一种用于轨道交通点式信号系统的实验装置的制作方法

1.本实用新型实施例涉及铁路轨道交通技术，尤指一种用于轨道交通点式信号系统的实验装置。


背景技术：

2.由地面应答器和车载应答器读取装置(btm)构成的点式信号系统目前在地铁和高铁上普遍应用。应答器安装于铁路线路的两条钢轨之间，相隔一定距离布置一组，应答器读取装置安装于列车内，应答器读取装置的感应天线安装于车辆头部下方。
3.当列车经过地面上的应答器时，感应天线辐射能量激活应答器，通过射频技术接受应答器内的存储信息，类似于公交刷卡(btm是刷卡器，应答器是公交卡)。但铁路点式车地交互的特点是间隔距离较远、通过速度高和周边电磁工况复杂。因此应答器与btm交互实验是产品设计和系统验收的必须工作。利用列车进行实验成本高、效率低，因此实验室测试是主要的技术手段。
4.目前普遍的实验方法是，将应答器固定在地面，将感应天线安装于应答器上方，采用多轴控制装置使btm天线做水平线性运动，经过应答器，即实现了应答器和btm的信息交互。这种方法的主要问题是通过速度低，无法模拟列车的高速通过，且控制装置需加速、减速，能耗较高，总体实验效率较低。


技术实现要素：

5.本实用新型实施例提供了一种用于轨道交通点式信号系统的实验装置，能够满足高速、高频、多工况的实验需求，提高实验效率。
6.本实用新型实施例提供了一种用于轨道交通点式信号系统的实验装置，可以包括：测试管理分析系统、运动控制系统、信号采集处理装置、固定结构、应答器、感应天线和与所述感应天线相连的应答器读取装置btm；所述运动控制系统包括：支撑旋转臂；
7.所述应答器设置于所述支撑旋转臂上；所述感应天线设置于所述固定结构上；
8.所述运动控制系统的信号输入端与所述测试管理分析系统的信号输出端相连，所述运动控制系统的信号输出端与所述测试管理分析系统的第一信号输入端相连；
9.所述信号采集处理装置的信号输入端与所述btm的信号输出端相连，所述信号采集处理装置的信号输出端与所述测试管理分析系统的第二信号输入端相连。
10.在本实用新型的示例性实施例中，所述运动控制系统还可以包括：电机控制设备和电机运动执行设备；
11.所述电机控制设备的信号输入端作为所述运动控制系统的信号输入端，与所述测试管理分析系统的信号输出端相连；
12.所述电机控制设备的信号输出端与所述电机运动执行设备的信号输入端相连，所述电机运动执行设备的信号输出端作为所述运动控制系统的信号输出端，与所述测试管理分析系统的第一信号输入端相连；
13.所述电机运动执行设备的动力输出端与所述支撑旋转臂相连，设置为带动所述支撑旋转臂做圆周运动；
14.所述支撑旋转臂的末端设置有所述应答器。
15.在本实用新型的示例性实施例中，所述电机运动执行设备可以包括：电机以及与所述电机连接的减速机；
16.所述电机的信号输入端作为所述电机运动执行设备的信号输入端与所述电机控制设备的信号输出端相连；所述电机的第一信号输出端作为所述电机运动执行设备的信号输出端，与所述测试管理分析系统的第一信号输入端相连；
17.所述电机的第二信号输出端与所述减速机的信号输入端相连；
18.所述减速机的输出轴作为所述电机运动执行设备的动力输出端，与所述支撑旋转臂相连，所述减速机设置为带动所述支撑旋转臂做圆周运动。
19.在本实用新型的示例性实施例中，所述运动控制系统还包括：动平衡测量传感器；
20.所述动平衡测量传感器，设置为检测所述支撑旋转臂旋转过程中产生的振动信号。
21.在本实用新型的示例性实施例中，所述固定结构为固定悬挂结构；所述固定悬挂结构固定于预设位置处；
22.所述固定悬臂结构包括多个支撑桁架；所述多个支撑桁架包括两侧支撑桁架和顶部支撑桁架；所述顶部支撑桁架架设于所述两侧支撑桁架上；
23.所述顶部支撑桁架设置有用于固定所述应答器或所述感应天线的悬臂。
24.在本实用新型的示例性实施例中，所述两侧支撑桁架的底端固定于地面上，并且所述两侧支撑桁架的底端设置有调整地脚；和/或，
25.所述悬臂上设置有伺服电机；所述伺服电机设置为带动所述悬臂在所述顶部支撑桁架上平行移动，并控制所述悬臂进行垂直伸缩运动。
26.本实用新型在本实用新型的示例性实施例中，所述支撑旋转臂可以包括：第一端和第二端；
27.所述第一端和所述第二端均设置所述应答器；或者，
28.所述第一端设置所述应答器，所述第二端设置配重盒。
29.在本实用新型的示例性实施例中，所述支撑旋转臂的旋转半径可以满足：2.5米-5米。
30.在本实用新型的示例性实施例中，所述支撑旋转臂的旋转速度可以满足：0转/分-382转/分。
31.在本实用新型的示例性实施例中，所述用于轨道交通点式信号系统的实验装置还可以包括：时间里程定位装置；
32.所述时间里程定位装置，与所述测试管理分析系统的第三信号输入端相连，设置为在所述支撑旋转臂经过所述固定结构时产生时间里程数据。
33.本实用新型与相关技术相比，本实用新型实施例可以包括：测试管理分析系统、运动控制系统、信号采集处理装置、固定结构、应答器、感应天线和与所述感应天线相连的应答器读取装置btm；所述运动控制系统包括：支撑旋转臂；所述应答器设置于所述支撑旋转臂上；所述感应天线设置于所述固定结构上；所述运动控制系统的信号输入端与所述测试
管理分析系统的信号输出端相连，所述运动控制系统的信号输出端与所述测试管理分析系统的第一信号输入端相连；所述信号采集处理装置的信号输入端与所述btm的信号输出端相连，所述信号采集处理装置的信号输出端与所述测试管理分析系统的第二信号输入端相连。通过该实施例方案，使得试验满足了高速、高频的多工况需求，提高了实验效率。
34.本实用新型实施例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，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型实施例的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
35.附图用来提供对本实用新型技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型的技术方案，并不构成对本实用新型技术方案的限制。
36.图1为本实用新型实施例的用于轨道交通点式信号系统的实验装置组成框图；
37.图2为本实用新型实施例的用于轨道交通点式信号系统的实验装置组成结构示意图；
38.图3为本实用新型实施例的用于轨道交通点式信号系统的实验装置架构示意图；
39.图4为本实用新型实施例的支撑旋转臂示意图；
40.图5为本实用新型实施例的支撑旋转臂的旋转臂长示意图；
41.图6为本实用新型实施例的固定结构的悬臂底端示意图。
具体实施方式
42.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
43.本实用新型实施例提供了一种用于轨道交通点式信号系统的实验装置1，如图1所示，可以包括：测试管理分析系统11、运动控制系统12、信号采集处理装置13、应答器14、感应天线15、与所述感应天线15相连的应答器读取装置btm，以及固定结构16；所述运动控制系统12包括：支撑旋转臂123；
44.所述应答器14设置于所述支撑旋转臂123上；所述感应天线15设置于所述固定结构16上；
45.所述运动控制系统12的信号输入端与所述测试管理分析系统11的信号输出端相连，所述运动控制系统12的信号输出端与所述测试管理分析系统11的第一信号输入端相连；
46.所述运动控制系统12，设置为根据所述测试管理分析系统11的命令带动所述应答器14旋转，做高速圆周运动；
47.所述感应天线15，设置为在所述应答器14进入所述感应天线15的感应范围内时接收所述应答器14的信号并发送给所述btm；
48.所述信号采集处理装置13的信号输入端与所述btm的信号输出端相连，所述信号采集处理装置13的信号输出端与所述测试管理分析系统11的第二信号输入端相连；
49.所述信号采集处理装置13，设置为从所述btm和所述运动控制系统12采集信号，并上传给所述测试管理分析系统11；
50.所述测试管理分析系统11，设置为根据所述信号采集处理装置13上传的信号进行数据记录和分析。
51.应答器(balise)是一种用于由地面向列车传输信息的点式设备，分为固定(无源)应答器和可变(有源)应答器。主要用途是向列控车载设备提供可靠的地面固定信息和可变信息。即，应答器能向车载子系统发送报文信息，既可以传送固定信息，也可连接轨旁单元传送可变信息，是整个信号系统安全体系中不可或缺的部分。
52.应答器设备用于向列车控制系统传送线路基本参数、线路速度、特殊定位、路基本参数、线路速度、特殊定位、列车运行目标数据、临时限速、车运行目标数据、临时限速、车站进路等固定和实时可变的信息，该固定和实时可变的信息，用于在特定地点实现地面与列车间的相互通信。
53.在铁路线路的两条钢轨之间安装有许许多多的黄色小匣子，即应答器，可以称为“地面应答器”，可以简单的将它理解成为一个安装在地上类似于硬盘的存储装置，唯一不同的是，“地面应答器”可以将内部存储信息通过无线的方式传输给铁路列车。
54.列车两端司机室下方都安装有一个车载应答器天线(即感应天线)，当列车头部运行到地面应答器的上方时，车载应答器天线便会发出电磁能量到地面应答器，地面应答器便会将该能量转换为工作电源，使应答器内部的电子单元开始工作，将应答器内部所存储的线路速度等信息发送给列车。
55.应答器的工作原理包括：当列车上的查询器通过地面应答器时，应答器被查询器瞬态功率激活进入工作状态，并向查询器连续发送存储于应答器中的行车数据。
56.在本实用新型的示例性实施例中，采用旋转运动替代直线运动，可以将应答器14固定在可旋转设备(例如后面所述的支撑旋转臂123)上，通过可旋转设备的旋转，实现应答器14的高速运动，当可旋转设备的悬臂半径达到一定长度，应答器14在过感应天线15瞬间，可以看作是直线运动。
57.在本实用新型的示例性实施例中，通过采用旋转运动方式，实现了高速、高频次的运动结果，高效模拟了列车高速运行下车载btm天线(相当于感应天线15)和地面应答器(相当于应答器14)的信息交互工况。
58.在本实用新型的示例性实施例中，具体地，可以将应答器14设置于可旋转设备上，将感应天线15固定，即将感应天线15安装于固定端、应答器14置于移动端(与列车实际运动端相反)，将应答器14和感应天线15的运动状态进行对调，使得感应天线15处于静止状态，应答器14处于运动状态，即“地动车不动”，即模拟出了列车和地面的相对运动，又保证了系统实现的可达性和便捷性，使高速运动的代价进一步降低。另外，由于感应天线15为固定端，可以便于在感应天线15周边配置电磁干扰和防护装置，模拟车辆的电磁环境。
59.在本实用新型的示例性实施例中，如图2、图3、图4所示，所述运动控制系统12还可以包括：电机控制设备121、电机运动执行设备122和散热风扇124；
60.所述电机控制设备121的信号输入端作为所述运动控制系统12的信号输入端，与所述测试管理分析系统11的信号输出端相连；
61.所述电机控制设备121，设置为接收所述测试管理分析系统11的命令，并控制所述
电机运动执行设备122的启停和运行速度；
62.所述电机控制设备121的信号输出端与所述电机运动执行设备122的信号输入端相连，所述电机运动执行设备122的信号输出端作为所述运动控制系统12的信号输出端，与所述测试管理分析系统11的第一信号输入端相连；
63.所述电机运动执行设备122的动力输出端与所述支撑旋转臂123相连，设置为带动所述支撑旋转臂123旋转；
64.所述电机运动执行设备122，设置为在启动后带动所述支撑旋转臂123旋转；
65.所述支撑旋转臂123的末端设置有所述应答器14；
66.所述支撑旋转臂123，设置为通过自身旋转带动所述应答器14旋转，做高速圆周运动。
67.在本实用新型的示例性实施例中，运动控制系统12可以主要由电机控制设备121、电机运动执行设备122及支撑旋转臂123构成。电机控制设备121主要接收测试管理分析系统11的命令，控制电机运动执行设备122的开关以及旋转速度，并且将实际的电机运行速度反馈给测试管理分析系统11。
68.在本实用新型的示例性实施例中，可以采用合理的结构件将应答器14固定在支撑旋转臂123末端，由电机运动执行设备122带动支撑旋转臂123以设定速度进行圆周运动。
69.在本实用新型的示例性实施例中，所述电机运动执行设备122可以包括：电机1221以及与所述电机连接的减速机1222；
70.所述电机1221的信号输入端作为所述电机运动执行设备122的信号输入端与所述电机控制设备121的信号输出端相连；所述电机1221的第一信号输出端作为所述电机运动执行设备122的信号输出端，与所述测试管理分析系统11的第一信号输入端相连；
71.所述电机1221，设置为与所述电机控制设备121相连，并接受所述电机控制设备121的启停控制和运行速度控制；
72.所述电机1221的第二信号输出端与所述减速机1222的信号输入端相连；
73.所述减速机1222的输出轴作为所述电机运动执行设备122的动力输出端，与所述支撑旋转臂123相连，所述减速机1222设置为带动所述支撑旋转臂123旋转，做高速圆周运动。
74.在本实用新型的示例性实施例中，该电机1221可以为变频电机，减速机1222可以为090涡轮减速机。
75.在本实用新型的示例性实施例中，所述电机运动执行设备122还可以包括用于支撑所述减速机1222的输出轴的主轴支架1223；所述支撑旋转臂123可以设置于所述主轴支架1223上方。
76.在本实用新型的示例性实施例中，电机1221、减速机1222和主轴支架1223均可以设置于安装底板1225上。
77.在本实用新型的示例性实施例中，所述电机运动执行设备122还可以包括：动平衡测量传感器1224；
78.所述动平衡测量传感器1224，设置于所述主轴支架1223侧面，用于检测所述支撑旋转臂123旋转过程中产生的振动信号。
79.在本实用新型的示例性实施例中，该支撑旋转臂123可以一端连接减速机1222，作
为旋转圆心，另一端设置应答器14或感应天线15，作为旋转端。该支撑旋转臂123还可以在中心位置连接所述减速机1222，作为旋转圆心，两个末端设置应答器14，作为旋转端。在此以后者为例进行说明。
80.在本实用新型的示例性实施例中，所述支撑旋转臂123可以包括：第一端1231和第二端1232；第一端1231和第二端1232为支撑旋转臂123的两个末端；
81.所述第一端1231和所述第二端1232均设置所述应答器14；或者，
82.所述第一端1231设置所述应答器14，所述第二端设置配重盒17。
83.在本实用新型的示例性实施例中，具体地，可以在第一端1231设置应答器14，在第二端1232设置配重盒17。并且第一端1231上设置有绝缘板1233，应答器14设置于绝缘板1233上。
84.在本实用新型的示例性实施例中，对于支撑旋转臂123的旋转方向不作详细限定，可以根据需求自行定义，例如，可以在水平面上进行水平旋转。
85.在本实用新型的示例性实施例中，所述支撑旋转臂123末端的旋转半径可以满足：2.5米-5米。
86.在本实用新型的示例性实施例中，按照subset-036标准，符合欧标的应答器14在中心角度偏移量《10
°
时满足性能指标，应答器14与btm中心偏移《90mm(毫米)时满足性能指标。
87.在本实用新型的示例性实施例中，支撑旋转臂123的旋转臂长与安装参数的关系如图5和表一所示，应该是旋转臂长r(即旋转半径)越大，效果越好，但综合成本、场地等因素。有效旋转臂长定为2.5m(米)即满足指标要求。即旋转半径可以为2.5m、2.6m等，保证旋转形成的线性切割满足系统对射频切割角度范围的要求。
88.表一
[0089][0090][0091]
在本实用新型的示例性实施例中，根据旋转设备的角速度与线速度的关系公式v＝2πr/t，可得出当线速度要求达到360公里/小时(km/h)时，旋转设备的转速为382转/分(r/min)。因此，电机运动执行设备122的控制转速为0到382转/分(r/min)。
[0092]
在本实用新型的示例性实施例中，支撑旋转臂123的总长为5米，即有效旋转臂长为2.5米时的旋转臂长-转速-线速度关系可以如表二所示。
[0093]
表二
[0094]
旋转臂长(m)转速/(r/min)线速度(km/h)2.542.5402.51061002.5382360
[0095]
在本实用新型的示例性实施例中，所述固定结构16，设置为固定于预设位置处，在所述支撑旋转臂123经过所述固定结构16时，使得所述应答器14进入所述感应天线15的感应范围内。
[0096]
在本实用新型的示例性实施例中，所述感应天线15设置于所述固定结构16上，所述应答器14设置于所述支撑旋转臂123上。
[0097]
在本实用新型的示例性实施例中，所述固定结构16可以为固定悬臂结构。
[0098]
在本实用新型的示例性实施例中，固定悬挂结构可以用以固定悬挂对象(如感应天线15)，并且可以调节悬挂对象(如感应天线15)的高度，实现对悬挂对象进行二维的线性运动控制，实现感应天线15与应答器14的垂直距离和横向偏移的设置。
[0099]
在本实用新型的示例性实施例中，如图3所示，固定悬臂结构可以为“n”字形，包括多个支撑桁架161，多个支撑桁架161之间通过桁架连接机构162相连。所述多个支撑桁架161包括两侧支撑桁架和顶部支撑桁架；所述顶部支撑桁架架设于所述两侧支撑桁架上。
[0100]
在本实用新型的示例性实施例中，两侧支撑桁架161的底端固定于地面上，并且该底端设置有调整地脚6111。顶部支撑桁架161上设置有用于固定悬挂对象的悬臂163，悬臂163的顶端设置有x轴系统164，并设置有z轴伺服电机165，用于带动所述悬臂163在顶部支撑桁架161上移动，并控制悬臂163的垂直伸缩运动，从而调节悬臂163底端固定的悬挂对象(例如感应天线15)。在悬臂163的外围可以设置有z轴防尘罩166。
[0101]
在本实用新型的示例性实施例中，如图6所示，悬臂163底端处可以通过运动导杆1631连接下运动板1632，该下运动板1632与过渡板1633相连，过渡板1633上设置有绝缘连接板1634和仰角调节结构1635，绝缘连接板1634上设置有悬挂对象，例如感应天线15。
[0102]
在本实用新型的示例性实施例中，如图2所示，所述用于轨道交通点式信号系统的实验装置还可以包括：时间里程定位装置18；
[0103]
所述时间里程定位装置18，与所述测试管理分析系统11的第三信号输入端相连，设置为在所述支撑旋转臂123经过所述固定结构16时产生时间里程数据。
[0104]
在本实用新型的示例性实施例中，如图2所示，所述用于轨道交通点式信号系统的实验装置还可以包括：红外反射装置19；
[0105]
所述红外反射装置19，设置于所述固定结构16上，与所述时间里程定位装置18相连，设置为在所述支撑旋转臂123经过所述固定结构16时触发所述时间里程定位装置18。
[0106]
在本实用新型的示例性实施例中，时间里程定位装置18可以产生精准的时间里程数据，并利用红外反射装置19做触发，形成精确的应答器定位数据，作为评估btm定位准确度的标准。
[0107]
在本实用新型的示例性实施例中，可以在固定悬臂结构上的悬挂对象附近安装红外反射装置19，当电机带动支撑旋转臂123的末端旋转经过悬挂对象(此时也经过红外反射装置19)时，可以产生脉冲信号，送给时间里程定位装置18。
[0108]
在本实用新型的示例性实施例中，信号采集处理装置13可以高速采集btm或者应答器14上的信号，并上传给测试管理分析系统11，进行进一步分析处理。信号采集处理装置13可以分为连续采集和触发采集两种工作模式。
[0109]
在本实用新型的示例性实施例中，测试管理分析系统11用于对整个测试试验系统进行控制并对相关数据进行分析：对信号采集处理装置13进行控制，并对信号采集处理装置13采集的信号数据进行时域与频域方面的分析；对所述电机运动执行设备122进行控制并实时接收所述电机运动执行设备122反馈的信号；与时间里程定位装置18进行数据交互，并对btm发送的计算结果进行评估。
[0110]
在本实用新型的示例性实施例中，本实用新型实施例方案至少包括以下优势：
[0111]
1、将应答器14设置于支撑旋转臂123末端，利用旋转运动方式实现应答器14高速运动，理论上可以达到动车的350公里实际速度；这一速度，如果用线性运动，在实验室几乎是无法实现的。
[0112]
2、实现高频次测试：在100公里时速的测试中，可实现每小时2000次读取信息读取，实验效率提了数十倍。
[0113]
3、节约能源：当支撑旋转臂123达到实验速度后，实现匀速运动，电机负载很低，实现了实验过程中的节能减排。
[0114]
4、将在现实中不动的应答器14作为运动端，使运动装置大为简化，而相对运动原理使实验效果没有降低。
[0115]
5、由于感应天线15为固定端，可以便捷在天线周边配置电磁干扰和防护装置，模拟车辆的电磁环境；这些装置在运动状态很难安装实现。
[0116]
在本实用新型中的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“一侧”、“另一侧”、“一端”、“另一端”、“边”、“相对”、“四角”、“周边”、
““
口”字结构”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的结构具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
[0117]
在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“直接连接”、“间接连接”、“固定连接”、“安装”、“装配”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；术语“安装”、“连接”、“固定连接”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0118]
虽然本实用新型所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本实用新型而采用的实施方式，并非用以限定本实用新型。任何本实用新型所属领域内的技术人员，在不脱离本实用新型所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本实用新型的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定为准。