高速铁路铁轨应力检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及铁轨应力检测领域，具体而言，涉及高速铁路铁轨应力检测装置。
【背景技术】
[0002]高速铁路(简称高铁)，是指通过改造原有线路(直线化、轨距标准化)，使最高营运速率达到不小于每小时200公里，或者专门修建新的“高速新线”，使营运速率达到每小时至少250公里的铁路系统。高速铁路除了在列车在营运达到一定速度标准外，车辆、路轨、操作都需要配合提升。
[0003]其中，高速铁路在修建的过程中，应用了几百公里甚至上千公里的单根无缝铁轨，这在中国是史无前例的，而安装的无缝铁轨在工作中会产生较强的应力，然而随着季节交替的变化、气候温度的变化、对“高铁”的维护施工以及列车在铁轨上正常运行都会造成单根无缝铁轨应力的改变，而应力的改变会使得铁轨上存在风险，这对后续对铁轨进行安全性监测和维护施工都造成了很大的困扰。
[0004]故相关技术引入了一种高速铁路铁轨应力检测技术，包括应变片传感器和控制器，其中，在单根无缝铁轨安装的同时安装应变片传感器，此时，应变片传感器测得的单根无缝铁轨的应力为0，而在单根无缝铁轨安装之后，该铁轨即可正常运作，故该铁轨的应力也不断发生变化，此时应变片传感器实时测量不断发生变化的应力，并将测得的应力值发送至控制器，以便控制器根据该应力值进行检测。
[0005]发明人在研宄中发现，现有技术中，铁轨由于断轨和涨轨等故障而需要对铁轨进行施工，用以维护铁轨的正常运作，而对铁轨进行施工会使得铁轨的应力间断性变化，此时，若还是用应变片传感器对铁轨进行应力检测，则该应变片传感器仍是以原来的应力为O为起点，故其只能测量铁轨的应力为O到当前铁轨的应力的相对应力变化，而无法检测到铁轨实际的绝对应力(即铁轨间断起点和当前铁轨应力)值，故使用应变片传感器检测的结果不精确。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型的目的在于提供尚速铁路铁轨应力检测装置，以提尚尚速铁路铁轨应力检测结果的准确性。
[0007]第一方面，本实用新型实施例提供了一种高速铁路铁轨应力检测装置，包括:微控制单元MCU、第一现场可编程门阵列FPGA处理电路、超声波发送探头以及至少两个超声波接收探头；
[0008]MCU用于根据接收的指令信息生成控制指令，并将控制指令发送至超声波发送探头;
[0009]超声波发送探头与MCU电连接，用于接收控制指令并根据控制指令向高速铁路铁轨发送超声波信号，以便超声波信号在高速铁路铁轨中传播；
[0010]两个超声波接收探头分别设置与超声波发送探头相隔预设距离的位置上，用于接收高速铁路铁轨传播的超声波信号并将超声波信号发送至第一 FPGA处理电路；
[0011]第一 FPGA处理电路分别与两个超声波接收探头电连接，用于接收高速铁路铁轨传播的超声波信号，对超声波信号进行滤波和FFT分析，计算两次超声波信号的接收时差，并根据接收时差确定高速铁路铁轨的绝对应力值。
[0012]结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，高速铁路铁轨应力检测装置还包括第二 FPGA处理电路；
[0013]第二 FPGA处理电路分别与MCU和超声波发送探头电连接，用于接收MCU发送的控制指令，并根据控制指令选择预设波形，以便将预设波形的样点发送至超声波发送探头。
[0014]结合第一方面的第一种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，高速铁路铁轨应力检测装置还包括功放驱动电路；
[0015]功放驱动电路分别与第二 FPGA处理电路和超声波发送探头电连接，用于接收预设波形的样点并对预设波形的样点进行放大和提高功率处理，并将处理后的发送能量发送至超声波发送探头。
[0016]结合第一方面的第二种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，高速铁路铁轨应力检测装置还包括输出变压器和输入变压器;
[0017]功放驱动电路与超声波发送探头之间设置有输出变压器，用于对功放驱动电路发送的超声波信号的电压进行升压处理，以使得升压处理后的电压为超声波发送探头需要的第一预设电压；
[0018]两个超声波接收探头和第一 FPGA处理电路之间分别设置有输入变压器，用于对超声波接收探头发送的超声波信号的电压进行降压处理，以使得降压后的电压为第一 FPGA处理电路需要的第二预设电压。
[0019]结合第一方面的第一种可能的实施方式至第三种可能的实施方式中的任意一种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，高速铁路铁轨应力检测装置还包括放大滤波电路；
[0020]放大滤波电路分别与输入变压器和第一 FPGA处理电路电连接，用于接收输入变压器降压后的超声波信号并对超声波信号进行放大和滤波处理。
[0021]结合第一方面的第四种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，高速铁路铁轨应力检测装置还包括模拟数字转换器ADC采样电路；
[0022]ADC采样电路分别与放大滤波电路和第一 FPGA处理电路电连接，用于接收放大滤波电路处理过的超声波信号并将超声波信号从模拟信号转换为数字信号。
[0023]结合第一方面的第五种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，高速铁路铁轨应力检测装置还包括保护电路；
[0024]保护电路分别与MCU、第一 FPGA处理电路、超声波发送探头、超声波接收探头、第二 FPGA处理电路、功放驱动电路、输入变压器、输出变压器、放大滤波电路及ADC采样电路电连接，用于在检测到上述电路中电压、电流或者功率超出预设值时，自动切断电路。
[0025]结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，高速铁路铁轨应力检测装置还包括存储模块和电源模块；
[0026]存储模块与第一 FPGA处理电路电连接，用于将第一 FPGA处理电路接收的超声波信号进行存储及将第一 FPGA处理电路处理得到的高速铁路铁轨的绝对应力值进行存储；
[0027]电源模块，用于为整个检测装置提供电源。
[0028]结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，高速铁路铁轨应力检测装置还包括传感器采集电路；
[0029]传感器采集电路与MCU电连接，用于在检测到超声波发送探头的预设参数不符合预设条件时，对预设参数进行实时补偿。
[0030]结合第一方面的第八种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第九种可能的实施方式，其中，高速铁路铁轨应力检测装置中，传感器采集电路包括:温度传感器和应力传感器。
[0031]本实用新型实施例提供的一种高速铁路铁轨应力检测装置，采用如下技术方案:通过MCU用于将接收的指令信息生成控制指令，并将控制指令发送至超声波发送探头；超声波发送探头接收MCU发送的控制指令并根据控制指令向高速铁路铁轨发送超声波信号，以便超声波信号在高速铁路铁轨中传播；通过设置与超声波发送探头相隔预设距离的位置上的两个超声波接收探头接收高速铁路铁轨传播的超声波信号并发送至第一 FPGA处理电路；通过第一 FPGA处理电路分别与两个超声波接收探头电连接，用于接收高速铁路铁轨传播的超声波信号，并对超声波信号进行滤波和FFT分析计算两次超声波信号的接收时差，并根据接收时差确定高速铁路铁轨的绝对应力值，与现有技术中的使用应力传感器对铁轨进行检测的方式，只能测量铁轨的应力为O到当前铁轨的应力的相对应力变化，而无法检测到铁轨实际的绝对应力值(即铁轨间断起点和当前铁轨应力)，故使用应变片传感器检测的结果不精确的方案相比，其使用第一 FPGA处理电路，通过FPGA中的比频比相等相关性算法分析，计算接收的超声波信号的时差，并通过比对标准应力延时样本值表，得到对应的铁轨绝对应力值和应力变化值，使得测量结果准确。
[0032]进一步，本实用新型实施例提供的一种高速铁路铁轨应力检测装置，还可以通过输出变压器将功放驱动电路发送的超声波信号的电压进行升压处理，以使得升压处理后的电压为超声波发送探头需