专利名称：用于无源车轮传感器的信号处理装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及铁路车号自动识别系统中列车探测技术领域，尤其涉及一种用于无源车轮传感器的信号处理装置。
背景技术：
目前国内铁路车号识别系统主要采用无源车轮传感器、有源车轮传感器和环路线圈这三个方案来实现车辆探测。无源车轮传感器主要利用电磁感应原理将车轮通过传感器上方的信息转化为电压输出。通过车速越高，传感器输出的电压波动越大；通过车速越低，传感器输出电压波动越小。目前对无源车轮传感器输出信号的处理主要是通过放大电路将车轮传感器信号放大并和固定的电平门限比较输出逻辑电平，以此表示车轮通过。因此在·低速过车的应用中，门限电压的设置就相当困难。门限电压设置过低，则会将干扰或噪声等信号误判为过车信号。故目前无源车轮传感器多只适用于5km/h以上的通过车速。为满足低速应用，现场多采用无源车轮传感器+有源车轮传感器或无源车轮传感器+环路线圈的组合方式应用。这些组合的方法，造成现场使用的设备种类繁多，设备成本较高。且有源车轮传感器和环路线圈在性能和寿命方面都不如无源车轮传感器稳定，给安装和维护工作带来不便。针对上述问题，这里提出了一种用于无源车轮传感器的信号处理装置，来实现对各种通过车速信号的识别，特别是低速通过时的信号识别。

实用新型内容本实用新型要解决的技术问题在于能对不同车速的通过信号进行有效识别，特别是在列车大于lkm/h，小于5km/h低速通过时也能进行有效识别，针对现有技术的上述缺陷，提供一种用于无源车轮传感器的信号处理装置。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是用于无源车轮传感器的信号处理装置，包括将无源车轮传感器4采集到的差分电压信号进行限幅和抗混叠滤波处理的预处理单元I、将所述预处理单元I输出的差分电压信号转化为数字信号的模数转化单元2、将所述模数转化单元2输出的数字信号进行识别判断出车轮通过所述无源车轮传感器4时产生的电压信号并将判断结果上传给主机5的信号识别单元3，所述预处理单元I、模数转化单元2、信号识别单元3顺序连接。进一步地，所述模数转化单元2包括用于将预处理单元I输出的差分电压信号转化为数字信号的多通道同步AD转换器、用于接收多通道同步AD转换器输出的数字信号并将其进行串并转换后输出给信号识别单元3的现场可编程阵列器FPGA。进一步地，所述信号识别单元3包括数字信号处理器，所述数字信号处理器包括对模数转化单元2输出的数字信号进行噪声以及干扰信号抑制处理的滤波处理模块31、分别对滤波处理模块31输出的数字信号进行幅值、周期估计的幅值估计模块8和周期估计模块34、接收所述幅值估计模块33和所述周期估计模块34的估计结果并判断出过车信号的过车信号判断模块35、对模数转化单元2输出的数字信号进行噪声评估并判断出各种噪声的频域分布和能量大小的噪声估计模块34、将过车信号、噪声的频域分布和能量大小的判断结果进行进一步筛选、滤除大能量和持续噪声干扰后将判断结果输出给上位主机5的结果综合输出模块36。进一步地，所述多通道同步AD转换器采用的是ADS7863型号芯片。进一步地，所述现场可编程阵列器FPGA采用的是LFXP3C芯片。进一步地，所述数字信号处理器为TMS320C6713。实施本实用新型的用于用于无源车轮传感器的信号处理装置，具有以下有益效果通过间接的硬件电路设计，扩展了无源车轮传感器的车速应用范围，特别是车轮低速通过时的应用，能有效识别车轮通过信号的速度可低至lkm/h。

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中图I为本实用新型的结构框图；图2为本实用新型的信号识别单元内程序结构和处理流程图；图3为本实用新型模数转化单元输出的无源车轮传感器低速过车信号波形图；图4为本实用新型信号识别单元内滤波处理模块输出的低速过车信号波形图。
具体实施方式
如图I所示，本实用新型的用于无源车轮传感器的信号处理装置，具有顺序连接的预处理单元I、模数转化单元2和信号识别单元3。预处理单元I接入无源车轮传感器4输出的差分信号，进行限幅和抗混叠滤波处理，处理后的信号输出给模数转化单元2。模数转化单元2的功能是自动采样预处理后的无源车轮传感器信号，将差分电压信号转化为数字信号输出给信号识别单元3。模数转化单元2利用多通道同步AD转换器ADS7863和现场可编程阵列器FPGA LFXP3C来实现。FPGA控制AD转换器自动采样，并将AD转换器输出的数据串并转换后输出给信号识别单元3。对低速过车信号的采样波形如图3所示。信号识别单元3利用数字信号处理器TMS320C6713B来实现对模数转化单元2输出数字信号的处理，甄别出各种速度下车轮通过的信号。信号处理单元3对过车信号的识别处理以程序计算方式实现，其信号处理流程如图2所示，由滤波处理模块31、噪声估计模块32、幅值估计模块33、周期估计模块34、过车信号判别模块35和结果综合输出模块36组成。滤波处理模块31是对模数转化单元2输出的数字信号进行滤波处理，抑制干扰和噪声信号，提升信噪比。对低速过车信号处理后的效果如图4所示，可见明显改善，可提升对低速过车信号识别的灵敏度。幅度估计模块33和周期估计模块34是对滤波处理后的数字信号进行处理，计算出波动信号的峰值大小和周期长短，并将结果输出给过车信号判别模块35。过车信号判别模块35是根据幅值估计模块33和周期估计模块34输出的结果计算出波动信号的能量大小。实际车轮通过无源车轮传感器时，通过速度越快，信号波动越大，周期越小；通过速度越慢，信号波动越小，周期越长；综合来看，无论车轮通过速度快慢，无源车轮传感器输出波动信号的能量大小是相同的，该能量是明显大于噪声信号的能量。过车信号判别模块35内预设能量判别门限，波动信号的能量大于或等于该门限时，认定为有效过车信号。噪声估计模块34是对模数转化单元2输出的信号进行频谱分析，计算出现场复杂电磁环境下噪声的频率分布和各频段的能量大小。对噪声的评估结果输出给结果综合输出模块36。结果综合输出模块36是根据噪声估计模块34的结果对过车信号判别模块35输 出的过车信号进行进一步的甄别，滤除固定周期且大能量的干扰信号导致的误判别。以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求1.用于无源车轮传感器的信号处理装置，其特征在于，包括将无源车轮传感器(4)采集到的差分电压信号进行限幅和抗混叠滤波处理的预处理单元(I)、将所述预处理单元(I)输出的差分电压信号转化为数字信号的模数转化单元(2)、将所述模数转化单元(2)输出的数字信号进行识别判断出车轮通过所述无源车轮传感器(4)时产生的电压信号并将判断结果上传给主机(5)的信号识别单元(3)，所述预处理单元(I)、模数转化单元(2)、信号识别单元(3)顺序连接。
2.根据权利要求I所述的用于无源车轮传感器的信号处理装置，其特征在于，所述模数转化单元(2)包括用于将预处理单元(I)输出的差分电压信号转化为数字信号的多通道同步AD转换器、用于接收多通道同步AD转换器输出的数字信号并将其进行串并转换后输出给信号识别单元(3)的现场可编程阵列器FPGA。
3.根据权利要求I所述的用于无源车轮传感器的信号处理装置，其特征在于，所述信号识别单元(3)包括数字信号处理器，所述数字信号处理器包括对模数转化单元(2)输出的数字信号进行噪声以及干扰信号抑制处理的滤波处理模块(31)、分别对滤波处理模块(31)输出的数字信号进行幅值、周期估计的幅值估计模块(8)和周期估计模块(34)、接收所述幅值估计模块(33)和所述周期估计模块(34)的估计结果并判断出过车信号的过车信号判断模块(35)、对模数转化单元(2)输出的数字信号进行噪声评估并判断出各种噪声的频域分布和能量大小的噪声估计模块(34)、将过车信号、噪声的频域分布和能量大小的判断结果进行进一步筛选、滤除大能量和持续噪声干扰后将判断结果输出给上位主机(5)的结果综合输出模块(36)。
4.根据权利要求2所述的用于无源车轮传感器的信号处理装置，其特征在于，所述多通道同步AD转换器采用的是ADS7863型号芯片。
5.根据权利要求2或4所述的用于无源车轮传感器的信号处理装置，其特征在于，所述现场可编程阵列器FPGA采用的是LFXP3C芯片。
6.根据权利要求3所述的用于无源车轮传感器的信号处理装置，其特征在于，所述数字信号处理器为TMS320C6713。
专利摘要本实用新型公开了一种用于无源车轮传感器的信号处理装置。本实用新型包括将无源车轮传感器(4)采集到的差分电压信号进行限幅和抗混叠滤波处理的预处理单元(1)、将所述预处理单元(1)输出的差分电压信号转化为数字信号的模数转化单元(2)、将所述模数转化单元(2)输出的数字信号进行识别判断出车轮通过所述无源车轮传感器(4)时产生的电压信号并将判断结果上传给主机(5)的信号识别单元(3)，所述预处理单元(1)、模数转化单元(2)、信号识别单元(3)顺序连接。本实用新型扩展了无源车轮传感器的车速应用范围，特别是车轮低速通过时的应用，能有效识别无源车轮传感器输出的过车信号，适应的过车速度访问最低可到1km/h。
文档编号G01D5/14GK202793421SQ20122032419
公开日2013年3月13日 申请日期2012年7月5日 优先权日2012年7月5日
发明者童云, 张彤, 王波, 孙电, 陈文明, 卢曰强 申请人:深圳市远望谷信息技术股份有限公司