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专利名称：列车车载光电速度传感器掉脉冲故障诊断及速度读数校正方法
技术领域：
本发明涉及列车车辆检测技术领域，尤其涉及一种列车车载光电速度传感器掉脉 冲故障诊断及速度读数校正方法。
背景技术：
列车运行的安全性一直受到广泛的关注。而列车车载速度传感器作为提供速度信 息的设备，其可靠性与列车运行的安全直接相关。在使用过程中，速度传感器难免因为受到 外部环境和列车自身运行的影响而发生性能退化。目前在列车上采用的速度传感器主要是 光电速度传感器(光电码盘)。本发明则涉及一种针对列车车载光电速度传感器掉脉冲故 障诊断及速度读数校正的方法。列车车载光电速度传感器被安装于列车车轮上。当列车运行时，它将列车车轮的 转动速度通过光栅和光电原理转换为电脉冲信号，经计算机处理之后，获得列车运行的速 度信息。但在实际使用过程中由于受到震动冲击和油污堵塞等不利因素的影响，其性能可 能随着使用时间的增长而退化。在相同的运行速度下，单位时间内传感器获得的电脉冲数 可能会减少，因此车载计算机获得的速度值会偏小。若司机根据偏小的速度值对列车运行 进行控制，则可能导致列车超速运行，不利于列车的安全运行。如果能够对列车车载光电速 度传感器的掉脉冲故障进行监测，并利用监测的结果校正测量速度读数，则能够极大地提 高列车运行的安全性。但现在还缺乏有效的手段实现这一目标。

发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种列车车载光电速度传感器掉脉冲 故障诊断及速度读数校正方法。列车车载光电速度传感器掉脉冲故障诊断及速度读数校正方法的步骤如下1)在列车运行过程中，通过列车车载光电速度传感器，测量得到列车的运行速度
Vk ；2)采用霍尔特方法对列车运行速度进行平滑处理；3)根据光电速度传感器的采样周期T和经平滑处理后的列车运行速度;^，根据公 ^Lk=Vk-T，i十算得到各个采样W间段内白勺行走 巨离^，并将各个W间段内白勺行走 巨离相 加，计算列车当前时刻的总行走距离Ζ ；4)当列车经过轨旁应答器时，与轨旁应答器进行通信，获得列车的准确定位信息， 并将由应答器给出的列车当前位置减去初始的定位位置，推算出准确的列车当前时刻的总 行走距离L ；5)根据步骤3)得到的列车当前时刻的总行走距离Ζ，步骤4)推算出准确的列车当前时刻的总行走距离L和光电速度传感器遮光板应有光栅数N，根据公式J = n(\-l/l) 估计得到列车车载光电速度传感器的掉脉冲数^ ；6)根据列车车载光电速度传感器的掉脉冲数J，根据公式Vi =获得校 正后的列车的运行速度Vi。所述的在列车运行过程中，通过列车车载光电速度传感器，测量得到列车的运行 速度的步骤为从初始定位位置开始，列车运行时，在一个长度为T的采样周期内，列车运 行使得车轮转动带动遮光板运动，遮光板上有许多光栅，其转动将间断性阻断从光源到传 感器的光路，从而形成&个光脉冲，光电传感器接收到光脉冲后，将相应的光脉冲转换成m 个电脉冲，其中k= 1,2,3,...为离散时间指标，采用如下公式计算列车的当前运行速度
Vk，h^^^c^d/Ur)，其中，D为列车车轮直径，N为遮光板上应有的光栅数，T为采样周期。所述的采用霍尔特方法对列车运行速度进行平滑处理步骤为对列车运行速度& 进行平滑处理后得到经平滑处理后的列车运行速度h，对于采样得到的第一个列车运行速 度，即k = 1，则灼=V1 ；对于k = 2，则通过公式;；2 =仍，；2 化-灼计算，其中;2为估计的 速度线性增长因子；对于k > 3，则根据以下公式计算经平滑处理后的列车运行速度;^和线
性增长因子….即 Vk = avk+{\ - a){yk-\ + sk-\) ’sk = (\-b)sk-\ + b(vk-vk-\)，式中 a 禾口 b 为霍
尔特方法的系数，取值范围均为(0，1)，取值大小视实际需要而定。本发明根据列车车载光电速度传感器的工作原理及其掉脉冲量与速度及距离之 间的关系设计光电速度传感器的掉脉冲故障监测方法。其基本思想是当列车车载光电速度 传感器存在掉脉冲故障时，测量得到的速度与实际运行的速度存在差异，从而导致根据测 量速度计算得到的行走距离也与实际值有偏差。而轨旁应答器可以给出较为准确的列车定 位信息，通过比较两个距离即可获得光电速度传感器的掉脉冲量。本发明利用现有的轨道设施和列车车载设备，无需过多的额外投资，可以准确有 效地实现对列车车载光电速度传感器的掉脉冲故障的监测和校正速度读数的目的，保证列 车的安全运行。


图1为列车车载光电速度传感器掉脉冲量监测方法的流程图；图2为列车车载光电速度传感器速度读数校正方法的流程图；图3为列车车载光电速度传感器速度读数校正方法的实施结果。
具体实施例方式如附图1、2所示，列车车载光电速度传感器掉脉冲故障诊断及速度读数校正方法 的步骤如下1)在列车运行过程中，通过列车车载光电速度传感器，测量得到列车的运行速度
Vk ；
2)采用霍尔特方法对列车运行速度进行平滑处理；3)根据光电速度传感器的采样周期T和经平滑处理后的列车运行速度“，根据公 ^Lk=Vk-T，i十算得到各个采样W「曰 段内白勺行走 巨离h，并将各个W「曰 段内白勺行走 巨离才目 加，计算列车当前时刻的总行走距离Z ；4)当列车经过轨旁应答器时，与轨旁应答器进行通信，获得列车的准确定位信息， 并将由应答器给出的列车当前位置减去初始的定位位置，推算出准确的列车当前时刻的总 行走距离L ；5)根据步骤3)得到的列车当前时刻的总行走距离Ζ，步骤4)推算出准确的列车 当前时刻的总行走距离L和光电速度传感器遮光板应有光栅数N，根据公式j = _ Ζ/Ζ) 估计得到列车车载光电速度传感器的掉脉冲数^ ；6)根据列车车载光电速度传感器的掉脉冲数j，根据公式=获得校 正后的列车的运行速度^。所述的在列车运行过程中，通过列车车载光电速度传感器，测量得到列车的运行 速度的步骤为从初始定位位置开始，列车运行时，在一个长度为T的采样周期内，列车 运行使得车轮转动带动遮光板运动，遮光板上有许多光栅，其转动将间断性阻断从光源到 传感器的光路，从而形成&个光脉冲，光电传感器接收到光脉冲后，将相应的光脉冲转换 成&个电脉冲，其中k= 1,2,3,...为离散时间指标，采用如下公式计算列车的运行速度
Vk ’ Vk= {nDnk)/{NT)，其中，D为列车车轮直径，N为遮光板上应有的光栅数，T为采样周期。所述的采用霍尔特方法对列车运行速度进行平滑处理步骤为对列车运行速度V)t 进行平滑处理后得到经平滑处理后的列车运行速度h，对于采样得到的第一个列车运行速 度，即k = 1，则；;〗；对于k = 2，则通过公式；；2 ，；2 二；；广仍计算，其中;2为估计的 速度线性增长因子；对于k ^ 3，则根据以下公式计算经平滑处理后的列车运行速度;t和线
性增长因子&，即竹竹+ (1-β)(νλ—丨+ ^-丨),Sk=(\-b)Sk_x + b(yk-vk^)，式中a和b为霍
尔特方法的系数，取值范围均为(0，1)，取值大小视实际需要而定。实施例针对三种不同的列车运行情况，将所述的方法应用于监测列车车载光电速度传感 器。这三种情况分别是情况1，列车以恒定速度200km/h通过该段行车距离；情况2，列车 以为200km/h初始速度，以0. 04m/s2为加速度，通过该段行车距离；情况3，列车以200km/ h的恒定速度通过前500m的行车距离，再以0. 04m/s2的加速度通过余下的路程。在每种情 况下又针对了八种不同的掉脉冲故障，本发明具体步骤如下1.采用光电速度传感器采集列车的速度，在该过程中光电传速度感器采用光栅数 N = 72的遮光板进行脉冲采样，采样周期T = 0. ls，记录下每次采样得到的脉冲数&，禾O用
公式=计算列车的运行速度，其中列车的车轮直径D = O. 89m。
2.对测量得到的列车的运行速度采用霍尔特方法进行平滑处理，根据离散时间指 标的不同，使用不同的公式对列车的运行速度进行处理，对在处理过程中令a = 0. 15，b = 0. 015，得到经平滑处理后的列车运行速度3.根据经平滑处理后的列车运行速度和采样时间计算当前时刻的总行走距离ζ。4.在列车经过轨旁应答器时，获得列车的准确定位位置，并推算得得到准确列车 的总行走距离L = 3000m。5.将由步骤3获得的列车当前时刻的总行走距离工与由步骤4获得的准确列车的 总行走距离L，代入公式i =中，计算得到光电速度传感器的掉脉冲量j，诊断结 果如表1所示表1掉脉冲故障诊断结果表
权利要求
1.一种列车车载光电速度传感器掉脉冲故障诊断及速度读数校正方法，其特征在于它 的步骤如下1)在列车运行过程中，通过列车车载光电速度传感器，测量得到列车的运行速度W；2)采用霍尔特方法对列车运行速度进行平滑处理；3)根据光电速度传感器的采样周期T和经平滑处理后的列车运行速度；^，根据公式 Lk=Vk-T，计算得到各个采样时间段内的行走距离&，并将各个时间段内的行走距离相加， 计算列车当前时刻的总行走距离Z ；4)当列车经过轨旁应答器时，与轨旁应答器进行通信，获得列车的准确定位信息，并将 由应答器给出的列车当前位置减去初始的定位位置，推算出准确的列车当前时刻的总行走 距离L ；5)根据步骤3)得到的列车当前时刻的总行走距离Z，步骤4)推算出准确的列车当前 时刻的总行走距离L和光电速度传感器遮光板应有光栅数N，根据公式J = jva — z/i)估计 得到列车车载光电速度传感器的掉脉冲数J ；6)根据列车车载光电速度传感器的掉脉冲数J，根据公式Vi=获得校正后的列车的运行速度VA。
2.根据权利要求1所述的一种列车车载光电速度传感器掉脉冲故障诊断及速度校正 方法，其特征在于所述的在列车运行过程中，通过列车车载光电速度传感器，测量得到列车 的运行速度的步骤为从初始定位位置开始，列车运行时，在一个长度为T的采样周期内， 列车运行使得车轮转动带动遮光板运动，遮光板上有许多光栅，其转动将间断性阻断从光 源到传感器的光路，从而形成&个光脉冲，光电传感器接收到光脉冲后，将相应的光脉冲转 换成&个电脉冲，其中k = 1，2，3，...为离散时间指标，采用如下公式计算列车的运行速度Vk α =^0拟)/(^0，其中，D为列车车轮直径，N为遮光板上应有的光栅数，T为采样周期。
3.根据权利要求1所述的一种列车车载光电速度传感器掉脉冲故障诊断及速度校正 方法，其特征在于所述的采用霍尔特方法对列车运行速度进行平滑处理步骤为对列车运 行速度Vit进行平滑处理后得到经平滑处理后的列车运行速度”，对于采样得到的第一个列 车运行速度，即k = 1，则;;丨=;对于k = 2，则通过公式;；2 =；2, ；2=巧―；计算;；2，其中 &为估计的速度线性增长因子；对于k > 3，则根据以下公式计算经平滑处理后的列车运行速度“和线性增长因子&，即w 二 Ω灼 + (1 — + n)，^ =(1- )n + b(yk-V^1)，式中a和b为霍尔特方法的系数，取值范围均为(0，1)，取值大小视实际需要而定。
全文摘要
本发明公开了一种列车车载光电速度传感器掉脉冲故障诊断及速度读数校正方法。首先，通过光电速度传感器测量得到列车的运行速度。接着，利用霍尔特方法对列车的运行速度进行平滑处理。当列车通过轨旁应答器时，获得列车的定位，并由此推算出列车的行走距离。通过比较由应答器给推算出的行走距离和由光电速度传感器测速计算得到的行走距离，估计出列车车载光电测速传感器的掉脉冲量并进行校正。本发明利用现有的轨道设施和列车车载设备，无需过多的额外投资，可以准确有效地实现对列车车载光电速度传感器的掉脉冲故障的监测和校正速度读数的目的，保证列车的安全运行。
文档编号G01P21/02GK102004169SQ20101028169
公开日2011年4月6日 申请日期2010年9月10日 优先权日2010年9月10日
发明者孙优贤, 徐正国, 王文海 申请人:浙江大学