一种光纤光栅传感器计轴方法、系统、设备和存储介质与流程

1.本发明涉及轨道交通信号检测技术领域，特别涉及一种光纤光栅传感器计轴方法、系统、设备和存储介质。


背景技术：

2.计轴设备是保证铁路系统安全运营的最重要的信号检测设备，它通过对车轮轴数的检测判断铁路区段的占用或空闲状态。计轴技术判断区段占用情况的原理如下，对于某一区间，只要计轴传感器对进入区间的列车轴数的计数结果与对离开区间的列车轴数的计数结果不相等，那么就认为此区间被占用，否则认为此区间为空闲状态。
3.目前铁路系统中主要采用电磁式计轴传感器以及光纤光栅计轴传感器作为车轮经过检测的主流方案，基于光纤光栅传感技术的计轴传感器具有抗电磁干扰，传输距离长，绝缘耐腐蚀等优势。专利号为cn107921978a的发明中提出了基于光纤光栅测量车轮经过时剪切力的变化（光栅粘贴于轨腰）实现计轴的方法；专利号为cn113335338a的发明中提出了基于光纤光栅测量车轮经过时垂向力的变化（光栅固定于钢轨底部）实现计轴的方法。专利号为cn113335338a中，根据车轮经过时两个应变检测光栅的状态变化组成的序列实现正向轴数和反向轴数的输出（与电磁计轴类似）。在实际使用中，在一趟车第一个车轮的波形之前，光纤光栅会产生干扰波形，如1图所示，s1和s2分别为两个应变检测光栅记录的波形，干扰波形所指示的区域中，两个波形十分接近，形成了彼此干扰，波形变化量可能与正常过车轻车车轮经过时变化量接近，采用原有的计轴方法容易导致误计轴情况的出现。此外，如图2所示，干扰波形所指示的区域中，两个波形十分接近，形成了彼此干扰，两个重车轴之间的干扰波形变化量也可能与轻车轴经过时的变化量接近，采用原有的计轴方法，这两种情况容易导致误计轴情况的出现，影响行车安全。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，发明人做出本发明，通过具体实施方式，提供一种光纤光栅传感器计轴方法、系统、设备和存储介质。
5.第一方面，本发明实施例提供一种光纤光栅传感器计轴方法，包括以下步骤：实时采集光纤光栅传感器中两个应变检测光栅的波长、波长最大值和波长最小值；设置应变信号初值，所述应变信号包括上升阈值、下降阈值、计轴状态、上升沿计数、上升沿计数累加项、上升沿判断基准值、下降沿计数、下降沿计数累加项和下降沿参考值；根据所述应变检测光栅的状态、波长、波长最大值和波长最小值，实时更新数据，其中，每次计轴过程包括：所述上升沿计数累加项和下降沿计数累加项，在每个采样点累加单位数值；从两个应变检测光栅中任选一个应变检测光栅，当所选应变检测光栅出现新的波
长最大值时，分别将下降沿计数和下降沿计数累加项置为对应的初值；根据应变检测光栅的状态、对应的应变检测光栅阈值对比量和所述上升阈值、下降阈值的对比情况，切换所述应变检测光栅的状态；其中，应变检测光栅的状态为0表示列车不处于光纤光栅传感器敏感区域，应变检测光栅的状态为1表示列车正处于光纤光栅传感器敏感区域；所述阈值对比量为所述应变检测光栅实时波长减去本次计轴过程中波长最小值得到的差值；当所选应变检测光栅阈值对比量与所述上升沿判断基准值的差值不小于设定值时，以上升沿计数累加项更新上升沿计数，以对应的阈值对比量更新上升沿判断基准值，将上升沿计数累加项置为上升沿计数累加项对应初值；当所选应变检测光栅状态为1，且下降沿计数为下降沿计数对应初值，且对应应变检测光栅波长最大值与对应波长的差值不小于设定值时，以下降沿计数累加项更新下降沿计数，将下降沿计数累加项置为对应初值；当有任一应变检测光栅状态切换时，更新本次计轴过程中所述两个应变检测光栅状态所构成的状态序列和所述计轴状态；根据预设的验证条件，对所述状态序列和应变信号进行验证，验证通过时输出带有列车行驶方向的轴数。
6.具体的，根据应变检测光栅的状态、对应的应变检测光栅阈值对比量和所述上升阈值、下降阈值的对比情况，切换所述应变检测光栅的状态，包括以下步骤：当所述应变检测光栅的状态为0，且对应的应变检测光栅阈值对比量大于所述上升阈值时，所述应变检测光栅的状态切换为1，并将对应的应变检测光栅的波长设为对应的波长最大值；当所述应变检测光栅的状态为1，且对应的应变检测光栅阈值对比量小于所述下降阈值时，所述应变检测光栅的状态切换为0。
7.具体的，当有任一应变检测光栅状态切换时，更新本次计轴过程中所述两个应变检测光栅状态所构成的状态序列和所述计轴状态，包括以下步骤：当两个应变检测光栅状态分别为00时，将计轴状态置0；当计轴状态为0且两个应变检测光栅状态由00变为10时，将计轴状态置1；当计轴状态为1且两个应变检测光栅状态由10变为11时，将计轴状态置2；当计轴状态为2且两个应变检测光栅状态由11变为01时，将计轴状态置3；当两个应变检测光栅状态由00变为01时，将计轴状态置4；当计轴状态为4且两个应变检测光栅状态由01变为11时，将计轴状态置5；当计轴状态为5且两个应变检测光栅状态由11变为10时，将计轴状态置6。
8.具体的，根据预设的验证条件，对所述状态序列和应变信号进行验证，验证通过时输出带有列车行驶方向的轴数，包括：当计轴状态为3且两个应变检测光栅状态由01变为00，且当前波形的上升沿和下降沿变化速率、以及当前波形下降沿变化速率与上一波形下降沿变化速率的比较符合预设的输出条件时，输出正向轴数，并以下降沿计数更新下降沿参考值，将计轴状态、上述沿计数、上升沿计数累加项、上升沿判断基准值、下降沿计数和下降沿计数累加项置对应初值，以两个应变检测光栅的波长更新对应的波长最小值，开始下一次计轴过程；当计轴状态为6且两个应变检测光栅状态由10变为00，且当前波形的上升沿和下
降沿变化速率、以及当前波形下降沿变化速率与上一波形下降沿变化速率的比较符合预设的输出条件时，输出反向轴数，并以下降沿计数更新下降沿参考值，将计轴状态、上述沿计数、上升沿计数累加项、上升沿判断基准值、下降沿计数和下降沿计数累加项置对应初值，以两个应变检测光栅的波长更新对应的波长最大值，开始下一次计轴过程。
9.具体的，所述预设的输出条件为：num_up 小于2
×
(num_down-1)且(num_down-1) 小于8
×
(num_downref-1)，其中，num_up为上升沿计数，num_down为下降沿计数，num_downref为下降沿参考值。
10.第二方面，本发明实施例提供一种光纤光栅传感器计轴系统，包括：数据采集模块，用于实时采集光纤光栅传感器中两个应变检测光栅的波长、波长最大值和波长最小值；信号设置模块，用于设置应变信号初值，所述应变信号包括上升阈值、下降阈值、计轴状态、上升沿计数、上升沿计数累加项、上升沿判断基准值、下降沿计数、下降沿计数累加项和下降沿参考值；计轴输出模块，用于根据所述应变检测光栅的状态、波长、波长最大值和波长最小值，实时更新数据，其中，每次计轴过程包括：所述上升沿计数累加项和下降沿计数累加项，在每个采样点累加单位数值；从两个应变检测光栅中任选一个应变检测光栅，当所选应变检测光栅出现新的波长最大值时，分别将下降沿计数和下降沿计数累加项置为对应的初值；当所述应变检测光栅的状态为0，且对应的应变检测光栅阈值对比量大于所述上升阈值时，所述应变检测光栅的状态切换为1，并将对应的应变检测光栅的波长设为对应的波长最大值；当所述应变检测光栅的状态为1，且对应的应变检测光栅阈值对比量小于所述下降阈值时，所述应变检测光栅的状态切换为0；其中，应变检测光栅的状态为0表示列车不处于光纤光栅传感器敏感区域，应变检测光栅的状态为1表示列车正处于光纤光栅传感器敏感区域；所述阈值对比量为所述应变检测光栅实时波长减去本次计轴过程中波长最小值得到的差值；当所选应变检测光栅阈值对比量与所述上升沿判断基准值的差值不小于设定值时，以上升沿计数累加项更新上升沿计数，以对应的阈值对比量更新上升沿判断基准值，将上升沿计数累加项置为上升沿计数累加项对应初值；当所选应变检测光栅状态为1，且下降沿计数为下降沿计数对应初值，且对应应变检测光栅波长最大值与对应波长的差值不小于设定值时，以下降沿计数累加项更新下降沿计数，将下降沿计数累加项置为对应初值；当有任一应变检测光栅状态切换时，更新本次计轴过程中所述两个应变检测光栅状态所构成的状态序列和所述计轴状态；根据预设的验证条件，对所述状态序列和应变信号进行验证，验证通过时输出带有列车行驶方向的轴数。
11.具体的，当两个应变检测光栅状态分别为00时，将计轴状态置0；当计轴状态为0且两个应变检测光栅状态由00变为10时，将计轴状态置1；当计轴状态为1且两个应变检测光栅状态由10变为11时，将计轴状态置2；当计轴状态为2且两个应变检测光栅状态由11变为01时，将计轴状态置3；当两个应变检测光栅状态由00变为01时，将计轴状态置4；当计轴状态为4且两个应变检测光栅状态由01变为11时，将计轴状态置5；当计轴状态为5且两个应变检测光栅状态由11变为10时，将计轴状态置6。
12.具体的，当计轴状态为3且两个应变检测光栅状态由01变为00，且当前波形的上升
沿和下降沿变化速率、以及当前波形下降沿变化速率与上一波形下降沿变化速率的比较符合预设的输出条件时，输出正向轴数，并以下降沿计数更新下降沿参考值，将计轴状态、上述沿计数、上升沿计数累加项、上升沿判断基准值、下降沿计数和下降沿计数累加项置对应初值，以两个应变检测光栅的波长更新对应的波长最小值，开始下一次计轴过程；当计轴状态为6且两个应变检测光栅状态由10变为00，且当前波形的上升沿和下降沿变化速率、以及当前波形下降沿变化速率与上一波形下降沿变化速率的比较符合预设的输出条件时，输出反向轴数，并以下降沿计数更新下降沿参考值，将计轴状态、上述沿计数、上升沿计数累加项、上升沿判断基准值、下降沿计数和下降沿计数累加项置对应初值，以两个应变检测光栅的波长更新对应的波长最大值，开始下一次计轴过程。
13.具体的，所述预设的输出条件为：num_up 小于2
×
(num_down-1)且(num_down-1) 小于8
×
(num_downref-1)，其中，num_up为上升沿计数，num_down为下降沿计数，num_downref为下降沿参考值。
14.基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种计轴设备，所述计轴设备包括光纤光栅传感器，所述光纤光栅传感器至少包括两个应变检测光栅，所述光纤光栅传感器采用前述光纤光栅传感器计轴方法进行计轴。
15.基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令执行时实现前述的光纤光栅传感器计轴方法。
16.本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：本发明避免了过车前的干扰波形以及两个重车轴之间的干扰波形误计轴情况，提高了计轴准确率。
17.本发明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，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
18.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
19.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：图1为现有技术中光纤光栅对轻车计轴的干扰波形示意图；图2为现有技术中光纤光栅对重车计轴的干扰波形示意图；图3为本发明实施例中光纤光栅传感器示意图；图4为本发明实施例中过车前干扰波形图；图5为本发明实施例中正常过车波形图；图6为本发明实施例中正常过车后干扰波形图。
20.附图标记说明：1光纤光栅传感器11第一应变检测光栅
12第二应变检测光栅
具体实施方式
21.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
22.为了解决现有技术中存在的问题，本发明实施例提供一种光纤光栅传感器计轴方法、系统、设备和存储介质。
23.本发明对现有采用光纤光栅传感器作为计轴传感器对车辆车轮轴数统计的技术方案进行改进。
24.本发明中的光纤光栅传感器通过紧固件安装在钢轨底部采集列车经过时的应变信号进行车辆车轮轴数统计，其中光纤光栅传感器至少包括两个应变检测光栅，两个应变检测光栅沿的位置落在与轨道平行的方向上。如图3所示，光纤光栅传感器1固定有两个应变检测光栅，分别是第一应变检测光栅11和第二应变检测光栅12。
25.以下实施例采用光纤光栅传感器采集列车经过时的应变信号，光纤光栅传感器采用应变检测光栅，即以下实施例的光纤光栅传感器包括第一应变检测光栅11和第二应变检测光栅12。
26.实施例一本发明实施例一提供一种光纤光栅传感器计轴方法，包括如下步骤：步骤s1：实时采集光纤光栅传感器中两个应变检测光栅的波长、波长最大值和波长最小值。
27.步骤s2：设置应变信号初值，所述应变信号包括上升阈值、下降阈值、计轴状态、上升沿计数、上升沿计数累加项、上升沿判断基准值、下降沿计数、下降沿计数累加项和下降沿参考值。
28.步骤s3：根据所述应变检测光栅的状态、波长、波长最大值和波长最小值，实时更新数据，增加波形的上升下降沿变化速率判断以及当前波形下降沿变化速率与上一波形下降沿变化速率的比较，输出带有列车行驶方向的轴数。
29.其中，每次计轴过程包括：所述上升沿计数累加项和下降沿计数累加项，在每个采样点累加单位数值；从两个应变检测光栅中任选一个应变检测光栅，当所选应变检测光栅出现新的波长最大值时，分别将下降沿计数和下降沿计数累加项置为对应的初值；根据应变检测光栅的状态、对应的应变检测光栅阈值对比量和所述上升阈值、下降阈值的对比情况，切换所述应变检测光栅的状态；其中，应变检测光栅的状态为0表示列车不处于光纤光栅传感器敏感区域，应变检测光栅的状态为1表示列车正处于光纤光栅传感器敏感区域，列车不处于光纤光栅传感器敏感区域，即进入之前或离开之后；所述阈值对比量为所述应变检测光栅实时波长减去本次计轴过程中波长最小值得到的差值；当所选应变检测光栅阈值对比量与所述上升沿判断基准值的差值不小于设定值时，以上升沿计数累加项更新上升沿计数，以对应的阈值对比量更新上升沿判断基准值，将上升沿计数累加项置为上升沿计数累加项对应初值；当所选应变检测光栅状态为1，且下降沿计数为下降沿计数对应初值，且
对应应变检测光栅波长最大值与对应波长的差值不小于设定值时，以下降沿计数累加项更新下降沿计数，将下降沿计数累加项置为对应初值；当有任一应变检测光栅状态切换时，更新本次计轴过程中所述两个应变检测光栅状态所构成的状态序列和所述计轴状态；根据预设的验证条件，对所述状态序列和应变信号进行验证，验证通过时输出带有列车行驶方向的轴数。
30.在一些具体的实施例中，根据应变检测光栅的状态、对应的应变检测光栅阈值对比量和所述上升阈值、下降阈值的对比情况，切换所述应变检测光栅的状态，包括以下步骤：当所述应变检测光栅的状态为0，且对应的应变检测光栅阈值对比量大于所述上升阈值时，所述应变检测光栅的状态切换为1，并将对应的应变检测光栅的波长设为对应的波长最大值；当所述应变检测光栅的状态为1，且对应的应变检测光栅阈值对比量小于所述下降阈值时，所述应变检测光栅的状态切换为0。
31.在一些具体的实施例中，当有任一应变检测光栅状态切换时，更新本次计轴过程中所述两个应变检测光栅状态所构成的状态序列和所述计轴状态，包括以下步骤：当两个应变检测光栅状态分别为00时，将计轴状态置0；当计轴状态为0且两个应变检测光栅状态由00变为10时，将计轴状态置1；当计轴状态为1且两个应变检测光栅状态由10变为11时，将计轴状态置2；当计轴状态为2且两个应变检测光栅状态由11变为01时，将计轴状态置3；当两个应变检测光栅状态由00变为01时，将计轴状态置4；当计轴状态为4且两个应变检测光栅状态由01变为11时，将计轴状态置5；当计轴状态为5且两个应变检测光栅状态由11变为10时，将计轴状态置6。
32.在一些具体的实施例中，根据预设的验证条件，对所述状态序列和应变信号进行验证，验证通过时输出带有列车行驶方向的轴数，包括：当计轴状态为3且两个应变检测光栅状态由01变为00，且当前波形的上升沿和下降沿变化速率、以及当前波形下降沿变化速率与上一波形下降沿变化速率的比较符合预设的输出条件时，输出正向轴数，并以下降沿计数更新下降沿参考值，将计轴状态、上述沿计数、上升沿计数累加项、上升沿判断基准值、下降沿计数和下降沿计数累加项置对应初值，以两个应变检测光栅的波长更新对应的波长最小值，开始下一次计轴过程；当计轴状态为6且两个应变检测光栅状态由10变为00，且当前波形的上升沿和下降沿变化速率、以及当前波形下降沿变化速率与上一波形下降沿变化速率的比较符合预设的输出条件时，输出反向轴数，并以下降沿计数更新下降沿参考值，将计轴状态、上述沿计数、上升沿计数累加项、上升沿判断基准值、下降沿计数和下降沿计数累加项置对应初值，以两个应变检测光栅的波长更新对应的波长最大值，开始下一次计轴过程。
33.在一些具体的实施例中，所述预设的输出条件为：num_up 小于2
×
(num_down-1)且(num_down-1) 小于8
×
(num_downref-1)，其中，num_up为上升沿计数，num_down为下降沿计数，num_downref为下降沿参考值。
34.例如，在一个具体的实施例中，包括以下步骤：步骤1、实时采集两个应变检测光栅的波长值λ1、λ2，设置初始的上升阈值th_up为40 pm，设置下降阈值thre_down为40 pm，设置计轴状态state=0，设置上升沿计数初始值num_up=0，上升沿计数累加项初始值acc_up=0，上升沿判断基准初始值low_ref=0，下降沿
计数初始值num_down=0，下降沿计数累加项初始值acc_down=0，下降沿参考初始值num_downref=200。
35.步骤2、实时查找两个应变检测光栅的波长λ1、λ2的最小值记录为th_low1、th_low2。
36.步骤3、实时查找λ1、λ2的最大值记录为th_high1、th_high2，当第一应变检测光栅11（任选一个应变检测光栅，也可是第二应变检测光栅12，步骤5、6也是如此）更新最大值时，将下降沿计数以及下降沿计数累加项赋为0，即num_down=0， acc_down=0。
37.步骤4、上升阈值th_up与下降阈值th_down用来判断两个应变检测光栅的状态，当应变检测光栅状态为0时，波长与波长最小值差值（dif_low1=λ1
‑ꢀ
th_low1、dif_low2=λ2
‑ꢀ
th_low2）大于等于上升阈值时，应变检测光栅状态变为1，并将此时波长值赋为波长最大值，当应变检测光栅状态为1时，波长与波长最小值差值（dif_low1、dif_low2）小于下降阈值th_down时，应变检测光栅状态变为0。
38.步骤5、上升沿计数累加项acc_up=acc_up+1，当所选的第一应变检测光栅11波长与波长最小值差值dif_low1与上升沿判断基准low_ref之间的差值大于等于20 pm时，即dif_low1-low_ref ≥ 20时，将上升沿计数累加项acc_up赋给上升沿计数num_up，并将此时的dif_low1赋给low_ref，将acc_up置为0。
39.步骤6、下降沿计数累加项acc_down=acc_down+1，当所选的第一应变检测光栅11状态为1且下降沿计数num_down为0且第一应变检测光栅11波长最大值与当前波长差值dif_high1=th_high1-λ1大于等于20pm（此处的20也可选择为10，30等值，需与步骤5中的差值保持一致）时，将下降沿计数累加项acc_down赋给下降沿计数num_down，并将acc_down置为0。
40.步骤7、当两个应变检测光栅状态分别为00时，将计轴状态state置于0；计轴状态state为0，当两个应变检测光栅状态由00变为10时，将计轴状态state置于1；计轴状态state为1，当两个应变检测光栅状态由10变为11时，将计轴状态state置于2；计轴状态state为2，当两个应变检测光栅状态由11变为01时，将计轴状态state置于3；计轴状态state为3，当两个应变检测光栅状态由01变为00时，如果此时上升沿计数小于两倍的下降沿计数减1并且下降沿计数减1小于八倍的下降沿参考减1，即同时满足num_up《2(num_down-1)以及(num_down-1)《8(num_downref-1)，此时计轴系统输出正向轴数并将此时的num_down赋给num_downref；输出轴数后返回初始状态，并重新寻找波长最大最小值，即计轴状态state=0，上升沿计数num_up=0，上升沿计数累加项acc_up=0，上升沿判断基准low_ref=0，下降沿计数num_down=0，下降沿计数累加项acc_down=0；将此时两个应变检测光栅的波长λ1、λ2更新为最小值，即th_low1=λ1、th_low2=λ2。
41.步骤8、计轴状态state为0，当两个应变检测光栅状态由00变为01时，将计轴状态state置于4；计轴状态state为4，当两个应变检测光栅状态由01变为11时，将计轴状态state置于5；计轴状态state为5，当两个应变检测光栅状态由11变为10时，将计轴状态state置于6；计轴状态state为6，当两个应变检测光栅状态由10变为00时，如果此时上升沿计数小于两倍的下降沿计数并且下降沿计数减1小于八倍的下降沿参考减1，即同时满足num_up《2(num_down-1)以及(num_down-1)《8(num_downref-1)，此时计轴系统输出反向轴数并将此时的num_down赋给num_downref；输出轴数后返回初始状态，并重新寻找波长最大
最小值，即计轴状态state=0，上升沿计数num_up=0，上升沿计数累加项acc_up=0，上升沿判断基准low_ref=0，下降沿计数num_down=0，下降沿计数累加项acc_down=0；将此时两个应变检测光栅的波长λ1、λ2更新为最大值，即th_high1=λ1、th_high2=λ2。
42.在一个具体的实施例中，图4表示了过车前的干扰波形，曲线s1与s2分别代表两个应变检测光栅的波形。图4中，t0时刻两个应变检测光栅的波长λ1、λ2记录为波长最小值th_low1、th_low2，上升阈值th_up为40 pm、下降阈值thre_down为40 pm，上升沿计数num_up=0，上升沿计数累加项acc_up=1，上升沿判断基准low_ref=0，下降沿计数num_down=0，下降沿计数累加项acc_down=1，下降沿参考num_downref=200。t0-t1时，不断更新第一应变检测光栅11最大值th_high1，acc_down不断赋0又累加1，acc_down=1，acc_up每经过一个采样点累加1。t1时刻，上升沿计数累加项acc_up=266，下降沿计数累加项acc_down=1，变检测光栅21波长与波长最小值差值dif_low1与上升沿判断基准low_ref之间的差值为20，满足dif_low1-low_ref ≥ 20，此时num_up = acc_up = 266，low_ref= dif_low1=20，（在t0到t1时间段，th_low1为0，所以dif_low1为λ1，而t1时λ1为20），acc_up=0。t1-t2时，每经过一个采样点acc_up加1，但不满足dif_low1-low_ref ≥ 20，acc_down不断赋0又累加1，acc_down=1。t2时刻，第一应变检测光栅11的波长与波长最小值差值dif_low1大于上升阈值th_up，此时第一应变检测光栅11状态变为1，应变检测光栅2状态仍为0，s1、s2组合状态为10，计轴状态state=1；此时上升沿计数累加项acc_up=142，下降沿计数累加项acc_down=1，第一应变检测光栅11波长与波长最小值差值dif_low1与上升沿判断基准low_ref之间的差值为20， dif_low1-low_ref ≥ 20时，此时num_up = acc_up = 142，low_ref= dif_low1=40，acc_up=0。t3时刻，第二应变检测光栅12的波长与波长最小值差值dif_low2大于上升阈值th_up，此时第二应变检测光栅12状态变为1， s1、s2组合状态为11，计轴状态state=2。t4时刻，上升沿计数累加项acc_up=127，下降沿计数累加项acc_down=1，变检测光栅21波长与波长最小值差值dif_low1与上升沿判断基准low_ref之间的差值为20， dif_low1-low_ref ≥ 20时，此时num_up = acc_up = 127，low_ref= dif_low1=60，acc_up=0。t2-t4时刻，acc_up与acc_down变化与t1-t2时刻相同，即每经过一个采样点acc_up加1，但不满足dif_low1-low_ref ≥ 20，acc_down不断赋0又累加1，acc_down=1。t5时刻，变检测光栅21最大值th_high1不再更新，此时acc_down=1。t4-t5时刻，acc_up与acc_down变化与t1-t2时刻相同，即每经过一个采样点acc_up加1，但不满足dif_low1-low_ref ≥ 20，acc_down不断赋0又累加1，acc_down=1。t5-t6时刻，每经过一个采样点acc_ down加1；acc_up每经过一个采样点acc_up也加1。t6时刻，满足s1状态为1、num_down为0且dif_high1=th_high1-λ1=20，num_down=17。t7时刻，第一应变检测光栅11的波长与波长最小值差值dif_low1小于下降阈值th_down，此时第一应变检测光栅11状态变为0，s1、s2组合状态为01，计轴状态state=3。t8时刻，第二应变检测光栅12的波长与波长最小值差值dif_low2小于下降阈值th_down，此时第二应变检测光栅12状态变为0，s1、s2组合状态为00，此时num_up =127，num_down=17，num_downref=200，由于不满足计轴条件num_up《2(num_down-1)，因此不输出轴数返回初始状态，并重新寻找波长最大最小值，即计轴状态state=0，上升沿计数num_up=0，上升沿计数累加项acc_up=0，上升沿判断基准low_ref=0，下降沿计数num_down=0，下降沿计数累加项acc_down=0；将此时两个应变检测光栅的波长λ1、λ2更新为最小值，即th_low1=λ1、th_low2=λ2。
43.上述操作中，每经过一个采样点，acc_up、acc_ down都会累加1；acc_up在赋值给num_up后会归零，所以在t1、t2、t4三个时刻有归零操作，从零开始重新累加；acc_ down在更新最大值时会清零，所以在上升沿阶段t0-t5阶段，不断赋零又加1，保持为1。
44.在一个具体的实施例中，图5表示了正常的过车波形，曲线s1与s2分别代表两个应变检测光栅的波形。图5中，t0时刻两个应变检测光栅的波长λ1、λ2记录为波长最小值th_low1、th_low2，上升阈值th_up为40 pm、下降阈值thre_down为40pm，上升沿计数num_up=0，上升沿计数累加项acc_up=1，上升沿判断基准low_ref=0，下降沿计数num_down=0，下降沿计数累加项acc_down=1，下降沿参考num_downref=200。t1时刻，上升沿计数累加项acc_up=2，下降沿计数累加项acc_down=1，第一应变检测光栅11波长与波长最小值差值dif_low1与上升沿判断基准low_ref之间的差值为27， dif_low1-low_ref ≥ 20时，此时num_up = acc_up = 2，low_ref= dif_low1=27，acc_up=0。t2时刻，第一应变检测光栅11的波长与波长最小值差值dif_low1大于上升阈值th_up，此时应变检测光栅1状态变为1，应变检测光栅2状态仍为0；此时上升沿计数累加项acc_up=1下降沿计数累加项acc_down=1，变检测光栅21波长与波长最小值差值dif_low1与上升沿判断基准low_ref之间的差值为30， dif_low1-low_ref ≥ 20时，此时num_up = acc_up = 1，low_ref=dif_low1=57,acc_up=0。t3时刻，第二应变检测光栅12的波长与波长最小值差值dif_low2大于上升阈值th_up，此时第二应变检测光栅12状态变为1， s1、s2组合状态为11，计轴状态state=2。t2-t4时刻，每经过一个采样点均满足dif_low1-low_ref ≥ 20，low_ref不断更新为当前的dif_low1，num_up = acc_up = 1；第一应变检测光栅11最大值th_high1不断更新， acc_down=1。t5时刻，acc_down =2，满足s1状态为1、num_down为0且dif_high1=th_high1-λ1=33，因此num_down= acc_down =2。t5之后，由于不满足num_down=0，num_down不再更新。t6时刻，第一应变检测光栅11的波长与波长最小值差值dif_low1小于下降阈值th_down，此时第一应变检测光栅11状态变为0，s1、s2组合状态为01，计轴状态state=3。t7时刻，第二应变检测光栅12的波长与波长最小值差值dif_low2小于下降阈值th_down，此时第二应变检测光栅12状态变为0，s1、s2组合状态为00，此时num_up =1，num_down=2，num_downref=200，满足num_up《2(num_down-1)以及(num_down-1)《8(num_downref-1)，输出正向轴数，且num_downref= num_down=2；开始下一计轴过程返回初始状态，即计轴状态state=0，上升沿计数num_up=0，上升沿计数累加项acc_up=0，上升沿判断基准low_ref=0，下降沿计数num_down=0，下降沿计数累加项acc_down=0；将此时两个应变检测光栅的波长λ1、λ2更新为最小值，即th_low1=λ1、th_low2=λ2。
45.在一个具体的实施例中，图6展示了图5的实施例正常过车后的干扰波形，曲线s1与s2分别代表两个应变检测光栅的波形。图6中，t8时刻两个应变检测光栅的波长λ1、λ2记录为波长最小值th_low1、th_low2，上升阈值th_up为40 pm、下降阈值thre_down为40pm，上升沿计数num_up=0，上升沿计数累加项acc_up=1，上升沿判断基准low_ref=0，下降沿计数num_down=0，下降沿计数累加项acc_down=1，下降沿参考num_downref=2；t9时刻，上升沿计数累加项acc_up=12，下降沿计数累加项acc_down=1，第一应变检测光栅11波长与波长最小值差值dif_low1与上升沿判断基准low_ref之间的差值为27， dif_low1-low_ref ≥ 20时，此时num_up = acc_up = 2，low_ref= dif_low1=27，acc_up=0。t10时刻，第一应变检测光栅11的波长与波长最小值差值dif_low1大于上升阈值th_up，此时第一应变检测光栅11
状态变为1，应变检测光栅2状态仍为0，s1、s2组合状态为10，计轴状态state=1；此时上升沿计数累加项acc_up=7，下降沿计数累加项acc_down=1，变检测光栅21波长与波长最小值差值dif_low1与上升沿判断基准low_ref之间的差值为20， dif_low1-low_ref ≥ 20时，此时num_up = acc_up = 7，low_ref= dif_low1=40，acc_up=0t11时刻，第二应变检测光栅12的波长与波长最小值差值dif_low2大于上升阈值th_up，此时第二应变检测光栅12状态变为1， s1、s2组合状态为11，计轴状态state=2；t12时刻，上升沿计数累加项acc_up=9，下降沿计数累加项acc_down=1，第一应变检测光栅11波长与波长最小值差值dif_low1与上升沿判断基准low_ref之间的差值为20， dif_low1-low_ref ≥ 20时，此时num_up = acc_up = 9，low_ref= dif_low1=60，acc_up=0。t13时刻，上升沿计数累加项acc_up=22，下降沿计数累加项acc_down=1，第一应变检测光栅11波长与波长最小值差值dif_low1与上升沿判断基准low_ref之间的差值为22， dif_low1-low_ref ≥ 20时，此时num_up = acc_up = 22，low_ref= dif_low1=82，acc_up=0；t14时刻，acc_down =21，满足s1状态为1、num_down为0且dif_high1=th_high1-λ1=21，因此num_down= acc_down =21；t15时刻，第一应变检测光栅11的波长与波长最小值差值dif_low1小于下降阈值th_down，此时第一应变检测光栅11状态变为0，s1、s2组合状态为01，计轴状态state=3；t16时刻，第二应变检测光栅12的波长与波长最小值差值dif_low2小于下降阈值th_down，此时第二应变检测光栅12状态变为0，s1、s2组合状态为00，此时num_up =22，num_down=21，num_downref=2（步骤10输出计轴后更新的数值），由于不满足(num_down-1)《8(num_downref-1)条件，因此不输出轴数返回初始状态，并重新寻找波长最大最小值，即计轴状态state=0，上升沿计数num_up=0，上升沿计数累加项acc_up=0，上升沿判断基准low_ref=0，下降沿计数num_down=0，下降沿计数累加项acc_down=0；将此时两个应变检测光栅的波长λ1、λ2更新为最小值，即th_low1=λ1、th_low2=λ2。
46.本实施例的上述方法中，本发明增加波形的上升下降沿变化速率判断以及当前波形下降沿变化速率与上一波形下降沿变化速率的比较，避免了过车前的干扰波形以及两个重车轴之间的干扰波形误计轴情况，提高了计轴准确率。本领域技术人员能够对上述顺序进行变换而并不离开本公开的保护范围。
47.实施例二本发明实施例二提供一种光纤光栅传感器计轴系统，包括：数据采集模块，用于实时采集光纤光栅传感器中两个应变检测光栅的波长、波长最大值和波长最小值；信号设置模块，用于设置应变信号初值，所述应变信号包括上升阈值、下降阈值、计轴状态、上升沿计数、上升沿计数累加项、上升沿判断基准值、下降沿计数、下降沿计数累加项和下降沿参考值；计轴输出模块，用于根据所述应变检测光栅的状态、波长、波长最大值和波长最小值，实时更新数据，增加波形的上升下降沿变化速率判断以及当前波形下降沿变化速率与上一波形下降沿变化速率的比较，输出带有列车行驶方向的轴数。其中，每次计轴过程包括：所述上升沿计数累加项和下降沿计数累加项，在每个采样点累加单位数值；从两个应变检测光栅中任选一个应变检测光栅，当所选应变检测光栅出现新的波长最大值时，分别将下降沿计数和下降沿计数累加项置为对应的初值；当所述应变检测光栅的状态为0，且对应
的应变检测光栅阈值对比量大于所述上升阈值时，所述应变检测光栅的状态切换为1，并将对应的应变检测光栅的波长设为对应的波长最大值；当所述应变检测光栅的状态为1，且对应的应变检测光栅阈值对比量小于所述下降阈值时，所述应变检测光栅的状态切换为0；其中，应变检测光栅的状态为0表示列车不处于光纤光栅传感器敏感区域，应变检测光栅的状态为1表示列车正处于光纤光栅传感器敏感区域；所述阈值对比量为所述应变检测光栅实时波长减去本次计轴过程中波长最小值得到的差值；当所选应变检测光栅阈值对比量与所述上升沿判断基准值的差值不小于设定值时，以上升沿计数累加项更新上升沿计数，以对应的阈值对比量更新上升沿判断基准值，将上升沿计数累加项置为上升沿计数累加项对应初值；当所选应变检测光栅状态为1，且下降沿计数为下降沿计数对应初值，且对应应变检测光栅波长最大值与对应波长的差值不小于设定值时，以下降沿计数累加项更新下降沿计数，将下降沿计数累加项置为对应初值；当有任一应变检测光栅状态切换时，更新本次计轴过程中所述两个应变检测光栅状态所构成的状态序列和所述计轴状态；根据预设的验证条件，对所述状态序列和应变信号进行验证，验证通过时输出带有列车行驶方向的轴数。
48.具体的，当两个应变检测光栅状态分别为00时，将计轴状态置0；当计轴状态为0且两个应变检测光栅状态由00变为10时，将计轴状态置1；当计轴状态为1且两个应变检测光栅状态由10变为11时，将计轴状态置2；当计轴状态为2且两个应变检测光栅状态由11变为01时，将计轴状态置3；当两个应变检测光栅状态由00变为01时，将计轴状态置4；当计轴状态为4且两个应变检测光栅状态由01变为11时，将计轴状态置5；当计轴状态为5且两个应变检测光栅状态由11变为10时，将计轴状态置6。
49.具体的，当计轴状态为3且两个应变检测光栅状态由01变为00，且应变信号符合预设的输出条件时，输出正向轴数，并以下降沿计数更新下降沿参考值，将计轴状态、上述沿计数、上升沿计数累加项、上升沿判断基准值、下降沿计数和下降沿计数累加项置对应初值，以两个应变检测光栅的波长更新对应的波长最小值，开始下一次计轴过程；当计轴状态为6且两个应变检测光栅状态由10变为00，且应变信号符合预设的输出条件时，输出反向轴数，并以下降沿计数更新下降沿参考值，将计轴状态、上述沿计数、上升沿计数累加项、上升沿判断基准值、下降沿计数和下降沿计数累加项置对应初值，以两个应变检测光栅的波长更新对应的波长最大值，开始下一次计轴过程。
50.具体的，所述预设的输出条件为：num_up 小于2
×
(num_down-1)且(num_down-1) 小于8
×
(num_downref-1)，其中，num_up为上升沿计数，num_down为下降沿计数，num_downref为下降沿参考值。
51.关于上述实施例中的系统，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
52.本实施例中，本发明增加波形的上升下降沿变化速率判断以及当前波形下降沿变化速率与上一波形下降沿变化速率的比较，避免了过车前的干扰波形以及两个重车轴之间的干扰波形误计轴情况，提高了计轴准确率。
53.基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种计轴设备，所述计轴设备包括光纤光栅传感器，所述光纤光栅传感器至少包括两个应变检测光栅，所述光纤光栅传感器采用前述光纤光栅传感器计轴方法进行计轴。
54.基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令执行时实现前述的光纤光栅传感器计轴方法。
55.凡在本发明的原则范围内做的任何修改、补充和等同替换等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围内。

技术特征：
1.一种光纤光栅传感器计轴方法，其特征在于，包括以下步骤：实时采集光纤光栅传感器中两个应变检测光栅的波长、波长最大值和波长最小值；设置应变信号初值，所述应变信号包括上升阈值、下降阈值、计轴状态、上升沿计数、上升沿计数累加项、上升沿判断基准值、下降沿计数、下降沿计数累加项和下降沿参考值；根据所述应变检测光栅的状态、波长、波长最大值和波长最小值，实时更新数据，其中，每次计轴过程包括：所述上升沿计数累加项和下降沿计数累加项，在每个采样点累加单位数值；从两个应变检测光栅中任选一个应变检测光栅，当所选应变检测光栅出现新的波长最大值时，分别将下降沿计数和下降沿计数累加项置为对应的初值；根据应变检测光栅的状态、对应的应变检测光栅阈值对比量和所述上升阈值、下降阈值的对比情况，切换所述应变检测光栅的状态；所述阈值对比量为应变检测光栅实时波长减去本次计轴过程中波长最小值得到的差值；其中，应变检测光栅的状态为0表示列车不处于光纤光栅传感器敏感区域，应变检测光栅的状态为1表示列车正处于光纤光栅传感器敏感区域；当所选应变检测光栅阈值对比量与所述上升沿判断基准值的差值不小于设定值时，以上升沿计数累加项更新上升沿计数，以对应的阈值对比量更新上升沿判断基准值，将上升沿计数累加项置为上升沿计数累加项对应初值；当所选应变检测光栅状态为1，且下降沿计数为下降沿计数对应初值，且对应应变检测光栅波长最大值与对应波长的差值不小于设定值时，以下降沿计数累加项更新下降沿计数，将下降沿计数累加项置为对应初值；当有任一应变检测光栅状态切换时，更新本次计轴过程中所述两个应变检测光栅状态所构成的状态序列和所述计轴状态；根据预设的验证条件，对所述状态序列和应变信号进行验证，验证通过时输出带有列车行驶方向的轴数。2.如权利要求1所述的光纤光栅传感器计轴方法，其特征在于，根据应变检测光栅的状态、对应的应变检测光栅阈值对比量和所述上升阈值、下降阈值的对比情况，切换所述应变检测光栅的状态，包括以下步骤：当所述应变检测光栅的状态为0，且对应的应变检测光栅阈值对比量大于所述上升阈值时，所述应变检测光栅的状态切换为1，并将对应的应变检测光栅的波长设为对应的波长最大值；当所述应变检测光栅的状态为1，且对应的应变检测光栅阈值对比量小于所述下降阈值时，所述应变检测光栅的状态切换为0。3.如权利要求1所述的光纤光栅传感器计轴方法，其特征在于，当有任一应变检测光栅状态切换时，更新本次计轴过程中所述两个应变检测光栅状态所构成的状态序列和所述计轴状态，包括以下步骤：当两个应变检测光栅状态分别为00时，将计轴状态置0；当计轴状态为0且两个应变检测光栅状态由00变为10时，将计轴状态置1；当计轴状态为1且两个应变检测光栅状态由10变为11时，将计轴状态置2；当计轴状态为2且两个应变检测光栅状态由11变为01时，将计轴状态置3；当两个应变检测光栅状态由00变为01时，将计轴状态置4；当计轴状态为4且两个应变
检测光栅状态由01变为11时，将计轴状态置5；当计轴状态为5且两个应变检测光栅状态由11变为10时，将计轴状态置6。4.如权利要求1所述的光纤光栅传感器计轴方法，其特征在于，根据预设的验证条件，对所述状态序列和应变信号进行验证，验证通过时输出带有列车行驶方向的轴数，包括：当计轴状态为3且两个应变检测光栅状态由01变为00，且当前波形的上升沿和下降沿变化速率、以及当前波形下降沿变化速率与上一波形下降沿变化速率的比较符合预设的输出条件时，输出正向轴数，并以下降沿计数更新下降沿参考值，将计轴状态、上述沿计数、上升沿计数累加项、上升沿判断基准值、下降沿计数和下降沿计数累加项置对应初值，以两个应变检测光栅的波长更新对应的波长最小值，开始下一次计轴过程；当计轴状态为6且两个应变检测光栅状态由10变为00，且当前波形的上升沿和下降沿变化速率、以及当前波形下降沿变化速率与上一波形下降沿变化速率的比较符合预设的输出条件时，输出反向轴数，并以下降沿计数更新下降沿参考值，将计轴状态、上述沿计数、上升沿计数累加项、上升沿判断基准值、下降沿计数和下降沿计数累加项置对应初值，以两个应变检测光栅的波长更新对应的波长最大值，开始下一次计轴过程。5.如权利要求4所述的光纤光栅传感器计轴方法，其特征在于，所述预设的输出条件为：num_up 小于2
×
(num_down-1)且(num_down-1) 小于8
×
(num_downref-1)，其中，num_up为上升沿计数，num_down为下降沿计数，num_downref为下降沿参考值。6.一种光纤光栅传感器计轴系统，其特征在于，包括：数据采集模块，用于实时采集光纤光栅传感器中两个应变检测光栅的波长、波长最大值和波长最小值；信号设置模块，用于设置应变信号初值，所述应变信号包括上升阈值、下降阈值、计轴状态、上升沿计数、上升沿计数累加项、上升沿判断基准值、下降沿计数、下降沿计数累加项和下降沿参考值；计轴输出模块，用于根据所述应变检测光栅的状态、波长、波长最大值和波长最小值，实时更新数据，其中，每次计轴过程包括：所述上升沿计数累加项和下降沿计数累加项，在每个采样点累加单位数值；从两个应变检测光栅中任选一个应变检测光栅，当所选应变检测光栅出现新的波长最大值时，分别将下降沿计数和下降沿计数累加项置为对应的初值；当所述应变检测光栅的状态为0，且对应的应变检测光栅阈值对比量大于所述上升阈值时，所述应变检测光栅的状态切换为1，并将对应的应变检测光栅的波长设为对应的波长最大值；当所述应变检测光栅的状态为1，且对应的应变检测光栅阈值对比量小于所述下降阈值时，所述应变检测光栅的状态切换为0；其中，应变检测光栅的状态为0表示列车不处于光纤光栅传感器敏感区域，应变检测光栅的状态为1表示列车正处于光纤光栅传感器敏感区域；所述阈值对比量为所述应变检测光栅实时波长减去本次计轴过程中波长最小值得到的差值；当所选应变检测光栅阈值对比量与所述上升沿判断基准值的差值不小于设定值时，以上升沿计数累加项更新上升沿计数，以对应的阈值对比量更新上升沿判断基准值，将上升沿计数累加项置为上升沿计数累加项对应初值；当所选应变检测光栅状态为1，且下降沿计数为下降沿计数对应初值，且对应应变检测光栅波长最大值与对应波长的差值不小于设定值时，以下降沿计数累加项更新下降沿计数，将下降沿计数累加项置为对应初值；当有任一
应变检测光栅状态切换时，更新本次计轴过程中所述两个应变检测光栅状态所构成的状态序列和所述计轴状态；根据预设的验证条件，对所述状态序列和应变信号进行验证，验证通过时输出带有列车行驶方向的轴数。7.如权利要求6所述的光纤光栅传感器计轴系统，其特征在于，当两个应变检测光栅状态分别为00时，将计轴状态置0；当计轴状态为0且两个应变检测光栅状态由00变为10时，将计轴状态置1；当计轴状态为1且两个应变检测光栅状态由10变为11时，将计轴状态置2；当计轴状态为2且两个应变检测光栅状态由11变为01时，将计轴状态置3；当两个应变检测光栅状态由00变为01时，将计轴状态置4；当计轴状态为4且两个应变检测光栅状态由01变为11时，将计轴状态置5；当计轴状态为5且两个应变检测光栅状态由11变为10时，将计轴状态置6。8.如权利要求6所述的光纤光栅传感器计轴系统，其特征在于，当计轴状态为3且两个应变检测光栅状态由01变为00，且当前波形的上升沿和下降沿变化速率、以及当前波形下降沿变化速率与上一波形下降沿变化速率的比较符合预设的输出条件时，输出正向轴数，并以下降沿计数更新下降沿参考值，将计轴状态、上述沿计数、上升沿计数累加项、上升沿判断基准值、下降沿计数和下降沿计数累加项置对应初值，以两个应变检测光栅的波长更新对应的波长最小值，开始下一次计轴过程；当计轴状态为6且两个应变检测光栅状态由10变为00，且当前波形的上升沿和下降沿变化速率、以及当前波形下降沿变化速率与上一波形下降沿变化速率的比较符合预设的输出条件时，输出反向轴数，并以下降沿计数更新下降沿参考值，将计轴状态、上述沿计数、上升沿计数累加项、上升沿判断基准值、下降沿计数和下降沿计数累加项置对应初值，以两个应变检测光栅的波长更新对应的波长最大值，开始下一次计轴过程。9.如权利要求8所述的光纤光栅传感器计轴系统，其特征在于，所述预设的输出条件为：num_up 小于2
×
(num_down-1)且(num_down-1) 小于8
×
(num_downref-1)，其中，num_up为上升沿计数，num_down为下降沿计数，num_downref为下降沿参考值。10.一种计轴设备，所述计轴设备包括光纤光栅传感器，所述光纤光栅传感器至少包括两个应变检测光栅，其特征在于，所述光纤光栅传感器采用权利要求1至5任一所述光纤光栅传感器计轴方法进行计轴。11.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质中存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令执行时实现权利要求1-5任一所述的光纤光栅传感器计轴方法。

技术总结
本发明公开了一种光纤光栅传感器计轴方法、系统、设备和存储介质。包括：实时采集光纤光栅传感器中两个应变检测光栅的波长、波长最大值和波长最小值；设置应变信号初值；根据应变检测光栅的状态、波长、波长最大值和波长最小值，实时更新数据，根据预设的验证条件，对状态序列和应变信号进行验证，验证通过时输出带有列车行驶方向的轴数。能够避免过车前的干扰波形以及两个重车轴之间的干扰波形误计轴情况，提高了计轴准确率。提高了计轴准确率。提高了计轴准确率。


技术研发人员：王晟 李阳 崔俊锋 熊光华 吴春晓 张璐 王岁儿 林锦峰 张天赋 孙国营
受保护的技术使用者：北京全路通信信号研究设计院集团有限公司
技术研发日：2023.03.06
技术公布日：2023/5/10