一种铁路货车制动系统风管的故障检测系统的制作方法

本发明涉及故障检测领域，更具体地，涉及一种铁路货车制动系统风管的故障检测系统。

背景技术：

铁路货运是铁路运营的重要组成部分，目前我国在线运行的铁路货车车辆大约80万辆，随着铁路货运业务的不断攀升，货运列车也朝着重载、快速、安全、绿色的方向快速发展。如何能在货运列车载重量、速度不断提升的过程中保障列车运行安全，让列车跑得起来还要安全可靠停下，是需要铁路货运列车运营从业者不断摸索解决的重要课题。

制动系统是铁路货车重要组成系统之一，严重的制动系统故障威胁行车安全。所谓制动就是人为地使列车减速或使其在规定的距离内停车，反之，对已经施行制动的列车解除或减弱其制动作用，称之为“缓解”。列车制动系统包括“机车制动装置”和“车辆制动装置”。也就是说，在铁路列车中，不管是具有牵引动力装置的机车，还是被牵引的货车、客车，都各自具有自己的制动装置。不同的是，机车除了像车辆一样具有使它自己制动和缓解的设备外，还具有操纵全列车制动作用的设备。

安全第一，“不止不行”。对现代铁路来说，制动的重要性早就不仅仅是安全问题了。制动已经成为限制列车速度和牵引重量进一步提高的重要因素。要想“多拉快跑”，除了要有较大功率的牵引动力外，还要有更大功率的列车制动装置。为什么牵引动力装置可以集中在机车，而制动装置却必须遍布全列车每一辆车呢？原因就在于制动功率需要比牵引功率大得多。如果制动功率不足，遇紧急情况下不能保证在规定的制动距离内停车，则后果不堪设想。

目前我国货运列车制动系统主要采用自动式空气制动机，以压缩空气作为原动力，通过改变空气压强来操纵控制，它的制动力大，操纵控制灵敏便利。我国铁路上习惯于把压缩空气简称为“风”，把空气制动机简称为“风闸”。以此类推，制动系统里有风缸、风泵、风管等装置。

一列货运列车，由若干辆货车编组完成后，每一节车厢下面有自己的制动系统，铁路货车常用制动系统主要由控制阀组件、制动风缸组件、脱轨阀组件、基础制动装置、副风缸及管路系统组成。自动式空气制动机的基本组成包括：列车的机车(俗称火车头)上有空气压缩机、总风缸、总风缸管和制动阀，空气压缩机连接总风缸，总风缸通过总风缸管连接制动阀；还包括每节车厢的制动子系统，每节车厢的制动子系统包括列车管、制动缸、副风缸、第一三通阀和第二三通阀，列车管的第一支管的第一端作为第一外接端，列车管的第一支管的另一端连接第一三通阀的第一端，第一三通阀的第二端通过第一风管连接第二三通阀的一端，第二三通阀的第二端通过第二风管连接副风缸，第二三通阀的第三端通过第三风管连接制动缸，第一三通阀的第三端连接列车管的第二支管的一端，列车管的第二支管的另一端作为第二外接端；第一车厢的制动子系统的第一外接端连接制动阀，除第一车厢的制动子系统外的其他车厢的制动子系统的第一外接端连接相邻车厢的制动子系统的第二外接端连接所述第二三通阀的第一端。当制动阀手柄置于缓解位ⅲ时，总风缸的风经过制动阀进入列车管充风增压，并进入第二三通阀，将第二三通阀内的活塞推至右极端(缓解位)，并经过第二三通阀“活塞套”上部的“充气沟”进入副风缸，副风缸空气加压，此时制动缸则经过第二三通阀与大气相通，制动缸里气压降低，制动缸活塞在内部缓解弹簧推动下左移，活塞杆带动基础制动装置使闸瓦与车轮踏面分离，如果制动缸原来处于制动状态，则可得到缓解。当制动阀手柄置于制动位ⅰ时，列车管经制动阀接通大气，列车制动管(列车管)里的高压气体减压，副风缸里的高压气体将第二三通阀里的活塞推向左极端(制动位)，从而打开第二三通阀里通往制动缸的气路，副风缸的高压空气推动制动缸里的活塞前移，活塞杆为基础制动装置提供动力，推动闸瓦与车轮踏面紧密摩擦，产生制动作用。当制动阀手柄置于保压位ⅱ时，列车管不通总风缸也不通大气，列车管空气压强保持不变。此时副风缸仍继续向制动缸供风，副风缸空气压强仍在下降，当副风缸空气压强降至比列车管空气压强略低时，列车管风压会将第二三通阀活塞向右推至中间位置，刚好使第二三通阀通向制动缸的气孔被关闭，副风缸停止给制动缸供风，副风缸空气压强不再下降，制动缸空气压强不再上升，二者都处于保压状态。机车启动之后，空气压缩机开始工作，产生的压缩空气储存在总风缸里，压强可以达到600kpa，列车司机通过将制动阀手柄反复置于缓解位和保压位，可以使列车管和副风缸的气压逐渐上升。

从以上货运列车制动系统的工作过程中可以看出，列车制动是靠压缩空气来提供动力的，列车制动管和各车厢制动机的管路是压缩空气的通道。目前我国的货运列车在机车上安装有列车制动管压力表，司机只能观察到列车制动管是否有漏气事故发生，至于列车制动管是否有堵塞、堵塞的大概位置、每辆车下的副风缸压力是否正常、通向制动缸的风压是否正常、制动缸是否可以有效缓解等等状况，司机在行车过程中是无从知道的，只有到车辆检修的时候才能发现故障所在，也就是说，现在货运列车制动系统是一个开环控制系统，列车司机对制动系统的许多故障是不能及时掌握的，如果这些管路出现泄露或堵塞，就会使一列车或其中某些车厢的制动失灵或闸瓦无法缓解，酿成行车事故。

技术实现要素：

本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的铁路货车制动系统风管的故障检测系统。

第一方面，本发明提供一种铁路货车制动系统风管的故障检测系统，所述铁路货车制动系统包括：制动阀、列车管、制动缸、副风缸、第一三通阀和第二三通阀；所述列车管的第一支管的一端连接所述制动阀，所述列车管的第一支管的另一端连接所述第一三通阀的第一端，所述第一三通阀的第二端通过第一风管连接所述第二三通阀的第一端，所述第二三通阀的第二端通过第二风管连接所述副风缸，所述第二三通阀的第三端通过第三风管连接所述制动缸；所述故障检测系统包括驾驶室终端、第一形变量感应模块、第一电阻测量模块、第一故障确定模块、第二形变量感应模块、第二电阻测量模块、第二故障确定模块、第三形变量感应模块、第三电阻测量模块、第三故障确定模块、第四形变量感应模块、第四电阻测量模块和第四故障确定模块；其中，

所述驾驶室终端，分别连接所述第一故障确定模块、所述第二故障确定模块、所述第三故障确定模块和所述第四故障确定模块，用于分别向所述第一故障确定模块、所述第二故障确定模块、所述第三故障确定模块和所述第四故障确定模块发送铁路货车的当前运行状态、零风压标定电阻值、半风压标定电阻值、全风压标定电阻值和制动风压电阻值；

所述第一形变量感应模块，安装在所述列车管上，用于感应所述列车管的形变，并根据形变量产生电阻；

所述第一电阻测量模块，连接所述第一形变量感应模块和所述第一故障确定模块，用于测量所述第一形变量感应模块产生的电阻，并将第一测量值发送给所述第一故障确定模块；

所述第一故障确定模块，用于根据所述第一测量值获取第一电阻值，并根据所述铁路货车的当前运行状态、所述第一电阻值、零风压标定电阻值、半风压标定电阻值、全风压标定电阻值和制动风压电阻值确定所述列车管的故障信息；

所述第二形变量感应模块，安装在所述第一风管上，用于感应所述第一风管的形变，根据形变量产生电阻；

所述第二电阻测量模块，连接所述第二形变量感应模块和所述第二故障确定模块，用于测量所述第二形变量感应模块产生的电阻，并将第二测量值发送给所述第二故障确定模块；

所述第二故障确定模块，用于根据所述第二测量值获取第二电阻值，并根据所述铁路货车的当前运行状态、所述第二电阻值、零风压标定电阻值、半风压标定电阻值、全风压标定电阻值和制动风压电阻值确定所述第一风管的故障信息；

所述第三形变量感应模块，安装在所述第二风管上，用于感应所述第二风管的形变，并根据形变量产生电阻；

所述第三电阻测量模块，连接所述第三形变量感应模块和所述第三故障确定模块，用于测量所述第三形变量感应模块产生的电阻，并将第三测量值发送给所述第三故障确定模块；

所述第三故障确定模块，用于根据所述第三测量值获取第三电阻值，并根据所述铁路货车的当前运行状态、所述第三电阻值、零风压标定电阻值、半风压标定电阻值、全风压标定电阻值和制动风压电阻值确定所述第二风管的故障信息；

所述第四形变量感应模块，安装在所述第三风管上，用于感应所述第三风管的形变，并根据形变量产生电阻；

所述第四电阻测量模块，连接所述第四形变量感应模块和所述第四故障确定模块，用于测量所述第四形变量感应模块产生的电阻，并将第四测量值发送给所述第四故障确定模块；

所述第四故障确定模块，用于根据所述第四测量值获取第四电阻值，并根据所述铁路货车的当前运行状态、所述第四电阻值、零风压标定电阻值、半风压标定电阻值、全风压标定电阻值和制动风压电阻值确定所述第三风管的故障信息。

优选地，所述第一形变量感应模块、所述第二形变量感应模块、所述第三形变量感应模块和所述第四形变量感应模块分别包括两个电阻应变片；所述第一电阻测量模块、所述第二电阻测量模块、所述第三电阻测量模块和所述第四电阻测量模块集成采用三路惠斯通电桥；所述第一故障确定模块、所述第二故障确定模块、所述第三故障确定模块和所述第四故障确定模块集成采用单片机；所述故障检测系统还包括：应变片输入切换电路；所述三路惠斯通电桥包括第一惠斯通电桥、第二惠斯通电桥和第三惠斯通电桥；

所述第一惠斯通电桥的一个桥臂包括第一目标电阻应变片、第一长导线和第二长导线，所述第一目标电阻应变片、第一长导线和第二长导线串接，所述第一长导线和所述第二长导线在所述第一目标电阻应变片的引出端的焊盘处短接在一起；所述第一目标电阻应变片为每个形变量感应模块包括的两个电阻应变片中的一个；

所述第三惠斯通电桥的一个桥臂包括第二目标电阻应变片、第七长导线和第八长导线，所述第二目标电阻应变片、第七长导线和第八长导线串接，所述第七长导线和所述第八长导线在所述第二目标电阻应变片的引出端的焊盘处短接在一起；所述第二目标电阻应变片为每个形变量感应模块包括的两个电阻应变片中的另一个；

所述第一目标电阻应变片的第一输出端和第二输出端经过第三长导线和第四长导线接到所述第二惠斯通电桥的第一桥臂，所述第二目标电阻应变片的第一输出端和第二输出端经过第五长导线和第六长导线接到所述第二惠斯通电桥的第三桥臂；

所述三路惠斯通电桥，用于根据预知的输入电压、预知的所述第一惠斯通电桥的各个桥臂的电阻、预知的所述第二惠斯通电桥的各个桥臂的电阻、预知的所述第三惠斯通电桥的各个桥臂的电阻、接入所述三路惠斯通电桥的第一目标电阻应变片产生的电阻和接入所述三路惠斯通电桥的第二目标电阻应变片产生的电阻生成输出电压，并将输出电压发送给所述单片机；

所述应变片输入切换电路包括多个可控电子开关，每个电阻应变片和所述三路惠斯通电桥连接的导线上设置一个所述可控电子开关，所述单片机连接所述各个可控电子开关的控制端，每个可控电子开关的两个接线端连接在对应电阻应变片和所述三路惠斯通电桥的连接导线上；

所述单片机，用于向所述各个可控电子开关的控制端发送信号采集指令；

所述各个可控电子开关，用于根据所述信号采集指令导通或断开每个可控电子开关的两个接线端。

优选地，所述第一形变量感应模块包括的两个电阻应变片相对安装在所述列车管上，所述第二形变量感应模块包括的两个电阻应变片相对安装在所述第一风管上，所述第三形变量感应模块包括的两个电阻应变片相对安装在所述第二风管上，所述第四形变量感应模块包括的两个电阻应变片相对安装在所述第三风管上。

优选地，所述故障检测系统还包括：信号放大电路；

所述三路惠斯通电桥、所述信号放大电路和所述单片机依次连接。

优选地，所述故障检测系统还包括：环境温度测量电路；

所述环境温度测量电路连接所述单片机；

所述环境温度测量电路，用于测量铁路货车运行环境的温度，并将所述温度发送给所述单片机；

所述单片机，用于根据所述温度和预先获知的所述第一形变量感应模块的修正参数、所述第二形变量感应模块的修正参数、所述第三形变量感应模块的修正参数和所述第四形变量感应模块的修正参数，对所述第一电阻值、所述第二电阻值、所述第三电阻值和所述第四电阻值进行修正。

优选地，所述故障检测系统还包括：加速度计；

所述加速度计连接所述单片机；

所述加速度计，用于检测铁路货车的工作状态，并将所述铁路货车的工作状态发送给所述单片机；

所述单片机，用于根据所述铁路货车的工作状态向所述多个可控电子开关的控制端生成信号采集频率指令，并根据所述信号采集频率指令向所述各个可控电子开关的控制端发送所述信号采集指令。

优选地，所述应变片输入切换电路、所述三路惠斯通电桥和所述单片机集成在智能采集器中，所述智能采集器中还包括无线数据传输模块，所述单片机连接所述无线数据传输模块。

第二方面，本发明还提供一种铁路货车制动系统风管的故障检测系统，所述铁路货车制动系统包括制动阀以及每节车厢的制动子系统；

所述每节车厢的制动子系统包括列车管、制动缸、副风缸、第一三通阀和第二三通阀；所述列车管的第一支管的第一端作为第一外接端，所述列车管的第一支管的另一端连接所述第一三通阀的第一端，所述第一三通阀的第二端通过第一风管连接所述第二三通阀的第一端，所述第二三通阀的第二端通过第二风管连接所述副风缸，所述第二三通阀的第三端通过第三风管连接所述制动缸，所述第一三通阀的第三端连接所述列车管的第二支管的一端，所述列车管的第二支管的另一端作为第二外接端；

第一车厢的制动子系统的第一外接端连接所述制动阀，除所述第一车厢的制动子系统外的其他车厢的制动子系统的第一外接端连接相邻车厢的制动子系统的第二外接端；所述故障检测系统还包括驾驶室终端和每节车厢的故障检测子系统；所述每节车厢的故障检测子系统包括：第一形变量感应模块、第一电阻测量模块、第一故障确定模块、第二形变量感应模块、第二电阻测量模块、第二故障确定模块、第三形变量感应模块、第三电阻测量模块、第三故障确定模块、第四形变量感应模块、第四电阻测量模块和第四故障确定模块；其中，

所述驾驶室终端，分别连接每节车厢的故障检测子系统的所述第一故障确定模块、所述第二故障确定模块、所述第三故障确定模块和所述第四故障确定模块，用于分别向每节车厢的故障检测子系统的所述第一故障确定模块、所述第二故障确定模块、所述第三故障确定模块和所述第四故障确定模块发送铁路货车的当前运行状态、零风压标定电阻值、半风压标定电阻值、全风压标定电阻值和制动风压电阻值；

每节车厢的故障检测子系统的所述第一形变量感应模块，安装在对应车厢的制动子系统的所述列车管上，用于感应所述列车管的形变，并根据形变量产生电阻；

每节车厢的故障检测子系统的所述第一电阻测量模块，连接对应车厢的故障检测子系统的所述第一形变量感应模块和所述第一故障确定模块，用于测量所述第一形变量感应模块产生的电阻，并将第一测量值发送给所述第一故障确定模块；

每节车厢的故障检测子系统的所述第一故障确定模块，用于根据对应车厢的故障检测子系统的所述第一测量值获取第一电阻值，并根据所述铁路货车的当前运行状态、所述第一电阻值、零风压标定电阻值、半风压标定电阻值、全风压标定电阻值和制动风压电阻值确定所述列车管的故障信息；

每节车厢的故障检测子系统的所述第二形变量感应模块，安装在对应车厢的制动子系统的所述第一风管上，用于感应所述第一风管的形变，根据形变量产生电阻；

每节车厢的故障检测子系统的所述第二电阻测量模块，连接对应车厢的故障检测子系统的所述第二形变量感应模块和所述第二故障确定模块，用于测量所述第二形变量感应模块产生的电阻，并将第二测量值发送给所述第二故障确定模块；

每节车厢的故障检测子系统的所述第二故障确定模块，用于根据对应车厢的故障检测子系统的所述第二测量值获取第二电阻值，并根据所述铁路货车的当前运行状态、所述第二电阻值、零风压标定电阻值、半风压标定电阻值、全风压标定电阻值和制动风压电阻值确定所述第一风管的故障信息；

每节车厢的故障检测子系统的所述第三形变量感应模块，安装在对应车厢的制动子系统的所述第二风管上，用于感应所述第二风管的形变，并根据形变量产生电阻；

每节车厢的故障检测子系统的所述第三电阻测量模块，连接对应车厢的故障检测子系统的所述第三形变量感应模块和所述第三故障确定模块，用于测量所述第三形变量感应模块产生的电阻，并将第三测量值发送给所述第三故障确定模块；

每节车厢的故障检测子系统的所述第三故障确定模块，用于根据对应车厢的故障检测子系统的所述第三测量值获取第三电阻值，并根据所述铁路货车的当前运行状态、所述第三电阻值、零风压标定电阻值、半风压标定电阻值、全风压标定电阻值和制动风压电阻值确定所述第二风管的故障信息；

每节车厢的故障检测子系统的所述第四形变量感应模块，安装在对应车厢的制动子系统的所述第三风管上，用于感应所述第三风管的形变，并根据形变量产生电阻；

每节车厢的故障检测子系统的所述第四电阻测量模块，连接对应车厢的故障检测子系统的所述第四形变量感应模块和所述第四故障确定模块，用于测量所述第四形变量感应模块产生的电阻，并将第四测量值发送给所述第四故障确定模块；

每节车厢的故障检测子系统的所述第四故障确定模块，用于根据对应车厢的故障检测子系统的所述第四测量值获取第四电阻值，并根据所述铁路货车的当前运行状态、所述第四电阻值、零风压标定电阻值、半风压标定电阻值、全风压标定电阻值和制动风压电阻值确定所述第三风管的故障信息。

由上述技术方案可知，本发明实施例所述驾驶室终端用于分别向所述第一故障确定模块、所述第二故障确定模块、所述第三故障确定模块和所述第四故障确定模块发送铁路货车的当前运行状态、零风压标定电阻值、半风压标定电阻值、全风压标定电阻值和制动风压电阻值；所述第一形变量感应模块，用于感应所述列车管的形变，并根据形变量产生电阻；所述第一电阻测量模块，用于测量所述第一形变量感应模块产生的电阻，并将第一测量值发送给所述第一故障确定模块；所述第一故障确定模块，用于根据所述第一测量值获取第一电阻值，并根据所述铁路货车的当前运行状态、所述第一电阻值、零风压标定电阻值、半风压标定电阻值、全风压标定电阻值和制动风压电阻值确定所述列车管的故障信息；所述第二形变量感应模块，用于感应所述第一风管的形变，根据形变量产生电阻；所述第二电阻测量模块，用于测量所述第二形变量感应模块产生的电阻，并将第二测量值发送给所述第二故障确定模块；所述第二故障确定模块，用于根据所述第二测量值获取第二电阻值，并根据所述铁路货车的当前运行状态、所述第二电阻值、零风压标定电阻值、半风压标定电阻值、全风压标定电阻值和制动风压电阻值确定所述第一风管的故障信息；所述第三形变量感应模块，用于感应所述第二风管的形变，并根据形变量产生电阻；所述第三电阻测量模块，用于测量所述第三形变量感应模块产生的电阻，并将第三测量值发送给所述第三故障确定模块；所述第三故障确定模块，用于根据所述第三测量值获取第三电阻值，并根据所述铁路货车的当前运行状态、所述第三电阻值、零风压标定电阻值、半风压标定电阻值、全风压标定电阻值和制动风压电阻值确定所述第二风管的故障信息；所述第四形变量感应模块，用于感应所述第三风管的形变，并根据形变量产生电阻；所述第四电阻测量模块，用于测量所述第四形变量感应模块产生的电阻，并将第四测量值发送给所述第四故障确定模块；所述第四故障确定模块，用于根据所述第四测量值获取第四电阻值，并根据所述铁路货车的当前运行状态、所述第四电阻值、零风压标定电阻值、半风压标定电阻值、全风压标定电阻值和制动风压电阻值确定所述第三风管的故障信息，从而可以及时掌握铁路货车制动系统风管的故障信息，从而保证行车安全。

附图说明

图1为本发明一实施例的铁路货车制动系统风管的故障检测系统的结构示意图；

图2为本发明一实施例的铁路货车制动系统风管的故障检测系统的控制原理框图；

图3为一种普通钢材(软铁)的应力与应变关系图；

图4为本发明另一实施例的铁路货车制动系统风管的故障检测系统的控制原理框图；

图5为本发明一实施例的铁路货车制动系统风管的故障检测系统中的三路惠斯通电桥的电路图；

图6为本发明一实施例的铁路货车制动系统风管的故障检测系统中的应变片输入切换电路的原理图；

图7为现有的一种电阻应变片的结构示意图；

图8为本发明一实施例的铁路货车制动系统风管的故障检测系统中的电阻应变片的安装示意图；

图9为本发明一实施例的铁路货车制动系统风管的故障检测系统中的电阻应变片的引出线示意图；

图10为现有惠斯通电桥的电路图；

图11为本发明一实施例的铁路货车制动系统风管的故障检测系统中的三路惠斯通电桥中的电阻应变片接入一个惠斯通电桥的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图1为本发明一实施例的铁路货车制动系统风管的故障检测系统的结构示意图；图2为本发明一实施例的铁路货车制动系统风管的故障检测系统的控制原理框图。

如图1和图2所示的一种铁路货车制动系统风管的故障检测系统，所述铁路货车制动系统包括：制动阀104、列车管105、制动缸108、副风缸111、第一三通阀114和第二三通阀106；所述列车管105的第一支管119的一端连接所述制动阀104，所述列车管105的第一支管119的另一端连接所述第一三通阀114的第一端，所述第一三通阀114的第二端通过第一风管115连接所述第二三通阀106的第一端，所述第二三通阀106的第二端通过第二风管116连接所述副风缸111，所述第二三通阀106的第三端通过第三风管117连接所述制动缸108；所述故障检测系统包括驾驶室终端209、第一形变量感应模块s1、第一电阻测量模块201、第一故障确定模块202、第二形变量感应模块s2、第二电阻测量模块203、第二故障确定模块204、第三形变量感应模块s3、第三电阻测量模块205、第三故障确定模块206、第四形变量感应模块s4、第四电阻测量模块207和第四故障确定模块208；其中，

所述驾驶室终端209，分别连接所述第一故障确定模块202、所述第二故障确定模块204、所述第三故障确定模块206和所述第四故障确定模块208，用于分别向所述第一故障确定模块、所述第二故障确定模块、所述第三故障确定模块和所述第四故障确定模块发送铁路货车的当前运行状态、零风压标定电阻值、半风压标定电阻值、全风压标定电阻值和制动风压电阻值；

所述第一形变量感应模块s1，安装在所述列车管105上，用于感应所述列车管的形变，并根据形变量产生电阻；

所述第一电阻测量模块201，连接所述第一形变量感应模块s1和所述第一故障确定模块202，用于测量所述第一形变量感应模块产生的电阻，并将第一测量值发送给所述第一故障确定模块；

所述第一故障确定模块202，用于根据所述第一测量值获取第一电阻值，并根据所述铁路货车的当前运行状态、所述第一电阻值、零风压标定电阻值、半风压标定电阻值、全风压标定电阻值和制动风压电阻值确定所述列车管的故障信息；

所述第二形变量感应模块s2，安装在所述第一风管115上，用于感应所述第一风管的形变，根据形变量产生电阻；

所述第二电阻测量模块203，连接所述第二形变量感应模块s2和所述第二故障确定模块204，用于测量所述第二形变量感应模块产生的电阻，并将第二测量值发送给所述第二故障确定模块；

所述第二故障确定模块204，用于根据所述第二测量值获取第二电阻值，并根据所述铁路货车的当前运行状态、所述第二电阻值、零风压标定电阻值、半风压标定电阻值、全风压标定电阻值和制动风压电阻值确定所述第一风管的故障信息；

所述第三形变量感应模块s3，安装在所述第二风管116上，用于感应所述第二风管的形变，并根据形变量产生电阻；

所述第三电阻测量模块205，连接所述第三形变量感应模块s3和所述第三故障确定模块206，用于测量所述第三形变量感应模块产生的电阻，并将第三测量值发送给所述第三故障确定模块；

所述第三故障确定模块206，用于根据所述第三测量值获取第三电阻值，并根据所述铁路货车的当前运行状态、所述第三电阻值、零风压标定电阻值、半风压标定电阻值、全风压标定电阻值和制动风压电阻值确定所述第二风管的故障信息；

所述第四形变量感应模块，安装在所述第三风管117上，用于感应所述第三风管的形变，并根据形变量产生电阻；

所述第四电阻测量模块207，连接所述第四形变量感应模块s4和所述第四故障确定模块208，用于测量所述第四形变量感应模块产生的电阻，并将第四测量值发送给所述第四故障确定模块；

所述第四故障确定模块208，用于根据所述第四测量值获取第四电阻值，并根据所述铁路货车的当前运行状态、所述第四电阻值、零风压标定电阻值、半风压标定电阻值、全风压标定电阻值和制动风压电阻值确定所述第三风管的故障信息。

图1中101为空气压缩机，102为总风缸，103为总风缸管，107为第二三通阀内的活塞，109为缓解弹簧，110为活塞杆，112为闸瓦。

本发明实施例所述驾驶室终端用于分别向所述第一故障确定模块、所述第二故障确定模块、所述第三故障确定模块和所述第四故障确定模块发送铁路货车的当前运行状态、零风压标定电阻值、半风压标定电阻值、全风压标定电阻值和制动风压电阻值；所述第一形变量感应模块，用于感应所述列车管的形变，并根据形变量产生电阻；所述第一电阻测量模块，用于测量所述第一形变量感应模块产生的电阻，并将第一测量值发送给所述第一故障确定模块；所述第一故障确定模块，用于根据所述第一测量值获取第一电阻值，并根据所述铁路货车的当前运行状态、所述第一电阻值、零风压标定电阻值、半风压标定电阻值、全风压标定电阻值和制动风压电阻值确定所述列车管的故障信息；所述第二形变量感应模块，用于感应所述第一风管的形变，根据形变量产生电阻；所述第二电阻测量模块，用于测量所述第二形变量感应模块产生的电阻，并将第二测量值发送给所述第二故障确定模块；所述第二故障确定模块，用于根据所述第二测量值获取第二电阻值，并根据所述铁路货车的当前运行状态、所述第二电阻值、零风压标定电阻值、半风压标定电阻值、全风压标定电阻值和制动风压电阻值确定所述第一风管的故障信息；所述第三形变量感应模块，用于感应所述第二风管的形变，并根据形变量产生电阻；所述第三电阻测量模块，用于测量所述第三形变量感应模块产生的电阻，并将第三测量值发送给所述第三故障确定模块；所述第三故障确定模块，用于根据所述第三测量值获取第三电阻值，并根据所述铁路货车的当前运行状态、所述第三电阻值、零风压标定电阻值、半风压标定电阻值、全风压标定电阻值和制动风压电阻值确定所述第二风管的故障信息；所述第四形变量感应模块，用于感应所述第三风管的形变，并根据形变量产生电阻；所述第四电阻测量模块，用于测量所述第四形变量感应模块产生的电阻，并将第四测量值发送给所述第四故障确定模块；所述第四故障确定模块，用于根据所述第四测量值获取第四电阻值，并根据所述铁路货车的当前运行状态、所述第四电阻值、零风压标定电阻值、半风压标定电阻值、全风压标定电阻值和制动风压电阻值确定所述第三风管的故障信息，从而可以及时掌握铁路货车制动系统风管的故障信息，从而保证行车安全。

上述实施例中，列车管、第一风管、第二风管和第三风管四个测量点相当于列车管、副风缸、制动上游、制动下游四个测量点。

铁路货车的列车管和各级支管采用不同口径的不锈钢管构成，不同型号货车的风管所采用的不锈钢管的型号也可能不同，但不锈钢的材质基本相同。当压缩空气进入列车管后，不锈钢管内壁的空气压强大约600kpa，受空气压力的作用，列车管会沿径向扩张或沿轴向拉伸或二者同时存在，因为压缩空气作用在管壁上的压力更直接，所以制动风管的径向扩展更明显。材料力学中对应变的定义是这样的：

当单位圆柱体被拉伸的时候会产生伸长变形δl，那么圆柱体的长度则变为l+δl。这里，由伸长量δl和原长l的比值所表示的伸长率(或压缩率)就叫做“应变”，记为ε1。

电阻应变表示的是伸长率(或压缩率)，属于无量纲数，没有单位。由于量值很小(1×10^-6百万分之一)，通常单位用“微应变”表示，或简单地用μe表示。

所以，当制动风管的内壁受到压缩空气的压力后，管壁发生应变。

各种材料的应变与应力的关系已经通过实验进行了测定。图3所示为一种普通钢材(软铁)的应力与应变关系图。根据胡克定律，在一定的比例极限范围内应力与应变成线性比例关系。对应的最大应力称为比例极限。

σ＝e·ε

电阻应变片的工作原理为：将应变片贴在被测定物体上，使其随着被测定物体的应变一起伸缩，这样里面的金属箔材就随着应变伸长或缩短。电阻应变片在机械性地伸长或缩短时其电阻值会随之变化。一般电阻应变片的敏感栅使用的是铜铬合金或康铜，其电阻变化率为常数，与应变成正比例关系。即：

其中，r：应变片标称电阻值ω(欧姆)

δr：伸长或压缩所引起的电阻变化ω(欧姆)

k：比例常数(应变片常数)

ε：应变

不同的金属材料有不同的比例常数k，在应变片的出厂测试数据里有明确的数值，一般铜铬合金应变片的k值约为2，沿栅丝正负方向最大拉伸量(应变值)大约50000μm/m,假设应变片标称电阻120欧姆，即：

ε＝50000μm/m＝5％，δr＝r·k·ε＝120x2x5％＝12ω

也就是说，一只栅丝长6毫米、标称电阻120欧姆的单直应变片，达到最大拉伸长度时，它的电阻是132欧姆，达到压缩最小长度时的电阻值是108欧姆。

基于上述原理，参照图4-图6，作为一种优选实施例，所述第一形变量感应模块、所述第二形变量感应模块、所述第三形变量感应模块和所述第四形变量感应模块分别包括两个电阻应变片；所述第一电阻测量模块、所述第二电阻测量模块、所述第三电阻测量模块和所述第四电阻测量模块集成采用三路惠斯通电桥402；所述第一故障确定模块、所述第二故障确定模块、所述第三故障确定模块和所述第四故障确定模块集成采用单片机406；所述故障检测系统还包括：应变片输入切换电路401；所述三路惠斯通电桥402包括第一惠斯通电桥、第二惠斯通电桥和第三惠斯通电桥；

所述第一惠斯通电桥的一个桥臂包括第一目标电阻应变片、第一长导线(即图5中的长导线1)和第二长导线(即图5中的长导线2)，所述第一目标电阻应变片、第一长导线和第二长导线串接所述第一长导线和所述第二长导线在所述第一目标电阻应变片的引出端的焊盘处短接在一起；所述第一目标电阻应变片为每个形变量感应模块包括的两个电阻应变片中的一个(图5中显示的是电阻应变片a)；

所述第三惠斯通电桥的一个桥臂包括第二目标电阻应变片、第七长导线(图5中的长导线7)和第八长导线(图5中的长导线8)，所述第二目标电阻应变片、第七长导线和第八长导线串接，所述第七长导线和所述第八长导线在所述第二目标电阻应变片的引出端的焊盘处短接在一起；所述第二目标电阻应变片为每个形变量感应模块包括的两个电阻应变片中的另一个(图5中显示的是电阻应变片b)；

所述第一目标电阻应变片的第一输出端(输出端1)和第二输出端(输出端2)经过第三长导线(即图5中的长导线3)和第四长导线(即图5中的长导线4)接到所述第二惠斯通电桥的第一桥臂，所述第二目标电阻应变片的第一输出端(输出端1)和第二输出端(输出端2)经过第五长导线(即图5中的长导线5)和第六长导线(即图5中的长导线6)接到所述第二惠斯通电桥的第三桥臂；

所述三路惠斯通电桥402，用于根据预知的输入电压(图5中的第一惠斯通电桥的输入电压为e1，第二惠斯通电桥的输入电压为e2，第三惠斯通电桥的输入电压为e3)、预知的所述第一惠斯通电桥的各个桥臂的电阻、预知的所述第二惠斯通电桥的各个桥臂的电阻、预知的所述第三惠斯通电桥的各个桥臂的电阻、接入所述三路惠斯通电桥的第一目标电阻应变片产生的电阻和接入所述三路惠斯通电桥的第二目标电阻应变片产生的电阻生成输出电压(图5中第一惠斯通电桥的输出电压为e1，第二惠斯通电桥的输出电压为e2和e4，第三惠斯通电桥的输出电压为e3)，并将输出电压发送给所述单片机406；

所述应变片输入切换电路401包括多个可控电子开关(图6中分别为sw1-sw32，第一组电阻应变片对应的可控电子开关为sw1-sw8，对应长导线的输入端分别为s1-a1、s1-a2、s1-b1、s1-b2、s1-c1、s1-c2、s1-d1、s1-d2；第二组电阻应变片对应的可控电子开关为sw9-sw16，对应长导线的输入端分别为s2-a1、s2-a2、s2-b1、s2-b2、s2-c1、s2-c2、s2-d1、s2-d2；第三组电阻应变片对应的可控电子开关为sw17-sw24，对应长导线的输入端分别为s3-a1、s3-a2、s3-b1、s3-b2、s3-c1、s3-c2、s3-d1、s3-d2；第四组电阻应变片对应的可控电子开关为sw25-sw32，对应长导线的输入端分别为s4-a1、s4-a2、s4-b1、s4-b2、s4-c1、s4-c2、s4-d1、s4-d2，四组电阻应变片对应的长导线的输出端均为out-a1、out-a2、out-b1、out-b2、out-c1、out-c2、out-d1、out-d2)，每个电阻应变片和所述三路惠斯通电桥连接的导线上设置一个所述可控电子开关，所述单片机406连接所述各个可控电子开关的控制端，每个可控电子开关的两个接线端连接在对应电阻应变片和所述三路惠斯通电桥的连接导线上；

所述单片机406，用于向所述各个可控电子开关的控制端发送信号采集指令；

所述各个可控电子开关，用于根据所述信号采集指令导通或断开每个可控电子开关的两个接线端。

值得说明的是，电阻应变片有很多种类，一般的电阻应变片是在称为基底的塑料薄膜(15-16μm)上贴上由薄金属箔材制成的敏感栅(3-6μm)，然后再覆盖上一层薄膜(图7中的跌层薄膜)做成迭层构造，如图7所示，由于电阻应变片为现有技术，本实施例仅是概述，不再详述。

电阻应变片的安装位置如图1所示。s1、s2、s3、s4是安装电阻应变片的四个位置，使用专用金属表面清洁剂将四个位置的不锈钢管表面处理干净，然后用专用的胶水将电阻应变片紧密粘贴在不锈钢风管上，可以选用测量栅丝长度为10mm和6mm两种规格的应变片，电阻应变片的标称电阻120欧姆。在一种具体实施例中，所述第一形变量感应模块包括的两个电阻应变片相对安装在所述列车管上，所述第二形变量感应模块包括的两个电阻应变片相对安装在所述第一风管上，所述第三形变量感应模块包括的两个电阻应变片相对安装在所述第二风管上，所述第四形变量感应模块包括的两个电阻应变片相对安装在所述第三风管上。列车管上粘贴的电阻应变片为10mm栅丝应变片，其他三个地方粘贴的电阻应变片可以为6mm栅丝单直应变片。为了提高测量的精度，每个位置粘贴有两个单直应变片a应变片和b应变片，要求这两个电阻应变片的性能参数尽量相同，电阻应变片的安装粘贴方式如图8所示。

电阻应变片粘贴好后，在每个电阻应变片的两个引线端，焊接引出导线，各应变片引出端焊线规则按照图9的示意，在电阻应变片a的引出端1焊接3条引线，引出端2焊接1条引线；在电阻应变片b的引出端1焊接1条引线，引出端2焊接3条引线。每个电阻应变片有四条引出线，两个电阻应变片的八条引出线封装在一根超柔电缆内，通过该电缆两只电阻应变片与故障确定模块连接。电阻应变片的配对匹配工作可以预先完成，并且电阻应变片敏感栅的热膨胀系数要与不锈钢风管的膨胀系数一致，这也是选择电阻应变片的一个重要参数。

电阻应变片粘贴好后，在它的表面涂一层透明硅橡胶保护膜，再做一些必要的防护，电阻应变片的安装就结束了。

采用粘贴电阻应变片的实施例对原有制动系统不做任何改动，严格避免给原有的制动系统增加故障点。

电阻应变片的应变是相当微小的变化，所以产生的电阻变化也是极其微小的。要精确地测量这么微小的电阻变化是非常困难的，一般的电阻计无法达到要求。为了对这种微小电阻变化进行测量，本故障检测系统采用三路惠斯通电桥对电阻进行测量。

值得说明的是，所述可控电子开关可为机械继电器、模拟电子开关等。

再次参照图4，作为一种优选实施例，所述故障检测系统还包括：信号放大电路403；

所述三路惠斯通电桥402、所述信号放大电路403和所述单片机406依次连接。

再次参照图4，作为一种优选实施例，所述故障检测系统还包括：环境温度测量电路404；

所述环境温度测量电路404连接所述单片机406；

所述环境温度测量电路404，用于测量铁路货车运行环境的温度，并将所述温度发送给所述单片机；

所述单片机406，用于根据所述温度和预先获知的所述第一形变量感应模块的修正参数、所述第二形变量感应模块的修正参数、所述第三形变量感应模块的修正参数和所述第四形变量感应模块的修正参数，对所述第一电阻值、所述第二电阻值、所述第三电阻值和所述第四电阻值进行修正。

具体地，所述单片机406，用于根据所述温度和预先获知的所述第一形变量感应模块的修正参数、对所述第一电阻值进行修正，用于根据所述温度和预先获知的所述第二形变量感应模块的修正参数、对所述第二电阻值进行修正，用于根据所述温度和预先获知的所述第三形变量感应模块的修正参数、对所述第三电阻值进行修正，用于根据所述温度和预先获知的所述第四形变量感应模块的修正参数、对所述第四电阻值进行修正。

作为一种优选实施例，所述故障检测系统还包括：加速度计405；

所述加速度计405连接所述单片机406；

所述加速度计405，用于检测铁路货车的工作状态，并将所述铁路货车的工作状态发送给所述单片机；

所述单片机406，用于根据所述铁路货车的工作状态向所述多个可控电子开关的控制端生成信号采集频率指令，并根据所述信号采集频率指令向所述各个可控电子开关的控制端发送所述信号采集指令。

作为一种优选实施例，所述应变片输入切换电路401、所述三路惠斯通电桥和所述单片机406集成在智能采集器118中，所述智能采集器118中还包括无线数据传输模块407，所述单片机406连接所述无线数据传输模块407。

所述无线数据传输模块407包括zigbee模块和gprs模块，所述zigbee模块和gprs模块分别连接所述单片机406。

智能采集器118可通过无线数据传输模块407将数据发送给所述驾驶室终端，所述驾驶室终端还可连接车辆管理部门(具体为连接车辆管理部门的终端设备)，所述驾驶室终端同时可以将数据发送给车辆管理部门。如果智能采集器在一定时间内不能检测到zigbee网络或zigbee网络运行不稳定，智能采集器就通过启动gprs模块，将数据送到车辆管理部门。本发明专利为我国铁路货运列车的安全运行，提供极大的保障。

下面对智能采集器进行详细说明。

智能采集器包括：

1、电源电路介绍

因为货运车辆没有发电和供电系统，所以智能检测器需要外接电池来供电，采用外接3.6v/36ah硫酸锂亚电池供电，能够在-50℃～70℃环境温度下可靠工作，电池设计使用寿命5年。电源变换电路完成将电池电压转换为智能采集器内部电路工作所需电压，有+5v、-5v、+3v、+2.5v四种电压，其中+2.5v电压是惠斯通电桥的基准电压，精度和稳定度要求高。电池电压监测电路实时监测电池的工作电压，当电池电压在正常范围时，该电路输出低电平送单片机的i/o输入端，当电池电压低于设定的下限值时，该电路向单片机输出高电平。电池电压的阈值可以根据所选电池的不同而设定。

2、应变片输入切换电路介绍

参照图9，上述每个电阻应变片有四条引出线，每组两只应变片有八条引出线，4组电阻应变片共有32条引出线，通过4个8芯的防水接头把这些引出线接到智能采集器，与应变片输入切换电路相连。应变片输入切换电路由32个电子开关(上述可控电子开关)组成，每个电子开关与电阻应变片的一条引出线对应，每8个电子开关分成一组。每组电子开关的输入线与一组电阻应变片的8条输出线相连，4组电子开关的各8条输出线对应复联到一起，具体电路如图6所示。

每组8个电子开关由单片机控制同时通断，当智能采集器不需要采集电阻应变片的数据的时候，这4组32个电子开关是同时断开的，也就是说此时电阻应变片上没有电流通过，可以避免电阻应变片因为长时间通电发热，造成电阻变化，影响测量精度。当智能采集器需要采集电阻应变片的数据的时候，单片机某一时刻只控制一组电子开关导通，即只有一组电阻应变片接到了三路惠斯通电桥，避免了其它电阻应变片带进来的干扰，从而提高测量的精度。

3、惠斯通电桥介绍

本故障检测系统是通过测量电阻应变片电阻的微小变化来检测列车各风管的气压的，电阻应变片引出线的电阻会影响测量的精度，为解决这个问题，本系统采用四线引出、惠斯通电桥测量电阻的方法，把连接线引起的误差降到最小。惠斯通电桥是精密测量电阻的经典方法，如图10所示。

惠斯通电桥适用于检测电阻的微小变化，电阻应变片的电阻变化就用该电路来测量。如图10所示，惠斯通电桥由四个同等阻值的电阻r1、r2、r3、r4组合而成。如果:

r1＝r2＝r3＝r4或

则无论输入多大电压e，输出电压总为e＝0，这种状态称为平衡状态。

在实际电路设计的时候，为了方便计算，通常将惠斯通电桥四个臂的电阻取相同的电阻值，即r1＝r2＝r3＝r4＝rω。

如果桥臂上某一个电阻的阻值发生变化，电桥的平衡状态被破坏，就会产生与电阻变化值相对应的输出电压。假设将图10中桥臂1的电阻r1改成电阻应变片电阻，电阻应变片电阻的标称阻值仍然为r，如图11所示，电阻应变片有应变(形变)产生时，记电阻应变片的电阻值的变化量为δr，即此时桥臂1的电阻r1阻值为r+δr，则输出电压的计算公式如下所示:

设r2＝r3＝r4＝rω

则

因为4r＞＞2δr，4r+2δr≈4r

即：得出

上式中，电桥的输入电压e是已知量，电阻应变片比例常数k值是已知量，如果测出电桥的输出电压e，就可以计算出桥臂1的电阻值变化量δr以及应变ε的大小。也可以不求δr的值，直接求出此时电阻r1的阻值。

惠斯通电桥是个理想的模型，要求构成电桥的四个电阻安装在一起，除了电阻本身的阻值外，不考虑电阻之间连接线的电阻值。

在本智能检测系统内，粘贴在每辆货车制动风管四个检测点的四组应变片，通过4根、每根8芯的柔性电缆连接到了车辆底部安装的智能采集器的传感器输入口，在智能采集器内部经过应变片输入切换电路，某一时刻最多只有一组电阻应变片与智能采集器内部的电阻一起构成惠斯通电桥电路。也就是说，智能采集器内部的惠斯通电桥电路的某一个臂或某两个臂的电阻是电阻应变片电阻经过长导线与另外桥臂电阻连接在一起构成惠斯通电桥，此时就不是理想惠斯通电桥了，连接电阻应变片的导线的电阻和电阻应变片自身的电阻一起构成了桥臂的电阻。由于电缆线的长度不同，电缆线自身的电阻值不确定，这就会造成此时测量的电阻r1的电阻值大于该桥臂上应变片的实际阻值，造成测量的系统误差。如果用一种变通的办法测量出连接电阻应变片导线的电阻值r2，用上述测量的电阻r1的电阻值减去导线的电阻值r2，就得出应变片的实际电阻值。

为了提高测量精度，本智能采集器内部设计了上述三路惠斯通电桥电路，如图5所示，当其中一组8位电子开关在单片机控制下导通时，相当于两只电阻应变片以图5的方式接入了电桥。构成电桥的所有电阻都是精密电阻，要求精度达到万分之一。

电桥1(惠斯通电桥1)，用于测量连接电阻应变片a(每个形变量感应模块包括的两个电阻应变片中的一个)的导线电阻。组成电桥1的四个电阻r11、r12、r13、r14是电阻值已知的精密电阻且阻值相等，特殊之处在于r11经过与长导线1、长导线2相串接后接入了电桥1的桥臂1，长导线1和长导线2在电阻应变片a引出端1的焊盘处是短接在一起的，这样连接后，就可以通过电桥1测量出电阻应变片a的两条引出线长导线1和长导线2的总电阻。

电桥3(惠斯通电桥3)用于测量连接电阻应变片b(每个形变量感应模块包括的两个电阻应变片中的另一个)的导线电阻。电路中组成电桥3的四个电阻r31、r32、r33、r34是电阻值已知的精密电阻且阻值相等，特殊之处在于r31经过与长导线7、长导线8相串接后接入了电桥3的桥臂1，长导线7和长导线8在电阻应变片b引出端2的焊盘处是短接在一起的，这样连接后，就可以通过电桥3测量出电阻应变片b的两条引出线长导线7和长导线8的总电阻。

电桥2用于测量电阻应变片a及其连接导线的电阻和电阻应变片b及其连接导线的电阻。电阻应变片a的两个输出端a2、b1经过长导线3和长导线4接到电桥2的臂1；电阻应变片b的两个输出端a2、b1经过长导线5和长导线6接到电桥2的臂3，即电阻应变片a的电阻及长导线3、长导线4的电阻之和充当了电桥2的臂1电阻，电阻应变片b的电阻及长导线5、长导线6的电阻之和充当了电桥2的臂3电阻。r22、r24为高精度精密电阻，电阻值为120欧姆，与电阻应变片的标称电阻值相同。当然，还可以为其他阻值，本发明对此不做限制。

三个电桥所用的基准电压源e1、e2、e3是三个独立的2.5伏精密基准电压源，三个桥路的输出电压分别为e1、e2、e4、e3。

下面推导各电阻值的计算公式：

假设与电阻应变片a连接的长导线1、长导线2的总电阻用δr1表示，与电阻应变片b连接的长导线7、长导线8的总电阻用δr2表示，电阻应变片a的电阻值用ra表示，电阻应变片b的电阻值用rb表示，则：

电桥1的输出电压表达式为：

通过单片机测得电压e1的数值,即可求得长导线1、长导线2的总电阻δr1的值。

电桥3的输出电压表达式为：

通过单片机测得电压e3的数值，即可求得长导线7、长导线8的总电阻δr2的值。

电桥2(惠斯通电桥2)中，测量电阻应变片a及其连接导线的电阻和电阻应变片b及其连接导线的电阻值。设电阻应变片a的电阻用ra表示，电阻应变片b的电阻用rb表示。

因为长导线1～长导线8封装在一根电缆内，材质相同，并且长导线1～长导线4连接在电阻应变片a上，可以认为长导线1～长导线4的长度相同，得出长导线3、长导线4的电阻总和等于长导线1、长导线2的电阻总和，则电阻应变片a及其连接导线的总电阻可以表示为ra+δr1。

同理，长导线5～长导线8连接在电阻应变片b上，可以认为长导线5～长导线8的长度相同，得出长导线4、长导线5的电阻总和等于长导线7、长导线8的电阻总和，则电阻应变片b及其连接导线的总电阻可以表示为rb+δr2。

电桥2中，要测量两个应变片的电阻值，首先需要测量电桥的两个电压输出量e2和e4的值，e2和e4的表达式为：

得出ra的表达式为：

r22＝120ω

得出rb的表达式为：

r24＝120ω

通过单片机测量出来e1、e2、e3、e4的数值，单片机就可以按照上述各电阻δr1、δr2、ra、rb的求值表达式求出各自的电阻值。

三路惠斯通电桥(具体为每个惠斯通电桥)输出的电压信号幅值比较小，需要经过低噪声运算放大器(信号放大电路)放大之后，送给单片机进行a/d采样处理。

上述各公式中的各个参数表示的是与上述各电阻对应的阻值。

4、单片机及其它电路介绍

单片机是智能采集器的核心，可以选用arm7或其他低功耗单片机，要求单片机能在-40℃～70℃环境温度下可靠工作，单片机内部带有实时时钟和不少于5路16位ad转换器，ad转换器输入电压范围是0～5v；单片机自身带有看门狗电路，防止单片机死机或程序跑飞；单片机带有通用串行通信接口，便于与zigbee和gprs无线数据传输模块进行数据通信。

zigbee模块可以购买市面上现成产品，具有低功耗和自组网功能，可以实现数据在模块之间接力传输，机车驾驶室的zigbee模块是网络的主节点，各车辆下面的智能采集器内部的zigbee模块既是中继器又是子节点。zigbee模块灵活的组网方式和可靠的数据传输，使得智能采集器不需要线路既可以把车辆制动风管内部气压值及时送给司机(驾驶室终端，事实上，单片机将获取的所有信息，例如列车管的故障信息、第一风管的故障信息、第二风管的故障信息和第三风管的故障信息发送给驾驶室终端，以使驾驶室终端显示这些信息)和车辆管理部门，为行车安全提供保障。为了提高数据通信的可靠性，在智能采集器内部还集成了gprs模块，该模块通常处于休眠模式，当zigbee模块组网失败或网络通信受到干扰时，单片机启动gprs模块将数据直接传输到车辆管理部门，车辆管理部门再通过gprs信道将数据发送给列车司机(驾驶室终端)，车辆管理部门需要安装一台有固定ip地址的服务器来接收各车辆送来的数据。每个智能采集器有独立的id号，与每个车厢的编号一一对应。环境温度测量电路的测量精度达到0.1℃。

本发明还提供一种铁路货车制动系统风管的故障检测系统，所述铁路货车制动系统包括制动阀以及每节车厢的制动子系统；

所述每节车厢的制动子系统包括列车管、制动缸、副风缸、第一三通阀和第二三通阀；所述列车管的第一支管的第一端作为第一外接端，所述列车管的第一支管的另一端连接所述第一三通阀的第一端，所述第一三通阀的第二端通过第一风管连接所述第二三通阀的第一端，所述第二三通阀的第二端通过第二风管连接所述副风缸，所述第二三通阀的第三端通过第三风管连接所述制动缸，所述第一三通阀的第三端连接所述列车管的第二支管的一端，所述列车管的第二支管的另一端作为第二外接端；

第一车厢的制动子系统的第一外接端连接所述制动阀，除所述第一车厢的制动子系统外的其他车厢的制动子系统的第一外接端连接相邻车厢的制动子系统的第二外接端；所述故障检测系统还包括驾驶室终端和每节车厢的故障检测子系统；所述每节车厢的故障检测子系统包括：第一形变量感应模块、第一电阻测量模块、第一故障确定模块、第二形变量感应模块、第二电阻测量模块、第二故障确定模块、第三形变量感应模块、第三电阻测量模块、第三故障确定模块、第四形变量感应模块、第四电阻测量模块和第四故障确定模块；其中，

所述驾驶室终端，分别连接每节车厢的故障检测子系统的所述第一故障确定模块、所述第二故障确定模块、所述第三故障确定模块和所述第四故障确定模块，用于分别向每节车厢的故障检测子系统的所述第一故障确定模块、所述第二故障确定模块、所述第三故障确定模块和所述第四故障确定模块发送铁路货车的当前运行状态、零风压标定电阻值、半风压标定电阻值、全风压标定电阻值和制动风压电阻值；

每节车厢的故障检测子系统的所述第一形变量感应模块，安装在对应车厢的制动子系统的所述列车管上，用于感应所述列车管的形变，并根据形变量产生电阻；

每节车厢的故障检测子系统的所述第一电阻测量模块，连接对应车厢的故障检测子系统的所述第一形变量感应模块和所述第一故障确定模块，用于测量所述第一形变量感应模块产生的电阻，并将第一测量值发送给所述第一故障确定模块；

每节车厢的故障检测子系统的所述第一故障确定模块，用于根据对应车厢的故障检测子系统的所述第一测量值获取第一电阻值，并根据所述铁路货车的当前运行状态、所述第一电阻值、零风压标定电阻值、半风压标定电阻值、全风压标定电阻值和制动风压电阻值确定所述列车管的故障信息；

每节车厢的故障检测子系统的所述第二形变量感应模块，安装在对应车厢的制动子系统的所述第一风管上，用于感应所述第一风管的形变，根据形变量产生电阻；

每节车厢的故障检测子系统的所述第二电阻测量模块，连接对应车厢的故障检测子系统的所述第二形变量感应模块和所述第二故障确定模块，用于测量所述第二形变量感应模块产生的电阻，并将第二测量值发送给所述第二故障确定模块；

每节车厢的故障检测子系统的所述第二故障确定模块，用于根据对应车厢的故障检测子系统的所述第二测量值获取第二电阻值，并根据所述铁路货车的当前运行状态、所述第二电阻值、零风压标定电阻值、半风压标定电阻值、全风压标定电阻值和制动风压电阻值确定所述第一风管的故障信息；

每节车厢的故障检测子系统的所述第三形变量感应模块，安装在对应车厢的制动子系统的所述第二风管上，用于感应所述第二风管的形变，并根据形变量产生电阻；

每节车厢的故障检测子系统的所述第三电阻测量模块，连接对应车厢的故障检测子系统的所述第三形变量感应模块和所述第三故障确定模块，用于测量所述第三形变量感应模块产生的电阻，并将第三测量值发送给所述第三故障确定模块；

每节车厢的故障检测子系统的所述第三故障确定模块，用于根据对应车厢的故障检测子系统的所述第三测量值获取第三电阻值，并根据所述铁路货车的当前运行状态、所述第三电阻值、零风压标定电阻值、半风压标定电阻值、全风压标定电阻值和制动风压电阻值确定所述第二风管的故障信息；

每节车厢的故障检测子系统的所述第四形变量感应模块，安装在对应车厢的制动子系统的所述第三风管上，用于感应所述第三风管的形变，并根据形变量产生电阻；

每节车厢的故障检测子系统的所述第四电阻测量模块，连接对应车厢的故障检测子系统的所述第四形变量感应模块和所述第四故障确定模块，用于测量所述第四形变量感应模块产生的电阻，并将第四测量值发送给所述第四故障确定模块；

每节车厢的故障检测子系统的所述第四故障确定模块，用于根据对应车厢的故障检测子系统的所述第四测量值获取第四电阻值，并根据所述铁路货车的当前运行状态、所述第四电阻值、零风压标定电阻值、半风压标定电阻值、全风压标定电阻值和制动风压电阻值确定所述第三风管的故障信息。

图1中120为第二支管。

本发明实施例所述驾驶室终端，用于分别向每节车厢的制动子系统的所述第一故障确定模块、所述第二故障确定模块、所述第三故障确定模块和所述第四故障确定模块发送铁路货车的当前运行状态、零风压标定电阻值、半风压标定电阻值、全风压标定电阻值和制动风压电阻值；每节车厢的制动子系统的所述第一形变量感应模块，用于感应所述列车管的形变，并根据形变量产生电阻；每节车厢的制动子系统的所述第一电阻测量模块，用于测量所述第一形变量感应模块产生的电阻，并将第一测量值发送给所述第一故障确定模块；每节车厢的制动子系统的所述第一故障确定模块，用于根据对应车厢的制动子系统的所述第一测量值获取第一电阻值，并根据所述铁路货车的当前运行状态、所述第一电阻值、零风压标定电阻值、半风压标定电阻值、全风压标定电阻值和制动风压电阻值确定所述列车管的故障信息；每节车厢的制动子系统的所述第二形变量感应模块，用于感应所述第一风管的形变，根据形变量产生电阻；每节车厢的制动子系统的所述第二电阻测量模块，用于测量所述第二形变量感应模块产生的电阻，并将第二测量值发送给所述第二故障确定模块；每节车厢的制动子系统的所述第二故障确定模块，用于根据对应车厢的制动子系统的所述第二测量值获取第二电阻值，并根据所述铁路货车的当前运行状态、所述第二电阻值、零风压标定电阻值、半风压标定电阻值、全风压标定电阻值和制动风压电阻值确定所述第一风管的故障信息；每节车厢的制动子系统的所述第三形变量感应模块，用于感应所述第二风管的形变，并根据形变量产生电阻；每节车厢的制动子系统的所述第三电阻测量模块，用于测量所述第三形变量感应模块产生的电阻，并将第三测量值发送给所述第三故障确定模块；每节车厢的制动子系统的所述第三故障确定模块，用于根据对应车厢的制动子系统的所述第三测量值获取第三电阻值，并根据所述铁路货车的当前运行状态、所述第三电阻值、零风压标定电阻值、半风压标定电阻值、全风压标定电阻值和制动风压电阻值确定所述第二风管的故障信息；每节车厢的制动子系统的所述第四形变量感应模块，用于感应所述第三风管的形变，并根据形变量产生电阻；每节车厢的制动子系统的所述第四电阻测量模块，用于测量所述第四形变量感应模块产生的电阻，并将第四测量值发送给所述第四故障确定模块；每节车厢的制动子系统的所述第四故障确定模块，用于根据对应车厢的制动子系统的所述第四测量值获取第四电阻值，并根据所述铁路货车的当前运行状态、所述第四电阻值、零风压标定电阻值、半风压标定电阻值、全风压标定电阻值和制动风压电阻值确定所述第三风管的故障信息，从而可以及时掌握铁路货车制动系统风管的故障信息，从而保证行车安全。

本实施例其他特征与上述实施例相同，具体请参照上述实施例，此处不再详述。

下面介绍本实施例的工作过程：

目前在铁路线运行的铁路货运列车，如果要安装本发明的故障检测系统，就需要到各个车辆维修段来完成，安装之前需要列车维护工通过手动的方式将列车制动管里的压缩空气释放。当一列车的驾驶室终端、电阻应变片和智能采集器安装完成，接通电源后，所有的智能采集器内部的zigbee模块进入自组网状态，每个智能采集器送出的数据是初次上电的缺省数据，司机通过这些数据可以知道每个智能采集器的状态。

在列车投入运营前，首先要对安装在每辆车制动风管四个点上的八只应变片进行标定。在空气压缩机没有启动之前，司机通过电脑终端向各智能采集器发出“零风压”采集标定命令，此时制动风管(列车管)内部压强与大气压相等，各智能采集器顺序采集与之相连的8个电阻应变片的连接线的电阻、电阻应变片电阻、环境温度等数据，根据环境温度可以对电阻应变片电阻进行修正，称此时测量的电阻值为“零风压”电阻值，单片机把这些数据记录在内存flash存储器(单片机连接内存flash存储器)内，同时通过zigbee模块逐级向司机电脑终端(驾驶室终端)传输，司机可以观察到是否有测量错误。

空气压缩机起动后，司机将列车总风缸的空气压强上限设定为300kpa，将机车上的制动阀反复置于缓解位和保压位，使列车制动管里的空气压强逐渐达到300kpa，然后使制动阀保持在保压位，此时列车制动管的风压为“半风压”，司机通过电脑终端向各智能采集器发出“半风压”采集标定命令，各智能采集器顺序采集与之相连的8个应变片的连接线的电阻、电阻应变片电阻，这时的电阻值称为“半风压”电阻值，单片机把这些数据记录在内存flash存储器内，同时通过zigbee模块逐级向司机电脑终端传输，司机可以观察到是否有测量错误。

司机将列车总风缸的空气压强上限设定为600kpa，将机车上的制动阀反复置于缓解位和保压位，使列车制动管里的空气压强逐渐达到600kpa，然后使制动阀保持在保压位，此时列车制动管的风压为“全风压”，司机通过电脑终端向各智能采集器发出“全风压”采集标定命令，各智能采集器顺序采集与之相连的8个应变片的连接线的电阻、应变片电阻，这时的电阻值称为“全风压”电阻值，单片机把这些数据记录在内存flash存储器内，同时通过zigbee模块逐级向司机电脑终端传输，司机可以观察到是否有测量错误。

司机通过电脑终端向各智能采集器发出“制动风压”采集标定命令，紧接着司机将制动阀从保压位搬到制动位，列车进入制动状态，各智能采集器顺序采集与之相连的8个应变片的连接线的电阻、应变片电阻，这时的电阻值称为“制动风压”电阻值，单片机把这些数据记录在内存flash存储器内，同时通过zigbee模块逐级向司机电脑终端传输，司机可以观察到是否有测量错误，完成电阻应变片的标定。

上述电阻应变片标定结束后，单片机依据“零风压”电阻值、“半风压”电阻值、“全风压”电阻值、“制动风压”电阻值，拟合出电阻应变片的电阻值与不同制动管风压之间的曲线，不同状态下电阻应变片的电阻值成为单片机判别列车制动风管内部压强是否正常的依据。

列车正常运行状态下，智能采集器的单片机按照预先设定好的采集时间自动采集、上传数据，当电池有低电压告警时，单片机将此告警信息放置在通信报文中上报司机和车辆管理部门，提醒车辆管理员及时更换电池。单片机可以通过加速度计判别列车是运行状态还是停止状态，如果列车是停止状态，智能采集器按照一个比较低的频率来采集上传数据，以减小电池的消耗。

应当注意的是，在本发明的装置的各个部件中，根据其要实现的功能而对其中的部件进行了逻辑划分，但是，本发明不受限于此，可以根据需要对各个部件进行重新划分或者组合，例如，可以将一些部件组合为单个部件，或者可以将一些部件进一步分解为更多的子部件。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。单词“包括”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。

以上实施方式仅适于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。