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差动式轨道传感器专利介绍

更新时间:2015-05-12

背景技术
[0002] 目 前, 公知的传感器是由外壳、磁芯、线圈组成。 其工作原理为, 当车轮通过传感器
时, 通过线圈的磁场产生变化, 在线圈两端输出一个脉冲电压作为通过信号。 但是这种传
感器存在很大弊端, 当车速低于 5km/h 时线圈两端的脉冲幅度非常小, 不能被检测出来, 可
如果提高放大器的灵敏度, 又会把一些干扰信号当成车轮信号来处理造成设备工作状态错
误。 同时, 公知的传感器也不具备故障自 检、 冗余等功能, 工作状态稳定性低, 无法识别来
车的方向, 而且传感器的安装程序繁琐复杂, 对于在铁道这种高危作业环境下工作, 极为不
利, 缺乏人性化设计理念。 实用 新型内 容
[0003] 本实用新型的目 的是 :设计一种检测灵敏度高, 能够识别干扰信号, 信号可靠性
高, 具有故障自 检功能, 工作状态稳定性好, 能够识别来车方向, 并且能够被快速安装在铁
路轨道上的差动式轨道传感器, 用以克服现有技术的不足。
[0004] 本实用新型的目 的可以通过以下技术方案来实现 :
[0005] 本差动式轨道传感器, 由安装支架、传感器和处理电路盒组成, 其特征是 :安装支
架由小卡座、大卡座、 偏心锁紧手柄、 压板和可调连接板构成, 小卡座与大卡座通过锁紧螺
丝相互连接在一起, 并构成卡钳形状的安装支架的底座, 偏心锁紧手柄通过平垫和弹簧垫,
用销轴将其固定在小卡座的外侧壁上, 压板通过压板安装螺丝固定在大卡座的上部, 可调
连接板的下部通过两个安装螺丝 I 固定在大卡座的外侧壁上 ;传感器的底部通过两个安装
螺丝 II 固定在可调连接板的上部 ;传感器的底面上设有传感器出线孔, 从传感器出线孔引
出的电缆线连接到处理电路盒, 处理电路盒安装在铁轨的一侧。
[0006] 本实用新型所述的传感器由磁芯、两个线圈、外壳和底板构成, 磁芯和两个线圈均
在外壳的内部, 磁芯为强磁材料制成的"山" 字形柱体磁芯, 两个线圈分别套装在磁芯两侧
的立柱上, 底板将外壳封口, 底板上设有传感器出线孔和两个固定安装孔。
[0007] 本实用新型所述的磁芯由铷铁硼强磁材料制成。
[0008] 本实用新型所述的处理电路盒里设有处理电路板, 所述处理电路板上的处理 电
路由传感器电路、 放大电路、 单片机电路、 自 检电路、 看门狗电路、 输出电路和电源电路组
成, 传感器电路内 有线圈 L1 和 L2 ;放大电路内 有运算放大器 U3A 和 U3B 以及光电耦合器
U2 和 U5, 其运算放大器 U3A 和 U3B 的型号为 LM358, 其光电耦合器 U2 和 U5 的型号为 P521 ;
单片机电路内有单片机 U6 和 12M 晶体振荡器, 其单片机 U6 的型号为 AT89C2051 ;自 检电路
内有光电耦合器 U7 及 U9、 PNP 型三极管 Q1 和发光二极管 DS1 及 DS2, 其光电耦合器 U7 及
说 明 书
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U9 的型号为 P521, 其 PNP 型三极管的型号为 9012 ;看门狗电路内有复位芯片 U1, 其型号为
MAX817 ;输出电路内有光电耦合器 U8, 其型号为 P521 ;电源电路内有稳压器 U4、二极管 D1
和电容器 C3、 C4 及 C5, 其稳压器 U4 的型号为 7805, 其二极管 D1 的型号为 IN4148 ;
[0009] 其连接关系为 :传感器电路与放大电路之间, 线圈 L1 及 L2 的两端分别连接至运算
放大器 U3A 及 U3B 的输入端, 运算放大器 U3A 及 U3B 的输出端分别与光电耦合器 U2 及 U5 内
发光二极管的负极相连接, 光电耦合器 U2 及 U5 内三极管的集电极分别连接至单片机 U6 的
P1. 3 及 P1. 2 口 ;自 检电路与单片机电路之间, PNP 型三极管 Q1 的基极经过电阻 R1 连接到
单片机 U6 的 P1. 4 口, PNP 型三极管 Q1 的发射极连接电源电路的输出信号 VCC 端, 发光二极
管 DS1 及 DS2 的正极均连接到 PNP 型三极管 Q1 的集电极, 发光二极管 DS1 及 DS2 的负极分
别连接至线圈 L1 及 L2 的一端, 线圈 L1 及 L2 的另一端分别与光电耦合器 U7 及 U9 内发光
二极管的正极相连接, 光电耦合器 U7 及 U9 内三极管的集电极分别连接至单片机 U6 的 P1. 1
及 P1. 0 口 ;看门狗电路与单片机电路之间, 复位芯片 U1 的第 6 引脚及第 7 引脚分别连接至
单片机 U6 的 P3. 2 口及 RST 端, 复位芯片 U1 的 BATT 端与 OUT 端短接 ;输出电路与单片机电
路及电源电路之间, 光电耦合器 U8 内发光二极管的负极连接到单片机 U6 的 P3. 5 口, 光电
耦合器 U8 内三极管的集电极经电阻 R7 连接至二极管 D1 的正极, 光电耦合器 U8 内三极管
的发射极连接至输出端子排 P4 的第 1 引脚, 其第 2 引脚接地 ;在电源电路中, 二极管 D1 的
正极连接至交流电源端子排 P2 的第 1 引脚, 其第 2 引脚接地, 二极管 D1 的负极及电容器 C3
的一端均连接至稳压器 U4 的 IN 端, 电容器 C4 及 C5 的一端均连接至稳压器 U4 的 OUT 端,
电容器 C3、 C4 及 C5 的另一端均接地, 稳压器 U4 的 OUT 端输出电源信号 VCC, 用于向放大电
路、单片机电路、自 检电路、看门狗电路和输出电路供电。
[001 0] 本实用新型具有以下几方面的优点 :
[001 1 ] (1) 检测灵敏度高, 在车速低于 5km/h 时仍能准确的检测到车轮信号。
[001 2] (2) 能够识别干扰信号, 信号可靠性高。
[001 3] (3) 具有故障自 检功能, 工作状态稳定性好。
[001 4] (4) 结构简单, 该差动式轨道传感器的安装支架底座为卡钳状, 安装支架 底座上
带有偏心锁紧手柄, 因此, 能够将传感器快速安装在铁路轨道上, 针对安装人员的安全系数
高。 附图说明
[001 5] 图 1 是本实用新型的分解结构示意图 ;
[001 6] 图 2 是本实用新型安装在轨道上的主视结构示意图 ;
[001 7] 图 3 是图 2 的左视图 ;
[001 8] 图 4 是图 2 的右视图 ;
[001 9] 图 5 是传感器的主视剖视图 ;
[0020] 图 6 是图 5 的左视图 ;
[0021 ] 图 7 是图 5 的俯视图 ;
[0022] 图 8 是处理电路的电路框图 ;
[0023] 图 9 是处理电路的电路原理图 ;
[0024] 图 10 是传感器线圈的波形图。

具体实施方式
[0025] 如图 1-7 所示, 本差动式轨道传感器, 由安装支架、传感器 11 和处理电路盒组成,
其特征是 :安装支架由小卡座 6、大卡座 8、偏心锁紧手柄 1、压板 9 和可调连接板 12 构成, 小
卡座 6 与大卡座 8 通过锁紧螺丝 5 相互连接在一起, 并构成卡钳形状的安装支架的底座, 偏
心锁紧手柄 1 通过平垫 3 和弹簧垫 4, 用销轴 2 将其固定在小卡座 6 的外侧壁上, 压板 9 通
过压板安装螺丝 10 固定在大卡座 8 的上部, 可调连接板 12 的下部通过两个安装螺丝 I 13
固定在大卡座 8 的外侧壁上 ;传感器 11 的底部通过两个安装螺丝 II 14 固定在可调连接板
12 的上部 ;传感器 11 的底面上设有传感器出线孔 15, 从传感器出线孔 15 引出的电缆线连
接到处理电路盒, 处理电路盒安装在铁轨 7 的一侧。 所述的传感器 11 由磁芯 16、线圈 17a
及 17b、外壳 18 和底板 19 构成, 磁芯 16 和线圈 17a 及 17b 均在外壳 18 的内部, 磁芯 16 为
强磁材料制成的"山" 字形柱体磁芯, 线圈 17a 及 17b 分别套装在磁芯 16 两侧的立柱上, 底
板 19 将外壳封口, 底板 19 上设有传感器出线孔 15 和两个固定安装孔。 所述的磁芯 16 由
铷铁硼强磁材料制成。
[0026] 如图 8-9 所示, 所述的处理电路盒里设有处理电路板, 所述处理电路板上的处理
电路由传感器电路 21、 放大电路 22、 单片机电路 23、 自 检电路 24、 看门狗电路 25、 输出电
路 26 和电源电路 27 组成, 传感器电路 21 内有线圈 L1 和 L2( 即图 5 中所示的线圈 17a 及
17b) ;放大电路 22 内有运算放大器 U3A 和 U3B 以及光电耦合器 U2 和 U5, 其运算放大器 U3A
和 U3B 的型号为 LM358, 其光电耦合器 U2 和 U5 的型号为 P521 ;单片机电路 23 内有单片机
U6 和 12M 晶体振荡器, 其单片机 U6 的型号为 AT89C2051 ;自 检电路 24 内有光电耦合器 U7
及 U9、 PNP 型三极管 Q1 和发光二极管 DS1 及 DS2, 其光电耦合器 U7 及 U9 的型号为 P521,
其 PNP 型三极管的型号为 9012 ;看门狗电路 25 内有复位芯片 U1, 其型号为 MAX817 ;输出电
路 26 内有光电耦合器 U8, 其型号为 P521 ;电源电路 27 内有稳压器 U4、二极管 D1 和电容器
C3、 C4 及 C5, 其稳压器 U4 的型号为 7805, 其二极管 D1 的型号为 IN4148 ;
[0027] 其连接关系为 :传感器电路 21 与放大电路 22 之间, 线圈 L1 及 L2 的两端分别连接
至运算放大器 U3A 及 U3B 的输入端, 运算放大器 U3A 及 U3B 的输出端分别与光电耦合器 U2
及 U5 内发光二极管的负极相连接, 光电耦合器 U2 及 U5 内三极管的集电极分别连接至单片
机 U6 的 P1. 3 及 P1. 2 口 ;自 检电路 24 与单片机电路 23 之间, PNP 型三极管 Q1 的基极经过
电阻 R1 连接到单片机 U6 的 P1. 4 口, PNP 型三极管 Q1 的发射极连接电源电路 27 的输出信
号 VCC 端, 发光二极管 DS1 及 DS2 的正极均连接到 PNP 型三极管 Q1 的集电极, 发光二极管
DS1 及 DS2 的负极分别连接至线圈 L1 及 L2 的一端, 线圈 L1 及 L2 的另一端分别与光电耦
合器 U7 及 U9 内发光二极管的正极相连接, 光电耦合器 U7 及 U9 内三极管的集电极分别连
接至单片机 U6 的 P1. 1 及 P1. 0 口 ;看门狗电路 25 与单片机电路 23 之间, 复位芯片 U1 的
第 6 引脚及第 7 引脚分别连接至单片机 U6 的 P3. 2 口及 RST 端, 复位芯片 U1 的 BATT 端与
OUT 端短接 ;输出电路 26 与单片机电路 23 及电源电路 27 之间, 光电耦合器 U8 内发光二极
管的负极连接到单片机 U6 的 P3. 5 口, 光电耦合器 U8 内三极管的集电极经电阻 R7 连接至
二极管 D1 的正极, 光电耦合器 U8 内三极管的发射极连接至输出端子排 P4 的第 1 引脚, 其
第 2 引脚接地 ;在电源电路 27 中, 二极管 D1 的正极连接至交流电源端子排 P2 的第 1 引脚,
其第 2 引脚接地, 二极管 D1 的负极及电容器 C3 的一端均连接至稳压器 U4 的 IN 端, 电容器

C4 及 C5 的一端均连接至稳压器 U4 的 OUT 端, 电容器 C3、 C4 及 C5 的另一端均接地, 稳压器
U4 的 OUT 端输出电源信号 VCC, 用于向放大电路 22、单片机电路 23、自 检电路 24、看门狗电
路 25 和输出电路 26 供电。
[0028] 如图 10 所示, 为车轮经过传感器线圈的波形图, 当车轮通过线圈 17a 再通过线圈
17b 时产生两个有相位差的波形 S1 和 S2, 可以根据 S1 超前 S2, 或是 S2 超前 S1 来判断列
车前进方向。 如果有干扰信号就会在线圈 17a 及 17b 上同时产生 2 个相同的信号, 因此, 当
S1 和 S2 的波形没有相位差时, 就可以判断为干扰信号不做处理。
[0029] 本差动式轨道传感器的处理电路工作原理为 :如图 9、 10 所示, 处理电路上电后,
单片机 U6 的 P1. 4 口发出一个低脉冲给 PNP 型三极管 Q1, 使 PNP 型三极管 Q1 导通, 从而使
正 5 伏电压通过发光二极管 DS1 及 DS2 分别送给两个差动线圈 L1 及 L2 的一端, 两线圈的
另一端通过光电耦合器 U7 及 U9 分别将信号 S1 和 S2 送入单片机 U6 的 P1. 1 及 P1. 0 口,
单片机 U6 同时收到两路信号 S1 和 S2 说明系统正常。 当有车经过时, 信号 S1 和 S2 经线圈
L1 及 L2, 通过运算放大器 LM324 放大后经光电耦合器 U2 及 U5 分别送入单片机 U6 的 P1. 3
及 P1. 2 口, 当先收到 S1 信号, 后收到 S2 信号时为上行方向 ;当先收到 S2 信号, 后收到 S1
信号时为下行方向 ;当两个信号 S1 和 S2 同时来时是干扰信号, 单片机 U6 进行故障处理, 单
片机 U6 处理后经光电耦合器 U8 输出。
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