專利名稱：使用霍爾效應(yīng)器件的鐵路車輪傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于監(jiān)視火車的方法和設(shè)備，具體地說涉及用于檢測 在軌道上車輪的存在的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
以前提出過多種用于檢測車輪的存在的裝置。這些檢測裝置包括 壓電裝置、機(jī)械開關(guān)、負(fù)載檢測接近開關(guān)技術(shù)以及磁干擾測量裝置。在電氣化鐵路環(huán)境，例如AMTRAK、有軌電車和地下鐵道系統(tǒng) 中電磁干擾是非常普通的。干擾主要是由當(dāng)機(jī)車(或電力多組單元， EMU )汲取功率時在供電導(dǎo)體和返回導(dǎo)體之間感應(yīng)的電磁場引起的。 根據(jù)接地情況，電磁場還可以從導(dǎo)體輻射。需要一種即使在受到電磁干擾時也能工作的鐵路車輪傳感器。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明涉及用于檢測鐵路車輛的車輪存在的傳感器。這種傳感器 包括第一和第二霍爾效應(yīng)器件，用于對所述第一和第二霍爾效應(yīng)器件 提供磁場的磁體，用于在鐵路附近安裝所述第一和第二霍爾效應(yīng)器件 以及磁體，從而使鐵路車輛的車輪改變所述霍爾效應(yīng)器件中的磁場以 便產(chǎn)生車輪指示信號的裝置，以及處理電路，用于從所述第一和第二 霍爾效應(yīng)器件接收車輪指示信號，并響應(yīng)車輪指示信號而產(chǎn)生輸出信 號。可以包括振動傳感器，以便提供振動指示信號。振動指示信號可 以和所述輸出信號組合而產(chǎn)生附加的輸出信號。在另一方面，本發(fā)明提供一種用于感測鐵路車輛的存在的方法， 該方法包括以下步驟鄰近于細(xì)長的軌道設(shè)置第一和第二霍爾效應(yīng)器件，對所述笫一和第二霍爾效應(yīng)器件施加磁場，響應(yīng)由鄰近的鐵路車輛的車輪引起的第一和第二霍爾效應(yīng)器件中的磁場的變化產(chǎn)生笫一 和第二車輪指示信號，以及響應(yīng)所述第一和第二車輪指示信號產(chǎn)生輸出信號。所述方法還包括以下步驟感測由鐵路車輛引起的振動并產(chǎn)生振 動指示信號，以及組合振動指示信號和車輪指示信號以產(chǎn)生輸出信號。本發(fā)明還提供一種用于感測在細(xì)長的軌道上鐵路車輛車輪的存 在的傳感器，包括振動傳感器，用于鄰近于軌道安裝所述振動傳感器， 借以使振動傳感器響應(yīng)軌道中的振動而產(chǎn)生振動指示信號的裝置，以 及處理器，用于接收振動指示信號，用于確認(rèn)所述振動信號，并且如 果所述振動信號是有效的則用于響應(yīng)所述振動指示信號產(chǎn)生輸出信 號。本發(fā)明還提供一種用于檢測細(xì)長的軌道上鐵路車輛車輪的存在 的方法，包括以下步驟鄰近于所述軌道安裝振動傳感器，借以使振 動傳感器響應(yīng)軌道的振動產(chǎn)生振動指示信號，確認(rèn)所述振動指示信 號，并且如果振動指示信號有效，則響應(yīng)振動指示信號產(chǎn)生輸出信號。


圖l是包括本發(fā)明的車輪檢測傳感器的系統(tǒng)的方塊圖；圖2是安裝在軌道上的車輛傳感器組合件的示意的表示；圖3和圖4是本發(fā)明的霍爾效應(yīng)元件和磁體的示意的表示；圖5表示在車輪傳感器中使用的基線信號的例子；以及圖6、 7和8是用于說明在本發(fā)明的方法中進(jìn)行的信號處理的流程圖。
具體實施方式
參見附圖，圖1是包括本發(fā)明的車輪傳感器的系統(tǒng)10的方塊圖。 該系統(tǒng)包括傳感器組合件12，其包括第一和第二霍爾效應(yīng)檢測器14和16以及振動傳感器18。來自霍爾效應(yīng)檢測器14和16以及振動傳 感器18輸出信號由信號處理電路20接收和處理，以便提供輸出信號。 信號處理電路包括信號調(diào)節(jié)電路22和處理器24，其例如可以是微處 理器或微控制器。信號處理電路在線26上產(chǎn)生一個或多個輸出信號， 該輸出信號可以代表由振動傳感器和/或霍爾效應(yīng)檢測器測量的車輪 數(shù)量、火車速度或其它參數(shù)?？梢园ㄝ敵鲅b置28，用于提供響應(yīng)來 自處理器的輸出信號的功能。例如，輸出裝置可以響應(yīng)處理器的輸出 信號提供車輪數(shù)量或車輛速度的顯示。輸出裝置還可以，或者選擇地， 傳輸輸出信號到遠(yuǎn)方位置或者其它設(shè)備，例如可以響應(yīng)處理器輸出信 號對軌道施加摩擦改進(jìn)材料的摩擦改進(jìn)設(shè)備。在一個實施例中，霍爾效應(yīng)檢測器和振動傳感器可被直接連接到 微控制器或微處理器的模擬輸入。微控制器可以具有用于對數(shù)據(jù)采集 終端例如便攜式計算機(jī)進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ拍芰徒涌?。車輪傳感器可通過將其鏈接到便攜式計算機(jī)或其它計算機(jī)系統(tǒng) 用于連續(xù)地監(jiān)視和記錄火車的通過。這種操作方式和獨(dú)立方式如果需 要還允許由于不斷變化的以前未遇到的跟蹤環(huán)境或條件而連續(xù)而精 細(xì)地調(diào)整信號處理算法。該系統(tǒng)還可以利用可在現(xiàn)場被更新的閃速可 再編程微處理器。系統(tǒng)IO使用兩個獨(dú)立的技術(shù)(霍爾效應(yīng)器件和振動傳感器)確 認(rèn)火車的存在和車輪的數(shù)量。圖2是傳感器組合件12以及鄰近的軌 道30的示意的表示。傳感器組合件12被包含在連附在軌道上的安裝 裝置34支撐著的殼體32內(nèi)。在這個例子中，安裝裝置包括一個橫擋 36，其具有開孔38，用于接收導(dǎo)管40，用于使用未示出的施加裝置 對軌道施加摩擦改進(jìn)材料。提供隔離片42和44用于調(diào)節(jié)傳感器組合 件的高度。提供連接器46用于連附可用于把傳感器組合件連接到外 部處理器或其它裝置的電纜。振動傳感器通過安裝裝置和軌道機(jī)械地 耦連，使得其可以感測到軌道中的振動。車輪傳感器主要用于檢測鐵路車輛車輪的輪緣， 一般被安裝在軌 道的軌距側(cè)。不過，其也可,皮安裝在場側(cè)(field side)上，用于檢測車輪胎面。車輪傳感器還可被安裝在靠近軌道的基部的位置，并在例如u形軌道的應(yīng)用中在振動方式下被使用。圖3和圖4示意地表示本發(fā)明的車輪檢測傳感器的元件。兩個霍爾效應(yīng)器件14和16被安裝在磁體50的相對側(cè)并鄰近于 軌道52。磁體在霍爾效應(yīng)器件中產(chǎn)生磁場。在沒有車輪54時，磁體 產(chǎn)生如圖3的線56所示的磁通分布。當(dāng)車輪存在時，車輪改變磁通 分布，如圖4所示，因而由霍爾效應(yīng)元件看的磁通改變。霍爾效應(yīng)元 件中磁通的改變引起霍爾效應(yīng)元件的輸出信號的改變?；魻栃?yīng)元件 也受到電磁干擾，這可能影響霍爾效應(yīng)元件的輸出信號。霍爾效應(yīng)器件被安裝在磁體的每一側(cè)，并沿平行于火車運(yùn)動的方 向被分開。兩個器件的位置用這種方式被確定，使得當(dāng)火車車輪通過 時，來自兩個霍爾效應(yīng)器件的信號之間具有時間差?；魻栃?yīng)器件彼 此在物理上足夠靠近，使得當(dāng)存在電磁干擾(EMI)時，電磁干擾對霍 爾效應(yīng)器件的輸出的影響基本相同。由于車輪的存在而產(chǎn)生的霍爾效應(yīng)器件的輸出信號幾乎總是和 由于EMI而產(chǎn)生的輸出信號不同。內(nèi)部信號處理也減少由于感應(yīng)的 電壓尖峰或任何其它隨機(jī)的電的或磁的效應(yīng)而引起的誤檢測。在誤檢 測期間，兩個霍爾效應(yīng)器件的輸出不相互緊密地跟隨。在處理電路中 執(zhí)行的信號處理算法監(jiān)視兩個輸出并將所述輸出和作為移動平均值 被存儲在緩沖存儲器中的基線比較。來自兩個霍爾效應(yīng)器件的模擬信 號被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并被存儲在數(shù)字緩沖存儲器中的一個區(qū)域。緩沖 器的內(nèi)容作為基線被跟蹤，因為通常沒有車輪通過。使用所述比較使 得由于強(qiáng)磁場而使磁基線移動時仍然會檢測到信號。圖5示出了移動 基線的例子。圖5中的兩個跡線是霍爾效應(yīng)檢測器的輸出。圖5中的 跡線代表4車輛電氣客車的通過。軌道作為電流的返回線，改變的電 平是由對霍爾效應(yīng)檢測器的電磁影響引起的。本發(fā)明的靈巧的車輪傳感器可在幾種方式下工作。圖6是表示當(dāng) 使用兩個霍爾效應(yīng)檢測元件時的信號處理流程圖。車輪傳感器通過讀 取并處理來自兩個霍爾效應(yīng)元件的電信號檢測金屬的車輪。車輪傳感器對于每個被識別的車輪產(chǎn)生"清楚"的數(shù)字輸出脈沖。在一個實施例中，所有功能都由一個小的8位單片微控制器完成。參見圖6，在靈巧的車輪傳感器被激勵之后，對該裝置進(jìn)行如塊 80所示的初始化處理，其中微控制器的程序配置芯片的1/0管腳，并 初始化其變量。具有一個短的時間段用于設(shè)置霍爾效應(yīng)器件以及其它 電子元件的正常操作條件("升溫"(warm-up)時間段)。微控制器程序算法允許用兩種不同的測試方式使用I2C標(biāo)準(zhǔn)串 行協(xié)議和外部設(shè)備(例如個人計算機(jī)(PC)或控制器)通信模擬 (simulation)方式以及數(shù)據(jù)讀取/記錄方式，如塊82所示。在模擬方 式中，從PC把外部數(shù)據(jù)加載到車輪傳感器。這種方式的目的是測試 程序邏輯和數(shù)字處理。在數(shù)據(jù)讀取/記錄方式下，霍爾效應(yīng)器件的輸出 在模數(shù)轉(zhuǎn)換之后被讀出。這種方式的目的是檢查并校準(zhǔn)霍爾效應(yīng)器 件，并把數(shù)據(jù)直接記錄在例如便攜式計算機(jī)等外部設(shè)備上。設(shè)計正常操作程序循環(huán)，用于通過利用霍爾效應(yīng)器件信號的準(zhǔn)并 行處理進(jìn)行火車車輪的快速而可靠的檢測，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換，數(shù)字?jǐn)?shù) 據(jù)緩沖，基線電平更新，脈沖電平和寬度檢測，脈沖形狀分析以及脈 沖確i人?；魻栃?yīng)器件84和86產(chǎn)生模擬信號，該模擬信號被讀取并被轉(zhuǎn) 換成數(shù)字信號，如塊88中所示。數(shù)字信號被在存儲器90中緩沖，并 被用于更新基線參考電平，如塊92中所示。來自兩個霍爾效應(yīng)器件 的信號被并行處理，并和基線電平比較，并進(jìn)行脈寬檢查，如塊94 中所示。在脈寬檢查中，使脈寬和一個閾值脈寬比較，以確定脈寬是否有 效。即，對于被認(rèn)為有效的脈寬，其必須至少具有某個最小寬度。或 者，可以使脈寬和預(yù)定的最小和最大脈寬限制比較。如果脈寬落在這 些限制之內(nèi)，則認(rèn)為該脈沖是有效的。如果不滿足預(yù)定的脈沖電平和 寬度條件，則算法將該信號作為誤指示拒絕。如果檢測到兩個脈沖，如塊96中所示，則處理根據(jù)當(dāng)前的讀數(shù) 以及被緩沖的存儲值在塊98繼續(xù)檢測后脈沖波形分析。當(dāng)前讀數(shù)是霍爾效應(yīng)檢測器在當(dāng)前時刻檢測到的讀數(shù)，其和基本上為基線電平的 緩沖值比較。如果識別出車輪輪廓，如塊100中所示，并且脈沖是有效的，如 塊102中所示，則產(chǎn)生一個輸出脈沖。當(dāng)車輪凸緣的底部通過磁通時， 霍爾效應(yīng)檢測器檢測到車輪凸緣的底部。當(dāng)在各種貨車和運(yùn)輸車輛車 輪以及不同的國家之間比較時，凸緣的輪廓可能不同。如果兩個脈沖具有大于閾值的幅值，例如大于兩倍的基線幅值， 如塊104中所示，則產(chǎn)生強(qiáng)脈沖輸出，如塊106所示。第一輸出脈沖 提供用于確定傳感器布置的允差的方式。如果具有強(qiáng)脈沖，則具有較 大的檢測裕度，而如果沒有強(qiáng)脈沖，在過量的電氣干擾的情況下，一 些車輪可能被漏檢。在這種情況下，傳感器應(yīng)當(dāng)被調(diào)整到一個較高的 位置，以獲得強(qiáng)脈沖。在另一種操作方式中，車輪傳感器可以只使用振動傳感器元件被 操作。在這種操作方式中，車輪傳感器通過讀取并數(shù)字地處理來自振 動傳感器(例如聚酯，疊層型的)的信號來檢測和分析軌道的振動。 對于每個識別出的振動序列，車輪傳感器產(chǎn)生固定寬度的數(shù)字輸出脈 沖(每個列車一個脈沖)。在一個實施例中，所有功能都由一個8位 的單片微控制器完成。參見圖7,在靈巧的車輪傳感器被激勵之后，對裝置進(jìn)行初始化 處理，如塊110中所示，其中微控制器的程序配置芯片的1/0管腳， 并初始化其變量。具有一個短的時間段用于設(shè)置振動傳感器以及其它 的電子元件的正常操作條件("升溫，，時間段)。微控制器程序算法允許以兩種不同的測試方式使用I2C標(biāo)準(zhǔn)的 串行協(xié)議和外部設(shè)備(例如個人計算機(jī)(PC)或控制器)通信模擬方 式和數(shù)據(jù)讀取/記錄方式，如塊112中所示。在模擬方式中，外部數(shù)據(jù) 被從PC加載到車輪傳感器。這種方式的目的是測試程序邏輯和數(shù)字 處理。在數(shù)據(jù)讀取方式中，外部設(shè)備用數(shù)字方式讀取被模數(shù)轉(zhuǎn)換之后 的振動傳感器輸出電壓。這個方式的目的是檢查傳感器元件，并直接 記錄到外部設(shè)備例如便攜式計算機(jī)。振動傳感器114產(chǎn)生模擬信號，其被讀取并被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號， 如塊116中所示。對數(shù)字信號進(jìn)行振動分析，如塊118所示，包括基 線更新、絕對振動電平檢測、過零檢測和時間幀分析。在這種情況下， 基線是以前振動信號的平均值?？梢允褂梅档慕^對值作為可被改變 的被預(yù)編程的最小峰值。在幅值的絕對值以下的值可被用作基線。在 一個實施例中，使用256個采樣求取平均值。基線平均值一直被更新 并被存儲在緩沖器中。如果在當(dāng)前的時間幀內(nèi)已經(jīng)檢測到振動，如塊120中所示，則進(jìn) 行檢測后分析，如塊122中所示。當(dāng)前時間幀是在其間車輪傳感器計 算平均值的時間段。該時間幀在程序設(shè)計和周期方面是一個固定的長 度，其間電車正在被檢測。電車檢測根據(jù)振幅和頻率的閾值進(jìn)行。只要振動持續(xù)下去便產(chǎn)生"檢測到電車"的信號。然后設(shè)置啟動下 一次檢測的時間段。該時間段被設(shè)置以便考慮到極慢速度的電車，使 得它們不會例如在轉(zhuǎn)向車之間被檢測到 一 次以上，或者考慮到要停止 而沒有多長時間又前進(jìn)的電車。該時間段是一個變量并可以由軟件設(shè) 置。如果在當(dāng)前時間幀未檢測到振動，則進(jìn)行在塊124中所示的測試， 確定振動信號的幅值和頻率是否在振動限制之內(nèi)。如果是，則產(chǎn)生輸 出脈沖，如塊126中所示。所述限制可以根據(jù)現(xiàn)場測試被設(shè)置。該限 制可以被編程在傳感器的微處理器中，但是可以在工廠或現(xiàn)場被重新 編程(如所有的靈巧傳感器的特征那樣)。流程圖的這個部分的目的 是表示，我們查看電車是在何時離開傳感器的檢測區(qū)的。 一旦傳感器 確定電車已離開，定時器便被啟動，從而阻止在上面討論的時間段內(nèi) 進(jìn)行檢測。在這種操作方式下，設(shè)計正常的操作程序循環(huán)，以便通過處理振 動傳感器的輸出，進(jìn)行快速而可靠的振動檢測，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換和緩 沖，基線電平更新(基于數(shù)據(jù)綜合的平均電平)，振動的幅值和頻率 分析，數(shù)字脈沖輸出的檢測，檢測后分析，以及"檢測到電車，，輸出脈 沖處理。當(dāng)使用霍爾效應(yīng)器件和振動傳感器兩者進(jìn)行操作時，車輪傳感器通過讀取并數(shù)字化處理一個振動傳感器(即聚酯，層疊型的)和兩個 霍爾效應(yīng)固態(tài)元件的電信號，檢測金屬車輪和軌道振動。在這種方式 下，車輪傳感器輸出數(shù)字脈沖(稱為輸出脈沖和"強(qiáng)"脈沖)。在優(yōu)選實施例中，所有功能都由一個8位的單片微控制器完成。參見圖8(包括圖8A和8B)，在靈巧的車輪傳感器被激勵之后， 對該裝置進(jìn)行如塊130所示的初始化處理，其中微控制器的程序配置 芯片的I/0管腳，并初始化其變量。具有一個短的時間段用于設(shè)置傳 感器以及其它電子元件的正常的操作條件("升溫"時間段)。如塊132中所示，程序算法允許使用I2C標(biāo)準(zhǔn)串行協(xié)議和外部 設(shè)備(例如個人計算機(jī)(PC)或控制器)通信并輸入兩種不同的測試方 式模擬方式以及數(shù)據(jù)讀取/記錄方式。在模擬方式中，從PC把外部數(shù)據(jù)加載到車輪傳感器。這種方式 的目的是測試程序邏輯和數(shù)字處理。在數(shù)據(jù)讀取/記錄方式下，所有傳 感器輸出電壓在模數(shù)轉(zhuǎn)換之后被讀出。這種方式的目的是檢查/校準(zhǔn)傳 感器元件，并把數(shù)據(jù)直接記錄在例如便攜式計算機(jī)等外部設(shè)備上。設(shè)計正常操作程序循環(huán)，用于通過利用準(zhǔn)并行處理進(jìn)行金屬車輪 接近度和機(jī)械振動的快速而可靠的檢測，所述處理包括模數(shù)轉(zhuǎn)換， 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)緩沖，基線電平更新，霍爾效應(yīng)脈沖電平和脈沖寬度檢測， 霍爾效應(yīng)脈沖形狀分析，振動幅值和頻率分析，振動檢測，檢測后分 析，以及最后的輸出脈沖的處理?；魻栃?yīng)傳感器134和136產(chǎn)生模擬信號，該模擬信號被讀取并 被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，如塊138中所示。數(shù)字信號被在存儲器140中緩 沖，并被用于更新基線參考電平，如塊142中所示。來自兩個霍爾效 應(yīng)器件的信號被并行處理，并和基線電平比較，并進(jìn)行脈寬檢查，如 塊144中所示。如果檢測到兩個脈沖，如塊146中所示，則處理根據(jù)當(dāng)前的讀數(shù) 以及被緩沖的存儲值在塊148繼續(xù)檢測后脈沖波形分析。如果識別出 車輪輪廓，如塊150中所示，并且脈沖是有效的，如塊152中所示， 則產(chǎn)生輸出脈沖。如果兩個霍爾效應(yīng)器件的脈沖具有大于閾值的幅值，例如大于兩倍的基線幅值，如塊154中所示，則產(chǎn)生強(qiáng)脈沖輸出， 如塊156所示。振動傳感器158產(chǎn)生模擬信號，其被讀取并被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號， 如塊138中所示。對數(shù)字信號進(jìn)行振動分析，如塊160所示，包括基 線更新、絕對振動電平檢測、過零檢測和時間幀分析。如果在當(dāng)前的 時間幀內(nèi)已經(jīng)檢測到振動，如塊162中所示，則進(jìn)行檢測后分析，如 塊164中所示。只要振動持續(xù)下去便產(chǎn)生"檢測到電車"的信號166， 并在啟動下 一次檢測之前設(shè)置一個時間段。如果在當(dāng)前時間幀未檢測 到振動，則進(jìn)行在塊168中所示的測試，確定信號的幅值和頻率是否 在振動限制之內(nèi)。如果是，則產(chǎn)生輸出脈沖，如塊170中所示。然后對車輪脈沖確認(rèn)信號、強(qiáng)脈沖確認(rèn)信號、振動脈沖確認(rèn)信號 和檢測到電車的信號進(jìn)行最后處理，如塊172中所示，以便產(chǎn)生輸出 脈沖和強(qiáng)脈沖。最后的處理確定，已經(jīng)檢測到有效的脈沖和有效的火 車(或電車)，并且所有其它數(shù)據(jù)都是有效的。然后向外部控制塊發(fā) 出正確的信號。振動傳感器可以和霍爾效應(yīng)器件安裝在同一個殼體內(nèi)，可以監(jiān)視 軌道上的振動的程度，以便確定是否存在火車。霍爾效應(yīng)器件或振動 傳感器可被獨(dú)立地使用。當(dāng)振動傳感器檢測到振動，并且磁通改變時， 在微處理器中運(yùn)行的程序便確定傳感器的輸出是否代表有效信息，然 后向一個輸出設(shè)備發(fā)送信號，該輸出設(shè)備可以是數(shù)字控制塊。在一個 實施例中，振動傳感器被包括在和霍爾效應(yīng)器件同一個印刷電路板 (PCB)上，并因此以相同的方式被安裝。振動傳感器可以位于磁體的 旁邊并平行于霍爾效應(yīng)器件。雖然其它的安裝結(jié)構(gòu)是可能的，但是當(dāng) 同時使用這兩種技術(shù)時，這種結(jié)構(gòu)非常緊湊。因為霍爾效應(yīng)器件和振 動傳感器可被獨(dú)立地使用，可以對于其中每一個優(yōu)化PCB的布局?？梢詫Υ艂鞲衅餍盘栠M(jìn)行處理以便在適中的電磁干擾(EMI)下 提取和車輪檢測以及速度有關(guān)的有效信息，并且實質(zhì)上消除在嚴(yán)重的 電磁干擾下誤檢測的可能。在本發(fā)明的一個實施例中，如果兩組磁傳 感器(霍爾效應(yīng)器件)在一個較大的封裝內(nèi)被安裝在一起，或者被包含在單獨(dú)的殼體內(nèi)，可以根據(jù)傳感器之間的距離和由傳感器產(chǎn)生的脈 沖之間的時間進(jìn)行速度測量。振動傳感器可用于在極限條件下確認(rèn)車 輪檢測-在極限條件下由于電磁噪聲的信號可能難于和由于實際的車輪事件的信號相辨別，因而把傳感器的范圍擴(kuò)展到更嚴(yán)重的EMI 環(huán)境。在具有嚴(yán)重的引起誤觸發(fā)的電磁干擾的情況下，除去算法和電 路可以補(bǔ)償?shù)闹猓梢元?dú)立地使用振動傳感器來檢查可以給出存在 火車的肯定的確認(rèn)的振動的程度。圖1的傳感器系統(tǒng)可被用作獨(dú)立的數(shù)據(jù)記錄器，其可以監(jiān)視有問 題的區(qū)域，以便查找故障。例如，如果存在其上車輪傳感器似乎未正 確地工作的位置，則來自該位置的數(shù)據(jù)可以表示該傳感器所監(jiān)視的情 況，以便確定是否一個給定的位置具有某些以前未發(fā)現(xiàn)的干擾。 一旦 這些干擾被記錄到，則可以相應(yīng)地改變編程。在獨(dú)立方式下，車輪傳 感器可被安裝在軌道上，并并被放置一個延長的時間段，例如24小 時，在此期間其將記錄火車的通過，或者任何重大的失常?？梢园褦?shù) 據(jù)存儲在閃存中的獨(dú)立單元內(nèi)。這種獨(dú)立型式的優(yōu)點(diǎn)是，可以把該單 元安裝在任何位置，以便不需用戶在場而記錄信息。本發(fā)明在電氣噪聲環(huán)境下提供存在火車車輪的精確的指示。其可 被用于要求檢測鐵路車輪的存在的軌道側(cè)摩擦管理系統(tǒng)或其它系統(tǒng) 中。振動傳感器和霍爾效應(yīng)器件的組合能夠確保，只有當(dāng)霍爾效應(yīng)器 件指示存在車輪凸緣，并且振動程度足以指示存在火車時，車輪檢測 才是有效的。借助于使用這些車輪傳感器中的兩個，可以根據(jù)車輪傳感器之間 的距離和傳感器脈沖的定時確定速度和方向?？梢栽诤蛡鞲衅鳉んw分 開的控制塊中進(jìn)行實際的計算。在另一個實施例中，可以根據(jù)振動信號和由多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的頻 率偏移進(jìn)行速度確定。在該實施例中，利用通過軌道的振動的傳播特 性，單一的雙霍爾效應(yīng)器件的輸出的精確的信號處理可以指示方向。雖然根據(jù)幾個實施例對本發(fā)明進(jìn)行了說明，顯然，對于本領(lǐng)域技 術(shù)人員，不脫離下面權(quán)利要求提出的本發(fā)明的范圍，可以對所述的實 施例作出各種改變。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測在細(xì)長的軌道上鐵路車輛車輪的存在的傳感器，所述傳感器包括第一和第二霍爾效應(yīng)器件；用于對所述第一和第二霍爾效應(yīng)器件提供磁場的磁體；用于在軌道附近安裝所述第一和第二霍爾效應(yīng)器件以及所述磁體，從而使火車車輪改變所述霍爾效應(yīng)器件中的磁場，以便產(chǎn)生車輪指示信號的裝置；以及處理器，用于從所述第一和第二霍爾效應(yīng)器件接收所述車輪指示信號，并響應(yīng)車輪指示信號而產(chǎn)生輸出信號。
2. 如權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述第一和第二霍爾效應(yīng)器 件沿著平行于鐵路車輛車輪行進(jìn)的方向被分開，并位于所迷磁體的相 對側(cè)。
3. 如權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述處理器比較所述車輪指 示信號和預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)，以便確定所述車輪指示信號是否有效。
4. 如權(quán)利要求3所述的傳感器，其中所述預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)包括以下的一 個或多個幅值閾值，以及脈沖寬度的范圍。
5. 如權(quán)利要求1所述的傳感器，其中所述處理器根據(jù)所述第一和 第二霍爾效應(yīng)器件之間的距離和由所述第一和第二霍爾效應(yīng)器件產(chǎn) 生的車輪指示信號之間的時間確定鐵路車輛車輪的速度。
6. 如權(quán)利要求1所述的傳感器，還包括振動傳感器，用于感測由鐵路車輛引起的振動，并用于產(chǎn)生振動 指示信號；以及其中所述處理器組合所述振動指示信號和所述車輪指示信號以 產(chǎn)生輸出信號。
7. 如權(quán)利要求6所述的傳感器，其中所述處理器比較所述振動指 示信號和預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)，以便確定所述振動指示信號是否有效。
8. 如權(quán)利要求1所述的傳感器，其中用于把所述第一和第二霍爾效應(yīng)器件以及所述磁體安裝到軌道附近的裝置包括被安裝在殼體內(nèi) 的印刷電路板。
9. 一種用于感測鐵路車輛的存在的方法，該方法包括以下步驟 鄰近于細(xì)長的軌道設(shè)置第一和第二霍爾效應(yīng)器件； 對所述第一和第二霍爾效應(yīng)器件施加磁場； 響應(yīng)由鄰近的鐵路車輛的車輪引起的所述第一和第二霍爾效應(yīng)器件中的磁場的變化而產(chǎn)生第一和第二車輪指示信號；以及 響應(yīng)所述第一和第二車輪指示信號產(chǎn)生輸出信號。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述第一和第二霍爾效應(yīng)器 件沿著平行于鐵路車輛車輪行進(jìn)的方向被分開，并位于磁體的相對 側(cè)。
11. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中產(chǎn)生第一信號的步驟包括以 下步驟比較所述車輪指示信號和預(yù)定的標(biāo)準(zhǔn)，以便確定所述車輪指示信 號是否有效。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)包括以下的一 個或多個幅值閾值，以及脈沖寬度的范圍。
13. 如權(quán)利要求9所述的方法，還包括以下步驟 根據(jù)所述第 一和第二霍爾效應(yīng)器件之間的距離和由所述第 一和第二霍爾效應(yīng)器件產(chǎn)生的所述第 一和第二車輪指示信號之間的時間， 確定鐵路車輛車輪的速度。
14. 如權(quán)利要求9所述的方法，還包括以下步驟 感測由鐵路車輛引起的振動，并產(chǎn)生振動指示信號；以及 組合所述振動指示信號和所述車輪指示信號以產(chǎn)生輸出信號。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，還包括以下步驟 比較所述振動指示信號和預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)，以便確定所述振動指示信號是否有效。
16. 如權(quán)利要求9所述的方法，還包括以下步驟 感測由鐵路車輛引起的振動并產(chǎn)生振動指示信號；以及使用振動中的多普勒偏移頻率，以確定鐵路車輛運(yùn)動的方向。
17. —種用于感測在細(xì)長的軌道上鐵路車輛車輪的存在的傳感 器，所述傳感器包括振動傳感器；用于鄰近于軌道安裝所述振動傳感器，借以使振動傳感器響應(yīng)軌 道中的振動而產(chǎn)生振動指示信號的裝置；以及處理器，用于接收振動指示信號，確認(rèn)所述振動指示信號，并且 如果所迷振動信號是有效的則響應(yīng)所述振動指示信號產(chǎn)生輸出信號。
18. 如權(quán)利要求IO所述的傳感器，其中所迷處理器比較所述振動 信號和基線信號電平，并確定在一預(yù)定的時間幀內(nèi)是否出現(xiàn)了所述振 動指示信號。
19. 一種用于感測細(xì)長的軌道上鐵路車輛車輪的存在的方法，包 括以下步驟鄰近于所述軌道安裝振動傳感器，借以使振動傳感器響應(yīng)軌道的 振動產(chǎn)生振動指示信號；確認(rèn)所述振動指示信號；以及如果振動指示信號有效，則響應(yīng)所述振動指示信號產(chǎn)生輸出信號。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，其中確認(rèn)所述振動指示信號的步 驟包括以下步驟比較所述振動指示信號和基線信號電平；以及確定在一預(yù)定的時間幀內(nèi)是否出現(xiàn)了所述振動指示信號。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種用于檢測軌道車輛的車輪的存在的傳感器。所述傳感器包括第一和第二霍爾效應(yīng)器件；用于對所述第一和第二霍爾效應(yīng)器件提供磁場的磁體；用于在軌道附近安裝所述第一和第二霍爾效應(yīng)器件以及所述磁體，從而使火車車輪改變所述霍爾效應(yīng)器件中的磁場，以便產(chǎn)生車輪指示信號的裝置；以及處理電路，用于從所述第一和第二霍爾效應(yīng)器件接收車輪指示信號，并響應(yīng)車輪指示信號而產(chǎn)生輸出信號。還提供了一種用于檢測車輪存在的方法。
文檔編號B61L1/08GK101242984SQ200680029919
公開日2008年8月13日 申請日期2006年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月1日
發(fā)明者斯蒂芬·W·布朗, 格蘭·阿普爾比, 考斯塔斯·帕帕佐格羅 申請人:博爾泰克軌道產(chǎn)品有限公司