道岔转辙机表示杆缺口宽度监测系统及采集器的制造方法
【专利摘要】本实用新型揭示了一种道岔转辙机表示杆缺口宽度监测系统及采集器，采集器包括第一微处理器、第一数据存储模块、A/D采集模块、第一电力载波模块、第一电源模块；第一数据存储模块、A/D采集模块、第一电力载波模块、第一电源模块分别与第一微处理器连接；采集器通过A/D采集模块连接电涡流传感器，获取缺口宽度的数据。本实用新型提出的用于道岔转辙机表示杆缺口宽度监测的采集器，可实时获取电涡流传感器的非接触式采集数据，具有良好的实时性。此外，本实用新型可提高系统稳定性、可靠性，使误报、漏报率降至零，同时电涡流传感器长期工作可靠性好、灵敏度高、分辨率高、响应速度快、抗干扰力强、不受油污等介质的影响、结构简单、安装方便。
【专利说明】道岔转辙机表示杆缺口宽度监测系统及采集器
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型属于数据传感及采集【技术领域】，涉及一种缺口宽度监测系统，尤其涉及一种道岔转辙机表示杆缺口宽度监测系统；同时，本实用新型还涉及一种用于道岔转辙机表示杆缺口宽度监测的采集器。
【背景技术】
[0002]铁路道岔转辙机的工作状态正常与否对保障铁路正常运行至关重要，铁路道岔转辙机工作状态监测的研究十几年来从没有间断，目前国内外对转辙机工作状态进行监测的主要参数是转换阻力和表示杆缺口宽度，其中转换阻力是转辙机尖轨密贴程度的间接表现，表示杆缺口宽度是转辙机尖轨密贴程度的直接表现。
[0003]现有表示杆缺口宽度的监测方式均有其不足之处:如碰珠式传感器技术和弹簧位移传感器技术方式探测装置易损坏，光电编码器技术方式易受污染而降低准确度，反射式光纤位移传感器技术和霍尔位移传感器技术方式探头过大不便安装，摄像头技术方式没有量化检测结果需要人工判断表示杆缺口宽度。
[0004]同时，现有的数据采集方式一般无法实现数据的实时传输，通常是将数据存储在采集设备的存储卡上，而后由人工存取，效率低、实时性不足。
[0005]此外，现有的监测方式通常是将数据存储在监测中心，通过监测中心的显示屏显示，无法在任意的地点获取实时监测到的缺口数据。
[0006]有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的道岔转辙机表示杆缺口宽度监测系统，以克服现有系统的上述缺陷。
实用新型内容
[0007]本实用新型所要解决的技术问题是:提供一种用于道岔转辙机表示杆缺口宽度监测的采集器，可实时获取传感器的非接触式采集数据，具有良好的实时性；可以进行检测系统的功能设置、可以进行采集器参数设置，具有良好的人机交互性。
[0008]此外，本实用新型还提供一种道岔转辙机表示杆缺口宽度监测系统，可实时获取传感器的非接触式采集数据，具有良好的实时性。
[0009]为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案:
[0010]一种用于道岔转辙机表示杆缺口宽度监测的采集器，所述采集器连接缺口宽度传感器；
[0011]所述米集器包括:第一微处理器、第一数据存储模块、A/D米集模块、第一电力载波模块、第一电源模块；
[0012]所述第一数据存储模块、A/D采集模块、第一电力载波模块、第一电源模块分别与第一微处理器连接；
[0013]所述采集器通过A/D采集模块连接所述缺口宽度传感器，获取缺口宽度的数据。
[0014]作为本实用新型的一种优选方案，所述采集器还包括第一无线通讯模块，该第一无线通讯模块与所述第一微处理器连接，采集器通过该无线通讯模块实现与无线手持终端的连接。
[0015]作为本实用新型的一种优选方案，所述第一无线通讯模块为WIFI模块或GPRS通信模块或3G通信模块或ZigBee通信模块或蓝牙通信模块。
[0016]作为本实用新型的一种优选方案，所述缺口宽度传感器为电涡流传感器，包括电涡流探头、电涡流电路；所述电涡流探头将检查柱与检查块缺口之间的间隙转换成电涡流信号，经过电涡流电路处理后输出。
[0017]作为本实用新型的一种优选方案，所述采集器通过所述第一电力载波模块及电力线连接集中监测管理器，集中监测管理器以电力载波方式接收采集器采集到的数据，通过集中检测管理器实现数据处理、监测系统功能设置、采集器参数设置功能。
[0018]一种道岔转辙机表示杆缺口宽度监测系统，所述系统包括:
[0019]电涡流传感器，包括电涡流探头、电涡流电路；所述电涡流探头将检查柱与检查块缺口之间的间隙转换成电涡流信号，经过电涡流电路处理后输出；
[0020]采集器，连接一个或多个电涡流传感器，用以采集所述电涡流传感器输出的数据；所述采集器包括第一微处理器、第一数据存储模块、A/D采集模块、第一电力载波模块、第一电源模块；所述第一数据存储模块、A/D采集模块、第一电力载波模块、第一电源模块分别与第一微处理器连接；所述采集器通过A/D采集模块连接所述电涡流传感器，获取缺口宽度的数据；
[0021]集中监测管理器，通过电力线连接一个或多个采集器，以电力载波方式接收采集器采集到的数据，集中监测管理器包括集中显示屏幕，用以显示数据；
[0022]远程监测中心，连接一个或多个集中监测管理器，接收所述集中监测管理器发送的数据。
[0023]作为本实用新型的一种优选方案，所述集中监测管理器包括第二微处理器、第二数据存储模块、第二电力载波模块、第二电源模块、第二通信模块、液晶串口通信模块、集中显示屏幕；
[0024]所述第二数据存储模块、第二电力载波模块、第二电源模块、第二通信模块、液晶串口通信模块分别与第二微处理器连接，液晶串口通信模块还与集中显示屏幕连接；
[0025]所述集中监测管理器通过第二通信模块连接远程监测中心，通过第二电力载波模块连接采集器。
[0026]作为本实用新型的一种优选方案，所述电涡流探头与电涡流电路连接；电涡流电路包括振荡器模块、检波模块、温度补偿模块、输出缓冲级模块；
[0027]所述电涡流传感器利用高频振荡电流通过电涡流探头，在电涡流探头的头部产生交变的磁场，当这一交变磁场的有效范围内有金属导体移动，磁场会随金属移动变化而变化，从而将这一变化转换成电压或电流变化并传递到监测系统的采集器模块；
[0028]所述振荡器模块负责产生振荡信号，并输出到检波模块；当接收到电涡流探头由于金属导体移动产生的磁场变化后，使输出的交流电压幅值产生相应的变化；
[0029]所述检波模块用以将振荡器模块输出的交流电压信号整流滤波成稳定的直流电压信号；
[0030]所述温度补偿模块用以对由于温度变化对电涡流传感器或/和振荡器模块产生的影响进行补偿；
[0031]所述输出缓冲级模块用以将上一级的直流电压信号放大输出。
[0032]作为本实用新型的一种优选方案，所述电涡流探头采用绕在宽温铁氧体磁芯的线圈；
[0033]所述振荡器模块采用电容三点式振荡器原理，主要包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第九电阻R9、第十电阻R10，第一电容Cl、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第七电容C7、第八电容C8，放大三极管Q1，以及涡流线圈LI ;其中，第七电容C7的第一端连接电源VDD，第二端接地；第八电容C8的第一端通过第九电阻R9连接电源VDD，第二端接地；第一电阻Rl的第一端通过第九电阻R9连接电源VDD，第二电阻R2的第二端接地，第一电阻Rl的第二端、第二电阻R2的第一端分别连接第十电阻RlO的第一端，第十电阻RlO的第二端连接放大三极管Ql的基极，为放大三极管Ql提供偏置电压；第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、涡流线圈LI组成三点式振荡电路；第二电容的第一端连接涡流线圈LI的第一端，第二电容C2的第二端连接放大三极管Ql的集电极；第三电容C3的第一端连接涡流线圈LI的第二端，第三电容C3的第二端、第四电容C4的第一端连接放大三极管Ql的发射极，第四电容C4的第二端接地；放大三极管Ql起放大振荡信号的作用；第三电阻R3的第一端连接放大三极管Ql的发射极，作为放大三极管Ql的工作负载；第一电容Cl为旁路电容，第一电容Cl的第一端连接第十电阻RlO的第一端,第一电容Cl的第二端接地；
[0034]所述检波模块主要包括第一二极管D1、第二二极管D2,第五电容C5、第六电容C6 ；其中，第五电容C5的第一端连接润流线圈LI的第二端,第五电容C5的第二端连接第一二极管Dl的负极、第二二极管D2的正极；第一二极管Dl的第二端接地，第二二极管D2的负极连接第六电容C6的第一端，第六电容C6的第二端接地；第一二极管Dl、第二二极管D2是开关管，第五电容C5起隔离直流作用，第六电容C6起滤波作用；
[0035]所述温度补偿模块包括第四电阻R4、第五电阻R5、负温度系数的第六热敏电阻R6、第十一电阻R11、第十二热敏电阻R12、第十三电阻R13 ;所述第四电阻R4的第一端连接第二二极管D2的负极、第六电容C6的第一端，第四电阻R4的第二端连接第五电阻R5的第一端；第五电阻R5的第二端连接第六热敏电阻R6的第一端、第^ 电阻Rll的第一端，第六热敏电阻R6的第二端接地；第^^一电阻Rl I的第二端分部连接第十二热敏电阻Rl2的第一端、第十三电阻R13的第一端，第十二热敏电阻R12的第二端、第十三电阻R13的第二端接地；
[0036]所述输出缓冲级模块包括运算放大器U1，第七电阻R7、第八电阻R8、第十四电阻R14、第十五电阻R15，第九电容C9、第十电容ClO ;其中，运算放大器Ul主要是起隔离功能，将输出缓冲级模块与电涡流电路中的其他三个部分隔离开来；第七电阻R7、第八电阻R8是运算放大器Ul的负反馈电路；运算放大器Ul的正极连接第四电阻R4的第二端，运算放大器Ul的负极连接第七电阻R7的第一端，第七电阻R7的第二端接地；运算放大器Ul的输出端连接第八电阻R8的第二端、第十四电阻R14的第一端，第八电阻R8的第一端连接运算放大器Ul的负极、第七电阻R7的第一端；第十四电阻R14的第二端分别连接第九电容C9的第一端、第十五电阻R15的第一端、第十电容ClO的第一端,第九电容C9的第二端、第十五电阻R15的第二端、第十电容ClO的第二端接地。
[0037]本实用新型的有益效果在于:本实用新型提出的用于道岔转辙机表示杆缺口宽度监测的采集器，可实时获取传感器的非接触式采集数据，具有良好的实时性。
[0038]此外，本实用新型提出的铁路道岔转辙机表示杆缺口宽度在线实时监测系统，可提高系统稳定性、可靠性，使误报、漏报率降至零，同时电涡流传感器长期工作可靠性好、灵敏度高、分辨率高、响应速度快、抗干扰力强、不受油污等介质的影响、结构简单、安装方便，适合各种环境下使用，具备低成本、高效率、可以解决目前无法解决诸多不足的特点。
[0039]本实用新型通过在温度补偿电路中设置热敏电阻(NTC)(如第六电阻R6和第十二电阻R12)，按照三极管物理特性，三极管随着温度由低到高，三极管的PN结变窄，则使三极管放大倍系数β增大；放大三极管Ql随着温度由低到高，放大三极管Ql的集电极电流不断增大，最终导致输入放大器Ul的电压信号随着温度由低到高而增大。电涡流线圈LI由于选材和其物理特性随着温度由低到高所输出的电压信号也是在增大的。而温度补偿电路中第六电阻R6和第十二电阻R12是热敏电阻(NTC)，随着温度由低到高，第六电阻R6和第十二电阻R12的阻值由大到小，造成第六电阻R6、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13组成的电阻网络整体阻值变小，由于阻值变小，电流不变，根据U= IR，电压信号则变小，输入运算放大器Ul的电压信号就变小。随着温度的由低到高，放大三极管Ql放大系数变大，电涡流线圈LI输出特性所造成电压信号变大，同时温度补偿电路所调整的电压信号变小，这样一个电压呈增大趋势，一个电压呈减少趋势，两两相互中和抵消，使的输入运算放大器Ul以及输出的电压信号受温度影响降低或者不受温度影响。反之，温度由高到低，放大三极管Ql放大系数减小，电涡流线圈LI输出使电压信号变小，而热敏电阻阻值温度变低而阻值变大使得电压信号变大，依然是一个电压呈增大趋势，一个电压呈减少趋势，两两相互中和抵消，电压信号趋于稳定，受温度影响变小。本实用新型可以提高温度补偿的精确度，更好地提高对缺口宽度监测的精度。
[0040]本实用新型可以适用各种型号转辙机，能把缺口真正量化，相当于一把千分尺在实时测量；本实用新型的精确度高，分辨率可以达到0.01毫米，精度在常温下也能达到0.01毫米。同时，本实用新型监测系统可以实时完整监测转辙机在工作时各种转换的状态及动作。本实用新型还具有设备本身自诊断功能，集中监测器与采集器相连接及采集器与电涡流传感器相连接的任何一条连接线中断都可以自身报警，设备本身故障及元件变质也能报警。本系统设计思路是监测不该报警点，不是监测该报警点，所以对于系统本身来说，只有缺口处于正常位置才不报警，其他任何状态都会报警，而集中监测器与采集器相连接及采集器与电涡流传感器相连接的任何一条连接线中断都满足不了缺口处于正常位置的数据。
[0041]为了提高监测精度、减小温度变化带来的误差及提高监测距离，可以在转辙机的一个缺口安装2套以上的电涡流传感器。2套电涡流传感器的数据可以进行对比，如有I套电涡流传感器的数据大于设定的值，就会报警；即不能大于正常值的一定范围，否则就属于设备本身故障或设备本身元件变质。
[0042]本实用新型监控系统还可以与各铁路局目前在用的信号集中监测系统联网；并可以配置手持机实现实时监测功能；除此之外，本实用新型监测系统的数据传输和供电共用一对电缆，节省线路。
【专利附图】
【附图说明】
[0043]图1为本实用新型在线实时监测系统的组成示意图。
[0044]图2为本实用新型监测系统中采集器的组成示意图。
[0045]图3为本实用新型监测系统中集中监测管理器的组成示意图。
[0046]图4为本实用新型监测系统中无线手持机的组成示意图。
[0047]图5为实施例三中本实用新型电涡流传感器的电路示意图。
【具体实施方式】
[0048]下面结合附图详细说明本实用新型的优选实施例。
[0049]实施例一
[0050]请参阅图1、图2，本实用新型揭示了一种用于道岔转辙机表示杆缺口宽度监测的采集器20，所述采集器20连接电涡流传感器10 (当然也可以是其他缺口宽度传感器)。
[0051]请参阅图2，所述采集器20包括第一微处理器21、第一电力载波模块22、第一无线通讯模块23、A/D米集模块24、第一数据存储模块25、第一电源模块26。所述第一电力载波模块22、第一无线通讯模块23、A/D米集模块24、第一数据存储模块25、第一电源模块26分别与所述第一微处理器22连接；所述第一电力载波模块22连接集中监测管理器30，所述A/D采集模块24连接电涡流传感器10。
[0052]所述第一无线通讯模块23可以为WIFI模块或GPRS通信模块或3G通信模块或ZigBee通信模块或蓝牙通信模块。
[0053]实施例二
[0054]请参阅图1，本实用新型揭示了一种铁路道岔转辙机表示杆缺口宽度在线实时监测系统，所述监测系统包括:电涡流传感器10、采集器20、集中监测管理器30、远程监测中心40、无线手持机50 ；电涡流传感器10、采集器20、集中监测管理器30、无线手持机50通常可以为多个。一个采集器20可连接多个电涡流传感器10，一个集中监测管理器30可连接多个采集器20，远程监测中心40可连接一个或多个集中监测管理器30。
[0055]【电涡流传感器】
[0056]电涡流传感器10的作为是探测检查柱与检查块缺口之间的间隙。电涡流传感器10包括电涡流探头、电涡流电路；所述电涡流探头将检查柱与检查块缺口之间的间隙转换成电涡流信号，经过电涡流电路处理后输出。
[0057]电涡流传感器10的工作原理为:电涡流传感器电路中的高频振荡电流流入电涡流传感器探头线圈，在电涡流传感器探头头部的线圈中产生交变的磁场。如果在这一交变磁场的有效范围内有检查块的缺口某一面(金属导体)靠近，则这一磁场能量会全部损失。当将电涡流传感器探头安装在检查柱里，假设检查柱与检查块的缺口处于道岔规定的正常工作间隙值，则在此检查块的缺口某一面(金属导体)表面产生感应电流，电磁学上称之为电涡流。与此同时该电涡流场也产生一个方向与头部线圈方向相反的交变磁场，由于其反作用，使探头头部线圈高频电流的幅度和相位得到改变(线圈的有效阻抗)，这一变化与检查块的缺口某一面(金属导体)磁导率、电导率、线圈的几何形状、几何尺寸、电流频率以及探头头部线圈到检查块的缺口某一面(金属导体)的距离等参数有关。通常假定检查块的缺口某一面(金属导体)材质均匀且性能是线性和各项同性，则探头线圈和检查块的缺口某一面(金属导体)的物理性质可由检查块的缺口某一面(金属导体)的电导率、磁导率、尺寸因子、探头头部线圈与检查块的缺口某一面(金属导体)的距离、电流强度和频率参数来描述。则线圈特征阻抗可用Z= {电导率，磁导率，尺寸因子，探头头部线圈与检查块的缺口某一面的距离，电流强度，频率}函数来表示。通常我们能做到控制电导率，磁导率，尺寸因子，电流强度，频率这几个参数在一定范围内不变，则线圈的特征阻抗Z就成为探头头部线圈与检查块的缺口某一面的距离的单值函数，虽然它整个函数是一非线性的，其函数特征为“S”型曲线，但可以选取它近似为线性的一段。于此，通过电涡流传感器电路的处理，将线圈阻抗Z的变化，即探头头部线圈与检查块的缺口某一面的距离的变化转换成电压或电流的变化。输出信号的大小随探头头部到被测检查块的缺口某一面(金属导体)的间距而变化，间隙电涡流传感监测技术就是根据这一原理实现对检查块的缺口某一面(金属导体)的位移、振动等参数的测量。
[0058]电涡流传感器10的工作过程是:当被测检查块的缺口某一面(金属导体)与电涡流传感器探头之间(电涡流传感器探头安装在检查柱里，电涡流传感器探头头部表面与检查柱相对应检查块的缺口那面平齐)的距离发生变化时，电涡流传感器探头中线圈的有效阻抗也发生变化，电涡流传感器探头中线圈有效阻抗的变化引起振荡电压幅度的变化，而这个随距离变化的振荡电压经过检波、滤波、线性补偿、放大归一处理转换成电压(电流)变化，再经数字处理电路转换成数字信号输出，最终完成机械位移(间隙)转换成电压(电流)。通过远程传输使用户可实时掌握道岔转辙机缺口检查柱与检查块的缺口间隙数值的变化，考虑到温度对电涡流传感器的影响，在电路中加上了温度补偿功能，使其可在_55°C到85°C保证间隙数值输出一致性。
[0059]【采集器】
[0060]采集器20连接一个或多个电涡流传感器10，用以采集所述电涡流传感器10输出的数据。
[0061]请参阅图2，所述采集器20包括第一微处理器21、第一电力载波模块22、第一无线通讯模块23、A/D米集模块24、第一数据存储模块25、第一电源模块26。所述第一电力载波模块22、第一无线通讯模块23、A/D米集模块24、第一数据存储模块25、第一电源模块26分别与所述第一微处理器22连接；所述第一电力载波模块22连接集中监测管理器30，所述A/D采集模块24连接电涡流传感器10。
[0062]【集中监测管理器】
[0063]集中监测管理器30通过电力线连接一个或多个采集器20，以电力载波方式接收采集器20采集到的数据。
[0064]请参阅图3，所述集中监测管理器包括第二微处理器32、集中显示屏幕31、第二数据存储模块35、第二电力载波模块34、第二电源模块37、第二通信模块36、液晶串口通信模块33。
[0065]所述第第二数据存储模块35、第二电力载波模块34、第二电源模块37、第二通信模块36、液晶串口通信模块33分别与第二微处理器32连接，液晶串口通信模块33还与集中显示屏幕31连接。所述集中监测管理器30通过第二通信模块36连接远程监测中心40，通过第二电力载波模块34连接采集器20。本实施例中，所述第二通信模块36包括RS485串口单元、RS422串口单元、TCP/IP通信单元。
[0066]【远程监测中心】
[0067]远程监测中心40连接一个或多个集中监测管理器30，接收所述集中监测管理器30发送的数据。
[0068]【无线手持机】
[0069]请参阅图4，所述无线手持机50包括第三微处理器51、第三数据存储模块54、第三无线通讯模块52、液晶显示模块56、第三电源模块53、键盘输入模块55。所述第三数据存储模块54、第三无线通讯模块52、液晶显示模块56、第三电源模块53、键盘输入模块55分别与第三微处理器51连接。无线手持机50通过第三无线通讯模块52连接所述采集器20，获取采集器20采集的数据。
[0070]实施例三
[0071]请参阅图5，本实施例与实施例二的区别在于，本实施例中，所述电涡流传感器包括:电涡流探头、电涡流电路，所述电涡流探头与电涡流电路连接；电涡流电路包括振荡器模块、检波模块、温度补偿模块、输出缓冲级模块。
[0072]所述电涡流传感器利用高频振荡电流通过电涡流探头，在电涡流探头的头部产生交变的磁场，当这一交变磁场的有效范围内有金属导体移动，磁场会随金属移动变化而变化，从而将这一变化转换成电压或电流变化并传递到监测系统的采集器模块。
[0073]所述振荡器模块负责产生振荡信号，并输出到检波模块；当接收到电涡流探头由于金属导体移动产生的磁场变化后，使输出的交流电压幅值产生相应的变化。所述检波模块用以将振荡器模块输出的交流电压信号整流滤波成稳定的直流电压信号。所述温度补偿模块用以对温度进行补偿。所述输出缓冲级模块用以将上一级的直流电压信号放大输出。所述电涡流探头可以采用绕在宽温铁氧体磁芯的线圈。
[0074]具体如图5所示，所述振荡器模块主要包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第九电阻R9、第十电阻R10，第一电容Cl、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第七电容C7、第八电容C8，放大三极管Q1，以及涡流线圈LI。其中，第七电容C7的第一端连接电源VDD，第二端接地；第八电容C8的第一端通过第九电阻R9连接电源VDD，第二端接地。第七电容C7和第八电容CS和第九电阻R9对电源VDD进行滤波；第十电阻RlO增强电路稳定性作用。第一电阻Rl的第一端连接电源VDD，第二电阻R2的第二端接地，第一电阻Rl的第二端、第二电阻R2的第一端分别连接第十电阻RlO的第一端，第十电阻RlO的第二端连接放大三极管Ql的基极，为放大三极管Ql提供偏置电压。第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、涡流线圈LI组成三点式振荡电路；第二电容的第一端连接涡流线圈LI的第一端，第二电容C2的第二端连接放大三极管Ql的集电极；第三电容C3的第一端连接涡流线圈LI的第二端，第三电容C3的第二端、第四电容C4的第一端连接放大三极管Ql的发射极，第四电容C4的第二端接地。放大三极管Ql起放大振荡信号的作用；第三电阻R3的第一端连接放大三极管Ql的发射极，作为放大三极管Ql的工作负载。第一电容Cl为旁路电容，第一电容Cl的第一端连接第十电阻RlO的第一端，第一电容Cl的第二端接地。
[0075]所述检波模块主要包括第一二极管D1、第二二极管D2,第五电容C5、第六电容C6。其中，第五电容C5的第一端连接润流线圈LI的第二端,第五电容C5的第二端连接第一二极管Dl的负极、第二二极管D2的正极；第一二极管Dl的第二端接地，第二二极管D2的负极连接第六电容C6的第一端，第六电容C6的第二端接地。第一二极管D1、第二二极管D2是开关管，第五电容C5起隔离直流作用，第六电容C6起滤波作用。
[0076]所述温度补偿模块包括第四电阻R4、第五电阻R5、负温度系数的第六热敏电阻R6、第十一电阻、第十二热敏电阻R12、第十三电阻R13。所述第四电阻R4的第一端连接第二二极管D2的负极、第六电容C6的第一端，第四电阻R4的第二端连接第五电阻R5的第一端；第五电阻R5的第二端连接第六热敏电阻R6的第一端、第^ 电阻Rll的第一端，第六热敏电阻R6的第二端接地；第^^一电阻RlI的第二端分部连接第十二热敏电阻R12的第一端、第十三电阻R13的第一端，第十二热敏电阻R12的第二端、第十三电阻R13的第二端接地。
[0077]所述输出缓冲级模块包括运算放大器U1，第七电阻R7、第八电阻R8、第十四电阻R14、第十五电阻R15，第九电容C9、第十电容C10。其中，运算放大器Ul主要是起隔离功能，将输出缓冲级模块与电涡流电路中的其他三个部分隔离开来；第七电阻R7、第八电阻R8是运算放大器Ul的负反馈电路。运算放大器Ul的正极连接第四电阻R4的第二端，运算放大器Ul的负极连接第七电阻R7的第一端，第七电阻R7的第二端接地；运算放大器Ul的输出端连接第八电阻R8的第二端、第十四电阻R14的第一端，第八电阻R8的第一端连接运算放大器Ul的负极、第七电阻R7的第一端；第十四电阻R14的第二端分别连接第九电容C9的第一端、第十五电阻R15的第一端、第十电容ClO的第一端,第九电容C9的第二端、第十五电阻R15的第二端、第十电容ClO的第二端接地。
[0078]所述温度补偿模块用以补偿放大三极管Ql和电涡流线圈LI。按照三极管物理特性，三极管随着温度由低到高，三极管的PN结变窄，则使三极管放大倍系数β增大；放大三极管Ql随着温度由低到高，放大三极管Ql的集电极电流不断增大，最终导致输入放大器Ul的电压信号随着温度由低到高而增大。电涡流线圈LI由于选材和其物理特性随着温度由低到高所输出的电压信号也是在增大的。而温度补偿电路中第六电阻R6和第十二电阻R12是热敏电阻(NTC)，随着温度由低到高，第六电阻R6和第十二电阻R12的阻值由大到小，造成第六电阻R6、第i^一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13组成的电阻网络整体阻值变小，由于阻值变小，电流不变，根据U = IR,电压信号则变小，输入运算放大器Ul的电压信号就变小。随着温度的由低到高，放大三极管Ql放大系数变大，电涡流线圈LI输出特性所造成电压信号变大，同时温度补偿电路所调整的电压信号变小，这样一个电压呈增大趋势，一个电压呈减少趋势，两两相互中和抵消，使的输入运算放大器Ul以及输出的电压信号受温度影响降低或者不受温度影响。反之，温度由高到低，放大三极管Ql放大系数减小，电涡流线圈LI输出使电压信号变小，而热敏电阻阻值温度变低而阻值变大使得电压信号变大，依然是一个电压呈增大趋势，一个电压呈减少趋势，两两相互中和抵消，电压信号趋于稳定，受温度影响变小。通过该方案利用两个热敏电阻(NTC)，可以进一步提高温度补偿的精确度，更好地提高对缺口宽度监测的精度。
[0079]综上所述，本实用新型提出的用于道岔转辙机表示杆缺口宽度监测的采集器，可实时获取传感器的非接触式采集数据，具有良好的实时性。此外，本实用新型提出的铁路道岔转辙机表示杆缺口宽度在线实时监测系统，可提高系统稳定性、可靠性，使误报、漏报率降至零，同时电涡流传感器长期工作可靠性好、灵敏度高、分辨率高、响应速度快、抗干扰力强、不受油污等介质的影响、结构简单、安装方便，适合各种环境下使用，具备低成本、高效率、可以解决目前无法解决诸多不足的特点。
[0080]这里本实用新型的描述和应用是说明性的，并非想将本实用新型的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本实用新型的精神或本质特征的情况下，本实用新型可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本实用新型范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。
【权利要求】
1.一种用于道岔转辙机表示杆缺口宽度监测的采集器，其特征在于，所述采集器连接缺口宽度传感器； 所述采集器包括:第一微处理器、第一数据存储模块、A/D采集模块、第一电力载波模块、第一电源模块； 所述第一数据存储模块、A/D采集模块、第一电力载波模块、第一电源模块分别与第一微处理器连接； 所述采集器通过A/D采集模块连接所述缺口宽度传感器，实时获取缺口宽度传感器的非接触式采集数据，并通过A/D采集模块将非接触式采集模拟量转换成数字量获取缺口宽度的具体值。
2.根据权利要求1所述的用于道岔转辙机表示杆缺口宽度监测的采集器，其特征在于: 所述采集器还包括第一无线通讯模块，采集器通过无线通讯模块实现与无线手持终端的通信，该第一无线通讯模块与所述第一微处理器连接。
3.根据权利要求2所述的用于道岔转辙机表示杆缺口宽度监测的采集器，其特征在于: 所述第一无线通讯模块为WIFI模块或GPRS通信模块或3G通信模块或ZigBee通信模块或蓝牙通信模块。
4.根据权利要求1所述的用于道岔转辙机表示杆缺口宽度监测的采集器，其特征在于: 所述缺口宽度传感器为电涡流传感器，包括电涡流探头、电涡流电路；所述电涡流探头将检查柱与检查块缺口之间的间隙转换成电涡流信号，经过电涡流电路处理后输出。
5.根据权利要求1所述的用于道岔转辙机表示杆缺口宽度监测的采集器，其特征在于: 所述采集器通过所述第一电力载波模块及电力线连接集中监测管理器，集中监测管理器以电力载波方式接收采集器采集到的数据。
6.一种道岔转辙机表示杆缺口宽度监测系统，其特征在于，所述系统包括: 电涡流传感器，包括电涡流探头、电涡流电路；所述电涡流探头将检查柱与检查块缺口之间的间隙转换成电涡流信号，经过电涡流电路处理后输出； 采集器，连接一个或多个电涡流传感器，用以采集所述电涡流传感器输出的数据；所述米集器包括第一微处理器、第一数据存储模块、A/D米集模块、第一电力载波模块、第一电源模块；所述第一数据存储模块、A/D采集模块、第一电力载波模块、第一电源模块分别与第一微处理器连接；所述采集器通过A/D采集模块连接所述电涡流传感器，获取缺口宽度的数据； 集中监测管理器，通过电力线连接一个或多个采集器，以电力载波方式接收采集器采集到的数据，集中监测管理器包括集中显示屏幕，用以显示数据； 远程监测中心，连接一个或多个集中监测管理器，接收所述集中监测管理器发送的数据。
7.根据权利要求6所述的道岔转辙机表示杆缺口宽度监测系统，其特征在于: 所述集中监测管理器具体包括第二微处理器、第二数据存储模块、第二电力载波模块、第二电源模块、第二通信模块、液晶串口通信模块、集中显示屏； 所述第二数据存储模块、第二电力载波模块、第二电源模块、第二通信模块、液晶串口通信模块分别与第二微处理器连接，液晶串口通信模块还与集中显示屏连接； 所述集中监测管理器通过第二通信模块连接远程监测中心，通过第二电力载波模块连接采集器。
8.根据权利要求6所述的道岔转辙机表示杆缺口宽度监测系统，其特征在于: 所述电涡流探头与电涡流电路连接；电涡流电路包括振荡器模块、检波模块、温度补偿模块、输出缓冲级模块； 所述电涡流传感器利用高频振荡电流通过电涡流探头，在电涡流探头的头部产生交变的磁场，当这一交变磁场的有效范围内有金属导体移动，磁场会随金属移动变化而变化，从而将这一变化转换成电压或电流变化并传递到监测系统的采集器模块； 所述振荡器模块负责产生振荡信号，并输出到检波模块；当接收到电涡流探头由于金属导体移动产生的磁场变化后，使输出的交流电压幅值产生相应的变化； 所述检波模块用以将振荡器模块输出的交流电压信号整流滤波成稳定的直流电压信号; 所述温度补偿模块用以对由于温度变化对电涡流传感器或/和振荡器模块产生的影响进行补偿； 所述输出缓冲级模块用以将上一级的直流电压信号放大输出。
9.根据权利要求8所述的道岔转辙机表示杆缺口宽度监测系统，其特征在于: 所述电涡流探头采用绕在宽温铁氧体磁芯的线圈； 所述振荡器模块采用电容三点式振荡器原理，主要包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第九电阻R9、第十电阻R10，第一电容Cl、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第七电容C7、第八电容C8，放大三极管Q1，以及涡流线圈LI ;其中，第七电容C7的第一端连接电源VDD，第二端接地；第八电容CS的第一端通过第九电阻R9连接电源VDD，第二端接地；第一电阻Rl的第一端通过第九电阻R9连接电源VDD，第二电阻R2的第二端接地，第一电阻Rl的第二端、第二电阻R2的第一端分别连接第十电阻RlO的第一端，第十电阻RlO的第二端连接放大三极管Ql的基极，为放大三极管Ql提供偏置电压；第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、涡流线圈LI组成三点式振荡电路；第二电容的第一端连接涡流线圈LI的第一端，第二电容C2的第二端连接放大三极管Ql的集电极；第三电容C3的第一端连接涡流线圈LI的第二端，第三电容C3的第二端、第四电容C4的第一端连接放大三极管Ql的发射极，第四电容C4的第二端接地；放大三极管Ql起放大振荡信号的作用；第三电阻R3的第一端连接放大三极管Ql的发射极，作为放大三极管Ql的工作负载；第一电容Cl为旁路电容，第一电容Cl的第一端连接第十电阻RlO的第一端,第一电容Cl的第二端接地；所述检波模块主要包括第一二极管D1、第二二极管D2,第五电容C5、第六电容C6 ;其中，第五电容C5的第一端连接涡流线圈LI的第二端，第五电容C5的第二端连接第一二极管Dl的负极、第二二极管D2的正极；第一二极管Dl的第二端接地，第二二极管D2的负极连接第六电容C6的第一端，第六电容C6的第二端接地；第一二极管D1、第二二极管D2是开关管，第五电容C5起隔离直流作用，第六电容C6起滤波作用； 所述温度补偿模块包括第四电阻R4、第五电阻R5、负温度系数的第六热敏电阻R6、第十一电阻R11、第十二热敏电阻R12、第十三电阻R13 ;所述第四电阻R4的第一端连接第二二极管D2的负极、第六电容C6的第一端，第四电阻R4的第二端连接第五电阻R5的第一端；第五电阻R5的第二端连接第六热敏电阻R6的第一端、第^ 电阻Rll的第一端，第六热敏电阻R6的第二端接地；第^^一电阻RlI的第二端分部连接第十二热敏电阻R12的第一端、第十三电阻R13的第一端，第十二热敏电阻R12的第二端、第十三电阻R13的第二端接地； 所述输出缓冲级模块包括运算放大器U1，第七电阻R7、第八电阻R8、第十四电阻R14、第十五电阻R15，第九电容C9、第十电容ClO;其中，运算放大器Ul主要是起隔离功能，将输出缓冲级模块与电涡流电路中的其他三个部分隔离开来；第七电阻R7、第八电阻R8是运算放大器Ul的负反馈电路；运算放大器Ul的正极连接第四电阻R4的第二端，运算放大器Ul的负极连接第七电阻R7的第一端，第七电阻R7的第二端接地；运算放大器Ul的输出端连接第八电阻R8的第二端、第十四电阻R14的第一端，第八电阻R8的第一端连接运算放大器Ul的负极、第七电阻R7的第一端；第十四电阻R14的第二端分别连接第九电容C9的第一端、第十五电阻R15的第一端、第十电容ClO的第一端,第九电容C9的第二端、第十五电阻R15的第二端、第十电容ClO的第二端接地。
【文档编号】G01B7/02GK204115652SQ201420521587
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年9月11日 优先权日:2014年9月11日
【发明者】张长生, 王予平, 赵建明, 吴旺生, 陈志雄, 魏涛, 刘玉玲 申请人:中国铁路通信信号上海工程局集团有限公司, 赵建明