本發(fā)明涉及在線檢測領(lǐng)域，具體涉及一種軌道交通車輛輪對在線檢測系統(tǒng)及驅(qū)動控制方法。

背景技術(shù)：

隨著我國既有旅客列車的全面提速和高速動車組的大量投入使用,輪對作為車輛走行部中極為重要的部件；它不僅承受著車體的全部重量,而且還要傳遞車輪與鋼軌間的作用力；輪對需要承受較大的靜載荷和動載荷、組裝應(yīng)力、閘瓦、閘片制動時產(chǎn)生的熱應(yīng)力以及通過曲線時的離心力等；因此輪對是否能保持良好的技術(shù)狀態(tài),關(guān)系到行車絕對安全。

而隨著鐵路系統(tǒng)的信息化升級，鐵路系統(tǒng)各單位對車輛運行狀態(tài)的實時監(jiān)測要求越來越高；輪對承擔(dān)著車輛的全部重量，車輛在鋼軌上高速運行時輪對承受著車體與鋼軌兩方面?zhèn)鬟f來的各種靜、動作用力，受理復(fù)雜，運行環(huán)境惡劣；輪對在運行過程中可能尺寸超限，磨耗過大、踏面擦傷剝離等故障，如不及時發(fā)現(xiàn)將嚴(yán)重影響列車行駛安全；而輪對狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)主要用于實時在線監(jiān)測車輛輪對在運行過程中的全尺寸，從而發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的尺寸超限、磨耗過大、踏面擦傷剝離等故障；因為車輪的輪緣高度、輪輞厚度、輪徑等參數(shù)都是通過測量數(shù)據(jù)與車速進行綜合計算得到的，因此在線動態(tài)檢測的測量精度受車速影響很大；而且在測試過程中，速度傳感器還負(fù)責(zé)產(chǎn)生測量同步信號，以控制激光傳感器和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換等測量部件進行同步測量工作，實現(xiàn)測量的開關(guān)控制和測量數(shù)據(jù)的同步。

目前用于車輛測速的傳感器主要有有源磁鋼傳感器和無源磁鋼傳感器，但是在實際應(yīng)用過程中，由于鐵路環(huán)境的復(fù)雜，而且在無車輪經(jīng)過磁鋼傳感器時，還存在鋼軌和車輛車廂等金屬導(dǎo)體為磁鋼傳感器的磁力線提供高磁導(dǎo)率磁路，因此十分容易產(chǎn)生誤觸發(fā)情況；而且由于鐵路環(huán)境的復(fù)雜，簡單的通過電壓比較來識別信號中點以計算車速的方法非常粗糙，得到的速度往往不夠精確，影響了整個系統(tǒng)的測量精度，從而導(dǎo)致車輛輪對檢測系統(tǒng)的測量精度不高，準(zhǔn)確率較低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了提供一種減少誤觸發(fā)幾率，提高測量精度和準(zhǔn)確率的軌道交通車輛輪對在線檢測系統(tǒng)及驅(qū)動控制方法。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：一種軌道交通車輛輪對在線檢測系統(tǒng)，包括設(shè)置于鐵軌一側(cè)的第一磁鋼傳感器和第二磁鋼傳感器、設(shè)置于鐵軌另一側(cè)的第三磁鋼傳感器和第四磁鋼傳感器；所述同側(cè)的第一磁鋼傳感器和第二磁鋼傳感器連接至第一驅(qū)動子系統(tǒng)，所述同側(cè)的第三磁鋼傳感器和第四磁鋼傳感器連接至第二驅(qū)動子系統(tǒng)；所述第一驅(qū)動子系統(tǒng)還連接第一激光傳感器子系統(tǒng)和第一數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)，所述第一激光傳感器子系統(tǒng)和第一數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)相互連接；所述第二驅(qū)動子系統(tǒng)還連接第二激光傳感器子系統(tǒng)和第二數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)，所述第二激光傳感器子系統(tǒng)和第二數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)相互連接；所述第一數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)和第二數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)相同且都連接至工控機；所述與第一驅(qū)動子系統(tǒng)連接的第一磁鋼傳感器和第二磁鋼傳感器、與第二驅(qū)動子系統(tǒng)連接的第三磁鋼傳感器和第四磁鋼傳感器都是相同的磁鋼傳感器，所述第一磁鋼傳感器包括H型磁芯、第一輸出繞組、第二輸出繞組、第一輔助繞組、第二輔助繞組、第三輔助繞組、第四輔助繞組；所述H型磁芯中間套設(shè)有第一輸出繞組和第二輸出繞組并且兩者相互連接引出公共引出線作為參考地，所述第一輸出繞組還引出第一引出線，所述第二輸出繞組還引出第二引出線；所述H型磁芯的上端分別套設(shè)第一輔助繞組和第二輔助繞組，下端套也設(shè)有第三輔助繞組和第四輔助繞組，所述第一輔助繞組和第二輔助繞組相互連接，所述第一輔助繞組和第三輔助繞組在同一側(cè)并且相互連接還從第三輔助繞組中引出第四引出線，所述第二輔助繞組和第四輔助繞組在另一邊的同一側(cè)并且相互連接還從第四輔助繞組中引出第五引出線；所述第一驅(qū)動子系統(tǒng)和第二驅(qū)動子系統(tǒng)相同，所述第一驅(qū)動子系統(tǒng)包括PWN驅(qū)動模塊、通訊模塊、MCU控制模塊、第一二極管、第二二極管、第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻、第六電阻、第七電阻、第八電阻、第九電阻、第一比較器、第二比較器、第三比較器、第四比較器、第五比較器；所述第一磁鋼傳感器的公共引出線連接至第一二極管的正極，所述第二磁鋼傳感器的公共引出線連接至第二二極管的正極；所述第一磁鋼傳感器和第二磁鋼傳感器的第一引出線相互連接并都連接至PWN驅(qū)動模塊，所述第一磁鋼傳感器和第二磁鋼傳感器的第五引線相互連接并都連接至PWN驅(qū)動模塊；所述第一磁鋼傳感器和第二磁鋼傳感器的第二引出線和第四引出線都相互連接且連接至PWN驅(qū)動模塊并接GND，所述PWN驅(qū)動模塊還與MCU控制模塊連接并且MCU控制模塊還接GND，所述MCU控制模塊還與通訊模塊連接；所述第一二極管的負(fù)極連接第一電阻的一端，所述第一電阻的另一端連接第一比較器的負(fù)向輸入端，所述第一比較器的負(fù)向輸入端還連接第二電阻的一端，所述第一比較器的正向輸入端接GND，所述第二電阻的另一端還連接第一比較器的輸出端，所述第一比較器的輸出端連接第三電阻的一端，所述第三電阻的另一端連接第二比較器的負(fù)向輸入端，所述第二比較器的正向輸入端接1.5V電源，所述述第二電阻的另一端還連接第四電阻的一端，所述第四電阻的另一端連接第三比較器的負(fù)向輸入端，所述第三比較器的正向輸入端接GND，所述第三比較器的輸出端連接第五電阻的一端，所述第五電阻的另一端接第三比較器的負(fù)向輸入端，所述第五電阻的另一端還連接第六電阻的一端，所述第六電阻的另一端連接第八電阻的一端，所述第八電阻的一端還接第四比較器的輸出端，所述第八電阻的另一端還連接第四比較器的負(fù)向輸入端，所述第四比較器的正向輸入端接GND，所述第八電阻的另一端還連接第二二極管的負(fù)極，所述第四比較器的輸出端還連接至第七電阻的一端，所述第七電阻的另一端連接第五比較器的負(fù)向輸入端，所述第五比較器的正向輸入端接1.5V電源；所述第二比較器和第五比較器的輸出端還連接至第一激光傳感器子系統(tǒng)和第一數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)，所述第三比較器的輸出端連接至第一數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)；所述第一數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)包括CPU模塊、ADC模塊、RAM模塊、FPGA模塊，所述第三比較器的輸出端連接至第一數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)內(nèi)的ADC模塊，所述第二比較器的輸出端連接至第一數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)內(nèi)的FPGA模塊，所述ADC模塊還連接至第一激光傳感器子系統(tǒng)，所述ADC模塊還分別連接CPU模塊和FPGA模塊，所述CPU模塊和FPGA模塊之間相互連接，所述FPGA模塊還連接至RAM模塊；所述第一輸出繞組、第二輸出繞組、第一輔助繞組、第二輔助繞組、第三輔助繞組和第四輔助繞組采用銅漆包線，所述H型磁芯采用鐵磁材料制成；所述第三電阻和第七電阻都為限流電阻。

一種軌道交通車輛輪對在線檢測系統(tǒng)驅(qū)動控制方法，步驟如下：

步驟a：系統(tǒng)開始檢測，由第一驅(qū)動子系統(tǒng)內(nèi)的MCU控制模塊產(chǎn)生100KHZ的第一方波信號，經(jīng)過PWM驅(qū)動模塊進行信號放大，通過第一引出線輸出給第一磁鋼傳感器和第二磁鋼傳感器內(nèi)的第一輸出繞組中，而第一輸出繞組為變壓器原邊，所述第二輸出繞組為變壓器副邊，第二輸出繞組就會產(chǎn)生與第一輸出繞組中相同頻率相同相位但幅值不同的100KHZ的第二方波信號W2；第二驅(qū)動子系統(tǒng)內(nèi)的MCU控制模塊也同樣產(chǎn)生第一方波信號并經(jīng)信號放大引出第二方波信號；

步驟b：第一磁鋼傳感器和第二磁鋼傳感器的公共引出線分別輸出第二方波信號至第一二極管和第二二極管用于過濾去掉負(fù)半周期信號，然后分別經(jīng)過第一比較器、第一電阻、第二電阻和第三電阻組成的第一放大電路和第四比較器、第七電阻、第八電阻和第九電阻組成的第二放大電路的信號放大處理；第三磁鋼傳感器和第四磁鋼傳感器也同樣輸出第二方波信號并經(jīng)過過濾和信號放大處理；

步驟c：第一磁鋼傳感器和第二磁鋼傳感器輸出的第二方波信號經(jīng)過過濾和信號放大處理后通過第四電阻、第五電阻、第六電阻和第三比較器組成的加法電路進行加法運算，最后輸出數(shù)據(jù)給第一數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)；第三磁鋼傳感器和第四磁鋼傳感器輸出的第二方波信號也同樣經(jīng)過加法電路的加法運算輸出數(shù)據(jù)給第二數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)；將第一數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)和第二數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)處理得出車速；

步驟d:當(dāng)沒有車輪進入測量區(qū)域時，第一驅(qū)動子系統(tǒng)內(nèi)和第二驅(qū)動子系統(tǒng)內(nèi)的MCU控制模塊輸出產(chǎn)生一路100KHZ的PWM波形，其頻率與第一方波信號相同，但相位差為90至180度，使得PWM波形產(chǎn)生的磁通抵消第一方波信號產(chǎn)生的磁通，讓第二方波信號在沒有車輪進入磁鋼傳感器中時減小，消除錯誤同步信號的產(chǎn)生，減小誤觸發(fā)情況；

步驟e：當(dāng)車輪進入測量區(qū)域時，車輪進入第一個磁鋼傳感器時的波形和車輪進入同側(cè)第二個磁鋼傳感器時的波形由于車輪的擺動及電磁干擾產(chǎn)生變化，數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)首先繪制類似正弦波的第一包絡(luò)線和第二包絡(luò)線，然后分別在這兩個包絡(luò)線上升面和下降面的20%至40%和60%至80%處取兩個點并將兩者用構(gòu)造線連接，而這兩條構(gòu)造線的延長線交點位置即為車輪進入第一個磁鋼傳感器時的波形和車輪進入同側(cè)第二個磁鋼傳感器時的波形的中心點，該點被ADC模塊采樣的時刻即為第一采樣時刻和第二采樣時刻，而ADC模塊采樣的周期為系統(tǒng)的固定采樣頻率t_s，第一采樣時刻和第二采樣時刻之間采樣的個數(shù)為N，則第一采樣時刻和第二采樣時刻之間的時間間隔為Δt=N.t_s，根據(jù)公式v=S/Δt即可得出車速。

作為優(yōu)選，所述步驟b中經(jīng)過放大電路放大后的信號還分別經(jīng)過比較器與1.5V電源進行比較，就可以分別產(chǎn)生開始采集同步信號和結(jié)束采集同步信號；所述步驟b中經(jīng)過放大電路放大后的信號傳輸至第一數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)和第二數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)內(nèi)的ADC模塊、FPGA模塊、CPU模塊以及第一激光傳感器系統(tǒng)和第二激光傳感器系統(tǒng)，用于控制子系統(tǒng)和模塊同步進行測量工作。

本發(fā)明在磁鋼傳感器中增加用于校準(zhǔn)的輔助繞組，并通過校準(zhǔn)算法在安裝調(diào)試時對磁鋼傳感器信號進行補償校準(zhǔn)，減小甚至消除誤觸發(fā)幾率；同時系統(tǒng)在識別磁鋼傳感器中心點位置時采用繪制包絡(luò)線和畫構(gòu)造線方法確定中點位置，將干擾信號的影響降到最低，使速度測量的精度得到提高；最后，為消除車輪擺動和環(huán)境干擾對磁鋼傳感器信號的影響，降低數(shù)據(jù)處理難度和消除干擾，本系統(tǒng)使用一個驅(qū)動子系統(tǒng)同時驅(qū)動同一側(cè)的兩個磁鋼傳感器，通過將兩個磁鋼傳感器的輸出信號進行相加后再采集處理，有效消除環(huán)境和車輛的影響。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益之處在于：1）增加輔助繞組并通過校準(zhǔn)算法進行補償校準(zhǔn)，用于減少甚至消除誤觸發(fā)情況；2）采用繪制包羅賢和構(gòu)造線方法確定磁鋼傳感器中心點位置，降低干擾信號的影響，提高速度測量的精度；3）同一側(cè)的兩個磁鋼傳感器使用一個驅(qū)動子系統(tǒng)驅(qū)動并將兩個磁鋼傳感器的輸出信號進行相加后再采集處理，有效消除環(huán)境和車輛的影響。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)示意圖。

圖2為本發(fā)明第一磁鋼傳感器的示意圖。

圖3為本發(fā)明磁鋼傳感器的繞組波形信號圖。

圖4為本發(fā)明同側(cè)磁鋼傳感器相加后需要進行數(shù)據(jù)采集的波形圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖與具體實施方式，對本發(fā)明作進一步描述。

見圖1至圖4，一種軌道交通車輛輪對在線檢測系統(tǒng)，包括設(shè)置于鐵軌一側(cè)的第一磁鋼傳感器K1和第二磁鋼傳感器K2、設(shè)置于鐵軌另一側(cè)的第三磁鋼傳感器K3和第四磁鋼傳感器K4；所述同側(cè)的第一磁鋼傳感器K1和第二磁鋼傳感器K2連接至第一驅(qū)動子系統(tǒng)，所述同側(cè)的第三磁鋼傳感器K3和第四磁鋼傳感器K4連接至第二驅(qū)動子系統(tǒng)；所述第一驅(qū)動子系統(tǒng)還連接第一激光傳感器子系統(tǒng)和第一數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)，所述第一激光傳感器子系統(tǒng)和第一數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)相互連接；所述第二驅(qū)動子系統(tǒng)還連接第二激光傳感器子系統(tǒng)和第二數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)，所述第二激光傳感器子系統(tǒng)和第二數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)相互連接；所述第一數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)和第二數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)相同且都連接至工控機；所述與第一驅(qū)動子系統(tǒng)連接的第一磁鋼傳感器K1和第二磁鋼傳感器K2、與第二驅(qū)動子系統(tǒng)連接的第三磁鋼傳感器K3和第四磁鋼傳感器K4都是相同的磁鋼傳感器，所述第一磁鋼傳感器K1包括H型磁芯1、第一輸出繞組2、第二輸出繞組3、第一輔助繞組4a、第二輔助繞組4b、第三輔助繞組4c、第四輔助繞組4d；所述H型磁芯1中間套設(shè)有第一輸出繞組2和第二輸出繞組3并且兩者相互連接引出公共引出線L3作為參考地，所述第一輸出繞組2還引出第一引出線L1，所述第二輸出繞組3還引出第二引出線L2；所述H型磁芯1的上端分別套設(shè)第一輔助繞組4a和第二輔助繞組4b，下端套也設(shè)有第三輔助繞組4c和第四輔助繞組4d，所述第一輔助繞組4a和第二輔助繞組4b相互連接，所述第一輔助繞組4a和第三輔助繞組4c在同一側(cè)并且相互連接還從第三輔助繞組4c中引出第四引出線L4，所述第二輔助繞組4b和第四輔助繞組4d在另一邊的同一側(cè)并且相互連接還從第四輔助繞組4d中引出第五引出線L5；所述第一驅(qū)動子系統(tǒng)和第二驅(qū)動子系統(tǒng)相同，所述第一驅(qū)動子系統(tǒng)包括PWN驅(qū)動模塊、通訊模塊、MCU控制模塊、第一二極管D1、第二二極管D2、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7、第八電阻R8、第九電阻R9、第一比較器U1、第二比較器U2、第三比較器U3、第四比較器U4、第五比較器U5；所述第一磁鋼傳感器K1的公共引出線L3連接至第一二極管D1的正極，所述第二磁鋼傳感器K2的公共引出線連接至第二二極管D2的正極；所述第一磁鋼傳感器K1和第二磁鋼傳感器K2的第一引出線L1相互連接并都連接至PWN驅(qū)動模塊，所述第一磁鋼傳感器K1和第二磁鋼傳感器K2的第五引線相互連接并都連接至PWN驅(qū)動模塊；所述第一磁鋼傳感器K1和第二磁鋼傳感器K2的第二引出線L2和第四引出線L4都相互連接且連接至PWN驅(qū)動模塊并接GND，所述PWN驅(qū)動模塊還與MCU控制模塊連接并且MCU控制模塊還接GND，所述MCU控制模塊還與通訊模塊連接；所述第一二極管D1的負(fù)極連接第一電阻R1的一端，所述第一電阻R1的另一端連接第一比較器U1的負(fù)向輸入端，所述第一比較器U1的負(fù)向輸入端還連接第二電阻R2的一端，所述第一比較器U1的正向輸入端接GND，所述第二電阻R2的另一端還連接第一比較器U1的輸出端，所述第一比較器U1的輸出端連接第三電阻R3的一端，所述第三電阻R3的另一端連接第二比較器U2的負(fù)向輸入端，所述第二比較器U2的正向輸入端接1.5V電源，所述述第二電阻R2的另一端還連接第四電阻R4的一端，所述第四電阻R4的另一端連接第三比較器U3的負(fù)向輸入端，所述第三比較器U3的正向輸入端接GND，所述第三比較器U3的輸出端連接第五電阻R5的一端，所述第五電阻R5的另一端接第三比較器U3的負(fù)向輸入端，所述第五電阻R5的另一端還連接第六電阻R6的一端，所述第六電阻R6的另一端連接第八電阻R8的一端，所述第八電阻R8的一端還接第四比較器U4的輸出端，所述第八電阻R8的另一端還連接第四比較器U4的負(fù)向輸入端，所述第四比較器U4的正向輸入端接GND，所述第八電阻R8的另一端還連接第二二極管D2的負(fù)極，所述第四比較器U4的輸出端還連接至第七電阻R7的一端，所述第七電阻R7的另一端連接第五比較器U5的負(fù)向輸入端，所述第五比較器U5的正向輸入端接1.5V電源；所述第二比較器U2和第五比較器U5的輸出端還連接至第一激光傳感器子系統(tǒng)和第一數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)，所述第三比較器U3的輸出端連接至第一數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)；所述第一數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)包括CPU模塊、ADC模塊、RAM模塊、FPGA模塊，所述第三比較器U3的輸出端連接至第一數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)內(nèi)的ADC模塊，所述第二比較器U2的輸出端連接至第一數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)內(nèi)的FPGA模塊，所述ADC模塊還連接至第一激光傳感器子系統(tǒng)，所述ADC模塊還分別連接CPU模塊和FPGA模塊，所述CPU模塊和FPGA模塊之間相互連接，所述FPGA模塊還連接至RAM模塊；所述第一輸出繞組2、第二輸出繞組3、第一輔助繞組4a、第二輔助繞組4b、第三輔助繞組4c和第四輔助繞組4d采用銅漆包線，所述H型磁芯1采用鐵磁材料制成；所述第三電阻R3和第七電阻R7都為限流電阻。

本實施方式中，一種軌道交通車輛輪對在線檢測系統(tǒng)驅(qū)動控制方法，步驟如下：

步驟a：系統(tǒng)開始檢測，由第一驅(qū)動子系統(tǒng)內(nèi)的MCU控制模塊產(chǎn)生100KHZ的第一方波信號W1，經(jīng)過PWM驅(qū)動模塊進行信號放大，通過第一引出線L1輸出給第一磁鋼傳感器K1和第二磁鋼傳感器K2內(nèi)的第一輸出繞組2中，而第一輸出繞組2為變壓器原邊，所述第二輸出繞組3為變壓器副邊，第二輸出繞組3就會產(chǎn)生與第一輸出繞組2中相同頻率相同相位但幅值不同的100KHZ的第二方波信號W2；第二驅(qū)動子系統(tǒng)內(nèi)的MCU控制模塊也同樣產(chǎn)生第一方波信號W1并經(jīng)信號放大引出第二方波信號W2；

步驟b：第一磁鋼傳感器K1和第二磁鋼傳感器K2的公共引出線L3分別輸出第二方波信號W2至第一二極管D1和第二二極管D2用于過濾去掉負(fù)半周期信號，然后分別經(jīng)過第一比較器U1、第一電阻R1、第二電阻R2和第三電阻R3組成的第一放大電路和第四比較器U4、第七電阻R7、第八電阻R8和第九電阻R9組成的第二放大電路的信號放大處理；第三磁鋼傳感器K3和第四磁鋼傳感器K4也同樣輸出第二方波信號W2并經(jīng)過過濾和信號放大處理；

步驟c：第一磁鋼傳感器K1和第二磁鋼傳感器K2輸出的第二方波信號W2經(jīng)過過濾和信號放大處理后通過第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6和第三比較器U3組成的加法電路進行加法運算，最后輸出數(shù)據(jù)給第一數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)；第三磁鋼傳感器K3和第四磁鋼傳感器K4輸出的第二方波信號W2也同樣經(jīng)過加法電路的加法運算輸出數(shù)據(jù)給第二數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)；將第一數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)和第二數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)處理得出車速；

步驟d:當(dāng)沒有車輪進入測量區(qū)域時，第一驅(qū)動子系統(tǒng)內(nèi)和第二驅(qū)動子系統(tǒng)內(nèi)的MCU控制模塊輸出產(chǎn)生一路100KHZ的PWM波形W3，其頻率與第一方波信號W1相同，但相位差為90至180度，使得PWM波形W3產(chǎn)生的磁通抵消第一方波信號W1產(chǎn)生的磁通，讓第二方波信號W2在沒有車輪進入磁鋼傳感器中時減小，消除錯誤同步信號的產(chǎn)生，減小誤觸發(fā)情況；

步驟e：當(dāng)車輪進入測量區(qū)域時，車輪進入第一個磁鋼傳感器時的波形W4和車輪進入同側(cè)第二個磁鋼傳感器時的波形W6由于車輪的擺動及電磁干擾產(chǎn)生變化，數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)首先繪制類似正弦波的第一包絡(luò)線W7和第二包絡(luò)線W8，然后分別在這兩個包絡(luò)線上升面和下降面的20%至40%和60%至80%處取兩個點并將兩者用構(gòu)造線連接，而這兩條構(gòu)造線的延長線交點位置即為車輪進入第一個磁鋼傳感器時的波形W4和車輪進入同側(cè)第二個磁鋼傳感器時的波形W6的中心點，該點被ADC模塊采樣的時刻即為第一采樣時刻T1和第二采樣時刻T2，而ADC模塊采樣的周期為系統(tǒng)的固定采樣頻率t_s，第一采樣時刻T1和第二采樣時刻T2之間采樣的個數(shù)為N，則第一采樣時刻T1和第二采樣時刻T2之間的時間間隔為Δt=N.t_s，根據(jù)公式v=S/Δt即可得出車速。

本實施方式中，所述步驟b中經(jīng)過放大電路放大后的信號還分別經(jīng)過比較器與1.5V電源進行比較，就可以分別產(chǎn)生開始采集同步信號start和結(jié)束采集同步信號stop；所述步驟b中經(jīng)過放大電路放大后的信號傳輸至第一數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)和第二數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)內(nèi)的ADC模塊、FPGA模塊、CPU模塊以及第一激光傳感器系統(tǒng)和第二激光傳感器系統(tǒng)，用于控制子系統(tǒng)和模塊同步進行測量工作。

本實施方式中，本發(fā)明中車輛輪對在線檢測系統(tǒng)主要由4個磁鋼傳感器及其驅(qū)動子系統(tǒng)(同一側(cè)的兩個磁鋼傳感器被同一個驅(qū)動子系統(tǒng)驅(qū)動)，以及進行數(shù)據(jù)采集的數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)(數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)除了采集車速傳感器信號外，還同時進行激光傳感器等子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集；連接時，兩個同側(cè)安裝的磁鋼傳感器的5條連接線L1—L5分別連接到驅(qū)動子系統(tǒng)。

本實施方式中，圖2所示為磁鋼傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，它由H型磁芯1、第一輸入繞組2、第二輸出繞組3、以及第一校準(zhǔn)繞組4a、第二校準(zhǔn)繞組4b、第三校準(zhǔn)繞組4c和第四校準(zhǔn)繞組4d組成多繞組變壓器；第一輸入繞組2的引出線L1，第二輸出繞組3的引出線L2；第一輸入繞組2和第二輸出繞組3共用公共引出線L3做為參考地，在使用時連接到驅(qū)動子系統(tǒng)的公共接地上；4個校準(zhǔn)輔助繞組串聯(lián)連接，最后通過第四引出線L4和第五引出線L5引出，校準(zhǔn)輔助繞組的一端第四引出線L4同樣要與驅(qū)動子系統(tǒng)的公共接地連接；繞組采用一般銅漆包線，H型磁芯1采用一般鐵磁材料制成(例如鋁鎳鈷合金)。

本實施方式中，系統(tǒng)開始檢測時，由第一驅(qū)動子系統(tǒng)中的MCU控制模塊產(chǎn)生100KHz的第一方波信號W1，經(jīng)過PWM驅(qū)動模塊進行信號放大后，通過第一引出線L1輸出給同側(cè)的第一磁鋼傳感器K1和第二磁鋼傳感器K2的第一輸入繞組2，因為第一輸入繞組2為變壓器原邊，第二輸出繞組3為變壓器副邊，所以第二輸出繞組3中將產(chǎn)生與第一輸入繞組2中相同頻率相同相位但幅值不同的100KHz第二方波信號W2；第一驅(qū)動子系統(tǒng)通過與同側(cè)的第一磁鋼傳感器K1和第二磁鋼傳感器K2的第三引出線L3獲得第二輸出繞組3輸出的波形信號，分別經(jīng)過第一比較器U1和第四比較器U4兩個運放組成的放大電路進行信號放大處理后，再由第三比較器U3組成的加法電路將第一磁鋼傳感器K1和第二磁鋼傳感器K2輸出的信號進行加運算，最后輸出給第一數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集；由于采用了將同側(cè)的兩路信號相加后再進行處理，有效的防止了兩路信號因為車輪左右擺動和其他電磁干擾造成的不一致而使后面數(shù)據(jù)處理困難，提高了數(shù)據(jù)的精度。相加后的信號波形如圖4所示；車輪進入第一個磁鋼傳感器時的波形W4，車輪進入第一個磁鋼傳感器(K1或K3)時的波形W5，車輪進入同側(cè)第2個磁鋼傳感器(K2或K4)時的波形W6，兩個波形的幅值由于車輪的擺動及其他電磁干擾而不完全一樣；通過后期數(shù)據(jù)處理，可以分別識別出兩個波形的中心時刻第一采樣時刻T1和第二采樣時刻T2，這兩個時刻間的間隔便是車輪通過距離為S的測試區(qū)域第一磁鋼傳感器K1和第二磁鋼傳感器K2(或第三磁鋼傳感器K3和第四磁鋼傳感器K4)的時間Δt，因此可以計算出車速v=S/Δt；另外，有車輪經(jīng)過磁鋼傳感器時波形的幅值明顯高于無車輪經(jīng)過時的幅值，且呈現(xiàn)正弦波的變化趨勢；這是由于無車輪通過時，磁鋼傳感器的磁力線大部分需要通過空氣形成閉合磁路，由于空氣磁導(dǎo)率很小，因此磁通Φ也很小，根據(jù)變壓器產(chǎn)生電勢公式E=4.44fNΦ（其中f為頻率，本系統(tǒng)采用100KHz，N為繞組匝數(shù)）可知，第二輸出繞組3產(chǎn)生的電壓較小；當(dāng)有車輪接近磁鋼傳感器時，車輪將作為磁導(dǎo)體代替一部分空氣為磁力線提供磁導(dǎo)率更高的磁路，因此磁通Φ將增加使電動勢E增加。

本實施方式中，在實際應(yīng)用中，第三比較器U3輸出的波形遠(yuǎn)沒有圖4所示的那樣干凈整齊，而是夾雜了很多干擾信號，因此為后期數(shù)據(jù)處理識別第一采樣時刻T1和第二采樣時刻T2帶來了很大困難；為解決這一難題，本發(fā)明在軟件上采用了如下算法：首先繪制出車輪進入第一個磁鋼傳感器(K1或K3)時的波形W5，車輪進入同側(cè)第2個磁鋼傳感器(K2或K4)時的波形W6類似正弦波的第一包絡(luò)線W7和第二包絡(luò)線W8，然后分別在這兩個包絡(luò)線上升面和下降面的30%和70%處取出兩個點，將這兩個點用構(gòu)造線連接，這兩個條構(gòu)造線的延長線交點位置即為車輪進入第一個磁鋼傳感器(K1或K3)時的波形W5和車輪進入同側(cè)第2個磁鋼傳感器(K2或K4)時的波形W6的中心點，該點被ADC模塊的時刻即為第一采樣時刻T1和第二采樣時刻T2，設(shè)定ADC模塊采樣的周期為t_s，第一采樣時刻T1和第二采樣時刻T2之間采樣個數(shù)為N(t_s為系統(tǒng)的固有采樣頻率，N為從T1時刻開始到T2時刻共采樣了多少次數(shù)據(jù))，則第一采樣時刻T1和第二采樣時刻T2之間的時間間隔Δt=N.t_s，即車速v=S/(N.t_s)。

本實施方式中，第一磁鋼傳感器K1和第二磁鋼傳感器K2發(fā)出的信號經(jīng)過第一比較器U1和第四比較器U4兩個運放組成的放大電路進行信號放大處理后，還分別經(jīng)過第二比較器U2和第五比較器U5組成的比較器與1.5V電源進行比較，分別產(chǎn)生開始采集同步信號start和結(jié)束采集同步信號stop；這兩個信號分別連接到數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)的ADC模塊、FPGA模塊、CPU模塊以及各個激光傳感器子系統(tǒng)，以控制這些子系統(tǒng)和模塊同步進行測量工作；但在實際應(yīng)用中，由于鐵路環(huán)境復(fù)雜，而且在無車輪經(jīng)過磁鋼傳感器時，還存在鋼軌和車輛車廂等金屬導(dǎo)體為磁鋼傳感器的磁力線提供高磁導(dǎo)率磁路，因此無車輪經(jīng)過磁鋼傳感器時第二輸出繞組3的輸出電壓經(jīng)過放大后就已經(jīng)高于1.5V電源，產(chǎn)生錯誤的同步型號start或/和stop使系統(tǒng)誤觸發(fā)；為解決該問題，本系統(tǒng)在4個磁鋼傳感器中都會增加了四個校準(zhǔn)用的輔助繞組；系統(tǒng)在安裝調(diào)試時，由第一驅(qū)動子系統(tǒng)中的MCU控制模塊產(chǎn)生一路100KHz的PWM波形W3，如圖4所示，其頻率與第一輸入繞組2的第一方波信號W1頻率相同，但相位(圖中用φ符號表示的時間差)和幅值均不同；相位φ與第一方波信號W1相差90—180度，幅值為任意值；由于相位相差超過90度，因此PWM波形W3產(chǎn)生的磁通將抵消第一方波信號W1產(chǎn)生的部分磁通，使第二輸出繞組3輸出的第二方波信號W2在沒有車輪進入測試區(qū)域時盡量減小，消除產(chǎn)生錯誤同步信號的可能；不同系統(tǒng)在不同的安裝地點都需要現(xiàn)場進行標(biāo)定工作，這個標(biāo)定工作由MCU控制模塊、數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)等來完成：系統(tǒng)安裝完成后，在沒有車輛在此時系統(tǒng)上方時，MCU控制模塊首先正常輸出第一方波信號W1，并從相位φ為90度開始輸出PWM波形W3，波形幅值從0開始增加，同時由數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)記錄PWM波形W3在該相位下不同幅值對應(yīng)輸出的第二方波信號W2波形幅值，然后以0.5度的梯度增加相位，并在不同固定相位下從0開始增加PWM波形W3的幅值，同時由第一數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)記錄輸出不同相位和不同幅值PWM波形W3波形情況下第二方波信號W2的輸出值，最后找到第二方波信號W2波形幅值較小且最穩(wěn)定時候所對應(yīng)的PWM波形W3波形的相位和幅值數(shù)據(jù)，將這組數(shù)據(jù)標(biāo)定到MCU內(nèi)部，以后在正常運行時MCU控制模塊將用這組標(biāo)定的數(shù)據(jù)產(chǎn)生PWM波形W3波形，這樣得到的輸出第二方波信號W2在有無車輛經(jīng)過磁鋼磁鋼傳感器時有明顯的界限，不再產(chǎn)生誤觸發(fā)。

本實施方式中，第一驅(qū)動子系統(tǒng)和第二驅(qū)動子系統(tǒng)的工作流程都相同，經(jīng)過一樣的信號放大過濾計算最后通過第一數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)和第二數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)進入工控機。

本發(fā)明的保護范圍包括但不限于以上實施方式，本發(fā)明的保護范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)，任何對本技術(shù)做出的本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易想到的替換、變形、改進均落入本發(fā)明的保護范圍。