断轨监测系统装置的制造方法
【专利摘要】本专利涉及铁路安全监测设备，具体为一种断轨监测系统装置。检测分机内微控制单元MCU连接DA正弦波发生器，DA正弦波发生器的输出端通过数字滤波模块连接功率放大模块，功率放大模块通过变压器隔离输送到钢轨；检测主机由耦合变压器通过滤波器连接锁相放大器，锁相放大器通过积分电路连接AD转换电路；检测主机数量为2，检测分机数量为1。本系统设备，对铁轨监控及时、准确、大幅度降低人工成本。
【专利说明】
断轨监测系统装置
技术领域
[0001]本专利涉及铁路安全监测设备，具体为一种断轨监测系统装置。
【背景技术】
[0002]铁轨在运行中收到列车的冲击出现断轨的可能是有的，若不能及时发现报警更换容易造成严重的铁路事故。断轨的发生也很突然，难以及时监测。目前的铁路安全监测需要大量的工作人员定时巡检铁道，其人工耗费很大，人力监测其准确性也存在严重的不稳定性。在人工成本日益高涨的背景下，开发一套准确、快速、低成本的断轨设备需求很强烈。
【发明内容】
[0003]本专利针对以上技术问题，提供一种断轨监测系统装置，利用单频移相正弦波检测信号快速准确监测铁轨状态，降低事故发生率，降低监测成本。
[0004]本专利的具体技术方案如下:
[0005]断轨监测系统装置，由检测分机、检测主机组成，其特征在于:检测分机内微控制单元M⑶连接DA正弦波发生器，DA正弦波发生器的输出端通过数字滤波模块连接功率放大模块，功率放大模块通过变压器隔离输送到钢轨;检测主机由耦合变压器通过滤波器连接锁相放大器，锁相放大器通过积分电路连接AD转换电路;检测主机数量为2，检测分机数量为I，防雷模块、太阳能发电模块向检测分机、检测主机提供电源。
[0006]具体使用中，一发二收，一个检测区段一个发送，两个接收。发送位于B点，在A点和C点接收。将钢轨划分为若干个SKm检测区段，每个检测区段中部安装信号发送装置，发送420(370)Hz单频移相正弦波检测信号，每两秒发送一次，每次持续时间2秒。相邻区间信号采用不同频率隔离。当发射装置发出信号后，信号沿着钢轨向左右传播。
[0007]当检测区段无车占用，在钢轨完好和断裂时，接收装置接收到的电压大小不同。检测电路采集钢轨完好和断轨时的电压信号幅度大小，并通过GPRS传输到车站监控机来判断钢轨是否折断。如果遇到断轨，接收装置接收到的信号幅度明显减少。
[0008]由于采用电池供电，发送信号采用间歇发送，2秒发送，2秒睡眠模式。因此需要对信号进行数字移相，确保接收端能够同相。
[0009]检测分机每4秒采集轨温及电池电压和发送电平，如变化较大，通过无线上传上位机。
[0010]信号经放大、滤波及锁相放大后送MCU，经AD转换、数字滤波，判断是否有断轨发生。如有，将通过无线上传上位机。每当接收电平、电池电压和轨温变化较大时，也将通过无线上传。
[0011 ]上位机实现过车识别，断轨报警等功能。每当有断轨发生时，系统自动弹出报警框并语音提示。同时，系统将该信息传至工务生产管理系统。
[0012]通过数据库与生产管理系统接口，断轨报警、设备状态在生产管理系统中得到同步更新。
【附图说明】
[0013]图1为本专利结构示意图。
[0014]图2为本专利中单频移相正弦波检测信号发生器的结构示意图。
[0015]图3为本专利中单频移相正弦波检测信号接受器的结构示意图。
[0016]其中，I——检测分机、2——检测主机、3——铁轨、4——放大模块、5——AD转换模块、6—一数字滤波模块、7—一滤波器、8—一锁相放大器、9一一积分电路。
【具体实施方式】
[0017]下面结合【具体实施方式】对本专利作进一步说明。
[0018]断轨监测系统装置，由检测分机、检测主机组成，其特征在于:检测分机内微控制单元M⑶连接DA正弦波发生器，DA正弦波发生器的输出端通过数字滤波模块连接功率放大模块，功率放大模块通过变压器隔离输送到钢轨;检测主机由耦合变压器通过滤波器连接锁相放大器，锁相放大器通过积分电路连接AD转换电路;检测主机数量为2，检测分机数量为I，防雷模块、太阳能发电模块向检测分机、检测主机提供电源。
[0019]钢轨完好与折断时，信号应有明显变化；在电气化干扰条件下能正确识别信号源。
[0020]首先应选择合适的信号频率，信号传道检测端时尽可能衰减小。在使用电信号检测断轨时，由于钢轨每米等效电感十多毫亨，而每公里钢轨与道床泄漏电阻0.6欧姆。如果选择频率f=20Khz，则每公里钢轨阻抗Z = 2pifL=2 X 3.14 X 20 X 1000 X 0.01 X 1000 Ω =1.3ΜΩ，如果信号源12V，接收端电平十个微伏，电气化区段很难处理。因此系统信号源采用420Hz频率，在4公里处信号能达几百毫伏;其次检测不在信号源处进行，而在远离信号源处检测;最后发送信号幅度尽可能大。
[0021 ]要解决第二个问题，需要频率捕获，使用窄带滤波或FFT变换进行频谱分析，可以部分解决问题，对于同频干扰无能为力。信号除频率参数外，还有相位参数。通过检测信号的频率和相位，能大幅度抑制噪声，改善检测信噪比。
[0022]举例，信号源B距检测设备A和C均为2KIIUM⑶通过DA变换产生420Hz/370Hz正弦信号，经滤波整形、功率放大、变压器隔离输送至钢轨。为增加设备可靠性，采用两路输出形式，其中一路备份。信号源空载电压1V，最大2A。
[0023]钢轨信号经变压器耦合，带通滤波，相敏检波、放大，积分电路后进行AD转换。
[0024]信号AD转换后，经数字滤波，获取波形的上峰值和下峰值，计算其差值。根据广木线试验结果，钢轨完好时其值1.54V，在距信号源300m处折断时，信号940mv，钢轨完好和折断信号变化明显。
[0025]供电也可采用有限交流供电，在无条件情况下使用太阳能。检测区间所有设备通过GPRS传到车站分机处理、报警。同时分机数据上传铁路局、工务段、机车。在钢轨轨腰位置钻孔抑O，采用挤压式连接钉，防腐免维护连接线紧固到连接钉上。在更换钢轨时，可有效节约使用成本。
[0026]电池、太阳能板，在没有电源配置地方，根据功耗需求，采用I个12V26Ah蓄电池及太阳能板。
[0027]采用路内标准SMC复合材料XB-1箱(长496mm X宽415mm X高291mm)，具有阻燃、防锈、耐老化、重量轻、绝缘性好，以及抗冲击性强等优点。轨边箱内装监测控制盒，安装于轨道限界外的安全位置。
[0028]2015年4月，在广木线搭建试验平台，K2+400处安装一个接收装置，在K4+100安装发送装置，在K3+100处安装安装绝缘节(模拟钢轨断轨)。结果表明:
[0029]⑴准确率:98%，无漏报。
[0030](2)断轨检测时间:< I分钟，上传时间:< 5分钟。
[0031](3)检测信号:正弦波，频率420(370)Hz，间隔时间2秒
[0032]⑷适应环境温度:-20?60( Γ ) 0
[0033](5)电池容量:12V/24AH。
[0034](6)太阳能板:60W。
[0035]每隔2天对系统参数进行测量，并在上位机观察设备运行情况，每10多天做一次开断试验。
[0036]在成都北机务段试验，检验对机车信号影响，在成都北机务段环线安装一个监测主机和监测分机，观察机车信号显示。结果表明:设备工作与否，机车信号正常。
【主权项】
1.断轨监测系统装置，由检测分机、检测主机组成，其特征在于:检测分机内微控制单元M⑶连接DA正弦波发生器，DA正弦波发生器的输出端通过数字滤波模块连接功率放大模块，功率放大模块通过变压器隔离输送到钢轨;检测主机由耦合变压器通过滤波器连接锁相放大器，锁相放大器通过积分电路连接AD转换电路;检测主机数量为2，检测分机数量为I，防雷模块、太阳能发电模块向检测分机、检测主机提供电源。
【文档编号】B61K9/10GK205417654SQ201620196099
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月15日
【发明人】吴勇, 符长生, 付贤伟, 李宏伟, 刘道强, 鲁成勉, 郑黄松, 郭大贵, 谢长军
【申请人】广汉科峰电子有限责任公司