CN116080702B - 一种车辆轴温智能探测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆轴温智能探测系统，包括道床外设备和道床上设备，道床外设备包括机柜、主机箱、控制箱、电源箱和远程管理箱；道床上设备包括轨枕，轨枕包括轨枕主体，轨枕主体上沿其自身长度方向间隔设置有四个安装平台，在四个安装平台上安装有探测箱和集成化数字化车号，探测箱实时检测运行车辆的轴承温度或轮辋温度，集成化数字化车号用于记录列车的车号，通过将道床上设备安装在轨枕上，轨枕主体和轨枕主体上安装设备的宽度均限定为小于捣固车的捣镐之间的间距，避免捣固车的捣镐与轨枕主体和轨枕主体上安装设备发生干涉，在不拆卸道床上设备的情况下，不影响捣固车工务施工作业，减少施工配合工作量及成本支出，降低交通安全风险。

Description

一种车辆轴温智能探测系统

技术领域

本发明涉及车辆运行安全监控技术领域，特别是涉及一种车辆轴温智能探测系统。

背景技术

车辆轴温智能探测系统（以下简称THDS）作为车辆运行安全监控系统（以下简称5T）的重要组成部分，利用道床上红外线高速探头和车号探测装置实时检测运行车辆的轴承温度和接收车号数据，进行跟踪报警，能够及时发现车辆热轴，从而防止热切轴，为铁路运输的安全高效发挥了重要作用。

目前全路大约7000多套THDS探测站，青藏集团公司现有各型THDS设备200余套，每年单套设备平均需要配合工务施工2次，配合需要维修人员前往探测站在施工天窗点内进行室外设备拆卸和恢复，每次配合需4人，如1人驻站防护、1人现场防护、2人作业，车辆1辆，来回平均200km，经初步测算，全年共需2000人次，汽车共需行驶5万公里，耗费了大量的人力物力，同时增加了较大的汽车交通安全风险。因此，急需对THDS室外设备开展小型化研究，实现设备在不拆卸的情况下不影响工务施工作业，减少施工配合工作量及成本支出，降低汽车交通安全风险。

发明内容

针对现有技术中的上述问题，本发明提供了一种车辆轴温智能探测系统，解决了现有技术中的THDS因需要拆卸和恢复而导致耗费了大量的人力物力，同时增加了汽车交通安全风险的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明提供了一种车辆轴温智能探测系统，其包括道床外设备和道床上设备，道床外设备和道床上设备之间通过连接电缆电性连接；

道床外设备包括机柜，机柜内设置有主机箱、控制箱、电源箱和远程管理箱；远程管理箱用于对主机箱的运行状况进行监控；控制箱用于对设备的信号进行调理，再将调理后的信号传送给主机箱；

道床上设备包括设置在轨道线路上的轨枕，轨枕包括轨枕主体，轨枕主体上沿其自身长度方向间隔设置有四个安装平台，其中两个安装平台分别位于轨枕主体的两端端部，另外两个安装平台位于轨枕主体的中部；两个位于轨枕主体端部的安装平台上均可固定有一个车辆轴温智能探测箱，车辆轴温智能探测箱内设置有非接触式红外温度探测器，非接触式红外温度探测器用于实时检测运行车辆的轴承温度，非接触式红外温度探测器通过连接电缆与控制箱电性连接，非接触式红外温度探测器将温度信号转变为电压信号，并通过控制箱调理后传输给主机箱；轨枕主体和车辆轴温智能探测箱的宽度均小于捣固车的捣镐之间的间距；

两个位于轨枕主体中部的安装平台上安装有轮温探测箱或集成化数字化车号，集成化数字化车号用于记录列车的车号，集成化数字化车号通过连接电缆接入主机箱；

每个安装平台的横截面呈等腰梯形结构，安装平台的横截面上端宽度为300mm，下端宽度为320mm，安装平台的高度为175mm。

本发明的基本原理为：现有技术中车辆轴温智能探测箱是直接安装在钢轨上的，车辆轴温智能探测箱与捣固车的捣镐存在干涉现象，导致需要将车辆轴温智能探测箱从轨道轨枕上拆卸后，捣固车才能继续对轨道线路进行维修作业。

而本发明中，通过将道床上设备安装在轨枕上，即将探测箱和集成化数字化车号均安装在轨枕主体的安装平台上，同时轨枕主体和探测箱的宽度均限定为小于捣固车的捣镐之间的间距，避免捣固车的捣镐与轨枕主体和探测箱发生干涉，在不拆卸道床上设备的情况下，不影响捣固车工务施工作业，减少施工配合工作量及成本支出，降低交通安全风险。

进一步地，作为轨枕的具体实施方式，轨枕主体由钢筋组件和混凝土浇筑形成，轨枕主体由钢筋组件和混凝土浇筑形成，实现轨枕主体的强度与原来的轨道线路上的轨枕强度相同，避免改变原来的轨道线路的整体结构，提高安装有轨枕主体的轨道线路运行稳定性。

轨枕主体的内部间隔设置有两个预埋管组件，每个预埋管组件均包括一根沿轨枕主体长度方向设置的预埋管件，预埋管件上设置有四个剖口，四个剖口的位置分别与四个安装平台的位置相对应，每个剖口上均固定连接有一个方管，四个方管的顶部开口分别与四个安装平台的顶部端面相接；探测箱和集成化数字化车号的线缆束从安装平台的顶部依次穿过方管和预埋管件引出至轨枕主体的两侧，便于外部设备与线缆束电性连接，进而实现供电功能和信息传输功能。

四个方管的顶部均设置有带有通孔的固定板，每块固定板的四角处均设置有螺纹安装孔；每个固定板的顶部均设置有一块盖板，盖板的下端面向下凸起设置有封堵板；固定板上的螺纹安装孔用于实现盖板与固定板之间的固定安装；封堵板用于封闭四个方管的顶部的缺口。因为轨枕主体是浇筑件，盖板和封堵板设置的目的有两个，其一为在浇筑过程中，避免未凝固的混凝土通过方管进入预埋管件，造成预埋管件的阻塞，不便于探测箱或集成化数字化车号后续的穿线缆束作业；其二为在轨枕主体成型且未运用至轨道线路上时，盖板和封堵板用于阻挡雨水的进入预埋管件，避免管内线缆腐蚀损坏，造成车辆轴温智能探测系统设备异常。

每根预埋管件的两端均贯穿轨枕主体长度方向的两端的端面相接，每根预埋管件两端靠近管口处均设置有管口焊接法兰，每个管口焊接法兰上均设置有一个法兰盘，每个法兰盘上均设置有一个与预埋管件内部连通的螺纹管接头。管口焊接法兰和带有螺纹管接头的法兰盘设置，是为了连接密封端盖，线缆束进线时，线缆束从预埋管件的一端能全部进入，则预埋管件另一端需要连接密封端盖，防止水或异物进入预埋管件，造成线缆束功能障碍。

进一步地，轨枕主体的两端分别设置有一个钢轨卡槽，每个钢轨卡槽的底面均间隔设置有两个预埋孔，两个预埋孔之间的连线与轨枕主体长度方向同向，两个预埋孔均位于两个预埋管件之间，每个预埋孔内均设置有一颗用于连接扣件的预埋螺母；钢轨卡槽由凸起设置在轨枕主体顶部的内挡肩和外挡肩组成；位于轨枕主体中部的两个安装平台位于两个内挡肩之间。钢轨卡槽用于承载钢轨，而钢轨与钢轨卡槽之间需要使用扣件固定，而扣件与预埋螺栓螺纹连接，便于对钢轨卡槽上的钢轨进行固定连接。

进一步地，非接触式红外温度探测器包括探测器壳体，所述探测器壳体侧壁上开设有第一缺口，所述第一缺口内设置有光学镜片，探测器壳体内设置有用于非接触式采集红外线光信号的光学总成，所述光学总成对准所述探测器镜片，探测器镜片和光学总成之间设置有光学快门、铂电阻和信号处理电路板；

所述探测器壳体内还设置有过线孔，所述过线孔内设置有电缆；所述光学快门、信号处理电路板均通过连接电缆与控制箱电性连接；所述信号处理电路板中集成有信号处理电路，信号处理电路板通过信号处理电路与铂电阻、光子器件电性连接，信号处理电路板用于将铂电阻的阻值信号和光子器件光学信号转化为电路信号输出至控制箱。

上述技术方案中的非接触式红外温度探测器用光学快门替代现有车辆轴温智能探测系统中的挡板总成，同时光学快门设置于探测器壳体的内部，可以缩小探测箱的设计体积，实现车辆轴温智能探测箱小型化设计；而光学快门叶片开合稳定，使用寿命长，无需使用电机实现叶片的开合，可以解决现有挡板总成种电机故障率高的问题。同时光学快门内置的设计，使得光学快门与标定热靶的距离变远，且光学快门前方有探测器镜片隔离，使得校零基准环境稳定，车辆轴温智能探测系统测温精度得到很大提高。

当列车经过车辆轴温智能探测箱时，探测器的光学快门提前自动打开，进行非接触式地采集车辆轴温红外线光信号，利用光学总成中碲镉汞元件的半导体特性得到原始的电信号，因此电信号非常微弱且含较多干扰，则需通过信号处理电路板中的电路元件滤波和放大等处理后，输出准确的车辆轴温电压信号至控制箱，最后经过数据处理和软件交互实现温度信号的还原，达到实时检测运行车辆的轴承温度的目的。

进一步地，作为光学快门、铂电阻和信号处理电路板的具体安装方式，光学总成为碲镉汞元件，第一缺口呈圆形结构，第一缺口内设置有快门安装块，快门安装块包括设置于第一缺口内的圆柱体，圆柱体中部贯穿设置有圆形安装槽，圆形安装槽的轴线与圆柱体的轴线重合；探测器镜片固定设置于圆形安装槽内；

圆柱体的正面上设置有固定圆板，固定圆板与圆柱体同轴设置，固定圆板上设置有多个固定孔，固定圆板通过多个固定孔与探测器壳体的侧壁固定连接；

圆柱体的背面上设置有两个支撑柱，两个支撑柱对称设置于圆形安装槽的两侧，两个支撑柱上均设置有第一安装孔，光学快门通过第一安装孔固定于两个支撑柱的端面上；

其中一个支撑柱的端面上设置有粘贴槽，铂电阻设置于粘贴槽内；上述方案中，通过在支撑柱的端面上设置有粘贴槽，将铂电阻设置于粘贴槽内，光学快门与两个支撑柱的端面接触，进而实现铂电阻紧紧贴合光学快门，能优良的传导光学快门的温度，精确测量光学快门的温度。

进一步地，作为光学快门的一种具体设置方式，光学快门包括快门支架，快门支架通过安装孔与两个支撑柱的端面固定连接，快门支架内部设置有叶片，快门支架上设置有用于驱动叶片开合的电磁阀，电磁阀通过导线与室内控制箱电性连接。通过内置的光学快门替代传统的外置档板总成，光学快门叶片开合稳定，使用寿命长，集成度高且结构简单，便于组装，同时通过电磁阀控制叶片开合，保持开或合状态时不通电，功耗低，无需使用电机实现叶片的开合，可以解决现有挡板总成种电机故障率高的问题。

进一步地，作为集成化数字化车号的具体设置方式，集成化数字化车号包括车号安装支架和车号天线箱体，车号天线箱体通过车号支架安装于轨枕主体中部的安装平台上；

车号天线箱体上设置有电源和信号专用接头，接头通过连接电缆与控制箱电性连接，连接电缆中设置有电源线缆和通信线缆；

车号天线箱体内置有与接头电性连接的射频板、天线、核心板、主控板、存储模块和网络通讯模块；

射频板产生特定频率的射频信号并发送至天线，并对天线接收到的射频信号进行解调；天线向列车发送射频信号以及接收列车上RFID标签反馈的射频信号；核心板对射频板解调后的信号进行解码处理，并将解码后的数据发送给主控板；主控板同时将解码后的数据通过网络通讯模块传输给主机箱和存储模块。

集成化数字化车号采用集成化设计，通过将射频板、天线、核心板、主控板、存储模块和网络通讯模块集成在车号天线箱体中，室内无需车号主机，并且可以通过网络通讯模块和存储模块对车号数据进行传输和保存，可以在正常传输车号数据的同时，解决现有技术中AEI设备存在的距离限制、安装复杂、连接头易松动等问题；而存储模块可以对车号数据进行保存，在车号数据传输中断的情况下，也不会丢失车号数据。

进一步地，射频板上设置有相互电性连接的集成式整数N分频频率合成器、射频解调芯片和功率衰减芯片；集成式整数N分频频率合成器用于产生不同频率的射频信号并将射频信号通过天线发送；射频解调芯片对天线接收列车上RFID标签反馈的射频信号进行解调；功率衰减芯片对天线的发送功率按设定值进行衰减或不衰减；

核心板上设置有解码芯片，解码芯片对射频板解调后的信号进行解码，按照车号标签格式要求进行输出至主控板；

主控板上设置有车号主控芯片，车号主控芯片控制射频板的功率设置、频率设置、功放打开或关闭；车号主控芯片控制解码后的数据的传输；

网络通讯模块中设置有与车号主控芯片电性连接的网络传输芯片。

进一步地，车号天线箱体上设置有多个第二安装孔；车号支架包括支撑板，支撑板的下端面与轨枕中部的上端面接触，车号天线箱体设置于支撑板的上方；支撑板下方沿自身长度方向间隔设置有两个支撑架，每个支撑架均呈大端朝下的等腰梯形结构，轨枕设置于支撑架之间；每个支撑架的底部均设置有一块带孔的连接板，每块连接板均位于轨枕所在位置地面的上方；

每个支撑架均匹配有一个抱箍，每个抱箍均设置于轨枕主体所在位置地面的下方，抱箍的两端分别与两块连接板固定连接；

车号天线箱体设置于支撑板的上端面，支撑板的上端面上设置有多个第三安装孔，多个第三安装孔的位置与多个第二安装孔的位置对应，第二安装孔与第三安装孔呈一一匹配关系；支撑板的上端面设置有第二缺口，车号天线箱体覆盖缺口，支撑板的横截面呈开口向下的凹字型结构，支撑板的开口处对称设置有一块挡板，其中一块挡板的上端面设置有穿线筒。

现有车号装置安装方案会存在与捣固车的镐臂发生干涉，所以在捣固车对铁路进行维修作业时，需拆除现有车号装置，本发明的集成化数字化车号是安装与轨枕上的，替代现有车号装置安装于两根轨枕之间的方案，位于轨枕中部的集成化数字化车号不会与捣固车的镐臂发生干涉，同时集成化数字化车号的安装高度不会影响行车安全和捣固车的维修施工，避免了集成化数字化车号的拆卸和恢复。同时，集成化数字化车号的集成化程度高，简化了硬件结构，方便与轨枕的安装，降低了现场安装应用难度，提高了集成化数字化车号的安装效率，节约了人力成本。

进一步地，道床上设备还包括与标定箱电性连接的标定热靶；标定箱内设置有测温标定模块，测温标定模块包括热靶控制单元、热靶控温单元、曲线生成单元、曲线分析单元；

设置在非接触式红外温度探测器和被测目标之间，标定热靶上设置有电机，热靶控制单元控制电机驱动标定热靶抬起和放下；热靶控制单元与热靶电性连接；

热靶控温单元和热靶控制单元通过标定箱与控制箱电性连接；热靶控温单元用于控制标定热靶温度，标定热靶加热时，曲线生成单元用于记录热靶温度和非接触式红外温度探测器输出电压，并生成非接触式红外温度探测器的热靶曲线；曲线分析单元根据热靶曲线斜率、点温度差和点幅值差判断曲线是否正常。测温标定模块可以解决非接触式红外温度探测器在不同环境和不同制冷点下输出不一致时的测温精度问题；也使得整个探测系统可以在对车辆底部重要部件温度进行测温前进行自检测，以提高测温精度。

本发明的有益效果为：本发明中的一种车辆轴温智能探测系统，通过将道床上设备安装在轨枕上，即将探测箱和集成化数字化车号均安装在轨枕主体的安装平台上，同时轨枕主体和轨枕主体上安装设备的宽度均限定为小于捣固车的捣镐之间的间距，避免捣固车的捣镐与轨枕主体和探测箱发生干涉，在不拆卸道床上设备的情况下，不影响捣固车工务施工作业，减少施工配合工作量及成本支出，降低交通安全风险。

附图说明

图1为一种车辆轴温智能探测系统的原理框图。

图2为轨枕的结构示意图。

图3为预埋管组件的三维结构示意图。

图4为预埋管组件的正视结构示意图。

图5为图4中A-A方向的结构示意图。

图6为盖板的结构示意图。

图7为图4中B-B方向的结构示意图。

图8为非接触式红外温度探测器的三维结构示意图。

图9为非接触式红外温度探测器的内部剖视结构示意图。

图10为探测器壳体的三维结构示意图。

图11为快门安装块的三维结构示意图。

图12为光学快门的结构示意图。

图13为非接触式红外温度探测器的信号流程原理框图。

图14为信号处理电路的电路图。

图15为集成化数字化车号安装在轨枕上的正视结构示意图。

图16为集成化数字化车号安装在轨枕上的俯视结构示意图。

图17为车号安装支架的正视结构示意图。

图18为车号安装支架的仰视结构示意图。

图19为车号安装支架的侧视结构示意图。

图20为集成化数字化车号的原理框图。

图21为测温标定模块生成非接触式红外温度探测器的热靶曲线的流程图。

图22为选取合适热靶曲线的流程图。

图23为根据选取的热靶曲线将AD信号转化为温度的流程图。

其中，1、轨枕；101、轨枕主体；102、钢轨卡槽；103、安装平台；104、预埋管组件；1041、预埋管件；1042、剖口；1043、方管；105、管口焊接法兰；106、法兰盘；1061、螺纹管接头；107、预埋孔；108、内挡肩；109、外挡肩；110、固定板；111、盖板；112、封堵板；

2、车辆轴温智能探测箱；3、非接触式红外温度探测器；301、探测器壳体；302、第一缺口；303、探测器镜片；304、光学总成；305、光学快门；306、铂电阻；307、信号处理电路板；308、过线孔；309、快门安装块；310、圆柱体；311、圆形安装槽；312、固定圆板；313、固定孔；314、支撑柱；315、第一安装孔；316、粘贴槽；317、快门支架；318、叶片；319、电磁阀；

4、集成化数字化车号；401、车号安装支架；402、支撑板；403、支撑架；404、连接板；405、抱箍；406、挡板；407、第三安装孔；408、第二缺口；409、穿线筒；410、车号天线箱体；411、第二安装孔。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1所示，本发明提供了一种车辆轴温智能探测系统，其包括道床外设备和道床上设备，道床外设备和道床上设备之间通过连接电缆电性连接；

道床外设备包括机柜，机柜内设置有主机箱、控制箱、电源箱和远程管理箱；远程管理箱用于对主机箱的运行状况进行监控；控制箱用于对设备的信号进行调理，再将调理后的信号传送给主机箱；

如图1~图7所示，道床上设备包括设置在轨道线路上的轨枕1，轨枕1包括轨枕主体101，轨枕主体101上沿其自身长度方向间隔设置有四个安装平台103，其中两个安装平台103分别位于轨枕主体101的两端端部，另外两个安装平台103位于轨枕主体101的中部；两个位于轨枕主体101端部的安装平台103上均可固定有一个车辆轴温智能探测箱2，车辆轴温智能探测箱2内设置有非接触式红外温度探测器3，非接触式红外温度探测器3用于实时检测运行车辆的轴承温度，非接触式红外温度探测器3通过连接电缆与控制箱电性连接，非接触式红外温度探测器3将温度信号转变为电压信号，并通过控制箱调理后传输给主机箱；轨枕主体101和车辆轴温智能探测箱2的宽度均小于捣固车的捣镐之间的间距。

两个位于轨枕主体101中部的安装平台103上安装有集成化数字化车号4，集成化数字化车号4用于记录列车的车号，集成化数字化车号4通过连接电缆接入主机箱；

每个安装平台103的横截面呈等腰梯形结构，安装平台103的横截面上端宽度为300mm，下端宽度为320mm，安装平台103的高度为175mm。现有技术中捣固车的相邻两个捣镐之间的间距为380mm，可以避免干涉。

现有技术中车辆轴温智能探测箱2是直接安装在钢轨上的，车辆轴温智能探测箱2与捣固车的捣镐存在干涉现象，导致需要将车辆轴温智能探测箱2从轨道轨枕1上拆卸后，捣固车才能继续对轨道线路进行维修作业。

而本发明中，通过将道床上设备安装在轨枕1上，即将车辆轴温智能探测箱2或集成化数字化车号4均安装在轨枕主体101的安装平台103上，同时轨枕主体101、车辆轴温智能探测箱2和集成化数字化车号4的宽度均限定为小于捣固车的捣镐之间的间距，避免捣固车的捣镐与轨枕主体101、车辆轴温智能探测箱2和集成化数字化车号4发生干涉，在不拆卸道床上设备的情况下，不影响捣固车工务施工作业，减少施工配合工作量及成本支出，降低交通安全风险。

作为轨枕1的具体实施方式，轨枕主体101由钢筋组件和混凝土浇筑形成，轨枕主体101由钢筋组件和混凝土浇筑形成，实现轨枕主体101的强度与原来的轨道线路上的轨枕1强度相同，避免改变原来的轨道线路的整体结构，提高安装有轨枕主体101的轨道线路运行稳定性。

轨枕主体101的内部间隔设置有两个预埋管组件104，每个预埋管组件104均包括一根沿轨枕主体101长度方向设置的预埋管件1041，预埋管件1041上设置有四个剖口1042，四个剖口1042的位置分别与四个安装平台103的位置相对应，每个剖口1042上均固定连接有一个方管1043，四个方管1043的顶部开口分别与四个安装平台103的顶部端面相接；车辆轴温智能探测箱2的线缆束从安装平台103的顶部依次穿过方管1043和预埋管件1041引出至轨枕主体101的两侧，便于外部设备与线缆束电性连接，进而实现供电功能和信息传输功能。

四个方管1043的顶部均设置有带有通孔的固定板110，每块固定板110的四角处均设置有螺纹安装孔；每个固定板110的顶部均设置有一块盖板111，盖板111的下端面向下凸起设置有封堵板112；固定板110上的螺纹安装孔用于实现盖板111与固定板110的固定安装；封堵板112用于封闭四个方管1043的顶部的缺口。因为轨枕主体101是浇筑件，盖板111和封堵板112设置的目的有两个，其一为在浇筑过程中，避免未凝固的混凝土通过方管1043进入预埋管件1041，造成预埋管件1041的阻塞，不便于车辆轴温智能探测箱2或集成化数字化车号后续的穿线缆束作业；其二为在轨枕主体101成型且未运用至轨道线路上时，盖板111和封堵板112用于阻挡雨水的进入预埋管件1041，避免预埋管件1041生锈损坏，造成轨枕主体101整体强度的减弱。

每根预埋管件1041的两端均贯穿轨枕主体101长度方向的两端的端面相接，每根预埋管件1041两端靠近管口处均设置有管口焊接法兰105，每个管口焊接法兰105上均设置有一个法兰盘106，每个法兰盘106上均设置有一个与预埋管件1041内部连通的螺纹管接头1061。管口焊接法兰105和带有螺纹管接头1061的法兰盘106设置，是为了连接密封端盖，线缆束进线时，线缆束从预埋管件1041的一端能全部进入，则预埋管件1041另一端需要连接密封端盖，防止水进入预埋管件1041，造成线缆束功能障碍。

轨枕主体101的两端分别设置有一个钢轨卡槽102，每个钢轨卡槽102的底面均间隔设置有两个预埋孔107，两个预埋孔107之间的连线与轨枕主体101长度方向同向，两个预埋孔107均位于两个预埋管件1041之间，每个预埋孔107内均设置有一颗用于连接扣件的预埋螺母；钢轨卡槽102由凸起设置在轨枕主体101顶部的内挡肩108和外挡肩109组成；位于轨枕主体101中部的两个安装平台103位于两个内挡肩108之间。钢轨卡槽102用于承载钢轨，而钢轨与钢轨卡槽102之间需要使用扣件固定，而扣件与预埋螺母螺纹连接，便于对钢轨卡槽102上的钢轨进行固定连接。

如图8~图14所示，具体地，非接触式红外温度探测器3包括探测器壳体301，探测器壳体301侧壁上开设有第一缺口302，第一缺口302内设置有光学镜片，探测器壳体301内设置有用于非接触式采集红外线光信号的光学总成304，光学总成304对准探测器镜片303，探测器镜片303和光学总成304之间设置有光学快门305、铂电阻306和信号处理电路板307，信号处理电路板307设置于探测器壳体内壁的两侧；

探测器壳体301上还设置有过线孔308，过线孔308内设置有电缆；光学快门305、信号处理电路板307和铂电阻306均通过连接电缆与控制箱电性连接；信号处理电路板307中集成有信号处理电路，信号处理电路板307通过信号处理电路与铂电阻306电性连接，信号处理电路用于将铂电阻306的阻值信号转化为电路信号输出至控制箱。

具体地，信号处理电路板307中集成有信号处理电路，信号处理电路板307上的元件采用表贴封装的方式固定，以减小信号处理电路板307的体积便于空余出多余位置放置信号处理电路，信号处理电路板307通过信号处理电路与铂电阻306电性连接，信号处理电路用于将铂电阻306的阻值信号转化为电流信号输出至室内的控制箱，经室内的控制箱信号处理电路板307取样放大后，输出温度电压信号，显示在程序界面中。

具体地，如图14所示，信号处理电路主要包括芯片U1，三极管Q1，电阻R3、R5、R7、R9，电容C1、C3、C5，开关二极管D1。信号处理电路可以直接将铂电阻306值转换为电流值，提高了测量光学快门305温度的准确性和效率。

在信号处理电路中，电阻R3接U1的3、4脚；电阻R7接U1的2脚和铂电阻306B脚；电阻R9与电容C5并联接铂电阻306B脚和U1的6脚；电阻R5接铂电阻306A脚和U1的12脚；三极管Q1的B极接U1的9脚，E极接U1的8脚；开关二极管D1的正极接电源，负极与三极管Q1的C极、电容C3和U1的10脚相连；电容C1与电源VCC和地GND相连；电容C3与开关二极管D1的正极和温度信号输出端、U1的7脚相连U1的5、11脚悬空；U1的13、14脚与铂电阻306的A脚相联。

上述技术方案中的非接触式红外温度探测器3用光学快门305替代现有车辆轴温智能探测系统中的挡板406总成，同时光学快门305设置于探测器壳体301的内部，可以缩小探测箱的设计体积，实现车辆轴温智能探测箱2小型化设计；而光学快门305叶片318开合稳定，使用寿命长，无需使用电机实现叶片318的开合，可以解决现有挡板406总成种电机故障率高的问题。同时光学快门305内置的设计，使得光学快门305与标定热靶的距离变远，且光学快门305前方有探测器镜片303隔离，使得校零基准环境稳定，车辆轴温智能探测系统测温精度得到很大提高。

当列车经过车辆轴温智能探测箱2时，探测器的光学快门305提前自动打开，进行非接触式地采集车辆轴温红外线光信号，利用光学总成304中碲镉汞元件的光电特性得到原始的电信号，因此电信号非常微弱且含较多干扰，则需通过信号处理电路板307中的电路元件滤波和放大等处理后，输出准确的车辆轴温电压信号至控制箱，最后经过数据处理和软件交互实现温度信号的还原，达到实时检测运行车辆的轴承温度的目的。

作为光学快门305、铂电阻306和信号处理电路板307的具体安装方式，光学总成304为碲镉汞元件，第一缺口302呈圆形结构，第一缺口302内设置有快门安装块309，快门安装块309包括设置于缺口302内的圆柱体310，圆柱体310中部贯穿设置有圆形安装槽311，圆形安装槽311的轴线与圆柱体310的轴线重合；探测器镜片303固定设置于圆形安装槽311内；

如图11所示，圆柱体310的正面上设置有固定圆板312，固定圆板312与圆柱体310同轴设置，固定圆板312上设置有多个固定孔313，固定圆板312通过多个固定孔313与探测器壳体301的侧壁固定连接；

圆柱体310的背面上设置有两个支撑柱314，两个支撑柱314对称设置于圆形安装槽311的两侧，两个支撑柱314上均设置有第一安装孔315，光学快门305通过第一安装孔315固定于两个支撑柱314的端面上；其中一个支撑柱314的端面上设置有粘贴槽316，铂电阻306设置于粘贴槽316内；上述方案中，通过在支撑柱314的端面上设置有粘贴槽316，将铂电阻306设置于粘贴槽316内，光学快门305与两个支撑柱314的端面接触，进而实现铂电阻306紧紧贴合光学快门305，能优良的传导光学快门305的温度，精确测量光学快门305的温度。

如图12所示，作为光学快门305的一种具体设置方式，光学快门305包括快门支架317，快门支架317通过安装孔与两个支撑柱314的端面固定连接，快门支架317内部设置有叶片318，快门支架317上设置有用于驱动叶片318开合的电磁阀319，电磁阀319通过导线与室内控制箱电性连接。通过内置的光学快门305替代传统的外置档板总成，光学快门305的工作原理为：电磁阀319连接有红、黑控制线，室内控制箱对红、黑控制线输入3.3V高低电平的脉冲信号，电磁阀319驱动叶片318进行对角开合动作，实现通断探测器光路的效果；电磁阀319的工作原理为同性相斥、异性相吸，通过控制电磁开关的极性实现叶片318阀门的开合。每当控制信号输入光学快门305，改变阀门磁性后就不需要再持续通电，阀门会一直保持极性状态不变。

光学快门305的特点有：1、叶片318开合不使用弹簧，通过磁性的排斥和吸引原理，实现极速开关功能。2、超低功耗，仅光学快门305开合时通电，保持开或合状态时不通电。3、长使用寿命。产品开关次数可达到20万次以上。4、高精度，无机械输出轴推力方向的运动、不会因快门的开合导致漏光、角度偏移，此特性符合光学快门305作为挡板406系统校零基准的要求。5、支持尺寸定制，可根据要求形状，特性灵活进行定制化生产。此特性可满足原探测器在尽可能少的结构改动情况下完成光学快门305和PT100铂电阻306的安装设计。

光学快门305叶片318开合稳定，使用寿命长，集成度高且结构简单，便于组装，同时通过电磁阀319控制叶片318开合，保持开或合状态时不通电，功耗低，无需使用电机实现叶片318的开合，可以解决现有挡板406总成种电机故障率高的问题。

如图15~图20所示，作为集成化数字化车号4的具体设置方式，集成化数字化车号4包括车号安装支架401和车号天线箱体410，车号天线箱体410通过车号支架安装于轨枕主体101中部的安装平台103上；

车号天线箱体410上设置有电源和信号专用接头，接头通过连接电缆与控制箱电性连接，连接电缆中设置有电源线缆和通信线缆；

车号天线箱体410内置有与接头电性连接的射频板、天线、核心板、主控板、存储模块和网络通讯模块；

射频板产生特定频率的射频信号并发送至天线，并对天线接收到的射频信号进行解调；天线向列车发送射频信号以及接收列车上RFID标签反馈的射频信号；核心板对射频板解调后的信号进行解码处理，并将解码后的数据发送给主控板；主控板同时将解码后的数据通过网络通讯模块传输给主机箱和存储模块。

集成化数字化车号4采用集成化设计，如图20所示，通过将射频板、天线、核心板、主控板、存储模块和网络通讯模块集成在车号天线箱体410中，室内无需车号主机，并且可以通过网络通讯模块和存储模块对车号数据进行传输和保存，可以在正常传输车号数据的同时，解决现有技术中AEI设备存在的距离限制、安装复杂、连接头易松动等问题；而存储模块可以对车号数据进行保存，在车号数据传输中断的情况下，也不会丢失车号数据。

进一步地，射频板上设置有相互电性连接的集成式整数N分频频率合成器、射频解调芯片和功率衰减芯片；集成式整数N分频频率合成器的型号为ADF4360，用于产生910.1Mhz、 912.1Mhz和914.1Mhz的频率的射频信号并将射频信号通过天线发送；射频解调芯片的型号为LT5516，对天线接收列车上RFID标签反馈频率为910.1Mhz、912.1Mhz和914.1Mhz的射频信号进行解调；功率衰减芯片对天线的发送功率按设定值进行衰减或不衰减。在本实施例中，当列车上RFID标签距离集成化数字化车号4的距离较近时，可适当的将功率调小以减轻集成化数字化车号4的负担。当列车上RFID标签距离集成化数字化车号4的距离较远时，工作环境较恶劣的情况下，可通过此功率衰减芯片适当的增大天线的发送功率，这样用户可以根据需求来适当调节功率大小。

集成式整数N分频频率合成器用于产生不同频率的射频信号并将射频信号通过天线发送；射频解调芯片对天线接收列车上RFID标签反馈的射频信号进行解调；功率衰减芯片对天线的发送功率按设定值进行衰减或不衰减；

核心板上设置有解码芯片，解码芯片对射频板解调后的信号进行解码，按照车号标签格式要求进行输出至主控板。

主控板上设置有车号主控芯片，车号主控芯片的型号为STM32，车号主控芯片控制射频板的功率设置、频率设置、功放打开或关闭；车号主控芯片控制解码后的数据的传输。

网络通讯模块中设置有与车号主控芯片电性连接的网络传输芯片，网络传输芯片的型号为W5500，用于连接网络并进行网络数据传输。

进一步地，车号天线箱体410上设置有多个第二安装孔411；车号支架包括支撑板402，支撑板402的下端面与轨枕1中部的上端面接触，车号天线箱体410设置于支撑板402的上方；支撑板402下方沿自身长度方向间隔设置有两个支撑架403，每个支撑架403均呈大端朝下的等腰梯形结构，轨枕1设置于支撑架403之间；每个支撑架403的底部均设置有一块带孔的连接板404，每块连接板404均位于轨枕1所在位置地面的上方。

每个支撑架403均匹配有一个抱箍405，每个抱箍405均设置于轨枕主体101所在位置地面的下方，抱箍405的两端分别与两块连接板404固定连接；

车号天线箱体410设置于支撑板402的上端面，支撑板402的上端面上设置有多个第三安装孔407，多个第三安装孔407的位置与多个第二安装孔411的位置对应，第二安装孔411与第三安装孔407呈一一匹配关系；支撑板402的上端面设置有第二缺口408，车号天线箱体410覆盖第二缺口408，支撑板402的横截面呈开口向下的凹字型结构，支撑板402的开口处对称设置有一块挡板406，其中一块挡板406的上端面设置有穿线筒409。

车号天线箱体410固定安装在轨枕主体101上的操作方法为：首先将轨枕主体101所在位置的地面掏空，然后将抱箍405放置在地面掏空的内部，支撑板402放置在轨枕主体101中部的上端面，通过螺栓将抱箍405的顶部与支撑架403端部的连接板404固定连接，实现将整个车号安装支架401固定在轨枕1的中部，完成车号安装支架401的固定，接着将车号天线箱体410放置在支撑板402的上端面，将第二安装孔411与第三安装孔407对齐，并在两个安装孔内设置螺栓，实现将车号天线箱体410与支撑板402之间的固定连接，进而实现整个车号天线箱体410与轨枕主体101之间的固定连接。而车号天线箱体410中电源线缆可以通过穿过第二缺口408和穿线筒409引出，便于电源线缆与主机箱电性连接。

现有车号装置安装方案会存在与捣固车的镐臂发生干涉，所以在捣固车对铁路进行维修作业时，需拆除现有车号装置，本发明的集成化数字化车号4是安装与轨枕1上的，替代现有车号装置安装于两根轨枕1之间的方案，位于轨枕1中部的集成化数字化车号4不会与捣固车的镐臂发生干涉，同时集成化数字化车号4的安装高度不会影响行车安全和捣固车的维修施工，避免了集成化数字化车号4的拆卸和恢复。同时，集成化数字化车号4的集成化程度高，简化了硬件结构，方便与轨枕1的安装，降低了现场安装应用难度，提高了集成化数字化车号4的安装效率，节约了人力成本。

进一步地，道床上设备还包括与标定箱电性连接的标定热靶；标定箱内设置有测温标定模块，测温标定模块包括热靶控制单元、热靶控温单元、曲线生成单元、曲线分析单元；

设置在非接触式红外温度探测器3和被测目标之间，标定热靶上设置有电机，热靶控制单元控制电机驱动标定热靶抬起和放下；热靶控制单元与热靶电性连接；

热靶控温单元和热靶控制单元通过标定箱与控制箱电性连接；热靶控温单元用于控制标定热靶温度，标定热靶加热时，曲线生成单元用于记录热靶温度和非接触式红外温度探测器输出电压，并生成非接触式红外温度探测器的热靶曲线；曲线分析单元根据热靶曲线斜率、点温度差和点幅值差判断曲线是否正常。测温标定模块可以解决非接触式红外温度探测器3在不同环境和不同制冷点下输出不一致时的测温精度问题；也使得整个探测系统可以在对车辆底部重要部件温度进行测温前进行自检测，以提高测温精度。

如图21~图23所示，测温标定模块的工作过程为：在无列车通过时，系统按设定的标定规则做热靶标定，热靶控制单元控制热靶处于非接触式红外温度探测器3前面，热靶控温单元给热靶加热，非接触式红外温度探测器3对热靶进行探测。曲线生成单元记录热靶温度和非接触式红外温度探测器3输出电压，生成非接触式红外温度探测器3的热靶曲线；列车通过后立即启动热靶标定过程：靶温和板温差小于5度且无故障，则认为环境符合热靶标定要求，先关校零，再开挡板406和热靶，AD板启动采样，通过中值滤波后，温度每升高5度，得到1个点（热靶温度及其对应非接触式红外温度探测器3输出值），16个点时热靶标定结束。

在列车通过时，热靶控制单元控制热靶抬起，非接触式红外温度探测器3对列车相关部位进行探测并输出电压信号。智能分析单元按照与当前列车通过时制冷温度和环境温度最接近的条件，从保存的热靶曲线库中挑选出合适的热靶曲线，通过智能分析，计算出列车相关部位的温度，其中选取热靶曲线的原理为：遍历整个100条正常热靶曲线，选择7天以内的热靶曲线进行比对，总共遍历两遍，第一遍找内核温度差0.4度且板温差3度以内的，板温最小差值曲线。如果第一遍没有找到，放大到寻找内核温度差0.8度且板温差3度以内的热靶曲线，如果存在则使用该条热靶曲线。如果两次遍历都没有找到合适的热靶曲线，返回最近热靶曲线序号，为了保证定标的精度，在定标时不使用该条判别查找曲线。根据选出的合适热靶曲线，将AD信号转化为温度信号。

Claims (6)

1.一种车辆轴温智能探测系统，其特征在于，包括道床外设备和道床上设备，道床外设备和道床上设备之间通过连接电缆电性连接；

道床外设备包括机柜，所述机柜内设置有主机箱、控制箱、电源箱和远程管理箱；远程管理箱用于对主机箱的运行状况进行监控； 控制箱用于对设备的信号进行调理，再将调理后的信号传送给主机箱；

道床上设备包括设置在轨道线路上的轨枕，所述轨枕包括轨枕主体，所述轨枕主体上沿其自身长度方向间隔设置有四个安装平台，其中两个所述安装平台分别位于轨枕主体的两端端部，另外两个安装平台位于轨枕主体的中部；两个位于轨枕主体端部的安装平台上均可固定有一个车辆轴温智能探测箱，所述车辆轴温智能探测箱内设置有非接触式红外温度探测器，非接触式红外温度探测器用于实时检测运行车辆的轴承温度，非接触式红外温度探测器通过连接电缆与控制箱电性连接，非接触式红外温度探测器将温度信号转变为电压信号，并通过控制箱调理后传输给主机箱；轨枕主体和车辆轴温智能探测箱的宽度均小于捣固车的捣镐之间的间距；

两个位于轨枕主体中部的安装平台上安装有轮温探测箱或集成化数字化车号，所述集成化数字化车号用于记录列车的车号，集成化数字化车号通过连接电缆接入主机箱；

每个安装平台的横截面呈等腰梯形结构，安装平台的横截面上端宽度为300mm，下端宽度为320mm，安装平台的高度为175mm；

所述轨枕主体由钢筋组件和混凝土浇筑形成，轨枕主体的内部间隔设置有两个预埋管组件，每个所述预埋管组件均包括一根沿轨枕主体长度方向设置的预埋管件，所述预埋管件上设置有四个剖口，四个所述剖口的位置分别与四个所述安装平台的位置相对应，每个剖口上均固定连接有一个方管，四个所述方管的顶部开口分别与四个安装平台的顶部端面相接；

四个方管的顶部均设置有带有通孔的固定板，每块所述固定板的四角处均设置有螺纹安装孔；每个固定板的顶部均设置有一块盖板，所述盖板的下端面向下凸起设置有封堵板；

预埋管件的两端均贯穿轨枕主体长度方向的两端的端面相接，每根预埋管件两端靠近管口处均设置有管口焊接法兰，每个管口焊接法兰上均设置有一个法兰盘，每个所述法兰盘上均设置有一个与预埋管件内部连通的螺纹管接头；

所述集成化数字化车号包括车号安装支架和车号天线箱体，所述车号天线箱体通过车号支架安装于轨枕主体中部的安装平台上；

所述车号天线箱体上设置有电源和信号专用接头，所述接头通过连接电缆与控制箱电性连接，连接电缆中设置有电源线缆和通信线缆；

车号天线箱体内置有与接头电性连接的射频板、天线、核心板、主控板、存储模块和网络通讯模块；

所述射频板产生特定频率的射频信号并发送至所述天线，并对天线接收到的射频信号进行解调；天线向列车发送射频信号以及接收列车上RFID标签反馈的射频信号；所述核心板对射频板解调后的信号进行解码处理，并将解码后的数据发送给所述主控板；主控板同时将解码后的数据通过所述网络通讯模块传输给主机箱和存储模块；

所述射频板上设置有相互电性连接的集成式整数N分频频率合成器、射频解调芯片和功率衰减芯片；所述集成式整数N分频频率合成器用于产生不同频率的射频信号并将射频信号通过所述天线发送；所述射频解调芯片对天线接收列车上RFID标签反馈的射频信号进行解调；所述功率衰减芯片对天线的发送功率按设定值进行衰减或不衰减；

所述核心板上设置有解码芯片，所述解码芯片对射频板解调后的信号进行解码，按照车号标签格式要求进行输出至所述主控板；

所述主控板上设置有车号主控芯片，车号主控芯片控制射频板的功率设置、频率设置、功放打开或关闭；车号主控芯片控制解码后的数据的传输；

所述网络通讯模块中设置有与所述车号主控芯片电性连接的网络传输芯片；

道床上设备还包括与标定箱电性连接的标定热靶；标定箱内设置有测温标定模块，测温标定模块包括热靶控制单元、热靶控温单元、曲线生成单元、曲线分析单元；

设置在非接触式红外温度探测器和被测目标之间，标定热靶上设置有电机，热靶控制单元控制电机驱动标定热靶抬起和放下；热靶控制单元与热靶电性连接；

热靶控温单元和热靶控制单元通过标定箱与控制箱电性连接；热靶控温单元用于控制标定热靶温度，标定热靶加热时，曲线生成单元用于记录热靶温度和非接触式红外温度探测器输出电压，并生成非接触式红外温度探测器的热靶曲线；曲线分析单元根据热靶曲线斜率、点温度差和点幅值差判断曲线是否正常；测温标定模块可以解决非接触式红外温度探测器在不同环境和不同制冷点下输出不一致时的测温精度问题；也使得整个探测系统可以在对车辆底部重要部件温度进行测温前进行自检测，以提高测温精度；

测温标定模块的工作过程为：在无列车通过时，系统按设定的标定规则做热靶标定，热靶控制单元控制热靶处于非接触式红外温度探测器前面，热靶控温单元给热靶加热，非接触式红外温度探测器对热靶进行探测；曲线生成单元记录热靶温度和非接触式红外温度探测器输出电压，生成非接触式红外温度探测器的热靶曲线；列车通过后立即启动热靶标定过程：靶温和板温差小于5度且无故障，则认为环境符合热靶标定要求，先关校零，再开挡板和热靶，AD板启动采样，通过中值滤波后，温度每升高5度，得到1个点，16个点时热靶标定结束；

在列车通过时，热靶控制单元控制热靶抬起，非接触式红外温度探测器对列车相关部位进行探测并输出电压信号；智能分析单元按照与当前列车通过时制冷温度和环境温度最接近的条件，从保存的热靶曲线库中挑选出合适的热靶曲线，通过智能分析，计算出列车相关部位的温度，其中选取热靶曲线的原理为：遍历整个100条正常热靶曲线，选择7天以内的热靶曲线进行比对，总共遍历两遍，第一遍找内核温度差0.4度且板温差3度以内的，板温最小差值曲线；如果第一遍没有找到，放大到寻找内核温度差0.8度且板温差3度以内的热靶曲线，如果存在则使用该条热靶曲线；如果两次遍历都没有找到合适的热靶曲线，返回最近热靶曲线序号，为了保证定标的精度，在定标时不使用该条判别查找曲线；根据选出的合适热靶曲线，将AD信号转化为温度信号。

2.根据权利要求1所述的车辆轴温智能探测系统，其特征在于，所述轨枕主体的两端分别设置有一个钢轨卡槽，每个所述钢轨卡槽的底面均间隔设置有两个预埋孔，两个所述预埋孔之间的连线与所述轨枕主体长度方向同向，两个预埋孔均位于两个所述预埋管件之间，每个预埋孔内均设置有一颗用于连接扣件的预埋螺母；钢轨卡槽由凸起设置在轨枕主体顶部的内挡肩和外挡肩组成；位于轨枕主体中部的两个所述安装平台位于两个所述内挡肩之间。

3.根据权利要求1所述的车辆轴温智能探测系统，其特征在于，所述非接触式红外温度探测器包括探测器壳体，所述探测器壳体侧壁上开设有第一缺口，所述第一缺口内设置有光学镜片，探测器壳体内设置有用于非接触式采集红外线光信号的光学总成，所述光学总成对准所述光学镜片，光学镜片和光学总成之间设置有光学快门、铂电阻和信号处理电路板；

所述探测器壳体内还设置有过线孔，所述过线孔内设置有电缆；所述光学快门、信号处理电路板均通过连接电缆与控制箱电性连接；所述信号处理电路板中集成有信号处理电路，信号处理电路板通过信号处理电路与铂电阻和光子器件电性连接，信号处理电路板用于将铂电阻的阻值信号和光子器件光学信号转化为电路信号输出至控制箱。

4.根据权利要求3所述的车辆轴温智能探测系统，其特征在于，所述光学总成为碲镉汞元件，所述第一缺口呈圆形结构，所述第一缺口内设置有快门安装块，所述快门安装块包括设置于第一缺口内的圆柱体，所述圆柱体中部贯穿设置有圆形安装槽，所述圆形安装槽的轴线与圆柱体的轴线重合；所述光学镜片固定设置于圆形安装槽内；

圆柱体的正面上设置有固定圆板，所述固定圆板与圆柱体同轴设置，固定圆板上设置有多个固定孔，固定圆板通过多个所述固定孔与所述探测器壳体的侧壁固定连接；

圆柱体的背面上设置有两个支撑柱，两个所述支撑柱对称设置于圆形安装槽的两侧，两个支撑柱上均设置有第一安装孔，所述光学快门通过所述第一安装孔固定于两个支撑柱的端面上；

其中一个支撑柱的端面上设置有粘贴槽，所述铂电阻设置于所述粘贴槽内。

5.根据权利要求4所述的车辆轴温智能探测系统，其特征在于，所述光学快门包括快门支架，所述快门支架通过所述第一安装孔与两个所述支撑柱的端面固定连接，快门支架内部设置有叶片，快门支架上设置有用于驱动叶片开合的电磁阀，所述电磁阀通过导线与室内控制箱电性连接。

6.根据权利要求1所述的车辆轴温智能探测系统，其特征在于，所述车号天线箱体上设置有多个第二安装孔；

所述车号支架包括支撑板，所述支撑板的下端面与轨枕中部的上端面接触，车号天线箱体设置于支撑板的上方；所述支撑板下方沿自身长度方向间隔设置有两个支撑架，每个所述支撑架均呈大端朝下的等腰梯形结构，轨枕设置于支撑架之间；每个支撑架的底部均设置有一块带孔的连接板，每块所述连接板均位于轨枕所在位置地面的上方；

每个支撑架均匹配有一个抱箍，每个所述抱箍均设置于所述轨枕主体所在位置地面的下方，抱箍的两端分别与两块所述连接板固定连接；

车号天线箱体设置于所述支撑板的上端面，支撑板的上端面上设置有多个第三安装孔，多个所述第三安装孔的位置与多个所述第二安装孔的位置对应，第二安装孔与三安装孔呈一一匹配关系；支撑板的上端面设置有第二缺口，所述车号天线箱体覆盖所述第二缺口，支撑板的横截面呈开口向下的凹字型结构，支撑板的开口处对称设置有一块挡板，其中一块所述挡板的上端面设置有穿线筒。

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