基于超声波的无缝线路锁定轨温自动检测设备及使用方法

1.本发明涉及轨道交通无缝线路检测技术领域，尤其涉及一种基于超声波的无缝线路锁定轨温自动检测设备及使用方法。


背景技术：

2.由于无缝线路具有运行平稳且使用年限长的优点，我国目前的大部分高速铁路及干线均采用无缝线路。实际锁定轨温是无缝线路养护、维修和管理的重要参数，当实际锁定轨温不明不准、盲目进行线路养护维修作业时,可能会导致胀轨跑道、断轨，故实际锁定轨温的测量对维护无缝线路的稳定性有重要意义。
3.目前，现有技术中的实际锁定轨温测量方法主要分为应变法和应力法。应变法主要通过测量应变直接计算获得锁定轨温，主要检测方法包括形变仪法和观测桩法。该应变法的缺点包括：须拆卸扣件进行测量，费时费力且测量成本较高，测量范围以及测量精度也受到影响。
4.应力法则是依据钢轨内应力的变化会引起钢轨某些物理参量变化的原理，通过各种测量物理参量变化的钢轨内应力测试仪以测量和标定某种物理量与应力之间的定量关系，达到间接测量钢轨温度应力的目的，主要检测方法有x射线法、超声波法、磁弹性法和磁噪声法等。。
5.上述现有技术中的应变法和应力法中的大部分实际锁定轨温检测设备仍需手动操作，工务段操作人员重复作业性大、作业效率得不到保证。随着高速铁路的发展，面对长大桥上无缝线路一桥多点的实际锁定轨温检测以及极端环境条件下无缝线路实际锁定轨温检测需求，如何有效地实现自动化锁定轨温成为一个亟待解决的问题。


技术实现要素：

6.本发明的实施例提供了一种基于超声波的无缝线路锁定轨温自动检测设备及使用方法，以实现有效地测量无缝线路的实际锁定轨温。
7.为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
8.根据本发明的一个方面，提供了一种基于超声波的无缝线路锁定轨温自动检测设备，包括：车体框架板、传输控制模块、电池驱动模块、测量采集模块和处理器；
9.所述电池驱动模块包括在车体框架板的顶面固定安装的蓄电池，蓄电池向外提供电力，所述蓄电池的一侧固定安装测量采集模块中的数据采集仪，所述数据采集仪通过数据采集通道来采集数据，数据采集仪的上方固定安装处理器，所述处理器接收并处理数据采集仪传输过来的数据，计算出钢轨实际锁定轨温，通过传输控制模块中的无线通讯装置将钢轨实际锁定轨温远程传输至终端。
10.优选地，所述设备还包括自动行走模块，所述自动行走模块包括在所述车体框架板两侧安装的四个轮毂电机，轮毂电机与蓄电池连接，设备前进方向左侧的轮毂电机的内侧固定安装有磁电式转速传感器，磁电式转速传感器通过测量车轮转速计算出设备行驶距
离。
11.优选地，所述测量采集模块包括测量仪器盒，该测量仪器盒的内侧前方顶部固定安装有升降电机，升降电机与耦合剂容器的开关接触，耦合剂容器通过耦合剂安装框架固定在测量仪器盒的底部，耦合剂铺管与耦合剂容器连接，控制升降电机上下运动，进而控制耦合剂容器的开关，控制耦合剂容器在钢轨上的铺设。
12.优选地，所述测量仪器盒内中间顶部固定安装有伸缩杆和驱动电机，伸缩杆与升降杆连接，控制测量仪器盒的升降，升降杆与超声换能仪器安装楔块固定连接；
13.超声换能发射器和超声换能接收器都与超声换能仪器安装楔块连接，通过测量超声波在钢轨表面的传播时长计算出应力值；光电测距传感器固定安装在超声换能发射器的安装楔块上，通过测量与钢轨表面的距离使得超声换能仪器的安装楔块与钢轨的表面接触；红外温度测量仪固定安装在测量仪器盒的内侧底部，测量钢轨的实际轨温。
14.根据本发明的另一个方面，提供了一种所述基于超声波的无缝线路锁定轨温自动检测设备的使用方法，包括：
15.将设备放置在钢轨上，轮毂电机驱动设备行驶到测量点区域前1m处，升降电机向下运动打开耦合剂容器的开关，耦合剂通过耦合剂铺管铺设在钢轨表面上，小车继续前进1m至测量点，升降电机上升使得耦合剂容器开关关闭，停止铺设耦合剂，测量仪器盒中的伸缩杆通过驱动电机开始向下伸长，通过升降杆带动超声换能仪器向下运动；
16.光电测距传感器开始运行，当光电测距传感器测量的下降高度使得超声换能仪器安装楔块与钢轨完全接触时，驱动电机停止运行，将超声换能发射器与超声换能接收器通过超声换能仪器安装楔块固定在钢轨的轨面处，超声换能仪器安装楔块与钢轨之间铺有耦合剂，超声换能发射器发出临界折射纵波，在钢轨表面纵向传播，超声换能接收器接收折射纵波，通过记录超声波到达两路超声换能接收器的时刻，计算出时间差，消除超声波发射和接收的信号延时时间，进而计算出对应的钢轨应力值；
17.数据采集仪通过红外温度测量仪测量出钢轨的温度值，将温度值传输到处理器，处理器根据所述温度值和钢轨应力值按照预先设置的算法计算出测点的钢轨的实际锁定轨温，将实际锁定轨温通过无线通讯装置传输至终端。
18.由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明方法具备自动行走模块及自动测量采集模块，采集者可远程控制检测设备开始和停止工作，节省了人力物力，可以解决在无缝线路实际锁定轨温自动化检测的技术问题。
19.本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本发明提供的一种基于超声波的无缝线路锁定轨温自动检测设备整体结构示意图；
22.图2为本发明提供的一种基于超声波的无缝线路锁定轨温自动检测设备的传输控制模块、电池驱动模块的示意图；
23.图3为本发明提供的一种基于超声波的无缝线路锁定轨温自动检测设备走行模块的示意图；
24.图4为本发明提供的一种基于超声波的无缝线路锁定轨温自动检测设备测量模块的示意图；
25.图中编号：1、钢轨；2、车体框架板；3、蓄电池；4、处理器；5、数据采集仪；6、测量模块；7、轮毂电机；8、磁电式转速传感器；601、测量仪器盒；602、升降电机；603、伸缩杆；604、驱动电机；605、耦合剂安装框架；606、耦合剂容器；607、耦合剂铺管；608、超声换能发射器；609、超声换能仪器安装楔块；610、光电测距传感器；611、升降杆；612、超声换能接收器；613、红外温度测量仪。
具体实施方式
26.下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
27.本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
28.本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
29.为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。
30.本发明实施例提供的一种基于超声波的无缝线路锁定轨温自动检测设备整体结构参见图1所示，包括车体框架板、传输控制模块、电池驱动模块、自动行走模块、测量采集模块和处理器。
31.图2为本发明提供的一种基于超声波的无缝线路锁定轨温自动检测设备的传输控制模块、电池驱动模块的示意图。参见图2所示，传输控制模块和电池驱动模块包括车体框架板2顶面固定安装的蓄电池3，蓄电池3向外提供电力，蓄电池3的一侧固定安装数据采集仪5，测量采集模块中的数据采集仪5通过数据采集通道来采集数据，数据采集仪5的上方固定安装有处理器4，处理器4接收数据采集仪5的数据，并按照预先设置好的算法进行数据处理，计算出钢轨实际锁定轨温，通过传输控制模块的无线通讯装置将钢轨实际锁定轨温远程传输至终端，采集者可远程控制检测设备开始和停止工作。
32.图3为本发明提供的一种基于超声波的无缝线路锁定轨温自动检测设备走行模块的示意图。参见图3所示，自动行走模块包括框架板2两侧安装的四个轮毂电机7，轮毂电机7与蓄电池3连接，为设备提供动力。设备前进方向左侧的轮毂电机7内侧固定安装有磁电式转速传感器8，通过测量车轮转速来计算出设备行驶距离。
33.图4为本发明提供的一种基于超声波的无缝线路锁定轨温自动检测设备的测量采集模块的示意图。参见图4所示，测量采集模块包括测量仪器盒601，测量仪器盒601的内侧前方顶部固定安装有升降电机602，升降电机602与耦合剂容器606的开关接触，耦合剂容器606通过耦合剂安装框架605固定在测量仪器盒601的底部，耦合剂铺管607与耦合剂容器606连接，控制升降电机602上下运动，来控制耦合剂容器606的开关，进而控制耦合剂容器606在钢轨1上的铺设。
34.测量仪器盒601内中间顶部固定安装有伸缩杆603和驱动电机604，伸缩杆603与升降杆611连接，控制测量仪器升降，升降杆611与超声换能仪器安装楔块609固定连接，超声换能发射器608和超声换能接收器612与超声换能仪器安装楔块609连接，通过测量超声波在钢轨1表面的传播时长计算出应力值，光电测距传感器610固定安装在超声换能发射器608的安装楔块上，通过测量与钢轨1表面的距离使得超声换能仪器安装楔块609与钢轨1的表面接触，红外温度测量仪613固定安装在测量仪器盒601的内侧底部，测量钢轨1的实际轨温。
35.上述基于超声波的无缝线路锁定轨温自动检测设备的工作原理包括：使用时，将设备放置在钢轨1上，打开蓄电池，在远程终端输入测量点的里程，完成后轮毂电机7会驱动设备自动行驶到测量点的区域。行驶至测量点区域前1m时，设备停止，升降电机2向下运动打开耦合剂容器606的开关，设备继续前进1m到达指定测量点，耦合剂通过耦合剂铺管607铺设在钢轨表面上。当设备到达指定测量点时，设备停止，升降电机602上升使得耦合剂容器开关关闭，停止铺设耦合剂，测量仪器盒601中的伸缩杆603通过驱动电机604开始向下伸长，通过升降杆611带动超声换能仪器向下运动。同时光电测距传感器开始运行，当测量的下降高度使得超声换能仪器安装楔块609与钢轨1完全接触时，驱动电机604停止运行，此时，超声换能发射器608与超声换能接收器612均已通过超声换能仪器安装楔块609固定在钢轨1的轨面处，超声换能仪器安装楔块609与钢轨1之间铺有耦合剂。超声换能发射器608发出临界折射纵波，在钢轨1表面纵向传播，超声换能接收器612接收折射纵波，通过记录超声波到达两路超声换能接收器612的时刻，计算出时间差，消除超声波发射和接收的信号延时时间，进而计算出对应的钢轨应力值。红外温度测量仪613测量出钢轨1的实际温度。检测结果被数据采集仪5接收，传输到处理器4，按照预先设置的算法计算出测点的钢轨1的实际锁定轨温，并通过无线通讯装置传输至终端。轮毂电机7驱动设备前往下一个测量点进行工作。
36.综上所述，本发明实施例的基于超声波的无缝线路锁定轨温自动检测设备具备自动行走模块及自动测量采集模块，采集者可远程控制检测设备开始和停止工作，节省了人力物力。
37.本发明设备采用了一个超声换能发射器和两个超声换能接收器，提高了测量精度，可以解决在无缝线路实际锁定轨温自动化检测的技术问题。本发明设备具有自动走行和自动测量钢轨实际锁定轨温的功能，可大大节省人力物力并提高测量效率。所基于的超
声波测量方法可以有效提高测量精度。未来在长大桥上的无缝线路锁定轨温测量以及钢轨服役性能检测中都能发挥重要作用。
38.本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
39.通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
40.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
41.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种基于超声波的无缝线路锁定轨温自动检测设备，其特征在于，包括：车体框架板、传输控制模块、电池驱动模块、测量采集模块和处理器；所述电池驱动模块包括在车体框架板的顶面固定安装的蓄电池，蓄电池向外提供电力，所述蓄电池的一侧固定安装测量采集模块中的数据采集仪，所述数据采集仪通过数据采集通道来采集数据，数据采集仪的上方固定安装处理器，所述处理器接收并处理数据采集仪传输过来的数据，计算出钢轨实际锁定轨温，通过传输控制模块中的无线通讯装置将钢轨实际锁定轨温远程传输至终端。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括自动行走模块，所述自动行走模块包括在所述车体框架板两侧安装的四个轮毂电机，轮毂电机与蓄电池连接，设备前进方向左侧的轮毂电机的内侧固定安装有磁电式转速传感器，磁电式转速传感器通过测量车轮转速计算出设备行驶距离。3.根据权利要求1或者2所述的设备，其特征在于，所述测量采集模块包括测量仪器盒，该测量仪器盒的内侧前方顶部固定安装有升降电机，升降电机与耦合剂容器的开关接触，耦合剂容器通过耦合剂安装框架固定在测量仪器盒的底部，耦合剂铺管与耦合剂容器连接，控制升降电机上下运动，进而控制耦合剂容器的开关，控制耦合剂容器在钢轨上的铺设。4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述测量仪器盒内中间顶部固定安装有伸缩杆和驱动电机，伸缩杆与升降杆连接，控制测量仪器盒的升降，升降杆与超声换能仪器安装楔块固定连接；超声换能发射器和超声换能接收器都与超声换能仪器安装楔块连接，通过测量超声波在钢轨表面的传播时长计算出应力值；光电测距传感器固定安装在超声换能发射器的安装楔块上，通过测量与钢轨表面的距离使得超声换能仪器的安装楔块与钢轨的表面接触；红外温度测量仪固定安装在测量仪器盒的内侧底部，测量钢轨的实际轨温。5.一种权利要求1至4任一项所述的基于超声波的无缝线路锁定轨温自动检测设备的使用方法，其特征在于，包括：将设备放置在钢轨上，轮毂电机驱动设备行驶到测量点区域前1m处，升降电机向下运动打开耦合剂容器的开关，耦合剂通过耦合剂铺管铺设在钢轨表面上，小车继续前进1m至测量点，升降电机上升使得耦合剂容器开关关闭，停止铺设耦合剂，测量仪器盒中的伸缩杆通过驱动电机开始向下伸长，通过升降杆带动超声换能仪器向下运动；光电测距传感器开始运行，当光电测距传感器测量的下降高度使得超声换能仪器安装楔块与钢轨完全接触时，驱动电机停止运行，将超声换能发射器与超声换能接收器通过超声换能仪器安装楔块固定在钢轨的轨面处，超声换能仪器安装楔块与钢轨之间铺有耦合剂，超声换能发射器发出临界折射纵波，在钢轨表面纵向传播，超声换能接收器接收折射纵波，通过记录超声波到达两路超声换能接收器的时刻，计算出时间差，消除超声波发射和接收的信号延时时间，进而计算出对应的钢轨应力值；数据采集仪通过红外温度测量仪测量出钢轨的温度值，将温度值传输到处理器，处理器根据所述温度值和钢轨应力值按照预先设置的算法计算出测点的钢轨的实际锁定轨温，将实际锁定轨温通过无线通讯装置传输至终端。

技术总结
本发明提供了一种基于超声波的无缝线路锁定轨温自动检测设备及使用方法。该设备包括：车体框架板、传输控制模块、电池驱动模块、测量采集模块和处理器；电池驱动模块包括在车体框架板的顶面固定安装的蓄电池，蓄电池向外提供电力，蓄电池的一侧固定安装测量采集模块中的数据采集仪，数据采集仪通过数据采集通道来采集数据，数据采集仪的上方固定安装处理器，处理器接收并处理数据采集仪传输过来的数据，计算出钢轨实际锁定轨温，通过传输控制模块中的无线通讯装置将钢轨实际锁定轨温远程传输至终端。本发明设备具备自动行走模块及自动测量采集模块，采集者可远程控制检测设备开始和停止工作，节省了人力物力。节省了人力物力。节省了人力物力。


技术研发人员：高亮 黄仪博 王萌萌 杨明眉 张雅楠 丁家萱 钟阳龙
受保护的技术使用者：北京交通大学
技术研发日：2023.01.28
技术公布日：2023/5/11