一种低温防冻检测装置和轨道小车的制作方法

1.本实用新型涉及铁路轨道检测技术领域，尤其是涉及一种低温防冻检测装置和轨道小车。


背景技术：

2.近年来，随着高铁技术的快速发展，人们长途出行的方式开始慢慢由传统的汽车转换为更快更为便捷的高铁，甚至是快递行业也开始慢慢尝试通过铁路来运输一些急件。铁轨的安全与否，枕木的状态正常与否与人民的身心健康，财产安全息息相关，由此对于铁轨的检测显得格外的重要，所以对于轨道的探测维护和保养近几年来被提升到一个比较高的热度。在铁轨的探测中，经常用到的就是轨道小车，轨道小车通常由三部分组成:滚轮，车架，以及操控台。操作员在操控台上控制相应的按钮来使我们的轨道小车运行在一个合适的速度上便于我们相应传感器的采集数据并反馈给相应的mcu(microcontroller unit，微控制单元)进行数据处理和记录。
3.但是，在现有的轨道小车探测中，人们往往忽略了摩擦力这个概念，只是盲目的追求探测精度，例如在传统火车上通常有一节喷砂口，它的目的其实也就是增大和滑轨的摩擦力避免事故的发生，参见图1所示为本实用新型实施例提供的一种轨道小车车轮和车轨连接示意图；由于轨道小车体积不大且重量也适中，所以保持适当温度才是轨道小车增大摩擦力的关键途径，目前对于轨道的探测大多还只停留在南方，温度相对适中使得大家忽略了温度对于摩擦力的影响，而在诸如青藏铁路，高原地区的铁路往往昼夜温差比较大，温度的影响体现更加明显，尤其是在高原地区由于海拔过高温度比较低导致摩擦力太小，轨道小车因此刹不住导致操作员受伤的情况屡见不鲜。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种低温防冻检测装置和轨道小车，以克服现有技术中存在的低温轨道不能及时发现并因此出现摩擦力太小导致事故频发的技术问题。
5.第一方面，本实用新型实施例提供了一种低温防冻检测装置，包括：温度采集模块，温度控制模块，以及温度补偿模块；温度采集模块，温度控制模块和温度补偿模块依次连接；温度采集模块，用于采集温度的数字信号并将温度的数字信号传输到温度控制模块；温度控制模块，用于基于温度的数字信号确定轨道小车的当前车轮的温度；将当前车轮的温度和预设的温度阈值进行比对，得到比对结果；将比对结果发送至温度补偿模块；温度补偿模块，用于基于比对结果控制轨道小车的加热装置的关闭或启动。
6.在本实用新型较佳的实施例中，温度采集模块包括温度传感器，温度传感器内部集成一个ad转换芯片。
7.在本实用新型较佳的实施例中，温度控制模块由fpga芯片组成，温度控制模块通过fpga芯片设置温度阈值。
8.在本实用新型较佳的实施例中，温度补偿模块由恒流源芯片、通用继电器、电阻组成，通用继电器、恒流源芯片、电阻顺序连接。
9.在本实用新型较佳的实施例中，温度控制模块通过地址总线连接温度采集模块。
10.在本实用新型较佳的实施例中，温度传感器的温度检测范围为-128℃～127℃，温度传感器的精度为0.25℃，温度传感器的刷新率为400us。
11.在本实用新型较佳的实施例中，恒流源芯片为lm317芯片。
12.在本实用新型较佳的实施例中，地址总线的数量为3条。
13.在本实用新型较佳的实施例中，lm317芯片通过adj管脚和轨道小车的加热装置连接。
14.第二方面，本实用新型实施例提供了一种轨道小车，包括：加热装置和低温防冻检测装置，加热装置与低温防冻检测装置的温度补偿模块连接。
15.本实用新型实施例带来了以下有益效果：
16.本实用新型提供了一种低温防冻检测装置和轨道小车，其中低温防冻检测装置包括温度采集模块，温度控制模块，以及温度补偿模块；温度采集模块，温度控制模块和温度补偿模块依次连接；通过温度采集模块来实时感知对应滚轮的温度，温度控制模块获得温度采集模块发来的数据信息，并进行分析和比对后控制温度采集模块对应的温度控制模块io管脚释放一个高电平或者低电平，以此来控制温度补偿模块到加热装置的通断；轨道小车包括低温防冻检测装置和加热装置；本实用新型达到了完全自主完成温度补偿不需要人为干预效果，有效地解决了寒冷高海拔地区轨道探测时，轨道小车滚轮打滑安全事故频发的问题，体积小且高效。
17.本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
18.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
19.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域技术人员来讲，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。
20.图1为本实用新型实施例提供的一种轨道小车车轮和车轨连接示意图；
21.图2为本实用新型实施例提供的一种低温防冻检测装置原理框图；
22.图3为本实用新型实施例提供的另一种低温防冻检测装置原理框图；
23.图4为本实用新型实施例提供的低温防冻检测装置中温度传感器与mcu的原理接线图；
24.图5为本实用新型实施例提供的一种温度补偿模块原理接线图；
25.图6为本实用新型实施例提供的一种轨道小车的原理框图。
26.图标：100-低温防冻检测装置；1-温度采集模块；2-温度控制模块；3-温度补偿模
块；4-温度传感器；5-加热装置；1000-轨道小车。
具体实施方式
27.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
28.目前在现有的轨道小车探测中，人们往往忽略了摩擦力，只是盲目的追求探测精度，对于轨道的探测大多还只停留在南方，温度相对适中使得大家忽略了温度对于摩擦力的影响；
29.因此我们对轨道小车加装了温度传感器以及相应的升温电路通过温度补偿的办法来保持滑轨和车轮之间的摩擦力相对不变，这样的处理办法不仅能够使得轨道小车的速度相对恒定，便于提升我们采集数据的精度，更能在一定程度上保护我们操作人员的安全。
30.基于此，本实用新型实施例提供了一种低温防冻检测装置，通过温度采集模块将车轮温度转换为一个数字信号给mcu进行判断，若温度过低则会控制加热装置对车轮进行加热，以克服因低温下车轮和滑轨之间摩擦系数低，轨道小车行驶存在安全隐患的缺陷。
31.实施例一：
32.本实用新型实施例提供了一种低温防冻检测装置，参见图2所示的一种低温防冻检测装置原理框图，该低温防冻检测装置包括：温度采集模块1、温度控制模块2、以及温度补偿模块3；温度采集模块1，温度控制模块2和温度补偿模块3依次连接；
33.温度采集模块，用于采集温度的数字信号并将温度的数字信号传输到温度控制模块；温度控制模块，用于基于温度的数字信号确定轨道小车的当前车轮的温度；将当前车轮的温度和预设的温度阈值进行比对，得到比对结果；将比对结果发送至温度补偿模块；温度补偿模块，用于基于比对结果控制轨道小车的加热装置的关闭或启动。
34.其中温度采集模块主要有温度传感器构成，包括不限于以下四种温度传感器任意一种：热电偶、电阻温度检测器、热敏电阻和基于半导体的集成电路；当温度传感器采集的是模拟信号，则将所述模拟信号输入到数模转换模块中进行转换，以便输出数字信号，并将所述数字信号传输到所述温度控制模块中。
35.其中温度控制模块通过比对温度采集模块传输过来的温度信号与温度控制模块内预设的温度阈值，判断启动或关闭温度补偿模块；具体为，当温度采集模块传输过来的温度信号小于或等于控制模块内预设的温度阈值时，则启动温度补偿模块；当温度采集模块传输过来的温度信号大于控制模块内预设的温度阈值时，则关闭温度补偿模块。
36.温度补偿模块连接有对车轮进行加热的加热装置，通过输出稳定的电流来驱动端口加热装置。
37.本实用新型提供了一种低温防冻检测装置，其中低温防冻检测装置包括温度采集模块，温度控制模块，以及温度补偿模块；温度采集模块，温度控制模块和温度补偿模块依次连接；通过温度采集模块来实时感知对应滚轮的温度，温度控制模块获得温度采集模块发来的数据信息，并进行分析和比对后控制温度采集模块对应的温度控制模块io管脚释放一个高电平或者低电平，以此来控制温度补偿模块到加热装置的通断；轨道小车包括低温
防冻检测装置和加热装置；本实用新型达到了完全自主完成温度补偿不需要人为干预效果，有效地解决了寒冷高海拔地区轨道探测时，轨道小车滚轮打滑安全事故频发的问题。
38.实施例二：
39.本实用新型实施例提供了另一种低温防冻检测装置，参见图3所示的另一种低温防冻检测装置的原理框图，温度采集模块包括温度传感器，温度传感器内部集成一个ad转换芯片，用于将温度传感器所采集的模拟信号转换为数字信号。采用8个ad7416传感器分别对车轮、车机进行测温，参见图4所示的低温防冻检测装置中温度传感器与mcu的原理接线图，具体地在实施例中mcu通过3根地址总线来控制多路ad7416以保证对每个车轮、车机以及多个外设的温度进行测量，以使得车轮和车机都保持在一个最佳工作的状态。在本实用新型实施例中ad7416传感器的范围为-128℃～127℃，精度为0.25℃且刷新率为400us，较快的刷新速率以及较低的温度误差使得我们的轮间温度误差达到最低。
40.需要说明的是ad7416是一款基于i2c(inter-integrated circuit，双向二线制同步串行总线)通信协议的一个sensor，ad7416内部集成了一个10bit的ad转换芯片能够将环境温度这个模拟量转换为一个数字量，使得温度控制模块中的fpga(field programmable gate array，现场可编程逻辑门阵列)能够读取外界温度信息，具体为对ad7416片内寄存器可进行高/低温度门限的设置，当温度超过设置门限时，过温漏级开路指示器(oti)将输出有效信号，进而fpga通过i2c总线接口对ad7416的内部寄存器进行读/写来实现。
41.其次i2c总线的优点也就是其能够外挂多个i2c设备，只需要给与相应设备的地址即能和目的设备进行通信。
42.温度控制模块由fpga芯片组成，温度控制模块通过fpga芯片设置温度阈值。具体到本实用新型实施例，温度阈值设定为25℃，在进行实际的温度补偿过程中，具体的本实用新型实施例中fpga控制部分通过基于ad7416采集的温度数字信号确定轨道小车的当前车轮的温度；并将当前车轮的温度和预设的温度阈值进行比对，得到比对结果；将比对结果发送至温度补偿模块；在此我们设定的车轮阈值温度是25℃，也就是当车轮阈值温度超过25℃时温度补偿模块关闭，低于25℃时温度补偿模块开始工作，本实施例中温度误差能保持在0.25℃左右。
43.在本实用新型实施例中温度补偿模块由恒流源芯片、通用继电器、电阻组成，通用继电器、恒流源芯片、电阻顺序连接。具体到本实用新型实施例，恒流源芯片为lm317芯片，lm317芯片通过adj管脚和轨道小车的加热装置连接，参见图5所示的一种温度补偿模块原理接线图；
44.通用继电器k1即aldp124w的接线端子1与温度控制模块中fpga芯片的io管脚相连，管脚4接地，接线端子2与一个直流电源连接，接线端子3与低压恒流源芯片u1即lm317的3管脚(in)端连接，lm317的2管脚(out)连接u15电阻一端，u15电阻另一端连接电热丝，并连接到lm317的1管脚，lm317的1管脚(adj)端直接与加热装置的电热丝连接，电热丝另一端接地，其中u15电阻选用1欧姆电阻。
45.需要说明的是在本实用新型实施例中采用的是简单高效的恒流源加热电热丝的方案，lm317芯片通过adj管脚和加热装置负载的电热丝连接，使得输出电流稳定在1.25a，通过电流驱动端口负载的电热丝使得其对周围环境进行加热，电热丝缠绕在相应的滚轮上使得能够对滚轮进行均匀加热，当温度传感器捕捉到滚轮温度达到25℃后，驱动fpga给相
应的io脚释放一个高电平关闭继电器则加热装置失去供电即关闭加热装置。
46.本实用新型提供了一种低温防冻检测装置，包括温度采集模块，温度控制模块，以及温度补偿模块；其中，所述温度采集模块包括8个ad7416传感器分别对车轮、车机进行测温，温度控制模块由fpga芯片组成，温度控制模块通过fpga芯片设置温度阈值，温度补偿模块由恒流源芯片、通用继电器、电阻组成。当车轮阈值温度超过25℃时温度补偿模块关闭，低于25℃时温度补偿模块开始工作。本实施例不需要人为干预，就能够实现温度补偿，有效地解决了寒冷高海拔地区轨道探测时，轨道小车滚轮打滑安全事故频发的问题。
47.实施例三：
48.本实用新型实施例提供了一种轨道小车，参见图6所示的一种轨道小车的原理框图，该轨道小车包括：加热装置和低温防冻检测装置，加热装置与低温防冻检测装置的温度补偿模块连接。
49.在本实用新型实施例中，该轨道小车中的低温防冻检测装置包括：温度采集模块，温度控制模块，以及温度补偿模块；温度采集模块，温度控制模块和温度补偿模块依次连接；温度采集模块，用于采集温度的数字信号并将温度的数字信号传输到温度控制模块；温度控制模块，用于基于温度的数字信号确定轨道小车的当前车轮的温度；将当前车轮的温度和预设的温度阈值进行比对，得到比对结果；将比对结果发送至温度补偿模块；温度补偿模块，用于基于比对结果控制轨道小车的加热装置的关闭或启动。
50.温度采集模块包括温度传感器，温度传感器内部集成一个ad转换芯片。在本实用新型实施例中，温度控制模块由fpga芯片组成，温度控制模块通过fpga芯片设置温度阈值。
51.温度补偿模块由恒流源芯片、通用继电器、电阻组成，通用继电器、恒流源芯片、电阻顺序连接。在本实用新型实施例中，温度控制模块通过地址总线连接温度采集模块。
52.其中，温度传感器的温度检测范围为-128℃～127℃，温度传感器的精度为0.25℃，温度传感器的刷新率为400us。
53.恒流源芯片为lm317芯片。
54.地址总线的数量为3条。
55.在本实用新型实施例中，lm317芯片通过adj管脚和轨道小车的加热装置连接。
56.本实用新型实施例提供的低温防冻检测装置，与上述实施例提供的低温防冻检测装置具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。
57.由于轨道小车的特殊性，工作地点的不确定性，各温度传感器的设计目的就是为了保护核心部件工作能达到一个最优的状态，本实用新型实施例通过i2c(inter-integrated circuit，多住从串行总线)总线优势可以捕获四个滚轮以及操作员主控台以及mcu板卡的温度而不消耗更多的资源，为了更好的达到效果并节省空间，在具体实施过程中本实用新型实施例是通过在车轮方面将加热线圈集成在一个盒子里，利用盒子所设计材料良好的导热性对滚轮空间进行加热，而对于操控台和对应的fpga主控部分以及其他外设的传感器采用固定电热丝的方式直接对相应芯片和设备进行加热使其保持在一个最佳工作频率附近，传感器电路高灵敏度低误差与轨道小车各结构结合在一起可以提高芯片的运行状态和测试的精度；
58.在轨道小车中，车轮车机以及相应cmos传感器的最佳工作温度是不定的，我们通过对每一个系统进行一个温度补偿的配置，即通过低压恒流源带动负载电热丝发热的方案
使得电热丝能够持续的加热，由此我们不需要携带一个大的供电设备，只需要将温度补偿模块接在我们的板卡接口上即可工作，在低功耗的情况下解决了我们对温度的诉求，压控继电器的设计使得我们的fpga板卡能够自主控制电路的通断避免人为干预所造成的误差。
59.本实用新型实施例所提供的低温防冻检测装置、方法以及系统的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
60.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
61.在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。
62.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
63.另外，在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
64.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
65.在本技术所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
66.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单元来实现本实施例方案的目的。
67.另外，在本实用新型实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
68.最后应说明的是：以上实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替
换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种低温防冻检测装置，其特征在于，包括：温度采集模块，温度控制模块，以及温度补偿模块；所述温度采集模块，所述温度控制模块和所述温度补偿模块依次连接；所述温度采集模块，用于采集温度的数字信号并将所述温度的数字信号传输到所述温度控制模块；所述温度控制模块，用于基于所述温度的数字信号确定轨道小车的当前车轮的温度；将所述当前车轮的温度和预设的温度阈值进行比对，得到比对结果；将所述比对结果发送至所述温度补偿模块；所述温度补偿模块，用于基于所述比对结果控制所述轨道小车的加热装置的关闭或启动。2.根据权利要求1所述的低温防冻检测装置，其特征在于，所述温度采集模块包括温度传感器，所述温度传感器内部集成一个ad转换芯片。3.根据权利要求1所述的低温防冻检测装置，其特征在于，所述温度控制模块由fpga芯片组成，所述温度控制模块通过所述fpga芯片设置所述温度阈值。4.根据权利要求1所述的低温防冻检测装置，其特征在于，所述温度补偿模块由恒流源芯片、通用继电器、电阻组成，所述通用继电器、恒流源芯片、电阻顺序连接。5.根据权利要求1所述的低温防冻检测装置，其特征在于，所述温度控制模块通过地址总线连接所述温度采集模块。6.根据权利要求2所述的低温防冻检测装置，其特征在于，所述温度传感器的温度检测范围为-128℃～127℃，所述温度传感器的精度为0.25℃，所述温度传感器的刷新率为400us。7.根据权利要求4所述的低温防冻检测装置，其特征在于，所述恒流源芯片为lm317芯片。8.根据权利要求5所述的低温防冻检测装置，其特征在于，所述地址总线的数量为3条。9.根据权利要求7所述的低温防冻检测装置，其特征在于，所述lm317芯片通过adj管脚和所述轨道小车的加热装置连接。10.一种轨道小车，其特征在于，所述轨道小车包括：加热装置和权利要求1-9任一项所述的低温防冻检测装置，所述加热装置与所述低温防冻检测装置的温度补偿模块连接。

技术总结
本实用新型提供了一种低温防冻检测装置和轨道小车，涉及铁路轨道检测技术领域，其中低温防冻检测装置包括温度采集模块，温度控制模块，以及温度补偿模块；温度采集模块，温度控制模块和温度补偿模块依次连接；温度采集模块，用于采集温度的数字信号并将温度的数字信号传输到温度控制模块；温度控制模块，用于基于温度的数字信号确定轨道小车的当前车轮的温度；将当前车轮的温度和预设的温度阈值进行比对，得到比对结果；将比对结果发送至温度补偿模块；温度补偿模块，用于基于比对结果控制轨道小车的加热装置的关闭或启动。本实用新型有效地解决了寒冷高海拔地区轨道探测时，因轨道小车滚轮打滑导致事故频发的问题。道小车滚轮打滑导致事故频发的问题。道小车滚轮打滑导致事故频发的问题。


技术研发人员：范明明 韩景伟 王凯 孙建睿 李峰
受保护的技术使用者：内蒙古中电物流路港有限责任公司赤峰铁路分公司
技术研发日：2022.11.08
技术公布日：2023/5/4