一種鐵路軌道螺栓松動的監(jiān)測系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及基于光纖的傳感監(jiān)測技術領域，特別是一種監(jiān)測鐵路軌道螺栓松動的監(jiān)測系統(tǒng)及方法。
【背景技術】
[0002]從1997年我國第一次列車提速以來，我國相繼修建、開通了京津城際客運專列、京滬城際客運專列、京廣城際客運專列，設計時速也從200公里逐步提升到350公里。中國已經(jīng)建成世界上建設里程最長、投資最大、標準最高的高速鐵路網(wǎng)。到2020年，通過新建的高速鐵路、客運專列以及對已有鐵路實施全面的提升改造，初步形成總規(guī)模約1.6萬千米的“四橫四縱”的快速鐵路客運網(wǎng)絡，列車最高速度將達到350Km/h。形成連接川渝地區(qū)、江漢平原和長三角的沿江大能力快速通道。長三角、珠三角、環(huán)渤海京津冀，以及其他城鎮(zhèn)密集地區(qū)，城際軌道交通骨干架基本形成。
[0003]隨著列車運營速度、軸重、路網(wǎng)密度和行車密度的提高，加劇了國家和群眾對鐵路運輸安全性的關注要求，尤其是鐵軌沿線密布的螺栓，其松動可導致鐵軌變形，造成車毀人亡的悲劇。而目前，對于鐵軌螺栓松動與否仍依賴工人檢查的方式，工作量大，檢測維修的及時性和可靠性較低，缺乏系統(tǒng)性的管理和監(jiān)測。國內(nèi)外螺栓松動導致列車脫軌的事件時有報道，甚至有不法分子盜竊鐵路螺栓、通過蓄意破壞螺栓制造事故。而目前檢測鐵軌螺栓松動的方法主要等待火車停止運營或者在火車運營的間隙，依靠人工檢查，這不僅需要大量的人力投入，而且效率低下、可靠性得不到保障，對作業(yè)的工人安全性也有一定威脅。近年來，春晚等節(jié)目對于節(jié)假日仍堅守鐵路一線，檢修作業(yè)的鐵路維護工作現(xiàn)狀也時有播報?，F(xiàn)有的主要依賴人工檢測鐵路軌道螺栓松動的方法，需要消耗大量人力，并且效率低下，及時性、可靠性較低等諸多不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術問題是克服現(xiàn)有技術的不足而提供一種監(jiān)測鐵路軌道螺栓松動的監(jiān)測系統(tǒng)及方法，根據(jù)鐵路安全標準，設置割斷裝置中刀片與光纖的相對位置，當松動超出安全范圍時割斷光纖，通過判斷光纖的通斷狀況實時監(jiān)測鐵路軌道螺栓的松動與否，可實現(xiàn)自動報警且成本低廉，并大大減少鐵路運營過程中維護和檢修的工作量。
[0005]本發(fā)明為解決上述技術問題采用以下技術方案:
根據(jù)本發(fā)明提出的一種監(jiān)測鐵路軌道螺栓松動的監(jiān)測系統(tǒng)，包括激光發(fā)射模塊、軌道光纖、割斷裝置、激光接收模塊、處理電路模塊，所述處理電路模塊包括一個電磁繼電器、報警電路模塊和用于控制鐵軌系統(tǒng)的控制電路模塊；其中，
激光發(fā)射模塊，用于輸出光信號至軌道光纖；
割斷裝置，用于當螺栓松動時，割斷軌道光纖；
軌道光纖，用于當軌道光纖未被割斷時，傳輸光信號至激光接收模塊；
激光接收模塊，用于當接收到光信號時，將光信號轉換為電信號輸出至電磁繼電器； 電磁繼電器，當接收到電信號時，輸出高電平至控制電路模塊；當未接收到電信號時，輸出高電平至報警電路模塊；
控制電路模塊，連接軌道繼電器，當接收到高電平時，控制鐵軌系統(tǒng)正常運行；當未接到高電平時，控制鐵軌系統(tǒng)停止運行；
報警電路模塊，用于當接收到高電平時，則判斷螺栓發(fā)生松動，發(fā)出報警。
[0006]作為本發(fā)明所述的一種監(jiān)測鐵路軌道螺栓松動的監(jiān)測系統(tǒng)進一步優(yōu)化的方案，所述割斷裝置包括刀片、U形彈性片，刀片設置在U形彈性片的中心，U形彈性片上對稱開有一對使得彈性片可以相對螺栓滑動的孔，螺栓中的螺桿穿過該一對孔且位于兩孔之間的螺桿上設有彈簧。
[0007]作為本發(fā)明所述的一種監(jiān)測鐵路軌道螺栓松動的監(jiān)測系統(tǒng)進一步優(yōu)化的方案，所述彈性片為金屬彈性片。
[0008]作為本發(fā)明所述的一種監(jiān)測鐵路軌道螺栓松動的監(jiān)測系統(tǒng)進一步優(yōu)化的方案，所述激光發(fā)射模塊為發(fā)光二極管。
[0009]作為本發(fā)明所述的一種監(jiān)測鐵路軌道螺栓松動的監(jiān)測系統(tǒng)進一步優(yōu)化的方案，所述發(fā)光二極管的供電電壓在6-24V之間。
[0010]作為本發(fā)明所述的一種監(jiān)測鐵路軌道螺栓松動的監(jiān)測系統(tǒng)進一步優(yōu)化的方案，所述激光接收模塊為光電二極管，光電二極管為點接觸型二極管。
[0011]作為本發(fā)明所述的一種監(jiān)測鐵路軌道螺栓松動的監(jiān)測系統(tǒng)進一步優(yōu)化的方案，所述軌道光纖為多模光纖。
[0012]一種監(jiān)測鐵路軌道螺栓松動的監(jiān)測方法，包括以下步驟:
步驟一、在螺栓上安裝割斷裝置；
步驟二、將光纖穿過割斷裝置鋪設在鐵軌上；
步驟三、采用激光發(fā)射模塊發(fā)出光信號，該光信號注入光纖的一端；
步驟四、光信號從光纖的另一端輸出至激光接收模塊:當螺栓未發(fā)生松動時，激光接收模塊將光信號轉換為電信號輸出至電磁繼電器；當螺栓發(fā)生松動時，光纖被割斷裝置割斷，電磁繼電器接收不到電信號；
步驟五、當電磁繼電器接收到電信號時，輸出高電平至控制電路:當控制電路接收到高電平時，控制鐵軌系統(tǒng)正常運行；當未接到高電平時，控制鐵軌系統(tǒng)停止運行；
步驟六、當電磁繼電器未接收到電信號時，輸出高電平至報警電路，進行報警。
[0013]作為本發(fā)明所述的一種監(jiān)測鐵路軌道螺栓松動的監(jiān)測方法進一步優(yōu)化的方案，所述割斷裝置是通過以下步驟制作而成的:
A、提供U形彈性片；
B、在U形彈性片的中心設置刀片，U形彈性片上對稱開有一對使得彈性片可以相對螺栓滑動的孔；
C、螺栓中的螺桿穿過該一對孔固定在軌道上且位于兩孔之間的螺桿上設有彈簧。
[0014]作為本發(fā)明所述的一種監(jiān)測鐵路軌道螺栓松動的監(jiān)測方法進一步優(yōu)化的方案，所述一對孔是相同尺寸的橢圓形孔，所述刀片為矩形刀片。
[0015]本發(fā)明采用以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，具有以下技術效果:
(I)本發(fā)明利用光電二極管(PD)是否接收到激光信號來判斷光纖的通斷，從而判斷軌道螺栓是否松動，為鐵軌提供安全保障，大大降低了人工作業(yè)量，并且系統(tǒng)設計成本低廉，適合大規(guī)模使用；因而該系統(tǒng)可在鐵路長期運營時，實時監(jiān)測鐵軌螺栓部分的安全；
(2)本發(fā)明當鐵路軌道螺栓發(fā)生松動時，割斷裝置中的彈性片和彈簧因需要恢復自身彈性形變而帶動刀片割斷光纖，通過光電二極管能否接收到光信號達到監(jiān)測螺栓是否松動的目的；
(3)本發(fā)明通過這種實時監(jiān)測，縮小鐵路工人的工作范圍，減輕工作量，便于系統(tǒng)、及時地對軌道螺栓狀況進行監(jiān)測和修理，且該系統(tǒng)及其中的裝置設計制作過程簡單、價格低廉，便于大規(guī)模地制作和投入使用，是為現(xiàn)代高度發(fā)達的鐵路運輸業(yè)提供安全性保障的重要手段。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明裝置的原理圖。
[0017]圖2是系統(tǒng)示意圖。
[0018]圖3是割斷裝置結構圖。
[0019]圖4是割斷裝置安裝圖。
[0020]圖5是螺栓松動后效果圖。
[0021]圖6a是割斷裝置的正視圖。
[0022]圖6b是割斷裝置的俯視圖。
[0023]圖6c是割斷裝置的俯視圖。
[0024]圖7是彈性片示意圖。
[0025]圖8是系統(tǒng)的處理電路圖。
[0026]圖中的附圖標記解釋為:1-螺栓，2-彈性片，3-彈簧，4-刀片，5-光纖，6_使得彈性片可以相對螺栓滑動的孔，7-蜂鳴器，8-電磁繼電器，9-光電二極管。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細說明:
如圖1所示是本發(fā)明裝置的原理圖，一種監(jiān)測鐵路軌道螺栓松動的監(jiān)測系統(tǒng)，包括激光發(fā)射模塊、軌道光纖、割斷裝置、激光接收模塊、處理電路模塊，圖8是系統(tǒng)的處理電路圖，所述處理電路模塊包括一個電磁繼電器、報警電路模塊和用于控制鐵軌系統(tǒng)的控制電路模塊；其中，
激光發(fā)射模塊，用于輸出光信號至軌道光纖；激光發(fā)射模塊可選擇一個普通的LED發(fā)光二極管(帶光纖尾纖)，將LED激光器的尾纖與軌道光纖相接，提供系統(tǒng)的輸入信號，以用于判斷光纖的通斷；
割斷裝置，用于當螺栓松動時，割斷軌道光纖；
軌道光纖，用于當軌道光纖未被割斷時，傳輸光信號至激光接收模塊；軌道光纖鋪設在軌道上，如圖2所示是系統(tǒng)示意圖。
[0028]激光接收模塊，用于當接收到光信號時，將光信號轉換為電信號輸出至電磁繼電器;
電磁繼電器，當接收到電信號時，輸出高電平至控制電路模塊；當未接收到電信號時，輸出高電平至報警電路模塊；
控制電路模塊，連接軌道繼電器，當接收到高電平時，控制鐵軌系統(tǒng)正常運行；當未接到高電平時，控制鐵軌系統(tǒng)停止運行；
報警電路模塊，用于當接收到高電平時，則判斷螺栓發(fā)生松動，發(fā)出報警。
[0029]如圖3所示是割斷裝置結構圖，所述割斷裝置包括刀片、U形彈性片，刀片設置在U形彈性片的中心，U形彈性片上對稱開有一對使得彈性片可以相對螺栓滑動的孔，螺栓中的螺桿穿過該一對孔且位于兩孔之間的螺桿上設有彈簧。在螺栓未發(fā)生松動時，割斷裝置安裝的效果圖如圖4所示。
[0030]割斷裝置用于感知螺栓是否松動，并做出相應的處理，本系統(tǒng)中設計的以彈性片、彈簧構成的彈性裝置，在螺栓發(fā)生松動的時候，割斷裝置由于受應力改變而發(fā)生位移，牽動刀片割斷光纖；
所述彈性片為金屬彈性片。
[0031]所述激光發(fā)射模塊為LED發(fā)光二極管，
所述發(fā)光二極管LED的供電電壓一般在6-24V之間，可根據(jù)具體的電路設計及監(jiān)測距離選擇發(fā)光二極管的功率，降低系統(tǒng)功耗，并使得LED的壽命較長。
[0032]所述激光接收模塊為光電二極管(又稱光敏二極管)，光電二極管是在反向電壓作用時工作的，沒有光照時，反向電流極其微弱；有光照時，反向電流迅速增大到幾十微安，產(chǎn)生光電流。且光強越大，反向電流越大。因而在接收到光信號時，光電二極管將光信號轉換為電信號；光電二極管可選用使用范圍最廣、價格低廉的點接觸型二極管。在該電路中，注意光電二極管是在反向電壓作用時工作的。
[0033]系統(tǒng)的電源模塊用于為整個監(jiān)測系統(tǒng)供電，該電源可以從鐵路系統(tǒng)中直接接入，并根據(jù)不同的具體電路設計需求接入變壓器，提供所需電壓；
所述處理電路模塊包括報警電路模塊和控制電路模塊；其中，
處理電路模塊包含一個電磁繼電器，根據(jù)處理電路中是否有電流實現(xiàn)在鐵路正常工作狀態(tài)和報警狀態(tài)之間相互切換；
報警電路包含保護電阻和蜂鳴器，并且連接系統(tǒng)總機，在鐵軌螺栓松動時可顯