[发明专利]垂直式智能脱轨器及其脱轨器智能盒倾角数据采集方法

权利要求书

1.一种垂直式智能脱轨器，其特征是它包括垂直式脱轨器及脱轨器智能盒；所述的垂直式脱轨器包括脱轨器本体、翻转手柄和警示牌立杆；所述的脱轨器智能盒包括智能盒体及其内部的信号采集单元；所述的脱轨器智能盒以抱箍式固定于传统垂直式脱轨器的警示牌立杆上用于检测脱轨器本体状态，所述的脱轨器智能盒的信号采集单元包括陀螺仪传感器、加速度传感器、温度传感器、中央处理器和无线收发模块，所述的陀螺仪传感器、加速度传感器分别用于采集脱轨器智能盒的角速度及脱轨器智能盒x、y、z三个方向的加速度，温度传感器用于检测现场温度；陀螺仪传感器、加速度传感器、温度传感器的信号输出端均与中央处理器的对应信号输入端相连，中央处理器融合陀螺仪传感器和加速度传感器的信息并获得脱轨器“上轨”、“下轨”信息；所述脱轨器智能盒通过其无线收发模块与网络协调器无线连接，无线收发模块用于信号采集单元与网络协调器之间的无线数据传输，智能脱轨器监控上位机与网络协调器相连，监视各脱轨器智能盒的信号采集单元采集的脱轨器“上轨”、“下轨”信息；所述“上轨”、“下轨”信息是指：操纵翻转手柄，若脱轨器智能盒倾角为89.8°-90°之间，脱轨器智能盒判断此时脱轨器本体为“上轨”状态；若脱轨器智能盒倾角为0-89.8°之间，脱轨器智能盒判断此时脱轨器本体为“下轨”状态。

2.一种基于权利要求1所述垂直式智能脱轨器的脱轨器智能盒倾角数据采集方法，其特征是采用陀螺仪传感器和加速度传感器分别计算脱轨器智能盒倾角：加速度传感器通过测量重力加速度在水平方向上的分量得到脱轨器智能盒的第一倾角并记为初始角度，陀螺仪传感器通过对测量角速度进行积分然后加上初始角度，得到脱轨器智能盒的第二倾角；然后第一倾角、第二倾角结合脱轨器智能盒的角速度ω，三者经中央处理器信息融合输出一个准确可靠的脱轨器智能盒倾角数据。

3.根据权利要求2所述的采集方法，其特征是它包括以下步骤：

(1)垂直式智能脱轨器开机后静止5秒，加速度传感器通过测量本地重力加速度及其在水平方向的分量，进而计算出倾角α，即脱轨器智能盒的第一倾角α，在静止状态下基于加速度传感器计算获得脱轨器智能盒的第一倾角α作为脱轨器智能盒的初始角度θ₀；

(2)陀螺仪传感器测得脱轨器智能盒运动的角速度ω，对角速度ω进行积分，加上脱轨器智能盒的初始角度θ₀可得到脱轨器智能盒的第二倾角θ，即θ＝∫ω+θ₀；

(3)基于加速度传感器获得的第一倾角α、陀螺仪传感器获得的角速度ω及第二倾角θ，获得融合倾角具体步骤如下：

1)先将第二倾角θ值作为融合倾角初值；

2)计算第一倾角α与融合倾角的偏差

3)计算融合角度偏差补偿值Δ_D＝(β*Tg+ω)*Ts，其中Tg为比例系数，Ts为融合运算周期；

4)融合倾角增加Δ_D，进行融合倾角更新；

5)返回步骤2)进行下次融合。

4.根据权利要求3所述的采集方法，其特征是步骤(1)中，使用Y轴方向上的加速度信号，当脱轨器智能盒处于竖直并静止状态时，Y轴重力分量大小为g，此时第一倾角α＝90度；当脱轨器智能盒处于水平并静止状态时，Y轴重力分量大小为0，此时第一倾角α＝0度；当脱轨器智能盒处于中间位置，Y轴重力分量大小为Ay，此时第一倾角α＝arcsin(Ay÷g)。

5.根据权利要求3所述的采集方法，其特征是步骤(3)中，根据具体工况需求设置比例系数，Tg取值0.5-1，Ts取值10-50ms。