專利名稱：用于軌道車軸計(jì)軸監(jiān)測(cè)的無線無源傳感單元的制作方法
用于軌道車軸計(jì)軸監(jiān)測(cè)的無線無源傳感單元
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及軌道交通計(jì)軸儀器儀表和傳感器及電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種低成 本、可以在軌道沿線密集布局的車軸監(jiān)測(cè)單元，從而覆蓋全軌道交通網(wǎng)絡(luò)占用和空閑實(shí)時(shí) 監(jiān)測(cè)方法。
背景技術(shù)：
鐵路運(yùn)輸和高速鐵路客運(yùn)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的命脈，而城市軌道交通(簡(jiǎn)稱城軌)對(duì)于 緩解城市交通擁堵、改善城市大氣環(huán)境具有十分重要的意義。鐵路運(yùn)輸和城軌的信號(hào)系統(tǒng)是運(yùn)輸安全生產(chǎn)的重要設(shè)備，要求實(shí)時(shí)地檢測(cè)相應(yīng)的 線路或區(qū)段是否有列車占用或出清。目前鐵路和城軌信號(hào)系統(tǒng)采用軌道電路、電磁計(jì)軸和 光纖傳感器計(jì)軸。發(fā)明專利CN86103414公開了一種軌道電路，其特定的優(yōu)點(diǎn)如結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉 等。但是也有一些自身無法克服的缺點(diǎn)，如軌道電路分路不良，俗稱“壓不死”和兩軌道相 互短路，輸出占用紅燈信號(hào)，出現(xiàn)“紅光帶”。實(shí)用新型專利CN2337030公開了一種電磁計(jì)軸技術(shù)，該技術(shù)是以電磁感應(yīng)傳感器 和計(jì)算機(jī)為核心，輔以外部設(shè)備，通過統(tǒng)計(jì)通過的列車軸數(shù)，檢測(cè)線路是否有車。但是，目前 也存在以下問題1)由于采用電磁感應(yīng)原理，易受電磁干擾，如雷電，甚至維修工的鐵鍬都會(huì)產(chǎn)生干 擾；2)設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高；3)我國(guó)的電磁感應(yīng)計(jì)軸系統(tǒng)的故障率高，可靠型差。核心技術(shù)被國(guó)外公司壟斷，主 要電路板需送國(guó)外維修，周期長(zhǎng)，費(fèi)用高。專利申請(qǐng)20091025^31. 7公開了一種光纖光柵傳感列車計(jì)軸技術(shù)，該技術(shù)具有 精確度高、穩(wěn)定性好、防潮和防電磁干擾等特點(diǎn)，因此被廣泛的應(yīng)用于工程監(jiān)測(cè)中。但是，目 前存在以下問題1)成本高，核心的光學(xué)儀器設(shè)備和探測(cè)軌道應(yīng)變信號(hào)的傳感器價(jià)格昂貴，不利于 軌道交通大區(qū)域網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)監(jiān)控布局。2)光纖抗震動(dòng)能力弱，不足以在軌道沿線長(zhǎng)距離傳輸，同時(shí)光學(xué)設(shè)備對(duì)振動(dòng)敏感， 不適合在軌道沿線就近安裝。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的主要目的就是解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提供一種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)軌道車軸計(jì)軸 監(jiān)測(cè)的無線無源傳感單元結(jié)構(gòu)，包括至少一個(gè)共聚物壓電振動(dòng)傳感單元、一個(gè)信號(hào)處理單 元、一個(gè)無線發(fā)送單元和一個(gè)換能器。所述共聚物壓電振動(dòng)傳感單元實(shí)時(shí)獲得IOHz到IGHz軌道振動(dòng)信號(hào)，信號(hào)處理單元利用振動(dòng)信號(hào)判斷是否有列車車軸通過傳感器上方，如果有 車軸通過則激發(fā)無線發(fā)送單元，將該傳感單元的特定編碼發(fā)送出去。整個(gè)系統(tǒng)采用換能器 轉(zhuǎn)化鋼軌振動(dòng)獲得的電能供電。該無線傳感單元能夠通過膠結(jié)、焊接或機(jī)械緊固方式安裝在軌道處，包括軌道底 部、腰部、軌道扣件上方，實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)所處位置軌道的振動(dòng)。實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)的時(shí)間精度、采 用頻率和采樣精度等均可由用戶設(shè)置。該無線傳感單元的使用方式是可在單軌道或雙軌道安裝一個(gè)或多個(gè)傳感單元。該 傳感單元組成的系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)軌道振動(dòng)的監(jiān)測(cè)，具有較低成本，能夠大區(qū)域、高密集布 局，易于安裝維護(hù)。共聚物壓電振動(dòng)傳感單元的檢測(cè)原理是壓電材料是一種經(jīng)特殊加工后能實(shí)現(xiàn)動(dòng)能和電能互換的材料。一些聚合體材料， 例如共聚物PVDF使這一特性有了很大提高。壓電材料在受機(jī)械沖擊或振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生電荷。在 原子層，偶極子(氫-氟偶對(duì))的排列順序被打亂，并試圖使其恢復(fù)原來的狀態(tài)。這個(gè)偶極 子被打亂的結(jié)果就是有一個(gè)電子流形成。就像海綿中的水，當(dāng)你擠壓一塊濕海綿時(shí)，水會(huì)從 海綿中流出來，當(dāng)你松開時(shí)，水又被吸回去，這同壓電應(yīng)力變化傳感單元十分相似。當(dāng)有應(yīng) 力施加到傳感單元上時(shí)，就產(chǎn)生了電荷(電壓)，而當(dāng)去掉負(fù)載時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相反極性 的信號(hào)。它產(chǎn)生的電壓可以相當(dāng)高，但傳感單元產(chǎn)生的電流卻比較小。共聚物壓電振動(dòng)傳感單元的檢測(cè)原理就是如此，軌道列車車軸未經(jīng)過振動(dòng)傳感器 對(duì)應(yīng)的位置時(shí)，傳感器感受到的振動(dòng)強(qiáng)度較弱。列車車軸經(jīng)過振動(dòng)傳感器上方時(shí)，傳感器感 受到的振動(dòng)強(qiáng)度較強(qiáng)，以此來進(jìn)行車輛車軸檢測(cè)和計(jì)數(shù)，同時(shí)判斷軌道占用和空閑狀態(tài)。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明采用一種基于共聚物壓電振動(dòng)的無線無源傳感單元，完成軌道車軸計(jì)數(shù)和 軌道占用和空閑情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，成本低，穩(wěn)定性好，安裝維護(hù)容易，適宜軌道沿線長(zhǎng)距離、 大范圍、高密集度的建立實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，從而能夠有助于軌道資源充分利用。具體實(shí)施方式
和


本申請(qǐng)的特征及優(yōu)點(diǎn)將通過實(shí)施例進(jìn)行補(bǔ)充說明。圖1是一種用于軌道車軸計(jì)軸監(jiān)測(cè)的無線傳感單元示意圖，包括一個(gè)共聚物壓電 振動(dòng)傳感單元、一個(gè)信號(hào)處理單元、一個(gè)無線發(fā)送單元和換能器。傳感單元獲取IOHz到 IGHz軌道的振動(dòng)并送至信號(hào)處理單元，經(jīng)過信號(hào)處理單元處理，通過無線發(fā)送單元發(fā)送出 去。換能器能夠采集鋼軌振動(dòng)信號(hào)并轉(zhuǎn)化為電能，激活整個(gè)傳感單元并供電。圖2是一個(gè)共聚物壓電振動(dòng)傳感單元安裝在軌枕上的實(shí)施例，緊固螺釘將共聚物 壓電振動(dòng)傳感單元固定在軌枕。共聚物壓電材料能夠收集鋼軌振動(dòng)信號(hào)并傳送到信號(hào)處理 單元，并通過無線發(fā)送單元將帶有特殊編碼的信號(hào)發(fā)送給附近的本地基站圖3是一個(gè)本地基站接受100個(gè)無線共聚物壓電振動(dòng)傳感單元信號(hào)的實(shí)施例，根 據(jù)傳感單元發(fā)送信號(hào)的距離，將本地基站設(shè)置在合理的位置，保證該100個(gè)無線共聚物壓 電振動(dòng)傳感單元發(fā)送的信號(hào)都能被正確接收到。利用本方案，就能夠簡(jiǎn)化系統(tǒng)安裝、降低成 本、節(jié)約線材資源、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。圖4是一個(gè)控制中心接受100個(gè)本地基站信號(hào)的實(shí)施例，本地基站接收傳感單元 發(fā)送信號(hào)，通過高速無線(如3G)的形式將數(shù)據(jù)發(fā)送到控制中心。利用本方案，控制中心能夠獲知多達(dá)10000個(gè)車軸監(jiān)測(cè)點(diǎn)的信號(hào)，以IOOm—個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)為例，一個(gè)控制中心就能夠掌 握IOOOKm軌道線上的占用和空閑情況。 以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定 本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在 不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的 保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)軌道車軸計(jì)軸監(jiān)測(cè)的無線傳感單元結(jié)構(gòu)，其特征在于包括至少一個(gè) 共聚物壓電振動(dòng)傳感單元、一個(gè)信號(hào)處理單元、一個(gè)無線發(fā)送單元和電池。所述共聚物壓電 振動(dòng)傳感單元實(shí)時(shí)獲得IOHz到IGHz軌道振動(dòng)信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)處理單元處理，通過無線發(fā)送 單元發(fā)送出去。整個(gè)系統(tǒng)利用換能器轉(zhuǎn)化振動(dòng)來的電能喚醒并供電。
2.如權(quán)利要求1所述的無線發(fā)送單元，其特征在于發(fā)送采用特定編碼作為識(shí)別碼。無 線發(fā)送單元受信號(hào)處理單元控制，在沒有列車經(jīng)過時(shí)處于休眠狀態(tài)，有列車經(jīng)過時(shí)受車軸 信號(hào)激發(fā)，脈沖式工作。
3.如權(quán)利要求1所述的換能器采集鋼軌的振動(dòng)并轉(zhuǎn)化為電能，激活整個(gè)傳感單元。
4.如權(quán)利要求1所述的傳感單元結(jié)構(gòu)，其特征在于該傳感單元結(jié)構(gòu)可以采用膠結(jié)、焊 接或機(jī)械緊固的方式安裝在軌道底部、腰部、軌道扣件上方，實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)所處位置軌道的 振動(dòng)。
5.如權(quán)利要求2所述的傳感單元結(jié)構(gòu)，其特征在于監(jiān)測(cè)的時(shí)間精度、采樣間隔和采樣 精度等均可由用戶設(shè)置。
6.如權(quán)利要求1所述的傳感單元結(jié)構(gòu)，其特征在于可在單軌道或雙軌道底部安裝一 個(gè)或多個(gè)傳感單元。
7.如權(quán)利要求1所述的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)軌道振動(dòng)的監(jiān)測(cè)單元結(jié)構(gòu)，其特征在于具有較低成 本，能夠大區(qū)域、高密集布局，易于安裝維護(hù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于軌道車軸計(jì)軸監(jiān)測(cè)的無線無源傳感單元，包括至少一個(gè)共聚物壓電振動(dòng)傳感單元、一個(gè)信號(hào)處理單元、一個(gè)無線發(fā)送單元和換能器。該傳感器通過膠結(jié)、焊接或者機(jī)械緊固方式安裝在軌道處。傳感單元獲取10Hz到1GHz軌道的振動(dòng)并送至信號(hào)處理單元，經(jīng)過信號(hào)處理單元處理，通過無線發(fā)送單元發(fā)送出去。換能器可以將軌道列車駛近該傳感單元時(shí)，在鋼軌上產(chǎn)生的振動(dòng)轉(zhuǎn)化為電能喚醒整個(gè)傳感器進(jìn)入工作狀態(tài)。本發(fā)明具有應(yīng)用簡(jiǎn)單、安裝方便、采樣周期、采樣精度、傳輸數(shù)據(jù)率可配置、可編程的靈活性、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。該系統(tǒng)成本低，能夠支撐軌道沿線長(zhǎng)距離(大于1000Km)密集(大于10個(gè)/Km)安裝。
文檔編號(hào)B61L1/16GK102101486SQ20101060786
公開日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2010年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月27日
發(fā)明者馮曉星, 王新安, 王金泊, 葛彬杰 申請(qǐng)人:深圳思量微系統(tǒng)有限公司