CN101419057B

CN101419057B - 采用激光测量技术对铁路路轨纵向位移测量的方法

Info

Publication number: CN101419057B
Application number: CN2007101131895A
Authority: CN
Inventors: 宫春勇; 高小群; 赵华
Original assignee: SHANDONG SHENPU TRAFFIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHANDONG SHENPU TRAFFIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2007-10-22
Filing date: 2007-10-22
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2027-10-22
Also published as: CN101419057A

Abstract

采用激光测量技术对铁路路轨纵向位移测量的方法，主要涉及铁路工务部门对轨道纵向位移的测量。控制系统通过激光探测器接收来自激光发射器的光束，锁定所测的基准点，通过微处理控制器利用相应的控制策略，计算出路轨位移偏移量。克服现有测量设备的对中难度大、准直难度大、调整繁琐、受人为因素及环境因素影响大等特点，采用激光准直特性、利用激光探测器及容栅尺定位等测量方式，通过微处理控制器内嵌控制策略及计算方法自动采集数据信号，计算出轨道的纵向偏移位移量。且具有操作简单、检测方便、显示直观清晰、测量精度高等优点。

Description

采用激光测量技术对铁路路轨纵向位移测量的方法

技术领域

本发明涉及铁路工务部门对轨道纵向位移的测量，主要采用激光测量技术，实现对铁路路轨纵向位移测量的方法。

背景技术

随着国民经济的不断提高，为适应运输市场的需求和提高铁路运输在运输市场上的竞争能力，铁路运输不断的向高速、重载方向发展。而我国的铁路线路是在客货混载的状况下发展的，由于无缝线路固有的特点，其日常维护与普通的线路有较大的区别。铁路工务部门必须精确的处理各项基本技术参数，才能确保线路的行车安全。

我国铁路交通运输线路被分为上行线路与下行线路，国家铁道部规定进京方向或是从支线到干线被称为上行线，反之离京方向或是从干线到支线被称为下行线。这样客货车辆必须严格地行使在单方向线路上，即上行线路或下行线路；绝对不允许上行线或下行线混合行使。如此以来，铁路线路路轨在客货车辆的作用力下，路轨轨道必定产生纵向位移量；该纵向位移量是铁路工务部门日常线路维护中最重要的基础参数之一，该参数限定了线路轨道的安全运营和日常维护的必定条件。

在日常维护作业中，铁路路基面每50米设定以观测点，铺设路基时两边的水平基准点用混泥土浇注固定。传统的测量方式采用人工准直线测量，测量时铁路路基两边各站2人，分别将准直线拉在路基平台上的基准点中心，另一人用测量标准尺测量准直线与路轨中每一轨道的纵向偏移位移量，并把此数据记录在专用笔记本上，以备查用。此方式测量，费时费力、劳动强度大、数据精度低等。由于铁路列车提速后，铁路路基平台有所变化，对轨道的纵向位移测量方式和要求也相对严格，采用经纬准直仪进行测量。测量时，先锁定经纬准直仪与水平基准点的对中垂直度及水平方向的水平定位，同时在路轨的4根轨道上分别在标记点上贴上刻度标尺，然后用经纬仪仰角看4根轨道的刻度尺，镜头所指向点与标记中心的位移量就是轨道的纵向位移偏移量，读出数据并记录。此方式大大改善了人工测量的缺点，测量数据的精确度也得到了提高，但是也存有不足：(1)、经纬准直仪对中点难度大、调整繁琐、风向对铅垂的影响大。(2)、准直难度大、受阳光强度及雾天等自然因素影响大。(3)、经纬仪观察刻度尺时，受人为因素影响大。基于以上原因，我们采用激光测量技术对此进行了改进。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有测量方式存在的问题，提供一种具有操作简单、检测方便、显示直观清晰、测量精度高、数据处理无纸化的采用激光测量技术对铁路路轨纵向位移测量的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该采用激光测量技术对铁路路轨纵向位移测量的方法，控制系统通过激光探测器接收来自激光发射器的光束，锁定所测的基准点，通过微处理控制器利用相应的控制策略，计算出路轨位移偏移量，

其特征在于：

控制系统包括激光发射器、激光探测器和微处理控制器，激光探测器和微处理控制器安装固定在壳体内后，放置于所测轨道上，激光发射器通过支架放置于路基测试平台第一基准点和第二基准点上；

控制策略是：首先打开激光探测器及微处理控制器的电源开关，使之控制系统初始化，然后对激光发射器所射出的激光束进行光检测，若没有检测到光源，返回控制系统，待检测到光源后，调用延时程序，加以确认，随后驱动步进电机正转200步，检测光强度，光强度等于0时即光强最大，控制系统采集此信号，计算出此数据即为位移偏移量；若光强不等于0，控制系统驱动步进电机反转200步，检测光强度，光强度等于0时即光强最大，控制系统采集此信号，计算出此数据即为位移偏移量；若光强不等于0，程序返回。

微处理控制器包括微处理器、激光探测器、容栅尺、制冷晶体、风扇、恒温单元、步进电机、显示单元、存储单元、按键单元，光接收探测器、容栅尺、制冷晶体和风扇通过恒温单元与微处理器相连，微处理器与步进电机、显示单元、存储单元、按键单元相连。

激光发射器包括固定托架、外壳、控制及电源单元、操作键盘、激光器、镜头、步进电机，控制及电源单元、激光器固定于外壳内，操作键盘固定于外壳的顶端，与控制及电源单元、激光器及步进电机相连接，外壳固定于带步进电机的调整托架上。

路基测试平台包括路轨横梁、轨道、第一基准点、第二基准点、测试平台、轨道标记点，第一基准点、第二基准点设定在轨道同一侧测试平台上，第一基准点、第二基准点两基准点与任意轨道上的标记点在一条直线上。

微处理控制器中的微处理器内嵌有计算方法。测量时，自动采集激光束在容栅尺上所产生的信号，利用相应控制策略和计算方法，计算出路轨位移偏移量；微处理控制器将采集所测数据，实时输出到LCD显示屏、IC卡存储口进行数据的实时显示与存储备份。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：克服现有测量设备的对中难度大、准直难度大、调整繁琐、受人为因素及环境因素影响大等特点，采用激光准直特性、利用光探测器及容栅尺定位等测量方式，通过微处理控制器内嵌控制策略及计算方法自动采集数据信号，计算出轨道的纵向偏移位移量，是目前比较理想的铁路路轨纵向位移激光测量仪；且具有操作简单、检测方便、显示直观清晰、测量精度高、数据处理无纸化等优点。

附图说明

图1：激光发射器结构示意图；

图2：激光探测器及微处理器控制系统结构示意图；

图3：微处理器控制系统组成示意框图；

图4：传统路基测试平台示意图；

图5：本实用新型路基测试平台示意图；

图6：微处理器控制系统流程框图；

图7：脉冲电源电路原理图；

图8：微处理器控制系统电路原理图。

图1-3、5-8是本实用新型的最佳实施例，其中：1支架、2支架水平调整器、3支架平台、4固定托架、5外壳、6控制及电源单元、7操作键盘、8激光器、9镜头、10步进电机、11壳体、12轨定位销、13IC卡存储口、14电源开关、15LCD显示屏、16操作键盘、17光探测槽、18光定位显示、19定位尺标、20容栅尺、21导轨槽、22路轨横梁、23轨道24、27基准点、25测试平台、26轨道标记点。

具体实施方式

图1中：由固定托架4、外壳5、控制及电源单元6、操作键盘7、激光器8、镜头9、步进电机10组成激光发射器；激光发射器放置于由支架水平调整器2、支架平台3组成的支架1上。

图2中：由壳体11、轨定位销12、IC卡存储口13、电源开关14、LCD显示屏15、操作键盘16、光探测槽17、光定位显示18、定位尺标19、容栅尺20、导轨槽21组成激光探测器及微处理器控制系统。

图3中：微处理器控制系统包含微处理器、激光探测器、恒温单元、容栅尺、步进电机、显示单元、存储单元、按键单元。其中恒温单元由制冷晶体和风扇组成。

图4中：由路轨横梁22、轨道23、基准点24、测试平台25、轨道标记点26组成传统路基测试平台。

图5中：由路轨横梁22、轨道23、基准点24、基准点27、测试平台25、轨道标记点26组成本实用新型路基测试平台。

图6为系统程序流程图，其控制策略是：打开激光探测器及激光控制器的电源开关，使之系统初始化，然后对激光发射器所射出的激光束进行光检测，若没有检测到光源，返回系统，待检测到光源后，调永延时程序，加以确认，随后驱动步进电机正转200步，检测光强度，光强度等于0时即光强最大，系统采集此信号，计算出此数据即为位移偏移量；若光强不等于0，系统驱动步进电机反转200步，检测光强度，光强度等于0时即光强最大，系统采集此信号，计算出此数据即为位移偏移量；若光强不等于0，程序返回。

图7中：由时基芯片U1和外围器件组成脉冲电源电路，为激光发射器提供工作电源。

时基芯片U1的7脚通过电阻R1接高电平VCC，通过电阻R2、电容C1接地；时基芯片U1的2、6脚相连，并通过电阻R3与时基芯片U1的3脚相连，时基芯片U1的3脚输出一脉冲电源；时基芯片U1的4、8脚接高电平VCC，1脚接地。

图8中：是本实用新型的一个具体原理电路图；微处理器控制器是由U1为精密运放器芯片、U2为带复位的存储器EPROM芯片、U3位微处理器芯片、U4为电位调整器芯片、Q1-Q4为晶体管芯片、BUZZER为蜂鸣器、LCD为液晶显示器、R12-R23组成和差运算器及外围电路组成。

其中：由精密运放器U1及其外围器件组成信号放大电路。

信号通过电容C1、电阻R2输入到精密运放器U1的2脚，并通过电阻R1接地；精密运放器U1的3脚通过电阻R3接地，4脚接地；精密运放器U1的2脚通过并联连接的电容C2、电阻R4与6脚相连；6脚输出信号，输入到微处理器U3的P44脚。

由带复位的存储器EPROM U2及其外围器件组成复位及存储电路。

带复位的存储器EPROM U2的7脚与微处理器U3的REST脚相连，并通过电阻R24接高电平VCC；3、8脚接高电平VCC，4脚接地；1、2、5、6脚分别与微处理器U3的P01、P02、P03、P04脚相连。

由Q1-Q4为晶体管及其外围器件组成信号展宽电路。信号通过电容C3与晶体管Q1的1脚相连，并通过电阻R5、二极管D1接地，电阻R5与二极管D1连接处通过电阻R6接高电平VCC；晶体管Q1的2脚接高电平VCC，3脚通过电阻R7接地，并通过二极管D2与与晶体管Q2的1脚相连；晶体管Q2的1脚通过电阻R8接地，并通过电容C4分别与晶体管Q3、Q4的3、1脚相连；晶体管Q2的2脚接高电平VCC，3脚通过二极管D4、D3、电阻R9接地；二极管D3与电阻R9连接处与晶体管Q3的1脚相连；晶体管Q3的2脚通过二极管D5接高电平VCC，3脚通过电阻R10接地；晶体管Q4的2脚接高电平VCC，3脚通过可调电阻RT1、电阻R11接地；可调电阻的1脚输出信号，通过A/D、D/A转换器输入到微处理器U3的P43脚。

由电阻R12-R23组成和差运算器，通过低通滤波器输入到微处理器U3的P24、P25、P26、P27脚。

微处理器U3采用微处理单片机，微处理器U3的X1、X2脚连接晶振Y1并通过电容C7、C8接地；微处理器U3的P70-P77脚接操作键盘，P13、P14脚接IC卡存储器；

由电压调整器U4和液晶显示器LCD及其外围器件组成系统显示单元。

电压调整器U4的2脚通过电容C9接地，3、4脚接地；8脚接高电平VCC；电压调整器U4的5脚通过反接的二极管D6输出一电压信号，并通过滤波电容C10接地，为液晶显示器LCD提供电压，连接液晶显示器LCD的Vo脚。

液晶显示器LCD的D0-D7脚与微处理器U3的P50-P57相连，且通过电阻排RF接高电平VCC；液晶显示器LCD的Rs、Rw、E脚分别与微处理器U3的P01、P144、P142相连；液晶显示器LCD的Vdd脚接高电平VCC，Vss脚接地。

Claims

1.采用激光测量技术对铁路路轨纵向位移测量的方法，控制系统通过激光探测器接收来自激光发射器的光束，锁定所测的基准点，通过微处理控制器利用相应的控制策略，计算出路轨位移偏移量，其特征在于：

控制系统包括激光发射器、激光探测器和微处理控制器，激光探测器和微处理控制器安装固定在壳体(11)内后，放置于所测轨道(23)上，激光发射器通过支架(1)放置于路基测试平台(25)第一基准点(24)和第二基准点(27)上；

控制策略是：首先打开激光探测器及激光控制器的电源开关，使之控制系统初始化，然后对激光发射器所射出的激光束进行光检测，若没有检测到光源，返回控制系统，待检测到光源后，调用延时程序，加以确认，随后驱动步进电机正转200步，检测光强度，光强度等于0时即光强最大，控制系统采集此信号，计算出此数据即为位移偏移量；若光强不等于0，控制系统驱动步进电机反转200步，检测光强度，光强度等于0时即光强最大，控制系统采集此信号，计算出此数据即为位移偏移量；若光强不等于0，程序返回。

2.根据权利要求1所述的采用激光测量技术对铁路路轨纵向位移测量的方法，其特征在于：激光发射器包括固定托架(4)、外壳(5)、控制及电源单元(6)、操作键盘(7)、激光器(8)、镜头(9)、步进电机(10)，控制及电源单元(6)、激光器(8)固定于外壳(5)内，操作键盘(7)固定于外壳(5)的顶端，与控制及电源单元(6)、激光器(8)及步进电机(10)相连接，外壳(5)固定于带步进电机(10)的调整托架(4)上。

3.根据权利要求1所述的采用激光测量技术对铁路路轨纵向位移测量的方法，其特征在于：路基测试平台包括路轨横梁(22)、轨道(23)、第一基准点(24)、第二基准点(27)、测试平台(25)、轨道标记点(26)，第一基准点(24)、第二基准点(27)设定在轨道(23)同一侧测试平台(25)上，第一基准点(24)、第二基准点(27)两基准点与任意轨道上的标记点在一条直线上。