专利名称：中低速磁悬浮f型轨的轨道动态检测设备的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及到中低速磁悬浮轨道的检测设备领域，特指一种F型轨的轨道动态检测设备。
背景技术：
中低速磁悬浮列车的F型轨特殊的截面形状不同于传统轮轨“工”字型轨道，其截面特有的几何形态都使现有动态轨检设备无法应对F型轨各种特有的内部几何形态参数测量。现有轮轨轨道动态检测设备只能对普通T型轨道几何参数态进行测量，而无法用于中低速磁悬浮列车特有的F型轨的测量和检测。中低速磁悬浮列车的F型轨特殊的截面形状与高速磁浮列车的轨道也不相同，高速磁浮列车悬浮间隙面为齿槽结构，而中低速磁浮列车F型轨的悬浮间隙面为平面；高速磁浮列车轨道外端面为垂直宽平板，而中低速磁浮列车F型轨的外端面为倾斜平面。现有的高速磁浮列车轨检设备无法适用于中低速磁浮列车轨道的测量。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、体积小、重量轻、测量精度高、拆装快捷、携带方便、集F型轨道多种几何形状测量于一体的中低速磁悬浮F型轨的轨道动态检测设备。为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案
一种中低速磁悬浮F型轨的轨道动态检测设备，其特征在于包括刚性台架以及固定于刚性台架上的数据测量处理系统和便携式电源，所述刚性台架包括三角横梁、左连接臂、 右连接臂、左板式机架以及连接于车体上的右板式机架，所述左板式机架通过左连接臂连接于三角横梁的左下方，所述右板式机架通过右连接臂连接于三角横梁的右下方。作为本发明的进一步改进 所述三角横梁的右端低于左端。所述右板式机架通过梯形连接件连接于车体上。所述数据测量处理系统包括左侧测量传感器组、右侧测量传感器组、姿态测量装置、左侧模拟信号处理板、右侧模拟信号处理板、左侧数据采集卡、右侧数据采集卡和数据处理系统。所述左侧测量传感器组包括安装于左板式机架上的左高低测量加速度计、左高低测量激光位移计和左错牙测量激光位移计以及安装于左连接臂上的左轨向测量加速度计、 左轨向测量激光位移计，所述左侧模拟信号处理板和左侧数据采集卡安装于左连接臂上。所述右侧测量传感器组包括安装于右板式机架上的右高低测量加速度计、右高低测量激光位移计和右错牙测量激光位移计以及安装于右连接臂上的右轨向测量加速度计、 右轨向测量激光位移计，所述右侧模拟信号处理板和右侧数据采集卡安装于右连接臂上。所述姿态测量装置和数据处理系统安装于三角横梁上。
所述姿态测量装置包括倾角计、纵向光纤陀螺和垂向光纤陀螺，所述垂向光纤陀螺用于测量输出摇头角速率，所述纵向光纤陀螺输出经过积分后加上倾角计的输出得到横滚角。与现有技术相比，本发明的优点在于
1、本发明中低速磁悬浮列车轨道动态检测设备，结构简单紧凑、体积小、重量轻且其操作、维护、拆装、运载、储藏、携带、使用十分方便；可连续检测并显示检测仪所在位置的轨道几何状态，可计算并显示轨距、水平、左右轨高低和轨向等测量结果及与理论值的偏差；本发明能够自动将测量过程中的各种数据、线形特征等存储于数据处理系统中，数据采集、存储装置具有安全自锁和断电数据保护功能，可有效防止误操作；所有数据自动处理，并能够实时显示测量数据、设计数据及调整量；实时绘制各检测项目的波行图、线路曲线图，并可对波形进行缩放、平移、选段等处理；具备超限报警、运行总里程累计及显示、里程误差修正等功能；可计算轨道轨距变化率、曲率变化率、10/20m弦轨道平顺性；本发明采用专用电池盒设计使电池充电更便捷可靠，使用中还可快速拆换电源；
2、本发明中低速磁悬浮列车轨道动态检测设备，所能测量的参数齐全，可用于检测F 型轨线路里程、轨距、水平左右轨轨向、左右轨高低、错牙、三角坑等F型轨特有的几何参数；
3、本发明中低速磁悬浮列车轨道动态检测设备完全采用非接触式测量，方便了安装和定位并大幅度提高了测量精度。传感器安装在板式机架和横梁上，形成了模块化的设计和组装，方便了使用中的拆装以及后期的维护。测量作业完成后，能形成轨道几何参数测量的综合报表，并以图形、数据报表等多种形式提供分析结果；测量精度不受走行系统的运行状态影响，测量准确度高。
图1是本发明的主视结构示意图2是图1中I处的侧视放大结构示意图； 图3是图1中II处的侧视放大结构示意图。图例说明
1、左高低测量加速度计；2、左高低测量激光位移计；3、左错牙测量激光位移计；4、左传感器座；5、左板式机架；6、左轨向测量加速度计；7、左轨向测量激光位移计；8、左侧模拟信号处理板；9、左侧数据采集卡；10、左连接臂；11、三角横梁；12、姿态测量装置；121、倾角计；122、纵向光纤陀螺；123、垂向光纤陀螺；13、便携式电源；14、右侧数据采集卡；15、右侧模拟信号处理板；16、右连接臂；17、右轨向测量激光位移计；18、右轨向测量加速度计； 19、右板式机架；20、梯形连接件；21、传感器座；22、右高低测量加速度计；23、右高低测量激光位移计；24、右错牙测量激光位移计；25、数据处理系统；26、数据线。
具体实施例方式以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。如图1、图2和图3所示，本发明中低速磁悬浮F型轨的轨道动态检测设备，包括刚性台架以及固定于刚性台架上的数据测量处理系统和便携式电源13，刚性台架包括三角横梁11、左连接臂10、右连接臂16、左板式机架5以及连接于车体(如磁悬浮列车)上的右板式机架19，左板式机架5通过左连接臂10连接于三角横梁11的左下方，右板式机架19通过右连接臂16连接于三角横梁11的右下方。本实施例中，三角横梁11的右端低于左端。本实施例中，右板式机架19通过梯形连接件20连接于车体上。本实施例中，数据测量处理系统包括左侧测量传感器组、右侧测量传感器组、姿态测量装置12、左侧模拟信号处理板8、右侧模拟信号处理板15、左侧数据采集卡9、右侧数据采集卡14和数据处理系统25。本实施例中，左侧测量传感器组包括安装于左板式机架5上的左高低测量加速度计1、左高低测量激光位移计2和左错牙测量激光位移计3以及安装于左连接臂10上的左轨向测量加速度计6、左轨向测量激光位移计7，左侧模拟信号处理板8和左侧数据采集卡 9安装于左连接臂10上。本实施例中，右侧测量传感器组包括安装于右板式机架19上的右高低测量加速度计22、右高低测量激光位移计23和右错牙测量激光位移计M以及安装于右连接臂16上的右轨向测量加速度计18、右轨向测量激光位移计17，右侧模拟信号处理板15和右侧数据采集卡14安装于右连接臂16上。本实施例中，姿态测量装置12和数据处理系统25安装于三角横梁11上，数据处理系统25为安装了 LabView的PC机，左侧模拟信号处理板8和右模拟信号处理板15各自包括2路低通模拟滤波器和1路速度脉冲接收电路。左侧数据采集卡9和右侧数据采集卡 14各自包括带有同步脉冲接口的16通道16位A/D转换电路。左侧数据采集卡9和右侧数据采集卡14分别通过数据线沈与数据处理系统25相连。本实施例中，姿态测量装置12包括倾角计121、纵向光纤陀螺122和垂向光纤陀螺 123，垂向光纤陀螺123用于测量输出摇头角速率，纵向光纤陀螺122输出经过积分后加上倾角计121的输出得到横滚角。工作时，“高低测量”包括左右轨高低测量。左轨高低测量涉及的传感器包括左高低测量加速度计1和左高低测量激光位移计2 ；左高低测量加速度计1输出减去重力加速度分量后，经过二次积分后得到该测量系统左侧垂向惯性位移，左高低测量激光位移计2 测量该系统左侧与左轨的垂向相对位移，此两位移之和则为左轨高低。右轨高低测量涉及的传感器包括右高低测量加速度计22和右高低测量激光位移计23 ；右高低测量加速度计 22输出减去重力加速度分量后，经过二次积分后得到测量该系统右侧的垂向惯性位移，右高低测量激光位移计23测量该系统右侧与右轨的垂向相对位移，此两位移之和则为右轨高低。利用姿态测量装置12输出的横滚角和摇头角速率修正左高低测量加速度计1和右高低测量加速度计22的输出，可以克服走行系统(如磁悬浮列车)运行状态对高低测量的影响，提高高低测量的精度。“轨向测量”包括左右轨轨向测量。左轨轨向测量涉及的传感器包括左轨向测量加速度计6和左轨向测量激光位移计7 ；左轨向测量加速度计6的输出减去重力加速度分量后，经过二次积分后得到测量该系统左侧的横向惯性位移，左轨向测量激光位移计7测量该系统左侧与左轨的横向相对位移，此两位移之和则为左轨轨向。右轨轨向测量涉及的传感器包括右轨向测量加速度计18和右轨向测量激光位移计17 ；右轨向测量加速度计18的输出减去重力加速度分量后，经过二次积分后得到测量该系统右侧的横向惯性位移，右轨
5向测量激光位移计17测量该系统右侧与右轨的横向相对位移，此两位移之和则为左轨轨向。利用左高低测量激光位移计2修正轨道左外侧斜面对左轨向测量的影响；利用右高低测量激光位移计23修正轨道右外侧斜面对右轨向测量的影响；利用姿态测量装置12输出的横滚角和摇头角速率修正左轨向测量加速度计6和右轨向测量加速度计18的输出，可以克服走行系统(如磁悬浮列车)运行状态对轨向测量的影响，提高轨向测量的精度。“水平(超高)测量”涉及左高低测量激光位移计2、右高低测量激光位移计23和姿态测量装置12。左高低测量激光位移计2和右高低测量激光位移计23分别测量该系统左右与左右两轨的垂向相对距离，两者输出差与两者安装距离之比可计算出三角横梁11上表面与轨面夹角，该夹角与姿态测量装置输出的横滚角之差为轨面倾角，轨面倾角的正弦值乘以轨距到水平值。“错牙”是指相邻两轨的端部垂向的相对距离。错牙测量包括左右轨错牙测量。当左轨向测量激光位移计7输出为特大值(超过100mm)时，左高低测量激光位移计2和左错牙测量激光位移计3分别位于左轨某接缝的两端，它们输出之差则为左轨错牙。当右轨向测量激光位移计17输出为特大值(超过100mm)时，右高低测量激光位移计23和右错牙测量激光位移计M分别位于右轨某接缝的两端，它们输出之差则为右轨错牙。“轨距”指左右轨道最外端的距离。轨距测量涉及左高低测量激光位移计2、左轨向测量激光位移计7、右轨向测量激光位移计17和右高低测量激光位移计23。左轨向测量激光位移计7测量该系统左侧与左轨的横向相对距离，右轨向测量激光位移计17测量该系统右侧与右轨的横向相对距离，这二者安装距离减去二者输出之和则为轨距，利用左高低测量激光位移计2和右高低测量激光位移计23修正轨道外侧斜面对轨距测量的影响。三角坑是指一定间距的两组横向水平之差。利用数据处理系统中的存储区保存的上述水平值可根据三角坑定义直接获得。曲率测量涉及姿态测量装置12中的垂向光纤陀螺123。姿态测量装置12中的垂向光纤陀螺123输出的摇头角速率积分得到30m弦长对应的圆心角(弧度)，该角度除以30 则为曲率。F型轨所有几何参数的测量共用一套数据处理系统25，各传感器信号经左侧数据采集卡9和右侧数据采集卡14后通过数据线沈传送系统送入数据处理系统25，数据处理系统25可以为掌上电脑或PC机，由数据处理系统25对数据进行处理，并计算出各参数值。 测量结果自动送入数据处理系统中存储，并可在屏幕上进行实时显示。该系统还具有传感器标定、参数设置、数据查询等功能。通过上述过程，实现了 F型轨道几何形状的测量。本发明可用于既有中低速磁悬浮F型轨轨道线路的日常检查和养护。以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例， 凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种中低速磁悬浮F型轨的轨道动态检测设备，其特征在于包括刚性台架以及固定于刚性台架上的数据测量处理系统和便携式电源(13)，所述刚性台架包括三角横梁(11)、左连接臂(10)、右连接臂(16)、左板式机架(5)以及连接于车体上的右板式机架 (19)，所述左板式机架(5)通过左连接臂(10)连接于三角横梁(11)的左下方，所述右板式机架(19)通过右连接臂(16)连接于三角横梁(11)的右下方。
2.根据权利要求1所述的中低速磁悬浮F型轨的轨道动态检测设备，其特征在于所述三角横梁(11)的右端低于左端。
3.根据权利要求1所述的中低速磁悬浮F型轨的轨道动态检测设备，其特征在于所述右板式机架(19)通过梯形连接件(20)连接于车体上。
4.根据权利要求1或2或3所述的中低速磁悬浮F型轨的轨道动态检测设备，其特征在于所述数据测量处理系统包括左侧测量传感器组、右侧测量传感器组、姿态测量装置 (12)、左侧模拟信号处理板(8)、右侧模拟信号处理板(15)、左侧数据采集卡(9)、右侧数据采集卡(14)和数据处理系统(25)。
5.根据权利要求4所述的中低速磁悬浮F型轨的轨道动态检测设备，其特征在于所述左侧测量传感器组包括安装于左板式机架(5)上的左高低测量加速度计(1)、左高低测量激光位移计(2)和左错牙测量激光位移计(3)以及安装于左连接臂(10)上的左轨向测量加速度计(6)、左轨向测量激光位移计(7)，所述左侧模拟信号处理板(8)和左侧数据采集卡(9)安装于左连接臂(10)上。
6.根据权利要求4所述的中低速磁悬浮F型轨的轨道动态检测设备，其特征在于所述右侧测量传感器组包括安装于右板式机架(19)上的右高低测量加速度计(22)、右高低测量激光位移计(23)和右错牙测量激光位移计(24)以及安装于右连接臂(16)上的右轨向测量加速度计(18)、右轨向测量激光位移计(17)，所述右侧模拟信号处理板(15)和右侧数据采集卡(14)安装于右连接臂(16)上。
7.根据权利要求4所述的中低速磁悬浮F型轨的轨道动态检测设备，其特征在于所述姿态测量装置(12)和数据处理系统(25)安装于三角横梁(11)上。
8.根据权利要求4所述的中低速磁悬浮F型轨的轨道动态检测设备，其特征在于所述姿态测量装置(12)包括倾角计(121)、纵向光纤陀螺(122)和垂向光纤陀螺(123)，所述垂向光纤陀螺(123)用于测量输出摇头角速率，所述纵向光纤陀螺(122)输出经过积分后加上倾角计(121)的输出得到横滚角。
全文摘要
本发明公开了一种中低速磁悬浮F型轨的轨道动态检测设备，包括刚性台架以及固定于刚性台架上的数据测量处理系统和便携式电源，所述刚性台架包括三角横梁、左连接臂、右连接臂、左板式机架以及连接于车体上的右板式机架，所述左板式机架通过左连接臂连接于三角横梁的左下方，所述右板式机架通过右连接臂连接于三角横梁的右下方。本发明具有结构简单紧凑、体积小、重量轻、测量精度高、拆装快捷、携带方便、集F型轨道多种几何形状测量于一体等优点。
文档编号G01B11/14GK102175168SQ20111002285
公开日2011年9月7日 申请日期2011年1月20日 优先权日2011年1月20日
发明者吴峻, 周文武, 张兴华, 李中秀 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学, 北京控股磁悬浮技术发展有限公司