本實用新型涉及一種使用電學測試原理完成鐵路道岔用尖軌傷損監(jiān)測裝置。

背景技術：

鐵路是國民經(jīng)濟大動脈、關鍵基礎設施和重大民生工程，是綜合交通運輸體系的骨干和主要交通方式之一，在經(jīng)濟社會發(fā)展中的地位和作用至關重要。截至2015年底，全國鐵路營業(yè)里程達到12.1萬公里，其中高速鐵路1.9萬公里。根據(jù)國家《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》，到2020年，鐵路網(wǎng)規(guī)模達到15萬公里，其中高速鐵路3萬公里，覆蓋80％以上的大城市。到2025年，鐵路網(wǎng)規(guī)模達到17.5萬公里左右，其中高速鐵路3.8萬公里左右。道岔是鐵路線路設備的重要組成部分，隨著鐵路列車提速、重載列車開行以及高速線路道岔大量投入使用，對道岔尖軌運用中的質量要求越來越高。

道岔由轉轍器、連接部分、轍叉三個主要單元組成。轉轍器包括基本軌、尖軌。道岔尖軌經(jīng)刨切后斷面削弱，在其全長范圍內(nèi)沒有扣件將其固定在軌枕上，從尖軌尖端到導曲線終點為止，軌距、方向、高度等變化迅速，軌距、水平遞減率大，列車通過時對道岔的橫向和縱向沖擊力大于線路；再加上道岔尖軌在電動轉轍機的作用下，由一個位置向另外一個位置轉換，直至與基本軌密貼的過程中，受力復雜。以上幾個原因導致道岔尖軌成為道岔中最薄弱的機械件，已成為當前鐵路線路維修工作的重點。

目前對于鋼軌檢測大多是利用漏磁法、滲透法、渦流法等檢測手段進行傷損檢測。同時，人們還在使用射線法和超聲波法對軌道傷損程度進行監(jiān)測?，F(xiàn)在廣為應用的為軌道檢測車技術，該檢測系統(tǒng)主要是在后置軌道檢測車平臺上集合了超聲波和電磁感應檢測技術及光學傳感器。此外，還有基于壓電傳感器的縱向超聲導波鋼軌損傷檢測設備以及基于激光技術的彎曲模態(tài)超聲導波鐵軌損傷檢測設備。然而，基于超聲波的探測方法是利用超聲波遇到裂紋時發(fā)生衍射的原理，只能對出現(xiàn)裂縫的鋼軌進行準確探測，對于鋼軌表面、內(nèi)部的損傷效果不是很理想；基于人工的損傷探測，對人工的經(jīng)驗要求非常高，而且工作量大，效率低，人工成本高。并且對于鋼軌無損檢測技術并不適用于尖軌檢測。迄今為止，還沒有對尖軌監(jiān)測的設備。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種鐵路道岔尖軌傷損監(jiān)測裝置，不具有現(xiàn)有技術缺點的解決方案，本實用新型不受各種外在環(huán)境影響，在不影響鐵路正常運行的情況下對尖軌傷損狀態(tài)進行監(jiān)測，具有監(jiān)測精度高，無需在尖軌上鉆孔或焊接電極，保持尖軌的原有機械結構，不需另設供電線路，易于工程實施，造價低的技術優(yōu)勢。

一種鐵路道岔尖軌傷損監(jiān)測裝置，由尖軌、外部鏈接線路、供電系統(tǒng)組成，其特征在于：它還包括信息采集器、信息處理器、信息發(fā)射裝置；所述信息處理器設置在所述信息采集器內(nèi)，配置有存儲器；所述信息采集器由電流源、電壓測量單元組成，通過電信號采集尖軌裂紋狀態(tài)，將采集的電信號通過所述信息處理器處理，并通過所述信息發(fā)射裝置輸出。

所述電流源由恒定交流源、穩(wěn)態(tài)直流源跨接具有電極的多個區(qū)域組成，該電流源包括：DC電流源、AC電流源、靜態(tài)電流源，所述電壓測量單元用以檢測流過尖軌電極間的電壓。

所述信息處理器包括：微處理器、可編程邏輯控制器、邏輯模塊。

它還包括室內(nèi)監(jiān)測裝置，該室內(nèi)監(jiān)測裝置提供數(shù)字顯示、聲光報警指示信號，該信號提供簡單的狀態(tài)輸出，被用于基于電極區(qū)段部分的多個區(qū)域中的檢測到的電阻，激活、設置告警標志。

所述信息發(fā)射裝置為數(shù)據(jù)無線傳輸裝置，傳輸尖軌損傷數(shù)據(jù)。

所述外部鏈接線路通過電極在所述尖軌上的孔位進行安裝并通過導線與所述信息采集器連接。

本實用新型與現(xiàn)有技術相比具有如下優(yōu)點：通過采集尖軌損傷電信號，經(jīng)系統(tǒng)軟件比對不同環(huán)境下尖軌電特性參數(shù)并實施邏輯判斷，按照現(xiàn)行《鐵路線路維護規(guī)則》規(guī)定的指標，判別尖軌是否傷損并輸出相關信息。系統(tǒng)具有監(jiān)測精度高，無需在尖軌上鉆孔或焊接電極，保持尖軌的原有結構，不需另設供電線路，易于工程實施，造價低的技術優(yōu)勢。

附圖說明

圖1為本實用新型無傷損尖軌等效電路圖；

圖2為本實用新型有傷損尖軌等效電路圖；

圖3為本實用新型尖軌四線法測試電阻值原理圖；

圖4為本實用新型用于監(jiān)測尖軌傷損系統(tǒng)圖；

圖5為本實用新型尖軌傷損監(jiān)測方法圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型進行進一步詳細說明。

本實用新型主要是基于尖軌在產(chǎn)生傷損后，傷損部分形成電容，改變尖軌的總電阻，具體的原理如下：

當測量無傷損尖軌的電阻時，等效電路如圖1所示，101為鋼軌的正電極端，102為鋼軌的負電極端，103為鋼軌等效電阻。

當測量有傷損尖軌的電阻時，等效電路如圖2所示，201為鋼軌的正電極端，202為鋼軌的負電極端，203為正電極與傷損間的等效電阻，204 為傷損間處并聯(lián)等效電阻，205傷損處的等效電容，206為負電極與傷損間的等效電阻。

在R-C并聯(lián)電路中，有

R＝Z-jX

電路的等效阻抗為：

Y—復導納；G—電導(導納的實部)；B—電納(導納的虛部)；|Y|—復導納的模；

同時，電容和頻率的關系為：

Z＝ESR+jwL-j/wC

也就是說，隨著頻率的提高，電容的容抗值將越來越接近0，而寄生電感的感抗值卻逐漸增大，最后超過電容的容抗而使整個器件表現(xiàn)為電感性。容量越大的電容，其高頻容抗值越接近0，就越容易被本身的寄生電感所超越。

通過合適頻率找到電路等效電阻對傷損產(chǎn)生電容的敏感變化。通過對比傷損前后電阻變化來定性判斷傷損，并能夠定量報告?zhèn)麚p程度。該方法均能對尖軌內(nèi)外部損傷進行精確檢測，檢測效率高。

尖軌電阻測量屬于精確測量極小電阻，采用四線法測量，是由供給額定電流的電流源端口，和檢測電壓降的電壓檢測端口所構成的。連接于被測電阻的電壓檢測端口的測試線，因為電壓計的輸入電阻很大，基本上沒有電流流經(jīng)，所以不受測試線電阻以及接觸電阻等的影響，可達到精確測量，其工作原理如圖3所示。電流I為全部流經(jīng)被測電阻R₀的電流，所以， R₃、R₄的電壓降為0。測量電壓U和被測電阻R₀兩端的電壓降U₀基本相同，即可不受R₁～R4的影響。

按照本實用新型之一實施例，道岔尖軌傷損監(jiān)測系統(tǒng)，如圖4所示，本實用新型的尖軌傷損監(jiān)測系統(tǒng)圖示，包括外部鏈接線路、信息采集器、信息處理器、信息發(fā)射裝置、室內(nèi)監(jiān)測裝置與供電系統(tǒng)組成。通過外部鏈接線路將尖軌與測量監(jiān)測裝置進行連接，通過電信號采集尖軌裂紋狀態(tài)，將采集的電信號通過信息處理器處理，信息發(fā)射裝置傳輸尖軌損傷數(shù)據(jù)，測量信息通過尖軌傷損信息數(shù)據(jù)處理軟件進行處理，通過室內(nèi)實時監(jiān)測顯示系統(tǒng)發(fā)送報警信號。

信息采集器經(jīng)由一個頻率可變的恒定交流源和一個穩(wěn)態(tài)直流源跨接具有電極的多個區(qū)域，每相鄰兩個電極點之間設有電壓測量單元。通入直流電流源測量指示電壓的一組值。每個值對應多個區(qū)域之一。切換到交流電流源，接著測量指示電壓值。通過，序將電壓電流數(shù)據(jù)轉換為電阻值。監(jiān)測在交流源電阻值和直流源電阻值之間的變化以檢測在該區(qū)段中的尖軌傷損的存在。相鄰電極部分的每個區(qū)域的長度根據(jù)實際需要劃分。然而，本領域技術人員將意識到具體長度不是本實用新型的實質性特征。類似的區(qū)域、電阻和電壓源的數(shù)量也不是本實用新型的實質性特征。電流源包括DC 電流源、AC電流源、靜態(tài)(static)電流源及電壓測量表等(不能使用等，請羅列具體裝置)。在實施例中，信息采集器還包括多個電壓傳感器，電壓傳感器被配置以檢測流過尖軌電極間的電壓。信息采集器包括多個電流傳感器，每個電流傳感器跨接相對應的尖軌。如本領域技術人員所知尖軌的電阻可以基于檢測的電壓和電流確定。

信息處理器通信地耦合到信息采集器，信息處理器包括：微處理器、可編程邏輯控制器、邏輯模塊等(不能使用等，請羅列具體裝置)，或者包括數(shù)據(jù)庫和算法，該算法實現(xiàn)為由控制單元計算機或處理器執(zhí)行的計算機程序。數(shù)據(jù)庫可以被配置為存儲關于尖軌傷損的預定信息。數(shù)據(jù)庫包括指令集、映射、查詢表、變量等(不能使用等，請羅列具體裝置)。這樣的映射、查詢表和指令集可操作與流過多個區(qū)域的電壓的特性相關，以檢測尖軌傷損的存在。該數(shù)據(jù)庫還可以被配置來存儲實際感測的或檢測的信息。該算法可以便利處理感測的與電流、電壓和尖軌傷損有關。信息發(fā)射裝置有處理器經(jīng)由外部鏈接線路，如紅外協(xié)議、藍牙協(xié)議、IEEE 802.11 無線局域網(wǎng)發(fā)送指示信號給室內(nèi)接收元單元。室內(nèi)監(jiān)測裝置接收到信號，該指示信號提供簡單的狀態(tài)輸出，或被用于基于電極區(qū)段部分的多個區(qū)域中的檢測到的電阻，激活或設置如告警的標志。

圖示5是按照本實用新型的示范性尖軌傷損監(jiān)測方法。該方法對一段尖軌包括經(jīng)由電流源接尖軌施加電流，與相對應的電壓表并聯(lián)耦合的每兩個電極間的尖軌電阻從由電壓表接收電壓信號。在使用直流電流源測試初始設置的尖軌時，流過的電流恒定。電壓傳感器檢測流過每兩個電極間的尖軌電阻的電流。最初，電壓傳感器測量指示流過每個區(qū)域的電壓的初始阻值，數(shù)據(jù)采集單元開始監(jiān)測流過每兩個電極間的尖軌電阻的電壓的變化來判斷電阻的變化，以檢測在尖軌上A-B、B-C、C-D、D-E、E-F、F-G和 G-H區(qū)段存在環(huán)境變化，根據(jù)尖軌長短確定設置電極的數(shù)量，然后通過測量控制單元切換多個電流源為交流源，通過電壓傳感器測量指示流過每個區(qū)域的電壓的阻值，數(shù)據(jù)采集單元開始監(jiān)測流過每兩個電極間的尖軌電阻變化，以檢測在尖軌上A-B、B-C、C-D、D-E、E-F、F-G和G-H區(qū)段傷損。以上對本實用新型實施例所提供的技術方案進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本實用新型實施例的原理以及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只適用于幫助理解本實用新型實施例的原理；同時，對于本領域的一般技術人員，依據(jù)本實用新型實施例，在具體實施方式以及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書不應理解為對本實用新型的限制。