高速鐵路鐵軌應力檢測裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及鐵軌應力檢測領域，具體而言，涉及高速鐵路鐵軌應力檢測裝置。
【背景技術】
[0002]高速鐵路(簡稱高鐵)，是指通過改造原有線路(直線化、軌距標準化)，使最高營運速率達到不小于每小時200公里，或者專門修建新的“高速新線”，使營運速率達到每小時至少250公里的鐵路系統(tǒng)。高速鐵路除了在列車在營運達到一定速度標準外，車輛、路軌、操作都需要配合提升。
[0003]其中，高速鐵路在修建的過程中，應用了幾百公里甚至上千公里的單根無縫鐵軌，這在中國是史無前例的，而安裝的無縫鐵軌在工作中會產生較強的應力，然而隨著季節(jié)交替的變化、氣候溫度的變化、對“高鐵”的維護施工以及列車在鐵軌上正常運行都會造成單根無縫鐵軌應力的改變，而應力的改變會使得鐵軌上存在風險，這對后續(xù)對鐵軌進行安全性監(jiān)測和維護施工都造成了很大的困擾。
[0004]故相關技術引入了一種高速鐵路鐵軌應力檢測技術，包括應變片傳感器和控制器，其中，在單根無縫鐵軌安裝的同時安裝應變片傳感器，此時，應變片傳感器測得的單根無縫鐵軌的應力為0，而在單根無縫鐵軌安裝之后，該鐵軌即可正常運作，故該鐵軌的應力也不斷發(fā)生變化，此時應變片傳感器實時測量不斷發(fā)生變化的應力，并將測得的應力值發(fā)送至控制器，以便控制器根據(jù)該應力值進行檢測。
[0005]發(fā)明人在研宄中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術中，鐵軌由于斷軌和漲軌等故障而需要對鐵軌進行施工，用以維護鐵軌的正常運作，而對鐵軌進行施工會使得鐵軌的應力間斷性變化，此時，若還是用應變片傳感器對鐵軌進行應力檢測，則該應變片傳感器仍是以原來的應力為O為起點，故其只能測量鐵軌的應力為O到當前鐵軌的應力的相對應力變化，而無法檢測到鐵軌實際的絕對應力(即鐵軌間斷起點和當前鐵軌應力)值，故使用應變片傳感器檢測的結果不精確。
【實用新型內容】
[0006]本實用新型的目的在于提供尚速鐵路鐵軌應力檢測裝置，以提尚尚速鐵路鐵軌應力檢測結果的準確性。
[0007]第一方面，本實用新型實施例提供了一種高速鐵路鐵軌應力檢測裝置，包括:微控制單元MCU、第一現(xiàn)場可編程門陣列FPGA處理電路、超聲波發(fā)送探頭以及至少兩個超聲波接收探頭；
[0008]MCU用于根據(jù)接收的指令信息生成控制指令，并將控制指令發(fā)送至超聲波發(fā)送探頭;
[0009]超聲波發(fā)送探頭與MCU電連接，用于接收控制指令并根據(jù)控制指令向高速鐵路鐵軌發(fā)送超聲波信號，以便超聲波信號在高速鐵路鐵軌中傳播；
[0010]兩個超聲波接收探頭分別設置與超聲波發(fā)送探頭相隔預設距離的位置上，用于接收高速鐵路鐵軌傳播的超聲波信號并將超聲波信號發(fā)送至第一 FPGA處理電路；
[0011]第一 FPGA處理電路分別與兩個超聲波接收探頭電連接，用于接收高速鐵路鐵軌傳播的超聲波信號，對超聲波信號進行濾波和FFT分析，計算兩次超聲波信號的接收時差，并根據(jù)接收時差確定高速鐵路鐵軌的絕對應力值。
[0012]結合第一方面，本實用新型實施例提供了第一方面的第一種可能的實施方式，其中，高速鐵路鐵軌應力檢測裝置還包括第二 FPGA處理電路；
[0013]第二 FPGA處理電路分別與MCU和超聲波發(fā)送探頭電連接，用于接收MCU發(fā)送的控制指令，并根據(jù)控制指令選擇預設波形，以便將預設波形的樣點發(fā)送至超聲波發(fā)送探頭。
[0014]結合第一方面的第一種可能的實施方式，本實用新型實施例提供了第一方面的第二種可能的實施方式，其中，高速鐵路鐵軌應力檢測裝置還包括功放驅動電路；
[0015]功放驅動電路分別與第二 FPGA處理電路和超聲波發(fā)送探頭電連接，用于接收預設波形的樣點并對預設波形的樣點進行放大和提高功率處理，并將處理后的發(fā)送能量發(fā)送至超聲波發(fā)送探頭。
[0016]結合第一方面的第二種可能的實施方式，本實用新型實施例提供了第一方面的第三種可能的實施方式，其中，高速鐵路鐵軌應力檢測裝置還包括輸出變壓器和輸入變壓器;
[0017]功放驅動電路與超聲波發(fā)送探頭之間設置有輸出變壓器，用于對功放驅動電路發(fā)送的超聲波信號的電壓進行升壓處理，以使得升壓處理后的電壓為超聲波發(fā)送探頭需要的第一預設電壓；
[0018]兩個超聲波接收探頭和第一 FPGA處理電路之間分別設置有輸入變壓器，用于對超聲波接收探頭發(fā)送的超聲波信號的電壓進行降壓處理，以使得降壓后的電壓為第一 FPGA處理電路需要的第二預設電壓。
[0019]結合第一方面的第一種可能的實施方式至第三種可能的實施方式中的任意一種可能的實施方式，本實用新型實施例提供了第一方面的第四種可能的實施方式，其中，高速鐵路鐵軌應力檢測裝置還包括放大濾波電路；
[0020]放大濾波電路分別與輸入變壓器和第一 FPGA處理電路電連接，用于接收輸入變壓器降壓后的超聲波信號并對超聲波信號進行放大和濾波處理。
[0021]結合第一方面的第四種可能的實施方式，本實用新型實施例提供了第一方面的第五種可能的實施方式，其中，高速鐵路鐵軌應力檢測裝置還包括模擬數(shù)字轉換器ADC采樣電路；
[0022]ADC采樣電路分別與放大濾波電路和第一 FPGA處理電路電連接，用于接收放大濾波電路處理過的超聲波信號并將超聲波信號從模擬信號轉換為數(shù)字信號。
[0023]結合第一方面的第五種可能的實施方式，本實用新型實施例提供了第一方面的第六種可能的實施方式，其中，高速鐵路鐵軌應力檢測裝置還包括保護電路；
[0024]保護電路分別與MCU、第一 FPGA處理電路、超聲波發(fā)送探頭、超聲波接收探頭、第二 FPGA處理電路、功放驅動電路、輸入變壓器、輸出變壓器、放大濾波電路及ADC采樣電路電連接，用于在檢測到上述電路中電壓、電流或者功率超出預設值時，自動切斷電路。
[0025]結合第一方面，本實用新型實施例提供了第一方面的第七種可能的實施方式，其中，高速鐵路鐵軌應力檢測裝置還包括存儲模塊和電源模塊；
[0026]存儲模塊與第一 FPGA處理電路電連接，用于將第一 FPGA處理電路接收的超聲波信號進行存儲及將第一 FPGA處理電路處理得到的高速鐵路鐵軌的絕對應力值進行存儲；
[0027]電源模塊，用于為整個檢測裝置提供電源。
[0028]結合第一方面，本實用新型實施例提供了第一方面的第八種可能的實施方式，其中，高速鐵路鐵軌應力檢測裝置還包括傳感器采集電路；
[0029]傳感器采集電路與MCU電連接，用于在檢測到超聲波發(fā)送探頭的預設參數(shù)不符合預設條件時，對預設參數(shù)進行實時補償。
[0030]結合第一方面的第八種可能的實施方式，本實用新型實施例提供了第一方面的第九種可能的實施方式，其中，高速鐵路鐵軌應力檢測裝置中，傳感器采集電路包括:溫度傳感器和應力傳感器。
[0031]本實用新型實施例提供的一種高速鐵路鐵軌應力檢測裝置，采用如下技術方案:通過MCU用于將接收的指令信息生成控制指令，并將控制指令發(fā)送至超聲波發(fā)送探頭；超聲波發(fā)送探頭接收MCU發(fā)送的控制指令并根據(jù)控制指令向高速鐵路鐵軌發(fā)送超聲波信號，以便超聲波信號在高速鐵路鐵軌中傳播；通過設置與超聲波發(fā)送探頭相隔預設距離的位置上的兩個超聲波接收探頭接收高速鐵路鐵軌傳播的超聲波信號并發(fā)送至第一 FPGA處理電路；通過第一 FPGA處理電路分別與兩個超聲波接收探頭電連接，用于接收高速鐵路鐵軌傳播的超聲波信號，并對超聲波信號進行濾波和FFT分析計算兩次超聲波信號的接收時差，并根據(jù)接收時差確定高速鐵路鐵軌的絕對應力值，與現(xiàn)有技術中的使用應力傳感器對鐵軌進行檢測的方式，只能測量鐵軌的應力為O到當前鐵軌的應力的相對應力變化，而無法檢測到鐵軌實際的絕對應力值(即鐵軌間斷起點和當前鐵軌應力)，故使用應變片傳感器檢測的結果不精確的方案相比，其使用第一 FPGA處理電路，通過FPGA中的比頻比相等相關性算法分析，計算接收的超聲波信號的時差，并通過比對標準應力延時樣本值表，得到對應的鐵軌絕對應力值和應力變化值，使得測量結果準確。
[0032]進一步，本實用新型實施例提供的一種高速鐵路鐵軌應力檢測裝置，還可以通過輸出變壓器將功放驅動電路發(fā)送的超聲波信號的電壓進行升壓處理，以使得升壓處理后的電壓為超聲波發(fā)送探頭需