[發(fā)明專利]一種可實現(xiàn)扣件松動無線無源檢測的智能墊片系統(tǒng)和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010427744.7
• 申請日: 2020-05-19
• 公開（公告）號: CN111707396B
• 公開（公告）日: 2022-02-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙輝;陶衛(wèi);呂娜;孫昊;崔斌;南卓江
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: G01L1/16
• 分類號: G01L1/16
• 代理公司: 上海恒慧知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 徐紅銀

1.一種可實現(xiàn)扣件松動無線無源檢測的智能墊片系統(tǒng)，其特征在于：包括：

智能墊片，為內(nèi)部安裝有聲表面波諧振器和天線的一體化器件，隨扣件一起安裝在扣件與扣件壓緊部件之間，承受對扣件施加的壓力，在接收到激勵電磁波信號之后反射電磁波信號；

閱讀器，為外置的激勵與檢測器，用于向所述智能墊片發(fā)射電磁波，并接受來自所述智能墊片的反射電磁波信號，通過處理得到扣件所受的壓力信息；

所述聲表面波諧振器的諧振頻率是不同的，所述閱讀器根據(jù)諧振頻率快速區(qū)分不同扣件所承受的壓力信號，減小相互之間的干擾；

當(dāng)外置的所述閱讀器發(fā)射激勵電磁波后，由所述智能墊片中的天線接收并作用于所述智能墊片內(nèi)部的聲表面波諧振器，發(fā)生諧振并產(chǎn)生反射電磁波信號，由所述閱讀器接收，通過數(shù)據(jù)處理，提取反射電磁波信號中的諧振頻率，該諧振頻率與所述智能墊片承受的壓力成線性關(guān)系，通過計算得到所述智能墊片所承受的壓力信號；當(dāng)扣件出現(xiàn)松動后，檢測到的壓力信號也相應(yīng)減小，從而實現(xiàn)扣件松動的無線無源快速檢測；

所述智能墊片為中空的環(huán)形結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)環(huán)和外環(huán)兩個環(huán)形區(qū)域，

內(nèi)環(huán)區(qū)域為承壓區(qū)，其外徑略大于扣件壓緊部件的直徑，用于感受扣件壓緊部件對所述智能墊片施加的壓力的大小；

外環(huán)區(qū)域為無壓區(qū)，與扣件壓緊部件無接觸；內(nèi)環(huán)區(qū)域內(nèi)嵌入有多個聲表面波諧振器，用于感受扣件壓緊部件對所述智能墊片施加的壓力；外環(huán)區(qū)域內(nèi)還嵌入有兩組環(huán)形天線，一組是接收天線，與所有所述聲表面波諧振器的一端相連，用于接收來自所述閱讀器的激勵電磁波信號并傳遞給所述聲表面波諧振器，另一組是發(fā)射天線，與所有所述聲表面波諧振器的另一端相連，接收來自所述聲表面波諧振器的反射電磁波信號并發(fā)送給所述閱讀器；

所述聲表面波諧振器分為兩組，一組聲表面波諧振器承受扣件壓緊部件對所述智能墊片施加的壓力，另一組聲表面波諧振器并不承受扣件壓緊部件對所述智能墊片施加的壓力，兩組聲表面波諧振器形成差動結(jié)構(gòu)，進而實現(xiàn)對溫度自動補償；

所述閱讀器在激勵結(jié)束之后接收到的反射電磁波信號為幅值逐漸衰減的震蕩信號，通過檢測反射電磁波信號的頻率獲得扣件的壓力信息。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可實現(xiàn)扣件松動無線無源檢測的智能墊片系統(tǒng)，其特征在于：所述智能墊片，內(nèi)孔直徑略大于扣件壓緊部件的直徑，保證扣件壓緊部件能夠穿過所述智能墊片并對扣件施加壓力。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可實現(xiàn)扣件松動無線無源檢測的智能墊片系統(tǒng)，其特征在于：所述聲表面波諧振器為一體化的頻率輸出器件，由諧振器基體、換能器、反射柵組成，其中，

諧振器基體為石英材料制作；

換能器為金屬條帶叉指式換能器；

反射柵采用金屬條帶制作，共有兩個，分列于所述換能器的左右兩側(cè)，形成諧振腔。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可實現(xiàn)扣件松動無線無源檢測的智能墊片系統(tǒng)，其特征在于：所述智能墊片為一個或多個，所述閱讀器發(fā)出的激勵電磁波信號為寬帶脈沖信號，其帶寬能夠覆蓋所有所述智能墊片的頻率范圍。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可實現(xiàn)扣件松動無線無源檢測的智能墊片系統(tǒng)，其特征在于：所述閱讀器為以供人工巡檢的手持式閱讀器，或者為安裝在軌道車之上額實現(xiàn)自動化探測的閱讀器，或，

所述的閱讀器內(nèi)部設(shè)置有溫度檢測電路與自動溫度補償算法，以進一步克服環(huán)境溫度變化條件下的壓力檢測的準確性。

6.一種可實現(xiàn)扣件松動無線無源檢測的方法，采用權(quán)利要求1-5任一項所述的智能墊片系統(tǒng)進行，其特征在于：包括：

閱讀器向智能墊片發(fā)射激勵電磁波信號，由智能墊片中的天線接收后，作用于智能墊片內(nèi)部的聲表面波諧振器，使得聲表面波諧振器發(fā)生諧振，并產(chǎn)生反射電磁波信號，所述反射電磁波信號由天線發(fā)送出來，由外部的閱讀器接收；

所述閱讀器通過數(shù)據(jù)處理，提取反射電磁波信號中的諧振頻率，該諧振頻率與智能墊片承受的壓力成線性關(guān)系，通過計算能得到智能墊片所承受的壓力信號，即扣件對鋼軌施加的壓力；

當(dāng)扣件出現(xiàn)松動后，扣件壓緊部件作用于智能墊片的壓力也隨之減小，所述閱讀器獲得的壓力信號也相應(yīng)減小，從而實現(xiàn)扣件松動的無線無源快速檢測。