CN111483494A - 一种抗干扰、高精度的智能铁路计轴设备 - Google Patents

Abstract

一种抗干扰、高精度的智能铁路计轴设备，属于铁路计轴设备领域。本发明包括霍尔元件、永磁体、壳体和控制电路，霍尔元件和永磁体上下对称安装在壳体内部，控制电路安装在壳体上，控制电路和霍尔元件连接有电源的正负两极，永磁体在霍尔元件感应范围内产生恒定磁场，壳体侧面垂直向下安装在铁路钢轨内侧壁，当有列车经过壳体上方时，由于列车车轮的导磁性影响霍尔元件周围磁场产生变化，当检测到磁场变化时，判断是否真有车轮经过，若判断为假，控制电路不动作，若判断为真，通过控制电路输出脉冲信号供上位机检测。本发明解决了现有的计轴设备计轴错误率高、损坏率高、出厂和维护成本高的问题，本发明计轴精确、故障率低、检修方便。

Description

一种抗干扰、高精度的智能铁路计轴设备

技术领域

本发明涉及一种抗干扰、高精度的智能铁路计轴设备，属于铁路计轴设备领域。

背景技术

铁路计轴设备是铁路领域应用于车号识别***、道口报警***、铁路车辆5T***、6C***、机车定位***、货车装载状态视频监控***等的重要传感器部件，主要以检测列车车速、判断来车方向、计轴判辆等功能，是铁路***中不可或缺的一部分。

现有的铁路计轴设备主要有无源计轴设备和有源计轴设备两种：

无源计轴设备利用车轮等导磁体切割磁力线产生感应电动势的电磁感应基本原理，输出交流模拟信号，上位机接收模拟信号后通过模数转换器将感应电动势转变成数字信号进行分析处理。这种方式的缺点是：当列车时速低于5km/h行驶时，输出模拟信号较弱，上位机很难准确判断是否有车轮通过，极易产生延迟触发或丢失检测信号现象。

有源计轴设备通过稳定的直流电源供电，内部固定永磁体提供稳定的空间磁场，控制器上集成的磁性霍尔开关器件感知磁场的存在，当列车经过时，车轴的导磁特性会使得永磁体空间磁场发生变化，增大磁性霍尔开关器件的磁通，最终利用其开关特性输出直流脉冲信号，上位机无需通过模数转换即可判断是否有车轮通过。这种方式的缺点是：

1.由于磁性霍尔开关元件的开关条件固定，对于计轴设备内部永磁体和磁性霍尔开关空间排布要求较高，内部结构稍有变动，就会引起计轴设备较大的性能变化。导致其性能不一，成品率低，出厂成本相对较高。

2.由于磁性霍尔开关元件的开关条件固定，且其安装的卡具和钢轨都是导磁物体，并且有源计轴设备表面感应范围窄，因此，对于其安装方式要求较高，否则会出现持续输出高电平脉冲或持续输出低电平脉冲的现象，且在列车蛇形晃动时，容易出现多轴或丢轴的现象；即使是同一个计轴设备，安装在不同的车辆段，其性能都可能出现很大偏差，导致其计轴不准确，实际应用显示，丢轴和多轴的现象都时有发生。

3.由于磁性霍尔元件的温度特性，在其应用过程中，周围环境温度变化会导致霍尔元件性能的变化，环境温度高时，霍尔元件的工作较温度低时更灵敏，因此，在北方一些冬天温度低的地区，其工作性能会受到较大影响，导致丢轴或多轴现象的发生。

4.由于计轴设备没有其状态显示的功能，使得其损坏或出故障后不能被及时发现且查找故障设备时费时费力。

5.由于有源计轴设备长期在户外使用，在使用过程中，雷电或静电以及钢轨上较大的电流变化都会给设备造成较大干扰或者损坏，根据铁路部门的反馈显示，每年由于天气等原因损坏计轴设备的例子屡见不鲜。

6.由于不同车辆段对计轴设备的需求不同，一些车辆段需要高电平为计轴判辆的依据，一些车辆段需要低电平作为计轴判辆的依据，所以在厂家生产时，都采用了两种方案，以适应不同铁路车辆段的要求，这样做使得研发成本和投入及生产成本均有不同程度的增加。

因此，亟需提出一种抗干扰、高精度的智能铁路计轴设备，以解决上述技术问题。

发明内容

本发明研发目的是为了解决现有的无源计轴设备和有源计轴设备技术手段不够成熟，在现实使用中存在大量缺陷的问题，在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。

本发明的技术方案：

一种抗干扰、高精度的智能铁路计轴设备，包括霍尔元件、永磁体、壳体和控制电路，霍尔元件和永磁体上下对称安装在壳体内部，控制电路安装在壳体上，控制电路和霍尔元件与连接有电源的正负两极，永磁体在霍尔元件感应范围内产生恒定磁场，壳体侧面垂直向下安装在铁路钢轨内侧壁，当有列车经过壳体时，由于列车车轮的导磁性，会影响霍尔元件周围磁场产生变化，当检测到穿过霍尔元件的磁场变化时，结合控制电路的温度补偿及其他干扰项的补偿功能，判断是否真有车轮经过，若判断为假，控制电路不动作，若判断为真，通过控制电路输出脉冲信号给上位机检测。优选的：所述控制电路包括抗干扰电路、电压转换电路、稳压电路、电路霍尔检测电路、MCU微控制器、输出处理电路、LED状态显示电路、按键输入电路、LED显示器和按键，电源与抗干扰电路连接，抗干扰电路与电压转换电路连接，电压转换电路与稳压电路连接，稳压电路分别与霍尔检测电路和MCU微控制器连接，MCU微控制器上分别连接有输出处理电路、LED状态显示电路和按键显示电路，输出处理电路的输出端与输出信号线连接，LED状态显示电路与LED显示器连接，按键输入电路与按键连接。

优选的：所述霍尔检测电路上设置安装有磁传感器和温度传感器。

优选的：所述抗干扰电路内部配有防雷、防静电电路、电源保护电路、稳压电路。在保证计轴设备不易被损坏的前提下，还保证其工作性能的可靠性。

优选的：所述MCU微控制器为智能计轴设备的主控制器，检测设备中磁性霍尔传感器的磁场变化和温度变化，MCU微控制器根据周围温度变化进行计算并对磁场强度进行温度补偿，MCU微控制器根据应用的车辆段，结合列车时速范围，智能筛有价值的数据，防止多轴现象的出现。

优选的：所述LED状态显示电路和LED显示器反映出计轴设备的工作状态和来车状态，当计轴设备正常工作且无车轮经过时，LED显示器处于常亮状态，当计轴设备正常工作且有车轮经过其表面时，LED显示器处于熄灭状态，车轮经过后立即调整为常亮状态。当计轴设备出现电源故障或传感器故障时，LED显示器处于常灭状态，提醒工作人员进行检修。当计轴设备周围磁场干扰较大时，LED显示器处于闪烁状态，闪烁周期1s，当计轴设备电源输入不稳定但不影响其正常工作时，LED显示器处于闪烁状态，闪烁周期3s，提醒工作人员进行检查。

优选的：所述按键输入电路能通过按键改变计轴设备的输出状态，计轴设备默认高电平为上位机计轴依据，上位机需要低电平作为计轴依据时，可通过长按按键3秒，待LED显示器闪烁3次后即设置成功。

优选的：一种抗干扰、高精度的智能铁路计轴设备，还包括安装卡具5，安装卡具5固定安装在铁轨内侧，壳体固定安装在安装卡具5顶端，壳体上端面距离铁轨上端面的垂直距离为35±2mm。

本发明为了解决现有铁路无源计轴设备，当列车低速行驶时，输出模拟信号较弱，上位机很难准确判断是否有车轮通过，极易产生延迟触发或丢失检测信号现象的问题和现有铁路有源计轴设备由于成品率低，成本相对较高的问题，其技术方案为：

一种抗干扰、高精度的智能铁路计轴设备，包括霍尔元件、永磁体、壳体和控制电路，霍尔元件和永磁体上下对称安装在壳体内部，控制电路安装在壳体上，控制电路和霍尔元件与连接有电源的正负两极，永磁体在霍尔元件感应范围内产生恒定磁场，壳体侧面垂直向下安装在铁路钢轨内侧壁，当有列车经过壳体时，由于列车车轮的导磁性，会影响霍尔元件周围磁场产生变化，当检测到穿过霍尔元件的磁场变化时，结合控制电路的温度补偿及其他干扰项的补偿功能，判断是否真有车轮经过，若判断为假，控制电路不动作，若判断为真，通过控制电路输出脉冲信号给上位机检测。

优选的：所述控制电路包括抗干扰电路、电压转换电路、稳压电路、霍尔检测电路、MCU微控制器、输出处理电路、LED状态显示电路、按键输入电路、LED显示器和按键，电源与抗干扰电路连接，抗干扰电路与电压转换电路连接，电压转换电路与稳压电路连接，稳压电路分别与霍尔检测电路和MCU微控制器连接，MCU微控制器上分别连接有输出处理电路、LED状态显示电路和按键输入电路，输出处理电路的输出端与输出信号线连接，LED状态显示电路与LED显示器连接，按键显示电路与按键连接。

优选的：所述MCU微控制器为智能计轴设备的主控制器，检测设备中磁性霍尔传感器的磁场和温度变化，MCU微控制器根据周围温度变化进行计算并对磁场强度进行温度补偿，MCU微控制器根据应用的车辆段，结合列车时速范围和钢轨附近干扰项强度，智能筛有价值的数据，防止多轴或丢轴现象的出现。

本发明为了解决现有铁路有源计轴设备对安装条件要求较高，容易出现丢轴和多轴现象的问题和现有铁路有源计轴设备受工作环境温度影响较大，温度低时容易丢轴或多轴的问题以及现有铁路有源计轴设备长期在户外使用，容易遭受雷击和静电被损坏的问题，其技术方案为：

一种抗干扰、高精度的智能铁路计轴设备，包括霍尔元件、永磁体、壳体和控制电路，霍尔元件和永磁体上下对称安装在壳体内部，控制电路安装在壳体上，控制电路和霍尔元件与连接有电源的正负两极，永磁体在霍尔元件感应范围内产生恒定磁场，壳体侧面垂直向下安装在铁路钢轨内侧壁，当有列车经过壳体时，由于列车车轮的导磁性，会影响霍尔元件周围磁场产生变化，当检测到穿过霍尔元件的磁场变化时，结合控制电路的温度补偿及其他干扰项的补偿功能，判断是否真有车轮经过，若判断为假，控制电路不动作，若判断为真，通过控制电路输出脉冲信号给上位机检测。

优选的：所述控制电路包括抗干扰电路、电压转换电路、稳压电路、霍尔检测电路、MCU微控制器、输出处理电路、LED状态显示电路、按键显示电路、LED显示器和按键，电源与抗干扰电路连接，抗干扰电路与电压转换电路连接，电压转换电路与稳压电路连接，稳压电路分别与霍尔检测电路和MCU微控制器连接，MCU微控制器上分别连接有输出处理电路、LED状态显示电路和按键显示电路，输出处理电路的输出端与输出信号线连接，LED状态显示电路与LED显示器连接，按键显示电路与按键连接。

优选的：所述霍尔检测电路上设置安装有磁传感器和温度传感器。

优选的：所述抗干扰电路内部配有防雷、防静电电路、电源保护电路、稳压电路。在保证计轴设备不易被损坏的前提下，还保证其工作性能的可靠性。

优选的：所述MCU微控制器为智能计轴设备的主控制器，检测设备中磁性霍尔传感器的磁场和温度变化，MCU微控制器根据周围温度变化进行计算并对磁场强度进行温度补偿，MCU微控制器根据应用的车辆段，结合列车时速范围和钢轨附近干扰项强度，智能筛有价值的数据，防止多轴或丢轴现象的出现。

本发明为了解决现有铁路有源计轴设备故障排查困难的问题，其技术方案为：

一种抗干扰、高精度的智能铁路计轴设备，包括霍尔元件、永磁体、壳体和控制电路，霍尔元件和永磁体上下对称安装在壳体内部，控制电路安装在壳体上，控制电路和霍尔元件与连接有电源的正负两极，永磁体在霍尔元件感应范围内产生恒定磁场，壳体侧面垂直向下安装在铁路钢轨内侧壁，当有列车经过壳体时，由于列车车轮的导磁性，会影响霍尔元件周围磁场产生变化，当检测到穿过霍尔元件的磁场变化时，结合控制电路的温度补偿及其他干扰项的补偿功能，判断是否真有车轮经过，若判断为假，控制电路不动作，若判断为真，通过控制电路输出脉冲信号给上位机检测。优选的：所述控制电路包括抗干扰电路、电压转换电路、稳压电路、霍尔检测电路、MCU微控制器、输出处理电路、LED状态显示电路、按键显示电路、LED显示器和按键，电源与抗干扰电路连接，抗干扰电路与电压转换电路连接，电压转换电路与稳压电路连接，稳压电路分别与霍尔检测电路和MCU微控制器连接，MCU微控制器上分别连接有输出处理电路、LED状态显示电路和按键显示电路，输出处理电路的输出端与输出信号线连接，LED状态显示电路与LED显示器连接，按键显示电路与按键连接。

优选的：所述LED状态显示电路和LED显示器反映出计轴设备的工作状态和来车状态，当计轴设备正常工作且无车轮经过时，LED显示器处于常亮状态，当计轴设备正常工作且有车轮经过其表面时，LED显示器处于熄灭状态，车轮经过后立即调整为常亮状态。当计轴设备出现电源故障或传感器故障时，LED显示器处于常灭状态，提醒工作人员进行检修。当计轴设备周围磁场干扰较大时，LED显示器处于闪烁状态，闪烁周期1s，当计轴设备电源输入不稳定但不影响其正常工作时，LED显示器处于闪烁状态，闪烁周期3s，提醒工作人员进行检查。

优选的：所述按键输入电路能通过按键改变计轴设备的输出状态，计轴设备默认高电平为上位机计轴依据，上位机需要低电平作为计轴依据时，可通过长按按键3秒，待LED显示器闪烁3次后即设置成功。

本发明具有以下有益效果：

1.本发明的MCU微控制器通过霍尔传感器检测磁场的变化，并转换处理，对其内部器件结构要求相对较低，可有效避免其性能不一，成品率低，出厂成本相对较高的问题；

2.本发明的MCU微控制器，使得智能计轴设备的工作流程可通过编程控制，将钢轨等外界可能影响的因素都通过磁场更新考虑在内，这种方式增大了计轴设备的感应面，可有效避免因列车蛇形晃动导致的多轴或丢轴现象；

3.本发明通过温度传感器进行实时温度采样，并通过软件对霍尔元件进行温度补偿，可有效解决环境温度变化会导致霍尔元件性能的变化进而导致的计轴器性能下降的问题；

4.本发明通过LED状态显示当前计轴设备的工作状态，为安装和售后检修人员的工作提供便捷；

5.本发明防防雷、防静电电路、电源保护电路、稳压电路的设计，使得智能计轴设备与现有技术方案相比更不易损坏，为铁路设备和车辆的正常运行提供了保障。

6.本发明提供了按键控制功能，可通过按键及LED显示器状态改变智能计轴设备的输出状态，以适应不同铁路车辆段对计轴设备的需求，减少了研发和生产成本。

7.本发明设计巧妙、安装方便、计轴精确、故障率低、检修方便，适于推广使用。

附图说明

图1是一种抗干扰、高精度的智能铁路计轴设备的结构示意图；

图2是一种抗干扰、高精度的智能铁路计轴设备的控制电路设计框图；

图3是抗干扰电路的电路设计图；

图4是一种抗干扰、高精度的智能铁路计轴设备的安装示意图；

图中1-霍尔元件，2-永磁体，3-壳体，4-控制电路，5-安装卡具。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

本发明所提到的连接分为固定连接和可拆卸连接，所述固定连接即为不可拆卸连接包括但不限于折边连接、铆钉连接、粘结连接和焊接连接等常规固定连接方式，所述可拆卸连接包括但不限于螺纹连接、卡扣连接、销钉连接和铰链连接等常规拆卸方式，未明确限定具体连接方式时，默认为总能在现有连接方式中找到至少一种连接方式能够实现该功能，本领域技术人员可根据需要自行选择。例如：固定连接选择焊接连接，可拆卸连接选择铰链连接。

具体实施方式一：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式的一种抗干扰、高精度的智能铁路计轴设备，包括霍尔元件1、永磁体2、壳体3和控制电路4，霍尔元件1和永磁体2上下对称安装在壳体3内部，控制电路4安装在壳体3上，控制电路4和霍尔元件1与连接有电源的正负两极，永磁体2在霍尔元件1感应范围内产生恒定磁场，壳体3侧面垂直向下安装在铁路钢轨内侧壁，距离钢轨顶面的垂直距离要求为35±2mm，当有列车经过壳体3时，由于列车车轮的导磁性，会影响霍尔元件1周围磁场产生变化，当检测到穿过霍尔元件1的磁场变化时，结合控制电路的温度补偿及其他干扰项的补偿功能，判断是否真有车轮经过，若判断为假，控制电路不动作，若判断为真，通过控制电路输出脉冲信号给上位机检测。

具体实施方式二：结合图1-图2说明本实施方式，基于具体实施方式一，本实施方式的一种抗干扰、高精度的智能铁路计轴设备，所述控制电路4包括抗干扰电路、电压转换电路、稳压电路、霍尔检测电路、MCU微控制器、输出处理电路、LED状态显示电路、按键显示电路、LED显示器和按键，电源与抗干扰电路连接，抗干扰电路与电压转换电路连接，电压转换电路与稳压电路连接，稳压电路分别与霍尔检测电路和MCU微控制器连接，MCU微控制器上分别连接有输出处理电路、LED状态显示电路和按键输入电路，输出处理电路的输出端与输出信号线连接，LED状态显示电路与LED显示器连接，按键输入电路与按键连接，按键输入电路能通过按键改变计轴设备的输出状态，计轴设备默认高电平为上位机计轴依据，上位机需要低电平作为计轴依据时，可通过长按按键3秒，待LED显示器闪烁3次后即设置成功。

具体实施方式三：结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式的一种抗干扰、高精度的智能铁路计轴设备，所述的霍尔检测电路上设置安装有霍尔元件和温度传感器。霍尔元件输出供MCU检测，温度传感器输出电压随温度变化输出，供MCU微控制器检测，温度传感器对磁传感器周围温度实时监测，根据磁传感器温度曲线，利用软件对智能计轴设备进行温度补偿，防止温度变化永磁体2退磁造成的计轴器故障。

具体实施方式四：结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式的一种抗干扰、高精度的智能铁路计轴设备，所述抗干扰电路内部配有防雷、防静电电路、电源保护电路、稳压电路。在保证计轴设备不易被损坏的前提下，还保证其工作性能的可靠性。

具体实施方式五：结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式的一种抗干扰、高精度的智能铁路计轴设备，所述MCU微控制器为智能计轴设备的主控制器，检测智能计轴设备中霍尔元件的磁场和温度传感器的温度变化，由于霍尔元件的性能受周围环境温度影响较大，MCU微控制器根据所采集的周围温度变化进行计算并对霍尔元件检测结果进行温度补偿，MCU微控制器根据应用的车辆段，结合列车时速范围和钢轨附近干扰项强度，智能筛有价值的数据，防止多轴或丢轴现象的出现。

具体实施方式六：结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式的一种抗干扰、高精度的智能铁路计轴设备，所述LED状态显示电路和LED显示器反映出计轴设备的工作状态和来车状态；

当计轴设备正常工作且无车轮经过时，LED显示器处于常亮状态，当计轴设备正常工作且有车轮经过其表面时，LED显示器处于熄灭状态，车轮经过后立即调整为常亮状态。当计轴设备出现电源故障或传感器故障时，LED显示器处于常灭状态，提醒工作人员进行检修。当计轴设备周围磁场干扰较大时，LED显示器处于闪烁状态，闪烁周期1s，当计轴设备电源输入不稳定但不影响其正常工作时，LED显示器处于闪烁状态，闪烁周期3s，提醒工作人员进行检查。

具体实施方式七：结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式的一种抗干扰、高精度的智能铁路计轴设备，所述按键输入电路能通过按键改变计轴设备的输出状态，计轴设备默认高电平为上位机计轴依据，上位机需要低电平作为计轴依据时，可通过长按按键3秒，待LED显示器闪烁3次后即设置成功。

具体实施方式八：结合图4说明本实施方式，本实施方式的一种抗干扰、高精度的智能铁路计轴设备，还包括安装卡具5，安装卡具5固定安装在铁轨内侧，壳体3固定安装在安装卡具5顶端，壳体3上端面距离铁轨上端面的垂直距离为35±2mm。

需要说明的是，在以上实施例中，只要不矛盾的技术方案都能够进行排列组合，本领域技术人员能够根据排列组合的数学知识穷尽所有可能，因此本发明不再对排列组合后的技术方案进行一一说明，但应该理解为排列组合后的技术方案已经被本发明所公开。

本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。

Claims (7)

1.一种抗干扰、高精度的智能铁路计轴设备，包括霍尔元件(1)、永磁体(2)、壳体(3)和控制电路(4)，霍尔元件(1)和永磁体(2)上下对称安装在壳体(3)内部，控制电路(4)安装在壳体(3)上，控制电路(4)和霍尔元件(1)连接有电源的正负两极，永磁体(2)产生恒定磁场，壳体(3)侧面垂直向下安装在铁路钢轨内侧壁，当有列车经过壳体(3)时，由于列车车轮的导磁性，会影响霍尔元件(1)周围磁场产生变化，当检测到穿过霍尔元件(1)的磁场变化时，结合控制电路(4)的温度补偿及其他干扰项的补偿功能，判断是否真有车轮经过，若判断为假，控制电路(4)不动作，若判断为真，通过控制电路(4)输出脉冲信号给上位机检测。

2.根据权利要求1所述的一种抗干扰、高精度的智能铁路计轴设备，其特征在于：所述控制电路(4)包括抗干扰电路、电压转换电路、稳压电路、霍尔检测电路、MCU微控制器、输出处理电路、LED状态显示电路、按键显示电路、LED显示器和按键，电源与抗干扰电路连接，抗干扰电路与电压转换电路连接，电压转换电路与稳压电路连接，稳压电路分别与霍尔检测电路和MCU微控制器连接，MCU微控制器上分别连接有输出处理电路、LED状态显示电路和按键显示电路，输出处理电路的输出端与输出信号线连接，LED状态显示电路与LED显示器连接，按键显示电路与按键连接。

3.根据权利要求2所述的一种抗干扰、高精度的智能铁路计轴设备，其特征在于：所述霍尔检测电路上设置安装有霍尔元件和温度传感器，霍尔元件和温度传感器在霍尔检测电路上共地连接,霍尔元件和温度传感器在电路板上的封装距离为1mm。

4.根据权利要求2所述的一种抗干扰、高精度的智能铁路计轴设备，其特征在于：所述抗干扰电路设置有防雷元件、防静电元件和稳压元件。

5.根据权利要求3所述的一种抗干扰、高精度的智能铁路计轴设备，其特征在于：所述MCU微控制器为智能计轴设备的主控制器，检测智能计轴设备中霍尔元件的磁场和温度传感器的温度变化。

6.根据权利要求2所述的一种抗干扰、高精度的智能铁路计轴设备，其特征在于：所述LED状态显示电路和LED显示器反映出计轴设备的工作状态和来车状态。

7.根据权利要求1所述的一种抗干扰、高精度的智能铁路计轴设备，还包括安装卡具(5)，安装卡具(5)固定安装在铁轨内侧，壳体(3)固定安装在安装卡具(5)顶端，壳体(3)上端面距离铁轨上端面的垂直距离为35±2mm。

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