一種基于超聲導(dǎo)波的實(shí)時(shí)斷軌檢測(cè)定位系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于超聲導(dǎo)波的實(shí)時(shí)斷軌檢測(cè)定位系統(tǒng)，所述基于超聲導(dǎo)波的實(shí)時(shí)斷軌檢測(cè)定位系統(tǒng)是由太陽(yáng)能供電或有線電源系統(tǒng)、超聲波探頭、發(fā)射定位節(jié)點(diǎn)、接收定位節(jié)點(diǎn)、端頭節(jié)點(diǎn)以及上位機(jī)終端組成的。本發(fā)明該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)長(zhǎng)距離鋼軌是否損傷或斷裂，并能夠檢測(cè)到斷軌的精確位置和損傷的大小，解決現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法實(shí)時(shí)長(zhǎng)距離斷軌檢測(cè)并定位的問題，同時(shí)采用基于鋼軌傳輸介質(zhì)的超聲導(dǎo)波信號(hào)實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)報(bào)警數(shù)據(jù)的傳輸，解決現(xiàn)有通信技術(shù)信號(hào)差、費(fèi)用高昂的問題。
【專利說(shuō)明】一種基于超聲導(dǎo)波的實(shí)時(shí)斷軌檢測(cè)定位系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無(wú)損檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種基于超聲導(dǎo)波的實(shí)時(shí)斷軌檢測(cè)定位系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]自從軌道交通誕生以來(lái)，斷軌就一直是影響軌道交通安全的首要問題。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，鐵路客運(yùn)高速化、貨運(yùn)重載化的趨勢(shì)越來(lái)越明顯。而在鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)中，鋼軌起著支撐列車和引導(dǎo)列車輪前進(jìn)的作用。當(dāng)輪對(duì)通過鋼軌接縫、列車加速或制動(dòng)以及通過岔道時(shí)，鋼軌會(huì)受到來(lái)自各個(gè)方向的摩擦、擠壓和沖擊作用力，由于鋼軌材質(zhì)以及構(gòu)造結(jié)構(gòu)的原因，鋼軌在受到這些作用力時(shí)極易發(fā)生損傷。鋼軌線路的養(yǎng)護(hù)、自然災(zāi)害和氣候條件等外界因素的影響也容易發(fā)生斷裂，鋼軌軌溫發(fā)生變化，由于熱脹冷縮，鋼軌內(nèi)部會(huì)長(zhǎng)生很大的溫度應(yīng)力，此時(shí)該應(yīng)力如果作用在各種缺陷部位，很容易發(fā)生鋼軌的斷裂。如果出現(xiàn)鋼軌斷裂將有可能造成列車出軌、傾覆等重大行車安全事故，會(huì)造成人員傷亡和巨額財(cái)產(chǎn)損失。因而有效地?cái)嘬墮z測(cè)方法研究和檢測(cè)設(shè)備的研制非常重要。
[0003]國(guó)內(nèi)外在斷軌檢測(cè)方面取得了一定的成果，先后出現(xiàn)了電路檢測(cè)原理、機(jī)械波檢測(cè)原理和其他檢測(cè)原理等斷軌檢測(cè)方法，檢測(cè)設(shè)備也分為了軌旁式、便攜式和車載式等。
[0004]所謂電路檢測(cè)方法主要通過軌道電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。軌道電路的主要目的是檢測(cè)軌道區(qū)段是否被列車占用，同時(shí)具有斷軌檢測(cè)的輔助功能。它的關(guān)鍵設(shè)備是中央發(fā)送兩端接收式無(wú)絕緣軌道電路，通過定性分析，說(shuō)明安裝在軌道上的電流傳感器自身及其組合信號(hào)有效表征了是否發(fā)生了斷軌。這種檢測(cè)方法容易受到軌道周邊電氣設(shè)備的干擾，導(dǎo)致測(cè)量失效，在雨水充沛或者道床泄露阻抗較小的地方會(huì)經(jīng)常發(fā)生短路現(xiàn)象，產(chǎn)生誤報(bào)。機(jī)械波原理檢測(cè)方法屬于無(wú)損檢測(cè)范疇，它既能判斷鋼軌斷裂，又能檢測(cè)出鋼軌內(nèi)部的金屬損傷。隨著超聲波技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了超聲波探傷設(shè)備，主要有高速鋼軌探傷車、手推式超聲波鋼軌探傷儀和大型探傷車。但這些檢測(cè)設(shè)備均屬于離線式探傷，因此無(wú)法對(duì)斷軌現(xiàn)象進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。其他斷軌檢測(cè)方法還有如鋼軌埋植應(yīng)力傳感器，即在鋼軌上每隔十幾米的間隔上安裝測(cè)定鋼軌縱向應(yīng)力的傳感器，每隔傳感器通過無(wú)線傳輸或有線傳輸把鋼軌應(yīng)力變化和環(huán)境溫度發(fā)送給主控制站，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鋼軌應(yīng)力的變化判斷鋼軌是否斷裂，但這種檢測(cè)方法對(duì)壓緊的斷軌敏感度小，探測(cè)范圍小，不適合復(fù)雜的軌道結(jié)構(gòu)，此方法在對(duì)傳感器的安裝測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行壓力校準(zhǔn)，所以需要截?cái)噤撥墎?lái)獲得零壓力點(diǎn)，因而在實(shí)際應(yīng)用是不可取的。另外還有光纖檢測(cè)法，即將標(biāo)準(zhǔn)的單模光導(dǎo)纖維采用強(qiáng)力膠緊密黏貼于軌頭底部的軌腰側(cè)面，在光導(dǎo)纖維的一端接入特定波長(zhǎng)的光源，在它的另一端安裝接收器將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，接收端如果接收不到光信號(hào)則啟動(dòng)斷軌報(bào)警，但光纖非常的脆弱，容易折斷，后續(xù)維護(hù)費(fèi)用較高。綜上，國(guó)內(nèi)目前還沒有一種特別適用于實(shí)時(shí)長(zhǎng)距離斷軌檢測(cè)定位方案。另外，如何實(shí)現(xiàn)安裝在軌旁的檢測(cè)裝置與遠(yuǎn)程上位機(jī)終端是檢測(cè)系統(tǒng)必須面臨的問題，現(xiàn)有通信方式中GPRS無(wú)線通信方式存在信號(hào)盲區(qū)且通信費(fèi)用高昂的問題，有線通信方式則存在施工難度大、成本高的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種基于超聲導(dǎo)波的實(shí)時(shí)斷軌檢測(cè)定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)長(zhǎng)距離鋼軌是否損傷或斷裂，并能夠檢測(cè)到斷軌的精確位置和損傷的大小，解決現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法實(shí)時(shí)長(zhǎng)距離斷軌檢測(cè)并定位的問題，同時(shí)采用基于鋼軌傳輸介質(zhì)的超聲導(dǎo)波信號(hào)實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)報(bào)警數(shù)據(jù)的傳輸，解決現(xiàn)有通信技術(shù)信號(hào)差、費(fèi)用高昂的問題。其具體技術(shù)方案為:
[0006]一種基于超聲導(dǎo)波的實(shí)時(shí)斷軌檢測(cè)定位系統(tǒng)，采用由發(fā)射定位節(jié)點(diǎn)和接收定位節(jié)點(diǎn)交互排列、檢測(cè)區(qū)域一端設(shè)置端頭節(jié)點(diǎn)的檢測(cè)方法，在鋼軌上，通過發(fā)射定位節(jié)點(diǎn)向固定在鋼軌軌腰上的超聲波探頭發(fā)射激勵(lì)信號(hào)，激勵(lì)信號(hào)通過超聲波探頭內(nèi)的壓電陶瓷轉(zhuǎn)換為功率較高的超聲導(dǎo)波信號(hào)，超聲導(dǎo)波信號(hào)經(jīng)過鋼軌長(zhǎng)距離的傳輸，在接收節(jié)點(diǎn)的接收定位節(jié)點(diǎn)處由超聲波探頭接收到，探頭將振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，接收板電路再對(duì)該信號(hào)進(jìn)行濾波放大、信號(hào)特征分析等處理，來(lái)確定接收模塊和發(fā)射模塊之間的鋼軌完整情況。然后再根據(jù)接收模塊和發(fā)射模塊間鋼軌完整情況，如果某段鋼軌斷裂，則啟動(dòng)該鋼軌兩端的損傷定位模塊，得到損傷或斷軌的具體位置和損傷的大小。之后損傷定位模塊將斷軌信息采用超聲導(dǎo)波通信方式基于鋼軌介質(zhì)傳送到端頭節(jié)點(diǎn)，端頭節(jié)點(diǎn)以有線或無(wú)線方式將數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)終端。
[0007]所述超聲導(dǎo)波實(shí)時(shí)斷軌檢測(cè)系統(tǒng)是由太陽(yáng)能供電或有線電源系統(tǒng)、超聲波探頭、發(fā)射定位節(jié)點(diǎn)、接收定位節(jié)點(diǎn)、端頭節(jié)點(diǎn)以及上位機(jī)終端組成的。
[0008]所述超聲波探頭安裝在鋼軌軌腰上。
[0009]所述發(fā)射定位節(jié)點(diǎn)包括電源模塊、發(fā)射模塊、損傷定位模塊、超聲導(dǎo)波通信模塊組成；所述電源模塊為發(fā)射模塊、損傷定位模塊和超聲導(dǎo)波通信模塊提供工作所需電源；所述發(fā)射模塊負(fù)責(zé)發(fā)射超聲波探頭所需的激勵(lì)信號(hào)；所述損傷定位模塊負(fù)責(zé)在軌道發(fā)生斷裂的狀態(tài)下發(fā)射超聲導(dǎo)波信號(hào)，并接收從斷裂處反射回來(lái)的超聲導(dǎo)波信號(hào)，對(duì)其特征參數(shù)進(jìn)行判別，利用回波法確定軌道斷裂的精確位置；所述超聲導(dǎo)波通信模塊負(fù)責(zé)以超聲導(dǎo)波的通信方式傳送要發(fā)送到上位機(jī)終端或其它節(jié)點(diǎn)的信息。
[0010]所述接收定位節(jié)點(diǎn)包括電源模塊、接收模塊、損傷定位模塊、超聲導(dǎo)波通信模塊組成；所述電源模塊為接收模塊、損傷定位模塊和超聲導(dǎo)波通信模塊提供工作所需電源；所述接收模塊負(fù)責(zé)接收超聲波探頭的信號(hào)；所述損傷定位模塊負(fù)責(zé)在軌道發(fā)生斷裂的狀態(tài)下發(fā)射超聲導(dǎo)波信號(hào)，并接收從斷裂處反射回來(lái)的超聲導(dǎo)波信號(hào)，對(duì)其特征參數(shù)進(jìn)行判別，利用回波法確定軌道斷裂的精確位置；所述超聲導(dǎo)波通信模塊負(fù)責(zé)以超聲導(dǎo)波的通信方式傳送要發(fā)送到上位機(jī)終端或其它節(jié)點(diǎn)的信息。
[0011]所述端頭節(jié)點(diǎn)包括電源模塊、接收或發(fā)射模塊、損傷定位模塊、有線或GPRS無(wú)線通信模塊組成；所述電源模塊為接收或發(fā)射模塊、損傷定位模塊和GPRS無(wú)線或有線通信模塊提供工作所需電源；所述接收或發(fā)射模塊負(fù)責(zé)接收超聲波探頭的信號(hào)或發(fā)射超聲波探頭所需的激勵(lì)信號(hào)；所述損傷定位模塊負(fù)責(zé)在軌道發(fā)生斷裂的狀態(tài)下發(fā)射超聲導(dǎo)波信號(hào)，并接收從斷裂處反射回來(lái)的超聲導(dǎo)波信號(hào)，對(duì)其特征參數(shù)進(jìn)行判別，利用回波法確定軌道斷裂的精確位置；所述有線或GPRS無(wú)線通信模塊負(fù)責(zé)以有線或GPRS無(wú)線通信方式傳送要發(fā)送到上位機(jī)終端的信息。[0012]所述上位機(jī)終端包括有線或GPRS無(wú)線通信模塊和計(jì)算機(jī)組成，計(jì)算機(jī)中安裝有實(shí)時(shí)斷軌檢測(cè)定位系統(tǒng)功能模塊；所述實(shí)時(shí)斷軌檢測(cè)定位系統(tǒng)功能模塊具有檢測(cè)區(qū)段和報(bào)警信息的查詢，系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置等功能。
[0013]所述發(fā)射定位節(jié)點(diǎn)和接收定位節(jié)點(diǎn)通過信號(hào)發(fā)射及接收情況，根據(jù)相關(guān)的算法來(lái)判斷所述發(fā)射定位節(jié)點(diǎn)和接收定位節(jié)點(diǎn)間鋼軌是否有損傷，若有損傷，則啟動(dòng)所述發(fā)射定位節(jié)點(diǎn)和接收定位節(jié)點(diǎn)中的所述損傷定位裝置，并根據(jù)相應(yīng)的脈沖回波算法計(jì)算損傷位置離損傷定位裝置的距離。所述脈沖回波算法為:
[0014]兩端損傷定位模塊均采用同端激勵(lì)、同端接收的方式，設(shè)發(fā)射定位節(jié)點(diǎn)和接收定位節(jié)點(diǎn)的距離為L(zhǎng)，若檢測(cè)到某段鋼軌發(fā)生損傷或斷軌時(shí)，則由該斷軌兩端的損傷定位裝置向中間發(fā)射斷軌定位信號(hào)，假設(shè)距接收模塊X處有裂紋，則有下式成立:
[0015]X = 1/2*T1*C (I)
[0016]X = L_1/2*T2*C (2)
[0017]若Tl < T2時(shí)，用⑴式計(jì)算，若Tl > Τ2時(shí)，用⑵使計(jì)算，
[0018]其中:Χ為接收模塊與裂紋處間距離；
[0019]Tl為發(fā)射模塊中損傷定位裝置從發(fā)射到接收回波信號(hào)的時(shí)間間隔；
[0020]Τ2為接收模塊中損傷定位裝置從發(fā)射到接收回波信號(hào)的時(shí)間間隔；
[0021]C為鋼軌中聲波波速。
[0022]當(dāng)確定了損傷或斷軌的具體位置，再根據(jù)反射回來(lái)的超聲回波信號(hào)幅值大小，以及超聲回波信號(hào)與所發(fā)射的超聲導(dǎo)波信號(hào)的相對(duì)幅值以及絕對(duì)幅值，來(lái)確定損傷的大小。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為:
[0024]本發(fā)明可以實(shí)時(shí)檢測(cè)某段鋼軌的損傷或裂紋的情況，并能夠用脈沖回波算法對(duì)損傷或裂紋位置進(jìn)行精確定位，將鋼軌是否斷裂和斷裂位置實(shí)時(shí)發(fā)送給上位機(jī)終端，鐵路工作人員可在第一時(shí)間趕到斷軌發(fā)生處，進(jìn)行搶修。同時(shí)，本發(fā)明采用超聲導(dǎo)波通信實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)到端頭節(jié)點(diǎn)間的通信，只有端頭節(jié)點(diǎn)與上位機(jī)終端間需要以有線或GPRS無(wú)線通信的方式，解決了現(xiàn)有通信技術(shù)中存在信號(hào)盲區(qū)和費(fèi)用高昂的問題。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1是本發(fā)明超聲導(dǎo)波實(shí)時(shí)斷軌檢測(cè)定位系統(tǒng)架構(gòu)圖；
[0026]圖2是本發(fā)明超聲導(dǎo)波實(shí)時(shí)斷軌檢測(cè)定位系統(tǒng)發(fā)射定位節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖；
[0027]圖3是本發(fā)明超聲導(dǎo)波實(shí)時(shí)斷軌檢測(cè)定位系統(tǒng)接收定位節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖；
[0028]圖4是本發(fā)明超聲導(dǎo)波實(shí)時(shí)斷軌檢測(cè)定位系統(tǒng)端頭節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖；
[0029]圖5是本發(fā)明實(shí)施例鋼軌損傷處定位方法。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)地說(shuō)明。
[0031]參照?qǐng)D1，一種基于超聲導(dǎo)波的實(shí)時(shí)斷軌檢測(cè)定位系統(tǒng)，采用由發(fā)射定位節(jié)點(diǎn)和接收定位節(jié)點(diǎn)交互排列、檢測(cè)區(qū)域一端設(shè)置端頭節(jié)點(diǎn)的檢測(cè)方法，在鋼軌上，通過發(fā)射定位節(jié)點(diǎn)向固定在鋼軌軌腰上的超聲波探頭發(fā)射激勵(lì)信號(hào)，激勵(lì)信號(hào)通過超聲波探頭內(nèi)的壓電陶瓷轉(zhuǎn)換為功率較高的超聲導(dǎo)波信號(hào)，超聲導(dǎo)波信號(hào)經(jīng)過鋼軌長(zhǎng)距離的傳輸，在接收節(jié)點(diǎn)的接收定位節(jié)點(diǎn)處由超聲波探頭接收到，探頭將振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，接收板電路再對(duì)該信號(hào)進(jìn)行濾波放大、信號(hào)特征分析等處理，來(lái)確定接收模塊和發(fā)射模塊之間的鋼軌完整情況。然后再根據(jù)接收模塊和發(fā)射模塊間鋼軌完整情況，如果某段鋼軌斷裂，則啟動(dòng)該鋼軌兩端的損傷定位模塊，得到損傷或斷軌的具體位置和損傷的大小。之后損傷定位模塊將斷軌信息采用超聲導(dǎo)波通信方式基于鋼軌介質(zhì)傳送到端頭節(jié)點(diǎn)，端頭節(jié)點(diǎn)以有線或無(wú)線方式將數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)終端。
[0032]所述超聲導(dǎo)波實(shí)時(shí)斷軌檢測(cè)系統(tǒng)是由太陽(yáng)能供電或有線電源系統(tǒng)、超聲波探頭、發(fā)射定位節(jié)點(diǎn)、接收定位節(jié)點(diǎn)、端頭節(jié)點(diǎn)以及上位機(jī)終端組成的。
[0033]所述超聲波探頭安裝在鋼軌軌腰上。
[0034]如圖2所示，所述發(fā)射定位節(jié)點(diǎn)包括電源模塊、發(fā)射模塊、損傷定位模塊、超聲導(dǎo)波通信模塊組成；所述電源模塊為發(fā)射模塊、損傷定位模塊和超聲導(dǎo)波通信模塊提供工作所需電源；所述發(fā)射模塊負(fù)責(zé)發(fā)射超聲波探頭所需的激勵(lì)信號(hào)；所述損傷定位模塊負(fù)責(zé)在軌道發(fā)生斷裂的狀態(tài)下發(fā)射超聲導(dǎo)波信號(hào)，并接收從斷裂處反射回來(lái)的超聲導(dǎo)波信號(hào)，對(duì)其特征參數(shù)進(jìn)行判別，利用回波法確定軌道斷裂的精確位置；所述超聲導(dǎo)波通信模塊負(fù)責(zé)以超聲導(dǎo)波的通信方式傳送要發(fā)送到上位機(jī)終端或其它節(jié)點(diǎn)的信息。
[0035]如圖3所示，所述接收定位節(jié)點(diǎn)包括電源模塊、接收模塊、損傷定位模塊、超聲導(dǎo)波通信模塊組成；所述電源模塊為接收模塊、損傷定位模塊和超聲導(dǎo)波通信模塊提供工作所需電源；所述接收模塊負(fù)責(zé)接收超聲波探頭的信號(hào)；所述損傷定位模塊負(fù)責(zé)在軌道發(fā)生斷裂的狀態(tài)下發(fā)射超聲導(dǎo)波信號(hào)，并接收從斷裂處反射回來(lái)的超聲導(dǎo)波信號(hào)，對(duì)其特征參數(shù)進(jìn)行判別，利用回波法確定軌道斷裂的精確位置；所述超聲導(dǎo)波通信模塊負(fù)責(zé)以超聲導(dǎo)波的通信方式傳送要發(fā)送到上位機(jī)終端或其它節(jié)點(diǎn)的信息。
[0036]如圖4所示，所述端頭節(jié)點(diǎn)包括電源模塊、接收或發(fā)射模塊、損傷定位模塊、有線或GPRS無(wú)線通信模塊組成；所述電源模塊為接收或發(fā)射模塊、損傷定位模塊和GPRS無(wú)線或有線通信模塊提供工作所需電源；所述接收或發(fā)射模塊負(fù)責(zé)接收超聲波探頭的信號(hào)或發(fā)射超聲波探頭所需的激勵(lì)信號(hào)；所述損傷定位模塊負(fù)責(zé)在軌道發(fā)生斷裂的狀態(tài)下發(fā)射超聲導(dǎo)波信號(hào)，并接收從斷裂處反射回來(lái)的超聲導(dǎo)波信號(hào)，對(duì)其特征參數(shù)進(jìn)行判別，利用回波法確定軌道斷裂的精確位置；所述有線或GPRS無(wú)線通信模塊負(fù)責(zé)以有線或GPRS無(wú)線通信方式傳送要發(fā)送到上位機(jī)終端的信息。
[0037]所述上位機(jī)終端包括有線或GPRS無(wú)線通信模塊和計(jì)算機(jī)組成，計(jì)算機(jī)中安裝有實(shí)時(shí)斷軌檢測(cè)定位系統(tǒng)功能模塊；所述實(shí)時(shí)斷軌檢測(cè)定位系統(tǒng)功能模塊具有檢測(cè)區(qū)段和報(bào)警信息的查詢，系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置等功能。
[0038]所述發(fā)射定位節(jié)點(diǎn)和接收定位節(jié)點(diǎn)通過信號(hào)發(fā)射及接收情況，根據(jù)相關(guān)的算法來(lái)判斷所述發(fā)射定位節(jié)點(diǎn)和接收定位節(jié)點(diǎn)間鋼軌是否有損傷，若有損傷，則啟動(dòng)所述發(fā)射定位節(jié)點(diǎn)和接收定位節(jié)點(diǎn)中的所述損傷定位裝置，并根據(jù)相應(yīng)的脈沖回波算法計(jì)算損傷位置離損傷定位裝置的距離。所述脈沖回波算法為:
[0039]兩端損傷定位模塊均采用同端激勵(lì)、同端接收的方式，設(shè)發(fā)射定位節(jié)點(diǎn)和接收定位節(jié)點(diǎn)的距離為L(zhǎng)，若檢測(cè)到某段鋼軌發(fā)生損傷或斷軌時(shí)，則由該斷軌兩端的損傷定位裝置向中間發(fā)射斷軌定位信號(hào)，假設(shè)距接收模塊X處有裂紋，則有下式成立:
[0040]X = 1/2*T1*C (I)[0041]X = L_1/2*T2*C (2)
[0042]若Tl < T2時(shí)，用⑴式計(jì)算，若Tl > Τ2時(shí)，用⑵使計(jì)算，
[0043]其中:Χ為接收模塊與裂紋處間距離；
[0044]Tl為發(fā)射模塊中損傷定位裝置從發(fā)射到接收回波信號(hào)的時(shí)間間隔；
[0045]Τ2為接收模塊中損傷定位裝置從發(fā)射到接收回波信號(hào)的時(shí)間間隔；
[0046]C為鋼軌中聲波波速。
[0047]當(dāng)確定了損傷或斷軌的具體位置，再根據(jù)反射回來(lái)的超聲回波信號(hào)幅值大小，以及超聲回波信號(hào)與所發(fā)射的超聲導(dǎo)波信號(hào)的相對(duì)幅值以及絕對(duì)幅值，來(lái)確定損傷的大小。
[0048]本發(fā)明實(shí)施例，如圖5所示，設(shè)在信號(hào)的發(fā)射模塊和接收模塊的損傷定位裝置分別用超聲波傳感器與鋼軌相連，兩端損傷定位裝置均采用同端激勵(lì)、同端接收的方式，設(shè)發(fā)射模塊和接收模塊的距離為L(zhǎng)，若檢測(cè)到某段鋼軌發(fā)生損傷或斷軌時(shí)，則由該斷軌兩端的損傷定位裝置向中間發(fā)射超聲波信號(hào)，假設(shè)距接收模塊X處有裂紋，則有下式成立:
[0049]X = 1/2*T1*C (I)
[0050]X = L_1/2*T2*C (2)
[0051]若Tl < T2時(shí)，用⑴式計(jì)算，若Tl > Τ2時(shí)，用⑵使計(jì)算，
[0052]其中:χ為接收模塊與裂紋處間距離
[0053]Tl為發(fā)射模塊中損傷定位裝置從發(fā)射到接收回波信號(hào)的時(shí)間間隔。
[0054]Τ2為接收模塊中損傷定位裝置從發(fā)射到接收回波信號(hào)的時(shí)間間隔。
[0055]C為鋼軌中聲波波速。
[0056]當(dāng)確定了損傷或斷軌的具體位置，再根據(jù)反射回來(lái)的超聲回波信號(hào)幅值大小，以及超聲回波信號(hào)與所發(fā)射的超聲導(dǎo)波信號(hào)的相對(duì)幅值以及絕對(duì)幅值，來(lái)確定損傷的大小。
【權(quán)利要求】
1.一種基于超聲導(dǎo)波的實(shí)時(shí)斷軌檢測(cè)定位系統(tǒng)，其特征在于，采用由發(fā)射定位節(jié)點(diǎn)和接收定位節(jié)點(diǎn)交互排列、檢測(cè)區(qū)域一端設(shè)置端頭節(jié)點(diǎn)的檢測(cè)方法，在鋼軌上，通過發(fā)射定位節(jié)點(diǎn)向固定在鋼軌軌腰上的超聲波探頭發(fā)射激勵(lì)信號(hào)，激勵(lì)信號(hào)通過超聲波探頭內(nèi)的壓電陶瓷轉(zhuǎn)換為功率較高的超聲導(dǎo)波信號(hào)，超聲導(dǎo)波信號(hào)經(jīng)過鋼軌長(zhǎng)距離的傳輸，在接收節(jié)點(diǎn)的接收定位節(jié)點(diǎn)處由超聲波探頭接收到，探頭將振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，接收板電路再對(duì)該信號(hào)進(jìn)行濾波放大、信號(hào)特征分析等處理，來(lái)確定接收模塊和發(fā)射模塊之間的鋼軌完整情況；然后再根據(jù)接收模塊和發(fā)射模塊間鋼軌完整情況，如果某段鋼軌斷裂，則啟動(dòng)該鋼軌兩端的損傷定位模塊，得到損傷或斷軌的具體位置和損傷的大小，之后損傷定位模塊將斷軌信息采用超聲導(dǎo)波通信方式基于鋼軌介質(zhì)傳送到端頭節(jié)點(diǎn)，端頭節(jié)點(diǎn)以有線或無(wú)線方式將數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)終端； 所述基于超聲導(dǎo)波的實(shí)時(shí)斷軌檢測(cè)定位系統(tǒng)是由太陽(yáng)能供電或有線電源系統(tǒng)、超聲波探頭、發(fā)射定位節(jié)點(diǎn)、接收定位節(jié)點(diǎn)、端頭節(jié)點(diǎn)以及上位機(jī)終端組成的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲導(dǎo)波的實(shí)時(shí)斷軌檢測(cè)定位系統(tǒng)，其特征在于，所述超聲波探頭安裝在鋼軌軌腰上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲導(dǎo)波的實(shí)時(shí)斷軌檢測(cè)定位系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)射定位節(jié)點(diǎn)包 括電源模塊、發(fā)射模塊、損傷定位模塊、超聲導(dǎo)波通信模塊組成；所述電源模塊為發(fā)射模塊、損傷定位模塊和超聲導(dǎo)波通信模塊提供工作所需電源；所述發(fā)射模塊負(fù)責(zé)發(fā)射超聲波探頭所需的激勵(lì)信號(hào)；所述損傷定位模塊負(fù)責(zé)在軌道發(fā)生斷裂的狀態(tài)下發(fā)射超聲導(dǎo)波信號(hào)，并接收從斷裂處反射回來(lái)的超聲導(dǎo)波信號(hào)，對(duì)其特征參數(shù)進(jìn)行判別，利用回波法確定軌道斷裂的精確位置；所述超聲導(dǎo)波通信模塊負(fù)責(zé)以超聲導(dǎo)波的通信方式傳送要發(fā)送到上位機(jī)終端或其它節(jié)點(diǎn)的信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲導(dǎo)波的實(shí)時(shí)斷軌檢測(cè)定位系統(tǒng)，其特征在于，所述接收定位節(jié)點(diǎn)包括電源模塊、接收模塊、損傷定位模塊、超聲導(dǎo)波通信模塊組成；所述電源模塊為接收模塊、損傷定位模塊和超聲導(dǎo)波通信模塊提供工作所需電源；所述接收模塊負(fù)責(zé)接收超聲波探頭的信號(hào)；所述損傷定位模塊負(fù)責(zé)在軌道發(fā)生斷裂的狀態(tài)下發(fā)射超聲導(dǎo)波信號(hào)，并接收從斷裂處反射回來(lái)的超聲導(dǎo)波信號(hào)，對(duì)其特征參數(shù)進(jìn)行判別，利用回波法確定軌道斷裂的精確位置；所述超聲導(dǎo)波通信模塊負(fù)責(zé)以超聲導(dǎo)波的通信方式傳送要發(fā)送到上位機(jī)終端或其它節(jié)點(diǎn)的信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲導(dǎo)波的實(shí)時(shí)斷軌檢測(cè)定位系統(tǒng)，其特征在于，所述端頭節(jié)點(diǎn)包括電源模塊、接收或發(fā)射模塊、損傷定位模塊、有線或GPRS無(wú)線通信模塊組成；所述電源模塊為接收或發(fā)射模塊、損傷定位模塊和GPRS無(wú)線或有線通信模塊提供工作所需電源；所述接收或發(fā)射模塊負(fù)責(zé)接收超聲波探頭的信號(hào)或發(fā)射超聲波探頭所需的激勵(lì)信號(hào)；所述損傷定位模塊負(fù)責(zé)在軌道發(fā)生斷裂的狀態(tài)下發(fā)射超聲導(dǎo)波信號(hào)，并接收從斷裂處反射回來(lái)的超聲導(dǎo)波信號(hào)，對(duì)其特征參數(shù)進(jìn)行判別，利用回波法確定軌道斷裂的精確位置；所述有線或GPRS無(wú)線通信模塊負(fù)責(zé)以有線或GPRS無(wú)線通信方式傳送要發(fā)送到上位機(jī)終端的信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲導(dǎo)波的實(shí)時(shí)斷軌檢測(cè)定位系統(tǒng)，其特征在于，所述上位機(jī)終端包括有線或GPRS無(wú)線通信模塊和計(jì)算機(jī)組成，計(jì)算機(jī)中安裝有實(shí)時(shí)斷軌檢測(cè)定位系統(tǒng)功能模塊；所述實(shí)時(shí)斷軌檢測(cè)定位系統(tǒng)功能模塊具有檢測(cè)區(qū)段和報(bào)警信息的查詢，系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置的功能。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲導(dǎo)波的實(shí)時(shí)斷軌檢測(cè)定位系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)射定位節(jié)點(diǎn)和接收定位節(jié)點(diǎn)通過信號(hào)發(fā)射及接收情況，根據(jù)相關(guān)的算法來(lái)判斷所述發(fā)射定位節(jié)點(diǎn)和接收定位節(jié)點(diǎn)間鋼軌是否有損傷，若有損傷，則啟動(dòng)所述發(fā)射定位節(jié)點(diǎn)和接收定位節(jié)點(diǎn)中的所述損傷定位裝置，并根據(jù)相應(yīng)的脈沖回波算法計(jì)算損傷位置離損傷定位裝置的距離。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于超聲導(dǎo)波的實(shí)時(shí)斷軌檢測(cè)定位系統(tǒng)，其特征在于，所述脈沖回波算法為: 兩端損傷定位模塊均采用同端激勵(lì)、同端接收的方式，設(shè)發(fā)射定位節(jié)點(diǎn)和接收定位節(jié)點(diǎn)的距離為L(zhǎng)，若檢測(cè)到某段鋼軌發(fā)生損傷或斷軌時(shí)，則由該斷軌兩端的損傷定位裝置向中間發(fā)射斷軌定位信號(hào)，假設(shè)距接收模塊X處有裂紋，則有下式成立: X = 1/2*T1*C (I)
X = L-1/2*T2*C (2) 若Tl < T2時(shí)，用⑴式計(jì)算，若Tl > Τ2時(shí)，用⑵使計(jì)算， 其中為接收模塊與裂紋處間距離； Tl為發(fā)射模塊 中損傷定位裝置從發(fā)射到接收回波信號(hào)的時(shí)間間隔； T2為接收模塊中損傷定位裝置從發(fā)射到接收回波信號(hào)的時(shí)間間隔； C為鋼軌中聲波波速； 當(dāng)確定了損傷或斷軌的具體位置，再根據(jù)反射回來(lái)的超聲回波信號(hào)幅值大小，以及超聲回波信號(hào)與所發(fā)射的超聲導(dǎo)波信號(hào)的相對(duì)幅值以及絕對(duì)幅值，來(lái)確定損傷的大小。
【文檔編號(hào)】G01N29/11GK104020221SQ201410246903
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】楊媛, 劉正祥 申請(qǐng)人:楊媛