应答器的制作方法

1.本实用新型涉及轨道交通技术领域，特别是一种应答器。


背景技术：

2.应答器是一种基于电磁耦合原理实现的车地间高速数据传输的点式传输系统，用于在特定地点从地面向列车传送信息。应答器安装在轨道中轨枕上，列车经过时，应答器被列车上的车载天线发送的电磁能量瞬时激活，将接受到的电磁能量转换成电能，并利用这些电能调出含有公里标、限速、坡度等各种关键信息的报文信息，并将报文信息循环向车载天线发送。
3.列车能够根据该报文信息确定其位置，但列车在无定位状态下一般需要通过两个应答器，根据接收到两个应答器报文先后顺序，以及两个应答器的在车载数据库中所表示的位置来确定列车运行方向(上行或下行)。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型提出了一种应答器，以使得列车通过一个应答器时即可确定其行驶方向，提高列车定位的效率。其中，该应答器既可以为无源应答器也可以为有源应答器。
5.在本实用新型提供的一种应答器的实施例中，该应答器适于设置在轨道上且响应于在所述轨道上行驶通过的列车上的车载天线发出的电磁波而工作，所述应答器包括磁场感应电路、移动感测电路、检测电路和报文发送模块。其中，磁场感应电路包括一个由供电模块供电的霍尔元件，所述霍尔元件能够响应于所述车载天线的磁场而产生第一电压信号；移动感测电路包括一个连接到导电回路中的导电体，在所述列车行驶通过过程中所述车载天线产生的磁场环境中所述导电体的两端形成第二电压信号；检测电路信号连接到所述磁场感应电路和所述移动感测电路，并可响应于所述第一电压信号和所述第二电压信号而输出一个用于指示所述列车行驶方向的方向指示信号；报文发送模块与所述检测电路信号连接，并可响应于所述方向指示信号而以无线方式发出携带有指示所述列车行驶方向的信息的报文信息。
6.从上述实施例中可以看出，当列车在轨道上行驶通过且该应答器处于列车的车载天线发出的磁场环境中时，列车在第一方向上行驶时磁场感应电路的第一电压信号和移动感测电路的第二电压信号相位相同，而当列车在与第一方向相反的第二方向上行驶时磁场感应电路的第一电压信号和移动感测电路的第二电压信号相位相反。据此，检测电路可以输出一个用于指示列车行驶方向的方向指示信号，而报文发送模块可响应于该方向指示信号而以无线方式发出携带有指示列车行驶方向的信息的报文信息。从而，当列车经过该应答器时接收到该报文信息即可确认列车的行驶方向。
7.在上述实施例提供的应答器的一种优选的实施方式中，所述检测电路的两个输入端可以分别连接到所述磁场感应电路和所述移动感测电路，并在当所述第一电压信号和所
述第二电压信号同相位时输出指示第一列车行驶方向的第一方向指示信号，以及当所述第一电压信号和所述第二电压信号为反相位时输出指示第二列车行驶方向的第二方向指示信号，且所述第一列车行驶方向和所述第二列车行驶方向相反。
8.示例性地，由于第一电压信号和第二电压信号的检测精度等因素，本实施例提及的同相位和反相位可以允许一定的相位误差，只要在设定的相位误差范围内即可认为第一电压信号和所述第二电压信号是同相位或者反相位。此外，当未检测到第一电压信号或者第二电压信号时，检测电路输出异常信号，报文发送模块响应于该异常信号可以发送一个携带有指示列车的行驶方向无法确定的报文信息。例如，该检测电路中可以通过一鉴相器来实现对第一电压信号和所述第二电压信号的相位是否相同的判断。其中，鉴相器指的是能够鉴别出输入信号的相位差的器件，是使输出电压与两个输入信号之间的相位差有确定关系的电路。
9.在应答器的另一中优选的实施方式中，该检测电路包括第一比较器、第二比较器和第三比较器；第一比较器的输入端输入第一时间和第二时间的两个第一电压信号，且其输出端在当所述第一时间的第一电压信号大于所述第二时间的第一电压信号时输出第一比较信号，以及其输出端在当所述第一时间的第一电压信号小于所述第二时间的第一电压信号时输出第二比较信号；第二比较器的输入端输入所述第一时间和所述第二时间的两个第二电压信号，且其输出端在当所述第一时间的第二电压信号大于所述第二时间的第二电压信号时输出第一比较信号，以及其输出端在当所述第一时间的第二电压信号小于所述第二时间的第二电压信号时输出第二比较信号；第三比较器的输入端连接所述第一比较器和所述第二比较器，且其输出端在当所述第一比较器和所述第二比较器输出的信号相同时，输出指示第一列车行驶方向的第一方向指示信号，以及其输出端在当所述第一比较器和所述第二比较器输出的信号不同时，输出指示第二列车行驶方向的第二方向指示信号。
10.示例性地，当第一时间的第一电压信号大于第二时间的第一电压信号时，第一比较器输出第一比较信号为“0”；当第一时间的第一电压信号小于第二时间的第一电压信号时，第一比较器输出第二比较信号为“1”；当在一定误差范围内第一时间和第二时间的第一电压信号相等时，第一比较器输出无效信号；此外，当第一时间的第二电压信号大于第二时间的第二电压信号时，第二比较器输出第一比较信号为“0”；当第一时间的第二电压信号小于第二时间的第二电压信号时，第二比较器输出第二比较信号为“1”；当在一定误差范围内第一时间和第二时间的第二电压信号相等时，第二比较器输出无效信号。其中，若第一比较器和第二比较器的输出均为“0”或者均为“1”，则第三比较器可输出第一方向指示信号；若第一比较器和第二比较器的输出中的一个为“0”而另一个为“1”，则第三比较器可输出第二方向指示信号。以及，当第一比较器和第二比较器中有任何一个输出无效信号时，第三比较器则无需将第一比较器和第二比较器的输出的信号比较，且第三比较器此时可无任何信号输出。
11.优选地，第三比较器也可以进行多组第一比较信号和第二比较信号的比较，当比较结果均一致时再输出第一方向指示信号或者第二方向指示信号；以及，当比较结果不一致时则输出异常信号，报文发送模块响应于该异常信号可以发送一个携带有指示列车的行驶方向无法确定的报文信息。如此，能够进一步保证列车移动方向判断的可靠性。
12.在上述实施例提供的应答器的另一种优选的实施方式中，所述检测电路中有加法
器、第一均值电路、第二均值电路、第三均值电路和比较电路。第一均值电路的输入端连接到所述磁场感应电路，其输出端则输出一个对设定时长内的所述第一电压信号进行滤波、整流和积分后的第一直流电压信号；第二均值电路的输入端连接到所述移动感测电路，其输出端则输出一个对设定时长内的所述第二电压信号进行滤波、整流和积分后的第二直流电压信号。加法器的两个输入端分别连接到所述磁场感应电路和所述移动感测电路，其输出端输出一个将所述第一电压信号与所述第二电压信号叠加的叠加信号；第三均值电路的输入端连接到所述加法器，其输出端则输出一个对设定时长内的所述叠加信号进行滤波、整流和积分后的第三直流电压信号。比较电路的输入端连接到所述第一均值电路、所述第二均值电路和所述第三均值电路，以及在所述第三直流电压信号大于所述第一直流电压信号且同时大于所述第二直流电压信号时输出第一方向指示信号，其指示第一列车行驶方向；当所述第三直流电压信号小于所述第一直流电压信号和所述第二直流电压信号中的至少一个时输出第二方向指示信号，其指示与所述第一列车行驶方向相反的第二列车行驶方向。
13.示例性地，当第一电压信号与第二电压信号的相位相同时，加法器输出的第三直流电压信号会同时大于第一直流电压信号和第二直流电压信号；以及当第一电压信号与第二电压信号的相位相反时，加法器输出的第三直流电压信号会小于第一直流电压信号和第二直流电压信号中较大的一个，据此可以判断出列车的行驶方向。此外，当比较电路只收到第一直流电压信号或第二直流电压信号中的一个而未收到另一个时，则第三比较电路也可以输出异常信号，报文发送模块响应于该异常信号可以发送一个携带有指示列车的行驶方向无法确定的报文信息。
14.在上述实施例提供的应答器的一种优选的实施方式中，所述报文发送模块中还有信息存储模块和信息调取模块；其中，信息存储模块存储有指示列车正向行驶的第一报文信息以及指示列车反向行驶的第二报文信息；信息调取模块能够响应于所述第一方向指示信号来调取所述第一报文信息，以及响应于所述第二方向指示信号来调取所述第二报文信息。再如，信息存储模块还可以存储有指示列车的驶方向无法确定的报文信息，信息调取模块还能够响应于检测电路输出异常信号来调取一个携带有指示列车的行驶方向无法确定的报文信息。在一种实施方式中，可以用列车版本号字段的最后一位来表示列车的行驶方向，例如，版本号1.1.1中的最后一位的字符“1”表示列车正向行驶，版本号1.1.2中的最后一位的字符“2”表示列车反向行驶，版本号1.1.3中的最后一位的字符“3”表示列车的行驶方向无法确定。此外，除了通过版本号中的字符来指示列车行驶方向之外，也可以通过在报文信息中的预留字段来指示列车的移动方向。
15.示例性地，在列车行驶过程中，当列车的车载天线接近应答器时，应答器的供电模块通过电磁耦合的方式接收到车载天线提供的电能而工作，报文发送模块不停地向外发送报文信息；当列车上的车载天线远离应答器后，应答器失去电能，并停止发送报文信息。
16.在上述实施例提供的应答器的一种优选的实施方式中，所述应答器还包括一固定座，该固定座上设置有所述霍尔元件和所述导电体；以及，所述固定座可设置在轨道中间并使所述霍尔元件的受磁面平行于轨道所在的平面，同时使得所述导电体两端之间的中心线平行于轨道所在的平面且垂直于轨道的延伸方向(也即垂直于列车的行驶方向)。如此，在满足该安装条件的情况下，霍尔元件能够产生更强的第一电压信号，以及导电体能够产生
更强的第二电压信号，从而更利于列车移动方向的检测。
17.在上述实施例提供的应答器的一种优选的实施方式中，所述供电模块包括电磁能量接收线圈和整流器；其中，所述电磁能量接收线圈可与所述车载天线产生的电磁波进行电磁耦合而产生电能；所述整流器可将所述电磁能量接收线圈产生的电能转变为直流电后给所述霍尔元件供电。示例性地，在列车运行过程中，当列车的车载天线接近应答器时，应答器的电磁能量接收线圈感应到车载天线发出的27mhz的磁场，供电模块通过电磁耦合可产生电能以为应答器的工作提供必要的电源。如此，应答器能够通过与车载天线进行电磁耦合产生的电能供给霍尔元件，而无需另外设置电池。此外，该供电模块除了给霍尔元件供电之外，还可以同时给应答器中的其他电路模块供电。
18.在上述实施例提供的应答器的一种优选的实施方式中，所述磁场感应电路中还可以有一用于将所述霍尔元件产生的第一电压信号进行放大的第一放大器。此外，所述移动感测电路中还可以有一用于将所述导电体产生的第二电压信号进行放大的第二放大器。示例性地，通过设置第一放大器和第二放大器，能够更容易使得第一电压信号和第二电压信号的强度均能达到检测电路对输入电压的要求，便于检测电路更准确可靠地输出用于指示列车行驶方向的方向指示信号。
附图说明
19.下面将通过参照附图详细描述本实用新型的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本实用新型的上述及其它特征和优点，附图中：
20.图1为本实用新型的一个实施例中应答器的结构框图；
21.图2为本实用新型的一个实施例中列车向左行驶的场景示意图；
22.图3为本实用新型的一个实施例中列车向右行驶的场景示意图；
23.图4为一个实施例中应答器的检测电路的结构框图；
24.图5为另一个实施例中应答器的检测电路的结构框图。
25.其中，附图标记如下：
26.1-磁场感应电路
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11-霍尔元件
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12-第一放大器
27.2-移动感测电路
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21-导电体
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22-第二放大器
28.3-检测电路
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311-第一比较器
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312-第二比较器
29.313-第三比较器
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321-加法器
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3221-第一均值电路
30.3222-第二均值电路
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3223-第三均值电路
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323-比较电路
31.4-报文发送模块
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41-信息存储模块
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42-信息调取模块
32.5-供电模块
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51-电磁能量接收线圈
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52-整流器
33.6-固定座
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t-列车
具体实施方式
34.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本实用新型进一步详细说明。
35.本实施例提出了一种应答器，以使得列车t通过一个应答器时即可确定其行驶方向，提高列车定位的效率。其中，该应答器既可以为无源应答器也可以为有源应答器。
36.本实施例提供的应答器适于设置在轨道上且响应于在轨道上行驶通过的列车t上的车载天线发出的电磁波而工作。如图1所示，该应答器包括磁场感应电路1、移动感测电路2、检测电路3和报文发送模块4。其中，磁场感应电路1包括一个由供电模块5供电的霍尔元件11，霍尔元件11能够响应于车载天线的磁场而产生第一电压信号；移动感测电路2包括一个连接到导电回路中的导电体21，在列车t行驶通过过程中车载天线产生的磁场环境中导电体21的两端形成第二电压信号；检测电路3信号连接到磁场感应电路1和移动感测电路2，并可响应于第一电压信号和第二电压信号而输出一个用于指示列车t行驶方向的方向指示信号；报文发送模块4与检测电路3信号连接，并可响应于方向指示信号而以无线方式发出携带有指示列车t行驶方向的信息的报文信息。
37.示例性地，如图2所示的列车t向左行驶的场景中，在某一时刻，
“×”
表示此时时列车t的车载天线发出的磁场方向垂直纸面向里，“v”与
“←”
结合起来表示此时列车t的行驶方向向左。此时，根据霍尔效应，霍尔元件11的左侧连接电源正极“+”且右侧连接电源负极
“‑”
，霍尔元件11的电流方向为由左至右，而由于此时的磁场垂直于纸面向里，所以在霍尔元件11的l1端会出现正电荷，而在霍尔元件11的l2端会出现负电荷。同时，根据右手定则，导电体21相对于磁场向右移动，所以在导电体21的l3端会出现正电荷，而在导电体21的l4端会出现负电荷。
38.例如，导电体21的电动势的计算公式为e＝blv，其中，b为磁场强度，l为导电体21长度，v为应答器相对于列车t的速度；以及，霍尔元件11产生的霍尔电压u≈bi，其中，i为霍尔元件11的左右两侧加载的电流大小。列车t在通过应答器时的瞬时速度v近似于恒定的，导电体21长度是一定的，且霍尔元件11的左右两侧加载的电流i是一定的，即导电体21产生的电动势e和霍尔元件11产生的霍尔电压u只是随着磁场的变化而变化，且在如图2示出的场景中，导电体21产生的电动势e和霍尔元件11产生的霍尔电压u随磁场变化的周期和频率是相同的。当磁场方向改变时，导电体21产生的电动势e和霍尔元件11产生的霍尔电压u的正负极会同步改变，即第一电压信号和第二电压信号的相位始终是相同的。
39.再如图3所示的列车t向右行驶的场景中，所以在霍尔元件11的l1端会出现正电荷，而在霍尔元件11的l2端会出现负电荷。同时，根据右手定则，导电体21相对于磁场向左移动，所以在导电体21的l3端会出现负电荷，而在导电体21的l4端会出现正电荷。当磁场方向改变时，导电体21产生的电动势e和霍尔元件11产生的霍尔电压u的正负极同步改变，此时，第一电压信号和第二电压信号的相位始终相反。以及，参考导电体21的电动势的计算公式e＝blv，若在图2的场景中e为正时，则在图3的场景中e为负值，而霍尔元件11在图2和图3两个场景中产生的电压u均为正值。
40.在上述的实施例中，当列车t向左行驶时第一电压信号和第二电压信号的相位相同，而当列车t向右行驶时第一电压信号和第二电压信号的相位相反。据此，根据第一电压信号和第二电压信号的相位差即可判断列车t的行驶方向。
41.继续参照图2和图3，在上述实施例提供的应答器的一种优选的实施方式中，应答器上可以设置一固定座6，固定座6可设置在轨道中间，而该固定座6上设置有霍尔元件11和导电体21。固定座6可设置在轨道中间并使霍尔元件11的受磁面平行于轨道所在的平面，同时使得导电体21的l3和l4两端之间的中心线平行于轨道所在的平面且垂直于轨道的延伸方向(也即垂直于列车t的行驶方向)。如此，在满足该安装条件的情况下，霍尔元件11能够产
(t1)大于第二时间t2的第一电压信号s1(t2)时输出第一比较信号，以及其输出端在当第一时间t1的第一电压信号s1(t1)小于第二时间t2的第一电压信号s1(t2)时输出第二比较信号。例如，当s1(t1)》s1(t2)时输出第一比较信号为“0”，当s1(t1)《s1(t2)时输出第二比较信号为“1”；当在一定误差范围内s1(t1)＝s1(t2)时输出无效信号。
48.此外，第二比较器312的输入端输入第一时间t1和第二时间t2的两个第二电压信号s2(t1)和s2(t2)，且其输出端在当第一时间t1的第二电压信号s2(t1)大于第二时间t2的第二电压信号s2(t2)时输出第一比较信号，以及其输出端在当第一时间t1的第二电压信号s2(t1)小于第二时间t2的第二电压信号s2(t2)时输出第二比较信号。例如，当s2(t1)》s2(t2)时输出第一比较信号为“0”，当s2(t1)《s2(t2)时输出第二比较信号为“1”；当在一定误差范围内s2(t1)＝s2(t2)时输出无效信号。
49.第三比较器313的输入端连接第一比较器311和第二比较器312，当第一比较器311和第二比较器312输出的信号相同，例如，均为“0”或者“1”时，第三比较器313的输出端输出指示第一列车行驶方向的第一方向指示信号s
d1
；以及，当第一比较器311和第二比较器312输出的信号不同时，例如，第一比较器311和第二比较器312的输出中的一个为“0”而另一个为“1”时，第三比较器313的输出端输出指示第二列车行驶方向的第二方向指示信号s
d2
。此外，当第一比较器311和第二比较器312中有任何一个输出无效信号时，第三比较器313则无需将第一比较器311和第二比较器312的输出的信号进行比较，且第三比较器此时可无任何信号输出。
50.优选地，第三比较器313可以进行多组第一比较信号和第二比较信号的比较，当比较结果均一致时再输出第一方向指示信号s
d1
或者第二方向指示信号s
d2
；以及，当第三比较器313在比较结果不一致时则输出异常信号“255”，报文发送模块4响应于该异常信号可以发送一个携带有指示列车的行驶方向无法确定的报文信息，如此，能够进一步保证对列车t移动方向判断的可靠性。
51.再如图5所示，在上述实施例提供的应答器的另一种优选的实施方式中，该检测电路3中有加法器321、第一均值电路3221、第二均值电路3222、第三均值电路3223和比较电路323。第一均值电路3221的输入端连接到磁场感应电路1，其输出端则输出一个对设定时长内的第一电压信号s1进行滤波、整流和积分后的第一直流电压信号。第二均值电路3222的输入端连接到移动感测电路2，其输出端则输出一个对设定时长内的第二电压信号s2进行滤波、整流和积分后的第二直流电压信号。加法器321的两个输入端分别连接到磁场感应电路1和所述移动感测电路2，其输出端输出一个将所述第一电压信号与所述第二电压信号叠加的叠加信号；第三均值电路3223的输入端连接到加法器321，其输出端则输出一个对设定时长内的叠加信号进行滤波、整流和积分后的第三直流电压信号。由此，当第一电压信号s1与第二电压信号s2的相位相同时，第三直流电压信号会同时大于第一直流电压信号和第二直流电压信号。以及当第一电压信号与第二电压信号的相位相反时，加法器输出的第三直流电压信号会小于第一直流电压信号和第二直流电压信号中较大的一个。例如，比较电路323的输入端连接到第一均值电路3221、第二均值电路3222和第三均值电路3223，以及在第三直流电压信号大于第一直流电压信号且同时大于第二直流电压信号时输出第一方向指示信号s
d1
，其指示第一列车行驶方向；当第三直流电压信号小于第一直流电压信号和第二直流电压信号中的至少一个时输出第二方向指示信号s
d2
，其指示与第一列车行驶方向相反
的第二列车行驶方向，据此可以判断出列车的行驶方向。此外，当比较电路323只收到第一直流电压信号或第二直流电压信号中的一个而未收到另一个时，则第三比较电路也可以输出异常信号，报文发送模块响应于该异常信号可以发送一个携带有指示列车的行驶方向无法确定的报文信息。
52.在上述实施例提供的应答器的一种优选的实施方式中，报文发送模块4中还可以有信息存储模块41和信息调取模块42；其中，信息存储模块41存储有指示列车正向行驶的第一报文信息以及指示列车反向行驶的第二报文信息；信息调取模块42能够响应于第一方向指示信号来调取第一报文信息，以及响应于第二方向指示信号来调取第二报文信息。此外，信息存储模块41还可以存储有指示列车的驶方向无法确定的报文信息，信息调取模块42还能够响应于检测电路输出发异常信号来调取一个携带有指示列车的行驶方向无法确定的报文信息。在一种实施方式中，可以用列车版本号字段的最后一位来表示列车的行驶方向，例如，版本号1.1.1中的最后一位的字符“1”表示列车正向行驶，版本号1.1.2中的最后一位的字符“2”表示列车反向行驶，版本号1.1.3中的最后一位的字符“3”表示列车的行驶方向无法确定。此外，除了通过版本号中的字符来指示列车行驶方向之外，也可以通过在报文信息中的预留字段来指示列车的移动方向。
53.示例性地，在列车行驶过程中，当列车的车载天线接近应答器时，应答器的供电模块5通过电磁耦合的方式接收到车载天线提供的电能而工作，报文发送模块4不停地向外发送报文信息；当列车上的车载天线远离应答器后，应答器失去电能，并停止发送报文信息。
54.本实用新型涉及轨道交通技术领域，特别是一种应答器。该应答器包括磁场感应电路1、移动感测电路2、检测电路3和报文发送模块4。检测电路3可以根据磁场感应电路1输出的第一电压信号和移动感测电路2输出的第二电压信号输出一个用于指示列车行驶方向的方向指示信号，而报文发送模块4可响应于该方向指示信号而以无线方式发出携带有指示列车行驶方向的信息的报文信息。从而，能够实现当列车t经过一个应答器时即可确认列车t的行驶方向的目的。
55.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。