无缝线路实际锁定轨温的在线监测系统和方法

摘要

本发明利用超声临界折射纵波应力检测原理，提供了一种无缝线路实际锁定轨温的在线监测系统和方法，该系统包括：设置在无缝线路钢轨的轨腰上电源模块与轨腰上的现场节点模块连接，用于为现场节点模块供电；现场节点模块中的采集模块分别与指令启动模块和无线传输模块连接，用于实时采集无缝线路钢轨信息，并将采集到信息发送给无线传输模块；指令启动模块用于连接终端设备，并根据终端设备发送的监测指令控制采集模块开始工作，以及根据采集模块发送的无缝线路钢轨信息控制采集模块停止工作。本发明可以通过指令启动模块控制采集模块的开启，从而实现自动监测无缝线路钢轨，实施方便、效率高、且提高实际锁定轨温测量的准确性和安全性。

说明书

技术领域

本发明属于轨道温度监测技术领域，涉及一种缝线路温度应力与实际锁定轨温的超声波在线监测系统，尤其涉及一种无缝线路实际锁定轨温的在线监测系统和方法。

背景技术

随着高速铁路的快速发展，无缝线路的安全与管理工作变得日益重要。无缝线路实际锁定轨温是衡量无缝线路轨道强度与稳定性的量化表现，是无缝线路最重要的技术指标之一，直接关系到无缝线路的状态稳定和养、管、修安全。目前铁路无缝线路实际锁定轨温检测通常是采用铁路天窗期人工上线检测，存在实施不便、效率低、准确性较低和安全性差等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种无缝线路实际锁定轨温的在线监测系统和方法，旨在解决现有技术中采用铁路天窗期人工上线检测存在的实施不便、效率低、准确性较低和安全性差等问题。

为实现上述目的，本发明实施例的第一方面提供了一种无缝线路实际锁定轨温的在线监测系统，包括：

设置在无缝线路钢轨的轨腰上的电源模块和现场节点模块；

所述电源模块与所述现场节点模块连接，用于为所述现场节点模块供电；

所述现场节点模块包括采集模块、指令启动模块和无线传输模块；

所述采集模块分别与所述指令启动模块和所述无线传输模块连接，用于采集无缝线路钢轨信息，并将采集到的所述无缝线路钢轨信息发送给所述无线传输模块；

所述指令启动模块用于连接终端设备，并根据所述终端设备发送的监测指令控制所述采集模块开始工作，以及根据所述采集模块发送的所述无缝线路钢轨信息控制所述采集模块停止工作。

作为本申请另一实施例，所述采集模块包括：超声换能器、温度传感器、位移传感器以及振动传感器；

所述超声换能器、所述温度传感器、所述位移传感器以及所述振动传感器分别与所述无线传输模块连接；

所述振动传感器与所述指令启动模块连接，用于将采集的无缝线路钢轨的振动信息发送给所述指令启动模块，使所述指令启动模块根据所述振动信息控制所述采集模块停止工作。

作为本申请另一实施例，所述电源模块包括：蓄电池和用于连接外部电源的接口。

作为本申请另一实施例，所述电源模块还包括：能量收集器；

所述能量收集器与所述蓄电池连接，用于所述无缝线路钢轨振动时产生电流，并将产生的电流存储到蓄电池中。

作为本申请另一实施例，所述电源模块还包括：太阳能电池板；

所述太阳能电池板设置在所述现场节点模块的外表面，且与所述蓄电池连接，用于将太阳能转换为电能，并将产生的电能提供给所述现场节点模块或者所述蓄电池。

作为本申请另一实施例，所述现场节点模块安装在无缝线路钢轨两扣件中间位置的轨腰上，且远离无缝线路钢轨的焊缝预设距离，采用轨道弹性夹固定。

作为本申请另一实施例，所述现场节点模块外设置金属封装外壳，所述金属封装外壳采用密封垫进行密封，采用轨道弹性夹将所述金属封装外壳固定在轨腰上；

所述现场节点模块中的所述采集模块、所述指令启动模块和所述无线传输模块安装到所述金属封装外壳内部，所述采集模块中各设备设置的探头的底部的磁铁吸附在轨腰中轴线位置。

本发明实施例的第二方面提供了一种无缝线路实际锁定轨温的在线监测方法，采用上述权利要求1-7中任一项所述的无缝线路实际锁定轨温的在线监测系统，包括：

实时测量被测无缝线路钢轨段的轨温；

根据所述轨温，获取预设零应力波形数据库中的所述轨温对应的零应力波形；

根据所述零应力波形与所述轨温对应的实时测量波形，计算得到所述被测无缝线路钢轨段的应力测量值；

获取所述被测无缝线路钢轨段的原锁定轨温；

根据所述轨温、所述零应力波形、所述应力测量值和所述原锁定轨温，计算所述被测无缝线路钢轨段的实际锁定轨温。

作为本申请另一实施例，所述根据所述零应力波形与所述轨温对应的实时测量波形，计算得到所述被测无缝线路钢轨段的应力测量值，包括：

根据所述零应力波形与所述轨温对应的实时测量波形，得到声时差；

获取所述无缝线路钢轨的应力系数；

将所述声时差与所述应力系数相乘，得到应力测量值。

作为本申请另一实施例，所述根据所述轨温、所述零应力波形、所述应力测量值和所述原锁定轨温，计算所述被测无缝线路钢轨段的实际锁定轨温，包括：

根据T

其中，所述T

本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：与现有技术相比，本发明通过现场节点模块中的采集模块采集无缝线路钢轨的信息，并可以将采集的无缝线路钢轨信息通过无线传输模块发送给终端设备，可以通过指令启动模块控制采集模块的开启，从而实现自动监测无缝线路钢轨，解决现有技术中采用铁路天窗期人工上线检测存在的实施不便、效率低、准确性较低和安全性差等问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的无缝线路实际锁定轨温的在线监测系统的示意图；

图2是本发明另一实施例提供的无缝线路实际锁定轨温的在线监测系统的示意图；

图3是本发明实施例提供的现场节点模块的安装示意图；

图4是本发明另一实施例提供的现场节点模块的安装的示意图；

图5是本发明实施例提供的无缝线路实际锁定轨温的在线监测方法的示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

图1为本发明实施例提供的一种无缝线路实际锁定轨温的在线监测系统的示意图，其中，无缝线路实际锁定轨温的在线监测系统包括：设置在无缝线路钢轨的轨腰上的电源模块1和现场节点模块2；

所述电源模块1与所述现场节点模块2连接，用于为所述现场节点模块1供电；

所述现场节点模块2包括采集模块21、指令启动模块22和无线传输模块23；

所述采集模块21分别与所述指令启动模块22和所述无线传输模块23连接，用于采集无缝线路钢轨信息，并将采集到的所述无缝线路钢轨信息发送给所述无线传输模块23；

所述指令启动模块22用于连接终端设备，并根据所述终端设备发送的监测指令控制所述采集模块21开始工作，以及根据所述采集模块21发送的所述无缝线路钢轨信息控制所述采集模块21停止工作。

上述无缝线路实际锁定轨温的在线监测系统，通过现场节点模块中的采集模块采集无缝线路钢轨的信息，并可以将采集的无缝线路钢轨信息通过无线传输模块发送给终端设备，可以通过指令启动模块控制采集模块的开启，从而实现自动监测无缝线路钢轨，解决现有技术中采用铁路天窗期人工上线检测存在的实施不便、效率低、准确性较低和安全性差等问题。

可选的，如图2所示，所述采集模块21包括：超声换能器211、温度传感器212、位移传感器213以及振动传感器214；

本实施例中将超声换能器211、温度传感器212、位移传感器213以及振动传感器214集成到一个采集板卡上，可以缩小现场节点模块空间，降低设备成本和功耗，提高设备兼容性。

所述超声换能器211、所述温度传感器212、所述位移传感器213以及所述振动传感器214分别与所述无线传输模块23连接，以便将采集的超声信号转换为的电信号、温度信息、位移信息以及振动信息通过无线传输模块23发送给终端设备。

可选的，无线传输模块23首先将接收到的信息发送给基站服务器，然后由基站服务器将信息转发给指定终端设备。这里指定终端设备可以为发送监测指令的终端设备。无线传输模块23具有数据加密功能，可以将传输的数据根据预设协议进行加密传输，提高数据传输的安全性。

所述振动传感器214与所述指令启动模块22连接，用于将采集的无缝线路钢轨的振动信息发送给所述指令启动模块22，使所述指令启动模块22根据所述振动信息控制所述采集模块停止工作。

可选的，如图2所示，所述电源模块1包括：蓄电池11和用于连接外部电源的接口12，通过内置电源和外接电源两个通道，适应不同工况的供电需求。

可选的，如图2所示，所述电源模块1还可以包括：能量收集器13；

所述能量收集器13与所述蓄电池11连接，用于所述无缝线路钢轨振动时产生电流，并将产生的电流存储到蓄电池11中。

在本实施例中，能量收集器13在无缝线路钢轨振动时，内部的线圈会切割磁感线，从而产生电流，将电流存储到蓄电池11中，可以实现能量的回收。

可选的，所述电源模块1还可以包括：太阳能电池板14；

所述太阳能电池板14设置在所述现场节点模块2的外表面，且与所述蓄电池11连接，用于将太阳能转换为电能，并将产生的电能提供给所述现场节点模块2或者所述蓄电池11。

可选的，太阳能电池板14可以为折叠式太阳能电池板，安装在现场节点模块2的外表面接触阳光多的位置，从而产生较多的电能，产生的电能可以直接供给现场节点模块2，也可以存储在所述蓄电池11中。当现场节点模块2采用外部电源供电时，可以将太阳能电池板14产生的电能存储在所述蓄电池11中，当现场节点模块2采用蓄电池供电时，可以将太阳能电池板14产生的电能直接供给现场节点模块2。

可选的，如图3或4所示，所述现场节点模块2安装在无缝线路钢轨两扣件中间位置的轨腰上，且远离无缝线路钢轨的焊缝预设距离，并采用轨道弹性夹固定。

可选的，预设距离可以为8米至11米，例如预设距离取值为10米。

这里采用轨道弹性夹固定，既可以满足无缝线路钢轨中曲线段(曲率半径≥350m)的监测需求，也可满足直线段的监测需求，从而实现方便设备实施检修、移位、加注耦合剂等操作。

需要说明的是，一条无缝线路钢轨上安装的现场节点模块的数量以及两个相邻现场节点模块的间距由监测单位根据工程需求自行设计。

可选的，如图4所示，所述现场节点模块2外设置金属封装外壳，所述金属封装外壳采用密封垫进行密封，采用轨道弹性夹所述金属封装外壳固定在轨腰上。

金属封装外壳采用密封垫进行密封，可以防尘、防水、防潮、缓冲振动，兼顾散热、填充耦合剂、保持探头压力等重要作用。

所述现场节点模块2中的所述采集模块21、所述指令启动模块22和所述无线传输模块23安装到所述金属封装外壳内部，所述采集模块21中各设备设置的探头的底部的磁铁吸附在轨腰中轴线位置，进行固定。

采集模块21中包括的超声换能器211、温度传感器212、位移传感器213以及振动传感器214上均设置探头，用于采集无缝线路钢轨的数据。

上述无缝线路实际锁定轨温的在线监测系统，通过现场节点模块中的采集模块采集无缝线路钢轨的信息，并可以将采集的无缝线路钢轨信息通过无线传输模块发送给终端设备，可以通过指令启动模块控制采集模块的开启，从而实现自动监测无缝线路钢轨，有效解决常规检测方法存在的使用不便、效率低、准确性差等问题及工务部门的迫切需求，对提升无缝线路实际锁定轨温检测技术水平及无缝线路养、路管作业质量及效率具有重要意义。

图5为为本发明实施例提供的一种无缝线路实际锁定轨温的在线监测方法的流程示意图，采用上述任一实施例所述的无缝线路实际锁定轨温的在线监测系统，无缝线路实际锁定轨温的在线监测方法详述如下。

步骤101，实时测量被测无缝线路钢轨段的轨温。

可选的，本步骤可以采用无缝线路实际锁定轨温的在线监测系统中的采集模块中包括的温度传感器实时测量被测无缝线路钢轨段的轨温。

步骤102，根据所述轨温，获取预设零应力波形数据库中的所述轨温对应的零应力波形。

预设零应力波形数据库中存储轨温与零应力波形温度的对应关系。在采用退火处理得到不同钢轨材质的零应力试样，在轨温-50℃～100℃范围内以一定温度梯度采集零应力波形，建立不同钢轨材质的零应力波形数据库。

步骤103，根据所述零应力波形和所述轨温对应的实时测量波形，计算得到所述被测无缝线路钢轨段的应力测量值。

可选的，本步骤可以包括：

根据所述零应力波形与所述轨温对应的实时测量波形，得到声时差；

获取所述无缝线路钢轨的应力系数；

将所述声时差与所述应力系数相乘，得到应力测量值。即根据σ＝Δt·K得到应力测量值，其中，σ表示所述应力测量值，Δt表示声时差，K表示应力系数。

步骤104，获取所述被测无缝线路钢轨段的原锁定轨温。

步骤105，根据所述轨温、所述零应力波形、所述应力测量值和所述原锁定轨温，计算所述被测无缝线路钢轨段的实际锁定轨温。

可选的，本步骤中根据所述轨温、所述零应力波形、所述应力测量值和所述原锁定轨温，计算所述被测无缝线路钢轨段的实际锁定轨温时，可以包括：

根据T

其中，所述T

上述无缝线路实际锁定轨温的在线监测方法，通过实时测量被测无缝线路钢轨段的轨温；根据所述轨温，获取预设零应力波形数据库中的所述轨温对应的零应力波形；根据所述零应力波形和所述轨温对应的实时测量波形，计算得到所述被测无缝线路钢轨段的应力测量值；获取所述被测无缝线路钢轨段的原锁定轨温；根据所述轨温、所述零应力波形、所述应力测量值和所述原锁定轨温，计算所述被测无缝线路钢轨段的实际锁定轨温。采用本发明提供的无缝线路实际锁定轨温的在线监测方法可以自动得到准确的被测无缝线路钢轨段的实际锁定轨温，实现实时监测被测无缝线路钢轨段的实际锁定轨温，解决了现有技术中通过人工测量无缝线路钢轨段的实际锁定轨温误差较大的问题，以及解决现有技术中采用铁路天窗期人工上线检测存在的实施不便、效率低、安全性差等问题。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。