专利名称：列车脱轨报警系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及列车故障诊断技术，具体地说是一种列车脱轨报警系统。
背景技术：
列车脱轨后继续运行，不仅会导致轨道和列车的毁坏，而且会造成大量的人员伤亡。为了避免这类事故发生，就需要在列车上构建一个监测系统，以便在列车脱轨后，能及时向司机报警，从而采取相应的措施。
针对货运列车的脱轨事故，瑞士的Oer-Likon-Knorr车辆技术公司开发了ETD 100型脱轨探测器。该探测器为纯气动系统，安装在车辆的紧急制动阀上，与制动管直接连接，当测定车底架的振动超限时，可立即触发紧急制动，从而防止发生脱轨。
由于火车车辆上没有电源，当前货运列车上的脱轨探测器(包括FTD 100型脱轨探测器)都为机械系统。它们在使用过程中存在以下几个主要问题1、准确度差，容易发生错误报警；2、该型脱轨探测器需要安装于车辆上，且每个车辆上需要安装两个探测器，因此，安装成本相当高。3、每列货车所负载的车辆少则几十节，多则上百节，若每个车辆中都安装传感器，维护相当困难。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种构建在机车上，能够减少传感器使用数量，节约投资成本，迅速检测脱轨信号，实现准确报警且可把脱轨信息发送给异地的监测中心，实现集中管理的列车脱轨报警系统。
实现上述发明目的的技术方案是该列车脱轨报警系统包括一个由通用的CPU单元、存储器、模数转换模块和USB接口组成的信号处理模块，还包括一个安装于机车钩尾筐上的应变传感器，该应变传感器和机车速度传感器的信号输出端与该信号处理模块的信号输入端连接；一个将信号处理模块输出的列车脱轨信息发送给异地监测中心的GPRS通讯模块；一个为信号处理模块提供列车位置信息的GPS模块；一个与信号处理模块输出端连接的声光报警器。
本发明提供的列车脱轨报警系统从功能上可以分为信号测量、脱轨判断、脱轨报警和数据传输四部分。
列车脱轨后，脱轨的轮对从钢轨上滑到轨枕和道床上运行，由于轨枕和道床的摩擦系数远大于钢轨，运行阻力会突然增大；另一方面，对于一般货车来说，运行速度大多在60km/h到100km/h之间，在脱轨的起始阶段，脱轨的轮对在轨枕上运行，轨枕的间距一般为0.5到0.6米，所以，脱轨的轮对和轨枕之间的撞击将产生一个能量很大的基频为儿十赫兹的机械振动信号。以上两种信号是列车脱轨报警系统的特征信号，只有实时监测这两种信号或其中的一个，才能及时发现车辆的脱轨。
列车脱轨后，不管是运行阻力的变化，还是轮对和轨枕之间的撞击所产生的中频振动，它们都以力的形式在列车的纵向传递，任何一节车厢发生脱轨后所产生的动力学变化最终都能反映到机车的牵引机构上。因此，机车牵引机构上的应力不仅包含运行阻力变化的信息，还包含振动的信息，它是一个理想的测量信号。另外，列车运行的速度是机车牵引力的积分，他在一定程度上也能反映列车运行阻力的变化，列车的运行速度也是也个理想的测量信号。
列车在正常运行时，系统中存在负载变化、起动加速、停车减速、上坡加速、下坡减速、转弯减速、正常运行等各种过程。在这些过程中，列车纵向的应力发生相应的变化，这些变化都具有其自身的特点，他们都反映了列车正常运行的工况。在列车脱轨后，运行阻力突变、轮对和轨枕之间的碰撞都会使列车纵向的应力发生相应的变化，这种变化必然具有其自身独特的规律，这些规律反映了列车脱轨的工况。另外，在列车运行过程中，还有许多其它因素影响纵向应力的变化，如钢轨的不平顺，风力以及各种随机因素。所有这些因素所引起的应力变化相互作用，共同形成测量信号。为了从测量信号中提取出列车脱轨信息，就需要对测量信号进行低通滤波、带通滤波、高通滤波和功率谱分析等一系列的信号处理。在系统判断出列车发生脱轨后，一方面通过声光报警器向司机发出警报；另一方面，通过GPRS模块把脱轨信息发送给异地的监测中心。
本发明列车脱轨报警系统符合相关的国家和行业的技术标准和条件，安全可靠、安装简便。同时，该系统不对正常行车造成任何影响和干扰。
图1为本发明的整体结构及工作原理示意图。
图2为本发明的应力传感器结构示意图。
图3为本发明的应力传感器安装示意图。
具体实施例方式以下结合附图及实施例详述本发明。
如图1所示，本实施例给出的该列车脱轨报警系统其硬件设备由信号处理模块1、应力传感器2、速度传感器3、GPS模块4、GPRS通讯模块5、声光报警器6以及为系统供电的电源组成。
如图2、图3所示，本实施例给出的应力传感器2由前端安装支座8、应力传送杆9、测量元件10、信号传送线11和后端安装支座12组成，该前端安装支座8和后端安装支座12通过焊接方式固定于列车钩尾筐7的两端。
由于机车钩尾筐7的几何形状比较规则，在机车运行过程中，车钩直接把牵引力传递给钩尾筐7，它的受力比较均匀，所以，本实施例中的应力传感器2安装于钩尾筐。机车的应力变化通过一定的方式反映在应力传送杆9上，然后测量元件10拾取这些应力变化量并转换成相应的电信号，再发送给信号处理模块1。考虑到应力传感器2在工作过程中经常会受到机械冲击，在材料的选型过程中充分参考了铁路标准TB/T 3058-2002。
目前，货运列车基本上都已经安装了速度传感器3，所以本实施例所需要的列车运行速度信号可以从该速度传感器3中直接得到，无需另外安装速度传感器。
本实施例中的该信号处理模块1由通用的CPU单元、存储器、模数转换模块和USB接口组成，信号分析和脱轨判断算法以程序的形式存放于信号处理模块1的存储器中。该程序可以对应力传感器2的测量信号进行低通滤波、带通滤波、高通滤波和功率谱分析等一系列的信号处理，然后通过一定的规则对列车运行状态作出判断，最终形成报警信号。
由于信号处理模块1长期工作在强电磁干扰的环境中，为了增加系统的可靠性，本发明在硬件的选型过程中，参考了TB/T1333.1-2002、TB/T1333.2-2002、TB/T3073-2003、TB/T3074-2003、TB/T1455-1997和TB/T3076-2003等有关电磁兼容和雷电电磁脉冲防护以及其他电器方面的铁路标准，各种插头、插座和连接器符合IEC309标准，用于音频报警的设备选型也参照了TC84标准。
另外，在信号处理单元和声光报警器6安装过程中，还参照了机车电气设备布线规则TB/T1507-1993和机车司机室布置规则GB/T6769-2000。
本实施例中的GPRS通讯模块5是常规的通讯模块，常用于手机通讯领域；GPS模块4、声光报警器6和电源都是常规的工业元器件。
本发明的工作流程如图1所示，在列车运行过程中，应力传感器2和速度传感器3实时地测量钩尾筐7的应力变化和机车的速度。测量结果发送给信号处理模块1进行分析，如果列车发生脱轨，信号处理模块1一方面把脱轨信息发送给声光报警器6，向司机报警；另一方面，信号处理模块1通过GPRS5模块，把脱轨信号和由GPS模块4传送来的列车位置的信息发送给异地的检测中心。
权利要求
1.一种列车脱轨报警系统，包括一个由通用的CPU单元、存储器、模数转换模块和USB接口组成的信号处理模块，其特征在于它还包括一个安装于机车钩尾筐上的应变传感器，该应变传感器和机车速度传感器的信号输出端与该信号处理模块的信号输入端连接；一个将信号处理模块输出的列车脱轨信息发送给异地监测中心的GPRS通讯模块；一个为信号处理模块提供列车位置信息的GPS模块；一个与信号处理模块输出端连接的声光报警器。
2.根据权利要求1所述的列车脱轨报警系统，其特征在于该应变传感器由前端安装支座、后端安装支座、应力传送杆、测量元件和信号传送线组成，该前端安装支座和后端安装支座通过焊接方式固定于列车钩尾筐的两端。
全文摘要
本发明涉及列车故障诊断技术，具体地说是一种列车脱轨报警系统。该系统包括一个由通用的CPU单元、存储器、模数转换模块和USB接口组成的信号处理模块，还包括一个安装于机车钩尾筐上的应变传感器，该应变传感器和机车速度传感器的信号输出端与该信号处理模块的信号输入端连接；一个将信号处理模块输出的列车脱轨信息发送给异地监测中心的GPRS通讯模块；一个为信号处理模块提供列车位置信息的GPS模块；一个与信号处理模块输出端连接的声光报警器。该系统通过对机车钩尾筐上应力变化和列车速度变化的分析，能在列车脱轨之初就能发出警报，并通过GPRS模块把脱轨信息发送给异地的监测中心。
文档编号B61K9/00GK1724300SQ20051001269
公开日2006年1月25日 申请日期2005年7月22日 优先权日2005年7月22日
发明者柳贵东, 王洪海 申请人:唐山百川智能机器有限公司