專利名稱：一種用于監(jiān)測軌道車軸的新型單元結(jié)構(gòu)的制作方法
一種用于監(jiān)測軌道車軸的新型單元結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及軌道交通計軸儀器儀表和傳感器及電路設(shè)計領(lǐng)域，具體涉及一種低成 本、可以在軌道沿線密集布局的車軸監(jiān)測單元，從而覆蓋全軌道交通網(wǎng)絡(luò)占用和空閑實時 監(jiān)測方法。
背景技術(shù)：
鐵路運輸和高速鐵路客運是國民經(jīng)濟的命脈，而城市軌道交通(簡稱城軌)對于 緩解城市交通擁堵、改善城市大氣環(huán)境具有十分重要的意義。鐵路運輸和城軌的信號系統(tǒng)是運輸安全生產(chǎn)的重要設(shè)備，要求實時地檢測相應的 線路或區(qū)段是否有列車占用或出清。目前鐵路和城軌信號系統(tǒng)采用軌道電路、電磁計軸和 光纖傳感器計軸。發(fā)明專利CN86103414公開了一種軌道電路，其特定的優(yōu)點如結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉 等。但是也有一些自身無法克服的缺點，如軌道電路分路不良，俗稱“壓不死”和兩軌道相 互短路，輸出占用紅燈信號，出現(xiàn)“紅光帶”。實用新型專利CN2337030公開了一種電磁計軸技術(shù)，該技術(shù)是以電磁感應傳感器 和計算機為核心，輔以外部設(shè)備，通過統(tǒng)計通過的列車軸數(shù)，檢測線路是否有車。但是，目前 也存在以下問題1)由于采用電磁感應原理，易受電磁干擾，如雷電，甚至維修工的鐵鍬都會產(chǎn)生干 擾；2)設(shè)備結(jié)構(gòu)復雜，成本高；3)我國的電磁感應計軸系統(tǒng)的故障率高，可靠型差。核心技術(shù)被國外公司壟斷，主 要電路板需送國外維修，周期長，費用高。專利申請20091025^31. 7公開了一種光纖光柵傳感列車計軸技術(shù)，該技術(shù)具有 精確度高、穩(wěn)定性好、防潮和防電磁干擾等特點，因此被廣泛的應用于工程監(jiān)測中。但是，目 前存在以下問題1)成本高，核心的光學儀器設(shè)備和探測軌道應變信號的傳感器價格昂貴，不利于 軌道交通大區(qū)域網(wǎng)絡(luò)檢測監(jiān)控布局。2)光纖抗震動能力弱，不足以在軌道沿線長距離傳輸，同時光學設(shè)備對振動敏感， 不適合在軌道沿線就近安裝。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的主要目的就是解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提供一種基于壓電材料振動檢測 特性的實時軌道計軸監(jiān)測單元結(jié)構(gòu)，具有低成本、高可靠性、低誤操作率、易安裝維護的特 性，適合軌道沿線大范圍密集分布。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種實時監(jiān)測軌道振動的監(jiān)測單元結(jié)構(gòu)，包括至少 一個共聚物壓電振動傳感單元，一個處理單元。所述共聚物壓電振動傳感單元與處理單元 互聯(lián)，共聚物壓電振動傳感單元實時獲得IOHz到IMHz軌道振動信號，通過無源電纜，比如 超強韌性高密度聚乙烯(HDPE)、可防水、低電容(如89pF/m)連接到處理單元，處理單元完 成信號采樣數(shù)字化等預處理并將處理后的數(shù)據(jù)再通過無線或有線廣域通信網(wǎng)發(fā)送出去。共聚物壓電振動傳感單元能夠通過膠結(jié)、焊接或機械緊固方式安裝在軌道底部， 實時連續(xù)監(jiān)測所處位置軌道的振動。實時連續(xù)監(jiān)測的時間精度和間隔(從毫秒到秒)和采 樣精度(16位到M位)等均可由用戶設(shè)置。共聚物壓電振動傳感單元的使用方式是可在單軌道或雙軌道底部安裝一個或多 個傳感單元。該傳感單元組成的系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測軌道振動的監(jiān)測，具有較低成本，能夠大 區(qū)域、高密集布局，易于安裝維護。共聚物壓電振動傳感單元的檢測原理是壓電材料是一種經(jīng)特殊加工后能實現(xiàn)動能和電能互換的材料。一些聚合體材料， 例如共聚物PVDF使這一特性有了很大提高。壓電材料在受機械沖擊或振動時產(chǎn)生電荷。在 原子層，偶極子(氫-氟偶對)的排列順序被打亂，并試圖使其恢復原來的狀態(tài)。這個偶極 子被打亂的結(jié)果就是有一個電子流形成。就像海綿中的水，當你擠壓一塊濕海綿時，水會從 海綿中流出來，當你松開時，水又被吸回去，這同壓電應力變化傳感單元十分相似。當有應 力施加到傳感單元上時，就產(chǎn)生了電荷(電壓)，而當去掉負載時，就會產(chǎn)生一個相反極性 的信號。它產(chǎn)生的電壓可以相當高，但傳感單元產(chǎn)生的電流卻比較小。共聚物壓電振動傳感單元的檢測原理就是如此，軌道列車車軸未經(jīng)過振動傳感器 對應的位置時，傳感器感受到的振動強度較弱。列車車軸經(jīng)過振動傳感器上方時，傳感器感 受到的振動強度較強，以此來進行車輛車軸檢測和計數(shù)，同時判斷軌道占用和空閑狀態(tài)。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明采用一種共聚物壓電振動傳感單元和處理單元，完成軌道車軸計數(shù)和軌道 占用和空閑情況的實時監(jiān)測，成本低，穩(wěn)定性好，安裝維護容易，適宜軌道沿線長距離、大范 圍、高密集度的建立實時監(jiān)測點，從而能夠有助于軌道資源充分利用。具體實施方式
和


本申請的特征及優(yōu)點將通過實施例進行補充說明。圖1是共聚物壓電振動傳感單元的示意圖，該傳感單元的中心層由共聚物壓電材 料構(gòu)成，兩側(cè)依次是高分子填充層和金屬保護層。圖2是一個安裝實施示意圖，在單條鋼軌和軌枕相交疊位置，在軌枕頭安裝一個 共聚物壓電振動單元。共聚物壓電振動單元通過電纜連接處理單元，處理單元將處理后的 數(shù)據(jù)通過無線GPRS/3G發(fā)往監(jiān)測中心。圖3是一個安裝實施示意圖，在對應兩條鋼軌和軌枕相交疊位置，在軌枕頭分別 安裝一個共聚物壓電振動單元。共聚物壓電振動單元通過電纜連接處理單元，處理單元將 處理后的數(shù)據(jù)通過無線GPRS/3G發(fā)往監(jiān)測中心。圖4是一個安裝實施示意圖，在單條鋼軌和相鄰兩條軌枕相交疊位置，在軌枕頭 分別安裝兩個共聚物壓電振動單元。共聚物壓電振動單元通過電纜連接處理單元，處理單 元將處理后的數(shù)據(jù)通過無線GPRS/3G發(fā)往監(jiān)測中心。
圖5是一個安裝實施示意圖，在對應兩條鋼軌和相鄰兩條軌枕相交疊位置，在軌 枕頭分別安裝四個共聚物壓電振動單元。共聚物壓電振動單元通過電纜連接處理單元，處 理單元將處理后的數(shù)據(jù)通過無線GPRS/3G發(fā)往監(jiān)測中心。圖6是一個共聚物壓電振動傳感單元安裝在軌枕上的實施例，緊固螺釘將共聚物 壓電振動傳感單元固定在軌枕，如圖7所示的傳感單元緊貼軌枕，整個結(jié)構(gòu)通過緊固螺釘 和軌枕頂面達到穩(wěn)定。共聚物壓電材料能夠收集鋼軌振動信號并傳送到處理單元。圖7是另一種共聚物壓電振動傳感單元的示意圖，該傳感單元的中心層由共聚物 壓電材料構(gòu)成，從上至下依次是焊接板、高分子填充層、共聚物壓電材料、高分子填充層和 金屬保護層。焊接板用于和鋼軌焊接或者機械緊固用。圖8是一個共聚物壓電振動傳感單元利用軌道扣件緊固在軌枕上的實施例，利用 如圖1或圖7所示的共聚物壓電振動傳感單元，將傳感單元放置在軌道扣件和軌枕之間，通 過緊固螺釘將傳感單元通過軌道扣件固定在軌枕上。共聚物壓電材料能夠收集鋼軌振動信 號并傳送到處理單元。圖9是一個共聚物壓電振動傳感單元采用埋入軌枕的方式的安裝實施例，利用 如圖1的共聚物壓電振動傳感單元，首先在軌枕開鑿比傳感單元略大的槽，將傳感單元埋 入軌枕并用PU膠灌封。共聚物壓電材料能夠收集鋼軌振動信號并傳送到處理單元。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定 本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在 不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明的 保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種實時監(jiān)測軌道車軸信息的監(jiān)測單元結(jié)構(gòu)，其特征在于包括至少一個共聚物壓 電振動傳感單元，一個處理單元。所述共聚物壓電振動傳感單元與處理單元互聯(lián)，共聚物壓 電振動傳感單元實時獲得IOHz到IMHz軌道振動信號，通過無源電纜，比如超強韌性高密度 聚乙烯(HDPE)、可防水、低電容(如89pF/m)連接到處理單元，處理單元完成信號采樣數(shù)字 化等預處理并將處理后的數(shù)據(jù)再通過無線或有線廣域通信網(wǎng)發(fā)送出去。
2.如權(quán)利要求1所述的共聚物壓電振動傳感單元結(jié)構(gòu)，其特征在于能夠安裝在軌道 底部，實時連續(xù)監(jiān)測所處位置軌道的振動。
3.如權(quán)利要求2所述的共聚物壓電振動傳感單元結(jié)構(gòu)，其特征在于實時連續(xù)監(jiān)測的 時間精度和間隔(從毫秒到秒)和采樣精度(16位到對位)等均可由用戶設(shè)置。
4.如權(quán)利要求2和3所述的共聚物壓電振動傳感單元結(jié)構(gòu)，其特征在于共聚物壓電 傳感器能夠以膠結(jié)、焊接或機械緊固的方式安裝到軌道底部。
5.如權(quán)利要求1所述的共聚物壓電振動傳感單元結(jié)構(gòu)，其特征在于可在單軌道或雙 軌道底部安裝一個或多個傳感單元。
6.如權(quán)利要求1所述的實時監(jiān)測軌道振動的監(jiān)測單元結(jié)構(gòu)，其特征在于具有較低成 本，能夠大區(qū)域、高密集布局，易于安裝維護。
7.如權(quán)利要求1所述的共聚物壓電振動傳感單元結(jié)構(gòu)，其特征在于壓電材料為薄片 形式，薄片外部具有保護層，保護層可采用金屬形式或有機物形式。壓電薄片的一側(cè)或兩側(cè) 具有金屬墊片。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于監(jiān)測軌道車軸的新型單元結(jié)構(gòu)，包括至少一個共聚物壓電振動傳感單元，一個處理單元。振動傳感單元通過膠結(jié)、焊接或者機械緊固方式安裝在軌道背面。傳感單元獲得10Hz到1MHz軌道的振動，經(jīng)過無源電纜(比如超強韌性高密度聚乙烯，具可防水、低電容特點)連接到處理單元，一個處理單元可以連接多個傳感單元。傳感單元實時獲得軌道振動信號，處理單元進行信號采集、預處理，并將預處理的數(shù)據(jù)通過無線或有線方式傳輸出去。本發(fā)明具有采樣周期、采樣精度、傳輸數(shù)據(jù)時間間隔可配置、可編程的靈活性，安裝操作簡便并具有良好的環(huán)境適應性，該系統(tǒng)成本低，能夠支撐軌道沿線長距離(大于1000Km)密集(大于10個/Km)安裝。
文檔編號B61L1/16GK102101484SQ20101060784
公開日2011年6月22日 申請日期2010年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月27日
發(fā)明者馮曉星, 王新安, 王金泊, 葛彬杰 申請人:深圳思量微系統(tǒng)有限公司