CN214668798U - 一种具有自调节的轨侧声发射传感器固定压力控制系统 - Google Patents

Abstract

一种具有自调节的轨侧声发射传感器固定压力控制系统，涉及一种钢轨传感器固定系统。包括电动推杆装置、测力检测系统、比较控制系统、切换控制装置以及轨边基座，电动推杆装置用于对声发射传感器施加压力，测力检测系统的压力传感器位于电动推杆装置的推杆与安装槽之间，测力检测系统与比较控制系统连接，用于实时测量施加于声发射传感器的固定压力，比较控制系统与切换控制装置连接，用于比较设定值与推杆压力的大小并输出比较结果电压信号，从而控制电动推杆装置中的推杆运动调节声发射传感器的固定压力，切换控制装置能够进行手动控制与自适应调节控制的切换。实现声发射传感器固定压力的自适应调节，与钢轨保持长期有效的接触。

Description

一种具有自调节的轨侧声发射传感器固定压力控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种钢轨传感器固定系统，尤其是一种具有自调节的轨侧声发射传感器固定压力控制系统，属于列车运行安全监测技术领域。

背景技术

车轮作为列车运行的主要部件，其受到车体和线路的双重影响作用，长期运行过程中极易出现伤损或者疲劳裂纹，同时车轮本身在生产的过程中也会存在一些夹杂和缺陷，在外力的长期作用下会形成裂纹，从而影响列车的安全运行。目前对列车车轮的无损检测方式主要有超声检测、涡流检测、磁粉检测以及射线检测等技术，但这些检测技术一般都用于段修或者站修等阶段，无法实现在线列车车轮的实时监测。当前的铁路运输线路日益繁忙，能够实时在线监测车轮的伤损检测具有重要意义，能够进一步提高检测效率，保障运输安全。

近年来，声发射检测方法被逐步用于铁路钢轨或列车车轮的伤损检测研究和应用中，通常是将声发射传感器放置于钢轨侧面(如：钢轨外侧的轨腰或者轨底处)，然后利用耦合剂填充声发射传感器表面与钢轨表面的缝隙，在压力作用下使声发射传感器与钢轨表面进行接触。车轮伤损声发射信号可以通过车轮与钢轨的接触面传导到钢轨中，进而利用钢轨上固定的声发射传感器对车轮伤损声发射信号进行检测。目前对声发射传感器的固定较为普遍的是利用磁夹具进行安装，即利用磁夹具的吸附力将声发射传感器固定于钢轨侧面，或者利用带螺纹结构的传感器与钢轨进行连接，以使声发射传感器与钢轨表面具有较好的贴合度，从而进行有效的信号检测。但由于铁路运行环境恶劣、列车经过时的钢轨振动较大，磁夹具安装方式在长期使用中容易掉落，而螺纹安装方式则存在接触面积小，检测不灵敏的问题。

综上，在目前的安装方式下钢轨侧的声发射传感器极易出现松动，经常需要人工干预调整，无法进行传感器固定压力的自适应调节，使声发射传感器与钢轨表面难以保持长期有效的接触状态。

实用新型内容

为解决背景技术存在的不足，本实用新型提供一种具有自调节的轨侧声发射传感器固定压力控制系统，它能够实现声发射传感器固定压力的自适应调节，从而使声发射传感器与钢轨表面保持长期有效的接触状态。

为实现上述目的，本实用新型采取下述技术方案：一种具有自调节的轨侧声发射传感器固定压力控制系统，包括电动推杆装置、测力检测系统、比较控制系统、切换控制装置以及轨边基座，所述电动推杆装置包括外壳一、驱动电机、齿轮、直线齿条及推杆，所述外壳一相邻设置在钢轨外侧，外壳一邻近钢轨一侧沿钢轨垂直方向设有导轨，所述导轨内滑动安装推杆，所述直线齿条与推杆内侧端固定连接，所述推杆外侧端设置有安装槽，所述安装槽上固定声发射传感器，所述齿轮与直线齿条啮合设置，齿轮转动安装在外壳一对应位置预设的轴上，且齿轮同轴固定有第一皮带轮，所述驱动电机固定在外壳一内底部且其输出轴上固定有第二皮带轮，所述第二皮带轮与所述第一皮带轮之间通过皮带连接，所述测力检测系统包括压力传感器、信号放大器及模拟数字转换器，所述压力传感器固定在安装槽与推杆之间，压力传感器连接到信号放大器，所述信号放大器连接到模拟数字转换器，所述模拟数字转换器连接到比较控制系统的数字比较器，所述比较控制系统包括数字比较器、拨码开关及电机驱动器，所述拨码开关与数字比较器连接，所述数字比较器与所述电机驱动器连接，拨码开关设定有开关信号通过数字比较器与模拟数字转换器转换后的数字信号进行比较以控制电机驱动器是否工作，所述切换控制装置包括手动旋钮、电气开关及外壳二，所述外壳二外侧转动安装手动旋钮，所述手动旋钮的轴伸入外壳二内部并同轴固定第三皮带轮，所述第三皮带轮与第一皮带轮之间通过皮带连接，所述电气开关分别与驱动电机和电机驱动器连接，所述轨边基座安装于钢轨轨边为上述组成结构提供安装支撑。

进一步的，所述拨码开关设定的开关信号通过数字比较器与模拟数字转换器转换后的数字信号进行比较，输出的比较结果信号分为大于、等于或小于三种情况。

进一步的，所述拨码开关设定的开关信号大于模拟数字转换器转换后的数字信号时，所述电机驱动器控制驱动电机使推杆向钢轨方向移动，拨码开关设定的开关信号小于模拟数字转换器转换后的数字信号时，电机驱动器反向控制驱动电机使推杆远离钢轨移动，拨码开关设定的开关信号等于模拟数字转换器转换后的数字信号时，电机驱动器不进行驱动电机的控制。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1)能够实现声发射传感器固定压力的自适应调节，无需人工干预调整；

2)通过切换控制装置能够使整个控制系统处于独立工作状态，也可以切换为手动控制模式便于声发射传感器的安装和调试；

3)比较控制系统可以灵活设定目标压力值，并根据目标压力值进行声发射传感器压力的实时调整，能够克服由于钢轨振动而带来的松动问题，使声发射传感器与钢轨侧表面具有良好的接触；

4)能够通过设定调节系数以适应一定的压力波动范围，来适应更加恶劣的多种钢轨振动环境，使声发射传感器长期具有良好的接触状态。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图；

图2是本实用新型的电路框图；

图3是本实用新型的电动推杆装置与切换控制装置的结构示意图；

图4是本实用新型的比较控制系统的结构示意图；

图5是本实用新型的测力检测系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

一种具有自调节的轨侧声发射传感器固定压力控制系统，如图1～图5所示，包括电动推杆装置、测力检测系统、比较控制系统、切换控制装置以及轨边基座；

结合图1、图3所示，所述电动推杆装置用于对声发射传感器施加压力，电动推杆装置包括外壳一1、驱动电机2、齿轮3、直线齿条4及推杆5，所述外壳一1相邻设置在钢轨外侧，外壳一1邻近钢轨一侧沿钢轨垂直方向设有导轨1-1，所述导轨1-1内滑动安装推杆5，所述直线齿条4位于外壳一1内部并与推杆5内侧端固定连接，所述推杆5外侧端设置有安装槽6，所述安装槽6上固定声发射传感器并支撑在钢轨外侧的轨腰位置，所述齿轮3与直线齿条4啮合设置，齿轮3转动安装在外壳一1对应位置预设的轴上，且齿轮3同轴固定有第一皮带轮3-1，所述驱动电机2固定在外壳一1内底部，驱动电机2的输出轴上固定有第二皮带轮2-1，所述第二皮带轮2-1与所述第一皮带轮3-1之间通过皮带连接，驱动电机2在电压信号下控制齿轮3转动，从而驱动直线齿条4使推杆5在导轨1-1约束下运动，改变推力的大小，保证声发射传感器与钢轨良好接触；

结合图1～图2、图5所示，所述测力检测系统用于实时测量施加于声发射传感器的固定压力，测力检测系统包括压力传感器7、信号放大器8及模拟数字转换器9，所述压力传感器7通过螺纹连接固定在安装槽6与推杆5外侧端之间，压力传感器7连接到信号放大器8进行信号放大，所述信号放大器8连接到模拟数字转换器9完成模拟信号到数字信号的转换，所述模拟数字转换器9再连接到比较控制系统的数字比较器10的管脚上；

结合图1～图2、图4所示，所述比较控制系统包括数字比较器10、拨码开关11及电机驱动器12，所述拨码开关11与数字比较器10连接，同时所述数字比较器10也与测力检测系统的模拟数字转换器9的管脚相连接，通过拨动拨码开关11可以设定不同的开关信号，数字比较器10将设定的开关信号与测力检测系统的模拟数字转换器9转换后的数字信号进行比较并输出比较结果信号，比较结果信号分为大于、等于或小于三种情况，数字比较器10与所述电机驱动器12连接，通过比较结果信号控制电机驱动器12是否工作；

结合图1～3所示，所述切换控制装置包括手动旋钮13、电气开关14及外壳二15，所述外壳二15外侧转动安装手动旋钮13，所述手动旋钮13的轴伸入外壳二15内部并同轴固定第三皮带轮13-1，所述第三皮带轮13-1与电动推杆装置的第一皮带轮3-1之间也通过皮带连接，所述电气开关14分别与电动推杆装置的驱动电机2和比较控制系统的电机驱动器12连接，当进行手动控制时将电气开关14关闭，调节手动旋钮13，当利用比较控制系统自适应调节控制时只需将电气开关14打开；

结合图1所示，所述轨边基座为钢结构安装于钢轨轨边，用于为上述组成结构提供安装支撑。

工作过程如下：

步骤一：将轨边基座安装于钢轨轨边，将电动推杆装置、测力检测系统、比较控制系统、切换控制装置分别安装在轨边基座上，并与钢轨保持一定的安全距离，声发射传感器安放在安装槽6内，表面涂抹耦合剂并与钢轨外侧的轨腰位置相接触，并且声发射传感器与信号采集系统相连接，切换控制装置切换为手动控制，电气开关14关闭，调节手动旋钮13使电动推杆装置的推杆5向钢轨移动，声发射传感器在推杆5压力下与钢轨表面接触并被固定住，而后将切换控制装置中的电气开关14打开利用比较控制系统进行自适应调节控制，当列车经过时，存在形变、活动裂纹、疲劳等状况的车轮会在列车载重的激励作用下产生伤损声发射信号，通过声发射传感器进行信号接收；

步骤二：列车通过时会引起钢轨振动，在钢轨振动时电动推杆装置施加于声发射传感器的压力也会产生变化，同时测力检测系统的压力传感器7输出随压力变化的电压信号，并通过信号放大器8放大，记录列车通过时测得的信号放大器8放大的电压信号v(t)，并通过下式计算平均电压V，

其中，T为列车通过的总时长，该平均电压V(一实施例中平均电压为5V)为使得传感器具有良好接触状态的目标电压值,设定一个调节系数α(该实施例中调节系数为0.9)，调节系数α根据现场列车经过时的钢轨振动情况进行调节，以适应一定的压力波动范围，避免比较控制系统一直工作，α的值小于1，因此最终的设定电压值(该实施例中设定电压值为4.5V)为：

V_o＝α·V

进一步，根据测力检测系统中模拟数字转换器9的参考电压值V_r(该实施例中参考电压值为10V)计算比较控制系统中拨码开关11的设定值，拨码开关11的位数与测力检测系统的模拟数字转换器9的位数相同，设为N(该实施例中选用8位的拨码开关11，同时测力检测系统中也选用8位的模拟数字转换器9)，则拨码开关11的设定值O(该实施例中根据公式4.5×2⁸/10计算得到115.2，取整数为115)计算方法为：

而后，将拨码开关11所表示的开关数字信号设置为O；

步骤三：根据步骤二中的设定值O进行的拨码开关11设置，设置完成后拨码开关11能够输出对应数值的开关数字信号(该实施例中开关数字信号为115)，比较控制系统的数字比较器10将设定的开关数字信号与测力检测系统的模拟数字转换器9转换后的数字信号进行比较，并输出比较结果的数字量，当设定值大于模拟数字转换器9的数字信号时，数字比较器10的大于结果管脚输出为1的信号，等于和小于结果管脚输出为0的信号，电机驱动器12在接收到大于结果管脚信号为1时，驱动电动推杆装置的驱动电机2，并使推杆5向钢轨方向移动对声发射传感器施加压力，当设定值小于模拟数字转换器9的数字信号时，数字比较器10的小于结果管脚输出为1的信号，大于和等于结果管脚输出为0的信号，电机驱动器12在接收到小于结果管脚信号为1时，反向驱动电动推杆装置的驱动电机2，并使推杆5远离钢轨移动以减小声发射传感器的压力，当设定值等于模拟数字转换器9的数字信号时，数字比较器10的等于结果管脚输出为1的信号，大于和小于结果管脚输出为0的信号，电机驱动器12在接收到等于结果管脚信号为1时，不进行电动推杆装置的驱动电机2的驱动，测力检测系统实时对声发射传感器的压力进行测量，并通过比较控制系统与设定值进行比较，而后驱动电动推杆装置中的驱动电机2控制推杆5的状态，从而改变推力的大小，完成整体的实时调整，能够克服由于钢轨振动而带来的松动问题，使声发射传感器与钢轨侧表面长期具有良好的接触状态。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的装体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (3)

1.一种具有自调节的轨侧声发射传感器固定压力控制系统，其特征在于：包括电动推杆装置、测力检测系统、比较控制系统、切换控制装置以及轨边基座，所述电动推杆装置包括外壳一（1）、驱动电机（2）、齿轮（3）、直线齿条（4）及推杆（5），所述外壳一（1）相邻设置在钢轨外侧，外壳一（1）邻近钢轨一侧沿钢轨垂直方向设有导轨（1-1），所述导轨（1-1）内滑动安装推杆（5），所述直线齿条（4）与推杆（5）内侧端固定连接，所述推杆（5）外侧端设置有安装槽（6），所述安装槽（6）上固定声发射传感器，所述齿轮（3）与直线齿条（4）啮合设置，齿轮（3）转动安装在外壳一（1）对应位置预设的轴上，且齿轮（3）同轴固定有第一皮带轮（3-1），所述驱动电机（2）固定在外壳一（1）内底部且其输出轴上固定有第二皮带轮（2-1），所述第二皮带轮（2-1）与所述第一皮带轮（3-1）之间通过皮带连接，所述测力检测系统包括压力传感器（7）、信号放大器（8）及模拟数字转换器（9），所述压力传感器（7）固定在安装槽（6）与推杆（5）之间，压力传感器（7）连接到信号放大器（8），所述信号放大器（8）连接到模拟数字转换器（9），所述模拟数字转换器（9）连接到比较控制系统的数字比较器（10），所述比较控制系统包括数字比较器（10）、拨码开关（11）及电机驱动器（12），所述拨码开关（11）与数字比较器（10）连接，所述数字比较器（10）与所述电机驱动器（12）连接，拨码开关（11）设定有开关信号通过数字比较器（10）与模拟数字转换器（9）转换后的数字信号进行比较以控制电机驱动器（12）是否工作，所述切换控制装置包括手动旋钮（13）、电气开关（14）及外壳二（15），所述外壳二（15）外侧转动安装手动旋钮（13），所述手动旋钮（13）的轴伸入外壳二（15）内部并同轴固定第三皮带轮（13-1），所述第三皮带轮（13-1）与第一皮带轮（3-1）之间通过皮带连接，所述电气开关（14）分别与驱动电机（2）和电机驱动器（12）连接，所述轨边基座安装于钢轨轨边为电动推杆装置、测力检测系统及比较控制系统提供安装支撑。

2.根据权利要求1所述的一种具有自调节的轨侧声发射传感器固定压力控制系统，其特征在于：所述拨码开关（11）设定的开关信号通过数字比较器（10）与模拟数字转换器（9）转换后的数字信号进行比较，输出的比较结果信号分为大于、等于或小于三种情况。

3.根据权利要求2所述的一种具有自调节的轨侧声发射传感器固定压力控制系统，其特征在于：所述拨码开关（11）设定的开关信号大于模拟数字转换器（9）转换后的数字信号时，所述电机驱动器（12）控制驱动电机（2）使推杆（5）向钢轨方向移动，拨码开关（11）设定的开关信号小于模拟数字转换器（9）转换后的数字信号时，电机驱动器（12）反向控制驱动电机（2）使推杆（5）远离钢轨移动，拨码开关（11）设定的开关信号等于模拟数字转换器（9）转换后的数字信号时，电机驱动器（12）不进行驱动电机（2）的控制。

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