本實(shí)用新型涉及軌道交通技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鐵道測長信號(hào)數(shù)字處理測量設(shè)備。

背景技術(shù)：

鐵道測長設(shè)備用于測量調(diào)車線的空余長度?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)此長度控制車輛進(jìn)入調(diào)車線的速度，使車輛能夠在調(diào)車線內(nèi)安全連掛。鐵道測長設(shè)備也是編組站調(diào)度信息管理系統(tǒng)的一種信息采集設(shè)備，用于掌握編組線的應(yīng)用情況。

隨著鐵路建設(shè)的不斷發(fā)展，電力機(jī)車及電化區(qū)段應(yīng)用越來越普遍，電氣化牽引變電設(shè)備已經(jīng)廣泛安裝到了鐵路站場內(nèi)。電氣化干擾對鐵道測長設(shè)備影響也越來越嚴(yán)重，造成測長設(shè)備測量不準(zhǔn)。

目前的測長設(shè)備主要有以測量阻抗電抗為基本原理的變換頻率法測長設(shè)備和以測量阻抗模值為基本原理的電壓幅值法測長設(shè)備。前者信號(hào)功率小，在電化區(qū)段應(yīng)用越來越普遍的電磁環(huán)境下無法正常工作，后者在信號(hào)處理過程中不能有效地區(qū)分有用信號(hào)和干擾噪聲，造成測量不準(zhǔn)確。另外，以上設(shè)備共同存在以下問題：當(dāng)電氣化干擾嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐蓽y長設(shè)備被損壞的情況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種鐵道測長信號(hào)數(shù)字處理測量設(shè)備，可以減少外部干擾對測量過程的干擾，從而提高測量性能。

本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種鐵道測長信號(hào)數(shù)字處理測量設(shè)備，包括：依次連接的信號(hào)激勵(lì)源、電源防雷器、信號(hào)變換與傳感電路、信號(hào)防雷保安器、信號(hào)隔離與調(diào)理電路、多路模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換器、鐵道測長信號(hào)采樣保持與A/D轉(zhuǎn)換電路，以及微處理單元。

所述信號(hào)變換與傳感電路包括：電源隔離變壓器、電抗器與傳感隔離變壓器；所述電源隔離變壓器與電抗器相連，電抗器與測長軌道電路相連，傳感隔離變壓器與軌道電路相連；所述傳感隔離變壓器變比為1：1。

其中，每個(gè)測長軌道電路上均設(shè)有一個(gè)電源隔離變壓器與一個(gè)電抗器。

所述信號(hào)隔離與調(diào)理電路包括：依次連接的信號(hào)隔離變壓器、電涌抑制器與低通濾波器；

其中，所述低通濾波器，高頻截止頻率為500Hz，增益為1。

所述鐵道測長信號(hào)采樣保持與A/D轉(zhuǎn)換電路包括：相互連接的采樣保持器與模數(shù)轉(zhuǎn)換器；其中，一個(gè)采樣保持器采集一路鐵道測長信號(hào)；一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器對應(yīng)一個(gè)采樣保持器，A/D轉(zhuǎn)換器輸入電壓范圍最大±10V，分辨率至少12BIT，A/D轉(zhuǎn)換速度100KHz以上。

該設(shè)備還包括：與微處理單元相連的計(jì)算機(jī)終端設(shè)備，以及與微處理單元相連的通信接口。

由上述本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案可以看出，該方案解決了在電化區(qū)段應(yīng)用越來越普遍的電磁環(huán)境下測量不準(zhǔn)確，甚至無法正常工作的問題，通過減少外部干擾對測量過程的影響，從而提高測量設(shè)備的性能。

附圖說明

為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的鐵道測長信號(hào)數(shù)字處理測量設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。

本實(shí)用新型實(shí)施例提供一種鐵道測長信號(hào)數(shù)字處理測量設(shè)備，其主要包括：信號(hào)激勵(lì)源、電源防雷器、信號(hào)變換與傳感電路、信號(hào)防雷保安器、信號(hào)隔離與調(diào)理電路、多路模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換器、信號(hào)采樣保持與A/D轉(zhuǎn)換電路，以及微處理單元；

此外，還包括：計(jì)算機(jī)終端設(shè)備，以及通信接口。

上述各個(gè)單元之間的連接關(guān)系如圖1所示，信號(hào)激勵(lì)源、電源防雷器、信號(hào)變換與傳感電路、信號(hào)防雷保安器、信號(hào)隔離與調(diào)理電路、多路模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換器、信號(hào)采樣保持與A/D轉(zhuǎn)換電路，以及微處理單元依次連接，而計(jì)算機(jī)終端設(shè)備與通信接口均分別與微處理單元連接。

為了便于理解，下面針對各個(gè)器件的功能及用途進(jìn)行詳細(xì)的說明。

1、信號(hào)激勵(lì)源，用于將輸入電源轉(zhuǎn)換成鐵道測長工作的電源。示例性的，如果輸入電源為AC220V/50Hz，則轉(zhuǎn)換成AC220V/(175Hz//60HZ/75HZ/25HZ)鐵道測長工作電源；信號(hào)激勵(lì)源在整個(gè)設(shè)備中僅設(shè)置一個(gè)。

2、電源防雷器，用于阻止雷電對信號(hào)激勵(lì)源電子設(shè)備的損壞，并將信號(hào)激勵(lì)源的輸出信號(hào)向外傳輸。同時(shí)，設(shè)備中也僅設(shè)置一個(gè)電源防雷器。

3、信號(hào)變換與傳感電路，用于隔離信號(hào)激勵(lì)源與測長軌道電路以及均衡測長軌道電路電流，還用于隔離測量設(shè)備與測長軌道電路，并將獲得的鐵道測長信號(hào)向外傳輸。

具體來說：所述信號(hào)變換與傳感電路包括：電源隔離變壓器、電抗器與傳感隔離變壓器；所述電源隔離變壓器與電抗器相連，電抗器與測長軌道電路相連，傳感隔離變壓器與軌道電路相連；其中：

所述電源隔離變壓器，用于隔離信號(hào)激勵(lì)源的輸出信號(hào)與測長軌道電路直接電氣連接，并輸出安全電壓；

所述電抗器與測長軌道電路連接，用于均衡測長軌道電路的電流，在軌道測量區(qū)段長度變化范圍內(nèi)，輸送到軌道電路的電流變化小于10％，近似恒流輸出，每個(gè)測長軌道電路上均設(shè)有一個(gè)電源隔離變壓器與一個(gè)電抗器。

所述傳感隔離變壓器，用于在獲得鐵道測長信號(hào)后隔離鐵道測長信號(hào)與軌道電路直接電氣連接，變比為1：1。

4、所述信號(hào)防雷保安器，用于阻止雷電對測量設(shè)備的損壞，并將所述鐵道測長信號(hào)向外傳輸。

5、所述信號(hào)隔離與調(diào)理電路，用于防止外部包括直流的電氣化干擾通過傳輸線路進(jìn)入測量設(shè)備、防止瞬間外部高電壓的干擾可能造成測量設(shè)備的損壞，以及對所述鐵道測長信號(hào)進(jìn)行濾波處理，以抑制各種干擾信號(hào)的影響。

具體來說：所述信號(hào)隔離與調(diào)理電路包括：依次連接的信號(hào)隔離變壓器、電涌抑制 器與低通濾波器；其中：

信號(hào)隔離變壓器，用于防止外部包括直流的電氣化干擾進(jìn)入測量設(shè)備；

所述電涌抑制器，用于防止瞬間外部高電壓的干擾可能造成測量設(shè)備的損壞；

所述低通濾波器，用于對所述鐵道測長信號(hào)進(jìn)行濾波處理，以抑制各種干擾信號(hào)對采樣處理的影響；其高頻截止頻率為500Hz，增益為1。

6、多路模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換器，用于將濾波后的多路鐵道測長信號(hào)分時(shí)輸送到鐵道測長信號(hào)采樣保持與A/D轉(zhuǎn)換電路。示例性的，本實(shí)施例中，可設(shè)置32路模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換器，則可對應(yīng)32個(gè)測長軌道電路區(qū)段。

7、所述鐵道測長信號(hào)采樣保持與A/D轉(zhuǎn)換電路，用于采集每一路鐵道測長信號(hào)瞬時(shí)電壓值并保持到A/D轉(zhuǎn)換完成，所述的A/D轉(zhuǎn)換即為將鐵道測長信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。

具體來說：所述鐵道測長信號(hào)采樣保持與A/D轉(zhuǎn)換電路包括：相互連接的采樣保持器與模數(shù)轉(zhuǎn)換器；其中：

所述采樣保持器，用于采集每一路鐵道測長信號(hào)瞬時(shí)電壓值并保持到A/D轉(zhuǎn)換完成；其中，一個(gè)采樣保持器對應(yīng)采集一路鐵道測長信號(hào)；

所述A/D轉(zhuǎn)換器，用于將鐵道測長信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)；其中，一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器對應(yīng)一個(gè)采樣保持器，A/D轉(zhuǎn)換器輸入電壓范圍最大±10V，分辨率至少12BIT，A/D轉(zhuǎn)換速度100KHz以上。

8、微處理單元，用于對輸入的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行頻譜特性分析，獲得相應(yīng)的鐵道測長數(shù)據(jù)。

本實(shí)施例中，所述微處理單元相連對輸入的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行頻譜特性分析時(shí)，需要進(jìn)行波形采樣；采樣頻率fs應(yīng)當(dāng)大于Nyquist頻率。設(shè)計(jì)每個(gè)通道采樣率為fs≥1024Hz。

由于信號(hào)激勵(lì)電源頻率和計(jì)算機(jī)晶體振蕩頻率可能產(chǎn)生漂移，造成時(shí)域截?cái)嘁鸬念l譜泄露和頻域離散化引起的柵欄效應(yīng)，使得測量精度變差。因此，對于采樣結(jié)果，利用窗函數(shù)方法濾除掉工作頻率外的干擾信號(hào)，設(shè)w(n)為窗函數(shù)時(shí)域序列值，其中n＝0,1…N-1，N為采樣序列周期；則有：

$w\left(n\right)=\underset{m=0}{\overset{M-1}{\Σ}}{(-1)}^m{\mathrm{\α}}_{m}cos(2\mathrm{\π}nm/N)$

其中，M為窗函數(shù)的項(xiàng)數(shù)，α_m為窗系數(shù)，滿足約束條件

設(shè)x(n)為輸入的數(shù)字信號(hào)的時(shí)域采樣序列值，則加窗處理后的時(shí)域采樣序列的第n個(gè)值y(n)＝x(n)w(n)；

為了達(dá)到消除非信號(hào)頻率干擾信號(hào)的目的，再對加窗處理后時(shí)域采樣序列進(jìn)行離散Fourier變換：

$Y\left(k\right)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\Σ}}y\left(n\right)e^{-j2\mathrm{\π}nk/N},(k=0,1,...N-1).$

示例性的，測量信號(hào)175Hz的電壓有效值為此值即為徹底濾除掉非工作頻率干擾后的測長信號(hào)電壓值。

9、計(jì)算機(jī)終端設(shè)備，用于顯示計(jì)算到的鐵道測長數(shù)據(jù)，以及實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互；可以包括：機(jī)鍵盤、鼠標(biāo)和顯示器等。

10、通信接口，用于實(shí)現(xiàn)測量設(shè)備與控制設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信。

需要說明的是，本實(shí)用新型實(shí)施例所涉及的各個(gè)器件及其內(nèi)部器件均為現(xiàn)有的常規(guī)器件，而涉及的信號(hào)處理過程也僅為舉例說明并非構(gòu)成限制。

本實(shí)用新型實(shí)施例的上述方案中，通過多個(gè)器件隔離、濾除干擾信號(hào)；并且，通過頻譜分析技術(shù)來徹底濾除工作頻率外的所有干擾信號(hào)，從而提高了測量性能；可以為鐵道系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的調(diào)車線空閑長度，減少“天窗”和超速連掛的情況發(fā)生。

以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的具體實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。