[發明專利]無縫線路鋼軌溫度應力傳感節點的標定方法

有效

• 申請號: 201310254531.9
• 申請日: 2013-06-25
• 公開（公告）號: CN103335589A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發明（設計）人: 王大志;張富生;劉沖;游林濤;王立鼎
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01B7/16
• 分類號: G01B7/16
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 關慧貞

1.一種無縫線路鋼軌溫度應力傳感節點的標定方法，其特征在于，一種無縫線路鋼軌溫度應力傳感節點的標定方法，采用已知熱膨脹系數低的材料作為標準，模擬無縫線路鋼軌，在傳感節點上預先測量這種低膨脹材料的應變，以模擬測量無縫線路鋼軌溫度力，根據測量結果與理論值的差值標定傳感節點的溫漂誤差大小，并且，在監測實際無縫線路鋼軌溫度力和鎖定軌溫時進行溫漂誤差補償；該標定方法包括以下步驟：

1)測量前準備

首先，按照國標GB/T4339-2008測量所用低膨脹材料的熱膨脹系數，然后將所用低膨脹材料進行加工，制成合適大小的低膨脹塊（8），將待測鋼軌材料也進行加工，制成合適大小的補償塊（4）；在低膨脹塊（8）表面按照規定工藝粘貼工作應變片（7），在補償塊（4）表面粘貼補償應變片（6）和溫度傳感器（5）；將溫度傳感器（5）與溫度單元（3）連接，補償應變片（6）和工作應變片（7）與應變單元（2）連接，工作應變片（7）通過航空插頭（H₁）連接到傳感節點（1）上，工作應變片（7）、補償應變片（6）和兩個橋臂電阻（R）組成惠斯通電橋；

2)溫漂誤差測量

將測量系統全部放置于高低溫試驗箱內，在室溫下，待節點所測應變數據穩定后清零，然后調節高低溫試驗箱的溫度，以低于0.5℃/min的速率連續升降溫周期變化，模擬無縫線路鋼軌溫度變化，溫度變化范圍參考無縫線路鋼軌一年內的溫度變化，測量這一過程中的應變和溫度數據；

3)數據處理

取每組應變和溫度數據的平均值，對應變數據消除低膨脹塊本身熱膨脹系數的影響，得到修正后應變：ε_x＝ε_d-α_d×(T-T₀)，其中，ε_x是修正后應變；ε_d是節點測得的應變；α_d是低膨脹塊的熱膨脹系數；T是模擬鋼軌的溫度；T₀是清零時模擬鋼軌的溫度；按公式σ＝E×ε計算模擬的鋼軌應力，按公式計算模擬的鎖定軌溫；其中，E是鋼軌彈性模量，取E=206GPa；α是無縫線路鋼軌熱膨脹系數，取α=11.8×10^-6με/℃；再分別計算鋼軌應力測量誤差Δσ＝σ-E×α×(T-T₀)和鎖定軌溫測量誤差ΔT＝T_s-T₀；

對于誤差比較小、滿足使用精度要求的節點，可直接投入使用；對于峰值過大、數據趨勢雜亂無章、大幅度跳變突變以及誤差特別大的節點，直接篩選掉；對于誤差比較大但是誤差與溫度的規律比較穩定的節點，根據溫度與誤差的關系，在實際監測鋼軌應力和鎖定軌溫時進行誤差補償；

具體誤差補償過程為：將溫度與應變數據線性擬合，線性擬合方程為y＝kx+b，其一次項系數k即為溫度每上升1℃節點測得的應變值，此節點的溫漂誤差為Δ＝k-(α_d-α)；應用溫漂誤差為Δ的節點監測實際無縫線路鋼軌溫度力和鎖定軌溫時，對節點進行溫漂誤差補償，得到溫漂誤差補償后的應變ε＝ε_g-Δ×(T_g-T_g0)，其中：ε為溫漂補償后的應變，ε_g為節點補償前測得的實際無縫線路鋼軌應變值，T_g是鋼軌溫度，T_g0是清零時的鋼軌溫度。

2.依據權利要求1所述的一種無縫線路鋼軌溫度應力傳感節點的標定方法，其特征在于，該標定方法采用的標定裝置中，傳感節點（1）由應變單元（2）、溫度單元（3）和補償塊（4）組成，補償塊（4）上粘貼有溫度傳感器（5）和補償應變片（6），溫度傳感器（5）與溫度單元（3）連接，補償應變片（6）和應變單元（2）連接；工作應變片（7）粘貼在低膨脹塊（8）上，工作應變片（7）通過航空插頭（H₁）連接到傳感節點（1）上，工作應變片（7）、補償應變片（6）和兩個橋臂電阻（R）組成惠斯通電橋。