CN110146863B - 一种驼峰雷达设备在线监测***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种驼峰雷达设备在线监测***及方法，通过设置电流检测电路和电压检测电路，能够连续、实时地监测驼峰雷达设备的送端电流、自检电压以及脉冲电压，根据检测得到的电流和电压分析雷达设备运行状态，是否故障以及故障位置，同时根据检测数据计算列车的车速，判断车速是否大于阈值。本发明检测精度高、功能齐全，能够实现对驼峰雷达设备的实时监测，并记录检测数据，能够满足电务段、驼峰车间工区对于驼峰站雷达设备的管理和现场维护的实际需要，弥补了目前国内关于驼峰雷达设备在线监测的空缺。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通监测领域，具体涉及一种驼峰雷达设备在线监测***及方法。
背景技术
随着我国编组站逐步实现了驼峰自动化，驼峰信号设备的日常维护问题日渐突出，现有技术对信号设备中雷达设备的日常维护，主要存在以下几个突出问题：
1、目前，驼峰车站雷达设备电气参数实时在线监测处在空缺状态，导致雷达设备前期故障隐患不能被及时发现，并且在雷达故障时，缺乏故障前后的电气参数记录数据，给现场故障定位、故障排查造成很***烦，严重影响现场故障排查效率。
2、现场工区对雷达设备的日常检修，只停留在用手持普通万用表直流档测试雷达输出电压。缺乏每台雷达的自检电压、脉冲电压、脉冲频率、车辆速度的测量***。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，从而提供一种驼峰雷达设备在线监测***及方法，具体方案如下：
一种驼峰雷达设备在线监测***，所述监测***包括处理器、电流检测电路和电压检测电路；
所述电压检测电路中设置有第一熔断器、第二熔断器、第一电阻、第二电阻、第一TVS管、共模电感、第一运放、第二运放、光电隔离器、第三运放和第四运放；
所述第一熔断器的一端用于外部负极输入，所述第一熔断器的另一端连接第一电阻的一端，所述第一电阻的一端连接第一TVS管的第一端，第一TVS管的第二端连接第二电阻的一端，第二电阻的另一端连接第二熔断器的一端，第二熔断器的另一端用于外部正极输入；
所述第一TVS管的第一端和第二端分别连接共模电感的引脚1和引脚2；所述共模电感的引脚3连接第一运放的正极输入端，所述第一运放的负极输入端连接所述第一运放的输出端；所述共模电感的引脚4连接第二运放的负极输入端，第二运放的正极输入端连接第一运放的输出端，第二运放的输出端连接光电隔离器的第一输入，光电隔离器的第二输入用于连接电源；所述共模电感的引脚4和第一运放的输出端还分别连接所述光电隔离器的第一输出端和第二输出端；
所述光电隔离器的第三输出端和第四输出端分别连接第三运放的负极输入端和正极输入端；所述第三运放的输出端连接第四运放的正极输入端，第四运放的正极输入端和负极输入端分别连接所述第四运放的输出端；所述第四运放的输出端作为电压检测电路的输出端。
进一步的，所述电压检测电路包括：用于检测雷达自检电压的第一电压检测电路以及用于检测雷达脉冲电压的第二电压检测电路。
进一步的，所述监测***还包括用于检测雷达设备送端电压的第三电压检测电路，所述第三电压检测电路中设置有第三熔断器、第四熔断器、第三电阻、第四电阻、第二TVS管、电磁隔离器、第五运放和第六运放；
所述第三熔断器的一端用于连接外部负极输入，第三熔断器的另一端连接第三电阻的一端，第三电阻的另一端连接第二TVS管的第一端，第二TVS管的第二端连接第四电阻的一端，第四电阻的另一端连接第四熔断器的一端，第四熔断器的另一端用于连接外部正极输入；
所述第二TVS管的第一端和第二端分别连接电磁隔离器的第一引脚和第二引脚；所述电磁隔离器的第三引脚和第四引脚分别连接第五运放的负极输入端和正极输入端；第五运放的输出端连接所述第六运放的负极输入端，第六运放的正极输入端用于连接电源，第六运放的输出端作为第三电压检测电路的输出端。
进一步的，所述电流检测电路中设置有电流传感器，所述电流传感器的输出端通过第三TVS管、第七运放、第八运放连接所述电流检测电路的输出端；所述电流检测电路的输出端连接所述处理器。
本发明还提供了一种驼峰雷达设备在线监测方法，包括以下步骤：
通过权利要求1所述驼峰雷达设备在线监测***获取雷达分线盘处雷达的自检电压，将所述自检电压与对应阈值进行比较，如果所述自检电压大于对应阈值，则雷达处于自检状态；如果所述自检电压小于对应阈值，则雷达处于测速状态；
如果雷达处于自检状态，则判断雷达输出的频率是否为标准频率，如果是，则发出雷达正常信息；如果否，则发出雷达故障报警信息。
进一步的，获取所述驼峰雷达的送端电压和送端电流，如果所述送端电压或送端电流超出对应的阈值，则发出室内雷达电源异常报警，并提示故障位置为室内电源屏输出。
进一步的，获取雷达输出端的脉冲电压，根据所述脉冲电压获取脉冲频率；
根据雷达类型获取雷达频率；
如果所述雷达处于测速状态，则根据所述脉冲频率和雷达频率计算得到列车速度，判断所述列车速度是否大于速度阈值，如果大于则发出超速报警信号，计算所述列车速度的公式为：
v＝a*Fd
其中，v为所述列车速度，a为根据所述雷达频率得到的系数，Fd为所述脉冲频率。
进一步的，当所述雷达频率为35.1GHz时，a＝0.0153846；当所述雷达频率为37.5GHz时，a＝0.0144。
本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体地说，本发明具有以下优点：
本发明通过设置电流检测电路和电压检测电路，能够连续、实时地监测驼峰雷达设备的送端电流、自检电压以及脉冲电压，根据检测得到的电流和电压分析雷达设备运行状态，是否故障以及故障位置，同时根据检测数据计算列车的车速，判断车速是否大于阈值。本发明检测精度高、功能齐全，能够实现对驼峰雷达设备的实时监测，并记录检测数据，能够满足电务段、驼峰车间工区对于驼峰站雷达设备的管理和现场维护的实际需要，弥补了目前国内关于驼峰雷达设备在线监测的空缺。
附图说明
图1是本发明实施例中的方法流程图；
图2是本发明实施例中电压检测电路图；
图3是本发明实施例中自检电压检测位置示意图；
图4是本发明实施例中雷达送端电压检测电路示意图；
图5是本发明实施例中电流检测电路图；
图6是本发明实施例中DSP的引脚示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
实施例
***结构
本实施例中驼峰雷达设备在线监测***包括送端电流检测电路、送端电压检测电路、自检电压检测电路和脉冲电压检测电路，送端电压、送端电流和自检电压的检测位置均在分线盘，雷达脉冲电压的采样位置在分线盘雷达输出端。电压电流检测电路均连接处理单元，处理单元连接远程终端，实现雷达设备送端电压、送端电流和受端电压的实时监测。
自检电压电路
雷达自检电压的采样位置在分线盘，如图3中的20、21位置，自检电压的电压检测电路将检测到的自检电压发送给处理器，如图6所示，处理器自动判断雷达状态(自检状态或者测速状态)。自检电压检测电路结构如图2所示，检测电路中设置有PUSE3、PTC3、R35、TVS管TVS3、PUSE4、PTC4、R36、共模电感L1、运放U1A、运放U1B、光电隔离器U2、运放U3A和运放U3B。
PUSE3的一端用于连接外部负极输入IN-，另一端与PTC3、R35依次串设，R35的另一端连接TVS3的第一端，TVS3的第二端依次连接R36、PTC4和PUSE4，PUSE4的另一端用于连接外部正极输入IN+。
TVS3的第一端和第二端分别连接共模电感L1的引脚1和引脚2；共模电感L1的引脚3连接运放U1A的正极输入端，运放U1A的负极输入端连接运放U1A的输出端；共模电感L1的引脚4连接运放U1B的负极输入端，运放U1B的正极输入端连接运放U1A的输出端，运放U1B的输出端连接光电隔离器U2的第一输入，光电隔离器U2的第二输入用于连接电源；共模电感L1的引脚4和运放U1A的输出端还分别连接光电隔离器U2的第一输出端和第二输出端；
光电隔离器U2的第三输出端和第四输出端分别连接运放U3A的负极输入端和正极输入端；运放U3A的输出端连接运放U3B的正极输入端，运放U3B的正极输入端和负极输入端分别连接运放U3B的输出端；运放U3B的输出端作为电压检测电路的输出端。
TVS3为瞬变电压抑制二极管，L1为共模电感，用于滤除共模干扰，本实施例中型号为SF0602221YL；U2为光电隔离，本实施例中型号为HCNR201。
U1A、U1B、U3A、U3B均为运算放大器，用于调理信号，U1A是跟随器，将输入取样电阻R1的电压经过VREF抬升后的信号进行跟随输出。U1B是将U2输出信号反馈到U2输入端，作用是通过反馈通路的非线性来抵消直通通路的非线性，从而实现信号的线性传递。U3A的作用是将U2输出的电流信号转换为电压信号。U3B的作用是信号的低通滤波和放大。经过信号调理后自检电压检测电路的输出端AD3连接DSP的管脚，由DSP完成采集。
雷达脉冲电压的采样位置在分线盘雷达输出端，如图3中的22、23位置，实时采集雷达输出脉冲信号的峰峰值电压，本实施例中规定脉冲峰峰值电压不小于8V，在采集的峰峰值电压小于8V时，进行及时报警。脉冲电压检测电路的电路图与自检电压检测电路相同，如图2所示。
送端检测电路
雷达送端工作电压、送端电流是电源屏输出经分线盘直接供到室外的，则送端电压和送端电流的检测位置如图3中防雷分线柜位置的LJZ220、LJF220。送端电压采集是在LJZ220、LJF220上并接两根采样线，检测电路如图4所示，电路的输入端经过保险、PTC、高阻、TVS1，再经电磁隔离器件TR1后，经两个运算放大器对信号调理后输出AD1，AD1直接连接到DSP的管脚，由DSP完成采集。
PUSE1的一端用于连接外部负极输入V1，PUSE1的另一端依次连接PTC1、R42，R42的另一端连接TVS1的第一端，TVS1的第二端连接R43的一端，R43的另一端连接PTC2的一端，PTC2的另一端连接PUSE2的一端，PUSE2的另一端用于连接外部正极输入V+。
TVS1的第一端和第二端分别通过电阻R29、R30连接电磁隔离器TR1的第一引脚和第二引脚；电磁隔离器TR1的第三引脚和第四引脚分别连接运放U10A的负极输入端和正极输入端；运放U10A的输出端连接运放U10B的负极输入端，运放U10B的正极输入端用于连接电源，运放U10B的输出端作为送端电压检测电路的输出端。
其中第一级运放U10A是将电流转换为电压，原因是TR1为1mA输入/1mA输出的电磁隔离模块，所以第一级运放U10A将电流转换成电压。第二级运放U10B作用是信号调理，进行信号放大抬升、滤波。TVS管(瞬变电压抑制器)防止因遭到类似高压冲击而串入后级的测量电路中，提高模块耐高压的能力。
送端电流检测电路如图5所示，采用穿心互感器确保与被测线缆的隔离，即图3中LJF220这根线从互感器中心穿过，由互感器通过电磁感应采集后输出，经过取样、TVS2防护和运放调理后输出AD2，AD2直接连接到DSP的管脚，由DSP完成采集。
方法原理
利用上述描述的电路结构对驼峰雷达设备进行检测，获取对应位置的电压和电流数据，并对获取的数据进行处理分析。如图1所示，检测雷达分线盘处雷达的自检电压，将自检电压与对应阈值进行比较，如果自检电压大于对应阈值，则雷达处于自检状态；如果自检电压小于对应阈值，则雷达处于测速状态，则计算车辆速度。
如果雷达处于自检状态，则判断雷达输出的频率是否为标准频率，如果是，则发出雷达正常信息；如果否，则发出雷达故障报警信息。
驼峰雷达的脉冲频率和车辆速度是DSP根据在分线柜采集的雷达输出端(图3中22、23)的原始信号(即脉冲电压)，经快速捕获、计算得出的脉冲频率，根据脉冲频率、雷达类型和雷达状态，实时计算出车辆溜放速度。本实施例中雷达类型包括两种：35.1GHz和37.5GHz。
本实施例中雷达状态是根据自检电压大小判断的，例如自检电压低于阈值时，雷达处在测速状态，高于阈值时，处在自检状态。当雷达在测速状态时，根据公式计算车辆速度，如果雷达处在自检状态，则不显示速度值。测速状态是有列车经过雷达，自检状态是没有车经过，因此在这种状态下，是没有速度值的，雷达输出一个固定频率信号，这个固定频率的信号与标准频率比较，如果频率正常，说明雷达设备正常，如果这个信号频率超限不正常了，说明雷达有故障。
列车速度与脉冲频率之间的关系如下：
35.1GHz雷达：v(km/h)＝0.0153846×Fd(Hz) (1)
37.5GHz雷达：v(km/h)＝0.0144×Fd(Hz) (2)
其中Fd为脉冲频率，v为列车速度。
在雷达测速状态，如果列车速度超限，则进行“车辆速度超限”报警，并提示故障位置为室外雷达设备。在送端电压超出阈值(可设置)时，进行“室内雷达电源异常”报警，并提示故障位置为室内电源屏输出。
在自检电压超出阈值(可设置)时，进行“室内自检电压异常”报警，并提示故障位置为室内自检电压控制回路和电源屏输出。当雷达脉冲电压超出阈值(可设置)时，进行“室外雷达输出脉冲电压偏低”报警，并提示故障位置为室外雷达设备电源。
在雷达自检状态，雷达频率超出自检频率限值(可设置)，进行“雷达输出脉冲频率异常”报警，并提示故障位置为室外雷达设备；
本发明中送端电流的采集采用穿心电流互感器，与被测设备安全隔离。送端电压、自检电压和脉冲电压的检测输入高低端之间分别增加熔断保险丝，防止输入高低端子间短路。分压回路中串入PTC(可恢复保险丝)元件，在输入端回路电流超标时发挥作用。
限流电阻(高阻)采用1兆欧、2W的氧化金属膜电阻，强电压输入经高阻分压取样后，弱电压信号进入后级处理电路，后级电路中配置TVS管(瞬变电压抑制器)、光电隔离等措施，防止因遭到高压冲击而串入后级的测量电路中，提高耐高压的能力。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (8)
1.一种驼峰雷达设备在线监测***，其特征在于：所述监测***包括处理器、电流检测电路和电压检测电路；
所述电压检测电路中设置有第一熔断器、第二熔断器、第一电阻、第二电阻、第一TVS管、共模电感、第一运放、第二运放、光电隔离器、第三运放和第四运放；
所述第一熔断器的一端用于外部负极输入，所述第一熔断器的另一端连接第一电阻的一端，所述第一电阻的一端连接第一TVS管的第一端，第一TVS管的第二端连接第二电阻的一端，第二电阻的另一端连接第二熔断器的一端，第二熔断器的另一端用于外部正极输入；
所述第一TVS管的第一端和第二端分别连接共模电感的引脚1和引脚2；所述共模电感的引脚3连接第一运放的正极输入端，所述第一运放的负极输入端连接所述第一运放的输出端；所述共模电感的引脚4连接第二运放的负极输入端，第二运放的正极输入端连接第一运放的输出端，第二运放的输出端连接光电隔离器的第一输入，光电隔离器的第二输入用于连接电源；所述共模电感的引脚4和第一运放的输出端还分别连接所述光电隔离器的第一输出端和第二输出端；
所述光电隔离器的第三输出端和第四输出端分别连接第三运放的负极输入端和正极输入端；所述第三运放的输出端连接第四运放的正极输入端，第四运放的正极输入端和负极输入端分别连接所述第四运放的输出端；所述第四运放的输出端作为电压检测电路的输出端。
2.根据权利要求1所述的驼峰雷达设备在线监测***，其特征在于，所述电压检测电路包括：用于检测雷达自检电压的第一电压检测电路以及用于检测雷达脉冲电压的第二电压检测电路。
3.根据权利要求2所述的驼峰雷达设备在线监测***，其特征在于：所述监测***还包括用于检测雷达设备送端电压的第三电压检测电路，所述第三电压检测电路中设置有第三熔断器、第四熔断器、第三电阻、第四电阻、第二TVS管、电磁隔离器、第五运放和第六运放；
所述第三熔断器的一端用于连接外部负极输入，第三熔断器的另一端连接第三电阻的一端，第三电阻的另一端连接第二TVS管的第一端，第二TVS管的第二端连接第四电阻的一端，第四电阻的另一端连接第四熔断器的一端，第四熔断器的另一端用于连接外部正极输入；
所述第二TVS管的第一端和第二端分别连接电磁隔离器的第一引脚和第二引脚；所述电磁隔离器的第三引脚和第四引脚分别连接第五运放的负极输入端和正极输入端；第五运放的输出端连接所述第六运放的负极输入端，第六运放的正极输入端用于连接电源，第六运放的输出端作为第三电压检测电路的输出端。
4.根据权利要求1所述的驼峰雷达设备在线监测***，其特征在于：所述电流检测电路中设置有电流传感器，所述电流传感器的输出端通过第三TVS管、第七运放、第八运放连接所述电流检测电路的输出端；所述电流检测电路的输出端连接所述处理器。
5.一种驼峰雷达设备在线监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过权利要求1所述驼峰雷达设备在线监测***获取雷达分线盘处雷达的自检电压，将所述自检电压与对应阈值进行比较，如果所述自检电压大于对应阈值，则雷达处于自检状态；如果所述自检电压小于对应阈值，则雷达处于测速状态；
如果雷达处于自检状态，则判断雷达输出的频率是否为标准频率，如果是，则发出雷达正常信息；如果否，则发出雷达故障报警信息。
6.根据权利要求5所述的驼峰雷达设备在线监测方法，其特征在于：获取所述驼峰雷达的送端电压和送端电流，如果所述送端电压或送端电流超出对应的阈值，则发出室内雷达电源异常报警，并提示故障位置为室内电源屏输出。
7.根据权利要求6所述的驼峰雷达设备在线监测方法，其特征在于：获取雷达输出端的脉冲电压，根据所述脉冲电压获取脉冲频率；
根据雷达类型获取雷达频率；
如果所述雷达处于测速状态，则根据所述脉冲频率和雷达频率计算得到列车速度，判断所述列车速度是否大于速度阈值，如果大于则发出超速报警信号，计算所述列车速度的公式为：
v＝a*Fd
其中，v为所述列车速度，a为根据所述雷达频率得到的系数，Fd为所述脉冲频率。
8.根据权利要求7所述的驼峰雷达设备在线监测方法，其特征在于：当所述雷达频率为35.1GHz时，a＝0.0153846；当所述雷达频率为37.5GHz时，a＝0.0144。
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