[發明專利]一種內嵌式智能鐵軌及其制備方法

在審

• 申請號: 201811469219.0
• 申請日: 2018-11-28
• 公開（公告）號: CN109291954A
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發明（設計）人: 董文濤;程宵
• 申請（專利權）人: 華東交通大學;程宵
• 主分類號: B61K9/08
• 分類號: B61K9/08;B61L23/04;E01B5/02;G01D21/02;C23C16/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種內嵌式智能鐵軌及其制備方法，所設計制備的智能鐵軌集成有應變和溫度傳感器陣列，用于采集列車運行下的鐵軌結構狀態信息，特別是位于環境惡劣的區段，記錄下具體數據，為預警軌道的結構健康狀態提供支持，檢測列車運行中的輪軌振動情況，為列車與鐵軌的安全監測提供技術保證。本發明還提供一種內嵌式智能鐵軌的加工制備方法，本發明內嵌式智能鐵軌采用激光與微機電相結合的加工技術，得到與傳統鐵軌外觀一致、機械強度等同的內嵌式智能鐵軌，能夠實時記錄鐵軌的結構健康狀態信息，實現了傳感器與鐵軌之間的無縫集成，拓展了內嵌式智能鐵軌的應用范圍，加速軌道交通行業的智能化發展。

技術領域

本發明涉及軌道交通與智能制造領域，特別涉及一種內嵌式智能鐵軌及其制備方法。

背景技術

鐵軌成為人們出行的重要選擇方式，鐵路的安全問題也日益重要，鐵軌的結構健康狀態對列車的行駛安全影響很大，鐵路線中大量鋼軌長期在動態重載荷下服役，易出現腐蝕、變形、磨損、裂紋甚至斷裂等問題。目前，鐵軌的結構健康監測主要將傳感器安置在鐵軌的底部或者側面（CN201210502451.6），實現鐵軌自身的狀態監測，一種基于無線傳感器的火車鐵軌溫度與壓力檢測方法選取溫度傳感器和壓力傳感器并將它們安放在鐵軌上，并對鐵軌信息進行在線監測和推斷。但是鐵軌的工作環境復雜，傳感器的貼裝與集成封裝形式直接決定傳感器采集數據的準確性，傳感器在長時間的運行過程會脫落等問題對鐵軌的結構健康監測帶來隱患。

所發明的內嵌式智能鐵軌集成溫度、應變、振動等傳感器，采用機械加工與微機電系統技術完成內嵌式智能鐵軌的加工制備，得到與普通鐵軌的機械強度一致的內嵌式智能鐵軌，形成一體的內嵌式智能鐵軌，在監測鐵軌的狀態信息過程中，減少外界的干擾，提供更高精度的列車運行下的鐵軌結構狀態信息。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明的第一目的在于面向列車運行過程對鐵軌和路基的振動監測需求提供一種內嵌式智能鐵軌設計與制備方法，包括在鐵軌上開槽，通過機械加工與微機電系統技術在槽內制備傳感器，得到與普通鐵軌外觀完全一致的內嵌式智能鐵軌，其集成有應變測量模塊，溫度感知模塊，振動測試模塊等，所提出的內嵌式智能鐵軌實時監測鐵軌的受力、溫度等信息，實現對列車的運行狀態實時監測與提升鐵軌的維護管理、運行水平。

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明的第二目的在于提供一種內嵌式智能鐵軌的制備方法，重點在于采用機械加工與微機電系統技術完成內嵌式智能鐵軌的加工制備，并且最終制備得到的內嵌式智能鐵軌與普通鐵軌的外觀完全一致。實現傳感器與鐵軌之間的無縫集成，形成一體的內嵌式智能鐵軌，在監測鐵軌的狀態信息過程中，減少外界的干擾，提供更高精度的列車運行下的鐵軌結構狀態信息。

一種內嵌式智能鐵軌，包括溫度、應變、振動等功能測試模塊，均集成到鐵軌的側面上，其設計與制備得到的外觀尺寸完全與普通鐵軌保持一致，具有等同的機械強度，實時獲取鐵軌的結構健康狀態信息，特別是列車駛過時的鐵軌狀態信息，所得到的內嵌式智能鐵軌為鐵軌的實時監測、列車行駛下的鐵軌安全運行提供技術支撐。

進一步地，所述內嵌式智能鐵軌的制備方法，包括以下步驟：

（1）設計內嵌式智能鐵軌上傳感器的結構，集成不同功能傳感器，保證傳感器的外觀尺寸與普通鐵軌一致；

（2）利用數控加工技術按照步驟1中的結構布局完成鐵軌上傳感器凹槽的加工；

（3）利用激光加工技術提高凹槽的表面平整度，為后續的傳感器加工制備提供支持；

（4） 利用等離子增強氣相沉積薄膜裝置在鐵軌金屬凹槽表面制備一層氮化硅絕緣層；

（5）利用微機電加工技術（薄膜沉積、光刻圖案化）分別依次完成不同功能傳感器薄膜的加工制備；

（6）制備一層絕緣層用于傳感器封裝；