一种基于轮轨耦合剪切力检测的计轴方法及计轴系统

摘要

本发明涉及一种基于轮轨耦合剪切力检测的计轴方法及计轴系统，计轴方法包括以下步骤：测量并实时获取钢轨测点处的形变数据；根据所述形变数据得到测点处的轮轨耦合剪切力曲线；根据所述轮轨耦合剪切力曲线得到应变差值曲线；根据所述应变差值曲线进行计轴；计轴系统包括：多个光纤光栅敏感元件、弹性基片和计算单元，其中，所述弹性基片，用于固定所述光纤光栅敏感元件；所述光纤光栅敏感元件，用于测量并获取钢轨测点处的形变数据；所述计算单元，用于从所述光纤光栅敏感元件接收所述形变数据，并根据所述形变数据得到轮轨耦合剪切力曲线，根据所述轮轨耦合剪切力曲线得到应变差值曲线，最后根据所述应变差值曲线进行计轴。

权利要求

1.一种基于轮轨耦合剪切力检测的计轴系统，其特征在于，所述计轴系统包括：多个光纤光栅敏感元件、弹性基片和计算单元，其中：所述弹性基片，用于固定所述光纤光栅敏感元件；

所述光纤光栅敏感元件，用于测量并获取钢轨测点处的形变数据；

所述计算单元，用于从所述光纤光栅敏感元件接收所述形变数据，并根据所述形变数据得到轮轨耦合剪切力曲线，具体包括：根据所述形变数据得到车轮载重Q，所述车轮载重Q与所述形变数据的形变量呈正比；根据所述车轮载重Q得到测点处的剪切力Fs；根据所述剪切力Fs得到轮轨耦合剪切力曲线；所述轮轨耦合剪切力曲线包括第一轮轨耦合剪切力曲线、第二轮轨耦合剪切力曲线和第三轮轨耦合剪切力曲线；所述计算单元根据所述车轮载重Q得到测点处的剪切力Fs，具体包括，取所述钢轨上的A点和B点，在车轮从所述A点向所述B点行驶且当车轮未通过测点时，得到所述测点处的剪切力Fs与车轮载重Q之间的关系为：当车轮行驶通过测点时，得到测点横截面的剪切力Fs与车轮载重Q之间的关系为：其中，X为车轮距A点的距离，L为所述A点和所述B点间的间距；通过所述车轮载重Q、所述间距L和所述距离X得到所述剪切力Fs；根据所述轮轨耦合剪切力曲线得到应变差值曲线，所述应变差值曲线包括第一应变差值曲线和第二应变差值曲线；所述第一应变差值曲线通过所述第一轮轨耦合剪切力曲线和所述第二轮轨耦合剪切力曲线差分得到，所述第二应变差值曲线通过所述第二轮轨耦合剪切力曲线和所述第三轮轨耦合剪切力曲线差分得到；根据所述应变差值曲线进行计轴，具体包括，将第一应变差值曲线和第二应变差值曲线分为状态0或状态1，状态0表示车轮处于测量区域外，状态1表示车轮处于测量区域内；记录所述应变差值曲线的状态随着时间变化而改变的状态时序变化；根据所述状态时序变化完成计轴；得到所述应变差值曲线之后，通过阈值th1和th2来判断所述应变差值曲线的状态，其中th1>th2；所述阈值th1表示车轮底部驶入测量区域；所述阈值th2表示车轮底部驶出测量区域；所述计轴系统还包括底板、设置在所述底板上的传输光缆和凸台；所述光纤光栅敏感元件和所述弹性基片均安装在所述底板上，所述光纤光栅敏感元件和所述弹性基片粘接形成应变片；所述传输光缆的一端与所述光纤光栅敏感元件连接；所述凸台设置在所述光纤光栅敏感元件的两端；所述凸台用于和钢轨相连接；所述光纤光栅敏感元件底部固接于所述底板中。

2.根据权利要求1所述的一种基于轮轨耦合剪切力检测的计轴系统，其特征在于，所述计轴系统还包括低通滤波器，所述低通滤波器用于在得到所述轮轨耦合剪切力曲线之后，对所述轮轨耦合剪切力曲线进行低通滤波，以得到平滑的轮轨耦合剪切力曲线。

3.根据权利要求1所述的一种基于轮轨耦合剪切力检测的计轴系统，其特征在于，所述应变片相对于钢轨的长度方向倾斜设置，相邻的所述应变片之间留有间隔，相邻所述应变片的中心线平行设置。

说明书

一种基于轮轨耦合剪切力检测的计轴方法及计轴系统

技术领域

[0001] 本发明属于列车检测的技术领域，特别涉及一种基于轮轨耦合剪切力检测的计轴方法及计轴系统。

背景技术

[0002] 随着科学技术的不断发展，计轴装置在不同的工程环境和线路条件下的轨道交通信号系统中得到了广泛的应用，且有许多的运用方案。目前铁路系统中计轴的方案主要有
电磁类计轴方案。

[0003] 电磁类感应计轴是利用，当有列车经过计轴点时轮轴切割磁感线导致感应线圈上的感应电动势，对比于无车轮时的感应电动势发生变化，以此判断有无列车经过来实现计
轴，进而实现监测轨道占用的功能。然而在实际铁路系统中，电磁感应计轴设备还存在着很
多的干扰故障，如强电涌干扰、金属异物干扰、其他线磁场干扰，严重影响电磁传感器在高
速列车中的应用。

[0004] 区别于传统的电磁感应技术，光纤光栅传感技术自诞生起，因具有电绝缘性、抗电磁干扰、耐腐蚀，稳定性强、体积小、重量轻等特点，被广泛用于强电磁干扰及湿度多变的环
境中。且基于光纤光栅开发的计轴产品，无需将电磁敏感设备置于室外环境，可以避免上述
电类设备面临的问题，使得产品不再疲于应对应用场景的电磁干扰等影响。

[0005] 相关技术中的计轴测量方式中，申请人认为存在以下问题，在进行测量时，容易收到外界环境的干扰，影响到计轴的稳定和测量结果的准确度。需要一种提高测量结果准确
度和稳定性的计轴方法和系统。

发明内容

[0006] 针对上述问题，本发明公开了一种基于轮轨耦合剪切力检测的计轴方法及计轴系统。

[0007] 第一方面，本发明公开了一种基于轮轨耦合剪切力检测的计轴方法，包括以下技术方案。

[0008] 一种基于轮轨耦合剪切力检测的计轴方法，包括以下步骤：

[0009] 测量并实时获取钢轨测点处的形变数据；

[0010] 根据所述形变数据得到测点处的轮轨耦合剪切力曲线；

[0011] 根据所述轮轨耦合剪切力曲线得到应变差值曲线；

[0012] 根据所述应变差值曲线进行计轴。

[0013] 更进一步的，得到所述轮轨耦合剪切力曲线之后，通过低通滤波器对所述轮轨耦合剪切力曲线进行低通滤波，得到平滑的轮轨耦合剪切力曲线。

[0014] 更进一步的，所述根据所述形变数据得到测点处的轮轨耦合剪切力曲线具体包括，根据所述形变数据得到车轮载重Q，所述车轮载重Q与所述形变数据的形变量呈正比；根
据所述车轮载重Q得到测点处的剪切力Fs；根据所述剪切力Fs得到轮轨耦合剪切力曲线。

[0015] 更进一步的，所述根据所述车轮载重Q得到测点处的剪切力Fs，具体包括，

[0016] 取所述钢轨上的A点和B点，在车轮从所述A点向所述B点行驶且当车轮未通过测点时，得到所述测点处的剪切力Fs与车轮载重Q之间的关系为：

[0017]

[0018] 当车轮行驶通过测点时，得到测点横截面的剪切力Fs与车轮载重Q之间的关系为：

[0019]

[0020] 其中，X为车轮距A点的距离，L为所述A点和所述B点间的间距；

[0021] 通过所述车轮载重Q、所述间距L和所述距离X得到所述剪切力Fs。

[0022] 更进一步的，在车轮从所述B点向所述A点行驶且当车轮未通过所述测点时，所述测点处的剪切力Fs与车轮载重Q之间的关系为：

[0023]

[0024] 当车轮行驶通过所述测点时，所述测点横截面的剪切力Fs与车轮载重Q之间的关系为：

[0025]

[0026] L为所述A点和所述B点间的间距。

[0027] 更进一步的，所述轮轨耦合剪切力曲线包括第一轮轨耦合剪切力曲线、第二轮轨耦合剪切力曲线和第三轮轨耦合剪切力曲线；所述应变差值曲线包括第一应变差值曲线和
第二应变差值曲线；所述第一应变差值曲线=所述第一轮轨耦合剪切力曲线‑所述第二轮轨
耦合剪切力曲线，所述第二应变差值曲线=所述第二轮轨耦合剪切力曲线‑所述第三轮轨耦
合剪切力曲线。

[0028] 更进一步的，所述根据所述应变差值曲线进行计轴具体包括，

[0029] 将第一应变差值曲线和第二应变差值曲线分为状态0或状态1，状态0表示车轮处于测量区域外，状态1表示车轮处于测量区域内；

[0030] 记录所述应变差值曲线的状态随着时间变化而改变的状态时序变化；

[0031] 根据所述状态时序变化完成计轴。

[0032] 更进一步的，得到所述应变差值曲线之后，通过阈值th1和th2来判断所述应变差值曲线的状态，其中th1>th2；

[0033] 所述阈值th1表示车轮底部驶入测量区域；

[0034] 所述阈值th2表示车轮底部驶出测量区域。

[0035] 另一方面，本发明公开了一种计轴系统，包括以下技术方案。

[0036] 一种基于轮轨耦合剪切力检测的计轴系统，所述计轴系统包括：多个光纤光栅敏感元件、弹性基片和计算单元，其中：

[0037] 所述弹性基片，用于固定所述光纤光栅敏感元件；

[0038] 所述光纤光栅敏感元件，用于测量并获取钢轨测点处的形变数据；

[0039] 所述计算单元，用于从所述光纤光栅敏感元件接收所述形变数据，并根据所述形变数据得到轮轨耦合剪切力曲线，根据所述轮轨耦合剪切力曲线得到应变差值曲线，最后
根据所述应变差值曲线进行计轴。

[0040] 更进一步的，所述计轴系统还包括低通滤波器，所述低通滤波器在用于在得到所述轮轨耦合剪切力曲线之后，对所述轮轨耦合剪切力曲线进行低通滤波，以得到平滑的轮
轨耦合剪切力曲线。

[0041] 更进一步的，所述计算单元根据所述形变数据得到测点处的轮轨耦合剪切力曲线具体包括：

[0042] 根据所述形变数据得到车轮载重Q，所述车轮载重Q与所述形变数据的形变量呈正比；

[0043] 根据所述车轮载重Q得到测点处的剪切力Fs；

[0044] 根据所述剪切力Fs得到轮轨耦合剪切力曲线。

[0045] 更进一步的，所述计算单元根据所述车轮载重Q得到测点处的剪切力Fs，具体包括，

[0046] 取所述钢轨上的A点和B点，在车轮从所述A点向所述B点行驶且当车轮未通过测点时，得到所述测点处的剪切力Fs与车轮载重Q之间的关系为：

[0047]

[0048] 当车轮行驶通过测点时，得到测点横截面的剪切力Fs与车轮载重Q之间的关系为：

[0049]

[0050] 其中，X为车轮距A点的距离，L为所述A点和所述B点间的间距；

[0051] 通过所述车轮载重Q、所述间距L和所述距离X得到所述剪切力Fs。

[0052] 更进一步的，所述计轴系统还包括底板、设置在所述底板上的传输光缆和凸台；所述光纤光栅敏感元件和所述弹性基片均安装在所述底板上，所述光纤光栅敏感元件和所述
弹性基片粘接形成应变片；所述传输光缆的一端与所述光纤光栅敏感元件连接；所述凸台
设置在所述光纤光栅敏感元件的两端；所述凸台用于和钢轨相连接；所述光纤光栅敏感元
件底部固接于所述底板中。

[0053] 更进一步的，所述应变片相对于钢轨的长度方向倾斜设置，相邻的所述应变片之间留有间隔，相邻所述应变片的中心线平行设置。

[0054] 本发明至少具有以下的技术效果：

[0055] 1、使用光纤光栅敏感元件和弹性基片组合成为应变片的结构，通过将光纤光栅底部固接于底板中并灌封的安装方式，将光纤光栅敏感元件安装在轨道上指定的位置，可以
减少外界环境对光纤光栅敏感元件测量时造成的影响，提升计轴的敏感度和准确性；

[0056] 2、采用双阈值的方式，在两个应变差值曲线的状态时序变化过程，满足特定的条件时（应变差值曲线v1和v2符合预定的时序变化）才会进行计轴，提高了容错能力和稳定性
和准确性。

[0057] 本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利
要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

[0058] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发
明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根
据这些附图获得其他的附图。

[0059] 图1是本申请中光纤光栅敏感元件和底板结构示意图；

[0060] 图2（a）是本申请中光纤光栅敏感元件安装后钢轨正面示意图；

[0061] 图2（b）是本申请中光纤光栅敏感元件安装后钢轨侧面面示意图；

[0062] 图3（a）是本申请中正向行驶情况下的轮轨耦合剪切力曲线；

[0063] 图3（b）是本申请中反向行驶情况下的轮轨耦合剪切力曲线；

[0064] 图4是本申请中测点布置示意图；

[0065] 图5是本申请中轮轨受力分析示意图；

[0066] 图6（a）是本申请中正向行驶下应变差值曲线示意图；

[0067] 图6（b）是本申请中反向行驶下应变差值曲线示意图。

[0068] 附图标记：1、光纤光栅敏感元件；2、弹性基片；3、底板；4、传输光缆；5、凸台。

具体实施方式

[0069] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是
本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员
在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0070] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为
基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗
示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对
本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相
对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可
以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”
的含义是两个或两个以上。

[0071] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可
以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是
两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语
在本发明中的具体含义。

[0072] 本申请实施例公开了一种基于轮轨耦合剪切力检测的计轴系统，计轴系统包括光纤光栅敏感元件、弹性基片和计算单元，弹性基片，用于固定光栅敏感元件；光栅敏感元件，
用于测量并获取钢轨测点处的形变数据；

[0073] 计算单元，用于从光纤光栅敏感元件接收形变数据，并根据形变数据绘制轮轨耦合剪切力曲线，之后根据轮轨耦合剪切力曲线得到应变差值曲线，最后根据应变差值曲线
进行计轴。

[0074] 参照图1，计轴系统还包括底板3、安装在底板3上的传输光缆4、安装在底板3上的凸台5。该凸台5用于和安装光纤光栅敏感元件1的钢轨相连接，凸台5露出的端部用于安装
在钢轨上，弹性基片2在底板3上安装有三处，光纤光栅敏感元件1的数量和弹性基片2相同。
光纤光栅敏感元件1和弹性基片2一一对应，光纤光栅敏感元件1与弹性基片2粘接形成应变
片。

[0075] 凸台5在钢轨上进行固定之后，实现了应变片在钢轨上的安装。钢轨上用于安装应变片的安装位置位于钢轨的枕缝正中间及其两端对称的位置，指定钢轨上的安装位置，使
得安装更加稳定。

[0076] 光纤光栅敏感元件1的中间部位进行打孔或者打薄，减少光纤光栅敏感元件1之间产生的干涉。在安装时，测点处三个应变片的中心线彼此平行，并且与钢轨的长度方向呈45
度的夹角。因为组成应变片之后，单片输出信号数量级较低，选择钢轨上的上述安装位置，
并且将应变片倾斜45度角设置，信噪比较低，可以提升测试的灵敏度、准确度和测量精度。

[0077] 参照图2（a）和图2（b），为光纤光栅敏感元件1的安装示意图，图2（a）钢轨正面的观测图，图2（b）为钢轨侧面的观测图，图2（a）和图2（b）中的测点对应用于测量的应变片。

[0078] 在底板3两端开设有光缆槽，传输光缆4从底板3的光缆槽中进入到底板3的内部，与三个光纤光栅敏感元件1熔接，将三个光纤光栅敏感元件1的尾纤盘好置于不锈钢轨底板
3中，注入液态硅橡胶进行灌封处理，使其固定在底板3上，只露出固定光纤光栅敏感元件1
两端的凸台5，再使用凸条进行和钢轨之间的安装连接。采用这样的安装方式，与钢轨的轨
腰直接接触的只是光纤光栅敏感元件1的两端，钢轨受力出现形变时直接带动光纤光栅敏
感元件1形变，不易受壳体刚度的影响。因此在光纤光栅敏感元件1较为稳定安装的同时，使
得光纤光栅敏感元件1的检测区域敏感性更高。

[0079] 采用上述的安装方式，在使用时可以对光纤光栅敏感元件1进行较好的保护，并且使得光纤光栅敏感元件1保持较高的灵敏度和准确度，方便更好的进行轮轨耦合剪切力的
测量以实现计轴作业。

[0080] 本申请实施例还公开了一种基于轮轨耦合剪切力检测的计轴方法，所述方法包括以下步骤：

[0081] S1、光纤光栅敏感元件1测量并获取钢轨测点处的形变数据。

[0082] 将底板和应变片通过凸台安装到钢轨的安装位置上，通过光纤光栅敏感元件进行钢轨形变数据的检测。

[0083] 在进行光纤光栅敏感元件1的安装之后，当列车的车轮经过布有光纤光栅敏感元件1的监测区域时，钢轨在车厢的重力作用下产生应力变化，同时亦会发生形变，由于光纤
光栅敏感元件1固化在弹性基片2上和钢轨是密贴的，没有相对位移，因此光纤光栅敏感元
件1亦会随之发生形变，应变经由铁轨传输至光纤光栅敏感元件1上时，其反射光的中心波
长发生偏移，波段内的连续光的反射光强随之发生规律变化。把列车经过时的钢轨形变映
射到光栅反射光中心波长的变化，从而实现光纤光栅敏感元件1对轮轨耦合的感知。光纤光
栅敏感元件1反映了车轮通过后的形变数据，形变数据的形变量和通过钢轨的车轮载荷Q的
大小呈正相关。

[0084] S2、计算单元根据光纤光栅敏感元件1检测到的钢轨形变数据，得到轮轨耦合剪切力曲线。

[0085] 将三个光纤光栅敏感元件1分为第一光纤光栅敏感元件，第二光纤光栅敏感元件以及第三光纤光栅敏感元件。随着车轮通过钢轨发生形变，使得三处光纤光栅敏感元件1测
得形变数据，形变数据的形变量和测点处的车轮载重Q成正比。

[0086] 车轮载重Q与所述形变数据的形变量呈正比，通过车轮载重Q来分别得到测点处的剪切力Fs，再通过剪切力Fs的变化得到轮轨耦合剪切力曲线。最终得到三条轮轨耦合剪切
力曲线，分别为第一轮轨耦合剪切力曲线s1、第二轮轨耦合剪切力曲线s2和第三轮轨耦合
剪切力曲线s3。

[0087] 计轴系统还包括低通滤波器，低通滤波器对实时测量的轮轨耦合剪切力曲线进行低通滤波，得到较为平滑的轮轨耦合剪切力曲线，更利于计算单元进行轮轴计数（计轴），得
到的轮轨耦合剪切力曲线如图3（a）和图3（b）所示。图3（a）表示了正向行驶情况下的轮轨耦
合剪切力曲线，图3（b）表示了反向行驶情况下的轮轨耦合剪切力曲线。

[0088] 参照图4、图5，通过车轮载重Q来得到轮轨耦合剪切力Fs的方式具体如下，

[0089] 在列车通过钢轨时，检测点的受力分析如下，

[0090] 将两根轨枕AB之间视为监测区域，梁的正中间位置处安装光纤光栅敏感元件一，规定此处为测点一，在光纤光栅敏感元件一的两端一定距离的对称位置处安装光纤光栅敏
感元件二和光纤光栅敏感元件三，规定此两处分别为测点二和测点三,当车轮沿着不同方
向行驶通过监测区，测点一、测点二和测点三处横截面的剪切力Fs的力学分析也不相同。在
图4和图5中，使用S1、S2和S3来分别代表测点一、测点二和测点三。测点一、测点二和测点三
处的轮轨耦合剪切力曲线，分别对应第一轮轨耦合剪切力曲线s1、第二轮轨耦合剪切力曲
线s2和第三轮轨耦合剪切力曲线s3。在得到各个测点处的剪切力Fs的大小之后，计算单元
根据剪切力Fs的大小随着时间的变化，来绘制图3（a）和图3（b）所示的轮轨耦合剪切力曲
线。

[0091] 将两根轨枕A和B之间的一段钢轨视为一段简支梁，当车轮在钢轨上从A端向B端方向行驶（以下简称正向行驶）根据梁的力学原理，首先对车轮行驶未通过测点一位置进行分
析；

[0092] 简支梁在车轮的外力的作用下处于平衡状态，根据静力平衡方程得求出支座反力，

[0093] 由

[0094]

[0095]

[0096]

[0097] 得

[0098]

[0099] 其中，∑Fx为X方向合力，∑Fy为Y方向合力，∑MA为A点力矩总和，FAY为A点向上的支座反力，FBY为B点向上的支座反力，Q为车轮载重，X为待检测车轮的最底部到A点的距离，L为
AB两点间距。

[0100] 在对测点一进行分析时，用截面在测点一处把梁切开为左、右两段，如图5所示，取左段梁为脱离体，因梁原来处于平衡状态，所以被截取的左段梁也同样保持平衡状态。左段
梁上有一向上的支座反力、向下的已知力Q的作用，要使左段梁不发生竖向移动，则在截面
上必定存在一个竖直方向的内力与之平衡。

[0101]

[0102] 其中， 为测点一上的剪切力。

[0103] 从上面的分析可知，用截面法将梁切开分成两段，同一截面上的内力，取左段梁为脱离体和取右段梁为脱离体所得结果虽然数值相等，但方向却是相反的，为此根据剪切力
引起梁的变形情况来规定它们的正负号。在横截面处，从梁中取出一小段，若剪切力使微段
顺时针方向转动，则该截面上的剪切力为正；反之为负。因此，当车轮的底部行驶未通过测
点一位置，测点一横截面的剪切力FS与车轮载重Q之间的关系为：

[0104]

[0105] 同理可得，当车轮行驶通过测点一位置，测点一横截面的剪切力Fs与车轮载重Q之间的关系为：

[0106]

[0107] 对于测点二和测点三，当车轮行驶未通过或通过测点二和测点三时，在测点二和测点三横截面处的剪切力Fs与车轮载重Q之间的关系与测点一处相同。

[0108] 当车轮在钢轨上从B端向A端方向行驶(以下简称反向行驶)，先经过测点三，同理可得，当车轮行驶未通过测点三位置时，测点三横截面的剪切力Fs与车轮载重Q之间的关系
为：

[0109]

[0110] 当车轮行驶通过测点三位置，测点三横截面的剪切力Fs与车轮载重Q之间的关系为

[0111]

[0112] 根据上述分析可以清楚地得到剪切力大小Fs，通过剪切力Fs的变化得到如图3（a）和图3（b）所示的三条轨耦合剪切力曲线s1、s2和s3。

[0113] S3、计算单元根据轮轨耦合剪切力曲线得到轮轨剪切力的应变差值曲线，应变差值曲线包括第一应变差值曲线v1和第二应变差值曲线v2。

[0114] 第一应变差值曲线通过第一轮轨耦合剪切力曲线和第二轮轨耦合剪切力曲线差分得到，第二应变差值曲线通过第二轮轨耦合剪切力曲线和第三轮轨耦合剪切力曲线差分
得到。也即，第一应变差值曲线v1=s1‑s2，第二应变差值曲线v2=s2‑s3。在得到轮轨耦合剪
切力曲线之后，将轮轨耦合剪切力曲线进行进行两两差分，可以得到应变差值曲线。

[0115] S4、计算单元根据应变差值曲线进行计轴。

[0116] 计算单元根据应变差值曲线进行计轴具体包括：

[0117] 首先，将应变差值曲线分为状态0和状态1，状态0为车轮处于光纤光栅敏感元件1监测的敏感区域外，状态1表示车轮处于光纤光栅敏感元件1监测的敏感区域内。参照图6
（a）和图6（b），使用阈值th1和th2来判断应变差值曲线的状态。阈值th1表示列车驶入光纤
光栅敏感元件1监测的敏感区域（也即进入到测量区域），应变差值曲线进入状态1。th2表示
车轮驶出光纤光栅敏感元件1监测的敏感区域（也即驶出测量区域），应变差值曲线进入状
态0，其中th1>th2。图6（a）为正向行驶情况下t1到t2以及t2到t3间的应变差值曲线，图6（b）
为反向行驶情况下t1到t2以及t2到t3内的应变差值曲线。

[0118] 之后，列车通过光纤光栅敏感元件1的监测区域时，记录v1和v2的状态随着时间变化而改变的状态时序变化。

[0119] 在列车正向行驶的情况下，0‑t1时间内应变差值曲线v1、v2状态为0，其值均小于th1，此时v1的状态为0，v2的状态为0，v1、v2组合状态为00。经过t1时刻，v1的值大于th1，此
时v1状态变为1，v2状态为0，t1‑t2时间段内v1、v2组合状态为10。经过t2时刻，v2的值大于
阈值th1，此时v2状态为1，v1的值小于阈值th2，此时v1状态变为0，t1‑t2时间段内v1、v2组
合状态为01。

[0120] 经过t3时刻，v2的值小于阈值th2，此时v2状态为0，v1的状态为0，t3时刻后v1、v2组合状态为00。

[0121] 最后，根据应变差值曲线的状态时序变化进行计轴，具体包括：当列车的车轮从第一光纤光栅敏感元件向第三光纤光栅敏感元件驶过时，v1、v2状态时序为00，10，01，00；反
之，当列车从第三光纤光栅敏感元件向第一光纤光栅敏感元件驶过时，v1、v2状态时序为
00，01，10，00。

[0122] 若v1、v2状态时序为00，10，01，00，判断列车的车轮从第一光纤光栅敏感元件向第三光纤光栅敏感元件驶过；若v1、v2状态时序为00，01，10，00，判断列车的车轮从第三光纤
光栅敏感元件向第一光纤光栅敏感元件驶过，这样就完成了列车的判向，同时记录状态时
序变化的次数，可以完成计轴（也即轮轴计数）。并且，满足特定的条件时（00，10，01，00或
00，01，10，00）才会完成一次轮轴计数，提升了容错能力。

[0123] 通过v1和v2随着时间变化而改变的状态时序变化可以完成计轴和判向。通过双阈值可以用来提高计轴方法的准确度和稳定性，由于列车在运行时产生的震动冲击较大，光
栅波长会随着外界的振动产生波动，采用单阈值的方式很可能会在震动、冲击的情况下造
成错误计轴，而采用双阈值的方式，会根据两个光栅剪切力应变差值曲线的状态变化过程，
满足特定的条件时（00，10，01，00或00，01，10，00）才会进行计轴，提高了容错能力和稳定准
确性。

[0124] 尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进
行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术
方案的精神和范围。