车轮传感器信号处理方法及系统.pdf

本发明公开一种车轮传感器信号处理方法及系统，通过宽带宽的滤波处理，滤除高频信号干扰，根据现场试验数据得到有用信号的幅度与频率对应关系映射表，根据映射表设置幅度判别门限得到触发脉宽信号，再根据映射表设置脉宽门限，通过设置脉宽门限，滤除50HZ工频干扰信号以及高频信号等；最后筛选出有用信号，本发明的方法与现有的车轮传感器信号处理方法相比，通过宽带宽的滤波处理，滤除高频干扰信号，同时由于较宽的带宽不会对低频范围内的车轮传感器信号产生延迟影响；进而本发明通过提取有用信号的频率与幅度特征的方式，得到有用信号，避免了因延时导致过零点不准，使得后续测速、测轴距不准的问题。

权利要求书
1.  车轮传感器信号处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：通过统计现场试验数据，得到有用信号的幅度与频率的映射表；
S2：将原始的差分车轮传感器信号转换为共地信号，并进行滤波处理；
S3：根据步骤S1中得到的映射表设置幅度判别门限值，对步骤S2得到的滤波后的车轮传感器信号进行处理，得到若干触发脉宽信号；
S4：根据步骤S1中得到的映射表设置脉宽判别门限值，对步骤S3得到的脉宽信号进行处理，得到有用信号。

2.  根据权利要求1所述的车轮传感器信号处理方法，其特征在于，所述滤波处理采用滤除高频干扰信号的差放大器。

3.  根据权利要求1所述的车轮传感器信号处理方法，其特征在于，所述步骤S3还包括将经幅度判别门限值后的信号，进行标准化脉冲信号处理，得到触发脉宽信号。

4.  车轮传感器信号处理系统，其特征在于，包括：数据库模块、前级差分处理模块、幅度判断模块以及脉宽判断模块；
所述数据库模块用于存储现场试验数据，并统计现场试验数据得到有用信号的幅度与频率的映射表，并存储映射表；
所述前级差分处理模块用于将原始的差分车轮传感器信号转换为共地信号，并进行滤波处理；
所述幅度判断模块用于将经前级差分处理模块处理后得到的信号作为输入，根据映射表设定若干幅度判别门限值，得到若干触发脉宽信号；
所述脉宽判断模块用于根据映射表设置脉宽门限，通过限制脉宽，得到有用信号。

5.  根据权利要求4所述的车轮传感器信号处理系统，其特征在于，所述前级差分处理模块采用滤除高频干扰信号的差放大器。

6.  根据权利要求4所述的车轮传感器信号处理系统，其特征在于，所述幅度判断模块还用于将经幅度判别门限后的信号，进行标准化脉冲信号处理，得到触发脉冲信号。

说明书车轮传感器信号处理方法及系统
技术领域
本发明属于信号技术领域，具体涉及一种信号处理方法。
背景技术
车轮传感器输出信号具以下重要特征：1)输出信号频率与幅度呈正比例关系，正常车轮传感器输出信号频率高对应幅值越高，幅值低对应的频率低。2)车轮压到车轮传感器正中心位置时，输出信号过零，发生极性切换，通过该车轮传感器信号的零点位置可准确定位车轮位置，过零点处脉冲信号如图1所示，车轮传感器信号的实际有效信息主要在过零点位置，信号的过零点位置就是实际车轮压到车轮传感器正中心的位置，在识别到车轮传感器信号的过零点位置时，此时对应的车轮正好在车轮传感器的正中间位置，以此来准确定位列车位置，后续车辆安全运行参数探测传感器据此位置信息来实现对列车特定部位的精确探测。实际计算列车速度是通过计算同一轮轴压过两安装间距固定(目前铁路设备通常设置为250mm或270mm)的车轮传感器的时间差，速度V＝(传感器安装间距L)/(车轮压过两传感器的时间差值Δt)。轴距计算是通过计算两轮轴压过同一车轮传感器的时间差值计算出，轴距D＝速度V*(相邻两车轮压过同一车轮传感器的时间差Δt1)。速度、轴距计算用的时间差值计算基准点均为车轮传感器信号的过零点。以上分析进一步得出，车轮传感器信号的提取实质对车轮传感器信号过零点位置的提取。
经过现场大量数据收集分类总结，现场干扰信号分为以下三种：
(1)、高频干扰，车轮传感器输出有效信号频率不高(<100HZ),所以，高频干扰可以通过滤波、屏蔽等技术手段进行处理；
(2)、振动干扰，振动干扰主要是由于车轮传感器安装固定支架不牢固导致传感器振动造成的，此问题可以通过安装支架从源头上进行解决；
(3)、50HZ工频干扰，干扰信号的处理问题主要集中在50HZ工频干扰上，该频率点在有效信号频段内，很难处理，是本发明所要解决的重点。
但50HZ工频这个频率点恰好也在我们车轮传感器输出有效信号的频段内。所以从理论上分析，单纯从频率上提取该有效信号的手段是不可行的，一些设备厂家采用专用高速运算的CPU处理器期望通过频谱分析、数字滤波器方式来处理，实际应用效果并不理想，一方面小信号识别率不高，别一方面处理带来的延时导致过零点不准，导致测速、测轴距不准。
发明内容
本发明为解决的上述技术问题，提出一种车轮传感器信号处理方法，根据有用信号的幅度与频率对应关系的特点，通过设置幅度门限以及脉宽门限来提取有用信号。
本发明采用的技术方案是：车轮传感器信号处理方法，包括以下步骤：
S1：通过统计现场实验数据，得到有用信号的幅度与频率的映射表；
S2：将原始的差分车轮传感器信号转换为共地信号，并进行滤波处理；
S3：根据步骤S1中得到的映射表设置幅度判别门限值，对步骤S2得到的滤波后的车轮传感器信号进行处理，得到若干触发脉宽信号；
S4：根据步骤S1中得到的映射表设置脉宽判别门限值，对步骤S3得到的脉宽信号进行处理，得到有用信号。
进一步地，所述滤波处理采用滤除高频干扰信号的差放大器。
进一步地，所述步骤S3还包括将经幅度判别门限值后的信号，进行标准化脉冲信号处理，得到触发脉宽信号。
本发明的又一方案为：车轮传感器信号处理系统，包括：数据库模块、前级差分处理模块、幅度判断模块以及脉宽判断模块；
所述数据库模块用于存储现场试验数据，并统计现场试验数据得到有用信号的幅度与频率的映射表，并存储映射表；
所述前级差分处理模块用于将原始的差分车轮传感器信号转换为共地信号，并进行滤波处理；
所述幅度判断模块用于将经前级差分处理模块处理后得到的信号作为输入，根据映射表设定若干幅度判别门限值，得到若干触发脉宽信号；
所述脉宽判断模块用于根据映射表设置脉宽门限，通过限制脉宽，得到有用信号。
进一步地，所述前级差分处理模块采用滤除高频干扰信号的差放大器。
进一步地，所述幅度判断模块还用于将经幅度判别门限后的信号，进行标准化脉冲信号处理，得到触发脉冲信号。
本发明的有益效果：本发明的车轮传感器信号处理方法及系统，与现有的车轮传感器信号处理方法相比，1)通过宽带宽的滤波处理，滤除高频信号干扰，同时由于较宽的带宽不会对低频范围内的车轮传感器信号产生延迟影响；
2)根据大量的现场数据得到50HZ工频干扰信号的脉宽门限，通过设置脉宽门限，滤 除50HZ工频干扰信号；
3)通过分析现场试验数据得到车轮传感器有用信号的幅度与频率特征，从而根据幅度与频率特征筛选出有用信号，避免了因延时导致过零点不准，使得后续测速、测轴距不准的问题。
附图说明
图1为过零点处的脉冲信号示意图。
图2为本发明的方法流程图。
图3为本发明实施例提供的幅度判别输出触发脉冲信号示意图。
图4为本发明实施例提供的脉宽判别示意图。
图5为本发明提供的车轮传感器信号处理系统。
具体实施方式
为便于本领域技术人员理解本发明的技术内容，下面结合附图对本发明内容进一步阐释。
如图2所示为本发明的方案流程图，本发明的技术方案为：车轮传感器信号处理方法，包括以下步骤：
S1：通过统计现场试验数据，得到有用信号的幅度与频率的映射表；当车轮以不同速度压过轨道时，会产生不同幅度、不同频率的信号，根据统计现场试验数据，获得各个速度值下的有用信号对应的幅度与频率的映射表，后续判断通过对车轮传感器信号的幅度与频率特征的判断来滤除干扰信号，得到有用信号。
S2：将原始的车轮传感器信号转换为共地信号，并进行滤波处理；本步骤主要滤除高频干扰信号，由于车轮传感器输出有效信号频率<100HZ，因此采用宽带宽的差分放大器，可以有效滤除高频干扰信号，例如本实施例中采用800HZ带宽的差放大器，可以很好的滤除高频信号的干扰，同时由于滤波的带宽较宽，从而不会对低频范围内的车轮传感器信号产生延迟影响。
S3：根据步骤S1中得到的映射表设置幅度判别门限值，对步骤S2得到的滤波后的车轮传感器信号进行处理，得到若干触发脉宽信号；触发门限值越高得到触发脉冲信号脉宽越窄，触发门限值越低得到的触发脉冲信号脉宽越宽，触发信号的脉宽为车轮传感器信号对应门限值到过零点的时间。如图3所示，不同幅度门限值得到对应的门限值触发脉冲信号。
S4：根据步骤S1中得到的映射表设置脉宽判别门限值，对步骤S3得到的脉宽信号进行处理，得到有用信号。比如50HZ工频信号可能触发最大宽度即20ms，对应步骤S1中得到的映射表，得到在车轮传感器有效信号频率小于或等于N时，脉冲宽度均大于20ms，因此在车轮传感器信号频率小于或等于N时，通过限制脉宽为20ms，大于20ms的为有用信号，小于或等于20ms的即为干扰信号，从而滤除50HZ工频干扰信号，这里的举例只为说明本发明内容，后续的有用信号判断以及干扰信号滤除，可参考这一例子。如图4所示，每个触发脉冲信号对应一个门限触发判别宽度，滤除工频干扰信号，输出有用信号。
本发明根据信号的幅度与脉宽的对应关系，提取有用信号，完全排除了现场工频干扰这个问题，并且实现了无延时处理，避免了因延时导致过零点不准，使得后续测速、测轴距不准的问题。
如图5所示，本发明还提供一种车轮传感器信号处理系统，包括：数据库模块、前级差分处理模块、幅度判断模块以及脉宽判断模块。
数据库模块用于存储现场试验数据，并存储根据统计现场试验数据得到的有用信号的幅度与频率的映射表。
前级差分处理模块用于将原始的差分车轮传感器信号转换为共地信号，并进行滤波处理；在本实施例中前级差分处理模块采用800HZ带宽的差放大器，滤除高频干扰信号。由于800HZ带宽的差放大器带宽较宽，因此不会对低频范围内的车轮传感器信号产生延迟影响。
幅度判断模块用于将经前级差分处理模块处理后得到的信号作为输入，根据映射表设定若干幅度判别门限值，得到若干触发脉宽信号；为了得到标准化的脉宽信号，幅度判断模块还包括触发器单元，用于将经幅度判别门限后的信号，进行标准化脉冲信号处理，得到触发脉冲信号。本实施例采用施密特触发器，进行脉冲标准化处理。
脉宽判断模块用于根据映射表设置脉宽门限，通过限制脉宽，得到有用信号。
本发明针对车轮传感器信号原始的处理，主要是需要滤除干扰准确的找到车轮传感器信号的过零点，在过零点处输出一个正脉冲(或负脉冲)信号，后级设备通过识别该正脉冲信号的上升沿(或负脉冲信号的下降沿)来计轴、计速。也就是说不需要采用传统的信号提取方式，将原始的车轮传感器信号滤除噪声后将原始正弦信号放大输出，采用传统滤波的方式来处理，必然带来延时，延时后就不能准确的找到原始车轮信号的真正过零点，车轮传感器有效信号的提取可归结为对过零点位置的准确定位提取。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。