CN109703599A - 道岔裂纹或断裂检测方法和设备及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了道岔裂纹或断裂的检测方法、设备和系统，包括如下具体步骤：1)信号发送单元发送的检测信号经易断性质的信号传导单元传输至信号接收单元；2)所述的信号传导单元断裂使信号接收单元无法收到或者部分收到检测信号，则判定道岔出现裂纹或断裂，采用具有易断特性的信号传导单元来传输信号，并该信号传导单元被固定在道岔的表面；当信号传导单元会断裂时，检测信号发生中断，据此判定道岔出现裂纹或断裂。

Description

道岔裂纹或断裂检测方法和设备及系统

技术领域

本发明涉及一种铁路轨道安全技术领域，尤其涉及一种道岔出现裂纹或断裂的检测方法、设备及系统。

背景技术

列车切换轨道是当列车行驶到轨道交汇处时，通过道岔切换到不同的线路上，从而控制列车往不同的线路行驶，道岔的轨道(尖轨)切换通常由转辙机带动。由于道岔上具有弧形的轨道，且该弧形轨道具有不规则作用面；当列车经过该弧形轨道时，会受到相较于普通的直线导轨更大的挤压压力，因此道岔轨道也更容易出现裂纹或断裂情况，目前国内现状主要还是通过人工巡检的方式来排查道岔的受损情况。

申请公布号为CN106740983A(文献1)所公开的一种轨道断裂检测方法和装置，其公开了预先在待检测的轨道段的两端设置第一超声传感器和第二超声传感器，分别检测轨道中的超声信号，通过判断第一超声信号或第二超声心信号是否满足预设条件，如果第一超声信号或第二超声信号中的至少一个满足预设条件，确定轨道段内发生轨道断裂事件。

申请公布号为CN106536318A(文献2)所公开的通过反射的方法感测轨道断裂和裂纹的系统，通过控制中心来确保控制，该控制中心包括中央命令控制程序和命令卡，通过该命令卡将命令由光纤线路发送至位于现场的系统卡，这些系统卡能够将这样的命令转换成用于感知所连接的轨道段的断裂和裂纹的动作。

上述轨道检测方法或系统主要是针对普通的直线型轨道，将其应用在道岔轨道上，可能存在如下缺陷：针对文献1，所采用的超声波设备笨重、体积大；且超声波易受天气、环境、轨道震动等因素的影响，同时所需功耗也较大。针对文献2，系统的构架复杂、实施成本高、且难度大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种道岔裂纹或断裂检测方法，进一步地提供一种道岔裂纹或断裂的检测设备及检测系统。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：道岔裂纹或断裂的检测方法，包括如下具体步骤：1)信号发送单元发送的检测信号经易断性质的信号传导单元传输至信号接收单元；2)所述的信号传导单元断裂使信号接收单元无法或部分收到检测信号，则判定道岔出现裂纹或断裂。

本发明进一步的优选方案为：所述的检测信号为光信号、电信号或声信号，对应地所述的信号传导单元为光信号传导单元、电信号传导单元或声信号传导单元。

本发明进一步的优选方案为：所述的监测单元检测信号接收单元收到检测信号的完整性。

本发明进一步的优选方案为：所述的信号发送单元以环境触发方式持续或间歇地发送所述的检测信号。

本发明进一步的优选方案为：当监测单元监测到信号接收单元收到所述的检测信号，则判断道岔轨道处于正常状态；当监测单元监测到信号接收单元无法收到或者部分收到所述的检测信号，则判断道岔出现裂纹或断裂。

本发明进一步的优选方案为：所述的监测单元将检测到数据实时地通过数据传输模块传输给管理终端。

本发明的另一发明主题：道岔裂纹或断裂检测设备，包括信号发送单元、信号接收单元和具有易断性质的信号传导单元，所述的信号传导单元连接在信号发送单元和信号接收单元之间，所述的信号传导单元用于被固定地铺设在待检测的道岔上；信号发送单元发出的检测信号经信号传导单元传输至信号接收单元。

本发明进一步的优选方案为：还包括监测单元，所述的监测单元用于监测信号接收单元是否收到完整的检测信号。

本发明进一步的优选方案为：所述的信号传导单元被铺设在待检测的道岔尖轨长度方向上的非工作部的表面。

本发明进一步的优选方案为：所述的信号传导单元为光信号传导单元、电信号传导单元或声信号传导单元

本发明进一步的优选方案为：所述的光信号传导单元为光纤，所述的信号发送单元为光信号发送单元，所述的信号接收单元为光信号接收单元，所述的电信号传导单元为石墨烯导线。

本发明进一步的优选方案为：光信号发送单元和光信号接收单元被集成于光纤收发器中，光纤的两端设有连接器，连接器可插入光纤收发器的两个相邻接口中。

本发明进一步的优选方案为：所述的光纤收发器被固定于待检测的道岔轨道的一端，该段光纤经中间弯曲后呈两条平行光纤段，并被固定在待检测的道岔轨道的表面。

本发明进一步的优选方案为：所述的光纤为玻璃光纤、塑料光纤、石英光纤和氟化物光纤，上述光纤材料为易断裂材料。

本发明进一步的优选方案为：所述的光纤通过固化物固定在所述的道岔轨道上。

本发明的另一发明主题：道岔裂纹或断裂检测系统，包括管理终端和所述的检测组件，监测单元将检测到的数据发送给所述的管理终端。

本发明进一步的优选方案为：监测单元连接有数据传输模块，监测单元检测到的数据通过所述的数据传输模块发送给管理终端。

本发明进一步的优选方案为：管理终端上设有声控报警器或警告指示灯或显示屏。

与现有技术相比，本发明的优点是采用具有易断特性的信号传导单元来传输信号，并该信号传导单元被固定在道岔的表面；当信号传导单元会断裂时，检测信号发生中断，据此判定道岔出现裂纹或断裂。由于光、声、电等信号传输速度快，响应及时；光、声、电信号的产生和传输，所需功耗相当低。本设备的体积小、成本低、实施起来方便。

附图说明

图1为本发明的光纤第一种铺设方式的检测系统框图；

图2为本发明的光纤第二种铺设方式的检测系统框图；

图3为本发明的光纤第一种铺设方式安装在道岔轨道上的示意图；

图4为本发明的光纤第二种铺设方式安装在道岔轨道上的示意图；

图5为本发明的检测系统的检测方法流程图；

图6为本发明的检测系统的检测示意图；

图7为室内主机的结构拆解图；

图8为室内主机的整体结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

道岔的尖轨被铺装在轨道的交汇处，其受转辙机带动，用于将列车切换引导至不同的轨道。

由于道岔的尖轨一般呈弧形，当列车经过该弧形轨道时，会受到相较于直线导轨更大的挤压压力，因此道岔上的轨道也更会出现裂纹或断裂情况。本发明主要是用于检测道岔上的轨道出现裂纹或断裂情形，以替代人工巡查；提前感知道岔轨道的受损情形，采取必要措施以避免出现铁路安全事故。

道岔轨道裂纹或断裂检测系统，包括管理终端10和道岔轨道裂纹或断裂检测设备。

本发明的总体构思为：道岔裂纹或断裂的检测方法，包括如下具体步骤：1)信号发送单元发送的检测信号经易断性质的信号传导单元传输至信号接收单元；2)所述的信号传导单元断裂使信号接收单元无法收到或部分收到检测信号，则判定道岔出现裂纹或断裂。

具体地该检测信号可以为光信号、电信号或声信号，对应地所述的信号传导单元为光信号传导单元、电信号传导单元或声信号传导单元。具体光信号传导单元为光纤、电信号传导单元可为脆性导电材料，不限定地为石墨烯、纳米级导电银漆等导线；其不仅具有良好的导电性能，同时其易断的特性。信号传导单元可为小直径结构或片状结构，在受到外力时容易断裂。

以下为检测信号为光信号为例，进行如下详细描述：如图1所示，道岔轨道裂纹或断裂检测设备，包括光信号发送单元20、光信号接收单元30、和一段光纤40，光纤40的其中一端与光信号发送单元20连接，光纤30的另一端与光信号接收单元30连接，光纤40铺设在待检测的道岔轨道50上；光信号发送单元20向光纤40发送光信号，该光信号经光纤传输后被光信号接收单元30所接收。

如图6至图8所示，光信号发送单元20、光信号接收单元30及控制电路均被置于室外从机100内，室外从机100位于道岔旁；管理终端10被置于管理站内，也可以被称为室内主机200，室内主机200和室外从机100两者之间用无线方式通信；室内主机200也可以与手机300进行通信；一台室内主机200可以对应通信多台室外从机100。室内主机200包括壳体201、线路板202、扬声器203、指示灯204等。

光纤40铺设在待检测的道岔轨道的非工作部的表面，并用光纤40进行光信号的传输；由于光纤具有脆弱和易断特性，光纤在断裂时，光信号会中断，据此判断道岔轨道50出现裂纹或断裂。由于光信号传输速度快，响应及时；且传输过程中不受外界因素干扰，尤其不会受到列车经过的轨道震动等影响干扰。同时光信号的产生、通过光纤传输，功耗相当低，两节干电池可供电三个月左右。本设备的体积小、成本低、实施起来方便。

光纤40被铺设在待检测的道岔轨道50的非工作部的表面。道岔轨道50主要是用于引导列车切换轨道，道岔轨道50上有列车车辆接触的工作面；光纤40被安装在道岔轨道50的非工作部的表面，避免光纤被碾压和挤压。

道岔轨道裂纹或断裂检测系统，还包括监测单元60，监测单元60监测光信号接收单元30是否收到光信号或监测信号的完整性。当监测单元60能跟踪监测到光信号接收单元30接收到光信号时，表明被检测的道岔轨道无裂纹或断裂现象；当监测单元60监测到无光信号时，表明被检测的道岔轨道50出现裂纹或断裂现场；应通知轨道管理站维修或及时更换。

光信号发送单元20以环境触发方式持续或间歇性地向光纤发送光信号。光信号发送单元20可一直发送光信号，进行实时地检测道岔轨道50出现损害情形；也可以为光脉冲形式，或预设定间隔时间；如以分钟或小时为单位进行发送光信号，可根据列车的车次、道岔轨道使用的频率等进行设定。此处的环境触发方式至少包括火车经过、引起的振动及环境温度的变化等条件满足时，光信号发送单元20向光纤发送光信号。

对于道岔轨道裂纹或断裂检测系统上的管理终端10，监测单元60将监测的数据发送给管理终端10。监测单元60连接有数据传输模块，数据传输模块优先地采用无线发送模块，监测单元60检测到的数据通过无线发送模块发送，并被管理终端10的无线接收模块所接收，管理终端10设于轨道管理站，管理终端10上设有显示屏，道岔轨道50正常状况或裂纹、断裂情形均可以在管理终端上体现出来，管理人可随时查看显示屏上的信息显示。也可以增设声控报警器或警告指示灯闪烁的方式，向相关人员发出道岔轨道出现裂纹或断裂等紧急警报。

具体地，光纤随道岔轨道50裂纹或断裂而断裂时，监测单元60发送中断信号给管理终端10。

光纤40沿道岔轨道50的长度方向铺设；道岔轨道50的长度一般在20米左右，道岔轨道50在长度方向最容易出现裂纹或断裂现象，光纤40固定铺设在道岔轨道50的长度方向上，光纤40受轨道的拉扯、变形就会断裂。

道岔轨道裂纹或断裂检测组件，还包括给设备供电的储能电池70，储能电池70可以给光信号发送单元20、光信号接收单元30和监测单元60进行供电，耗电较少。

根据设备的形式不同，光纤可分为如下两种铺设方式：

如图3所示，第一铺设方式为：光信号发送单元20位于待检测的道岔轨道50的一端，光信号接收单元30位于待检测的道岔轨道50的另一端，光纤40以单线方式布置在道岔轨道50的表面，光纤的长度与轨道的长度基本相适应。

如图2和图4所示，第二铺设方式为：光信号发送单元20和光信号接收单元30被集成于光纤收发器80中，光纤40的两端设有连接器，连接器可插入光纤收发器的两个相邻接口中。光纤收发器80被固定于待检测的道岔轨道50的一端，该段光纤40经中间弯折后呈两条平行光纤段，并被固定在待检测的道岔轨道50的表面，光纤的总长度大约为道岔轨道的两倍长度，光纤可通过固化物固定在道岔轨道50上，固化物可为环氧树脂、固化胶等将光纤固化在道岔轨道50上。

光信号发送单元20、光信号接收单元30及监测单元60被封装在塑料盒体中。光纤为玻璃光纤、塑料光纤、石英光纤和氟化物光纤等。光纤40为单根光纤，单根光纤外无塑料管；光纤40被布置于轨道上，在轨道未损害现象时，对光纤的使用寿命有一定要求；同时在轨道出现裂纹或断裂时，要确保光纤即时断裂。

光纤收发器为一种信号转换装置，光纤收发器80，将电信号和光信号进行相互转换；其包括光电转换模块，首先将电信号转换成光信号，并经光纤传输，收到的光信号再转换成电信号，并被传输和通信。本发明中的光纤收发器80可采用市售或现有技术进行制作。

如图5所示，道岔轨道裂纹或断裂的检测方法，包括如下具体步骤：1)光信号发送单元20向光纤发送光信号，该光信号经光纤传输后被光信号接收单元30所接收；2)监测单元60监测光信号接收单元30是否收到光信号，据此判断道岔轨道50是否出现裂纹或断裂。

优选地，在2)步骤中：当监测单元60监测到光信号接收单元30收到完整的光信号，则判断道岔轨道50处于正常；当监测单元60监测到光信号接收单元30无法收到光信号或仅部分收到光信号，则判断轨道50出现裂纹或断裂。

监测单元60将检测到数据实时地通过无线发送模块传输给管理终端10。

光信号发送单元20持续或间歇性地向光纤40发送光信号，光信号的形式和时间间隔，参照前面所述。

管理终端10上设有声控报警器或警告指示灯或显示屏。管理终端10设于轨道管理站，管理终端10上设有显示屏，道岔轨道50正常状况或裂纹、断裂情形均可以在管理终端10上体现出来，管理人可随时查看显示屏。也可以设置声控报警器或警告指示灯闪烁的方式，向相关人员发出道岔轨道出现裂纹或断裂等紧急警报。

以上对本发明所提供的道岔轨道裂纹或断裂检测组件、系统及方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理本发明及核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (18)

1.道岔裂纹或断裂的检测方法，其特征在于包括如下具体步骤：1)信号发送单元发送的检测信号经易断性质的信号传导单元传输至信号接收单元；2)所述的信号传导单元断裂使信号接收单元无法收到或者部分收到检测信号，则判定道岔出现裂纹或断裂。

2.根据权利要求1所述的道岔裂纹或断裂的检测方法，其特征在于所述的检测信号为光信号、电信号或声信号，对应地所述的信号传导单元为光信号传导单元、电信号传导单元或声信号传导单元。

3.根据权利要求1所述的道岔裂纹或断裂的检测方法，其特征在于所述的监测单元监测所述的信号接收单元接收到的检测信号的完整性。

4.根据权利要求1所述的道岔裂纹或断裂的检测方法，其特征在于所述的信号发送单元以环境触发方式持续或间歇地发送所述的检测信号。

5.根据权利要求3所述的道岔裂纹或断裂的检测方法，其特征在于当监测单元监测到信号接收单元收到完整的检测信号，则判断道岔轨道处于正常状态；当监测单元监测到信号接收单元无法收到或者仅部分收到所述的检测信号，则判断道岔出现裂纹或断裂。

6.根据权利要求3所述的道岔裂纹或断裂的检测方法，其特征在于所述的监测单元将检测到数据实时地通过数据传输模块传输给管理终端。

7.道岔裂纹或断裂检测设备，其特征在于包括信号发送单元、信号接收单元和具有易断性质的信号传导单元，所述的信号传导单元连接在信号发送单元和信号接收单元之间，所述的信号传导单元用于被固定地铺设在待检测的道岔上；信号发送单元发出的检测信号经信号传导单元传输至信号接收单元。

8.根据权利要求7所述的道岔裂纹或断裂检测设备，其特征在于还包括监测单元，所述的监测单元用于监测信号接收单元是否收到完整的检测信号。

9.根据权利要求7所述的道岔裂纹或断裂检测设备，其特征在于所述的信号传导单元被铺设在待检测的道岔轨道的长度方向上的非工作部表面。

10.根据权利要求7所述的道岔裂纹或断裂检测设备，其特征在于所述的信号传导单元为光信号传导单元、电信号传导单元或声信号传导单元。

11.根据权利要求10所述的道岔裂纹或断裂检测设备，其特征在于所述的光信号传导单元为光纤，所述的信号发送单元为光信号发送单元，所述的信号接收单元为光信号接收单元，所述的电信号传导单元为脆性导电材料。

12.根据权利要求11所述的道岔裂纹或断裂检测设备，其特征在于光信号发送单元和光信号接收单元被集成于光纤收发器中，光纤的两端设有连接器，连接器可插入光纤收发器的两个相邻接口中。

13.根据权利要求12所述的道岔裂纹或断裂检测设备，其特征在于所述的光纤收发器被固定于待检测的道岔轨道的一端，该段光纤经中间弯曲后呈两条平行光纤段，并被固定在待检测的道岔轨道的表面。

14.根据权利要求11所述的道岔裂纹或断裂检测设备，其特征在于所述的光纤为玻璃光纤、塑料光纤、石英光纤和氟化物光纤。

15.根据权利要求11所述的道岔裂纹或断裂检测设备，其特征在于所述的光纤通过固化物固定在所述的道岔轨道上。

16.道岔裂纹或断裂检测系统，包括管理终端和如权利要求7-15任一所述的检测设备，监测单元将检测到的数据发送给所述的管理终端。

17.根据权利要求16所述的道岔裂纹或断裂检测系统，其特征在于监测单元连接有数据传输模块，监测单元检测到的数据通过所述的数据传输模块发送给管理终端。

18.根据权利要求16所述的道岔裂纹或断裂检测系统，其特征在于管理终端上设有声控报警器或警告指示灯或显示屏。