道砟电阻检测装置及道砟电阻检测方法与流程

本发明涉及铁路检测技术领域，特别涉及一种道砟电阻检测装置及道砟电阻检测方法。

背景技术：

由于天气、气候等各种原因，铁路轨道的道床会存在一定的电阻，当电阻超过一定范围时则会导致漏电流严重,正常信号减弱,影响行车安全。现有的道砟电阻测量方法一般包括两种，一种是通过双短路法或者开短路法的离线测量法，这种方法的步骤繁琐费时费力，所用设备较多且不方便携带，对测量条件要求高，不容易施行；另一种方法是在轨道电路分路状态下，通过电流传感线圈感应分路点钢轨电流，计算感应电压幅值包络，然后建立感应电压包络与道砟电阻的回归模型，根据这一模型关系来估算道砟电阻值，这种方法精度不高，且该方法模型复杂，步骤繁琐，对输入的模型控制参数敏感，并不利于实际使用。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是如何提供一种能够简便切精确测量铁路道砟电阻的装置及方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种道砟电阻检测装置：包括电流采集单元、距离测量单元、控制处理单元；所述电流采集单元的输出端与所述控制处理单元的第一输入端连接，所述距离测量单元的输出端与所述控制处理单元的第二输入端连接，所述电流采集单元、所述距离检测单元及所述控制处理单元都包括信号传输单元，其中:

所述电流采集单元，用于采集钢轨的流经电流大小数值；

所述距离测量单元，用于检测待测钢轨的长度数值；

所述控制处理单元，用于控制电流采集单元、距离测量单元的开关，并对采集到的数值进行处理计算，通过公式：b＝α,传播系数对道砟电阻值进行计算；α为传播系数的实部,β为传播系数的虚部，r为钢轨电阻、l为钢轨电感、c为轨间电容、g为道床电阻的导纳；

所述信号传输单元，用于各单元间的数据传输。

优选地：还包括显示单元，所述显示单元的输入端与所述控制处理单元的显示端连接，用于显示所述电流采集单元及所述距离测量单元所采集到的数据，及所述控制处理单元计算出的道砟电阻数值。

优选地：还包括存储单元，所述存储单元的输入端与所述控制处理单元的的存储端连接，用于存储电流、长度及电阻的数值。

优选地：还包括电源单元，所述电源单元的输出端分别与所述电流采集单元、距离测量单元及控制处理单元的电源端连接，并进行供电。

优选地：还包括无线通信单元，所述无线通信单元的输入端与所述控制处理单元的通信端连接，用于将计算所得的道砟电阻数值发送至用户的智能终端。

本发明还提出一种道砟电阻检测方法，包括步骤：

步骤1：检测道砟沿线的电流数值i；

步骤2：检测道砟的长度数值x；

步骤3:建立模型，将钢轨等分为无限个小段,每段钢轨包括钢轨电阻r、钢轨电感l、轨间电容c、道床电阻的导纳g，其中钢轨电阻与钢轨电感串联，轨间电容与道床电阻的导纳并联，所述轨间电容及道床电阻的导纳连接于两条钢轨之间；

步骤4：建立未知量为沿线的距离及电流值的道床电阻解析表达公式：b＝α,传播系数α为传播系数的实部,β为传播系数的虚部；

步骤5：将钢轨电阻r、钢轨电感l、轨间电容c、测量到的距离x及电流值i带入以上公式，计算导纳值g，道砟电阻值为导纳值g的倒数。

优选地：所述道砟电阻检测方法还包括步骤6：将计算出的道砟电阻数值通过显示单元显示。

优选地：所述道砟电阻检测方法还包括步骤7：将计算出的道砟电阻数值存储于存储单元。

优选地：所述道砟电阻检测方法还还包括步骤8：将计算出的道砟电阻通过无线通信单元发送至用户的移动智能终端，以供用户查看。

采用上述技术方案，通过采用电流采集单元采集待测钢轨流经的电流大小数值，通过距离测量单元检测待测钢轨的长度数值，再通过其包含的信号传输单元将检测到的新型发送至控制处理单元，控制处理单元根据预先存储的模型公式，计算道砟电阻的数值。本发明所需的部件简单，对道砟电阻的计算精确且快速。

附图说明

图1为本发明道砟电阻检测装置的原理图；

图2为本发明道砟电阻检测方法的流程图；

图3为本发明的钢轨模型的原理图。

图中，100-电流采集单元，200-距离测量单元，300-控制处理单元，400-信号传输单元，500-显示单元，600-存储单元，700-无线通信单元。r-钢轨电阻，l-钢轨电感，c-轨间电容，g-导纳。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

参考图1，一种道砟电阻检测装置：包括电流采集单元100、距离测量单元200、控制处理单元300；电流采集单元100的输出端与控制处理单元300的第一输入端连接，距离测量单元200的输出端与控制处理单元300的第二输入端连接，电流采集单元100、距离检测单元200及控制处理单元300都包括信号传输单元400，其中:

电流采集单元100，用于采集钢轨的流经电流大小数值；

距离测量单元200，用于检测待测钢轨的长度数值；

控制处理单元300，用于控制电流采集单元100、距离测量单元200的开关，并对采集到的数值进行处理计算，通过公式：b＝α,传播系数对道砟电阻值进行计算；α为传播系数的实部,β为传播系数的虚部，r为钢轨电阻、l为钢轨电感、c为轨间电容、g为道床电阻的导纳；

信号传输单元400，用于各单元间的数据传输。

本发明通过采用电流采集单元100采集待测钢轨流经的电流大小数值，通过距离测量单元200检测待测钢轨的长度数值，再通过其包含的信号传输单元400将检测到的新型发送至控制处理单元300，控制处理单元300根据预先存储的模型公式，计算道砟电阻的数值。本发明所需的部件简单，对道砟电阻的计算精确且快速。

具体地：还包括显示单元500，显示单元500的输入端与控制处理单元300的显示端连接，用于显示电流采集单元100及距离测量单元200所采集到的数据，及控制处理单元300计算出的道砟电阻数值。

具体地：还包括存储单元600，存储单元600的输入端与控制处理单元300的的存储端连接，用于存储电流、长度及电阻的数值。

具体地：还包括电源单元，电源单元的输出端分别与电流采集单元100、距离测量单元200及控制处理单元300的电源端连接，并进行供电。

具体地：还包括无线通信单元700，无线通信单元700的输入端与控制处理单元300的通信端连接，用于将计算所得的道砟电阻数值发送至用户的智能终端。

如图2及图3所示，本发明还提出一种道砟电阻检测方法，包括步骤：

s10,步骤1：检测道砟沿线的电流数值i；

s20步骤2：检测道砟的长度数值x；

s30步骤3:建立模型，将钢轨等分为无限个小段,每段钢轨包括钢轨电阻r、钢轨电感l、轨间电容c、道床电阻的导纳g，其中钢轨电阻与钢轨电感串联，轨间电容与道床电阻的导纳并联，轨间电容及道床电阻的导纳连接于两条钢轨之间；

s40步骤4：建立未知量为沿线的距离及电流值的道床电阻解析表达公式：b＝α，传播系数α为传播系数的实部，β为传播系数的虚部；

s50步骤5：将钢轨电阻r、钢轨电感l、轨间电容c、测量到的距离x及电流值i带入以上公式，计算导纳值g，道砟电阻值为导纳值g的倒数。

需要说明的是，其中r为钢轨电阻，l为钢轨电感，c为轨间电容，g为道床电阻的导纳，有公式：

特征阻抗

传播系数

其中α为传播系数的实部，β为虚部

根据传输线方程，在位置x处的电压、电流可写为：

其中z0为特征阻抗，zl为终端负载，可以认为阻抗匹配即zl＝z0，则有公式：

i(x)＝ile^ccxe^jβx⑤

|i(x)|＝ile^ccx⑥

取对以上公式取ln则

i′＝ln(|i(x)|)＝ln(il)+αx⑦

可见沿线测量的电流幅值|i(x)|，取ln后为i′，其与距离x成正比，斜率为α。α就是②式中γ的实部。

通过测量，可得到沿线的电流数值i及距离长度数值x；

钢轨间电容并非均匀分布的，每隔固定的距离会有补偿电容，在电容处电流会有突变，导致i′与x的曲线非理想线性，需要对曲线进行线性拟合，得到斜率b：

根据②、⑦，得到

上式中，钢轨电阻r、钢轨电感l、电容c(由于补偿电容远远大于轨间电容，故可认为电容为补偿电容c)均已知，b通过测量计算得到，通过计算，得到道床电阻的导纳g，进而得到道床电阻为道床电阻的导纳的倒数：rd＝1/g。

具体地：道砟电阻检测方法还包括s60步骤6：将计算出的道砟电阻数值通过显示单元显示。

具体地：道砟电阻检测方法还包括s70步骤7：将计算出的道砟电阻数值存储于存储单元。

具体地：道砟电阻检测方法还还包括s80步骤8：将计算出的道砟电阻通过无线通信单元发送至用户的移动智能终端，以供用户查看。

本发明技术方案，通过电流采集单元、距离测量单元、控制处理单元对钢轨进行数据采集及计算，通过将钢轨等分为无限个小段,每段钢轨包括钢轨电阻r、钢轨电感l、轨间电容c、道床电阻的导纳g，其中钢轨电阻与钢轨电感串联，轨间电容与道床电阻的导纳并联，轨间电容及道床电阻的导纳连接于两条钢轨之间；通过模型公式b＝α,传播系数将道砟电阻的数值计算出来。本发明的建立的模型简单，步骤较少，计算精确，利于道砟电阻的实际计算应用。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。