專利名稱：用于無(wú)源車輪傳感器的信號(hào)處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及鐵路車號(hào)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)中列車探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于無(wú)源車輪傳感器的信號(hào)處理裝置。
背景技術(shù)：
目前國(guó)內(nèi)鐵路車號(hào)識(shí)別系統(tǒng)主要采用無(wú)源車輪傳感器、有源車輪傳感器和環(huán)路線圈這三個(gè)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)車輛探測(cè)。無(wú)源車輪傳感器主要利用電磁感應(yīng)原理將車輪通過(guò)傳感器上方的信息轉(zhuǎn)化為電壓輸出。通過(guò)車速越高，傳感器輸出的電壓波動(dòng)越大；通過(guò)車速越低，傳感器輸出電壓波動(dòng)越小。目前對(duì)無(wú)源車輪傳感器輸出信號(hào)的處理主要是通過(guò)放大電路將車輪傳感器信號(hào)放大并和固定的電平門限比較輸出邏輯電平，以此表示車輪通過(guò)。因此在·低速過(guò)車的應(yīng)用中，門限電壓的設(shè)置就相當(dāng)困難。門限電壓設(shè)置過(guò)低，則會(huì)將干擾或噪聲等信號(hào)誤判為過(guò)車信號(hào)。故目前無(wú)源車輪傳感器多只適用于5km/h以上的通過(guò)車速。為滿足低速應(yīng)用，現(xiàn)場(chǎng)多采用無(wú)源車輪傳感器+有源車輪傳感器或無(wú)源車輪傳感器+環(huán)路線圈的組合方式應(yīng)用。這些組合的方法，造成現(xiàn)場(chǎng)使用的設(shè)備種類繁多，設(shè)備成本較高。且有源車輪傳感器和環(huán)路線圈在性能和壽命方面都不如無(wú)源車輪傳感器穩(wěn)定，給安裝和維護(hù)工作帶來(lái)不便。針對(duì)上述問(wèn)題，這里提出了一種用于無(wú)源車輪傳感器的信號(hào)處理裝置，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)各種通過(guò)車速信號(hào)的識(shí)別，特別是低速通過(guò)時(shí)的信號(hào)識(shí)別。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題在于能對(duì)不同車速的通過(guò)信號(hào)進(jìn)行有效識(shí)別，特別是在列車大于lkm/h，小于5km/h低速通過(guò)時(shí)也能進(jìn)行有效識(shí)別，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種用于無(wú)源車輪傳感器的信號(hào)處理裝置。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是用于無(wú)源車輪傳感器的信號(hào)處理裝置，包括將無(wú)源車輪傳感器4采集到的差分電壓信號(hào)進(jìn)行限幅和抗混疊濾波處理的預(yù)處理單元I、將所述預(yù)處理單元I輸出的差分電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)化單元2、將所述模數(shù)轉(zhuǎn)化單元2輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行識(shí)別判斷出車輪通過(guò)所述無(wú)源車輪傳感器4時(shí)產(chǎn)生的電壓信號(hào)并將判斷結(jié)果上傳給主機(jī)5的信號(hào)識(shí)別單元3，所述預(yù)處理單元I、模數(shù)轉(zhuǎn)化單元2、信號(hào)識(shí)別單元3順序連接。進(jìn)一步地，所述模數(shù)轉(zhuǎn)化單元2包括用于將預(yù)處理單元I輸出的差分電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)的多通道同步AD轉(zhuǎn)換器、用于接收多通道同步AD轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號(hào)并將其進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換后輸出給信號(hào)識(shí)別單元3的現(xiàn)場(chǎng)可編程陣列器FPGA。進(jìn)一步地，所述信號(hào)識(shí)別單元3包括數(shù)字信號(hào)處理器，所述數(shù)字信號(hào)處理器包括對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)化單元2輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行噪聲以及干擾信號(hào)抑制處理的濾波處理模塊31、分別對(duì)濾波處理模塊31輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行幅值、周期估計(jì)的幅值估計(jì)模塊8和周期估計(jì)模塊34、接收所述幅值估計(jì)模塊33和所述周期估計(jì)模塊34的估計(jì)結(jié)果并判斷出過(guò)車信號(hào)的過(guò)車信號(hào)判斷模塊35、對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)化單元2輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行噪聲評(píng)估并判斷出各種噪聲的頻域分布和能量大小的噪聲估計(jì)模塊34、將過(guò)車信號(hào)、噪聲的頻域分布和能量大小的判斷結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步篩選、濾除大能量和持續(xù)噪聲干擾后將判斷結(jié)果輸出給上位主機(jī)5的結(jié)果綜合輸出模塊36。進(jìn)一步地，所述多通道同步AD轉(zhuǎn)換器采用的是ADS7863型號(hào)芯片。進(jìn)一步地，所述現(xiàn)場(chǎng)可編程陣列器FPGA采用的是LFXP3C芯片。進(jìn)一步地，所述數(shù)字信號(hào)處理器為TMS320C6713。實(shí)施本實(shí)用新型的用于用于無(wú)源車輪傳感器的信號(hào)處理裝置，具有以下有益效果通過(guò)間接的硬件電路設(shè)計(jì)，擴(kuò)展了無(wú)源車輪傳感器的車速應(yīng)用范圍，特別是車輪低速通過(guò)時(shí)的應(yīng)用，能有效識(shí)別車輪通過(guò)信號(hào)的速度可低至lkm/h。

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中圖I為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本實(shí)用新型的信號(hào)識(shí)別單元內(nèi)程序結(jié)構(gòu)和處理流程圖；圖3為本實(shí)用新型模數(shù)轉(zhuǎn)化單元輸出的無(wú)源車輪傳感器低速過(guò)車信號(hào)波形圖；圖4為本實(shí)用新型信號(hào)識(shí)別單元內(nèi)濾波處理模塊輸出的低速過(guò)車信號(hào)波形圖。
具體實(shí)施方式
如圖I所示，本實(shí)用新型的用于無(wú)源車輪傳感器的信號(hào)處理裝置，具有順序連接的預(yù)處理單元I、模數(shù)轉(zhuǎn)化單元2和信號(hào)識(shí)別單元3。預(yù)處理單元I接入無(wú)源車輪傳感器4輸出的差分信號(hào)，進(jìn)行限幅和抗混疊濾波處理，處理后的信號(hào)輸出給模數(shù)轉(zhuǎn)化單元2。模數(shù)轉(zhuǎn)化單元2的功能是自動(dòng)采樣預(yù)處理后的無(wú)源車輪傳感器信號(hào)，將差分電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)輸出給信號(hào)識(shí)別單元3。模數(shù)轉(zhuǎn)化單元2利用多通道同步AD轉(zhuǎn)換器ADS7863和現(xiàn)場(chǎng)可編程陣列器FPGA LFXP3C來(lái)實(shí)現(xiàn)。FPGA控制AD轉(zhuǎn)換器自動(dòng)采樣，并將AD轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)據(jù)串并轉(zhuǎn)換后輸出給信號(hào)識(shí)別單元3。對(duì)低速過(guò)車信號(hào)的采樣波形如圖3所示。信號(hào)識(shí)別單元3利用數(shù)字信號(hào)處理器TMS320C6713B來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)化單元2輸出數(shù)字信號(hào)的處理，甄別出各種速度下車輪通過(guò)的信號(hào)。信號(hào)處理單元3對(duì)過(guò)車信號(hào)的識(shí)別處理以程序計(jì)算方式實(shí)現(xiàn)，其信號(hào)處理流程如圖2所示，由濾波處理模塊31、噪聲估計(jì)模塊32、幅值估計(jì)模塊33、周期估計(jì)模塊34、過(guò)車信號(hào)判別模塊35和結(jié)果綜合輸出模塊36組成。濾波處理模塊31是對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)化單元2輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波處理，抑制干擾和噪聲信號(hào)，提升信噪比。對(duì)低速過(guò)車信號(hào)處理后的效果如圖4所示，可見(jiàn)明顯改善，可提升對(duì)低速過(guò)車信號(hào)識(shí)別的靈敏度。幅度估計(jì)模塊33和周期估計(jì)模塊34是對(duì)濾波處理后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，計(jì)算出波動(dòng)信號(hào)的峰值大小和周期長(zhǎng)短，并將結(jié)果輸出給過(guò)車信號(hào)判別模塊35。過(guò)車信號(hào)判別模塊35是根據(jù)幅值估計(jì)模塊33和周期估計(jì)模塊34輸出的結(jié)果計(jì)算出波動(dòng)信號(hào)的能量大小。實(shí)際車輪通過(guò)無(wú)源車輪傳感器時(shí)，通過(guò)速度越快，信號(hào)波動(dòng)越大，周期越小；通過(guò)速度越慢，信號(hào)波動(dòng)越小，周期越長(zhǎng)；綜合來(lái)看，無(wú)論車輪通過(guò)速度快慢，無(wú)源車輪傳感器輸出波動(dòng)信號(hào)的能量大小是相同的，該能量是明顯大于噪聲信號(hào)的能量。過(guò)車信號(hào)判別模塊35內(nèi)預(yù)設(shè)能量判別門限，波動(dòng)信號(hào)的能量大于或等于該門限時(shí)，認(rèn)定為有效過(guò)車信號(hào)。噪聲估計(jì)模塊34是對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)化單元2輸出的信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，計(jì)算出現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜電磁環(huán)境下噪聲的頻率分布和各頻段的能量大小。對(duì)噪聲的評(píng)估結(jié)果輸出給結(jié)果綜合輸出模塊36。結(jié)果綜合輸出模塊36是根據(jù)噪聲估計(jì)模塊34的結(jié)果對(duì)過(guò)車信號(hào)判別模塊35輸 出的過(guò)車信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步的甄別，濾除固定周期且大能量的干擾信號(hào)導(dǎo)致的誤判別。以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本實(shí)用新型的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本實(shí)用新型專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。因此，本實(shí)用新型專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.用于無(wú)源車輪傳感器的信號(hào)處理裝置，其特征在于，包括將無(wú)源車輪傳感器(4)采集到的差分電壓信號(hào)進(jìn)行限幅和抗混疊濾波處理的預(yù)處理單元(I)、將所述預(yù)處理單元(I)輸出的差分電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)化單元(2)、將所述模數(shù)轉(zhuǎn)化單元(2)輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行識(shí)別判斷出車輪通過(guò)所述無(wú)源車輪傳感器(4)時(shí)產(chǎn)生的電壓信號(hào)并將判斷結(jié)果上傳給主機(jī)(5)的信號(hào)識(shí)別單元(3)，所述預(yù)處理單元(I)、模數(shù)轉(zhuǎn)化單元(2)、信號(hào)識(shí)別單元(3)順序連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于無(wú)源車輪傳感器的信號(hào)處理裝置，其特征在于，所述模數(shù)轉(zhuǎn)化單元(2)包括用于將預(yù)處理單元(I)輸出的差分電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)的多通道同步AD轉(zhuǎn)換器、用于接收多通道同步AD轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號(hào)并將其進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換后輸出給信號(hào)識(shí)別單元(3)的現(xiàn)場(chǎng)可編程陣列器FPGA。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于無(wú)源車輪傳感器的信號(hào)處理裝置，其特征在于，所述信號(hào)識(shí)別單元(3)包括數(shù)字信號(hào)處理器，所述數(shù)字信號(hào)處理器包括對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)化單元(2)輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行噪聲以及干擾信號(hào)抑制處理的濾波處理模塊(31)、分別對(duì)濾波處理模塊(31)輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行幅值、周期估計(jì)的幅值估計(jì)模塊(8)和周期估計(jì)模塊(34)、接收所述幅值估計(jì)模塊(33)和所述周期估計(jì)模塊(34)的估計(jì)結(jié)果并判斷出過(guò)車信號(hào)的過(guò)車信號(hào)判斷模塊(35)、對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)化單元(2)輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行噪聲評(píng)估并判斷出各種噪聲的頻域分布和能量大小的噪聲估計(jì)模塊(34)、將過(guò)車信號(hào)、噪聲的頻域分布和能量大小的判斷結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步篩選、濾除大能量和持續(xù)噪聲干擾后將判斷結(jié)果輸出給上位主機(jī)(5)的結(jié)果綜合輸出模塊(36)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于無(wú)源車輪傳感器的信號(hào)處理裝置，其特征在于，所述多通道同步AD轉(zhuǎn)換器采用的是ADS7863型號(hào)芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的用于無(wú)源車輪傳感器的信號(hào)處理裝置，其特征在于，所述現(xiàn)場(chǎng)可編程陣列器FPGA采用的是LFXP3C芯片。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于無(wú)源車輪傳感器的信號(hào)處理裝置，其特征在于，所述數(shù)字信號(hào)處理器為TMS320C6713。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種用于無(wú)源車輪傳感器的信號(hào)處理裝置。本實(shí)用新型包括將無(wú)源車輪傳感器(4)采集到的差分電壓信號(hào)進(jìn)行限幅和抗混疊濾波處理的預(yù)處理單元(1)、將所述預(yù)處理單元(1)輸出的差分電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)化單元(2)、將所述模數(shù)轉(zhuǎn)化單元(2)輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行識(shí)別判斷出車輪通過(guò)所述無(wú)源車輪傳感器(4)時(shí)產(chǎn)生的電壓信號(hào)并將判斷結(jié)果上傳給主機(jī)(5)的信號(hào)識(shí)別單元(3)，所述預(yù)處理單元(1)、模數(shù)轉(zhuǎn)化單元(2)、信號(hào)識(shí)別單元(3)順序連接。本實(shí)用新型擴(kuò)展了無(wú)源車輪傳感器的車速應(yīng)用范圍，特別是車輪低速通過(guò)時(shí)的應(yīng)用，能有效識(shí)別無(wú)源車輪傳感器輸出的過(guò)車信號(hào)，適應(yīng)的過(guò)車速度訪問(wèn)最低可到1km/h。
文檔編號(hào)G01D5/14GK202793421SQ20122032419
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月5日
發(fā)明者童云, 張彤, 王波, 孫電, 陳文明, 盧曰強(qiáng) 申請(qǐng)人:深圳市遠(yuǎn)望谷信息技術(shù)股份有限公司