專利名稱：采用激光測量技術(shù)對鐵路路軌縱向位移測量的方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及鐵路工務部門對軌道縱向位移的測量，主要采用激光測量技術(shù)，實現(xiàn)對 鐵路路軌縱向位移測量的方法。
背景技術(shù)：
隨著國民經(jīng)濟的不斷提高，為適應運輸市場的需求和提高鐵路運輸在運輸市場上的 競爭能力，鐵路運輸不斷的向高速、重載方向發(fā)展。而我國的鐵路線路是在客貨混載的 狀況下發(fā)展的，由于無縫線路固有的特點，其日常維護與普通的線路有較大的區(qū)別。鐵 路工務部門必須精確的處理各項基本技術(shù)參數(shù)，才能確保線路的行車安全。
我國鐵路交通運輸線路被分為上行線路與下行線路，國家鐵道部規(guī)定進京方向或 是從支線到干線被稱為上行線，反之離京方向或是從干線到支線被稱為下行線。這樣客 貨車輛必須嚴格地行使在單方向線路上，即上行線路或下行線路；絕對不允許上行線或
下行線混合行使。如此以來，鐵路線路路軌在客貨車輛的作用力下，路軌軌道必定產(chǎn)生
縱向位移量；該縱向位移量是鐵路工務部門日常線路維護中最重要的基礎參數(shù)之一，該
參數(shù)限定了線路軌道的安全運營和日常維護的必定條件。
在曰常維護作業(yè)中，鐵路路基面每50米設定以觀測點，鋪設路基時兩邊的水平
基準點用混泥土澆注固定。傳統(tǒng)的測量方式采用人工準直線測量，測量時鐵路路基兩邊
各站2人，分別將準直線拉在路基平臺上的基準點中心，另一人用測量標準尺測量準直 線與路軌中每一軌道的縱向偏移位移量，并把此數(shù)據(jù)記錄在專用筆記本上，以備查用。 此方式測量，費時費力、勞動強度大、數(shù)據(jù)精度低等。由于鐵路列車提速后，鐵路路基 平臺有所變化，對軌道的縱向位移測量方式和要求也相對嚴格，采用經(jīng)繹準直儀進行測 量。測量時，先鎖定經(jīng)緯準直儀與水平基準點的對中垂直度及水平方向的水平定位，同 時在路軌的4根軌道上分別在標記點上貼上刻度標尺，然后用經(jīng)緯儀仰角看4根軌道的 刻度尺，鏡頭所指向點與標記中心的位移量就是軌道的縱向位移偏移量，讀出數(shù)據(jù)并記 錄。此方式大大改善了人工測量的缺點，測量數(shù)據(jù)的精確度也得到了提高，但是也存有 不足(1)、經(jīng)緯準直儀對中點難度大、調(diào)整繁瑣、風向?qū)︺U垂的影響大。(2)、準直難
度大、受陽光強度及霧天等自然因素影響大。(3)、經(jīng)緯儀觀察刻度尺時，受人為因素影響大。基于以上原因，我們采用激光測量技術(shù)對此進行了改進。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有測量方式存在的問題，提供一種具有操作簡 單、檢測方便、顯示直觀清晰、測量精度高、數(shù)據(jù)處理無紙化的采用激光測量技術(shù)對鐵 路路軌縱向位移測量的方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是該采用激光測量技術(shù)對鐵路路軌縱向
位移測量的方法，其特征在于控制系統(tǒng)通過激光探測器檢測接收由激光發(fā)射器發(fā)射出 的光源后，利用相應的控制策略對鐵路路軌位移進行測量。
對鐵路路軌位移進行測量是指激光探測器接收來自激光發(fā)射器的光束，鎖定所測的 基準點，通過微處理控制器利用相應的控制策略，計算出路軌位移偏移量。
控制策略是首先打開激光探測器及激光控制器的電源開關(guān)，使之系統(tǒng)初始化， 然后對激光發(fā)射器所射出的激光束進行光檢測，若沒有檢測到光源，返回系統(tǒng)，待檢測 到光源后，調(diào)用延時程序，加以確認，隨后驅(qū)動步進電機正轉(zhuǎn)200步，檢測光強度，光 強度等于O時即光強最大，系統(tǒng)采集此信號，計算出此數(shù)據(jù)即為位移偏移量；若光強不 等于O，系統(tǒng)驅(qū)動步進電機反轉(zhuǎn)200步，檢測光強度，光強度等于0時即光強最大，系 統(tǒng)采集此信號，計算出此數(shù)據(jù)即為位移偏移量；若光強不等于O，程序返回。
控制系統(tǒng)包括激光發(fā)射器、激光探測器和微處理控制器，激光探測器和微處理控制 器安裝固定在殼體內(nèi)后，放置于所測軌道上，激光發(fā)射器通過支架放置于測試平臺兩基 準點上。
微處理控制器包括微處理器、激光探測器、容柵尺、制冷晶體、風扇、恒溫單元、 步進電機、顯示單元、存儲單元、按鍵單元，光接收探測器、容柵尺、制冷晶體和風扇 通過恒溫單元與微處理器相連，微處理器與步進電機、顯示單元、存儲單元、按鍵單元 相連。
激光發(fā)射器包括固定托架、外殼、控制及電源單元、操作鍵盤、激光器、鏡頭、步 進電機，控制及電源單元、激光器固定于外殼內(nèi)，操作鍵盤固定于外殼的頂端，與控制 及電源單元、激光器及步進電機相連接，外殼固定于帶步進電機的調(diào)整托架
激光探測器及微處理控制器包括殼體及固定在殼體上的軌定位銷、IC卡存儲口、 電源開關(guān)、LCD顯示屏、鍵盤、光探測槽、光定位顯示窗口、定位尺標、容柵尺、導軌槽。
路基測試平臺包括路軌橫梁、軌道、基準點、基準點、測試平臺、軌道標記點，基準點、基準點設定在軌道同一側(cè)測試平臺上，兩基準點與任意軌道上的標記點在一條直 線上。
微處理控制器中的微處理器內(nèi)嵌有計算方法。測量時，自動采集激光束在容柵尺上 所產(chǎn)生的信號，利用相應控制策略和計算方法，計算出路軌位移偏移量；微處理控制器 將采集所測數(shù)據(jù)，實時輸出到LCD顯示屏、IC卡存儲口進行數(shù)據(jù)的實時顯示與存儲備 份。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所具有的有益效果是克服現(xiàn)有測量設備的對中難度大、 準直難度大、調(diào)整繁瑣、受人為因素及環(huán)境因素影響大等特點，采用激光準直特性、利 用光探測器及容柵尺定位等測量方式，通過微處理控制器內(nèi)嵌控制策略及計算方法自動 采集數(shù)據(jù)信號，計算出軌道的縱向偏移位移量，是目前比較理想的鐵路路軌縱向位移激 光測量儀；且具有操作簡單、檢測方便、顯示直觀清晰、測量精度高、數(shù)據(jù)處理無紙化 等優(yōu)點。


圖l:激光發(fā)射器結(jié)構(gòu)示意圖2:激光探測器及微處理器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖3:微處理器控制系統(tǒng)組成示意框圖4:傳統(tǒng)路基測試平臺示意圖5:本實用新型路基測試平臺示意圖6:微處理器控制系統(tǒng)流程框圖7:脈沖電源電路原理圖8:微處理器控制系統(tǒng)電路原理圖。
圖l-3、 5-8是本實用新型的最佳實施例，其中1支架、2支架水平調(diào)整器、3
支架平臺、4固定托架、5外殼、6控制及電源單元、7操作鍵盤、8激光器、9鏡頭、 IO步進電機、ll殼體、12軌定位銷、13 IC卡存儲口、 14電源開關(guān)、15LCD顯示屏、 16操作鍵盤、17光探測槽、18光定位顯示、19定位尺標、20容柵尺、21導軌槽、22 路軌橫梁、23軌道24、 27基準點、25測試平臺、26軌道標記點。
具體實施例方式
圖1中由固定托架4、外殼5、控制及電源單元6、操作鍵盤7、激光器8、鏡頭 9、步進電機IO組成激光發(fā)射器；激光發(fā)射器放置于由支架水平調(diào)整器2、支架平臺3 組成的支架l上。圖2中由殼體11、軌定位銷12、 IC卡存儲口 13、電源開關(guān)14、 LCD顯示屏15、 操作鍵盤16、光探測槽17、光定位顯示18、定位尺標19、容柵尺20、導軌槽21組成 激光探測器及微處理器控制系統(tǒng)。
圖3中微處理器控制系統(tǒng)包含微處理器、激光探測器、恒溫單元、容柵尺、步 進電機、顯示單元、存儲單元、按鍵單元。其中恒溫單元由制冷晶體和風扇組成。
圖4中由路軌橫梁22、軌道23、基準點24、測試平臺25、軌道標記點26組成 傳統(tǒng)路基測試平臺。
圖5中由路軌橫梁22、軌道23、基準點24、基準點27、測試平臺25、軌道標 記點26組成本實用新型路基測試平臺。
圖6為系統(tǒng)程序流程圖，其控制策略是打開激光探測器及激光控制器的電源開 關(guān)，使之系統(tǒng)初始化，然后對激光發(fā)射器所射出的激光束進行光檢測，若沒有檢測到光 源，返回系統(tǒng)，待檢測到光源后，調(diào)永延時程序，加以確認，隨后驅(qū)動步進電機正轉(zhuǎn) 200步，檢測光強度，光強度等于0時即光強最大，系統(tǒng)采集此信號，計算出此數(shù)據(jù)即 為位移偏移量；若光強不等于0，系統(tǒng)驅(qū)動步進電機反轉(zhuǎn)200步，檢測光強度，光強度 等于O時即光強最大，系統(tǒng)采集此信號，計算出此數(shù)據(jù)即為位移偏移量；若光強不等于 0，程序返回。
圖7中由時基芯片U1和外圍器件組成脈沖電源電路，為激光發(fā)射器提供工作電源。
時基芯片U1的7腳通過電阻R1接高電平VCC，通過電阻R2 、電容C1接地；時 基芯片U1的2、 6腳相連，并通過電阻R3與時基芯片U1的3腳相連，時基芯片U1的 3腳輸出一脈沖電源；時基芯片U1的4、 8腳接高電平VCC， 1腳接地。
圖8中是本實用新型的一個具體原理電路圖；微處理器控制器是由U1為精密運 放器芯片、U2為帶復位的存儲器EPR0M芯片、U3位微處理器芯片、U4為電位調(diào)整器芯 片、Ql-Q4為晶體管芯片、BUZZER為蜂鳴器、LCD為液晶顯示器、R12-R23組成和差運 算器及外圍電路組成。
其中由精密運放器U1及其外圍器件組成信號放大電路。
信號通過電容C1、電阻R2輸入到精密運放器U1的2腳，并通過電阻R1接地；精 密運放器U1的3腳通過電阻R3接地，4腳接地；精密運放器Ul的2腳通過并聯(lián)連接 的電容C2、電阻R4與6腳相連；6腳輸出信號，輸入到微處理器U3的P44腳。
由帶復位的存儲器EPROM U2及其外圍器件組成復位及存儲電路。帶復位的存儲器EPR0M U2的7腳與微處理器U3的REST腳相連，并通過電阻R24 接髙電平VCC; 3、 8腳接高電平VCC, 4腳接地；1、 2、 5、 6腳分別與微處理器U3的 P01、 P02、 P03、 P04腳相連。
由Ql-Q4為晶體管及其外圍器件組成信號展寬電路。 信號通過電容C3與晶體管Ql的1腳相連，并通過電阻R5、 二極管Dl接地，電阻R5 與二極管Dl連接處通過電阻R6接高電平VCC;晶體管Ql的2腳接高電平VCC， 3腳通 過電阻R7接地，并通過二極管D2與與晶體管Q2的1腳相連；晶體管Q2的1腳通過電 阻R8接地，并通過電容C4分別與晶體管Q3、 Q4的3、 1腳相連；晶體管Q2的2腳接 高電平VCC， 3腳通過二極管D4、 D3、電阻R9接地；二極管D3與電阻R9連接處與晶 體管Q3的1腳相連；晶體管Q3的2腳通過二極管D5接高電平VCC， 3腳通過電阻R10 接地；晶體管Q4的2腳接高電平VCC, 3腳通過可調(diào)電阻RT1、電阻Rll接地；可調(diào) 電阻的l腳輸出信號，通過A/D、 D/A轉(zhuǎn)換器輸入到微處理器U3的P43腳。
由電阻R12-R23組成和差運算器，通過低通濾波器輸入到微處理器U3的P24、P25、 P26、 P27腳。
微處理器U3采用微處理單片機，微處理器U3的X1、 X2腳連接晶振Y1并通過電 容C7、 C8接地；微處理器U3的P70-P77腳接操作鍵盤，P13、 P14腳接IC卡存儲器；
由電壓調(diào)整器U4和液晶顯示器LCD及其外圍器件組成系統(tǒng)顯示單元。
電壓調(diào)整器U4的2腳通過電容C9接地，3、 4腳接地；8腳接高電平VCC;電壓調(diào) 整器U4的5腳通過反接的二極管D6輸出一電壓信號，并通過濾波電容C10接地，為液 晶顯示器LCD提供電壓，連接液晶顯示器LCD的Vo腳。
液晶顯示器LCD的DO-D7腳與微處理器U3的P50-P57相連，且通過電阻排RF接 高電平VCC;液晶顯示器LCD的Rs、 Rw、 E腳分別與微處理器U3的POl、 P144、 P142 相連；液晶顯示器LCD的Vdd腳接高電平VCC， Vss腳接地。
權(quán)利要求
1、采用激光測量技術(shù)對鐵路路軌縱向位移測量的方法，其特征在于控制系統(tǒng)通過激光探測器檢測接收由激光發(fā)射器發(fā)射出的光源后，利用相應的控制策略對鐵路路軌位移進行測量。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的采用激光測量技術(shù)對鐵路路軌縱向位移測量的方法，其特 征在于對鐵路路軌位移進行測量是指激光探測器接收來自激光發(fā)射器的光束，鎖定所 測的基準點，通過微處理控制器利用相應的控制策略，計算出路軌位移偏移量。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的采用激光測量技術(shù)對鐵路路軌縱向位移測量的方法，其 特征在于控制策略是首先打開激光探測器及激光控制器的電源開關(guān)，使之系統(tǒng)初始 化，然后對激光發(fā)射器所射出的激光束進行光檢測，若沒有檢測到光源，返回系統(tǒng)，待 檢測到光源后，調(diào)用延時程序，加以確認，隨后驅(qū)動步進電機正轉(zhuǎn)200步，檢測光強度， 光強度等于0時即光強最大，系統(tǒng)采集此信號，計算出此數(shù)據(jù)即為位移偏移量；若光強不等于O，系統(tǒng)驅(qū)動步進電機反轉(zhuǎn)200步，檢測光強度，光強度等于O時即光強最大， 系統(tǒng)采集此信號，計算出此數(shù)據(jù)即為位移偏移量；若光強不等于O，程序返回。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用激光測量技術(shù)對鐵路路軌縱向位移測量的方法，其 特征在于控制系統(tǒng)包括激光發(fā)射器、激光探測器和微處理控制器，激光探測器和微處 理控制器安裝固定在殼體(11)內(nèi)后，放置于所測軌道(23)上，激光發(fā)射器通過支架(1)放置于測試平臺(25)兩基準點(24)、 (27)上。
5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的采用激光測量技術(shù)對鐵路路軌縱向位移測量的方法，其特 征在于微處理控制器包括微處理器、激光探測器、容柵尺、制冷晶體、風扇、恒溫單 元、步進電機、顯示單元、存儲單元、按鍵單元，光接收探測器、容柵尺、制冷晶體和 風扇通過恒溫單元與微處理器相連，微處理器與步進電機、顯示單元、存儲單元、按鍵 單元相連。
6、根據(jù)權(quán)利要求4所述的采用激光測量技術(shù)對鐵路路軌縱向位移測量的方法，其 特征在于激光發(fā)射器包括固定托架(4)、外殼(5)、控制及電源單元(6)、操作鍵盤 (7)、激光器(8)、鏡頭(9)、步進電機(10)，控制及電源單元(6)、激光器(8)固 定于外殼(5)內(nèi)，操作鍵盤(7)固定于外殼(5)的頂端，與控制及電源單元(6)、 激光器(8)及步進電機(10)相連接，外殼(5)固定于帶步進電機(10)的調(diào)整托架(4)上。
7、根據(jù)權(quán)利要求4所述的采用激光測量技術(shù)對鐵路路軌縱向位移測量的方法，其 特征在于激光探測器及微處理控制器包括殼體(11)及固定在殼體(11)上的軌定位 銷(12)、 IC卡存儲口 (13)、電源開關(guān)(14)、 LCD顯示屏(15)、鍵盤(16)、光探測 槽(17)、光定位顯示窗口 (18)、定位尺標(19)、容柵尺(20)、導軌槽(21)。
8、根據(jù)權(quán)利要求4所述的采用激光測量技術(shù)對鐵路路軌縱向位移測量的方法，其 特征在于路基測試平臺包括路軌橫梁(22)、軌道(23)、基準點(24)、基準點(27)、 測試平臺(25)、軌道標記點(26)，基準點(24)、基準點(27)設定在軌道(23)同 一側(cè)測試平臺(25)上，基準點(24)、基準點(27)兩基準點與任意軌道上的標記點 在一條直線上。
全文摘要
采用激光測量技術(shù)對鐵路路軌縱向位移測量的方法，主要涉及鐵路工務部門對軌道縱向位移的測量。其特征在于控制系統(tǒng)通過激光探測器檢測接收由激光發(fā)射器發(fā)射出的光源后，利用相應的控制策略對鐵路路軌位移進行測量?？朔F(xiàn)有測量設備的對中難度大、準直難度大、調(diào)整繁瑣、受人為因素及環(huán)境因素影響大等特點，采用激光準直特性、利用激光探測器及容柵尺定位等測量方式，通過微處理控制器內(nèi)嵌控制策略及計算方法自動采集數(shù)據(jù)信號，計算出軌道的縱向偏移位移量，是目前比較理想的鐵路路軌縱向位移激光測量儀；且具有操作簡單、檢測方便、顯示直觀清晰、測量精度高等優(yōu)點。
文檔編號G01B11/02GK101419057SQ200710113189
公開日2009年4月29日 申請日期2007年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月22日
發(fā)明者宮春勇, 華 趙, 高小群 申請人:山東申普汽車控制技術(shù)有限公司