故障判断方法及装置与流程

1.本技术涉及轨道交通信号领域，尤指一种故障判断方法及装置。


背景技术：

2.在高速列车运行过程中，采集轨上的信息装置称为tcr(train circuit recorder，可以译为列车电路记录器)设备。tcr设备是列控系统车载设备的一部分，它负责接收和解调轨道电路信号(后文解调轨道电路信号称为解码)来判别与前车之间的距离位置关系。
3.然而一方面，轨道电路信号在铁路系统中易受到干扰造成信号幅值偏低，造成tcr设备无法解码的情况；另一方面tcr设备的解码硬件功能失效，造成tcr设备无法解码。
4.tcr设备无法解码会造成停车故障，造成列车晚点。


技术实现要素：

5.本技术提供了一种故障判断方法及装置，能够方便且准确地对轨道交通信号设备进行测试，提高了铁路系统的安全性。
6.本技术提供了一种故障判断方法，包括：根据测试指令生成轨道电路信号并对所生成的轨道电路信号进行处理；将处理后的轨道电路信号通过轨道电路天线回路发送给tcr设备；其中，所述tcr设备设置为对所述处理后的轨道电路信号进行解码；接收所述tcr设备发送的信息；根据所接收的信息判断轨道电路天线回路或tcr设备是否故障。
7.一种示例性的实施例中，所述根据测试指令生成轨道电路信号，包括：
8.若所述测试指令中包括轨道电路信号的参数，则根据轨道电路信号的参数生成轨道电路信号；
9.若所述测试指令中不包括轨道电路信号的参数，则根据预设的轨道电路信号的参数生成轨道电路信号。
10.一种示例性的实施例中，在接收所述tcr设备发送的信息之前，包括：
11.向所述tcr设备发送握手信号。
12.一种示例性的实施例中，所述根据所接收的信息判断轨道电路天线回路或tcr设备是否故障，包括：
13.如果所接收到的信息指示与所述tcr设备握手不成功，则判断所述tcr设备故障；
14.如果所接收到的信息指示所述tcr设备未接收到轨道电路信号，则判断轨道电路天线回路故障；
15.如果所接收到的信息指示所述tcr设备接收到部分轨道电路信号，则判断tcr设备故障或轨道电路天线回路故障；
16.如果所接收到的信息为指示生成所述轨道电路信号的参数和解码后的信号的参数不相同，则判断tcr设备故障。
17.一种示例性的实施例中，所述对所生成的轨道电路信号进行处理，包括：
18.对所生成的轨道电路信号进行放大、滤波、及恒流控制。
19.一种示例性的实施例中，对所生成的轨道电路信号进行放大、滤波、及恒流控制，包括：
20.将对所生成的轨道电路信号进行放大、低通滤波和高通滤波；
21.将经过放大、低通滤波和高通滤波的轨道电路信号进行比例缩小，将比例缩小后的信号作为控制信号，通过所述控制信号控制经过放大、低通滤波和高通滤波的轨道电路信号进行恒流输出。
22.一种示例性的实施例中，可以将轨道电路天线回路或tcr设备是否故障的判断结果发送给上位机。
23.本技术提供了一种故障判断装置，包括：
24.包括信号处理模块和通信接口模块；
25.所述信号处理模块，设置为从所述通信接口模块接收测试指令，根据测试指令生成轨道电路信号并对所生成的轨道电路信号进行处理；将处理后的轨道电路信号通过轨道电路天线回路发送给tcr设备；从所述通信接口模块接收所述tcr设备发送的信息；根据所接收的信息判断轨道电路天线回路或tcr设备是否故障；
26.所述通信接口模块，设置为从上位机接收测试指令，以及接收所述tcr设备发送的信息。
27.一种示例性的实施例中，所述根据所接收的信息判断轨道电路天线回路或tcr设备是否故障，包括：
28.如果所接收到的信息指示与所述tcr设备握手不成功，则判断所述tcr设备故障；
29.如果所接收到的信息指示所述tcr设备未接收到轨道电路信号，则判断轨道电路天线回路故障；
30.如果所接收到的信息指示所述tcr设备接收到部分轨道电路信号，则判断tcr设备故障或轨道电路天线回路故障；
31.如果所接收到的信息为指示生成所述轨道电路信号的参数和解码后的信号的参数不相同，则判断tcr设备故障。
32.一种示例性的实施例中，对所生成的轨道电路信号进行处理，包括：
33.对所生成的轨道电路信号进行放大、滤波、及恒流控制；
34.其中，所述对所生成的轨道电路信号进行放大、滤波、及恒流控制，包括：
35.将对所生成的轨道电路信号进行放大、低通滤波和高通滤波；
36.将经过放大、低通滤波和高通滤波的轨道电路信号进行比例缩小，将比例缩小后的信号作为控制信号，在所述控制信号的作用下，将经过放大、低通滤波和高通滤波的轨道电路信号转换成恒流信号。
37.本技术包括以下优点：
38.本技术至少一个实施例能够方便且准确地对轨道交通信号设备进行测试，提高了铁路系统的安全性。
39.本技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术而了解。本技术的其他优点可通过在说明书以及附图中所描述的方案来实现和获得。
附图说明
40.附图用来提供对本技术技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本技术的实施例一起用于解释本技术的技术方案，并不构成对本技术技术方案的限制。
41.图1为本技术实施例的故障判断方法的流程图；
42.图2为本技术实施例的故障判断装置的示意图；
43.图3为本技术实施例的故障判断系统的示意图；
44.图4为本技术实施例的信号处理电路的示意图；
45.图5为本技术实施例的信号处理电路的原理图。
具体实施方式
46.图1为本技术实施例的故障判断方法的流程图，如图1所示，本实施例的故障判断方法，包括s11-s13步骤：
47.s11、根据测试指令生成轨道电路信号并对所生成的轨道电路信号进行处理；
48.s12、将处理后的轨道电路信号通过轨道电路天线回路发送给tcr设备；
49.s13、接收所述tcr设备发送的信息；根据所接收的信息判断轨道电路天线回路或tcr设备是否故障；
50.一种示例性的实施例中，所述根据测试指令生成轨道电路信号，包括：
51.若所述测试指令中包括轨道电路信号的参数，则根据轨道电路信号的参数生成轨道电路信号；
52.若所述测试指令中不包括轨道电路信号的参数，则根据预设的轨道电路信号的参数生成轨道电路信号。
53.一种示例性的实施例中，在接收所述tcr设备发送的信息之前，包括：
54.向所述tcr设备发送握手信号。
55.一种示例性的实施例中，所述根据所接收的信息判断轨道电路天线回路或tcr设备是否故障，包括：
56.如果所接收到的信息指示与所述tcr设备握手不成功，则判断所述tcr设备故障；
57.如果所接收到的信息指示所述tcr设备未接收到轨道电路信号，则判断轨道电路天线回路故障；
58.如果所接收到的信息指示所述tcr设备接收到部分轨道电路信号，则判断tcr设备故障或轨道电路天线回路故障；
59.如果所接收到的信息为指示生成所述轨道电路信号的参数和解码后的信号的参数不相同，则判断tcr设备故障。
60.一种示例性的实施例中，所述对所生成的轨道电路信号进行处理，包括：
61.对所生成的轨道电路信号进行放大、滤波、及恒流控制；
62.其中，所述对所生成的轨道电路信号进行放大、滤波、及恒流控制，包括：
63.将对所生成的轨道电路信号进行放大、低通滤波和高通滤波；
64.将经过放大、低通滤波和高通滤波的轨道电路信号进行比例缩小，将比例缩小后的信号作为控制信号，在所述控制信号的作用下，将经过放大、低通滤波和高通滤波的轨道电路信号转换成恒流信号。
65.这里的比例缩小是指输入电压和输出电压为正比关系，比如：
66.u0＝k
×
ui；
67.k为比例系数，那么当0《k《1时，就称为比例缩小。
68.本技术实施例通过生成轨道电路信号，并将生成的轨道电路信号发送给轨道电路天线，轨道电路天线将轨道电路信号发送给tcr设备，接收所述tcr设备发送的信息；根据所接收的信息判断轨道电路天线回路或tcr设备是否故障。
69.图2为本技术实施例的故障判断装置的示意图，如图2所示，故障判断装置包括：
70.包括信号处理模块和通信接口模块；
71.所述信号处理模块，设置为从所述通信接口模块接收测试指令，根据测试指令生成轨道电路信号并对所生成的轨道电路信号进行处理；将处理后的轨道电路信号通过轨道电路天线回路发送给tcr设备；从所述通信接口模块接收所述tcr设备发送的信息；根据所接收的信息判断轨道电路天线回路或tcr设备是否故障；
72.所述通信接口模块，设置为从上位机接收测试指令，以及接收所述tcr设备发送的信息。
73.一种示例性的实施例中，所述根据所接收的信息判断轨道电路天线回路或tcr设备是否故障，包括：
74.如果所接收到的信息指示与所述tcr设备握手不成功，则判断所述tcr设备故障；
75.如果所接收到的信息指示所述tcr设备未接收到轨道电路信号，则判断轨道电路天线回路故障；
76.如果所接收到的信息指示所述tcr设备接收到部分轨道电路信号，则判断tcr设备故障或轨道电路天线回路故障；
77.如果所接收到的信息为指示生成所述轨道电路信号的参数和解码后的信号的参数不相同，则判断tcr设备故障。
78.一种示例性的实施例中，对所生成的轨道电路信号进行处理，包括：对所生成的轨道电路信号进行放大、滤波、及恒流控制。
79.一种示例性的实施例中，所述对所生成的轨道电路信号进行放大、滤波、及恒流控制，包括：
80.将对所生成的轨道电路信号进行放大、低通滤波和高通滤波；
81.将经过放大、低通滤波和高通滤波的轨道电路信号进行比例缩小，将比例缩小后的信号作为控制信号，在所述控制信号的作用下，将经过放大、低通滤波和高通滤波的轨道电路信号转换成恒流信号。
82.一种示例性的实施例中，所述信号处理模块可以包括数字信号处理模块和模拟信号处理模块。
83.一种示例性的实施例中，所述模拟信号处理模块可以包括dds、滤波电路和信号处理电路。
84.一种示例性的实施例中，可以通过dds生成轨道电路信号。
85.一种示例性的实施例中，所述数字信号处理模块可以包括dsp和fpga。
86.一种示例性的实施例中，所述通信接口模块可以包括第一接口电路和第二接口电路。所述第一接口电路可以采用di/do422通信模式，所述第二接口电路可以采用232通信模
式。
87.本测试装置支持现场的三种移频模式的选择发送功能，即zpw2000、um71、国产移频。
88.本技术实施例的装置通过生成轨道电路信号，并将生成的轨道电路信号发送给轨道电路天线，轨道电路天线将轨道电路信号发送给tcr设备，接收所述tcr设备发送的信息；根据所接收的信息判断轨道电路天线回路或tcr设备是否故障。
89.图3为本技术实施例的故障判断系统的示意图，如图3所示，该系统为故障判断系统的一个示例。
90.该系统包括tcr测试板、tcr设备、pc机和轨道电路天线。
91.其中，tcr测试板即上述故障判断装置的示例，该装置由模拟信号处理模块、数字信号处理模块、通讯接口模块组成。
92.通讯接口模块用于适配本装置与计算机或其他测试系统通信，接收信号发生控制指令和参数；数字信号处理模块根据收到的控制指令，进行信号通道选择、信号通道输出时序控制、各输出信号参数设置、执行某些复杂信号的生成算法等，并控制信号发生模块(即图3中的dds)生成所需信号；模拟信号处理模块电路可通过dds(直接数字频率合成器)经过滤波与信号处理电路生成轨道电路信号。
93.通信模块用于适配本装置与计算机或其他测试系统通信，接收来自上层的控制指令和参数。通信模块在系统内侧使用特定的标准板级总线接口连接主控模块，如可配置为spi接口、iic接口、并行接口、串行接口等，本案使用uart接口实现。通信模块在系统外侧通过特定的标准通信接口连接外部计算机或测试系统，如可以配置为以太网接口、usb接口、rs232接口、rs485接口、can接口等工业常用接口，本案使用rs232接口，rs422接口实现。
94.数字信号处理模块的主控模块(即图3中的dsp)根据通信模块收到的控制指令，进行信号通道选择、信号通道输出时序控制、各输出信号参数设置、执行复杂信号的场景的切换，以及场景切换后的轨道信号码发送顺序等，并控制信号发生模块生成所需轨道电路信号。
95.其中，信号通道选择是指：连续2s内接收不到上位机指令，进入自动测试场景，如果接收到上位机指令，则按照上位机指令发送波形测试。场景定义如下：
96.(1)自动测试场景：测试模块按照固定的发码顺序进行测试，遍历um71制式下4个载频、16个低频信息(25.7hz、27.9hz除外)，每2.5s切换一次发码。
97.(2)上位机自定义场景：测试模块按照上位机指定载频、低频进行发码，上位机选择无载频或无低频时，不发码。
98.(3)上位机预设场景：测试模块按照上位机指定制式发码，每2.5s切换一次发码。其中，um71制式遍历4个载频、16个低频信息(25.7hz、27.9hz除外)；zpw2000制式遍历8个载频、16个低频信息(25.7hz、27.9hz除外)；国产移频制式遍历4个载频、14个低频信息(7hz、8hz、9hz、22.5hz除外)；每2.5s切换一次发码。在此模式下，制式为主要判断条件，未知制式不发码。
99.本系统中的tcr设备可以为主，备系冗余系统，测试板卡要分别与主，备系建立握手信号，建立后进行数据传输。数据包含从tcr设备中获得目前的低频信息与载频信息。
100.测试板卡中的fpga根据cpu1发送的spi信号，进行时序控制，做到先发送轨道信
息，后接收tcr设备发送过来的信息。dsp含有轨道电路信号参数，参数中的部分字节即载频信息与低频信息，tcr单元解码后的信息中也含有载频信息与低频信息，通过fpga将载频信息与低频信息分离，并进行设置值与接收值的比较，将比较结果传给上位机或者用户。上位机可以接受dsp上传的信息一致或者不一致的两种状态。
101.其中，输出信号的参数包含：对dds控制信号，以及fsk真实信号数据。采用spi形式发送字符串给dds进行操作。
102.载频信息是指：目前我国采用的轨道制式信息，具体含义为上行，下行。
103.低频信息是指：fsk信号的周期，具体含义为色灯信息，即前车之间位置距离信息。
104.控制fsk信号的周期，可以改变对应的色灯信息的方法称为混频的方法。
105.判断故障逻辑如下：
106.主控dsp先等待2s tcr设备的握手信号建立，之后每1s读取一次寄存器握手状态，连续3s握手不成功，亮err灯，灭run灯，即可判断为tcr主机故障。
107.如握手信号建立后，tcr系统中解码板a系，b系均未接收到主机解码信息，可判断为天线与连接线缆回路故障。
108.如握手信号建立后，tcr系统中解码板a系，b系只有一系接收到主机解码信息，可判断为tcr主机故障或者天线回路问题。需要利用万用表测试在车上测试天线端的阻值排除是否为天线回路问题。
109.其中，握手信号是指：测试板负责发出测试请求信号并且检测是否存在tcr设备发送来的应答信号，如收到应答信息表示握手信号建立。
110.支持生成三种不同制式的轨道电路信号：zpw2000、um71、国产移频。
111.三种模式主要为载频的数值不同：zpw2000、um71采用1700hz，2000hz，2300hz，2600hz fsk中心频率；国产移频采用550，650,750,850fsk中心频率；zpw2000、um71在低频信息种类上略有区别。
112.主控模块可以使用常用的嵌入式微控制器，如dsp(数字信号处理器)系列、arm系列、powerpc系列等常用微控制器，本案使用ti公司的tms320f28xx系列数字信号处理器dsp实现与alter公司的ep3c10e144i7实现。
113.模拟信号处理发模块的信号发生模块通过板级总线接口连接主控模块，用于根据主控模块的控制命令，分别执行不同的算法生成仿真测试所需的轨道电路信号。
114.一般信号处理电路中采用运算放大器对信号进行放大，但是由于运算放大器身存在发热问题，这样就涉及到对pcb的处理以及外围散热问题，导致芯片本身成本增加，不易维护。如果使用运算放大器的负载出现变化，输出电流会出现幅度变化甚至波形失真的问题。
115.本技术设计了一款信号处理电路(如图4所示，原理图如图5所示)，对tcr测试板卡中信号处理电路进行处理。该电路分为三部分组成，即幅值放大，滤波，恒流处理。可以解决不同负载下波形失真的问题，信号信号处理电路可以将原始信号放大2倍；高通滤波器截止频率实现对低频噪声干扰的滤除，在本系统中采用16hz截止频率设计；恒流处理采用恒流控制模式实现电流最大幅值的限制，在设计中采用镜像电流源的三极管电路，可以有效地将电流控制在290ma。
116.dds芯片输出dds输出差分信号，该信号为轨道电路模拟信号，即fsk信号。轨道电
路的载频信号为fsk上下频率；轨道电路的低频信息为fsk的周期。
117.dds芯片输出的dds信号为差分信号，差分信号在滤波放大处理上较为复杂。本方案采用第一级运算放大器同时搭建了低通滤波器，即在一个运算放大器中同时满足比例放大与低通滤波的功能，将dds差分信号转化为低通滤波信号的同时实现信号放大。本方案采用的放大比例系数为1.5，也可以根据用户的需求修改放大比例系数。由于轨道电路信号的最高的频率为2600hz，因此本案例低通滤波器的截止频率选择为3000hz。
118.高通滤波器模块采用了无源滤波器，由电阻电容组成。高通滤波器模块的功能是滤除工频干扰信号与直流信号，截止频率设定在16hz。
119.高阻值输出模块采用二级运算放大器的输入阻抗特性，即输入阻抗接近于10mω，保证输出的变化不干扰dds的发码信号大小。这里高阻输出是指从外部看到轨道电路信号输出电阻为无穷大。高阻处理将原轨道电路信号电压幅值保持不变，但是从dds模块获取的电流幅值变成0a，这样可以保证dds模块发出信号与输出轨道电路信号电压互不影响。
120.第二级运算放大器同时输出交流控制小信号，即将高通滤波模块处理的轨道电路的信号进一步的比例减小，为可以控制三极管的交流小信号(即控制信号)。该交流小信号直接作用于恒流控制模块中的三极管，即图4中u12-b的运算放大器的输出，直接控制三极管的基极。当小信号为正半轴的电压时，可以控制q3三极管，从而使最终的轨道电路信号正半轴进行恒流输出；当小信号为负半轴的电压时，可以控制q4三极管，从而使最终的轨道电路信号负半轴进行恒流输出。
121.恒流源输出模块采用镜像电流源方案进行，以交流信号的正半轴为例，q3导通后，与q1形成正反馈效应，并使q1处于放大区，q1的be的电压为0.7v，该电压值与be间的电阻值形成了恒流输出，电流值为290ma。负半轴的控制逻辑与上述描述等同。
122.这里的恒流输出是指输出轨道电路信号为电流恒流信号，电压非受控信号。该信号最终连接的是tcr天线的一路线圈，线圈的电阻值较小，必须采用电流源输出的形式，采用电压控制会造成较大的电流，产生较大功耗。即采用恒流源测试，可以有效控制输出功耗，控制波形的稳定性。
123.pc机运行上位机软件，实现图形化操作生成信号发生器配置命令、图形化显示当前各信号通道发送的波形信息，用于操作及监控；
124.轨道电路天线，安装在高铁车轴处。用于接收轨道上传过来的轨道信号。本设计中将上位机与硬件结合合成发送轨道电路信号，并传送至轨道电路天线。
125.tcr设备负责接收和解调轨道电路信号(后文解调轨道电路信号称为解码)来判别与前车之间的距离位置关系。本设计中，可以通过轨道电路天线耦合方式获取电路合成的轨道电路信号。
126.通过pc机，通过rs232接口发送特定的上位机模拟轨道电路指令，通过dsp计算将载频信息，低频信息进行混频。dsp将数字混频信息发送到dds(专用数字信号转模拟信号芯片)通过滤波信号处理电路，发送到轨道电路天线。经过天线自身的耦合将pc机的上位机信息发送至解码版进行解码，解码后的轨道信息以图形形式反馈至pc机。
127.本系统的优点如下：
128.采用模块化设计思想，由信号处理模块、数字信号处理模块、通讯接口模块三大部分构成；
129.电路所产生的轨道信号支持现场的三种移频模式的选择发送功能，即zpw2000、um71、国产移频。
130.具有上位机图形操作界面，用于生成信号发生器配置命令、显示当前各信号通道发送的波形信息，便于操作及监控；
131.适用于现场，可以快速确认轨道电路天线本体的状态，判断车上车下电缆的状态，判断现场是否存在干扰问题。
132.可以作为板卡使用，安装在tcr设备内部。具有静默态与测试态两种状态。在车辆高速运行过程中，可以通过开关将板卡置于静默态使用。
133.本技术描述了多个实施例，但是该描述是示例性的，而不是限制性的，并且对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，在本技术所描述的实施例包含的范围内可以有更多的实施例和实现方案。尽管在附图中示出了许多可能的特征组合，并在具体实施方式中进行了讨论，但是所公开的特征的许多其它组合方式也是可能的。除非特意加以限制的情况以外，任何实施例的任何特征或元件可以与任何其它实施例中的任何其他特征或元件结合使用，或可以替代任何其它实施例中的任何其他特征或元件。
134.在本技术中示出和/或讨论的任何特征可以单独地或以任何适当的组合来实现。
135.此外，在描述具有代表性的实施例时，说明书可能已经将方法和/或过程呈现为特定的步骤序列。然而，在该方法或过程不依赖于本文所述步骤的特定顺序的程度上，该方法或过程不应限于所述的特定顺序的步骤。如本领域普通技术人员将理解的，其它的步骤顺序也是可能的。
136.本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于ram、rom、eeprom、闪存或其他存储器技术、cd-rom、数字多功能盘(dvd)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。