一种铁路轨道沉降检测装置的制作方法

本实用新型涉及铁路轨道沉降检测领域，尤其涉及一种铁路轨道沉降检测装置。
背景技术：
：随着我国铁路建设的发展，铁路沉降问题一直以来是影响铁路行车平顺性、舒适性、安全性的重大问题。铁路运营过程中，由于受到区域沉降、地下采矿、采水、铁路周边施工开挖基坑或堆载，周边环境变化等因素的影响，部分轨道局部地段出现不同程度的下沉现象，致使轨面局部不平顺，严重时会导致钢轨断裂、列车脱轨等事故。如果铁路轨道沉降超过一定值时，会使得轨距发生变化、钢轨断裂等现象，一旦这些沉降的轨道得不到及时修复，极易影响列车的行车安全，因此，实时检测轨道沉降有利于提高列车的行驶安全。现有技术中，通过铁路工作人员携带电子水准仪进行逐点测量，这种方法不仅使得工作人员数据采集和监测维护工作量较大，而且量测时数据采集受外部环境影响较大，不能实时检测轨道的沉降情况，此外工作人员在铁路沿线检测轨道沉降时，极易被过往列车撞击，存在安全隐患。技术实现要素：为了解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种铁路轨道沉降检测装置，在每根铁路接触网支柱垂直方向上的两根钢轨上均装有相同的激光发射器，在每根铁路接触网支柱上装有两个相同的激光接收阵，激光发射器向激光接收阵发射激光束，铁路轨道下沉时，激光发射器也跟着下沉，照射在激光接收阵上的激光束也在下移，通过激光束在激光接收阵上的下移量来计算铁路轨道的沉降量，同时还可以根据两个激光接收阵上的激光下移量来计算两根钢轨之间的轨距，并通过CAN总线通信将采集到的数据发往有关铁路工务段部门，提醒他们前往检修。为实现上述目的，本实用新型提供的一种铁路轨道沉降检测装置是这样实现的：一种铁路轨道沉降检测装置，包括第一激光发射器、第二激光发射器、第一激光接收阵、双绞线、中继器、CAN节点、指示灯、第二激光接收阵，第一激光发射器安装在远离铁路接触网支柱的钢轨内侧的轨底上，第二激光发射器安装在靠近铁路接触网支柱的钢轨外侧的轨底上，第一激光接收阵、中继器、CAN节点、指示灯、第二激光接收阵均安装在铁路接触网支柱上，第一激光接收阵接收第一激光发射器发射来的激光束，当第一激光发射器随着钢轨下移时，第一激光发射器照射到第一激光接收阵上的激光束下移，根据激光束在第一激光接收阵上的偏移量来计算该钢轨的沉降量，第二激光接收阵接收第二激光发射器发射来的激光束，当第二激光发射器随着钢轨下移时，第二激光发射器照射到第二激光接收阵上的激光束下移，根据激光束在第二激光接收阵上的偏移量来计算该钢轨的沉降量，第一激光接收阵、第二激光接收阵采集到的信息传输给CAN节点进行处理，采用双绞线连接相邻两根铁路接触网支柱上的CAN节点，在一定区域内设置一个中继器，将该区域的每个CAN节点采集到的数据信息发送到中继器中将信号放大后传输给有关铁路工务段部门，当检测到轨道沉降量或轨距超出预设值时，指示灯亮起，提示有关工作人员该处轨道发生沉降或轨距发生了变化，工作人员可以在有关铁路工务段部门查看该轨道的沉降量和轨距，便于调整轨道。本实用新型的第一激光接收阵和第二激光接收阵相同，包括防水铝盒、激光接收器，在防水铝盒表面均匀安装多个激光接收器，每个激光接收器之间的距离为1毫米，根据每个路段的允许最大轨道沉降量不同来确定激光接收器的个数，防水铝盒上共设10列激光接收器，便于钢轨前后发生较小偏移时，第一激光发射器、第二激光发射器发射的激光束仍能分别照射到第一激光接收阵、第二激光接收阵的激光接收器上，第一激光接收阵、第二激光接收阵的激光接收器根据接收第一激光发射器、第二激光发射器的激光束来计算第一激光发射器到第一激光接收阵的距离、第二激光发射器到第二激光接收阵的距离，并对激光接收器接收状态进行编码，且每一行上的所有激光接收器为一个码字，轨道未发生沉降时，第一激光发射器、第二激光发射器发射的激光束照射在第一激光接收阵、第二激光接收阵的第一行激光接收器上，从上到下依次检测，接收到激光束的激光接收器编码为1，未接收到激光束的激光接收器编码为0，这样通过编码就能计算出激光束在第一激光接收阵、第二激光接收阵上的偏移量，进而计算轨道的沉降量和轨距。本实用新型的CAN节点包括金属铝盒、CAN收发器、GPS模块、控制电路板，CAN收发器、GPS模块、控制电路板安装在金属铝盒中，第一激光接收阵和第二激光接收阵中的激光接收器将检测到的信息传输给控制电路板，由控制电路板对第一激光接收阵和第二激光接收阵中的激光接收器将检测到的信息进行编码处理，计算出激光束在第一激光接收阵、第二激光接收阵上的下移距离，得出铁路轨道下沉的量和轨距偏移量，GPS模块用于定位该CAN节点所在的位置，并将位置信息传输给控制电路板，便于工作人员找到铁路轨道沉降的位置，控制电路板控制CAN收发器将信息从双绞线上传输到中继器，中继器将每个CAN节点的信息放大后传输给有关铁路工务段部门，提醒工作人员前往检修。本实用新型的每个中继器汇总220个CAN节点采集到的信息，将中继器放置在第110个CAN节点和第111个CAN节点之间，对两端的CAN节点传输到双绞线上的信号进行放大后传输给有关铁路工务段部门的计算机中，有关铁路工务段部门的工作人员在计算机上既可查看每个点的铁路轨道沉降量和轨距。本实用新型检测铁路轨道沉降的方案在于：设第一激光接收阵和第二激光接收阵上均有m行激光接收器，则第一激光接收阵和第二激光接收阵的长即为其中激光接收器的个数根据每个路段的允许最大轨道沉降量不同来确定，铁路钢轨未沉降时，第一激光发射器、第二激光发射器发射的激光束照射在第一激光接收阵、第二激光接收阵的第一行激光接收器上，控制电路板从第一激光接收阵、第二激光接收阵上的第一行激光接收器采集到的信息开始逐行扫描，并对激光接收器接收状态进行编码，且每一行上的所有激光接收器为一个码字，接收到激光束的激光接收器编码为1，未接收到激光束的激光接收器编码为0，例如：某一段铁路轨道允许最大沉降量为15毫米，那么第一激光接收阵、第二激光接收阵上均设有16行激光接收器，当远离铁路接触网支柱的钢轨下沉15毫米时，第一激光接收阵上的激光接收器编码为0000000000000010，或当靠近铁路接触网支柱的钢轨下沉15毫米时，第二激光接收阵上的激光接收器编码为0000000000000010，即该处的钢轨沉降量超出了最大允许值，此时控制电路板控制该处的指示灯亮起，表明该处轨道发生了沉降，控制电路板控制该处的CAN收发器将轨道沉降信息和该处的位置信息发送到中继器，再由中继器发送给有关铁路工务段部门。本实用新型的检测轨距的方案在于：正常轨距时，设第一激光发射器与第二激光发射器之间的距离为x，第一激光发射器到第一激光接收阵的距离为：s1＝v·t1，式中v为光速，t1为第一激光发射器发出的激光束到第一激光接收阵之间的时间，ω1＝2πf1，其中：为激光束从第一激光发射器到第一激光接收阵上形成的相位差，为激光束从第一激光发射器到第一激光接收阵上形成的相位差不足半波长的部分，N1为第一激光发射器到第一激光接收阵上形成的相位差中半波长的个数，ω1为第一激光发射器的调制信号的角频率，所以第二激光发射器到第二激光接收阵的距离为：为激光束从第二激光发射器到第二激光接收阵上形成的相位差不足半波长的部分，N2为第二激光发射器到第二激光接收阵上形成的相位差中半波长的个数，第一激光发射器发射的激光束照射到第一激光接收阵的第m1行激光束时，第一激光发射器到对应铁路接触网支柱之间的水平距离为：式中y1为第一激光接收阵的第一行激光接收器的到第一激光发射器之间的垂直距离，第二激光发射器发射的激光束照射到第二激光接收阵的第m2行激光束时，第二激光发射器到对应铁路接触网支柱之间的水平距离为：式中y2为第一激光接收阵的第二行激光接收器的到第二激光发射器之间的垂直距离，轨距发生偏移后第一激光发射器与第二行激光接收器之间的水平距离为：Δx＝(Δx1-Δx2)，轨距发生偏移后第一激光发射器与第二行激光接收器之间的实际距离为：轨距发生偏移后第一激光发射器与第二行激光接收器之间的轨距偏移量为：D-x，当D-x大于预设值时，控制电路板判断该处轨距发生了较大偏移，并控制该处的指示灯亮起，表明该处轨距发生了较大偏移，控制电路板控制该处的CAN收发器将轨距偏移信息和该处的位置信息发送到中继器，再由中继器发送给有关铁路工务段部门。由于本实用新型采用激光束在第一激光接收阵和第二激光接收阵上的偏移距离来计算该处铁路轨道的沉降和轨距变化量的结构，从而可以得到以下有益效果：1.本实用新型在每根铁路接触网支柱垂直方向上的两根钢轨上安装有第一激光发射器、第二激光发射器，当第一激光发射器随着钢轨下移时，第一激光发射器照射到第一激光接收阵上的激光束下移，根据激光束在第一激光接收阵上的偏移量来计算该钢轨的沉降量，第二激光接收阵接收第二激光发射器发射来的激光束，当第二激光发射器随着钢轨下移时，第二激光发射器照射到第二激光接收阵上的激光束下移，根据激光束在第二激光接收阵上的偏移量来计算该钢轨的沉降量。2.本实用新型同时还可以根据第一激光接收阵和第二激光接收阵上的激光束下移量来计算两根钢轨之间的轨距，并通过CAN总线通信将采集到的数据发往有关铁路工务段部门，提醒他们前往检修。3.由于铁路上相邻两根铁路接触网支柱之间的距离较近，所以根据每根铁路接触网支柱上的第一激光接收阵、第二激光接收阵上接收到的信息来计算轨距可以增加轨距检测的准确率。附图说明图1为本实用新型一种铁路轨道沉降检测装置的结构示意图；图2为本实用新型一种铁路轨道沉降检测装置的第一激光接收阵、第二激光接收阵的结构示意图；图3为本实用新型一种铁路轨道沉降检测装置的相邻两个激光接收器之间的距离的结构示意图；图4为本实用新型一种铁路轨道沉降检测装置的CAN节点的结构示意图；图5为本实用新型一种铁路轨道沉降检测装置的CAN节点与中继器之间通信连接的结构示意图；图6、图7为本实用新型一种铁路轨道沉降检测装置的轨距计算示意图；图8为本实用新型一种铁路轨道沉降检测装置的工作原理图。主要元件符号说明。第一激光发射器1第二激光发射器2第一激光接收阵3双绞线4中继器5CAN节点6指示灯7第二激光接收阵8防水铝盒9激光接收器10金属铝盒11CAN收发器12GPS模块13控制电路板14具体实施方式下面结合实施例并对照附图对本实用新型作进一步详细说明。请参阅图1至图8所示为本实用新型中的一种铁路轨道沉降检测装置，包括第一激光发射器1、第二激光发射器2、第一激光接收阵3、双绞线4、中继器5、CAN节点6、指示灯7、第二激光接收阵8。如图1所示，所述的第一激光发射器1安装在远离铁路接触网支柱的钢轨内侧的轨底上，便于第一激光发射器1随着钢轨移动，有利于测量钢轨的沉降，第二激光发射器2安装在靠近铁路接触网支柱的钢轨外侧的轨底上，便于第二激光发射器2随着钢轨移动，有利于测量钢轨的沉降，由控制电路板14控制第一激光发射器1、第二激光发射器2发射激光的频率，便于计算第一激光发射器1到第一激光接收阵3、第二激光发射器2到第二激光接收阵8之间的距离，第一激光接收阵3、中继器5、CAN节点6、指示灯7、第二激光接收阵8均安装在铁路接触网支柱上，第一激光接收阵3接收第一激光发射器1发射来的激光束，当第一激光发射器1随着钢轨下移时，第一激光发射器1照射到第一激光接收阵3上的激光束下移，根据激光束在第一激光接收阵3上的偏移量来计算该钢轨的沉降量，第二激光接收阵8接收第二激光发射器2发射来的激光束，当第二激光发射器2随着钢轨下移时，第二激光发射器2照射到第二激光接收阵8上的激光束下移，根据激光束在第二激光接收阵8上的偏移量来计算该钢轨的沉降量，第一激光接收阵3、第二激光接收阵8采集到的信息传输给CAN节点6中的控制电路板14进行处理，计算出该处轨道的沉降量和轨距偏移量，采用双绞线4连接相邻两根铁路接触网支柱上的CAN节点6，在一定区域内设置一个中继器5，将该区域的每个CAN节点6采集到的数据信息发送到中继器5中将信号放大后传输给有关铁路工务段部门，当检测到轨道沉降量或轨距超出预设值时，指示灯7亮起，提示有关工作人员该处轨道发生沉降或轨距发生了变化，工作人员可以在有关铁路工务段部门查看该轨道的沉降量和轨距，便于调整轨道。如图2、图3所示，所述的第一激光接收阵3和第二激光接收阵8相同，包括防水铝盒9、激光接收器10，在防水铝盒9表面均匀安装多个激光接收器10，每个激光接收器10之间的距离为1毫米，根据每个路段的允许最大轨道沉降量不同来确定激光接收器10的个数防水铝盒9上共设10列激光接收器10，便于钢轨前后发生较小偏移时，第一激光发射器1、第二激光发射器2发射的激光束仍能分别照射到第一激光接收阵3、第二激光接收阵8的激光接收器10上，第一激光接收阵3、第二激光接收阵8的激光接收器10根据接收第一激光发射器1、第二激光发射器2的激光束来计算第一激光发射器1到第一激光接收阵3的距离、第二激光发射器2到第二激光接收阵8的距离，并对激光接收器10接收状态进行编码，且每一行上的所有激光接收器10为一个码字，轨道未发生沉降时，第一激光发射器1、第二激光发射器2发射的激光束照射在第一激光接收阵3、第二激光接收阵8的第一行激光接收器10上，从上到下依次检测，接收到激光束的激光接收器10编码为1，未接收到激光束的激光接收器10编码为0，这样通过编码就能计算出激光束在第一激光接收阵3、第二激光接收阵8上的偏移量，如：某一段铁路轨道允许最大沉降量为15毫米，那么第一激光接收阵3、第二激光接收阵8上均设有16行激光接收器10，当第一激光接收阵3或第二激光接收阵8上的激光接收器10编码为0000000000000010时，表明相应的激光束向下偏移了15毫米，进而计算轨道的沉降量和轨距。如图4所示，所述的CAN节点6包括金属铝盒11、CAN收发器12、GPS模块13、控制电路板14，CAN收发器12、GPS模块13、控制电路板14安装在金属铝盒11中，第一激光接收阵3和第二激光接收阵8中的激光接收器10将检测到的信息传输给控制电路板14，由控制电路板14对第一激光接收阵3和第二激光接收阵8中的激光接收器10将检测到的信息进行编码处理，计算出激光束在第一激光接收阵3、第二激光接收阵8上下移距离，得出铁路轨道下沉的量和轨距偏移量，GPS模块13用于定位该CAN节点6所在的位置，并将位置信息传输给控制电路板14，便于工作人员找到铁路轨道沉降的位置，控制电路板14控制CAN收发器12将信息从双绞线4上传输到中继器5，中继器5将每个CAN节点6的信息放大后传输给有关铁路工务段部门，提醒工作人员前往检修。如图5所示，所述的每个中继器5汇总220个CAN节点6采集到的信息，由于中继器5是网络物理层的一种介质连接设备，即中继器5工作在OSI的物理层，中继器5具有放大信号的作用，因而中继器5用来扩展局域网段的长度，驱动长距离通信，所以将中继器5放置在第110个CAN节点6和第111个CAN节点6之间，由于CAN总线一般支持110个节点，所以选取每220个CAN节点6作为一个区域向中继器5发送信息，中继器5对两端的CAN节点6传输到双绞线4上的信号进行放大后传输给有关铁路工务段部门的计算机中，有关铁路工务段部门的工作人员在计算机上既可查看每个点的铁路轨道沉降量和轨距。本实用新型检测铁路轨道沉降的方案在于：设第一激光接收阵3和第二激光接收阵8上均有m行激光接收器10，则第一激光接收阵3和第二激光接收阵8的长即为其中激光接收器10的个数根据每个路段的允许最大轨道沉降量不同来确定，铁路钢轨未沉降时，第一激光发射器1、第二激光发射器2发射的激光束照射在第一激光接收阵3、第二激光接收阵8的第一行激光接收器10上，控制电路板14从第一激光接收阵3、第二激光接收阵8上的第一行激光接收器10采集到的信息开始逐行扫描，并对激光接收器10接收状态进行编码，且每一行上的所有激光接收器10为一个码字，接收到激光束的激光接收器10编码为1，未接收到激光束的激光接收器10编码为0，例如：某一段铁路轨道允许最大沉降量为15毫米，那么第一激光接收阵3、第二激光接收阵8上均设有16行激光接收器10，当远离铁路接触网支柱的钢轨下沉15毫米时，第一激光接收阵3上的激光接收器10编码为0000000000000010，或当靠近铁路接触网支柱的钢轨下沉15毫米时，第二激光接收阵8上的激光接收器10编码为0000000000000010，即该处的钢轨沉降量超出了最大允许值，此时控制电路板14控制该处的指示灯7亮起，表明该处轨道发生了沉降，控制电路板14控制该处的CAN收发器12将轨道沉降信息和该处的位置信息发送到中继器5，再由中继器5发送给有关铁路工务段部门。如图6、图7所示，所述的检测轨距的方案在于：正常轨距时，设第一激光发射器1与第二激光发射器2之间的距离为x，第一激光发射器1到第一激光接收阵3的距离为：s1＝v·t1，式中v为光速，t1为第一激光发射器1发出的激光束到第一激光接收阵3之间的时间，ω1＝2πf1，其中：为激光束从第一激光发射器1到第一激光接收阵3上形成的相位差，为激光束从第一激光发射器1到第一激光接收阵3上形成的相位差不足半波长的部分，N1为第一激光发射器1到第一激光接收阵3上形成的相位差中半波长的个数，ω1为第一激光发射器1的调制信号的角频率，所以第二激光发射器2到第二激光接收阵8的距离为：为激光束从第二激光发射器2到第二激光接收阵8上形成的相位差不足半波长的部分，N2为第二激光发射器2到第二激光接收阵8上形成的相位差中半波长的个数，第一激光发射器1发射的激光束照射到第一激光接收阵3的第m1行激光束时，第一激光发射器1到对应铁路接触网支柱之间的水平距离为：式中y1为第一激光接收阵3的第一行激光接收器10的到第一激光发射器1之间的垂直距离，第二激光发射器2发射的激光束照射到第二激光接收阵8的第m2行激光束时，第二激光发射器2到对应铁路接触网支柱之间的水平距离为：式中y2为第一激光接收阵3的第二行激光接收器10的到第二激光发射器2之间的垂直距离，轨距发生偏移后第一激光发射器1与第二行激光接收器10之间的水平距离为：Δx＝(Δx1-Δx2)，轨距发生偏移后第一激光发射器1与第二行激光接收器10之间的实际距离为：轨距发生偏移后第一激光发射器1与第二行激光接收器10之间的轨距偏移量为：D-x，当D-x大于预设值时，控制电路板14判断该处轨距发生了较大偏移，并控制该处的指示灯7亮起，表明该处轨距发生了较大偏移，控制电路板14控制该处的CAN收发器12将轨距偏移信息和该处的位置信息发送到中继器5，再由中继器5发送给有关铁路工务段部门。本实用新型的工作原理与工作过程如下：如图8所示，控制电路板14控制第一激光发射器1、第二激光发射器2发射激光的频率，使第一激光发射器1、第二激光发射器2发射的激光束照射在第一激光接收阵3、第二激光接收阵8的第一行激光接收器10上，控制电路板14从第一激光接收阵3、第二激光接收阵8上的第一行激光接收器10采集到的信息开始逐行扫描，并对激光接收器10接收状态进行编码，且每一行上的所有激光接收器10为一个码字，接收到激光束的激光接收器10编码为1，未接收到激光束的激光接收器10编码为0，计算出激光束在第一激光接收阵3、第二激光接收阵8上的下移距离，得出铁路轨道下沉的量和轨距偏移量，当该处的钢轨沉降量超出了最大允许值，此时控制电路板14控制该处的指示灯7亮起，表明该处轨道发生了沉降，控制电路板14控制该处的CAN收发器12将轨道沉降信息和该处的位置信息发送到中继器5，再由中继器5发送给有关铁路工务段部门的计算机中显示；轨距发生偏移后第一激光发射器1与第二行激光接收器10之间的轨距偏移量超出预设值时，控制电路板14判断该处轨距发生了较大偏移，并控制该处的指示灯7亮起，表明该处轨距发生了较大偏移，控制电路板14控制该处的CAN收发器12将轨距偏移信息和该处的位置信息发送到中继器5，再由中继器5发送给有关铁路工务段部门的计算机中显示，提醒工作人员前往检修。当前第1页1 2 3