示螺栓所在的具體路段；
控制電路模塊連接軌道繼電器，在無螺栓松動(dòng)時(shí)，該電路閉合，鐵軌系統(tǒng)正常運(yùn)行；在螺栓松動(dòng)導(dǎo)致軌道光纖被割斷后，該電路開路，鐵軌系統(tǒng)也停止運(yùn)行；
所述軌道光纖因每隔數(shù)十或數(shù)百米即為一監(jiān)測(cè)單元，傳輸距離較短，可選擇多模光纖，價(jià)格便宜，便于大規(guī)模鋪設(shè)。
[0034]所述割斷裝置中可選彈性系數(shù)較大的合金彈性片和勁度系數(shù)較大的彈簧。
[0035]一種監(jiān)測(cè)鐵路軌道螺栓松動(dòng)的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟:
步驟一、沿鐵軌螺栓部分逐一安裝簡(jiǎn)易割斷裝置；
步驟二、將光纖穿過割斷裝置鋪設(shè)在鐵軌上；
步驟三、采用激光發(fā)射模塊發(fā)出光信號(hào)，該光信號(hào)注入光纖的一端；
步驟四、光信號(hào)從光纖的另一端輸出至激光接收模塊:當(dāng)螺栓未發(fā)生松動(dòng)時(shí)，激光接收模塊將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出至電磁繼電器；當(dāng)螺栓發(fā)生松動(dòng)時(shí)，光纖被割斷裝置割斷，電磁繼電器接收不到電信號(hào)； 步驟五、當(dāng)電磁繼電器接收到電信號(hào)時(shí)，輸出高電平至控制電路:當(dāng)控制電路接收到高電平時(shí)，控制鐵軌系統(tǒng)正常運(yùn)行；當(dāng)未接到高電平時(shí)，控制鐵軌系統(tǒng)停止運(yùn)行；
步驟六、當(dāng)電磁繼電器未接收到電信號(hào)時(shí)，輸出高電平至報(bào)警電路，進(jìn)行報(bào)警。
[0036]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(shè)置刀片，U形彈性片上對(duì)稱開有一對(duì)使得彈性片可以相對(duì)螺栓滑動(dòng)的孔；在彈性片的中心位置焊接一個(gè)矩形刀片(刀片可以較寬，以便在光纖發(fā)生輕微錯(cuò)位的時(shí)候，仍能夠及時(shí)、有效地割斷光纖);
C、螺栓中的螺桿穿過該一對(duì)孔固定在軌道上且位于兩孔之間的螺桿上設(shè)有彈簧。
[0037]割斷裝置是通過如下方法設(shè)計(jì)和計(jì)算得到的:
A、彈性片中間對(duì)稱地挖出彈性片可以相對(duì)螺栓滑動(dòng)的槽，槽的直徑恰好等于螺栓直徑，槽的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，當(dāng)彈性片的槽的末端滑到螺栓時(shí)，彈性片一側(cè)與水平位置的傾角為a，則D=L^cosa即為刀片移動(dòng)的最大位移；
B、設(shè)刀片到螺栓的距離為d，光纖直徑為2R，則需滿足條件D>d+2R;
C、設(shè)螺栓螺紋長(zhǎng)度為S，則可根據(jù)鐵路方對(duì)于鐵路安全的要求，設(shè)置在螺絲松動(dòng)距離達(dá)到t，一般至少設(shè)定t〈s/3時(shí)的某一值t0，可實(shí)現(xiàn)光纖的割斷。
[0038]所述一對(duì)孔是相同尺寸的橢圓形孔，所述刀片為矩形刀片。
[0039]如圖5所示是螺栓松動(dòng)后效果圖，根據(jù)鐵路安全性要求，設(shè)光纖到刀片的距離為d，螺栓松動(dòng)的距離達(dá)到可能造成危險(xiǎn)的最低值h時(shí)，割斷裝置橫向位移為d’，應(yīng)滿足條件d’ >d,確保此時(shí)光纖能被割斷。
[0040]為了保持彈性元件的恢復(fù)力度，在對(duì)折壓向彈性片時(shí)，在其中間添加一輕質(zhì)且勁度系數(shù)較大的彈簧，當(dāng)螺栓松動(dòng)時(shí)，彈簧的恢復(fù)力能將螺栓松動(dòng)程度進(jìn)一步擴(kuò)大，既利于割斷裝置的工作，又提高了監(jiān)測(cè)的靈敏度和及時(shí)性；
控制電路是通過以下步驟設(shè)計(jì)和計(jì)算獲得:
A、電路所需電壓可以從軌道供電系統(tǒng)中接入，注意光電二極管工作在反向偏壓狀態(tài)下；
B、將光電二極管與一個(gè)電磁繼電器串聯(lián)，電磁繼電器一端是報(bào)警電路，另一端是控制軌道電路是否閉合的電路；
C、在ro接收到光時(shí)，PD中有較大的光電流I，電磁繼電器向下閉合，軌道電路通暢，報(bào)警電路為開路；當(dāng)ro上沒有光時(shí)，控制電路中電流幾乎為零，電磁繼電器斷開，軌道電路開路，報(bào)警電路閉合；
D、上述的光電二極管的選擇和保護(hù)電阻的阻值挑選均可結(jié)合接入的電源電壓大小和電磁繼電器的消耗功率等計(jì)算得到。
[0041]控制電路鏈接軌道繼電器，在無螺栓松動(dòng)時(shí)，該電路閉合，鐵軌系統(tǒng)正常運(yùn)行；在螺栓松動(dòng)導(dǎo)致軌道光纖被割斷后，該電路開路，鐵軌系統(tǒng)也停止運(yùn)行；
本發(fā)明的一種鐵路軌道螺栓松動(dòng)的監(jiān)測(cè)方法，具體如下:
步驟一、選擇材料，制作并安裝割斷裝置；
步驟二、將光纖沿軌道穿過割斷裝置鋪設(shè)在鐵路軌道上；
步驟三、根據(jù)本次鐵路方要求，以每50米為一監(jiān)測(cè)單元。因而在光纖每50米的始端接一個(gè)發(fā)光二極管(LED)，末端接一個(gè)光電二極管(PD)，由于收發(fā)距離較短，中間不需要添加信號(hào)放大器；且由于普通LED的功率在0.05W，大功率LED可以達(dá)到1W、2W、甚至數(shù)十瓦；普通H)的接受光功率不超過0.15W，因而可以選擇普通的LED發(fā)光二極管和H)結(jié)合實(shí)用，二者價(jià)格低廉，使用壽命均較長(zhǎng)。
[0042]步驟四、將ro連入系統(tǒng)處理電路，其中包含報(bào)警器電路和控制鐵軌正常運(yùn)行的鐵軌繼電器電路，并將報(bào)警電路接入系統(tǒng)總臺(tái)監(jiān)測(cè)主機(jī)，以具體判斷軌道出狀況的路段；
步驟五、本系統(tǒng)中的電源可以從鐵路系統(tǒng)中接入，由于LED工作電壓在幾伏到十幾伏不等，需要經(jīng)變壓器將鐵軌系統(tǒng)中的電壓變壓，并在電路中加入合適的保護(hù)電阻；
步驟六、檢查，LED發(fā)出穩(wěn)定激光，當(dāng)光纖完好時(shí)，系統(tǒng)處于導(dǎo)通狀態(tài)，PD能接收穩(wěn)定的激光光信號(hào)，電路中電流較大，電磁繼電器向下吸合，報(bào)警電路開路，鐵軌電路閉合；
步驟七、當(dāng)鐵軌螺栓發(fā)生松動(dòng)，割斷裝置割斷光纖，此時(shí)光纖中無光通過，電路中電流幾乎為零，電磁繼電器斷開，報(bào)警電路閉合，發(fā)生報(bào)警，軌道電路開路；
圖6a是割斷裝置的正視圖，圖6b是割斷裝置的俯視圖，圖6c是割斷裝置的俯視圖。圖7是彈性片的示意圖，左右對(duì)稱的兩個(gè)供螺栓滑動(dòng)的圓孔，中間為刀片。
[0043]圖8是系統(tǒng)的處理電路圖，處理電路是通過如下方法設(shè)計(jì)和計(jì)算得到的:
A、接入的系統(tǒng)電源為U,在正常接收到光的條件下，設(shè)ro產(chǎn)生的光電流為?ο，此電流切好能使電磁繼電器穩(wěn)定閉合；
B、當(dāng)ro接收不到光，PD中的暗電流Id很小，幾乎為零，電磁繼電器斷開。
[0044]本發(fā)明提出的目的是利用光纖的傳輸特性，當(dāng)鐵路軌道螺栓發(fā)生松動(dòng)時(shí)，割斷裝置中的彈性片和彈簧因需要恢復(fù)自身彈性形變而帶動(dòng)刀片割斷光纖，通過光電二極管ro能否接收到光信號(hào)達(dá)到監(jiān)測(cè)螺栓是否松動(dòng)的目的。通過這種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，縮小鐵路工人的工作范圍，減輕工作量，便于系統(tǒng)、及時(shí)地對(duì)軌道螺栓狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和修理，且該系統(tǒng)及其中的裝置設(shè)計(jì)制作過程簡(jiǎn)單、價(jià)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(dá)的鐵路運(yùn)輸業(yè)提供安全性保障的重要手段。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種監(jiān)測(cè)鐵路軌道螺栓松動(dòng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，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(gè)電磁繼電器、報(bào)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(hào)至軌道光纖； 割斷裝置，用于當(dāng)螺栓松動(dòng)時(shí)，割斷軌道光纖； 軌道光纖，用于當(dāng)軌道光纖未被割斷時(shí)，傳輸光信號(hào)至激光接收模塊； 激光接收模塊，用于當(dāng)接收到光信號(hào)時(shí)，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出至電磁繼電器；電磁繼電器，當(dāng)接收到電信號(hào)時(shí)，輸出高電平至控制電路模塊；當(dāng)未接收到電信號(hào)時(shí)，輸出高電平至報(bào)警電路模塊； 控制電路模塊，連接軌道繼電器，當(dāng)接收到高電平時(shí)，控制鐵軌系統(tǒng)正常運(yùn)行；當(dāng)未接到高電平時(shí)，控制鐵軌系統(tǒng)停止運(yùn)行； 報(bào)警電路模塊，用于當(dāng)接收到高電平時(shí)，則判斷螺栓發(fā)生松動(dòng)，發(fā)出報(bào)警。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種監(jiān)測(cè)鐵路軌道螺栓松動(dòng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述割斷裝置包括刀片、U形彈性片，刀片設(shè)置在U形彈性片的中心，U形彈性片上對(duì)稱開有一對(duì)使得彈性片可以相對(duì)螺栓滑動(dòng)的孔，螺栓中的螺桿穿過該一對(duì)孔且位于兩孔之間的螺桿上設(shè)有彈簧。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種監(jiān)測(cè)鐵路軌道螺栓松動(dòng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述彈性片為金屬彈性片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種監(jiān)測(cè)鐵路軌道螺栓松動(dòng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述激光發(fā)射模塊為發(fā)光二極管。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種監(jiān)測(cè)鐵路軌道螺栓松動(dòng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)光二極管的供電電壓在6-24V之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種監(jiān)測(cè)鐵路軌道螺栓松動(dòng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述激光接收模塊為光電二極管，光電二極管為點(diǎn)接觸型二極管。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種監(jiān)測(cè)鐵路軌道螺栓松動(dòng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述軌道光纖為多模光纖。
8.一種監(jiān)測(cè)鐵路軌道螺栓松動(dòng)的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，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(shè)在鐵軌上； 步驟三、采用激光發(fā)射模塊發(fā)出光信號(hào)，該光信號(hào)注入光纖的一端； 步驟四、光信號(hào)從光纖的另一端輸出至激光接收模塊:當(dāng)螺栓未發(fā)生松動(dòng)時(shí)，激光接收模塊將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出至電磁繼電器；當(dāng)螺栓發(fā)生松動(dòng)時(shí)，光纖被割斷裝置割斷，電磁繼電器接收不到電信號(hào)； 步驟五、當(dāng)電磁繼電器接收到電信號(hào)時(shí)，輸出高電平至控制電路:當(dāng)控制電路接收到高電平時(shí)，控制鐵軌系統(tǒng)正常運(yùn)行；當(dāng)未接到高電平時(shí)，控制鐵軌系統(tǒng)停止運(yùn)行； 步驟六、當(dāng)電磁繼電器未接收到電信號(hào)時(shí)，輸出高電平至報(bào)警電路，進(jìn)行報(bào)警。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種監(jiān)測(cè)鐵路軌道螺栓松動(dòng)的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，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(shè)置刀片，U形彈性片上對(duì)稱開有一對(duì)使得彈性片可以相對(duì)螺栓滑動(dòng)的孔； C、螺栓中的螺桿穿過該一對(duì)孔固定在軌道上且位于兩孔之間的螺桿上設(shè)有彈簧。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種監(jiān)測(cè)鐵路軌道螺栓松動(dòng)的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述一對(duì)孔是相同尺寸的橢圓形孔，所述刀片為矩形刀片。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鐵路軌道螺栓松動(dòng)的監(jiān)測(cè)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(gè)電磁繼電器、報(bào)警電路模塊和用于控制鐵軌系統(tǒng)的控制電路模塊；割斷裝置，在螺栓松動(dòng)的時(shí)候割斷光纖。當(dāng)鐵軌螺栓發(fā)生松動(dòng)時(shí)，割斷裝置割斷光纖，激光接收模塊接收不到光信號(hào)，實(shí)現(xiàn)報(bào)警，同時(shí)切斷鐵軌繼電器電路。本發(fā)明還公開了一種鐵路軌道螺栓松動(dòng)的監(jiān)測(cè)方法，本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)鐵軌中螺栓的松動(dòng)情況的實(shí)時(shí)和系統(tǒng)地監(jiān)測(cè)，而且設(shè)計(jì)制作過程簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉，便于大規(guī)模地制作和投入使用。
【IPC分類】B61K9-00
【公開號(hào)】CN104608795
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510048019
【發(fā)明人】李密, 陳媛, 張旭蘋, 宋躍江, 路元?jiǎng)?
【申請(qǐng)人】南京大學(xué)
【公開日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2015年1月29日