专用多通道高速数字传感器系统的制作方法

本发明涉及一种专用多通道高速数字传感器系统。

背景技术：

1、近年来，随着中国铁路线路的急剧增加和火车运行的提速，为保证行车安全的铁路货运超偏载检测设备的需求也越来越多。但因列车的提速并追求更高的效率，原货运超偏载设备已不能适应改变了的技术条件。为保证使用精度，原铁路货运超偏载设备设计是为适应10km∕h—30km∕h的工况测试条件,计量区长度3.6米，采用20个板式及剪切梁模拟传感器，采样频率为每秒1000次。而这种原始设计已经越来越跟不上时代的发展，尤其是在列车不断提速的当今世界。

2、随着列车的不断提速，也就意味着同等距离内列车通过的时间越来越短。因此，为保证提速状况下的测量精度，首先需加长称重计量区，现在至少需增加为原计量区的2倍至3倍。由此计量区内的传感器数量也需增加到原传感器个数的相应倍数。另一方面，铁路超偏载设备安装位置越来越远且偏僻，甚至离控制中心数公里远，这就造成原设备数据传输距离太长，成本增加，干扰因素过大，施工困难。根据目前现场工况使用条件，原有的模拟传感器已经愈加无法满足解决远距离数据传输和抗干扰问题的当下需求。

3、而随着单位距离内传感器数量的大幅增多且采样频率较快，对于数据采集也提出了更高的要求。系统中计算机采集数据时必须保证众多传感器的传输数据同步进行，才能保证采集到的数据不漏、不错位，保持系统数据波型不失真，达到准确计量的目的。这也对数据采集传输提出了更高的要求。

技术实现思路

1、本发明提供一种专用多通道高速数字传感器系统，有效地解决了上文所提到的现有技术所存在的问题。

2、具体而言，本发明提供一种专用多通道高速数字传感器系统，所述系统包括上位机和用于收集列车经过铁轨时超偏载数据的多个传感器单元，其中，每个所述传感器单元包括弹性体、放大器、模数转换器、中枢芯片，且每个传感器单元均设置在轨道与枕木之间且呈现为板状构件，在每个所述传感器单元中，弹性体处于板状构件中沿长度方向的中央部分由此直接承受来自列车的压力，在板状构件的一侧设置有电子线路板安装槽，传感器单元中的放大器、模数转换器、中枢芯片均设置在该电子线路板安装槽中，在列车通过铁轨时，传感器单元中的弹性体受压导致弹性体的电阻发生改变，由此，列车的压力信息由弹性体转化成模拟电信号，模拟电信号经过放大器进行信号放大之后由模数转换器转换成数字电信号，由此，数字电信号经由中枢芯片远程传输至上位机，中枢芯片从上位机接收采样指令，由此，依据列车速度以及列车振荡波型来确定采样频率，并基于该采样频率启动一个周期内的列车超偏载参数采样并进行模数转换，将传感器从列车经过时所感应到的初始模拟信号转换为数字电信号，每个传感器单元均将一个采样周期内的数字信号按照信号时序编号存入中枢芯片的数据缓冲区，与此同时，所述每个传感器单元自身的传感器位置编号也存入所述数据缓冲区；随后，中枢芯片按照所述采样频率开始下一周期内的模数转换，与此同时，中枢芯片向上位机发送所述一个周期完成列车超偏载采样的完成信号，并探查上位机的工作时序状态；如果上位机此时处于“忙”的工作时序状态，则中枢芯片按照固有的采样频率继续进行超偏载采样和模数转换；如果上位机此时处于“空闲”的工作时序状态，则上位机分散或集中地从各个传感器单元读取已完成模数转换且存于所述数据缓冲区内的数字信号、信号时序编号、传感器位置编号，并存入上位机中固有的数据存储区，以供上位机中的处理程序进行数据处理；上位机在进行数据处理期间一旦遇到中枢芯片对上位机进行工作时序状态的探查，则上位机将返回“忙”的工作时序状态给中枢芯片。

3、优选地，所述中枢芯片采用微型单片机形式，设置多个管脚以容纳多个通道信息输入，并通过以太网向外通讯传输数据，并设置多个对外输出接口，内置cpu和数据缓冲区。

4、优选地，所述数据处理包括对传感器单元传来的数字信号进行分类、绘图、计算。

5、优选地于，中枢芯片的整个数字电路部份面积设置成约40×80mm2。

6、优选地，由中枢芯片及其配属元器件设计的可履行功能的电路板体积为40×80×4mm3。

7、本发明所提供的系统通过传感器、中枢芯片、上位机的有效配合，在收集高速列车在轨道上行进期间的数字信号，并在传感器和上位机两方面分别设置合适的存储单元，进而根据上位机的忙碌与否的工作状况确定后续操作，且在后续操作中再对上位机本身的忙碌与否的工作状况进行相关确认，如此反馈，确保了整体系统的工作有条不紊，由此确保在上位机延后处理数据时也绝不会导致数据错位、数据丢失、波形失真等等问题。

技术特征：

1.一种专用多通道高速数字传感器系统，其特征在于，所述系统包括上位机和用于收集列车经过铁轨时超偏载数据的多个传感器单元，其中，每个所述传感器单元包括弹性体、放大器、模数转换器、中枢芯片，且每个传感器单元均设置在轨道与枕木之间且呈现为板状构件，在每个所述传感器单元中，弹性体处于板状构件中沿长度方向的中央部分由此直接承受来自列车的压力，在板状构件的一侧设置有电子线路板安装槽，传感器单元中的放大器、模数转换器、中枢芯片均设置在该电子线路板安装槽中，在列车通过铁轨时，传感器单元中的弹性体受压导致弹性体的电阻发生改变，由此，列车的压力信息由弹性体转化成模拟电信号，模拟电信号经过放大器进行信号放大之后由模数转换器转换成数字电信号，由此，数字电信号经由中枢芯片远程传输至上位机，

2.根据权利要求1所述的专用多通道高速数字传感器系统，其特征在于，所述中枢芯片采用微型单片机形式，设置多个管脚以容纳多个通道信息输入，并通过以太网向外通讯传输数据，并设置多个对外输出接口，内置cpu和数据缓冲区。

3.根据权利要求1所述的专用多通道高速数字传感器系统，其特征在于，所述数据处理包括对传感器单元传来的数字信号进行分类、绘图、计算。

4.根据权利要求1所述的专用多通道高速数字传感器系统，其特征在于，中枢芯片的整个数字电路部份面积设置成40×80mm2。

5.根据权利要求4所述的专用多通道高速数字传感器系统，其特征在于，由中枢芯片及其配属元器件设计的可履行功能的电路板体积为40×80×4mm3。

技术总结
本发明提供一种专用多通道高速数字传感器系统，通过传感器、中枢芯片、上位机的有效配合，在收集高速列车在轨道上行进期间的数字信号，并在传感器和上位机两方面分别设置合适的存储单元，进而根据上位机的忙碌与否的工作状况确定后续操作，且在后续操作中再对上位机本身的忙碌与否的工作状况进行相关确认，如此反馈，确保了整体系统的工作有条不紊，由此确保在上位机延后处理数据时也绝不会导致数据错位、数据丢失、波形失真等等问题。

技术研发人员：庞湘生,郭超,刘晓兵,秦根建
受保护的技术使用者：北京东方瑞威科技发展股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16