CN103777119B - 一种车载补偿电容检测方法及*** - Google Patents
一种车载补偿电容检测方法及*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及铁路行业轨道电路补偿电容的检测，具体提供了一种车载补偿电容检测方法及***，通过生成模拟信号并发送到电磁环路形成原生电磁场；该电磁环路由列车相邻的两个轮对和列车两侧的钢轨组成，所述电磁环路中还包括一补偿电容，该补偿电容位于所述两个轮对之间，与所述两个轮对并联于所述列车两侧的钢轨上；通过接收天线感应所述电磁环路上的次生电磁场，得到所述感应电流的感应信号；将感应信号与工控机中预存的标准感应信号进行比较，得到补偿电容的状态信息；并通过定位模块计算所述补偿电容的精确位置信息，可方便快速的判断补偿电容的相对容值和故障补偿电容的精确位置。
Description
技术领域
本发明涉及铁路行业轨道电路补偿电容的检测，特别涉及一种车载补偿电容检测方法及***。
背景技术
近年来，为了适应铁路运输高速度的需求，电气绝缘轨道电路在全国范围内得到了广泛应用。为了能够尽大程度地延长信号的传输距离，在电气绝缘轨道电路上等间距地安装了若干个补偿电容。但是，由于受环境、天气以及人为等因素影响，补偿电容会产生电特性参数漂移或接触不良等，导致补偿电容老化、失效或丢失，最终直接地影响到轨道电路信号传输的质量，传输距离以及列车控制***的正常运行，故而需对补偿电容经常检查。
为了满足铁路电务专业对补偿电容检测的需求，铁路有关部门或研究机构已经开发出一些专用的轨道电路参数综合测试仪，但测试仪需要通过直接测量来判断其工作状态，因而实际应用中需要对每个电容进行人工检测，费时费力，工作量大，效率低，且具有一定的危险性。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种车载补偿电容的检测方法及***，通过车载检测***在行车过程中自动检测车载电容的状态，并实时检测故障电容的位置，以直接有效的指导养护和维修。
为达到上述目的，本发明提供了一种车载补偿电容检测方法，包括：
通过信号源模块生成模拟信号；
发射天线接收所述模拟信号，并将该模拟信号转换成变化的磁场；
电磁环路感应所述变化的磁场，形成感应电流；所述电磁环路由列车相邻的两个轮对和列车两侧的钢轨组成，所述电磁环路中包括一补偿电容，该补偿电容位于所述两个轮对之间，与所述两个轮对并联于所述列车两侧的钢轨上；
通过接收天线感应所述电磁环路上的感应电流，得到感应信号；
通过模数转换模块将所述感应信号转换成数字感应信号，并发送到工控机；
所述工控机将所述数字感应信号与工控机中预存的标准感应信号进行比较，得到补偿电容的相对容值；
如果所述补偿电容的相对容值低于预设阈值，则通过定位模块计算所述补偿电容的精确位置信息；
将所述补偿电容的相对容值以及所述补偿电容的精确位置信息输出。
可选的，所述预设阈值可根据检测需求设为（0，1]区间内任意值。
可选的，通过定位模块计算所述补偿电容与相邻的上一补偿电容间的步长信息，并将该步长信息输出。
可选的，所述发射天线接收所述模拟信号之后，还包括：
通过功放模块将所述模拟信号放大；
其中，放大的倍数可由该功放模块调节。
可选的，所述通过模数转换模块将所述感应信号转换成数字感应信号之前还包括：
通过接收处理模块对所述感应信号进行滤波、整形及放大处理。。
可选的，所述通过定位模块计算所述补偿电容的精确位置信息具体为：
通过GPS卫星定位***获取实时位置信息；
通过轴头传感器获取速度脉冲信息，进而得到速度信息；
通过所述实时位置信息、速度信息及***时延，计算所述补偿电容的精确位置信息。
可选的，还包括：
通过***背板为信号源模块、功放模块、接收处理模块供电，并通过该***背板传输信号源模块和功放模块之间以及接收处理模块和模数转换模块之间的信号。
可选的，所述模拟信号的频率可由所述信号源模块调节。
本发明另外提供了一种车载补偿电容检测***，包括：
信号源模块，用于生成模拟信号和调节所述模拟信号的频率；
发射天线，用于接收所述模拟信号，并将该模拟信号转换成变化的磁场，以使电磁环路形成感应电流；所述电磁环路由列车相邻的两个轮对和列车两侧的钢轨组成，所述电磁环路中还包括一补偿电容，该补偿电容位于所述两个轮对之间，与所述两个轮对并联于所述列车两侧的钢轨上；
接收天线，用于感应所述电磁环路上的感应电流，得到感应信号；
模数转换模块，用于将所述感应信号转换成数字感应信号，并发送到工控机；
工控机，用于将所述数字感应信号与工控机中预存的标准感应信号进行比较，得到补偿电容相对容值；
定位模块，用于当所述补偿电容的相对容值低于预设阈值时，计算所述补偿电容的精确位置信息；
显示模块，用于显示所述补偿电容的相对容值以及所述补偿电容的精确位置信息。
可选的，所述预设阈值可根据检测需求设为（0，1]区间内任意值。
可选的，所述定位模块还用于计算所述补偿电容与相邻的上一补偿电容间的步长信息，并将该步长信息发送到所述显示模块。
可选的，还包括功放模块，与所述信号源模块和所述发射天线相连，用于将所述模拟信号放大和调节放大的倍数。
可选的，还包括接收处理模块，与所述接收天线和模数转换模块相连，用于对所述感应信号进行滤波、整形及放大处理。
可选的，定位模块包括：
GPS卫星定位***，用于获取实时位置信息；
轴头传感器，用于获取速度脉冲信息，进而得到速度信息；
计算模块，用于通过所述实时位置信息、速度信息及***时延，计算所述补偿电容的精确位置信息。
可选的，还包括***背板，所述信号源模块、功放模块、接收处理模块及模数转换模块通过插卡方式连接于所述***背板上，该***背板用于为所述信号源模块、功放模块、接收处理模块供电和传输各模块之间的传输信号。
本发明的有益效果是：通过感应钢轨-轮对环路中电流变化的方式判断连接在钢轨上的补偿电容的相对容值，并通过定位模块准确的定位故障电容的位置，为现场施工提供极大的帮助；检测***利用检测列车的速度优势，可以大幅提高补偿电容的检测效率；检测***由于采用了***背板，因而实现了小型化设计，节省了占用空间，提高了***可靠性；插卡式的结构便于***部件的维修和升级。
附图说明
图1为本发明一种车载补偿电容检测方法的流程图；
图2为本发明一种车载补偿电容检测方法的流程图；
图3为本发明一种车载补偿电容检测***的结构图；
图4为本发明一种车载补偿电容检测***的结构图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本***实施例做进一步详细说明。在此，本***的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例一
如图1所示，为本实施例一种车载补偿电容检测方法的流程图，具体包括以下步骤：
步骤101，通过信号源模块生成模拟信号。
步骤102，发射天线接收所述模拟信号，并将该模拟信号转换成变化的磁场。
步骤103，电磁环路感应所述变化的磁场，形成感应电流；
所述电磁环路由列车相邻的两个轮对和列车两侧的钢轨组成，所述电磁环路中还包括一补偿电容，该补偿电容位于所述两个轮对之间，与所述两个轮对并联于所述列车两侧的钢轨上。
步骤104，通过接收天线感应所述电磁环路上的感应电流，得到感应信号。
步骤105，通过模数转换模块将所述感应信号转换成数字感应信号，并发送到工控机。
步骤106，所述工控机将所述数字感应信号与工控机中预存的标准感应信号进行比较，得到补偿电容相对容值。
步骤107，如果所述补偿电容的相对容值低于预设阈值，，则通过定位模块计算所述补偿电容的精确位置信息。
步骤108，将所述补偿电容的相对容值以及所述补偿电容的精确位置信息输出。
实施例二
如图2所示，为本实施例一种车载补偿电容检测方法的流程图，包括以下步骤：
步骤201，通过***背板为信号源模块、功放模块、接收处理模块供电，并通过该***背板传输信号源模块和功放模块之间以及接收处理模块和模数转换模块之间的信号。
该步骤与以下所有步骤并行进行，为以下各个步骤提供服务和支持。
步骤202，通过信号源模块生成模拟信号。
该模拟信号的频率可由该信号源模块调节。
步骤203，通过功放模块将所述模拟信号放大。
其中，放大的倍数可由该功放模块调节。
步骤204，发射天线接收所述模拟信号，并将该模拟信号转换成变化的磁场。
步骤205，电磁环路感应所述变化的磁场，形成感应电流。
所述电磁环路由列车相邻的两个轮对和列车两侧的钢轨组成，所述电磁环路中还包括一补偿电容，该补偿电容位于所述两个轮对之间，与所述两个轮对并联于所述列车两侧的钢轨上。
步骤206，通过接收天线感应所述电磁环路上的感应电流，得到感应信号。
步骤207，通过接收处理模块，对所述感应信号进行滤波、整形及放大处理。
步骤208，通过模数转换模块将所述滤波处理后的感应信号转换成数字感应信号，并发送到工控机。
步骤209，所述工控机将所述数字感应信号与工控机中预存的标准感应信号进行比较，得到补偿电容相对容值。
步骤210，如果所述补偿电容的相对容值低于预设阈值，则通过定位模块计算所述补偿电容的精确位置信息。
其中，当所述相对容值为零时，所述补偿电容的状态为停止工作；当所述相对容值为1时，所述补偿电容的状态为工作正常；所述预设阈值可根据检测需求设为0-1之间任意值。
如检测之前已经知道有故障电容，且亟需将故障电容修好，则在检测时可以将预设阈值设置为0，仅当相对容值为0，即将彻底不工作的补偿电容标识出来，以尽快修复。
如检测任务为安全隐患排查，则预设阈值可以设置为1或0.7等0以上的任意值，以查找到不同程度出现问题的补偿电容；且进一步，由于相对容值可以具体显示出来，可以更有针对性的进行维修，提高了维修的效率。
通过定位模块计算所述补偿电容的精确位置信息包括：
通过GPS卫星定位***获取实时位置信息；
通过轴头传感器获取速度脉冲信息，进而得到速度信息；
通过所述实时位置信息、速度信息及***时延，计算所述补偿电容的精确位置信息。
步骤211，将所述补偿电容的相对容值以及所述补偿电容的精确位置信息输出。
步骤212，通过定位模块计算所述补偿电容与相邻的上一补偿电容间的步长信息，并将该步长信息输出。
通过定位模块测得的速度信息，以及工控机接收数字感应信号的时间差，即可得到补偿电容之间的步长信息。
该步长信息可用于结合GPS信息精确定位故障补偿电容的位置，以便于提高维修效率。
该步长信息还可以实时传输给显示器，或存入数据库，以便于实时了解各个补偿电容之间的相对位置。
本实施例优选的，上述步长信息的测量还可以仅在工控机计算得到补偿电容出现故障时，触发定位模块计算。当然，此时计算的步长是当前补偿电容与下一补偿电容之间的距离。此时计算的步长信息，一般用于结合GPS信息进一步精确定位故障补偿电容的位置。
实施例三
如图3所示，为本实施例一种车载补偿电容检测***的结构图，包括以下模块：
信号源模块301，用于生成模拟信号和调节所述模拟信号的频率；
发射天线302，用于接收所述模拟信号，并将该模拟信号转换成变化的磁场，以使电磁环路形成感应电流；所述电磁环路由列车相邻的两个轮对和列车两侧的钢轨组成，所述电磁环路中还包括一补偿电容，该补偿电容位于所述两个轮对之间，与所述两个轮对并联于所述列车两侧的钢轨上；
接收天线303，用于感应所述电磁环路上的感应电流，得到感应信号；
模数转换模块304，用于将所述感应信号转换成数字感应信号，并发送到工控机；
工控机305，用于将所述数字感应信号与工控机中预存的标准感应信号进行比较，得到补偿电容相对容值；
定位模块306，用于当所述补偿电容的相对容值低于预设阈值时，计算所述补偿电容的精确位置信息；
当所述相对容值为零时，所述补偿电容的状态为停止工作；当所述相对容值为1时，所述补偿电容的状态为工作正常；所述预设阈值可根据检测需求设为0-1之间任意值。
如检测之前已经知道有故障电容，且亟需将故障电容修好，则在检测时可以将预设阈值设置为0，仅当相对容值为0，即将彻底不工作的补偿电容标识出来，以尽快修复。
如检测任务为安全隐患排查，则预设阈值可以设置为1或0.7等0以上的任意值，以查找到不同程度出现问题的补偿电容；且进一步，由于相对容值可以具体显示出来，可以更有针对性的进行维修，提高了维修的效率。
显示模块307，用于显示所述补偿电容的相对容值以及所述补偿电容的精确位置信息。
实施例四
如图4所示，为本实施例一种车载补偿电容检测***的结构图，主要包括：***背板1、信号源模块2、功放模块3、接收处理模块4、机箱机壳5、发射天线6、接收天线7、模数转换模块8，定位模块9，GPS天线10，轴头传感器11，工控机12，显示器13，其中***背板1、信号源模块2、功放模块3和接收处理模块4安装在机箱机壳5内，发射天线6和接收天线7安装在检测列车的设备舱内，模数转换模块8、定位模块9安装在工控机12内，显示器13安装在检测列车上：
***背板1，与信号源模块2、功放模块3、接收处理模块4和模数转换模块8相连，用于信号源模块2和功放模块3之间以及接收处理模块4和模数转换模块8之间的信号传输，和为信号源模块2、功放模块3、接收处理模块4供电；
***背板1为信号源模块2、功放模块3、接收处理模块4提供可靠机械连接和电气连接，用于解决高速检测列车的机械振动问题；
***背板1安装在机箱机壳5中，由外部提供电源，供电电源可选用220VAC50Hz，但本实施例并不以此作为限制。
信号源模块2，与***背板1相连；
信号源模块2作为功放模块3的信号前级，产生具有一定频率的模拟信号，并通过***背板1向功放模块3输出可调节频率的模拟信号。
功放模块3，与***背板1、发射天线6相连；
功放模块3作为信号源模块2的信号后级，接收信号源模块2通过***背板1输入的模拟信号，并将该模拟信号放大一定倍数，输出到发射天线6，使发射天线6在钢轨-轮对环路中形成感应电动势进而形成感应电流；
发射天线6与功放模块3相连；
在本实施例中，发射天线6安装在检测列车设备舱内，可以安装在钢轨上方或钢轨附近，但本实施例并不以此作为限制；
发射天线6接收功放模块3输出的模拟信号，在两根钢轨和检测列车设备舱前后两个轮对组成的电流环路中，形成感应电动势进而形成感应电流，当环路中补偿电容的容值发生变化时该感应电流将发生改变；
在本实施例中，共有2个功放模块3和2个发射天线6，功放模块3和发射天线6的数量可以改变，但本实施例并不以此作为限制。
接收天线7，与接收处理模块4相连；
接收天线7用于感应钢轨-轮对环路中的感应电流，当钢轨-轮对环路中补偿电容状态发生变化时，如电容失效、容值改变、断线等，钢轨-轮对环路中的感应电流大小即发生变化，这种变化可以被接收天线7感应到，并将感应信号输出到接收处理模块4；
在本实施例中，接收天线7安装在检测列车设备舱内，可以安装在钢轨中心位置上方，但本实施例并不以此作为限制；
接收处理模块4，与***背板1和接收天线7相连；
接收处理模块4接收到接收天线7输出的感应信号，并将该感应信号进行处理，对感应信号进行滤波、整形、放大处理，将处理后的模拟信号输出到***背板1；
在本实施例中，共有1个接收处理模块4和1个接收天线7，接收处理模块4和发接收天线7的数量可以改变，但本实施例并不以此作为限制。
模数转换模块8，与***背板1和工控机12相连，受工控机12的控制；
模数转换模块8接收由接收处理模块4通过***背板1输出的模拟信号，在工控机12的控制下，将模拟信号转换为数字信号，并将数字信号输出到工控机12。
定位模块9，与GPS天线10、速度传感器11和工控机12相连，受工控机12的控制，用于进行所述装置的空间位置和运动速度的测量；
在本实施例中，定位模块9可以采用GPS模块和GPS天线10获取GPS卫星定位信息，并可以采用脉冲计数卡接收并计算安装在检测列车轴头位置的速度传感器11发送的速度脉冲，该速度传感器11根据检测列车轮轴转动距离输出相应的脉冲，并可以采用陀螺仪获取转动惯量等信息，通过GPS定位信息、列车速度脉冲、转动惯量等综合计算实现隧道等复杂环境的空间位置和运动速度的测量，但本实施例并不以此作为限制。
工控机12，与模数转换模块8、定位模块9和显示器13相连，用于控制模数转换模块8和定位模块9；
工控机12控制模数转化模块8，将模拟信号转换为数字信号，并将该数字信号进行计算分析处理，并通过计算钢轨-轮对环路中感应电流大小等方式，应用相应的算法，通过复杂的计算，将数字信号转换为补偿电容的相对容值信息，利用程序编写的UI界面在显示器13上显示出来，便于判断补偿电容的相对容值；同时，工控机12控制定位模块9，获取所述装置的空间位置和运动速度信息，并利用相关辅助定位信息（如地面设施位置静态数据库信息等），准确获得补偿电容空间位置的信息，并将该空间位置信息和相对容值信息对应起来，即可在发现故障补偿电容或相邻补偿电容步长错误的同时，确定故障电容或错误步长的位置，对指导维修和现场施工具有重要的意义；
在本实施例中，工控机12具有存储数据和回放数据的功能，但本实施例并不以此作为限制。
显示器13，用于显示工控机12输出的补偿电容相对容值信息和空间位置信息。
本***技术优点是：检测装置通过感应钢轨-轮对环路中电流的方式判断连接在钢轨上的补偿电容的相对容值，设计巧妙，实际检测效果准确可靠；检测装置通过计算钢轨-轮对环路中感应电流的大小，并通过相应的算法和复杂的计算，可以计算补偿电容的相对容值，相对容值的计算能够发现即将失效但仍具有部分补偿效果的补偿电容，对预测补偿电容损坏趋势有极大的实际意义和经济效益；检测装置中定位模块的设计，使该检测装置能够准确判断补偿电容的实际位置并计算相邻补偿电容的步长（间距），使该检测装置在实际应用（如联调联试、巡检等）中能够准确的定位故障电容的位置或发现相邻补偿电容的步长（间距）错误，为现场施工提供极大的帮助；检测装置利用检测列车的速度优势，可以大幅提高补偿电容的检测效率，可在几小时内完成上千公里上万个补偿电容的检测工作；检测***由于采用了***背板，因而实现了小型化设计，节省了占用空间，提高了***可靠性；插卡式的结构便于***部件的维修和升级。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种车载补偿电容检测方法，其特征在于，包括：
通过信号源模块生成模拟信号；
发射天线接收所述模拟信号，并将该模拟信号转换成变化的磁场；
电磁环路感应所述变化的磁场，形成感应电流；所述电磁环路由列车相邻的两个轮对和列车两侧的钢轨组成，所述电磁环路中包括一补偿电容，该补偿电容位于所述两个轮对之间，与所述两个轮对并联于所述列车两侧的钢轨上；
通过接收天线感应所述电磁环路上的感应电流，得到感应信号；
通过模数转换模块将所述感应信号转换成数字感应信号，并发送到工控机；
所述工控机将所述数字感应信号与工控机中预存的标准感应信号进行比较，得到补偿电容的相对容值；
如果所述补偿电容的相对容值低于预设阈值，则通过定位模块计算所述补偿电容的精确位置信息，其中，预设阈值可根据检测需求设为(0，1]区间内任意值；
将所述补偿电容的相对容值以及所述补偿电容的精确位置信息输出。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
通过定位模块计算所述补偿电容与相邻的上一补偿电容间的步长信息，并将该步长信息输出。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发射天线接收所述模拟信号之后，还包括：
通过功放模块将所述模拟信号放大；
其中，放大的倍数可由该功放模块调节。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过模数转换模块将所述感应信号转换成数字感应信号之前还包括：
通过接收处理模块，对所述感应信号进行滤波、整形及放大处理。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过定位模块计算所述补偿电容的精确位置信息具体为：
通过GPS卫星定位***获取实时位置信息；
通过轴头传感器获取速度脉冲信息，进而得到速度信息；
通过所述实时位置信息、速度信息及***时延，计算所述补偿电容的精确位置信息。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
通过***背板为信号源模块、功放模块、接收处理模块供电，并通过该***背板传输信号源模块和功放模块之间以及接收处理模块和模数转换模块之间的信号。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述模拟信号的频率可由所述信号源模块调节。
8.一种车载补偿电容检测***，其特征在于，包括：
信号源模块，用于生成模拟信号和调节所述模拟信号的频率；
发射天线，用于接收所述模拟信号，并将该模拟信号转换成变化的磁场，以使电磁环路形成感应电流；所述电磁环路由列车相邻的两个轮对和列车两侧的钢轨组成，所述电磁环路中还包括一补偿电容，该补偿电容位于所述两个轮对之间，与所述两个轮对并联于所述列车两侧的钢轨上；
接收天线，用于感应所述电磁环路上的感应电流，得到感应信号；
模数转换模块，用于将所述感应信号转换成数字感应信号，并发送到工控机；
工控机，用于将所述数字感应信号与工控机中预存的标准感应信号进行比较，得到补偿电容相对容值；
定位模块，用于当所述补偿电容的相对容值低于预设阈值时，计算所述补偿电容的精确位置信息，其中，预设阈值可根据检测需求设为(0，1]区间内任意值；
显示模块，用于显示所述补偿电容的相对容值以及所述补偿电容的精确位置信息。
9.如权利要求8所述的***，其特征在于，所述定位模块还用于计算所述补偿电容与相邻的上一补偿电容间的步长信息，并将该步长信息发送到所述显示模块。
10.如权利要求8所述的***，其特征在于，还包括功放模块，与所述信号源模块和所述发射天线相连，用于将所述模拟信号放大和调节放大的倍数。
11.如权利要求8所述的***，其特征在于，还包括接收处理模块，与所述接收天线和模数转换模块相连，用于对所述感应信号进行滤波、整形及放大处理。
12.如权利要求8所述的***，其特征在于，定位模块包括：
GPS卫星定位***，用于获取实时位置信息；
轴头传感器，用于获取速度脉冲信息，进而得到速度信息；
计算模块，用于通过所述实时位置信息、速度信息及***时延，计算所述补偿电容的精确位置信息。
13.如权利要求8所述的***，其特征在于，还包括***背板，所述信号源模块、功放模块、接收处理模块及模数转换模块通过插卡方式连接于所述***背板上，该***背板用于为所述信号源模块、功放模块、接收处理模块供电和传输各模块之间的传输信号。
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