專利名稱：一種鋼軌溫度應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種鋼軌狀態(tài)監(jiān)測裝置，尤其涉及一種鋼軌溫度應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
鋼軌狀態(tài)監(jiān)測是鐵路系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，對鐵路交通的安全運行起著重要的作用。下面從現(xiàn)有的鋼軌應(yīng)力監(jiān)測裝置和組網(wǎng)方式這兩個方面進(jìn)行現(xiàn)有技術(shù)的說明:1、應(yīng)力監(jiān)測裝置目前普遍采用的連續(xù)鐵路軌道的鋼軌斷面是相互連接的，軌道中的應(yīng)力受軌道和周圍環(huán)境溫度的影響較大。普通碳鋼、鉻鋼的線膨脹系數(shù)α 都在l(Tl4X10-6 (1/oC)范圍，對棒狀結(jié)構(gòu)的物體，當(dāng)兩端固定時，溫度變化AT時產(chǎn)生的熱應(yīng)力為σ=-α1 E AT。其中，E為材料的彈性模量，普通鋼材E=206GPa，當(dāng)鋼軌在野外承受_3(T70 oC范圍的溫度作用時，其最大熱應(yīng)力σ max,可能達(dá)到σ max =283MPa。在常溫下鋪設(shè)的鋼軌，產(chǎn)生的應(yīng)力范圍為±142Mpa，普通碳鋼的屈服點oS —般大于220MPa，鋼軌完全能承受野外的溫度和應(yīng)力而不致于破壞。當(dāng)軌道溫度與安裝鋼軌時的溫度存在差異時，由于鋼軌的熱脹冷縮系數(shù)不等于路基的熱脹冷縮系數(shù)，從而在鐵軌內(nèi)部產(chǎn)生縱向拉伸或壓縮應(yīng)力。隨著溫差的增大，極易造成鋼軌的彎曲甚至斷裂。傳統(tǒng)的軌道電路法可以利用軌道電路的通斷來輕易的監(jiān)測到整體斷裂故障，但對于彎曲故障及部分?jǐn)嗔?，傳統(tǒng)的軌道電路法無法實現(xiàn)監(jiān)測，而彎曲故障又是車輛出軌的主要原因，其危害遠(yuǎn)大于鋼軌斷裂故障，因此需要一種實時監(jiān)測裝置和系統(tǒng)來實現(xiàn)對鋼軌中的應(yīng)力進(jìn)行實時監(jiān)測，并對鋼軌是否處于安全極限之內(nèi)作出快速、準(zhǔn)確、及時的判斷。專利號為ZL 91205496.4的中國實用新型專利公開了一種通過測量鋼軌的軸向位移來間接測量溫度和應(yīng) 力的鋼軌應(yīng)力尺；專利號為ZL 02104896.7的中國發(fā)明專利公開了一種通過施加一個水平作用力來測量溫度和應(yīng)力的鋼軌溫度力及鎖定軌溫的測試方法；專利號為ZL 200310113386.9的中國發(fā)明專利公開了一種采用在鋼軌中內(nèi)置專用測力傳感器來測量鋼軌應(yīng)力的方法；專利號為ZL 200510009820.8的中國發(fā)明專利公開了一種通過測量與被測鋼軌固聯(lián)在一起的測量桿的應(yīng)力變化來得到鋼軌的溫度和應(yīng)力的方法；專利號為ZL 02217999.2的中國實用新型專利公開了一種通過測定鋼軌的自振頻率來測定縱向力的方法。以上專利都存在各自的缺點，前兩個專利的安裝拆卸復(fù)雜，每次測量都需要做復(fù)雜的準(zhǔn)備工作，且施工復(fù)雜，需要將笨重的施工工具搬上鐵路，可能會影響到鐵道的運行，不能對應(yīng)力進(jìn)行實時的監(jiān)測，也不能獲得連續(xù)的應(yīng)力變化過程；第三到第五個專利中，雖然不用頻繁拆卸，但采用焊接、打孔等聯(lián)接技術(shù)，帶來新的行車安全隱患，且所得的數(shù)據(jù)精度不高。因為，在焊接過程中會導(dǎo)致鋼軌發(fā)生相變，生成馬氏體，導(dǎo)致鋼軌強度和韌度的明顯下降，帶來安全隱患；況且，鋼軌本身的焊接性能極差，也決定了這一技術(shù)在施工中的不現(xiàn)實性；而采用打孔的聯(lián)接技術(shù)，又會在鋼軌中生成新的裂紋源，也會造成新的不安全因素。2、系統(tǒng)組網(wǎng)方式[0010]由于鐵路線路跨越的地理條件復(fù)雜、路途遙遠(yuǎn)，雖然目前已經(jīng)出現(xiàn)一些對鋼軌應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測的設(shè)備，但因不具備搭建一套遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的條件，往往需要人工帶著設(shè)備沿著軌道檢查，這樣便耗費了大量的人力和物力，并且還不能做到實時的監(jiān)測和告警。有一些技術(shù)能夠利用GPRS/CDMA等無線傳輸方式搭建一個無線遠(yuǎn)程傳輸?shù)沫h(huán)境，但因偏遠(yuǎn)地區(qū)信號不穩(wěn)定往往無法準(zhǔn)確、及時的進(jìn)行監(jiān)測與告警。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的就在于為了解決上述問題而提供一種實時、高效的鋼軌溫度應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)。本實用新型通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)上述目的:本實用新型所述鋼軌溫度應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)包括鋼軌溫度應(yīng)力監(jiān)測終端、無線傳輸模塊和鋼軌溫度應(yīng)力監(jiān)測平臺，所述鋼軌溫度應(yīng)力監(jiān)測終端包括應(yīng)變片傳感器、溫度傳感器、運算放大器、處理器和存儲器，所述應(yīng)變片傳感器的信號輸出端與所述運算放大器的信號輸入端連接，所述運算放大器的信號輸出端和所述溫度傳感器的信號輸出端分別與所述處理器的信號輸入端對應(yīng)連接，所述存儲器與所述處理器的存儲端連接，所述處理器通過所述無線傳輸模塊與所述鋼軌溫度應(yīng)力監(jiān)測平臺之間無線通訊連接。作為優(yōu)選，所述應(yīng)變片傳感器通過常溫固化膠粘貼于鋼軌軌腰。這樣避免了應(yīng)變片傳感器的失效，施工效率高，避免了其他聯(lián)接技術(shù)可能帶來的安全風(fēng)險。所述應(yīng)變片傳感器包括相互粘結(jié)的全橋式應(yīng)變片和鋼塊，所述鋼塊的中間比兩端窄、薄。全橋式應(yīng)變片采用大平面粘貼、小斷面變形技術(shù)，保證鋼軌與應(yīng)變片之間應(yīng)變有效傳遞。所述無線傳輸模塊為ZigBee網(wǎng)絡(luò)模塊。ZigBee網(wǎng)絡(luò)支持自組網(wǎng)，由GPRS/CDMA/LAN實現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸。進(jìn)一步，所述鋼軌溫度應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)還包括分別與所述處理器和所述鋼軌溫度應(yīng)力監(jiān)測平臺無線通訊連接的手持收發(fā)器或中繼站收發(fā)器。本實用新型的有益效果在于:本實用新型通過終端監(jiān)測、無線傳輸和中心監(jiān)測實現(xiàn)三位一體的鋼軌溫度應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)，便于及時發(fā)現(xiàn)鋼軌問題并處理，有效預(yù)防鐵路事故；本實用新型首次將Zigbee協(xié)議自組網(wǎng)方法應(yīng)用于鋼軌溫度應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)中，再結(jié)合較為成熟的GPRS/CDMA等無線傳輸方式，能夠搭建一個較為穩(wěn)定的傳輸網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)實時、準(zhǔn)確、有效的遠(yuǎn)程監(jiān)測和告警。

圖1是本實用新型所述鋼軌溫度應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本實用新型所述鋼軌溫度應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)的安裝流程示意圖；圖3是本實用新型所述鋼軌溫度應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測流程示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步說明:如圖1所示，本實用新型所述鋼軌溫度應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)包括鋼軌溫度應(yīng)力監(jiān)測終端、無線傳輸模塊和鋼軌溫度應(yīng)力監(jiān)測平臺，鋼軌溫度應(yīng)力監(jiān)測終端包括應(yīng)變片傳感器、溫度傳感器、運算放大器、處理器和存儲器，應(yīng)變片傳感器的信號輸出端與運算放大器的信號輸入端連接，運算放大器的信號輸出端和溫度傳感器的信號輸出端分別與處理器的信號輸入端對應(yīng)連接，存儲器與處理器的存儲端連接，處理器通過所述無線傳輸模塊與鋼軌溫度應(yīng)力監(jiān)測平臺之間無線通訊連接。為了便于第三方遠(yuǎn)程監(jiān)測，所述鋼軌溫度應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)還包括分別與處理器和鋼軌溫度應(yīng)力監(jiān)測平臺無線通訊連接的手持收發(fā)器或中繼站收發(fā)器。結(jié)合圖1，應(yīng)變片傳感器包括相互粘結(jié)的全橋式應(yīng)變片和鋼塊，鋼塊的中間比兩端窄、?。粦?yīng)變片傳感器通過常溫固化膠粘貼于鋼軌軌腰；無線傳輸模塊為ZigBee網(wǎng)絡(luò)模塊。上述關(guān)于應(yīng)變片傳感器和無線傳輸模塊的具體結(jié)構(gòu)通過文字描述即可準(zhǔn)確理解，所以未在圖中示出。如圖2所示，本實用新型所述鋼軌溫度應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)的安裝過程如下:(I)安裝鋼軌溫度應(yīng)力監(jiān)測終端:采用現(xiàn)場常溫固化膠接技術(shù)將應(yīng)變片傳感器粘貼于鋼軌軌腰，避免了應(yīng)變片的失效，施工效率高，避免了其他聯(lián)接技術(shù)可能帶來的安全風(fēng)險。(2)安裝無線傳輸模塊:在離鋼軌溫度應(yīng)力監(jiān)測終端一定距離內(nèi)(Zigbee傳輸范圍內(nèi)，一般是50-300米以內(nèi))選擇CDMA/GPRS無線信號較好的位置安裝無線傳輸模塊即ZigBee網(wǎng)絡(luò)模塊，用于組建系統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡(luò)。(3)安裝鋼軌溫度應(yīng)力監(jiān)測平臺:在中心監(jiān)控機房安裝服務(wù)器、配置數(shù)據(jù)庫、安裝監(jiān)測軟件平臺，至此，已搭建好整個系統(tǒng)的硬件環(huán)境。(4)部署、調(diào)試傳輸網(wǎng)絡(luò):采用遠(yuǎn)程配置或現(xiàn)場配置無線傳輸模塊，將其傳輸對象指向服務(wù)器IP ;在服務(wù)器中配置各個監(jiān)測點的IP地址、監(jiān)測策略等。在完成傳輸網(wǎng)絡(luò)的部署和調(diào)試后，將軟件和硬件聯(lián)合調(diào)試，在一定時間范圍內(nèi)如無異常狀況出現(xiàn)則可以正式投入使用。如圖3所示，本實用新型所述鋼軌溫度應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測過程如下:(I)鋼軌溫度應(yīng)力監(jiān)測平臺將服務(wù)器自動監(jiān)測策略或用戶的手動監(jiān)測需求通過無線傳輸網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給遠(yuǎn)程的無線傳輸模塊，自動監(jiān)測策略比如監(jiān)測采集頻率、監(jiān)測的參數(shù)個數(shù)等，手動監(jiān)測需求比如實時查看監(jiān)測點各項狀態(tài)等。(2)無線傳輸模塊將服務(wù)器的監(jiān)測需求轉(zhuǎn)發(fā)給鋼軌溫度應(yīng)力監(jiān)測終端，無線傳輸模塊一般采用透明傳輸協(xié)議，根據(jù)服務(wù)器發(fā)出的指令直接將監(jiān)測采集命令轉(zhuǎn)發(fā)給鋼軌溫度應(yīng)力監(jiān)測終端。(3)鋼軌溫度應(yīng)力監(jiān)測終端通過應(yīng)變片傳感器、溫度傳感器獲取監(jiān)測點的應(yīng)力和溫度數(shù)據(jù)，經(jīng)過其自身的運算放大器和處理器處理之后，將得到的應(yīng)力和溫度數(shù)據(jù)返回給無線傳輸模塊；(4)無線傳輸模塊將鋼軌溫度應(yīng)力監(jiān)測終端返回的數(shù)據(jù)傳遞給鋼軌溫度應(yīng)力監(jiān)測平臺的服務(wù)器，傳輸與轉(zhuǎn)發(fā)方式為透明傳輸，與上述第(2)條中相同。(5)鋼軌溫度應(yīng)力監(jiān)測平臺的服務(wù)器收到無線傳輸模塊遠(yuǎn)程傳遞回來的數(shù)據(jù)后進(jìn)行識別、分析、處理和展現(xiàn)；系統(tǒng)具有自動糾錯功能，有一套獨立的算法來判斷所采集到的數(shù)據(jù)是否存在異常，如果存在異常，則會再一次發(fā)出采集命令，直到采集到的數(shù)據(jù)正常為止，系統(tǒng)可以根據(jù)用戶制定的分析和展現(xiàn)要求進(jìn)行不同層面的數(shù)據(jù)分析和展現(xiàn)。(6)在服務(wù)器完成識別、存儲和分析之后，用戶可以從用戶端調(diào)用服務(wù)器后臺中的溫度應(yīng)力數(shù)據(jù)，并按自己的要求選擇需要的展現(xiàn)方式。最后應(yīng)說明的是:上述實施例僅僅是為清楚地說明本實用新型所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍落入本實用新型的保護(hù)范圍之中。
權(quán)利要求1.一種鋼軌溫度應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:包括鋼軌溫度應(yīng)力監(jiān)測終端、無線傳輸模塊和鋼軌溫度應(yīng)力監(jiān)測平臺，所述鋼軌溫度應(yīng)力監(jiān)測終端包括應(yīng)變片傳感器、溫度傳感器、運算放大器、處理器和存儲器，所述應(yīng)變片傳感器的信號輸出端與所述運算放大器的信號輸入端連接，所述運算放大器的信號輸出端和所述溫度傳感器的信號輸出端分別與所述處理器的信號輸入端對應(yīng)連接，所述存儲器與所述處理器的存儲端連接，所述處理器通過所述無線傳輸模塊與所述鋼軌溫度應(yīng)力監(jiān)測平臺之間無線通訊連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼軌溫度應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述應(yīng)變片傳感器通過常溫固化膠粘貼于鋼軌軌腰。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋼軌溫度應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述應(yīng)變片傳感器包括相互粘結(jié)的全橋式應(yīng)變片和鋼塊，所述鋼塊的中間比兩端窄、薄。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼軌溫度應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述無線傳輸模塊為ZigBee網(wǎng)絡(luò)模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的鋼軌溫度應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述鋼軌溫度應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)還包括分別與所述處理器和所述鋼軌溫度應(yīng)力監(jiān)測平臺無線通訊連接的手持收發(fā)器或中繼站收發(fā)器。
專利摘要本實用新型公開了一種鋼軌溫度應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)，包括鋼軌溫度應(yīng)力監(jiān)測終端、無線傳輸模塊和鋼軌溫度應(yīng)力監(jiān)測平臺，所述鋼軌溫度應(yīng)力監(jiān)測終端包括應(yīng)變片傳感器、溫度傳感器、運算放大器、處理器和存儲器，所述應(yīng)變片傳感器的信號輸出端與所述運算放大器的信號輸入端連接，所述運算放大器的信號輸出端和所述溫度傳感器的信號輸出端分別與所述處理器的信號輸入端對應(yīng)連接，所述存儲器與所述處理器的存儲端連接，所述處理器通過所述無線傳輸模塊與所述鋼軌溫度應(yīng)力監(jiān)測平臺之間無線通訊連接。本實用新型通過終端監(jiān)測、無線傳輸和中心監(jiān)測實現(xiàn)三位一體的鋼軌溫度應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)，便于及時發(fā)現(xiàn)鋼軌問題并處理，有效預(yù)防鐵路事故。
文檔編號B61K9/08GK203032699SQ201220601238
公開日2013年7月3日 申請日期2012年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月15日
發(fā)明者丁杰雄, 龍作虹, 經(jīng)偉, 朱建斌, 傅渝 申請人:四川澄觀電子技術(shù)有限公司