CN106828534B - 列车行驶时检测钢轨上轮轨接触点的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种列车行驶时检测钢轨上轮轨接触点的装置。该装置包括控制中心，所述控制中心的输出端连接有可拍摄待检测点的热成像照片的红外拍照探头、检测是否有车轮经过的第一检测装置、检测列车行驶速度的测速装置；所述控制中心包括图像处理模块；所述红外拍照探头位于两根钢轨之间；当第一检测装置检测到车轮时将检测信息反馈给控制中心，控制中心控制红外拍照探头按照预设频率拍摄车轮和待检测点接触后的热成像照片并将照片传输给图像处理模块。该装置可现场安装，受环境条件的影响很小，不影响列车在线路上运行。图像处理模块对图像中的颜色变化点进行提取即可得出钢轨上轮轨接触点的分布范围和密度。

Description

列车行驶时检测钢轨上轮轨接触点的装置和方法

技术领域

本发明涉及钢轨技术领域，具体而言，涉及列车行驶时检测钢轨上轮轨接触点的装置和方法。

背景技术

目前，钢轨常见的破坏形式有两种，分别是滚动接触疲劳和磨耗。滚动接触疲劳的类型主要有疲劳裂纹、点蚀、剥离掉块等。磨耗的主要类型有曲线外股侧磨、钢轨波浪形磨耗、小半径曲线异常磨耗等。疲劳和磨耗是钢轨更换的主要原因，不仅增加线路维护成本，同时在更换钢轨时线路停用将造成更大的经济损失。这些病害影响了铁路运输能力和经济效益，要延长钢轨的使用寿命，就必须定期对钢轨进行维护，防止损伤的产生以及进一步恶化，从而保证行车的安全性和舒适性。

国内外的铁路运营实践发现，轮轨(钢轨与车轮)匹配关系决定车辆运行的安全性，对轮轨的磨耗和疲劳伤损等也有较大的影响，因此如何通过优化轮轨几何接触关系，降低轮轨作用力和减轻钢轨伤损具有十分重要的意义。

要想优化轮轨几何接触关系，首先就必须要知道车轮在钢轨上的接触点位置，目前对于接触点方面的研究主要是从车轮入手，检测车轮上的接触点位置，如应变片组桥法，即在车轮上贴应变片通过车轮受力引起应变片的变化来计算出车轮上的接触点位置，并不能计算出在钢轨上的接触点位置，目的是研究列车是否脱轨，对列车运行安全性的影响，并没有从接触点对钢轨的破坏方面着手进行研究。目前实现在钢轨上轮轨接触点位置检测的装置有“轮轨接触状态可视化检测装置”，该装置主要利用两部CCD高速相机固定在一根钢轨两侧对轮轨接触部位在可见光照射条件下进行拍照，然后再对两部相机拍得的照片通过软件进行拼接及进一步的处理，从而获得钢轨上轮轨接触点位，操作过程复杂，且受光照等条件的影响误差较大。

发明内容

本发明的主要目的在于提供列车行驶时检测钢轨上轮轨接触点的装置和方法，以解决现有技术中存在的操作复杂、误差较大的问题。

为了实现上述目的，根据本发明具体实施方式的一个方面，提供了一种列车行驶时检测钢轨上轮轨接触点的装置。该装置包括控制中心，所述控制中心的输出端连接有可拍摄待检测点的热成像照片的红外拍照探头、检测是否有车轮经过的第一检测装置、检测列车行驶速度的测速装置；所述控制中心包括图像处理模块；所述红外拍照探头位于两根钢轨之间；当第一检测装置检测到车轮时将检测信息反馈给控制中心，控制中心控制红外拍照探头按照预设频率拍摄车轮和待检测点接触后的热成像照片并将照片传输给图像处理模块。

作为上述列车行驶时检测钢轨上轮轨接触点的装置的进一步改进，所述预设频率＝nv/d，其中，(m₁+m₂+x)≤d≤L；n为拍摄的待检测点的热成像照片的张数；v为测速装置所检测的列车行驶速度；m₁为当第一检测装置检测到车轮时车轮滚动圆底部与第一检测装置之间的纵向距离，m₁＝[B²-(A-D₁)²]^0.5，D₁为第一检测装置与轨顶的之间的距离且D₁＞0，A为滚动圆半径，B为轮缘半径；m₂为车轮滚动圆底部、车轮轮缘与轨顶所在水平面的交点之间的纵向距离，m₂＝(B²-A²)^0.5；x为拍摄最后一张照片时，待检测点、车轮轮缘与轨顶所在水平面的交点之间的纵向距离，x＞0；L为前后相邻车轮的纵向距离，L＝m₁+m₂+x+m₃，m₃为第一检测装置与待检测点之间的纵向距离。

作为上述列车行驶时检测钢轨上轮轨接触点的装置的进一步改进，所述第一检测装置为对射式光电开关；2cm≤D₁≤10cm；0.01m≤x≤0.1m。

作为上述列车行驶时检测钢轨上轮轨接触点的装置的进一步改进，还包括检测是否有车轮经过的第二检测装置，所述第二检测装置位于待检测点的前方，当第二检测装置检测到车轮时，控制中心控制红外拍照探头关闭；所述第二检测装置与待检测点之间的纵向距离＝x+m₂+m₄，其中，m₄为当第二检测装置检测到车轮时车轮滚动圆底部与第二检测装置之间的纵向距离，m₄＝[B²-(A-D₂)²]^0.5，D₂为第二检测装置与轨顶的之间的距离且D₂＞0。

作为上述列车行驶时检测钢轨上轮轨接触点的装置的进一步改进，所述第二检测装置为对射式光电开关；2cm≤D₂≤10cm。

为了实现上述目的，根据本发明具体实施方式的另一个方面，提供了一种列车行驶时检测钢轨上轮轨接触点的方法，该方法包括以下步骤：

1)测速装置测试列车的行驶速度并将测试结果发送给控制中心；

2)控制中心计算预设频率并将计算结果传输给红外拍照探头；

3)当第一检测装置检测到车轮时将检测信息发送给控制中心；

4)控制中心控制红外拍照探头开启，然后，红外拍照探头按照预设频率拍摄车轮和待检测点接触后的热成像照片；

5)红外拍照探头将拍摄的热成像照片传输给图像处理模块。

作为上述列车行驶时检测钢轨上轮轨接触点的方法的进一步改进，所述预设频率＝nv/d，其中，(m₁+m₂+x)≤d≤L；n为拍摄的待检测点的热成像照片的张数；v为测速装置所检测的列车行驶速度；m₁为当第一检测装置检测到车轮时车轮滚动圆底部与第一检测装置之间的纵向距离，m₁＝[B²-(A-D₁)²]^0.5，D₁为第一检测装置与轨顶的之间的距离且D₁＞0，A为滚动圆半径，B为轮缘半径；m₂为车轮滚动圆底部、车轮轮缘与轨顶所在水平面的交点之间的纵向距离，m₂＝(B²-A²)^0.5；x为拍摄最后一张照片时，待检测点、车轮轮缘与轨顶所在水平面的交点之间的纵向距离，x＞0；L为前后相邻车轮的纵向距离，L＝m₁+m₂+x+m₃，m₃为第一检测装置与待检测点之间的纵向距离。

作为上述列车行驶时检测钢轨上轮轨接触点的方法的进一步改进，所述第一检测装置为对射式光电开关；2cm≤D₁≤10cm；0.01m≤x≤0.1m。

作为上述列车行驶时检测钢轨上轮轨接触点的方法的进一步改进，还包括检测是否有车轮经过的第二检测装置，所述第二检测装置位于待检测点的前方；当第一检测装置检测到第N个车轮时，控制中心控制红外拍照探头开启，红外拍照探头按照预设频率拍摄第N个车轮和待检测点接触后的热成像照片，当第二检测装置检测到第N个车轮时，控制中心控制红外拍照探头关闭；当第一检测装置检测到第N+1个车轮时，控制中心控制红外拍照探头开启并按照预设频率拍摄第N+1个车轮和待检测点接触后的热成像照片，当第二检测装置检测到第N+1个车轮，控制中心控制红外拍照探头关闭；以此反复进行；所述第二检测装置与待检测点之间的纵向距离＝x+m₂+m₄，其中，m₄为当第二检测装置检测到车轮时车轮滚动圆底部与第二检测装置之间的纵向距离，m₄＝[B²-(A-D₂)²]^0.5，D₂为第二检测装置与轨顶的之间的距离且D₂＞0。

作为上述列车行驶时检测钢轨上轮轨接触点的方法的进一步改进，所述第二检测装置为对射式光电开关；2cm≤D₂≤10cm。

由于列车在运行时，车轮与钢轨发生接触并相互摩擦，产生的摩擦热会引起钢轨表面接触点温度升高，而不接触部位则温度几乎不变，因此，本发明的方法利用红外热成像技术，拍摄形成于钢轨表面的温度分布图，便可快捷地从钢轨表面的温度分布图中快速找出接触点位置。本发明的装置可以现场安装，受环境条件的影响很小，不影响列车在线路上运行。通过图像处理模块对图像中的颜色变化点进行提取，可以得出钢轨上轮轨接触点的分布范围和密度，以便进一步的对钢轨进行维护。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的具体实施方式、示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为实施例1-2的列车行驶时检测钢轨上轮轨接触点的装置的结构示意图。

图2为对射式光电开关的结构示意图。

图3为车轮与钢轨接触面的剖视图。

图4为实施例3的列车行驶时检测钢轨上轮轨接触点的装置的结构示意图。

图5为车轮与待检测点的位置关系图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的具体实施方式、实施例以及其中的特征可以相互组合。现将参考附图并结合以下内容详细说明本发明。

为了使本领域技术人员更好的理解本发明方案，下面将结合本发明具体实施方式、实施例中的附图，对本发明具体实施方式、实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的具体实施方式、实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式、实施例，都应当属于本发明保护的范围。

在本发明的列车行驶时检测钢轨上轮轨接触点的装置的一种典型的实施方式中，该装置包括控制中心10，所述控制中心10的输出端连接有可拍摄待检测点100的热成像照片的红外拍照探头101、检测是否有车轮122经过的第一检测装置111、检测列车行驶速度的测速装置102；所述控制中心10包括图像处理模块103；所述红外拍照探头101位于两根钢轨120之间；当第一检测装置111检测到车轮122时将检测信息反馈给控制中心10，控制中心10控制红外拍照探头101按照预设频率拍摄车轮122和待检测点100接触后的热成像照片并将照片传输给图像处理模块103。

上述装置可现场安装，安装过程简单，通过设置预设频率数值，即可对待检测点100拍摄一定数量的热成像照片，检测速度快，不影响列车的正常行驶，操作方便且安全。

优选地，所述第一检测装置111为对射式光电开关；所述对射式光电开关包括发射部111a、接收部111b、连接发射部111a和接收部111b的连接部111c，所述连接部111c从钢轨120下方的枕木121间隙中穿过使所述发射部111a和接收部111b分别位于钢轨120的两侧。当接收部111b与发射部111a之间的光信号被切断时，说明发射部111a和接收部111b之间出现车轮122，这样的第一检测装置111的检测灵敏度高，反馈速度快。

在本发明的列车行驶时检测钢轨上轮轨接触点的装置的一种优选的实施方式中，所述预设频率＝nv/d，其中，(m₁+m₂+x)≤d≤L；n为拍摄的待检测点100的热成像照片的张数；v为测速装置102所检测的列车行驶速度；m₁为当第一检测装置111检测到车轮122时车轮122滚动圆122b底部与第一检测装置111之间的纵向距离，m₁＝[B²-(A-D₁)²]^0.5，D₁为第一检测装置111与轨顶120a的之间的距离且D₁＞0，A为滚动圆122b半径，B为轮缘122a半径；m₂为车轮122滚动圆122b底部、车轮122轮缘122a与轨顶120a所在水平面的交点之间的纵向距离，m₂＝(B²-A²)^0.5；x为拍摄最后一张照片时，待检测点100、车轮122轮缘122a与轨顶120a所在水平面的交点之间的纵向距离，x＞0；L为前后相邻车轮122的纵向距离，L＝m₁+m₂+x+m₃，m₃为第一检测装置111与待检测点100之间的纵向距离。

当d＝L时，红外拍照探头101拍第N个车轮122与待检测点100接触后的第n张热成像图片时，第一检测装置111刚好检测到第N+1个车轮122；当(m₁+m₂+x)＜d＜L时，红外拍照探头101拍第N个车轮122与待检测点100接触后的第n张热成像图片时，第一检测装置111还未检测到第N+1个车轮122，这样可以确保对每一个车轮122与待检测点100接触后的热成像照片都被拍摄到；当d＝m₁+m₂+x时，说明第一检测装置111与待检测点100的纵向距离为0。

优选地，2≤D₁≤10cm；理论上D₁的数值越大，可越快检测到车轮122，但是由于某些车轮122具有中空的结构，且需要考虑列车底部其他部件的限制，因此为了确保检测及时以及安全使用，优选使2≤D₁≤10cm。

优选地，0.01≤x≤0.1m；理论上只要x＞0就可以拍摄到车轮122与待检测点100接触后的热成像图片，但是若x的数值过大，可能会导致摩擦热的散失，使热成像照片中的温度分布差异减小，不利于分析，若x的数值过小，则拍摄的区域过小，同样不利于分析，因此，为了便于分析和拍摄，优选使0.01≤x≤0.1m。

在本发明的列车行驶时检测钢轨上轮轨接触点的装置的一种优选的实施方式中，还包括检测是否有车轮122经过的第二检测装置112，所述第二检测装置112位于待检测点100的前方，当第二检测装置112检测到车轮122时，控制中心10控制红外拍照探头101关闭；即从第一检测装置111检测到第一个车轮122到第二检测装置112检测到最后一个车轮122的时间范围内，红外拍照探头101处于开启、拍照、关闭的循环运行状态；所述第二检测装置112与待检测点100之间的纵向距离＝x+m₂+m₄，其中，m₄为当第二检测装置112检测到车轮122时车轮122滚动圆122b底部与第二检测装置112之间的纵向距离，m₄＝[B²-(A-D₂)²]^0.5，D₂为第二检测装置112与轨顶120a的之间的距离且D₂＞0。这样除了可以进一步确保每一个车轮122与待检测点100接触后的热成像照片都被拍摄到之外，并且当拍摄完第n张照片后第二检测装置112刚好检测到车轮122，有效减少红外拍照探头101的拍照次数，避免重复拍摄，缩短后续热成像图片处理的时间。

优选地，所述第二检测装置112为对射式光电开关，即第一检测装置111和第二检测装置112均可采用对射式光电开关。理论上D₂的数值越大，可越快检测到车轮122，但是由于某些车轮122具有中空的结构，且需要考虑列车底部其他部件的限制，因此为了确保检测及时以及安全使用，优选使2≤D₂≤10cm。

在本发明的列车行驶时检测钢轨上轮轨接触点的方法的一种典型的实施方式中，该方法包括步骤：

1)测速装置102测试列车的行驶速度并将测试结果发送给控制中心10；

2)控制中心10计算预设频率并将计算结果传输给红外拍照探头101；

3)当第一检测装置111检测到车轮122时将检测信息发送给控制中心10；

4)控制中心10控制红外拍照探头101开启，然后，红外拍照探头101按照预设频率拍摄车轮122和待检测点100接触后的热成像照片；

5)红外拍照探头101将拍摄的热成像照片传输给图像处理模块103。

该检测方法简单，装置安装完成后启动控制中心10即可自动进行检测，无需人力操作且不影响列车的行驶。

优选地，所述第一检测装置111为对射式光电开关；所述对射式光电开关包括发射部111a、接收部111b和连接发射部111a和接收部111b的连接部111c，所述连接部111c从钢轨120下方的枕木121间隙中穿过使所述发射部111a和接收部111b分别位于钢轨120的两侧。当接收部111b与发射部111a之间的光信号被切断时，说明发射部111a和接收部111b之间出现车轮122，这样的第一检测装置111的检测灵敏度高，反馈速度快。

在本发明的列车行驶时检测钢轨上轮轨接触点的方法的一种优选的实施方式中，所述预设频率＝nv/d，其中，(m₁+m₂+x)≤d≤L；n为拍摄的待检测点100的热成像照片的张数；v为测速装置102所检测的列车行驶速度；m₁为当第一检测装置111检测到车轮122时车轮122滚动圆122b底部与第一检测装置111之间的纵向距离，m₁＝[B²-(A-D₁)²]^0.5，D₁为第一检测装置111与轨顶120a的之间的距离且D₁＞0，A为滚动圆122b半径，B为轮缘122a半径；m₂为车轮122滚动圆122b底部、车轮122轮缘122a与轨顶120a所在水平面的交点之间的纵向距离，m₂＝(B²-A²)^0.5；x为拍摄最后一张照片时，待检测点100、车轮122轮缘122a与轨顶120a所在水平面的交点之间的纵向距离，x＞0；L为前后相邻车轮122的纵向距离，L＝m₁+m₂+x+m₃，m₃为第一检测装置111与待检测点100之间的纵向距离。

当d＝L时，红外拍照探头101拍第N个车轮122与待检测点100接触后的第n张热成像图片时，第一检测装置111刚好检测到第N+1个车轮122；当(m₁+m₂+x)＜d＜L时，红外拍照探头101拍第N个车轮122与待检测点100接触后的第n张热成像图片时，第一检测装置111还未检测到第N+1个车轮122，这样可以确保对每一个车轮122与待检测点100接触后的热成像照片都被拍摄到；当d＝m₁+m₂+x时，说明第一检测装置111与待检测点100的纵向距离为0。

优选地，2≤D₁≤10cm；理论上D₁的数值越大，可越快检测到车轮122，但是由于某些车轮122具有中空的结构，且需要考虑列车底部其他部件的限制，因此为了确保检测及时以及安全使用，优选使2≤D₁≤10cm。

优选地，0.01≤x≤0.1m；理论上只要x＞0就可以拍摄到车轮122与待检测点100接触后的热成像图片，但是若x的数值过大，可能会导致摩擦热的散失，使热成像照片中的温度分布差异减小，不利于分析，若x的数值过小，则拍摄的区域过小，同样不利于分析，因此，为了便于分析和拍摄，优选使0.01≤x≤0.1m。

在本发明的列车行驶时检测钢轨120上轮轨接触点的方法的一种优选的实施方式中，还包括检测是否有车轮122经过的第二检测装置112，所述第二检测装置112位于待检测点100的前方；当第一检测装置111检测到第N个车轮122时，控制中心10控制红外拍照探头101开启，红外拍照探头101按照预设频率拍摄第N个车轮122和待检测点100接触后的热成像照片，当第二检测装置112检测到第N个车轮122时，控制中心10控制红外拍照探头101关闭；当第一检测装置111检测到第N+1个车轮122时，控制中心10控制红外拍照探头101开启并按照预设频率拍摄第N+1个车轮122和待检测点100接触后的热成像照片，当第二检测装置112检测到第N+1个车轮122，控制中心10控制红外拍照探头101关闭；以此反复进行；即从第一检测装置111检测到第一个车轮122到第二检测装置112检测到最后一个车轮122的时间范围内，红外拍照探头101处于开启、拍照、关闭的循环运行状态；所述第二检测装置112与待检测点100之间的纵向距离＝x+m₂+m₄，其中，m₄为当第二检测装置112检测到车轮122时车轮122滚动圆122b底部与第二检测装置112之间的纵向距离，m₄＝[B²-(A-D₂)²]^0.5，D₂为第二检测装置112与轨顶120a的之间的距离且D₂＞0。这样除了可以进一步确保每一个车轮122与待检测点100接触后的热成像照片都被拍摄到之外，并且当拍摄完第n张照片后第二检测装置112刚好检测到车轮122，有效减少红外拍照探头101的拍照次数，避免重复拍摄，缩短后续热成像图片处理的时间。

优选地，所述第二检测装置112为对射式光电开关，即第一检测装置111和第二检测装置112均可采用对射式光电开关。理论上D₂的数值越大，可越快检测到车轮122，但是由于某些车轮122具有中空的结构，且需要考虑列车底部其他部件的限制，因此为了确保检测及时以及安全使用，优选使2≤D₂≤10cm。

以下通过实施例来进一步说明本发明的有益效果。

实施例1

如图1所示的列车行驶时检测钢轨上轮轨接触点的装置，包括控制中心10，所述控制中心10的输出端连接有可拍摄待检测点100的热成像照片的红外拍照探头101、检测是否有车轮122经过的第一检测装置111、检测列车行驶速度的测速装置102；所述控制中心10包括图像处理模块103；所述红外拍照探头101位于两根钢轨120之间。

如图2所示，所述第一检测装置111为对射式光电开关；所述对射式光电开关包括发射部111a、接收部111b和连接发射部111a和接收部111b的连接部111c，所述连接部111c从钢轨120下方的枕木121间隙中穿过使所述发射部111a和接收部111b分别位于钢轨120的两侧。

列车行驶时检测钢轨上轮轨接触点的方法，包括以下步骤：

1)测速装置102测试列车的行驶速度并将测试结果发送给控制中心10；

2)控制中心10计算预设频率并将计算结果传输给红外拍照探头101；

3)当第一检测装置111检测到车轮122时将检测信息发送给控制中心10；

4)控制中心10控制红外拍照探头101开启，然后，红外拍照探头101按照预设频率拍摄车轮122和待检测点100接触后的热成像照片；

5)红外拍照探头101将拍摄的热成像照片传输给图像处理模块103。

实施例2

如图1所示的列车行驶时检测钢轨上轮轨接触点的装置，包括控制中心10，所述控制中心10的输出端连接有可拍摄待检测点100的热成像照片的红外拍照探头101、检测是否有车轮122经过的第一检测装置111、检测列车行驶速度的测速装置102；所述控制中心10包括图像处理模块103；所述红外拍照探头101位于两根钢轨120之间。

如图2所示，所述第一检测装置111为对射式光电开关；所述对射式光电开关包括发射部111a、接收部111b和连接发射部111a和接收部111b的连接部111c，所述连接部111c从钢轨120下方的枕木121间隙中穿过使所述发射部111a和接收部111b分别位于钢轨120的两侧。

列车行驶时检测钢轨上轮轨接触点的方法，包括以下步骤：

1)测速装置102测试列车的行驶速度并将测试结果发送给控制中心10；

2)控制中心10计算预设频率并将计算结果传输给红外拍照探头101；

3)当第一检测装置111检测到车轮122时将检测信息发送给控制中心10；

4)控制中心10控制红外拍照探头101开启，然后，红外拍照探头101按照预设频率拍摄车轮122和待检测点100接触后的热成像照片；

5)红外拍照探头101将拍摄的热成像照片传输给图像处理模块103。

所述预设频率＝nv/d，其中，(m₁+m₂+x)≤d≤L；n为拍摄的待检测点100的热成像照片的张数；v为测速装置102所检测的列车行驶速度；m₁为当第一检测装置111检测到车轮122时车轮122滚动圆122b底部与第一检测装置111之间的纵向距离，m₁＝[B²-(A-D₁)²]^0.5，D₁为第一检测装置111与轨顶120a的之间的距离，A为滚动圆122b半径，B为轮缘122a半径；m₂为车轮122滚动圆122b底部、车轮122轮缘122a与轨顶120a所在水平面的交点之间的纵向距离，m₂＝(B²-A²)^0.5；x为拍摄最后一张照片时，待检测点100、车轮122轮缘122a与轨顶120a所在水平面的交点之间的纵向距离；L为前后相邻车轮122的纵向距离，L＝m₁+m₂+x+m₃，m₃为第一检测装置111与待检测点100之间的纵向距离。

对于常规的货车，A＝0.42m、B＝0.455m，L＝1.75m。n根据需要进行设置即可。

当D₁＝2cm、x＝0.05m时，m₁＝0.2169m，m₂＝0.175m。

若d＝m₁+m₂+x，即m₃＝0时，则预设频率＝nv/d＝nv/0.4418。

若d＝L时，预设频率＝nv/d＝nv/1.75，此时，m₃＝L-m₁-m₂-x＝1.3081。

因此，nv/1.75≤预设频率≤nv/0.4418；0≤m₃≤1.3081。

实施例3

如图3所示的列车行驶时检测钢轨上轮轨接触点的装置，包括控制中心10，所述控制中心10的输出端连接有可拍摄待检测点100的热成像照片的红外拍照探头101、检测是否有车轮122经过的第一检测装置111、检测列车行驶速度的测速装置102；所述控制中心10包括图像处理模块103；所述红外拍照探头101位于两根钢轨120之间；还包括检测是否有车轮122经过的第二检测装置112，所述第二检测装置112位于待检测点100的前方。

如图2所示，所述第一检测装置111和第二检测装置112为对射式光电开关；所述对射式光电开关包括发射部111a、接收部111b和连接发射部111a和接收部111b的连接部111c，所述连接部111c从钢轨120下方的枕木121间隙中穿过使所述发射部111a和接收部111b分别位于钢轨120的两侧。

列车行驶时检测钢轨上轮轨接触点的方法，包括以下步骤：

1)测速装置102测试列车的行驶速度并将测试结果发送给控制中心10；

2)控制中心10计算预设频率并将计算结果传输给红外拍照探头101；

3)当第一检测装置111检测到第N个车轮122时将检测信息发送给控制中心10；控制中心10控制红外拍照探头101开启，然后，红外拍照探头101按照预设频率拍摄第N个车轮122和待检测点100接触后的热成像照片并将照片发送给图像处理模块103；

4)当第二检测装置112检测到第N个车轮122时将检测信息发送给控制中心10；控制中心10控制红外拍照探头101关闭；

5)当第一检测装置111检测到第N+1个车轮122时将检测信息发送给控制中心10；控制中心10控制红外拍照探头101再次开启，然后，红外拍照探头101按照预设频率拍摄第N+1个车轮122和待检测点100接触后的热成像照片并将照片发送给图像处理模块103；

6)当第二检测装置112检测到第N+1个车轮122时将检测信息发送给控制中心10；控制中心10控制红外拍照探头101关闭；以此反复进行；即第一检测装置111检测到第一个车轮122到第二检测装置112检测到最后一个车轮122的时间范围内，红外拍照探头101处于开启、拍照、关闭的循环运行状态。

所述预设频率＝nv/d，其中，(m₁+m₂+x)≤d≤L；n为拍摄的待检测点100的热成像照片的张数；v为测速装置102所检测的列车行驶速度；m₁为当第一检测装置111检测到车轮122时车轮122滚动圆122b底部与第一检测装置111之间的纵向距离，m₁＝[B²-(A-D₁)²]^0.5，D₁为第一检测装置111与轨顶120a的之间的距离且D₁＞0，A为滚动圆122b半径，B为轮缘122a半径；m₂为车轮122滚动圆122b底部、车轮122轮缘122a与轨顶120a所在水平面的交点之间的纵向距离，m₂＝(B²-A²)^0.5；x为拍摄最后一张照片时，待检测点100、车轮122轮缘122a与轨顶120a所在水平面的交点之间的纵向距离；L为前后相邻车轮122的纵向距离，L＝m₁+m₂+x+m₃，m₃为第一检测装置111与待检测点100之间的纵向距离。

对于常规的电力机车，A＝0.625m、B＝0.655m，L＝2.5m。n根据需要进行设置即可。

当D₁＝10cm、x＝0.05m时，m₁＝0.3917m，m₂＝0.196m。

若d＝m₁+m₂+x，即m₃＝0时，则预设频率＝nv/d＝nv/0.6377。

若d＝L时，预设频率＝nv/d＝nv/2.5，此时，m₃＝L-m₁-m₂-x＝1.8623。

因此，nv/2.5≤预设频率≤nv/0.6377；0≤m₃≤1.8623。

所述第二检测装置112与待检测点100之间的纵向距离P＝x+m₂+m₄，其中，m₄为当第二检测装置112检测到车轮122时车轮122滚动圆122b底部与第二检测装置112之间的纵向距离，m₄＝[B²-(A-D₂)²]^0.5，D₂为第二检测装置112与轨顶120a的之间的距离且D₂＞0。

当D₁＝10cm时，m₄＝m₁＝0.3917，则P＝x+m₂+m₄＝0.6377。

Claims (6)

1.列车行驶时检测钢轨上轮轨接触点的装置，其特征在于：包括控制中心(10)，所述控制中心(10)的输出端连接有可拍摄待检测点(100)的热成像照片的红外拍照探头(101)、检测是否有车轮(122)经过的第一检测装置(111)、检测列车行驶速度的测速装置(102)；所述控制中心(10)包括图像处理模块(103)；

所述红外拍照探头(101)位于两根钢轨(120)之间；当第一检测装置(111)检测到车轮(122)时将检测信息反馈给控制中心(10)，控制中心(10)控制红外拍照探头(101)按照预设频率拍摄车轮(122)和待检测点(100)接触后的热成像照片并将热成像照片传输给图像处理模块(103)；

所述预设频率＝nv/d，其中，(m₁+m₂+x)≤d≤L；

n为拍摄的待检测点(100)的热成像照片的张数；

v为测速装置(102)所检测的列车行驶速度；

m₁为当第一检测装置(111)检测到车轮(122)时车轮(122)滚动圆(122b)底部与第一检测装置(111)之间的纵向距离，m₁＝[B²-(A-D₁)²]^0.5，D₁为第一检测装置(111)与轨顶(120a)的之间的距离且D₁＞0，A为滚动圆(122b)半径，B为轮缘(122a)半径；

m₂为车轮(122)滚动圆(122b)底部、车轮(122)轮缘(122a)与轨顶(120a)所在水平面的交点之间的纵向距离，m₂＝(B²-A²)^0.5；

x为拍摄最后一张照片时，待检测点(100)、车轮(122)轮缘(122a)与轨顶(120a)所在水平面的交点之间的纵向距离，x＞0；

L为前后相邻车轮(122)的纵向距离，L＝m₁+m₂+x+m₃，m₃为第一检测装置(111)与待检测点(100)之间的纵向距离；

所述第一检测装置(111)为对射式光电开关；2cm≤D₁≤10cm；0.01m≤x≤0.1m。

2.如权利要求1所述的列车行驶时检测钢轨上轮轨接触点的装置，其特征在于：还包括检测是否有车轮(122)经过的第二检测装置(112)，所述第二检测装置(112)位于待检测点(100)的前方，当第二检测装置(112)检测到车轮(122)时，控制中心(10)控制红外拍照探头(101)关闭；

所述第二检测装置(112)与待检测点(100)之间的纵向距离＝x+m₂+m₄，其中，m₄为当第二检测装置(112)检测到车轮(122)时车轮(122)滚动圆(122b)底部与第二检测装置(112)之间的纵向距离，m₄＝[B²-(A-D₂)²]^0.5，D₂为第二检测装置(112)与轨顶(120a)的之间的距离且D₂＞0。

3.如权利要求2所述的列车行驶时检测钢轨上轮轨接触点的装置，其特征在于：所述第二检测装置(112)为对射式光电开关；2cm≤D₂≤10cm。

4.列车行驶时检测钢轨上轮轨接触点的方法，包括以下步骤：

1)测速装置(102)测试列车的行驶速度并将测试结果发送给控制中心(10)；

2)控制中心(10)计算预设频率并将计算结果传输给红外拍照探头(101)；

3)当第一检测装置(111)检测到车轮(122)时将检测信息发送给控制中心(10)；

4)控制中心(10)控制红外拍照探头(101)开启，然后，红外拍照探头(101)按照预设频率拍摄车轮(122)和待检测点(100)接触后的热成像照片；

5)红外拍照探头(101)将拍摄的热成像照片传输给图像处理模块(103)；

所述预设频率＝nv/d，其中，(m₁+m₂+x)≤d≤L；

n为拍摄的待检测点(100)的热成像照片的张数；

v为测速装置(102)所检测的列车行驶速度；

m₁为当第一检测装置(111)检测到车轮(122)时车轮(122)滚动圆(122b)底部与第一检测装置(111)之间的纵向距离，m₁＝[B²-(A-D₁)²]^0.5，D₁为第一检测装置(111)与轨顶(120a)的之间的距离且D₁＞0，A为滚动圆(122b)半径，B为轮缘(122a)半径；

m₂为车轮(122)滚动圆(122b)底部、车轮(122)轮缘(122a)与轨顶(120a)所在水平面的交点之间的纵向距离，m₂＝(B²-A²)^0.5；

x为拍摄最后一张照片时，待检测点(100)、车轮(122)轮缘(122a)与轨顶(120a)所在水平面的交点之间的纵向距离，x＞0；

L为前后相邻车轮(122)的纵向距离，L＝m₁+m₂+x+m₃，m₃为第一检测装置(111)与待检测点(100)之间的纵向距离；

所述第一检测装置(111)为对射式光电开关；2cm≤D₁≤10cm；0.01m≤x≤0.1m。

5.如权利要求4所述的列车行驶时检测钢轨上轮轨接触点的方法，其特征在于：还包括检测是否有车轮(122)经过的第二检测装置(112)，所述第二检测装置(112)位于待检测点(100)的前方；

当第一检测装置(111)检测到第N个车轮(122)时，控制中心(10)控制红外拍照探头(101)开启，红外拍照探头(101)按照预设频率拍摄第N个车轮(122)和待检测点(100)接触后的热成像照片，当第二检测装置(112)检测到第N个车轮(122)时，控制中心(10)控制红外拍照探头(101)关闭；当第一检测装置(111)检测到第N+1个车轮(122)时，控制中心(10)控制红外拍照探头(101)开启并按照预设频率拍摄第N+1个车轮(122)和待检测点(100)接触后的热成像照片，当第二检测装置(112)检测到第N+1个车轮(122)，控制中心(10)控制红外拍照探头(101)关闭；以此反复进行；

所述第二检测装置(112)与待检测点(100)之间的纵向距离＝x+m₂+m₄，其中，m₄为当第二检测装置(112)检测到车轮(122)时车轮(122)滚动圆(122b)底部与第二检测装置(112)之间的纵向距离，m₄＝[B²-(A-D₂)²]^0.5，D₂为第二检测装置(112)与轨顶(120a)的之间的距离且D₂＞0。

6.如权利要求5所述的列车行驶时检测钢轨上轮轨接触点的方法，其特征在于：所述第二检测装置(112)为对射式光电开关；2cm≤D₂≤10cm。