CN109425286A - 一种利用滑动变阻式测距原理自动监测轨道板裂缝的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用滑动变阻式测距原理自动监测轨道板裂缝的方法，它采用带滑动变阻式位移传感器的监测装置进行自动监测，包括：1）将滑动变阻式位移传感器固定于轨道板侧面；2）针对滑动变阻式位移传感器分别安装连接电路板，然后将各电路板连接至采集箱，形成一个监测数据传输通路；3）启动电源和网络连接，滑动变阻式位移传感器开始对裂缝进行监测；最后各监测点的监测信号传送至云平台服务器进行存储和比对，并适时给出警示提醒。本发明方法实现了分点监测、集中采集的自动化监测目的，精度可达0.01mm，同时对线路各个测点的裂缝实现自动化测量且数据可上传至云平台，提高了轨道板裂缝的监测效率，具有巨大的经济和社会效益。

Description

一种利用滑动变阻式测距原理自动监测轨道板裂缝的方法

技术领域

本发明涉及自动化监测领域，特别指一种适用于高速轨道工程中利用滑动变阻式测距原理自动监测轨道板裂缝的方法。

背景技术

该专利属于自动化监测领域方面，运营高铁舒适性及安全需要一整套高标准的要求，其中轨道板与水泥基座的裂缝是非常关键的一个参数，因轨道板是后期铺设在水泥基座上，两者之间的结合部受温度变化及其他因素影响会产生裂缝，主要表现为轨道板相对基座上拱，裂缝值达到3mm要预警，达到6mm要报警。目前监测手段主要为人工监测，采用人海战术，在高铁线路的窗口期或晚上人工上线线巡查，巡查的时候采用游标卡尺测量然后人工记录。该种监测手段基本是靠人工，测量每次精度有偏差，且需要精细记录，大量的繁琐测量容易出错速率也极慢，上千公里的、每天的人工排查需要大量的人力和物力。

现有技术中公开的有关裂缝自动监测的方法较多，采用的监测设备及适用的领域各有不同。比如公开号106949840A公开的“一种裂缝监测装置及方法”，主要用于精确测知工程结构或岩土体裂缝宽度。公告号CN103512545B公开了“一种混凝土大坝内部裂缝监测方法及监测仪”，主要用于混凝土大坝内部裂缝监测。等等。还没有出现针对轨道，特别是高速铁路轨道的轨道板与水泥基座的裂缝自动监测的方法。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术中存在的缺点和问题加以改进和创新，提供一种利用滑动变阻式测距原理自动监测轨道板裂缝的方法。

本发明是采用带滑动变阻式位移传感器的监测装置进行自动监测的方法，其中：所述的监测装置包括安装在同一轨道板同侧的至少二个滑动变阻式位移传感器，一一对应连接滑动变阻式位移传感器配置的至少二个电路板，和连接各电路板的采集箱，其中所述滑动变阻式位移传感器的探针垂直对应轨道水泥基座的表面；所述采集箱通过互联网通信方式将滑动变阻式位移传感器采集的信号传送至云平台服务器。

本发明具体的监测方法包括以下步骤：

1、首先将各滑动变阻式位移传感器固定于同侧轨道板的侧面，各滑动变阻式位移传感器的安装距离以多点监测直线布置，各滑动变阻式位移传感器的安装高度以探针的头部向下接触对应面、同时探针向上压缩6-15mm，使轨道板相对轨道水泥基座发生上拱时，探针能精确的采集到探针压缩值的变化。因监测规范要求裂缝翘曲超3mm需预警，超6mm需要报警停止运营，防止事故发生，故安装至少预留6mm以上的伸缩量。

2、再对安装好的各滑动变阻式位移传感器分别安装连接电路板，然后将各电路板连接至采集箱，使各滑动变阻式位移传感器、电路板与采集箱形成一个监测数据传输通路。

3、启动电源和网络连接后，各滑动变阻式位移传感器开始对轨道板与轨道水泥基座的裂缝情况进行监测；各滑动变阻式位移传感器采集的对应监测点的模拟数据，先通过对应的电路板转换成数字信号，再由各电路板将数字信号传送汇聚至采集箱，最后统一传送至云平台服务器进行存储和比对；当位移数据达到云平台服务器设定好的预警或报警值时，云平台服务器随即给出警示提醒。

优选的，所述的滑动变阻式位移传感器包括传感器主体和探针，其中所述的探针从传感器主体的底面伸出，且正对传感器主体下方设置有与探针同轴的探针保护筒，所述探针的头部向下与探针保护筒底面接触、压缩。

具体的，所述的探针保护筒底端固定于轨道水泥基座上，顶面与传感器主体的底面间隔6-15mm的安装距离。

具体的，所述的探针保护筒的底部开有防止保护管内积水的通孔。

在其中一个实施例中，所述的滑动变阻式位移传感器、电路板与采集箱之间采用有线传输元气件或者无线传输元气件连接及传输数据。

具体的，所述的有线传输元气件为CAN总线，或者485总线，或者通道方式。无线传输元器件采用目前成熟的无线传输元气件即可实现传输目的。

在其中一个实施例中，所述的电路板通过设置接线盒安装于轨道水泥地表层上。

进一步的，所述的接线盒上设有三个方向的接口，其中两个接口分别与前、后相邻的接线盒对应接线，另一接口与滑动变阻式位移传感器对应接线。

在其中一个实施例中，所述的采集箱配置在传输通路的首端，采集箱内设有汇聚各电路板数据并上传至云平台服务器的GPRS通信模块、电子元器件和电池组件。

本发明的优点及有益效果：

本发明运用滑动变阻测距原理和专门设计的监测装置来实现轨道板与轨道水泥基座裂缝的自动化在线监测。各监测部之间采用CAN总线等传输方式实现总线供电及信号传输、采集，结合目前较为成熟的网络传输和数据共享、对比技术，实现了分点监测、集中采集的自动化监测目的。

本发明采用高精度滑动变阻式位移传感器进行裂缝监测，符合高铁轨道板裂缝监测要求，精度可达0.01mm，确保轨道运行的安全。同时，对线路各个测点的裂缝实现自动化测量且数据可上传至云平台，用户通过移动终端可随时查看轨道板与水泥基座的裂缝数据变化。平台对超限值的测点会通过短信、声光等方式进行预、报警，大大提高轨道板裂缝的监测效率、实时性、可靠性，具有巨大的经济和社会效益。

附图说明

图1是本发明检测方法流程图。

图2是本发明监测装置安装结构主视图。

图3是图2俯视结构示意图。

图4是图2A处放大图。

图5是本发明监测装置中的滑动变阻式位移传感器结构示意图。

附图序号说明：

1、采集箱，2、滑动变阻式位移传感器，2-1、传感器主体，2-2探针，3、探针保护筒，4、接线盒，5、轨道板，6、轨道水泥基座，7、轨道水泥地表层。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被认为是“设置”或“连接”在另一个元件上，它可以是直接设置或连接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文中所使用的所有的技术和科学术语与本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在于限制本发明。

实施例：

本实施例采用的硬件检测装置如图2、3所示，包括安装固定在同一轨道板5同侧的两个滑动变阻式位移传感器2和两个设置在接线盒4内的电路板（盒内件，图未视）。其滑动变阻式位移传感器2与接线盒4内的电路板一一对应连接，分设于轨道板5侧面的两端，电路板及接线盒4安装在轨道水泥地表层7上。接线盒4上设有三个方向的接口，其中两个接口分别与前、后相邻的接线盒4对应接线，另一接口与滑动变阻式位移传感器2对应接线，详见图1。

检测装置还包括设置在轨道线一端的采集箱1，各轨道板上的接线盒4内的电路板均连接至该采集箱1。采集箱1配置在传输通路的首端，采集箱1内设有汇聚各电路板数据并上传至云平台服务器的GPRS通信模块、电子元器件和电池组件（箱内件为常规件，图未视）。检测装置的滑动变阻式位移传感器2、电路板及采集箱1之间采用CAN总线传输信息数据。

如图4、5所示，滑动变阻式位移传感器8包括有传感器主体2-1和探针2-2，探针2-2从传感器主体2-1的底面伸出。在正对探针2-2的轨道水泥基座6上设置有一个用来保护探针稳定性的探针保护筒3，其底部开有防止保护管内积水的通孔（图未视）。

具体监测方法包括以下步骤（见图1）：

1、将两滑动变阻式位移传感器2固定于同侧轨道板5的两端，两滑动变阻式位移传感器2的安装高度以探针2-2的头部向下接触探针保护筒3底面、同时探针2-2向上压缩15mm为准。探针保护筒3顶面与传感器主体2-1的底面间隔6mm的安装距离。

2、对安装好的两滑动变阻式位移传感器2分别安装连接电路板及接线盒4。

3、将两电路板连接至采集箱1，使两滑动变阻式位移传感器2、电路板与采集箱1形成一个监测数据传输通路。

4、启动电源和网络连接，两滑动变阻式位移传感器2开始对轨道板5与轨道水泥基座6的裂缝情况进行监测。两滑动变阻式位移传感器2采集的对应监测点的模拟数据，先通过对应的电路板转换成数字信号，再由各电路板将数字信号传送汇聚至采集箱1，最后统一传送至云平台服务器进行存储和比对。当位移数据达到云平台服务器设定好的预警或报警值时，云平台服务器随即给出警示提醒。

出于附图篇幅考虑，本实施例主要是针对一块轨道板进行的监测方法的描述，针对轨道线的监测即针对N块轨道板的监测，其监测装置安装及监测方法相同。

本发明监测方法的实现主要利用硬件设备、通信部分和系统平台三大部分，其中：

一、硬件部分：

滑动变阻式位移传感器：高精度，可精确至0.01mm。内部伸缩部分采用发条式提供弹力，每个传感器均作为独立通信以及标定配置本体，可进行标定以及温度补偿。结构防水，可10米防水。

每个传感器具有全球唯一编号，内置存储芯片，可存储表定表及电子标签信息。传感器内置温度芯片，并可对测量数据进行温度补偿。传感器出来均为数字信号，硬件接口有RS485、CAN、通道模拟量。采集系统供电多样性，可市电可太阳能供电。

二、通信部分：

滑动变阻式位移传感器与采集端之间通信主要为CAN总线通信（同时可以实现RS485、通道模拟量）。采集系统与采集端通信采用GPRS通信或其他无线电台。采集端为上位机软件，配置传感器的地址信息。

三、系统平台：

实时展示各轨道板的裂缝变化值，数据表格可导出。可曲线展示给测点数据变化，可选择性对比各点。可对实时数据分布图展示，直接明了各点最新数据。平台报警多样性，网页声光报警，网络短信报警。

各组成结构的工作原理及功能：

1、滑动变阻式位移传感器：

高精位滑动变阻式位移传感器的功能在于把直线机械位移转换成电信号。为了达到这一效果将可变电阻滑轨定置在电位器的固定部位，通过滑片在滑轨上的位移来测量不同阻值。电位器滑轨连接稳态直流电压，允许流过微安培的小流电压，滑片和始端之间的电压，与滑片移动的长度成正比。将电位器用作分压器可最大限度降低对滑轨总阻值精密性的要求。因为由温度变化引起的阻值变化不会影响到测量结果。精度修刻原理：标准传感器生产出来是没有0.01精度标准的，通过后期利用进口修刻设备将输出信号调成一个相对线性呈比例关系的标准，从而实现精准高效的测量。每个位移传感器均带有MCU，对机械位移引起的电阻变化通电流采样电压，电压值与位移量为成线性关系，故MCU对其修正标定，并加以温度补偿，硬件输出接口为CAN总线接口。

2、服务器采集端

服务器采集端通过移动互联网与采集系统上的GPRS模块建立链接，检测仪端的蓝牙通讯模块可与CAN总线通信，采集端发送带地址位的采集命令，相应地址的高精位移计返回其位移量；并对各点加入数学模型从而计算出各点翘曲位移量,并将数据发送至服务器。

3、平台服务器

平台服务器根据各项目建立监测站，对项目建立树形档案，各轨道板数据均按安装位置进行标识，用户只需连接到Internet网络登录网站并按其账号跟密码查看其权限内的数据。

本发明所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (9)

1.一种利用滑动变阻式测距原理自动监测轨道板裂缝的方法，其特征在于它采用带滑动变阻式位移传感器的监测装置进行自动监测，其中：

所述的监测装置包括安装在同一轨道板同侧的至少二个滑动变阻式位移传感器，一一对应连接滑动变阻式位移传感器配置的至少二个电路板，和连接各电路板的采集箱，其中所述滑动变阻式位移传感器的探针垂直对应轨道水泥基座的表面；所述采集箱通过互联网通信方式将滑动变阻式位移传感器采集的信号传送至云平台服务器；

利用上述监测装置进行裂缝监测的方法包括以下步骤：

1）首先将各滑动变阻式位移传感器固定于同侧轨道板的侧面，各滑动变阻式位移传感器的安装距离以多点监测直线布置，各滑动变阻式位移传感器的安装高度以探针的头部向下接触对应面、同时探针向上压缩6-15mm；

2）再对安装好的各滑动变阻式位移传感器分别安装连接电路板，然后将各电路板连接至采集箱，使各滑动变阻式位移传感器、电路板与采集箱形成一个监测数据传输通路；

3）启动电源和网络连接后，各滑动变阻式位移传感器开始对轨道板与轨道水泥基座的裂缝情况进行监测；各滑动变阻式位移传感器采集的对应监测点的模拟数据，先通过对应的电路板转换成数字信号，再由各电路板将数字信号传送汇聚至采集箱，最后统一传送至云平台服务器进行存储和比对；当位移数据达到云平台服务器设定好的预警或报警值时，云平台服务器随即给出警示提醒。

2.根据权利要求1所述的利用滑动变阻式测距原理自动监测轨道板裂缝的方法，其特征在于所述的滑动变阻式位移传感器包括传感器主体和探针，其中所述的探针从传感器主体的底面伸出，且正对传感器主体下方设置有与探针同轴的探针保护筒，所述探针的头部向下与探针保护筒底面接触、压缩。

3.根据权利要求2所述的利用滑动变阻式测距原理自动监测轨道板裂缝的方法，其特征在于所述的探针保护筒底端固定于轨道水泥基座上，顶面与传感器主体的底面间隔6-15mm的安装距离。

4.根据权利要求2所述的利用滑动变阻式测距原理自动监测轨道板裂缝的方法，其特征在于所述的探针保护筒的底部开有防止保护管内积水的通孔。

5.根据权利要求1所述的利用滑动变阻式测距原理自动监测轨道板裂缝的方法，其特征在于所述的滑动变阻式位移传感器、电路板与采集箱之间采用有线传输元气件或者无线传输元气件连接及传输数据。

6.根据权利要求5所述的利用滑动变阻式测距原理自动监测轨道板裂缝的方法，其特征在于所述的有线传输元气件为CAN总线，或者485总线，或者通道方式。

7.根据权利要求1所述的利用滑动变阻式测距原理自动监测轨道板裂缝的方法，其特征在于所述的电路板通过设置接线盒安装于轨道水泥地表层上。

8.根据权利要求7所述的利用滑动变阻式测距原理自动监测轨道板裂缝的方法，其特征在于所述的接线盒上设有三个方向的接口，其中两个接口分别与前、后相邻的接线盒对应接线，另一接口与滑动变阻式位移传感器对应接线。

9.根据权利要求1所述的利用滑动变阻式测距原理自动监测轨道板裂缝的方法，其特征在于所述的采集箱配置在传输通路的首端，采集箱内设有汇聚各电路板数据并上传至云平台服务器的GPRS通信模块、电子元器件和电池组件。