专利名称：测量火车速度的设备及其方法
技术领域：
本发明涉及一种测量火车速度的设备及其方法。更特别的，本发明涉及一种测量火车速度的设备及其方法，其中在轨道附近安装光源并且在火车上安装测量单元，从而通过间接测量方法而测量沿着轨道行驶的火车的实际速度。
背景技术：
通常的，轨道车辆例如火车沿着已经安装好的轨道行驶。这种火车的每个轮子具有同时旋转的转速计，其中通过转速计的旋转次数或者频率可以测量火车的速度。
因此，在韩国公开专利第2000-0045995号(
公开日期2000/07/25)中引用了使用转速计测量速度的技术，其中描述了锁相环(PLL)。PLL包括相位检测器，用于检测相位差并且将相位误差值转换为电压；电压可控振荡器(VOC)，用于将输入的电压转换为频率，以及分频器，用于分成数量为N的脉冲。
由于在火车的低速范围内在预定时间内可以使用转速计测量速度，因此该技术着重于提高速度测量的精度。
然而，在轮子磨损或者转速计滑动造成误差的情况下，由于轮子磨损造成的误差随着火车行驶而累积，因此需要进行补偿。
因此，需要开发一种直接测量火车实际速度的传感器或者测量技术，从而可以周期性补偿利用轮子旋转的间接测量的方法。特别的，在火车中，由于火车的震动使得应用通常的速度传感器很困难。而且，由于很多相关部件和机器安装在轮子附近，存在很难安装测量传感器的问题。
发明内容
因此，本发明着眼于现有技术中出现的上述问题，并且本发明的目标是提供一种测量火车速度的设备及其方法，其中从安装在轨道附近的光源发射光线，并且使用测量单元和速度转换器测量一定时间内的光量，并且可以以非接触方法测量沿着轨道行驶的火车的实际速度，并且可以防止与轮子附近的其他机器相干扰，从而可以很容易安装这些部件。
本发明的另一目标是提供一种测量火车速度的设备及其方法，其中利用对通过现有转速计测量的速度进行补偿可以测量火车的实际速度，从而可以确定火车的行驶状态。
为了实现上述目标，测量火车速度的设备包括光源，安装在轨道附近并且发射圆形光束或者线性光束；测量单元，安装在火车前部或者后部并且接收从所述光源发射的光线；以及速度转换器，用于将从所述测量单元接收到的信号转换为火车的速度值。
而且，所述光源包括发射连续光束的激光单元、控制从所述激光单元发射的光束的尺寸的凸透镜，以及在光束通过所述凸透镜后使光束平行射到火车上的准直仪(collimator)。
此处，优选的，所述光源提供在不存在斜坡或者弯道的位置，在这些位置火车以恒定速度行驶。而且，光源的光束是根据火车的临近信号而发射，而不是持续发射。
而且，所述测量单元包括用于将接收到的光线转换为电信号的光电二极管、用于放大通过所述光电二极管发送的信号的信号放大器以及用于从放大后的信号中去除噪声并仅发送所需的信号的带通滤波器。
一种测量火车速度的方法，包括以下步骤控制从安装在轨道附近的激光单元发射的连续光束的尺寸并形成平行光束，使平行光束射到安装在火车上的测量单元，以及利用光线达到最大强度级别的时间或者利用两个测量单元处光线的最大强度级别的时间差测量火车的速度。
而且，测量的火车实际速度对间接测量方法中通过转速计测量的速度进行补偿，并且在测量单元的安装点产生的行驶中火车的状态通过各个安装点处光线强度差而确定。
本发明的上述和其他目标、特征以及优点可以通过下面的结合附图的详细描述更清楚的理解，其中图1为根据本发明的测量火车速度的设备的示例图示；图2为图1中所示的测量火车速度的设备的详细图示；图3和图4为根据本发明的描述利用圆形光束在火车上测量的各个信号的曲线图；以及图5为描述对于火车行驶状态的接收到的光线量的差值的曲线图。
具体实施例方式
现在参考附图通过示例实施例进一步详细描述本发明。
图1至图5显示了测量火车速度的设备及其方法。如图1所示，所述测量火车速度的设备包括安装在轨道10附近的光源11、接收从光源11发射的光线的测量单元12以及将从测量单元12接收到的信号转换为火车速度值的速度转换器13。
也就是说，安装在火车上的测量单元12接收从光源11发射的圆形光束或者线性光束。信号从测量单元12传送到速度转换器13，从而测量火车14的实际速度。
如图2所示，光源11包括发射连续光束的激光单元15、控制从激光单元15发射的光束的尺寸的凸透镜16以及在光线通过凸透镜16之后使光束平行射到火车14上的准直仪17(collimator)。
此处，当光源11设置在火车能够恒速行驶的区段上时，可以精确获得火车14的实际速度。所述区段中应当不存在斜坡或者弯道。因此，在选择光源的安装点时应当考虑轨道10的特点。而且，光源的光束应当根据火车的临近信号发射而不是连续发射。
测量单元12包括用于将接收到的光线转换为电信号的光电二极管18、用于放大从光电二极管18发送的信号的信号放大器19以及用于从放大后的信号中去除噪声并仅发送所需信号的带通滤波器20。
如图1和图2所示，从光源11的激光单元15发射的连续波束通过凸透镜16，从而连续光束的尺寸可以被适当控制。在通过准直仪17之后，扩散的光束变为平行光束，从而发射到火车14。
通常的，考虑到火车14的行驶状况或者尺寸，到达测量单元12的光束的尺寸可以根据如下情况而改变，即利用发射到光电二极管18的光线达到最大强度级别的时间或者利用发射到两个光电二极管18的光线达到最大强度级别的时间差。
也就是说，在利用光线达到最大强度级别的时间的方法中，由于圆形波束的尺寸很小时光线达到最大强度的时间很短，这样在测量中会产生很多误差，并且导致了必须快速完成数据获取的问题。因此，优选的，圆形光束的直径大于30毫米。
而且，在利用发射到两个光电二极管18的光线达到最大强度的时间差的方法中，对发射光束的尺寸几乎没有什么影响，因此可以适当的将圆形光束的直径设置为5毫米。
从光源11发射的圆形光束进入光电二极管18并且转换为电信号。电信号的电平通常很低，甚至依赖于光线强度。因此，必须通过信号放大器19将电信号的电平增大到适当电平。
而且，放大后的信号具有很多噪声，并且所述信号应当通过带通滤波器20以仅选择所需信号。所选择的信号被发送到速度转换器13以获取转换后的速度。
图3和图4为描述利用圆形波束在火车上测量的典型信号的曲线图。图3显示了发射到测量单元12的相对于时间的光线强度级别，图4显示了发射到两个测量单元12的相对于时间的光线强度级别。
如曲线图所示，从测量单元12发射的光线强度显示为三维曲线图，因为光线强度与发射到光电二极管18的圆形光束的面积相同。
此处，如果光线强度最大，则表示所有的圆形光束都发射到光电二极管，获取光线达到最大强度的时间，并且通过如下公式计算速度火车速度＝圆形光束直径/光线达到最大强度级别的时间在图4中，光源11安装在轨道10附近并且火车14沿着轨道10行驶。在安装在火车14上预定空间中的两个测量单元上捕捉信号以及时间差。
因此，在两个测量单元12的情况下，可以通过如下公式获取速度火车速度＝各个测量单元之间的距离/各个测量单元之间的时间差上述两种方法是本发明的两个实施方式，但是可以采用各种形状的光源。如前所述，可以使用其他方法，其中光源的光束根据火车的临近信号发射而不是连续发射。
而且，图5为描述从两个测量单元12接收到的光线强度的曲线图。两个测量单元12安装在火车14的尾部，其中在轮子处可以产生严重磨损或者采用橡胶轮胎时可能产生穿孔。
对具有测量单元12的轮子根据磨损程度、穿孔以及悬挂缺陷预先分析发射到两个测量单元12的光线强度。因此，可以通过光线强度的差值Δ1、Δ2估计行驶火车14的状态。
尽管为了示例目的描述了本发明的优选实施方式，本领域技术人员可以理解，各种修改、添加以及替换都是可能的，但是并不背离权利要求书限定的本发明的范围和实质。
工业适用性如上所述，本发明的测量火车速度的设备及其方法的效果在于，从安装在轨道附近的光源发射光线，使用测量单元和速度转换器测量一定时间内的光线量，并且可以通过非接触方法测量沿着轨道行驶的火车的实际速度，并且可以防止与邻近轮子的其他机器的干扰，从而可以很容易安装这些部件。
而且，本发明的优点在于，利用对通过现有的转速计测量的速度进行补偿，可以测量火车的实际速度，并且可以确定火车的行驶状态。
权利要求
1.一种测量火车速度的设备，包括光源(11)，安装在轨道(10)附近并且发射圆形光束或者线性光束；测量单元(12)，安装在火车(14)前部或者后部并且接收从所述光源(11)发射的光线；以及速度转换器(13)，用于将从所述测量单元(12)接收到的信号转换为火车(14)的速度值。
2.根据权利要求1所述的测量火车速度的设备，其中，所述光源(11)包括发射连续光束的激光单元(15)、控制从所述激光单元(15)发射的光束的尺寸的凸透镜(16)以及在光束通过所述凸透镜(16)后使光束平行射到火车(14)上的准直仪(17)。
3.根据权利要求1或2所述的测量火车速度的设备，其中，所述光源(11)提供在不存在斜坡或者弯道的位置，在这些位置火车(14)以恒定速度行驶。
4.根据权利要求3所述的测量火车速度的设备，其中所述光源(11)的光束是根据火车(14)的临近信号而发射，而不是持续发射。
5.根据权利要求1所述的测量火车速度的设备，其中所述测量单元(12)包括用于将接收到的光线转换为电信号的光电二极管(18)、用于放大通过所述光电二极管(18)发送的信号的信号放大器(19)以及用于从放大后的信号中去除噪声并仅发送所需的信号的带通滤波器(20)。
6.一种测量火车速度的方法，包括以下步骤控制从安装在轨道(10)附近的激光单元(15)发射的连续光束的尺寸并形成平行光束；使平行光束射到安装在火车(14)上的测量单元(12)；以及利用光线达到最大强度级别的时间而测量火车(14)的速度。
7.根据权利要求6所述的测量火车速度的方法，其中，测量的火车(14)实际速度对间接测量方法中通过转速计测量的速度进行补偿。
8.根据权利要求6或7所述的测量火车速度的方法，其中，在测量单元(12)的安装点产生的行驶中火车(14)的状态通过各个安装点处光线强度差而确定。
9.一种测量火车速度的方法，包括以下步骤控制从安装在轨道(10)附近的激光单元(15)发射的连续光束的尺寸并形成平行光束；使平行光束射到安装在火车(14)上的两个测量单元(12)；以及利用各个测量单元(12)处光线达到最大强度级别的时间差测量火车(14)的速度。
全文摘要
本发明涉及一种测量火车速度的设备及其方法，其中在轨道附近安装光源并且在火车上安装测量单元，从而通过间接测量方法而测量沿着轨道行驶的火车的实际速度。测量火车速度的设备包括光源，安装在轨道附近并且发射圆形光束或者线性光束；测量单元，安装在火车前部或者后部并且接收从所述光源发射的光线；以及速度转换器，用于将从所述测量单元接收到的信号转换为火车的速度值。测量火车速度的方法包括步骤控制从安装在轨道附近的激光单元发射的连续光束的尺寸并构成平行光束，发射平行光束到安装在火车上的测量单元，以及利用光线达到最大强度级别的时间而测量火车速度。
文档编号G01P3/68GK1826531SQ03827007
公开日2006年8月30日 申请日期2003年12月18日 优先权日2003年10月15日
发明者睦载均, 张世基, 李银浩 申请人:韩国铁道技术研究院