專利名稱：一種基于軌道特征的車速測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于測試與控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于軌道特征的車速測量裝置。
背景技術(shù)：
目前關(guān)于列車運行速度的測量裝置中大多采用測速齒輪法進(jìn)行測量或通過測速 雷達(dá)進(jìn)行測量。其中測速齒輪測速方法是通過測量車軸的轉(zhuǎn)速，從而換算得到列車的平動 速度，該方法當(dāng)列車牽引發(fā)生空轉(zhuǎn)或者列車制動發(fā)生滑行時，測速齒輪法測量的列車運行 速度不能真實反映列車的實際運行速度。測速雷達(dá)雖然直接測量的是列車運行速度，但誤 差較大，不同速度區(qū)間對應(yīng)的測量誤差不一樣，有一定的應(yīng)用局限。
一種基于軌道特征的車速測量裝置，通過非接觸式測量探頭，基于軌道特征可準(zhǔn) 確、實時的反映列車的運動速度，一方面測量精度不受車輪空轉(zhuǎn)、滑行影響，另一方面測量 誤差不受運行速度大小影響。大大提高了列車運行速度測量的真實性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于軌道特征的車速測量裝置利用非接觸式測 量探頭測量列車運行過程中列車運行速度，通過非接觸測量探頭及時并準(zhǔn)確地測量出列車 在不同運行速度、不同載荷、不同牽引工況與制動工況下的的運行里程。
本發(fā)明的目的還在于提供一種基于軌道特征的車速測量裝置利用非接觸式測量 探頭測量列車運行過程中列車運行速度，通過數(shù)據(jù)采集與處理裝置，根據(jù)需要計算列車運 行瞬時速度，加減速度等參數(shù)。
為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
一種基于軌道特征的車速測量裝置，其包括
測量裝置，感應(yīng)軌道特征的變化，采集信號；
測量裝置調(diào)整單元，調(diào)整測量裝置位置，確保測量裝置處于有效測量范圍之內(nèi)；
數(shù)據(jù)采集與處理單元，接收測量裝置采集的信號，經(jīng)信號處理，實時計算列車運行 參數(shù)。
所述測量裝置調(diào)整單元包括橫向?qū)к墶⒖v向?qū)к壓突瑝K，橫向?qū)к壓涂v向?qū)к壏?別在橫向上和縱向上穿過滑塊，且可在滑塊內(nèi)移動，縱向?qū)к壍南露瞬抗潭y量裝置。
所述測量裝置調(diào)整單元還包括測量裝置安裝板，測量裝置通過測量裝置安裝板安 裝于縱向?qū)к壍南露瞬俊?br> 所述測量裝置安裝板設(shè)有多個U型槽以調(diào)節(jié)測量裝置的安裝位置。
所述橫向?qū)к壍膬蓚?cè)開有U型孔，通過U型孔可以調(diào)整橫向?qū)к壍乃蕉取?br> 所述測量裝置采用非接觸測量探頭。
所述非接觸測量探頭包括紅外測量裝置、激光測量裝置和圖像測量裝置。
所述數(shù)據(jù)采集與處理單元包括嵌入式系統(tǒng)、圖像采集模塊、計數(shù)器、信號處理、顯 示與輸出、電源模塊和通訊接口，嵌入式系統(tǒng)作為整個系統(tǒng)控制中央，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理、存貯、顯示、通訊功能；圖像采集模塊、計數(shù)器對測量裝置進(jìn)行實時采集；信號處理完成對 采集信號的濾波、放大；通訊接口將采集或存貯的數(shù)據(jù)發(fā)送到外部設(shè)備；顯示與輸出則根 據(jù)需要顯示或輸出列車運行的位移、速度、加減速度參數(shù)。
本發(fā)明的優(yōu)點如下1、直接測量列車的運行速度，不需要通過車輪轉(zhuǎn)動速度轉(zhuǎn)換 成列車運行速度；2、列車在牽引時車輪出現(xiàn)空轉(zhuǎn)或者列車在制動過程中出現(xiàn)輪對出現(xiàn)滑行 等情況時，同樣可以及時準(zhǔn)確地測量得到列車的運行速度。3、裝置設(shè)計簡單、緊湊，維護方 便，作為一個獨立的裝置可以方便地安裝到列車上，同時在材料的選擇上可以選擇輕便中 空的標(biāo)準(zhǔn)型材，在上面開有圓孔，不僅可以極大的減輕重量，同時也方便施工。4、在測量過 程中由于測量目標(biāo)枕木或枕木扣件相對固定，不受自然條件的影響，因此可以保證測量的 穩(wěn)定性。


圖1車速測量裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2數(shù)據(jù)采集與處理單元示意圖。
圖3車速測量裝置裝車示意圖。
圖4枕木扣件、枕木和鋼軌關(guān)系示意圖。
圖1、圖3、圖4中，橫向?qū)к?、橫向鎖緊機構(gòu)2、縱向?qū)к?、縱向鎖緊機構(gòu)4、滑塊 5、非接觸測量探頭6、非接觸測量探頭安裝板7、鋼軌8、枕木扣件9、枕木10、枕木11、固定 螺栓12、轉(zhuǎn)向架構(gòu)架13、安裝螺栓14。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖所示實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
本發(fā)明基于軌道特征的車速測量裝置總體結(jié)構(gòu)如圖1、圖3所示。本發(fā)明裝置由測 量裝置、測量裝置調(diào)整單元、數(shù)據(jù)采集與處理單元組成。
其中測量裝置安裝于測量裝置調(diào)整單元上，測量裝置采用非接觸測量探頭6，測 量裝置調(diào)整單元由橫向?qū)к?、橫向鎖緊機構(gòu)2、縱向?qū)к?、縱向鎖緊機構(gòu)4、滑塊5、非接觸 測量探頭安裝板7組成。橫向?qū)к?通過兩端的固定螺栓12固定在轉(zhuǎn)向架的構(gòu)架13上。 橫向?qū)к?的兩側(cè)開有U型孔，通過U型孔可以調(diào)整橫向?qū)к?的水平度。滑塊5可以在橫 向?qū)к?上移動，以調(diào)整非接觸測量探頭6的橫向位置，當(dāng)橫向位置調(diào)整好后，通過橫向鎖 緊機構(gòu)2將滑塊5的橫向位移進(jìn)行鎖緊。縱向?qū)к?可以在滑塊5內(nèi)上下移動，以調(diào)整非 接觸測量探頭6與軌道之間的距離，調(diào)整非接觸測量探頭6的測量基準(zhǔn)，當(dāng)縱向位置調(diào)整好 后，通過縱向鎖緊機構(gòu)4鎖止非接觸測量探頭6的縱向位置。非接觸測量探頭安裝板7通 過固接在縱向?qū)к?的下端部。非接觸測量探頭安裝板7上開有多個U型槽。非接觸測量 探頭6通過安裝螺栓與非接觸測量探頭安裝板7連接，非接觸測量探頭6上的安裝螺栓14 可通過非接觸測量探頭安裝板7上的U型槽進(jìn)行安裝位置的微調(diào)。最終保證非接觸測量探 頭6的安裝位置，以確保非接觸測量探頭6處于有效測量范圍內(nèi)。該探頭建議采用成熟的 探頭，如德國生產(chǎn)的CANKEY系列產(chǎn)品，紅外式傳感器PT50IH，激光式傳感器PH80A-500，圖 像式傳感器PHA450B。
圖2所示為數(shù)據(jù)采集與處理單元。數(shù)據(jù)采集與處理單元由嵌入式系統(tǒng)、圖像采集模塊、計數(shù)器、信號處理、顯示與輸出、電源模塊、通訊接口等組成。其中嵌入式系統(tǒng)作為整 個系統(tǒng)控制中央，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理、存貯、顯示、通訊等功能。圖像采集模塊對圖像非接 觸測量探頭的信號進(jìn)行實時采集。計數(shù)器對紅外/激光非接觸測量探頭的信號進(jìn)行實時采 集。信號處理完成對采集信號的濾波、放大。通訊接口可以將采集或存貯的數(shù)據(jù)發(fā)送到外 部設(shè)備。顯示與輸出則根據(jù)需要顯示或輸出列車運行的位移、速度、加減速度等參數(shù)。
本發(fā)明的技術(shù)方案中非接觸測量探頭6在列車運行過程中通過紅外、激光或圖像 等非接觸方式感應(yīng)軌道特征的變化
探頭輸出的信號傳輸至本發(fā)明所述的數(shù)據(jù)采集與處理單元，由數(shù)據(jù)采集與處理單 元對探頭傳輸?shù)男盘栠M(jìn)行處理。處理的參數(shù)包括開關(guān)量信號(如0或18V)，模擬量變化 信號(如0-18V)。
所述軌道特征包括枕木頂面與枕木兩側(cè)地面的高低差特征、扣板頂面與枕木頂 面的高低差特征、非接觸測量探頭獲取的軌道圖像特征等。數(shù)據(jù)采集與處理裝置將非接觸 測量探頭獲取的信號，轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)過濾波、放大等操作，實時計算、顯示、并存貯到 嵌入式系統(tǒng)中。
本發(fā)明的工作原理通過非接觸式測量探頭6測量一定時間內(nèi)列車運行軌道8上 的枕木10，或者扣件9的數(shù)量。列車車體在行進(jìn)過程中，由于非接觸測量探頭6固定在列車 的轉(zhuǎn)向架構(gòu)架上，非接觸測量探頭6會隨著列車的運行而一起行進(jìn)。在行進(jìn)過程中，不管列 車在牽引時是否出現(xiàn)空轉(zhuǎn)，還是列車在制動過程中輪對出現(xiàn)滑行等情況，非接觸測量探頭6 都能測量出從起始到結(jié)束過程中列車一共路過的枕木或扣板數(shù)量。由于在固定鐵路運行軌 道上，枕木10與枕木11之間的間距為固定值，從而可以計算出在一定的運行時間內(nèi)列車運 行里程，即運行里程=枕木間距X (枕木數(shù)量-1)；或者運行里程=扣板間距X (扣板數(shù) 量-1)
再通過位移時間公式列車運行速度=運行里程/運行時間。計算出列車的瞬時 運行速度。
如非接觸測量探頭6采用紅外或激光測量方式時。非接觸測量探頭6的工作原理 為當(dāng)非接觸測量探頭6通過測量裝置調(diào)整單元固定好，使非接觸測量探頭6的信號發(fā)出端 對準(zhǔn)枕木扣件9或枕木10，并設(shè)定好非接觸測量探頭6的測量基準(zhǔn)線，從而可以發(fā)出信號源 測量枕木扣件9或枕木10的數(shù)量。當(dāng)列車在運行時，每路過一個枕木扣件9或枕木10，根 據(jù)其與測量基準(zhǔn)線的高度變化，傳感器將采集到一個信號變化，以次類推，非接觸測量探頭 6就會隨著列車的運行采集到一組信號，通過信號的濾波、放大等處理計算出列車的運行參 數(shù)。
如非接觸測量探頭6采用圖像測量方式時。非接觸測量探頭6的工作原理為當(dāng) 非接觸測量探頭6通過測量裝置調(diào)整單元固定好，使非接觸測量探頭的信號發(fā)出端對準(zhǔn)枕 木扣件9或枕木10，并設(shè)定好非接觸測量探頭的測量基準(zhǔn)面，從而可以根據(jù)枕木扣件9或枕 木10圖像信號特征的變化測量枕木扣件9或枕木10的數(shù)量。當(dāng)列車在運行時，非接觸測 量探頭6每路過一個枕木扣件9或枕木10，就計數(shù)一次，以次類推，非接觸測量探頭6就會 隨著列車的運行采集到一組信號，通過信號的濾波、放大等處理計算出列車的運行參數(shù)。
上述對實施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。 熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一股原理應(yīng)用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實施例，本 領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對于本發(fā)明做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護范 圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于軌道特征的車速測量裝置，其特征在于其包括測量裝置，感應(yīng)軌道特征的變化，采集信號；測量裝置調(diào)整單元，調(diào)整測量裝置位置，確保測量裝置處于有效測量范圍之內(nèi)；數(shù)據(jù)采集與處理單元，接收測量裝置采集的信號，經(jīng)信號處理，實時計算列車運行參數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的基于軌道特征的車速測量裝置，其特征在于所述測量裝置調(diào) 整單元包括橫向?qū)к?、縱向?qū)к壓突瑝K，橫向?qū)к壓涂v向?qū)к壏謩e在橫向上和縱向上穿過 滑塊，且可在滑塊內(nèi)移動，縱向?qū)к壍南露瞬抗潭y量裝置。
3.如權(quán)利要求2所述的基于軌道特征的車速測量裝置，其特征在于所述測量裝置調(diào) 整單元還包括測量裝置安裝板，測量裝置通過測量裝置安裝板安裝于縱向?qū)к壍南露瞬俊?br> 4.如權(quán)利要求3所述的基于軌道特征的車速測量裝置，其特征在于所述測量裝置安 裝板設(shè)有多個U型槽以調(diào)節(jié)測量裝置的安裝位置。
5.如權(quán)利要求2所述的基于軌道特征的車速測量裝置，其特征在于所述橫向?qū)к壍?兩側(cè)開有U型孔，通過U型孔調(diào)整橫向?qū)к壍乃蕉取?br> 6.如權(quán)利要求1所述的基于軌道特征的車速測量裝置，其特征在于所述數(shù)據(jù)采集與 處理單元包括嵌入式系統(tǒng)、圖像采集模塊、計數(shù)器、信號處理、顯示與輸出、電源模塊和通訊 接口，嵌入式系統(tǒng)作為整個系統(tǒng)控制中央，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理、存貯、顯示、通訊功能；圖像 采集模塊、計數(shù)器對測量裝置進(jìn)行實時采集；信號處理完成對采集信號的濾波、放大；通訊 接口將采集或存貯的數(shù)據(jù)發(fā)送到外部設(shè)備；顯示與輸出則根據(jù)需要顯示或輸出列車運行的 位移、速度、加減速度參數(shù)。
7.如權(quán)利要求1-6任一項所述的基于軌道特征的車速測量裝置，其特征在于所述測 量裝置采用非接觸測量探頭。
8.如權(quán)利要求7所述的基于軌道特征的車速測量裝置，其特征在于所述非接觸測量 探頭包括紅外測量裝置、激光測量裝置和圖像測量裝置。
全文摘要
本發(fā)明一種基于軌道特征的車速測量裝置，其包括測量裝置，感應(yīng)軌道特征的變化，采集信號；測量裝置調(diào)整單元，調(diào)整測量裝置位置，確保測量裝置處于有效測量范圍之內(nèi)；數(shù)據(jù)采集與處理單元，接收測量裝置采集的信號，經(jīng)信號處理，實時計算列車運行參數(shù)。本發(fā)明的裝置基于非接觸式測量探頭，通過對軌道枕木、扣件等外形或圖像特征的實時采集與處理，得到列車運行距離、運動速度、加減速度等參數(shù)，并進(jìn)行存貯、通訊與顯示。
文檔編號G01P3/68GK102033138SQ20101051019
公開日2011年4月27日 申請日期2010年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月18日
發(fā)明者左建勇, 王勇 申請人:同濟大學(xué)