CN103115562B - 高铁无砟轨道位移监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的高铁无砟轨道位移监测装置，涉及位移监测技术领域，包括相互连接的封闭式高精度电感位移检测探头、带有机械零点的量程调节轴、装在密封防水外壳中采集与处理模块和带有固定夹具的位移测量板。本发明所要解决的技术问题是提供一种高铁无砟轨道位移监测装置，有效在采集位移数据的同时既保证功耗值相对恒定、也能防止大电流冲击的干扰并可在低温环境下进行温度补偿。

Description

高铁无砟轨道位移监测装置

技术领域

本发明涉及位移监测技术领域，特别是涉及一种高铁无砟轨道位移监测装置。

背景技术

近年来高速铁路技术不断发展，当列车时速大于250公里以后，为防止车尾部形成强烈的气旋风掀起砟石带来的危险，高铁路基大量采用了无砟轨道技术。无砟轨道由5个部分组成，从上往下依次是无缝钢轨、轨道板、填充层、底座板、滑动层。轨道板替代枕木直接铺在钢轨下方。当钢轨由于刹车制动会使其与轨道板之间产生相对位移。同时，环境温度变化导致的钢轨胀缩与轨道板的膨胀系数不同以及另外其它如地基沉降等因素也会引起位移，当这种位移超过一定值时，势必会给高速铁路的运行带来危险。因此，对无砟轨道的无缝钢轨与轨道板之间的位移监测也是高速铁路轨道路况信息采集中重要的环节。

高速铁路轨道路况信息的及时采集，对于铁路系统正常安全运营和保证人员安全尤为重要。国内高速铁路的路轨状态还是以人工巡检为主，此方法不仅费时费力，且由于人工操作会带来一定的误差，影响监测结果。近年来也出现了一些对于铁路路轨位移的监测装置，如采用应变式或拉杆式位移传感器对路轨的纵向或横向位移进行监测，但应变式与拉杆式位移传感器属于接触式测量，不仅防水性、抗震性差，在超过量程时有可能造成损坏。在此应用中并不理想。同时，绝大多数铁路都铺设在野外或高架桥，设备工作环境恶劣，并且没有专门的监测供电系统，所以监测装置的功耗问题也不容忽视。而采用单头电涡流传感器测量位移，根据以往统计的铁轨位移变化情况，电涡流位移传感器的量程可以为0-10mm，如果采用单头位移传感器，由于电涡流位移传感器的精度一般都是近距离的较为准确，量程为0-10mm的电涡流位移传感器当测量距离大于8mm时，测量值临近最大量程会带来误差，测量值呈非线性，且单头电涡流传感器在过低温度下也会影响测量值，另外在钢轨有高速列车通过时会有一个巨大的电流对单头电涡流传感器带来干扰影响其正常工作。

对于上述的这些问题，需要设计出一个能够抗震动、防水、低功耗、抗干扰、非接触式的位移监测装置来实现高可靠、低成本、安装便捷的在线位移监测系统，能够实时地掌握高速铁路轨道路况信息，保证铁路系统正常的安全运营。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高铁无砟轨道位移监测装置，有效保证功耗值相对恒定。

为了解决上述问题，本发明公开了一种高铁无砟轨道位移监测装置，包括相互连接的封闭式高精度电感位移检测探头、带有机械零点的量程调节轴、装在密封防水外壳中采集与处理模块和带有固定夹具的位移测量板。

进一步地，所述位移检测探头由两个背对背装配的电感位移传感器组成，并通过量程调节轴分别安装于采集与处理模块两端，形成位移检测组件。

进一步地，所述位移测量板由两块分别平行正对着位移检测探头探测面的铁板组成，铁板与位移检测探头距离在位移传感器量程内。

进一步地，所述位移检测探头与位移测量板之间的距离通过量程调节轴来调整机械零位。

进一步地，所述采集与处理模块与位移检测探头通过内部线缆连接，通过RS485串口电缆与外部设备进行数据传输。

进一步地，当所述位移检测探头与测量板之间的距离由于钢轨位移变化时，所述采集与处理模块内的处理器可计算出变化值，并进行线性校正和温度补偿。

进一步地，所述采集与处理模块采用低功耗控制技术，可由电池和太阳能板独立供电。

进一步地，所述固定夹具将位移测量板固定安装于铁轨上，位移检测组件通过螺栓固定在轨道板上。

进一步地，还包括两对传感器探头，用于多方位的位移量探测。

综上，本方案采用电感位移传感器配合导电金属组成的固定板，无接触方式，可解决应变式位移传感器由于铁轨震动影响位移传感器寿命的问题，还可解决由于拉伸过度会对应变式位移传感器造成损坏的问题。

同时，采用两个电感位移传感器配对使用，解决单个电感传感器量程小、非线性、低温影响数值和大电流干扰问题。比拉杆式抗震、防水，并且低功耗适用于电池供电系统。

且，高铁无砟轨道位移监测装置具有抗震动，防水，非接触式、低功耗、抗干扰等特点，可以高效能、低成本、便捷安装，有效的解决高速铁路上路轨位移的监测问题。

附图说明

图1是本发明的钢轨位移监测装置结构简图；

图2是本发明的钢轨位移监测装置应用示例；

图3是本发明的钢轨位移监测装置原理框图；

图4是本发明的钢轨位移监测装置软件流程图；

图5是本发明的四探头钢轨位移监测装置。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图与实例对本发明作进一步详细说明。但所举实例不作为对本发明的限定。

本发明所述的方案，主要高铁无砟轨道位移监测装置主要测量的是轨道板与钢轨的位移，根据以上问题需要解决如下的技术问题：

对于环境影响，高铁无砟轨道位移监测装置采用全封闭式高精度电感式位移传感器作为位移检测探头，带有机械零点调节螺丝的密封防水外壳，具有较高的防水、抗震、抗过载性能。

根据以往统计的铁轨位移变化情况，电感式位移传感器的量程一般选为±40mm，如果采用单头位移传感器，由于电感位移传感器的精度一般都是近距离的较为准确，当测量距离接近上限时，测量误差增大，且呈非线性。本发明采用背靠背的两个电感位移传感器配对使用，并在采集处理模块中采用软件算法来解决单个电感传感器量程有限、非线性和温度补偿问题。且单个电感位移传感器测量位移时，功耗随距离增大而增加，本发明采用背靠背式双探头位移传感器，当产生位移时，一边的距离增大而另一边距离缩小，使双探头位移探测的功耗值相对恒定。另外当钢轨有高速列车通过时，会有一个大电流冲击产生的磁场对单个电感位移传感器产生干扰，磁场与电感位移传感器产生的磁场同向时会使测量值减少带来误差，本发明采用背靠背式双探头位移传感器，当一个大电流冲击产生的磁场会使一边的测试值增大而另一边测试值缩小，使双探头位移探测的测试位移值相对准确。

实例一，双探头高铁无砟轨道钢轨位移监测装置。

如图1所示，双探头高铁无砟轨道钢轨位移监测装置包括2个电感式位移传感器组成的位移检测探头1、带有机械零点的量程调节轴2，装在密封防水外壳中采集与处理模块3和带有固定夹具5的位移测量板4等部件。

位移检测探头1由两个背对背装配的电感位移传感器组成，并通过量程调节轴2分别安装于采集与处理模块3两端，形成位移检测组件。

位移测量板4由两块分别平行正对着位移检测探头1探测面的铁板组成，铁板与位移检测探头1的距离在位移传感器量程内。位移测量板面积大于位移检测探头面积的1.5倍，分别正对着电感位移检测探头，位移传感器的量程为40mm，则探头与测量板的距离可为40mm，这样位移传感器的量程不仅扩展为±40mm，而且测量精度也相应得以提高。

位移检测探头1与位移测量板4之间的距离可通过量程调节轴2来调整机械零位。

采集与处理模块3与位移检测探头1通过内部线缆连接，还通过RS485串口电缆与外部设备进行数据传输。

如图2所示，双探头高铁无砟轨道钢轨位移监测装置的固定夹具5将位移测量板4固定安装于铁轨上，位移检测组件通过螺栓固定在轨道板上。

如图3所示，双探头高铁无砟轨道钢轨位移监测装置的采集与处理模块3与电感式位移检测探头ADC1、ADC2通过量程调节轴2内部线缆连接，并通过串口线RS485进行信号接收和数据发送。当位移变化时，两个位移传感器都会给采集处理模块提供距离变化值ADC1、ADC2，如当位移测量板相对于位移检测探头向左移时1mm，右侧探头超出量程，则右侧探头向采集处理模块提供ADC1值为0，而左侧探头向采集处理模块提供实际距离与初始距离差值1mm，则采集处理模块计算后输出值为+1mm；如果位移测量板相对于位移检测探头向右移时1mm，左侧探头超出量程，则左侧探头向采集处理模块提供值为0，而右侧探头向采集处理模块提供实际距离与初始距离差值1mm，则采集处理模块计算后输出值为-1mm。因此根据正负值可判断位移方向。

参考电压由采集与处理模块3内的电源芯片提供，当位移检测探头1与位移测量板4之间的距离由于位移变化而变化时，引起电压变化，将电压与参考电压对比，可计算出距离变化值。

高铁无砟轨道位移监测装置采用了功耗控制，功耗较低，可由电池供电或太阳能板供电。

如图4所示，高铁无砟轨道位移监测装置软件工作流程为，装置开始工作，并进行初始化，然后就进行空循环来判断是否有中断，如果有中断，则说明有采集命令，根据采集命令进行数据采集，并由采集处理模块处理后发送至上位机中。

实例二，四探头高铁无砟轨道钢轨位移监测装置。

如图5所示，本装置可根据需要在顶部或侧面增加电感传感器探头，形成四个探头或者更多个探头的形式，形成用于多方位的位移量探测。

以上对本发明所提供的高铁无砟轨道位移监测装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种高铁无砟轨道位移监测装置，包括相互连接的封闭式高精度电感位移检测探头、带有机械零点的量程调节轴、装在密封防水外壳中采集与处理模块、带有固定夹具的位移测量板；

固定夹具将位移测量板固定安装于铁轨上，位移检测组件通过螺栓固定在轨道板上；

所述位移检测探头由两个背对背装配的电感位移传感器组成，并通过量程调节轴分别安装于采集与处理模块两端，形成位移检测组件；

所述位移测量板由两块分别平行正对着位移检测探头探测面的铁板组成，铁板与位移检测探头距离在位移传感器量程内；

当所述位移检测探头与测量板之间的距离由于钢轨位移而变化时，引起电压变化，所述采集与处理模块内的处理器将电压与参考电压对比计算出变化值，并进行线性校正和温度补偿；参考电压来自采集与处理模块内的电源芯片。

2.如权利要求1所述的高铁无砟轨道位移监测装置，其特征在于，所述位移检测探头与位移测量板之间的距离通过量程调节轴来调整机械零位。

3.如权利要求1所述的高铁无砟轨道位移监测装置，其特征在于，所述采集与处理模块与位移检测探头通过内部线缆连接，通过RS485串口电缆与外部设备进行数据传输。

4.如权利要求1所述的高铁无砟轨道位移监测装置，其特征在于，所述采集与处理模块采用低功耗控制技术，可由电池和太阳能板独立供电。

5.如权利要求1所述的高铁无砟轨道位移监测装置，其特征在于，还包括传感器探头，用于多方位的位移量探测。