一种计轴传感器及计轴检测方法与流程

技术领域本发明涉及铁路信号系统领域，尤其涉及一种计轴传感器及计轴检测方法。

背景技术：
在铁路运输系统中，为检查轨道区段或道岔区段的列车占用状态，一般采用轨道电路方式。然而，在环境特殊的地区，由于轨道电路无法可靠地进行区段占用/空闲的检查，因此，引入了计轴技术，通过使用电磁感应式的计轴传感器，检查两个或多个检测点之间的轴数情况，判断区段内是否有车占用。现有计轴传感器一，采用两个发送线圈和两个接收线圈结合使用的方式，其作为公知技术已经具有几十年的应用历史。由于这种计轴传感器的两个发送线圈和两个接收线圈需要分别安装在钢轨两侧，制造和安装均比较复杂，因此，采用这种技术方案的产品日益减少。现有计轴传感器二，采用一个发送线圈和两个接收线圈结合使用的方式，这种方式是目前的市场主流应用。由于这种计轴传感器的发送线圈和两个接收线圈均需封装在一个相同的壳体中，因此，采用这种技术方案的产品体积相对较大。现有计轴传感器三，使用单个线圈，但需要组对使用，且二者安装距离在30cm-100cm以上，根据过车速度快慢调整距离远近。这种方式实际上是接近传感器公知技术的一种典型应用。由于计轴系统是一种故障安全设备，该技术方案从原理上存在重大缺陷，无法保证行车安全，并非真正意义上的计轴传感器，因此，没有计轴产品使用该技术方案。现有计轴传感器四，两个使用相同振荡频率的相同线圈封装在同一个壳体内，两个线圈之间的距离为78-135mm。这种计轴传感器实际上是计轴传感器三的变种。方阵(北京)科技有限公司的专利CN101311681A所采用的一种计轴传感器，将两只振荡频率较高且相同的传感器封装在一个容器内，两只传感器之间的距离为78-135mm。该技术方案由于使用相同的振荡频率，一方面两个线圈之间存在相互干扰，另一方面在受到外部干扰时会得到相同的错误结果，其安全性、可靠性和稳定性均较差，因此，没有计轴产品使用该技术方案。上述现有的计轴传感器技术均存在一定的不足。前两种技术由于符合故障安全的要求，受到市场的欢迎；后两种技术由于技术方案本身就存在安全上的缺陷，在以安全为生命的铁路信号系统领域根本不可能得到认可。

技术实现要素：
本发明的目的是提供一种易于安装、体积较小、抗干扰性强且能够确保计轴系统故障安全的计轴传感器及其计轴检测方法。本发明实现其发明目的所采用的技术方案是：一种计轴传感器，包括封装在一个相同壳体内的两个使用不同振荡频率的磁芯线圈及相应的功能电路，两个磁芯线圈在壳体内的相对位置与钢轨延伸方向平行。两个磁芯线圈通过涡流效应检测金属车轮的经过。当金属车轮经过传感器时，金属车轮内部产生涡电流，导致磁场能量衰减；当金属车轮不断靠近传感器的感应面，磁场能量被吸收而导致衰减，传感器电流逐渐降低。计轴传感器将检测电流通过电流环方式发送给计轴主机，通过检测两个磁芯线圈的电流值和电流变化情况，计轴主机可以检测传感器状态和车轮运动情况。由于计轴传感器使用电流来传输传感器状态信息，不易受到外界干扰，因此，使用该计轴传感器可以大幅提高计轴系统的稳定性和可靠性。所述计轴传感器的两个磁芯线圈均采用涡流效应检测金属车轮的经过。所述计轴传感器的两个磁芯线圈分别采用不同的振荡频率。所述计轴传感器将两个磁芯线圈的检测电流分别通过电流环方式发送给计轴主机。所述计轴主机通过检测两个磁芯线圈的电流值和电流变化情况，检测所述计轴传感器的状态和车轮运动情况。所述计轴传感器的两个磁芯线圈的距离，应保证当一个符合要求的车轮位于两个线圈之间的中心线上方的钢轨轨面位置时，两个磁芯线圈可以同时检测到该车轮。所述计轴检测方法，包括以下内容：当检测电流高于高值A时，表示传感器漂移或脱落；当检测电流低于高值A但高于中值B时，表示无车；当检测电流低于中值B但高于低值C时，表示有车；当检测电流低于低值C时，表示传感器故障。与现有技术相比，本发明的有益效果是：一、与现有技术一相比，本发明的一对磁芯线圈可以直接封装在一个相同的壳体内，安装在钢轨一侧。产品简单、制造成本较低且易于安装。二、与现有技术二相比，本发明仅使用两个磁芯线圈，可以获得更小的封装体积。三、与现有技术三、四的两个磁芯线圈使用相同的振荡频率相比，本发明使用两个不同振荡频率的磁芯线圈，线圈之间的相互干扰较弱且在受到相同的外部干扰时不易获得相同的干扰结果。因此，本发明的计轴传感器的安全性、可靠性和稳定性均较高，符合故障安全原则的要求。附图说明图1为现有技术一的计轴传感器的示意图；图2为现有技术二的计轴传感器的示意图；图3为现有技术三的计轴传感器的示意图；图4为现有技术四的计轴传感器的示意图；图5为本发明的一种计轴传感器的示意图；图6为本发明的一种计轴传感器的原理框图；图7为本发明的计轴检测方法的检测电流与传感器状态的关系图；图8为本发明的具体实施例的示意图。具体实施方式下面将结合附图及具体实施方式对本发明做进一步详细描述：本发明的一种计轴传感器及计轴检测方法，其较佳的具体实施方式是：图5是本发明的一种计轴传感器的示意图。由于所述计轴传感器的两个磁芯线圈使用不同的振荡频率，其产生的磁场环境存在差异，因此，使用不同形状的图形来表示。图6是本发明的一种计轴传感器的原理框图。所述计轴传感器由两个使用不同振荡频率的磁芯线圈以及功能电路构成，并封装在一个相同的壳体中。针对每一个磁芯线圈，分别安装有一个振荡电路、一个电流处理电路和一个电流环发送电路。计轴传感器可以通过金属卡具安装在钢轨的一侧。当计轴传感器附近无车轮时，磁芯线圈的磁场仅受到钢轨的微弱影响，传感器电流较高；当车轮的金属轮缘经过计轴传感器的磁芯线圈附近时，车轮轮缘内部产生涡电流，导致磁芯线圈的磁场能量衰减；当车轮轮缘不断靠近传感器的感应面，磁场能量被吸收而导致衰减，传感器电流逐渐降低，当衰减达到一定程度时，高频振荡器停止振荡，传感器电流到达最低值。通过检测计轴传感器的两个磁芯线圈的电流值和电流变化情况，就可以检测传感器状态和车轮运动情况。当列车车轮通过钢轨轨面时，由于车轮与计轴传感器的两个磁芯线圈之间在位置上的差异，两个磁芯线圈的检测电流将出现不同步的变化，通过采集该变化就可以判断车轮运动情况。计轴传感器的两个磁芯线圈和相应振荡电路所使用的振荡频率应具备较大差异。其目的在于：一方面是降低两个相同磁场之间的相互干扰；另一方面是使用两个振荡频率相同的磁场在受到相同的外部干扰时，会出现相同的错误结果，而这种错误结果的正确与否是计轴主机所无法区分的。因此，必须避免使用相同的振荡频率。计轴传感器将两个磁芯线圈的检测电流通过电流环方式直接发送给计轴主机，计轴主机通过采集该检测电流并测试该检测电流值的范围来判断传感器的当前状态。计轴传感器的电流环发送电路的作用即是将处理后的检测电流发送给计轴主机。采用电流环方式，当检测电流不变时，传输线上的传输电流可以传输几公里以上并保持不变；当检测电流变化时，传输线上的传输电流可以随着发生变化。传输电流是检测电流经过放大和处理后的电流。由于传输电流不容易受到外界干扰，采用这种计轴传感器的计轴系统的传输抗干扰性较强，计轴系统的可靠性和稳定性也更高。每个磁芯线圈及相应电路均可通过一根两芯传输电缆与计轴主机相连接。因此，每个计轴传感器需通过两根两芯传输电缆或一根四芯传输电缆与计轴主机相连接。计轴主机通过分别检测传输电缆上的电流值及电流变化情况，判断计轴传感器的当前状态及车轮运动情况。在工程应用中，一般可以采用星型拓扑结构来实现一个计轴系统。将每个计轴传感器通过一根四芯电缆与计轴主机的一个接口板卡相连接，该接口板卡既可以将处理后电流信号与其他板卡交互，也可以将处理后得到的传感器状态与其他板卡交互。本实施例中，计轴传感器安装在钢轨侧面的轨腰位置，两个磁芯线圈的相对位置与钢轨延伸方向平行，两个线圈之间的距离约为80-150mm。两个线圈之间的距离取决于线圈的检测距离和计轴有关技术条件的要求。本实施例中，计轴传感器的传输电流值范围为0mA-20mA。本实施例中，振荡电路、电流处理电路和电流环发送电路均全部使用工业级以上器件，计轴传感器的壳体内部使用特殊材料进行灌胶处理。该计轴传感器使用L型金属支架安装在钢轨的一侧。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。