一种铁轨健康追踪系统的制作方法

本发明涉及轨道交通控制领域，更具体地，涉及一种铁轨健康追踪系统。

背景技术：

目前，相关技术中的铁轨大多数无法根据传感器监测的数据预测其自身的剩余寿命。这一缺陷降低了对铁轨稳定性监测的及时性，使维护人员不能及时对其进行必要的修整维护。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种铁轨健康追踪系统，其特征在于，包括健康监测模块、信号传输模块、信号转换模块和显示操作模块：

(1)健康监测模块，包括信号单元、强度检测单元和偏移检测单元；

a.信号单元接轨道管理系统，对铁轨结构的感应信号进行实时传输；

b.强度检测单元包括参数性能及结构完全相同的强度感应装置，强度感应装置串联后设置于铁轨的敏感部位上，构成与铁轨的敏感部位一一对应的监测位点；

c.偏移检测单元以用于感应敏感部位的位移变化参照位点和用于校核参照位点稳固程度的整体对照点为基础进行空间位移监测，铁轨的敏感部位、参照位点和整体对照点通过对铁轨利用matlab软件进行有限元模拟分析确定；

(2)信号传输模块，包括信号采集单元、信号转换单元和信号传输单元；信号采集单元对健康监测模块感应到的信号进行集成处理；信号转换单元对信号采集单元收集到的信号进行数据化转换；信号传输单元对信号转换单元处理的数据进行传送；

(3)信号转换模块，包括连接信号传输单元的控制单元；

a.控制单元利用信号传输单元传送的位移数据进行计算，得到第i个监测位点在两个采样时间间隔t之间的平均位移d，计算公式如公式一所示：

公式一：

其中，t为采样时间间隔，为正实数，一般取3h为采样时间间隔，d为平均位移，zi，t为第i个监测位点在前一采样时间间隔内的位移数据的平均值，zi，2t为第i个监测位点在后一采样时间间隔内的位移数据的平均值，i和n为正整数，且i≤n；

b.由于铁轨存在热胀冷缩现象，要对平均位移d进行补偿，补偿后的平均位移d'通过公式二计算：

公式二：

其中，d’为补偿后的平均位移，βi为第i个监测位点轨道材料的温度膨胀系数，为大于0并小于1的正实数，i和n为正整数，且i≤n；

c.将监测位点平均位移与规定位移范围进行比较，判断平均位移是否处于安全状态，并根据监测位点强度检测单元的监测位点智能感应数据进行计算，得到强度幅度，根据监测位点强度幅度计算铁轨的剩余疲劳寿命，并判断剩余疲劳寿命是否处于安全状态，判断公式如公式三所示：

公式三：

其中，η为强度极限，ηi为第i个监测位点，由强度检测单元感应的强度幅度，i和n为正整数，且i≤n，ki为第i个监测位点轨道材料的的疲劳系数，为大于0并小于1的正实数，a代表所车轨道总设计使用天数，z代表铁轨实际使用天数，g表示铁轨过载使用天数；当s大于0，判定结构寿命处于安全状态，当s小于或等于0时，输出报警信号；

(4)显示操作模块，包括与控制单元连接的labview交互平台，labview交互平台对信号转换模块的评估结果进行处理，模拟铁轨的健康状况；利用matlab软件进行铁轨的建模后，导入labview交互平台，分别构建铁轨不同路段的模型，在labview交互平台上调整各铁轨构件的空间位置；通过不同的形状符号在labview交互平台上模拟显示铁轨敏感部位、强度检测单元和偏移检测单元；根据信号转换模块评估的结果对不处于安全状态的路段用规定的颜色在labview交互平台的界面上显示。

本发明的有益成果为：本发明提供了一种铁轨健康追踪系统，实现了铁轨的动态健康的全自动化监测，便于人员及早发现问题、解决问题，具有较高实用价值。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行详细的说明。应当说明的是，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，能实现同样功能的产品属于等同替换和改进，均包含在本发明的保护之内。具体方法如下：

实施例1：一种铁轨健康追踪系统，其特征在于，包括健康监测模块、信号传输模块、信号转换模块和显示操作模块：

(1)健康监测模块，包括信号单元、强度检测单元和偏移检测单元；.信号单元接轨道管理系统，对铁轨结构的感应信号进行实时传输；强度检测单元包括参数性能及结构完全相同的强度感应装置，强度感应装置串联后设置于铁轨的敏感部位上，构成与铁轨的敏感部位一一对应的监测位点；.偏移检测单元以用于感应敏感部位的位移变化参照位点和用于校核参照位点稳固程度的整体对照点为基础进行空间位移监测，铁轨的敏感部位、参照位点和整体对照点通过对铁轨利用matlab软件进行有限元模拟分析确定；

(2)信号传输模块，包括信号采集单元、信号转换单元和信号传输单元；信号采集单元对健康监测模块感应到的信号进行集成处理；信号转换单元对信号采集单元收集到的信号进行数据化转换；信号传输单元对信号转换单元处理的数据进行传送；

(3)信号转换模块，包括连接信号传输单元的控制单元；.控制单元利用信号传输单元传送的位移数据进行计算，得到第i个监测位点在两个采样时间间隔t之间的平均位移d；由于铁轨存在热胀冷缩现象，要对平均位移d进行补偿，补偿后的平均位移d'；将监测位点平均位移与规定位移范围进行比较，判断平均位移是否处于安全状态，并根据监测位点强度检测单元的监测位点智能感应数据进行计算，得到强度幅度，根据监测位点强度幅度计算铁轨的剩余疲劳寿命，并判断剩余疲劳寿命是否处于安全状态；

(4)显示操作模块，包括与控制单元连接的labview交互平台，labview交互平台对信号转换模块的评估结果进行处理，模拟铁轨的健康状况；利用matlab软件进行铁轨的建模后，导入labview交互平台，分别构建铁轨不同路段的模型，在labview交互平台上调整各铁轨构件的空间位置；通过不同的形状符号在labview交互平台上模拟显示铁轨敏感部位、强度检测单元和偏移检测单元；根据信号转换模块评估的结果对不处于安全状态的路段用规定的颜色在labview交互平台的界面上显示；

在此实施例中，本发明提出了疲劳寿命安全判断公式，减少了计算的工作量，提高了监测系统的工作效率；提出了平均位移的计算公式，并且对平均位移进行了修正，采用平均位移与位移阈值进行比较判断，减少了计算的工作量；对感应装置进行温度补偿，提高了测量精度，进而提高了系统的整体测量精度；利用labview交互平台平台模拟铁轨本体的健康状况，具有良好的与用户进行界面交互的效果；

在此实施例中，通过各个模块的构建连接，实现了铁轨的动态健康的全自动化监测；经过试验测试系统的整体测量精度提高了15％。