專利名稱：一種基于地磁異常的鐵路來車監(jiān)測方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鐵路或公路運輸?shù)囊环N來車監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于地磁異常的鐵路來車監(jiān)測方法和裝置。
背景技術(shù)：
出于對安全的考慮，需要對鐵路線路上的列車運行狀況進(jìn)行感知和監(jiān)測，目前常用的來車監(jiān)測方法有光電或激光對射傳感器、震動傳感器以及圖像識別等方法。光電檢測法和震動檢測法容易受到外界環(huán)境的干擾，容易造成虛報或漏報，同時這兩種方案還需要在路基表面鋪設(shè)傳感器傳輸線，這是高速鐵路所不允許的；圖像識別方法需要對圖像進(jìn)行采集和識別，系統(tǒng)復(fù)雜、功耗較大、成本較高，并且識別的準(zhǔn)確率會受到因惡劣天氣而造成的能見度不足的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要提供一種基于地磁異常的鐵路來車監(jiān)測方法和裝置，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的系統(tǒng)復(fù)雜、功耗較大、成本較高，同時準(zhǔn)確率易受外部環(huán)境影響的問題。一種基于地磁異常的鐵路來車監(jiān)測方法通過各向異性型磁阻傳感器感知列車上的鐵磁性部件引起的地磁場異常，對傳感器采集到的信號進(jìn)行處理和分析，即可判斷鐵路線路上的來車情況。一種基于地磁異常的鐵路來車監(jiān)測裝置，包括傳感器單元，其特征在于還包括與傳感器單元順序相接的信號調(diào)理單元、數(shù)據(jù)采集單元和分析處理單元，其中分析處理單元還分別與傳感器單元和信號調(diào)理單元相接；
所述傳感器單元以型號為HMC1052的兩軸各向異性型磁阻傳感器為核心，兩只MOS管和兩只電容構(gòu)成傳感器復(fù)位電路，為其提供復(fù)位脈沖，傳感器單元探測到地磁場變化并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘査腿胄盘栒{(diào)理單元；
所述信號調(diào)理單元中包括傳感器單元與數(shù)據(jù)采集單元之間連接的兩個儀表放大器，所述儀表放大器的型號是AD8555，它們分別用于放大傳感器X軸和Y軸的輸出信號，兩個儀表放大器的輸、入管腳4和輸入管腳5分別連接傳感器X軸信號和Y軸信號的輸出管腳I和輸出管腳14、輸出管腳16和輸出管腳21，儀表放大器的輸出管腳7將經(jīng)過放大的磁異常信號送到數(shù)據(jù)采集單元中；
所述數(shù)據(jù)采集單元為LPC2214微處理器的內(nèi)部AD轉(zhuǎn)換器，其模擬輸入管腳AinO和Ainl分別連接信號調(diào)理單元中的兩個儀表放大器的輸出管腳7，數(shù)據(jù)采集單元將信號調(diào)理單元輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后，送入分析處理單元；
所述分析處理單元為型號是LPC2214的微處理器，微處理器通過連接傳感器單元的GPIO管腳發(fā)送使傳感器復(fù)位的脈沖信號；微處理器根據(jù)數(shù)據(jù)采集單元采集到的信號幅值及直流偏移量的大小，通過連接信號調(diào)理單元中儀表放大器數(shù)字輸入管腳3的GPIO管腳對其增益和零點電壓進(jìn)行編程調(diào)整；微處理器對經(jīng)過信號調(diào)理單元調(diào)理、數(shù)據(jù)采集單元采集到的磁異常信號進(jìn)行處理后，若判斷其滿足觸發(fā)條件，則通過微處理器的ー個GPIO管腳發(fā)出觸發(fā)信號。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點是
1、結(jié)構(gòu)簡單本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，功耗極低，制造成本和使用成本低；
2、性能優(yōu)異不易受到環(huán)境干擾，采用非接觸的被動來車監(jiān)測方法來識別和判斷是否有車輛經(jīng)過，適用于野外長期監(jiān)測；
3、功能擴(kuò)展性好不僅可用于識別和判斷是否有車輛經(jīng)過，同時適合用做需要在車輛經(jīng)過時采集數(shù)據(jù)或信號的觸發(fā)裝置。


圖I是本發(fā)明裝置的原理框 圖2是本發(fā)明裝置的電路原理 圖3數(shù)據(jù)處理狀態(tài)機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。
具體實施例方式 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)ー步說明。本發(fā)明方法的基本原理是地球磁場在一定時間和空間范圍內(nèi)是基本恒定的。地球磁場中的鐵磁性物體都會被地球磁場不同程度的磁化,磁化后的物體產(chǎn)生的附加磁場與地球的背景磁場疊加后，就會使平順的背景磁場產(chǎn)生畸變。本發(fā)明提供的一種基于地磁異常的鉄路來車監(jiān)測方法是，通過各向異性型磁阻傳感器感知列車上的鐵磁性部件引起的地磁場異常，對傳感器采集到的信號進(jìn)行處理和分祈，即可判斷鐵路線路上的來車情況。參見圖1，基于上述監(jiān)測方法，本發(fā)明提供的一種基于地磁異常的鉄路來車監(jiān)測裝置，包括順序相接的傳感器単元I、信號調(diào)理單元2、數(shù)據(jù)采集単元3和分析處理單元4，其中分析處理單元4還分別與傳感器単元I和信號調(diào)理單元2相接。當(dāng)列車進(jìn)入該裝置的作用范圍時，傳感器単元I便可探測到列車引起的地磁場變化并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?；信號調(diào)理單元2去除信號中的共模成分并將其放大后，送入數(shù)據(jù)采集模塊3進(jìn)行采集；分析處理單元4對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，檢測到車輛經(jīng)過時便向其他設(shè)備發(fā)送觸發(fā)信號。參見圖2，所說的傳感器單元I以Honeywell公司的HMC1052兩軸各向異性型磁阻傳感器為核心，兩只MOS管和兩只電容構(gòu)成傳感器復(fù)位電路，為其提供復(fù)位脈沖，傳感器單元I探測到列車上的鐵磁性部件引起的地磁場變化并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘査腿胄盘栒{(diào)理單元2。所說的信號調(diào)理單元2中包括傳感器単元I與數(shù)據(jù)采集単元3之間連接的兩個儀表放大器AD8555,它們分別用于放大傳感器X軸和Y軸的輸出信號,兩個儀表放大器的輸入管腳4和輸入管腳5分別連接傳感器X軸信號和Y軸信號的輸出管腳I和輸出管腳14、輸出管腳16和輸出管腳21，儀表放大器的輸出管腳7將經(jīng)過放大的磁異常信號送到數(shù)據(jù)采集單元3中。所說的數(shù)據(jù)采集単元3為LPC2214微處理器的內(nèi)部AD轉(zhuǎn)換器，其模擬輸入管腳AinO和Ainl分別連接信號調(diào)理單元2中的兩個儀表放大器的輸出管腳7，數(shù)據(jù)采集単元3將信號調(diào)理單元2輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后，送入分析處理單元4。
所說的分析處理單元4為LPC2214微處理器。該裝置在毎次上電后，微處理器首先會通過連接傳感器単元I的GPIO管腳發(fā)送ー個復(fù)位脈沖信號使傳感器復(fù)位；隨后微處理器會根據(jù)數(shù)據(jù)采集單元3采集到的信號幅值及直流偏移量的大小，通過連接信號調(diào)理單元2中儀表放大器數(shù)字輸入管腳3的GPIO管腳對其增益和零點電壓進(jìn)行編程調(diào)整；微處理器對經(jīng)過信號調(diào)理單元2調(diào)理、數(shù)據(jù)采集単元3采集到的磁異常信號進(jìn)行處理后，若判斷其滿足觸發(fā)條件，則通過微處理器的ー個GPIO管腳發(fā)出觸發(fā)信號，供其他設(shè)備使用使用中,Honeywell公司的HMC1052兩軸各向異性型磁阻傳感器與行車方向垂直的軸用于來判斷車輛有無；與行車方向平行的軸用于判斷車輛行駛方向，并對車輛有無加以輔助判斷。兩只MOS管和兩只電容構(gòu)成的傳感器復(fù)位電路為傳感器提供至少400mA峰值電流的復(fù)位脈沖。信號調(diào)理部分采用帶有零點調(diào)節(jié)和増益調(diào)節(jié)數(shù)字可編程儀表放大器AD8555，其増益和輸出偏置電壓都可以通過數(shù)字接ロ(第3腳)利用微處理器進(jìn)行編程調(diào)整。經(jīng)過調(diào)理后的信號送入LPC2214的內(nèi)部AD進(jìn)行采集。AD采樣頻率為100Hz，并對信號做了64倍過采樣以提高AD的分辨率至16Bits。LPC2214為該裝置的主控微處理器，用于對AD采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，井根據(jù)需要調(diào)節(jié)儀表放大器參數(shù)。參見圖3，在上電初始化后先采集外部平靜狀態(tài)的磁場強(qiáng)度作為基準(zhǔn)(VBM)。進(jìn)入觸發(fā)狀態(tài)后每進(jìn)行一次采集，便用采集到的數(shù)據(jù)(Vame)與基準(zhǔn)做差。若其差值小于觸發(fā)閾值(VTh)，但采集值偏離了基準(zhǔn)，則對基準(zhǔn)進(jìn)行校正，以克服地磁背景場的緩慢變化對監(jiān)測造成的影響；若差值大于觸發(fā)閾值，則進(jìn)入半觸發(fā)狀態(tài)。在半觸發(fā)狀態(tài)中，若采集到的數(shù)據(jù)與基準(zhǔn)的差值大于觸發(fā)閾值，則計數(shù)器加I ;若差值小于觸發(fā)閾值，則返回未觸發(fā)狀態(tài)，以克服突發(fā)干擾對監(jiān)測的影響。若連續(xù)若干個樣值點的差值都大于閾值，則進(jìn)入觸發(fā)狀態(tài)，向其他設(shè)備發(fā)送觸發(fā)信號。發(fā)送完成后便返回未觸發(fā)狀態(tài)繼續(xù)監(jiān)測。
權(quán)利要求
1.一種基于地磁異常的鐵路來車監(jiān)測方法通過各向異性型磁阻傳感器感知列車上的鐵磁性部件引起的地磁場異常，對傳感器采集到的信號進(jìn)行處理和分析，即可判斷鐵路線路上的來車情況。
2.一種用于權(quán)利要求I所述一種基于地磁異常的鐵路來車監(jiān)測方法的裝置，包括傳感器單元(1)，其特征在于還包括與傳感器單元(I)順序相接的信號調(diào)理單元(2)、數(shù)據(jù)采集單元(3)和分析處理單元(4)，其中分析處 理單元(4)還分別與傳感器單元(I)和信號調(diào)理單元(2)相接； 所述傳感器單元(I)以型號為HMC1052的兩軸各向異性型磁阻傳感器為核心，兩只MOS管和兩只電容構(gòu)成傳感器復(fù)位電路，為其提供復(fù)位脈沖，傳感器單元(I)探測到地磁場變化并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘査腿胄盘栒{(diào)理單元(2)； 所述信號調(diào)理單元(2)中包括傳感器單元(I)與數(shù)據(jù)采集單元(3)之間連接的兩個儀表放大器，所述儀表放大器的型號是AD8555,它們分別用于放大傳感器X軸和Y軸的輸出信號，兩個儀表放大器的輸入管腳4和輸入管腳5分別連接傳感器X軸信號和Y軸信號的輸出管腳I和輸出管腳14、輸出管腳16和輸出管腳21，儀表放大器的輸出管腳7將經(jīng)過放大的磁異常信號送到數(shù)據(jù)采集單元(3)中； 所述數(shù)據(jù)采集單元(3)為LPC2214微處理器的內(nèi)部AD轉(zhuǎn)換器，其模擬輸入管腳AinO和Ainl分別連接信號調(diào)理單元(2)中的兩個儀表放大器的輸出管腳7，數(shù)據(jù)采集單元(3)將信號調(diào)理單元(2)輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后，送入分析處理單元(4)； 所述分析處理單元(4)為型號是LPC2214的微處理器，微處理器通過連接傳感器單元(I)的GPIO管腳發(fā)送使傳感器復(fù)位的脈沖信號；微處理器根據(jù)數(shù)據(jù)采集單元(3)采集到的信號幅值及直流偏移量的大小，通過連接信號調(diào)理單元(2)中儀表放大器數(shù)字輸入管腳3的GPIO管腳對其增益和零點電壓進(jìn)行編程調(diào)整；微處理器對經(jīng)過信號調(diào)理單元(2)調(diào)理、數(shù)據(jù)采集單元(3)采集到的磁異常信號進(jìn)行處理后，若判斷其滿足觸發(fā)條件，則通過微處理器的一個GPIO管腳發(fā)出觸發(fā)信號。
全文摘要
本發(fā)明涉及鐵路或公路運輸?shù)囊环N來車監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于地磁異常的鐵路來車監(jiān)測方法和裝置?，F(xiàn)有技術(shù)存在的系統(tǒng)復(fù)雜、功耗較大、成本較高，同時準(zhǔn)確率易受外部環(huán)境影響的問題。為克服現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種基于地磁異常的鐵路來車監(jiān)測方法通過各向異性型磁阻傳感器感知列車上的鐵磁性部件引起的地磁場異常，對傳感器采集到的信號進(jìn)行處理和分析，即可判斷鐵路線路上的來車情況。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，功耗極低，制造成本和使用成本低，適用于野外長期監(jiān)測。
文檔編號B61L23/00GK102627115SQ20121012275
公開日2012年8月8日 申請日期2012年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月25日
發(fā)明者任安虎, 侯瑞, 呂志剛, 張海寧, 王鵬, 秦剛, 雷斌 申請人:西安工業(yè)大學(xué)