專利名稱：用于檢測鐵軌斷裂或車輛的系統和方法
技術領域：
本發明一般來說涉及鐵軌斷裂或車輛檢測系統，并且更具體地，涉及長 區段多區域鐵軌斷裂或車輛檢測系統、以及用于使用這種系統檢測鐵軌斷裂 和/或車輛的方法。
背景技術：
傳統的鐵路系統采用鐵軌軌道作為信號傳輸路徑的 一部分，以檢測在區 段(block)部分中的列車或鐵軌斷裂的存在。在這種方法中，軌道在電氣上 被劃分為多個部分，每個具有預定長度。每個部分形成電路的一部分，并且 被稱作為軌道電路。發射機設備和接收機設備分別安排在軌道電路的任一 端。發射機設備連續地或以可變間隔發送信號用于檢測列車或鐵軌斷裂，而 接收機設備接收該發送的信號。
如果列車或鐵軌斷裂在由軌道電路形成的部分中不存在，則接收機接收 由發射機發送的信號。如果列車或鐵軌斷裂存在，則因為由軌道和斷裂、或 軌道和列車形成的電子電路中的變化，所以接收機接收由發射機發送的修改 的信號。 一般來說，列車存在通過從軌道到軌道的分流電阻的添加來修改軌 道電路。斷裂存在通過軌道中增加的電阻的添加來修改電路。斷裂或列車檢 測一般通過接收的信號與閾值比較來完成。
傳統的軌道電路一般應用到長度上大約2.5英里的區段用于檢測列車。 在這樣的區段內，列車應該展現0.06歐姆或更少的列車分流電阻，并且軌間 電阻或在獨立的軌道之間的電阻一般將大于3歐姆/1000英尺。隨著區段長 度變得更長，軌道電路的總電阻由于各軌道之間的軌間電阻的并聯添加而降 低。通過該并聯電流路徑的添加，額外的電流流過道碴(ballast )和軌枕(tie )， 并且成比例地更少地流過接收機。因此，在列車存在的情況下軌道電路的信 噪比變低。
在一個例子中，基于光纖的軌道電路可用于更長的區段(例如，大于3 英里)用于檢測列車和鐵軌斷裂。然而，用于實現基于光纖的軌道電路的成
本相對更高，而耐用性可能更低。在另一個例子中，軌間電阻增加，而軌道 電路的區段長度可能相應地增加。然而，用于維護相對高的軌間電阻的維護 成本不期望地高。
增強的長區段鐵軌斷裂或車輛檢測系統和方法是期望的。
發明內容
按照本發明之一實施例， 一種用于檢測鐵軌軌道區段中的鐵軌斷裂的方 法，包括經由多個電壓源跨接具有多個區域的塊施加電壓。測量指示電流的 第一組值。每個第一值對應多個區域之一。切換每個電壓源的極性。接著測 量指示電流的第二組值。每個第二值對應多個區域之一。監視在第一組值和 第二組值之間的變化以檢測在該區段中的鐵軌斷裂的存在。
按照本發明的另 一個實施例， 一種用于檢測鐵軌軌道區段上的鐵軌車輛 的存在的方法，包括經由多個電壓源跨接具有多個區域的塊施加電壓。測量 指示電流的第一組值。每個第一值對應多個區域之一。切換每個電壓源的極 性。接著測量指示電流的第二組值。每個第二值對應多個區域之一。比較在 第 一組值和第二組值之間的差與預定閾值極限，以檢測在該區段上的鐵軌車 輛的存在。
按照本發明的另 一個實施例， 一種用于檢測鐵軌軌道區段中的鐵軌斷裂 的的系統，該鐵路軌道的區段包括多個區域。該系統包括多個電壓源，每個 耦合到該多個區域之一。提供多個電阻，每個與多個電壓源之一串聯耦合。 提供多個電流傳感器，每個耦合到多個電阻中之一，并且適配來測量指示流 過電阻的電流的第一組值和第二組值。至少一個控制單元被適配來接收來自 多個電流傳感器的輸入并且監視第一組值和第二組值之間的變化，以檢測該 區段中的鐵軌斷裂的存在。該控制單元還被適配來切換每個電壓源的極性。
按照本發明的另 一個實施例，提供了 一種用于檢測鐵軌軌道區段上的鐵 軌車輛的存在的系統，該鐵路軌道區段包括多個區域。該系統包括多個電壓 源，每個耦合到該多個區域之一。提供多個電阻，每個與多個電壓源之一串 聯耦合。提供多個電流傳感器，每個耦合到多個電阻中之一，并且適配來測 量指示流過電阻的電流的第 一組值和第二組值。至少 一個控制單元被適配來 接收來自多個電流傳感器的輸入并且比較第 一組值和第二組值之間的差與 預定閾值極限，以檢測在該區段上的鐵軌車輛的存在。該控制單元還被適配
來切換每個電壓源的極性。
在參照附圖閱讀下面的詳細描述時，本發明的這些和其它特征、方面和 優點將變得更好理解，貫穿附圖相同的標記表示相同的部件，在附圖中
圖1是按照本發明的示范性實施例的鐵軌斷裂或車輛檢測系統的框圖； 圖2是按照圖1的各方面、表示沿著鐵軌斷裂或車輛檢測系統的區段部
分以各間隔定位的電壓源極性的順序切換的表；以及
圖3是按照本發明的示范性實施例、圖示檢測鐵軌斷裂或車輛的示范性
過程的流程圖。
具體實施例方式
一般地參照圖1，按照本發明的幾個實施例，鐵軌斷裂或車輛檢測系統 被圖示，并且統一用參考標號IO表示。在圖示的實施例中，系統10包括鐵 路軌道12,其具有左鐵軌14、右鐵軌16和在鐵軌14、 16之間延伸并且一 般橫跨軌道14、 16的多個軌枕18。軌枕18耦合到鐵軌14、 16，并且提供 對軌道14、 16的橫向支持，該軌道14、 16被配置為便利如列車、礦車、測 試車輛等的車輛的運動。
在圖示的實施例中，多個電壓源20和電阻22在沿著區段部分24的位 置ll、 13、 15、 17和19提供，該區段部分24在鐵路軌道10的兩個絕緣接 頭26、 28之間形成。每個電壓源20與相對應的電阻22串聯耦合，并且在 軌道14、 16之間提供。結果，區段部分24被劃分為多個區域30、 32、 34 和36。在圖示的例子中，鐵路軌道12的區段部分24具有大約為IO英里的 長度。區段部分的每個區域具有2.5英里的長度。然而，本領域技術人員將 意識到，區段部分24和區域30、 32、 34和36的具體長度不是本發明的實 質性特征。類似地，區域、電阻和電壓源的數量也不是本發明的實質性特征。 電壓源的例子可以包括DC電壓源、AC電壓源、靜態(static)電壓源等。 在示范性實施例中，電壓源20被配置為跨接鐵路軌道12的區段部分24施 加電壓。每個電阻22(例如，1歐姆的電阻)被配置為從由電壓源20施加的電 壓接收電流。流過每個電阻22的電流表示當電壓源20的極性相同時的總道 碴漏電流。系統10還包括多個電流傳感器38,每個電流傳感器38與相對應的電阻 22串聯耦合。電流傳感器38被配置以;險測流過電阻22的電流。在另一個示 范性實施例中，系統10可包括多個電壓傳感器，每個電壓傳感器跨接相對 應的電阻22耦合。如本領域技術人員所知的，流過電阻的電流可以基于檢 測的電壓和電阻的阻值確定。控制單元42可通信地耦合到電壓源20和電流 傳感器38。在一個實施例中，控制單元46被適配為接收來自電流傳感器38 的輸入，并且監視流過每個區域的電流的變化以檢測鐵路軌道12的區段部 分24上的鐵軌車輛的存在或鐵軌斷裂。在替換的示范性實施例中，多個控 制單元可以被用來從電流傳感器38接收輸入，并且監視流過每個區域的電 流的變化以檢測鐵路軌道12的區段部分24上的鐵軌車輛的存在或鐵軌斷 裂。
在圖示的實施例中，控制單元42被配置為從區段部分24的第一端44 朝向第二端46順序地切換多個電壓源20的極性。在另 一個示范性實施例中， 控制單元42被配置為從區段部分24的第二端46朝向第一端44順序地切換 多個電壓源20的極性。在另一個示范性實施例中，控制單元42被配置為隨 機地或以任何預定順序切換多個電壓源20的極性。當鐵路軌道12的區段部 分24未被鐵軌車輛占用或沒有檢測到鐵軌斷裂時，在具有分別位于任一端 點的相互相反極性的電壓源的特定區域中檢測到電流的大幅度增長。例如， 如果區域30具有在特定時刻在其各端點相互相反極性的電壓源，則當鐵路 軌道12的區段部分24未被鐵軌車輛占用或沒有檢測到鐵軌斷裂時，在區域 30檢測到電流的大幅度增長。當鐵路軌道12的區段部分24被鐵軌車輛占用 或檢測到鐵軌斷裂時，在具有分別位于任一端點的相互相反極性的電壓源的 特定區域中檢測到可忽略的電流增長。例如，如果區域30具有在特定時刻 在其各端點相互相反極性的電壓源，則當鐵路軌道12的區段部分24被鐵軌 車輛占用或檢測到鐵軌斷裂時，在區域30檢測到可忽略的電流增長。
在另一個示范性實施例中，當具有在特定時刻在其端點極性相反的特定 區域的電流的增長小于預定閾值極限時，控制單元42被適配來檢測區段部 分24中的鐵軌斷裂或車輛的存在。該預定閾值極限依賴于該區段的軌間電 阻值的變化。控制單元42被配置以監視區段部分24的軌間電阻值的變化， 接著基于該軌間電阻值的變化更新該預定閾值極限。神經網絡、分類算法等 可以被用來在鐵路軌道12的區段部分24上的鐵路軌道的存在或鐵軌斷裂之
間區分。針對后續的附圖更詳細地描述了按照本發明各方面的鐵軌車輛的存 在和軌道斷裂之間的區分。
控制單元42包括處理器48,該處理器48包括硬件電路和/或軟件，其 便利來自電流傳感器38和電壓源20的信號的處理。如本領域技術人員將意 識到的，處理器48可以包括微處理器、可編程邏輯控制器、邏輯模塊等。 如前面討論的，在圖示的實施例中，控制單元42 ^皮適配來從區段部分24的 第一端44朝向第二端46順序地切換電壓源20的極性并且反之亦然(即，從 第二端46朝向第一端44)或隨機地切換。電流傳感器38的測量可以被平均 以減小系統和電流(galvanic)的誤差。
在某些實施例中，控制單元42還可以包括數據庫和算法，該算法實現 為由控制單元計算機或處理器48執行的計算機程序。數據庫可以被配置為 存儲關于鐵軌斷裂或車輛檢測系統10和鐵軌車輛的預定信息。數據庫還可 以包括指令集、映射、查詢表、變量等。這樣的映射、查詢表和指令集可操 作來將流過多個區域的電流的特性相關，以檢測鐵軌斷裂或鐵軌車輛的存 在。該數據庫還可以被配置來存儲實際感測的或檢測的信息，該信息與電流、 ^^接區^a部分28的電壓、電壓源20的極性、區l殳部分28的軌間電阻值、 電流增長的預定閾值極限、鐵軌車輛等有關系。該算法可以便利處理感測的 與電流、電壓和鐵軌車輛有關的信息。任何上述參數可以選擇性地和/或動態 地相對于時間適配或改變。在一個例子中，控制單元42被配置來基于區段 部分24的軌間電阻值更新上述預定閾值極限，因為軌間電阻值由于如濕度、 暴雨等的環境條件的變化而變化。處理器48經由有線連接端口或短距離無 線鏈路(如紅外協議、藍牙協議、IEEE 802.11無線局域網等)發送指示信 號給輸出單元50。 一般地，該指示信號可以提供簡單的狀態輸出，或可以被 用于基于區段部分24的多個區域中的檢測到的電流，激活或設置如告警的 標志。
參照圖2,按照圖1的各方面、圖示了表示位于多個區域30、 32、 34 和36的位置11、 13、 15、 17和19的電壓源20的極性的順序切換的表。在 圖示的例子中，進行10次測試用于4企測鐵路軌道12的區段部分24的鐵軌 斷裂或車輛存在。起初，施加電壓到區段部分24的所有電壓源20具有如行 52所示的正的極性。如行54、 56、 58、 60和62所示，位于位置19、 17、 15、 13和11的電壓源20的極性從第一端44到第二端46被順序地切換(即， 到負極性)。如行62所示，所有的電壓源具有負極性。再次，如行64、 66、 68、和70所示，電壓源20的極性從第一端44到第二端46被順序地切換(即， 到正極性)。上述切換極性的順序僅僅是舉例，并且在其它的示范性實施例 中，切換極性的順序可以依據要求按照預定順序變化。
在圖示的實施例中，例如在第一次測試中，電流傳感器38測量指示流 過電阻22的電流的第一組值。所有電壓源具有正的極性。接著在第二次測 試中，位于位置19的電壓源的極性從正切換到負。電流傳感器38測量指示 流過電阻22的電流的第二組值。在上述第二次測試，區域36具有在其兩個 端點具有相互相反極性的電壓源。控制單元42從各個電流傳感器38接收輸 入，并且監視在第一組值和第二組值之間的變化，以檢測在區段部分24中 的鐵軌斷裂的存在或列車占用。如果列車占用或鐵軌斷裂不存在，則在區域 36中檢測到電流的大幅度增長。如果列車占用或鐵軌斷裂存在，則在區域 36檢測到可忽略的電流增長。在一個實施例中，如果在區域36中電流的增 長(即，在第一組值和第二組值之間的差)小于預定閾值極限，則列車占用的 存在或鐵軌斷裂被檢測到。對區段部分24的每個區域重復如上所述的過程。
控制單元42進一步被配置來平均在其各端點具有相互相反極性的每個 區域的第一組值和第二組值，以減小系統和電流的誤差。在一個例子中，由 行52表示的在測試1中的傳感器38的電流值(即，全部正極性)和由行62 表示的在測試6中的傳感器38的電流值(即，全部負極性)被平均，以移除 系統和電流的誤差。在另一個例子中，由行54表示的在測試2中的和由行 64表示的測試7中的傳感器38的電流值被平均，以減小系統和電流的誤差。 類似地，任何數量的例子被設想。
按照本發明的各方面，基于電流傳感器38的分辨率確定區段部分的每 個區域的區域長度。如前面討論的，當鐵路軌道12的區段部分由鐵軌車輛 的車輪占用或檢測到鐵軌斷裂時，在具有分別位于任一端點的相互相反極性 的電壓源的特定區域中，檢測到可忽略的電流增長。當在區段部分中檢測到 鐵軌斷裂或列車存在時，按照本發明的各方面的電流傳感器能夠解決電流測 量的變化。區域長度越大，電流測量的變化變得越小。
圖3是按照本發明的示范性實施例、圖示檢測鐵軌斷裂或車輛的方法的 流程圖。該方法包括經由多個電壓源20跨接鐵路軌道12的區段部分24施 加電壓，如步驟76所示。與相對應的電壓源20串聯耦合的每個電阻22從
由電壓源20施加的電壓接收電流。在電壓源20的極性相同時，流過每個電
阻22的電流表示總的道碴漏電流。電流傳感器38 4企測流過電阻22的電流。 最初，電流傳感器38測量指示流過每個區域的電流的第一組值，如步驟78 所示。
控制單元46從電流傳感器38接收輸入，并且監視流過每個區域的電流 的變化，以檢測在鐵路軌道12的區段部分24上鐵軌車輛的存在或鐵軌斷裂。 在圖示的實施例中，控制單元42切換多個電壓源20的極性。在一個實施例 中，控制單元42從區段部分24的第一端44到第二端46順序地切換多個電 壓源的極性，如步驟80所示。在另一個示范性實施例中，控制單元42從區 段部分24的第二端46到第一端44順序地切換多個電壓源的極性。在另一 個實施例中，控制單元42被配置在區段部分24中以隨機或者以預定順序切 換多個電壓源20的極性。接著電流傳感器測量指示流過電阻22的電流的第 二組值，如步驟82所示。
控制單元42從多個電流傳感器38接收輸入，并且監視第一組值和第二 組值之間的變化，以檢測在區段部分中列車占用的存在或鐵軌斷裂的存在， 如步驟84所示。如果列車占用或鐵軌斷裂不存在，則在具有在其各端點具 有相互相反極性的電壓源的區域中檢測電流的大幅度增長。如果列車占用或 鐵軌斷裂存在，則在具有在其各端點具有相互相反極性的電壓源的區域中檢 測可忽略的電流增長。在一個實施例中，如果在該區域中的電流增長(即， 在第一組值和第二組值之間的差)小于預定閾值極限，則檢測到列車占用或 鐵軌斷裂的存在。對區段部分中的每個區域重復上述過程。電流傳感器38 的測量被平均以減小系統和電流的誤差。
盡管只有本發明的某些特征在此被闡述和說明，但是對于本領域技術人 員來說，許多修改和變化將出現。因此，要理解的是權利要求書旨在覆蓋落 入本發明的真正精神內的所有這樣的修改和變化。
權利要求
1.一種用于檢測鐵軌軌道區段中的鐵軌斷裂的方法，包括經由多個電壓源跨接具有多個區域的塊施加電壓；測量指示電流的第一組值，該第一組值的每個對應多個區域之一；切換每個電壓源的極性；測量指示電流的第二組值，該第二組值的每個對應多個區域之一；以及監視第一組值和第二組值之間的變化，以檢測在該區段中的鐵軌斷裂的存在。
2. 如權利要求1所述的方法，包括測量指示流過多個電阻的電流的第一 組值和第二組值，該多個電阻的每個串聯耦合到相對應的電壓源。
3. 如權利要求2所述的方法，包括經由多個電流傳感器測量第一組值和 第二組值。
4. 如權利要求2所述的方法，還包括監視在指示流過多個電阻的電流的 第一組值和第二組值之間的變化，以檢測在該區段的鐵軌車輛的存在。
5. 如權利要求1所述的方法，包括從該區段的第一端點到第二端點順序 地切換每個電壓源的極性。
6. 如權利要求1所述的方法，包括按預定順序切換每個電壓源的極性。
7. 如權利要求1所述的方法，還包括當指示流過多個電阻的電流的第 一組值和第二組值之間的差小于預定閾值極限時，檢測鐵軌斷裂。
8. 如權利要求7所述的方法，還包括基于該區段的軌間電阻值的變化更 新預定閾值極限。
9. 如權利要求1所述的方法，還包括平均第一組值和第二組值，以減小 系統和電流i吳差。
10. —種用于檢測鐵軌軌道區段上的鐵軌車輛的存在的方法，包括 經由多個電壓源跨接具有多個區域的區段施加電壓；測量指示電流的第 一組值，該第 一組值的每個對應多個區域之一 ； 切換每個電壓源的極性；測量指示電流的第二組值，該第二組值的每個對應多個區域之一；以及 比較在第一組值和第二組值之間的差與預定閾值極限，以檢測在該區段 上的鐵軌車輛的存在。
11. 如權利要求IO所述的方法，包括測量指示流過多個電阻的電流的第 一組值和第二組值，該多個電阻的每個串聯耦合到相對應的電壓源。
12. 如權利要求11所述的方法，包括經由多個電流傳感器測量第一組值 和第二組值。
13. 如權利要求11所述的方法，還包括當指示流過多個電阻的電流的 第一組值和第二組值之間的差小于預定閾值極限時，檢測該區段上的鐵軌車 輛的存在。
14. 如權利要求11所述的方法，還包括當指示流過多個電阻的電流的 第一組值和第二組值之間的差小于預定閾值極限時，檢測該區段中的鐵軌斷裂。
15. 如權利要求11所述的方法，還包括基于該區段的軌間電阻值的變化 更新預定閾值極限。
16. 如權利要求IO所述的方法，包括從該區段的第一端點到第二端點順 序地切換每個電壓源的極性。
17. 如權利要求IO所述的方法，包括按預定順序切換每個電壓源的極性。
18. 如權利要求10所述的方法，還包括平均第一組值和第二組值，以減 小系統和電流i吳差。
19. 一種用于檢測鐵軌軌道區段中的鐵軌斷裂的系統，該鐵路軌道區段包 括多個區域，該系統包括多個電壓源，每個耦合到該多個區域之一； 多個電阻，每個與多個電壓源之一串聯耦合；多個電流傳感器，每個耦合到多個電阻之一，并且適配來測量指示流過 電阻的電流的第一組值和第二組值；以及至少一個控制單元，其被適配來接收來自多個電流傳感器的輸入并監視 第一組值和第二組值之間的變化，以檢測該區段中的鐵軌斷裂的存在，該控 制單元還被適配來切換每個電壓源的極性。
20. 如權利要求19所述的系統，其中控制單元被適配來接收來自多個電 流傳感器的輸入并監視指示流過多個電阻的電流的第 一組值和第二組值之 間的變化，以檢測在該區段上的鐵軌車輛的存在。
21. 如權利要求19所述的系統，其中控制單元被配置平均第一組值和第 二組值，以減小系統和電流誤差。
22. 如權利要求19所述的系統，其中控制單元被配置為在第一組值和第二組值之間的差小于預定閾值極限時，檢測鐵軌斷裂。
23. 如權利要求22所述的系統，其中控制單元被配置為基于該區段的軌 間電阻值的變化更新預定閾值極限。
24. 如權利要求19所述的系統，其中控制單元被配置為從該區段的第一 端點到第二端點順序地切換每個電壓源的極性。
25. 如權利要求19所述的系統，其中控制單元被配置為按預定順序切換 每個電壓源的極性。
26. 如權利要求19所述的系統，其中基于電流傳感器的分辨率確定該區 段的每個區域的長度。
27. —種用于檢測鐵軌軌道區段上的鐵軌車輛的存在的系統，該鐵路軌道 區段包括多個區域，該系統包括多個電壓源，每個耦合到該多個區域之一； 多個電阻，每個與多個電壓源之一串聯耦合；多個電流傳感器，每個耦合到多個電阻之一，并且適配來測量指示流過 電阻的電流的第一組值和第二組值；以及至少一個控制單元，其被適配來接收來自多個電流傳感器的輸入并比較 第一組值和第二組值之間的差與預定閾值極限，以檢測在該區段上的鐵軌車 輛的存在，該控制單元還被適配來切換每個電壓源的極性。
28. 如權利要求27所述的系統，其中控制單元被適配來接收來自多個電 流傳感器的輸入、并且比較在指示流過多個電阻的電流的第 一組值和第二組 值之間的差與預定閾值極限，以檢測該區段中的鐵軌斷裂。
29. 如權利要求28所述的系統，其中控制單元被適配為在指示流過多個 電阻的電流的第一組值和第二組值之間的差小于預定闊值極限時，檢測該區 段中的鐵軌斷裂。
30. 如權利要求27所述的系統，其中控制單元被配置為平均第一組值和 第二組值，以減小系統和電流誤差。
31. 如權利要求27所述的系統，其中控制單元被配置為在指示流過多個 電阻的第一組值和第二組值之間的差小于預定閾值極限時，檢測該區段上的 鐵軌車輛的存在。
32. 如權利要求27所述的系統，其中控制單元被配置為基于該區段的軌 間電阻值的變化更新預定閾值極限。
33. 如權利要求27所述的系統，其中控制單元被配置為從該區段的第一 端點到第二端點順序地切換每個電壓源的極性。
34. 如權利要求27所述的系統，其中控制單元被配置為按預定順序切換 每個電壓源的極性。
全文摘要
一種鐵軌斷裂或車輛檢測系統，包括多個電壓源，每個耦合到多個區域之一。提供多個電阻，每個與多個電壓源之一串聯耦合。提供多個電流傳感器，每個耦合到多個電阻中之一，并且適配來測量指示流過電阻的電流的第一組值和第二組值。至少一個控制單元被適配來接收來自多個電流傳感器的輸入并比較第一組值和第二組值之間的差與預定閾值極限，以檢測在該區段上的鐵軌車輛的存在。該控制單元還被適配來切換每個電壓源的極性。
文檔編號B61L23/04GK101351373SQ200680049564
公開日2009年1月21日 申請日期2006年12月14日 優先權日2005年12月27日
發明者托德·A·安德森, 肯尼思·B·韋爾斯二世 申請人:通用電氣公司