CN110593031A

CN110593031A - 一种基于压力传感的轨道扣件松动自动检测方法及系统

Info

Publication number: CN110593031A
Application number: CN201910858321.8A
Authority: CN
Inventors: 陈有根; 尹俊波; 李志勇; 危韧勇; 黄挚雄; 普世平
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2019-09-11
Filing date: 2019-09-11
Publication date: 2019-12-20

Abstract

本发明公开了一种基于压力传感的轨道扣件松动自动检测方法及系统。所述系统结构主要包括扣件松动检测模块、地面接收模块及上位机监控终端，其中扣件松动检测模块由压力传感器、供电单元、松动信号采集模块、CPU模块及通信模块构成。所述方法即通过压力传感器来检测扣件系统松动与否，当传感器输出信号值低于所设压力阈值时，CPU模块将通过地面装置将松动扣件位置发送至上位机监控系统或APP终端，以便工作人员迅速修复故障扣件。该方法同其它铁路扣件系统检测方法相比，从本质上来检测扣件系统的松紧程度，具有自动化程度高、精度高的特点，不受天气、能见度的影响。所述方法及系统有助于对铁路的安全预警及自动化检测技术在铁路系统中的应用普及。

Description

一种基于压力传感的轨道扣件松动自动检测方法及系统

技术领域

本发明涉及轨道交通安全领域，具体涉及一种基于压力传感的轨道扣件松动自动检测方法及系统。

背景技术

随着我国国民经济稳步增长，为了满足日益增长的经济发展需求，铁路的建设也随之逐年增加。截至2018年年底，全国铁路营业总里程达12.9万公里，规模居世界第二；其中高速铁路2.8万公里，位居世界第一。

铁路轨道由道床、轨枕、钢轨、扣件系统等组成，其中扣件系统作为钢轨与轨枕的连接部件，如图1所示，不但影响列车运行的平稳性，还是铁路运营安全保障的重要组成部分。扣件系统又由弹条、螺栓、螺母、平垫圈、绝缘板等构成，其中弹条和螺栓的脱落、断裂、松动将严重威胁列车的安全平稳运行。目前，国内轨道扣件检测方式主要以人工巡检为主，轨检车巡检为辅。通常一根轨枕上有4个扣件，相邻轨枕间隔0.6m，若人工巡检1公里的话就要检测6000多个扣件，这样不仅效率低而且凭巡检人员的经验来检测扣件松动与否难免会误判，同时此方式还受天气、能见度等环境因素影响。而轨检车巡检方式通常都是基于光电传感、图像处理等方法来检测扣件，只能检测扣件是否脱落或缺失，无法检测其松紧程度且受能见度等环境因素影响大。

发明内容

为了克服现有轨道扣件系统检测技术存在的不足，提升检测效率，保障铁路运行安全，本发明提出一种基于压力传感的轨道扣件松动自动检测方法及系统。所述系统结构示意图如图2所示。

本发明通过以下技术方案实现：

一种基于压力传感的轨道扣件松动自动检测系统，所述系统至少包括扣件松动检测模块、地面接收模块及上位机监控终端，其中扣件松动检测模块由压力传感器、供电单元、松动信号采集模块、CPU模块及通信模块构成，其特征在于：压力传感器安装于扣件系统中弹条与螺栓之间，压力传感器的输出接于松动信号采集模块，松动信号采集模块的输出接于CPU模块，CPU模块的输出接于通信模块，且整个扣件松动检测模块安放于轨道板预留孔洞内，电源线及信号线均走轨道板内预埋套管；地面接收模块安装于铁轨附近的路面上，其中地面接收模块包括供电单元和通信模块。

所述压力传感器为直径27mm的压电陶瓷片。

所述供电单元为带蓄电池的光伏电池板，其供电电压为5V。

所述单片机模块为STM32F103VCT6系统板。

所述通信模块为SIM800C-GPRS模块。

实现所述系统的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：对扣件松动检测模块中的CPU模块及通信模块设定指令，编码定位各扣件系统。

步骤2：按设定的扣件压力阈值进行松动检测。

步骤3：压力传感器将所测弹条与螺栓间的压力值发送给松动信号采集模块。

步骤4：松动信号采集模块将松动逻辑值发送给CPU模块。

步骤5：通信模块向地面接收模块实时发送松动信号及扣件位置编码信息。

步骤6：地面接收模块将附近扣件松动检测模块所发送的信号批量打包后以数据包形式(松动扣件位置及松动程度)实时传输给上位机监控终端。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1.由于陶瓷具有优良的耐热性、耐磨性、耐腐蚀性以及高硬度等优点，对恶劣野外环境适应性强，故无需额外考虑压电陶瓷片防护问题；扣件松动检测模块中的电源线及信号线均走轨道板内预埋套管且松动信号采集、CPU、通信模块集成在轨道板预留孔洞内，雨水、震动、灰尘、车体运行风力等因素对装置的影响小，因此对所述系统的维护成本较低。

2.同基于机器视觉、基于图像处理等扣件系统检测方法相比，检测弹条与螺栓间的压力在本质上反应了扣件系统的松紧程度，具有高精度、高检测效率、不受能见度影响等优势。

3.所述系统可24小时不间断工作。带蓄电池的光伏电池板白天可为所述系统供电及为蓄电池充电，晚上则由蓄电池为所述系统供电。

4.采用GPRS模块作为通信模块，与传统的GSM模块相比，该

模块数据传输更快，实时性更好。

5.松动信号采集模块设有压力信号阈值及及扣件位置信息，由CPU模块进行松动判别及定位。当传感器输出信号值低于所设压力阈值时CPU模块将报警并将位置信息推送给值班人员，为其精准维修提供支持，提升工作效率。

附图说明

图1为现有扣件安装示意图。

图2为扣件松动检测系统结构示意图。

图3为扣件压力传感器安装示意图。

图4为系统检测流程图。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步说明：

以国内主流的WJ系列铁路扣件系统为例，如图3所示，将压力传感器安装于平垫圈和弹条之间，考虑到雨水、震动、灰尘及车体运行风力等因素对扣件松动检测模块的影响，将松动信号采集、CPU、通信模块集成在轨道板预留孔洞内，以及将传感器信号线置于电线套管内；同时为节约硬件资源，一个扣件松动检测模块用于检测一个轨枕上的四个扣件系统；光伏电池板安装于轨道板附近，一个供电单元为一块轨道板上(1块轨道板包含9个轨枕，共36个扣件系统)的扣件松动检测模块及一个地面接收模块供电；电源线及连接模块所用的信号线均走铁轨下方预埋套管。CPU模块中程序功能主要为定位、通信及信号处理。压电陶瓷片将两端压力转换成电信号后，由信号采集模块采集并判断松动与否后通过单片机STM32F103VCT6控制GPRS模块将此信号传输到安装于铁轨附近路面上的地面接收模块，地面接收模块负责接收多个轨道板上扣件系统检测信号，再统一打包数据(松动扣件位置及松动程度)发送给远程终端，实现实时在线监测。当WJ-7型扣件系统中压力传感器两端压力小于8.55KN时(WJ-7型扣件设计中规定：此类扣件系统中弹条压力不得小于9KN)(考虑到震动、气候等状况带来的误差，压力阈值下浮5％，此阈值可根据现场条件及需要动态调整)，松动信号采集模块采集后判断若有故障，将由CPU模块控制GPRS模块向远程监控终端发出报警信号，把扣件故障及其位置发送给上位机监控终端。该系统检测流程如图4所示，考虑到所述系统对实时性要求不高以及节约系统耗电，其中程序扫描周期设为5分钟。

按照上述实施例，便可很好地实现本发明。值得说明的是,为解决同样的技术问题，即使在本发明上做出的一些无实质性的改动，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种基于压力传感的轨道扣件松动自动检测系统，所述系统至少包括扣件松动检测模块、地面接收模块及上位机监控终端，其中扣件松动检测模块由压力传感器、供电单元、松动信号采集模块、CPU模块及通信模块构成，其特征在于：压力传感器安装于扣件系统中弹条与螺栓之间，压力传感器的输出接于松动信号采集模块，松动信号采集模块的输出接于CPU模块，CPU模块的输出接于通信模块，且整个扣件松动检测模块安放于轨道板预留孔洞内，电源线及信号线均走轨道板内预埋套管；地面接收模块安装于铁轨附近的路面上，其中地面接收模块包括供电单元和通信模块。

2.根据权利要求1所述的轨道扣件松动自动检测系统，其特征在于：所述扣件松动检测模块中的压力传感器为压电陶瓷片或光电接近开关。

3.根据权利要求1所述的轨道扣件松动自动检测系统，其特征在于：整个扣件松动检测模块及地面接收模块的供电单元均由带蓄电池的光伏电池板供电。

4.根据权利要求1所述的轨道扣件松动自动检测系统，其特征在于：所述CPU模块为STM32F103VCT6系统板。

5.根据权利要求1所述的轨道扣件松动自动检测系统，其特征在于：扣件松动检测模块和地面接收模块中的通信模块均为GPRS无线传输模块。

6.一种基于压力传感的轨道扣件松动自动检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤2：按设定的扣件压力阈值进行松动检测。

步骤4：松动信号采集模块将松动逻辑值发送给CPU模块。

7.根据权利要求1所述的轨道扣件松动自动检测方法，其特征在于，所述松动信号采集模块接收的压力值低于设定的阈值时，CPU模块控制通信模块发出报警指令。