专利名称：一种基于轨道特征的车速测量装置的制作方法
技术领域：
本发明属于测试与控制技术领域，涉及一种基于轨道特征的车速测量装置。
背景技术：
目前关于列车运行速度的测量装置中大多采用测速齿轮法进行测量或通过测速 雷达进行测量。其中测速齿轮测速方法是通过测量车轴的转速，从而换算得到列车的平动 速度，该方法当列车牵引发生空转或者列车制动发生滑行时，测速齿轮法测量的列车运行 速度不能真实反映列车的实际运行速度。测速雷达虽然直接测量的是列车运行速度，但误 差较大，不同速度区间对应的测量误差不一样，有一定的应用局限。
一种基于轨道特征的车速测量装置，通过非接触式测量探头，基于轨道特征可准 确、实时的反映列车的运动速度，一方面测量精度不受车轮空转、滑行影响，另一方面测量 误差不受运行速度大小影响。大大提高了列车运行速度测量的真实性。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种基于轨道特征的车速测量装置利用非接触式测 量探头测量列车运行过程中列车运行速度，通过非接触测量探头及时并准确地测量出列车 在不同运行速度、不同载荷、不同牵引工况与制动工况下的的运行里程。
本发明的目的还在于提供一种基于轨道特征的车速测量装置利用非接触式测量 探头测量列车运行过程中列车运行速度，通过数据采集与处理装置，根据需要计算列车运 行瞬时速度，加减速度等参数。
为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是
一种基于轨道特征的车速测量装置，其包括
测量装置，感应轨道特征的变化，采集信号；
测量装置调整单元，调整测量装置位置，确保测量装置处于有效测量范围之内；
数据采集与处理单元，接收测量装置采集的信号，经信号处理，实时计算列车运行 参数。
所述测量装置调整单元包括横向导轨、纵向导轨和滑块，横向导轨和纵向导轨分 别在横向上和纵向上穿过滑块，且可在滑块内移动，纵向导轨的下端部固定测量装置。
所述测量装置调整单元还包括测量装置安装板，测量装置通过测量装置安装板安 装于纵向导轨的下端部。
所述测量装置安装板设有多个U型槽以调节测量装置的安装位置。
所述横向导轨的两侧开有U型孔，通过U型孔可以调整横向导轨的水平度。
所述测量装置采用非接触测量探头。
所述非接触测量探头包括红外测量装置、激光测量装置和图像测量装置。
所述数据采集与处理单元包括嵌入式系统、图像采集模块、计数器、信号处理、显 示与输出、电源�？楹屯ㄑ督涌冢度胧较低匙魑鱿低晨刂浦醒耄迪质莶杉⒋�、存贮、显示、通讯功能；图像采集模块、计数器对测量装置进行实时采集；信号处理完成对 采集信号的滤波、放大；通讯接口将采集或存贮的数据发送到外部设备；显示与输出则根 据需要显示或输出列车运行的位移、速度、加减速度参数。
本发明的优点如下1、直接测量列车的运行速度，不需要通过车轮转动速度转换 成列车运行速度；2、列车在牵引时车轮出现空转或者列车在制动过程中出现轮对出现滑行 等情况时，同样可以及时准确地测量得到列车的运行速度。3、装置设计简单、紧凑，维护方 便，作为一个独立的装置可以方便地安装到列车上，同时在材料的选择上可以选择轻便中 空的标准型材，在上面开有圆孔，不仅可以极大的减轻重量，同时也方便施工。4、在测量过 程中由于测量目标枕木或枕木扣件相对固定，不受自然条件的影响，因此可以保证测量的 稳定性。
图1车速测量装置结构示意图。
图2数据采集与处理单元示意图。
图3车速测量装置装车示意图。
图4枕木扣件、枕木和钢轨关系示意图。
图1、图3、图4中，横向导轨1、横向锁紧机构2、纵向导轨3、纵向锁紧机构4、滑块 5、非接触测量探头6、非接触测量探头安装板7、钢轨8、枕木扣件9、枕木10、枕木11、固定 螺栓12、转向架构架13、安装螺栓14。
具体实施例方式
以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。
本发明基于轨道特征的车速测量装置总体结构如图1、图3所示。本发明装置由测 量装置、测量装置调整单元、数据采集与处理单元组成。
其中测量装置安装于测量装置调整单元上，测量装置采用非接触测量探头6，测 量装置调整单元由横向导轨1、横向锁紧机构2、纵向导轨3、纵向锁紧机构4、滑块5、非接触 测量探头安装板7组成。横向导轨1通过两端的固定螺栓12固定在转向架的构架13上。 横向导轨1的两侧开有U型孔，通过U型孔可以调整横向导轨1的水平度。滑块5可以在横 向导轨1上移动，以调整非接触测量探头6的横向位置，当横向位置调整好后，通过横向锁 紧机构2将滑块5的横向位移进行锁紧。纵向导轨3可以在滑块5内上下移动，以调整非 接触测量探头6与轨道之间的距离，调整非接触测量探头6的测量基准，当纵向位置调整好 后，通过纵向锁紧机构4锁止非接触测量探头6的纵向位置。非接触测量探头安装板7通 过固接在纵向导轨3的下端部。非接触测量探头安装板7上开有多个U型槽。非接触测量 探头6通过安装螺栓与非接触测量探头安装板7连接，非接触测量探头6上的安装螺栓14 可通过非接触测量探头安装板7上的U型槽进行安装位置的微调。最终保证非接触测量探 头6的安装位置，以确保非接触测量探头6处于有效测量范围内。该探头建议采用成熟的 探头，如德国生产的CANKEY系列产品，红外式传感器PT50IH，激光式传感器PH80A-500，图 像式传感器PHA450B。
图2所示为数据采集与处理单元。数据采集与处理单元由嵌入式系统、图像采集�？�、计数器、信号处理、显示与输出、电源�？�、通讯接口等组成。其中嵌入式系统作为整 个系统控制中央，实现数据采集、处理、存贮、显示、通讯等功能。图像采集�？槎酝枷穹墙� 触测量探头的信号进行实时采集。计数器对红外/激光非接触测量探头的信号进行实时采 集。信号处理完成对采集信号的滤波、放大。通讯接口可以将采集或存贮的数据发送到外 部设备。显示与输出则根据需要显示或输出列车运行的位移、速度、加减速度等参数。
本发明的技术方案中非接触测量探头6在列车运行过程中通过红外、激光或图像 等非接触方式感应轨道特征的变化
探头输出的信号传输至本发明所述的数据采集与处理单元，由数据采集与处理单 元对探头传输的信号进行处理。处理的参数包括开关量信号(如0或18V)，模拟量变化 信号(如0-18V)。
所述轨道特征包括枕木顶面与枕木两侧地面的高低差特征、扣板顶面与枕木顶 面的高低差特征、非接触测量探头获取的轨道图像特征等。数据采集与处理装置将非接触 测量探头获取的信号，转换成电信号，再经过滤波、放大等操作，实时计算、显示、并存贮到 嵌入式系统中。
本发明的工作原理通过非接触式测量探头6测量一定时间内列车运行轨道8上 的枕木10，或者扣件9的数量。列车车体在行进过程中，由于非接触测量探头6固定在列车 的转向架构架上，非接触测量探头6会随着列车的运行而一起行进。在行进过程中，不管列 车在牵引时是否出现空转，还是列车在制动过程中轮对出现滑行等情况，非接触测量探头6 都能测量出从起始到结束过程中列车一共路过的枕木或扣板数量。由于在固定铁路运行轨 道上，枕木10与枕木11之间的间距为固定值，从而可以计算出在一定的运行时间内列车运 行里程，即运行里程=枕木间距X (枕木数量-1)；或者运行里程=扣板间距X (扣板数 量-1)
再通过位移时间公式列车运行速度=运行里程/运行时间。计算出列车的瞬时 运行速度。
如非接触测量探头6采用红外或激光测量方式时。非接触测量探头6的工作原理 为当非接触测量探头6通过测量装置调整单元固定好，使非接触测量探头6的信号发出端 对准枕木扣件9或枕木10，并设定好非接触测量探头6的测量基准线，从而可以发出信号源 测量枕木扣件9或枕木10的数量。当列车在运行时，每路过一个枕木扣件9或枕木10，根 据其与测量基准线的高度变化，传感器将采集到一个信号变化，以次类推，非接触测量探头 6就会随着列车的运行采集到一组信号，通过信号的滤波、放大等处理计算出列车的运行参 数。
如非接触测量探头6采用图像测量方式时。非接触测量探头6的工作原理为当 非接触测量探头6通过测量装置调整单元固定好，使非接触测量探头的信号发出端对准枕 木扣件9或枕木10，并设定好非接触测量探头的测量基准面，从而可以根据枕木扣件9或枕 木10图像信号特征的变化测量枕木扣件9或枕木10的数量。当列车在运行时，非接触测 量探头6每路过一个枕木扣件9或枕木10，就计数一次，以次类推，非接触测量探头6就会 随着列车的运行采集到一组信号，通过信号的滤波、放大等处理计算出列车的运行参数。
上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。 熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一股原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本 领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范 围之内。
权利要求
1.一种基于轨道特征的车速测量装置，其特征在于其包括测量装置，感应轨道特征的变化，采集信号；测量装置调整单元，调整测量装置位置，确保测量装置处于有效测量范围之内；数据采集与处理单元，接收测量装置采集的信号，经信号处理，实时计算列车运行参数。
2.如权利要求1所述的基于轨道特征的车速测量装置，其特征在于所述测量装置调 整单元包括横向导轨、纵向导轨和滑块，横向导轨和纵向导轨分别在横向上和纵向上穿过 滑块，且可在滑块内移动，纵向导轨的下端部固定测量装置。
3.如权利要求2所述的基于轨道特征的车速测量装置，其特征在于所述测量装置调 整单元还包括测量装置安装板，测量装置通过测量装置安装板安装于纵向导轨的下端部。
4.如权利要求3所述的基于轨道特征的车速测量装置，其特征在于所述测量装置安 装板设有多个U型槽以调节测量装置的安装位置。
5.如权利要求2所述的基于轨道特征的车速测量装置，其特征在于所述横向导轨的 两侧开有U型孔，通过U型孔调整横向导轨的水平度。
6.如权利要求1所述的基于轨道特征的车速测量装置，其特征在于所述数据采集与 处理单元包括嵌入式系统、图像采集�？�、计数器、信号处理、显示与输出、电源模块和通讯 接口，嵌入式系统作为整个系统控制中央，实现数据采集、处理、存贮、显示、通讯功能；图像 采集�？�、计数器对测量装置进行实时采集；信号处理完成对采集信号的滤波、放大；通讯 接口将采集或存贮的数据发送到外部设备；显示与输出则根据需要显示或输出列车运行的 位移、速度、加减速度参数。
7.如权利要求1-6任一项所述的基于轨道特征的车速测量装置，其特征在于所述测 量装置采用非接触测量探头。
8.如权利要求7所述的基于轨道特征的车速测量装置，其特征在于所述非接触测量 探头包括红外测量装置、激光测量装置和图像测量装置。
全文摘要
本发明一种基于轨道特征的车速测量装置，其包括测量装置，感应轨道特征的变化，采集信号；测量装置调整单元，调整测量装置位置，确保测量装置处于有效测量范围之内；数据采集与处理单元，接收测量装置采集的信号，经信号处理，实时计算列车运行参数。本发明的装置基于非接触式测量探头，通过对轨道枕木、扣件等外形或图像特征的实时采集与处理，得到列车运行距离、运动速度、加减速度等参数，并进行存贮、通讯与显示。
文档编号G01P3/68GK102033138SQ20101051019
公开日2011年4月27日 申请日期2010年10月18日 优先权日2010年10月18日
发明者左建勇, 王勇 申请人:同济大学
专业数控铣床产品供应商
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