專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于地磁異常的鐵路來(lái)車(chē)監(jiān)測(cè)方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鐵路或公路運(yùn)輸?shù)囊环N來(lái)車(chē)監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于地磁異常的鐵路來(lái)車(chē)監(jiān)測(cè)方法和裝置。
背景技術(shù)：
出于對(duì)安全的考慮，需要對(duì)鐵路線路上的列車(chē)運(yùn)行狀況進(jìn)行感知和監(jiān)測(cè)，目前常用的來(lái)車(chē)監(jiān)測(cè)方法有光電或激光對(duì)射傳感器、震動(dòng)傳感器以及圖像識(shí)別等方法。光電檢測(cè)法和震動(dòng)檢測(cè)法容易受到外界環(huán)境的干擾，容易造成虛報(bào)或漏報(bào)，同時(shí)這兩種方案還需要在路基表面鋪設(shè)傳感器傳輸線，這是高速鐵路所不允許的；圖像識(shí)別方法需要對(duì)圖像進(jìn)行采集和識(shí)別，系統(tǒng)復(fù)雜、功耗較大、成本較高，并且識(shí)別的準(zhǔn)確率會(huì)受到因惡劣天氣而造成的能見(jiàn)度不足的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要提供一種基于地磁異常的鐵路來(lái)車(chē)監(jiān)測(cè)方法和裝置，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的系統(tǒng)復(fù)雜、功耗較大、成本較高，同時(shí)準(zhǔn)確率易受外部環(huán)境影響的問(wèn)題。一種基于地磁異常的鐵路來(lái)車(chē)監(jiān)測(cè)方法通過(guò)各向異性型磁阻傳感器感知列車(chē)上的鐵磁性部件引起的地磁場(chǎng)異常，對(duì)傳感器采集到的信號(hào)進(jìn)行處理和分析，即可判斷鐵路線路上的來(lái)車(chē)情況。一種基于地磁異常的鐵路來(lái)車(chē)監(jiān)測(cè)裝置，包括傳感器單元，其特征在于還包括與傳感器單元順序相接的信號(hào)調(diào)理單元、數(shù)據(jù)采集單元和分析處理單元，其中分析處理單元還分別與傳感器單元和信號(hào)調(diào)理單元相接；
所述傳感器單元以型號(hào)為HMC1052的兩軸各向異性型磁阻傳感器為核心，兩只MOS管和兩只電容構(gòu)成傳感器復(fù)位電路，為其提供復(fù)位脈沖，傳感器單元探測(cè)到地磁場(chǎng)變化并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)送入信號(hào)調(diào)理單元；
所述信號(hào)調(diào)理單元中包括傳感器單元與數(shù)據(jù)采集單元之間連接的兩個(gè)儀表放大器，所述儀表放大器的型號(hào)是AD8555，它們分別用于放大傳感器X軸和Y軸的輸出信號(hào)，兩個(gè)儀表放大器的輸、入管腳4和輸入管腳5分別連接傳感器X軸信號(hào)和Y軸信號(hào)的輸出管腳I和輸出管腳14、輸出管腳16和輸出管腳21，儀表放大器的輸出管腳7將經(jīng)過(guò)放大的磁異常信號(hào)送到數(shù)據(jù)采集單元中；
所述數(shù)據(jù)采集單元為L(zhǎng)PC2214微處理器的內(nèi)部AD轉(zhuǎn)換器，其模擬輸入管腳AinO和Ainl分別連接信號(hào)調(diào)理單元中的兩個(gè)儀表放大器的輸出管腳7，數(shù)據(jù)采集單元將信號(hào)調(diào)理單元輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后，送入分析處理單元；
所述分析處理單元為型號(hào)是LPC2214的微處理器，微處理器通過(guò)連接傳感器單元的GPIO管腳發(fā)送使傳感器復(fù)位的脈沖信號(hào)；微處理器根據(jù)數(shù)據(jù)采集單元采集到的信號(hào)幅值及直流偏移量的大小，通過(guò)連接信號(hào)調(diào)理單元中儀表放大器數(shù)字輸入管腳3的GPIO管腳對(duì)其增益和零點(diǎn)電壓進(jìn)行編程調(diào)整；微處理器對(duì)經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理單元調(diào)理、數(shù)據(jù)采集單元采集到的磁異常信號(hào)進(jìn)行處理后，若判斷其滿足觸發(fā)條件，則通過(guò)微處理器的ー個(gè)GPIO管腳發(fā)出觸發(fā)信號(hào)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是
1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功耗極低，制造成本和使用成本低；
2、性能優(yōu)異不易受到環(huán)境干擾，采用非接觸的被動(dòng)來(lái)車(chē)監(jiān)測(cè)方法來(lái)識(shí)別和判斷是否有車(chē)輛經(jīng)過(guò)，適用于野外長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)；
3、功能擴(kuò)展性好不僅可用于識(shí)別和判斷是否有車(chē)輛經(jīng)過(guò)，同時(shí)適合用做需要在車(chē)輛經(jīng)過(guò)時(shí)采集數(shù)據(jù)或信號(hào)的觸發(fā)裝置。


圖I是本發(fā)明裝置的原理框 圖2是本發(fā)明裝置的電路原理 圖3數(shù)據(jù)處理狀態(tài)機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。
具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)ー步說(shuō)明。本發(fā)明方法的基本原理是地球磁場(chǎng)在一定時(shí)間和空間范圍內(nèi)是基本恒定的。地球磁場(chǎng)中的鐵磁性物體都會(huì)被地球磁場(chǎng)不同程度的磁化,磁化后的物體產(chǎn)生的附加磁場(chǎng)與地球的背景磁場(chǎng)疊加后，就會(huì)使平順的背景磁場(chǎng)產(chǎn)生畸變。本發(fā)明提供的一種基于地磁異常的鉄路來(lái)車(chē)監(jiān)測(cè)方法是，通過(guò)各向異性型磁阻傳感器感知列車(chē)上的鐵磁性部件引起的地磁場(chǎng)異常，對(duì)傳感器采集到的信號(hào)進(jìn)行處理和分祈，即可判斷鐵路線路上的來(lái)車(chē)情況。參見(jiàn)圖1，基于上述監(jiān)測(cè)方法，本發(fā)明提供的一種基于地磁異常的鉄路來(lái)車(chē)監(jiān)測(cè)裝置，包括順序相接的傳感器単元I、信號(hào)調(diào)理單元2、數(shù)據(jù)采集単元3和分析處理單元4，其中分析處理單元4還分別與傳感器単元I和信號(hào)調(diào)理單元2相接。當(dāng)列車(chē)進(jìn)入該裝置的作用范圍時(shí)，傳感器単元I便可探測(cè)到列車(chē)引起的地磁場(chǎng)變化并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)；信號(hào)調(diào)理單元2去除信號(hào)中的共模成分并將其放大后，送入數(shù)據(jù)采集模塊3進(jìn)行采集；分析處理單元4對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，檢測(cè)到車(chē)輛經(jīng)過(guò)時(shí)便向其他設(shè)備發(fā)送觸發(fā)信號(hào)。參見(jiàn)圖2，所說(shuō)的傳感器單元I以Honeywell公司的HMC1052兩軸各向異性型磁阻傳感器為核心，兩只MOS管和兩只電容構(gòu)成傳感器復(fù)位電路，為其提供復(fù)位脈沖，傳感器單元I探測(cè)到列車(chē)上的鐵磁性部件引起的地磁場(chǎng)變化并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)送入信號(hào)調(diào)理單元2。所說(shuō)的信號(hào)調(diào)理單元2中包括傳感器単元I與數(shù)據(jù)采集単元3之間連接的兩個(gè)儀表放大器AD8555,它們分別用于放大傳感器X軸和Y軸的輸出信號(hào),兩個(gè)儀表放大器的輸入管腳4和輸入管腳5分別連接傳感器X軸信號(hào)和Y軸信號(hào)的輸出管腳I和輸出管腳14、輸出管腳16和輸出管腳21，儀表放大器的輸出管腳7將經(jīng)過(guò)放大的磁異常信號(hào)送到數(shù)據(jù)采集單元3中。所說(shuō)的數(shù)據(jù)采集単元3為L(zhǎng)PC2214微處理器的內(nèi)部AD轉(zhuǎn)換器，其模擬輸入管腳AinO和Ainl分別連接信號(hào)調(diào)理單元2中的兩個(gè)儀表放大器的輸出管腳7，數(shù)據(jù)采集単元3將信號(hào)調(diào)理單元2輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后，送入分析處理單元4。
所說(shuō)的分析處理單元4為L(zhǎng)PC2214微處理器。該裝置在毎次上電后，微處理器首先會(huì)通過(guò)連接傳感器単元I的GPIO管腳發(fā)送ー個(gè)復(fù)位脈沖信號(hào)使傳感器復(fù)位；隨后微處理器會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)采集單元3采集到的信號(hào)幅值及直流偏移量的大小，通過(guò)連接信號(hào)調(diào)理單元2中儀表放大器數(shù)字輸入管腳3的GPIO管腳對(duì)其增益和零點(diǎn)電壓進(jìn)行編程調(diào)整；微處理器對(duì)經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理單元2調(diào)理、數(shù)據(jù)采集単元3采集到的磁異常信號(hào)進(jìn)行處理后，若判斷其滿足觸發(fā)條件，則通過(guò)微處理器的ー個(gè)GPIO管腳發(fā)出觸發(fā)信號(hào)，供其他設(shè)備使用使用中,Honeywell公司的HMC1052兩軸各向異性型磁阻傳感器與行車(chē)方向垂直的軸用于來(lái)判斷車(chē)輛有無(wú)；與行車(chē)方向平行的軸用于判斷車(chē)輛行駛方向，并對(duì)車(chē)輛有無(wú)加以輔助判斷。兩只MOS管和兩只電容構(gòu)成的傳感器復(fù)位電路為傳感器提供至少400mA峰值電流的復(fù)位脈沖。信號(hào)調(diào)理部分采用帶有零點(diǎn)調(diào)節(jié)和増益調(diào)節(jié)數(shù)字可編程儀表放大器AD8555，其増益和輸出偏置電壓都可以通過(guò)數(shù)字接ロ(第3腳)利用微處理器進(jìn)行編程調(diào)整。經(jīng)過(guò)調(diào)理后的信號(hào)送入LPC2214的內(nèi)部AD進(jìn)行采集。AD采樣頻率為100Hz，并對(duì)信號(hào)做了64倍過(guò)采樣以提高AD的分辨率至16Bits。LPC2214為該裝置的主控微處理器，用于對(duì)AD采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，井根據(jù)需要調(diào)節(jié)儀表放大器參數(shù)。參見(jiàn)圖3，在上電初始化后先采集外部平靜狀態(tài)的磁場(chǎng)強(qiáng)度作為基準(zhǔn)(VBM)。進(jìn)入觸發(fā)狀態(tài)后每進(jìn)行一次采集，便用采集到的數(shù)據(jù)(Vame)與基準(zhǔn)做差。若其差值小于觸發(fā)閾值(VTh)，但采集值偏離了基準(zhǔn)，則對(duì)基準(zhǔn)進(jìn)行校正，以克服地磁背景場(chǎng)的緩慢變化對(duì)監(jiān)測(cè)造成的影響；若差值大于觸發(fā)閾值，則進(jìn)入半觸發(fā)狀態(tài)。在半觸發(fā)狀態(tài)中，若采集到的數(shù)據(jù)與基準(zhǔn)的差值大于觸發(fā)閾值，則計(jì)數(shù)器加I ;若差值小于觸發(fā)閾值，則返回未觸發(fā)狀態(tài)，以克服突發(fā)干擾對(duì)監(jiān)測(cè)的影響。若連續(xù)若干個(gè)樣值點(diǎn)的差值都大于閾值，則進(jìn)入觸發(fā)狀態(tài)，向其他設(shè)備發(fā)送觸發(fā)信號(hào)。發(fā)送完成后便返回未觸發(fā)狀態(tài)繼續(xù)監(jiān)測(cè)。
權(quán)利要求
1.一種基于地磁異常的鐵路來(lái)車(chē)監(jiān)測(cè)方法通過(guò)各向異性型磁阻傳感器感知列車(chē)上的鐵磁性部件引起的地磁場(chǎng)異常，對(duì)傳感器采集到的信號(hào)進(jìn)行處理和分析，即可判斷鐵路線路上的來(lái)車(chē)情況。
2.一種用于權(quán)利要求I所述一種基于地磁異常的鐵路來(lái)車(chē)監(jiān)測(cè)方法的裝置，包括傳感器單元(1)，其特征在于還包括與傳感器單元(I)順序相接的信號(hào)調(diào)理單元(2)、數(shù)據(jù)采集單元(3)和分析處理單元(4)，其中分析處 理單元(4)還分別與傳感器單元(I)和信號(hào)調(diào)理單元(2)相接； 所述傳感器單元(I)以型號(hào)為HMC1052的兩軸各向異性型磁阻傳感器為核心，兩只MOS管和兩只電容構(gòu)成傳感器復(fù)位電路，為其提供復(fù)位脈沖，傳感器單元(I)探測(cè)到地磁場(chǎng)變化并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)送入信號(hào)調(diào)理單元(2)； 所述信號(hào)調(diào)理單元(2)中包括傳感器單元(I)與數(shù)據(jù)采集單元(3)之間連接的兩個(gè)儀表放大器，所述儀表放大器的型號(hào)是AD8555,它們分別用于放大傳感器X軸和Y軸的輸出信號(hào)，兩個(gè)儀表放大器的輸入管腳4和輸入管腳5分別連接傳感器X軸信號(hào)和Y軸信號(hào)的輸出管腳I和輸出管腳14、輸出管腳16和輸出管腳21，儀表放大器的輸出管腳7將經(jīng)過(guò)放大的磁異常信號(hào)送到數(shù)據(jù)采集單元(3)中； 所述數(shù)據(jù)采集單元(3)為L(zhǎng)PC2214微處理器的內(nèi)部AD轉(zhuǎn)換器，其模擬輸入管腳AinO和Ainl分別連接信號(hào)調(diào)理單元(2)中的兩個(gè)儀表放大器的輸出管腳7，數(shù)據(jù)采集單元(3)將信號(hào)調(diào)理單元(2)輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后，送入分析處理單元(4)； 所述分析處理單元(4)為型號(hào)是LPC2214的微處理器，微處理器通過(guò)連接傳感器單元(I)的GPIO管腳發(fā)送使傳感器復(fù)位的脈沖信號(hào)；微處理器根據(jù)數(shù)據(jù)采集單元(3)采集到的信號(hào)幅值及直流偏移量的大小，通過(guò)連接信號(hào)調(diào)理單元(2)中儀表放大器數(shù)字輸入管腳3的GPIO管腳對(duì)其增益和零點(diǎn)電壓進(jìn)行編程調(diào)整；微處理器對(duì)經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理單元(2)調(diào)理、數(shù)據(jù)采集單元(3)采集到的磁異常信號(hào)進(jìn)行處理后，若判斷其滿足觸發(fā)條件，則通過(guò)微處理器的一個(gè)GPIO管腳發(fā)出觸發(fā)信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及鐵路或公路運(yùn)輸?shù)囊环N來(lái)車(chē)監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于地磁異常的鐵路來(lái)車(chē)監(jiān)測(cè)方法和裝置?，F(xiàn)有技術(shù)存在的系統(tǒng)復(fù)雜、功耗較大、成本較高，同時(shí)準(zhǔn)確率易受外部環(huán)境影響的問(wèn)題。為克服現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種基于地磁異常的鐵路來(lái)車(chē)監(jiān)測(cè)方法通過(guò)各向異性型磁阻傳感器感知列車(chē)上的鐵磁性部件引起的地磁場(chǎng)異常，對(duì)傳感器采集到的信號(hào)進(jìn)行處理和分析，即可判斷鐵路線路上的來(lái)車(chē)情況。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功耗極低，制造成本和使用成本低，適用于野外長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。
文檔編號(hào)B61L23/00GK102627115SQ20121012275
公開(kāi)日2012年8月8日 申請(qǐng)日期2012年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月25日
發(fā)明者任安虎, 侯瑞, 呂志剛, 張海寧, 王鵬, 秦剛, 雷斌 申請(qǐng)人:西安工業(yè)大學(xué)