一种轨道交通车辆轮对在线动态监测系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种轨道交通车辆轮对在线动态监测系统，通过环形电缆传感器检测车辆的进入，通过同步开关检测轮对进入数据采集区，同步开关产生同步信号并传给激光传感器使得激光传感器同时采集车轮的数据，采集到的数据传输到控制柜中的RAM中，同时CPU也对采集时间进行采集，然后工控机将数据提取出整理计算并与标准限值进行比对从而发现尺寸超限的轮对和带伤轮对，并将这些数据发送给铁路局。
【专利说明】
一种轨道交通车辆轮对在线动态监测系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及轨道列车检测技术领域，具体涉及一种轨道交通车辆轮对在线动态监测系统。
【背景技术】
[0002]随着我国既有旅客列车的全面提速和高速动车组的大量投入使用，轮对作为车辆走行部中极为重要的部件;它不仅承受着车体的全部重量，而且还要传递车轮与钢轨间的作用力；轮对需要承受较大的静载荷和动载荷、组装应力、闸瓦、闸片制动时产生的热应力以及通过曲线时的离心力等;因此轮对是否能保持良好的技术状态，关系到行车绝对安全。
[0003]而随着铁路系统的信息化升级，铁路系统各单位对车辆运行状态的实时监测要求越来越高;轮对承担着车辆的全部重量，车辆在钢轨上高速运行时轮对承受着车体与钢轨两方面传递来的各种静、动作用力，受理复杂，运行环境恶劣;轮对在运行过程中可能尺寸超限，磨耗过大、踏面擦伤剥离等故障，如不及时发现将严重影响列车行驶安全。
[0004]而如今检测轮对参数一般采用两种方式:一种是手工测量，测试过程劳动强度大，而且准确性低;另一种是采用三坐标机，该方法虽然测试精度高，但是由于采用的是接触测量方式，对于轮对这样的大型部件所消耗的测试时间较长，只能在维修厂内静态测量;而如今的在线检测轮对技术采用基于CCD图像测量技术进行测量，但是这种方法的系统结构布置过于复杂，并且受环境影响非常大，测量精度也不高。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的是提供一种应用于车辆运行的争先上，可实现高速、自动、无接触、精确监测车辆轮对状态，并将数据上报给就近检修站和铁路局，为车辆的安全保驾护航的轨道交通车辆轮对在线动态监测系统。
[0006]本实用新型通过以下技术方案实现:一种轨道交通车辆轮对在线动态监测系统，包括轨边设备与机房设备，所述轨边设备包括铁轨，竖直设置于铁轨两边的立柱，用来承载两根与铁轨平行的纵梁、主梁和从铁轨下方穿过安装在纵梁上并与铁轨保持垂直的两根辅梁、若干激光传感器、若干同步开关、射频标签信息接收器、环形电缆传感器、集线盒、线缆，所述机房设备包括电源、UPS、工控机、控制柜、散热装置、车号识别主机、环形传感器驱动器，所述激光传感器设置于主梁上并分布在左右两根铁轨的两侧，用于激光测量;所述同步开关通过支架设置于辅梁上，两侧铁轨分别设置两个同步开关，用于测量同步和测速;所述辅梁一侧4至6米处设置射频标签信息接收器，用于把过往车辆的射频标签信息发送给车号识别主机，所述辅梁两侧至米处分别设置有环形电缆传感器，用于检测车辆驶入或驶出和判断车辆行驶方向；所述激光传感器、同步开关、射频标签信息接收器和环形电缆传感器通过输线缆集中到集线盒，集线盒再通过线缆与机房设备内的车号识别主机、控制柜和环形传感器驱动器连接;所述控制柜与工控机连接，所述工控机与UPS连接，所述电源连接控制柜、工控机、UPS和轨边设备，所述电源通过供电电缆和线缆对控制柜、工控机、UPS和轨边设备供电；所述控制柜包括若干同步开关驱动器、若干激光传感器驱动器、ADC模块、CPU模块、FPGA模块和RAM，所述ADC模块分别连接同步开关驱动器和激光传感器驱动器，所述FPGA模块分别连接ADC模块、CPU模块和RAM，所述CPU模块连接RAM;所述CPU模块还连接所述环形传感器驱动器、工控机和车号识别主机;所述控制柜设置有散热装置，所述工控机连接有显示器;所述机房设备还包括DC/DC模块、AC/DC模块、逆变器、储能电池、太阳能板和风能发电机，所述DC/DC模块连接太阳能板，所述AC/DC模块连接风能发电机，电源连接逆变器，所述逆变器连接储能电池，所述储能电池连接DC/DC模块和AC/DC模块，所述电源通过DC/DC模块和AC/DC模块将太阳能板和风能发电机发出的电能转换存储到储能电池中，再通过逆变器将储能电池中的电能逆变供电；所述机房设备还包括光缆，所述工控机连接光缆并通过光缆发送数据给铁路系统的站点，所述激光传感器为高速PSD激光传感器。
[0007]本实用新型的通过环形电缆传感器检测车辆的进入，通过同步开关检测轮对进入数据采集区，同步开关产生同步信号并传给激光传感器使得激光传感器同时采集车轮的数据，采集到的数据传输到控制柜中的RAM中，同时CPU也对采集时间进行采集，然后工控机将数据提取出整理计算并与标准限值进行比对从而发现尺寸超限的轮对和带伤轮对，并将这些数据发送给铁路局。
[0008]本实用新型的有益之处在于:I)采用高速PSD激光传感器，响应速度快，测量精度高；2)在恶劣环境上实现非接触测量，实现车辆高速状态下的在线测量;3)采用4个同步传感器，保证数据精确采集的同时也可计算得到精确车速;4)能保证动态精确测量轮对全尺寸;5)采用滤波和修正算法，保证车辆高速通过时能够准确得到车辆轮对信息。
【附图说明】
[0009]图1为本实用新型的结构示意图。
[0010]图2为本实用新型的工作流程图。
[0011]图3为本实用新型的系统原理图。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图与【具体实施方式】，对本实用新型作进一步描述。
[0013]见图1至图3，一种轨道交通车辆轮对在线动态监测系统，包括轨边设备与机房设备，所述轨边设备包括铁轨1，竖直设置于铁轨I两边的立柱2，用来承载两根与铁轨I平行的纵梁3、主梁4和从铁轨I下方穿过安装在纵梁3上并与铁轨I保持垂直的两根辅梁5、若干激光传感器6、若干同步开关7、射频标签信息接收器8、环形电缆传感器9、集线盒10、线缆11，所述机房设备包括电源、UPS、工控机、控制柜、散热装置、车号识别主机、环形传感器驱动器，所述激光传感器6设置于主梁4上并分布在左右两根铁轨I的两侧，用于激光测量;所述同步开关7通过支架设置于辅梁5上，两侧铁轨I分别设置两个同步开关7，用于测量同步和测速;所述辅梁5—侧4至6米处设置射频标签信息接收器8，用于把过往车辆的射频标签信息发送给车号识别主机，所述辅梁5两侧25至35米处分别设置有环形电缆传感器9，用于检测车辆驶入或驶出和判断车辆行驶方向；所述激光传感器6、同步开关7、射频标签信息接收器8和环形电缆传感器9通过输线缆集中到集线盒10，集线盒10再通过线缆11与机房设备内的车号识别主机、控制柜和环形传感器驱动器连接;所述控制柜与工控机连接，所述工控机与UPS连接，所述电源连接控制柜、工控机、UPS和轨边设备，所述电源通过供电电缆和线缆11对控制柜、工控机、UPS和轨边设备供电;所述控制柜包括若干同步开关驱动器、若干激光传感器驱动器、ADC模块、CPU模块、FPGA模块和RAM，所述ADC模块分别连接同步开关驱动器和激光传感器驱动器，所述FPGA模块分别连接ADC模块、CPU模块和RAM，所述(PU模块连接RAM;所述CPU模块还连接所述环形传感器驱动器、工控机和车号识别主机;所述控制柜设置有散热装置，所述工控机连接有显示器;所述机房设备还包括DC/DC模块、AC/DC模块、逆变器、储能电池、太阳能板和风能发电机，所述DC/DC模块连接太阳能板，所述AC/DC模块连接风能发电机，电源连接逆变器，所述逆变器连接储能电池，所述储能电池连接DC/DC模块和AC/DC模块，所述电源通过DC/DC模块和AC/DC模块将太阳能板和风能发电机发出的电能转换存储到储能电池中，再通过逆变器将储能电池中的电能逆变供电；所述机房设备还包括光缆12，所述工控机连接光缆12并通过光缆12发送数据给铁路系统的站点；所述激光传感器6为高速PSD激光传感器。
[0014]本实施方式中，见图1，四个PSD激光传感器6安装在主梁上，分布在左右两根铁轨I的两侧，测量时激光从铁轨I上方斜射出，分别照射到轮对的两面，形成激光三角测量；四个同步开关7通过支架安装到辅梁5上，左侧铁轨I和右侧铁轨分I别安装两个同步开关7，用于测量同步和测速;距离梁架5米左右的地方安放一个射频标签信息接收器8，用于把过往车辆的射频标签信息接收传递给机房内的车号识别主机;距离梁架两边约30米处分别埋有两条环形电缆传感器9，用于检测车辆骋入/骋处测试区域和判断车辆行驶方向；集线盒9将激光传感器6、同步开关7、射频标签信息接收器8以及环形电缆传感器9的信息通传输线缆进行集中，然后通过线缆11统一传输给机房内的设备，同时机房内的设备也通过线缆11为轨边设备提供特定的各种电源。
[0015]本实施方式中，所述射频标签信息接收器8为RF射频接收器。
[0016]本实施方式中，机房内布置有机柜及其他辅助设备;机柜内放置有电源、UPS.工控机、控制柜、散热装置；电源模块将供电线缆给进来的交流220V电源转换成交流220V、交流80V、交流40V、直流± 15V等不同规格的电源提供给UPS、工控机、控制柜以及轨边设备;UPS为异常停电时为系统提供应急用电，防止数据丢失;控制柜为本系统的关键设备之一，负责接收和采集轨边设备传送过来的数字和模拟信息并进行处理，待列车车辆完全通过后再将所有数据发送给工控机，工控机进行数据分析和存储，并将数据通过光缆12发送给铁路系统相关站点。
[0017]本实施方式中，为了增加系统可靠性和供电困难的偏远地方使用，本系统增加了一套风光互补微发电厂，风能发电机发出的交流电能经过AC/DC模块进行转换，太阳能板发出的直流电能经过DC/DC模块进行转换，然后全部存储到储能电池中，在停电时逆变器可将储能电池中的电能逆变成交流220V供给系统使用。
[0018]本实施方式中，见图2至图3，环形电缆传感器一直处于工作状态，当火车头驰入环形电缆传感器9的区域一半以上时，环形电缆传感器驱动器将产生一个触发信号给CPU模块，CPU模块通知其他模块(激光传感器及其驱动器、同步开关及其驱动器、车号识别主机等)进入测试状态;轮对接近同步开关7时，同步开关传感器驱动器产生一个开始采集同步信号，该信号同时传递给ADC转换器、FPGA模块、CPU模块以及同一侧的激光传感器6及其驱动器，这些收到同步信号的模块将同时开始分工协作进行数据采集工作:激光传感器6及其驱动器将轮对的坐标信息转换成模拟电流信号传递给ADC采集模块;ADC模块在FPGA模块的控制协调下将电流信号转换为电压信号并进行模拟-数字高速转换，FPGA模块将ADC模块转换出来的数据实时高速读取出来并存储到内部存储器RAM中；CPU模块在收到同步信号后立即启动计时定时器，记录数据采集时间；当轮对接近同侧的另外一个同步开关7时，同侧的同步开关驱动器将再产生一个结束采集同步信号，这个信号也同时发送给ADC模块、FPGA模块、CPU模块以及同一侧的激光传感器6及其驱动器，这些收到同步信号的模块将同时结束数据采集工作，同时CPU模块也停止采集时间的定时器，并将采集时间存储到RAM，一个车轮的原始数据采集工作结束。
[0019]本实施方式中，为了保证数据采集时间的准确性，左右铁轨I分别都放安放有两个同步开关7各自负责一侧的车轮进出采集区域的判断，防止因为左右车轮速度不一致和位置不平衡而带来采集误差；左右铁轨I的内外侧都分别放置了一个激光传感器6，用于同时采集车轮的内外坐标和距离数据。
[0020]本实施方式中，每测完一个车轮时会把该车轮的所有数据作为一组数据存放到RAM的特定区域中；当车辆离开环形传感器9时，测试结束，CPU模块通知激光传感器6、同步开关7等模块进入待机状态，然后将所有车辆的测试数据取出，通过总线传输给工控机，工控机将这些数据进行整理、干扰滤波、误差修正、坐标变换、时空变换等处理，绘制出轮对径向截面图形，并提取出车轮轮缘厚度、轮缘高度、踏面圆周磨耗、轮辋厚度、轮辋宽度、轮对内侧距、轮缘垂直磨耗、车轮直径等参数，与预设的限制进行比较，查找出尺寸超限或带伤的轮对，并将这些数据信息编码成铁路5T系统兼容的格式通过铁路系统专用网络发送给5T系统服务器;工控机还与互联网连接，可以方便轮对设备提供商内部技术人员实时远程监控和操作设备；同时这些测试原始数据和处理后的信息都将保存在工控机自带的数据库中已备查询。
[0021]本实施方式中，由于激光传感器6的左右都安放了环形电缆传感器9和同步开关7，因此很容易判断车辆的行驶方向和计算车速。车辆在经过射频标签信息接收器8时，车号识别主机将读取到的车辆射频标签信息进行收集并传输给CPU模块统一存放。
[0022]本实用新型的保护范围包括但不限于以上实施方式，本实用新型的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种轨道交通车辆轮对在线动态监测系统，包括轨边设备与机房设备，所述轨边设备包括铁轨(1)，竖直设置于铁轨(I)两边的立柱(2)，用来承载两根与铁轨(I)平行的纵梁(3)、主梁(4)和从铁轨(I)下方穿过安装在纵梁(3)上并与铁轨(I)保持垂直的两根辅梁(5)，其特征在于:还包括若干激光传感器(6)、若干同步开关(7)、射频标签信息接收器(8)、环形电缆传感器(9)、集线盒(10)、线缆(11)，所述机房设备包括电源、UPS、工控机、控制柜、散热装置、车号识别主机、环形传感器驱动器，所述激光传感器(6)设置于主梁(4)上并分布在左右两根铁轨(I)的两侧，用于激光测量;所述同步开关(7)通过支架设置于辅梁(5)上，两侧铁轨(I)分别设置两个同步开关(7)，用于测量同步和测速;所述辅梁(5)—侧4至6米处设置射频标签信息接收器(8)，用于把过往车辆的射频标签信息发送给车号识别主机，所述辅梁(5)两侧25至35米处分别设置有环形电缆传感器(9)，用于检测车辆驶入或驶出和判断车辆行驶方向；所述激光传感器(6)、同步开关(7)、射频标签信息接收器(8)和环形电缆传感器(9)通过输线缆集中到集线盒(10)，集线盒(10)再通过线缆(11)与机房设备内的车号识别主机、控制柜和环形传感器驱动器连接;所述控制柜与工控机连接，所述工控机与UPS连接，所述电源连接控制柜、工控机、UPS和轨边设备，所述电源通过供电电缆和线缆(11)对控制柜、工控机、UPS和轨边设备供电。2.根据权利要求1所述的一种轨道交通车辆轮对在线动态监测系统，其特征在于:所述控制柜包括若干同步开关驱动器、若干激光传感器驱动器、ADC模块、CPU模块、FPGA模块和RAM，所述ADC模块分别连接同步开关驱动器和激光传感器驱动器，所述FPGA模块分别连接ADC模块、(PU模块和RAM，所述CPU模块连接RAM;所述(PU模块还连接所述环形传感器驱动器、工控机和车号识别主机。3.根据权利要求1所述的一种轨道交通车辆轮对在线动态监测系统，其特征在于:所述控制柜设置有散热装置，所述工控机连接有显示器。4.根据权利要求1所述的一种轨道交通车辆轮对在线动态监测系统，其特征在于:所述机房设备还包括DC/DC模块、AC/DC模块、逆变器、储能电池、太阳能板和风能发电机，所述DC/DC模块连接太阳能板，所述AC/DC模块连接风能发电机，电源连接逆变器，所述逆变器连接储能电池，所述储能电池连接DC/DC模块和AC/DC模块，所述电源通过DC/DC模块和AC/DC模块将太阳能板和风能发电机发出的电能转换存储到储能电池中，再通过逆变器将储能电池中的电能逆变供电。5.根据权利要求1所述的一种轨道交通车辆轮对在线动态监测系统，其特征在于:所述机房设备还包括光缆(12)，所述工控机连接光缆(12)并通过光缆(12)发送数据给铁路系统的站点。6.根据权利要求1所述的一种轨道交通车辆轮对在线动态监测系统，其特征在于:所述激光传感器(6)为高速PSD激光传感器。
【文档编号】G01B11/00GK205426068SQ201620154872
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月1日
【发明人】姜代平, 李学明, 严彬, 杨文博, 傅冠生, 陈向民
【申请人】宁波市江北九方和荣电气有限公司