CN109532941B - 高铁无砟轨道路面信息的非接触式探测方法 - Google Patents

Abstract

发明涉及轨枕检测技术领域；具体涉及一种高铁无砟轨道路面信息的非接触式探测方法，包括以下步骤：第一步，将红外传感器安装在轨检小车上并调整好红外传感器的作用距离，红外传感器通过分压电路连接至单片机；第二步，由轨检小车带动红外传感器在轨道上行进，红外传感器接收轨道的反射光信号，反射光信号经分压电路转换为电压信号发送至单片机，单片机通过对电压信号的处理获得红外传感器实时采集的高度数据，进而计算轨枕数量、轨枕均匀性和轨距数据。本发明实现轨枕数量、轨枕均匀性和轨距数据的非接触式自动测量，测量可靠性高。

Description

高铁无砟轨道路面信息的非接触式探测方法

技术领域

本发明涉及轨枕检测技术领域；具体涉及一种高铁无砟轨道路面信息的非接触式探测方法。

背景技术

现有的轨枕识别技术是采用测量里程，然后根据轨枕间距进行估算。这种方法有误差，对于轨枕间距不均匀的情况，不够准确。

光学测距技术是在工业领域成熟的技术。其原理是，设备发出一束光，打到物体上，反射回来，测量反射光的强度，和时间差，来判断物体的距离。这类应用，在公路测距，测速领域常常用到。测量光可以是激光，也可以是红外光。但在铁路轨道检测方面，还未发现有使用的先例。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于：提供一种高铁无砟轨道路面信息的非接触式探测方法，实现轨枕数量、轨枕均匀性和轨距数据的非接触式自动测量，测量可靠性高。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：

所述高铁无砟轨道路面信息的非接触式探测方法，包括以下步骤：

第一步，将红外传感器安装在轨检小车上并调整好红外传感器的作用距离，红外传感器通过分压电路连接至单片机；

第二步，由轨检小车带动红外传感器在轨道上行进，红外传感器接收轨道的反射光信号，反射光信号经分压电路转换为电压信号发送至单片机，单片机通过对电压信号的处理获得红外传感器实时采集的高度数据，进而计算轨枕数量、轨枕均匀性和轨距数据。

其中，优选方案为：

所述高铁无砟轨道路面信息的非接触式探测方法，还包括：

第三步，单片机通过串口转网口模块将第二步获得的数据发送至电脑，由电脑显示屏对接收到的数据进行显示。

所述红外传感器采用红外接近开关，红外接近开关的发射件发射光与轨道平面垂直，其作用距离的调节方法为：

S11:为红外传感器插上5V电源，转动红外接近开关尾部的调节旋钮，当红外传感器扫描到轨枕上时，输出脉冲，其尾部指示灯亮；当红外传感器扫描到轨面上时，不输出脉冲，尾部的指示灯不亮；

S12:安装固定好红外传感器后，轨检小车缓慢沿着轨道推动，观察红外传感器是否在扫描到轨枕时尾部指示灯亮，扫描到轨面上时，尾部指示灯灭，并观察是否有漏触发或误触发的情况，如果有漏触发或者误触发的情况，细调作用距离。

红外传感器的调节最好在阴天或者傍晚，太阳光不十分强烈的情况下进行，在强日光下，传感器可能会失效。

所述轨枕数量计算方法为：

无轨枕时，红外传感器扫描到的轨道路面高度是一个确定的数据，当红外传感器扫描到轨枕时，高度数据发生变化，在轨枕顶部达到最小，将这个最小的高度数据与预先设定的轨枕高度数据进行比较，如果一致，认为是扫描经过一个轨枕，轨枕计数加1，如果扫描到的最小的高度数据与预先设定的轨枕高度数据差别超过高度告警值(根据轨枕的实际情况预先设定)，单片机发出告警信息。

所述轨枕均匀性的计算方法为：

S21:计算轨枕宽度，K_n＝(LJ_n-LQ_n)/2，n＝1,2，…，N，其中，N表示轨枕总数量，K_n表示第n个轨枕宽度，LQ_n表示第n个轨枕起始位置的里程坐标，LJ_n表示第n个轨枕结束位置的里程坐标，第n个轨枕起始位置和结束位置的里程坐标由轨检小车的里程计获取；

S22：计算轨枕中心点里程坐标，L_n＝(LQ_n+LJ_n)/2，n＝1,2，…，N，L_n表示第n个轨枕中心点里程坐标；

S23:计算第n个和第n+1个轨枕的轨距D_n＝L_n+1-L_n，通过均方根算法计算Dn的均方根值，均方根值越小，轨道均匀性越好。

轨道均匀性评估是对Dn(n＝1,2，…，N，)系列数据的分析，这是N个轨距数据，先算出这N个数据的平均值，表示平均的轨距，再计算每个轨距数据相对于均值的方差，就是差值的平方，得到N个方差数据，再对这N个方差数据计算平均值，再对这个平均值取平方根，均方根值越大，表示数据相对于平均值的离散性越大，轨道均匀性越不好。

所述红外传感器扫描的高度数据既不同于轨枕高度数据又不同于平整路面高度数据，记录异常数据发生里程数据，发送告警信息，由铁路公务人员核验，调查具体情况。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过红外传感器实现轨道路面数据的光电信息转换，将反射的光信号转换成电信号，单片机对电信号的波形进行分析，获得轨道路面的平整度信息，实现轨枕数量、轨枕均匀性和轨距数据的非接触式自动测量，测量可靠性高，节省人力。

具体实施方式

实施例1：

本发明所述高铁无砟轨道路面信息的非接触式探测方法，包括以下步骤：

第一步，将红外传感器安装在轨检小车上并调整好红外传感器的作用距离，红外传感器通过分压电路连接至单片机；

第二步，由轨检小车带动红外传感器在轨道上行进，红外传感器接收轨道的反射光信号，反射光信号经分压电路转换为电压信号发送至单片机，单片机通过对电压信号的处理获得红外传感器实时采集的高度数据，进而计算轨枕数量、轨枕均匀性和轨距数据。

第三步，单片机通过串口转网口模块将第二步获得的数据发送至电脑，由电脑显示屏对接收到的数据进行显示。

红外传感器由一个发射镜头和一个接收镜头组成，发射镜头发射红外线，照射到物体后，红外线反射回来，被接收镜头收到。反射线的强弱和物体的距离等因素有关。轨枕和轨道面有个高度差，当红外线照射到轨面上时，和照射到轨枕上时的反射强度不同，以此来判断检测车扫过的轨枕。红外传感器按检测方式可分为漫射式、对射式、镜面反射式、槽式光电开关和光纤式光电开关，本发明优选漫反射式红外接近开关。

漫反射型红外接近开关是当开关发射光束时，目标产生漫反射，发射器和接收器构成单个的标准部件，当有足够的组合光返回接收器时，开关状态发生变化，作用距离的典型值一般到3米，有效作用距离是由目标的反射能力决定，由目标表面性质和和颜色决定，对目标上的灰尘敏感和对目标变化了的反射性能敏感。

红外接近开关的发射件发射光与轨道平面垂直，其作用距离的调节方法为：

S11:为红外传感器插上5V电源，转动红外接近开关尾部的调节旋钮，当红外传感器扫描到轨枕上时，输出脉冲，其尾部指示灯亮；当红外传感器扫描到轨面上时，不输出脉冲，尾部的指示灯不亮；

S12:安装固定好红外传感器后，轨检小车缓慢沿着轨道推动，观察红外传感器是否在扫描到轨枕时尾部指示灯亮，扫描到轨面上时，尾部指示灯灭，并观察是否有漏触发或误触发的情况，如果有漏触发或者误触发的情况，细调作用距离。

红外传感器的调节最好在阴天或者傍晚，太阳光不十分强烈的情况下进行，在强日光下，传感器可能会失效。

所述轨枕数量计算方法为：

无轨枕时，红外传感器扫描到的轨道路面高度是一个确定的数据，当红外传感器扫描到轨枕时，高度数据发生变化，在轨枕顶部达到最小，将这个最小的高度数据与预先设定的轨枕高度数据进行比较，如果一致，认为是扫描经过一个轨枕，轨枕计数加1，如果扫描到的最小的高度数据与预先设定的轨枕高度数据差别超过高度告警值(根据轨枕的实际情况预先设定)，单片机发出告警信息。

所述轨枕均匀性的计算方法为：

S21:计算轨枕宽度，K_n＝(LJ_n-LQ_n)/2，n＝1,2，…，N，其中，N表示轨枕总数量，K_n表示第n个轨枕宽度，LQ_n表示第n个轨枕起始位置的里程坐标，LJ_n表示第n个轨枕结束位置的里程坐标，第n个轨枕起始位置和结束位置的里程坐标由轨检小车的里程计获取；

S22：计算轨枕中心点里程坐标，L_n＝(LQ_n+LJ_n)/2，n＝1,2，…，N，L_n表示第n个轨枕中心点里程坐标；

S23:计算第n个和第n+1个轨枕的轨距D_n＝L_n+1-L_n，通过均方根算法计算Dn的均方根值，均方根值越小，轨道均匀性越好。

轨道均匀性评估是对Dn(n＝1,2，…，N，)系列数据的分析，这是N个轨距数据，先算出这N个数据的平均值，表示平均的轨距，再计算每个轨距数据相对于均值的方差，就是差值的平方，得到N个方差数据，再对这N个方差数据计算平均值，再对这个平均值取平方根，均方根值越大，表示数据相对于平均值的离散性越大，轨道均匀性越不好。

所述红外传感器扫描的高度数据既不同于轨枕高度数据又不同于平整路面高度数据，记录异常数据发生里程数据，发送告警信息，由铁路公务人员核验，调查具体情况。

Claims (5)

1.一种高铁无砟轨道路面信息的非接触式探测方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，将红外传感器安装在轨检小车上并调整好红外传感器的作用距离，红外传感器通过分压电路连接至单片机；

第二步，由轨检小车带动红外传感器在轨道上行进，红外传感器接收轨道的反射光信号，反射光信号经分压电路转换为电压信号发送至单片机，单片机通过对电压信号的处理获得红外传感器实时采集的高度数据，进而计算轨枕数量、轨枕均匀性和轨距数据；

所述轨枕均匀性的计算方法为：

S21:计算轨枕宽度，K_n＝(LJ_n-LQ_n)/2，n＝1,2，…，N，其中，N表示轨枕总数量，K_n表示第n个轨枕宽度，LQ_n表示第n个轨枕起始位置的里程坐标，LJ_n表示第n个轨枕结束位置的里程坐标，第n个轨枕起始位置和结束位置的里程坐标由轨检小车的里程计获取；

S22：计算轨枕中心点里程坐标，L_n＝(LQ_n+LJ_n)/2，n＝1,2，…，N，L_n表示第n个轨枕中心点里程坐标；

S23:计算第n个和第n+1个轨枕的轨距D_n＝L_n+1-L_n，通过均方根算法计算Dn的均方根值，均方根值越小，轨道均匀性越好。

2.根据权利要求1所述的高铁无砟轨道路面信息的非接触式探测方法，其特征在于，还包括：

第三步，单片机通过串口转网口模块将第二步获得的数据发送至电脑，由电脑显示屏对接收到的数据进行显示。

3.根据权利要求1所述的高铁无砟轨道路面信息的非接触式探测方法，其特征在于，所述红外传感器采用红外接近开关，红外接近开关的发射件发射光与轨道平面垂直，其作用距离的调节方法为：

S11:为红外传感器插上5V电源，转动红外接近开关尾部的调节旋钮，当红外传感器扫描到轨枕上时，输出脉冲，其尾部指示灯亮；当红外传感器扫描到轨面上时，不输出脉冲，尾部的指示灯不亮；

S12:安装固定好红外传感器后，轨检小车缓慢沿着轨道推动，观察红外传感器是否在扫描到轨枕时尾部指示灯亮，扫描到轨面上时，尾部指示灯灭，并观察是否有漏触发或误触发的情况，如果有漏触发或者误触发的情况，细调作用距离。

4.根据权利要求1所述的高铁无砟轨道路面信息的非接触式探测方法，其特征在于，所述轨枕数量计算方法为：

无轨枕时，红外传感器扫描到的轨道路面高度是一个确定的数据，当红外传感器扫描到轨枕时，高度数据发生变化，在轨枕顶部达到最小，将这个最小的高度数据与预先设定的轨枕高度数据进行比较，如果一致，认为是扫描经过一个轨枕，轨枕计数加1，如果扫描到的最小的高度数据与预先设定的轨枕高度数据差别超过高度告警值，单片机发出告警信息。

5.根据权利要求1所述的高铁无砟轨道路面信息的非接触式探测方法，其特征在于，所述红外传感器扫描的高度数据既不同于轨枕高度数据又不同于平整路面高度数据，记录异常数据发生里程数据。