转辙机光电缺口的监测系统

摘要

本发明提供了一种转辙机光电缺口监测系统，包括：缺口位移传感器、监测分析装置、数据处理分析装置和通讯模块；所述监测分析装置通过所述通讯服务器与所述缺口位移传感器相连接，所述监测分析装置用于采集所述缺口位移数值，获取所述转辙机缺口的实时监测数据，并传输至数据处理分析装置；所述数据处理分析装置，包括处理分析模块、数据显示报警模块；所述通讯模块用于连接缺口位移传感器、监测分析装置和数据处理分析装置。本发明有益效果：针对转辙机的缺口位移不能实时在线测量,利用先进传感器、微处理器、软件处理存储技术，发明一套光电缺口监测分析系统，可实现对现有的电动、电液等转辙机进行非接触缺口监测，精度高、反应快。

说明书

技术领域

本发明涉及网络通信技术领域，特别涉及一种转辙机光电缺口的监测系统。

背景技术

转辙机是指用以可靠地转换道岔位置，改变道岔开通方向，锁闭道岔尖轨，反映道岔位置的重要的信号基础设备，它可以很好地保证行车安全，提高运输效率，改善行车人员的劳动强度；

但是现有的转辙机，存在缺口监测不精确的问题，很可能造成火车转道失误。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种转辙机光电缺口的监测系统，解决了缺口检测不精确问题。

一种转辙机光电缺口监测系统，其特征在于，包括：缺口位移传感器、监测分析装置、数据处理分析装置、数据显示报警模块和通讯模块；其中，

所述缺口位移传感器用于采集列车经过转辙机换岔道时的转辙机缺口表示杆刻线的实时图像，并确定所述转辙机缺口的位移；

所述监测分析装置通过所述通讯服务器与所述缺口位移传感器相连接，所述监测分析装置用于采集所述缺口位移数值，获取所述转辙机缺口的实时监测数据，并传输至数据处理分析装置；

所述数据处理分析装置包括处理分析模块和数据显示报警模块；其中，

所述处理分析模块用于绘制实时数据曲线图并获取阈值；

所述数据显示报警模块用于对异常的监测数据进行报警；

所述通讯模块用于连接缺口位移传感器、监测分析装置、数据处理分析装置和通讯模块。

作为本发明的一种实施例，所述缺口位移传感器包括采集模块、传感器设备和单片机；其中，

所述采集模块用于在转辙机光电缺口设置监控设备，提取所述转辙机运作时的图像元素，确定转辙机光电缺口实时情况；

所述传感器设备用于获取所述图像元素的信号，并将所述图像元素的信号传输给单片机的DSP微控制器；

所述单片机嵌入在所述位移传感器内，所述单片机用于接收所述图像元素的信号，并计算所述转辙机光电缺口的位移数据。

作为本发明的一种实施例，所述传感器设备包括LED照明灯、光学镜头、线阵CCD图像传感器、防护镜头和防护外壳；其中，

所述传感器设备安装在转辙机缺口表示杆上方，用于采集转辙机缺口的位移的光电信号；其中，

所述线阵CCD图像传感器安装在所述光学镜头上方，将所述光学镜头投射的图像传输给所述DSP微处理器；其中，

所述LED照明灯对称分布于所述线阵CCD图像传感器两侧，辅助所述线阵CCD图像传感器正常工作；

所述防护镜头安装于所述防护外壳和所述转辙机表示杆之间；

所述LED照明灯、光学镜头、线阵CCD图像传感器和单片机都安装于防护外壳内；

所述防护镜头为镀膜防护镜头；

所述转辙机表示杆的表面镀有铬层。

作为本发明的一种实施例，所述表示杆上刻有2mm宽的刻线，所述光学镜头将所述刻线投影到所述线阵CCD图像传感器上成像，所述线阵CCD图像传感器根据图像确定表示杆刻线的位移；其中，

所述表示杆刻线的位移表示所述转辙机缺口的位移的变化；

所述线阵CCD图像传感器，将所述表示杆的位移变换转化为光束角度位移的变化并产生光生电荷，并传输给单片机进行计算，确定所述转辙机光电缺口位移。

作为本发明的一种实施例，所述监测分析装置包括一台以上的监测分机，包括：

所述监测分机由模拟数字转换器、DSP微控制器、网络接口、电源、操作控制设备和OLED显示屏构成；其中，

所述DSP微控制器和模拟数字转换器、网络接口、电源、操作控制设备以及OLED显示屏连接；其中，

所述模拟数字转换器和所述缺口位移传感器相连接，用于接收所述转辙机缺口位移数据，并将所述位移数据传输给所述DSP微处理控制器；

所述网络接口用于进行不同的所述的监测分机之间的通讯；

所述操作控制设备用于操作和控制所述DSP微处理控制器，向所述DSP微处理控制器发送第一指令信息；

所述DSP微处理器用于向所述模拟数字转换器发送第二指令信息并接收所述模拟数字转换器传输的数据，命令，通过并将结果和图像显示在OLED显示屏上。

作为本发明的一种实施例，所述数据处理分析装置，包括数据处理分析装置包括处理分析模块和数据显示报警模块；其中，

所述处理分析模块用于接收所述监测数据传输给大数据中心，并接收大数据中心的数据反馈信息对转辙机进行维护；

所述数据显示报警模块用于接收所述数据反馈信息，绘制实时曲线图，并生成数据阈值判断所述监测数据是否异常；

若异常，则触发预设的报警事件；其中，

判断所述监测数据是否异常，包括以下步骤：

步骤1：获取异常事件特征，通过下式(1)生成报警事件模型；

其中，Y标示异常事件；y

步骤2：根据所述报警事件模型和实时曲线图，通过下式(2) 确定异常事件的权限阈值：

其中，x

步骤3：根据所述阈值权限，通过下式(3)构建异常报警模型：

其中，K表示监测数据的边界处置参量；n

当H≥1时，表示异常，触发报警；当H＜1时，表示无异常。

作为本发明的一种实施例，所述数据处理分析装置包括处理分析模块和数据显示报警模块；其中，

所述处理分析模块用于接收所述监测数据传输至大数据中心，并接收大数据中心的数据反馈信息，及时对转辙机进行维护；

所述数据显示报警模块用于接收所述数据反馈信息，生成实时曲线图，并生成数据阈值，判断所述监测数据是否异常；

若异常，则触发预设的报警事件；

作为本发明的一种实施例，所述数据显示报警模块，包括：

存储器：用于存储所述实时监测数据，获取监测数据库，并将所述监测数据通过通讯模块发送至所述监测分析装置和所述缺口位移传感器；

报警器：用于对所述转辙机位移缺口位移异常时进行报警；其中，

根据所述报警器内，所述异常监测数据阈值设有报警触发事件；

报警系统：所述报警系统和用户系统相连接，用于向用户系统也及时反馈异常信息。

作为本发明的一种实施例，所述通讯模块，包括：

数据传输装置：用于利用双绞线或光纤通讯，构建通讯通道；

连接模块：利用数据传输装置连接缺口位移传感器和监测分析装置、监测分机和数据处理分析装置；其中，

所述监测分机可以接收到相应的所述缺口位移传感器采集的相应的转辙机缺口位移；

所述数据处理分析装置实时接收和处理所述监测分机监测到的实时监测数据。

作为本发明的一种实施例，所述转辙机光电监测系统还装包括压力传感器、液位传感器、温度传感器、湿度传感器、电流传感器；其中，所述压力传感器、液位传感器、温度传感器、湿度传感器、电流传感器、分别用于实时采集转辙机转换油压或液位、温湿度、电机工作电流的信号。

作为本发明的一种实施例，所述线阵CCD图像传感器，将所述表示杆的位移变换转化为光束角度位移的变化并产生光生电荷，并传输给单片机进行计算，确定所述转辙机光电缺口位移，包括：

S11、获取所述表示杆的光束角度位移Z＝[w

S12、根据公式(1)计算所述光束角度位移的位移变化函数：

其中，w

S13、根据公式(2)计算第i个位移变化值引起的光生电荷q

其中，a

S14、通过公式(3)计算第一位移特征和光生电荷，计算得到所述转辙机光电缺口位移：

其中，

本发明的有益效果在于：本发明能对现有的电动、电液等机型转辙机进行非接触缺口位移监测，精度高、反应快，通过对缺口位移的实时监测，及长期积累的大数据完成对道岔的运行状态进行自动分析，对转辙机的道岔缺口、道岔动作曲线，系统综合评定，得出是否存在工务病害、调整是否得当、转换力是否标准、系统是否完整等结论，指导对转辙机维修养护。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其它优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例中一种系统的系统组成图；

图2为本发明实施例中一种的装置组成图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种转辙机光电缺口监测系统，该系统可用于监测转辙机光电缺口装置的系统中。

如附图1所示的一种转辙机光电缺口监测系统的系统组成图其特征在于，缺口位移传感器、监测分析装置、数据处理分析装置和通讯模块；包括：

所述缺口位移传感器用于采集列车经过道岔和转辙机换岔道时的转辙机缺口表示杆刻线的实时图像，计算处理并获取所述转辙机缺口的位移；

所述监测分析装置通过所述通讯服务器和所述缺口位移传感器相连接，用于采集所述缺口位移数值，获取并传输所述转辙机缺口的实时监测数据给数据处理分析装置；

所述数据处理分析装置，包括处理分析模块和数据显示报警模块，用于绘制实时数据曲线图并获取阈值，对异常的监测数据进行报警；

所述通讯模块用于连接缺口位移传感器、监测分析装置、数据处理分析装置和通讯模块。

本发明的原理在于：利用监测分析装置和缺口位移传感器连接，采集所述缺口位移值，获取并传输缺口位移的数值，缺口位移传感器中利用线阵CCD图像器件传感器采集转辙机表示杆刻线位移，在表示杆上刻上2mm宽的刻线，通过光学镜头，投影到一维图像传感器，单片机采集信号，处理计算，通过通讯线发送到检测分机。

本发明的有益效果为：对现有的电动、电液等机型转辙机进行非接触缺口位移监测，精度高、反应快，通过对缺口位移的实时监测，及长期积累的大数据完成对道岔的运行状态进行自动分析，对转辙机的道岔缺口、道岔动作曲线，系统综合评定，得出是否存在工务病害、调整是否得当、转换力是否标准、系统是否完整等结论，指导对转辙机维修养护。

作为本发明的一种实施例，所述缺口位移传感器包括采集模块、传感器设备和单片机；其中，

所述采集模块用于在转辙机光电缺口设置监控设备，提取所述转辙机运作时的图像元素，确定转辙机光电缺口实时情况；

所述传感器设备用于获取所述图像元素的信号，并将所述图像元素的信号传输给单片机的DSP微控制器；

所述单片机嵌入在所述位移传感器内，所述单片机用于接收所述图像元素的信号，并计算所述转辙机光电缺口的位移数据。

本发明的原理在于：所述传感器设备是线阵CCD电荷耦合器件，成像检测的基本原理是在光学系统的作用下，将被测物体的位移变换转化为光束角度位移的变化，光束照射在图像器件的受光传面上，受光窗面受光线照射的像素中产生光生电荷，然后在图像器件驱动脉冲的控制下，将电荷转移并移位传输至输出电路，经输出电路将电荷量转化为电压量输出，并二值化处理为方波。单片机定时器记数此方波脉冲信号高电平所覆盖像图像器件像元数，用测量所得的像元数去乘以图像器件的像元中心距，其结果就是在误差允许范围内的测量尺寸的数值。

本发明的有益效果在于：所述线阵CCD电荷耦合器件是种高精度的一维图像传感器，用于在图像器件驱动脉冲的控制下，将电荷转移并移位传输至输出电路，经输出电路将电荷量转化为电压量输出，并二值化处理为方波。具有体积小、速度快、分辨率高、稳定性好、抗干扰性强、灵敏度高、测量误差小等特点而在高精度非接触测控领域中得到广泛应用。

作为本发明的一种实施例，所述传感器设备包括LED照明灯、光学镜头、线阵CCD图像传感器、防护镜头和防护外壳；其中，

所述传感器设备安装在转辙机缺口表示杆上方，用于采集转辙机缺口的位移的光电信号；其中，

所述线阵CCD图像传感器安装在所述光学镜头上方，将所述光学镜头投射的图像传输给所述DSP微处理器；其中，

所述LED照明灯对称分布于所述线阵CCD图像传感器两侧，辅助所述线阵CCD图像传感器正常工作；

所述防护镜头安装于所述防护外壳和所述转辙机表示杆之间；

所述LED照明灯、光学镜头、线阵CCD图像传感器和单片机都安装于防护外壳内；

所述防护镜头为镀膜防护镜头；

所述转辙机表示杆的表面镀有铬层。

本发明的原理是：将LED照明灯、光学镜头、线阵CCD图像传感器、防护镜头组装在防护外壳，组装成传感器设备，并将采集到的信息传输至单片机中进行处理计算，其中LED照明灯安装于单片机上，并由连接在外部的控制系统控制，用于在夜晚或视野不清楚的情况下使用。

本发明的有益效果在于：所述转辙机光电缺口监测系统用于对转辙机光端缺口位移监测，所述LED照明灯极大避免了因为外界环境因素而干扰的情况，而防护镜头对雾天，雨天，雪天等情况导致电路损坏变形，其中防雾镜头保护了光学镜头对图像的成像。

作为本发明的一种实施例，所述表示杆上刻有2mm宽的刻线，所述光学镜头将所述刻线投影到所述线阵CCD图像传感器上成像，所述线阵CCD图像传感器根据图像确定表示杆刻线的位移；其中，

所述表示杆刻线的位移表示所述转辙机缺口的位移的变化；

所述线阵CCD图像传感器，将所述表示杆的位移变换转化为光束角度位移的变化并产生光生电荷，并传输给单片机进行计算，确定所述转辙机光电缺口位移。所述转辙机表示杆的表面镀有铬层。表示杆钢板镀铬表面抑制反光和防止外界太阳光干扰、本发明的光源采用特殊光源、镜头优选远心特殊镜头。

本发明的原理在于：线阵CCD图像器件传感器作为一种光电转换器件是采用集成电路工艺方法将光敏元件排列成一行，刻制在硅片上，光敏元件间的几何尺寸非常精确，用于测量可获得很高定位精度，配以相应驱动电路可将线阵CCD图像器件传感器光照而储存的电荷以一定方式输出，并可很容易地由计算机计算出信号波占光敏元数从而计算位移。

本发明的有益效果在于：所述线阵CCD图像传感器是一种新型半导体大规模集成光电器件。用于对转辙机缺口位移的图像信息的摄取、记录，具有体积小、功耗小、成像技术工作稳定、分辨率高、灵敏度高、可靠性好、视频数据采用计算机处理柔性好等诸多优点。现已被广泛的应用于测量行业中的传感器使用。

作为本发明的一种实施例，所述监测分析装置包括一台以上的监测分机，包括：

所述监测分机由模拟数字转换器、DSP微控制器、网络接口、电源、操作控制设备和OLED显示屏构成；其中，

所述DSP微控制器和模拟数字转换器、网络接口、电源、操作控制设备以及OLED显示屏连接；其中，

所述模拟数字转换器和所述缺口位移传感器相连接，用于接收所述转辙机缺口位移数据，并将所述位移数据传输给所述DSP微处理控制器；

所述网络接口用于进行不同的所述的监测分机之间的通讯；

所述操作控制设备用于操作和控制所述DSP微处理控制器，向所述DSP微处理控制器发送第一指令信息；

所述DSP微处理器用于向所述模拟数字转换器发送第二指令信息并接收所述模拟数字转换器传输的数据，命令，通过并将结果和图像显示在OLED显示屏上；

本发明的原理在于：网络接口用于发送数据，通过网卡等器件侦听由电压指示的载波和介质，介质没有被其他站点占用，则开始进行帧数据发送，同时继续侦听通信介质，以检测冲突，将监测分机以对应的网络接口连接到外界控制系统上，外界控制系统便可以通过不同的网络接口和网络介质控制相应的监测分机，并发送先后指令。

本发明的有益效果在于：网络接口在转辙机缺口位移系统中用于通讯载波，连接不同的对应模块，进行通讯，是一种成本低，处理速度快，方便有效的通讯载波硬件接口，可以使一个监控系统同时处理多个监控分机，也可以多方面，多角度的去监测一个转辙机光电缺口，提高所述转辙机光电位移缺口监测的效率，减少成本，而现有技术基本都采用电力载波通信。

作为本发明的一种实施例，所述数据处理分析装置，包括数据处理分析装置包括处理分析模块和数据显示报警模块；其中，

所述处理分析模块用于接收所述监测数据传输给大数据中心，并接收大数据中心的数据反馈信息对转辙机进行维护；

所述数据显示报警模块用于接收所述数据反馈信息，绘制实时曲线图，并生成数据阈值判断所述监测数据是否异常；

若异常，则触发预设的报警事件；其中，

判断所述监测数据是否异常，包括以下步骤：

步骤1：获取异常事件特征，通过下式(1)生成报警事件模型；

其中，Y标示异常事件；y

步骤2：根据所述报警事件模型和实时曲线图，通过下式(2) 确定异常事件的权限阈值：

其中，x

步骤3：根据所述阈值权限，通过下式(3)构建异常报警模型：

其中，K表示监测数据的边界处置参量；n

当H≥1时，表示异常，触发报警；当H＜1时，表示无异常。

本发明的原理在于：通过将实时数据存储到数据处理模块，形成历史数据，可以选择设备序号、参数名称、时间段等进行数据检索，并绘制按时间轴展开的历史数据曲线，通过数据的变化，结合各因素参数，获得检修依据。通过通讯集中机接收监测分机发来的转辙机状态数据，实时显示状态，异常数据提供报警。

本发明的有益效果在于：数据处理分析装置，用于通讯载波，连接所述转辙机光电缺口位移测试的不同的对应模块，进行通讯，将整个转辙机缺口位移实时监测到的数据进行处理，对信息变化情况绘制实时曲线，并将数据融入监测大数据体系，实现对转辙机运用情况的实时分析，为故障处理、转辙机维修养护提供可靠数据。

作为本发明的一种实施例，所述数据处理分析装置包括处理分析模块和数据显示报警模块；其中，

所述处理分析模块用于接收所述监测数据传输给大数据中心，并接收大数据中心的数据反馈信息对转辙机进行维护；

所述数据显示报警模块用于接收所述数据反馈信息并生成实时曲线图，并生成数据阈值判断所述监测数据是否异常；

若异常，则触发预设的报警事件。

本发明的原理在于：利用处理分析装置形成历史数据，绘制按时间轴展开的历史数据曲线，通过数据的变化，结合各因素参数，获得检修依据，根据所述检修数据设置阈值，并设置触发事件，对异常数据进行报警。

本发明的有益效果在于：通过网络通讯，将转辙机缺口位移的数据实时传输，将测量数据上传采集中心上传数据中心，显示实时数据、并对异常情况报警，利用智能综合数据分析技术，结合信号集中监测平台大数据，实现道岔运用状态的综合分析、预警，让整个转辙机光电监测系统的运行可靠，高效，减少了人力成本。

作为本发明的一种实施例，所述数据显示报警模块，包括：

存储器：用于存储所述实时监测数据，获取监测数据库，并将所述监测数据通过通讯模块发送至所述监测分析装置和所述缺口位移传感器；

报警器：所述报警器内报警触发事件；根据所述异常监测数据阈值，并对所述转辙机位移缺口位移异常时进行报警；

报警系统：所述报警系统和用户系统相连接，用于向用户系统也及时反馈异常信息。

本发明的原理和有益效果在于：将整个转辙机缺口位光电监测系统分割成数据传输装置、连接模块、监测分机、数据处理分析装置并通过通讯模块连接，所述通讯模块主要利用网络接口和通讯介质，所述通讯介质利用双绞线或光纤通讯，通过tcp/ip协议，访问设定的设备信息，建立通讯通道，实现转辙机采集分机采集数据的接收、处理、存储，便于用户管理整个转辙机缺口位光电监测系统，实现高效、低成本的管理方式。

作为本发明的一种实施例，所述通讯模块，包括：

数据传输装置：用于利用双绞线或光纤通讯，构建通讯通道；

连接模块：利用数据传输装置连接缺口位移传感器和监测分析装置、监测分机和数据处理分析装置；其中，

所述监测分机可以接收到相应的所述缺口位移传感器采集的相应的转辙机缺口位移；

所述数据处理分析装置可以实时接收和处理所述监测分机监测到的实时监测数据。

本发明的原理和有益效果在于：实时采集转辙机转换油压、液位、电机工作电流、温湿度、缺口位移传感器的信号，转换处理显示，大容量存储器能存储最近15天的数据，并能在通讯中断修复后续传历史数据，将信息通过通讯模块发送至信号集中采集单元，将信息通过蓝牙模块发送至手持终端，并通过报警器和报警系统及时反馈所述转辙机监测到的异常数据并进行警告报警，并生成检修数据，提高用户检修效率。

作为本发明的一种实施例，所述转辙机光电监测系统还装有压力传感器、液位传感器、温度传感器、湿度传感器、电流传感器；其中，所述压力传感器、液位传感器、温度传感器、湿度传感器、电流传感器分别用于实时采集转辙机转换油压或液位、温湿度、电机工作电流、的号。

本发明的原理和有益效果在于：在转辙机缺口位移监测设置中，所述传感器监测设备丰富了监测项目，包含缺口、电机工作电流、机箱环境温湿度等，针对转辙机的缺口不能实时在线测量,利用先进传感器、微处理器、软件处理存储技术，发明一套光电缺口监测分析系统，可实现对现有的电动、电液等机型转辙机进行非接触缺口监测，精度高、反应快，通过对缺口曲线的实时绘制，及长期积累的大数据完成对道岔的运行状态进行自动分析，对转辙机的道岔缺口、道岔动作曲线，系统综合评定，得出是否存在工务病害、调整是否得当、转换力是否标准、系统是否完整等结论，指导对转辙机维修养护。

作为本发明的一种实施例，所述线阵CCD图像传感器，将所述表示杆的位移变换转化为光束角度位移的变化并产生光生电荷，并传输给单片机进行计算，确定所述转辙机光电缺口位移，包括：

S11、获取所述表示杆的光束角度位移Z＝[w

S12、根据公式(1)计算所述光束角度位移的位移变化函数：

其中，w

S13、根据公式(2)计算第i个位移变化值引起的光生电荷q

其中，a

S14、通过公式(3)计算第一位移特征和光生电荷，计算得到所述转辙机光电缺口位移：

其中，

本发明的有益效果在于：使用光生耦合器件对缺口位移进行光信合采集，产生光生电荷，具有成本低、器件小、效率高，避免了人力测量，减少了人力的成本，其光生耦合器原理简单，操作性简单，稳定性高，可实现对现有的电动、电液等转辙机进行非接触缺口监测，精度高、反应快。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。