiert hat. In this case, the temporal change of the frequency spectrum is examined as to whether a characteristic shift of a maximum in the frequency spectrum has resulted from one measurement to the next. This can then be attributed to the fact that the rail vehicle has passed the position of the vibration sensor in the track system. In this case, the so-called Doppler shift occurs, where the maximum occurs at a lower frequency. From the difference of the frequency of the maximum of the measurement, at which the rail vehicle approaches the position of the sensor, to the frequency of the maximum of the measurement, at which the rail vehicle moves away from the position of the sensor, the traveling speed of the rail vehicle can be determined. In this case, it is detected from the occurrence of a difference in the frequencies of two measurements in which the maximum of the signal power occurs that the rail vehicle has passed the position of the sensor between these two measurements.
Außerdem lässt sich durch die Bestimmung des Zeitpunkts dieser Frequenzverschiebung ermitteln, dass das Schienenfahrzeug gerade die Position des Vibrationssensors passiert hat. Damit wird ebenfalls für diesen Moment eine Positionsbestimmung des Schienenfahrzeugs möglich. In addition, it can be determined by determining the time of this frequency shift that the rail vehicle has just passed the position of the vibration sensor. Thus, a position determination of the rail vehicle is also possible for this moment.
Im Zusammenhang mit dieser Patentanmeldung sind Vibrationssensoren angesprochen. Derartige Vibrationssensoren können Sensoren sein, die als sogenannte Körperschall sensoren bekannt sind. Diese erfassen Schwingungen von Bauteilen, an denen diese Körperschall sensoren mechanische befestigt sind, auf mechanischem Wege. Dies erfolgt mittels piezoelektrischen Elementen. Alternativ können diese Vibrationssensoren auch Sensoren sein, die Schwingungen berührungsfrei erfassen. Dies kann beispielsweise mittels optischen Messmethoden durch Laser erfolgen. Die Erfassung der Schwingungen kann ebenfalls mit Drucksensoren erfolgen. In connection with this patent application vibration sensors are addressed. Such vibration sensors may be sensors, which are known as so-called structure-borne sound sensors. These detect vibrations of components to which these structure-borne sound sensors are mechanically attached, mechanically. This is done by means of piezoelectric elements. Alternatively, these vibration sensors may also be sensors that detect vibrations without contact. This can be done for example by means of optical measurement methods by laser. The detection of the vibrations can also be done with pressure sensors.
Soweit vorstehend eine Signalauswertung bei mehreren charakteristischen Frequenzen bzw. in jeweils einem Frequenzbereich oder einem jeweils Frequenzband um diese mehreren charakteristischen Frequenzen herum, erweist es sich als vorteilhaft, wenn sich die Frequenzbänder, bei den Frequenzen in dem jeweiligen Frequenzband einen Mindestwert der Leistungsdichte überschreiten, nicht überschneiden. Es hat sich gezeigt, dass derartige Überlappungen die Betrachtung der Zusammenhänge als linear stören. Dieses Kriterium lässt sich auch so ausdrücken, dass bei Auswertung einer Signalauswertung bei mehreren charakteristischen Frequenzen bzw. in jeweils einem Frequenzbereich oder jeweils einem Frequenzband um diese mehreren charakteristischen Frequenzen herum ein Frequenzband vorhanden sein muss, in dem die die Frequenzen einen Grenzwert der Leistungsdichte nicht übersteigen. As far as a signal evaluation at several characteristic frequencies or in each case a frequency range or a respective frequency band around these multiple characteristic frequencies around, it proves to be advantageous if the Frequency bands in which frequencies in the respective frequency band exceed a minimum value of the power density, do not overlap. It has been shown that such overlaps disturb the consideration of the relationships as linear. This criterion can also be expressed in such a way that when evaluating a signal evaluation at several characteristic frequencies or in each case a frequency range or in each case a frequency band around these multiple characteristic frequencies around a frequency band must be present, in which the frequencies do not exceed a power density limit ,
Die Auswerteeinheit kann als zentrale Einheit ausgestaltet sein und kann die Detektionsergebnisse direkt oder über ein anderes Modul per Kabel oder über elektromagnetische Wellen übertragen. The evaluation unit can be configured as a central unit and can transmit the detection results directly or via another module via cable or via electromagnetic waves.
Ebenso kann die zentrale Einheit die Detektionsergebnisse mittels ERTMS (European Rail Management System) kommunizieren und allgemeine Informationen mit diesem System sowie mit anderen Rail Management Systemen austauschen. Likewise, the central unit can communicate the detection results via ERTMS (European Rail Management System) and exchange general information with this system as well as with other rail management systems.
Die Vibrationssensoren können in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen entlang eines Gleises angebracht werden. Dadurch können Ereignisse entlang oder in der Umgebung des Gleises erkannt und weiterkommuniziert werden, (s. Figur 3) The vibration sensors can be mounted at regular or irregular intervals along a track. As a result, events along or in the vicinity of the track can be detected and further communicated (see FIG.
Weiterhin kann der Auswerteeinheit ein Signal eines Temperatursensors zugeführt werden. Dadurch können Messergebnisse hinsichtlich der Temperatur kompensiert werden. Der Temperatursensor kann in der Nähe der Auswerteeinheit angebracht sein oder auch in der Nähe eines oder auch mehrerer der Vibrationssensoren. Furthermore, the evaluation unit can be supplied with a signal of a temperature sensor. As a result, temperature results can be compensated for. The temperature sensor may be mounted in the vicinity of the evaluation unit or also in the vicinity of one or more of the vibration sensors.
Weitere Auswertungsmöglichkeiten bestehen darin, dass aus dem Signalverlauf auf die Anzahl der Zugachsen geschlossen werden kann. Es hat sich gezeigt, dass die Anzahl der Zugachsen aus der Anzahl der Signalpeaks am Ausgang der Sensoren ermittelt werden kann. Further evaluation possibilities consist in that it is possible to deduce the number of traction axes from the signal course. It has been shown that the number of pull axes can be determined from the number of signal peaks at the output of the sensors.
Ein Test des Systems kann durchgeführt werden, in dem ein Schallgenerator vorhanden ist, der ein vorbestimmtes Schallmuster in die Gleisschiene induziert. Dadurch können die Vibrationssensoren auf ihre ordnungsgemäße Funktion getestet und synchronisiert werden. Die über die Sensoren gemessenen Schallmuster werden über die Auswerteeinheit verglichen. Eine Asynchronisation der Signale der Vibrationssensoren kann festgestellt und korrigiert werden. Dadurch können die Sensoren auf Fehlfunktionen geprüft werden (s. Figur 4). A test of the system may be performed in which there is a sound generator that induces a predetermined sound pattern into the track rail. This allows the vibration sensors to be tested and synchronized for proper operation. The sound patterns measured via the sensors are compared via the evaluation unit. Asynchronization of the signals from the vibration sensors can be detected and corrected. This allows the sensors to be checked for malfunction (see Figure 4).
Die Vibrationssensoren können beispielsweise piezoelektrische Sensoren sein. The vibration sensors may be piezoelectric sensors, for example.
Bei der hier vorgestellten Erfindung ist zumindest bei einigen Ausführungsformen die Rauschempfindlichkeit dank des Aufbaus der Ausführungsform verbessert, sodass durch den Einsatz von wenigen Sensoren mehr Daten ermittelt werden können. In the invention presented here, the noise sensitivity is at least in some embodiments improved thanks to the structure of the embodiment, so that more data can be determined by the use of a few sensors.
Insbesondere kommt das System grundsätzlich mit zwei Vibrationssensoren aus, um auch die Fahrtrichtung ermitteln zu können. Bei Verwendung nur eines Vibrationssensors ist das System dennoch in der Lage, die Schienenfahrzeuge sowie deren Geschwindigkeit und Entfernung bereits mehrere hundert Meter vor ihrem Eintreffen zu ermitteln (Figur 1). In particular, the system basically uses two vibration sensors in order to be able to determine the direction of travel as well. When using only one vibration sensor, the system is still able to determine the rail vehicles and their speed and distance already several hundred meters before their arrival (Figure 1).
Die Rauschempfindlichkeit kann zudem durch den Einsatz von Temperatursensoren verbessert werden. Dadurch wird das System noch rauschärmer. Dementsprechend können Schienenfahrzeuge auch über eine größere Entfernung detektiert werden als es bei den aktuellen Lösungen der Fall ist. The noise sensitivity can also be improved by the use of temperature sensors. This makes the system even less noisy. Accordingly, rail vehicles can be detected over a greater distance than is the case with the current solutions.
Die Tatsache, dass das hier beschriebene System weniger Sensoren braucht als vergleichbare Ausführungsformen, macht das System noch wirtschaftlicher und sicherer, da weniger Bauteile und somit weniger Fehlerquellen vorhanden sind. The fact that the system described here requires fewer sensors than comparable embodiments makes the system even more economical and safer because fewer components and thus fewer sources of error are present.
Das System kann seitlich oder unter dem Gleis angebracht werden, sodass es vor Diebstahl und Sabotage geschützt ist. Der Sensor kann die Vibrationssignale auf der Schienenseite, unterhalb der Schiene oder am Schienenkopf erfassen. Bei Verwendung mehrerer Sensoren können die Signale auch an einer Kombination der genannten Anbringungsmöglichkeiten detektiert werden. The system can be mounted sideways or under the track so it is protected against theft and sabotage. The sensor can detect the vibration signals on the rail side, below the rail or on the rail head. When using a plurality of sensors, the signals can also be detected by a combination of the aforementioned attachment possibilities.
Auch die minimale Verkabelung des Systems sorgt für mehr Sicherheit, da es so unattraktiv für Kabeldiebe ist (Figur 2). Even the minimal cabling of the system provides more security, as it is so unattractive for cable screens (Figure 2).
Die Sensoren können in Subeinheiten untergebracht sein. Dadurch wird eine Entkoppelung der mechanischen Schwingung erreicht, sodass jeder Sensor nur die über das Gleis übertragene Schwingung erfasst und die Schwingung des Gehäuses nicht mitgerechnet wird. D.h. die Subeinheiten inklusive Sensoren schwingen unabhängig voneinander, da diese nicht im gleichen Gehäuse untergebracht sind. The sensors can be accommodated in subunits. As a result, a decoupling of the mechanical vibration is achieved, so that each sensor only over the track transmitted vibration detected and the oscillation of the housing is not included. This means that the subunits including the sensors oscillate independently of each other, since they are not housed in the same housing.
Um die Geschwindigkeit früher ermitteln zu können, kann eine der folgenden Methoden oder eine Kombination dieser verwendet werden: To determine the speed earlier, one of the following methods or a combination of these can be used:
Methode 1 : Die Signalleistung bei mindestens einem der Sensoren wird - frequenzabhängig entsprechend den vorgenannten Erläuterungen - berücksichtigt und die ermittelten Werte der Signalleistungen werden über die Zeit miteinander verglichen. Je schneller die Werte ansteigen, desto schneller ist der Zug unterwegs. Dementsprechend ist der Zug langsamer unterwegs, wenn die Werte langsamer ansteigen. Dieser Anstieg im Pegel der Signalleistung wird mit einem Referenzwert verglichen, anhand dessen eine genauere Geschwindigkeit ermittelt wird. Method 1: The signal power in at least one of the sensors is taken into account - frequency-dependent according to the above explanations - and the determined values of the signal powers are compared with each other over time. The faster the values increase, the faster the train is traveling. Accordingly, the train slows down as the values increase more slowly. This increase in the level of signal power is compared to a reference value, which is used to determine a more accurate speed.
Methode 2: Die Signale werden spektral analysiert. Die entnommenen Signalfrequenzen werden in der Doppler-Shiftformel eingesetzt, sodass sich daraus die Geschwindigkeit des Schienenfahrzeuges ermitteln lässt. Method 2: The signals are analyzed spectrally. The extracted signal frequencies are used in the Doppler shift formula so that the speed of the rail vehicle can be determined from this.
Um die Entfernung früh zu ermitteln, wird eine der folgenden Methoden oder eine Kombination dieser verwendet: To determine the distance early, one of the following methods or a combination of these is used:
Methode 1 : Der Amplitudenanstieg bei mindestens einem der Sensoren wird berücksichtigt und die Werte über die Zeit werden miteinander verglichen. Dieser Amplitudenanstieg wird dann mit einem Referenzwert verglichen und anhand dessen wird eine genauere Entfernung ermittelt. Method 1: The amplitude increase in at least one of the sensors is taken into account and the values over time are compared with each other. This increase in amplitude is then compared with a reference value and a more accurate distance is determined therefrom.
Methode 2: Diese Methode erfordert Signalwerte aus mindestens zwei Sensoren. Die Entfernung zur Schallquelle wird durch das Verfahren der akustischen Schallquellen- Lokalisierung (Acoustic source localization) ermittelt, wobei die nötigen Signale aus mindestens zwei Vibrationssensoren bezogen werden. Insbesondere wird hier die Time Difference of Arrival Methode verwendet, welche auf Sensor-Arrays ihren Einsatz findet. Die Detektierergebnisse, wie etwa der Gleisfreimeldestatus, die Geschwindigkeit sowie die Entfernung des Schienenfahrzeuges etc. können direkt aus dem System oder mit Hilfe eines weiteren Moduls per Funk übertragen werden. Method 2: This method requires signal values from at least two sensors. The distance to the sound source is determined by the acoustic source localization method, where the necessary signals are obtained from at least two vibration sensors. In particular, the Time Difference of Arrival method is used, which is used on sensor arrays. The detection results, such as the train detection status, the speed and the Removal of the rail vehicle, etc. can be transmitted directly from the system or with the help of another module by radio.
Methode 3 : Diese Methode kommt mit nur einem Sensor aus, um die zeitliche Entfernung zu ermitteln. Dabei werden Signalleitungen von verschiedenen Frequenzbereichen betrachtet. Die Interpolation des linearen Anstiegts bzw. Abstiegs ermöglicht die genaue Berechnung der Ankunftszeit bzw. der Zeit, die vergangen ist, seit der Zug die Position des Vibrationssensors passiert hat. Wird dieser Wert mit der Geschwindigkeit multpliziert, so ergibt sich der Abstand zu dem Schienenfahrzeuges und somit die Position. Method 3: This method uses only one sensor to determine the time distance. In this case, signal lines from different frequency ranges are considered. The linear increase / decrease interpolation allows the accurate calculation of the time of arrival or time that has elapsed since the train passed the position of the vibration sensor. If this value is multiplied by the speed, then the distance to the rail vehicle and thus the position results.
Das System dieses Patentgegenstandes ist auf Grund seiner Bauweise leicht im ERTMS System (European Rail Management System) zu integrieren, sodass dieses mit zusätzlichen Informationen, welche von den Beschleunigungssensoren ermittelt werden, beliefert werden kann. Due to its design, the system of this patent article is easily integrated into the ERTMS system (European Rail Management System), so that it can be supplied with additional information, which is determined by the acceleration sensors.
Sollten die Gleise Brüche vorweisen, das Schienenfahrzeug nicht richtig auf den Gleisen fahren (Entgleisungsprozess) oder die Räder beschädigt sein, dann verursacht dieser Zustand eine Veränderung der Schallwellen, sodass dies von den Vibrationssensoren erkannt werden kann. If the tracks show breaks, the rail vehicle does not ride properly on the tracks (derailment process) or the wheels are damaged, then this condition causes a change in the sound waves, so this can be detected by the vibration sensors.
Durch das Anbringen des Systems an mehreren Stellen entlang der Gleisschienen, können auch plötzlich auftretende Ereignisse wie Steinschläge und umkippende Bäume, sowie Tiere, die sich auf dem oder neben dem Gleis aufhalten, detektiert werden. Somit kann auch in diesen Gefahrsituationen frühzeitig eine Warnung herausgegeben werden (Figur 3). By attaching the system in several places along the track rails, it is also possible to detect sudden events such as rockfalls and overturning trees, as well as animals that are on or next to the track. Thus, a warning can be issued early in these dangerous situations (Figure 3).
Um die Funktionsweise des Systems automatisch auf Fehlfunktionen zu testen, wird aus der Zentraleneinheit ein akustisches Signal über die Gleisschiene übertragen und von den Sensoren in den Subeinheiten aufgenommen. Das Ausgangsignal wird wiederum von der zentralen Einheit aufgenommen und überprüft. Kommt kein Signal bei der zentralen Einheit an, so ist der Sensor defekt, wo das Signal zu erwarten ist. Kommen die Signale im Vergleich zu den anderen Sensoren verzögert an, so wird diese Verzögerung in den Berechnungen berücksichtigt (Figur 4). Zudem kann das System fest in den Gleisschienen eingebaut werden und zusammen mit diesen eine Einheit bilden. Neu installierte Gleisabschnitte verfügen somit automatisch über das bereits integrierte System (Figur 5). To automatically test the functioning of the system for malfunctions, an acoustic signal is transmitted from the central unit via the track rail and recorded by the sensors in the subunits. The output signal is in turn received by the central unit and checked. If no signal arrives at the central unit, the sensor is defective where the signal is expected. If the signals arrive delayed with respect to the other sensors, this delay is taken into account in the calculations (FIG. 4). In addition, the system can be permanently installed in the track rails and form a unit together with them. Newly installed track sections thus automatically have the already integrated system (FIG. 5).
Beschreibung der Figuren Figur 1 : DESCRIPTION OF THE FIGURES FIG. 1:
Figur 1 zeigt das System eingegliedert in zentraler Einheit und Subeinheiten. Ein Anwendungsbeispiel ist hier der Bahnübergang. 1.1 stellt die Straße dar, während 1.2 eine Signalanlage darstellt, welche Signale aus einem Stellwerk 1.3 erwartet. Wenn ein Schienenfahrzeug sich dem Bahnübergang annähert, dann löst es somit Vibrationen aus, die über die Gleisschiene (1.4) übertragen werden. Diese Vibration wird von den Beschleunigungssensoren aus den Subeinheiten (1.6 oder 1.7) erfasst. Die in elektrische Signale umgewandelte Vibration wird der zentralen Einheit (1.5) zur Verfügung gestellt. Die zentrale Einheit erkennt anhand dessen die Ankunft eines Schienenfahrzeuges und benachrichtigt eine verantwortliche Stelle. In diesem Fall ist es ein Stellwerk.  Figure 1 shows the system incorporated in central unit and subunits. An application example here is the railroad crossing. 1.1 represents the road, while 1.2 represents a signaling system, which expects signals from a signal box 1.3. When a rail vehicle approaches the railroad crossing, it thus triggers vibrations that are transmitted via the track rail (1.4). This vibration is detected by the acceleration sensors from the subunits (1.6 or 1.7). The vibration converted into electrical signals is provided to the central unit (1.5). The central unit detects the arrival of a rail vehicle and notifies a responsible body. In this case, it is a signal box.
Figur 2: FIG. 2:
Figur 2 zeigt die verschiedenen Anbringungsmöglichkeiten der Subeinheiten und der Beschleunigungssensoren an einer Gleisschiene. 2.1 stellt eine Subeinheit dar, die unter der Gleisschiene (2.2) fixiert ist. 2.3 ist der Kontakt zwischen Beschleunigungssensor und Gleisschiene. 2.4 ist eine Subeinheit, welche seitlich an der Gleisschiene angebracht ist. Während in 2.4 der Sensor die Vibrationen aus der Schienenmitte erfasst, erfasst 2.5 diese Vibrationen aus dem Schienenkopf. In 2.6 ist eine Kombination aus den ausgeführten Installationsmöglichkeiten zu sehen.  Figure 2 shows the various attachment possibilities of the subunits and the acceleration sensors on a track rail. 2.1 represents a subunit fixed under the track rail (2.2). 2.3 is the contact between accelerometer and track rail. 2.4 is a subunit mounted laterally on the track rail. While in 2.4 the sensor detects the vibrations from the middle of the rail, 2.5 detects these vibrations from the rail head. In 2.6 a combination of the executed installation possibilities can be seen.
Figur 3 : FIG. 3:
Figur 3 zeigt eine Anordnung der Detektionssysteme (3.2) entlang eines Gleises (3.3). Die Systeme erfassen sowohl Vibrationen, die von Schienenfahrzeugen erzeugt werden, als auch Vibrationen, die von Umgebungselementen ausgelöst sind. In diesem Fall wird ein Baum (3.4) beim Einknicken und beim Einschlagen auf dem Gleis als Gefahr erkannt und als solche vermittelt. Die Vermittlung könnte z.B. über die Leitungen (3.1) entlang dem Gleis erfolgen.  FIG. 3 shows an arrangement of the detection systems (3.2) along a track (3.3). The systems detect both vibrations generated by rail vehicles and vibrations caused by environmental elements. In this case, a tree (3.4) is recognized as a danger during buckling and when driving on the track and mediated as such. The switch could e.g. via the lines (3.1) along the track.
Figur 4: In Figur 4 ist ein System, Gegenstand dieses Patentes, zu sehen, welches über ein selbsttestendes Verfahren verfügt. Die zentrale Einheit (4.3) sendet Schallwellen in die Gleisschiene (4.1). Die Subeinheiten (4.3) erfassen diese Schallwellen über die Beschleunigungssensoren und leiten die Signale an die zentrale Einheit zurück. Sollte die zentrale Einheit kein Signal aus einer oder mehreren Subeinheiten erhalten, dann liegt ein Defekt vor. Der Zustand des Systems wird mit einer verantwortlichen Stelle kommuniziert. In diesem Fall ist es ein Stellwerk (4.4). FIG. 4: FIG. 4 shows a system which is the subject of this patent, which has a self-testing method. The central unit (4.3) sends sound waves into the track rail (4.1). The subunits (4.3) detect these sound waves via the acceleration sensors and return the signals to the central unit. If the central unit does not receive a signal from one or more subunits, then there is a defect. The state of the system is communicated with a responsible body. In this case it is a signal box (4.4).
Figur 5 : FIG. 5:
In Figur 5 ist eine Gleisschiene (5.1) zu sehen, worin das System Gegenstand dieses Patentes fest integriert ist (5.2). Über ein Kabel (5.3) wird die Gleisschiene mit Strom versorgt und liefert die Daten an eine verantwortliche Stelle.  In Figure 5, a track rail (5.1) can be seen, wherein the system subject of this patent is firmly integrated (5.2). Via a cable (5.3), the rail track is supplied with power and delivers the data to a responsible body.
Figur 6: FIG. 6:
Figur 6 zeigt eine Darstellung eines Leistungsdichtespektrums zu einem Messsignal. Es ist die Frequenz (in Hz) aufgetragen über der Zeit. Der Grauton in der Darstellung der Figur 6 entspricht dem Leistungspegel des Signals. Für die Auswertung wurden drei charakteristische Frequenzen 6.1, 6.2 und 6.3 ausgewählt.  FIG. 6 shows a representation of a power density spectrum for a measurement signal. It is the frequency (in Hz) plotted over time. The gray tone in the representation of FIG. 6 corresponds to the power level of the signal. For the evaluation, three characteristic frequencies 6.1, 6.2 and 6.3 were selected.
Figur 7: FIG. 7:
Figur 7 zeigt die Kurven 7.1, 7.2 und 7.3 der Signalleistungen zu den charakteristischen Frequenzen 6.1, 6.2 und 6.3 der Figur 6. Es ist wieder der zeitliche Verlauf der Signalleistungen aufgetragen. Die Skalierung der Zeitachse stimmt mit der Skalierung der Zeitachse der Figur 6 überein. Es ist weiterhin zu sehen, dass die Signalleistungen als linear betrachtet und ausgewertet werden. Die sich ergebenden Geraden schneiden sich in einem Punkt zum Zeitpunkt 7.4. Dies ist der Zeitpunkt, zu dem der Massenschwerpunkt des Zuges die Position des Vibrationssensors passiert. Der Zeitpunkt 7.5 ist der Zeitpunkt, der ermittelt wird, indem zu dem Zeitpunkt 7.4 mit einer erwarteten Zuglänge sowie einem Sicherheitsaufschlag (gegebenenfalls noch unter Berücksichtigung der Massenverteilung des Zuges) erwartet wird, dass die Spitze des Zuges die Position des Sensors erreicht. Entsprechend ist der Zeitpunkt 7.6 der Zeitpunkt, zu dem erwartet wird, dass das Zugende die Position des Vibrationssensors passiert hat.  FIG. 7 shows the curves 7.1, 7.2 and 7.3 of the signal powers to the characteristic frequencies 6.1, 6.2 and 6.3 of FIG. 6. Again, the temporal course of the signal powers is plotted. The scaling of the time axis coincides with the scaling of the time axis of FIG. It can also be seen that the signal powers are considered and evaluated as linear. The resulting lines intersect at a point at time 7.4. This is the time at which the center of mass of the train passes the position of the vibration sensor. The point in time 7.5 is the time that is determined by expected at time 7.4 with an expected train length and a safety margin (possibly still taking into account the mass distribution of the train) that the tip of the train reaches the position of the sensor. Correspondingly, time 7.6 is the time at which the end of the train is expected to have passed the position of the vibration sensor.
Figur 8: Figur 8 zeigt eine weitere Darstellung eines Leistungsdichtespektrums zu einem anderen Messsignal als dies der Darstellung der Figur 6 entspricht. Es ist wieder die Frequenz (in Hz) aufgetragen über der Zeit. Der Grauton in der Darstellung der Figur 8 entspricht wieder dem Leistungspegel des Signals. Für die Auswertung wurden drei charakteristische Frequenzen 8.1, 8.2 und 8.3 ausgewählt. Es zeigt sich in der Darstellung der Figur 8, dass die Frequenzbänder um die Frequenzen 8.1 und 8.2 herum so breit werden, dass sich diese Frequenzbänder überlappen. FIG. 8: FIG. 8 shows a further illustration of a power density spectrum for a different measurement signal than corresponds to the representation of FIG. Again, the frequency (in Hz) is plotted over time. The gray tone in the representation of FIG. 8 again corresponds to the power level of the signal. For the evaluation, three characteristic frequencies 8.1, 8.2 and 8.3 were selected. It can be seen in the representation of FIG. 8 that the frequency bands around the frequencies 8.1 and 8.2 are so wide that these frequency bands overlap.
Figur 9: FIG. 9:
Figur 9 zeigt die Kurven 9.1, 9.2 und 9.3 der Signalleistungen zu den charakteristischen Frequenzen 8.1, 8.2 und 8.3 der Figur 8. Es ist wieder der zeitliche Verlauf der Signalleistungen aufgetragen. Die Skalierung der Zeitachse stimmt mit der Skalierung der Zeitachse der Figur 8 überein. Es ist weiterhin zu sehen, dass die Signalleistungen der Kurven 9.1 und 9.3 als linear betrachtet und ausgewertet werden. Dabei ist auch zu sehen, dass die Lineantät der Kurve 9.2„beeinträchtigt" ist. Dies ist darauf zurückzuführen, dass sich die Frequenzbänder zu den Frequenzen 8.1 und 8.2 überlappen. Die sich ergebenden Geraden schneiden sich in einem Punkt zum Zeitpunkt 9.4. Dies ist der Zeitpunkt, zu dem der Massenschwerpunkt des Zuges die Position des Vibrationssensors passiert. Der Zeitpunkt 9.5 ist der Zeitpunkt, der ermittelt wird, indem zu dem Zeitpunkt 9.4 mit einer erwarteten Zuglänge sowie einem Sicherheitsaufschlag (gegebenenfalls noch unter Berücksichtigung der Massenverteilung des Zuges) erwartet wird, dass die Spitze des Zuges die Position des Sensors erreicht. Entsprechend ist der Zeitpunkt 9.6 der Zeitpunkt, zu dem erwartet wird, dass das Zugende die Position des Vibrationssensors passiert hat.  FIG. 9 shows the curves 9.1, 9.2 and 9.3 of the signal powers to the characteristic frequencies 8.1, 8.2 and 8.3 of FIG. 8. Again, the temporal course of the signal powers is plotted. The scaling of the time axis coincides with the scaling of the time axis of FIG. It can also be seen that the signal powers of the curves 9.1 and 9.3 are considered as linear and evaluated. It can also be seen that the linearity of curve 9.2 is "degraded." This is because the frequency bands overlap at frequencies 8.1 and 8.2, and the resulting lines intersect at a point at time 9.4 Time at which the center of gravity of the train passes the position of the vibration sensor Time 9.5 is the time expected to be expected at 9.4 with an expected train length and safety margin (possibly taking into account the mass distribution of the train) Accordingly, time 9.6 is the time at which the end of the train is expected to have passed the position of the vibration sensor.

Claims

Ansprüche claims
1. Verfahren zur Auswertung von Signalen wenigstens eines Vibrationssensors (1.6, 1.7; 1. A method for evaluating signals of at least one vibration sensor (1.6, 1.7;
2.3, 2.4, 2.5, 2.6; 3.2; 4.3; 5.2), wobei der wenigstens eine Vibrationssensor (1.6, 1.7; 2.3, 2.4, 2.5, 2.6; 3.2; 4.3; 5.2) in Wirkverbindung mit einem Gleis (1.4, 2.2, 3.3, 4.1, 5.1) für Schienenfahrzeuge steht, wobei die Signale des wenigstens einen Vibrationssensors (1.6, 1.7; 2.3, 2.4, 2.5, 2.6; 3.2; 4.3; 5.2) einer Auswerteeinheit (1.5) zugeführt werden, wobei in der Auswerteeinheit (1.5) das Signal des wenigstens einen Vibrationssensors (1.6, 1.7; 2.3, 2.4, 2.5, 2.6; 3.2; 4.3; 5.2) hinsichtlich des Leistungsdichtespektrums ausgewertet wird derart, dass die Breite und/oder die zeitliche Änderung der Breite eines Frequenzbandes um eine oder mehrere charakteristische Frequenzen (6.1, 6.2, 6.3; 8.1, 8.2, 8.3) ausgewertet wird derart, dass bei den Frequenzen in dem jeweiligen Frequenzband ein Mindestwert der Leistungsdichte auftritt, um daraus den Abstand des Zuges von der Position des Vibrationssensors (1.6, 1.7; 2.3, 2.4, 2.5, 2.6; 3.2; 4.3; 5.2) und/oder die Fahrgeschwindigkeit des Zuges abzuleiten.  2.3, 2.4, 2.5, 2.6; 3.2; 4.3; 5.2), wherein the at least one vibration sensor (1.6, 1.7, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 3.2, 4.3, 5.2) is in operative connection with a track (1.4, 2.2, 3.3, 4.1, 5.1) for rail vehicles, wherein the signals of the at least one vibration sensor (1.6, 1.7, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 3.2, 4.3, 5.2) are fed to an evaluation unit (1.5), wherein in the evaluation unit (1.5) the signal of the at least one vibration sensor (1.6, 1.7; , 2.4, 2.5, 2.6, 3.2, 4.3, 5.2) is evaluated in terms of the power density spectrum such that the width and / or the temporal change of the width of a frequency band by one or more characteristic frequencies (6.1, 6.2, 6.3, 8.1, 8.2, 8.3) is evaluated in such a way that at the frequencies in the respective frequency band a minimum value of the power density occurs in order to calculate the distance of the train from the position of the vibration sensor (1.6, 1.7, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 3.2, 4.3, 5.2). and / or derive the speed of the train.
2. Verfahren zur Auswertung von Signalen wenigstens eines Vibrationssensors (1.6, 1.7; 2. Method for evaluating signals of at least one vibration sensor (1.6, 1.7;
2.3, 2.4, 2.5, 2.6; 3.2; 4.3; 5.2), wobei der wenigstens eine Vibrationssensor (1.6, 1.7; 2.3, 2.4, 2.5, 2.6; 3.2; 4.3; 5.2) in Wirkverbindung mit einem Gleis (1.4, 2.2, 3.3, 4.1, 5.1) für Schienenfahrzeuge steht, wobei die Signale des wenigstens einen Vibrationssensors (1.6, 1.7; 2.3, 2.4, 2.5, 2.6; 3.2; 4.3; 5.2) einer Auswerteeinheit (1.5) zugeführt werden, wobei in der Auswerteeinheit (1.5) das Signal des wenigstens einen Vibrationssensors (1.6, 1.7; 2.3, 2.4, 2.5, 2.6; 3.2; 4.3; 5.2) hinsichtlich des Leistungsdichtespektrums ausgewertet wird derart, dass bei einer oder mehreren charakteristischen Frequenzen (6.1, 6.2, 6.3; 8.1, 8.2, 8.3) und / oder in jeweils einem Frequenzbereich um diese charakteristische Frequenz (6.1, 6.2, 6.3; 8.1, 8.2, 8.3) oder die charakteristischen Frequenzen (6.1, 6.2, 6.3; 8.1, 8.2, 8.3) die Signalleistung und / oder die zeitliche Änderung der Signalleistung ausgewertet wird, um daraus den erwarteten Zeitpunkt (7.5, 9.5) der Ankunft des Zuges an der Position des Vibrationssensors (1.6, 1.7; 2.3, 2.4, 2.5, 2.6; 3.2; 4.3; 5.2) und/oder die Zeitspanne (7.4, 7.6; 9.4, 9.6), die vergangen ist, seit der Zug die Position des Vibrationssensors (1.6, 1.7; 2.3, 2.4, 2.5, 2.6; 3.2; 4.3; 5.2) passiert hat, und/oder die Fahrgeschwindigkeit des Zuges abzuleiten. Verfahren nach Anspruch 1, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6; 3.2; 4.3; 5.2), wherein the at least one vibration sensor (1.6, 1.7, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 3.2, 4.3, 5.2) is in operative connection with a track (1.4, 2.2, 3.3, 4.1, 5.1) for rail vehicles, wherein the signals of the at least one vibration sensor (1.6, 1.7, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 3.2, 4.3, 5.2) are fed to an evaluation unit (1.5), wherein in the evaluation unit (1.5) the signal of the at least one vibration sensor (1.6, 1.7; , 2.4, 2.5, 2.6, 3.2, 4.3, 5.2) is evaluated in terms of the power density spectrum such that at one or more characteristic frequencies (6.1, 6.2, 6.3, 8.1, 8.2, 8.3) and / or in each frequency range around that characteristic Frequency (6.1, 6.2, 6.3, 8.1, 8.2, 8.3) or the characteristic frequencies (6.1, 6.2, 6.3, 8.1, 8.2, 8.3) the signal power and / or the temporal change of the signal power is evaluated in order to calculate the expected time ( 7.5, 9.5) of the arrival of the train at the position of the vibration sensor (1.6, 1.7; 2.3, 2.4, 2.5, 2.6; 3.2; 4.3; 5.2) and / or the time period (7.4, 7.6, 9.4, 9.6) that has elapsed since the train passed the position of the vibration sensor (1.6, 1.7, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 3.2, 4.3, 5.2), and / or derive the speed of the train. Method according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Signalleistung und / oder die zeitliche Änderung der Signalleistung in dem Frequenzband ausgewertet wird, um daraus den erwarteten Zeitpunkt (7.5, 9.5) der Ankunft des Zuges an der Position des Vibrationssensors (1.6, 1.7; 2.3, 2.4, 2.5, 2.6; 3.2; 4.3; 5.2) und/oder die Zeitspanne (7.4, 7.6; 9.4, 9.6), die vergangen ist, seit der Zug die Position des Vibrationssensors (1.6, 1.7; 2.3, 2.4, 2.5, 2.6; 3.2; 4.3; 5.2) passiert hat, und/oder die Fahrgeschwindigkeit des Zuges abzuleiten. characterized in that the signal power and / or the temporal change of the signal power in the frequency band is evaluated in order to derive the expected time (7.5, 9.5) of the arrival of the train at the position of the vibration sensor (1.6, 1.7; 2.3, 2.4, 2.5, 2.6; 3.2; 4.3; 5.2) and / or the time interval (7.4, 7.6; 9.4, 9.6) that has elapsed since the train moved the position of the vibration sensor (1.6, 1.7, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 3.2, 4.3 ; 5.2) has happened, and / or derive the speed of the train.
Verfahren zur Auswertung von Signalen wenigstens eines Vibrationssensors (1.6, 1.7; 2.3, 2.4, 2.5, 2.6; 3.2; 4.3; 5.2), wobei der wenigstens eine Vibrationssensor (1.6, 1.7; 2.3, 2.4, 2.5, 2.6; 3.2; 4.3; 5.2) in Wirkverbindung mit einem Gleis (1.4, 2.2, Method for evaluating signals of at least one vibration sensor (1.6, 1.7, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 3.2, 4.3, 5.2), wherein the at least one vibration sensor (1.6, 1.7, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 3.2, 4.3; 5.2) in operative connection with a track (1.4, 2.2,
3.3, 3.3
4.1, 4.1
5.1) für Schienenfahrzeuge steht, wobei die Signale des wenigstens einen Vibrationssensors (1.6, 1.7; 2.3, 2.4, 2.5, 2.6; 3.2; 4.3; 5.2) einer Auswerteeinheit (1.5) zugeführt werden, wobei in der Auswerteeinheit (1.5) das Signal des wenigstens einen Vibrationssensors (1.6, 1.7; 2.3, 2.4, 2.5, 2.6; 3.2; 4.3; 5.2) hinsichtlich des Leistungsdichtespektrums ausgewertet wird derart, dass die Doppler- Verschiebung ausgewertet wird. 5.1) for rail vehicles, wherein the signals of the at least one vibration sensor (1.6, 1.7, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 3.2, 4.3, 5.2) are fed to an evaluation unit (1.5), wherein in the evaluation unit (1.5) the signal of the at least one vibration sensor (1.6, 1.7, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 3.2, 4.3, 5.2) is evaluated with regard to the power density spectrum in such a way that the Doppler shift is evaluated.
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