专利名称：机车车载式线路动态监测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于铁道线路计算机监测技术领域。
线路动态监测装置已经在铁路系统广泛应用，目前主要有从国外进口的专用轨道监测车和便携的动态添乘仪。其中轨道监测车配备有惯性基准、激光监测和数据实时处理等高新技术装备，能够准确评测轨道几何状态参数和等级，但费用高，数量少，且调用不便，仅限于抽查使用；便携式动态添乘仪可随车运行，根据监测车体振动加速度值的大小来判定线路不平顺程度，也能够间接反映线路状态，使用轻便、灵巧，尤其受用户欢迎的是监测数据可利用微机分析处理，但监测密度小，跨度短，数据散，功能简单，而且必须设专人跟车操作，均需手动安装测速传感器，直接接触车辆走行部，存在安全隐患，监测成本相对高。另外人工校正里程，以及各次添乘车体不易相对固定，监测数据不够全面、及时、准确。上述这两种装置监测数据方式、方法和结构与本发明不同。
本实用新型的目的是设计新的技术方案，研制一种作为机车综合监测装置(TAX2)的一个组成部分，能够更加高效、实用、经济监测的线路动态监测系统。它在机车运行状态下通过固定在机车车体中的传感器单元不间断地采集车体振动加速度值，存储控制单元实时记录，同时读取机车监控装置俗称黑匣子中的线路里程和运行速度等相关信息，无人工干预下综合生成线路数据并循环保存。通过数据转储器可把记录的线路数据转储到微机中，利用处理分析软件，生成各种报告和图表，量化反映线路平顺状况，指导线路安全预测和维修保养工作。
本实用新型的技术要点在于如图1所示的四个方面，传感器单元(传感器及其电路)、存储控制单元(主板电路)、数据转储单元(转储器)和处理分析软件(计算机)组成。传感器单元通过RS485总线与存储控制单元连接，存储控制单元与机车综合监测装置(TAX2)连接，并通过RS485连接数据转储单元，数据转储单元通过R232总线连接计算机。
传感器单元电路如图2所示由整形放大电路(一级)、一级高通滤波电路、二级高通滤波电路、一级低通滤波电路、二级放大电路、二级高通滤波电路、整流电路组成。这些电路依次串接输出给A/D转换电路经RS485总线将采样值送到主板。传感器单元中的整形放大电路如图3所示，按以下方式连接加速度传感器的输出端有5个脚，1至5脚依次与电阻RZB1的一端、电阻RZB2的一端、电阻RZTC1的一端、运算放大器U1B的5脚(+IN)及电阻RZTC2的一端相连；电阻RZTC2的另一端连到传感器的2脚上，电阻RZTC1的另一端连到传感器的5脚上，电阻RZB2与电阻RZB1的另一端相连接地；三极管TR1的发射极接地，集电极与基极相连接到电位器W2的一端，电位器W2的另两端接在一起与电阻R3的一端及运算放大器U1D的13脚(-IN)相连，电阻R3的另一端运算放大器U1D的14脚(OUT)及传感器的3脚连在一起，电位器W1的一端接地，另两端连在一起与电阻R1、R2及基准Z1的一端相连(2.5V)，基准Z1的另一端接地，电阻R1的另一端连到运算放大器U1D的12脚(+IN)，电阻R2的另一端连到电容C7和二极管D1的一端，电容C7的另一端接地，二极管D1的另一端接到+12V上。运算放大器U1A的4脚接+12V，11脚接地、3脚(+IN)与传感器5脚相连、2脚(-IN)与电位器W3的两端及电阻R9的一端连到一起，1脚(OUT)与电阻R9的另一端及电阻R4的一端连在一起，电位器W3的另一端与电阻R8的一端相连、再接到运算放大器U1B的6脚(+IN)。电阻R8的另一端与电阻R7的一端及运算放大器U1B的7脚(OUT)连接在一起，电阻R7的另一端与电阻R6的一端及运算放大器U1C的10脚(+IN)相连，电阻R6另一端接到R2和R1相连的端点上(2.5V)，电阻R4的另一端与电阻R5的一端及运算放大器U1C的9脚(-IN)连在一起，电阻R5的另一端及运算放大器U1C的8脚(OUT)连在一起，接到下一级高通滤波电路的输入端上。
存储控制单元(主板电路)如图4所示由CPU1(89c51)系统电路、公共RAM电路、CPU2(89c51)系统电路、存储器电路(SRAM)组成。CPU1系统电路通过RS485与TAX2箱连接，通过双向数据总线与公共RAM相连，同时公共RAM通过另一路双向数据总线与CPU2 电路部分相连。CPU2系统通过RS485与传感器电路相连。通过双向数据总线与存储器电路相连。
数据转储单元如图5所示由CPU电路与存储器电路组成，通过RS485与存储控制单元(主板)相连，通过RS232与计算机(PC)相连。
处理分析软件基于Windows 95/97/98操作系统，引入轨道质量指数概念，运用平行移动算法，由参数设定、通信转储、运算处理、查询打印、综合分析、文件管理、远程传输等模块组成，全部汉字界面，鼠标操作，简单方便，处理快捷，自动生成报告文件，综合分析处理结果，输出各种直观图表，量化反映线路实际状况。
本实用新型与其他同类监测装置相比具有如下优点1、采用特种压阻传感技术，体积小，重量轻，频带宽，精度高，内置阻尼，低频响应好，灵敏度高，具有过载制止功能。
2、数据存储采用具有大容量、低功耗、掉电保护技术，能够长时间运行于恶劣的工矿条件下，数据不会丢失，可靠性高。
3、系统采用标准的RS485和RS232通信接口技术，实现了机车监控器(黑匣子)、机车综合监测装置(TAX2)、转储器、微机间的数据通信，线路数据相互共享，转储方便，监测和处理可异地进行，并远程传输，数据利用率高。
4、监测装置根据现场实际需求设计，各模块结构紧凑，集成度高，监测过程自动化，无需人工干预，避免了因安装传感器而附带的安全隐患，和因校对里程而产生的误差。系统软件功能齐全实用，操作简单，自动生成结果，查询准确快捷，清晰直观。监测成本低，效率高。
5、充分利用了机车按交路不停运转的条件，不间断地连续采集线路数据，监测区段跨度大、范围广、密度高，管理人员能够全面掌握线路状况，及时发现线路病害处所，有针对性的采取防护保养及考核措施，提高作业工效，保证线路质量，确保行车安全。
图1系统框图图2传感器及其电路原理框图图3传感器单元中的整形放大电路图图4存储控制单元原理框图图5数据转储单元原理框图图6系统工作流程图1.动态监测 2.通信转储 3.处理分析 4.现场指导动态监测实施例本系统工作过程如下1、将传感器固定安装于机车车体上，存储控制单元主板插到机车综合监测装置(TAX2)总线插槽中，用螺丝固定好，连接好电缆线(安装过程一次即可)。
2、机车启动后监控装置(“黑匣子”)开始工作，传感器单元开始不间断地监测车体振动加速度，存储控制单元连续记录监测到的加速度值并同时读取“黑匣子”中的线路里程及机车速度，循环保存在SRAM中。
3、机车回库后，派人持转储器登上机车，用电缆连接通信接口，将记录的数据转到转储器中，然后把转储器带回办公室与微机串口连接，执行通信软件把转储器中接收的数据转存到微机硬盘中。
4、在微机上执行处理软件，对采集的线路数据进行处理和分析，生成相关数据图表。可执行远程传输功能，实现数据上传或下载，供异地处理和分析。
5、根据系统生成的报告文件，采取相应的安全管理和维修保养措施，实施检查考核。
本装置工作流程如图6所示1.动态监测2.通信转储3.处理分析4.现场指导本装置的技术特征1.采用压阻传感机车车体振动加速度传感器采用美国硅谷最先进的特种感应技术，直流响应，内置阻尼，频带宽且低频响应好，灵敏度和精度较高，同时具备过载制止技术。
2.采用通信转储本装置中采用标准的RS485和RS232通信接口技术，可实现线路检测装置与机车监控装置‘黑匣子’、线路检测装置与TAX2、线路检测装置与转储器、转储器与微机间的多通道数据通信，使线路数据方便共享。
3.采用掉电保护存储数据存储器内置数据保护技术，适应于恶劣的工矿条件，抗杂波冲击力强，数据不跳变不丢失。
4.采用防护和纠错技术装置中专门采用防护纠错技术，适应机车内高温、振动、油污、电磁干扰等运行环境。还需专门设计纠错程序，搓高系统的可靠性。
5.采用线路评定技术数据处理软件引入TQI轨道质量指数概念，运用平行移动算法查找较差段，能够全面、准确、综合地评定线路状态。
6.采用数据检索技术处理软件面向使用对象设计，采用数据库接口技术将处理结果转换成相应固定结构的数据库，分析查询功能采用快速、准确的检索技术。
本装置的功能1.检测采集每两米检测记录一组数据，包括线路里程、列车速度机车车体垂直振动加连度值、水平振动加速度值，以及时间、日期、机车号、车次、交路等相关数据。一次可连续采集3600KM线路的数据，循环存储。
2.处理分析系统软件引入轨道质量指数概念，运用平行移动算法，对采集的线路数据进行处理，自动生成可指导线路维修养护的亡六种报告，综合分析数据处理结果，输出各种直观的图表，量化反映现场实际状况的数据资料。
3.安全保障机车交路不停地运转，检测装置就不停地连续采集线路数据、检测区段跨度大、范围广、密度高，可帮助管理人员及时掌握线路状况，有针对性的采取防护保养措施，有效地保证线路质量，确保行车安全。
4.检查考核利用圭成的报告，可检查考核现场作业质量，及时发现线路病害处所，纠正有害作业，防止无效劳动，提高线路保养工效，为领导决策提供依据。
5.数据共享本装置可完成线路检测和数据处理异地进行，采集的线路数据实现全局共享，降低了线路检测成本。
机车车载式线路动态监测装置是高效、方便、实用的线路监测手段，在铁路内推广应用，具有良好的经济效益和社会效益。
权利要求1.一种由传感器单元、存储控制单元、数据转储单元和计算机组成的机车车载式线路动态监测装置，其特征在于传感器单元通过RS485总线与存储控制单元连接，存储控制单元与机车综合监测装置(TAX2)连接，并通过RS485连接数据转储单元，数据转储单元通过RS232总线连接计算机；传感器单元由加速度传感器、整形放大电路、一级高通滤波电路、二级高通滤波电路、一级低通滤波电路、二级放大电路、二级低通滤波电路组成；这些电路依次串接输出给A/D转换电路经RS485总线将采样值送到存储控制单元即主板；传感器单元电路中的整形放大电路连接加速度传感器的输出端，输出端有5个脚，1-5脚依次与电阻RZB1的一端、电阻RZB2的一端、电阻RZTC1的一端、运算放大器U1B的5脚(+IN)及电阻RZTC2的一端相连，电阻RZTC2的另一端连到传感器的2脚上，电阻RZTC1的另一端连到传感器的5脚上，电阻RZB2与电阻RZB1的另一端相连接地，三极管TR1的发射极接地，集电极与基极相连接到电位器W2的一端，电位器W2的另两端接在一起与电阻R3的一端及运算放大器U1D的13脚(-IN)相连，电阻R3的另一端运算放大器U1D的14脚(OUT)及传感器的3脚连在一起，电位器W1的一端接地，另两端连在一起与电阻R1、R2及基准Z1的一端相连，基准Z1的另一端接地，电阻R1的另一端连到运算放大器U1D的12脚(+IN)，电阻R2的另一端连到电容C7和二极管D1的一端，电容C7的另一端接地，二极管D1的另一端接到+12V上。运算放大器U1A的4脚接+12V，11脚接地、3脚(+IN)与传感器5脚相连、2脚(-IN)与电位器W3的两端及电阻R9的一端连到一起，1脚(OUT)与电阻R9的另一端及电阻R4的一端连在一起，电位器W3的另一端与电阻R8的一端相连、再接到运算放大器U1B的6脚(+IN)；电阻R8的另一端与电阻R7的一端及运算放大器U1B的7脚(OUT)连接在一起，电阻R7的另一端与电阻R6的一端及运算放大器U1C的10脚(+IN)相连，电阻R6另一端接到R2和R1相连的端点上，电阻R4的另一端与电阻R5的一端及运算放大器U1C的9脚(-IN)连在一起，电阻R5的另一端及运算放大器U1C的8脚(OUT)连在一起，接到下一级高通滤波电路的输入端上；存储控制单元电路由CPU1系统电路、公共RAM电路、CPU2系统电路、存储器电路组成；CPU1系统电路通过RS485总线与机车綜合监测装置TAX2箱连接，再通过双向数据总线与公共RAM相连，同时公共RAM通过另一路双向数据总线与另一CPU2系统电路相连；CPU2通过RS485与传感器电路相连，再通过RS485与存储器电路相连；数据转储单元由CPU电路与存储器电路组成，通过RS485与存储控制单元(主板)相连，通过RS232与计算机(PC)相连。
专利摘要机车车载式线路动态监测装置属于铁道线路计算机监测技术领域。本装置在机车运行状态下通过固定在机车车体中的传感器单元不间断地采集车体振动加速度值,存储控制单元实时记录,同时读取机车监控装置俗称黑匣子中的线路里程和运行速度等相关信息,无人工干预下综合生成线路数据并循环保存。通过数据转储器可把记录的线路数据转储到微机中,利用处理分析软件,生成各种报告和图表,量化反映线路平顺状况,指导线路安全预测和维修保养工作。
文档编号G08G1/01GK2452802SQ00263279
公开日2001年10月10日 申请日期2000年12月8日 优先权日2000年12月8日
发明者贾世庆, 武民利, 邓桂祥, 阎志强, 张建峰, 李连庆, 荆平, 冯文波 申请人:武民利, 贾世庆