[發(fā)明專利]一種基于超聲導(dǎo)波的實時斷軌檢測定位方法

有效

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• 申請日: 2014-05-30
• 公開（公告）號: CN104020221B
• 公開（公告）日: 2017-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊媛;劉正祥
• 申請（專利權(quán)）人: 楊媛
• 主分類號: G01N29/11
• 分類號: G01N29/11;G01S15/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無損檢測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于超聲導(dǎo)波的實時斷軌檢測定位系統(tǒng)。

背景技術(shù)

自從軌道交通誕生以來，斷軌就一直是影響軌道交通安全的首要問題。隨著經(jīng)濟發(fā)展，鐵路客運高速化、貨運重載化的趨勢越來越明顯。而在鐵路運輸系統(tǒng)中，鋼軌起著支撐列車和引導(dǎo)列車輪前進的作用。當(dāng)輪對通過鋼軌接縫、列車加速或制動以及通過岔道時，鋼軌會受到來自各個方向的摩擦、擠壓和沖擊作用力，由于鋼軌材質(zhì)以及構(gòu)造結(jié)構(gòu)的原因，鋼軌在受到這些作用力時極易發(fā)生損傷。鋼軌線路的養(yǎng)護、自然災(zāi)害和氣候條件等外界因素的影響也容易發(fā)生斷裂，鋼軌軌溫發(fā)生變化，由于熱脹冷縮，鋼軌內(nèi)部會長生很大的溫度應(yīng)力，此時該應(yīng)力如果作用在各種缺陷部位，很容易發(fā)生鋼軌的斷裂。如果出現(xiàn)鋼軌斷裂將有可能造成列車出軌、傾覆等重大行車安全事故，會造成人員傷亡和巨額財產(chǎn)損失。因而有效地斷軌檢測方法研究和檢測設(shè)備的研制非常重要。

國內(nèi)外在斷軌檢測方面取得了一定的成果，先后出現(xiàn)了電路檢測原理、機械波檢測原理和其他檢測原理等斷軌檢測方法，檢測設(shè)備也分為了軌旁式、便攜式和車載式等。

所謂電路檢測方法主要通過軌道電路來實現(xiàn)的。軌道電路的主要目的是檢測軌道區(qū)段是否被列車占用，同時具有斷軌檢測的輔助功能。它的關(guān)鍵設(shè)備是中央發(fā)送兩端接收式無絕緣軌道電路，通過定性分析，說明安裝在軌道上的電流傳感器自身及其組合信號有效表征了是否發(fā)生了斷軌。這種檢測方法容易受到軌道周邊電氣設(shè)備的干擾，導(dǎo)致測量失效，在雨水充沛或者道床泄露阻抗較小的地方會經(jīng)常發(fā)生短路現(xiàn)象，產(chǎn)生誤報。機械波原理檢測方法屬于無損檢測范疇，它既能判斷鋼軌斷裂，又能檢測出鋼軌內(nèi)部的金屬損傷。隨著超聲波技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了超聲波探傷設(shè)備，主要有高速鋼軌探傷車、手推式超聲波鋼軌探傷儀和大型探傷車。但這些檢測設(shè)備均屬于離線式探傷，因此無法對斷軌現(xiàn)象進行實時在線監(jiān)測。其他斷軌檢測方法還有如鋼軌埋植應(yīng)力傳感器，即在鋼軌上每隔十幾米的間隔上安裝測定鋼軌縱向應(yīng)力的傳感器，每隔傳感器通過無線傳輸或有線傳輸把鋼軌應(yīng)力變化和環(huán)境溫度發(fā)送給主控制站，通過實時監(jiān)測鋼軌應(yīng)力的變化判斷鋼軌是否斷裂，但這種檢測方法對壓緊的斷軌敏感度小，探測范圍小，不適合復(fù)雜的軌道結(jié)構(gòu)，此方法在對傳感器的安裝測量點進行壓力校準(zhǔn)， 所以需要截斷鋼軌來獲得零壓力點，因而在實際應(yīng)用是不可取的。另外還有光纖檢測法，即將標(biāo)準(zhǔn)的單模光導(dǎo)纖維采用強力膠緊密黏貼于軌頭底部的軌腰側(cè)面，在光導(dǎo)纖維的一端接入特定波長的光源，在它的另一端安裝接收器將光信號轉(zhuǎn)化為電信號，通過計算機進行實時監(jiān)控，接收端如果接收不到光信號則啟動斷軌報警，但光纖非常的脆弱，容易折斷，后續(xù)維護費用較高。綜上，國內(nèi)目前還沒有一種特別適用于實時長距離斷軌檢測定位方案。另外，如何實現(xiàn)安裝在軌旁的檢測裝置與遠程上位機終端是檢測系統(tǒng)必須面臨的問題，現(xiàn)有通信方式中GPRS無線通信方式存在信號盲區(qū)且通信費用高昂的問題，有線通信方式則存在施工難度大、成本高的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種基于超聲導(dǎo)波的實時斷軌檢測定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崟r檢測長距離鋼軌是否損傷或斷裂，并能夠檢測到斷軌的精確位置和損傷的大小，解決現(xiàn)有技術(shù)無法實時長距離斷軌檢測并定位的問題，同時采用基于鋼軌傳輸介質(zhì)的超聲導(dǎo)波信號實現(xiàn)各節(jié)點報警數(shù)據(jù)的傳輸，解決現(xiàn)有通信技術(shù)信號差、費用高昂的問題。其具體技術(shù)方案為：

一種基于超聲導(dǎo)波的實時斷軌檢測定位系統(tǒng)，采用由發(fā)射定位節(jié)點和接收定位節(jié)點交互排列、檢測區(qū)域一端設(shè)置端頭節(jié)點的檢測方法，在鋼軌上，通過發(fā)射定位節(jié)點向固定在鋼軌軌腰上的超聲波探頭發(fā)射激勵信號，激勵信號通過超聲波探頭內(nèi)的壓電陶瓷轉(zhuǎn)換為功率較高的超聲導(dǎo)波信號，超聲導(dǎo)波信號經(jīng)過鋼軌長距離的傳輸，在接收節(jié)點的接收定位節(jié)點處由超聲波探頭接收到，探頭將振動信號轉(zhuǎn)換為電信號，接收板電路再對該信號進行濾波放大、信號特征分析等處理，來確定接收模塊和發(fā)射模塊之間的鋼軌完整情況。然后再根據(jù)接收模塊和發(fā)射模塊間鋼軌完整情況，如果某段鋼軌斷裂，則啟動該鋼軌兩端的損傷定位模塊，得到損傷或斷軌的具體位置和損傷的大小。之后損傷定位模塊將斷軌信息采用超聲導(dǎo)波通信方式基于鋼軌介質(zhì)傳送到端頭節(jié)點，端頭節(jié)點以有線或無線方式將數(shù)據(jù)傳送到上位機終端。

所述超聲導(dǎo)波實時斷軌檢測系統(tǒng)是由太陽能供電或有線電源系統(tǒng)、超聲波探頭、發(fā)射定位節(jié)點、接收定位節(jié)點、端頭節(jié)點以及上位機終端組成的。

所述超聲波探頭安裝在鋼軌軌腰上。