列车转向架失稳检测传感器检测系统及方法与流程

本发明涉及轨道交通安全监测技术，特别是关于一种列车转向架失稳检测传感器检测系统及方法。

背景技术：

近年中国铁路事业发展迅速，高速列车运行速度不断提高，轨道激扰频率增加，车轮磨损加剧，车辆稳定问题凸显。铁道车辆转向架的横向稳定性是指车辆以较高的速度在平直路上运行，某一振型的振幅随着时间的延续而不断扩大，就出现了横向失稳。列车在平直轨道上运行时，应具有良好的横向稳定性，如发生剧烈失稳，会产生很大的轮轨作用力，对线路造成破坏，造成车轴轴承过热或损坏，甚至可能造成脱轨事故，严重影响列车运行安全。

为了确保列车的行车安全，除了定期进行保养维修，及时更换部件外，还需要判断车辆系统是否发生失稳，为了判定车辆系统是否发生失稳，可以通过加速度传感器实时监测构架的横向加速度来评定车辆的横向稳定性(故加速度传感器称为失稳检测传感器)。

失稳检测传感器安装于列车转向架构架上，其工作环境非常恶劣，列车高速运行车会卷起碎石等对失稳检测传感器及其线缆造成撞击损坏，并且列车雨天运行对失稳检测传感器密封要求也较高。故用于高速列车失稳监测的设备需要非常高的可靠性，以保证列车运行时的安全。另外，失稳检测传感器的可靠性设计除考虑防冲击、防水、防火、锁线等方面以外，还应考虑当失稳检测传感器本身因故障失效时的应对措施。一旦检测横向加速度的传感器本身发生了故障，则会导致整个失稳检测装置失效，从而失去对车辆高速转向架的横向稳定性的监测功能，故对失稳检测传感器的实时监测已成为亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明提供了一种列车转向架失稳检测传感器检测系统及方法，以实时对检测失稳检测传感器进行故障检测，实现列车转向架的横向稳定性检测。

为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种列车转向架失稳检测传感器检测系统包括：失稳检测装置、至少一组互为冗余的失稳检测传感器、监控电路；所述失稳检测传感器通过连接器连接至所述失稳检测装置；所述监控电路通过二选一开关连接至该组失稳检测传感器中的其中一个失稳检测传感器，组成闭合回路；其中，

所述失稳检测装置对当前运行中的失稳检测传感器实时进行监控，当该失稳检测传感器存在故障时，降低所述闭合回路的电压；

所述监控电路实时监测所述闭合回路的电压，当检测所述闭合回路的电压变化时，通过所述二选一开关对互为冗余的失稳检测传感器进行切换。

一实施例中，所述失稳检测装置包括：数据采集卡、控制板卡及电源板卡；所述数据采集卡、控制板卡及电源板卡均连接至RS485总线；

所述电源板卡与所述数据采集卡及控制板卡分别连接，用于提供电源；

所述数据采集卡连接至所述连接器，用于采集所述失稳检测传感器的传感器数据，并将所述传感器数据发送给所述控制板卡；

所述控制板卡将所述传感器数据与失稳预警限值和/或报警限值进行比较，输出预警信息和/或报警信息，并在输出报警信息的同时控制所述电源板卡降低所述闭合回路的电压。

一实施例中，所述失稳检测传感器包括：传感器外壳、检测电路板、电缆、宝塔接头、橡胶塞、锁紧螺母、加速度计、调理电路、电压输出变换电路及所述连接器；

所述传感器外壳上设有一具有螺纹的连接孔，并且所述传感器外壳的内部设有第一台阶部，所述检测电路板与所述第一台阶部固定连接；所述加速度计、调理电路及电压输出变换电路设置在所述检测电路板上；所述电缆穿过所述宝塔接头、橡胶塞的通孔、锁紧螺母及连接孔，一端焊接在所述检测电路板上，另一端连接所述连接器，所述连接器连接至采集系统；

所述宝塔接头的尾部具有内螺纹孔及外螺纹，所述橡胶塞置于所述内螺纹孔中，所述锁紧螺母的螺纹与所述内螺纹孔连接以夹紧所述橡胶塞；所述的外螺纹与所述的连接孔的螺纹连接。

一实施例中，所述数据采集卡上设置两个传感器接口，每个传感器接口连接一组互为冗余的失稳检测传感器。

一实施例中，所述控制板卡通过多功能车辆总线连接至动车组中心监控平台，用于将所述预警信息和/或报警信息发送至所述动车组中心监控平台。

一实施例中，所述失稳检测传感器检测自身的状态，并将所述状态反馈至所述失稳检测装置。

为了实现上述目的，本发明实施例还提供了一种列车转向架失稳检测传感器检测方法，应用于上述转向架失稳检测传感器检测系统，该列车转向架失稳检测传感器检测方法包括：

所述失稳检测装置对当前运行中的失稳检测传感器实时进行监控，当该失稳检测传感器存在故障时，进行报警，并降低所述闭合回路的电压；

所述监控电路实时监测所述闭合回路的电压，当检测所述闭合回路的电压变化时，通过所述二选一开关对互为冗余的失稳检测传感器进行切换。

一实施例中，所述失稳检测装置对当前运行中的失稳检测传感器实时进行监控，当该失稳检测传感器存在故障时，进行报警，并降低所述闭合回路的电压，包括：

所述失稳检测装置采集所述失稳检测传感器的传感器数据；

所述失稳检测装置将所述传感器数据与失稳预警限值和/或报警限值进行比较，输出预警信息和/或报警信息，并在输出报警信息的同时控制电源板卡降低所述闭合回路的电压。

本发明实施例可以实时对检测失稳检测传感器进行故障检测，实现列车转向架的横向稳定性检测，并且失稳检测传感器的冗余设计确保了任意一路失稳检测传感器的损坏都不影响整个系统的运行，提高了失稳检测的可靠性和安全性能，确保行车安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的列车转向架失稳检测传感器检测系统的结构示意图；

图2为本发明实施例的失稳检测装置的结构示意图；

图3为本发明实施例的多个列车转向架失稳检测传感器检测系统的结构示意图；

图4为本发明实施例的失稳加速度传感器的结构示意图；

图5为本发明实施例的失稳加速度传感器的整体结构示意图；

图6为本发明实施例的失稳检测传感器的宝塔接头示意图；

图7为本发明实施例的失稳检测传感器的工作原理图；

图8为本发明实施例的列车转向架失稳检测传感器检测方法流程图一；

图9为本发明实施例的列车转向架失稳检测传感器检测方法流程图二。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例的列车转向架失稳检测传感器检测系统的结构示意图，如图1所示，该列车转向架失稳检测传感器检测系统包括：失稳检测装置，至少一组互为冗余的失稳检测传感器(失稳检测传感器1及失稳检测传感器2互为冗余)，以及监控电路。

如图1所示，失稳检测传感器1及失稳检测传感器2分别通过自身的连接器连接至失稳检测装置。监控电路通过二选一开关K连接至该组失稳检测传感器中的其中一个失稳检测传感器，组成闭合回路。

失稳检测装置可以对当前运行中的失稳检测传感器(失稳检测传感器1或失稳检测传感器2)实时进行监控，当该失稳检测传感器存在故障时，降低所述闭合回路的电压。

一实施例中，失稳检测传感器还可以检测自身的状态，并将自身的状态反馈至失稳检测装置。

一实施例中，失稳检测传感器可以为电流输出型传感器，信号传输时抗干扰能力强，保证了失稳检测装置的可靠性。

监控电路可以实时监测闭合回路的电压，当检测闭合回路的电压变化(一般表现为电压降低)时，通过二选一开关K对互为冗余的失稳检测传感器进行切换，即，将当前闭合回路中的失稳检测传感器切换到另一失稳检测传感器，使另一失稳检测传感器处于闭合回路中。

具体实施时，监控电路可以包括电压比较器及继电器等元件，电压比较器与继电器相连接，通过电压比较器可以检测闭合回路的电压变化，如果检测到电压变化，输出控制信号给继电器，继电器控制二选一开关K的切换，实现失稳检测传感器的双冗余设计。

一实施例中，如图2所示，图1所示的失稳检测装置包括：数据采集卡201、控制板卡202及电源板卡203。

数据采集卡201、控制板卡202及电源板卡203均连接至RS485总线。

电源板卡203与数据采集卡201及控制板卡202分别连接，为数据采集卡201及控制板卡202提供电源。

数据采集卡201连接至失稳传感器的连接器，用于采集失稳检测传感器的传感器数据，并将传感器数据发送给控制板卡202。一般地，数据采集卡201上可以设置2路失稳检测传感器接口，每一失稳检测传感器接口可以连接一组互为冗余的失稳检测传感器。图2中，失稳检测传感器1A与失稳检测传感器1B为互为冗余的一组失稳检测传感器，失稳检测传感器2A与失稳检测传感器2B为互为冗余的一组失稳检测传感器。

控制板卡202在接收到数据采集卡201通过RS485总线传输的传感器数据后，可以将传感器数据与预先设置的失稳预警限值和/或报警限值进行比较，输出预警信息和/或报警信息，并在输出报警信息的同时控制所述电源板卡降低所述闭合回路的电压。

当传感器数据超出了失稳预警限值时，可以输出预警信息，例如通过LED指示灯某种闪烁方式进行预警。

当传感器数据超出了失稳报警限值时，可以输出报警信息，例如通过LED指示灯某种闪烁方式进行报警。

图3为本发明实施例的多个列车转向架失稳检测传感器检测系统的结构示意图，如图3所示，每个列车转向架失稳检测传感器检测系统的失稳检测装置连接至至少一组冗余的失稳加速度传感器，每个失稳加速度传感器包括连接器及301传感器本体302。每个列车转向架失稳检测传感器检测系统的失稳检测装置均通过多功能车辆总线(MVB总线)连接至动车组中心监控平台。具体地，失稳检测装置的控制板卡通过多功能车辆总线连接至动车组中心监控平台，用于将预警信息和/或报警信息发送至所述动车组中心监控平台。

图4为本发明实施例的失稳加速度传感器的结构示意图。图5为本发明实施例的失稳加速度传感器的整体结构示意图。如图4及图5所示，该失稳检测传感器包括：传感器外壳101、检测电路板102、电缆103、宝塔接头104、橡胶塞105、锁紧螺母106、连接器201及设置在检测电路板102上的加速度计、调理电路及电压/电流输出转换电路。该电流输出型高速列车转向架失稳检测传感器结构简单，安装方便，具有较高的抗冲击强度和防护等级，并确保在恶劣环境下可靠的工作。

如图4所示，传感器外壳101的内部设有台阶部107，检测电路板102与台阶部107固定连接，检测电路板102安装于传感器外壳内部，其他外部组件都是为了实现检测电路板102的保护和信号输出。

另外，传感器外壳101上还设有一具有螺纹的连接孔108，电缆103穿过宝塔接头104、橡胶塞105的通孔、锁紧螺母106及连接孔108。电缆103的一端焊接在检测电路板102上，另一端连接连接器201，连接器201连接至采集系统。

该传感器外壳101可以为不锈钢外壳，本发明不以此为限。

宝塔接头104的尾部具有内螺纹孔及外螺纹109，橡胶塞105置于内螺纹孔中，锁紧螺母106的螺纹113与内螺纹孔连接，通过拧紧螺纹，可以锁紧橡胶塞105。宝塔接头104的外螺纹109与连接孔108的螺纹连接，以将电缆103与传感器外壳101固定。

一实施例中，传感器外壳101上设有密封槽115，密封槽115放置密封圈116，传感器外壳101与宝塔接头连接时，密封圈116可起到密封作用。

检测电路板102的固定方式有很多种，一实施例中，可以在检测电路板102的各个角(一般为4个)上打孔，通过螺钉(如圆头螺钉)将检测电路板102固定在台阶部107上。

一实施例中，为了保护电路板，可以为传感器外壳101设置盖板110，具体实施时，可以在传感器外壳的内部设置台阶部111，盖板111与台阶部110固定连接，以将所述检测电路板封住。

盖板111具体安装时，为了实现盖板密封，可以在检测电路板102固定在台阶部107之后，先在传感器外壳101与盖板11接触的台阶部111的台阶面上涂上适量硅橡胶，盖上盖板11，然后通过沉头螺钉将盖板固定到传感器外壳上101的台阶部111上。

为了保护电缆103不受损坏，可以在电缆103之外套设橡胶护线管202，橡胶护线管202的一端一般套在宝塔接头104的头部112上。

一实施例中，为了防止橡胶护线管202从宝塔接头104的头部112脱落，可以在宝塔接头104的头部112设置倒刺301，如图6所示。橡胶护线管202一端的内壁与倒刺301接触，倒刺310也可以起到一定的密封作用。另外，为了更好的防止橡胶护线管202从宝塔接头104的头部112脱落，使密封效果更好，可以橡胶护线管202的两端通过喉箍203锁紧。

一实施例中，传感器外壳101上设置有两个侧耳114，在侧耳114上设有安装孔117，通过螺钉或螺栓可将传感器外壳101固定在列车底部车架上。

一实施例中，加速度计为MEMS加速度计，与压电式加速度计相比，MEMS加速度计调理电路简单，抗干扰能力强，该传感器可实现横向加速度信号输出，对高速列车横向加速度精确测量，同时可以测量静态重力加速度，以及运动、冲击或振动引起的动态加速度，可实现传感器状态自检，还可精确检测低频振动。

另外，MEMS加速度计的供电通过基准电压源实现，因为基准电压源与普通电源模块相比具有低噪声、高精度和低温度漂移的特性，保证其检测的准确性和可靠性。

检测电路板102是失稳检测传感器的核心部件，通过检测电路板102上的MEMS加速度计、调理电路和电压/电流输出转换电路，可以实现加速度信号的采集、调理和电流信号输出，请参见失稳检测传感器的原理图7。失稳检测传感器采集到的模拟信号经过调理校正后，经连接器连接输出至采集系统，由采集系统上传至上位机进行数据分析，判定高速列车转向架失稳状态。失稳检测传感器具有自检功能，可以在使用过程中检测并报告传感器状态，同时由于其为电流输出型传感器，信号传输时抗干扰能力强。

本发明实施例可以实时对检测失稳检测传感器进行故障检测，实现列车转向架的横向稳定性检测，并且失稳检测传感器的冗余设计确保了任意一路失稳检测传感器的损坏都不影响整个系统的运行，提高了失稳检测的可靠性和安全性能，确保行车安全。

图8为本发明实施例的列车转向架失稳检测传感器检测方法流程图。该列车转向架失稳检测传感器检测方法图1所示的转向架失稳检测传感器检测系统，如图8所示，该列车转向架失稳检测传感器检测方法包括：

S801：失稳检测装置对当前运行中的失稳检测传感器实时进行监控，当该失稳检测传感器存在故障时，进行报警，并降低所述闭合回路的电压；

S802：监控电路实时监测所述闭合回路的电压，当检测所述闭合回路的电压变化时，通过所述二选一开关对互为冗余的失稳检测传感器进行切换。

一实施例中，如图9所示，S801具体实施时，包括如下步骤：

S901：失稳检测装置采集所述失稳检测传感器的传感器数据；

S902：所述失稳检测装置将所述传感器数据与失稳预警限值和/或报警限值进行比较，输出预警信息和/或报警信息，并在输出报警信息的同时控制所述电源板卡降低所述闭合回路的电压。

本发明实施例可以实时对检测失稳检测传感器进行故障检测，实现列车转向架的横向稳定性检测，并且失稳检测传感器的冗余设计确保了任意一路失稳检测传感器的损坏都不影响整个系统的运行，提高了失稳检测的可靠性和安全性能，确保行车安全。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。