專利名稱：機車車載式線路動態(tài)監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于鐵道線路計算機監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域。
線路動態(tài)監(jiān)測裝置已經(jīng)在鐵路系統(tǒng)廣泛應(yīng)用，目前主要有從國外進(jìn)口的專用軌道監(jiān)測車和便攜的動態(tài)添乘儀。其中軌道監(jiān)測車配備有慣性基準(zhǔn)、激光監(jiān)測和數(shù)據(jù)實時處理等高新技術(shù)裝備，能夠準(zhǔn)確評測軌道幾何狀態(tài)參數(shù)和等級，但費用高，數(shù)量少，且調(diào)用不便，僅限于抽查使用；便攜式動態(tài)添乘儀可隨車運行，根據(jù)監(jiān)測車體振動加速度值的大小來判定線路不平順程度，也能夠間接反映線路狀態(tài)，使用輕便、靈巧，尤其受用戶歡迎的是監(jiān)測數(shù)據(jù)可利用微機分析處理，但監(jiān)測密度小，跨度短，數(shù)據(jù)散，功能簡單，而且必須設(shè)專人跟車操作，均需手動安裝測速傳感器，直接接觸車輛走行部，存在安全隱患，監(jiān)測成本相對高。另外人工校正里程，以及各次添乘車體不易相對固定，監(jiān)測數(shù)據(jù)不夠全面、及時、準(zhǔn)確。上述這兩種裝置監(jiān)測數(shù)據(jù)方式、方法和結(jié)構(gòu)與本發(fā)明不同。
本實用新型的目的是設(shè)計新的技術(shù)方案，研制一種作為機車綜合監(jiān)測裝置(TAX2)的一個組成部分，能夠更加高效、實用、經(jīng)濟(jì)監(jiān)測的線路動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。它在機車運行狀態(tài)下通過固定在機車車體中的傳感器單元不間斷地采集車體振動加速度值，存儲控制單元實時記錄，同時讀取機車監(jiān)控裝置俗稱黑匣子中的線路里程和運行速度等相關(guān)信息，無人工干預(yù)下綜合生成線路數(shù)據(jù)并循環(huán)保存。通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲器可把記錄的線路數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲到微機中，利用處理分析軟件，生成各種報告和圖表，量化反映線路平順狀況，指導(dǎo)線路安全預(yù)測和維修保養(yǎng)工作。
本實用新型的技術(shù)要點在于如圖1所示的四個方面，傳感器單元(傳感器及其電路)、存儲控制單元(主板電路)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲單元(轉(zhuǎn)儲器)和處理分析軟件(計算機)組成。傳感器單元通過RS485總線與存儲控制單元連接，存儲控制單元與機車綜合監(jiān)測裝置(TAX2)連接，并通過RS485連接數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲單元，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲單元通過R232總線連接計算機。
傳感器單元電路如圖2所示由整形放大電路(一級)、一級高通濾波電路、二級高通濾波電路、一級低通濾波電路、二級放大電路、二級高通濾波電路、整流電路組成。這些電路依次串接輸出給A/D轉(zhuǎn)換電路經(jīng)RS485總線將采樣值送到主板。傳感器單元中的整形放大電路如圖3所示，按以下方式連接加速度傳感器的輸出端有5個腳，1至5腳依次與電阻RZB1的一端、電阻RZB2的一端、電阻RZTC1的一端、運算放大器U1B的5腳(+IN)及電阻RZTC2的一端相連；電阻RZTC2的另一端連到傳感器的2腳上，電阻RZTC1的另一端連到傳感器的5腳上，電阻RZB2與電阻RZB1的另一端相連接地；三極管TR1的發(fā)射極接地，集電極與基極相連接到電位器W2的一端，電位器W2的另兩端接在一起與電阻R3的一端及運算放大器U1D的13腳(-IN)相連，電阻R3的另一端運算放大器U1D的14腳(OUT)及傳感器的3腳連在一起，電位器W1的一端接地，另兩端連在一起與電阻R1、R2及基準(zhǔn)Z1的一端相連(2.5V)，基準(zhǔn)Z1的另一端接地，電阻R1的另一端連到運算放大器U1D的12腳(+IN)，電阻R2的另一端連到電容C7和二極管D1的一端，電容C7的另一端接地，二極管D1的另一端接到+12V上。運算放大器U1A的4腳接+12V，11腳接地、3腳(+IN)與傳感器5腳相連、2腳(-IN)與電位器W3的兩端及電阻R9的一端連到一起，1腳(OUT)與電阻R9的另一端及電阻R4的一端連在一起，電位器W3的另一端與電阻R8的一端相連、再接到運算放大器U1B的6腳(+IN)。電阻R8的另一端與電阻R7的一端及運算放大器U1B的7腳(OUT)連接在一起，電阻R7的另一端與電阻R6的一端及運算放大器U1C的10腳(+IN)相連，電阻R6另一端接到R2和R1相連的端點上(2.5V)，電阻R4的另一端與電阻R5的一端及運算放大器U1C的9腳(-IN)連在一起，電阻R5的另一端及運算放大器U1C的8腳(OUT)連在一起，接到下一級高通濾波電路的輸入端上。
存儲控制單元(主板電路)如圖4所示由CPU1(89c51)系統(tǒng)電路、公共RAM電路、CPU2(89c51)系統(tǒng)電路、存儲器電路(SRAM)組成。CPU1系統(tǒng)電路通過RS485與TAX2箱連接，通過雙向數(shù)據(jù)總線與公共RAM相連，同時公共RAM通過另一路雙向數(shù)據(jù)總線與CPU2 電路部分相連。CPU2系統(tǒng)通過RS485與傳感器電路相連。通過雙向數(shù)據(jù)總線與存儲器電路相連。
數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲單元如圖5所示由CPU電路與存儲器電路組成，通過RS485與存儲控制單元(主板)相連，通過RS232與計算機(PC)相連。
處理分析軟件基于Windows 95/97/98操作系統(tǒng)，引入軌道質(zhì)量指數(shù)概念，運用平行移動算法，由參數(shù)設(shè)定、通信轉(zhuǎn)儲、運算處理、查詢打印、綜合分析、文件管理、遠(yuǎn)程傳輸?shù)饶K組成，全部漢字界面，鼠標(biāo)操作，簡單方便，處理快捷，自動生成報告文件，綜合分析處理結(jié)果，輸出各種直觀圖表，量化反映線路實際狀況。
本實用新型與其他同類監(jiān)測裝置相比具有如下優(yōu)點1、采用特種壓阻傳感技術(shù)，體積小，重量輕，頻帶寬，精度高，內(nèi)置阻尼，低頻響應(yīng)好，靈敏度高，具有過載制止功能。
2、數(shù)據(jù)存儲采用具有大容量、低功耗、掉電保護(hù)技術(shù)，能夠長時間運行于惡劣的工礦條件下，數(shù)據(jù)不會丟失，可靠性高。
3、系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的RS485和RS232通信接口技術(shù)，實現(xiàn)了機車監(jiān)控器(黑匣子)、機車綜合監(jiān)測裝置(TAX2)、轉(zhuǎn)儲器、微機間的數(shù)據(jù)通信，線路數(shù)據(jù)相互共享，轉(zhuǎn)儲方便，監(jiān)測和處理可異地進(jìn)行，并遠(yuǎn)程傳輸，數(shù)據(jù)利用率高。
4、監(jiān)測裝置根據(jù)現(xiàn)場實際需求設(shè)計，各模塊結(jié)構(gòu)緊湊，集成度高，監(jiān)測過程自動化，無需人工干預(yù)，避免了因安裝傳感器而附帶的安全隱患，和因校對里程而產(chǎn)生的誤差。系統(tǒng)軟件功能齊全實用，操作簡單，自動生成結(jié)果，查詢準(zhǔn)確快捷，清晰直觀。監(jiān)測成本低，效率高。
5、充分利用了機車按交路不停運轉(zhuǎn)的條件，不間斷地連續(xù)采集線路數(shù)據(jù)，監(jiān)測區(qū)段跨度大、范圍廣、密度高，管理人員能夠全面掌握線路狀況，及時發(fā)現(xiàn)線路病害處所，有針對性的采取防護(hù)保養(yǎng)及考核措施，提高作業(yè)工效，保證線路質(zhì)量，確保行車安全。


圖1系統(tǒng)框圖圖2傳感器及其電路原理框圖圖3傳感器單元中的整形放大電路圖圖4存儲控制單元原理框圖圖5數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲單元原理框圖圖6系統(tǒng)工作流程圖1.動態(tài)監(jiān)測 2.通信轉(zhuǎn)儲 3.處理分析 4.現(xiàn)場指導(dǎo)動態(tài)監(jiān)測實施例本系統(tǒng)工作過程如下1、將傳感器固定安裝于機車車體上，存儲控制單元主板插到機車綜合監(jiān)測裝置(TAX2)總線插槽中，用螺絲固定好，連接好電纜線(安裝過程一次即可)。
2、機車啟動后監(jiān)控裝置(“黑匣子”)開始工作，傳感器單元開始不間斷地監(jiān)測車體振動加速度，存儲控制單元連續(xù)記錄監(jiān)測到的加速度值并同時讀取“黑匣子”中的線路里程及機車速度，循環(huán)保存在SRAM中。
3、機車回庫后，派人持轉(zhuǎn)儲器登上機車，用電纜連接通信接口，將記錄的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)儲器中，然后把轉(zhuǎn)儲器帶回辦公室與微機串口連接，執(zhí)行通信軟件把轉(zhuǎn)儲器中接收的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到微機硬盤中。
4、在微機上執(zhí)行處理軟件，對采集的線路數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，生成相關(guān)數(shù)據(jù)圖表。可執(zhí)行遠(yuǎn)程傳輸功能，實現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳或下載，供異地處理和分析。
5、根據(jù)系統(tǒng)生成的報告文件，采取相應(yīng)的安全管理和維修保養(yǎng)措施，實施檢查考核。
本裝置工作流程如圖6所示1.動態(tài)監(jiān)測2.通信轉(zhuǎn)儲3.處理分析4.現(xiàn)場指導(dǎo)本裝置的技術(shù)特征1.采用壓阻傳感機車車體振動加速度傳感器采用美國硅谷最先進(jìn)的特種感應(yīng)技術(shù)，直流響應(yīng)，內(nèi)置阻尼，頻帶寬且低頻響應(yīng)好，靈敏度和精度較高，同時具備過載制止技術(shù)。
2.采用通信轉(zhuǎn)儲本裝置中采用標(biāo)準(zhǔn)的RS485和RS232通信接口技術(shù)，可實現(xiàn)線路檢測裝置與機車監(jiān)控裝置‘黑匣子’、線路檢測裝置與TAX2、線路檢測裝置與轉(zhuǎn)儲器、轉(zhuǎn)儲器與微機間的多通道數(shù)據(jù)通信，使線路數(shù)據(jù)方便共享。
3.采用掉電保護(hù)存儲數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)置數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù)，適應(yīng)于惡劣的工礦條件，抗雜波沖擊力強，數(shù)據(jù)不跳變不丟失。
4.采用防護(hù)和糾錯技術(shù)裝置中專門采用防護(hù)糾錯技術(shù)，適應(yīng)機車內(nèi)高溫、振動、油污、電磁干擾等運行環(huán)境。還需專門設(shè)計糾錯程序，搓高系統(tǒng)的可靠性。
5.采用線路評定技術(shù)數(shù)據(jù)處理軟件引入TQI軌道質(zhì)量指數(shù)概念，運用平行移動算法查找較差段，能夠全面、準(zhǔn)確、綜合地評定線路狀態(tài)。
6.采用數(shù)據(jù)檢索技術(shù)處理軟件面向使用對象設(shè)計，采用數(shù)據(jù)庫接口技術(shù)將處理結(jié)果轉(zhuǎn)換成相應(yīng)固定結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫，分析查詢功能采用快速、準(zhǔn)確的檢索技術(shù)。
本裝置的功能1.檢測采集每兩米檢測記錄一組數(shù)據(jù)，包括線路里程、列車速度機車車體垂直振動加連度值、水平振動加速度值，以及時間、日期、機車號、車次、交路等相關(guān)數(shù)據(jù)。一次可連續(xù)采集3600KM線路的數(shù)據(jù)，循環(huán)存儲。
2.處理分析系統(tǒng)軟件引入軌道質(zhì)量指數(shù)概念，運用平行移動算法，對采集的線路數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，自動生成可指導(dǎo)線路維修養(yǎng)護(hù)的亡六種報告，綜合分析數(shù)據(jù)處理結(jié)果，輸出各種直觀的圖表，量化反映現(xiàn)場實際狀況的數(shù)據(jù)資料。
3.安全保障機車交路不停地運轉(zhuǎn)，檢測裝置就不停地連續(xù)采集線路數(shù)據(jù)、檢測區(qū)段跨度大、范圍廣、密度高，可幫助管理人員及時掌握線路狀況，有針對性的采取防護(hù)保養(yǎng)措施，有效地保證線路質(zhì)量，確保行車安全。
4.檢查考核利用圭成的報告，可檢查考核現(xiàn)場作業(yè)質(zhì)量，及時發(fā)現(xiàn)線路病害處所，糾正有害作業(yè)，防止無效勞動，提高線路保養(yǎng)工效，為領(lǐng)導(dǎo)決策提供依據(jù)。
5.數(shù)據(jù)共享本裝置可完成線路檢測和數(shù)據(jù)處理異地進(jìn)行，采集的線路數(shù)據(jù)實現(xiàn)全局共享，降低了線路檢測成本。
機車車載式線路動態(tài)監(jiān)測裝置是高效、方便、實用的線路監(jiān)測手段，在鐵路內(nèi)推廣應(yīng)用，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
權(quán)利要求1.一種由傳感器單元、存儲控制單元、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲單元和計算機組成的機車車載式線路動態(tài)監(jiān)測裝置，其特征在于傳感器單元通過RS485總線與存儲控制單元連接，存儲控制單元與機車綜合監(jiān)測裝置(TAX2)連接，并通過RS485連接數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲單元，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲單元通過RS232總線連接計算機；傳感器單元由加速度傳感器、整形放大電路、一級高通濾波電路、二級高通濾波電路、一級低通濾波電路、二級放大電路、二級低通濾波電路組成；這些電路依次串接輸出給A/D轉(zhuǎn)換電路經(jīng)RS485總線將采樣值送到存儲控制單元即主板；傳感器單元電路中的整形放大電路連接加速度傳感器的輸出端，輸出端有5個腳，1-5腳依次與電阻RZB1的一端、電阻RZB2的一端、電阻RZTC1的一端、運算放大器U1B的5腳(+IN)及電阻RZTC2的一端相連，電阻RZTC2的另一端連到傳感器的2腳上，電阻RZTC1的另一端連到傳感器的5腳上，電阻RZB2與電阻RZB1的另一端相連接地，三極管TR1的發(fā)射極接地，集電極與基極相連接到電位器W2的一端，電位器W2的另兩端接在一起與電阻R3的一端及運算放大器U1D的13腳(-IN)相連，電阻R3的另一端運算放大器U1D的14腳(OUT)及傳感器的3腳連在一起，電位器W1的一端接地，另兩端連在一起與電阻R1、R2及基準(zhǔn)Z1的一端相連，基準(zhǔn)Z1的另一端接地，電阻R1的另一端連到運算放大器U1D的12腳(+IN)，電阻R2的另一端連到電容C7和二極管D1的一端，電容C7的另一端接地，二極管D1的另一端接到+12V上。運算放大器U1A的4腳接+12V，11腳接地、3腳(+IN)與傳感器5腳相連、2腳(-IN)與電位器W3的兩端及電阻R9的一端連到一起，1腳(OUT)與電阻R9的另一端及電阻R4的一端連在一起，電位器W3的另一端與電阻R8的一端相連、再接到運算放大器U1B的6腳(+IN)；電阻R8的另一端與電阻R7的一端及運算放大器U1B的7腳(OUT)連接在一起，電阻R7的另一端與電阻R6的一端及運算放大器U1C的10腳(+IN)相連，電阻R6另一端接到R2和R1相連的端點上，電阻R4的另一端與電阻R5的一端及運算放大器U1C的9腳(-IN)連在一起，電阻R5的另一端及運算放大器U1C的8腳(OUT)連在一起，接到下一級高通濾波電路的輸入端上；存儲控制單元電路由CPU1系統(tǒng)電路、公共RAM電路、CPU2系統(tǒng)電路、存儲器電路組成；CPU1系統(tǒng)電路通過RS485總線與機車綜合監(jiān)測裝置TAX2箱連接，再通過雙向數(shù)據(jù)總線與公共RAM相連，同時公共RAM通過另一路雙向數(shù)據(jù)總線與另一CPU2系統(tǒng)電路相連；CPU2通過RS485與傳感器電路相連，再通過RS485與存儲器電路相連；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲單元由CPU電路與存儲器電路組成，通過RS485與存儲控制單元(主板)相連，通過RS232與計算機(PC)相連。
專利摘要機車車載式線路動態(tài)監(jiān)測裝置屬于鐵道線路計算機監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域。本裝置在機車運行狀態(tài)下通過固定在機車車體中的傳感器單元不間斷地采集車體振動加速度值,存儲控制單元實時記錄,同時讀取機車監(jiān)控裝置俗稱黑匣子中的線路里程和運行速度等相關(guān)信息,無人工干預(yù)下綜合生成線路數(shù)據(jù)并循環(huán)保存。通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲器可把記錄的線路數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲到微機中,利用處理分析軟件,生成各種報告和圖表,量化反映線路平順狀況,指導(dǎo)線路安全預(yù)測和維修保養(yǎng)工作。
文檔編號G08G1/01GK2452802SQ00263279
公開日2001年10月10日 申請日期2000年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月8日
發(fā)明者賈世慶, 武民利, 鄧桂祥, 閻志強, 張建峰, 李連慶, 荊平, 馮文波 申請人:武民利, 賈世慶