專利名稱：測量火車速度的設備及其方法
技術領域：
本發明涉及一種測量火車速度的設備及其方法。更特別的，本發明涉及一種測量火車速度的設備及其方法，其中在軌道附近安裝光源并且在火車上安裝測量單元，從而通過間接測量方法而測量沿著軌道行駛的火車的實際速度。
背景技術：
通常的，軌道車輛例如火車沿著已經安裝好的軌道行駛。這種火車的每個輪子具有同時旋轉的轉速計，其中通過轉速計的旋轉次數或者頻率可以測量火車的速度。
因此，在韓國公開專利第號(
公開日期2000/07/25)中引用了使用轉速計測量速度的技術，其中描述了鎖相環(PLL)。PLL包括相位檢測器，用于檢測相位差并且將相位誤差值轉換為電壓；電壓可控振蕩器(VOC)，用于將輸入的電壓轉換為頻率，以及分頻器，用于分成數量為N的脈沖。
由于在火車的低速范圍內在預定時間內可以使用轉速計測量速度，因此該技術著重于提高速度測量的精度。
然而，在輪子磨損或者轉速計滑動造成誤差的情況下，由于輪子磨損造成的誤差隨著火車行駛而累積，因此需要進行補償。
因此，需要開發一種直接測量火車實際速度的傳感器或者測量技術，從而可以周期性補償利用輪子旋轉的間接測量的方法。特別的，在火車中，由于火車的震動使得應用通常的速度傳感器很困難。而且，由于很多相關部件和機器安裝在輪子附近，存在很難安裝測量傳感器的問題。

發明內容
因此，本發明著眼于現有技術中出現的上述問題，并且本發明的目標是提供一種測量火車速度的設備及其方法，其中從安裝在軌道附近的光源發射光線，并且使用測量單元和速度轉換器測量一定時間內的光量，并且可以以非接觸方法測量沿著軌道行駛的火車的實際速度，并且可以防止與輪子附近的其他機器相干擾，從而可以很容易安裝這些部件。
本發明的另一目標是提供一種測量火車速度的設備及其方法，其中利用對通過現有轉速計測量的速度進行補償可以測量火車的實際速度，從而可以確定火車的行駛狀態。
為了實現上述目標，測量火車速度的設備包括光源，安裝在軌道附近并且發射圓形光束或者線性光束；測量單元，安裝在火車前部或者后部并且接收從所述光源發射的光線；以及速度轉換器，用于將從所述測量單元接收到的信號轉換為火車的速度值。
而且，所述光源包括發射連續光束的激光單元、控制從所述激光單元發射的光束的尺寸的凸透鏡，以及在光束通過所述凸透鏡后使光束平行射到火車上的準直儀(collimator)。
此處，優選的，所述光源提供在不存在斜坡或者彎道的位置，在這些位置火車以恒定速度行駛。而且，光源的光束是根據火車的臨近信號而發射，而不是持續發射。
而且，所述測量單元包括用于將接收到的光線轉換為電信號的光電二極管、用于放大通過所述光電二極管發送的信號的信號放大器以及用于從放大后的信號中去除噪聲并僅發送所需的信號的帶通濾波器。
一種測量火車速度的方法，包括以下步驟控制從安裝在軌道附近的激光單元發射的連續光束的尺寸并形成平行光束，使平行光束射到安裝在火車上的測量單元，以及利用光線達到最大強度級別的時間或者利用兩個測量單元處光線的最大強度級別的時間差測量火車的速度。
而且，測量的火車實際速度對間接測量方法中通過轉速計測量的速度進行補償，并且在測量單元的安裝點產生的行駛中火車的狀態通過各個安裝點處光線強度差而確定。


本發明的上述和其他目標、特征以及優點可以通過下面的結合附圖的詳細描述更清楚的理解，其中圖1為根據本發明的測量火車速度的設備的示例圖示；圖2為圖1中所示的測量火車速度的設備的詳細圖示；圖3和圖4為根據本發明的描述利用圓形光束在火車上測量的各個信號的曲線圖；以及圖5為描述對于火車行駛狀態的接收到的光線量的差值的曲線圖。
具體實施例方式
現在參考附圖通過示例實施例進一步詳細描述本發明。
圖1至圖5顯示了測量火車速度的設備及其方法。如圖1所示，所述測量火車速度的設備包括安裝在軌道10附近的光源11、接收從光源11發射的光線的測量單元12以及將從測量單元12接收到的信號轉換為火車速度值的速度轉換器13。
也就是說，安裝在火車上的測量單元12接收從光源11發射的圓形光束或者線性光束。信號從測量單元12傳送到速度轉換器13，從而測量火車14的實際速度。
如圖2所示，光源11包括發射連續光束的激光單元15、控制從激光單元15發射的光束的尺寸的凸透鏡16以及在光線通過凸透鏡16之后使光束平行射到火車14上的準直儀17(collimator)。
此處，當光源11設置在火車能夠恒速行駛的區段上時，可以精確獲得火車14的實際速度。所述區段中應當不存在斜坡或者彎道。因此，在選擇光源的安裝點時應當考慮軌道10的特點。而且，光源的光束應當根據火車的臨近信號發射而不是連續發射。
測量單元12包括用于將接收到的光線轉換為電信號的光電二極管18、用于放大從光電二極管18發送的信號的信號放大器19以及用于從放大后的信號中去除噪聲并僅發送所需信號的帶通濾波器20。
如圖1和圖2所示，從光源11的激光單元15發射的連續波束通過凸透鏡16，從而連續光束的尺寸可以被適當控制。在通過準直儀17之后，擴散的光束變為平行光束，從而發射到火車14。
通常的，考慮到火車14的行駛狀況或者尺寸，到達測量單元12的光束的尺寸可以根據如下情況而改變，即利用發射到光電二極管18的光線達到最大強度級別的時間或者利用發射到兩個光電二極管18的光線達到最大強度級別的時間差。
也就是說，在利用光線達到最大強度級別的時間的方法中，由于圓形波束的尺寸很小時光線達到最大強度的時間很短，這樣在測量中會產生很多誤差，并且導致了必須快速完成數據獲取的問題。因此，優選的，圓形光束的直徑大于30毫米。
而且，在利用發射到兩個光電二極管18的光線達到最大強度的時間差的方法中，對發射光束的尺寸幾乎沒有什么影響，因此可以適當的將圓形光束的直徑設置為5毫米。
從光源11發射的圓形光束進入光電二極管18并且轉換為電信號。電信號的電平通常很低，甚至依賴于光線強度。因此，必須通過信號放大器19將電信號的電平增大到適當電平。
而且，放大后的信號具有很多噪聲，并且所述信號應當通過帶通濾波器20以僅選擇所需信號。所選擇的信號被發送到速度轉換器13以獲取轉換后的速度。
圖3和圖4為描述利用圓形波束在火車上測量的典型信號的曲線圖。圖3顯示了發射到測量單元12的相對于時間的光線強度級別，圖4顯示了發射到兩個測量單元12的相對于時間的光線強度級別。
如曲線圖所示，從測量單元12發射的光線強度顯示為三維曲線圖，因為光線強度與發射到光電二極管18的圓形光束的面積相同。
此處，如果光線強度最大，則表示所有的圓形光束都發射到光電二極管，獲取光線達到最大強度的時間，并且通過如下公式計算速度火車速度＝圓形光束直徑/光線達到最大強度級別的時間在圖4中，光源11安裝在軌道10附近并且火車14沿著軌道10行駛。在安裝在火車14上預定空間中的兩個測量單元上捕捉信號以及時間差。
因此，在兩個測量單元12的情況下，可以通過如下公式獲取速度火車速度＝各個測量單元之間的距離/各個測量單元之間的時間差上述兩種方法是本發明的兩個實施方式，但是可以采用各種形狀的光源。如前所述，可以使用其他方法，其中光源的光束根據火車的臨近信號發射而不是連續發射。
而且，圖5為描述從兩個測量單元12接收到的光線強度的曲線圖。兩個測量單元12安裝在火車14的尾部，其中在輪子處可以產生嚴重磨損或者采用橡膠輪胎時可能產生穿孔。
對具有測量單元12的輪子根據磨損程度、穿孔以及懸掛缺陷預先分析發射到兩個測量單元12的光線強度。因此，可以通過光線強度的差值Δ1、Δ2估計行駛火車14的狀態。
盡管為了示例目的描述了本發明的優選實施方式，本領域技術人員可以理解，各種修改、添加以及替換都是可能的，但是并不背離權利要求書限定的本發明的范圍和實質。
工業適用性如上所述，本發明的測量火車速度的設備及其方法的效果在于，從安裝在軌道附近的光源發射光線，使用測量單元和速度轉換器測量一定時間內的光線量，并且可以通過非接觸方法測量沿著軌道行駛的火車的實際速度，并且可以防止與鄰近輪子的其他機器的干擾，從而可以很容易安裝這些部件。
而且，本發明的優點在于，利用對通過現有的轉速計測量的速度進行補償，可以測量火車的實際速度，并且可以確定火車的行駛狀態。
權利要求
1.一種測量火車速度的設備，包括光源(11)，安裝在軌道(10)附近并且發射圓形光束或者線性光束；測量單元(12)，安裝在火車(14)前部或者后部并且接收從所述光源(11)發射的光線；以及速度轉換器(13)，用于將從所述測量單元(12)接收到的信號轉換為火車(14)的速度值。
2.根據權利要求1所述的測量火車速度的設備，其中，所述光源(11)包括發射連續光束的激光單元(15)、控制從所述激光單元(15)發射的光束的尺寸的凸透鏡(16)以及在光束通過所述凸透鏡(16)后使光束平行射到火車(14)上的準直儀(17)。
3.根據權利要求1或2所述的測量火車速度的設備，其中，所述光源(11)提供在不存在斜坡或者彎道的位置，在這些位置火車(14)以恒定速度行駛。
4.根據權利要求3所述的測量火車速度的設備，其中所述光源(11)的光束是根據火車(14)的臨近信號而發射，而不是持續發射。
5.根據權利要求1所述的測量火車速度的設備，其中所述測量單元(12)包括用于將接收到的光線轉換為電信號的光電二極管(18)、用于放大通過所述光電二極管(18)發送的信號的信號放大器(19)以及用于從放大后的信號中去除噪聲并僅發送所需的信號的帶通濾波器(20)。
6.一種測量火車速度的方法，包括以下步驟控制從安裝在軌道(10)附近的激光單元(15)發射的連續光束的尺寸并形成平行光束；使平行光束射到安裝在火車(14)上的測量單元(12)；以及利用光線達到最大強度級別的時間而測量火車(14)的速度。
7.根據權利要求6所述的測量火車速度的方法，其中，測量的火車(14)實際速度對間接測量方法中通過轉速計測量的速度進行補償。
8.根據權利要求6或7所述的測量火車速度的方法，其中，在測量單元(12)的安裝點產生的行駛中火車(14)的狀態通過各個安裝點處光線強度差而確定。
9.一種測量火車速度的方法，包括以下步驟控制從安裝在軌道(10)附近的激光單元(15)發射的連續光束的尺寸并形成平行光束；使平行光束射到安裝在火車(14)上的兩個測量單元(12)；以及利用各個測量單元(12)處光線達到最大強度級別的時間差測量火車(14)的速度。
全文摘要
本發明涉及一種測量火車速度的設備及其方法，其中在軌道附近安裝光源并且在火車上安裝測量單元，從而通過間接測量方法而測量沿著軌道行駛的火車的實際速度。測量火車速度的設備包括光源，安裝在軌道附近并且發射圓形光束或者線性光束；測量單元，安裝在火車前部或者后部并且接收從所述光源發射的光線；以及速度轉換器，用于將從所述測量單元接收到的信號轉換為火車的速度值。測量火車速度的方法包括步驟控制從安裝在軌道附近的激光單元發射的連續光束的尺寸并構成平行光束，發射平行光束到安裝在火車上的測量單元，以及利用光線達到最大強度級別的時間而測量火車速度。
文檔編號G01P3/68GK1826531SQ03827007
公開日2006年8月30日 申請日期2003年12月18日 優先權日2003年10月15日
發明者睦載均, 張世基, 李銀浩 申請人:韓國鐵道技術研究院