專利名稱：軌道線路動態(tài)信息采集器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及軌道交通線路動態(tài)檢測裝置，具體涉及軌道線路動態(tài)信息采集器裝置。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)在軌道動態(tài)檢測方面，無論是車載晃車儀還是添乘儀及軌道檢查車的軌道信號采集部分，基本上都未與鋼軌剛性接觸，信號的真實(shí)性必然受到影響。以車體加速度評判線路方式的理論依據(jù)十分不足，并受速度、車型等因素影響較大。要準(zhǔn)確檢測軌道線路，信號采集部分必須與鋼軌剛性接觸。國內(nèi)鐵路使用的車載晃車儀、添乘儀只可以檢測到車體晃動的垂向和縱向加速度值，與線路形變沒有直接的對應(yīng)關(guān)系，線路引起的車體晃動通過兩級簧系后會發(fā)生變化?；蝿拥拇笮∨c速度高低有很大的關(guān)系，當(dāng)速度達(dá)到機(jī)車諧振點(diǎn)后，車體趨于平穩(wěn)，速度低到一定時(shí)，車體晃動反而大，當(dāng)車體晃動嚴(yán)重或翻車前車體是位移大加速度小…。所以用車體晃動加速度評判線路存在不夠科學(xué)全面，鐵路線路維規(guī)中沒有用g和波長的指標(biāo)的缺陷。國內(nèi)使用的軌道檢查車主要存在檢測數(shù)據(jù)的信息采集部分與鋼軌沒有實(shí)現(xiàn)剛性接觸，檢測數(shù)據(jù)需要復(fù)雜的數(shù)據(jù)修正系統(tǒng)來修正，高昂的價(jià)格及龐大復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)， 是數(shù)量有限，根本無法實(shí)現(xiàn)軌道線路全天候監(jiān)控的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)筒單，安裝方便，體積小，重量輕，價(jià)格低，裝置直接與機(jī)車(車輛)的車軸連接，可檢測到線路動態(tài)下左軌向、左高低、右軌向、右高低、三角坑、 水平、鋼軌斷裂及車輪晃動數(shù)據(jù)，不受速度的影響，具有真實(shí)性和全面性，可實(shí)現(xiàn)軌道線路全天候檢測的軌道線路動態(tài)信息采集器裝置。為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣解決的一種軌道線路動態(tài)信息采集器裝置由一個(gè)平衡裝置、一個(gè)軌道數(shù)字傳感器、應(yīng)用于軌道線路動態(tài)檢測系統(tǒng)組成，本發(fā)明的特殊之處在于所述平衡裝置的底座與平衡連接柱一端連接，所述平衡連接柱另一端穿入自動平衡組件和質(zhì)量模板與固定螺母連接，所述質(zhì)量模板通過平衡組件平衡， 所述質(zhì)量模板上安裝軌道數(shù)字傳感器，所述底座上分別設(shè)置外殼固定孔和固定孔；
所述軌道線路動態(tài)檢測系統(tǒng)包括一個(gè)信號采集模塊采集的信號輸入給數(shù)據(jù)處理模塊， 所述數(shù)據(jù)處理模塊的信號分別送入到數(shù)據(jù)存儲器模塊和超限數(shù)據(jù)設(shè)備狀態(tài)電路模塊，所述超限數(shù)據(jù)設(shè)備狀態(tài)電路模塊的信號分別送入報(bào)警電路模塊和GPRS模塊，所述GPRS模塊信號與短信平臺連接，所述數(shù)據(jù)存儲器模塊與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲模塊連接，所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲模塊的信號送入到服務(wù)器模塊中，所述服務(wù)器模塊信號分別發(fā)送入到路局有線網(wǎng)站、自動生成報(bào)告數(shù)據(jù)模塊、互聯(lián)網(wǎng)固定IP信號、監(jiān)控人員電腦；所述路局有線網(wǎng)站信號與站段有線網(wǎng)站模塊連接；所述互聯(lián)網(wǎng)固定IP信號通過無線數(shù)據(jù)互聯(lián)網(wǎng)與移動電腦連接；所述現(xiàn)場復(fù)核信息處理模塊信號送入到監(jiān)控人員電腦，所述現(xiàn)場復(fù)核信息處理模塊、監(jiān)控人員電腦的信號送入到自動生成報(bào)告數(shù)據(jù)模塊。所述軌道數(shù)字傳感器的第一信號源與第一信號放大電路連接，第一信號放大電路與第一二階高通電路連接，第一二階高通電路與第一二階低通電路連接，第一二階低通電路與第一基準(zhǔn)放大電路連接，第一基準(zhǔn)放大電路與CPU芯片連接，CPU芯片與485通信接口連接；所述軌道數(shù)字傳感器的第二信號源與第二信號放大電路連接，第二信號放大電路與第二二階高通電路連接，第二二階高通電路與第二二階低通電路連接，第二二階低通電路與第二基準(zhǔn)放大電路連接，第二基準(zhǔn)放大電路與CPU芯片連接，CPU芯片與485通信接口連接；所述軌道數(shù)字傳感器的第三信號源與第三信號放大電路連接，第三信號放大電路與第三二階高通電路連接，第三二階高通電路與第三二階低通電路連接，第三二階低通電路與第三基準(zhǔn)放大電路連接，第三基準(zhǔn)放大電路與CPU芯片連接，CPU芯片與485通信接口連接；
所述的自動平衡組件為彈簧組件或彈性材料組件。所述的底座上連接至少兩個(gè)平衡連接柱。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，結(jié)構(gòu)筒單，安裝方便，體積小，重量輕，價(jià)格低，裝置直接與機(jī)車(車輛)的車軸連接，可檢測到線路動態(tài)下左軌向、左高低、右軌向、右高低、三角坑、 水平、鋼軌斷裂及車輪晃動數(shù)據(jù)，不受速度的影響，具有真實(shí)性和全面性，可實(shí)現(xiàn)軌道線路全天候檢測，具備軌道檢查車多項(xiàng)檢測功能，對軌道線路的行車安全十分重要該發(fā)明的軌道線路動態(tài)信息采集器具備很好的通用性，適應(yīng)各類型機(jī)車車輛及各種線路安裝使用，安裝時(shí)不需要作任何調(diào)試。全新數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)軌道線路數(shù)字化管理，廣泛用于鐵路系統(tǒng)各種線路，地鐵、煤礦，冶金、礦山軌道線路的質(zhì)量檢測。


圖1為本發(fā)明的采集器結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為圖1的左視結(jié)構(gòu)示意圖3為圖1的俯視結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為圖1的應(yīng)用軌道線路動態(tài)檢測系統(tǒng)框圖； 圖5為圖1的軌道數(shù)字傳感器原理框圖； 圖6為圖5的傳感器程序流程圖。
具體實(shí)施例方式附圖為本發(fā)明的實(shí)施例。下面結(jié)合附圖對發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步說明
參照圖1、圖2、圖3所示，一種軌道線路動態(tài)信息采集器裝置由一個(gè)平衡裝置、一個(gè)軌道數(shù)字傳感器、應(yīng)用于軌道線路動態(tài)檢測系統(tǒng)組成，所述平衡裝置的底座1與平衡連接柱5 一端連接，所述平衡連接柱5另一端穿入自動平衡組件4和質(zhì)量模板2與固定螺母3連接， 所述質(zhì)量模板2通過平衡組件4平衡，所述質(zhì)量模板2上安裝軌道數(shù)字傳感器6，所述底座 1上分別設(shè)置外殼固定孔1. 2和固定孔1. 1 ；
所述質(zhì)量模板2將平衡組件分為上下兩組，來確保質(zhì)量模板2的平衡，所述軌道數(shù)字傳感器6在安裝時(shí)應(yīng)保持其平衡及剛性連接，采集器底座1固定在車軸上可測量出真實(shí)軌道信息。圖4所示為圖1的應(yīng)用軌道線路動態(tài)檢測系統(tǒng)框圖；所述軌道線路動態(tài)檢測系統(tǒng)包括一個(gè)信號采集模塊23采集的信號輸入給數(shù)據(jù)處理模塊38，所述數(shù)據(jù)處理模塊38的信號分別送入到數(shù)據(jù)存儲器模塊37和超限數(shù)據(jù)設(shè)備狀態(tài)電路模塊33，所述超限數(shù)據(jù)設(shè)備狀態(tài)電路模塊33的信號分別送入報(bào)警電路模塊M和GPRS模塊32，所述GPRS模塊32信號與短信平臺25連接，所述數(shù)據(jù)存儲器模塊37與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲模塊36連接，所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲模塊36 的信號送入到服務(wù)器模塊30中，所述服務(wù)器模塊30信號分別發(fā)送入到路局有線網(wǎng)站29、 自動生成報(bào)告數(shù)據(jù)模塊31、互聯(lián)網(wǎng)固定IP信號27、監(jiān)控人員電腦34 ；所述路局有線網(wǎng)站信號四與站段有線網(wǎng)站模塊觀連接；所述互聯(lián)網(wǎng)固定IP信號27通過無線數(shù)據(jù)互聯(lián)網(wǎng)與移動電腦26連接；所述現(xiàn)場復(fù)核信息處理模塊35信號送入到監(jiān)控人員電腦34，所述現(xiàn)場復(fù)核信息處理模塊35、監(jiān)控人員電腦34的信號送入到自動生成報(bào)告數(shù)據(jù)模塊31。所述的自動平衡組件為彈簧組件或彈性塑料組件。所述的底座上連接至少兩個(gè)平衡連接柱。圖5所示為軌道數(shù)字傳感器電路原理框圖，第一信號源6與第一信號放大電路7 連接，第一信號放大電路7與第一二階高通電路8連接，第一二階高通電路8與第一二階低通電路9連接，第一二階低通電路9與第一基準(zhǔn)放大電路10連接，第一基準(zhǔn)放大電路10與 CPU芯片11連接，CPU芯片11與485通信接口 12連接；所述軌道數(shù)字傳感器4的第二信號源13與第二信號放大電路14連接，第二信號放大電路14與第二二階高通電路15連接，第二二階高通電路15與第二二階低通電路16連接，第二二階低通電路16與第二基準(zhǔn)放大電路17連接，第二基準(zhǔn)放大電路17與CPU芯片11連接，CPU芯片11與485通信接口 12連接；所述軌道數(shù)字傳感器4的第三信號源18與第三信號放大電路19連接，第三信號放大電路19與第三二階高通電路20連接，第三二階高通電路20與第三二階低通電路21連接，第三二階低通電路21與第三基準(zhǔn)放大電路22連接，第三基準(zhǔn)放大電路22與CPU芯片11連接，CPU芯片11與485通信接口 12連接。以下對軌道信息采集原理進(jìn)行描述
首先要解決傳感器的安裝，需要檢測的是，軌道形變引起震動的小幅值低頻率信號，小量程傳感器無法安裝在具有高頻率大震動的車軸上，也就是目前國內(nèi)外在線路動態(tài)檢測無法解決的問題。本發(fā)明解決了傳感器與車軸剛性接觸的安裝難題
按照線路正常情況下，輪軌關(guān)系的數(shù)學(xué)模型研制出傳感器安裝方案，也就是在列車運(yùn)行中鋼軌未形變時(shí)設(shè)為上下受力平衡，當(dāng)軌道有形變時(shí)，鋼軌上下失去平衡，產(chǎn)生位移。根據(jù)以上原理，將小量程傳感器安裝在一塊相當(dāng)于鋼軌的水平質(zhì)量模板上，上下受力平衡，將其安裝在車軸上，采集來自軌道的各種信息。所述軌道信息采集數(shù)字傳感器原理如下
軌道信號采集系統(tǒng)主要是從時(shí)域和頻域兩個(gè)方面來研究分析軌道不平順與車軌動力響應(yīng)之間的關(guān)系。首先，利用軌道不平順和輪軌動力學(xué)模型來計(jì)算輪軌間(車輪、鋼軌、道床)的動力響應(yīng)；其次，利用傅立葉變換分別得到了一定載荷下軌道的不平順數(shù)值，根據(jù)實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)場對照，分析不同頻率下的數(shù)值與不平順道床沉降之間的相關(guān)性。將輪軌數(shù)據(jù)，包括軌道不平順、輪載和車體振動，分別從時(shí)域和頻域兩個(gè)方面對三者之間的相關(guān)性進(jìn)行分析， 獲得軌道不平順狀態(tài)對車軌動態(tài)響應(yīng)的影響程度；找出道床沉降是軌道不平順的主要根源，檢測到的高頻信號對軌道不平順則影響不大，而且從時(shí)域和頻域分析來看，采集器檢測到的軌道動態(tài)低頻信息，是影響車體振動和車輛運(yùn)行平穩(wěn)性的主要因素。軌道是鐵路行車的基礎(chǔ)設(shè)備，它直接承受機(jī)車車輛傳來的壓力、沖擊和震動、并將其傳遞給軌枕。軌道的主要作用在于支持并引導(dǎo)車輪沿著運(yùn)行方向前進(jìn)。因此、軌道狀態(tài)的好壞對車輛的安全運(yùn)行、乘客的旅行舒適、設(shè)備的使用壽命起著決定性的作用。根據(jù)以上原理將軌道信號采集系統(tǒng)安裝在列車車軸箱上實(shí)現(xiàn)與鋼軌的剛性接觸， 確保檢測信號的真實(shí)性。系統(tǒng)采用高速CPU及先進(jìn)的傳感技術(shù)，在信號處理上包括有時(shí)域分析、頻域分析、濾波器等。對測得的輪軌數(shù)據(jù)，一方面在頻域中進(jìn)行頻譜分析，用來發(fā)現(xiàn)高頻及干擾數(shù)據(jù)，另一方面用濾波器進(jìn)行消除非軌道形變信號。通過數(shù)字濾波、傅立葉變換、 頻譜分析等數(shù)據(jù)處理達(dá)到c(t)=ct(t)+cs(t)時(shí)域分析效果，實(shí)現(xiàn)軌道缺陷的識別和定位。 并以軌道幾何形變數(shù)值，經(jīng)485通訊接口送數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行再分析處理，所獲得的數(shù)據(jù)完全是軌道數(shù)據(jù)。從以下系統(tǒng)主要計(jì)算方式可以看出，該采集器不受線路、列車、速度變化的影響，具有良好通用性，適應(yīng)各種軌道線路的使用。振動速度的計(jì)算
由公式v=aXt可知，任一時(shí)刻i的振動速度可由下式計(jì)算得出
Vi= / BiClt(1)
式中，％是1時(shí)刻的振動值。需要說明的是％為一矢量。如果確定一個(gè)單位時(shí)間為t，則可近似求出該時(shí)刻的振動速度為 N,= ^a2+-"+a,) Xt(2)
振動位移的計(jì)算
由s=vXt可知，任一時(shí)刻I振動所產(chǎn)生的位移可由下式計(jì)算 Si= / ViClt(3)
將⑴式代入，得 S1= f ( f BiClt )dt= / ( / Bi) dt 2(4)
同樣，假如確定一個(gè)單位時(shí)間為t，則該時(shí)刻的振動位移近似為 Si=[al+(al+a2)+— (al+a2+...+ai) ] X t2(5)
由(5)式可以看出，某一時(shí)刻所發(fā)生的位移只與單位時(shí)間t及振蕩信號大小有關(guān)。 通常，列車運(yùn)行速度越高，ai峰值越大，但同時(shí)持續(xù)時(shí)間也越短?？梢赃@樣理解在單位時(shí)間t內(nèi)，對于同一處缺陷，當(dāng)車速較高時(shí)，采集器所采得的ai峰值大，但采樣次數(shù)較少；反之，當(dāng)車速較低時(shí)，采集器所采得的ai峰值小，但采樣次數(shù)增加，兩者相互補(bǔ)償，得出的Si 一致。表 權(quán)利要求
1.一種軌道線路動態(tài)信息采集器裝置，該動態(tài)信息采集器裝置由一個(gè)平衡裝置、一個(gè)軌道數(shù)字傳感器、應(yīng)用于軌道線路動態(tài)檢測系統(tǒng)組成，其特征在于所述平衡裝置的底座(1) 與平衡連接柱(5 ) 一端連接，所述平衡連接柱(5 )另一端穿入自動平衡組件(4 )和質(zhì)量模板 (2 )與固定螺母(3 )連接，所述質(zhì)量模板(2 )通過平衡組件(4 )平衡，所述質(zhì)量模板(2 )上安裝軌道數(shù)字傳感器(6)，所述底座(1)上分別設(shè)置外殼固定孔(1.2)和固定孔(1. 1)；所述軌道線路動態(tài)檢測系統(tǒng)包括一個(gè)信號采集模塊(23)采集的信號輸入給數(shù)據(jù)處理模塊(38)，所述數(shù)據(jù)處理模塊(38)的信號分別送入到數(shù)據(jù)存儲器模塊(37)和超限數(shù)據(jù)設(shè)備狀態(tài)電路模塊(33)，所述超限數(shù)據(jù)設(shè)備狀態(tài)電路模塊(33)的信號分別送入報(bào)警電路模塊(24)和GPRS模塊(32)，所述GPRS模塊(32)信號與短信平臺(25)連接，所述數(shù)據(jù)存儲器模塊(37)與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲模塊(36)連接，所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲模塊(36)的信號送入到服務(wù)器模塊 (30)中，所述服務(wù)器模塊(30)信號分別發(fā)送入到路局有線網(wǎng)站(四)、自動生成報(bào)告數(shù)據(jù)模塊(31)、互聯(lián)網(wǎng)固定IP信號(27)、監(jiān)控人員電腦(34);所述路局有線網(wǎng)站信號(29)與站段有線網(wǎng)站模塊(28)連接；所述互聯(lián)網(wǎng)固定IP信號(27)通過無線數(shù)據(jù)互聯(lián)網(wǎng)與移動電腦 (26)連接；所述現(xiàn)場復(fù)核信息處理模塊(35)信號送入到監(jiān)控人員電腦(34)，所述現(xiàn)場復(fù)核信息處理模塊(35)、監(jiān)控人員電腦(34)的信號送入到自動生成報(bào)告數(shù)據(jù)模塊(31)；所述軌道數(shù)字傳感器的第一信號源(6)與第一信號放大電路(7)連接，第一信號放大電路(7)與第一二階高通電路(8)連接，第一二階高通電路(8)與第一二階低通電路(9)連接，第一二階低通電路(9)與第一基準(zhǔn)放大電路(10)連接，第一基準(zhǔn)放大電路(10)與CPU 芯片(11)連接，CPU芯片(11)與485通信接口(12)連接；所述軌道數(shù)字傳感器的第二信號源(13)與第二信號放大電路(14)連接，第二信號放大電路(14)與第二二階高通電路(15) 連接，第二二階高通電路(15)與第二二階低通電路(16)連接，第二二階低通電路(16)與第二基準(zhǔn)放大電路(17)連接，第二基準(zhǔn)放大電路(17)與CPU芯片(11)連接，CPU芯片(11)與 485通信接口( 12 )連接；所述軌道數(shù)字傳感器的第三信號源(18 )與第三信號放大電路(19 ) 連接，第三信號放大電路(19 )與第三二階高通電路(20 )連接，第三二階高通電路(20 )與第三二階低通電路(21)連接，第三二階低通電路(21)與第三基準(zhǔn)放大電路(22 )連接，第三基準(zhǔn)放大電路(22)與CPU芯片(11)連接，CPU芯片(11)與485通信接口(12)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軌道線路動態(tài)信息采集器裝置，其特征在于所述的自動平衡組件為彈簧組件或彈性塑料組件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軌道線路動態(tài)信息采集器裝置，其特征在于所述的底座上連接至少兩個(gè)平衡連接柱。
全文摘要
本發(fā)明公開了軌道線路動態(tài)信息采集器裝置。該裝置由平衡裝置、數(shù)字傳感器、線路動態(tài)檢測組成。平衡裝置底座上連接平衡柱、平衡柱上穿入平衡組件、質(zhì)量模板，質(zhì)量模板上安裝數(shù)字傳感器，數(shù)字傳感器分別連接三路結(jié)構(gòu)相同電路，其中一路依次分別與信號源、信號放大電路、高通、低通、基準(zhǔn)電路、CPU、485通信接口連接；動態(tài)檢測系統(tǒng)由采集模塊、存儲器、狀態(tài)電路、報(bào)警模塊、GPRS模塊、短信、服務(wù)器、路局網(wǎng)站、自動生成報(bào)告模塊、站段網(wǎng)站、移動電腦組成。裝置檢測到軌道線路動態(tài)下左軌向、左高低、右軌向、右高低、三角坑、水平、鋼軌斷裂等數(shù)據(jù)及車體水平和垂向晃動加速度值。廣泛用于鐵路，地鐵、煤礦，冶金、礦山軌道線路的質(zhì)量檢測。
文檔編號B61L1/18GK102211595SQ201110110139
公開日2011年10月12日 申請日期2011年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月4日
發(fā)明者何文鎖, 潘云華, 陳勇, 陳國英 申請人:何文鎖, 潘云華, 陳國英