[发明专利]垂直式智能脱轨器及其脱轨器智能盒倾角数据采集方法

说明书

一种垂直式智能脱轨器，它包括垂直式脱轨器及脱轨器智能盒；所述的垂直式脱轨器包括脱轨器本体、翻转手柄和警示牌立杆；所述的脱轨器智能盒包括智能盒体及其内部的信号采集单元；所述的脱轨器智能盒以抱箍式固定于传统垂直式脱轨器的警示牌立杆上用于检测脱轨器本体状态，所述的脱轨器智能盒的信号采集单元包括陀螺仪传感器、加速度传感器、温度传感器、中央处理器和无线收发模块。本发明是一套基于高效、易操作、可靠性高的垂直式智能脱轨器，可充分融合陀螺仪传感器和加速度传感器信息，实现对传统垂直式脱轨器状态的实时准确监测，对保障铁路安全运行具有非常重要的意义和实用价值。

技术领域

本发明涉及铁路智能脱轨器领域，尤其是适用于实现对铁路现场传统垂直式脱轨器的实时监测及管理，具体地说是一种基于陀螺仪和加速度传感器信息融合的垂直式智能脱轨器及其脱轨器智能盒倾角数据采集方法。

背景技术

脱轨器是一种轨道上的保护装置，用于保护轨道上的人员或者重要的机车车辆，一旦有机车或车辆进入脱轨器保护的轨道区段即行脱轨以保证被保护对象的安全。货列到达站场进行列检时列车两端也需安置脱轨器，若机车滑动，脱轨器会将机车强制脱离轨道，以保护站场人员生命安全，另外一些重要机车车辆两端也设置脱轨器，以保护这些重要机车车辆的安全。目前，传统垂直式脱轨器存在以下问题：传统垂直式脱轨器的实时状态难以监控，当脱轨器发生动作时，车站工作人员无法及时得到信息，严重时会危害人身财产安全。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提出一种基于陀螺仪和加速度传感器信息融合的垂直式智能脱轨器及其脱轨器智能盒倾角数据采集方法。本发明是一套基于高效、易操作、可靠性高的垂直式智能脱轨器，可充分融合陀螺仪和加速度传感器信息，实现对传统垂直式脱轨器状态的实时准确监测，对保障铁路安全运行具有非常重要的意义和实用价值。

本发明的技术方案是：

一种垂直式智能脱轨器，它包括垂直式脱轨器及脱轨器智能盒；所述的垂直式脱轨器包括脱轨器本体、翻转手柄和警示牌立杆；所述的脱轨器智能盒包括智能盒体及其内部的信号采集单元；所述的脱轨器智能盒以抱箍式固定于传统垂直式脱轨器的警示牌立杆上用于检测脱轨器本体状态，所述的脱轨器智能盒的信号采集单元包括陀螺仪传感器、加速度传感器、温度传感器、中央处理器和无线收发模块，所述的陀螺仪传感器、加速度传感器分别用于采集脱轨器智能盒的角速度及脱轨器智能盒x、y、z三个方向的加速度，温度传感器用于检测现场温度；陀螺仪传感器、加速度传感器、温度传感器的信号输出端均与中央处理器的对应信号输入端相连，中央处理器融合陀螺仪传感器和加速度传感器的信息并获得脱轨器“上轨”、“下轨”信息；所述脱轨器智能盒通过其无线收发模块与网络协调器无线连接，无线收发模块用于信号采集单元与网络协调器之间的无线数据传输，智能脱轨器监控上位机与网络协调器相连，监视各脱轨器智能盒的信号采集单元采集的脱轨器“上轨”、“下轨”信息；所述“上轨”、“下轨”信息是指：操纵翻转手柄，用于改变垂直式脱轨器状态：“上轨”到“下轨”或“下轨”到“上轨”，若脱轨器智能盒倾角为89.8°-90°之间，脱轨器智能盒判断此时脱轨器本体为“上轨”状态；若脱轨器智能盒倾角为0-89.8°之间，脱轨器智能盒判断此时脱轨器本体为“下轨”状态。

一种脱轨器智能盒倾角数据采集方法，基于本发明公开的垂直式智能脱轨器，它采用陀螺仪传感器和加速度传感器分别计算脱轨器智能盒倾角：加速度传感器通过测量重力加速度在水平方向上的分量得到脱轨器智能盒的第一倾角并记为初始角度，陀螺仪传感器通过对测量角速度进行积分然后加上初始角度，得到脱轨器智能盒的第二倾角；然后第一倾角、第二倾角结合脱轨器智能盒运动的角速度ω，三者经中央处理器信息融合输出一个准确可靠的脱轨器智能盒倾角数据。

优选的，它包括以下步骤：

(1)垂直式智能脱轨器开机后静止5秒，加速度传感器通过测量本地重力加速度及其在水平方向的分量，进而计算出倾角α，即脱轨器智能盒的第一倾角α，在静止状态下基于加速度传感器计算获得脱轨器智能盒的倾角作为脱轨器智能盒的初始角度θ₀；