专利名称：一种高铁轨道轨距检测装置和检测方法
技术领域：
本发明属于高铁轨道检测技术，涉及对铁路轨道轨距连续检测装置和方法的改进。
背景技术：
轨距是指同一横截面左、右股钢轨工作面下16mm处轨距点之间的距离。常用的测量轨距方法主要有接触式测量和无接触式测量两大中类。接触式轨距测量方法是利用线位移传感器实现对轨距的测量，检测过程中通过机械结构保证传感器与待测轨道轨距点时刻接触，这种测量方法虽然低速下测量结果比较准确，但是测量效率低。另外，由于测量过程中传感器需要与轨道接触，当需要提高检测速度时，容易造成传感器的磨损，导致测量精度下降。还有可能对钢轨造成损害，产生安全隐患。非接触式轨距测量方法是利用摄像机构对轨距内侧断面连续摄像，通过图像重构的方法重现轨道内侧面曲线，计算出轨距值。这种测量方法测量精度高，且不受检测速度影响，但是这种方法易受光线干扰，对使用环境要求苛刻，使用范围收到限制。另外，其结构复杂，成本高。
发明内容
本发明的目的是提出一种测量效率高、能避免对传感器和钢轨造成磨损、应用范围广、成本低的铁路轨道轨距检测装置和方法，以满足高铁对铁路轨道轨距高效率、低成本连续检测的需要。本发明的技术方案是一种高铁轨道轨距检测装置，包括一个带有检测平台的轨道检测车，在检测平台的上表面安装有数据处理系统，该数据处理系统包括计算机、测距器数据采集卡和电源，其特征在于(1)在检测平台下表面固定有一个截面为矩形的、中空的检测梁，检测梁的谐振频率不小于70Hz ；在检测梁的内部固定有两个激光测距器和惯性测量组件，它们是第一激光测距器、第二激光测距器和惯性测量组件，所述的第一激光测距器和第二激光测距器是能够适应lOOOOlux光照强度的激光测距器，在检测梁的下表面与第一激光测距器和第二激光测距器对应的位置各有一个通光孔，第一激光测距器和第二激光测距器发射的激光束穿过上述通光孔后分别照射到左、右轨道的轨距点上；惯性测量组件的垂直轴线位于轨道检测车轮轴的轴向垂直平分面内并垂直于水平面；(2)在数据处理系统中还有两个测距器控制盒，它们是第一激光测距器控制盒和第二激光测距器控制盒，第一激光测距器的输出端与第一激光测距器控制盒的输入端连接，第一激光测距器控制盒的输出端与测距器数据采集卡的相应输入端连接，第二激光测距器的输出端与第二激光测距器控制盒的输入端连接；第二激光测距器控制盒的输出端与测距器数据采集卡的相应输入端连接，测距器数据采集卡通过USB通讯线与计算机连接；(3)惯性测量组件通过RS422串口通讯线与计算机的第一串口 coml连接。使用如上面所述的高铁轨道轨距检测装置检测铁路轨道轨距的方法，其特征在于，检测的步骤如下1、激光测距器标定1. 1、基本机械尺寸测量测量第一激光测距器在检测梁静止状态下的照射角度， 记为α ！；测量第二激光测距器在检测梁静止状态下的照射角度，记为α 2 ； α工和α 2是激光测距器发射的光束轴线与水平面的夹角；1. 2、激光测距器数据采集检测装置上电后，第一激光测距器和第二激光测距器开始工作，第一激光测距器和第二激光测距器分别受测距器控制盒和测距器控制盒控制， 每m秒采样一次，测距器数据采集卡向计算机发送一个采样数据包，每个采样数据包有个采样数据，计算机将第一激光测距器测量的采样数据记为成,将第二激光测距器测量的采样数据记为式,并保存，m取值范围为0. 001秒 0. 01秒；1. 3、激光测距器标定在轨距为^的轨道上，保持检测平台和检测梁静止ml秒，ml 取值范围为100秒至200秒，在ml秒内的采样个数为n，η = ml/m取整数；根据下式计算出第一激光测距器在ml秒内的采样数据平均值d1(l和第二激光测距器在ml秒内的采样数据平均值d2(l
权利要求
1.一种高铁轨道轨距检测装置，包括一个带有检测平台[8]的轨道检测车，在检测平台[8]的上表面安装有数据处理系统，该数据处理系统包括计算机[1]、测距器数据采集卡 [2]和电源，其特征在于(1)在检测平台[8]下表面固定有一个截面为矩形的、中空的检测梁[9]，检测梁[9] 的谐振频率不小于70Hz ；在检测梁[9]的内部固定有两个激光测距器和惯性测量组件，它们是第一激光测距器[5]、第二激光测距器[6]和惯性测量组件[7]，所述的第一激光测距器[5]和第二激光测距器[6]是能够适应lOOOOlux光照强度的激光测距器，在检测梁[9] 的下表面与第一激光测距器[5]和第二激光测距器[6]对应的位置各有一个通光孔，第一激光测距器[5]和第二激光测距器[6]发射的激光束穿过上述通光孔后分别照射到左、右轨道的轨距点上；惯性测量组件[7]的垂直轴线位于轨道检测车轮轴的轴向垂直平分面内并垂直于水平面；(2)在数据处理系统中还有两个测距器控制盒，它们是第一激光测距器控制盒[3]和第二激光测距器控制盒W]，第一激光测距器[5]的输出端与第一激光测距器控制盒[3]的输入端连接，第一激光测距器控制盒[3]的输出端与测距器数据采集卡[2]的相应输入端连接，第二激光测距器[6]的输出端与第二激光测距器控制盒[4]的输入端连接；第二激光测距器控制盒[4]的输出端与测距器数据采集卡[2]的相应输入端连接，测距器数据采集卡[2]通过USB通讯线与计算机[1]连接；(3)惯性测量组件[7]通过RS422串口通讯线与计算机[1]的第一串口coml连接。
2.使用如权利要求1所述的高铁轨道轨距检测装置检测铁路轨道轨距的方法，其特征在于，检测的步骤如下2. 1、激光测距器标定2. 1. 1、基本机械尺寸测量测量第一激光测距器[5]在检测梁[9]静止状态下的照射角度，记为h ；测量第二激光测距器[6]在检测梁[9]静止状态下的照射角度，记为Ci2 ； α i和α 2是激光测距器发射的光束轴线与水平面的夹角；2. 1. 2、激光测距器数据采集检测装置上电后，第一激光测距器[5]和第二激光测距器[6]开始工作，第一激光测距器[5]和第二激光测距器[6]分别受测距器控制盒[3]和测距器控制盒[4]控制，每m秒采样一次，测距器数据采集卡[2]向计算机[1]发送一个采样数据包，每个采样数据包有2个采样数据，计算机[1]将第一激光测距器[5]测量的采样数据记为4，将第二激光测距器[6]测量的采样数据记为是,并保存，m取值范围为0. 001秒 0. 01 秒；2. 1. 3、激光测距器标定在轨距为^的轨道上，保持检测平台[8]和检测梁[9]静止ml 秒，ml取值范围为100秒至200秒，在ml秒内的采样个数为n，η = ml/m取整数；根据下式计算出第一激光测距器[5]在ml秒内的采样数据平均值d1(l和第二激光测距器[6]在ml秒内的采样数据平均值d2(l 丄权(O.....................................................................⑴η^20 =-Σ^(0.....................................................................[2]η2. 2、激光测距器数据预处理·2. 2. 1、激光测距器数据采集启动轨道检测车在轨道上行驶，第一激光测距器[5]和第二激光测距器[6]分别受测距器控制盒[3]和测距器控制盒[4]控制，每m秒采样一次， 并测距器数据采集卡[2]向计算机[1]发送一个采样数据包，每个采样数据包有2个采样数据，计算机[1]将第一激光测距器[5]测量的采样数据记为Cl1，将第二激光测距器[6]测量的采样数据记为d2，并保存；·2. 2. 2、计算平均值分别计算d” d2两个采样数据中每个采样数据每连续5个数的平均值dn、d21 ；其中，dn为第一激光测距器[5]所测量位移的采样数据平均值；d21为第二激光测距器[6]所测量位移的采样数据平均值； 2. 3、惯性测量组件数据预处理 2. 3. 1、惯性测量组件采集启动轨道检测车在轨道上行驶，每隔m秒，惯性测量组件[7]向计算机[1]第一串口 coml发送一个采样数据包，每个采样数据包有2个采样数据，计算机[1]将其中的惯性测量组件[7]的横滚角速率采样数据记为ωχ，将其中的惯性测量组件[7]的垂向加速度记为Αζ，并进行保存；·2. 3. 2、计算横滚角γ Y (i) = Y ( -1) + ωχ( ) · m...............................................................[3]式中，i是采样数据的序号；·2. 4、激光测距器数据筛选补偿根据垂向加速度Az对第一激光测距器[5]和第二激光测距器[6]采样数据平均值dn、d21进行筛选，合格数据判别公式如下
全文摘要
本发明属于高铁轨道检测技术，涉及对铁路轨道轨距检测装置和方法的改进。本发明检测装置包括轨道检测车，在检测平台[8]的上表面安装有包括计算机[1]、测距器数据采集卡[2]和电源的数据处理系统，其特征在于还有第一激光测距器[5]和第二激光测距器[6]两个激光测距器，它们分别受第一测距器控制盒[3]和第二测距器控制盒[4]的控制，与惯性测量装置[7]和数据处理系统共同组成的轨距测量系统。本发明检测方法的步骤是激光测距器标定，激光测距器数据预处理，惯性测量组件数据预处理，激光测距器数据筛选，数据补偿，轨距计算。本发明不受检测速度影响，能对轨距进行非接触式测量，测量精度高，适用范围广。
文档编号G01B11/14GK102252627SQ20111008980
公开日2011年11月23日 申请日期2011年4月12日 优先权日2011年4月12日
发明者党进, 张军政, 张金红, 李保成, 李玮奇, 陈欢, 高柳, 黎杰 申请人:中国航空工业第六一八研究所