专利名称：重力感应式计轴设备及用其检测轨道区段状态的方法
技术领域：
本发明涉及一种铁路交通管理设备及其管理方法，尤其是一种重力感应式计轴设
备及用其检测轨道区段状态的方法。
背景技术：
轨道区段状态的检测即是对轨道的各区段进行检测，从而进行判别各区段是处于占用状态还是处于空闲状态。当前检测轨道区段状态的常用设备是轨道电路，但由于轨道电路采用钢轨做电路通道，绝缘性能不好，对线路绝缘性要求很高，受外界干扰、道床和钢轨的状况影响较大，在检测轨道区段状态时存在分路不良、"红光带"等问题，致使出现误判现象。在半自动闭塞没有区段轨道检测设备，列车的完整到达全凭人工确认，阻碍了铁路运输能力的进一步提高。因此，目前主要是采用电磁感应式计轴设备来解决轨道电路分路不良、"红光带"等问题，它是利用电磁式磁头感应列车车轮经过的信号来判断轨道区段是否有车占用的计轴设备。但是在实际应用中，电磁式磁头会因钢轨振动、车辆轮对变化以及电磁干扰等因素影响，特别是受铁锹等非轮轴金属物体和单轨车的影响更大，往往会造成轨道电路误判，不能有效解决轨道电路分路不良、"红光带"等问题。
发明内容
本发明要解决的主要技术问题是提供一种重力感应式计轴设备，该重力感应式计轴设备是采用重力感应式传感器作为车轮计轴传感器，实现对轨道区段状态的安全检测。它不会因钢轨振动、车辆轮缘厚度变化而对输出产生影响，其抗干扰能力强，不受非轮轴金属物体的影响，能有效解决轨道电路分路不良、"红光带"等因素带来的误判问题。
本发明要解决的另一个技术问题是提供一种用重力感应式计轴设备检测轨道区段状态的方法，该方法能够使重力感应式计轴设备准确判断轨道区段的空闲、占用状态。
解决上述主要技术问题的技术方案是一种重力感应式计轴设备，包括位于线路上的车轴检测器、位于室内的计轴信息处理系统、输入输出子系统以及电源，所述的车轴检测器主要由安装在线路钢轨腰部上的传感器单元、安装在设备箱内的车轮电子检测器组成，其中，每个传感器单元是由3 7个重力感应式传感器组成的重力感应式传感器单元，车轮电子检测器主要由计轴CPU单元、信号处理单元、传感器电源单元和状态检测单元组成，传感器电源单元的输出端与传感器单元的输入端连接，传感器单元的输出端与信号处理单元的输入端连接，信号处理单元的输出端和状态检测单元的输出端分别与计轴CPU单元的输入端连接；所述的计轴信息处理系统主要由CPU单元、通信单元和1/0单元组成，CPU单元带有网络接口并通过该网络接口相互连接，通信单元带有CAN数据接口并与车轮电子检测器的计轴CPU单元相互连接、带有数据串口与外部的数据设备相连，该通信单元和I/O单元分别与CPU单元连接；所述的输入输出子系统包括动态驱动组合单元、继电器和按钮，继电器的输入端通过动态驱动组合单元与计轴信息处理系统的1/0单元的输出端连接，继电器和按钮的输出端与计轴信息处理系统的I/O单元的输入端连接。
本发明的进一步技术方案是所述的重力感应式计轴设备还包括分别位于室内和线路上的计轴信息处理系统与车轴检测器数据通迅子系统，该子系统包括有通道防雷单元和传输线，所述的通道防雷单元通过传输线分别与计轴信息处理系统的通信单元、车轴检测器的计轴CPU单元进行连接；所述的传输线采用普通信号电缆线，采用CAN总线通信方式，并多个设备共用一组芯线。 本发明的另一个技术方案是一种用重力感应式计轴设备检测轨道区段状态的方法，该方法是在线路各计轴点的钢轨上安装由3 7个重力感应式传感器组成的传感器单元感知钢轨本身在车轮重力载荷作用下发生的弹性应力变化，并产生与该弹性应力变化相对应的车轮信号，该车轮信号被传输到车轮电子检测器的信号处理单元进行处理后，转换为脉冲波形，脉冲波形再传输到计轴CPU单元；车轮电子检测器的计轴CPU单元对脉冲波形进行采集计数，并进行数据信息对比和计算出列车运行信息，然后将该列车运行信息发送到计轴信息处理系统的通信单元；计轴信息处理系统接收到车轮电子检测器的计轴CPU单元发送来的列车运行信息，并将列车运行信息进行判别和比较处理，从而进行判别轨道区段状态； 所述的重力感应式传感器的主要输入参数为P> (600 1000) kg，V= (0 300)km/h， 上式中，P为车轮重力载荷，V为列车速度。 采用本发明之重力感应式计轴设备对轨道区段状态进行检测的基本检测原理是 根据钢轨本身在车轮重力载荷作用下会发生弹性应力变化的力学原理，在钢轨中
安装重力感应式传感器感知该应力变化，产生与应力变化相对应的信号值。 为便于论述，将两根轧枕之间的一段钢轨AB可以当成一截简支樑看待，A、 B两点
分别安装重力感应式传感器a和重力感应式传感器b (如图9所示)。 当车轮运行在A、 B两点间时，根据力学原理得知A、 B两点的剪力Q与移动载荷P之间的关系有仏=子尸 上式中，1为A点和B点之间的距离，x为车轮中轴线至A点的距离； 重力感应式传感器a和重力感应式传感器b感应的信号值与移动载荷P之间的关
系有(k为常量系数)<formula>formula see original document page 6</formula> 将两个信号值进行减法叠加处理，重力感应式传感器a、 b感应的信号值差与移动载荷P之间的关系有
<formula>formula see original document page 6</formula> 理论上当车轮经过AB区段时，重力感应式传感器a、b感应到的信号经减法叠加处理后是一个与重力相关的方波脉冲信号。 根据以上结论，在计轴区段端头选取一处轨枕空档，在空档处的钢轨轨腰中间安装三个重力感应式传感器，当车轮在1#、2#、3#传感器间运行时(如图10所示)，其感应到的信号值经减法叠加处理信号后为U12和U23。在实际应用中车轮移动载荷与1#、2#、3#传感器感应到的信号值的函数关系有差别，故U12和U23不是方波脉冲信号，其波形是有变形的脉冲信号(如图11所示)。通过检测计算通过检测点的脉冲个数，实现计算列车轴数；根据两个脉冲出现的先后，鉴别列车运行方向；根据脉冲的宽度可以计算列车运行速度；根据脉冲幅值可以计算出列车的重量。 由于采用上述技术方案，本发明之重力感应式计轴设备及用其检测轨道区段状态
的方法具有以下有益效果 1、检测结果准确 由于本发明之重力感应式计轴系统是采用重力感应式传感器代替了传统的电磁式磁头来感应列车车轮的信号，通过对重力感应式传感器输入条件的设计，使其一般要有大于或等于600 1000kg重的车轮通过传感器检测区才能产生一个计轴脉冲，不像采用电磁式磁头的计轴设备容易受到钢轨振动、车辆轮对变化以及电磁干扰等因素的影响，特别是受铁锹等非轮轴金属物体和单轨车的影响；而且由于重力感应式传感器的绝缘性能好，对线路绝缘性要求不高，具有列车通过速度范围广、工作温度范围广的优点，能有效解决轨道电路分路不良、"红光带"等因素带来的误判问题。
2、可靠性高 由于本发明之重力感应式计轴设备所采用重力感应式传感器的体积较小，并且该传感器安装在钢轨轨腰处，没有裸露部件，因此不容易受到外物碰撞而被损伤；而且该重力感应式传感器的可靠性能很好，平均无故障时间超过5年以上。
3、设备具有较强的抗干扰能力 由于本发明之重力感应式计轴设备的计轴信息处理系统与车轴检测器数据通迅子系统的传输线采用普通信号电缆线，采用CAN总线通信方式，由于CAN总线是一种先进的现场总线技术(CAN是Controller Area Network的縮写，意思是区域网络控制器)，已经广泛应用在现代工业控制领域，其信号传输介质为双绞线，通信速率最高可达1Mbps (此时通信距离最长为40m)，直接传输距离最远可达10km (速率在5kbps以下)，可挂接设备最多可达110个。并且由于CAN的信号传输采用短帧结构，每一帧的有效字节数为8个，因而传输时间短，受干扰的概率较低；当节点严重错误时，还具有自动关闭的功能以切断该节点与总线的联系，使总线上的其它节点及其通信不受影响，具有较强的抗干扰能力。而且CAN支持多种方式工作，网络上任何节点均可在任意时刻主动向其他节点发送信息，支持点对点、一点对多点和全局广播方式接收/发送数据。它采用总线仲裁技术，当出现几个节点同时在网络上传输信息时，优先级别高的节点可继续传输数据，而优先级低的节点则主动停止发送，从而避免了总线冲突。因此，CAN总线这些特点非常适合本发明之重力感应式计轴设备，
可充分利用现有通信电缆，可以多套设备共用一对通信电缆，一处计轴点的故障，不会影响
到其他计轴点的正常工作，因此本发明之重力感应式计轴设备具有较强的抗干扰能力。 4、检测方法科学、能实现自动判断轨道区段的空闲、占用状态 由于本发明之用重力感应式计轴设备检测轨道区段状态的方法是利用重力感应
式传感器感知钢轨本身在车轮重力载荷作用下发生的弹性应力变化，并产生与该弹性应
力变化相对应的车轮信号，该车轮信号被传输到车轮电子检测器的信号处理单元进行处理后，转换为脉冲波形，脉冲波形再传输到计轴CPU单元；车轮电子检测器的计轴CPU单元对脉冲波形进行采集计数，并进行数据信息对比和计算出列车运行信息，然后将该列车运行信息发送到计轴信息处理系统的通信单元；计轴信息处理系统接收到车轴检测器的计轴CPU单元发送来的列车运行信息，并将列车运行信息进行判别和比较处理，从而可判别轨道区段是处于占用状态还是空闲状态，其方法非常准确、科学，而且还能实现铁路交通管理的自动化，进一步提高了铁路的运输能力。 下面，结合附图和实施例对本发明之重力感应式计轴设备及用其检测轨道区段状态的方法的技术特征作进一步的说明。
内重力感
内重力感
间重力感
程框程框图1 :实施例一所述本发明之站内重力感应式计轴设备的结构框图；图2 :车轴检测器的工作示意框图3 :实施例一所述计轴信息处理系统的工作示意框图4 :实施例二所述本发明之站间重力感应式计轴设备的结构框图5 :实施例二所述计轴信息处理系统的工作示意框图6 :实施例三所述用站内重力感应式计轴设备检测站内区段状态的方法中，站应式计轴系统的工作示意框图7 :实施例三所述用站内重力感应式计轴设备检测站内区段状态的方法中，站应式计轴设备的又一种工作示意框图8 :实施例四所述用站间重力感应式计轴设备检测站间区段状态的方法中，站
应式计轴设备的工作示意框图9 :重力感应式传感器的力学模型图10 :车轮通过重力感应式传感器的示意图11 :重力感应式传感器的复合输出信号示意图12 :实施例三所述用站内重力感应式计轴设备检测站内区段状态的方法的流
图13 :实施例四所述用站间重力感应式计轴设备检测站间区段状态的方法的賴
图中，1、车轴检测器， n、计轴信息处理系统，
ni、输入输出子系统，IV、站间通信传输子系统。
'右
具体实施例方式实施例一 站内重力感应式计轴设备 —种站内重力感应式计轴设备(如图1所示)，包括位于线路上的车轴检测器I、位于室内的一套计轴信息处理系统II、一套输入输出子系统III、分别位于室内和线路上的计轴信息处理系统与车轴检测器数据通迅子系统以及电源、电源防雷单元；所述的车轴检测器I由安装在线路单边钢轨腰部上的传感器单元、安装在设备箱内的车轮电子检测器组成，其中，每个计轴点设置一个传感器单元，每个传感器单元均是由1#、2#、3#重力感应式传感器组成的重力感应式传感器单元；所述车轮电子检测器采用双机并联的工作模式，该车轮电子检测器由计轴CPU单元、信号处理单元、传感器电源单元和状态检测单元组成， 传感器电源单元的输出端与传感器单元的输入端连接，传感器单元的输出端与信号处理单 元的输入端连接，信号处理单元的输出端和状态检测单元的输出端分别与计轴CPU单元的 输入端连接(如图2所示)；所述的计轴信息处理系统II由CPU单元、通信单元和I/O单 元组成，CPU单元带有网络接口并通过该网络接口相互连接，通信单元带有CAN数据接口并 与车轮电子检测器的计轴CPU单元相互连接、带有数据串口与外部的数据设备相连，该通 信单元和1/0单元分别与CPU单元连接(如图3所示)；所述的输入输出子系统III由动 态驱动组合单元、继电器和按钮，继电器的输入端通过动态驱动组合单元与计轴信息处理 系统的1/0单元的输出端连接，继电器和按钮的输出端与计轴信息处理系统的1/0单元的 输入端连接。所述的计轴信息处理系统与车轴检测器数据通迅子系统由通道防雷单元和传 输线组成，该通道防雷单元通过传输线分别将计轴信息处理系统的通信单元和车轴检测器 的计轴CPU单元相互连接在一起。 所述的计轴信息处理系统与车轴检测器数据通迅子系统的传输线采用普通信号 电缆线，采用CAN总线通信方式，并多个设备共用一组芯线。
上述各主要部件主要实现的功能如下
—、车轴检测器主要实现下述功能 (1)、当车轮的重量P大于或等于(600 1000) kg，列车速度V = (0 300) km/h 时，重力感应式传感器所产生的脉冲均能可靠计数； (2)、能鉴别车辆走行方向，在同一重力感应式传感器上前进和后退的车轴应能正 确计数； (3)、定时发送工作状态信息至计轴信息处理系统确认是否工作正常；
(4)、具有软件异常时自动复原功能。
二、计轴信息处理系统主要实现下述功能
(1)、正确接收车轴检测器传输来的信息； (2)、记录计数结果和比较驶入与驶出区段时所记录的轴数，鉴别列车运行方向， 并将记录的轴数信息和列车运行方向信息表示出来；
(3)、所监视区段占用或空闲的表示；
(4)、对车轴检测器发送监控指令； (5)、周期监视通信传输通道、车轴检测器和电源情况的正确功能，任何故障均应 导致占用的表示； (6)、与邻站计轴信息处理系统进行状态信息交换。 三、输入输出子系统中，继电器包含区间轨道继电器QGJ和设备状态继电器，该输 入输出子系统是重力感应式计轴设备用以表示所监视的区段占用或空闲状态的最终执行 单元；按钮主要用作设备复零，当计轴设备执行总清时，QGJ吸起，表示区间空闲；当系统输 出5Hz脉冲给动态驱动组合时，输出电源给QGJ， QGJ吸起，表示区间空闲；当没有5Hz脉冲 给动态驱动组合时，没有电源输出，QGJ落下，表示区间占用。 作为本实施例一的一种变换，所述的站内重力感应式计轴设备也可以不包括计轴 信息处理系统与车轴检测器数据通迅子系统，计轴信息处理系统的通信单元直接与车轮电 子检测器的计轴CPU单元相互连接，只是效果没有那么好。
作为本实施例一的又一种变换，所述的每个传感器单元也可以是由4个、5个、6 个、7个重力感应式传感器组成的重力感应式传感器单元，只是不如采用3个重力感应式传 感器的结构简单、成本低。 实施例二 站间重力感应式计轴设备 —种站间重力感应式计轴设备(如图4所示)，其基本结构均同实施例一，包括位
于线路上的车轴检测器1、位于室内的计轴信息处理系统n、输入输出子系统ni、分别位
于室内和线路上的计轴信息处理系统与车轴检测器数据通迅子系统以及电源、电源防雷单
元，所不同之处在于该系统还包括有站间通信传输子系统IV，该站间通信传输子系统IV
主要由远程通信单元、通信防雷单元和站间通信传输线构成，远程通信单通过站间通信传
输线和通信防雷单元连接；所述的计轴信息处理系统的CPU单元还带有外部数据串口并通 过该外部数据串口与远程通信单元相连；所述的传感器单元在每个计轴点均设置有两个， 该两个传感器单元分别安装在线路两边的钢轨腰部上，并共同连接一个车轮电子检测器， 每个传感器单元均由3个重力感应式传感器组成，每个车站室内的计轴信息处理系统、输
入输出子系统以及站间通信传输子系统的数量均为一套。
其具体结构如下 —种站间重力感应式计轴设备，包括位于线路上的车轴检测器I、位于室内的计轴
信息处理系统n、输入输出子系统ni、站间通信传输子系统iv、分别位于室内和线路上的
计轴信息处理系统与车轴检测器数据通迅子系统以及电源、电源防雷单元，所述的车轴检 测器I由传感器单元、安装在设备箱内的车轮电子检测器组成，其中，每个计轴点均设置两 个传感器单元，该两个传感器单元分别安装在线路两边的钢轨腰部上，并共同连接一个车
轮电子检测器，每个传感器单元均是由1#、2#、3#重力感应式传感器组成的重力感应式传 感器单元，车轮电子检测器采用双机并联的工作模式，该车轮电子检测器由计轴CPU单元、
信号处理单元、传感器电源单元和状态检测单元组成，传感器电源单元的输出端与传感器 单元的输入端连接，传感器单元的输出端与信号处理单元的输入端连接，信号处理单元的
输出端和状态检测单元的输出端分别与计轴CPU单元的输入端连接(如图2所示)；所述 的计轴信息处理系统II由CPU单元、通信单元和I/O单元组成，CPU单元带有网络接口并
通过该网络接口相互连接，带有外部数据串口并通过该外部数据串口与站间通信传输子系
统的远程通信单元相连，通信单元带有CAN数据接口并与车轮电子检测器的计轴CPU单元 相互连接、带有数据串口与外部的数据设备相连，该通信单元和I/O单元分别与CPU单元连 接(如图5所示)；所述的输入输出子系统III由动态驱动组合单元、继电器和按钮，继电 器的输入端通过动态驱动组合单元与计轴信息处理系统的I/O单元的输出端连接，继电器 和按钮的输出端与计轴信息处理系统的1/0单元的输入端连接。所述的计轴信息处理系统 与车轴检测器数据通迅子系统由通道防雷单元和传输线组成，该通道防雷单元通过传输线 分别将计轴信息处理系统的通信单元和车轴检测器的计轴CPU单元相互连接在一起。所述 站间通信传输子系统IV由远程通信单元、通信防雷单元和站间通信传输线构成，远程通信 单元通过站间通信传输线分别和计轴信息处理系统的CPU单元、通信防雷单元连接。
所述的站间通信传输子系统采用专线实回线、光缆专线或是专线Modem通信，特 别加强了对串口通信的纠错处理及瞬间通信中断的恢复处理。 作为本实施例二的一种变换，所述的计轴信息处理系统也可以和位于室外线路上的多个车轴检测器连接，以便满足多区段监督的需要。 作为本实施例二的又一种变换，从成本上考虑，所述的传感器单元也可以只在线 路一边同一轴线上的钢轨腰部上的安装一组传感器单元，只是不如采用两边安装两组重力 感应式传感器单元的稳定性和可靠性高。
实施例三用站内重力感应式计轴设备检测站内区段状态的方法 —种用站内重力感应式计轴设备检测站内区段状态的方法，该方法是在线路各计
轴点的钢轨上安装由3 7个重力感应式传感器组成的传感器单元感知钢轨本身在车轮重
力载荷作用下发生的弹性应力变化，并产生与该弹性应力变化相对应的车轮信号，该车轮
信号被传输到车轮电子检测器的信号处理单元进行处理后，转换为脉冲波形，脉冲波形再
传输到计轴CPU单元；车轮电子检测器的计轴CPU单元对脉冲波形进行采集计数，并进行数
据信息对比和计算出列车运行信息，然后将该列车运行信息发送到计轴信息处理系统的通
信单元；计轴信息处理系统接收到车轴检测器的计轴CPU单元发送来的列车运行信息，并
将列车运行信息进行判别和比较处理，从而进行判别轨道区段状态； 所述的重力感应式传感器的主要输入参数为P^ (600 1000) kg，V= (0 300) km/h， 上式中，P为车轮重力载荷，V为列车速度。
所述的用站内重力感应式计轴设备检测站内区段状态的方法的主要步骤如下
A、安装传感器首先在站内区段两端计轴点的两根枕木间的一边钢轨腰部上各安 装一个传感器单元，每个传感器单元均由3个重力感应式传感器组成； B、连接线路连接好站内重力感应式计轴设备的车轴检测器以及各系统之间的线 路； C、检测及判别传感器单元将检测到的车轮信号传输到车轮电子检测器，车轮电 子检测器再将该车轮信号进行处理、采集计数后计算出列车运行信息，计轴信息处理系统 最后将列车运行信息进行判别和比较处理，从而进行判别轨道区段状态；其检测及判别的 主要步骤如下(参见图12):
Sal、监督区段状态； Sa2、判断是否有列车运行信息判断是否有列车运行信息，如果否，则返回步骤 Sal，站内重力感应式计轴设备仍继续监督区段状态；如果是，则继续； Sa3、检测列车运行信息列车经过站内区段的计轴点，位于各计轴点的3个重力 感应式传感器分别感知所经过列车的车轮重力载荷而各自产生车轮信号值，并将其传输到 车轮电子检测器，车轮电子检测器的信号处理单元接收到传感器单元传输来的车轮信号 后，将各个车轮信号值依次经减法叠加处理信号后转换为两个脉冲波形，该两个脉冲波形 即表示为一个车轮轮轴；车轮电子检测器的计轴CPU单元分别对该脉冲波形进行采集计 数，并进行数据信息对比而得出列车运行信息根据两个脉冲出现的先后，鉴别列车运行的 方向，根据脉冲的宽度计算出列车运行速度；根据脉冲幅值计算出列车的重量；然后将该 列车运行信息发送到计轴信息处理系统； Sa4、计算区段内轴数并进行对比处理，同时显示区段状态计轴信息处理系统通 过通信单元接收到车轮电子检测器传送来的列车运行信息后计算区段内的轴数，并进行对 比处理，同时显示通过列车的轴数和方向，表示该区段占用；
Sa5、判别区段内轴数是否等于0 :计轴信息处理系统通过通信单元接收到位于两 端计轴点的车轮电子检测器传送来的列车运行信息数据后进行判别和比较处理进入区段 一端计轴点的轴数是否等于离开区段另一端计轴点的轴数，即是判别区段内的轴数是否等 于0，如果是，驱动继电器吸起；如果否，驱动继电器落下；
Sa6、检测继电器状态； Sa7、判别继电器输出与检测结果是否一致判别继电器输出与检测结果是否一 致，如果是，则区段仍为占用，返回步骤Sal，站内重力感应式计轴设备继续监督区段状态； 如果否，则继续； Sa8、故障报警并切断输出，使继电器落下，此时，区段由占用转变为空闲。
Sa9、返回步骤Sal或者结束。 在本实施例三中，所述的站内重力感应式计轴设备只对一个站内区段进行检测， 所述的车轴检测器共有两个，它们分别设置在站内区段的两端计轴点，该两个车轴检测器 并联后与位于室内的计轴信息处理系统连接，所述的计轴信息处理系统、输入输出子系统 的数量均只为一套(参见图6)。 作为本实施例三的一种变换，所述的站内重力感应式计轴设备也可以同时对更多
的区段进行检测(参见图7)，一般情况下可达16个区段，一套计轴信息处理系统可以同进
对该16个区段进行检测，即是一套计轴信息处理系统可以同时并联32个车轴检测器。 实施例四用站间重力感应式计轴设备检测站间区段状态的方法 —种用站间重力感应式计轴系设备检测站间区段状态的方法，它检测的基本原理
同实施例三，均是在线路各计轴点的钢轨上安装由3个重力感应式传感器组成的传感器单
元感知钢轨本身在车轮重力载荷作用下发生的弹性应力变化，并产生与该弹性应力变化相
对应的车轮信号，该车轮信号被传输到车轮电子检测器的信号处理单元进行处理后，转换
为脉冲波形，脉冲波形再传输到计轴CPU单元；车轮电子检测器的计轴CPU单元对脉冲波形
进行采集计数，并进行数据信息对比和计算出列车运行信息，然后将该列车运行信息发送
到计轴信息处理系统的通信单元；计轴信息处理系统接收到车轴检测器的计轴CPU单元发
送来的列车运行信息，并将列车运行信息进行判别和比较处理，从而进行判别轨道区段状态。 本实施例四与实施例三所不同之处在于具体步骤有所不同，本实施例四所述的 用站间重力感应式计轴设备检测站间区段状态的方法的具体步骤如下 A、安装传感器单元在站间区段各计轴点的两根枕木间的两边钢轨腰部上各安装 一个传感器单元，每个计轴点的两个传感器单元共同连接一个车轮电子检测器，每个传感 器单元由3个重力感应式传感器组成； B、连接线路连接好站间重力感应式计轴设备的车轴检测器以及各系统之间的线 路(参见图8); C、检测及判别传感器单元将检测到的车轮信号传输到车轮电子检测器，车轮电 子检测器再将该车轮信号进行处理、采集计数后计算出列车运行信息，计轴信息处理系统 最后将列车运行信息进行判别和比较处理，从而进行判别轨道区段状态；其检测及判别的 主要步骤如下(参见图13):
Sbl、监督区段状态；
Sb2、判断是否有列车运行信息判断是否有列车运行信息，如果否，则返回步骤 Sbl，站间重力感应式计轴设备仍继续监督区段状态；如果是，则继续步骤Sb3 ;同时也判断 是否有邻站计轴信息处理系统发送来的数据信息，如果否，则返回步骤Sbl，站间重力感应 式计轴设备仍继续监督区段状态；如果是，则直接跳至步骤Sb4。 Sb3、检测列车运行信息并向邻站计轴信息处理系统发送数据信息列车经过站间 区段的计轴点，位于计轴点两边钢轨腰部上的传感器单元分别感知所经过列车的车轮重力 载荷而各自产生车轮信号，并将该车轮信号传输到车轮电子检测器；车轮电子检测器的信 号处理单元接收到传感器单元传输来的车轮信号后，将各个车轮信号值依次经减法叠加处 理信号后转换为两个脉冲波形，该两个脉冲波形即表示为一个车轮轮轴；车轮电子检测器 的计轴CPU单元分别对该脉冲波形进行采集计数，并进行数据信息对比而得出列车运行信 息根据两个脉冲出现的先后，鉴别列车运行的方向，根据脉冲的宽度计算出列车运行速 度；根据脉冲幅值计算出列车的重量；然后将该列车运行信息发送到计轴信息处理系统； 计轴信息处理系统通过通信单元接收到车轮电子检测器传送来的列车运行信息后显示通 过列车的轴数和方向，表示该区段占用，并实时向邻站的计轴信息处理系统发送列车运行 信息和占用信息； Sb4、计算区段内轴数对比处理，同时显示区段状态计轴信息处理系统接收到邻 站发送来的列车运行信息和占用信息后后即表示该区段占用，并将收到的轴数经核对无误 后记存下来进行计算和对比处理。
Sb5、判别区段内轴数是否等于0 :计轴信息处理系统通过通信单元接收到站间各 计轴点的车轮电子检测器传送来的列车运行信息数据后进行判别和比较处理经过本站计 轴点的轴数是否等于经过邻站计轴点的轴数，即是判别区段内的轴数是否等于O，如果是， 驱动继电器吸起；如果否，驱动继电器落下；
Sb6、检测继电器状态； Sb7、判别继电器输出与检测结果是否一致，如果是，则区段仍为占用，返回步骤 Sbl，站内重力感应式计轴设备继续监督区段状态；如果否，则继续； Sb8、故障报警并切断输出，使继电器落下，此时，表明列车完整通过区段，相邻两 站均表示空闲。 Sb9、返回步骤Sbl或者结束。
权利要求
一种重力感应式计轴设备，包括位于线路上的车轴检测器、位于室内的计轴信息处理系统、输入输出子系统以及电源，其特征在于所述的车轴检测器主要由安装在线路钢轨腰部上的传感器单元、安装在设备箱内的车轮电子检测器组成，其中，每个传感器单元是由3～7个重力感应式传感器组成的重力感应式传感器单元，车轮电子检测器主要由计轴CPU单元、信号处理单元、传感器电源单元和状态检测单元组成，传感器电源单元的输出端与传感器单元的输入端连接，传感器单元的输出端与信号处理单元的输入端连接，信号处理单元的输出端和状态检测单元的输出端分别与计轴CPU单元的输入端连接；所述的计轴信息处理系统主要由CPU单元、通信单元和I/O单元组成，CPU单元带有网络接口并通过该网络接口相互连接，通信单元带有CAN数据接口并与车轮电子检测器的计轴CPU单元相互连接、带有数据串口与外部的数据设备相连，该通信单元和I/O单元分别与CPU单元连接；所述的输入输出子系统包括动态驱动组合单元、继电器和按钮，继电器的输入端通过动态驱动组合单元与计轴信息处理系统的I/O单元的输出端连接，继电器和按钮的输出端与计轴信息处理系统的I/O单元的输入端连接。
2. 根据权利要求1所述的重力感应式计轴设备，其特征在于所述的重力感应式计轴设备还包括分别位于室内和线路上的计轴信息处理系统与车轴检测器数据通迅子系统，该子系统包括有通道防雷单元和传输线，所述的通道防雷单元通过传输线分别与计轴信息处理系统的通信单元、车轴检测器的计轴CPU单元进行连接；所述的传输线采用普通信号电缆线，采用CAN总线通信方式，并多个设备共用一组芯线。
3. 根据权利要求1或2所述的重力感应式计轴设备，其特征在于所述的重力感应式计轴设备为站内重力感应式计轴设备，所述车轴检测器的传感器单元只安装在线路单边的钢轨腰部上，每个计轴点设置一个传感器单元，每个传感器单元均由3个重力感应式传感器组成，位于室内的计轴信息处理系统、输入输出子系统的数量均为一套。
4. 根据权利要求1或2所述的重力感应式计轴设备，其特征在于所述的重力感应式计轴设备为站间重力感应式计轴设备，该设备还包括有站间通信传输子系统，该站间通信传输子系统主要由远程通信单元、通信防雷单元和站间通信传输线构成，远程通信单元通过站间通信传输线和通信防雷单元连接；所述的计轴信息处理系统的CPU单元还带有外部数据串口并通过该外部数据串口与远程通信单元相连；所述的传感器单元在每个计轴点均设置有两个，该两个传感器单元分别安装在线路两边的钢轨腰部上，并共同连接一个车轮电子检测器，每个传感器单元均由3个重力感应式传感器组成，每个车站室内的计轴信息处理系统、输入输出子系统以及站间通信传输子系统的数量均为一套。
5. —种用重力感应式计轴设备检测轨道区段状态的方法，其特征在于该方法是在线路各计轴点的钢轨上安装由3 7个重力感应式传感器组成的传感器单元感知钢轨本身在车轮重力载荷作用下发生的弹性应力变化，并产生与该弹性应力变化相对应的车轮信号，该车轮信号被传输到车轮电子检测器的信号处理单元进行处理后，转换为脉冲波形，脉冲波形再传输到计轴CPU单元；车轮电子检测器的计轴CPU单元对脉冲波形进行采集计数，并进行数据信息对比和计算出列车运行信息，然后将该列车运行信息发送到计轴信息处理系统的通信单元；计轴信息处理系统接收到车轮电子检测器的计轴CPU单元发送来的列车运行信息，并将列车运行信息进行判别和比较处理，从而进行判别轨道区段状态；所述的重力感应式传感器的主要输入参数为P > (600 lOOO)kg，V = (0 300) km/h，上式中，P为车轮重力载荷，V为列车速度。
6. 根据权利要求5所述的用重力感应式计轴设备检测轨道区段状态的方法，其特征在于该方法是采用站内重力感应式计轴设备对站内区段的空闲、占用状态进行检测，其主要步骤如下A、 安装传感器首先在站内区段两端计轴点的两根枕木间的一边钢轨腰部上各安装一个传感器单元，每个传感器单元均由3个重力感应式传感器组成；B、 连接线路连接好站内重力感应式计轴设备的车轴检测器以及各系统之间的线路；C、 检测及判别传感器单元将检测到的车轮信号传输到车轮电子检测器，车轮电子检测器再将该车轮信号进行处理、采集计数后计算出列车运行信息，计轴信息处理系统最后将列车运行信息进行判别和比较处理，从而进行判别轨道区段状态；其检测及判别的主要步骤如下Sal、监督区段状态；Sa2、判断是否有列车运行信息判断是否有列车运行信息，如果否，则返回步骤Sal，站内重力感应式计轴设备仍继续监督区段状态；如果是，则继续；Sa3、检测列车运行信息列车经过站内区段的计轴点，位于各计轴点的3个重力感应式传感器分别感知所经过列车的车轮重力载荷而各自产生车轮信号值，并将其传输到车轮电子检测器，车轮电子检测器的信号处理单元接收到传感器单元传输来的车轮信号后，将各个车轮信号值依次经减法叠加处理信号后转换为两个脉冲波形，该两个脉冲波形即表示为一个车轮轮轴；车轮电子检测器的计轴CPU单元分别对该脉冲波形进行采集计数，并进行数据信息对比而得出列车运行信息根据两个脉冲出现的先后，鉴别列车运行的方向，根据脉冲的宽度计算出列车运行速度；根据脉冲幅值计算出列车的重量；然后将该列车运行信息发送到计轴信息处理系统；Sa4、计算区段内轴数并进行对比处理，同时显示区段状态计轴信息处理系统通过通信单元接收到车轮电子检测器传送来的列车运行信息后计算区段内的轴数，并进行对比处理，同时显示通过列车的轴数和方向，表示该区段占用；Sa5、判别区段内轴数是否等于0 :计轴信息处理系统通过通信单元接收到位于两端计轴点的车轮电子检测器传送来的列车运行信息数据后进行判别和比较处理进入区段一端计轴点的轴数是否等于离开区段另一端计轴点的轴数，即是判别区段内的轴数是否等于0，如果是，驱动继电器吸起；如果否，驱动继电器落下；Sa6、检测继电器状态；Sa7、判别继电器输出与检测结果是否一致判别继电器输出与检测结果是否一致，如果是，则区段仍为占用，返回步骤Sal，站内重力感应式计轴设备继续监督区段状态；如果否，则继续；Sa8、故障报警并切断输出，使继电器落下，此时，区段由占用转变为空闲。Sa9、返回步骤Sal或者结束。
7. 根据权利要求5所述的用重力感应式计轴设备检测轨道区段状态的方法，其特征在于该方法是采用站间重力感应式计轴设备对站间区段的空闲、占用状态进行检测，其具体步骤如下A、 安装传感器单元在站间区段各计轴点的两根枕木间的两边钢轨腰部上各安装一个传感器单元，每个计轴点的两个传感器单元共同连接一个车轮电子检测器，每个传感器单元由3个重力感应式传感器组成；B、 连接线路连接好站间重力感应式计轴设备的车轴检测器以及各系统之间的线路；C、 检测及判别传感器单元将检测到的车轮信号传输到车轮电子检测器，车轮电子检测器再将该车轮信号进行处理、采集计数后计算出列车运行信息，计轴信息处理系统最后将列车运行信息进行判别和比较处理，从而进行判别轨道区段状态；其检测及判别的主要步骤如下Sbl、监督区段状态；Sb2、判断是否有列车运行信息判断是否有列车运行信息，如果否，则返回步骤Sbl，站间重力感应式计轴设备仍继续监督区段状态；如果是，则继续步骤Sb3 ;同时也判断是否有邻站计轴信息处理系统发送来的数据信息，如果否，则返回步骤Sbl，站间重力感应式计轴设备仍继续监督区段状态；如果是，则直接跳至步骤Sb4。Sb3、检测列车运行信息并向邻站计轴信息处理系统发送数据信息列车经过站间区段的计轴点，位于计轴点两边钢轨腰部上的传感器单元分别感知所经过列车的车轮重力载荷而各自产生车轮信号，并将该车轮信号传输到车轮电子检测器；车轮电子检测器的信号处理单元接收到传感器单元传输来的车轮信号后，将各个车轮信号值依次经减法叠加处理信号后转换为两个脉冲波形，该两个脉冲波形即表示为一个车轮轮轴；车轮电子检测器的计轴CPU单元分别对该脉冲波形进行采集计数，并进行数据信息对比而得出列车运行信息根据两个脉冲出现的先后，鉴别列车运行的方向，根据脉冲的宽度计算出列车运行速度；根据脉冲幅值计算出列车的重量；然后将该列车运行信息发送到计轴信息处理系统；计轴信息处理系统通过通信单元接收到车轮电子检测器传送来的列车运行信息后显示通过列车的轴数和方向，表示该区段占用，并实时向邻站的计轴信息处理系统发送列车运行信息和占用信息；Sb4、计算区段内轴数并进行对比处理，同时显示区段状态计轴信息处理系统接收到邻站发送来的列车运行信息和占用信息后后即表示该区段占用，并将收到的轴数经核对无误后记存下来进行计算和对比处理。Sb5、判别区段内轴数是否等于0 :计轴信息处理系统通过通信单元接收到站间各计轴点的车轮电子检测器传送来的列车运行信息数据后进行判别和比较处理经过本站计轴点的轴数是否等于经过邻站计轴点的轴数，即是判别区段内的轴数是否等于O，如果是，驱动继电器吸起；如果否，驱动继电器落下；Sb6、检测继电器状态；Sb7、判别继电器输出与检测结果是否一致，如果是，则区段仍为占用，返回步骤Sbl，站内重力感应式计轴设备继续监督区段状态；如果否，则继续；Sb8、故障报警并切断输出，使继电器落下，此时，表明列车完整通过区段，相邻两站均表示空闲。Sb9、返回步骤Sbl或者结束。
全文摘要
一种重力感应式计轴设备及用其检测轨道区段状态的方法，涉及一种铁路交通管理设备及其管理方法，系统包括车轴检测器、计轴信息处理系统、输入输出子系统以及电源，车轴检测器含车轮电子检测器、重力感应式传感器单元，车轮电子检测器由计轴CPU单元、信号处理单元、传感器电源单元和状态检测单元组成；计轴信息处理系统由CPU单元、通信单元和I/O单元组成；输入输出子系统包括动态驱动组合单元、继电器和按钮。方法是通过装在钢轨上的重力感应式传感器检测到车轮信号，并将其传输到车轮电子检测器、计轴信息处理系统进行处理，从而判别轨道区段状态。本发明的检测结果准确、可靠性高、方法科学，能实现自动判断轨道区段的空闲、占用状态。
文档编号B61L1/16GK101712329SQ20091030090
公开日2010年5月26日 申请日期2009年3月17日 优先权日2009年3月17日
发明者何曲波, 孙宝华, 徐海贤, 武夫, 牛建玲, 金和清, 陈明军 申请人:南宁铁路局;南宁铁路局科学技术研究所