紅外輪軌衝角測試儀的製作方法
2023-08-01 03:29:16
專利名稱：紅外輪軌衝角測試儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種應用於鐵路線路上。當列車行進時輪軌間衝角的測量儀器，包括信號發射及接收系統，以及信號處理系統。
中國專利申請，申請號為88220440.8公開了一種輪軌衝角測量裝置，它採用氣體雷射器和雷射接收器組成信號發射和接收裝置，三組信號發射和接收裝置分別置於鋼軌兩邊的相應位置，採用8位單片機8031進行數據採集和處理，由印表機輸出衝角。其光源使用能發出連續可見光的氦－氖雷射器，與已有的機械式相比，具有測測量精度高、可連續測量多次列車的特點，但其造價高，耗電多、抗震性能較差、重量、體積較大，不便攜帶，而且由於連續光易受環境背景光的影響，其測試精度也受到影響。
本實用新型的目的是提供一種構思獨特、完全新型的輪軌衝角測試儀，其測試精度、造價、便攜性、抗震性、使用壽命等方面性能均優於上述已有的測試儀。
本實用新型是這樣實現的紅外輪軌衝角測試儀，由紅外發射－接收裝置、測試儀主機及連接這兩者的同軸電纜組成。其中測試儀主機由8031單片機、微型印表機、高頻調製信號產生電路、調製紅外信號預處理電路組成。主機59中高頻調製紅外信號產生電路產生的高頻調製紅外信號經輸出插孔67、68分兩路經同軸電纜73送至發射－接收裝置上的紅外發射頭，其中一路送至紅外發射管56、57串聯而成的兩個發射頭，另一路送至紅外發射管20組成的發射頭。發射頭1內部由發射管20構成。每個發射頭均有其對應的接收頭。三套發射、接收頭結構、工作原理完全相同。發射－接收裝置為一整體，固定於鋼軌上，並使發射頭、接收頭分位於鋼軌兩側。車輪通過三對發射、接收頭間的空間時，由於瞬時擋光、接收頭瞬時無調製信號輸出，這種攜帶著擋光發生的相對時刻及擋光 時間長短的信息經同軸電纜69送至主機59中的調製紅外信號預處理電路經預處理後再送主機59內的8031單片機進行數據處理，最後由微型印表機60列印輸出結果。
本實用新型相比現有技術，具有以下優點(1).發射功率穩定度高(2).測量精度高，採用高頻調製發射的紅外信號，從根本上解決了使用氦－氖雷射連續光源測試精度易受環境背景光影響的問題。
(3).大幅度降低了耗電量，大幅度減小了體積、重量，便於現場測試攜帶。
(4).大幅度降低造價。
(5).抗震性能好，使用壽命長。
(6).測試時安裝更方便。
圖1為本實用新型主機構造示意圖。
圖2為高頻調製紅外信號產生電路。
圖3為紅外發射－接收裝置示意圖。
圖4為調製紅外信號預處理電路。
參見
圖1本實用新型的主機結構示意圖。其中主機機體59，高頻調製紅外信號輸出插孔67、68，整機電源開關66，電源指示燈64，單片機8031復位按鈕65，調製紅外信號接收插孔72，紅外信號接收指示燈62，同軸電纜69，高頻紅外信號接收頭3、70、71，印表機60，重複列印按鈕63，列印份數設置開關61。重複列印安鈕63、列印份數設置開關61分別執行再列印及預設置列印份數的功能，該功能由8031單片機通過軟體執行。印表機60與主機體59緊固，形成一整體。主機內部包括高頻調製紅外信號產生電路、調製紅外信號預處理電路，8031單片機及小型密封鉛蓄電池。
參見圖2電容7、9電阻10、11，石英晶體8及或非門12組成振蕩器，產生佔空比為50％的方波，石英晶體8決定振蕩頻率，調節電容9，可微調其振蕩頻率。或非門13為振蕩輸出緩衝器，分頻器14將振蕩頻率四分頻，其輸出端可得到一個高頻方波。或非門15、51接成反相器做為緩衝器，並使高頻信號分兩路進行放大。其中一路信號經電容16耦合，送至電晶體17、開關管18及電阻19、熱敏電阻50組成的脈衝功率放大電路，由紅外發光二極體20將高頻電信號轉換成高頻紅外信號向外發送，熱敏電阻50是為補償發射管在環境溫度升高時，發射功率下降而引入的。另一路脈衝功率放大電路由電容52耦合，經開關管53，電晶體54及電阻55，熱敏電阻58，由串聯在一起的兩隻紅外發射管56、57發射信號。整個電路最後經由三個紅外發射管20、56、57同時分三路向外發射高頻信號，構成了三組紅外發射－接收裝置的發射光源部分。
參見圖3由紅外發射頭1發射紅外高頻脈衝信號，經孔徑光闌2被紅外接收頭3接收，紅外發射頭和紅外接收頭 均固定在支架6上，支架6通過本墊塊5和緊固螺栓4固定在鋼軌底部。
參見圖4電阻23為紅外接收管21的負載電阻，紅外接收管21接收到調製的紅外信號之後，通過耦合電容22送至電晶體30、電阻26、27組成的信號放大電路，以及電晶體32、電阻29、電容33、電感34組成的信號放大及選頻電路，選頻頻率由元件33、34決定，所選的頻率與發射頻率相同，使得非發射頻率的光及背景光信號得不到放大。解調由二極體35、電阻37、38、39電晶體42、電容40組成的電路完成。從電容36耦合過來的高頻信號經解調以後，變為直流信號。反相器43、44及電阻41組成施密特觸發器，對解調以後的波形進行整形，經電阻46限流送至電晶體47進行功率放大。電阻48限制光電耦合器49的電流。光電耦合器49還起到隔離單片機及紅外處理電路的作用。本實用新型包括三個完全相同的紅外信號預處理電路，它們分別與三組紅外發射－接收裝置相對應。
這樣，根據調製信號的有無，在光電器49的輸出端得到穩定的不含高頻成份的脈衝輸出，所得到的信號送至8031單片機進行處理，經微型印表機輸出結果。
下面為本實用新型的具體實施例石英晶體8的頻率為2.145MHz，發射頻率為536KHz，光闌孔徑2為1mm，紅外發光二極體20、56、57最大功耗PM＝100mw，發光峰值波長λP＝8500 紅外接收管21為光電三極體，峰值波長λP＝8800 。數據處理為8031單片機，微型印表機60為TPμP－16A型智能印表機。
權利要求1.一種輪軌衝角測試儀，由紅外信號發射一接收裝置、高頻調製紅外信號產生電路、調製紅外信號預處理電路、8031單片機及微型印表機組成，其特徵在於1高頻調製紅外信號產生電路由晶體振蕩器電路連接分頻電路，分頻電路連接緩衝器及功率放大電路，2調製紅外信號預處理電路由信號放大電路、選頻電路連接解調電路，解調電路連接施密特觸發器組成的整形電路，最後通過光電耦合器與單片機連接，3發射-接收裝置為一整體，固定於鋼軌上，並使發射頭、接收頭分位於鋼軌兩側。
2.根據權利要求1所述的輪軌衝角測試儀，其特徵在於光源選用紅外發光二極體，高頻調製信號接收管選用光電三極體。
3.根據權利要求1所述的輪軌衝角測試儀，其特徵在於所說的高頻調製紅外信號產生電路是由或非門12、13，晶振8及電阻10、11、電容7、9組成的振蕩器產生的振蕩信號，經分頻器14分頻之後，再經緩衝器15、51分成兩路，最後送至由電晶體17、54，二極體18、53，電阻19、55、50、58及紅外發光二極體20、56、57組成的脈衝功率放大電路發出高頻調製紅外信號。
4.根據權利要求1所述的輪軌衝角測試儀，其特徵在於所說的調製紅外信號預處理電路，首先由光電三極體21接收高頻紅外調製信號，通過耦合電容22送至電晶體30、電阻26、27組成的信號放大電路以及電晶體32、電阻29、電容33、電感34組成的信號放大及選頻電路，再經由二極體35、電阻37、38、39電晶體42、電容40組成的解調電路及由反相器43、44、電阻41組成的波形整形電路，最後送至由電晶體47、電阻46、48，光電耦合器49組成的功率放大電路完成高頻紅外信號的預處理工作。
5.根據權利要求1所述的輪軌衝角測試儀，其特徵在於數據處理採用單片機，印表機採用微型印表機。
專利摘要紅外輪軌衝角測試儀，應用於鐵路線路上當列車行進時輪軌衝角的測量。使用紅外發光二極體為光源，包括信號發射及接收系統。信號處理系統，採用8031單片機進行數據處理，用微型印表機列印輸出數據，具有測量精度高、穩定性好、造價低、耐衝擊、抗震性能好、體積小、重量輕的特點。
文檔編號B61K9/12GK2085338SQ90216439
公開日1991年9月25日 申請日期1990年7月21日 優先權日1990年7月21日
發明者杜輝強 申請人:鐵道部科學研究院鐵道繼續教育中心