本發(fā)明屬于鐵路車輛測(cè)控技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種鐵路車輛運(yùn)行方向識(shí)別與軸速測(cè)量的裝置及方法。

背景技術(shù)：

目前，關(guān)于鐵路車輛軸速的測(cè)量方法中大多采用測(cè)速齒輪法進(jìn)行測(cè)量或通過測(cè)速雷達(dá)進(jìn)行測(cè)量，然而，測(cè)速齒輪法對(duì)安裝形式有特殊要求，需安裝在軸段，其安裝復(fù)雜，測(cè)速雷達(dá)只能測(cè)量軸速，但不能夠判斷車輛運(yùn)行的方向。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺陷，現(xiàn)提供一種鐵路車輛運(yùn)行方向識(shí)別與軸速測(cè)量的裝置及方法，以解決如何判斷鐵路車輛軸速的測(cè)量以及車輛運(yùn)行方向的問題，進(jìn)一步提高了測(cè)量和識(shí)別的真實(shí)精確性。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的解決方案是：首先提供一種鐵路車輛運(yùn)行方向識(shí)別與軸速測(cè)量的裝置，所述鐵路車輛包括車底架以及車輪的車軸，所述裝置包括色差識(shí)別傳感器、碼盤以及數(shù)據(jù)采集處理單元，所述色差識(shí)別傳感器安裝于所述車底架上，所述碼盤上具有明顯色差的顏色條(例如：黑白兩種顏色)，所述碼盤安裝于車軸上以隨所述車軸同軸旋轉(zhuǎn)，所述色差識(shí)別傳感器對(duì)準(zhǔn)所述碼盤以供感應(yīng)所述碼盤的顏色變化，通過所述數(shù)據(jù)采集處理單元采集并處理所述顏色變化的特征信息，進(jìn)而在所述鐵路車輛運(yùn)行時(shí)測(cè)量出所述車軸的軸速并判斷出所述鐵路車輛的運(yùn)行方向。

優(yōu)選地，多個(gè)所述顏色條間隔分布于所述碼盤的外圓周面上，相鄰兩個(gè)相同或相近顏色的所述顏色條的沿圓周方向?qū)挾纫约伴g隔距離均為可調(diào)節(jié)的變量。

為更好地實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種鐵路車輛運(yùn)行方向識(shí)別與軸速測(cè)量的方法，包括以下步驟：

提供如上所述的裝置；

通過所述色差識(shí)別傳感器測(cè)量由始至終所述顏色條的數(shù)量以計(jì)算得出所述車軸的軸速；

通過所述色差識(shí)別傳感器感應(yīng)不同大小的所述顏色條所出現(xiàn)的先后順序進(jìn)而判斷出所述鐵路車輛的運(yùn)行方向。

優(yōu)選地，所述點(diǎn)式色差識(shí)別傳感器根據(jù)公式ⅰv＝kzt，計(jì)算出所述車軸的轉(zhuǎn)速，式中，k為常數(shù)、z為掃過的條紋數(shù)、t為一個(gè)最小單元的長度。

優(yōu)選地，在判斷所述鐵路車輛的運(yùn)行方向時(shí)，沿所述碼盤的外圓周面循環(huán)間隔分布多個(gè)不同寬度與不同間隔的所述顏色條，每隔若干所述顏色條形成具有連續(xù)性數(shù)值的顏色條組，從該組中分別找出最大值和最小值，觀察該最大值和最小值出現(xiàn)的先后順序即可知所述車輛運(yùn)行的方向。

本發(fā)明鐵路車輛運(yùn)行方向識(shí)別與軸速測(cè)量裝置的有益效果包括：

1)能夠準(zhǔn)確測(cè)量車軸運(yùn)轉(zhuǎn)速度；

2)能夠準(zhǔn)確判斷出車輛運(yùn)行方向；

3)針對(duì)碼盤的不同形式，設(shè)計(jì)四種不同的形式以判斷車軸的軸速測(cè)量以及運(yùn)行方向；

4)車輛在牽引時(shí)車輪出現(xiàn)空轉(zhuǎn)或者車輛在制動(dòng)過程中出現(xiàn)輪對(duì)滑行等情況時(shí)，同樣可以及時(shí)準(zhǔn)確地測(cè)量得到車軸的軸速；

5)裝置設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、可作為一個(gè)獨(dú)立的裝置方便地安裝到車上。

附圖說明

圖1為本發(fā)明鐵路車輛運(yùn)行方向識(shí)別與軸速測(cè)量裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為對(duì)應(yīng)于圖1的控制原理示意圖；

圖3為本發(fā)明第一種做法中碼盤的外圓周示意圖；

圖4為對(duì)應(yīng)于圖3的波形圖；

圖5為本發(fā)明第二種做法中碼盤的外圓周面示意圖；

圖6為對(duì)應(yīng)于圖5的波形圖；

圖7為本發(fā)明第三種做法中碼盤的外圓周面示意圖；

圖8為對(duì)應(yīng)于圖7的波形圖；

圖9為本發(fā)明第四種做法中碼盤的外圓周面示意圖；

圖10為對(duì)應(yīng)于圖9的波形圖。

圖中標(biāo)號(hào)：1--固定在車底的支架；2--點(diǎn)式色差識(shí)別傳感器；3--碼盤；4--數(shù)據(jù)采集處理單元；5--電源；6--車軸；7--車輪；8--鋼軌。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖所示實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步加以說明。

結(jié)合圖1和圖2所示，本發(fā)明首先提供了一種鐵路車輛運(yùn)行方向識(shí)別與軸速測(cè)量裝置，包括固定在車底的支架1、點(diǎn)式色差識(shí)別傳感器2、碼盤3、數(shù)據(jù)采集處理單元4、電源5等組件。車輪7之間設(shè)有車軸6，車輪7置于鋼軌8上。其中：

具體地，點(diǎn)式色差識(shí)別傳感器2固定在車底的支架1上，點(diǎn)式色差識(shí)別傳感器2朝下對(duì)準(zhǔn)碼盤3，感應(yīng)碼盤3顏色特征的變化，數(shù)據(jù)采集處理單元4采集信號(hào)并對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理。碼盤3的外圓周上具有明顯色差的多個(gè)顏色條，呈圓周狀粘貼在車軸4的圓周面。較為優(yōu)選地，碼盤3具有四種不同的形式。

本發(fā)明的裝置利用點(diǎn)式色差識(shí)別傳感器，通過對(duì)碼盤顏色特征的實(shí)時(shí)采集與處理，進(jìn)而可以在車輛運(yùn)行時(shí)測(cè)量出車軸的軸速并判斷出車輛運(yùn)行方向。

本發(fā)明的具體工作原理如下：

碼盤3包含有明顯色差的兩種顏色，圓周形狀，利用點(diǎn)式色差識(shí)別傳感器2測(cè)量特定碼盤3，從而計(jì)算得出車軸6轉(zhuǎn)速及判別車輛運(yùn)行方向。

測(cè)量車軸軸速及判別車輛運(yùn)行方向的方法可包含多種方案：

首先對(duì)于測(cè)量軸速，車輛在運(yùn)行過程中，由于點(diǎn)式色差識(shí)別傳感器2固定在車底的支架1上，點(diǎn)式色差識(shí)別傳感器2會(huì)隨著車輛的運(yùn)行而一同行進(jìn)。在行進(jìn)過程中，不管車輛在牽引時(shí)是否出現(xiàn)空轉(zhuǎn)，還是車輛在制動(dòng)時(shí)輪對(duì)是否出現(xiàn)滑行等情況，點(diǎn)式色差識(shí)別傳感器2都能測(cè)量出從起始到結(jié)束過程中碼盤3上掃過的條紋數(shù)量。

再根據(jù)公式ⅰv＝kzt，即可計(jì)算出車軸的轉(zhuǎn)速，式中，

k為常數(shù)，z為掃過的條紋數(shù)，t為一個(gè)最小單元的長度。

而對(duì)于方向的判斷，可根據(jù)碼盤的不同形式，分別找出其分布特征，通過一定的算法即可準(zhǔn)確判斷出車輛的運(yùn)行方向。

第一種做法：需要兩個(gè)傳感器，一個(gè)用于測(cè)量車軸軸速，一個(gè)用于判斷車輛運(yùn)行方向。

對(duì)于測(cè)量軸速，車輛在運(yùn)行過程中，由于點(diǎn)式色差識(shí)別傳感器2固定在車底的支架1上，點(diǎn)式色差識(shí)別傳感器2會(huì)隨著車輛的運(yùn)行而一同行進(jìn)。在行進(jìn)過程中，不管車輛在牽引時(shí)是否出現(xiàn)空轉(zhuǎn)，還是車輛在制動(dòng)時(shí)輪對(duì)是否出現(xiàn)滑行等情況，點(diǎn)式色差識(shí)別傳感器2都能測(cè)量出從起始到結(jié)束過程中碼盤3上掃過的條紋數(shù)量。

再根據(jù)公式ⅰv＝kzt，即可計(jì)算出車軸的轉(zhuǎn)速，式中，

k為常數(shù)，z為掃過的條紋數(shù)，t為一個(gè)最小單元的長度；

對(duì)于判斷方向，如圖3和圖4所示，圖中t1、t2、t3代表深色(黑)條紋的三種不同沿圓周方向的寬度大小，且t1>t2>t3，整個(gè)圓周方向只有這一組。

假定按照t1→t2→t3方向旋轉(zhuǎn)為車輛前進(jìn)方向，那么在多次循環(huán)中，首先取出一部分連續(xù)數(shù)值，找出最大值，即為t1，再找出最小值，即為t3，注意找出相鄰的t1和t3，觀察t3和t1出現(xiàn)的先后順序即可得知車輛運(yùn)行的方向：如果t1出現(xiàn)在t3之后，則可知車輛為前進(jìn)方向；如果t1出現(xiàn)在t3之前，即可知車輛反方向運(yùn)行。如果t1和t3不相鄰，那么當(dāng)t1出現(xiàn)在t3之前，車輛為前進(jìn)方向；當(dāng)t1出現(xiàn)在t3之后，車輛反方向運(yùn)行。

第二種做法：只需要一個(gè)傳感器，即可測(cè)量軸速和判斷方向。

對(duì)于測(cè)量軸速：車輛在運(yùn)行過程中，由于點(diǎn)式色差識(shí)別傳感器2固定在車底的支架1上，點(diǎn)式色差識(shí)別傳感器2會(huì)隨著車輛的運(yùn)行而一同行進(jìn)。在行進(jìn)過程中，不管車輛在牽引時(shí)是否出現(xiàn)空轉(zhuǎn)，還是車輛在制動(dòng)時(shí)輪對(duì)是否出現(xiàn)滑行等情況，點(diǎn)式色差識(shí)別傳感器2都能測(cè)量出從起始到結(jié)束過程中碼盤3上掃過的條紋數(shù)量。

再根據(jù)公式ⅰv＝kzt，即可計(jì)算出車軸的轉(zhuǎn)速，式中，

k為常數(shù)，z為掃過的條紋數(shù)，t為一個(gè)最小單元的長度；

對(duì)于判斷方向，如圖5和圖6所示，圖中深色(黑)條紋沿圓周方向的寬度大小從大到小布置，比如從90％到10％，這是可以調(diào)整的。圖中，t1、t2、t3、t4···代表深色(黑)條紋的不同沿圓周方向的寬度大小，且t1>t2>t3>t4>···，公差為常數(shù)，沿圓周方向循環(huán)分布，圖4中的t中至少包含3個(gè)t1。

假定按照t1→t2→t3→t4→···方向旋轉(zhuǎn)為正方向，那么在多次循環(huán)中，首先檢測(cè)出t1、t2、t3、t4、···，再通過觀察上述連續(xù)數(shù)值出現(xiàn)的先后順序即可得知車輛運(yùn)行的方向，具體地，在不考慮猛然跳變的情況下，只要局部有遞減特征的，則可知車輛為前進(jìn)方向；只要局部具有遞增特征，即可知車輛反方向運(yùn)行。在考慮猛然跳變的情況下，如果是從最小值跳到最大值，則車輛為前進(jìn)方向；如果是從最大值跳到最小值，則車輛反方向運(yùn)行。

第三種做法：只需要一個(gè)傳感器，即可測(cè)量軸速和判斷方向。

對(duì)于測(cè)量軸速，車輛在運(yùn)行過程中，由于點(diǎn)式色差識(shí)別傳感器2固定在車底的支架1上，點(diǎn)式色差識(shí)別傳感器2會(huì)隨著車輛的運(yùn)行而一同行進(jìn)。在行進(jìn)過程中，不管車輛在牽引時(shí)是否出現(xiàn)空轉(zhuǎn)，還是車輛在制動(dòng)時(shí)輪對(duì)是否出現(xiàn)滑行等情況，點(diǎn)式色差識(shí)別傳感器2都能測(cè)量出從起始到結(jié)束過程中碼盤3上掃過的條紋數(shù)量。

再根據(jù)公式ⅰv＝kzt，即可計(jì)算出車軸的轉(zhuǎn)速，式中，

k為常數(shù)，z為掃過的條紋數(shù)，t為一個(gè)最小單元的長度；

對(duì)于判斷方向，如圖7和圖8所示，圖中t1、t2、t3、t4代表兩種顏色的不同沿圓周方向的寬度大小，t1和t3為一組，代表深色(黑)條紋的不同沿圓周方向的寬度大小，t2和t4為一組，代表淺色條紋的不同沿圓周方向的寬度大小，且滿足t1+t2＝t3+t4，t1+t3<t/2，t1>t3，t3最小，t4最大，沿圓周方向循環(huán)分布。

假定按照t1→t2→t3→t4方向旋轉(zhuǎn)為正方向，那么在多次循環(huán)中，首先取出一部分連續(xù)數(shù)值，找出最大值，即為t4，再找出最小值，即為t3，觀察t4和t3的出現(xiàn)的先后順序即可得知車輛運(yùn)行的方向：找到相鄰的t3和t4，如果t3出現(xiàn)在t4之前，則可知車輛為前進(jìn)方向；如果t3出現(xiàn)在t4之后，即可知車輛反方向運(yùn)行；如果找不到t3和t4相鄰，那么當(dāng)t3出現(xiàn)在t4之后，車輛為前進(jìn)方向；當(dāng)t3出現(xiàn)在t4之前，車輛反方向運(yùn)行。

第四種做法：只需要一個(gè)傳感器。

對(duì)于測(cè)量軸速，車輛在運(yùn)行過程中，由于點(diǎn)式色差識(shí)別傳感器2固定在車底的支架1上，點(diǎn)式色差識(shí)別傳感器2會(huì)隨著車輛的運(yùn)行而一同行進(jìn)。在行進(jìn)過程中，不管車輛在牽引時(shí)是否出現(xiàn)空轉(zhuǎn)，還是車輛在制動(dòng)時(shí)輪對(duì)是否出現(xiàn)滑行等情況，點(diǎn)式色差識(shí)別傳感器2都能測(cè)量出從起始到結(jié)束過程中碼盤3上掃過的數(shù)量。

再再根據(jù)公式ⅰv＝kzt，即可計(jì)算出車軸的轉(zhuǎn)速，式中，

k為常數(shù)，z為掃過的條紋數(shù)，t為一個(gè)最小單元的長度。

對(duì)于判斷方向，如圖9和圖10所示，圖中t1、t2、t3分別代表深色(黑)條紋的三種不同的沿圓周方向的寬度大小，且t1>t2>t3，沿圓周方向循環(huán)分布。

假定按照t1→t2→t3方向旋轉(zhuǎn)為正方向，那么在多次循環(huán)中，首先取出一部分連續(xù)數(shù)值，找出最大值，即為t1，再找出最小值，即為t3，注意找出相鄰的t1和t3，觀察t3和t1出現(xiàn)的先后順序即可得知車輛運(yùn)行的方向：如果t1出現(xiàn)在t3之后，則可知車輛為前進(jìn)方向；如果t1出現(xiàn)在t3之前，即可知車輛反方向運(yùn)行。如果t1和t3不相鄰，那么當(dāng)t1出現(xiàn)在t3之前，車輛為前進(jìn)方向；當(dāng)t1出現(xiàn)在t3之后，車輛反方向運(yùn)行。

上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。