CN104071184A - 一种转辙机表示杆位移监测的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转辙机表示杆位移监测的装置和方法，该装置中，表示杆的一端固定在道岔可动轨，表示杆位移监测的装置设于转辙机的箱体内，包括位移传感器及其相应的安装装置，所述位移传感器的一部份固定在箱体上，另一部分固定在表示杆上并与表示杆联动，所述位移传感器用于测量表示杆的位移。由于采用专用位移监测装置来检测转辙机表示杆相对于固定参照系机箱的位移，从而能够直接获得高精度的表示杆位移量，实现转辙机和道岔行程以及缺口偏移量的自动监测。

Description

一种转辙机表示杆位移监测的装置和方法

技术领域

本发明涉及铁路机械技术领域，尤其涉及一种转辙机表示杆位移监测的装置和方法。

背景技术

目前转辙机作为铁路道岔可动轨的牵引设备，是铁路信号系统中一项重要基础设施；当道岔尖轨和基本轨密贴符合标准时，该设备能够将道岔锁闭在规定位置，并能反映道岔的位置状态。转辙机具有转换、锁闭、表示道岔状态的功能。转辙机可以分为电力驱动和液压传动两大类，其中电动转辙机包括直流转辙机和交流转辙机。

由于铁路运输的安全性和可靠性要求不断提高，铁道主管部门明确要求，对提速后的道岔状况必须实施动态监测，实时监测转辙机运行状态以保证列车运行的安全性。但是，目前对于转辙机动作行程在线自动监测，还没有实用的装置运用，而缺口位移检测运用较为普遍。

转辙机表示杆缺口实时在线监测系统主要可以对转辙机在动作道岔的过程中的运行状态实施高精度的在线监测，及时发现转辙机运行中动作位置的变化情况，对于缺口偏移超过设定阈值的情况，则发出报警信息，便于维护人员及时调整及处理。

现有的转辙机监测方法有直接测量和间接测量之分。

(1)碰珠加微动开关方式。通过在检查柱或表示杆上安装导电触头传感器，当检查柱和表示缺口间隙小于设定值时，微动开关(传感器)就输出报警，这种方式安装方便、简单实用，稳定可靠，而且与温度湿度等环境无关，可以做到免维护，但是它只能定性检测转辙机表示缺口状态，不能实现缺口偏移的量化测量。

(2)霍尔位移传感器。霍尔式线位移传感器主要由两个半环形磁钢组成的梯度磁场和位于磁场中心的锗材料半导体霍尔片装置构成。霍尔元件在梯度磁场移动时，就会输出相对于位移的霍尔电势，测得霍尔电势的大小便可获知霍尔元件的静位移。它有测量精度较高，可以定量检测道岔表示缺口的状态的优点，但是价格相对较高，磁钢位置和温度湿度变化对指标有一定影响，需要定期维护。

(3)基于图像的监测方法是通过图像采集设备，对表示杆位置标线进行图像信息采集，并通过图像处理算法对采集的数据进行处理，从而间接获得待测的转辙机缺口的位置变化数据。

(4)电感位移传感器。

以上4种监测方式存在以下问题。

(1)有的系统对于转辙机表示缺口监测常见方法中采用电磁测量时，受温度和现场电磁影响较大。有的转辙机表示缺口监测方法主要进行定性测量，不能对表示缺口进行定量的分析，而且大部分监测方法都是接触式，需要针对不同的转辙机提供不同的监测传感器。直接测量方式的传感器安装在缺口间隙，其输出可直接反映被测间隙的大小，测试精度高，但安装稍复杂；外置式和间接测量方式通常容易安装，但需要仔细调整基准位置。

(2)现有的转辙机监测系统和监测方法原理多种多样，而且相互之间不兼容，这就提高了系统运行和升级的难度和成本。碰珠式和旋转拨码开关式为机电方式，存在一定的机械结构，对于环境的振动有着较高的敏感度，由于这两种方式精度低、耐用性差，现在已基本被淘汰了。

(3)视频监测方式为近年开始采用的方式，这种方式是在表示杆上、转辙机箱体上分别固定一个标线，采用摄像头拍摄两根标线的图像，然后将拍摄到的图像通过信号电缆上建立的CAN总线上传至室内计算机中进行分析处理，得到表示杆上标线与转辙机箱体上基准标线的偏差值，即间接获得缺口偏移值。该方式的主要缺点是：检测中心与转辙机之间的数据传输量大，投资成本高。视频方式由于要将图像上传至室内，所以网络通信压力较大，往往需要敷设光缆来进行数据通信。由于成本和现场的条件限制，目前已安装的视频监控系统并未完全采用光纤传输，若采用的电缆传输视频信号，传送距离和带宽受限。视频方式采用摄像头拍摄图像来测量偏移，摄像头的光学系统的好坏就直接影响到测量的精度，目前由于其前端运算能力的限制，同时采用了绝对基准的测量方式，在镜头失焦、蒙尘等问题出现的时候，就无法准确测量，误报率较高。现有系统采用的绝对基准测量方式，需要预先制作好备用表示杆上的标线，再到现场进行更换，为此，会造成系统硬件安装困难、耗时长、影响行车等问题，施工费用极高，不利于推广。

(4)有的方式预先加入的偏移补偿值，目前是靠人工估计和统计得来的，因此，无法做出统一标准指导维修人员。缺乏缺口偏移方向指示装置。

以上缺口监测方式，因为方案的缺陷，都无法在终端上设置缺口偏移方向指示装置，也不能自动监测表示杆的全部动程，维修人员在缺口调整中还得靠人工观察估计调整，很不方便。

发明内容

为了解决现有技术中不能获取转辙机表示杆动程具体数值、并且表示杆监测不精确的技术问题，本发明提出一种转辙机表示杆位移监测的装置和方法，能够获得转辙机表示杆相对固定物体的全部动程，从而精确地判断和告警。

本发明的一个方面，提供一种转辙机表示杆位移监测的装置，包括位移传感器及其相应的安装装置，所述位移传感器的一部分固定在转辙机箱体上，另一部分固定在表示杆上并与表示杆联动，所述位移传感器用于测量表示杆的位移。

优选地，所述位移传感器是光栅型位移传感器。

优选地，所述光栅型位移传感器是光栅尺位移传感器。

优选地，所述光栅尺位移传感器进一步包括光栅尺和传感头，光栅尺固定在箱体上，与表示杆平行，传感头固定在表示杆上并与表示杆联动，传感头用于读取光栅尺相对于表示杆的位移。

优选地，所述光栅型位移传感器是角位移传感器。

优选地，所述角位移传感器进一步包括传感器主体、拉线和导向轮，传感器主体固定在箱体上，拉线的一端固定在表示杆上，另一端固定在传感器主体上，导向轮位于传感器主体与表示杆之间，用于改变拉线的方向。

本发明的另一方面，提供了一种转辙机表示杆位移监测的方法，表示杆的一端固定在道岔可动轨，表示杆的一部分位于转辙机的箱体，包括以下步骤：

将位移传感器固定在箱体上；

当表示杆发生位移时，位移传感器对表示杆进行监测；

位移传感器获取表示杆相对箱体的位移。

优选地，所述光栅型位移传感器是光栅尺位移传感器，光栅尺位移传感器进一步包括光栅尺和传感头，光栅尺位移传感器获取表示杆相对箱体的位移进一步包括以下步骤：

光栅尺固定在箱体上，与表示杆平行；

传感头固定在表示杆上；

传感头读取光栅尺相对于表示杆的位移。

优选地，所述光栅型位移传感器是角位移传感器，角位移传感器进一步包括传感器主体、拉线和导向轮，角位移传感器获取表示杆相对箱体的位移进一步包括以下步骤：

传感器主体固定在箱体上；

拉线的一端固定在表示杆上，另一端固定在传感器主体上；

导向轮位于传感器主体与表示杆之间，改变拉线的方向；

表示杆发生位移时，带动拉线；

拉线拉动传感器主体，传感器主体获取表示杆的位移。

本发明技术方案由于采用专用位移监测装置来检测转辙机表示杆(可移动点)相对于固定参照系(机箱或其他)的位移，直接获得精度高于0.1mm的数字位移量。在检测缺口偏移的同时，还可以对于转辙机的牵引行程等状态进行监测，这对于全面实时监测转辙机工作状态是非常必要的；采用光栅技术，检测精度高且功耗低，为转辙机测控领域提供了一种新的技术途径，为在环境恶劣不易测量的地方提供了可靠的测量方法；抗干扰性强。不受光源的影响，可过滤震动的影响；本监测方法为高精度的定量监测，并可以在上位机进行统计分析，可以提供转辙机缺口大小的趋势和动作行程等进行更为详细的数据挖掘，并建立相应的数学模型，提前对转辙机的工作状态进行预测，可以促进铁路由设备修到状态修转变；安装方便，具有很高的灵活性，受温度的影响较小，成本较低，测量精度高。

附图说明

图1是本发明实施例一中表示杆位移监测装置的结构示意图。

图2是本发明实施例二中表示杆位移监测装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，具体描述本发明的具体实施方式：

图1是本发明实施例一中表示杆位移监测装置的结构示意图。如图1所示，铁轨的基本轨101固定在地面上，道岔可动轨102与基本轨配合使用，转辙机固定在地面上，用于牵引道岔可动轨。

转辙机中包括动作杆103和表示杆104，动作杆和表示杆的一端都连接在道岔可动轨上，动作杆用于牵引道岔可动轨，当动作杆牵引道岔可动轨移动时，转辙机的表示杆也发生位移。

为了精确地监测表示杆发生的位移，本实施方式在转辙机中安装了光栅尺位移传感器，该光栅式位移传感器是一种光栅型位移传感器，包括光栅尺105和传感头106，光栅尺通过相应的安装装置固定在转辙机的箱体107上，与表示杆平行，传感头通过相应的安装装置固定在表示杆上，当表示杆发生移动时，固定在表示杆上的传感头读取光栅尺的位移，从而获得表示杆的位移。

具体来说，光栅式位移传感器的光栅尺和传感头与转辙机的表示杆和箱体之间的固定方式可以视不同转辙机机型的具体位置，采用环氧树脂粘接、螺栓固定或卡接固定等方式，当安装固定后，进行检测中心数标定(记录)以后，就可以进行设计的位移检测并输出检测的位移相对于标定中心数的变化量。

图2是本发明实施例二中表示杆位移监测装置的结构示意图。如图2所示，铁轨的基本轨201固定在地面上，道岔可动轨202与基本轨配合使用，转辙机固定在地面上，用于牵引道岔可动轨。

转辙机中包括动作杆203和表示杆204，动作杆和表示杆的一端都连接在道岔可动轨上，动作杆用于牵引道岔可动轨，当动作杆牵引道岔可动轨移动时，转辙机的表示杆也同步发生位移。

为了精确地监测表示杆发生的位移，本实施方式在转辙机中安装了角位移传感器，该角位移传感器也是一种光栅型位移传感器，包括传感器主体205、拉线206和导向轮207。

该角位移传感器的传感器主体通过相应的安装装置固定在转辙机的箱体208上，采用钢丝制作的拉线的一端通过相应的安装装置固定在表示杆上，另一端通过相应的安装装置固定在传感器主体上，导向轮位于传感器主体与表示杆之间，可以改变拉线的方向，当表示杆发生位移时，带动拉线，拉线拉动传感器主体，传感器主体获取表示杆的位移。

由于受安装位置的限制，需要设置一个或多个拉线导向轮，即可以实现表示杆直线位移量的精确检测。

如果表示杆有主副之分，也可以用两个角位移传感器分别监测。

表示杆位移检测传感器主要的测量参数有：

一是转辙机的动作行程监测。监测动作行程的范围是0-300mm。通过自动监测并统计分析记录数据，对于提高转辙机设备质量和运用质量，保证道岔密贴是十分必要的。

二是转辙机的缺口与锁闭块之间的位移监测。这是该系统重要的监测参数，检测精度高于0.1mm，最高可达0.0005mm，它反映道岔尖轨与基本轨的密贴程度。以某型转辙机锁闭柱与锁闭杆缺口间隙为(2±0.5mm)为例，当超出了上述范围时，就需要维护人员及时调整。

由于将传感器的固定和可移动部件分别固定在转辙机的表示杆和机箱，转辙机表示杆动作位移检测方法是通过光栅传感器自动检测表示杆相对于机箱的位移量来实现的。

可以采用光栅叠栅条纹原理测量位移的传感器。光栅是在一块长条形(或圆盘形)的光学玻璃上密集等间距平行的刻线，刻线密度为每毫米10～100线。为了获得更高的检测精度，也可以进一步做相位信号处理细分(4细分或20细分)。例如，刻线密度为每毫米100线(栅距w＝0.01mm)，再做20细分后，光栅常数(分辨率)就可以提高到0.0005mm。由于光栅形成的叠栅条纹具有光学放大作用和误差平均效应，因而能提高测量精度。传感器由标尺光栅、指示光栅、光路系统和测量系统四部分组成。标尺光栅相对于指示光栅移动时，便形成大致按正弦规律分布的明暗相间的叠栅条纹。这些条纹以光栅的相对运动速度移动，并直接照射到光电敏感元件上，在其输出端得到一串电脉冲，通过放大、整形、辨向和计数系统产生数字信号输出，可以在现场接入显示器直接显示被测的位移量，也可以通过网络将检测数据传送到检测中心处理。传感器的光路形式有两种：一种是透射式光栅，它的栅线刻在透明材料(如工业用白玻璃、光学玻璃等)上；另一种是反射式光栅，它的栅线刻在具有强反射的金属(不锈钢)或玻璃镀金属膜(铝膜)上。这种传感器的优点是量程大且精度高。

表示杆位移量等于该转置的光栅常数乘以记录脉冲数之积。即表示杆位移通过光电变换，产生莫尔条纹移动，再通过光电变换产生正弦信号，对于信号进行整形及移动方向判定，脉冲计数，进行数学运算(光栅场数乘以脉冲数)，获得表示杆位移量。

表示杆移动方向的检测判断方法，是通过对于光栅信号(正交方波信号A和B)的逻辑及相位分析后获得的。例如，正交方波信号在一个单位周期内变化4次二进制逻辑值(相位细分4等分)，根据当前时刻与前一时刻的信号状态，即可判断出表示杆的位移方向。当表示杆正向移动时，正交方波信号变化规律为00、10、11、01；表示杆反向移动时，则信号顺序亦相反。

因此，在表示杆动作时，只要对应记录正交方波信号状态的变化次数(n)和方向(+、-)，在正向移动时做加法计数，反向移动时做减法计数，再乘以该转置的光栅当量(如：光栅距/4*5)即获得位移量χ＝n*[w/(4*5)]。

上述实施例由于采用专用位移监测装置来检测转辙机表示杆(可移动点)相对于固定参照系(机箱或其他)的位移，直接获得精度高于0.1mm的数字位移量。在检测缺口偏移的同时，还可以对于转辙机的牵引行程进行等状态进行监测，这对于全面实时监测转辙机工作状态是非常必要的；采用光栅技术，检测精度高且功耗低，为转辙机测控领域提供了一种新的技术途径，为在环境恶劣不易测量的地方提供了可靠的测量方法；抗干扰性强。不受光源的影响，可过滤震动的影响；本监测方法为高精度的定量监测，并可以在上位机进行统计分析，可以提供转辙机缺口大小的趋势和动作行程等进行更为详细的数据挖掘，并建立相应的数学模型，提前对转辙机的工作状态进行预测，可以促进铁路由设备修到状态修转变；安装方便，具有很高的灵活性，受温度的影响较小，成本较低，测量精度高。

应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而非限制，本发明也并不仅限于上述举例，一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (9)

1.一种转辙机表示杆位移监测的装置，其特征在于，包括位移传感器及其相应的安装装置，所述位移传感器的一部分固定在转辙机箱体上，另一部分固定在表示杆上并与表示杆联动，所述位移传感器用于测量表示杆的位移。

2.根据权利要求1所述的一种转辙机表示杆位移监测的装置，其特征在于，所述位移传感器是光栅型位移传感器。

3.根据权利要求2所述的一种转辙机表示杆位移监测的装置，其特征在于，所述光栅型位移传感器是光栅尺位移传感器。

4.根据权利要求3所述的一种转辙机表示杆位移监测的装置，其特征在于，所述光栅尺位移传感器进一步包括光栅尺和传感头，光栅尺固定在箱体上，与表示杆平行，传感头固定在表示杆上并与表示杆联动，传感头用于读取光栅尺相对于表示杆的位移。

5.根据权利要求2所述的一种转辙机表示杆位移监测的装置，其特征在于，所述光栅型位移传感器是角位移传感器。

6.根据权利要求5所述的一种转辙机表示杆位移监测的装置，其特征在于，所述角位移传感器进一步包括传感器主体、拉线和导向轮，传感器主体固定在箱体上，拉线的一端固定在表示杆上，另一端固定在传感器主体上，导向轮位于传感器主体与表示杆之间，用于改变拉线的方向。

7.一种转辙机表示杆位移监测的方法，表示杆的一端固定在道岔可动轨，表示杆的一部分位于转辙机的箱体，其特征在于，包括以下步骤：

将位移传感器固定在箱体上；

当表示杆发生位移时，位移传感器对表示杆进行监测；

位移传感器获取表示杆相对箱体的位移。

8.根据权利要求7所述的一种转辙机表示杆位移监测的方法，其特征在于，所述光栅型位移传感器是光栅尺位移传感器，光栅尺位移传感器进一步包括光栅尺和传感头，光栅尺位移传感器获取表示杆相对箱体的位移进一步包括以下步骤：

光栅尺固定在箱体上，与表示杆平行；

传感头固定在表示杆上；

传感头读取光栅尺相对于表示杆的位移。

9.根据权利要求7所述的一种转辙机表示杆位移监测的方法，其特征在于，所述光栅型位移传感器是角位移传感器，角位移传感器进一步包括传感器主体、拉线和导向轮，角位移传感器获取表示杆相对箱体的位移进一步包括以下步骤：

传感器主体固定在箱体上；

拉线的一端固定在表示杆上，另一端固定在传感器主体上；

导向轮位于传感器主体与表示杆之间，改变拉线的方向；

表示杆发生位移时，带动拉线；

拉线拉动传感器主体，传感器主体获取表示杆的位移。