[发明专利]采用激光对射探测器的地铁轮径实时检测系统和方法

权利要求书

1.一种采用激光对射探测器的地铁轮径实时检测系统，其特征在于系统由地面装置(300)和车载装置(400)组成，地面装置(300)包括第一扩展激光对射探测器(100)和第二扩展激光对射探测器(200)；在平直轨道线路上选取应答器1和应答器2、两个应答器相距L，作为轮径检测的长度参照物；在应答器1和应答器2区间外侧⊿L处的两端，分别配置第一扩展激光对射探测器(100)、第二扩展激光对射探测器(200)，两台激光对射探测器的距离＝L+2⊿L，距离L+2⊿L作为轮径检测的基准长度；第一扩展激光对射探测器(100)的应答器11位于应答器2至应答器1延线的L+2⊿L处，第二扩展激光对射探测器(200)的应答器21位于应答器1至应答器2延线的L+2⊿L处；第一扩展激光对射探测器(100)的激光发射端和激光接收端垂直轨道线路安装在轨道两侧，激光发射/接收端的安装高度＝H，高度H＝车载装置(400)的激光遮挡板安装高度，第二扩展激光对射探测器(200)的激光发射端和激光接收端安装方式与第一扩展激光对射探测器(100)相同。

2.根据权利要求1所述的采用激光对射探测器的地铁轮径实时检测系统，其特征在于所述的第一扩展激光对射探测器(100)以DA208Y-1型激光对射探测器为核心，包括激光发射端(110)、激光接收端(120)、应答器1(130)、CC2500型2.4G的无线通信模块(140)和采用MSP430F149芯片的主控模块(150)；主控模块(150)的MSP430F149脚32、33分别与无线通信模块(140)端口2、1相连，主控模块(150)的MSP430F149脚34、35分别与应答器1(130)端口2、1相连，主控模块(150)的MSP430F149脚12、16分别与激光发射端(110)端口1、激光接收端(120)端口2相连；应答器1(130)只接收不发送射频信号，即接收列车标配查询器发射的射频信号/读取相邻应答器响应的报文，作为第一扩展激光对射探测器(100)的启动/故障诊断信号；激光发射端(110)发射的激光束被车载装置(400)激光遮挡板阻断，激光接收端(120)生成地铁轮径实时检测中断1，作为第一扩展激光对射探测器(100)的关闭信号和地铁轮径检测的启动信号；

第二扩展激光对射探测器(200)的结构与第一扩展激光对射探测器(100)相同，应答器2(230)只接收不发送射频信号，即读取相邻应答器响应的报文/接收列车标配查询器发射的射频信号，作为第二扩展激光对射探测器的启动/故障诊断信号；激光发射端(210)发射的激光束被车载装置(400)激光遮挡板阻断，激光接收端(220)生成地铁轮径实时检测中断2，作为第二扩展激光对射探测器(200)的关闭信号和地铁轮径检测的结束信号。

3.根据权利要求1所述的采用激光对射探测器的地铁轮径实时检测系统，其特征在于所述的车载装置(400)包括CC2500型2.4G的车载无线通信模块(410)、采用TDC_GP21芯片的时间测量模块(420)、采用MSP430F149芯片的车载主控模块(430)和激光遮挡板(440)；车载主控模块(430)的MSP430F149脚32、33分别与车载无线通信模块(410)端口2、1相连，车载主控模块(430)的MSP430F149脚27、28、31、29、30分别与时间测量模块(420)的TDC_GP21脚8、9、10、11、12相连，车载主控模块(430)与DF16/1.200fadk型轮轴测速传感器相连；激光遮挡板(440)安装在列车头部，安装高度H＝激光发射/接收端的安装高度。

4.一种使用如权利要求1所述系统的地铁轮径实时检测方法，其特征在于地铁轮径实时检测方法的流程包括地铁轮径的实时检测流程和地铁轮径的故障诊断流程，地铁轮径的故障诊断流程由地铁轮径实时检测系统的故障诊断流程和地铁轮径磨损率的故障诊断流程组成；

所述的地铁轮径的实时检测流程如下：

①第一扩展激光对射探测器启动：

应答器11接收/响应列车查询器射频信号；应答器1(130)接收应答器11响应报文；主控模块(150)启动第一扩展激光对射探测器(100)；激光发射端(110)发射激光束；激光接收端(120)接收激光束；

②轮径检测启动：

激光遮挡板(440)阻断激光束；激光接收端(120)生成检测中断1；主控模块(150)经通信模块(140)发射检测启动信号；主控模块(430)经通信模块(410)接收检测启动信号；时间测量模块(420)记录检测启动时间t_start；

③-1第一扩展激光对射探测器关闭：

主控模块(150)发射检测启动信号后延时t_delay；主控模块(150)关闭第一扩展激光对射探测器(100)；

③-2轮径检测：

车载主控模块(430)读取轮轴测速传感器的计数脉冲；时间测量模块(420)记录所有测量得到的计数脉冲的时间t₁、t₂、……t_N；

④第二扩展激光对射探测器启动：

应答器2(230)接收列车查询器射频信号；主控模块(250)启动第二扩展激光对射探测器(200)；激光发射端(210)发射激光束；激光接收端(220)接收激光束；

⑤轮径检测结束：

激光遮挡板(440)阻断激光束；激光接收端(220)生成检测中断2；主控模块(250)经通信模块(240)发射检测结束信号；主控模块(430)经通信模块(410)接收检测结束信号；时间测量模块(420)记录检测结束时间t_end；

⑥第二扩展激光对射探测器关闭：

主控模块(250)发射检测结束信号后延时t_delay；主控模块(250)关闭第二扩展激光对射探测器(200)；

⑦轮径计算：

计算启动时非整数圈DS_decimal＝(t₁－t_start)/(t₂－t₁)；计算结束时非整数圈DE_decimal＝(t_end－t_N)/(t_N－t_N-1)；计算轮径检测圈数K＝N+DS_decimal+DE_decimal；计算轮径Φ＝[L+2⊿L]÷K÷π；存储轮径Φ对应的列车里程D_mileage；

所述的地铁轮径实时检测系统的故障诊断流程：

若应答器1(130)接收查询器射频信号但未读取相邻应答器11响应报文，则应答器11故障；若应答器1(130)未收查询器射频信号但查询器读取相邻应答器11报文，则应答器1(130)故障；若应答器1(130)接收应答器11响应报文但无发射检测启动信号，则第一激光对射探测器故障；第二扩展激光对射探测器(200)的故障诊断与第一扩展激光对射探测器(100)相同；

所述的地铁轮径磨损率的故障诊断流程：

读轮径磨损参数D_parameter＝0.125mm/万km；

读存储的前一次测量得到的轮径值Φ₁、里程D_1mileage和后一次测量得到的轮径值Φ₂、里程D_2mileage；

磨损率故障诊断：

计算⊿Φ＝[Φ₂－Φ₁]/[D_2mileage－D_1mileage]；若⊿Φ≥2D_parameter，则轮径磨损故障。