一种计轴系统及用于该计轴系统的轴信号处理及计轴方法

摘要

一种计轴系统及用于该计轴系统的轴信号处理及计轴方法，系统包括车轮传感器、A/D转换器和DSP，车轮传感器输出计轴信号给A/D转换器，经A/D转换器进行模数转换后输出给DSP。方法为通过A/D转换器将计轴传感器输出的模拟计轴信号进行数字量化，并输出给数字信号处理器，通过数字信号处理器对两路信号进行相似性识别，判断两个信号波形相似性的条件包括：（1）、两路脉冲时间宽度，偏差不超过20%；（2）、两路信号一定要有重叠，且重叠部分要超过总脉冲比例的1/3；（3）、除了重叠区域外，前后两端分别占总脉冲的比例要超过1/6。正常情况下和原系统一样正确计轴，信号弱到一定程度也不丢轴，而原系统是会丢轴的。

权利要求

1.一种用于计轴系统的轴信号处理及计轴方法，计轴系统包括车轮传感器、A/D转换器和数字信号处理器，车轮传感器输出计轴信号给A/D转换器，经A/D转换器进行模数转换后输出给数字信号处理器，其特征是：所述的方法为计轴传感器输出信号分成两路，一路输出给A/D转换器，另一路经脉冲整形后直接进行轴脉冲计数，将两种计数结果按照一定的算法进行合并，合并算法如下：（1）、以轴脉冲计数为主，将其结果作为计数结果；

（2）、如果通过A/D采样信号有计数，则看它离上一个轴脉冲计数的时间是否小于5ms，如果小于5ms则将A/D采样计数忽略，否则再看下一个轴脉冲计数与该A/D采样信号的间隔是否小于5ms，如果小于5ms，则将该A/D采样计数忽略，否则将该A/D采样计数结果作为计数结果；

通过A/D转换器将计轴传感器输出的模拟计轴信号进行数字量化，并输出给数字信号处理器，通过数字信号处理器对两路信号进行相似性识别，判断两个信号波形相似性的条件包括：（A）、两路脉冲时间宽度，偏差不超过20%；

（B）、两路信号一定要有重叠，且重叠部分要超过总脉冲比例的1/3；

（C）、除了重叠区域外，前后两端分别占总脉冲的比例要超过1/6。

2.根据权利要求1所述的用于计轴系统的轴信号处理及计轴方法，其特征是：所述的车轮传感器和A/D转换器之间连接有线性光耦隔离模块。

3.根据权利要求1所述的用于计轴系统的轴信号处理及计轴方法，其特征是：所述的系统还包括一路脉冲整形模块，车轮传感器同时输出计轴信号给脉冲整形模块进行脉冲整形后输出给线性光耦隔离模块，经线性光耦隔离模块后输出给计数模块进行脉冲计数，然后将计数结果输出给数字信号处理器。

说明书

一种计轴系统及用于该计轴系统的轴信号处理及计轴方法

技术领域

[0001] 本发明公开一种计轴系统及用于该计轴系统的轴信号处理及计轴方法，使得计轴设备面对复杂的现场情况时能更准确的计轴，提高计轴设备的可靠性和安全性。

背景技术

[0002] 铁轨运输在人们日常生活中占有举足轻重的位置，在陆路运输中占有很大比重。由于铁轨运输属于轨道交通，由于其采用的运行方式比较特殊，因此对其运行环境等的要求也很高，尤其重要的是在同一时间，同一段铁轨路线上只能有一列火车存在。目前，被广泛采用的用于检测铁轨上列车存在的手段就是轨道电路，轨道电路是以一段铁轨线路的钢轨为导体构成的电路，用于自动、连续检测这段线路是否被机车车辆占用，也用于控制信号装置或转辙装置，以保证行车安全的设备。但轨道电路不能适应所有环境，比如在潮湿及行车少的区段，由于钢轨生锈，会造成轨道电路检测分路不良，成为极大的安全隐患。所以在地铁及大铁的道岔区段，现在一般采用计轴设备。

[0003] 计轴设备的基本原理是基于对驶入和驶出计数点所监视的轨道区段轮轴数的比较结果，以此确定该区段的占用或空闲状态，是检查轨道区段、道岔、道口防护区段占用或空闲状态的安全设备。计轴系统的原理如图1所示，列车从所监视区段的A端驶入，计入轴数为CA，列车从所监视区段的B端驶出，计出轴数为CB。当CA不等于CB时，表示该区段被占用；当CA等于CB时，表示该区段空闲。

[0004] 一般的计轴设备会在钢轨的计数点处装上车轮传感器，车轮经过时车轮传感器会探测出两路信号，经放大整行处理后，形成有交叠的一前一后两路脉冲信号，此信号再交给硬件或软件进行计数，其过程请参看附图2。

[0005] 如图2中的处理过程是计轴系统的核心部分，完成列车轮轴的计数。脉冲整形环节是用比较器完成的，它的门槛是固定的，当车轮水平方向摆动过大或者车轮上跳时，传感器探测的信号都会很弱，这样通过整形环节很可能得不到需要的轴脉冲信号，就会造成丢轴。而如果降低门槛，又可能在没有脉冲的时候产生脉冲，造成误动作，因此在这种情况下丢轴就成了不可避免。其中，图3是正常过车时传感器探测出的信号图，图4是车轮水平方向摆动过大或者车轮上跳时传感器探测出的信号图，虽然其信号形状同正常时差不多，但幅度要小很多，对于固定门槛来说，经过脉冲整形后脉冲可能就没有了，这样就会产生丢轴现象。

发明内容

[0006] 针对上述提到的现有技术中的车轮传感器在车轮跳轴或车轮摆幅过大等时引起的信号减弱，容易产生丢轴现象的缺点，本发明提供一种新的

[0007] 本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种计轴系统，系统包括车轮传感器、A/D转换器和DSP，车轮传感器输出计轴信号给A/D转换器，经A/D转换器进行模数转换后输出给DSP。

[0008] 一种用于上述计轴系统的轴信号处理及计轴方法，该方法为通过A/D转换器将计轴传感器输出的模拟计轴信号进行数字量化，并输出给数字信号处理器，通过数字信号处理器对两路信号进行相似性识别，判断两个信号波形相似性的条件包括：

[0009] （1）、两路脉冲时间宽度，偏差不超过20%；

[0010] （2）、两路信号一定要有重叠，且重叠部分要超过总脉冲比例的1/3；

[0011] （3）、除了重叠区域外，前后两端分别占总脉冲的比例要超过1/6。

[0012] 本发明解决其技术问题采用的技术方案进一步还包括：

[0013] 所述的车轮传感器和A/D转换器之间连接有线性光耦隔离模块。

[0014] 所述的系统还包括一路脉冲整形模块，车轮传感器同时输出计轴信号给脉冲整形模块进行脉冲整形后输出给线性光耦隔离模块，经线性光耦隔离模块后输出给计数模块进行脉冲计数，然后将计数结果输出给DSP。

[0015] 所述的计轴传感器输出信号分成两路，一路输出给A/D转换器，另一路经脉冲整形后直接进行轴脉冲计数，将两种技术结果按照一定的算法进行合并，合并算法如下：

[0016] （1）、以轴脉冲计数为主，将其结果作为计数结果；

[0017] （2）、如果通过A/D采样信号有计数，则看它离上一个轴脉冲计数的时间是否很短，如果很短则将A/D采样计数忽略，否则再看下一个轴脉冲计数与该A/D采样信号的间隔是否很短，如果很短则将该A/D采样计数忽略，否则将该A/D采样计数结果作为计数结果。

[0018] 所述的A/D采样信号与上一个轴脉冲计数的间隔时间小于5ms，则认为其间隔时间很短。

[0019] 所述的A/D采样信号与下一个轴脉冲计数的间隔时间小于5ms，则认为其间隔时间很短。

[0020] 本发明的有益效果是：在实际应用中对采用本发明的计轴系统进行了详细测试，达到了预想的效果：即正常情况下和原系统一样正确计轴，信号弱到一定程度也不丢轴，而原系统是会丢轴的。另外两路中其中任一路故障，都能达到不低于原系统的效果，提高了可靠性。

[0021] 下面将结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

附图说明

[0022] 图1为计轴系统原理示意图。

[0023] 图2为现有技术中计轴系统工作流程图。

[0024] 图3为正常过车时车轮传感器探测出的信号示意图。

[0025] 图4为车轮水平方向摆动过大或者车轮上跳时车轮传感器探测出的信号示意图。

[0026] 图5为本发明工作流程图。

[0027] 图6为本发明扩展结构工作流程图。

具体实施方式

[0028] 本实施例为本发明优选实施方式，其他凡其原理和基本结构与本实施例相同或近似的，均在本发明保护范围之内。

[0029] 本发明中保护一种计轴系统，其主要包括车轮传感器（或称为计轴传感器）、A/D转换器和DSP，车轮传感器输出计轴信号给A/D转换器，经A/D转换器进行模数转换后输出给DSP。本实施例中，在车轮传感器和A/D转换器之间连接有线性光耦隔离模块，可进行高低压信号隔离。

[0030] 上述实施例为本发明最简实施方式，具体实施时，还可以并联一路脉冲整形模块，车轮传感器同时输出计轴信号给脉冲整形模块进行脉冲整形后输出给线性光耦隔离模块，经线性光耦隔离模块后输出给计数模块进行脉冲计数，然后将计数结果输出给DSP。

[0031] 请参看附图5，本发明针对车轮跳轴或车轮摆幅过大等而引起的传感器信号减弱的现象，本发明另辟蹊径，采用与常规的方法不同的信号处理及计轴方法，其避开用固定门槛比较器的做法，而是通过A/D转换器将计轴传感器输出的模拟计轴信号进行数字量化，即将模拟信号转换成数字信号，然后将数字信号输入到数字信号处理器（即DSP）中，通过数字信号处理器对两路信号进行相似性识别。通过本发明的计轴方法，即使计轴信号没有达到原来的门槛，但通过DSP处理照样看得出来这是车轮在上方经过时生成的信号，就能正常进行计轴。本实施例中整个A/D采样、两路信号识别算法处理以及计数等都通过DSP用软件来实现。

[0032] 采用本发明中的计轴方法，计轴的结果不完全取决于幅度，只要幅度不小于不能容忍的程度，两个信号波形相似性满足一定条件，就能实现计轴。本发明中，考虑到实际应用情况的复杂性，可将判断两个信号波形相似性的条件归纳如下：

[0033] 1. 如果在车速超过50公里/小时时，两路脉冲时间偏差不超过20%。

[0034] 当车速很慢时，采样信号时间较长，干扰很难维持那么长时间，因此不用考虑。而当车速比较快时，在通过计轴传感器这么一小段距离时，可以认为是匀速的，偏差不超过20%一定能满足。

[0035] 2. 两路信号一定要有重叠，且重叠部分要超过总脉冲比例的1/3。

[0036] 3. 除了重叠区域外，前后两端分别占总脉冲的比例要超过1/6。

[0037] 上述实施例为本发明的最简实施例，具体实施时，还可以采用其他更优选的实施方式，请参看附图6，本实施例中，将计轴传感器输出的探测信号分成两路进行独立处理，其中一路用现有技术中传统的普通方法进行计轴，另一路采用本发明中的上述实施例的方法进行采样计轴，两路信号分别进行独立的计轴计数，然后再将两种技术结果按照一定的算法进行合并，本实施例中，合并算法如下：

[0038] 1. 以普通轴脉冲计数为主，其结果该加一轴就加一轴，该减一轴就减一轴，不管通过采样信号计数的结果。

[0039] 2. 如果通过采样信号有计数，那么看它离上一个普通轴脉冲计数的时间是否很短（比如5ms以内），是则将采样计数忽略，说明是相同信号的计数。否则再看下一个普通轴脉冲计数与之的间隔是否很短（比如5ms以内），是则将采样计数忽略，也说明是相同信号的计数。如果间隔超过一定时间（比如5ms），说明是和通过普通轴脉冲计数不一样的信号，应将其计上。

[0040] 通过以上算法进行合并的结果就是：

[0041] 1. 在信号正常情况下通过普通轴脉冲计数得到的计轴是正确的。而通过采样信号计数也只能是有信号才能计数，由DSP的处理速度肯定能做到在同一信号下两者间隔不超过一定时间（比如5ms）。这样通过普通轴脉冲计数得到的结果就是合并后的结果。

[0042] 2. 如果信号很弱，通过普通轴脉冲计数没计上，而通过采样信号计数计上了，二者间隔一定超过某一时间（比如5ms），这样的轴按照合并算法就可以计上，最后结果就不会丢轴。

[0043] 由上可以看出，通过本发明的方法和算法，一定可以将比较弱的信号造成的丢轴问题解决。实际上单独用采样计数就可以超过普通轴脉冲计数，只不过仅仅用采样计数来解决丢轴的问题。采用以上做法以后，如果其中一路硬件故障，另一路也是可以独立工作的，所以不光解决了丢轴问题，硬件可靠性也得到提高。本实施例中，间隔时间取5ms是考虑到按450公里/小时的车速，两个最近的轮轴信号间隔在10ms以上，这样两个独立的计数对同一信号在5ms内出结果，就足以分辨两边的计数是同一信号引起的，还是不同信号引起的，具体实施时，也可以根据实际情况选取其他数值，只要其能够判断两边的计数是同一信号引起的，还是不同信号引起的即可。

[0044] 在实际应用中对采用本发明的计轴系统进行了详细测试，达到了预想的效果：即正常情况下和原系统一样正确计轴，信号弱到一定程度也不丢轴，而原系统是会丢轴的。另外两路中其中任一路故障，都能达到不低于原系统的效果，提高了可靠性。