本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種用于軌道車軸計軸監(jiān)測的無線無源傳感單元，包括至少一個共聚物壓電振動傳感單元、一個信號處理單元、一個無線發(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軌道的振動并送至信號處理單元，經(jīng)過信號處理單元處理，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，在鋼軌上產(chǎn)生的振動轉(zhuǎn)化為電能喚醒整個傳感器進入工作狀態(tài)。本發(fā)明專利技術(shù)具有應(yīng)用簡單、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)性強的優(yōu)點。該系統(tǒng)成本低，能夠支撐軌道沿線長距離(大于1000Km)密集(大于10個/Km)安裝。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
用于軌道車軸計軸監(jiān)測的無線無源傳感單元
本專利技術(shù)涉及軌道交通計軸儀器儀表和傳感器及電路設(shè)計領(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)測單元，從而覆蓋全軌道交通網(wǎng)絡(luò)占用和空閑實時 監(jiān)測方法。
技術(shù)介紹
鐵路運輸和高速鐵路客運是國民經(jīng)濟的命脈，而城市軌道交通(簡稱城軌)對于 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。鐵路運輸和城軌的信號系統(tǒng)是運輸安全生產(chǎn)的重要設(shè)備，要求實時地檢測相應(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系統(tǒng)采用軌道電路、電磁計軸和 光纖傳感器計軸。專利技術(shù)專利CN86103414公開了一種軌道電路，其特定的優(yōu)點如結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉 等。但是也有一些自身無法克服的缺點，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，出現(xiàn)“紅光帶”。技術(shù)專利CN2337030公開了一種電磁計軸技術(shù)，該技術(shù)是以電磁感應(yīng)傳感器 和計算機為核心，輔以外部設(shè)備，通過統(tǒng)計通過的列車軸數(shù)，檢測線路是否有車。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產(chǎn)生干 擾；2)設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高；3)我國的電磁感應(yīng)計軸系統(tǒng)的故障率高，可靠型差。核心技術(shù)被國外公司壟斷，主 要電路板需送國外維修，周期長，費用高。專利申請20091025^31. 7公開了一種光纖光柵傳感列車計軸技術(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，因此被廣泛的應(yīng)用于工程監(jiān)測中。但是，目 前存在以下問題1)成本高，核心的光學(xué)儀器設(shè)備和探測軌道應(yīng)變信號的傳感器價格昂貴，不利于 軌道交通大區(qū)域網(wǎng)絡(luò)檢測監(jiān)控布局。2)光纖抗震動能力弱，不足以在軌道沿線長距離傳輸，同時光學(xué)設(shè)備對振動敏感， 不適合在軌道沿線就近安裝。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的主要目的就是解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提供一種實時監(jiān)測軌道車軸計軸 監(jiān)測的無線無源傳感單元結(jié)構(gòu)，包括至少一個共聚物壓電振動傳感單元、一個信號處理單 元、一個無線發(fā)送單元和一個換能器。所述共聚物壓電振動傳感單元實時獲得IOHz到IGHz軌道振動信號，信號處理單元利用振動信號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。整個系統(tǒng)采用換能器 轉(zhuǎn)化鋼軌振動獲得的電能供電。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，實時連續(xù)監(jiān)測所處位置軌道的振動。實時連續(xù)監(jiān)測的時間精度、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或多個傳感單元。該 傳感單元組成的系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測軌道振動的監(jiān)測，具有較低成本，能夠大區(qū)域、高密集布 局，易于安裝維護。共聚物壓電振動傳感單元的檢測原理是壓電材料是一種經(jīng)特殊加工后能實現(xiàn)動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。壓電材料在受機械沖擊或振動時產(chǎn)生電荷。在 原子層，偶極子(氫-氟偶對)的排列順序被打亂，并試圖使其恢復(fù)原來的狀態(tài)。這個偶極 子被打亂的結(jié)果就是有一個電子流形成。就像海綿中的水，當(dāng)你擠壓一塊濕海綿時，水會從 海綿中流出來，當(dāng)你松開時，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，就產(chǎn)生了電荷(電壓)，而當(dāng)去掉負載時，就會產(chǎn)生一個相反極性 的信號。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。共聚物壓電振動傳感單元的檢測原理就是如此，軌道列車車軸未經(jīng)過振動傳感器 對應(yīng)的位置時，傳感器感受到的振動強度較弱。列車車軸經(jīng)過振動傳感器上方時，傳感器感 受到的振動強度較強，以此來進行車輛車軸檢測和計數(shù)，同時判斷軌道占用和空閑狀態(tài)。本專利技術(shù)的有益效果是本專利技術(shù)采用一種基于共聚物壓電振動的無線無源傳感單元，完成軌道車軸計數(shù)和 軌道占用和空閑情況的實時監(jiān)測，成本低，穩(wěn)定性好，安裝維護容易，適宜軌道沿線長距離、 大范圍、高密集度的建立實時監(jiān)測點，從而能夠有助于軌道資源充分利用。具體實施方式和附圖說明本申請的特征及優(yōu)點將通過實施例進行補充說明。圖1是一種用于軌道車軸計軸監(jiān)測的無線傳感單元示意圖，包括一個共聚物壓電 振動傳感單元、一個信號處理單元、一個無線發(fā)送單元和換能器。傳感單元獲取IOHz到 IGHz軌道的振動并送至信號處理單元，經(jīng)過信號處理單元處理，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信號并轉(zhuǎn)化為電能，激活整個傳感單元并供電。圖2是一個共聚物壓電振動傳感單元安裝在軌枕上的實施例，緊固螺釘將共聚物 壓電振動傳感單元固定在軌枕。共聚物壓電材料能夠收集鋼軌振動信號并傳送到信號處理 單元，并通過無線發(fā)送單元將帶有特殊編碼的信號發(fā)送給附近的本地基站圖3是一個本地基站接受100個無線共聚物壓電振動傳感單元信號的實施例，根 據(jù)傳感單元發(fā)送信號的距離，將本地基站設(shè)置在合理的位置，保證該100個無線共聚物壓 電振動傳感單元發(fā)送的信號都能被正確接收到。利用本方案，就能夠簡化系統(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是一個控制中心接受100個本地基站信號的實施例，本地基站接收傳感單元 發(fā)送信號，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10000個車軸監(jiān)測點的信號，以IOOm—個監(jiān)測點為例，一個控制中心就能夠掌 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)選實施方式對本專利技術(shù)所作的進一步詳細說明，不能認定 本專利技術(shù)的具體實施只局限于這些說明。對于本專利技術(shù)所屬
的普通技術(shù)人員來說，在 不脫離本專利技術(shù)構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本專利技術(shù)的 保護范圍。權(quán)利要求1.一種實時監(jiān)測軌道車軸計軸監(jiān)測的無線傳感單元結(jié)構(gòu)，其特征在于包括至少一個 共聚物壓電振動傳感單元、一個信號處理單元、一個無線發(fā)送單元和電池。所述共聚物壓電 振動傳感單元實時獲得IOHz到IGHz軌道振動信號，經(jīng)過信號處理單元處理，通過無線發(fā)送 單元發(fā)送出去。整個系統(tǒng)利用換能器轉(zhuǎn)化振動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別碼。無 線發(fā)送單元受信號處理單元控制，在沒有列車經(jīng)過時處于休眠狀態(tài)，有列車經(jīng)過時受車軸 信號激發(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并轉(zhuǎn)化為電能，激活整個傳感單元。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 接或機械緊固的方式安裝在軌道底部、腰部、軌道扣件上方，實時連續(xù)監(jiān)測所處位置軌道的 振動。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)測的時間精度、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 個或多個傳感單元。7.如權(quán)利要求1所述的實時監(jiān)測軌道振動的監(jiān)測單元結(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。全文摘要本專利技術(shù)公開了一種用于軌道車軸計軸監(jiān)測的無線無源傳感單元，包括至少一個共聚物壓電振動傳感單元、一個信號處理單元、一個無線發(fā)送單元和換能器。該傳感器通過膠結(jié)、焊接或者機械緊固方式安裝在軌道處。傳感單元獲取10本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
１．一種實時監(jiān)測軌道車軸計軸監(jiān)測的無線傳感單元結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括至少一個共聚物壓電振動傳感單元、一個信號處理單元、一個無線發(fā)送單元和電池。所述共聚物壓電振動傳感單元實時獲得１０Ｈｚ到１ＧＨｚ軌道振動信號，經(jīng)過信號處理單元處理，通過無線發(fā)送單元發(fā)送出去。整個系統(tǒng)利用換能器轉(zhuǎn)化振動來的電能喚醒并供電。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：馮曉星，王新安，葛彬杰，王金泊，
申請(專利權(quán))人：深圳思量微系統(tǒng)有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：94
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