CN109425291A - 一种利用磁致伸缩位移测距原理检测轨道板翘曲度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用磁致伸缩位移测距原理检测轨道板翘曲度的方法，采用带磁致伸缩位移传感器的检测仪进行检测，其检测方法包括：首先将支架平稳放置于轨道板上，形成多个检测点；然后各磁致伸缩位移传感器启动采集模拟数据，再通过电路板转换成数字信号传输至蓝牙通信模块；最后将检测数据无线传输至手持平板计算出各点翘曲位移量，并给是否合格的界面提示，同时将检测数据及检测结果传输至云平台服务器，便于查阅。本发明运用磁致伸缩测距原理和专门设计的检测仪来实现轨道板翘曲平整度的现场检测，并采用无线或有线的数据传输方式，通过自动计算得出检测结果，每测量一块轨道板只需1‑3分钟，极大的提高了工作效率，有显著的经济和社会效益。

Description

一种利用磁致伸缩位移测距原理检测轨道板翘曲度的方法

技术领域

本发明涉及自动化检测领域，特别指一种适用于高速轨道工程中利用磁致伸缩位移测距原理检测轨道板翘曲度的方法。

背景技术

为了保障轨道板施工质量、加快轨道板铺设进度，需要对出厂的轨道板进行检测、验收以及现场铺设时进行检测，轨道板的纵向翘曲不能超过2mm，否则为不合格。高速铁路对轨道几何精度要求高平顺性，这样才能保证运行的高舒适性、高安全性。通过对已经建成通车及正在运行长轨精调的高铁调查了解。在前期高铁轨道施工中，轨道施工采用工具轨法或轨排框架法进行施工精调，轨道板施工完成后再铺设无缝长钢轨。在长轨道精调中，已施工成型的道床板存在一些精度超限，为了能够满足高速铁路对轨道平顺性要求。必须通过更换非标扣件来解决施工中的精度问题。施工中如果对精度控制不到位，那么后期的扣件更换中给施工成本造成很大的浪费。如轨道板自身翘曲程度过大，精调处理也达不到要求的几何平顺度，则判断该轨道板不合格。

传统的轨道板翘曲检测方法是先在轨道板承轨台上安装18个棱镜，然后人工用全站仪逐一测量18个棱镜的高程，再将数据输入execl表格人工加入算法得出轨道板的翘曲度，以此判定轨道板是否合格。该种检测方法人工操作误差大且效率低，每测量一块轨道板需30分钟，工作量大、劳动强度大，严重影响施工进度和效率。整个过程繁琐以及人工操作步骤为主，在繁多的操作容易出现人为的错误。目前高铁建设市场环境几乎没有自动化检测设备，在中国高铁快速进军国际路线中，急需一种自动化且相对智能的检测设备，可以准确并快速的检测轨道板的品质是否合格，现有测量方法每次只能测量单个承轨台的高程，效率非常低下，一个小时只能测15-20块板。

现有自动化翘曲检测还基本停留在线检测，针对的检测体有针对手机的，比如公开号104019758A公开的“手机外壳翘曲变形自动检测系统及方法”。针对板材的，比如公开号104475353B公开的“一种板材翘曲度检测机及其检测方法”。针对玻璃的，比如公开号CN102519376B公开的“玻璃基板翘曲在线检测方法”，等等。还没有针对轨道翘曲度检测的记载，特别是针对高速铁路轨道的轨道板进行翘曲自动检测方法的记载。

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，提供一种利用磁致伸缩位移测距原理检测轨道板翘曲度的方法。

本发明采用带磁致伸缩位移传感器的检测仪进行检测，其中：所述的检测仪包括呈直线结构的支架，沿支架布置且间距与轨道板的承轨台间距一致的磁致伸缩位移传感器，一一对应各磁致伸缩位移传感器配置的电路板，连接各电路板的数据汇聚传输单元，和连接数据汇聚传输单元的蓝牙通信模块；所述的磁致伸缩位移传感器的测量端向下伸出支架外并对应轨道板相应位置。所述的磁致伸缩位移传感器、电路板、数据传输单元、蓝牙通信模块均设置于支架上；所述的蓝牙通信模块还通过无线方式连接至手持平板及云平台服务器。

本发明检测方法包括以下步骤：

1、首先将支架平稳放置于轨道板上，各磁致伸缩位移传感器的测量端向下对应轨道板的相应位置，形成多个检测点。

2、然后各磁致伸缩位移传感器启动，分别采集对应轨道板检测点的翘曲模拟数据，再通过电路板转换成数字信号由数据汇聚传输单元传输至蓝牙通信模块。

3、最后蓝牙通信模块将检测数据无线传输至手持平板，手持平板对各点采集的数据进行数学模型计算得出各点翘曲位移量，并给出轨道板翘曲度是否合格的界面提示，同时将检测数据及检测结果传输至云平台服务器存储或供查询。

在其中一个实施例中，所述的支架为一体式整体结构，或者折叠式结构，其中所述的折叠式结构的各段支架上还设置有用于测量各段支架角度的角度传感器。

在其中一个实施例中，所述的支架为单根，或者平行连接的至少两根。

在其中一个实施例中，所述的数据汇聚传输单元为有线传输元气件或者无线传输元气件。

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。

本发明的优点及有益效果：

本发明运用磁致伸缩测距原理和专门设计的检测仪来实现轨道板翘曲平整度的现场检测，各传感器采用CAN总线等传输方式实现翘曲平整度各点的数据传输，通过平板、蓝牙与CAN总线等传输元气件完成检测数据的存储、利用。具体是通过支架将各检测点获得的直线机械位移检测数据转换成电信号由蓝牙模块传输至手持平板完成对比分析，即可得出精确的翘曲数据来判定轨道板是否符合轨道特别是高速铁路轨道高平顺性的精度要求，提升了轨道建设的运行安全。

本发明检测方法简单，是利用磁致伸缩位移测距原理进行检测，只需把检测仪放在在轨道板上承轨台中心距位置，通过手持平板电脑读取轨道板RFID编号信息并通过蓝牙自动采集各测点数据，存储在平板电脑并上传至数据云平台，可计算出各点翘曲量并导出相应模拟图，平板电脑自动判断轨道板是否合格并界面提示。本方法采用磁致伸缩位移传感器进行裂缝监测，该传感器为内部非接触式测量，结构精巧、环境适应性强，高精度、高稳定性、高可靠性，使用寿命长，每测量一块轨道板只需1-3分钟，极大的提高了工作效率，有显著的经济和社会效益。同时界面显示各测点的翘曲值，所有数据均存储在云平台，可随时通过因特网上网查看各轨道板的翘曲检测记录情况。

附图说明

图1是本发明检测方法流程图。

图2是本发明检测仪主视结构示意图。

图3是本发明检测仪内部俯视结构示意图。

附图序号说明：

1、主支架，2、副支架，3、磁致伸缩位移传感器，3-1测量端，4、电路板，5、蓝牙通信模块，6、角度传感器，7、连接组件，8、提手，9、标架。

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：

本次检测硬件设备采用的检测仪如图2、3所示，包括由一根主支架1和两根副支架2组成的支架，及设置在支架上、与轨道板的承轨台间距一致的沿支架布置的九组磁致伸缩位移传感器3和电路板4，及设置在主支架1上的蓝牙通信模块5。其中各电路板4连接对应的磁致伸缩位移传感器3。各磁致伸缩位移传感器3的测量端3-1均向下伸出支架外。各电路板4通过CAN总线汇聚连接至蓝牙通信模块5。蓝牙通信模块5通过无线连接手持平板及云平台服务器。

更详细的，两根副支架2通过连接组件7分别连接在主支架1的两端，该连接件采用铰链销与无油衬套结构，分别固定于主、副支架连接处的两侧，使三段支架折叠呈“Z”字形。为了加强连接的平整度在连接处还可以加装压板固定。

更详细的，如图2所示，在主支架1的顶部安装有便于搬运检测仪的提手8。在主支架1的底部设置有用于平稳放置检测仪的标架9。

更详细的，如图3所示，为了使主、副支架保持更精准的直线平整度，在主、副支架上还安装有角度传感器6。

具体检测方法主要包括以下步骤（如图1所示）：

1、将三段折叠的支架展平，并通过压板固定，用角度传感器检查其平整度。

2、满足平整要求后，将支架平稳放置于轨道板上，各磁致伸缩位移传感器的测量端向下对应轨道板的相应位置，形成多个检测点。

3、然后启动磁致伸缩位移传感器，分别采集对应轨道板检测点的翘曲模拟数据，并通过电路板转换成数字信号。

4、各电路板转换的数字信号通过CAN总线汇聚汇聚并传输至蓝牙通信模块。

5、蓝牙通信模块接收数据信号后，通过无线传输至手持平板。

6、手持平板对各点采集的数据进行数学模型计算得出各点翘曲位移量，并给出轨道板翘曲度是否合格的界面提示。同时将检测数据及检测结果传输至云平台服务器存储或供查询。本块轨道板的翘曲度检测即完成。

待本块轨道板检测完成后，直接将检测仪移放至下一轨道板，重复以上步骤进行检测就行了，每测量一块轨道板的时候基本都控制在3分钟以内。

本发明检测方法主要包括硬件设备、通信部分和系统平台三大部分，其中：

一、硬件部分：

磁致伸缩位移传感器：高精度，可精确至0.01mm。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。

支架：整体主体工装，采用碳纤维以减轻重量，保证整个测量支架的几何平整性。

系统通信：采用有线及无线通信相结合，每个位移传感器之间采用CAN总线通信汇聚至蓝牙模块。手持平板通过蓝牙与检测设备的蓝牙通信采集各点位移计的位移量，手持平板可通过4G信号将数据传至数据平台。

手持平板：可读取轨道板RFID卡信息，可将轨道板各点翘曲数据分组按轨道板ID存储。

信号指示灯包含系统供电指示灯、蓝牙连接状态指示灯、电池电量指示灯。

二、软件算法模型：

算法基于基本的三角函数，计算相对简单可靠。

算法关联性强，每个测点之间均有相互联系。

各测点之间的翘曲高差均为相对于标架处的高差。

三、展示平台：

真实记录各点的翘曲数值，含测量日期、时间及轨道板ID信息。

图形模拟显示各点的翘曲值，使数据更形象。

对阀值的设置，超过阀值手持平板及数据平台报警。

平台报警多样性，网页声光报警，网络短信报警。

各模块之间的链接关系如图1所示。

各组成部分的工作原理及功能：

1、磁致伸缩位移传感器：

磁致伸缩位移传感器，是利用磁致伸缩原理、通过两个不同磁场相交产生一个应变脉冲信号来准确地测量位置的。测量元件是一根波导管，波导管内的敏感元件由特殊的磁致伸缩材料制成的。测量过程是由传感器的电子室内产生电流脉冲，该电流脉冲在波导管内传输，从而在波导管外产生一个圆周磁场，当该磁场和套在波导管上作为位置变化的活动磁环产生的磁场相交时，由于磁致伸缩的作用，波导管内会产生一个应变机械波脉冲信号，这个应变机械波脉冲信号以固定的声音速度传输，并很快被电子室所检测到。由于这个应变机械波脉冲信号在波导管内的传输时间和活动磁环与电子室之间的距离成正比，通过测量时间，就可以高度精确地确定这个距离。由于输出信号是一个真正的绝对值,而不是比例的或放大处理的信号,所以不存在信号漂移或变值的情况,更无需定期重标。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、平板采集端：

平板采集端通过蓝牙与检测仪上的蓝牙模块建立链接，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；平板采集端同时可通过超高频射频模块读取轨道内置的唯一RFID卡编号，将翘曲量与RFID编号进行统一存储，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，各轨道板数据均按轨道板的RUID进行存储，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 (5)

1.一种利用磁致伸缩位移测距原理检测轨道板翘曲度的方法，其特征在于它采用带磁致伸缩位移传感器的检测仪进行检测，其中：

所述的检测仪包括呈直线结构的支架，沿支架布置且间距与轨道板的承轨台间距一致的磁致伸缩位移传感器，一一对应各磁致伸缩位移传感器配置的电路板，连接各电路板的数据汇聚传输单元，和连接数据汇聚传输单元的蓝牙通信模块；所述的磁致伸缩位移传感器的测量端向下伸出支架外并对应轨道板相应位置；

所述的磁致伸缩位移传感器、电路板、数据传输单元、蓝牙通信模块均设置于支架上；所述的蓝牙通信模块通过无线方式连接至手持平板及云平台服务器；

利用上述检测仪进行翘曲度检测的方法包括以下步骤：

1）首先将支架平稳放置于轨道板上，各磁致伸缩位移传感器的测量端向下对应轨道板的相应位置，形成多个检测点；

2）然后各磁致伸缩位移传感器启动，分别采集对应轨道板检测点的翘曲模拟数据，再通过电路板转换成数字信号由数据汇聚传输单元传输至蓝牙通信模块；

3）最后蓝牙通信模块将检测数据无线传输至手持平板，手持平板对各点采集的数据进行数学模型计算得出各点翘曲位移量，并给出轨道板翘曲度是否合格的界面提示，同时将检测数据及检测结果传输至云平台服务器存储供查询。

2.根据权利要求1所述的利用磁致伸缩位移测距原理检测轨道板翘曲度的方法，其特征在于所述的支架为一体式整体结构，或者折叠式结构，其中所述的折叠式结构的各段支架上还设置有用于测量各段支架角度的角度传感器。

3.根据权利要求1所述的利用磁致伸缩位移测距原理检测轨道板翘曲度的方法，其特征在于所述的支架为单根，或者平行连接的至少两根。

4.根据权利要求1所述的利用磁致伸缩位移测距原理检测轨道板翘曲度的方法，其特征在于所述的数据汇聚传输单元为有线传输元气件或者无线传输元气件。

5.根据权利要求4所述的利用磁致伸缩位移测距原理检测轨道板翘曲度的方法，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。