CN201104228Y

CN201104228Y - 多功能电子轨道水平仪

Info

Publication number: CN201104228Y
Application number: CNU2007200291375U
Authority: CN
Inventors: 宫春勇; 高小群; 赵华
Original assignee: SHANDONG SHENPU AUTOMOTIVE CONTROL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Shandong Shenpu Traffic Technology Co., Ltd.
Priority date: 2007-10-22
Filing date: 2007-10-22
Publication date: 2008-08-20
Anticipated expiration: 2017-10-22

Abstract

多功能电子轨道水平仪，属于测量轨道间距及两股钢轨水平高度差值的测量技术领域。包括整体尺架(5)、系统控制单元(6)、提手(7)、存储插口(8)、键盘插口(9)、显示数码管(10)、探头(11)、传感器(12)，系统控制单元(6)安装在整体尺架(5)内，显示数码管(10)、存储插口(8)、键盘插口(9)安装在整体尺架(5)上，探头(11)、传感器(12)通过螺钉固定在电机导轨(4)下方。具有显示直观清晰、测量精度高、数据记忆、检测方便、易于推广使用等优点。

Description

多功能电子轨道水平仪

技术领域

本实用新型多功能电子轨道水平仪，属于测量轨道间距及两股钢轨水平高度差值的测量技术领域。

背景技术

随着国民经济的不断提高，为适应运输市场的需求和提高铁路运输在运输市场上的竞争能力，铁路运输不断的向高速、重载方向发展，而我国的铁路线路是在客货混载的状况下发展的。由于无缝线路固有的特点，其日常维护与普通的线路有较大的区别。要求各项基本技术参数精确，这样才能确保线路的行车安全。

轨道的水平测量是线路维护中最重要的基础参数之一，该参数限定了线路轨道的安全运营和日常维护的必定条件。在日常维护作业中，常规的测量方法“水泡式”水平测量，这种方法要求操作人员逐点屈身，操作强度大，同时由于人为因素较多，测量误差大、实时性差、不能准确的扑捉相关参数，难以提高工作效率和科学精确的进行参数技术分析。随着高科技、高新技术不断发展，特别是嵌入式微型单片机的广泛应用，对于研制一种新型的多功能电子轨道水平仪，以提高工作效率，具有高科技含量的创新产品势在必行。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：针对现有测量技术存在的问题，提供一种具有显示直观清晰、测量精度高、数据记忆、检测方便、易于推广使用的多功能电子轨道水平仪。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：该多功能电子轨道水平仪，其特征在于：包括整体尺架、系统控制单元、提手、存储插口、键盘插口、显示数码管、探头、传感器，系统控制单元安装在整体尺架内，显示数码管、存储插口、键盘插口安装在整体尺架上，探头、传感器通过螺钉固定在电机导轨下方。

整体尺架包括绝缘垫、步进电机、电机导轨，整体尺架通过绝缘垫放置于火车轨道上。

传感器采用电子差动电容式倾角传感器和反射式光纤位移传感器。

系统控制单元包括、水平传感器信号、转距传感器信号、信号调理电路、微处理器、键入单元、存储单元、显示单元，水平传感器信号、转距传感器信号通过信号调理电路与微处理器相连，键入单元连接微处理器，微处理器与存储单元、显示单元相连。

水平传感器信号包括：精密波形发生器U1、前置放大器U2、高阻抗缓冲放大器U3、放大器U4、线性温度传感器U5、放大器U6、放大器U7、12位A/D变换器U8、微处理器U9、数码管DS1-DS8、晶体管Y1、电阻R1-R26、可调电阻RT1-RT3、电容C1-C12、稳压二极管D1、D2，精密波形发生器U1的7、8脚相连，4、5脚分别通过电阻R1、R2与可调电阻RT1相连，6脚接高电平VCC，10脚通过电容C1接地，11脚接地；精密波形发生器U1的12脚连接电阻R5的1脚，电阻R5的2脚通过电阻R6接高电平VCC，3脚接地；精密波形发生器U1的1脚连接电阻R3的1脚，电阻R5的3脚通过电阻R4接地，3脚接高电平VCC；精密波形发生器U1的2脚通过可调电阻RT1与前置放大器U2的2脚相连；前置放大器U2的3脚通过电阻R7接地；前置放大器U2的1脚输入到12位A/D变换器U8的模拟通道VA1，并通过电阻R8接地；前置放大器U2的14脚接高电平VCC，7脚接地；水平传感器信号通过电阻R9、R10及电容C4以及电容C2、C3、稳压二极管D1和电阻R11接地，对其信号进行滤波、整形后输入到高阻抗缓冲放大器U3的5脚；高阻抗缓冲放大器U3的12、1脚之间连接有电阻R13，且12脚接高电平VCC，1脚通过电容C7接地；高阻抗缓冲放大器U3的9、10脚之间连接有电阻R12，且9脚通过电容C5接地；高阻抗缓冲放大器U3的1脚通过电容C6、电阻R14与放大器U4的3脚相连；放大器U4的3脚通过电阻R15接高电平VCC，放大器U4的2脚通过电阻R16接地，5脚接负高电平-VCC，7脚通过电容C8接地；放大器U4的6脚输入到12位A/D变换器U8的模拟通道VA2。

转距传感器信号包括：线性温度传感器U5、放大器U6及其外围器件构成阻容电桥电路，线性温度传感器U5的2脚接高电平VCC，4脚接地；线性温度传感器U5的6脚连接电阻R17的3脚，并通过电阻R19、R20与放大器U6的3脚相连；线性温度传感器U5的5脚连接电阻R17的1脚；电阻R17的2脚接地；线性温度传感器U5的3脚通过电阻R18与放大器U6的3脚相连，并通过可调电阻RT3接地；线性温度传感器U5的2脚、1脚之间连接有电阻R21；线性温度传感器U5的1脚输入到12位A/D变换器U8的模拟通道VA3。

与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果是：该多功能电子轨道水平仪是采用现代电子差动电容式倾角传感器和反射式光纤位移传感器，以微型单片机嵌入式技术为基础研发的一种测量线路轨道水平高度，轨距的科技创新产品。能够科学准确完成线路钢轨的水平面和轨距的精确测量，具有测量结果数字化显示、存储、掉电保持记忆、报警、自动录入操作人员信息及作业地点里程等，并可与后台计算机进行通讯，对采集的数据进行实时分析、打印及数据整理等功能。

本实用新型设计中，采用电子差动电容式倾角传感器用于线路水平测量，它具有灵敏度高，结构简单，成本低等特点。但其受外界影响比较大，如电压波动、温度变化及噪声等。同时由于此装置应用于环境比较恶劣的铁道线路中，故在电路设计处理中是非常重要的。电路中，采用温度特性好的线性温度传感器构成阻容电桥，使用精密波形发生器构成交流电桥的激励源，作为温度线性补偿及消除电压波动的影响。采用高精度12位A/D转换器对输入信号进行模拟转换处理，并对高噪声环境中的输入噪声抑制起到非常重要的作用。

本实用新型设计中，采用反射式光纤位移传感器用于线路轨距测量，反射式光纤位移传感器是一种非接触式测量，具有探头小，响应速度快，测量线性化等优点。根据其工作原理，通过对被测物光强的检测，输出一电压信号，可以方便的得到位移量。

本实用新型设计中，存储单元采用封装的MS存储卡进行对采集数据的保存，可以方便的通过读卡器输入到后台计算机进行数据分析。

本实用新型设计中，显示单元采用高亮度的数码管进行数据的实时显示，具有直观、便于观察等特点。

本实用新型设计中，键盘录入单元采用封装的4X4可插拔式键盘，电路中留有键盘接口。

附图说明

图1本实用新型实施例的结构示意图；

图2本实用新型实施例的电路原理框图；

图3本实用新型实施例的电路原理图。

图1-3是本实用新型的最佳实施例，其中：1火车轨道 2绝缘垫 3步进电机 4导轨 5整体尺架 6系统控制单元 7提手 8存储插口 9键盘插口 10显示数码管 11探头 12传感器；

图3中：U1精密波形发生器、U2前置放大器、U3高阻抗缓冲放大器、U4放大器、U5线性温度传感器、U6放大器、U7放大器、U8 12位A/D变换器、U9微处理器、DS1-DS8数码管、Y1晶体管、R1-R26电阻、RT1-RT3可调电阻、C1-C12电容、D1、D2稳压二极管。

具体实施方式

如图1所示：整体尺架5通过绝缘垫2放置于轨道上进行测量；整体尺架5由绝缘垫2、步进电机3、导轨4、系统控制单元6、提手7、存储插口8、键盘插口9、显示数码管10、探头11、传感器12组成。

如图2所示：水平传感器信号及轨距传感器信号经信号调理电路的模数转换和整形、放大后，输入到微处理器U9中；操作人员通过键入单元把相关信息输入到微处理器U9中；微处理器U9把采集到的信息经编译后，分别输送到存储单元和显示单元。

如图3所示：系统控制单元6由精密波形发生器U1、前置放大器U2、高阻抗缓冲放大器U3、放大器U4、U6、U7、线性温度传感器U5、12位A/D变换器U8、微处理器U9、数码管DS1-DS8、晶体管Y1、电阻R1-R26、可调电阻RT1-RT3、电容C1-C12、稳压二极管D1、D2组成。

由精密波形发生器U1和前置放大器U2及外围器件组成激励源电路，以消除电压波动对水平传感器的影响。

精密波形发生器U1的7、8脚相连，4、5脚分别通过电阻R1、R2与可调电阻RT1相连，6脚接高电平VCC，10脚通过电容C1接地，11脚接地；精密波形发生器U1的12脚连接电阻R5的1脚，电阻R5的2脚通过电阻R6接高电平VCC，3脚接地；精密波形发生器U1的1脚连接电阻R3的1脚，电阻R5的3脚通过电阻R4接地，3脚接高电平VCC；精密波形发生器U1的2脚通过可调电阻RT1与前置放大器U2的2脚相连；前置放大器U2的3脚通过电阻R7接地；前置放大器U2的1脚输入到12位A/D变换器U8的模拟通道VA1，并通过电阻R8接地；前置放大器U2的14脚接高电平VCC，7脚接地。

由高阻抗缓冲放大器U3和及其外围器件组成水平信号采集放大电路，通过二级信号放大，信号具有比较高的带宽、低输入偏置电流等优点。

水平信号通过电阻R9、R10及电容C4以及电容C2、C3、稳压二极管D1和电阻R11接地，对其信号进行滤波、整形后输入到高阻抗缓冲放大器U3的5脚；高阻抗缓冲放大器U3的12、1脚之间连接有电阻R13，且12脚接高电平VCC，1脚通过电容C7接地；高阻抗缓冲放大器U3的9、10脚之间连接有电阻R12，且9脚通过电容C5接地；高阻抗缓冲放大器U3的1脚通过电容C6、电阻R14与放大器U4的3脚相连；放大器U4的3脚通过电阻R15接高电平VCC，放大器U4的2脚通过电阻R16接地，5脚接负高电平-VCC，7脚通过电容C8接地；放大器U4的6脚输入到12位A/D变换器U8的模拟通道VA2。

由线性温度传感器U5、放大器U6及其外围器件构成阻容电桥电路，对其采集信号进行温度补偿，抑制温度的影响。

线性温度传感器U5的2脚接高电平VCC，4脚接地；线性温度传感器U5的6脚连接电阻R17的3脚，并通过电阻R19、R20与放大器U6的3脚相连；线性温度传感器U5的5脚连接电阻R17的1脚；电阻R17的2脚接地；线性温度传感器U5的3脚通过电阻R18与放大器U6的3脚相连，并通过可调电阻RT3接地；线性温度传感器U5的2脚、1脚之间连接有电阻R21；线性温度传感器U5的1脚输入到12位A/D变换器U8的模拟通道VA3。

以上3路信号分别接入12位A/D变换器U8的3路模拟通道，保证3路信号的同时采样及稳定性，3路采样信号经12位A/D变换器U8转换后送入微处理器U9的P10、P11、P50脚进行处理输出。

由放大器U7及其外围器件组成轨距信号采集放大电路。

轨距信号通过电阻R22、R23及电容C11以及电容C9、C10、稳压二极管D2和电阻R24接地，对其信号进行滤波、整形后输入到放大器U7的3脚；高阻抗缓冲放大器U3的12、1脚之间连接有电阻R13，且12脚接高电平VCC，1脚通过电容C7接地；放大器U7的3脚通过电阻R25接高电平VCC，放大器U7的2脚通过电阻R26接地，5脚接负高电平-VCC，7脚通过电容C12接地；放大器U7的6脚输入到微处理器U9的P51脚进行处理输出。

微处理器U9采用NEC公司78k0系列的一种8位微处理单片机，微处理器U9采集到信号后，对其进行存储、显示的输出处理。

微处理器U9的X1、X2脚之间连接有晶体管Y1，并分别通过电容C13、C14接地；微处理器U9的V_DD脚接高电平VCC，并通过电容C15接地；微处理器U9的Vss脚接地；微处理器U9的TXD6、RXD6脚与存储单元连接，对其处理信号进行存储备份；微处理器U9的P40-P47、P60-P67脚分别与数码管DS1-DS4、DS5-DS8，对其处理信号进行实时显示。

Claims

1、多功能电子轨道水平仪，其特征在于：包括整体尺架(5)、系统控制单元(6)、提手(7)、存储插口(8)、键盘插口(9)、显示数码管(10)、探头(11)、传感器(12)，系统控制单元(6)安装在整体尺架(5)内，显示数码管(10)、存储插口(8)、键盘插口(9)安装在整体尺架(5)上，探头(11)、传感器(12)通过螺钉固定在电机导轨(4)下方。

2、根据权利要求1所述多功能电子轨道水平仪，其特征在于：整体尺架(5)包括绝缘垫(2)、步进电机(3)、电机导轨(4)，整体尺架(5)通过绝缘垫(2)放置于火车轨道(1)上。

3、根据权利要求1所述多功能电子轨道水平仪，其特征在于：传感器(12)采用电子差动电容式倾角传感器和反射式光纤位移传感器。

4、根据权利要求1所述多功能电子轨道水平仪，其特征在于：系统控制单元(6)包括水平传感器信号、转距传感器信号、信号调理电路、微处理器、键入单元、存储单元、显示单元，水平传感器信号、转距传感器信号通过信号调理电路与微处理器相连，键入单元连接微处理器，微处理器与存储单元、显示单元相连。

5、根据权利要求4所述多功能电子轨道水平仪，其特征在于：水平传感器信号包括：精密波形发生器U1、前置放大器U2、高阻抗缓冲放大器U3、放大器U4、线性温度传感器U5、放大器U6、放大器U7、12位A/D变换器U8、微处理器U9、数码管DS1-DS8、晶体管Y1、电阻R1-R26、可调电阻RT1-RT3、电容C1-C12、稳压二极管D1、D2，精密波形发生器U1的7、8脚相连，4、5脚分别通过电阻R1、R2与可调电阻RT1相连，6脚接高电平VCC，10脚通过电容C1接地，11脚接地；精密波形发生器U1的12脚连接电阻R5的1脚，电阻R5的2脚通过电阻R6接高电平VCC，3脚接地；精密波形发生器U1的1脚连接电阻R3的1脚，电阻R5的3脚通过电阻R4接地，3脚接高电平VCC；精密波形发生器U1的2脚通过可调电阻RT1与前置放大器U2的2脚相连；前置放大器U2的3脚通过电阻R7接地；前置放大器U2的1脚输入到12位A/D变换器U8的模拟通道VA1，并通过电阻R8接地；前置放大器U2的14脚接高电平VCC，7脚接地；水平传感器信号通过电阻R9、R10及电容C4以及电容C2、C3、稳压二极管D1和电阻R11接地，对其信号进行滤波、整形后输入到高阻抗缓冲放大器U3的5脚；高阻抗缓冲放大器U3的12、1脚之间连接有电阻R13，且12脚接高电平VCC，1脚通过电容C7接地；高阻抗缓冲放大器U3的9、10脚之间连接有电阻R12，且9脚通过电容C5接地；高阻抗缓冲放大器U3的1脚通过电容C6、电阻R14与放大器U4的3脚相连；放大器U4的3脚通过电阻R15接高电平VCC，放大器U4的2脚通过电阻R16接地，5脚接负高电平-VCC，7脚通过电容C8接地；放大器U4的6脚输入到12位A/D变换器U8的模拟通道VA2。

6、根据权利要求4所述多功能电子轨道水平仪，其特征在于：转距传感器信号包括：线性温度传感器U5、放大器U6及其外围器件构成阻容电桥电路，线性温度传感器U5的2脚接高电平VCC，4脚接地；线性温度传感器U5的6脚连接电阻R17的3脚，并通过电阻R19、R20与放大器U6的3脚相连；线性温度传感器U5的5脚连接电阻R17的1脚；电阻R17的2脚接地；线性温度传感器U5的3脚通过电阻R18与放大器U6的3脚相连，并通过可调电阻RT3接地；线性温度传感器U5的2脚、1脚之间连接有电阻R21；线性温度传感器U5的1脚输入到12位A/D变换器U8的模拟通道VA3。

7、根据权利要求4所述多功能电子轨道水平仪，其特征在于：系统控制单元6由精密波形发生器U1、前置放大器U2、高阻抗缓冲放大器U3、放大器U4、U6、U7、线性温度传感器U5、12位A/D变换器U8、微处理器U9、数码管DS1-DS8、晶体管Y1、电阻R1-R26、可调电阻RT1-RT3、电容C1-C12、稳压二极管D1、D2组成；其中：由精密波形发生器U1和前置放大器U2及外围器件组成激励源电路，以消除电压波动对水平传感器的影响，精密波形发生器U1的7、8脚相连，4、5脚分别通过电阻R1、R2与可调电阻RT1相连，6脚接高电平VCC，10脚通过电容C1接地，11脚接地；精密波形发生器U1的12脚连接电阻R5的1脚，电阻R5的2脚通过电阻R6接高电平VCC，3脚接地，精密波形发生器U1的1脚连接电阻R3的1脚，电阻R5的3脚通过电阻R4接地，3脚接高电平VCC，精密波形发生器U1的2脚通过可调电阻RT1与前置放大器U2的2脚相连，前置放大器U2的3脚通过电阻R7接地，前置放大器U2的1脚输入到12位A/D变换器U8的模拟通道VA1，并通过电阻R8接地，前置放大器U2的14脚接高电平VCC，7脚接地；由高阻抗缓冲放大器U3和及其外围器件组成水平信号采集放大电路，通过二级信号放大，信号具有比较高的带宽、低输入偏置电流等优点，水平信号通过电阻R9、R10及电容C4以及电容C2、C3、稳压二极管D1和电阻R11接地，对其信号进行滤波、整形后输入到高阻抗缓冲放大器U3的5脚，高阻抗缓冲放大器U3的12、1脚之间连接有电阻R13，且12脚接高电平VCC，1脚通过电容C7接地，高阻抗缓冲放大器U3的9、10脚之间连接有电阻R12，且9脚通过电容C5接地，高阻抗缓冲放大器U3的1脚通过电容C6、电阻R14与放大器U4的3脚相连，放大器U4的3脚通过电阻R15接高电平VCC，放大器U4的2脚通过电阻R16接地，5脚接负高电平-VCC，7脚通过电容C8接地，放大器U4的6脚输入到12位A/D变换器U8的模拟通道VA2；由线性温度传感器U5、放大器U6及其外围器件构成阻容电桥电路，对其采集信号进行温度补偿，抑制温度的影响，线性温度传感器U5的2脚接高电平VCC，4脚接地，线性温度传感器U5的6脚连接电阻R17的3脚，并通过电阻R19、R20与放大器U6的3脚相连，线性温度传感器U5的5脚连接电阻R17的1脚，电阻R17的2脚接地，线性温度传感器U5的3脚通过电阻R18与放大器U6的3脚相连，并通过可调电阻RT3接地，线性温度传感器U5的2脚、1脚之间连接有电阻R21，线性温度传感器U5的1脚输入到12位A/D变换器U8的模拟通道VA3；以上3路信号分别接入12位A/D变换器U8的3路模拟通道，保证3路信号的同时采样及稳定性，3路采样信号经12位A/D变换器U8转换后送入微处理器U9的P10、P11、P50脚进行处理输出。由放大器U7及其外围器件组成轨距信号采集放大电路，轨距信号通过电阻R22、R23及电容C11以及电容C9、C10、稳压二极管D2和电阻R24接地，对其信号进行滤波、整形后输入到放大器U7的3脚，高阻抗缓冲放大器U3的12、1脚之间连接有电阻R13，且12脚接高电平VCC，1脚通过电容C7接地，放大器U7的3脚通过电阻R25接高电平VCC，放大器U7的2脚通过电阻R26接地，5脚接负高电平-VCC，7脚通过电容C12接地；放大器U7的6脚输入到微处理器U9的P51脚进行处理输出，微处理器U9采用NEC公司78k0系列的一种8位微处理单片机，微处理器U9采集到信号后，对其进行存储、显示的输出处理，微处理器U9的X1、X2脚之间连接有晶体管Y1，并分别通过电容C13、C14接地；微处理器U9的V_DD脚接高电平VCC，并通过电容C15接地；微处理器U9的Vss脚接地；微处理器U9的TXD6、RXD6脚与存储单元连接，对其处理信号进行存储备份，微处理器U9的P40-P47、P60-P67脚分别于数码管DS1-DS4、DS5-DS8，对其处理信号进行实时显示。