[發(fā)明專利]一種對中傳感裝置及其位移檢測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410259529.5
• 申請日: 2014-06-12
• 公開（公告）號: CN104006731B
• 公開（公告）日: 2017-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 譚群林;李紅梁;曹經(jīng)緯;譚勇;王君;羅江平;魏芳坤;楊四清
• 申請（專利權(quán)）人: 株洲時代電子技術(shù)有限公司;株洲南車時代電氣股份有限公司
• 主分類號: G01B7/02
• 分類號: G01B7/02;G01N29/265;G01N29/04
• 代理公司: 株洲市奇美專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙)43105
• 代理人: 張繼綱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鐵路工程領(lǐng)域，尤其是涉及一種廣泛應(yīng)用于鐵路工程車輛，特別是超聲波鋼軌探傷車的對中傳感裝置及其位移檢測方法。

背景技術(shù)

在鋼軌高速超聲波探傷過程中，行駛路況的變化通常引起車體晃動、蛇行運動和垂向振動，使安裝于鋼軌探傷車上的探路相對于檢測的鋼軌發(fā)生機械位移，不能實現(xiàn)良好的對中，從而直接影響到鋼軌探傷作業(yè)過程的精確度和高速條件下的實時性能。因此，保證超聲波探輪在復(fù)雜的路狀條件下保持良好的對中，消除各種車體震動的影響，保證高速行駛條件下的鋼軌探傷作業(yè)效果是一個亟待解決的技術(shù)問題。

而對中傳感裝置就是解決這個技術(shù)問題的核心，作為一套自動對中系統(tǒng)，對中傳感裝置同時也是一套閉環(huán)反饋系統(tǒng)。在現(xiàn)有技術(shù)中，與本發(fā)明相近似的方案主要有激光傳感器方式，它利用激光測距原理，采用激光測距進(jìn)行光學(xué)對中。圖像傳感器方式，采用圖像處理方式進(jìn)行對中。差動式傳感器方式，采用差動變壓器感應(yīng)磁路變化實現(xiàn)對中。

(1)激光測距方式通過利用車體上某一點到鋼軌的固定距離來確定對中位置，所以在鋼軌探傷車的車底需安裝激光測距傳感器。在進(jìn)行對中操作時，激光打到鋼軌內(nèi)側(cè)的邊緣，利用激光方式實現(xiàn)的前提條件是激光發(fā)射后要被良好接收，所以表面光滑或者貼專用反射紙是最好的選擇。但是，該方式的缺點是，由于鋼軌長時間裸露在空氣潮濕環(huán)境中，生銹、灰塵、泥土、雜物都將嚴(yán)重影響激光的反射與接收，從而直接影響對中檢測的性能，且貼反射紙在動輒數(shù)公里長的鐵路線上是不可行的。

(2)圖像傳感方式通過利用相機獲取鋼軌表面的光學(xué)圖像，然后經(jīng)過圖像處理分析得出鋼軌表面的幾何中心來得出鋼軌的中心位置。但是，該方式的缺陷是，由于對中傳感裝紙懸掛于鋼軌探傷車的車體下部，振動對相機來說是一個非常致命的問題。此外，超聲波檢測需要噴水，加之高速運動，會導(dǎo)致相機鏡頭沾水從而使相機模糊。同時，鋼軌探傷車的使用環(huán)境惡劣，風(fēng)沙、雨雪和嚴(yán)寒都會嚴(yán)重影響相機的性能和壽命。

(3)差動傳感(LVDT，Linear Variable Differential Transformer，線性可變差動變壓器的縮寫)方式通過利用差動變壓器原理測量對中偏差。這種檢測方式將鋼軌看作是差動變壓器的可動鐵芯。當(dāng)在差動變壓器的原邊線圈上通以交流勵磁電流時，兩個次邊線圈就會產(chǎn)生感應(yīng)電壓。如果變壓器的兩個次邊線圈位置是對稱的，而且兩個次邊線圈的匝數(shù)是相同的，當(dāng)變壓器對準(zhǔn)鋼軌時，兩個次邊線圈的感應(yīng)電壓相等，如果線圈偏向鋼軌中線，則通過檢測差動變壓器側(cè)邊的電壓差則可得到差動變壓器的橫向偏離程度。這種方式的缺陷是，差動變壓器的線性傳感范圍較窄，必須通過增加傳感器的橫向長度增大傳感器的線性范圍，但是傳感器過長又會降低傳感器的抗干擾性能，因此限制了差動變壓器式傳感的應(yīng)用范圍。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種對中傳感裝置及其位移檢測方法，能夠準(zhǔn)確地測量傳感器的機械位移，并適用于高速條件下的位移測量，同時結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便，易于使用和維護(hù)。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明具體提供了一種對中傳感裝置的技術(shù)實現(xiàn)方案，一種對中傳感裝置，包括：依次相連的傳感器、驅(qū)動單元、信號處理單元和處理器，所述傳感器包括分別位于其兩側(cè)和中部的共三組電磁感應(yīng)探頭。在進(jìn)行對中傳感時，所述傳感器設(shè)置于鋼軌的上方，對位于所述傳感器兩側(cè)的電磁感應(yīng)探頭的線圈通以交變電流，所述交變電流產(chǎn)生交變磁場，所述交變磁場在所述鋼軌的表面產(chǎn)生渦流，所述渦流的磁場作用于所述傳感器中部的電磁感應(yīng)探頭的線圈，并在所述中部的電磁感應(yīng)探頭的線圈兩端產(chǎn)生感應(yīng)信號，通過對所述感應(yīng)信號進(jìn)行調(diào)理，將所述傳感器的機械位移轉(zhuǎn)換成單極性或雙極性的直流電壓信號。

優(yōu)選的，所述驅(qū)動單元包括第三放大環(huán)節(jié)、第四放大環(huán)節(jié)和第五放大環(huán)節(jié)，所述信號處理單元包括第一放大環(huán)節(jié)和振蕩器，由所述振蕩器產(chǎn)生的正弦波激勵信號經(jīng)所述第一放大環(huán)節(jié)驅(qū)動后輸出至所述驅(qū)動單元，所述正弦信號分別經(jīng)所述第三放大環(huán)節(jié)和所述第五放大環(huán)節(jié)驅(qū)動后，再分別輸出至位于所述傳感器兩側(cè)的電磁感應(yīng)探頭。所述渦流的磁場作用于所述傳感器中部的電磁感應(yīng)探頭產(chǎn)生的感應(yīng)信號經(jīng)所述第四放大環(huán)節(jié)驅(qū)動后輸出至所述信號處理單元。

優(yōu)選的，所述信號處理單元還包括第六放大環(huán)節(jié)、第七放大環(huán)節(jié)和除法器，所述第四放大環(huán)節(jié)輸出的信號經(jīng)所述第六放大環(huán)節(jié)驅(qū)動后，與來自于所述第一放大環(huán)節(jié)并經(jīng)所述第七放大環(huán)節(jié)驅(qū)動后的正弦波激勵信號在所述除法器中進(jìn)行除法運算，得到所述感應(yīng)信號與所述正弦波激勵信號的比率，所述處理器通過計算所述比率得到所述傳感器的機械位移。