CN113264084A - 轨道计轴传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轨道计轴传感器，属于轨道检测系统技术领域，解决了检测数据可靠性问题，其技术方案要点是主电路包括第一接收线圈、第二接收线圈、第一接收放大电路、第二接收放大电路、发射天线、以及发射电路，发射电路的端口用于连接外部的控制服务器并受控工作，发射电路连接发射天线，发射电路和发射天线位于主槽体的中间，第一接收线圈连接第一接收放大电路，第二接收线圈连接第二放大电路，第一接收放大电路和第二接收放大电路的输出导线通过辅助通槽伸出供辅助电路连接，两个辅助电路用于将信号进行滤波处理，达到了满足宽温度范围，低温飘特性，控制两路接收信号的平衡性能效果。
Description
技术领域
本发明涉及轨道检测系统领域，特别地，涉及一种轨道计轴传感器。
背景技术
在目前的轨道交通运行中，系统调度控制中心要对轨道上车辆的运行实现监控和自动调度。为了实现这样的调度，就需要通过对铁轨上的机车进行实时的统计。目前常用的技术手段是在铁轨侧腰上钻孔，然后将传感器固定安装于铁轨侧腰的钻孔上的方式来进行。但是，由于机车经过时的振动等因素，这样的安装方式会导致其固定性会随着使用时间的推移而逐渐降低，从而出现传感器安装的松动，并最终导致传感器无法准确检测出列车经过的信号。
传感器在检测过程长期使用中出现信号偏差，其可靠性大大降低。轨道属于室外环境，轨道计轴传感器在轨道上的应用，信号传输和反馈非常重要，受空气、温度、阳光暴晒、雨水渗漏等影响，在信号传输和反馈上容易造成线路松动，检测不准确的问题。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题，提供一种轨道计轴传感器，以达到适应温度变换，检测可靠的目的。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种轨道计轴传感器，包括外壳构件、主电路、副壳构件、以及辅助电路，所述外壳构件呈矩形结构并具有供主电路适配安装的主槽体、以及横向贯穿主槽体的辅助通槽，在辅助通槽的端部设置有螺纹接口并和副壳构件螺纹装配；
所述主电路包括第一接收线圈、第二接收线圈、第一接收放大电路、第二接收放大电路、发射天线、以及发射电路，发射电路的端口用于连接外部的控制服务器并受控工作，发射电路连接发射天线，发射电路和发射天线位于主槽体的中间，在主槽体的两侧分别对称安装第一接收线圈、第二接收线圈，在主槽体的两侧分别对称安装第一接收放大电路、第二接收放大电路，第一接收线圈连接第一接收放大电路，第二接收线圈连接第二放大电路，第一接收放大电路和第二接收放大电路的输出导线通过辅助通槽伸出供辅助电路连接，两个所述辅助电路用于将信号进行滤波处理。
作为本发明的具体方案可以优选为：所述发射天线具有磁棒，所述磁棒为中空结构，所述磁棒长度为102mm±0.5，外直径10mm±0.2，内直径9mm±0.2，材质为TPW33。
作为本发明的具体方案可以优选为：所述外壳构件为尼龙材质。
作为本发明的具体方案可以优选为：所述发射电路包括有振荡电路，所述振荡电路中采用型号为CD4060B的芯片控制。
作为本发明的具体方案可以优选为：所述第一接收放大电路和第二接收放大电路均采用型号为MAT03的信号放大器芯片控制。
作为本发明的具体方案可以优选为：所述辅助电路包括滤波电路、压力检测电路、温度感应电路、环境数据矫正电路、以及信号转换电路；所述第一接收放大电路或第二接收放大电路连接于滤波电路，滤波电路、压力检测电路、温度感应电路均连接至环境数据矫正电路，所述环境数据矫正电路连接信号转换电路，所述环境数据矫正电路接收感应信号、压力信号、温度信号并通过数据库模型进行调整并输出矫正信号。
作为本发明的具体方案可以优选为：所述数据库模型通过实验测试获得，根据每个单一变量变化区间内需要进行数据矫正的偏差形成偏差数据，将偏差数据作为此变量区间的矫正量，将矫正量和变量变化区间一一对应形成模型进行存储，通过压力检测电路或温度感应电路采集并确定变量区间，环境数据矫正电路调取变量变化区间以及关联的矫正量进行数据矫正。
作为本发明的具体方案可以优选为：所述副壳构件包括副壳体、密封圈、隔离圈、压力传感器、温度传感器、以及电路安装座；所述副壳体的一端为外螺纹端，另一端为内螺纹端并和电路安装座固定，副壳体的内部形成有空腔，在外螺纹端上设置有流体通道，流体通道你的端口位置通过密封圈和隔离圈套接，压力传感器固定在隔离圈的一端。
作为本发明的具体方案可以优选为：所述压力传感器包括具有采样孔的采样板、固定采样板的采样壳、设置在采样壳内的采样膜，所述采样膜上连接采样电路。
作为本发明的具体方案可以优选为：所述流体通道和采样孔同轴，采样孔的孔径小于流体通道。
本发明技术效果主要体现在以下方面：提高检测可靠性，数据准确性，提高应用环境的复杂和恶劣情况下的可靠输出，改善结构装配可靠性，提高电路安全，减少线路拉扯和恶劣环境下的损坏，也就是使用寿命更长。
附图说明
图1为实施例中有轮和无论监测状态原理图；
图2为实施例中CD4060秒脉冲发生器电路；
图3为实施例中磁棒的尺寸结构图；
图4为实施例中外壳构件的结构侧视图；
图5为实施例中外壳构件的俯视图；
图6为图3的A-A面的剖视图；
图7为副壳构件的结构示意图；
图8为辅助电路的结构原理图。
附图标记：1、外壳构件；11、主槽体；12、辅助通槽；2、主电路；21、第一接收线圈；22、第二接收线圈；23、第一接收放大电路；24、第二接收放大电路；25、发射天线；26、发射电路；261、振荡电路；27、控制服务器；3、副壳构件；31、副壳体；32、密封圈；33、隔离圈；34、压力传感器；341、采样孔；342、采样板；343、采样壳；344、采样膜；35、温度传感器；36、电路安装座；4、辅助电路；41、滤波电路；42、压力检测电路；43、温度感应电路；44、环境数据矫正电路；45、信号转换电路。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，以使本发明技术方案更易于理解和掌握，而不能理解为对本发明的限制。
实施例：
一种轨道计轴传感器，参考图1、图4、图5和图7所示，包括外壳构件1、主电路2、副壳构件3、以及辅助电路4。外壳构件1和主电路2装配在一起，副壳构件3以及辅助电路4装配在一起，外壳构件1和副壳构件3通过机械结构装配在一起。外壳构件1为尼龙材质。
外壳构件1呈矩形结构并具有供主电路2适配安装的主槽体11、以及横向贯穿主槽体11的辅助通槽12，在辅助通槽12的端部设置有螺纹接口并和副壳构件3螺纹装配。这样设计，使得外壳构件1和副壳构件3可以拆卸，便于维护，同时也提高了功能的多样性。
参考图1所示，主电路2包括第一接收线圈21、第二接收线圈22、第一接收放大电路23、第二接收放大电路24、发射天线25、以及发射电路26。发射电路26的端口用于连接外部的控制服务器27并受控工作，发射电路26连接发射天线25，发射电路26和发射天线25位于主槽体11的中间，在主槽体11的两侧分别对称安装第一接收线圈21、第二接收线圈22，在主槽体11的两侧分别对称安装第一接收放大电路23、第二接收放大电路24，第一接收线圈21连接第一接收放大电路23，第二接收线圈22连接第二放大电路，第一接收放大电路23和第二接收放大电路24的输出导线通过辅助通槽12伸出供辅助电路4连接，两个辅助电路4用于将信号进行滤波处理。
发射电路26产生一定频率的信号，通过发射线圈(天线)向空间发射；接收电路在轨道平行的方向上有两套，分别接收发射的信号，当车轮通过时，由于车轮切割了空间磁场，导致接收信号发生变化，经放大的接收信号体现在电流上出现了下降，系统检测信号的变化，判断车轮的方向和车轮的数量，判定轨道的车辆状态。本方案的关键技术是：发射天线25磁棒开发，需要满足宽温度范围，低温飘特性；外壳和安装结构件的开发，满足轨道应用振动的要求；产品电路的优化，控制两路接收信号的平衡性能。
发射电路26包括有振荡电路261，振荡电路261中采用型号为CD4060B的芯片控制。振荡电路261主芯片选择TI公司的CD4060B,该芯片是由一振荡器和14级二进制串行计数器位组成，振荡器的结构可以是RC或晶振电路，CR为高电平时，计数器清零且振荡器使用无效。所有的计数器位均为主从触发器。在CP1(和CP0)的下降沿计数器以二进制进行计数。在时钟脉冲线上使用斯密特触发器对时钟上升和下降时间限制。
CD4060工作条件
工作温度范围(TA)
CD4060BM：-55℃～+125℃
CD4060BC：-40℃～+85℃
CD4060芯片特性
1)电压范围宽，应该可以工作在3V～15V，输入阻抗高，驱动能力差外，跟74系列的功能基本没有区别；
2)输入时，1/2工作电压以下为0，1/2工作电压以上为1；
3)输出时，1＝工作电压；0＝0V
4)驱动能力奇差，在设计时最多只能带1个TTL负载；
5)如果加上拉电阻的话，至少要100K电阻；
6)唯一现在使用的可能就是计数器，CD4060的计数器可以到14级二进制串行计数
参考图2所示CD4060秒脉冲发生器电路，脉冲发生器是数字钟的核心部分，它的精度和稳定度决定了数字钟的质量，通常用晶体振荡器发出的脉冲经过整形、分频获得1Hz的秒脉冲。如晶振为32768Hz，通过15次二分频后可获得1Hz的脉冲输出，
参考图3所示，发射天线25具有磁棒，磁棒为中空结构，磁棒长度为102mm±0.5，外直径10mm±0.2，内直径9mm±0.2，材质为TPW33。选择具有宽温度范围、低损耗特性的TPW33材料。TPW33材料的导磁率为3300，工作频率可达500KHz。具有有益的宽温度范围特性和低损耗特性，由TPW33的材料特性可知，在80-100℃市磁芯具有较低的损耗特性，大于在290-300kW/m^3,而在25或者120℃有着350-380kW/m^3。
第一接收放大电路23和第二接收放大电路24均采用型号为MAT03的信号放大器芯片控制。选择接收线圈的小信号放大器芯片MAT03
MAT03是低噪声、匹配双通道PNP晶体管，具有出色的参数匹配和高频性能。低噪声特性(最大值：1nV/√Hz，1kHz)、高带宽(典型值：190MHz)和低失调电压(最大值：100μV)使MAT03成为要求苛刻的前置放大器应用的理想选择。该器件在宽集电极电流范围内具有精密的电流增益匹配性能(最大失配率：3％)和高电流增益(最小值：100)，是电流镜的上佳选择。体电阻低(典型值为0.3Ω)，是要求精密对数一致性的应用的理想器件。每个晶体管均经过独立测试，符合数据手册性能规格。在25℃时以及扩展工业温度范围和军用温度范围内，器件性能有保障。
另外，结合参考图6、图7和图8，辅助电路4包括滤波电路41、压力检测电路42、温度感应电路43、环境数据矫正电路44、以及信号转换电路45。第一接收放大电路23或第二接收放大电路24连接于滤波电路41，滤波电路41、压力检测电路42、温度感应电路43均连接至环境数据矫正电路44，环境数据矫正电路44连接信号转换电路45，环境数据矫正电路44接收感应信号、压力信号、温度信号并通过数据库模型进行调整并输出矫正信号。
数据库模型通过实验测试获得，根据每个单一变量变化区间内需要进行数据矫正的偏差形成偏差数据，将偏差数据作为此变量区间的矫正量，将矫正量和变量变化区间一一对应形成模型进行存储，通过压力检测电路42或温度感应电路43采集并确定变量区间，环境数据矫正电路44调取变量变化区间以及关联的矫正量进行数据矫正。
参考图6和图7所示，副壳构件3包括副壳体31、密封圈32、隔离圈33、压力传感器34、温度传感器35、以及电路安装座36；副壳体31的一端为外螺纹端，另一端为内螺纹端并和电路安装座36固定，副壳体31的内部形成有空腔，在外螺纹端上设置有流体通道，流体通道你的端口位置通过密封圈32和隔离圈33套接，压力传感器34固定在隔离圈33的一端。
压力传感器34是压力检测电路42中的一个部件，温度传感器35为温度感应电路43中的一个部件。温度传感器35采用的是热敏电阻。压力传感器34感应的环境因素是气压。
压力传感器34包括具有采样孔341的采样板342、固定采样板342的采样壳343、设置在采样壳343内的采样膜344，采样膜344上连接采样电路。流体通道和采样孔341同轴，采样孔341的孔径小于流体通道。
进过实验获得一组温度矫正模型，例如：
0.0-5.0摄氏度，矫正量为0.1V；5.0-10.0摄氏度，矫正量为0.12V；10.0-15.0摄氏度，矫正量为0.15V；15.0-20.0摄氏度，矫正量为0.17V；20.0-55.0摄氏度，矫正量为0.18V；25.0-30.0摄氏度，矫正量为0.20V；35.0-40.0摄氏度，矫正量为0.22V；40.0-45.0摄氏度，矫正量为0.22V；45.0-50.0摄氏度，矫正量为0.23V；50.0-55.0摄氏度，矫正量为0.24V；55.0-60.0摄氏度，矫正量为0.25V。数据未展示全部，特别是对于零下温度环境。上述数据矫正量，为了说明实施方法。
结合气压变换也是如此，通过对气压的监控，反馈气压变换需要进行数据矫正的量值，再将此矫正量替换进测量过程中出现的偏移量，从而使得数据更加可靠。
研究对比数据如下：
结论：5KM重叠距离对比
5公里传输距离的测试对比下，9个样品在有轮无轮的电流变化率和重叠距离均表现出优异的性能。
当然，以上只是本发明的典型实例，除此之外，本发明还可以有其它多种具体实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。
Claims (10)
1.一种轨道计轴传感器，包括外壳构件、主电路、副壳构件、以及辅助电路，其特征是，所述外壳构件呈矩形结构并具有供主电路适配安装的主槽体、以及横向贯穿主槽体的辅助通槽，在辅助通槽的端部设置有螺纹接口并和副壳构件螺纹装配；
所述主电路包括第一接收线圈、第二接收线圈、第一接收放大电路、第二接收放大电路、发射天线、以及发射电路，发射电路的端口用于连接外部的控制服务器并受控工作，发射电路连接发射天线，发射电路和发射天线位于主槽体的中间，在主槽体的两侧分别对称安装第一接收线圈、第二接收线圈，在主槽体的两侧分别对称安装第一接收放大电路、第二接收放大电路，第一接收线圈连接第一接收放大电路，第二接收线圈连接第二放大电路，第一接收放大电路和第二接收放大电路的输出导线通过辅助通槽伸出供辅助电路连接，两个所述辅助电路用于将信号进行滤波处理。
2.如权利要求1所述的轨道计轴传感器，其特征在于：所述发射天线具有磁棒，所述磁棒为中空结构，所述磁棒长度为102mm±0.5，外直径10mm±0.2，内直径9mm±0.2，材质为TPW33。
3.如权利要求1所述的轨道计轴传感器，其特征在于：所述外壳构件为尼龙材质。
4.如权利要求1所述的轨道计轴传感器，其特征在于：所述发射电路包括有振荡电路，所述振荡电路中采用型号为CD4060B的芯片控制。
5.如权利要求1所述的轨道计轴传感器，其特征在于：所述第一接收放大电路和第二接收放大电路均采用型号为MAT03的信号放大器芯片控制。
6.如权利要求1所述的轨道计轴传感器，其特征在于：所述辅助电路包括滤波电路、压力检测电路、温度感应电路、环境数据矫正电路、以及信号转换电路；所述第一接收放大电路或第二接收放大电路连接于滤波电路，滤波电路、压力检测电路、温度感应电路均连接至环境数据矫正电路，所述环境数据矫正电路连接信号转换电路，所述环境数据矫正电路接收感应信号、压力信号、温度信号并通过数据库模型进行调整并输出矫正信号。
7.如权利要求6所述的轨道计轴传感器，其特征在于：所述数据库模型通过实验测试获得，根据每个单一变量变化区间内需要进行数据矫正的偏差形成偏差数据，将偏差数据作为此变量区间的矫正量，将矫正量和变量变化区间一一对应形成模型进行存储，通过压力检测电路或温度感应电路采集并确定变量区间，环境数据矫正电路调取变量变化区间以及关联的矫正量进行数据矫正。
8.如权利要求7所述的轨道计轴传感器，其特征在于：所述副壳构件包括副壳体、密封圈、隔离圈、压力传感器、温度传感器、以及电路安装座；所述副壳体的一端为外螺纹端，另一端为内螺纹端并和电路安装座固定，副壳体的内部形成有空腔，在外螺纹端上设置有流体通道，流体通道你的端口位置通过密封圈和隔离圈套接，压力传感器固定在隔离圈的一端。
9.如权利要求8所述的轨道计轴传感器，其特征在于：所述压力传感器包括具有采样孔的采样板、固定采样板的采样壳、设置在采样壳内的采样膜，所述采样膜上连接采样电路。
10.如权利要求1所述的轨道计轴传感器，其特征在于：所述流体通道和采样孔同轴，采样孔的孔径小于流体通道。
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