CN104964643A - 一种多功能激光铁路轨道检测仪及其检测的方法 - Google Patents

Abstract

一种多功能激光铁路轨道检测仪及其检测的方法，其检测仪包括激光扫描仪、光电传感器、信号处理单元、单片机、陀螺仪和储存器；所述激光扫描仪与所述单片机电连接；所述光电位置传感器与所述信号处理单元电连接；所述信号处理单元与所述单片机电连接；所述单片机与所述陀螺仪电连接；所述单片机与所述储存器电连接。通过本发明即使在没有设置靶标的情况下也可以测量到铁路轨道的数据；无需将仪器调整水平也可以保障测量的准确性；在本发明中陀螺仪还有感应水平加速度功能，从而保障本发明的仪器可以长距离连续测量，通过本发明使得铁路测量工作从以前的复杂繁琐、费时费力、精度低作业转变为简单、省力、高精度作业的铁路测量仪器。

Description

一种多功能激光铁路轨道检测仪及其检测的方法

技术领域

本发明属于铁路轨道测量仪器的技术领域，具体涉及利用激光探测对铁路轨道各部静态几何尺寸测量、监控的一种仪器及其检测的方法。

背景技术

铁路轨道几何尺寸测量是保证铁路行车安全的首要条件之一，目前，对铁路轨道几何尺寸测量主要使用机械式、功能单一的测量工具，测量时往往需要使用几套工具，操作繁琐、速度慢、结果误差大，并且需多人协同作业。现有技术中，也有光电测量仪器出现，但都需要附加靶标的配合，而且设备复杂、造价昂贵，给测量作业带来极大的不便；为此，每个工务车间都单独成立了铁路轨道检测小组，专门进行轨道检测作业，这样不仅浪费人力、物力，而且在急需维修的处所也不一定能够得到及时的检测。

发明内容

本发明提供了一种多功能激光铁路轨道检测仪及其检测的方法，解决现有技术存在的上述问题。

本发明所采用的技术方案为：

一种多功能激光铁路轨道检测仪，包括激光扫描仪、光电传感器、信号处理单元、单片机、储存器和用于测量倾角、测量距离的陀螺仪；所述激光扫描仪与所述单片机电连接；所述光电位置传感器与所述信号处理单元电连接；所述信号处理单元与所述单片机电连接；所述单片机与所述陀螺仪电连接；所述单片机与所述储存器电连接。

优选的，还包括陀螺仪；所述陀螺仪与所述单片机电连接。

优选的，所述光电传感器为PSD光电位置传感器。

优选的，所述PSD光电位置传感器的数量为4个；4个所述PSD光电位置传感器按照预设的角度交叉分布在所述激光扫描仪周围。

优选的，还包括透镜；所述透镜设置在所述PSD光电位置传感器的感光面前端。

优选的，所述PSD光电位置传感器为一维PSD光电位置传感器。

优选的，还包括显示装置；所述显示装置与所述单片机电连接。

优选的，还包括控制按钮；所述控制按钮与所述单片机电连接。

一种通过所述的多功能激光铁路轨道检测仪进行检测的方法，包括如下步骤：

S1，通过激光扫描仪发射激光束对轨道进行扫描；

S2，通过按照预设角度进行分布的光电传感器接收光点信号；所述光点信号是通过4个汇聚的透镜将激光扫描漫反射光斑汇聚至光电位置传感器感光面上的成像；

S3，将所述激光扫描漫反射光斑经透镜汇聚于PSD光电位置传感器表面，将PSD光电位置传感器感应出的电信号发送到信号处理单元，所述信号处理单元将所述电信号进行A/D转换，得到数字信号；

S4，将所述数字信号发送到所述单片机进行轨道检测。

优选的，S4，将所述数字信号发送到所述单片机进行轨道检测时，所述单片机还获取陀螺仪传输的倾斜数据；所述单片机根据所述倾斜数据对仪器的倾斜进行补偿校正。

优选的，预设PSD光电位置传感器的数量为4个，4个PSD光电位置传感器按照角度α交叉分布；激光扫描仪的激光斑通过透镜汇聚轨迹并和4个PSD光电位置传感器的感光面进行重合，4个PSD光电位置传感器感应出每一点的信息，将感应出每一点的信息计算并获得两个方向的轨距值，分别为L₁(ab值)、L₂(cd值)；那么两个铁路轨道间的垂直轨距L(ef值)的计算方法为：L＝L₁×L₂×sin(α)/(L₁ ²+L₂ ²-2×L₁×L₂×cos(α))^1/2。

本发明的有益效果为：

通过本发明中的激光扫描仪与光电传感器的配合，即使在没有设置靶标的情况下也可以测量到铁路轨道的数据；在本发明中设置陀螺仪，可以在测量过程中，无需将仪器调整水平也可以保障测量的准确性；在本发明中陀螺仪还有感应水平加速度功能，从而可以保障本发明的仪器可以长距离连续测量，通过本发明使得铁路测量工作从以前的复杂繁琐、费时费力、精度低作业转变为简单、省力、高精度作业的铁路测量仪器。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的部件工作原理示意图；

图3为本发明的激光扫描仪与PSD光电位置传感器的分布结构示意图；

图4为本发明的轨距测量的流程示意图；

图5为本发明检测铁路轨道的方法流程示意图。

图中：1-多功能激光铁路轨道检测仪，2-PSD光电位置传感器，3-激光扫描仪，4-单片机，5-控制按钮，6-显示装置，7-扫描光束，8-光斑线路，9-透镜的光轴，10-透镜，11-信号处理单元，12-陀螺仪，13-储存器，14-轨道，15-扫描光束，16-实像轨迹。

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，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明所描述的一种多功能激光铁路轨道检测仪，包括激光扫描仪、光电传感器、信号处理单元、单片机、储存器和用于测量倾角、测量距离的陀螺仪；激光扫描仪与单片机电连接；光电位置传感器与信号处理单元电连接；信号处理单元与单片机电连接；单片机与陀螺仪电连接；单片机与储存器电连接。

在本实施例中，所描述的一种多功能激光铁路轨道检测仪还包括透镜、显示装置和控制按钮；陀螺仪与单片机电连接。光电传感器为PSD光电位置传感器。PSD光电位置传感器的数量为4个；4个PSD光电位置传感器按照预设的角度交叉分布在激光扫描仪周围。透镜设置在PSD光电位置传感器的感光面前端。PSD光电位置传感器为一维PSD光电位置传感器。显示装置与单片机电连接。控制按钮与单片机电连接。

如图2所示，激光扫描仪按照一定夹角对轨道进行扫描，再通过4个汇聚的透镜将激光扫描漫反射光斑汇聚成像至PSD光电位置传感器的感光面上，由PSD光电位置传感器将光斑位置信号转换为电信号送至信号处理单元，进行放大、滤波处理后再送至中央处理单元的单片机中。

如图3-图4所示，为最小轨距测量的说明示意，图中根据激光交叉扫描光斑经过透镜汇聚于PSD光电位置传感器的感光面上，得到实像轨迹，从而利用实像轨迹进行测量铁路的左右股钢轨。

如图5所示，一种通过的多功能激光铁路轨道检测仪进行检测的方法，包括如下步骤：

S1，通过激光扫描仪发射激光束对轨道进行扫描；

S2，通过按照预设角度进行分布的光电传感器接收光点信号；光点信号是通过4个汇聚的透镜将激光扫描漫反射光斑汇聚至光电位置传感器感光面上的成像；

S3，将激光扫描漫反射光斑经透镜汇聚于PSD光电位置传感器表面，将PSD光电位置传感器感应出的电信号发送到信号处理单元，信号处理单元将电信号进行A/D转换，得到数字信号；

S4，将数字信号发送到单片机进行轨道检测。

S4，将数字信号发送到单片机进行轨道检测时，单片机还获取陀螺仪传输的倾斜数据；单片机根据倾斜数据对仪器的倾斜进行补偿校正。

预设PSD光电位置传感器的数量为4个，4个PSD光电位置传感器按照角度α交叉分布；激光扫描仪的激光斑通过透镜汇聚轨迹并和4个PSD光电位置传感器的感光面进行重合，4个PSD光电位置传感器感应出每一点的信息，将感应出每一点的信息计算并获得两个方向的轨距值，分别为L₁(ab值)、L₂(cd值)；那么两个铁路轨道间的轨距L(ef值)的计算方法为：L＝L₁×L₂×sin(α)/(L₁ ²+L₂ ²-2×L₁×L₂×cos(α))^1/2。

在本方法中，用激光束对轨道进行连续扫描，用4片一维PSD光电位置感应器接受每点信息转为电信号，经滤波、放大后，进行A/D转换，由模拟信号转换为数字信号，送至单片机，利用激光三角测距原理，计算每一点的三维坐标值，根据钢轨形状特征，分拣出钢轨轨头两侧面、轨顶的特征点位置信息，同时，利用陀螺传感器将因仪器倾斜造成的误差进行修正，使得仪器在倾斜小于正负20⁰范围内(达到人力可控)不用整平即可随意测量，另外，4片一维PSD光电位置感应器按一定角度α交叉布置，激光扫描光斑经透镜会聚轨迹和4片PSD一维光电位置传感器有效感光面重合，使得每处测得两个方向的轨距值L₁(ab值)、L₂(cd值)，垂直轨距值L(ef值)＝L₁×L₂×sin(α)/(L₁ ²+L₂ ²-2×L₁×L₂×cos(α))^1/2，使得仪器和轨道的垂直偏差在α/2范围内(人力可为)不用反复调整即可一次测得垂直轨距值，水平及磨耗均取平均值，然后用液晶屏显示出几何尺寸数值。

在本实施例中，控制按钮也可以设置为4个，分别是：简单测量模式、作业测量模式、连续测量模式和监控模式。其功能分别为：

①简单测量模式是：一人手持仪器立于两股钢轨间，按下简单测量模式按钮，显示屏上即可显示此处静态几何尺寸值。

②作业测量模式是：起、拨道作业时，一人手持仪器立于两股钢轨间，按下作业测量模式按钮，显示屏上可实时显示轨道尺寸变化值。

③连续测量模式是：一人手持仪器，按下连续测量模式按钮，沿轨道中心行走，也可以安装在机车前方，仪器即可每间隔一定距离(可设定)测量一次，数据实时显示并记录在U盘上带回拷至计算机上，利用配套数据分析软件进行分析，计算出轨道尺寸偏差值及作业调整值。

④监控模式是将仪器固定在轨道旁边高于轨道3米处，按下监控模式按钮，仪器可将此处前后20米范围轨道状态实时监控，数据通过无线模块传至下方接收器上显示或通过无线网络将数据传至总部进行实时监控。

在本实施例中，单人手持操作，液晶显示屏显示，每处测量时间快，而且不需要任何靶标等附加器件配合即可进行实时测量，测量的数据利用可储存器进行储存。在本实施例中，用激光束对轨道进行连续扫描，用4片一维PSD光电位置感应器接受每点信息转为电信号；信号处理单元进行滤波、放大后，再进行A/D转换，由模拟信号转换为数字信号，送至单片机；单片机可利用该硬件支撑获取的数据进行轨道检测。通过本发明中的激光扫描仪与光电传感器的配合，即使在没有设置靶标的情况下也可以测量到铁路轨道的数据；在本发明中设置陀螺仪，可以在测量过程中，无需将仪器调整水平也可以保障测量的准确性；在本发明中还设置有倾角传感器、距离传感器可以保障本发明的仪器可以从多角度，多方位进行测量，通过本发明使得铁路测量工作从以前的复杂繁琐、费时费力、精度低作业转变为简单、省力、高精度作业的铁路测量仪器。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多功能激光铁路轨道检测仪，其特征在于：包括激光扫描仪、光电传感器、信号处理单元、单片机、储存器和用于测量倾角、测量距离的陀螺仪；所述激光扫描仪与所述单片机电连接；所述光电位置传感器与所述信号处理单元电连接；所述信号处理单元与所述单片机电连接；所述单片机与所述陀螺仪电连接；所述单片机与所述储存器电连接。

2.根据权利要求1所述的多功能激光铁路轨道检测仪，其特征在于：还包括陀螺仪；所述陀螺仪与所述单片机电连接。

3.根据权利要求1所述的多功能激光铁路轨道检测仪，其特征在于：所述光电传感器为PSD光电位置传感器。

4.根据权利要求3所述的多功能激光铁路轨道检测仪，其特征在于：所述PSD光电位置传感器的数量为4个；4个所述PSD光电位置传感器按照预设的角度交叉分布在所述激光扫描仪周围。

5.根据权利要求4所述的多功能激光铁路轨道检测仪，其特征在于：还包括透镜；所述透镜设置在所述PSD光电位置传感器的感光面前端；所述PSD光电位置传感器为一维PSD光电位置传感器。

6.根据权利要求1所述的多功能激光铁路轨道检测仪，其特征在于：还包括显示装置；所述显示装置与所述单片机电连接。

7.根据权利要求1所述的多功能激光铁路轨道检测仪，其特征在于：还包括控制按钮；所述控制按钮与所述单片机电连接。

8.一种通过权利要求1-7任意一项所述的多功能激光铁路轨道检测仪进行检测的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，通过激光扫描仪发射激光束对轨道进行扫描；

S2，通过按照预设角度进行分布的光电传感器接收光点信号；所述光点信号是通过4个汇聚的透镜将激光扫描漫反射光斑汇聚至光电位置传感器感光面上的成像；

S3，将所述激光扫描漫反射光斑经透镜汇聚于PSD光电位置传感器表面，将PSD光电位置传感器感应出的电信号发送到信号处理单元，所述信号处理单元将所述电信号进行A/D转换，得到数字信号；

S4，将所述数字信号发送到所述单片机进行轨道检测。

9.根据权利要求8所述的通过多功能激光铁路轨道检测仪进行检测的方法，其特征在于：S4，将所述数字信号发送到所述单片机进行轨道检测时，所述单片机还获取陀螺仪传输的倾斜数据；所述单片机根据所述倾斜数据对仪器的倾斜进行补偿校正。

10.根据权利要求9所述的通过多功能激光铁路轨道检测仪进行检测的方法，其特征在于：预设PSD光电位置传感器的数量为4个，4个PSD光电位置传感器按照角度α交叉分布；激光扫描仪的激光斑通过透镜汇聚轨迹并和4个PSD光电位置传感器的感光面进行重合，4个PSD光电位置传感器感应出每一点的信息，将感应出每一点的信息计算并获得两个方向的轨距值，分别为L₁、L₂；那么两个铁路轨道间的垂直轨距L的计算方法为：L＝L₁×L₂× sin(α)/(L₁ ²+L₂ ²-2×L₁×L₂×cos(α))^1/2。