CN111982966B - 轨道结构无损及温度检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轨道结构无损及温度检测装置，包括底座，超声检测机构设于底座内并用于发射及接收超声波检测轨道内部，红外检测机构可伸缩地连接于底座外，并用于获取轨道表面红外热图像，充电组件包括电池及太阳能板，电池设于底座内并与超声检测机构、红外检测机构电性连接，太阳能板连接于底座外侧且与电池电性连接。上述轨道结构无损及温度检测装置，通过太阳能板为电池充电，电池用于为红外检测机构及超声检测机构供电，无需与外部电源进行连接，装置的安装位置不受限，且供电方便快捷，方便上述装置长期使用，全方位检测轨道且满足损伤及温度检测一体化的需求。

Description

轨道结构无损及温度检测装置

技术领域

本发明涉及铁路技术领域，特别是涉及一种轨道结构无损及温度检测装置。

背景技术

轨道交通中轨道结构在温度荷载和列车荷载耦合作用下出现了损伤破坏，为了揭示轨道结构温度和损伤之间的关系，需要对线路上轨道结构的温度场和损伤状态进行检测。轨道结构的传统检测方法主要分为接触式检测法和非接触式检测法，传统的接触式检测法检测效率低，需要接触式测量且具有较大的局限性；非接触式检测法无法同时满足对轨道表面或轨道内部进行检测的需求，也缺少对温度和损伤同时检测的设备，需要外部供电机构供电而使用范围受限。

发明内容

基于此，有必要针对轨道结构检测时需要外部供电机构供电而使用范围受限的问题，提供一种轨道结构无损及温度检测装置。

一种轨道结构无损及温度检测装置，包括：

底座；

超声检测机构，可伸缩地设于所述底座外，并用于发射及接收超声波以检测轨道内部损伤及温度分布；

红外检测机构，设于所述底座内，并用于获取轨道表面的红外热图像；以及

充电组件，包括电池及太阳能板，所述太阳能板设于所述底座外且与所述电池电性连接，所述电池设于所述底座内，且所述电池与所述超声检测机构及所述红外检测机构电性连接。

上述轨道结构无损及温度检测装置，通过太阳能板为电池充电，电池用于为红外检测机构及超声检测机构供电，无需与外部电源进行连接，装置的安装位置不受限，且供电方便快捷，方便上述装置长期使用。超声检测机构以检测轨道内部损伤及温度分布，设置红外检测机构以检测轨道表面损伤及温度分布，全方位检测轨道且满足损伤及温度检测一体化的需求。

在其中一个实施例中，所述底座包括手持部及安装部，所述安装部可拆卸地连接于所述手持部，所述安装部设有容腔以容纳所述红外检测机构，所述超声检测机构连接于所述安装部的外壁。

在其中一个实施例中，所述太阳能板可拆卸地连接于所述安装部的外壁，且所述太阳能板为可折叠结构。

在其中一个实施例中，所述红外检测机构包括壳体、光学镜头、红外探测器及红外显示屏，所述红外显示屏设于所述安装部，所述红外探测器及所述光学镜头设于所述壳体内，且所述红外探测器位于所述光学镜头的光路上，所述红外转换系统与所述红外探测器电性连接并进行信号处理和光电转换，所述红外显示屏与所述红外转换系统电性连接并用于显示所述轨道表面的红外热图像。在其中一个实施例中，所述光学镜头为全景摄像头或广角镜头。

在其中一个实施例中，还包括伸缩件，所述伸缩件的两端分别与所述超声检测机构、所述安装部连接，以使所述超声检测机构能够相对于所述安装部伸缩。

在其中一个实施例中，所述伸缩件为电动伸缩杆、机械伸缩杆或气缸中的一种。

在其中一个实施例中，所述超声检测机构滑动连接于所述安装部的外侧，以使所述超声检测机构能够相对于所述安装部伸缩。

在其中一个实施例中，所述超声检测机构包括超声发射器、超声接收器、控制组件及超声显示屏，所述超声发射器、所述超声接收器、所述控制组件及所述超声显示屏均设于所述安装部内且电性连接。

在其中一个实施例中，还包括激光定位机构，所述激光定位机构包括第一激光测距仪及第二激光测距仪，所述第一激光测距仪及所述第二激光测距仪间隔设于所述安装部，且分别用于检测两个不同方向上的距离。

附图说明

图1为一实施例中轨道结构无损及温度检测装置的轴测图；

图2为图1的正视图；

图3为图1所示轨道轨道结构无损及温度检测装置中红外检测机构的示意图；

图4为图1所示轨道轨道结构无损及温度检测装置中超声检测机构的示意图。

附图标记：100、底座；110、安装部；111、第一侧壁；112、第二侧壁；120、手持部；200、超声检测机构；210、超声发射器；220、超声接收器；230、控制组件；231、第二信号放大电路模块；232、第二信号处理电路模块；233、第二变压电路模块；300、红外检测机构；310、壳体；320、光学镜头；330、红外探测器；340、红外转换系统；350、红外显示屏；360、第一信号放大电路模块组件；370、信号处理电路模块；380、信号显示电路模块；390、第一变压电路模块；400、太阳能板；410、子光伏板；500、伸缩件；600、激光定位机构；610、第一激光测距仪；620、第二激光测距仪。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

请参考图1，一实施例的轨道结构无损及温度检测装置包括底座100、超声检测机构200、红外检测机构300及充电组件，超声检测机构200可伸缩地连接于底座100外并用于发射及接收超声波检测轨道内部，红外检测机构300设于底座100内并用于获取轨道表面红外热图像，充电组件用于为超声检测机构200及红外检测机构300供电。

其中，充电组件包括太阳能板400及电池(图未示)，电池设于底座100内并与超声检测机构200、红外检测机构300电性连接，太阳能板400连接于底座100外且与电池电性连接。

通过太阳能板400为电池充电，电池用于为红外检测机构300及超声检测机构200供电，无需与外部电源进行连接，上述装置的安装位置不受限，且供电方便快捷，方便上述装置长期使用；超声检测机构200以检测轨道内部的损伤情况及温度分布，设置红外检测机构300以检测轨道表面的损伤情况及温度分布，全方位检测轨道且满足损伤及温度检测一体化的需求，非接触式地快速判断轨道存在缺陷的位置，操作安全。

需要说明的是，在一些实施例中，在不使用太阳能板400时，也可以通过外接电源至充电接口给安装座充电。

在一些实施例中，请参考图1，底座100包括安装部110及手持部120，安装部110可拆卸地连接于手持部120。该实施例中，红外检测机构300设于安装部110的容腔(图未示)内，超声检测机构200可伸缩地连接于安装部110外壁，能够提高空间利用率，且避免超声检测机构200及红外检测机构300互相干扰。

在一些实施例中，安装部110及手持部120可以通过螺纹或卡接的方式可拆卸连接，便于安装部110或手持部120损坏后及时更替，提高资源利用率。在其他实施例中，安装部110及手持部120还可以通过球铰或转轴转动连接，以使安装板110能够相对于手持部120转动，而使红外检测机构300及超声检测机构200相对于手持部120转动，便于全方位取景检测，扩大检测范围。

进一步地，在一些实施例中，安装部110及手持部120可以为可伸缩结构，以使得安装部110的容腔尺寸能够改变，以容纳不同尺寸的红外检测机构300，手持部120的长度能够改变，以改变检测高度，提高装置的适用性。

在具体实施方式中，手持部120能够安装于应用场景中的一些构件(如轨道护栏、无人机及轨检车)上，便于长时间检测；手持部120也能够手持，便于短期检测。为了更好地在不同的应用场景中切换，手持部120可拆卸地连接于安装部110，以使得手持部120能够更替为不同的形态，以与应用场景相匹配。

进一步地，请参考图1，太阳能板400可拆卸地连接于安装部110外壁，且太阳能板400为可折叠结构。

具体地，太阳能板400包括多个子光伏板410，子光伏板410可拆卸地连接于安装部110外壁，多个子光伏板410之间活动连接以使太阳能板400能够折叠或展开。当太阳能板400展开时，太阳能板400能够将太阳能转化为电能并为电池供电；当太阳能板400收叠时，整个装置依靠电池或插座插电供电。

在一些实施例中，太阳能板400通过卡扣或合页可拆卸地连接于安装部110的外壁。在其他实施例中，安装部110的外部还可以设置滑槽，太阳能板400可以滑设于滑槽内以实现可拆卸连接，安装拆卸方便。

在一些实施例中，请结合参考图1，安装部110包括第一侧壁111及第二侧壁112，第一侧壁111及第二侧壁112相对设置，且第一侧壁111及第二侧壁112分别设有一太阳能板400，以使安装部110受力均衡，防止检测过程中安装部110因受力不均而出现歪斜或掉落的情况。在其他实施例中，太阳能板400还可以设于安装部110的顶壁，以增加太阳能板400的采光面积而储存更多的电能。

请参考图1，红外检测机构300能够实时检测轨道表面的损伤情况及温度分布，并转化为可视化图像显示。通过接收被检测物发射的红外线，将其温度分布以图像的方式显示，检测面积大、速度快且可以在线检测。

具体在一些实施例中，请参考图3，红外检测机构300包括壳体310、光学镜头320、红外探测器330、红外转换系统340及红外显示屏350。请结合图1所示，红外显示屏350设于安装部110，红外探测器330及光学镜头320设于壳体310，且红外探测器330位于光学镜头320的光路上，红外转换系统340与红外探测器330电性连接并进行信号处理和光电转换，红外显示屏350与红外转换系统340电性连接并用于显示轨道的表面红外热图像，以及时获取轨道的表面损伤情况。

可以理解的是，红外热成像无损检测过程：加热源对轨道结构进行加热，轨道结构表面温度场分布由红外热像仪接收后，输出的视频经图像处理后由红外显示屏350进行保存和显示，如果轨道结构表面中有缺陷，将阻碍热能的传播，造成能量积累(反射)，使缺陷部位对应的轨道结构表面形成一个“高温区”，在热图像中将是一个“亮区”，可以非常容易地计算出缺陷的位置、形状、大小等。

可以理解的是，光学镜头320能够自动锁定检测位置，利用红外探测器330捕捉检测位置的红外辐射能量，并通过第一信号放大电路模块360、第一信号处理电路模块370、第一信号显示处理模块380及第一变压电路模块390将红外辐射能量转化为可视化图像，红外显示屏350上能够读取温度分布数据，能够快速、非接触式观察到待检测位置的实时温度分布，安全性高。在一些实施例中，光学镜头320为全景摄像头，能够对轨道表面360度全方位扫描，使检测无死角。在其他实施例中，光学镜头320还可以为广角镜头，且广角范围为120度-180度。

请参考图1，超声检测机构200可伸缩的连接于安装部110，以快速调节红外检测机构300的位置而实现一定距离范围内的温度和损伤检测。

在一些实施例中，上述轨道结构无损及温度检测装置还包括伸缩件500，伸缩件500的两端分别与超声检测机构200、安装部110连接，以使超声检测机构200能够相对于安装部110伸缩。

具体地，伸缩件500为电动伸缩杆或机械伸缩杆或气缸。

在其他实施例中，超声检测机构200滑动连接于安装部110的外侧，以使超声检测机构200能够相对于安装部110伸缩。

具体地，超声检测机构200底部可以加设滑轨，安装部110顶侧设置滑槽，滑轨滑设于滑槽内。或者，超声检测机构200底部设置滑槽，安装部110顶侧设置滑轨，以使超声检测机构200能够相对于安装部110滑动，不用拆卸超声检测机构200，从而快速调节超声检测机构200的位置。

请参考图1，超声检测机构200用于发射及接收超声波以检测轨道内部损伤及温度分布。

具体地，请参考图4，超声检测机构200包括超声发射器210、超声接收器220、控制组件230及超声显示屏(图未示)，超声发射器210、超声接收器220、控制组件230及超声显示屏均设于安装部110外且电性连接。

需要指出的是，控制组件230包括第二信号放大电路模块231、第二项号处理电路块232及第二变压电路模块233，第二信号放大电路模块231、第二项号处理电路块232及第二变压电路模块233电性连接。

可以理解的是，超声发射器210发射超声波，超声波穿透轨道内部形成导波，并在损伤处发生反射离散为一系列的反射波阵面，超声接收器220能够接收反射波阵面。在不同检测时段由于太阳辐射强度的不同，轨道内部温度梯度也发生变化，反射波阵面到达声时差的改变量反映了轨道内部温度梯度的变化量，根据超声波传播速度与轨道内部温度梯度之间的函数关系通过热传导模型和反演算法重建轨道内部的温度场分布从而得到轨道结构温度梯度的变化量。依托红外测温法得到的轨道表面温度值作为基准值和边界值，就可以求得各个检测时段轨道内温度梯度，建立环境温度、轨道板表面温度与内部温度场分布之间的对应关系。

在进行轨道结构内部缺陷、损伤探测时采用脉冲反射法，超声发射器210发出的超声波脉冲通过声耦合介质(例如机油、水)进入轨道内部结构并在其中传播，遇到缺陷后，部分反射能量沿原途径返回超声接收器220，超声接收器220将其转变为电脉冲，经放大而显示在示波管的荧光屏上。根据缺陷反射波在荧光屏上的位置和幅度，即可测定轨道内部缺陷的位置和大致尺寸。超声波检测响应速度快、测量空间大、灵敏度高及适用范围广。

需要指出的是，超声检测机构200及红外检测机构300可以同步检测，也可以分先后顺序依次进行。

请参考图2，上述轨道结构无损及温度检测装置还包括激光定位机构600，激光定位机构600设于安装部110且与电池电性连接，激光定位机构600能够发射激光束，当检测到轨道结构表面或内部有损伤时，用激光定位机构600测得该损伤位置处与已知坐标位置测得物体的距离，实现轨道结构所有损伤的位置的精准定位。

具体地，激光定位机构600包括第一激光测距仪610及第二激光测距仪620，第一激光测距仪610及第二激光测距仪620设于安装部110，第一激光测距仪610用于水平方向上的距离测量，第二激光测距仪620用于垂直方向上的距离测量。

在一些实施例中，第一激光测距仪610设于安装部110的顶部，第二激光测距仪620设于安装部110的侧面，避免伸缩件500对测距时造成遮挡。在其他实施例中，第一激光测距仪610及第二激光测距仪620还可以并排间隔设置或以其他排布方式安装于安装部110。

在具体实施方式中，第一激光测距仪610及第二激光测距仪620均为工业激光测距仪，测距范围为0.5米-3000米，测距误差小于50mm。可以理解的是，第一激光测距仪610及第二激光测距仪620发射出的激光经被已知坐标位置的测量物体的反射后又被测距仪接收，测距仪同时记录激光往返的时间，光速和往返时间的乘积的一半，就是测距仪和被测量物体之间的距离，测距范围为0.5米-3000米，测距误差小于50mm。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种轨道结构无损及温度检测装置，其特征在于，包括：

底座；

红外检测机构，设于所述底座内，并用于获取轨道表面的损伤情况及温度分布；

所述红外检测机构包括壳体、光学镜头、红外探测器、红外转换系统及红外显示屏，所述红外显示屏设于安装部，所述红外探测器及所述光学镜头设于所述壳体内，且所述红外探测器位于所述光学镜头的光路上，所述红外转换系统与所述红外探测器电性连接并进行信号处理和光电转换，所述红外显示屏与所述红外转换系统电性连接并用于显示所述轨道表面的红外热图像；

超声检测机构，可伸缩地设于所述底座外，并用于发射及接收超声波以检测轨道内部的损伤情况及温度分布；

所述超声检测机构包括超声发射器、超声接收器、控制组件及超声显示屏，所述超声发射器、所述超声接收器、所述控制组件及所述超声显示屏均设于所述安装部内且电性连接；

所述超声发射器发射超声波，所述超声波穿透轨道内部形成导波，并在损伤处发生反射离散为一系列的反射波阵面，所述超声接收器接收反射波阵面；

所述反射波阵面到达声时差的改变量反映了轨道内部温度梯度的变化量，根据所述超声波的传播速度与所述轨道内部温度梯度之间的函数关系通过热传导模型和反演算法重建轨道内部的温度场分布从而得到轨道结构温度梯度的变化量，将根据红外测温法得到的轨道表面温度值作为基准值和边界值，计算各个检测时段轨道内温度梯度，建立环境温度、轨道板表面温度与轨道板内部温度场分布之间的对应关系；

所述底座包括手持部及安装部，所述安装部可拆卸地连接于所述手持部，所述安装部设有容腔以容纳所述红外检测机构，所述超声检测机构连接于所述安装部的外壁，所述安装部及所述手持部通过球铰或转轴转动连接，以使所述安装部相对于所述手持部转动，而使所述红外检测机构及超声检测机构相对于所述手持部转动；

所述手持部安装于应用场景中的构件上或用于手持；

以及充电组件，包括电池及太阳能板，所述太阳能板设于所述底座外且与所述电池电性连接，所述电池设于所述底座内，且所述电池与所述超声检测机构及所述红外检测机构电性连接；

所述太阳能板可拆卸地连接于所述安装部的外壁，且所述太阳能板为可折叠结构；

所述太阳能板包括多个子光伏板，子光伏板可拆卸地连接于安装部外壁，多个子光伏板之间活动连接使太阳能板折叠或展开；

所述太阳能板通过卡扣或合页连接于安装部的外壁或设置于安装部外壁的滑槽内；

所述太阳能板相对设于所述安装部的第一侧壁及第二侧壁，或设于所述安装部的顶壁；

还包括激光定位机构，所述激光定位机构包括第一激光测距仪及第二激光测距仪，所述第一激光测距仪及所述第二激光测距仪间隔设于所述安装部，且分别用于检测两个不同方向上的距离；

当检测到轨道结构表面或内部有损伤时，用所述激光定位机构测得该损伤位置处与已知坐标位置测得物体的距离。

2.根据权利要求1所述的轨道结构无损及温度检测装置，其特征在于，所述光学镜头为全景摄像头或广角镜头。

3.根据权利要求1所述的轨道结构无损及温度检测装置，其特征在于，还包括伸缩件，所述伸缩件的两端分别与所述超声检测机构、所述安装部连接，以使所述超声检测机构能够相对于所述安装部伸缩。

4.根据权利要求3所述的轨道结构无损及温度检测装置，其特征在于，所述伸缩件为电动伸缩杆、机械伸缩杆或气缸中的一种。

5.根据权利要求3所述的轨道结构无损及温度检测装置，其特征在于，所述超声检测机构滑动连接于所述安装部的外侧，以使所述超声检测机构能够相对于所述安装部伸缩。