铁路路基沉降检测装置的制作方法

1.本实用新型涉及沉降检测传感技术领域，特别涉及一种铁路路基沉降检测装置。


背景技术：

2.铁路隧道与铁路路基，因外界环境等复杂因素与火车行驶震动的原因，长时间会使隧道墙壁变形，产生裂纹；路基土层也会产生倾斜下沉使钢轨变形，如果长时间不加以维修，会对火车的行车安全造成较大的威胁；现有技术中，人工去测量和检查铁路路基的下沉情况，测量误差较大，由于铁路较长，不仅耗时耗力，也容易存在疏忽漏检等问题，造成火车在运输过程中事故风险率提升。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的旨在至少解决技术缺陷之一。
4.为此，本实用新型的一个目的在于提出一种铁路路基沉降检测装置，包括4g数据采集器和沉降传感器组件，沉降传感器组件将检测到的信号发送到4g数据采集器中，4g数据采集器再将采集到的信号发送到数据监控平台，其中：
5.4g数据采集器包括采集器电源、第一mcu主控模块、数据存储模块、网络通讯模块、网络通讯电源控制模块、第一485通讯模块、第一通讯电源控制模块；采集器电源分别为第一mcu主控模块、网络通讯模块和第一485通讯模块供电，第一485通讯模块将接收到的信号发送到第一mcu主控模块，第一mcu主控模块再通过网络通讯模块将信号发送到数据监控平台，网络通讯电源控制模块控制网络通讯模块的通断电，第一通讯电源控制模块控制第一485通讯模块的通断电。
6.沉降传感器组件包括多个沉降传感器，每个沉降传感器包括第二485通讯模块、第二mcu主控模块、逻辑寄存模块、磁簧检测模块、磁环和传感器电源，传感器电源为第二485通讯模块、第二mcu主控模块和逻辑寄存模块供电，逻辑寄存模块将磁簧检测模块检测到的信号发送到第二mcu主控模块，第二mcu主控模块通过第二485通讯模块将信号发送到第一485通讯模块中。
7.磁簧检测模块包括多个检测单元，每个检测单元之间并联连接，每个检测单元包括：第二十电阻和磁簧开关，第二十电阻与磁簧开关串联连接。
8.传感器电源包括第二电感、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第十八电阻、第十九电阻、第三稳压芯片、第三二极管、第四二极管、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容、第九电容、第十电容、第十一电容、第三稳压芯片的输入端引脚与第三二极管的负极、第五电容的一端、第六电容的一端和第十四电阻的一端连接，第三稳压芯片的使能端引脚与第十四电阻的另一端和第十五电阻的一端连接，第三稳压芯片启动端引脚通过第七电容串联接地，第三稳压芯片的自升压端引脚通过第九电容与第四二极管的负极连接，第三稳压芯片开关控制端引脚通过第二电感与第十电容的一端和第十一电容的一端连接，第三稳压芯片的反馈端引脚通过第十七电阻与第十八电阻的一端和第十电容的一端连
接，第十八电阻的另一端与第十九电阻串联接地，第三稳压芯片的比较器输入端引脚通过第八电容与第十六电阻串联接地。
9.优选的是，采集器电源包括整流器、开关、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一有极电容、第二有极电容、第三有极电容、第四有极电容、第一稳压芯片、第二稳压芯片、第一电感和第一二极管，整流器的正极输出端与开关的一端连接，整流器的负极输出端接地，开关的另一端与第一有极电容的正极、第一电容的一端和第一稳压芯片的输入端引脚连接，第一有极电容的负极和第一电容的另一端接地，第一稳压芯片的输出端引脚与第一二极管的负极、第二有极电容的正极、第二电容的一端、第三有极电容的正极、第三电容的一端和第二稳压芯片的输入端引脚连接，第二稳压芯片的输出端引脚与第四电容的一端和第四有极电容的正极连接，第一二极管的正极、第二有极电容的负极、第二电容的另一端、第三有极电容的负极、第三电容的另一端、第四电容的负极和第四有极电容的负极接地。
10.在上述任一方案中优选的是，第一通讯电源控制模块包括第六电阻、第七电阻、第八电阻、第二二极管、第一三极管、第一继电器和第三电感，第二二极管负极与第六电阻的一端和第三电感的一端连接，第二二极管的正极与第三电感的另一端和第一三极管的集电极连接，第三电感与第一继电器配合，第一三极管的基极与第七电阻的一端和第八电阻的一端连接，第七电阻的另一端与第一三极管的发射极接地。
11.在上述任一方案中优选的是，网络通讯电源控制模块包括第二十一电阻、第二十二电阻、第二十三电阻、第五二极管、第二三极管、第二继电器和第四电感，第二三极管的基极与第二十一电阻一端和第二十二电阻一端连接，第二三极管的发射极接地，第二三极管的集电极与第五二极管的正极和第四电感的一端连接，第二三极管的负极与第二十三电阻的一端和第四电感的另一端连接，第四电感与第二继电器配合。
12.在上述任一方案中优选的是，逻辑寄存模块包括第一寄存芯片、第二寄存芯片、第三寄存芯片，第一寄存芯片的位移控制端引脚与第二寄存芯片的位移控制端引脚和第三寄存芯片的位移控制端引脚连接，第一寄存芯片的时钟输入端引脚与第二寄存芯片的时钟输入端引脚和第三寄存芯片的时钟输入端引脚连接，第一寄存芯片的串行数据输入端引脚与第二寄存芯片的输出端引脚连接，第二寄存芯片的串行数据输入端引脚与第三寄存芯片的输出端引脚连接。
13.在上述任一方案中优选的是，第一485通讯模块包括第一通讯芯片、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第一静电保护器，第一通讯芯片信号输入端与第一电阻的一端、第三电阻的一端和第五电阻的一端连接，第一通讯芯片的信号输出端与第一电阻的另一端、第二电阻的另一端和第四电阻的一端连接，第四电阻和第五电阻的另一端分别与第一静电保护器的输入端连接，第一静电保护器的输出端接地。
14.在上述任一方案中优选的是，第二485通讯模块包括第二通讯芯片、第二静电保护器、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第二通讯芯片的信号输入端与第十电阻的一端接连，第二通讯芯片的信号输出端与第九电阻的一端连接，第九电阻的另一端和第十电阻的另一端分别与第二静电保护器的输入端连接，第二通讯芯片接收器输出端与第十一电阻的一端接连，第二通讯芯片驱动器输入端与第十二电阻的一端连接，第二通讯芯片的使能输入端与第十三电阻的一端连接。
15.在上述任一方案中优选的是，第一通讯芯片采用max3485esa型号的芯片。
16.在上述任一方案中优选的是，第二通讯芯片采用max3485eesa型号的芯片。
17.在上述任一方案中优选的是，第一mcu主控模块采用stm32f103c8t6型号的芯片。
18.在上述任一方案中优选的是，数据存储模块采用w25q80dvssig型号的芯片。
19.在上述任一方案中优选的是，网络通讯模块采用ec200tec200s型号的芯片。
20.在上述任一方案中优选的是，第二mcu主控模块采用stm32f103
‑
48型号的芯片。
21.在上述任一方案中优选的是，整流器的型号为msb30m。
22.在上述任一方案中优选的是，第一稳压芯片采用lm2596
‑
5.0型号的芯片。
23.在上述任一方案中优选的是，第三稳压芯片采用mp1593型号的芯片。
24.在上述任一方案中优选的是，第一静电保护器采用sm05型号的芯片。
25.在上述任一方案中优选的是，第二静电保护器采用sm05型号的芯片。
26.在上述任一方案中优选的是，第一寄存芯片采用74ls165型号的芯片。
27.在上述任一方案中优选的是，第二寄存芯片采用74ls165型号的芯片。
28.在上述任一方案中优选的是，第三寄存芯片采用74ls165型号的芯片。
29.本实用新型相对于现有技术的有益效果为：
30.1、本实用新型可以检测铁路路基的沉降情况，节约更多的人工成本，更加安全可靠，使用磁簧开关为主要检测方式，磁簧开关也称为干簧管，将沉降传感器组件与磁环固定在铁路路基的土层里，当土层发生沉降时，带动磁环会使干簧管读出磁环移动距离，采集器采集到移动数据后发送报警信息，传感器的检测精度可到5mm
°
，检测精度高。
31.2、采集器使用移远的ec20的4g通讯系统，系统传输稳定，抗干扰性好，无延时，传输效率高，传递信号速度快，能够及时的传递报警信号，工作人员能够及时的发现问题，从而第一时间采取维护手段。
32.3、本实用新型供电稳定，电路里设有稳压芯片，功耗低，从而耐用度更久，使用寿命更长，减少维护成本。
附图说明
33.本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
34.图1为按照本实用新型一种铁路路基沉降检测装置的结构框图；
35.图2为按照本实用新型一种铁路路基沉降检测装置图1中所示的4g数据采集器的结构框图；
36.图3为按照本实用新型一种铁路路基沉降检测装置图1中所示沉降传感器的结构框图；
37.图4为按照本实用新型一种铁路路基沉降检测装置图2所示4g数据采集器的采集器中电源的电路原理图；
38.图5为按照本实用新型一种铁路路基沉降检测装置图2所示4g数据采集器中的第一mcu主控模块的电路原理图；
39.图6为按照本实用新型一种铁路路基沉降检测装置图2所示4g数据采集器中的第一485通讯模块的电路原理图；
40.图7为按照本实用新型一种铁路路基沉降检测装置图2所示4g数据采集器中的数据存储模块的电路原理图；
41.图8为按照本实用新型一种铁路路基沉降检测装置图2所示4g数据采集器中的第一通讯电源控制模块的电路原理图；
42.图9为按照本实用新型一种铁路路基沉降检测装置图2所示4g数据采集器中的网络通讯电源控制模块的电路原理图；
43.图10为按照本实用新型一种铁路路基沉降检测装置图2所示4g数据采集器中的网络通讯模块的电路原理图；
44.图11为按照本实用新型一种铁路路基沉降检测装置图3所示沉降传感器中的第二485通讯模块的电路原理图；
45.图12为按照本实用新型一种铁路路基沉降检测装置图3所示沉降传感器中的第二mcu主控模块的电路原理图；
46.图13为按照本实用新型一种铁路路基沉降检测装置图3所示沉降传感器中的传感器电源的电路原理图；
47.图14为按照本实用新型一种铁路路基沉降检测装置图3所示沉降传感器中的逻辑寄存模块的电路原理图；
48.图15为按照本实用新型一种铁路路基沉降检测装置图3所示沉降传感器中的磁簧检测模块的电路原理图。
具体实施方式
49.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
50.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
51.如图1所示，按照本实用新型实施例的一种铁路路基沉降检测装置，包括4g数据采集器2和沉降传感器组件，沉降传感器组件将检测到的信号发送到4g数据采集器2中，4g数据采集器2再将采集到的信号发送到数据监控平台1，其中：
52.如图2所示，4g数据采集器2包括采集器电源6、第一mcu主控模块5、数据存储模块4、网络通讯模块7、网络通讯电源控制模块8、第一485通讯模块9、第一通讯电源控制模块10；采集器电源6分别为第一mcu主控模块5、网络通讯模块7和第一485通讯模块9供电，第一485通讯模块9将接收到的信号发送到第一mcu主控模块5，第一mcu主控模块5再通过网络通讯模块7将信号发送到数据监控平台1，网络通讯电源控制模块8控制网络通讯模块7的通断电，第一通讯电源控制模块10控制第一485通讯模块9的通断电。
53.如图3所示，沉降传感器组件包括多个沉降传感器3，每个沉降传感器3包括第二
485通讯模块11、第二mcu主控模块12、逻辑寄存模块13、磁簧检测模块14、磁环16和传感器电源15，传感器电源15为第二485通讯模块11、第二mcu主控模块12和逻辑寄存模块13供电，逻辑寄存模块13将磁簧检测模块14检测到的信号发送到第二mcu主控模块12，第二mcu主控模块12通过第二485通讯模块11将信号发送到第一485通讯模块9中。
54.如图15所示，磁簧检测模块14包括多个检测单元，每个检测单元之间并联连接，每个检测单元包括：第二十电阻r51和磁簧开关h1，第二十电阻r51与磁簧开关h1串联连接；使用磁簧开关h1为主要检测方式，磁簧开关h1也称为干簧管，将沉降传感器组件与磁环16固定在铁路路基的土层里，当土层发生沉降时，带动磁环16移动，干簧管读出磁环16移动距离，采集器采集到移动数据后发送报警信息，传感器的检测精度可到5mm
°
，检测精度高。
55.如图13所示，传感器电源15包括第二电感l11、第十四电阻r16、第十五电阻r19、第十六电阻r23、第十七电阻r18、第十八电阻r41、第十九电阻r42、第三稳压芯片u3、第三二极管d12、第四二极管d1、第五电容c7、第六电容c8、第七电容c10、第八电容c13、第九电容c6、第十电容c11、第十一电容c12、第三稳压芯片u3的输入端引脚与第三二极管d12的负极、第五电容c7的一端、第六电容c8的一端和第十四电阻r16的一端连接，第三稳压芯片u3的使能端引脚与第十四电阻r16的另一端和第十五电阻r19的一端连接，第三稳压芯片u3启动端引脚通过第七电容c10串联接地，第三稳压芯片u3的自升压端引脚通过第九电容c6与第四二极管d1的负极连接，第三稳压芯片u3开关控制端引脚通过第二电感l11与第十电容c11的一端和第十一电容c12的一端连接，第三稳压芯片u3的反馈端引脚通过第十七电阻r18与第十八电阻r41的一端和第十电容c11的一端连接，第十八电阻r41的另一端与第十九电阻r42串联接地，第三稳压芯片u3的比较器输入端引脚通过第八电容c13与第十六电阻r23串联接地。
56.进一步的，如图4所示，采集器电源6包括整流器d1、开关sw1、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3、第四电容c3、第一有极电容ce1、第二有极电容ce2、第三有极电容ce3、第四有极电容ce4、第一稳压芯片u1、第二稳压芯片u2、第一电感l1和第一二极管d2，整流器d1的正极输出端与开关sw1的一端连接，整流器d1的负极输出端接地，开关sw1的另一端与第一有极电容ce1的正极、第一电容c1的一端和第一稳压芯片u1的输入端引脚连接，第一有极电容ce1的负极和第一电容c1的另一端接地，第一稳压芯片u1的输出端引脚与第一二极管d2的负极、第二有极电容ce2的正极、第二电容c2的一端、第三有极电容ce3的正极、第三电容c3的一端和第二稳压芯片u2的输入端引脚连接，第二稳压芯片u2的输出端引脚与第四电容c3的一端和第四有极电容ce4的正极连接，第一二极管d2的正极、第二有极电容ce2的负极、第二电容c2的另一端、第三有极电容ce3的负极、第三电容c3的另一端、第四电容c3的负极和第四有极电容ce4的负极接地，采集器电源6能够保护电路避免负载过大而损坏电路，从而使用更加安全，减小故障率，延长使用寿命。
57.进一步的，如图8所示，第一通讯电源控制模块10包括第六电阻r12、第七电阻r7、第八电阻r18、第二二极管d3、第一三极管q1、第一继电器jdq1和第三电感l3，第二二极管d3负极与第六电阻r12的一端和第三电感l3的一端连接，第二二极管d3的正极与第三电感l3的另一端和第一三极管q1的集电极连接，第三电感l3与第一继电器jdq1配合，第一三极管q1的基极与第七电阻r7的一端和第八电阻r18的一端连接，第七电阻r7的另一端与第一三极管q1的发射极接地。
58.具体的，如图9所示，网络通讯电源控制模块8包括第二十一电阻r61、第二十二电阻r62、第二十三电阻r63、第五二极管d5、第二三极管q2、第二继电器jdq2和第四电感l4，第二三极管q2的基极与第二十一电阻r61一端和第二十二电阻r62一端连接，第二三极管q2的发射极接地，第二三极管q2的集电极与第五二极管d5的正极和第四电感l4的一端连接，第二三极管q2的负极与第二十三电阻r63的一端和第四电感l4的另一端连接，第四电感l4与第二继电器jdq2配合。
59.具体的，如图14所示，逻辑寄存模块13包括第一寄存芯片u31、第二寄存芯片u32、第三寄存芯片u33，第一寄存芯片u31的位移控制端引脚与第二寄存芯片u32的位移控制端引脚和第三寄存芯片u33的位移控制端引脚连接，第一寄存芯片u31的时钟输入端引脚与第二寄存芯片u32的时钟输入端引脚和第三寄存芯片u33的时钟输入端引脚连接，第一寄存芯片u31的串行数据输入端引脚与第二寄存芯片u32的输出端引脚连接，第二寄存芯片u32的串行数据输入端引脚与第三寄存芯片u33的输出端引脚连接。
60.具体的，如图6所示，第一485通讯模块9包括第一通讯芯片u6、第一电阻r21、第二电阻r5、第三电阻r6、第四电阻r10、第五电阻r11和第一静电保护器q3，第一通讯芯片u6信号输入端与第一电阻r21的一端、第三电阻r6的一端和第五电阻r11的一端连接，第一通讯芯片u6的信号输出端与第一电阻r21的另一端、第二电阻r5的另一端和第四电阻r10的一端连接，第四电阻r10和第五电阻r11的另一端分别与第一静电保护器q3的输入端连接，第一静电保护器q3的输出端接地。
61.具体的，如图11所示，第二485通讯模块11包括第二通讯芯片u11、第二静电保护器t1、第九电阻r33、第十电阻r35、第十一电阻r36、第十二电阻r37、第十三电阻r38、第二通讯芯片u11的信号输入端与第十电阻r35的一端接连，第二通讯芯片u11的信号输出端与第九电阻r33的一端连接，第九电阻r33的另一端和第十电阻r35的另一端分别与第二静电保护器t1的输入端连接，第二通讯芯片u11接收器输出端与第十一电阻r36的一端接连，第二通讯芯片u11驱动器输入端与第十二电阻r37的一端连接，第二通讯芯片u11的使能输入端与第十三电阻r38的一端连接。
62.可选的，第一通讯芯片u6采用max3485esa型号的芯片。
63.可选的，第二通讯芯片u11采用max3485eesa型号的芯片。
64.可选的，如图5所示，第一mcu主控模块5采用stm32f103c8t6型号的芯片。
65.可选的，如图7所示，数据存储模块4采用w25q80dvssig型号的芯片。
66.可选的，如图10所示，网络通讯模块7采用ec200tec200s型号的芯片。
67.可选的，如图12所示，第二mcu主控模块12采用stm32f103
‑
48型号的芯片。
68.可选的，整流器d1的型号为msb30m。
69.可选的，第一稳压芯片u1采用lm2596
‑
5.0型号的芯片。
70.可选的，第三稳压芯片u3采用mp1593型号的芯片。
71.可选的，第一静电保护器q3采用sm05型号的芯片。
72.可选的，第二静电保护器t1采用sm05型号的芯片。
73.可选的，第一寄存芯片u31采用74ls165型号的芯片。
74.可选的，第二寄存芯片u32采用74ls165型号的芯片。
75.可选的，第三寄存芯片u33采用74ls165型号的芯片。
76.本实用新型实施例的工作原理为：将沉降传感器组件固定在土层里，当土层发生沉降时，带动沉降传感器3中的磁环16移动，从而使沉降传感器3检测到移动信号，4g数据采集器2将采集到的信号发送到数据监控平台1中以供工作人员分析和预警。
77.本实施例使用移远的ec20的4g通讯系统，系统传输稳定，抗干扰性好，无延时，传输效率高，传递信号速度快，能够及时的传递报警信号，工作人员能够及时的发现问题，从而第一时间采取维护手段。
78.本实施例供电稳定，电路里设有稳压芯片，功耗低，从而耐用度更久，使用寿命更长，减少维护成本。
79.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
80.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本实用新型的范围由所附权利要求及其等同限定。