示螺栓所在的具体路段；
控制电路模块连接轨道继电器，在无螺栓松动时，该电路闭合，铁轨系统正常运行；在螺栓松动导致轨道光纤被割断后，该电路开路，铁轨系统也停止运行；
所述轨道光纤因每隔数十或数百米即为一监测单元，传输距离较短，可选择多模光纤，价格便宜，便于大规模铺设。
[0034]所述割断装置中可选弹性系数较大的合金弹性片和劲度系数较大的弹簧。
[0035]一种监测铁路轨道螺栓松动的监测方法，其特征在于，包括以下步骤:
步骤一、沿铁轨螺栓部分逐一安装简易割断装置；
步骤二、将光纤穿过割断装置铺设在铁轨上；
步骤三、采用激光发射模块发出光信号，该光信号注入光纤的一端；
步骤四、光信号从光纤的另一端输出至激光接收模块:当螺栓未发生松动时，激光接收模块将光信号转换为电信号输出至电磁继电器；当螺栓发生松动时，光纤被割断装置割断，电磁继电器接收不到电信号； 步骤五、当电磁继电器接收到电信号时，输出高电平至控制电路:当控制电路接收到高电平时，控制铁轨系统正常运行；当未接到高电平时，控制铁轨系统停止运行；
步骤六、当电磁继电器未接收到电信号时，输出高电平至报警电路，进行报警。
[0036]所述割断装置是通过以下步骤制作而成的:
A、提供U形弹性片；
B、在U形弹性片的中心设置刀片，U形弹性片上对称开有一对使得弹性片可以相对螺栓滑动的孔；在弹性片的中心位置焊接一个矩形刀片(刀片可以较宽，以便在光纤发生轻微错位的时候，仍能够及时、有效地割断光纤);
C、螺栓中的螺杆穿过该一对孔固定在轨道上且位于两孔之间的螺杆上设有弹簧。
[0037]割断装置是通过如下方法设计和计算得到的:
A、弹性片中间对称地挖出弹性片可以相对螺栓滑动的槽，槽的直径恰好等于螺栓直径，槽的长度为L，当弹性片的槽的末端滑到螺栓时，弹性片一侧与水平位置的倾角为a，则D=L^cosa即为刀片移动的最大位移；
B、设刀片到螺栓的距离为d，光纤直径为2R，则需满足条件D>d+2R;
C、设螺栓螺纹长度为S，则可根据铁路方对于铁路安全的要求，设置在螺丝松动距离达到t，一般至少设定t〈s/3时的某一值t0，可实现光纤的割断。
[0038]所述一对孔是相同尺寸的椭圆形孔，所述刀片为矩形刀片。
[0039]如图5所示是螺栓松动后效果图，根据铁路安全性要求，设光纤到刀片的距离为d，螺栓松动的距离达到可能造成危险的最低值h时，割断装置横向位移为d’，应满足条件d’ >d,确保此时光纤能被割断。
[0040]为了保持弹性元件的恢复力度，在对折压向弹性片时，在其中间添加一轻质且劲度系数较大的弹簧，当螺栓松动时，弹簧的恢复力能将螺栓松动程度进一步扩大，既利于割断装置的工作，又提高了监测的灵敏度和及时性；
控制电路是通过以下步骤设计和计算获得:
A、电路所需电压可以从轨道供电系统中接入，注意光电二极管工作在反向偏压状态下；
B、将光电二极管与一个电磁继电器串联，电磁继电器一端是报警电路，另一端是控制轨道电路是否闭合的电路；
C、在ro接收到光时，PD中有较大的光电流I，电磁继电器向下闭合，轨道电路通畅，报警电路为开路；当ro上没有光时，控制电路中电流几乎为零，电磁继电器断开，轨道电路开路，报警电路闭合；
D、上述的光电二极管的选择和保护电阻的阻值挑选均可结合接入的电源电压大小和电磁继电器的消耗功率等计算得到。
[0041]控制电路链接轨道继电器，在无螺栓松动时，该电路闭合，铁轨系统正常运行；在螺栓松动导致轨道光纤被割断后，该电路开路，铁轨系统也停止运行；
本发明的一种铁路轨道螺栓松动的监测方法，具体如下:
步骤一、选择材料，制作并安装割断装置；
步骤二、将光纤沿轨道穿过割断装置铺设在铁路轨道上；
步骤三、根据本次铁路方要求，以每50米为一监测单元。因而在光纤每50米的始端接一个发光二极管(LED)，末端接一个光电二极管(PD)，由于收发距离较短，中间不需要添加信号放大器；且由于普通LED的功率在0.05W，大功率LED可以达到1W、2W、甚至数十瓦；普通H)的接受光功率不超过0.15W，因而可以选择普通的LED发光二极管和H)结合实用，二者价格低廉，使用寿命均较长。
[0042]步骤四、将ro连入系统处理电路，其中包含报警器电路和控制铁轨正常运行的铁轨继电器电路，并将报警电路接入系统总台监测主机，以具体判断轨道出状况的路段；
步骤五、本系统中的电源可以从铁路系统中接入，由于LED工作电压在几伏到十几伏不等，需要经变压器将铁轨系统中的电压变压，并在电路中加入合适的保护电阻；
步骤六、检查，LED发出稳定激光，当光纤完好时，系统处于导通状态，PD能接收稳定的激光光信号，电路中电流较大，电磁继电器向下吸合，报警电路开路，铁轨电路闭合；
步骤七、当铁轨螺栓发生松动，割断装置割断光纤，此时光纤中无光通过，电路中电流几乎为零，电磁继电器断开，报警电路闭合，发生报警，轨道电路开路；
图6a是割断装置的正视图，图6b是割断装置的俯视图，图6c是割断装置的俯视图。图7是弹性片的示意图，左右对称的两个供螺栓滑动的圆孔，中间为刀片。
[0043]图8是系统的处理电路图，处理电路是通过如下方法设计和计算得到的:
A、接入的系统电源为U,在正常接收到光的条件下，设ro产生的光电流为?ο，此电流切好能使电磁继电器稳定闭合；
B、当ro接收不到光，PD中的暗电流Id很小，几乎为零，电磁继电器断开。
[0044]本发明提出的目的是利用光纤的传输特性，当铁路轨道螺栓发生松动时，割断装置中的弹性片和弹簧因需要恢复自身弹性形变而带动刀片割断光纤，通过光电二极管ro能否接收到光信号达到监测螺栓是否松动的目的。通过这种实时监测，缩小铁路工人的工作范围，减轻工作量，便于系统、及时地对轨道螺栓状况进行监测和修理，且该系统及其中的装置设计制作过程简单、价格低廉，便于大规模地制作和投入使用，是为现代高度发达的铁路运输业提供安全性保障的重要手段。
【主权项】
1.一种监测铁路轨道螺栓松动的监测系统，其特征在于，包括激光发射模块、轨道光纤、割断装置、激光接收模块、处理电路模块，所述处理电路模块包括一个电磁继电器、报警电路模块和用于控制铁轨系统的控制电路模块；其中， 激光发射模块，用于输出光信号至轨道光纤； 割断装置，用于当螺栓松动时，割断轨道光纤； 轨道光纤，用于当轨道光纤未被割断时，传输光信号至激光接收模块； 激光接收模块，用于当接收到光信号时，将光信号转换为电信号输出至电磁继电器；电磁继电器，当接收到电信号时，输出高电平至控制电路模块；当未接收到电信号时，输出高电平至报警电路模块； 控制电路模块，连接轨道继电器，当接收到高电平时，控制铁轨系统正常运行；当未接到高电平时，控制铁轨系统停止运行； 报警电路模块，用于当接收到高电平时，则判断螺栓发生松动，发出报警。
2.根据权利要求1所述的一种监测铁路轨道螺栓松动的监测系统，其特征在于，所述割断装置包括刀片、U形弹性片，刀片设置在U形弹性片的中心，U形弹性片上对称开有一对使得弹性片可以相对螺栓滑动的孔，螺栓中的螺杆穿过该一对孔且位于两孔之间的螺杆上设有弹簧。
3.根据权利要求2所述的一种监测铁路轨道螺栓松动的监测系统，其特征在于，所述弹性片为金属弹性片。
4.根据权利要求1所述的一种监测铁路轨道螺栓松动的监测系统，其特征在于，所述激光发射模块为发光二极管。
5.根据权利要求4所述的一种监测铁路轨道螺栓松动的监测系统，其特征在于，所述发光二极管的供电电压在6-24V之间。
6.根据权利要求1所述的一种监测铁路轨道螺栓松动的监测系统，其特征在于，所述激光接收模块为光电二极管，光电二极管为点接触型二极管。
7.根据权利要求1所述的一种监测铁路轨道螺栓松动的监测系统，其特征在于，所述轨道光纤为多模光纤。
8.一种监测铁路轨道螺栓松动的监测方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一、在螺栓上安装割断装置； 步骤二、将光纤穿过割断装置铺设在铁轨上； 步骤三、采用激光发射模块发出光信号，该光信号注入光纤的一端； 步骤四、光信号从光纤的另一端输出至激光接收模块:当螺栓未发生松动时，激光接收模块将光信号转换为电信号输出至电磁继电器；当螺栓发生松动时，光纤被割断装置割断，电磁继电器接收不到电信号； 步骤五、当电磁继电器接收到电信号时，输出高电平至控制电路:当控制电路接收到高电平时，控制铁轨系统正常运行；当未接到高电平时，控制铁轨系统停止运行； 步骤六、当电磁继电器未接收到电信号时，输出高电平至报警电路，进行报警。
9.根据权利要求8所述的一种监测铁路轨道螺栓松动的监测方法，其特征在于，所述割断装置是通过以下步骤制作而成的: A、提供U形弹性片； B、在U形弹性片的中心设置刀片，U形弹性片上对称开有一对使得弹性片可以相对螺栓滑动的孔； C、螺栓中的螺杆穿过该一对孔固定在轨道上且位于两孔之间的螺杆上设有弹簧。
10.根据权利要求9所述的一种监测铁路轨道螺栓松动的监测方法，其特征在于，所述一对孔是相同尺寸的椭圆形孔，所述刀片为矩形刀片。
【专利摘要】本发明公开了一种铁路轨道螺栓松动的监测系统，包括激光发射模块、轨道光纤、割断装置、激光接收模块、处理电路模块，所述处理电路模块包括一个电磁继电器、报警电路模块和用于控制铁轨系统的控制电路模块；割断装置，在螺栓松动的时候割断光纤。当铁轨螺栓发生松动时，割断装置割断光纤，激光接收模块接收不到光信号，实现报警，同时切断铁轨继电器电路。本发明还公开了一种铁路轨道螺栓松动的监测方法，本发明可实现铁轨中螺栓的松动情况的实时和系统地监测，而且设计制作过程简单、价格低廉，便于大规模地制作和投入使用。
【IPC分类】B61K9-00
【公开号】CN104608795
【申请号】CN201510048019
【发明人】李密, 陈媛, 张旭苹, 宋跃江, 路元刚
【申请人】南京大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年1月29日