高鐵無砟軌道位移監測裝置的製作方法

2024-03-22 06:41:05

專利名稱：高鐵無砟軌道位移監測裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及位移監測技術領域，特別是涉及一種高鐵無砟軌道位移監測裝置。
背景技術：
近年來高速鐵路技術不斷發展，當列車時速大於250公裡以後，為防止車尾部形成強烈的氣旋風掀起砟石帶來的危險，高鐵路基大量採用了無砟軌道技術。無砟軌道由5個部分組成，從上往下依次是無縫鋼軌、軌道板、填充層、底座板、滑動層。軌道板替代枕木直接鋪在鋼軌下方。當鋼軌由於剎車制動會使其與軌道板之間產生相對位移。同時，環境溫度變化導致的鋼軌脹縮與軌道板的膨脹係數不同以及另外其它如地基沉降等因素也會引起位移，當這種位移超過一定值時，勢必會給高速鐵路的運行帶來危險。因此，對無砟軌道的無縫鋼軌與軌道板之間的位移監測也是高速鐵路軌道路況信息採集中重要的環節。高速鐵路軌道路況信息的及時採集，對於鐵路系統正常安全運營和保證人員安全尤為重要。國內高速鐵路的路軌狀態還是以人工巡檢為主，此方法不僅費時費力，且由於人工操作會帶來一定的誤差，影響監測結果。近年來也出現了一些對於鐵路路軌位移的監測裝置，如採用應變式或拉杆式位移傳感器對路軌的縱向或橫向位移進行監測，但應變式與拉杆式位移傳感器屬於接觸式測量，不僅防水性、抗震性差，在超過量程時有可能造成損壞。在此應用中並不理想。同時，絕大多數鐵路都鋪設在野外或高架橋，設備工作環境惡劣，並且沒有專門的監測供電系統，所以監測裝置的功耗問題也不容忽視。而採用單頭電渦流傳感器測量位移，根據以往統計的鐵軌位移變化情況，電渦流位移傳感器的量程可以為O-lOmm，如果採用單頭位移傳感器，由於電渦流位移傳感器的精度一般都是近距離的較為準確，量程為O-1Omm的電渦流位移傳感器當測量距離大於8mm時，測量值臨近最大量程會帶來誤差，測量值呈非線性，且單頭電渦流傳感器在過低溫度下也會影響測量值，另外在鋼軌有高速列車通過時會有一個巨大的電流對單頭電渦流傳感器帶來幹擾影響其正常工作。對於上述的這些問題，需要設計出一個能夠抗震動、防水、低功耗、抗幹擾、非接觸式的位移監測裝置來實現高可靠、低成本、安裝便捷的在線位移監測系統，能夠實時地掌握高速鐵路軌道路況信息，保證鐵路系統正常的安全運營。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種高鐵無砟軌道位移監測裝置，有效保證功耗值相對恆定。為了解決上述問題，本發明公開了一種高鐵無砟軌道位移監測裝置，包括相互連接的封閉式高精度電感位移檢測探頭、帶有機械零點的量程調節軸、裝在密封防水外殼中採集與處理模塊和帶有固定夾具的位移測量板。進一步地，所述位移檢測探頭由兩個背對背裝配的電感位移傳感器組成，並通過量程調節軸分別安裝於採集與處理模塊兩端，形成位移檢測組件。進一步地，所述位移測量板由兩塊分別平行正對著位移檢測探頭探測面的鐵板組成，鐵板與位移檢測探頭距離在位移傳感器量程內。進一步地，所述位移檢測探頭與位移測量板之間的距離通過量程調節軸來調整機械零位。進一步地，所述採集與處理模塊與位移檢測探頭通過內部線纜連接，通過RS485串口電纜與外部設備進行數據傳輸。進一步地，當所述位移檢測探頭與測量板之間的距離由於鋼軌位移變化時，所述採集與處理模塊內的處理器可計算出變化值，並進行線性校正和溫度補償。進一步地，所述採集與處理模塊採用低功耗控制技術，可由電池和太陽能板獨立供電。進一步地，所述固定夾具將位移測量板固定安裝於鐵軌上，位移檢測組件通過螺栓固定在軌道板上。進一步地，還包括兩對傳感器探頭，用於多方位的位移量探測。綜上，本方案採用電感位移傳感器配合導電金屬組成的固定板，無接觸方式，可解決應變式位移傳感器由於鐵軌震動影響位移傳感器壽命的問題，還可解決由於拉伸過度會對應變式位移傳感器造成損壞的問題。同時，採用兩個電感位移傳感器配對使用，解決單個電感傳感器量程小、非線性、低溫影響數值和大電流幹擾問題。比拉杆式抗震、防水，並且低功耗適用於電池供電系統。且，高鐵無砟軌道位移監測裝置具有抗震動，防水，非接觸式、低功耗、抗幹擾等特點，可以高效能、低成本、便捷安裝，有效的解決高速鐵路上路軌位移的監測問題。


圖1是本發明的鋼軌位移監測裝置結構簡圖；圖2是本發明的鋼軌位移監測裝置應用示例；圖3是本發明的鋼軌位移監測裝置原理框圖；圖4是本發明的鋼軌位移監測裝置軟體流程圖；圖5是本發明的四探頭鋼軌位移監測裝置。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，下面結合附圖與實例對本發明作進一步詳細說明。但所舉實例不作為對本發明的限定。本發明所述的方案，主要高鐵無砟軌道位移監測裝置主要測量的是軌道板與鋼軌的位移，根據以上問題需要解決如下的技術問題:對於環境影響，高鐵無砟軌道位移監測裝置採用全封閉式高精度電感式位移傳感器作為位移檢測探頭，帶有機械零點調節螺絲的密封防水外殼，具有較高的防水、抗震、抗過載性能。根據以往統計的鐵軌位移變化情況，電感式位移傳感器的量程一般選為±40mm，如果採用單頭位移傳感器，由於電感位移傳感器的精度一般都是近距離的較為準確，當測量距離接近上限時，測量誤差增大，且呈非線性。本發明採用背靠背的兩個電感位移傳感器配對使用，並在採集處理模塊中採用軟體算法來解決單個電感傳感器量程有限、非線性和溫度補償問題。且單個電感位移傳感器測量位移時，功耗隨距離增大而增加，本發明採用背靠背式雙探頭位移傳感器，當產生位移時，一邊的距離增大而另一邊距離縮小，使雙探頭位移探測的功耗值相對恆定。另外當鋼軌有高速列車通過時，會有一個大電流衝擊產生的磁場對單個電感位移傳感器產生幹擾，磁場與電感位移傳感器產生的磁場同向時會使測量值減少帶來誤差，本發明採用背靠背式雙探頭位移傳感器，當一個大電流衝擊產生的磁場會使一邊的測試值增大而另一邊測試值縮小，使雙探頭位移探測的測試位移值相對準確。實例一，雙探頭高鐵無砟軌道鋼軌位移監測裝置。如圖1所示，雙探頭高鐵無砟軌道鋼軌位移監測裝置包括2個電感式位移傳感器組成的位移檢測探頭1、帶有機械零點的量程調節軸2，裝在密封防水外殼中採集與處理模塊3和帶有固定夾具5的位移測量板4等部件。位移檢測探頭I由兩個背對背裝配的電感位移傳感器組成，並通過量程調節軸2分別安裝於採集與處理模塊3兩端，形成位移檢測組件。位移測量板4由兩塊分別平行正對著位移檢測探頭I探測面的鐵板組成，鐵板與位移檢測探頭I的距離在位移傳感器量程內。位移測量板面積大於位移檢測探頭面積的
1.5倍，分別正對著電感位移檢測探頭，位移傳感器的量程為40mm，則探頭與測量板的距離可為40mm，這樣位移傳感器的量程不僅擴展為±40mm，而且測量精度也相應得以提高。位移檢測探頭I與位移測量板4之間的距離可通過量程調節軸2來調整機械零位。採集與處理模塊3與位移檢測探頭I通過內部線纜連接，還通過RS485串口電纜與外部設備進行數據傳輸。如圖2所示，雙探頭高鐵無砟軌道鋼軌位移監測裝置的固定夾具5將位移測量板4固定安裝於鐵軌上，位移檢測組件通過螺栓固定在軌道板上。如圖3所示，雙探頭高鐵無砟軌道鋼軌位移監測裝置的採集與處理模塊3與電感式位移檢測探頭ADCl、ADC2通過量程調節軸2內部線纜連接，並通過串口線RS485進行信號接收和數據發送。當位移變化時，兩個位移傳感器都會給採集處理模塊提供距離變化值ADC1、ADC2，如當位移測量板相對於位移檢測探頭向左移時1mm，右側探頭超出量程，則右側探頭向採集處理模塊提供ADCl值為0，而左側探頭向採集處理模塊提供實際距離與初始距離差值1mm，則採集處理模塊計算後輸出值為+Imm ;如果位移測量板相對於位移檢測探頭向右移時1_，左側探頭超出量程，則左側探頭向採集處理模塊提供值為0，而右側探頭向採集處理模塊提供實際距離與初始距離差值1mm，則採集處理模塊計算後輸出值為-1mm。因此根據正負值可判斷位移方向。參考電壓由採集與處理模塊3內的電源晶片提供，當位移檢測探頭I與位移測量板4之間的距離由於位移變化而變化時，引起電壓變化，將電壓與參考電壓對比，可計算出
距離變化值。高鐵無砟軌道位移監測裝置採用了功耗控制，功耗較低，可由電池供電或太陽能板供電。如圖4所示，高鐵無砟軌道位移監測裝置軟體工作流程為，裝置開始工作，並進行初始化，然後就進行空循環來判斷是否有中斷，如果有中斷，則說明有採集命令，根據採集命令進行數據採集，並由採集處理模塊處理後發送至上位機中。
實例二，四探頭高鐵無砟軌道鋼軌位移監測裝置。如圖5所示，本裝置可根據需要在頂部或側面增加電感傳感器探頭，形成四個探頭或者更多個探頭的形式，形成用於多方位的位移量探測。以上對本發明所提供的高鐵無砟軌道位移監測裝置進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對於本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式
及應用範圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。
權利要求
1.一種高鐵無砟軌道位移監測裝置，包括相互連接的封閉式高精度電感位移檢測探頭、帶有機械零點的量程調節軸、裝在密封防水外殼中採集與處理模塊和帶有固定夾具的位移測量板。
2.如權利要求1所述的高鐵無砟軌道位移監測裝置，其特徵在於，所述位移檢測探頭由兩個背對背裝配的電感位移傳感器組成，並通過量程調節軸分別安裝於採集與處理模塊兩端，形成位移檢測組件。
3.如權利要求1所述的高鐵無砟軌道位移監測裝置，其特徵在於，所述位移測量板由兩塊分別平行正對著位移檢測探頭探測面的鐵板組成，鐵板與位移檢測探頭距離在位移傳感器量程內。
4.如權利要求1所述的高鐵無砟軌道位移監測裝置，其特徵在於，所述位移檢測探頭與位移測量板之間的距離通過量程調節軸來調整機械零位。
5.如權利要求1所述的高鐵無砟軌道位移監測裝置，其特徵在於，所述採集與處理模塊與位移檢測探頭通過內部線纜連接，通過RS485串口電纜與外部設備進行數據傳輸。
6.如權利要求1所述的高鐵無砟軌道位移監測裝置，其特徵在於，當所述位移檢測探頭與測量板之間的距離由於鋼軌位移變化時，所述採集與處理模塊內的處理器可計算出變化值，並進行線性校正和溫度補償。
7.如權利要求1所述的高鐵無砟軌道位移監測裝置，其特徵在於，所述採集與處理模塊採用低功耗控制技術，可由電池和太陽能板獨立供電。
8.如權利要求1所述的高鐵無砟軌道位移監測裝置，其特徵在於，所述固定夾具將位移測量板固定安裝於鐵軌上，位移檢測組件通過螺栓固定在軌道板上。
9.如權利要求1所述的高鐵無砟軌道位移監測裝置，其特徵在於，還包括傳感器探頭，用於多方位的位移量探測。
全文摘要
本發明提供的高鐵無砟軌道位移監測裝置，涉及位移監測技術領域，包括相互連接的封閉式高精度電感位移檢測探頭、帶有機械零點的量程調節軸、裝在密封防水外殼中採集與處理模塊和帶有固定夾具的位移測量板。本發明所要解決的技術問題是提供一種高鐵無砟軌道位移監測裝置，有效在採集位移數據的同時既保證功耗值相對恆定、也能防止大電流衝擊的幹擾並可在低溫環境下進行溫度補償。
文檔編號G01B7/02GK103115562SQ20131002592
公開日2013年5月22日 申請日期2013年1月21日 優先權日2013年1月21日
發明者王鐵流, 蔡衛華, 馮正乾, 周尚 , 朱江淼 申請人:北京工業大學