专利名称：一种火车故障检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种故障警报和故障定位的检测装置。
背景技术：
随着铁路建设的高速发展，人们会选择火车作为其出行的主要交通工具。目前火车故障很少发生，但是在火车运营过程中一旦出现故障，容易导致部分路段的瘫痪，耽误人们的出行。通常火车在抵达起始站和终点站时会进行加水、人工检测故障等维护工作，但在沿途站点较少进行检测故障的工作。此外，若以人工方式检测故障，不仅需要相关的工作人员能掌握专业维修检测技能，而且可能存在人为失误。为此，人们采取积极的预防措施，比如安装火车故障检测装置是目前所采取的应对措施。目前已知的火车故障检测装置有中国专利CN202144257公开了 “客运列车巡检作业管理及途中车辆故障远程诊断系统”，该装置包括采集仪、PC机、数据传输网络、数据接收存储平台和铁路局管理查询平台；采集仪中的红外测温单元和图像拍摄单元对客运列车巡检及途中车辆故障进行数据采集，将数据通过采集仪中的智能处理单元进行处理后，将全部客运列车巡检信息经台帐管理软件导入至PC机上；将乘务员巡检信息和途中车辆故障信息经数据传输网络传输至数据接收存储平台，铁路局管理查询平台获取数据接收存储平台中的数据，通过铁路局管理查询平台中的Web应用软件实现乘务员巡检信息查看、途中车辆故障查看和远程诊断；其中，乘务员巡检信息为采集仪以客运列车巡检信息为基础定期生成的TXT格式文件。其不足之处在于整个采集过程是由乘务员完成，存在人为漏检的可能性。中国专利CN201590826U公开了 “一种火车故障数据自动采集纠错装置”，该装置包括车载数据采集器、车载移动无线收发器、地面固定无线收发器、后端控制PC和终端服务器。列车中含有类似“黑匣子”装置用于储存故障信息。该装置利用无线电收发器将故障信息实时传送至后端控制PC，后端控制PC再将故障信息存储在终端服务器中，进而对列车进行实时检测。其不足之处是分析故障不全面，存在漏检，检测效果达不到预期的要求。
实用新型内容本实用新型的目的在于解决上述问题，提供一种火车故障检测装置，该装置通过红外线能检测是否有待测火车通过，并利用声电转换原理以频谱分析为依据，快速检测出待测列车的故障位置，同时还能经过处理模块的校正确认后实时传送至的火车调度中心，以达到及时排除故障的目的。为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案。一种火车故障检测装置，包括频谱检测模块、处理模块、声源定位模块以及报警模块；所述频谱检测模块包括麦克风，所述麦克风与所述单片机电性相连，用于检测待测火车发出的声音信号，并将所述声音信号转化为电信号传送给所述单片机；所述处理模块包括校正单元和计时器，所述处理模块分别与所述麦克风、声源定位模块以及报警模块电性相连，用于向所述频谱检测模块发出控制信号，控制所述麦克风检测待测火车发出的声音信号，并对所述麦克风传送的电信号进行频谱分析，在所检测到的电信号的幅值变量与基准幅值变量相同时继续控制所述麦克风进行检测，在所检测到的电信号的幅值变量与基准幅值变量不相同时，通过所述校正单元再次判断出为故障，则触发所述报警模块，同时通过所述计时器记录当前时刻；所述声源定位模块包括红外线装置，所述红外线装置用于判断是否有待测火车通过，进而启动或停止所述计时器和麦克风；所述报警模块在所检测到的电信号的幅值变量与基准幅值变量不相同时发出警报信号，并显示待测火车故障点的位置。进一步，所述频谱检测模块中的麦克风包括驻极体话筒和NE555芯片。进一步，所述处理模块进一步包括单片机，用于对处理模块所接收到的电信号进行处理。进一步，所述报警模块包括蜂鸣器和数码管，所述蜂鸣器用于在所检测到的电信号的幅值变量与基准幅值变量不相同时发出警报声；所述数码管用于显示待测火车故障点的位置。进一步，所述的蜂鸣器采用压电式蜂鸣器。进一步，所述一种火车故障检测装置进一步包括通讯模块，所述通讯模块与所述处理模块电性相连，用于接收处理模块所发出的故障信息，并将所述故障信息发送至火车调度中心。进一步，所述通讯模块包括无线收发器，用于传输所述故障信息。本实用新型一种火车故障检测装置的积极效果是(I)检测精度高、安装容易；(2)操作简单，检测与定位都通过处理模块完成，对于操作者的技术要求低；(3)设备结构简单，价格低廉。
图1是本实用新型一种火车故障检测装置的连接示意图；图2是本实用新型一种火车故障检测装置的工作流程示意图；图3是本实用新型一种火车故障检测装置的计时情况示意图。图中的标号分别表示11、频谱检测模块；111、麦克风；12、处理模块；121、单片机；122、计时器；123、存储器；124、校正单元；13、声源定位模块；131、红外线装置；1311、红外线发射装置；1312、红外线接收装置；14、报警模块；141、蜂鸣器；142、数码管；15、通讯模块；151、无线收发器。
具体实施方式
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以下结合附图对本实用新型一种火车故障检测装置的实施方式做详细说明。参见图1，一种火车故障检测装置，包括频谱检测模块11、处理模块12、声源定位模块13、报警模块14以及通讯模块15。所述频谱检测模块11包括一麦克风111，所述麦克风111与所述处理模块12电性相连，用于检测待测火车发出的声音信号，并将所述声音信号转化为电信号传送给所述处理模块12。所述麦克风111包括驻极体话筒和NE555芯片。其中，驻极体话筒具有体积小、结构简单、电声性能好、价格低的特点。NE555芯片可以使发送的电信号为可调节，所以用户根据实际测量环境的噪声和要求的故障点报警精度，在设定基准幅值变量时做相应调難
iF. O所述声源定位模块13包括红外线装置131。然后在火车站台处安装声源定位模块13。务必保证使红外线装置131的红外线接收装置1312在没有火车行驶过的情况下能够接收到红外线发射装置1311所发射的信号。实施中需对所述频谱检测模块11的麦克风111进行初始化。火车正常行驶时会发出一定的声响，麦克风111检测到正常状态下的声音信号后，将所述正常声音信号转化为相应的电信号并传递到处理模块12，由处理模块12进行频谱分析，以得到基准幅值变量。当待测火车车头驶过红外线装置131时，红外线装置131触发处理模块12中的计时器122清零并开始计时，同时触发麦克风111接收声音信号将其转化为电信号传送至处理模块12。待测火车车尾离开红外线装置131时，红外线装置131再次触发处理模块12中的计时器122停止计时，并且使麦克风111停止工作。在待测火车行驶过红外线装置131的这一段时间内，处理模块12 —直将所获得的电信号与原先的基准信号进行比较，若所获得的电信号与原先的基准信号不同，则计时器122记录当前时刻(或称故障时刻)，并传给处理模块12 ;若所获得的电信号与原先的基准信号相同，则对处理模块12中的计时器122进行清零，并等待检测下一列火车。由于任何一个电信号都可以利用快速傅里叶变换(FFT)转换成N次谐波，取前三个谐波并将其转换合成为频域信号，得到所检测到电信号的幅值变量，所以记录这三个谐波的幅值变量就是记录了这个电信号；如果要提高精度可以增加为取前四个谐波，只需相应地改变处理模块，以提高处理性能。所述处理模块12分别与所述麦克风111、声源定位模块13、报警模块14以及通讯模块15电性相连。在本实施例中，所述处理模块12包括一单片机121,米用凌阳61型单片机，该单片机121具有低功耗、低电压以及指令系统功能强、效率高的优点。在其他实施例中，也可以采用具有处理功能的装置，例如，PLC控制器、CPU控制器、MCU控制器等。所述处理模块12向所述频谱检测模块11发出控制信号，控制所述麦克风111检测待测火车发出的声音信号。所述处理模块12包括计时器122、存储器123和校正单元124，计时器122用于记录待测火车的通过时间以及故障时刻。通过记录火车的通过时间、故障时刻以及火车长度，可以计算出故障点离火车车头的水平距离。存储器123用于存储基准幅值变量，以与实时所检测到的电信号的幅值变量进行相比。校正单元124用于接收外部计算机的程序指令或人工触发指令，以基于初次判断故障的结果进行校正。所述处理模块12将接收到的电信号进行傅里叶变换转换成三次谐波，并将其转换合成为频域信号。所述处理模块12对所述频域信号的幅值变量，与原先测得火车正常运行行驶情况下的对应频谱信号(基准幅值变量)作对比，若相同，则对处理模块12中的计时器进行清零；若不相同，则处理模块12通过校正单元124对数据进行校正，校正后判断为故障则发出触发信号，触发所述报警模块14。通过计时器122将故障时刻记录，且传送至处理模块12，进而处理模块12通过计算获得故障点离车头的水平距离和车长的比值，并将该距离显示在数码管142上。具体地说，每一列火车驶过时，计时器122要记录两个时间以及一个时刻。以一周的时间148小时为一个循环，每列火车车头驶过时记录的时刻为a，火车车尾驶过时记录的通过时间为b，若有故障则记录发现故障点的时刻为f。所述声源定位模块13包括红外线装置131。所述红外线装置131包括红外线发射装置1311和红外线接收装置1312，用于检测是否有待测火车通过，进而启动或停止计时器和麦克风111。所述报警模块14与处理模块12电性相连，用于当所检测到的电信号的幅值变量与基准幅值变量不相同时发出警报信号，并显示出现故障点的位置。所述报警模块14可以包括蜂鸣器141和数码管142，所述蜂鸣器141用于在所检测到的电信号的幅值变量与基准幅值变量不相同时发出警报信号。所述蜂鸣器141可以采用压电式蜂鸣器，压电式蜂鸣器是一种电声转换器件，压电式蜂鸣器因受机械变形而发出声响(压电效应)。所述数码管142用于显示故障点离车头的距离和车长的比值。由此，可以实现火车的故障定位，为技术人员对故障的排除提供依据。所述通讯模块15与处理模块12电性相连。在本实施例中，通过无线收发器151与火车调度中心相连，用于传输故障信息。在检测到故障点后，处理模块12通过无线收发器151将故障信息传送至火车调度中心。通过火车调度中心的调度使待测火车不载客，并直接驶向维修场，以做进一步检查。参见图2，本实用新型一种火车故障检测装置工作流程示意图。初始化状态正常工作状态的火车车头驶过红外线装置131时，红外线接收装置1312未接收到红外线发射装置1311所发射的红外线信号，触发处理模块12中的计时器122开始计时，同时触发频谱检测模块11中的麦克风111将声音信号实时转换成电信号，并传输至处理模块12。处理模块12中的单片机121分析并记录所检测到电信号的幅值变量，以此作为声音信号的初始值(或称基准值)。将该初始值(或称基准值)以及检测该信号那一刻的时间存储在存储器122中。当火车车尾离开红外线装置131时，红外线接收装置1312接收到红外线信号，并向处理模块12发送信号，以使处理模块12中的计时器122记录下此时的时刻a，同时停止频谱分析(参见图3所示)。继续参见图2，装置安装完毕并初始化后进入工作状态当待测火车车头驶过红外线装置131时，红外线接收装置1312未接收到红外线发射装置1311所发射的红外线信号，触发处理模块12中的计时器122开始计时，同时触发频谱检测模块11中的麦克风111将声音信号实时转换成电信号，并传输到处理模块12。处理模块12中的单片机121分析并记录所检测到电信号的幅值变量，以此作为声音信号的实时值。单片机121将得到的实时值与处理模块12中存储器123中存储的初始值进行比较。若实时值与初始值不同，则触发处理模块12中的计时器122记录当时时刻f (故障时刻)，再通过触发校正单元124进行校正(具体校正方法和原理在后文有描述)，若校正后仍然判断为故障，则触发报警模块14中的蜂鸣器141发出警报声。当待测火车车尾离开红外线装置131时，红外线接收装置1312接收到红外线信号，并向处理模块12发送信号，以使处理模块12中的计时器122记录下该火车的通过时间b，并清空计时器122中故障时刻f的值。同时停止频谱分析。同时触发数码管142显示故障点离车头水平距离d与车身长度s的比值。故障检测状态处理模块12可以利用故障时刻、整个待测火车的通过时间和火车的车长计算出故障点离火车车头的水平距离，并将该距离显示在报警模块14中的数码管142上。同时触发通讯模块15开始工作，将故障信息通过无线收发器151传输至火车调度中心，使该列待测火车直接驶向维修场，以做进一步故障检测。通过处理模块12计算故障点离火车车头的水平距离的算法，具体如下通过处理模块12中的计时器得到火车通过时间b ;以及故障点出现的时刻f。由于假设火车为匀速运动，所以出现故障的时刻f与通过火车通过时间b的比值k约等于故障点离车头水平距离d与车身长度s的比值。火车进入停车场后，很容易就可以知道火车的车身长度s,从而得出d=k*s。进一步地方便维修人员快速排出故障。具体校正方法和原理如下当检测到待测火车的电信号的幅值变量与初始值(或称基准值)不同时，即出现故障时刻f (不等于零)，则可采用校正方法再次进行判断。因为本装置采用所有待测火车每天按固定时刻通过检测站点时所测到的频谱数据与基准幅值变量进行比较，而待测火车在实际运行过程中存在(通过检测站点的)检测时刻发生变化的情况，例如火车误点，若每天仍按预设定的固定时刻采集频谱数据，并进行频谱数据比较，则会造成在实际检测频谱数据时，经过检测站点的同一列待测火车的检测时间参数并非是预设定的检测时间参数，从而产生偏差。因此需要通过校正方法加以解决。解决的方案是由计算机程序或列车调度室调度员人工向所述校正单元发出校正指令，以再次判断待测列车是否存在到站晚点和环境因素的干扰(环境因素主要指近地噪音)，若是则通过所述校正单元调整待测火车的检测时间参数。每天从O时到24时按先后经过该检测站点的顺序为所有待测火车编号，使当日经过该检测站点的待测火车与预设定的待测火车的编号一致，从而使同一编号的待测火车的实际检测时间参数与预设定检测时间参数相对应。通过所述校正单元可方便地排除检测条件的干扰因素，进而更有效地检测出待测火车是否存在故障。通过所述火车故障检测装置，可以既精确，又快速地测得火车的故障点，检测精度高。而且操作简单，整个检测与定位都通过单片机完成。以上所述仅是本实用新型的优选实施例，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种火车故障检测装置，其特征在于，包括频谱检测模块、处理模块、声源定位模块以及报警模块；所述频谱检测模块包括麦克风，所述麦克风与所述单片机电性相连，用于检测待测火车发出的声音信号，并将所述声音信号转化为电信号传送给所述单片机；所述处理模块包括校正单元和计时器，所述处理模块分别与所述麦克风、声源定位模块以及报警模块电性相连，用于向所述频谱检测模块发出控制信号，控制所述麦克风检测待测火车发出的声音信号，并对所述麦克风传送的电信号进行频谱分析，在所检测到的电信号的幅值变量与基准幅值变量相同时继续控制所述麦克风进行检测，在所检测到的电信号的幅值变量与基准幅值变量不相同时，通过所述校正单元再次判断出为故障，则触发所述报警模块，同时通过所述计时器记录当前时刻；所述声源定位模块包括红外线装置，所述红外线装置用于判断是否有待测火车通过，进而启动或停止所述计时器和麦克风；所述报警模块在所检测到的电信号的幅值变量与基准幅值变量不相同时发出警报信号，并显示待测火车故障点的位置。
2.如权利要求1所述的一种火车故障检测装置，其特征在于，所述频谱检测模块中的麦克风包括驻极体话筒和NE555芯片。
3.如权利要求1所述的一种火车故障检测装置，其特征在于，所述处理模块进一步包括单片机，用于对处理模块所接收到的电信号进行处理。
4.如权利要求1所述的一种火车故障检测装置，其特征在于，所述报警模块包括蜂鸣器和数码管，所述蜂鸣器用于在所检测到的电信号的幅值变量与基准幅值变量不相同时发出警报声；所述数码管用于显示待测火车故障点的位置。
5.如权利要求4所述的一种火车故障检测装置，其特征在于，所述的蜂鸣器采用压电式蜂鸣器。
6.如权利要求1所述的一种火车故障检测装置，其特征在于，所述一种火车故障检测装置进一步包括通讯模块，所述通讯模块与所述处理模块电性相连，用于接收处理模块所发出的故障信息，并将所述故障信息发送至火车调度中心。
7.如权利要求6所述的一种火车故障检测装置，其特征在于，所述通讯模块包括无线收发器，用于传输所述故障信息。
专利摘要一种火车故障检测装置，包括频谱检测模块、处理模块、声源定位模块及报警模块；频谱检测模块包括麦克风，与处理模块电性相连，用于检测火车发出的声音信号并将声音信号转为电信号；处理模块分别与麦克风、声源定位模块及报警模块电性相连，用于控制麦克风检测火车发出的声音信号，并对麦克风传送的电信号进行频谱分析，若测得的电信号的幅值变量与基准幅值变量相同，则继续控制麦克风检测，若不同，则触发报警模块，并通过处理模块的计时器记录当前时刻；声源定位模块包括红外线装置，用于判断是否有火车通过，进而启动或停止计时器和麦克风；报警模块在检测到的电信号的幅值变量与基准幅值变量不相同时发出警报信号，并显示火车故障点的位置。
文档编号G01M17/08GK202853912SQ20122056052
公开日2013年4月3日 申请日期2012年10月30日 优先权日2012年10月30日
发明者陈倩倩, 谢秋池, 陆永耕, 时宗耀, 杨磊, 郭卿楠, 韩旭 申请人:上海电机学院