CN102506684B

CN102506684B - 数显式站台限界测量尺及其测量方法

Info

Publication number: CN102506684B
Application number: CN 201110308696
Authority: CN
Inventors: 郑健; 胡雄伟; 俞炳杰; 王正权
Original assignee: Science & Technology Inst Shanghai Railway Bureau
Current assignee: Institute of Science and Technology of China Railway Shanghai Group Co Ltd
Priority date: 2011-10-13
Filing date: 2011-10-13
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2031-10-13
Also published as: CN102506684A

Abstract

本发明涉及一种高精度数显式的站台限界测量尺，所述测量尺包括尺身和测量器，测量器安装于尺身之上，其特征在于：所述的测量尺还包括电子显示器和传感器，所述尺身为可伸缩式中空腔体结构，该结构尺身由主尺和副尺套装构成，其中二者之间的连接通过固定于副尺外壁的直线导轨与主尺内壁的尼龙导向条来滑动配合连接，并可通过固定于副尺外侧的齿条和主尺上的齿轮机构来精密调节两杆尺的相对位移，所述传感器固定安装在所述中空腔体内部，所述电子显示器固定安装在所述尺身上。本发明的优点是：该数显式站台限界测量尺结构简洁美观，操作简便，显示清晰，携带方便，作业效率高，防护性好，测量精度准确可靠。

Description

数显式站台限界测量尺及其测量方法

技术领域

本发明属于铁路车站站台限界测量装置，特别是指一种高精度数显式的站台限界测量尺。

背景技术

站台作为列车的停靠处，即要方便乘客上下以及货物的装卸，又绝对不能侵入建筑接近限界，《上海铁路局限界管理办法》（技术规章编号SHG/ZS101—2009）中规定，各设备管理单位（合资公司）应按《技规》、《行规》及各专业系统管理规定，对各类铁路线路限界每五年进行一次复测，每年进行一次重点检查。《上海铁路局运营房屋建筑物管理办法》（上铁房发[2003]151号）中规定，受托维修管理单位每年在组织开展春（秋）季大检查时，按《技规》、《行规》的规定对所有房建设备建筑限界进行一次全面复测。

目前，站台限界测量装置仍停留在使用传统标尺类机械式测量的水平上，且因测量操作过程复杂，作业效率低，人为测量误差大等缺陷，不能满足现有的测量需求。

目前，站台的限界测量使用的测量尺主要有Z字形木质刻度尺和L形结构的铝质游标刻度尺，两种测量尺都采用刻度读数，示值不直观。Z字木质刻度尺采用搭双轨的测量模式，很难保证自身的垂直测量结构，也不能保证尺身和线路的垂直测量姿态，结构粗糙，体积大，不便于携带，并且操作不便利、配合人员多，人为测量误差大。L形结构的铝质游标刻度尺采用搭内侧单轨的测量模式，水平杆尺调整水平过程比较繁琐，操作复杂，配合人员多，且同样不能保证自身两测量杆尺的垂直，测量误差较大。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种数显式站台限界测量尺，采用两段可伸缩铝合金杆尺结构，并将电子显示装置固定安装于横梁上，外加保护外壳封装。电子测量装置采用高精度传感器进行信号采集，并在信号处理过程中进行温度补偿及多重抗干扰措施，使站台限界测量尺结构轻巧牢固，方便读数，精度高，防护性好。

本发明的目的实现由以下技术方案完成：一种数显式站台限界测量尺，包括尺身，其特征在于：所述的测量尺还包括电子显示器和传感器，所述尺身为可伸缩式中空腔体结构，该结构尺身由主尺和副尺套装构成，其中二者之间的连接通过固定于副尺外壁的直线导轨与主尺内壁的尼龙导向条来滑动配合连接，所述传感器固定安装在所述中空腔体内部，所述电子显示器固定安装在所述尺身上。

所述的传感器由水平倾角传感器和磁栅位移传感器组成，其中磁栅位移传感器由磁栅读头和磁栅条组成，磁栅条平铺固定在主尺腔体内表面，磁栅读头固定在副尺外表面，磁栅读头置于磁栅条的磁场作用范围之内，所述水平倾角传感器固定于副尺的腔体内部。

所述的电子显示器包括OLED显示屏、薄膜按键面板、电子仓盒，其中所述OLED显示屏和薄膜按键面板固定在电子仓盒内表面，所述电子仓盒套装在副尺上，所述仓盒内设有一单片机电子电路板，所述单片机电子电路板连接传感器和电子显示器。

所述的尺身设有L形铰链尺和仿形支座，其中所述L型铰链尺铰接在副尺表面，所述仿形支座铰接于主尺上。

所述的尺身设有微调装置，所述微调装置由微调齿条、微调齿轮、微调手轮、滚轮、水准泡组成，其中微调齿条固定在所述副尺侧面，所述微调手轮固定在主尺的侧面，所述微调齿条与微调齿轮啮合连接，所述微调手轮固定连接微调齿轮，所述滚轮和水准泡固定在所述L型铰链尺上。

所述主尺的两端分别安装有端套。

所述副尺外壁的直线导轨与尼龙导向条连接处设有滑块，所述滑块与直线导轨滑动连接。

所述的尺身上设有一手柄。

所述的尺身上设有一支座。

一种站台限界的自动测量方法，涉及上述所述的数显式站台限界测量尺，其特征在于：将所述可伸缩式中空腔体结构尺身的任意一端固定在内侧钢轨上，另一端搭架在站台上，然后传感器采集数据并根据三角形原理计算出站台上表面相对内侧钢轨轨面的铅锤高度和站台帽侧面到轨道中心的水平横距。

所述的尺身中的一端由磁性仿形支座与内侧钢轨吸合连接。

所述的尺身中的一端由L形铰链尺与站台面贴合连接。

首先将固定于主尺的带磁性的仿形支座吸合在内侧钢轨上，然后拉伸出副尺，使所述副尺上的L型铰链尺贴合于站台面，然后调节微调手轮使L型铰链尺上的水准泡保持水平，单片机电子电路板根据传感器采集的数据计算出站台上表面相对内侧钢轨轨面的铅锤高度和站台帽侧面到轨道中心的水平横距，最后在电子显示器上进行读数。

本发明的优点是：采用伸缩结构，结构简单，方便收纳和运输；测量以水平为基准，数据通用性好；伸缩机构采用直线导轨，导向性好；采用高精度倾角传感器测量倾斜角，不需要进行水平调整；并采用磁性定位块定位，操作简便，可单人操作；采用OLED显示，示值清晰直观。

附图说明

图1为本发明主视图；

图2为本发明俯视图；

图3为本发明A-A的剖视图；

图4为电子显示器数字显示图；

图5为电子显示器工作原理图；

图6为L型铰链尺结构示意图；

图7为直线导轨连接处结构示意图；

图8为本发明测量姿态示意图；

图9为本发明测量原理示意图；

图10为本发明磁栅位移传感器指标要求；

图11为本发明水平倾角传感器指标要求；

图12为本发明的精度要求；

图13为本发明微调机构结构图。

具体实施方式

以下结合附图通过实例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

附图1-13中标号分别代表的是OLED显示屏1、薄膜按键面板2、电子仓盒3、副尺4、直线导轨5、微调齿条6、端套7、微调手轮8、手柄9、主尺10、支座转轴11、仿形支座12、T形支座13、L形铰链尺14、水准泡15、水平倾角传感器16、端套17、磁栅读头18、磁栅条19、磁栅位移传感器20、电子显示器21、滚轮22、滑块23、尼龙导向条24、站台25、内侧轨道26、微调齿轮27。

实施例：如图1、2、3所示,副尺4和主尺10组成可伸缩式中空腔体结构尺身，其中副尺4和主尺10之间的连接通过固定于副尺4外壁的直线导轨与主尺10内壁的尼龙导向条24滑动配合连接，所述主尺10和副尺4的横梁截面为矩形结构。主尺10腔体内设有磁栅位移传感器20，磁栅位移传感器20由磁栅读头18和磁栅条19组成，磁栅读头18固定在副尺4伸入主尺10腔体内部的尺身外表面，磁栅条19固定在主尺10腔体内表面，磁栅读头18设置于磁栅条19上方的磁场作用范围内。电子显示器21由OLED显示屏1、薄膜按键面板2、电子仓盒3组成，其中OLED显示屏1和薄膜按键面板2固定在电子仓盒3内表面，电子仓盒3套装在副尺4的一端。副尺4腔体内部固定设有一水平倾角传感器16。L型铰链尺14和水泡15铰接在电子仓盒3的下表面。主尺10尺身的一端套装有端套17，仿形支座12通过支座转轴11与端套17铰接。副尺4与主尺10的连接处还设有一由微调齿条6、微调手轮8和微调齿轮27组成的微调装置，微调齿条6固定在副尺4的侧面，微调手轮8固定在主尺10的侧面，微调齿条6与微调齿轮27啮合连接，微调手轮8固定连接微调齿轮27，微调手轮8通过连接的微调齿轮27能控制微调齿条6使副尺4能在主尺10的腔体内部作微调移动。端套7套装在主尺10上。副尺4表面还固定设有一T形支座13。主尺10上表面固定设有一手柄9。如图6所示L型铰链尺14头部固定设有滚轮22。如图7所示直线导轨与尼龙导向条24槽滑动连接，在连接处还设有用于导向的滑块23，导向块23与直接导轨5滑动连接。

本发明使用时，如图8所示，首先将所述副尺4表面的L型铰链尺14固定支撑于站台面25上，接着拉伸主尺10尺身并将主尺10一端的仿形支座12固定支撑于内侧轨道26上，然后调节微调手轮8，单片机电子电路板根据传感器的数据计算站台上表面相对轨面的铅锤高度和站台冒侧面到轨道中心的水平横距，最后在电子显示器21上进行读数。

本实施例是用于测量铁路站台侧边与邻近轨道中心线的水平横向距离，以及铁路站台表面与邻近钢轨铅锤高度的专用数显式机械电子计量器具，其结构牢固轻巧，操作便捷高效，且方便收纳和运输。在本实例中，设计时结合单片机技术、信号传感技术、信号处理技术等，采用高精度磁栅位移传感器20和水平倾角传感器16，采集杆尺长度和杆尺倾斜角度等信号，并通过处理软件的换算，利用三角形计算原理间接计算出站台与两股钢轨中心线之间的横向距离，以及站台面与靠站台一侧钢轨顶面的竖直高度通过电子显示器21进行数字显示，并且电子显示器21具备电量显示、超限报警等附加功能。

根据该测量尺的测量原理可知，测量尺直接测量值和我们所需的待测值之间要通过函数关系计算得到。将测量作业时尺身、被测站台和钢轨构成的几何状态绘制成几何草图如图9所示，由图可知，直接测量值（L、α）和待测值f（h）、f(w)之间的函数关系如下：

L=长度直接测量值 α=角度直接测量值

e=38.52mm b=21.21mm

由于直接测量值中带有误差，因此待测值函数f(h)及f(w)也必然受到影响而产生误差。根据误差传递定律可知，设站台与轨面竖直高度待测值误差为m_h,直接测量值(L)的误差分别为m_l和m_α，则存在下列函数关系：

式中

Figure 2011103086960100002DEST_PATH_IMAGE017

、

为函数f(h)、f(w)分别对两个变量L、α的偏导数。求解时，将可能出现的若干组极限直接观测值代入偏导数，求出若干个中误差，取最大的一个作为站台尺全量程范围内的精度指标。依据上述函数式结合测量范围计算后可知，磁栅位移传感器和水平倾角传感器的指标要求如图10、11所示。

在本实例中，由于当前使用的Z字形木质刻度尺和L形结构的铝质游标刻度尺在测量过程中都很难保证自身的垂直测量结构，也不能保证尺身和线路的垂直测量姿态，操作过程复杂，人为影响因素较大，为了保证尺身强度，尺身横梁选用6063铝合金型材，横梁截面呈长方形，该材质密度小、自重轻，强度较高，且美观性能好；为了缩小整尺结构，提高其实用性和便携性，对测量模式和整尺结构进行了特殊设计，采用单轨斜靠测量模式，利用带磁性的仿形支座12来保证和钢轨的定位和密贴，而整尺结构则采用两段可伸缩式铝合金杆尺，并在两杆尺间加装了由微调齿条6、微调齿轮27、微调手轮8、滚轮22组成的伸缩微调机构，固定安装于L形铰链尺14上的水准泡15用于观察L形铰链尺的水平姿态，便于在测量时方便调整L形铰链尺14的水平。端套7和端套17套装在主尺10的两端，限制了副尺4的最大滑移行程，防止磁栅读头18滑出主尺10的腔体之外。

本实施例在具体实施时，采用因锂电池。因锂电池具有容量大的，无记忆效应，过饱充能力强，自放电率小、环保稳定，性价比高等特点，因此，在本实施例里电源则选用因锂电池，并配备一块因锂电池做更换，单块锂电池为1900mAh3.7V，以满足使用要求。位移传感器采用无接触式高精度磁栅位移传感器20，线性度误差≤0.06%，重复精度≤0.013%，该型位移传感器外型小巧，精度高，价格相对便宜，受环境影响小，量程可以做到30米，完全满足站台限界测量尺测量精度、量程及显示分辨率要求。水平倾角传感器16采用进口高精度倾角传感器SCA103T，该传感器尺寸小、精度高，抗震性好，长期稳定性好，温度特性优良，抗冲击能力强等特点。测量尺L形铰链尺14两接触面上安装了可拆卸的不锈钢片，提高了耐磨性。

轨距尺的电子显示器21则针对以下测量要求提出改进:

精度：AD采样位数以及基准电压的稳定性是决定采样精度的主要因素，因此，数显装置可采用高位高精度AD采样，并采用高精度的电压基准芯片，提高基准电源稳定性，减小温漂，另外，尺身以及角度受环境温度影响较大，应根据环境温度对测量数值进行自动修正。

高稳定性：为了提高采样数值的稳定性，可以直接由电压基准芯片给传感器供电，同时，对倾角传感器模拟输出进行多重滤波处理，并进行差分方式采样，以保证传感器的采样数值不会因为温度、电源纹波以及输入电压变化而受影响。

节能：硬件上尽量选用超低功耗的电子芯片，如单片机可采用超低功耗MCU，系统功耗小于60mA，而软件上采用优化程序以及添加自动关机等辅助功能来降低功耗。

防水、结构坚固：因为测量尺内有电子显示器，必须进行防水设计，并优化机构以提高对数显装置的保护，因此，测量尺的零部件连接及封装都做了防水处理，这样既可以防水又可以保护数显装置因外露而被碰撞损坏。

鉴于站台尺需在-30℃-60℃环境下能正常工作，并且在黑夜及强光下读数清晰，因此数显装置选用了OLED显示屏1，分辨力128*32，黑底蓝字，显示字体大。同时将电子显示装置包括显示屏等封装在铝合金横梁上的保护外壳内，这样既解决了防水问题，又可以保护电子显示装置因外露而被碰撞损坏，防振动、防水性好。具体显示内容和方式设计如图4所示。整个电子显示器21工作原理如图5所示，为保证AD采样的准确性，采用了Ti的高精度24bitAD采样芯片ads1222，且数字模拟部分均使用独立供电，保证电源的稳定，使采样数值不会因电压变化而受影响。另外，采用加强抗干扰措施，比如通过数字滤波方式、采样频率设置和电子电路降噪处理等技术，防止由于临车或施工等振动原因引起的测量精度误差和读数的困难。

根据图12所示的对测量尺的精度要求，站台限界测量尺的磁栅位移传感器和水平倾角传感器选型如下：

位移传感器采用无接触式高精度磁栅传感器，线性度误差≤0.06%，重复精度≤0.013%，该型位移传感器外型小巧，精度高，价格相对便宜，受环境影响小，量程可以做到30米，完全满足站台限界测量尺测量精度、量程及显示分辨率要求。其性能如下：

线形度：小于0.06%

重复精度：0.013%

量程：640mm

使用寿命：大于107次

工作温度：-40℃～+125℃

水平倾角传感器采用进口高精度倾角传感器SCA103T，该传感器是目前世界上静态精度最高，抗震性最好的，以单晶硅材料制造的倾角传感器，长期稳定性好，温度特性优良，抗冲击能力强等特点：

1)测量范围±15度；

2)5VDC供电，比例电压输出；

3)综合精度小于0.02°最高分辨力为0.004°；

4)内置温度传感器；

5)长期稳定性非常好；

6)低噪声，工作温度范围宽。

Claims

1.一种数显式站台限界测量尺，包括尺身，其特征在于：所述的测量尺还包括电子显示器和传感器，所述尺身为可伸缩式中空腔体结构，该结构尺身由主尺和副尺套装构成，其中二者之间的连接通过固定于副尺外壁的直线导轨与主尺内壁的尼龙导向条来滑动配合连接，所述传感器固定安装在所述中空腔体内部，所述电子显示器固定安装在所述尺身上，所述的尺身设有L形铰链尺和仿形支座，其中所述L型铰链尺铰接在副尺表面，所述仿形支座铰接于主尺上，所述的尺身设有微调装置，所述微调装置由微调齿条、微调齿轮、微调手轮、滚轮、水准泡组成，其中微调齿条固定在所述副尺侧面，所述微调手轮固定在主尺的侧面，所述微调齿条与微调齿轮啮合连接，所述微调手轮固定连接微调齿轮，所述滚轮和水准泡固定在所述L型铰链尺上。

2.根据权利要求1所述的一种数显式站台限界测量尺，其特征在于：所述的传感器由水平倾角传感器和磁栅位移传感器组成，其中磁栅位移传感器由磁栅读头和磁栅条组成，磁栅条平铺固定在主尺腔体内表面，磁栅读头固定在副尺外表面，磁栅读头置于磁栅条的磁场作用范围之内，所述水平倾角传感器固定于副尺的腔体内部。

3.根据权利要求1所述的一种数显式站台限界测量尺，其特征在于：所述的电子显示器包括OLED显示屏、薄膜按键面板、电子仓盒，其中所述OLED显示屏和薄膜按键面板固定在电子仓盒内表面，所述电子仓盒套装在副尺上，所述仓盒内设有一单片机电子电路板，所述单片机电子电路板连接传感器和电子显示器。

4.根据权利要求1所述的一种数显式站台限界测量尺，其特征在于：所述副尺外壁的直线导轨与尼龙导向条连接处设有滑块，所述滑块与直线导轨滑动连接。

5.一种站台限界的自动测量方法，涉及上述权利要求1所述的数显式站台限界测量尺，其特征在于：将所述可伸缩式中空腔体结构的尺身的一端固定在内侧钢轨上，另一端搭架在站台上，之后传感器采集数据，单片机电子电路板根据三角形原理计算出站台上表面相对内侧钢轨轨面的铅锤高度和站台帽侧面到轨道中心的水平横距。

6.根据权利要求5所述的一种站台限界的自动测量方法，其特征在于：所述的尺身中的一端由磁性仿形支座与内侧钢轨吸合连接。

7.根据权利要求5所述的一种站台限界的自动测量方法，其特征在于：所述的尺身中的一端由L形铰链尺与站台面贴合连接。

8.根据权利要求5所述的一种站台限界的自动测量方法，其特征在于：首先将固定于主尺的带磁性的仿形支座吸合在内侧钢轨上，然后拉伸出副尺，使所述副尺上的L型铰链尺贴合于站台面，然后调节微调手轮使L型铰链尺上的水准泡保持水平，单片机电子电路板根据传感器采集的数据计算出站台上表面相对内侧钢轨轨面的铅锤高度和站台帽侧面到轨道中心的水平横距，最后在电子显示器上进行读数。