[發(fā)明專利]無縫線路鋼軌溫度應力傳感節(jié)點的標定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310254531.9
• 申請日: 2013-06-25
• 公開（公告）號: CN103335589A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發(fā)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

技術領域

本發(fā)明屬于傳感分析及測量控制技術領域，特別涉及一種無縫線路鋼軌溫度應力傳感節(jié)點的標定方法。

背景技術

當前高速鐵路采用無縫線路軌道結構，無縫線路是將多段標準單元軌條焊接在一起的長軌條線路，它取消了鋼軌單元之間的焊縫，提高了列車運行的速度和平穩(wěn)性，但是與此同時，在環(huán)境溫度變化時，無縫線路內部會產生很大的縱向溫度力。無縫線路每1℃的溫度變化會產生2噸的鋼軌溫度力，因此在溫度力過大時，可能會引起無縫線路應力集中或者變形，甚至導致脹軌或者斷軌，從而影響列車運行安全。因此準確測量鋼軌溫度力對評價無縫線路鋼軌安全狀態(tài)和維護維修具有重要意義。無縫線路鎖定軌溫是指無縫線路內部應力為零時對應的溫度，是鐵道標準規(guī)定監(jiān)測無縫線路安全狀態(tài)的重要指標，能夠幫助衡量無縫線路溫度應力是否處于正常范圍。無縫線路鎖定軌溫發(fā)生變化，即意味著鋼軌未被完全約束，產生了除溫度力之外的應力或者形變。鐵道標準規(guī)定無縫線路鋼軌的實際鎖定軌溫應該處于設計鎖定軌溫的規(guī)定范圍之內，其波動范圍不超過±（3～5）℃。

應變電測法測量無縫線路溫度應力是指通過應變計測量鋼軌應變，再換算成鋼軌溫度力。借助于無線傳感網技術，應變電測法測量無縫線路溫度應力在無縫線路運營時也能進行自動、實時以及分布式多點監(jiān)測。應變電測法測量無縫線路溫度應力已經在國內外得到一些應用，例如美國Salient?Systems公司開發(fā)的RSM，英國FIOSTEC公司的Memory?Track，以及國內實用新型專利201120140230.X公開的“鋼軌溫度應力監(jiān)測裝置”等，其測量儀器在工程應用之前，需要進行誤差標定。目前應變電測法的測量儀器主要通過標準應變模擬儀標定，鐵道行業(yè)標準TB/T2489-94測量輪軌水平力和垂直力主要通過向鋼軌上施加標準力來進行標定，這兩種標定方法主要針對環(huán)境溫度對測量結果影響不大的情況。而應變電測法測量鋼軌溫度力時，受環(huán)境溫度影響比較大，鋼軌溫度力傳感節(jié)點的溫漂誤差能達到±2με/℃，這會造成±3kN/℃的溫度應力誤差，并且一年內能造成±8℃的鎖定軌溫誤差，不能滿足鐵道標準規(guī)定的鎖定軌溫測量精度要求。因此需要對鋼軌溫度力傳感節(jié)點在溫度變化的環(huán)境下進行溫漂誤差標定，降低溫漂誤差對測量結果的影響，這對鋼軌溫度力的準確評價及鋼軌安全狀態(tài)的準確評估具有重要意義。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是解決應變電測法測量無縫線路鋼軌溫度力和鎖定軌溫過程中傳感節(jié)點溫漂誤差大的問題，發(fā)明了一種采用低膨脹材料標定無縫線路鋼軌溫度力傳感節(jié)點的方法，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(jié)點上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(jié)點的溫漂誤差，并且在實際監(jiān)測無縫線路鋼軌溫度力和鎖定軌溫時進行溫漂誤差補償。該方法能簡單、快速地在實驗室內對無縫線路鋼軌溫度力傳感節(jié)點進行標定，降低溫漂誤差。

本發(fā)明采用的技術方案是：一種無縫線路鋼軌溫度應力傳感節(jié)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(jié)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(jié)點的溫漂誤差大小，并且，在監(jiān)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測量所用標準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(guī)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(jié)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(tǒng)全部放置于高低溫試驗箱內，在室溫下，待節(jié)點所測應變數據穩(wěn)定后清零，然后調節(jié)高低溫試驗箱的溫度，以低于0.5℃/min的速率連續(xù)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，定時測量這一過程中的應變和溫度數據；

3)數據處理