CN211869392U - 基于rfid的铁路检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于RFID的铁路检测系统，该系统包括扣件紧固状态传感器、射频天线、读出器、终端设备和云服务器；其中，所述扣件紧固状态传感器通过无线网络与射频天线连接，该扣件紧固状态传感器向射频天线发送射频识别信息，所述射频识别信息包括扣件的位置信息和压力值；所述射频天线与读出器连接，该射频天线将接收到的射频识别信息发送至读出器；所述读出器与云服务器连接，该读出器将射频识别信息传输给云服务器；所述云服务器通过无线或有线网路与终端设备连接。本实用新型可以定量、实时地测量扣件的压力值，不需要电源线和数据线，便于扣件沿铁路线进行高密度地布置，扣件紧固状态传感器的体积小、结构简单、成本低、故障率低且使用寿命较长。

Description

基于RFID的铁路检测系统

技术领域

本实用新型属于铁路安全检测技术领域，具体地说，涉及一种基于RFID的铁路检测系统。

背景技术

射频识别技术是一种利用自由空间进行非接触式自动识别的技术，具有识别便捷、读取速度快、动态实时射频通信、安全性高优点，目前在铁路安全检测系统中，该射频识别技术主要用于识别车辆的车号，未见用于压力、温度等物理环境状态检测。

在现有技术中，有利用开环贴片天线设置的无源芯片的应变射频传感标签，其工作中心频率为3.4GHz，通过频率谐振偏移量间接推导标签所受压力大小；还有一种电容式加速度传感器芯片的射频模拟前端，其总功耗约为7μW；另外，还有一种用于混凝土监测的射频湿度传感器标签，其湿度测量结果在10％～70％区间，具有良好的线性度；但是上述现有技术的无线传输距离较近，只能满足特定固定场合的使用，无法满足铁路移动安全检测的需求。

而且，目前的铁路安全检测多数是由巡道工进行人工定期巡检，这种检测方式的存在以下不足：

1)人工检测只能目测铁路上的扣件是否丢失、伤损，很难检查扣件压力失效程度；

2)人工检测花费的时间较长、检验效率低，且劳动强度大、随机性较高；

3)由于需要人工上线检测，因此还存在安全事故的风险；

4)铁路上的扣件数量庞大，巡检结果无法进行精细的标识定位和统计分析，无法追溯巡检结果书，也不能为线路精细化管理提供大数据支撑。

因此，为了保证铁路的安全，仅靠人工检测远远满足不了当前的要求。

另外，铁路应用的自动检测系统一般采用的是有线连接形式，因此需要沿铁路线路布置大量的电源线和数据线，其高昂的建设成本制约了类似铁路扣件等设备沿线高密度的大面积部署，同时在山区、峡谷、冻土等条件艰苦地带和人烟稀少地段，无法铺设有线网络，因此还会带来更多的安全隐患和大量维护成本。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种基于RFID的铁路检测系统，以解决现有技术中的至少一个技术问题。

本实用新型的技术方案是：

本实用新型提供一种基于RFID的铁路检测系统，该系统包括扣件紧固状态传感器、射频天线、读出器、终端设备和云服务器；其中，

所述扣件紧固状态传感器通过无线网络与射频天线连接，该扣件紧固状态传感器向射频天线发送射频识别信息，所述射频识别信息包括扣件的位置信息和压力值；

所述射频天线与读出器连接，该射频天线将接收到的射频识别信息发送至读出器；

所述读出器与云服务器连接，该读出器将射频识别信息传输给云服务器；

所述云服务器通过无线或有线网路与终端设备连接。

进一步的，所述读出器通过无线或有线网路与云服务器连接。

进一步的，每个扣件紧固状态传感器具有唯一的标识编号。

进一步的，所述扣件紧固状态传感器通过紧固装置安装于轨道上。

进一步的，该扣件紧固状态传感器的上方安装有第一垫片，该扣件紧固状态传感器的下方安装有第二垫片，第二垫片位于扣件弹条上方，通过紧固装置依次将第一垫片、扣件紧固状态传感器、第二垫片和扣件弹条紧固连接。

进一步的，所述扣件紧固状态传感器包括RFID感应器和压力传感器；所述RFID感应器和压力传感器连接。

进一步的，所述扣件紧固状态传感器还包括附耳腔，所述RFID感应器至于所述附耳腔内。

进一步的，所述读出器为手持读出器或车载移动式读出器。

进一步的，所述射频天线为手持射频天线或车载射频天线。

进一步的，所述RFID感应器为高频感应器，该高频感应器的频率在869MHz～960MHz范围内。

本实用新型的基于RFID的铁路检测系统可以定量、实时地测量扣件的压力值，并且可将该系统搭载于铁路测试车上，以实现20km/h的高速测量；另外，扣件紧固状态传感器的电子标签可以接收读出器传输的微波信号，以及通过电磁感应线圈获取能量以对该来扣件紧固状态传感器进行短暂供电，因此不需要电源线和数据线，从而便于扣件沿铁路线进行高密度地布置，而且由于省去了供电系统，所以扣件紧固状态传感器还具有如下优点：体积可以达到厘米量级、结构简单、成本低、故障率低且使用寿命较长。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种基于RFID的铁路检测系统的模块结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的扣件紧固状态传感器的主视示意图；

图3为本实用新型实施例提供的扣件紧固状态传感器的安装示意图；

图4为本实用新型实施例提供的扣件紧固状态传感器的俯视示意图；

图5为本实用新型实施例提供的扣件紧固状态传感器的侧视示意图；

图6为本实用新型实施例提供的一种基于RFID的铁路检测系统的布局示意图；

图7为本实用新型实施例提供的一种基于RFID的铁路检测系统的工作流程图；

图8为本实用新型实施例提供的一种基于RFID的铁路检测系统的应用示意图。

其中，扣件紧固状态传感器-10、射频天线-20、读出器-30、终端设备-40、云服务器-50；

第一垫片-60、第二垫片-70、扣件弹条-80、紧固装置-90；

RFID感应器-11、压力传感器-12、附耳腔-13。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本实用新型进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本实用新型的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本实用新型的保护范围之内。

实施例一

图1为本实用新型实施例提供的一种基于RFID的铁路检测系统的模块结构示意图参见图1；该系统包括扣件紧固状态传感器10、射频天线20、读出器30、终端设备40和云服务器50；其中，

所述扣件紧固状态传感器10通过无线网络与射频天线20连接，该扣件紧固状态传感器10向射频天线20发送射频识别信息，所述射频识别信息包括扣件的位置信息和压力值；

所述射频天线20与读出器30连接，该射频天线20将接收到的射频识别信息发送至读出器30；

所述读出器30与云服务器50连接，该读出器30将射频识别信息传输给云服务器50；

所述云服务器50通过有线或无线网络与终端设备40连接。

本实施例中，所述扣件紧固状态传感器10用于向射频天线20发送射频识别信息，所述射频识别信息包括扣件的位置信息和压力值；

所述射频天线20将接收到的射频识别信息发送至读出器30；

所述读出器30将射频识别信息传输给云服务器50，云服务器50对接收到的扣件的压力值进行分析，若所述扣件的压力值大于预设的压力阈值时，则该云服务器50发送报警信息给终端设备40。

进一步的，云服务器50对接收到的扣件的压力值进行分析后还生成分析报告。

具体的，所述扣件紧固状态传感器10安装于扣件上；

所述读出器30通过射频天线20来获取扣件的位置信息和压力值，该读出器30可安装于位于检测车内；所述射频天线20用于接收和发送射频载波以完成射频通信，该射频天线20可安装于检测车的车底，该射频天线20与扣件的垂直距离可为0.5m～0.75m。

读出器30通过有线或者无线网络将接收到的扣件的位置信息和压力值传输给云服务器50，云服务器50对接收到的扣件的压力值进行分析生成分析报告，则该云服务器50发送报警信息给终端设备40；云服务器50包括web服务器、数据库服务器；所述无线网络可以是GSM-R(Global System for Mobile Communications–Railway，铁路综合数字移动通信系统)、LTE(Long Term Evolution，长期演进)等无线网络。

进一步的，终端设备40对该报警信息进行确认和/或处理，并将确认信息和/或处理信息发送至云服务器50，以实现整个检测系统的闭环管理；所述终端设备40包括计算机、移动终端等。

进一步的，所述云服务器50可将分析报告、确认信息、处理信息发送至存储设备。

进一步的，每个扣件紧固状态传感器10具有唯一的ID(标识)编号，以用于识别相应的扣件的位置信息，参见图3，所述扣件紧固状态传感器10可通过紧固装置90(例如扣件螺栓等)安装于轨道上，用于采集扣件的位置信息和压力值。

进一步的，参见1和图3，所述扣件紧固状态传感器10安装于扣件组件上，所述扣件组件包括第一垫片60、第二垫片70、扣件弹条80和紧固装置90；具体的，所述扣件紧固状态传感器10的上方安装有第一垫片60，该扣件紧固状态传感器的下方安装有第二垫片70，第二垫片位于扣件弹条80上方，通过紧固装置90依次将第一垫片60、扣件紧固状态传感器10、第二垫片70和扣件弹条80紧固连接。

进一步的，参见图2、4和5，所述扣件紧固状态传感器10包括主要RFID感应器11和压力传感器12，所述RFID感应器11和压力传感器12连接，其中，该RFID感应器11通过无线网络向读出器30发送扣件的位置信息，该RFID传感器11还用于产生感应电能以向压力传感器12供电；

压力传感器12安装于紧固装置90上，用于接收紧固装置90传输的扣件压力值，并将所述扣件的压力值发送至RFID感应器11，该RFID感应器11可通过无线网络向读出器30发送扣件的压力值。

进一步的，所述扣件紧固状态传感器10还包括附耳腔13，所述RFID感应器11置于所述附耳腔13内。

进一步的，所述读出器30包括手持读出器或车载移动式读出器。

进一步的，所述射频天线20包括手持射频天线或车载射频天线。

进一步的，所述RFID感应器11为高频感应器，该高频感应器的频率可在869MHz～960MHz范围内。

图6为本实用新型实施例提供的一种基于RFID的铁路检测系统的布局示意图，结合图3和6，在轨道上铺设多个扣件1、2。。。N,将扣件紧固状态传感器10安装于扣件上，读出器30可安装于检测车内，读出器30采集现场扣件紧固状态传感器10所得到的扣件的位置信息和压力值，通过射频天线20将扣件的位置信息和压力值实时上传至web服务器，web服务器对该扣件的位置信息和压力值进行分析，并将生成的分析报告传输至数据库服务器，并存储于存储设备中；另外，若所述扣件的压力值大于预设的压力阈值时，web服务器还将报警信息和分析报告推送至用户的终端设备，用户通过终端设备确认报警信息，并向web服务器发送请求信息，表明对该报警信息进行了确认或处理，web服务器响应该请求信息，将确认或处理信息进行存储。

具体的，参见图7，图7为本实用新型实施例提供的一种基于RFID的铁路检测系统的工作流程图，本实施例中的基于RFID的铁路检测系统的工作过程如下：

读出器30通过射频天线20将激励信号无线传递给扣件紧固状态传感器10，扣件紧固状态传感器10依靠该激励信号转换为能量从而开始工作，扣件紧固状态传感器10对应力信号进行采样，扣件紧固状态传感器10将扣件位置信息和压力值上报给云服务器50，同时，读出器30识别出该RFID感应器11标签的反射信号(该反射信号包括扣件位置信息和压力值)；

具体的，射频天线20将激励信号传递给RFID感应器11；

RFID感应器11接收到所述激励信号后产生相应的电压，该电压可以供压力传感器12工作；其中，该RFID感应器11的电压可以在1.8V～2.5V范围内。

压力传感器12中的电压达到预设的电压值时(例如：预设的电压值在1.8V～2.5V范围内)，压力传感器12测量扣件的压力值并将该压力值传递给RFID感应器11，RFID感应器11将扣件的压力值和位置信息(即扣件标签序号)通过无线网络发送至射频天线20。

需要说明的是，在铁路检测系统中，可以将扣件紧固状态传感器10替换为扣件测温传感器或扣件测湿传感器等，所述扣件测温传感器用于检测扣件的温度，该扣件测温传感器包括低功耗的温度传感器和RFID感应器；所述扣件测湿传感器用于检测扣件的湿度，该扣件测湿传感器包括低功耗的湿度传感器和RFID感应器。

射频天线20再将扣件的压力值和位置信息(即扣件标签序号)发送至读出器30。参见图6，车载移动式读出器或手持读出器自动激活车载天线预设距离范围内的扣件紧固状态传感器，从而获取扣件的位置信息和压力值，并通过车载天线将所述扣件的位置信息和压力值发送给车载工作站，车载工作站利用GSM-R或LTE将接收到的扣件的位置信息和压力值发送给数据库服务器，数据库服务器对扣件的压力值进行分析生成分析报告，若所述扣件的压力值大于预设的压力阈值时，则该数据库服务器发送报警信息给工作站终端。

因此，本实施例中的基于RFID的铁路检测系统，由于该扣件紧固状态传感器10为无源设备，扣件紧固状态传感器10的电子标签可以接收读出器30传输的微波信号，以及通过电磁感应线圈获取能量以对该来扣件紧固状态传感器10进行短暂供电，由于省去了供电系统，因此该扣件紧固状态传感器10体积较小，可以达到厘米量级甚至更小，而且自身结构简单、成本低、故障率低且使用寿命较长。

本实施例中的铁路检测系统由于利用了扣件紧固状态传感器10，依靠扣件紧固状态传感器10发送的电磁波，即可使读出器30和扣件紧固状态传感器10进行数据传输，不需要两者物理接触，因此，这使得扣件紧固状态传感器10能够无视尘、雾、塑料、纸张、木材以及各种障碍物等，可以直接与读出器30进行通信。

另外，由于扣件紧固状态传感器10的读写速度极快，一般RFID传输过程通常不到100毫秒，高频段的要RFID感应器11甚至可以同时识别、读取多个扣件标签的内容，极大地提高了铁路检测系统的信息传输效率。

而且，由于扣件紧固状态传感器10的RFID标签的编号是唯一的，因此RFID标签与扣件的位置一一对应，所以可以精确的获取每一个扣件的压力值。

本实用新型的有益效果：

本实用新型是基于RFID(Radio Frequency Identification，RFID)技术的一种铁路检测系统，该系统利用超高频RFID感应器(869MHz～960MHz)对地面安装的扣件紧固状态传感器发送激励信号，RFID感应器接收到所述激励信号后产生相应的电流(例如，电流值可以是1.8A)，该电流可以供压力传感器工作，同时将检测到的扣件的压力值传输至读写器。

本实用新型的基于RFID的铁路检测系统可以定量、实时地测量扣件的压力值，并且可将该系统搭载于铁路测试车上，以实现20km/h的高速测量；另外，扣件紧固状态传感器的电子标签可以接收读出器传输的微波信号，以及通过电磁感应线圈获取能量以对该来扣件紧固状态传感器进行短暂供电，因此不需要电源线和数据线，从而便于扣件沿铁路线进行高密度地布置，而且由于省去了供电系统，所以扣件紧固状态传感器还具有如下优点：体积可以达到厘米量级、结构简单、成本低、故障率低且使用寿命较长。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本实用新型实施例中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于RFID的铁路检测系统，其特征在于，该系统包括扣件紧固状态传感器、射频天线、读出器、终端设备和云服务器；其中，

所述扣件紧固状态传感器通过无线网络与射频天线连接，该扣件紧固状态传感器向射频天线发送射频识别信息，所述射频识别信息包括扣件的位置信息和压力值；

所述射频天线与读出器连接，该射频天线将接收到的射频识别信息发送至读出器；

所述读出器与云服务器连接，该读出器将射频识别信息传输给云服务器；

所述云服务器通过无线或有线网路与终端设备连接。

2.根据权利要求1所述的铁路检测系统，其特征在于，所述读出器通过无线或有线网路与云服务器连接。

3.根据权利要求1所述的铁路检测系统，其特征在于，每个扣件紧固状态传感器具有唯一的标识编号。

4.根据权利要求1所述的铁路检测系统，其特征在于，所述扣件紧固状态传感器通过紧固装置安装于轨道上。

5.根据权利要求1所述的铁路检测系统，其特征在于，该扣件紧固状态传感器的上方安装有第一垫片，该扣件紧固状态传感器的下方安装有第二垫片，第二垫片位于扣件弹条上方，通过紧固装置依次将第一垫片、扣件紧固状态传感器、第二垫片和扣件弹条紧固连接。

6.根据权利要求5所述的铁路检测系统，其特征在于，所述扣件紧固状态传感器包括RFID感应器和压力传感器；所述RFID感应器和压力传感器连接。

7.根据权利要求6所述的铁路检测系统，其特征在于，所述扣件紧固状态传感器还包括附耳腔，所述RFID感应器至于所述附耳腔内。

8.根据权利要求1所述的铁路检测系统，其特征在于，所述读出器为手持读出器或车载移动式读出器。

9.根据权利要求1所述的铁路检测系统，其特征在于，所述射频天线为手持射频天线或车载射频天线。

10.根据权利要求6所述的铁路检测系统，其特征在于，所述RFID感应器为高频感应器，该高频感应器的频率在869MHz～960MHz范围内。

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