鋼軌參數自動測量裝置、系統及其方法
2024-03-22 03:06:05 1
專利名稱:鋼軌參數自動測量裝置、系統及其方法
技術領域:
本發明屬於光學測量技術領域,尤其涉及一種鋼軌參數自動測量裝置、 系統及其方法。
背景技術:
無縫線路也稱焊接長鋼軌道,可以滿足鐵路運輸實現高速重載的實際需 要,是鐵路技術發展的大趨勢。目前,中國的鐵路運輸主幹線上普遍使用無 縫線路。當幾十根甚至幾百根標準鋼軌悍接在一起,變為無縫線路時,由於
扣件阻力及道床阻力的作用,使得長鋼軌只能在兩端100米範圍內發生熱脹
冷縮,中間部分(稱為固定區)不能變形,即不允許鋼軌熱脹冷縮,於是鋼 軌內存儲了相應的縱向溫度應力。在天熱時,鋼軌內部會產生巨大的壓應力,
在某一較短的長度內釋放其能量,即脹軌跑道;而在天冷時,就可能拉斷鋼 軌。實踐證明不論是脹軌跑道還是拉斷鋼軌,都可能使運行通過的列車脫 軌或顛覆,造成重大列車事故。因此,線路養護人員必須隨時了解線路實際 的縱向溫度應力,用以指導線路的維修,判斷發生脹軌和斷軌的可能性。
近年來,在城市軌道交通(如地鐵、輕軌等)中,為了提高旅客的舒適性, 也開始廣泛採用無縫線路。對於城市軌道交通而言,由於運行車輛處於人口 密集地段,若出現列車脫軌事故,勢必造成重大的人員傷亡和財產損失。另 一方面,出於安全等方面的考慮,軌道交通線路具有相對封閉性,客觀條件 不允許在軌道交通運行的整個時段內進行人工溫度應力的觀察與檢測,這就 需要有一種能夠遠程監測無縫線路的溫度應力的設備來進行二十四小時不間
7斷的檢測。
目前,如何實現對無縫鋼軌的溫度應力進行準確測量,仍然是國內外普 遍關注而又未能很好解決的測量技術難題。多年來,國內外採用了很多方法。 其中使用最為廣泛的方法之一就是採用位移觀察樁方法,即在無縫鋼軌上按 一定規律貼上一些標記或畫上標記線,在固定觀察樁(該觀察樁固定在地基 上,且不隨時間發生位置改變)上用經緯儀或直接拉線方法測量這些標記相對 於固定觀察樁沿鋼軌縱向方向位置的改變,通過沿鋼軌縱向的兩個固定觀察 樁之間標記位置的相對改變,可以得到鋼軌的整體爬行數據,從而計算得到 無縫鋼軌溫度應力的變化情況。這種方法是目前在中國鐵路上使用最廣泛的 無縫線路溫度應力測量方法(參見於俊紅,《無縫道岔爬行觀察樁的合理布
置》,《鐵道建築》2005年第7期)。但是,此種方法存在明顯的缺點,主要 是檢測效率低(一般一個月檢査1 2次),檢測誤差大, 一般為lmm或以 上,不易及時發現問題,因此仍然存在發生列車脫軌事故的可能性。
針對現有位移觀察樁方法的缺陷,在專利號為ZL 99214444.2的中國實 用新型專利中,提供了一種鋼軌位移觀測儀,包括一設置在線路一側的隱蔽 樁,隱蔽樁上設有一觀測儀支架, 一觀測用透鏡組設置在所述觀測支架上, 觀測用標記線及測量標尺設置在被測線路的軌腰上。但是,該裝置的測量精 度有限,只能達到士lmm。另夕卜,在專利號為ZL 02262271.3的中國實用新型 專利"鋼軌位移觀測裝置"中,提供了藉助雷射進行測量的技術解決思路。 該鋼軌位移觀測裝置由雷射發射器組件和雷射接收組件構成,通過使用現代 雷射準直技術,可使測量極限誤差小於lmm,測量精度基本滿足鐵路工務工 作要求。但是,該實用新型中,雷射只是提供一個對線的基準,還需要人工 測量雷射光線與刻線之間的位置,因此測量精度有限,且不能實現自動測量。
為此,我們提出了一種《利用雷射自動監測鋼軌參數的裝置、系統及其 方法》(見專利號ZL200610113287.4)。該發明使用雷射自動測量鋼軌的位移,並將測量數值通過無線通信網絡傳送到中央處理單元,從而實現對觀察 點位移和溫度應力的遠程監測,但由於需要在鋼軌上安裝鋼軌位移測量單元, 這些測量單元具有一定的重量和大小,容易受鋼軌振動而脫離,造成測量失 敗。
發明內容
本發明的目的是,針對目前已有的無縫線路溫度應力測量裝置及方法中存 在的缺陷,提出一種鋼軌參數自動測量裝置、系統及其方法。
本發明的技術方案是, 一種鋼軌參數自動測量裝置,包括鋼軌縱向位移自
動測量單元、數據傳送單元4和電源模塊5,其特徵是,
所述鋼軌縱向位移自動測量單元包括標記1、標記接收與處理器2和軌邊 固定樁8;
所述標記1固定在鋼軌軌頭或軌腰的任意位置的表面,且標記1方向與水 平方向垂直;
所述標記接收與處理器2由成像透鏡201、光電位置探測器202、信號處 理器203、安裝盒204、第一支架205和第二支架206組成; 所述安裝盒204開有透明窗口 ;
所述標記接收與處理器2安裝在所述軌邊固定樁8上,使得標記1通過所 述安裝盒204的透明窗口後,經過成像透鏡201成像於光電位置探測器202的 中間位置;
所述成像透鏡201和所述光電位置探測器202分別通過第一支架205和第 二支架206固定在安裝盒204內,並使成像透鏡201的光軸與光電位置探測器 202的光敏面垂直;
所述光電位置探測器202與信號處理器203相連;
所述標記接收與處理器2與所述數據傳送單元4和所述電源模塊5相連接;所述軌邊固定樁8安裝在鋼軌7外側或者鋼軌7內側; 所述數據傳送單元4固定在軌邊固定樁8上;
所述電源模塊5固定在軌邊固定樁8上,用於將線路邊提供的交流或直流 電壓或者電池電壓通過變換處理得到穩壓電壓,為標記接收與處理器2、數據 傳送單元4提供工作電壓。
所述裝置還包括中考處理單元9,中央處理單元9通過有線或者無線方式 與數據傳送單元4連接。
所述裝置還包括鋼軌溫度自動測量單元3 ,所述鋼軌溫度自動測量單元3 以粘接或機械連接方式固定在鋼軌7上,或者以粘接或機械連接方式固定在軌 邊固定樁8上;並與所述數據傳送單元4和所述電源模塊5相連接;
所述鋼軌溫度自動測量單元3包括順序連接的溫度傳感器、信號處理電路、 數據轉換接口電路。
所述鋼軌縱向位移自動測量單元還包括光源補償器6,光源補償器6由光 源單元601和控制單元602組成,用於為標記1提供照射光;光源單元601與 控制單元602連接; .
所述光源單元601為高亮發光二極體603,或由高亮發光二極體603與準 直光路構成;所述準直光路由第一透鏡606或者由第一透鏡606、第二透鏡607 組成的透鏡組構成;所述準直光路將高亮發光二極體603發出的光照射到標記 l上;
所述控制單元602由光強測量器604和控制電路605組成,光強測量器604 和控制電路605連接;
光源單元601通過控制單元602與電源模塊5相連。
所述標記1通過油漆直接噴塗在鋼軌7上,或者由可粘貼的物質直接貼在 鋼軌7上。
所述光電位置探測器202採用線陣電荷耦合器件、面陣電荷耦合器件、四象限光電探測器或者位置敏感探測器中的任意一種。
所述信號處理器203由前置放大電路、位置信號處理電路、數據轉換接口 電路三個模塊組成,前置放大電路、位置信號處理電路、數據轉換接口電路順 序連接。
一種鋼軌縱向位移自動測量方法,其特徵是所述方法包括下列步驟 步驟l:安裝鋼軌參數自動測量裝置;
步驟2,選擇光源補償器6的工作模式,控制電路605對光強測量器件604 測得的光強值進行判斷,當光強低於設定閾值時,連通光源單元601與電源模 塊5,使光源單元601發光;否則,斷開光源單元601與電源模塊5,光源單 元停止發光。
步驟3:進行初始測量,標記1在光電位置探測器202上成像時,由信號 處理器203對光電位置探測器202的輸出信號進行處理,得出標記1的像在光 電位置探測器202上的初始位置,並將所得數據通過數據傳送單元4送入中央 處理單元9;
步驟4:當鋼軌7存在縱向位移時,標記1的像在光電位置探測器202上 的位置會發生改變,由信號處理器203得出標記1的像在光電位置探測器202 上的實時位置,並將所得數據通過數據傳送單元4送入中央處理單元9;
步驟5:由步驟3和步驟4分別得到的標記1的初始位置和實時位置,在 中央處理單元9中,根據透鏡成像公式原理,計算出標記1與標記接收與處理 器2沿鋼軌7縱向方向相對位置的變化量,從而得到鋼軌7的位移數據。
一種鋼軌參數自動測量系統,包括兩個或者兩個以上的鋼軌參數自動測量 裝置和一個共用的中央處理單元9,其特徵是每兩個鋼軌參數自動測量裝置組 成鋼軌參數自動測量裝置組,每組鋼軌參數自動測量裝置組中包括至少一個鋼 軌溫度自動測量單元3,且所述鋼軌溫度自動測量單元3與鋼軌參數自動測量 裝置組中的鋼軌參數自動測量裝置的數據傳送單元4和電源模塊5相連接,所有鋼軌參數自動測量裝置的數據傳送單元共用同一個中央處理單元9,且所有 數據傳送單元與中央處理單元9通過有線或者無線方式連接。
一種鋼軌溫度應力自動測量方法,其特徵是所述方法包括下列步驟 步驟1:選取鋼軌參數自動測量系統中的一組鋼軌參數自動測量裝置組,
將其中的兩個鋼軌參數自動測量裝置分別記為第一鋼軌參數自動測量裝置和
第二鋼軌參數自動測量裝置;
步驟2:在任意時刻,利用第一鋼軌參數自動測量裝置的鋼軌縱向位移自
動測量單元測量得到該處軌邊固定樁8和鋼軌7之間沿鋼軌縱向方向的相對位
置;
步驟3:與步驟2同一時刻,利用第二鋼軌參數自動測量裝置的鋼軌縱向 位移自動測量單元測量得到該處軌邊固定樁8和鋼軌7之間沿鋼軌縱向方向的 相對位置;
步驟4:與步驟2同一時刻,鋼軌溫度自動測量單元3測量得到該處鋼軌 7或者軌邊固定樁8的溫度數值;
步驟5:通過第一鋼軌參數自動測量裝置和第二鋼軌參數自動測量裝置的 數據傳送單元4,分別將步驟2、步驟3和步驟4測得的數據傳送到中央處理 單元9;
步驟6:在步驟2選取的時刻之後的任意時刻,利用第一鋼軌參數自動測
量裝置的鋼軌縱向位移自動測量單元測量得到該處軌邊固定樁8和鋼軌7之間 沿鋼軌縱向方向的相對位置;
步驟7:與步驟6同一時刻,利用第二鋼軌參數自動測量裝置的鋼軌縱向 位移自動測量單元測量得到該處軌邊固定樁8和鋼軌7之間沿鋼軌縱向方向的 相對位置;
步驟8:與步驟6同一時刻,鋼軌溫度自動測量單元3測量得到該處鋼軌 7或者軌邊固定樁8的溫度數值;步驟9:通過第一鋼軌參數自動測量裝置和第二鋼軌參數自動測量裝置數
據傳送單元4,將步驟6和步驟7和步驟8測得的數據傳送到中央處理單元9;
步驟10:中央處理單元9對兩個不同時刻的兩組鋼軌參數自動測量裝置傳 送的數據進行處理,得到兩個鋼軌參數自動測量裝置對應長度的長度變化AI, 以及兩個不同時刻的鋼軌溫度的變化值Ar ,按照常規計算方法計算得到兩組 鋼軌參數自動測量裝置之間鋼軌溫度應力。
本發明的效果在於,採用標記作為被測目標來自動測量鋼軌的位移,避免 了人工誤差,測量精度大大提高;不需要在鋼軌上安裝任何的測量單元或者裝 置,避免由於受鋼軌振動脫離造成的測量失敗;光源補償器可以實現全天候的 測量;且由兩個或者兩個以上鋼軌參數自動測量裝置、 一個中央處理單元構成 的鋼軌參數自動測量系統,能夠自動尋找到鋼軌的最大溫度應力地段,避免事 故的發生。
圖1是本發明的實施例一的鋼軌參數自動測量裝置的組成示意圖。
圖2是標記位置示意圖。
圖3是標記形狀示意圖。
圖4是光源補償器的組成示意圖。
圖5是中央處理單元的組成示意圖。
圖6是本發明的實施例二的鋼軌參數自動測量系統原理圖。 圖7是本發明的實施例二的帶鋼軌溫度自動測量單元的鋼軌參數自動測量 裝置組成示意圖。
圖8是鋼軌溫度自動測量單元的結構示意圖。
圖9是本發明的實施例三的鋼軌參數自動測量系統測量鋼軌溫度應力的原 理示意圖。圖10是本發明的實施例三的帶鋼軌溫度自動測量單元的鋼軌參數自動測 量裝置組成示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖,對優選實施例作詳細說明。應該強調的是,下述說明僅 僅是示例性的,而不是為了限制本發明的範圍及其應用。 實施例一
圖1是本發明的實施例一的鋼軌參數自動測量裝置的組成示意圖。如圖 1所示,鋼軌參數自動測量裝置包括鋼軌縱向位移自動測量單元、數據傳送 單元4、電源模塊5。
鋼軌縱向位移自動測量單元包括標記1和標記接收與處理器2,還可以 包括光源補償器6。
標記接收與處理器2由成像透鏡201、光電位置探測器202、信號處理器 203、安裝盒204、第一支架205和第二支架206組成,它設置在能探測到標 記1的光路上,並對應安裝在軌邊固定樁8上,與數據傳送單元4相連接。 成像透鏡201通過第一支架205固定在安裝盒204內。安裝盒204開有透明 窗口。光電位置探測器202通過第二支架206固定在安裝盒204內,它可以 採用線陣電荷耦合器件、四象限光電探測器、位置敏感探測器或者面陣電耦 合器件中的任意一種。安裝盒204密封。標記1通過安裝盒204的透明窗口, 經過成像透鏡201成像於光電位置探測器202上。信號處理器203由前置放 大電路、位置信號處理電路、數據轉換接口電路三個功能模塊組成,這三個 功能模塊順序連接。光電位置探測器202與信號處理器203相連。
軌邊固定樁8安裝在鋼軌7外側,與鋼軌7的距離根據現場施工情況確定。
數據傳送單元4固定在軌邊固定樁8上,與標記位移自動測量單元相連接,接收光信號的變化數據,並將該數據以有線或無線的方式據送入中央處 理單元9。
電源模塊5固定在軌邊固定樁8上,用於將線路邊提供的交流或直流電 壓通過變換等處理得到穩壓電壓,為光源補償器6、標記接收與處理器2、數 據傳送單元4提供工作電壓。
鋼軌參數自動測量裝置還包括中央處理單元9,數據傳送單元4以有線 或者無線方式與中央處理單元9進行連接。
圖2是標記位置示意圖。如圖2所示,標記1可以位於鋼軌7軌頭或者 軌腰的任意位置。圖2(a)中,標記1位於鋼軌7軌頭;圖2(b)中,標記1位 於鋼軌7的軌腰的上部;圖2(c)中,標記1位於鋼軌7軌腰的中部;圖2(d) 中,標記l位於鋼軌7軌腰的下部。標記l的方向與水平方向垂直,由油漆 直接畫在鋼軌7上,或者由其他可粘貼的物質直接貼在鋼軌7上。
圖3是標記形狀示意圖。如圖3所示,標記1的形狀可以是"1"字或者 其它類似符號。圖3(a)中,標記1的形狀是一個類似"1"字的細線條;圖 3(b)中,標記1的形狀是一個類似"1"字的粗線條;圖3(c)中,標記1的形 狀是兩短一長的細線條。標記1也可以根據具體實施情況採用其它類似符號。
圖4是光源補償器的組成示意圖。如圖4所示,光源補償器6由光源單 元601和控制單元602連接組成,安裝在可以照射到標記1的地方。圖4(a) 中,光源單元601為高亮發光二極體603;圖4(b)中,光源單元601由高亮 發光二極體603、第一透鏡606、第二透鏡607構成;或者光源單元601由其 他類型的光源構成。兩個透鏡606、 607組成一個透鏡組,作為準直光路將高 亮發光二極體603發出的光照射到標記1上。控制單元602由光強測量器件 604、控制電路605組成,光源單元601通過控制單元602與電源模塊5相連。
圖5是中央處理單元的組成示意圖。如圖5所示,中央處理單元9主要由 測量數據接收模塊、計算處理單元、軟體處理系統、顯示與存儲四個功能模塊組成。這四個功能模塊順序連接。
基於上述鋼軌參數自動測量裝置的鋼軌縱向位移自動測量方法,包括下列 步驟
步驟l:安裝上述鋼軌參數自動測量裝置;
步驟2:選擇光源補償器6的工作模式,控制電路605對光強測量器件604 測得的光強值進行判斷,當光強低於設定閾值時,連通光源單元601與電源模 塊5,使光源單元發光;否則,斷開光源單元601與電源模塊5,光源單元停 止發光。閾值根據現場情況、光電位置探測器202的動態範圍共同確定。該步 驟在不需要進行陰天、夜間或者特殊環境下(比如日食、雨霧、沙塵等天氣) 測量時可以省去。
步驟3:進行初始測量,標記1在光電位置探測器202上成像時,由信號 處理器203對光電位置探測器202的輸出信號進行處理,得出標記1的像在光 電位置探測器202上的初始位置,並將所得數據通過數據傳送單元4送入中央 處理單元9;
步驟4:當鋼軌7存在縱向位移時,標記1的像在光電位置探測器202上 的位置會發生改變,由信號處理器203得出標記1的像在光電位置探測器202 上的實時位置,並將所得數據通過數據傳送單元4送入中央處理單元9;
步驟5:由步驟3和步驟4分別得到的標記1的初始位置和實時位置,可 以得到標記1的位置改變量,根據透鏡成像公式原理,可以計算出標記1與標 記接收與處理器2沿鋼軌7縱向方向相對位置的變化量,從而得到鋼軌7的位 移數據。該步驟在中央處理單元9中進行。
實施例二
圖6是本發明的實施例二的鋼軌參數自動測量系統原理圖。如圖6所示, 鋼軌參數自動測量系統包括兩個或者兩個以上的鋼軌參數自動測量裝置和一 個共用的中央處理單元9,每兩個鋼軌參數自動測量裝置組成鋼軌參數自動測量裝置組,每組鋼軌參數自動測量裝置組中包括至少一個鋼軌溫度自動測量單
元3,且鋼軌溫度自動測量單元3與鋼軌參數自動測量裝置的數據傳送單元4 和電源模塊5相連,所有鋼軌參數自動測量裝置的數據傳送單元共用同一個中 央處理單元9,且所有數據傳送單元與中央處理單元9通過有線或者無線方式 連接。
在實際應用中,鋼軌參數自動測量系統的部署可以有三種方式
第一種方式為,當兩個鋼軌參數自動測量裝置組成的鋼軌參數自動測量裝 置組相隔距離較近時,在鋼軌參數自動測量裝置組中安裝一個鋼軌溫度自動測 量單元3即可,該鋼軌溫度自動測量單元3以粘接或機械連接方式固定在鋼軌 7上,或者以粘接或機械連接方式固定在鋼軌參數自動測量裝置組中任意一個 鋼軌參數自動測量裝置的軌邊固定樁8上,並與該鋼軌參數自動測量裝置的數 據傳送單元4和電源模塊5相連接。
第二種方式為當兩個鋼軌參數自動測量裝置組成的鋼軌參數自動測量裝 置組相隔距離較遠時,鋼軌參數自動測量裝置組中安裝兩個鋼軌溫度自動測量 單元3,每個鋼軌溫度自動測量單元3以粘接或機械連接方式固定在鋼軌7上, 或者以粘接或機械連接方式分別固定在鋼軌參數自動測量裝置組中的兩個鋼 軌參數自動測量裝置的軌邊固定樁8上,並分別與相應的鋼軌參數自動測量裝 置的數據傳送單元4和電源模塊5相連接。實施例二採用的就是這種方式。
第三種方式為當兩個鋼軌參數自動測量裝置組成的鋼軌參數自動測量裝 置組相隔距離較遠時,鋼軌參數自動測量裝置組中安裝兩個或者兩個以上鋼軌 溫度自動測量單元3 ,每個鋼軌溫度自動測量單元3以粘接或機械連接方式均 勻分布地固定在兩個鋼軌參數自動測量裝置的軌邊固定樁8之間的鋼軌7上, 每個鋼軌溫度自動測量單元3和與其距離最近的鋼軌參數自動測量裝置的數據 傳送單元4和電源模塊5相連接。
圖7是本發明的實施例二的帶鋼軌溫度自動測量單元的鋼軌參數自動測量裝置組成示意圖。圖7中,鋼軌溫度自動測量單元3以粘接或機械連接方式固 定在鋼軌7上,並與所述數據傳送單元4和所述電源模塊5相連接。其它部分 的連接關係與實施例一相同。
圖8是鋼軌溫度自動測量單元的結構示意圖。圖8所示,鋼軌溫度自動測 量單元3包括順序連接的溫度傳感器、信號處理電路、數據轉換接口電路。
一種基於上述鋼軌參數自動測量系統的鋼軌參數自動測量方法,對應上面 描述的三種部署方式,可以通過下列三種方式實現
方式一、對應第一種部署方式。當兩個鋼軌參數自動測量裝置組成的鋼軌 參數自動測量裝置組相隔距離較近時,同一時刻兩個鋼軌參數自動測量裝置對 應的鋼軌溫度差異很小,可以忽略不計,此時測量其中的一個鋼軌參數自動測 量裝置對應的鋼軌溫度即可。所以,這時只需在鋼軌參數自動測量裝置組中安 裝一個鋼軌溫度自動測量單元3。這種方式下,鋼軌參數自動測量包括下列步
驟
步驟101:選取鋼軌參數自動測量系統中的一組鋼軌參數自動測量裝置組,
將其中的兩個鋼軌參數自動測量裝置分別記為第一鋼軌參數自動測量裝置和 第二鋼軌參數自動測量裝置,其中的第一鋼軌參數自動測量裝置包括鋼軌溫度
自動測量單元3。
步驟102:在任意時刻,利用第一鋼軌參數自動測量裝置的鋼軌縱向位移
自動測量單元測量得到該處軌邊固定樁8和鋼軌7之間沿鋼軌縱向方向的相對 位置i^同時,利用第一鋼軌參數自動測量裝置的鋼軌溫度自動測量單元3測
量得到該處鋼軌7或者軌邊固定樁8的溫度數值z;。
步驟103:與步驟102同一時刻,利用第二鋼軌參數自動測量裝置的鋼軌 縱向位移自動測量單元測量得到該處軌邊固定樁8和鋼軌7之間沿鋼軌縱向方
向的相對位置^。步驟104:通過第一鋼軌參數自動測量裝置和第二鋼軌參數自動測量裝置
的數據傳送單元4,分別將步驟102、步驟103測得的數據(&、 ^、 傳
送到中央處理單元9。
步驟105:在步驟102選取的時刻之後的任意時刻,利用第一鋼軌參數自 動測量裝置的鋼軌縱向位移自動測量單元測量得到該處軌邊固定樁8和鋼軌7
之間沿鋼軌縱向方向的相對位置屍21;同時,利用第一鋼軌參數自動測量裝置的
鋼軌溫度自動測量單元3測量得到該處鋼軌7或者軌邊固定樁8的溫度數值K 。
步驟106:與步驟105同一時刻,利用第二鋼軌參數自動測量裝置的鋼軌 縱向位移自動測量單元測量得到該處軌邊固定樁8和鋼軌7之間沿鋼軌縱向方
向的相對位置&。
步驟107:通過第一鋼軌參數自動測量裝置和第二鋼軌參數自動測量裝置 數據傳送單元4,將步驟105和步驟106測得的數據(P21、 P22、 r2)傳送到中
央處理單元9。
步驟108:中央處理單元9對兩個不同時刻的兩組鋼軌參數自動測量裝 置傳送的數據進行處理,得到兩個鋼軌參數自動測量裝置對應長度的長度變 化AI,以及兩個不同時刻的鋼軌溫度的變化值Ar-
前一測量時刻兩個鋼軌參數自動測量裝置對應長度A =14-^1;
前一測量時刻鋼軌溫度A ;
後一測量時刻兩個鋼軌參數自動測量裝置對應長度Z2 =|屍21 -戶22|;
後一測量時刻鋼軌溫度r2;按照常規計算方法計算得到兩個鋼軌參數自動測量裝置之間鋼軌溫度應力。
方式二、對應第二種部署方式。當兩個鋼軌參數自動測量裝置組成的鋼 軌參數自動測量裝置組相隔距離較遠時,同一時刻兩個鋼軌參數自動測量裝 置對應的鋼軌溫度有差異,此時,需要測量兩個鋼軌參數自動測量裝置對應 的鋼軌溫度,並將平均值作為鋼軌的溫度值。此時,需要在鋼軌參數自動測
量裝置組中安裝兩個鋼軌溫度自動測量單元3,每個鋼軌溫度自動測量單元3 分別與兩個鋼軌參數自動測量裝置的數據傳送單元4和電源模塊5相連接。 這種方式下,鋼軌參數自動測量包括下列步驟
步驟201:選取鋼軌參數自動測量系統中的一組鋼軌參數自動測量裝置組,
將其中的兩個鋼軌參數自動測量裝置分別記為第一鋼軌參數自動測量裝置和 第二鋼軌參數自動測量裝置,其中與第一鋼軌參數自動測量裝置的數據傳送單
元(4)和電源模塊(5)相連接的鋼軌溫度自動測量單元3記為第一鋼軌溫度自動 測量單元,與第二鋼軌參數自動測量裝置的數據傳送單元4和電源模塊5相連 接的鋼軌溫度自動測量單元3記為第二鋼軌溫度自動測量單元。
步驟202:在任意時刻,利用第一鋼軌參數自動測量裝置的鋼軌縱向位移 自動測量單元測量得到該處軌邊固定樁8和鋼軌7之間沿鋼軌縱向方向的相對 位置A;同時,利用第一鋼軌溫度自動測量單元測量得到該處鋼軌7或者軌邊
固定樁8的溫度數值T^。
步驟203:與步驟202同一時刻,利用第二鋼軌參數自動測量裝置的鋼軌 縱向位移自動測量單元測量得到該處軌邊固定樁8和鋼軌7之間沿鋼軌縱向方
向的相對位置^;同時,利用第二鋼軌溫度自動測量單元測量得到該處鋼軌7
20或者軌邊固定樁8的溫度數值T^ 。
步驟204:通過第一鋼軌參數自動測量裝置和第二鋼軌參數自動測量裝置 的數據傳送單元4,分別將步驟202、步驟203測得的數據^、 &、 & 、 7^傳
送到中央處理單元9。
步驟205:在步驟202選取的時刻之後的任意時刻,利用第一鋼軌參數自 動測量裝置的鋼軌縱向位移自動測量單元測量得到該處軌邊固定樁8和鋼軌7
之間沿鋼軌縱向方向的相對位置 21;同時,利用第一鋼軌溫度自動測量單元測
量得到該處鋼軌7或者軌邊固定樁8的溫度數值T^ 。
步驟206:與步驟205同一時刻,利用第二鋼軌參數自動測量裝置的鋼軌 縱向位移自動測量單元測量得到該處軌邊固定樁8和鋼軌7之間沿鋼軌縱向方
向的相對位置 22,同時,利用第二鋼軌溫度自動測量單元測量得到該處鋼軌7
或者軌邊固定樁(8)的溫度數值7^ 。
步驟207:通過第一鋼軌參數自動測量裝置和第二鋼軌參數自動測量裝置 數據傳送單元4,將步驟205和步驟206測得的數據^、 T21、戶22、 T^傳送到 中央處理單元9。
步驟208:中央處理單元9對兩個不同時刻的兩個鋼軌參數自動測量裝 置傳送的數據進行處理,得到兩組鋼軌參數自動測量裝置對應長度的長度變
化AI,以及兩個不同時刻的鋼軌溫度的變化值Ar。其中
前一測量時刻兩個鋼軌參數自動測量裝置對應長度A =|^-/ 2|;
前一測量時刻鋼軌溫度T^fTu-Ll ;
後一測量時刻兩個鋼軌參數自動測量裝置對應長度Z2 = |P21 - />22|;後一測量時刻鋼軌溫度formula see original document page 22按照常規計算方法計算得到兩組鋼軌參數自動測量裝置之間鋼軌溫度應力。
方式二也是實施例二提供的鋼軌參數自動測量方法。
方式三、對應第三種部署方式。當兩個鋼軌參數自動測量裝置組成的鋼 軌參數自動測量裝置組相隔距離較遠時,同一時刻兩個鋼軌參數自動測量裝 置對應的鋼軌溫度有差異,此時,測量兩個鋼軌參數自動測量裝置對應的鋼 軌溫度值並計算其平均值不能得到準確的鋼軌的溫度值時,需要在鋼軌參數 自動測量裝置組中安裝多個鋼軌溫度自動測量單元3,並通過每個鋼軌溫度 自動測量單元3測量鋼軌的溫度且求所有鋼軌溫度自動測量單元3測量的溫 度的平均值,這樣才能獲得較為準確的鋼軌溫度。此時,每個鋼軌溫度自動
測量單元3和與其距離最近的鋼軌參數自動測量裝置的數據傳送單元4和電
源模塊5相連接。這種方式下,鋼軌參數自動測量包括下列步驟
步驟301:選取鋼軌參數自動測量系統中的一組鋼軌參數自動測量裝置組,
將其中的兩個鋼軌參數自動測量裝置分別記為第一鋼軌參數自動測量裝置和
第二鋼軌參數自動測量裝置;
步驟302:在任意時刻,利用第一鋼軌參數自動測量裝置的鋼軌縱向位移
自動測量單元測量得到該處軌邊固定樁8和鋼軌7之間沿鋼軌縱向方向的相對
步驟303:與步驟302同一時刻,利用第二鋼軌參數自動測量裝置的鋼軌 縱向位移自動測量單元測量得到該處軌邊固定樁8和鋼軌7之間沿鋼軌縱向方向的相對位置/^;
步驟304:與步驟302同一時刻,每個鋼軌溫度自動測量單元3測量得到
該處鋼軌7或者軌邊固定樁8的溫度數值7;。 r12、 ...、 ?; ("22);
步驟305:通過第一鋼軌參數自動測量裝置和第二鋼軌參數自動測量裝置 的數據傳送單元4,分別將步驟302、步驟303、步驟304測得的數據^、 ^ 、
&、 7;2、 ...、 ("22)傳送到中央處理單元9;
步驟306:在步驟302選取的時刻之後的任意時刻,利用第一鋼軌參數自 動測量裝置的鋼軌縱向位移自動測量單元測量得到該處軌邊固定樁8和鋼軌7
之間沿鋼軌縱向方向的相對位置P21;
步驟307:與步驟306同一時刻,利用第二鋼軌參數自動測量裝置的鋼軌 縱向位移自動測量單元測量得到該處軌邊固定樁8和鋼軌7之間沿鋼軌縱向方
向的相對位置P^
步驟308:與步驟306同一時刻,每個鋼軌溫度自動測量單元測量得到該 處鋼軌7或者軌邊固定樁8的溫度數值T^、 r22、 ...、 r2 ("^2);
步驟309:通過第一鋼軌參數自動測量裝置和第二鋼軌參數自動測量裝置 數據傳送單元4,將步驟306、步驟307和步驟308測得的數據^、 P22 、 r21 、
r22、 ...、 r2 ("a)傳送到中央處理單元9;
步驟310:中央處理單元9對兩個不同時刻的兩個鋼軌參數自動測量裝 置傳送的數據進行處理,得到兩組鋼軌參數自動測量裝置對應長度的長度變
化m,以及兩個不同時刻的鋼軌溫度的變化值Ar。其中,
前一測量時刻兩個鋼軌參數自動測量裝置對應長度A =|4 - Al;前一測量時刻鋼軌溫度?;=
後一測量時刻兩個鋼軌參數自動測量裝置對應長度Z2 =|P21-P22
後一測量時刻鋼軌溫度r7 =
AZ—A-丄2|;
△r = |7;-r2|;
按照常規計算方法計算得到兩組鋼軌參數自:
:裝置之間鋼軌溫度應力。
實施例三
圖9是本發明的實施例三的鋼軌參數自動測量系統測量鋼軌溫度應力的原 理示意圖。圖9中,鋼軌溫度自動測量單元3,以粘接或機械連接方式固定在 軌邊固定樁8上。其它部分的連接關係與實施例二相同。
圖10是本發明的實施例三的帶鋼軌溫度自動測量單元的鋼軌參數自動測 量裝置組成示意圖。如圖10所示,在測量時,鋼軌溫度自動測量單元3得到 的是軌邊固定樁8的溫度值,由於鋼軌7與對應的軌邊固定樁8的距離不足以 產生溫度的差異,故以軌邊固定樁溫度代替鋼軌溫度。
當以圖9和圖10所示的鋼軌參數自動測量系統測量鋼軌溫度應力時,鋼 軌溫度自動測量單元3不再測量鋼軌7的溫度,而是用測量軌邊固定樁8的溫 度代替鋼軌7的溫度。
實施例一中的一種鋼軌縱向位移自動測量裝置適合於強光或者弱光條件 下對鋼軌縱向位移進行自動測量。實施例二、實施例三中的鋼軌參數自動測量 系統特別適合地鐵無縫線路或者野外線路的遠程自動監測。實施例三中的鋼軌 參數自動測量系統未在鋼軌上安裝任何測量裝置,相較於實施例二,可以工作 更長時間。
24在進行遠程自動測量時,各測量點上的鋼軌參數自動測量裝置將標記接收
與處理器2處理得到的數值和溫度自動測量單元3處理得到的溫度數值,通過 數據傳送單元4送到中央處理單元9,從而實現中央處理單元9對各個測量點 的遠程監測。中央處理單元9可以長期對各鋼軌參數自動測量裝置的測量數據 進行採樣,得到鋼軌溫度應力,實現對鋼軌溫度應力的長期不間斷監測。進一 步還能夠自動尋找到鋼軌的最大溫度應力地段,有效避免事故的發生
在進行遠程自動測量時,各鋼軌參數自動測量裝置中的數據傳送單元4優 選使用無線通信方式與中央處理單元9相連接。使用無線通信方式能夠顯著降 低本鋼軌參數自動監測系統的實現成本。
本發明的效果在於,採用標記作為被測目標來自動測量鋼軌的位移,避 免了人工誤差,測量精度大大提高;另外,本發明不需要在鋼軌上安裝任何 的測量單元或者裝置,避免由於受鋼軌振動脫離造成的測量失敗;同時,本 發明的光源補償器可以在陰天、夜間和視線不理想的條件下,提供光源,實 現全天候的測量;最後,由兩個或者兩個以上鋼軌參數自動測量裝置、 一個 中央處理單元構成的鋼軌參數自動測量系統,能夠自動尋找到鋼軌的最大溫 度應力地段,避免事故的發生。
以上所述,僅為本發明較佳的具體實施方式
,但本發明的保護範圍並不 局限於此,任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內,可 輕易想到的變化或替換,都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此,本發明 的保護範圍應該以權利要求的保護範圍為準。
權利要求
1.一種鋼軌參數自動測量裝置,包括鋼軌縱向位移自動測量單元、數據傳送單元(4)和電源模塊(5),其特徵是,所述鋼軌縱向位移自動測量單元包括標記(1)、標記接收與處理器(2)和軌邊固定樁(8);所述標記(1)固定在鋼軌軌頭或軌腰的任意位置的表面,且標記(1)方向與水平方向垂直;所述標記接收與處理器(2)由成像透鏡(201)、光電位置探測器(202)、信號處理器(203)、安裝盒(204)、第一支架(205)和第二支架(206)組成;所述安裝盒(204)開有透明窗口;所述標記接收與處理器(2)安裝在所述軌邊固定樁(8)上,使得標記(1)通過安裝盒(204)的透明窗口後,經過成像透鏡(201)成像於光電位置探測器(202)的中間位置;所述成像透鏡(201)和所述光電位置探測器(202)分別通過第一支架(205)和第二支架(206)固定在安裝盒(204)內,並使成像透鏡(201)的光軸與光電位置探測器(202)的光敏面垂直;所述光電位置探測器(202)與信號處理器(203)相連;所述標記接收與處理器(2)與所述數據傳送單元(4)和所述電源模塊(5)相連接;所述軌邊固定樁(8)安裝在鋼軌(7)外側或者鋼軌(7)內側;所述數據傳送單元(4)固定在軌邊固定樁(8)上;所述電源模塊(5)固定在軌邊固定樁(8)上,用於將線路邊提供的交流或直流電壓或者電池電壓通過變換處理得到穩壓電壓,為標記接收與處理器(2)、數據傳送單元(4)提供工作電壓。
2. 根據權利要求1所述的一種鋼軌參數自動測量裝置,其特徵是所述裝置還 包括中央處理單元(9),中央處理單元(9)通過有線或者無線方式與數據傳送單元(4) 連接。
3. 根據權利要求1所述的一種鋼軌參數自動測量裝置,其特徵是所述裝置還 包括鋼軌溫度自動測量單元(3),所述鋼軌溫度自動測量單元(3)以粘接或機械連 接方式固定在鋼軌(7)上,或者以粘接或機械連接方式固定在軌邊固定樁(8)上; 並與所述數據傳送單元(4)和所述電源模塊(5)相連接;所述鋼軌溫度自動測量單元(3)包括順序連接的溫度傳感器、信號處理電路、 數據轉換接口電路。
4. 根據權利要求1所述的一種鋼軌參數自動測量裝置,其特徵是所述鋼軌縱 向位移自動測量單元還包括光源補償器(6),光源補償器(6)由光源單元(601)和控 制單元(602)組成,用於為標記(l)提供照射光;光源單元(601)與控制單元(602)連 接;所述光源單元(601 )為高亮發光二極體(603),或由高亮發光二極體(603)與準 直光路構成;所述準直光路由第一透鏡(606)或者由第一透鏡(606)、第二透鏡(607) 組成的透鏡組構成;所述準直光路將高亮發光二極體(603)發出的光照射到標記(1) 上;所述控制單元(602)由光強測量器(604)和控制電路(605)組成,光強測量器 (604)和控制電路(605)連接;光源單元(601)通過控制單元(602)與電源模塊(5)相連。
5. 根據權利要求1所述的一種鋼軌參數自動測量裝置,其特徵是所述標記(l) 通過油漆直接噴塗在鋼軌(7)上,或者由可粘貼的物質直接貼在鋼軌(7)上。
6. 根據權利要求1所述的一種鋼軌參數自動測量裝置,其特徵是所述光電位 置探測器(202)採用線陣電荷耦合器件、面陣電荷耦合器件、四象限光電探測器或者位置敏感探測器中的任意一種。
7. 根據權利要求1所述的一種鋼軌參數自動測量裝置,其特徵是所述信號處理器(203)由前置放大電路、位置信號處理電路、數據轉換接口電路三個模塊組成,前置放大電路、位置信號處理電路、數據轉換接口電路順序連接。
8. —種如權利要求1所述的鋼軌參數自動測量裝置的鋼軌縱向位移自動測量方法,其特徵是所述方法包括下列步驟 步驟l:安裝鋼軌參數自動測量裝置;步驟2,選擇光源補償器(6)的工作模式,控制電路(605)對光強測量器件(604) 測得的光強值進行判斷,當光強低於設定閾值時,連通光源單元(601)與電源模塊 (5),使光源單元(601)發光;否則,斷開光源單元(601)與電源模塊(5),光源單元 停止發光;步驟3:進行初始測量,標記(1)在光電位置探測器(202)上成像時,由信號處 理器(203)對光電位置探測器(202)的輸出信號進行處理,得出標記(l)的像在光電 位置探測器(202)上的初始位置,並將所得數據通過數據傳送單元(4)送入中央處 理單元(9);步驟4:當鋼軌(7)存在縱向位移時,標記(1)的像在光電位置探測器(202)上的 位置會發生改變,由信號處理器(203)得出標記(1)的像在光電位置探測器(202)上 的實時位置,並將所得數據通過數據傳送單元(4)送入中央處理單元(9);步驟5:由步驟3和步驟4分別得到的標記(1)的初始位置和實時位置,在中 央處理單元(9)中,根據透鏡成像公式原理,計算出標記(1)和標記接收與處理器(2) 沿鋼軌(7)縱向方向相對位置的變化量,從而得到鋼軌(7)的位移數據。
9. 一種鋼軌參數自動測量系統,包括兩個或者兩個以上的鋼軌參數自動測量 裝置和一個共用的中央處理單元(9),其特徵是每兩個鋼軌參數自動測量裝置組成 鋼軌參數自動測量裝置組,每組鋼軌參數自動測量裝置組中包括至少一個鋼軌溫 度自動測量單元(3),且所述鋼軌溫度自動測量單元(3)與鋼軌參數自動測量裝置組中的鋼軌參數自動測量裝置的數據傳送單元(4)和電源模塊(5)相連接,所有鋼 軌參數自動測量裝置的數據傳送單元共用同一個中央處理單元(9),且所有數據傳 送單元與中央處理單元(9)通過有線或者無線方式連接。
10. —種如權利要求9所述的鋼軌參數自動測量系統的鋼軌溫度應力自動測 量方法,其特徵是所述方法包括下列步驟步驟l:選取鋼軌參數自動測量系統中的一組鋼軌參數自動測量裝置組,將其中的兩個鋼軌參數自動測量裝置分別記為第一鋼軌參數自動測量裝置和第二鋼軌參數自動測量裝置;步驟2:在任意時刻,利用第一鋼軌參數自動測量裝置的鋼軌縱向位移自動 測量單元測量得到該處軌邊固定樁(8)和鋼軌(7)之間沿鋼軌縱向方向的相對位 置;步驟3:與步驟2同一時刻,利用第二鋼軌參數自動測量裝置的鋼軌縱向位 移自動測量單元測量得到該處軌邊固定樁(8)和鋼軌(7)之間沿鋼軌縱向方向的相 對位置;步驟4:與步驟2同一時刻,鋼軌溫度自動測量單元(3)測量得到該處鋼軌(7) 或者軌邊固定樁(8)的溫度數值;步驟5:通過第一鋼軌參數自動測量裝置和第二鋼軌參數自動測量裝置的數 據傳送單元(4),分別將步驟2、步驟3和步驟4測得的數據傳送到中央處理單元 (9);步驟6:在步驟2選取的時刻之後的任意時刻,利用第一鋼軌參數自動測量 裝置的鋼軌縱向位移自動測量單元測量得到該處軌邊固定樁(8)和鋼軌(7)之間沿 鋼軌縱向方向的相對位置;步驟7:與步驟6同一時刻,利用第二鋼軌參數自動測量裝置的鋼軌縱向位 移自動測量單元測量得到該處軌邊固定樁(8)和鋼軌(7)之間沿鋼軌縱向方向的相 對位置;步驟7:與步驟6同一時刻,鋼軌溫度自動測量單元(3)測量得到該處鋼軌(7)或者軌邊固定樁(8)的溫度數值;步驟9:通過第一鋼軌參數自動測量裝置和第二鋼軌參數自動測量裝置數據 傳送單元(4),將步驟6、步驟7和步驟8測得的數據傳送到中央處理單元(9);步驟10:中央處理單元(9)對兩個不同時刻的兩個鋼軌參數自動測量裝置傳 送的數據進行處理,得到兩組鋼軌參數自動測量裝置對應長度的長度變化AI,以及兩個不同時刻的鋼軌溫度的變化值Ar,按照常規計算方法計算得到兩組鋼軌參數自動測量裝置之間鋼軌溫度應力。
全文摘要
本發明公開了光學測量技術領域中的一種鋼軌參數自動測量裝置、系統及其方法。所述鋼軌參數自動測量裝置包括鋼軌縱向位移自動測量單元、數據傳送單元、電源模塊,或者還包括中央處理單元和鋼軌溫度自動測量單元;鋼軌縱向位移自動測量單元包括標記、標記接收與處理器和軌邊固定樁,或者還包括光源補償器;通過鋼軌縱向位移自動測量單元,可以實現鋼軌縱向位移自動測量;所述鋼軌參數自動測量系統包括兩個或者兩個以上鋼軌參數自動測量裝置和一個共用的中央處理單元;通過鋼軌參數自動測量系統可以實現鋼軌溫度應力的自動測量。本發明實現全天候的測量,測量精度高,能夠自動尋找到鋼軌的最大溫度應力地段,避免事故的發生。
文檔編號B61K9/00GK101574973SQ200910087168
公開日2009年11月11日 申請日期2009年6月10日 優先權日2009年6月10日
發明者馮其波, 婧 楊 申請人:北京交通大學