CN104730515B - 利用声音信号测量列车距离的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种利用声音信号测量列车距离的装置。该装置主要包括：第一磁铁、声音采集传感器、控制电路板，所述声音采集传感器安装于所述第一磁铁上，所述第一磁铁吸附在列车线路的钢轨上或者吸附在钢轨上移动的设备上，所述声音采集传感器和所述控制电路板连接；所述声音采集传感器将采集的声音信号传输给所述控制电路板，所述控制电路板根据所述声音信号的强度获取列车距离。本发明实施例可有效地检测出列车的距离信息，保障作业人员的安全。并且由于声音在铁轨中传播速度快、传输距离远、可沿铁轨曲线传播、受障碍物的影响小，本发明实施例具有比较高的检测精度。对复杂环境具有更强的适应性，适应能力强。
Description
技术领域
本发明涉及声音检测技术领域，尤其涉及一种多利用声音信号测量列车距离的装置。
背景技术
铁路设备经常需要施工人员进行维修，可进行维修的时间需要提前根据铁路空闲时间段确定，有车经过时由站台工作人员用对讲机或其它方式人工提示施工人员，且一般需要有专人察看是否有列车经过。对于一些要在铁轨上移动的设备，如探伤车、钢轨表面几何测量车等需要在铁路上移动，因此由专人察看就很难实现，而对于探伤车则需要长距离、平凡进行探伤，单一的利用行车空闲时间无法保证行车安全。另外，铁路维修施工人员也经常需要多人大范围的活动，而人为提示无法满足铁路施工需要，因此迫切的需要一种列车检测装置来确保铁路沿线人员安全。此外，目前正在研究的一些铁路自动化设备，如无人探伤车等，也需要列车检测装置，遇到列车经过时自动躲避列车来确保列车行车安全。
目前，现有技术中有激光测距仪、雷达等一些列车测距检测装置，但是这些列车测距检测装置都只能沿直线传播，铁路并非都是直线，一些地区还有山洞；且激光对反射物表面有要求，当测量距离较远时要求更高，如果是表面不规则、透明或是黑色的就无法正常测量；而雷达发射波有发散性，无法实现远距离测量。
因此，如何提供一种能够有效地检测列车距离的装置，已经成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的实施例提供了一种利用声音信号测量列车距离的装置，以实现有效地检测出列车的距离。
一种利用声音信号测量列车距离的装置，包括：第一磁铁、声音采集传感器、控制电路板，所述声音采集传感器安装于所述第一磁铁上，所述第一磁铁吸附在列车线路的钢轨上或者吸附在钢轨上移动的设备上，所述声音采集传感器和所述控制电路板连接；
所述声音采集传感器将采集的声音信号传输给所述控制电路板，所述控制电路板根据所述声音信号的强度获取列车距离。
优选地，所述声音采集传感器至少为两个，所述控制电路板根据至少两个声音采集传感器采集的声音信号的相位检测出列车的行驶方向。
优选地，当所述第一磁铁吸附在钢轨上时，所述的装置还包括第二磁铁，所述第二磁铁吸附在钢轨上。
优选地，所述的装置还包括：和所述控制电路板连接的伺服机构，所述伺服机构将所述伺服机构旋转轴、空心连接件、可形变胶体管、所述声音采集传感器、所述第一磁铁连接于一体，在所述控制电路板的控制下，所述伺服机构带动所述空心连接件、可形变胶体管、声音采集传感器、第一磁铁环绕所述伺服机构旋转轴旋转。
优选地，所述的装置还包括通过弹簧互相连接的支架收缩盒和空心支架，所述第二磁铁安装在所述空心支架上。
优选地，所述装置的底板上设置有空心支架通孔，所述空心支架通孔的周围设置有扣件固定缺口和声音采集传感器旋转收缩口，所述空心支架被压缩至所述支架收缩盒内部，旋转90°后固定于所述扣件固定缺口上，通过所述伺服机构旋转轴旋转,使所述可形变胶体管带动所述第一磁铁收缩于所述声音采集传感器旋转收缩口中。
优选地，所述的装置还包括：电源单元，所述电源单元给所述声音采集传感器、控制电路板供电。
优选地，当所述第一磁铁吸附在钢轨上移动的设备上时，所述的装置还包括：安装带通孔和安装孔，所述安装带通孔和安装孔将所述装置安装在所述钢轨上移动的设备上。
优选地，所述的控制电路板包括：处理器、无线发送模块和加速度传感器，所述加速度传感器、无线发送模块和所述处理器电连接，所述加速度传感器检测所述钢轨的振动情况，将检测到的振动幅度传输给所述处理器，所述处理器根据所述振动幅度获取列车距离，将所述列车距离传输给所述无线发送模块，所述无线发送模块将所述列车距离发送出去。
优选地，所述的控制电路板中的处理器,用于接收声音采集传感器传输过来的声音信号，对所述声音信号进行滤波处理，计算经过滤波后的声音信号的强度值，判断所述强度值判断不属于噪声后，将所述声音信号与预先建立的列车语音库进行匹配，当所述声音信号与列车语音库中的任一个声音信号的特征匹配后，则确认声音信号为列车声音信号；
根据所述声音信号的强度和所述装置的位置坐标来计算所述装置所在的测量点与列车之间的距离。
优选地，所述的控制电路板还包括输入设备，所述输入设备设置所述装置的工作方式。
优选地，所述的装置还包括：可穿戴设备，所述可穿戴设备包括显示器、无线接收模块和电池，所述无线接收模块和所述显示器电连接，所述电池给所述显示器、无线接收模块供电，所述无线接收模块将所述控制电路板发送过来的列车距离信息传输给显示器，所述显示器将所述列车距离信息进行显示。
优选地，所述的可穿戴设备还包括互相电连接的控制电路板和报警器，所述控制电路板和所述无线接收模块电连接，判断所述列车距离小于设定的阈值后，控制所述报警器发出报警。
由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例通过将声音采集传感器安装于圆形磁铁上，将圆形磁铁吸附在列车线路的钢轨上或者吸附在钢轨上移动的设备上，可有效地检测出列车的距离信息，保障作业人员的安全。并且由于声音在铁轨中传播速度快、传输距离远、可沿铁轨曲线传播、受障碍物的影响小，本发明实施例具有比较高的检测精度。对复杂环境具有更强的适应性，适应能力强。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的利用声音信号测量列车距离的装置固定在钢轨上的整体结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种利用声音信号测量列车距离的装置的俯视图；
图3为本发明实施例提供的一种利用声音信号测量列车距离的装置的仰视图；
图4为本发明实施例提供的一种利用声音信号测量列车距离的装置的支架压缩图；
图5为本发明实施例提供的一种利用声音信号测量列车距离的装置的底板缺口结构图；
图6为本发明实施例提供的一种利用声音信号测量列车距离的装置的支架结构；
图7为本发明实施例提供的一种利用声音信号测量列车距离的装置的可旋转装置结构图；
图8为本发明实施例提供的一种可固定在移动设备上利用声音信号测量列车距离的装置的整体结构俯视图；
图9为本发明实施例提供的另一种可固定在移动设备上利用声音信号测量列车距离的装置的整体结构仰视图；
图10为本发明实施例提供的一种可穿戴设备的内部结构整体图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。
本发明实施例提供的利用声音信号测量列车距离的装置200固定在钢轨上的整体结构示意图如图1所示，测量列车距离的装置200通过方形磁铁(第二磁铁)210、211、212、213和圆形磁铁(第一磁铁)220、221吸附于铁轨100的表面。
测量列车距离的装置200的俯视图如图2所示，包括，伺服机构222、223，支架收缩盒230、231、232、233，控制电路板240、电池250；测量列车距离的装置200的仰视图如图3所示，包括，底板缺口260、261、262、263、264、265、266、267，空心支架270、271、272、273，扣件280、281、282、283、284、285、286、287。
测量列车距离的装置200中的可旋转装置的结构示意图如图7所示，伺服机构222、223将伺服机构旋转轴228、空心连接件227、可形变胶体管226、声音采集传感器224、声音采集传感器连接线225、圆形磁铁221连接于一体，可沿伺服机构旋转轴228旋转。
上述空心连接件227主要是用于将伺服机构旋转轴228与可形变胶体管226连接在一起，通过伺服机构旋转轴228的转动来带动可形变胶体管226旋转一定角度。利用可形变胶体管的目的在于，因为空心支架高度一定，但是铁轨表面并非每一处都是平整一样，测量列车距离的装置200放置的角度不同，都会引起装置底部到铁轨表面的距离不一致，当方形磁铁(第二磁铁)吸附在铁轨上正常工作时，列车经过时铁轨震动引起空心支架270经过弹簧反作用力后被压缩深入到支架收缩盒230内部的深度也不断变化，因此如果采用很难形变的连接件，伺服机构旋转轴228旋转到任意角度也很难保证圆形磁铁221与钢轨表面充分接触。
所述声音采集传感器224可***到圆形磁铁221内部，所述声音采集传感器连接线225可穿过空心连接件227和可形变胶体管226内孔连接于控制电路板240。
测量列车距离的装置200的支架结构示意图如图6所示，支架收缩盒230和空心支架270通过可压缩弹簧连接(图中未画出弹簧)。方形磁铁(第二磁铁)安装在空心支架270上，可手动克服弹簧作用力之后将所述扣件上方的空心支架270压缩到支架收缩盒230的内部。列车经过铁轨的震动也可以使空心支架270经过弹簧反作用力后被压缩到支架收缩盒230的内部。
测量列车距离的装置200的底板缺口结构图如图5所示，测量列车距离的装置200的底板290上设置有空心支架通孔2910、2911、2912、2913，空心支架通孔2910、2911、2912、2913周围有扣件固定缺口2920、2921、2922、2923、2924、2925，声音采集传感器旋转收缩口2930、2931；所述空心支架270、271、272、273可拉伸或压缩至支架收缩盒230、231、232、233内部，通过手动克服弹簧作用力之后将扣件280、281、282、283、284、285、286、287穿过底板缺口260、261、262、263、264、265、266、267后旋转90°就可将空心支架270、271、272、273固定于扣件固定缺口2920、2921、2922、2923、2924、2925上(图中有两个缺口被挡住)，此时空心支架内部的弹簧处于压缩状态；所述伺服机构222、223旋转轴旋转90°可将圆形磁铁220、221收缩于声音采集传感器旋转收缩口2930、2931中。
本发明实施例提供的一种利用声音信号测量列车距离的装置的支架压缩图如图4所示，将所述的四个空心支架分别手动压缩至收缩盒内部，旋转90°后固定于所述扣件固定缺口上，所述伺服机构旋转轴228旋转致使可形变胶体管226带动圆形磁铁220、221收缩于所述声音采集传感器旋转收缩口2930、2931中。
本发明实施例提供的一种可固定在移动设备上利用声音信号测量列车距离的装置的结构示意图如图8所示，包括安装孔310、311、312、313，控制电路板320，电池330，声音采集传感器350、351，声音采集传感器连接线340、341，方形磁铁360、361，安装带通孔370，安装底板380；所述安装孔310、311、312、313和安装带通孔370用于将测量列车距离的装置安装在可移动设备上如探伤车、轨道检测车；所述电池330、声音采集传感器连接线340、341与控制电路板320连接；所述声音采集传感器350、351安装在方形磁铁360、361的内部。本发明实施例提供的另一种可固定在移动设备上利用声音信号测量列车距离的装置的整体结构仰视图如图9所示，方形磁铁360、361可直接吸附在可移动设备的金属表面用于检测列车距离。
本发明实施例提供的一种可穿戴设备的结构示意图如图10所示，包括显示器410，无线接收模块420，电池430、按键440、441和一震动马达、报警器(图中未画出)，控制电路板450；所述显示器410，无线接收模块420，电池430、按键440、441，一震动马达、报警器与控制电路板450相连，穿戴设备可戴在手上，接收由测量列车距离的装置200发送而来的数据信息。所述控制电路板320与控制电路板240类似，只是控制电路板320中不含有伺服机构控制单元，主要用于可移动设备，提供给移动设备避障信息。
如上所述的控制电路板240中都包含有DSP(digital signal processing，数字信号处理)或其它微处理器、加速度传感器、无线发送模块、滤波放大电路、输入设备。加速度传感器检测到钢轨的振动情况，将检测到的振动幅度传输给控制电路板中的DSP，声音采集传感器将采集的声音信号传输给控制电路板中的DSP，DSP根据声音信号的强度和/或振动幅度获取列车距离，将列车距离传输给所述无线发送模块，所述无线发送模块将所述列车距离发送出去。
所述控制电路板中的DSP接收两个声音采集传感器传输过来的声音信号，声音信号要预先经过滤波处理，计算经过滤波后的声音信号的强度值，判断该强度值是否属于噪声，如果不是噪声则进行特定语言识别，识别出是否属于列车的声音。声音识别过程包括；预先采集多种列车的声音信号特征，建立列车语音库，将该语音库存储在DSP***的存储器内部；将检测到的声音信号与列车语音库进行匹配，当声音信号与列车语音库中的任一个声音信号的特征匹配后，则确认声音信号为列车声音信号，由此排除由环境造成的干扰。
确认声音信号为列车声音信号之后，根据声音信号的强度和声音采集传感器的位置坐标来计算上述测量列车距离的装置所在的测量点与列车之间的距离，该距离即为列车距离。
DSP判断计算出的列车距离小于设定的阈值后，向伺服机构发送控制命令，伺服机构接收到上述控制命令后，控制伺服机构旋转轴旋转收起。输入设备用于设置该列车测距装置的工作方式，也可设置成两个测量列车距离的装置串联成一个装置使用，一个检测同向列车，一个检测反向列车，还可将多个测量列车距离的装置进行组合同时工作共同防护，可与可穿戴设备自由配对。
所述测量列车距离的装置可以包含至少两个声音采集传感器，类似于双耳定位原理，所述控制电路板可以根据至少两个声音采集传感器采集的声音信号的相位检测出列车的行驶方向。
综上所述，本发明实施例通过将声音采集传感器安装于圆形磁铁上，将圆形磁铁吸附在列车线路的钢轨上或者吸附在钢轨上移动的设备上，可有效地检测出列车的距离信息，保障作业人员的安全。并且具有如下的优点：
1、对比于激光、雷达测距仪，声音在铁轨中传播速度快、传输距离远、可沿铁轨曲线传播、受障碍物的影响小，因此，本发明实施例的测量列车距离的装置根据声音采集传感器采集的声音信号的强度，或者同时根据声音信号的强度和钢轨振动强度来计算出列车的距离，具有比较高的检测精度。对复杂环境具有更强的适应性，适应能力强。
2、通过空心支架底部的磁铁直接吸附于铁轨表面，安装使用方便，空心支架内部有弹簧，列车驶过时对检测装置的震动起缓冲作用，有效保护内部装置。
3、声音采集传感器安装在磁铁内部，磁铁又紧吸附于钢轨表面，列车驶过时又可收起声音采集传感器，提高检测可靠性同时有效保护传感器；
4、用两个声音采集传感器，类似于双耳定位原理，测量出列车的行驶方向；
5、也可安装于在铁路上作业的探伤车、轨道检测等可移动设备上；
6、可将列车的位置信息发送到可穿戴设备上，及时提醒人员，有效起到安全防护作用；
7、可通过输入设备的设置将多个检测装置进行组合同时工作共同防护，可与可穿戴设备自由配对；
8、无特殊器件、制造成本极低，便于推广使用。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或***实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及***实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种利用声音信号测量列车距离的装置，其特征在于，包括：第一磁铁、第二磁铁、声音采集传感器、控制电路板和所述控制电路板连接的伺服机构，所述第二磁铁吸附在铁轨上，所述声音采集传感器安装于所述第一磁铁上，所述第一磁铁吸附在列车线路的钢轨上或者吸附在钢轨上移动的设备上，所述声音采集传感器和所述控制电路板连接；
所述声音采集传感器将采集的声音信号传输给所述控制电路板，所述控制电路板根据所述声音信号的强度获取列车距离；
所述伺服机构将伺服机构旋转轴、空心连接件、可形变胶体管、所述声音采集传感器、所述第一磁铁连接于一体，在所述控制电路板的控制下，所述伺服机构带动所述空心连接件、可形变胶体管、声音采集传感器、第一磁铁环绕所述伺服机构旋转轴旋转；所述声音采集传感器***到所述第一磁铁的内部，所述声音采集传感器的连接线穿过空心连接件和可形变胶体管内孔连接于控制电路板；
所述的装置还包括通过弹簧互相连接的支架收缩盒和空心支架，所述第二磁铁安装在所述空心支架上；
所述装置的底板上设置有空心支架通孔，所述空心支架通孔的周围设置有扣件固定缺口和声音采集传感器旋转收缩口，所述空心支架被压缩至所述支架收缩盒内部，旋转90°后固定于所述扣件固定缺口上，通过所述伺服机构旋转轴旋转,使所述可形变胶体管带动所述第一磁铁收缩于所述声音采集传感器旋转收缩口中。
2.根据权利要求1所述的利用声音信号测量列车距离的装置，其特征在于，所述声音采集传感器至少为两个，所述控制电路板根据至少两个声音采集传感器采集的声音信号的相位检测出列车的行驶方向。
3.根据权利要求1所述的利用声音信号测量列车距离的装置，其特征在于，所述的装置还包括：电源单元，所述电源单元给所述声音采集传感器、控制电路板供电。
4.根据权利要求1所述的利用声音信号测量列车距离的装置，其特征在于，当所述第一磁铁吸附在钢轨上移动的设备上时，所述的装置还包括：安装带通孔和安装孔，所述安装带通孔和安装孔将所述装置安装在所述钢轨上移动的设备上。
5.根据权利要求1至4任一项所述的利用声音信号测量列车距离的装置，其特征在于，所述的控制电路板包括：处理器、无线发送模块和加速度传感器，所述加速度传感器、无线发送模块和所述处理器电连接，所述加速度传感器检测所述钢轨的振动情况，将检测到的振动幅度传输给所述处理器，所述处理器根据所述振动幅度获取列车距离，将所述列车距离传输给所述无线发送模块，所述无线发送模块将所述列车距离发送出去。
6.根据权利要求5所述的利用声音信号测量列车距离的装置，其特征在于:
所述的控制电路板中的处理器,用于接收声音采集传感器传输过来的声音信号，对所述声音信号进行滤波处理，计算经过滤波后的声音信号的强度值，判断所述强度值判断不属于噪声后，将所述声音信号与预先建立的列车语音库进行匹配，当所述声音信号与列车语音库中的任一个声音信号的特征匹配后，则确认声音信号为列车声音信号；
根据所述声音信号的强度和所述装置的位置坐标来计算所述装置所在的测量点与列车之间的距离。
7.根据权利要求6所述的利用声音信号测量列车距离的装置，其特征在于，所述的控制电路板还包括输入设备，所述输入设备设置所述装置的工作方式。
8.根据权利要求5所述的利用声音信号测量列车距离的装置，其特征在于，所述的装置还包括：可穿戴设备，所述可穿戴设备包括显示器、无线接收模块和电池，所述无线接收模块和所述显示器电连接，所述电池给所述显示器、无线接收模块供电，所述无线接收模块将所述控制电路板发送过来的列车距离信息传输给显示器，所述显示器将所述列车距离信息进行显示。
9.根据权利要求8所述的利用声音信号测量列车距离的装置，其特征在于，所述的可穿戴设备还包括互相电连接的控制电路板和报警器，所述控制电路板和所述无线接收模块电连接，判断所述列车距离小于设定的阈值后，控制所述报警器发出报警。
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