[发明专利]重力感应式计轴设备及用其检测轨道区段状态的方法

权利要求书

1.一种重力感应式计轴设备，包括位于线路上的车轴检测器、位于室内的计轴信息处理系统、输入输出子系统以及电源，其特征在于：所述的车轴检测器主要由安装在线路钢轨腰部上的传感器单元、安装在设备箱内的车轮电子检测器组成，其中，每个传感器单元是由3～7个重力感应式传感器组成的重力感应式传感器单元，车轮电子检测器主要由计轴CPU单元、信号处理单元、传感器电源单元和状态检测单元组成，传感器电源单元的输出端与传感器单元的输入端连接，传感器单元的输出端与信号处理单元的输入端连接，信号处理单元的输出端和状态检测单元的输出端分别与计轴CPU单元的输入端连接；所述的计轴信息处理系统主要由CPU单元、通信单元和I/O单元组成，计轴信息处理系统的CPU单元带有网络接口并通过该网络接口相互连接，通信单元带有CAN数据接口并与车轮电子检测器的计轴CPU单元相互连接、带有数据串口与外部的数据设备相连，该通信单元和I/O单元分别与计轴信息处理系统的CPU单元连接；所述的输入输出子系统包括动态驱动组合单元、继电器和按钮，继电器的输入端通过动态驱动组合单元与计轴信息处理系统的I/O单元的输出端连接，继电器和按钮的输出端与计轴信息处理系统的I/O单元的输入端连接。

2. 根据权利要求1所述的重力感应式计轴设备，其特征在于：所述的重力感应式计轴设备还包括分别位于室内和线路上的计轴信息处理系统与车轴检测器数据通迅子系统，该计轴信息处理系统与车轴检测器数据通迅子系统包括有通道防雷单元和传输线，所述的通道防雷单元通过传输线分别与计轴信息处理系统的通信单元、车轴检测器的计轴CPU单元进行连接；所述的传输线采用普通信号电缆线，采用CAN总线通信方式，并多个设备共用一组芯线。

3. 根据权利要求1或2所述的重力感应式计轴设备，其特征在于：所述的重力感应式计轴设备为站内重力感应式计轴设备，所述车轴检测器的传感器单元只安装在线路单边的钢轨腰部上，每个计轴点设置一个传感器单元，每个传感器单元均由3个重力感应式传感器组成，位于室内的计轴信息处理系统、输入输出子系统的数量均为一套。

4. 根据权利要求1或2所述的重力感应式计轴设备，其特征在于：所述的重力感应式计轴设备为站间重力感应式计轴设备，该重力感应式计轴设备还包括有站间通信传输子系统，该站间通信传输子系统主要由远程通信单元、通信防雷单元和站间通信传输线构成，远程通信单元通过站间通信传输线和通信防雷单元连接；所述的计轴信息处理系统的CPU单元还带有外部数据串口并通过该外部数据串口与远程通信单元相连；所述的传感器单元在每个计轴点均设置有两个，该两个传感器单元分别安装在线路两边的钢轨腰部上，并共同连接一个车轮电子检测器，每个传感器单元均由3个重力感应式传感器组成，每个车站室内的计轴信息处理系统、输入输出子系统以及站间通信传输子系统的数量均为一套。

5. 一种用站内重力感应式计轴设备检测站内轨道区段状态的方法，其特征在于：该方法是在线路各计轴点的钢轨上安装由3～7个重力感应式传感器组成的传感器单元感知钢轨本身在车轮重力载荷作用下发生的弹性应力变化，并产生与该弹性应力变化相对应的车轮信号，该车轮信号被传输到车轮电子检测器的信号处理单元进行处理后，转换为脉冲波形，脉冲波形再传输到计轴CPU单元；车轮电子检测器的计轴CPU单元对脉冲波形进行采集计数，并进行数据信息对比和计算出列车运行信息，然后将该列车运行信息发送到计轴信息处理系统的通信单元；计轴信息处理系统接收到车轮电子检测器的计轴CPU单元发送来的列车运行信息，并将列车运行信息进行判别和比较处理，从而进行判别轨道区段状态；

所述的重力感应式传感器的输入参数为：P≥(600～1000)kg，V＝(0～300)km/h，

上式中，P为车轮重力载荷，V为列车速度；  

所述的用站内重力感应式计轴设备检测站内轨道区段状态的方法是采用站内重力感应式计轴设备对站内区段的空闲、占用状态进行检测，其步骤如下：

    A、安装传感器：首先在站内区段两端计轴点的两根枕木间的一边钢轨腰部上各安装一个传感器单元，每个传感器单元均由3个重力感应式传感器组成；

    B、连接线路：连接好站内重力感应式计轴设备的车轴检测器以及计轴信息处理系统、输入输出子系统、计轴信息处理系统与车轴检测器数据通迅子系统之间的线路；

    C、检测及判别：传感器单元将检测到的车轮信号传输到车轮电子检测器，车轮电子检测器再将该车轮信号进行处理、采集计数后计算出列车运行信息，计轴信息处理系统最后将列车运行信息进行判别和比较处理，从而进行判别轨道区段状态；其检测及判别的步骤如下：

    Sa1、监督区段状态；

Sa2、判断是否有列车运行信息：判断是否有列车运行信息，如果否，则返回步骤Sa1，站内重力感应式计轴设备仍继续监督区段状态；如果是，则继续；

Sa3、检测列车运行信息：列车经过站内区段的计轴点，位于各计轴点的3个重力感应式传感器分别感知所经过列车的车轮重力载荷而各自产生车轮信号值，并将其传输到车轮电子检测器，车轮电子检测器的信号处理单元接收到传感器单元传输来的车轮信号后，将各个车轮信号值依次经减法叠加处理信号后转换为两个脉冲波形，该两个脉冲波形即表示为一个车轮轮轴；车轮电子检测器的计轴CPU单元分别对该脉冲波形进行采集计数，并进行数据信息对比而得出列车运行信息：根据两个脉冲出现的先后，鉴别列车运行的方向，根据脉冲的宽度计算出列车运行速度；根据脉冲幅值计算出列车的重量；然后将该列车运行信息发送到计轴信息处理系统； 

    Sa4、计算区段内轴数并进行对比处理，同时显示区段状态：计轴信息处理系统通过通信单元接收到车轮电子检测器传送来的列车运行信息后计算区段内的轴数，并进行对比处理，同时显示通过列车的轴数和方向，表示该区段占用；

    Sa5、判别区段内轴数是否等于0：计轴信息处理系统通过通信单元接收到位于两端计轴点的车轮电子检测器传送来的列车运行信息数据后进行判别和比较处理：进入区段一端计轴点的轴数是否等于离开区段另一端计轴点的轴数，即是判别区段内的轴数是否等于0，如果是，驱动继电器吸起；如果否，驱动继电器落下；

     Sa6、检测继电器状态；

     Sa7、判别继电器输出与检测结果是否一致：判别继电器输出与检测结果是否一致，如果是，则区段仍为占用，返回步骤Sa1，站内重力感应式计轴设备继续监督区段状态；如果否，则继续；

     Sa8、故障报警并切断输出，使继电器落下，此时，区段由占用转变为空闲；

 Sa9、返回步骤Sa1或者结束。

6. 一种用站间重力感应式计轴设备检测站间轨道区段状态的方法，其特征在于：该方法是在线路各计轴点的钢轨上安装由3～7个重力感应式传感器组成的传感器单元感知钢轨本身在车轮重力载荷作用下发生的弹性应力变化，并产生与该弹性应力变化相对应的车轮信号，该车轮信号被传输到车轮电子检测器的信号处理单元进行处理后，转换为脉冲波形，脉冲波形再传输到计轴CPU单元；车轮电子检测器的计轴CPU单元对脉冲波形进行采集计数，并进行数据信息对比和计算出列车运行信息，然后将该列车运行信息发送到计轴信息处理系统的通信单元；计轴信息处理系统接收到车轮电子检测器的计轴CPU单元发送来的列车运行信息，并将列车运行信息进行判别和比较处理，从而进行判别轨道区段状态；

所述的重力感应式传感器的输入参数为：P≥(600～1000)kg，V＝(0～300)km/h，

上式中，P为车轮重力载荷，V为列车速度；  

所述的用站间重力感应式计轴设备检测站间轨道区段状态的方法是采用站间重力感应式计轴设备对站间区段的空闲、占用状态进行检测，其具体步骤如下：

A、安装传感器单元：在站间区段各计轴点的两根枕木间的两边钢轨腰部上各安装一个传感器单元，每个计轴点的两个传感器单元共同连接一个车轮电子检测器，每个传感器单元由3个重力感应式传感器组成；

B、连接线路：连接好站间重力感应式计轴设备的车轴检测器以及计轴信息处理系统、输入输出子系统、计轴信息处理系统与车轴检测器数据通迅子系统以及站间通信传输子系统之间的线路；

     C、检测及判别：传感器单元将检测到的车轮信号传输到车轮电子检测器，车轮电子检测器再将该车轮信号进行处理、采集计数后计算出列车运行信息，计轴信息处理系统最后将列车运行信息进行判别和比较处理，从而进行判别轨道区段状态；其检测及判别的步骤如下：

    Sb1、监督区段状态；

Sb2、判断是否有列车运行信息：判断是否有列车运行信息，如果否，则返回步骤Sb1，站间重力感应式计轴设备仍继续监督区段状态；如果是，则继续步骤Sb3；同时也判断是否有邻站计轴信息处理系统发送来的数据信息，如果否，则返回步骤Sb1，站间重力感应式计轴设备仍继续监督区段状态；如果是，则直接跳至步骤Sb4；

Sb3、检测列车运行信息并向邻站计轴信息处理系统发送数据信息：列车经过站间区段的计轴点，位于计轴点两边钢轨腰部上的传感器单元分别感知所经过列车的车轮重力载荷而各自产生车轮信号，并将该车轮信号传输到车轮电子检测器；车轮电子检测器的信号处理单元接收到传感器单元传输来的车轮信号后，将各个车轮信号值依次经减法叠加处理信号后转换为两个脉冲波形，该两个脉冲波形即表示为一个车轮轮轴；车轮电子检测器的计轴CPU单元分别对该脉冲波形进行采集计数，并进行数据信息对比而得出列车运行信息：根据两个脉冲出现的先后，鉴别列车运行的方向，根据脉冲的宽度计算出列车运行速度；根据脉冲幅值计算出列车的重量；然后将该列车运行信息发送到计轴信息处理系统；计轴信息处理系统通过通信单元接收到车轮电子检测器传送来的列车运行信息后显示通过列车的轴数和方向，表示该区段占用，并实时向邻站的计轴信息处理系统发送列车运行信息和占用信息；

Sb4、计算区段内轴数并进行对比处理，同时显示区段状态：计轴信息处理系统接收到邻站发送来的列车运行信息和占用信息后后即表示该区段占用，并将收到的轴数经核对无误后记存下来进行计算和对比处理；

    Sb5、判别区段内轴数是否等于0：计轴信息处理系统通过通信单元接收到站间各计轴点的车轮电子检测器传送来的列车运行信息数据后进行判别和比较处理：经过本站计轴点的轴数是否等于经过邻站计轴点的轴数，即是判别区段内的轴数是否等于0，如果是，驱动继电器吸起；如果否，驱动继电器落下；

    Sb6、检测继电器状态；

Sb7、判别继电器输出与检测结果是否一致，如果是，则区段仍为占用，返回步骤Sb1，站内重力感应式计轴设备继续监督区段状态；如果否，则继续；

Sb8、故障报警并切断输出，使继电器落下，此时，表明列车完整通过区段，相邻两站均表示空闲；

    Sb9、返回步骤Sb1或者结束。