钢轨过渡电阻检测系统及有轨运输交通系统的制作方法

本实用新型涉及物联网技术领域，具体而言，涉及一种钢轨过渡电阻检测系统及有轨运输交通系统。

背景技术：

城市轨道交通直流牵引系统杂散电流可能导致钢轨、道床钢筋、结构钢筋和地下金属管线等发生不同程度的腐蚀。钢轨作为列车牵引回流的一部分，钢轨对大地的过渡电阻偏低是产生杂散电流的主要原因。现行钢轨过渡电阻值可以衡量钢轨对地绝缘安装的施工质量。但是，钢轨轨道的施工质量由轨道专业验收，供电专业暂不参与。施工单位和电务公司因检测方法不明确、缺少专用设备、具体方案实施困难等一系列问题，未真正意义上实施这方面的测量。

技术实现要素：

为了克服现有技术中的上述不足，本实用新型的目的在于提供一种实现钢轨过渡电阻的实时高精度测量的钢轨过渡电阻检测系统及有轨运输交通系统，以便准确评估钢轨的绝缘安装水平。

为了实现上述目的，本实用新型较佳实施例采用的技术方案如下：

本实用新型较佳实施例提供一种钢轨过渡电阻检测系统。所述系统包括：

设置于钢轨与排流网之间，用于向所述钢轨与排流网之间注入电流以使所述钢轨产生电信号的恒定电源；

设置于钢轨待测区段上多个测量点，用于采集所述多个测量点上电信号的数据采集设备，其中，所述电信号包括电压信号和电流信号；

与所述数据采集设备通信连接，用于上传所述数据采集设备采集的所述多个测量点上电信号的通信设备；

与所述通信设备通信连接，用于基于上传的所述多个测量点上电信号计算得到钢轨过渡电阻的服务器。

在本实用新型较佳实施例中，所述数据采集设备包括：

用于采集所述钢轨待测区段上多个测量点的电压信号的电压采集装置；及

用于采集所述钢轨待测区段上多个测量点的电流信号的电流采集装置。

在本实用新型较佳实施例中，所述电压采集装置包括直流运算放大器、模拟数字转换器、处理器、存储器以及第一通信模组；

所述直流运算放大器用于对测试点上采集的电压信号进行放大处理得到放大后的电压信号；

所述模拟数字转换器与所述直流运算放大器连接，用于将所述放大后的电压信号转换成二进制补码数据；

所述处理器分别与所述模拟数字转换器和所述存储器电性连接，用于将所述二进制补码数据存入至所述存储器；

所述第一通信模组分别与所述处理器和存储器电性连接，所述处理器用于将所述存储器存储的二进制补码数据进行编译得到物联网数据，并将所述物联网数据转换为电压信号通过所述第一通信模组发送给所述通信设备。

在本实用新型较佳实施例中，所述处理器为现场可编程门阵列。

在本实用新型较佳实施例中，所述电流采集装置包括直流霍尔元件和第二通信模组；

所述直流霍尔元件与所述第二通信模组电性连接，所述直流霍尔元件用于将采集的电流信号通过所述第二通信模组发送给所述通信设备。

在本实用新型较佳实施例中，所述钢轨过渡电阻检测系统还包括：与所述服务器通信连接，用于获取所述服务器计算得到的钢轨过渡电阻的用户终端。

在本实用新型较佳实施例中，所述钢轨过渡电阻检测系统还包括电源设备，所述电源设备分别与所述恒定电源、所述数据采集设备以及所述通信设备连接，用于为所述数据采集设备、所述通信设备以及所述服务器提供电源。

在本实用新型较佳实施例中，所述电压采集装置具有八个通道。

在本实用新型较佳实施例中，所述电流采集装置采集的电流信号的范围为-350A-350A。

本实用新型较佳实施例还提供一种有轨运输交通系统。所述交通系统包括牵引轨道，所述牵引轨道上设置有上述的钢轨过渡电阻检测系统。

相对于现有技术而言，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型提供的钢轨过渡电阻检测系统及有轨运输交通系统，该钢轨过渡电阻检测系统通过数据采集设备采集钢轨待测区段上多个测量点上的电信号，通信设备与所述数据采集设备通信连接，将电信号上传至服务器，服务器根据所述电信号计算得到钢轨过渡电阻。采用上述设计，可以实现对钢轨过渡电阻的实时高精度测量，节省了人力物力，以便能够准确地评估钢轨的绝缘安装水平。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本实用新型较佳实施例提供的钢轨过渡电阻检测系统的一种结构框图；

图2为本实用新型较佳实施例提供的数据采集设备的结构框图；

图3为图2中电压采集装置的结构框图；

图4为图2中电流采集装置的结构框图；

图5为本实用新型较佳实施例提供的钢轨过渡电阻检测系统的另一种结构框图；

图6为本实用新型较佳实施例提供的钢轨过渡电阻检测系统的另一种结构框图；

图7为本实用新型较佳实施例提供的钢轨过渡电阻检测方法的一种流程示意图；

图8为本实用新型较佳实施例提供的钢轨过渡电阻的检测原理示意图；

图9为本实用新型较佳实施例提供的钢轨过渡电阻检测方法的另一种流程示意图。

图标：10-钢轨过渡电阻检测系统；100-数据采集设备；200-通信设备；300-服务器；400-用户终端；500-电源设备；110-电压采集装置；120-电流采集装置；111-直流运算放大器；112-模拟数字转换器；113-处理器；114-存储器；115-第一通信模组；122-直流霍尔元件；124-第二通信模组。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中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。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

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。

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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图，对本实用新型的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参阅图1，图1为本实用新型较佳实施例提供的钢轨过渡电阻检测系统10的结构框图。本实施例中，所述钢轨过渡电阻检测系统10可以用于对钢轨过渡电阻的检测。所述钢轨过渡电阻包括，但不限于地铁、轻轨、有轨电车钢轨过渡电阻等。因此，应当理解的是，本实施例的以下描述对该钢轨过渡电阻检测系统10的应用的范围不作具体限制，本领域技术人员可以根据实际需要采用本实施例提供的钢轨过渡电阻检测系统10对钢轨过渡电阻进行检测。

如图1所示，所述钢轨过渡电阻检测系统10包括数据采集设备100、通信设备200以及服务器300。

本实施例中，所述钢轨过渡电阻检测系统10还包括一恒定电源，所述恒定电源设置于钢轨与排流网之间，用于向所述钢轨与排流网之间注入电流，所述电流经由所述钢轨从而产生电信号，用于测量钢轨对排流网过渡电阻。所应说明的是，所述恒定电源也可设置于钢轨和大地之间，用于测量钢轨对大地的过渡电阻。可选地，所述恒定电源采用恒定大功率电源。

具体地，所述数据采集设备100可以设置于钢轨待测区段上，用于对所述钢轨待测区段上多个测量点上电信号进行采集。其中，该电信号可以包括电压信号和电流信号。所述通信设备200与所述数据采集设备100通信连接，用于上传所述数据采集设备100采集的所述多个测量点上的电信号给所述服务器300。相应地，所述服务器300与所述通信设备200通信连接，在接收到所述数据采集设备100采集的多个测量点上的电信号后，基于所述电信号可以计算得到所述钢轨过渡电阻。

进一步地，请参阅图2，作为一种实施方式，所述数据采集设备100可以包括用于采集所述钢轨待测区段上多个测量点的电压信号的电压采集装置110和用于采集所述钢轨与排流网之间或者钢轨与大地之间注入的电流产生的电信号的电流采集装置120。

所述电压采集装置110的具体结构请参阅图3。如图3所示，所述电压采集装置110包括直流运算放大器111、模拟数字转换器112、处理器113、存储器114以及第一通信模组115。

本实施例中，所述电压采集装置110可以设置多个通道进行电压信号采集，作为一种优选的实施方式，所述电压采集装置110可以设置八个通道分别进行四路毫伏级别的电压信号采集和四路伏特级别的电压信号采集。所应说明的是，由于采集的电压信号微弱，接下来需要通过直流运算放大器111对采集到的电压信号进行放大处理。

具体地，在本实施例中，所述直流运算放大器111可以对测试点上采集的电压信号进行放大处理得到放大后的电压信号。所应说明的是，该放大后的电压信号经过所述直流运算放大器111内部的逻辑运算，输出的电压大小为原始采集的电压大小。

请再次参阅图3，所述模拟数字转换器112与所述直流运算放大器111电性连接，用于将所述直流运算放大器111放大后的电压信号转换成二进制补码数据。所述处理器113分别与所述模拟数字转换器112和所述存储器114电性连接，用于将所述二进制补码数据存入至所述存储器114中。所述第一通信模组115分别与所述处理器113和存储器114电性连接，所述处理器113将所述存储器114中存储的二进制补码数据进行编译解码得到物联网数据后，将所述物联网数据转换为电压信号通过所述第一通信模组115发送给所述通信设备200。

本实施例中，上述处理器113可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器113可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等。还可以是数字信号处理器(DSP))、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本实用新型实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

作为一种优选的实施方式，所述处理器113可以采用现场可编程门阵列(FPGA)。

本实施例中，上述存储器114可以是，但不限于，随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)等。

作为一种优选的实施方式，所述存储器114可以采用随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，更为具体地，可以采用静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)。采用静态随机存取存储器的好处是，静态随机存取存储器是一种具有静止存取功能的内存，不需要刷新电路即能保存内部存储的数据，即本实施例中的二进制补码数据。

本实施例中，所述第一通信模组115可以采用以太网通信方式与所述通信设备200进行通信以实现数据传输。采用以太网通信方式具有配置容易、连接速率高等优势，以实现数据的稳定高效传输。

更进一步地，本实施例还需要采集所述钢轨待测区段上多个测量点的电流信号，具体请参阅图4，所述电流采集装置120包括直流霍尔元件122和第二通信模组124。所述直流霍尔元件122通过与金属导体(即本实施例中的钢轨)之间产生的霍尔效应来确定通过所述钢轨待测区段的电流信号。具体地，由于通电的钢轨周围存在磁场，其大小和钢轨中的电流成正比，基于此，本实施例中的直流霍尔元件122测量出该磁场，从而确定通过钢轨的电流信号。该电流信号通过与所述直流霍尔元件122电性连接的第二通信模组124发送给所述通信设备200。所应说明的是，在其它实施方式中，所述直流霍尔元件122和所述第二通信模组124之间还可以设置直流斩波器，其作用是将采集到的直流电流的电压信号进行调节，以便更加准确地采集到原始的电压信号。

作为一种实施方式，所述电流采集装置120采集的电流信号的范围可以为-350A-350A。

本实施例中，作为一种实施方式，所述通信设备200可以是支持3G/4G通信的物联网服务接口设备。

请参阅图5，所述钢轨过渡电阻检测系统10还可以包括用户终端400。所述用户终端400与所述服务器300通信连接，通过访问所述服务器300以实现实时获取所述服务器300计算得到的钢轨过渡电阻。应当注意的是，在其它实施方式中，所述服务器300可以包括一数据库，该数据库存储有通信设备200发送的不同时刻的电流信号和电压信号，因此用户终端400除了实时获取到不同时刻的钢轨过渡电阻，还可以从所述服务器300中实时获取到钢轨过渡电阻对应的时间信息、电流信号以及电压信号。

本实施例中，上述用户终端400可以是任意可以访问所述服务器300的终端设备，例如，所述用户终端400可以是，但不限于智能手机、个人电脑(Personal Computer，PC)、平板电脑、个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)、移动上网设备(Mobile Internet Device，MID)等。

进一步地，请参阅图6，所述钢轨过渡电阻检测系统10还可以包括电源设备500。所述电源设备500分别与所述数据采集设备100、所述通信设备200以及所述服务器300电性连接，用于为所述数据采集设备100、所述通信设备200以及所述服务器300提供电源。

考虑到所述数据采集设备100、所述通信设备200以及所述服务器300需要持续可靠地运行，作为一种实施方式，上述电源设备500可以采用大功率直流电源设备。

请参阅图7，图7为本实施例提供的钢轨过渡电阻检测方法的一种流程示意图。该方法可以应用于钢轨过渡电阻检测系统10，所述钢轨过渡电阻检测系统10可以包括：数据采集设备100、与所述数据采集设备100通信连接的通信设备200以及与所述通信设备200通信连接的服务器300。需要说明的是，本实用新型提供的钢轨过渡电阻检测方法不以图7及以下所述的具体顺序为限制。所述方法包括的各步骤的具体流程如下：

步骤S110，所述数据采集设备100采集钢轨待测区段上多个测量点上的电信号，并将所述电信号发送给所述通信设备200。

本实施例中，所述数据采集设备100采集到的钢轨待测区段上多个测量点上的电信号可以包括电流信号和电压信号。其中，多个测量点可以是预先在所述钢轨待测区段上设置的多个采样点。

步骤S120，所述通信设备200接收所述电信号，对所述电信号进行编译得到对应的物联网数据，并将所述物联网数据上传至所述服务器300。

步骤S130，所述服务器300基于所述物联网数据计算得到所述钢轨待测区段的钢轨过渡电阻。

下面结合具体的示例对上述方法包括各步骤的技术方案进行简要描述。需要注意的是，以下描述仅为示例，并不对本实用新型实施例的技术方案作任何限制。

请参阅图8，图8为本实用新型较佳实施例提供的钢轨过渡电阻的检测原理示意图。

如图8所示，设钢轨待测区段长度为L，在该钢轨待测区段内注入直流电流I，区间外流出电流为I_RA，I_RB，则I_RA，I_RB可以通过下式计算到该钢轨待测区段的末端电流：

其中，其中，R_A和R_B为末端钢轨纵向电阻；U_AC、U_BD分别为待测区段钢轨两端一固定长度(例如，10m)的钢轨的纵向电压，单位mV。

作为一种实施方式，上述固定长度的钢轨可以采用钢轨长度测量装置(例如，激光测距装置)来进行精确测量。

另外，作为一种优选的实施方式，在测量电压时，可以分别测量电路断开的电压值U_on和电路闭合时的电压值U_off。通过公式U＝U_on-U_off消除噪声的干扰。

所述服务器300基于所述物联网数据计算得到所述钢轨待测区段的钢轨过渡电阻的计算式如下：

其中：

R_RT：单位长度的钢轨过渡电阻，单位Ω*km；

I：电流源注入电流，单位A；

I_RA，I_RB:被测量区段的末端电流，单位A；

U_RT：电流注入点钢轨对排流网的电压，单位V；

U_RTA，U_RTB：被测量区段的末端钢轨对排流网的电压，单位V；

L：被测量区段的长度，单位km。

请参阅图9，所述钢轨过渡电阻检测系统10还可以包括：与所述服务器300通信连接的用户终端400。所述方法还可以包括：

步骤S140，所述服务器300响应向用户终端400发送钢轨过渡电阻的请求，将计算得到的钢轨过渡电阻发送给所述用户终端400，并在所述用户终端400上进行显示。

本实施例中，用户终端400需查看钢轨待测区段中钢轨过渡电阻时，向所述服务器300发送获取钢轨过渡电阻请求，所述服务器300接收到该用户终端400发送的请求后，向所述用户终端400发送各个对应时刻钢轨待测区段的钢轨过渡电阻值。所述用户终端400在接收到所述钢轨过渡电阻值后，将所述钢轨过渡电阻值进行显示。应当注意的是，在其它实施方式中，所述用户终端400还可以向其它的终端设备发送接收到钢轨过渡电阻值，以便多个终端设备获取到钢轨过渡电阻值。当然，其它的终端设备也可以直接访问服务器300获取到钢轨过渡电阻值。

综上所述，本实用新型提供的钢轨过渡电阻检测系统10及有轨运输交通系统，该钢轨过渡电阻检测系统10通过数据采集设备100采集钢轨待测区段上多个测量点上的电信号，通信设备200与所述数据采集设备100通信连接，将电信号上传至服务器300，服务器300根据所述电信号计算得到钢轨过渡电阻。采用上述设计，可以实现对钢轨过渡电阻的实时高精度测量，节省了人力物力，以便能够准确地评估钢轨的绝缘安装水平。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。