基于光纤光栅传感器的轨道计轴系统

1.本发明属于轨道计轴系统技术领域，具体涉及一种基于光纤光栅传感器的轨道计轴系统。


背景技术：

2.铁路线路设备是铁路运输业的基础设备，它常年裸露在大自然中，经受着风雨冻融和列车荷载的作用，轨道几何尺寸不断变化，路基及道床不断产生变形，钢轨、联结零件及轨枕不断磨损，而使线路设备技术状态不断地发生变化，因此，掌握线路设备的变化规律、及时检测线路状态、加强线路检测管理，是确保线路质量、保证运输安全的重要的基础性工作。
3.检测轨道区段或道岔区段列车是否存在占用、空闲的装置一般被称为轨道计轴系统，其原理是通过使用电磁感应式或是光纤光栅传感式的计轴传感器，检查两个或多个计轴点之间的轴数情况，判断区段内是否有车占用。电磁感应式计轴系统主要有室外设备和室内设备组成，列车经过室外设备的传感器时，切割电磁线圈产生了相应的感应电流，感应电流通过电缆传输给室内设备，室内设备的板卡进行分析后，显示相应的过车轴数。光纤光栅传感技术是利用温度、应变等物理参量对光纤光栅反射波长位置的影响进行解析和演算。光纤光栅传感器的优势在于，电磁感应式使用电信号会受到火车及铁轨产生的电磁信号干扰，而光纤则不存在这个问题，另一方面，传感器质量小可直接安装在钢轨上，不影响列车正常运行。
4.申请号cn202023282108.4，公开了一种轨道计轴系统模拟行车装置，其工作于钢轨表面，所述钢轨表上设置有计轴传感器，在装置模拟行车过程中，当车轮模拟板平行通过计轴传感器时，车轮模拟板底部的红外测距传感器测量出计轴传感器上表面与车轮模拟板底部之间的距离，从而判断计轴磁头传感器的安装位置是否符合要求，方便技术人员对计轴装置安装位置的验收测量及计轴故障诊断调试后的模拟行车功能。
5.其缺陷在于，在安装时，需要调节两个伸缩节确保两个车轮模拟板之间的距离满足钢轨型号的宽度或钢轨间距，两个车轮模拟板与钢轨两侧间隙为0.5mm，在遇到钢轨表面的锈蚀后，会导致装置产生偏移量导致对模拟行车产生影响。


技术实现要素：

6.针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种基于光纤光栅传感器的轨道计轴系统，其基于光纤光栅传感器测量钢轨的偏移量，避免了电磁感应式使用电信号受到火车及铁轨产生的电磁信号干扰的情况发生，另一方面，通过设置定位滚轮组件避免了轨道计轴系统由于钢轨轻微形变而产生偏移量导致对模拟行车产生影响。
7.为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
8.基于光纤光栅传感器的轨道计轴系统，其可在钢轨表面移动，所述钢轨设置有光纤光栅传感器，所述轨道计轴系统包括：
9.用于模拟列车的车轮的移动座，所述移动座数量有两个并对称设置于钢轨两侧，两移动座通过伸缩节连接；
10.与所述光纤光栅传感器对应设置的激光发射器，所述激光发射器安装在所述移动座的底部，激光发射器用于测量光纤光栅传感器与移动座底部之间的距离；以及
11.定位滚轮组件，所述定位滚轮组件对应钢轨设置，定位滚轮组件安装在所述伸缩节下部，且定位滚轮组件可根据钢轨的宽度调节在伸缩节的位置。
12.进一步地，所述定位滚轮组件包括第一侧定位轮组、与第一侧定位轮组相对设置的第二侧定位轮组以及调节组件；
13.其中，所述第一侧定位轮组安装于所述伸缩节下部且第一侧定位轮组和第二侧定位轮组可分别沿着钢轨一侧移动，所述第二侧定位轮组连接至所述调节组件，所述调节组件设置于伸缩节的调节腔内，且调节组件可在调节腔内沿着伸缩节的长度方向移动。
14.进一步地，所述第一侧定位轮组包括可在钢轨第一侧面滚动的第一滚轮和第一轮板，所述第一轮板安装于所述伸缩节下部，所述第一滚轮安装于第一轮板侧面。
15.进一步地，所述第二侧定位轮组包括可在钢轨第二侧面滚动的第二滚轮和第二轮板，所述第二轮板连接至所述调节组件，所述第二滚轮安装于第二轮板侧面。
16.进一步地，所述调节组件包括转动单元以及移动单元，所述转动单元与移动单元传动配合，所述移动单元用于固定安装所述第二轮板，所述转动单元部分伸出至伸缩节外，以使得操作转动单元后可通过上述移动单元带动所述第二轮板移动。
17.进一步地，所述移动单元包括移动板和复位弹簧，所述移动板滑动安装在伸缩节调节腔内壁上，移动板朝向驱动单元的一端固定有连接头，所述连接头安装有滚轮，所述复位弹簧一端安装在伸缩节内壁上另一端连接至所述移动板，所述复位弹簧对移动板施加移向转动单元的力。
18.进一步地，所述转动单元包括抵接于所述滚轮设置的偏心轮，所述偏心轮可围绕着转动柱转动，所述转动柱转动安装在伸缩节内壁上，且转动柱伸出至调节腔上部并固定有把手，以当操作把手可克服复位弹簧阻力带动移动板移动。
19.进一步地，所述调节组件还包括限位组件，所述限位组件安装在所述转动柱一侧，限位组件包括螺纹套和螺杆，所述螺纹套固定在伸缩节内壁上，所述螺纹套螺纹连接有螺杆，所述螺杆朝向转动柱并可抵接在转动柱侧面。
20.进一步地，所述第二侧定位轮组还包括第三滚轮以及第三轮板，所述第三滚轮设置于钢轨下表面并通过上述第三轮板连接至所述第二轮板侧面。
21.进一步地，所述移动板开设有滑槽，且滑槽沿着伸缩节长度方向设置，所述伸缩节内壁固定有限位卡板，所述限位卡板伸入至所述滑槽内且移动板可在限位卡板限制下移动。
22.与现有技术相比本方案的有益效果是：
23.1、本发明的基于光纤光栅传感器的轨道计轴系统采用光纤光栅传感技术，利用应变的物理参量对光纤光栅反射波长位置的影响进行解析和演算。避免了现有技术采用电磁感应式的检测方式，而导致的电信号受到火车及铁轨产生的电磁信号干扰的情况发生。
24.2、本发明的基于光纤光栅传感器还包括有定位滚轮组件，本发明的定位滚轮组件能保证轨道计轴系统紧贴于钢轨移动，避免第一滚轮、第二滚轮以及第三滚轮在遇到钢轨
表面的锈蚀后，轨道计轴系统产生偏移量导致对模拟行车产生影响。
附图说明
25.图1为本基于光纤光栅传感器的轨道计轴系统结构示意图；
26.图2为第一侧定位轮组、第二侧定位轮组与钢轨连接示意图；
27.图3为伸缩节具有滚轮定位组件处的俯视图；
28.图4为伸缩节安装有调节组件的剖视图；
29.图5为限位组件的剖视图；
30.图6为减震组件的剖视图。
31.附图标记依次为：钢轨1、光纤光栅传感器11、移动座2、激光发射器21、伸缩节3、限位卡板31、定位滚轮组件4、第一侧定位轮组41、第一滚轮411、第一轮板412、第二侧定位轮组42、第二滚轮421、第二轮板422、第三滚轮424、第三轮板425、移动单元43、移动板431、滑槽4311、复位弹簧432、连接头433、转动单元44、偏心轮441、转动柱442、把手443、限位组件45、螺纹套451、螺杆452、减震组件46、减震腔461、安装板462、减震弹簧463、减震柱464、限位板465。
具体实施方式
32.下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
33.现有的轨道计轴系统(也叫轨道计轴系统模拟行车装置)如图1所示，在两条平行钢轨1的两个外侧面均设置有移动座2，移动座2之间通过伸缩节3连接，先有的轨道计轴系统采用电磁感应式进行信号传递。
34.本发明的基于光纤光栅传感器的轨道计轴系统，在现有的轨道计轴系统基础上，其可在钢轨1表面移动，在钢轨1设置有光纤光栅传感器11，所述轨道计轴系统包括：
35.用于模拟列车的车轮的移动座2，所述移动座2数量有两个并对称设置于钢轨1两侧，两移动座2通过伸缩节3连接，伸缩节3的端部安装在移动座2的上部；
36.与所述光纤光栅传感器11对应设置的激光发射器21，所述激光发射器21安装在所述移动座2的底部，激光发射器21用于测量光纤光栅传感器11与移动座2底部之间的距离；以及
37.定位滚轮组件4，所述定位滚轮组件4对应钢轨1设置，定位滚轮组件4安装在所述伸缩节3下部，且定位滚轮组件4可根据钢轨1的宽度调节在伸缩节3的位置。
38.根据本发明提供的一种具体实施例，具体实施时，可将碳纤维拉成光纤铺设在载体上，载体可以块状结构，再刻成光栅以安装在钢轨1上形成传感器。光栅接收到激光发射器21的激光信号后，会有反射波长，根据轨道计轴系统所处的不同位置光栅反射回的波长情况，即可实时检测钢轨1的高度。
39.光纤光栅传感器11可以利用钢轨1模拟列车行驶情况，即在钢轨1的某一小段放置光纤光栅传感器11，只要保证光纤光栅传感器11铺放长度稍大于一个车轮周长，就能将所有经过这一段的列车车轮全部检测一次。
40.在安装时，通过调节两个伸缩节3确保两个移动座2之间的距离满足钢轨1型号的宽度或钢轨1间距，伸缩节3采用现有的伸缩结构即可。本发明的定位滚轮组件4能保证轨道
计轴系统紧贴于钢轨1移动，使得检测的过程更加准确可靠。具体操作方式为，操作调节组件将第一滚轮411和第二滚轮421分别置于钢轨1两侧，使第一滚轮411、第二滚轮421、第三滚轮424与钢轨1的表面接触，最后进行移动模拟行车。
41.进一步地，如图2-图5所示，所述定位滚轮组件4包括第一侧定位轮组41、与第一侧定位轮组41相对设置的第二侧定位轮组42以及调节组件；
42.其中，所述第一侧定位轮组41安装于所述伸缩节3下部且第一侧定位轮组41和第二侧定位轮组42可分别沿着钢轨1一侧移动，所述第二侧定位轮组42连接至所述调节组件，所述调节组件设置于伸缩节3的调节腔内，且调节组件可在调节腔内沿着伸缩节3的长度方向移动。
43.进一步地，所述第一侧定位轮组41包括可在钢轨1第一侧面滚动的第一滚轮411和第一轮板412，所述第一轮板412安装于所述伸缩节3下部，所述第一滚轮411安装于第一轮板412侧面。
44.进一步地，所述第二侧定位轮组42包括可在钢轨1第二侧面滚动的第二滚轮421和第二轮板422，所述第二轮板422连接至所述调节组件，所述第二滚轮421安装于第二轮板422侧面。
45.根据本发明提供的一种具体实施例，在本实施例中，第一轮板412和第二轮板422均竖直设置，而伸缩节3在使用状态下则是水平状态。
46.钢轨1形状如图1所示，钢轨1包括两个互相平行的侧面，下部具有一平面，第一滚轮411和第二滚轮421分别在钢轨1的两个侧面滚动。初始状态下，第二轮板422距离钢轨1侧面有一定距离，将第一滚轮411和第二滚轮421置于钢轨1两侧后，可操作调节组件将第二轮板422移向钢轨1，从而使得第二滚轮421和第一滚轮411贴合于钢轨1侧面即可。
47.进一步地，所述调节组件包括转动单元44以及移动单元43，所述转动单元44与移动单元43传动配合，所述移动单元43用于固定安装所述第二轮板422，所述转动单元44部分伸出至伸缩节3外，以使得操作转动单元44后可通过上述移动单元43带动所述第二轮板422移动。
48.进一步地，所述移动单元43包括移动板431和复位弹簧432，所述移动板431滑动安装在伸缩节3调节腔内壁上，移动板431朝向驱动单元的一端固定有连接头433，所述连接头433安装有滚轮，所述复位弹簧432一端安装在伸缩节3内壁上另一端连接至所述移动板431，所述复位弹簧432对移动板431施加移向转动单元44的力。
49.根据本发明提供的一种具体实施例，伸缩节3根据实际情况可以设置为三段的结构，靠近移动座2的两段均安装调节组件，调节组件靠近移动座2设置，避免影响中间的伸缩节3插入两段的伸缩节3，复位弹簧432的数量可以根据实际情况选择，可以仅在移动板431一端设置一个弹簧，可以对称设置两个复位弹簧432在移动的端部。
50.进一步地，所述转动单元44包括抵接于所述滚轮设置的偏心轮441，所述偏心轮441可围绕着转动柱442转动，所述转动柱442转动安装在伸缩节3内壁上，且转动柱442伸出至调节腔上部并固定有把手443，以当操作把手443可克服复位弹簧432阻力带动移动板431移动。
51.根据本发明提供的一种具体实施例，当使用者转动把手443带动转动柱442转动时，偏心轮441同步转动，移动单元43移动，带动第二轮板422移近或是远离钢轨1侧面，具体
设计时，可以将转动柱442设计成与调节腔内壁具有阻尼的结构，转动柱442与孔洞为间隙配合，使得仅在人为转动时转动柱442才可以转动，即可实现偏心轮441定位移动单元43的目的。
52.进一步地，所述调节组件还包括限位组件45，所述限位组件45安装在所述转动柱442一侧，限位组件45包括螺纹套451和螺杆452，所述螺纹套451固定在伸缩节3内壁上，所述螺纹套451螺纹连接有螺杆452，所述螺杆452朝向转动柱442并可抵接在转动柱442侧面。
53.根据本发明提供的一种具体实施例，限位组件45用于限制偏心轮441自由转动，只需操作者将转动柱442转动到一定角度，然后操作螺杆452即可限制转动柱442和偏心轮441转动，使用极为方便。
54.进一步地，所述第二侧定位轮组42还包括第三滚轮424以及第三轮板425，所述第三滚轮424设置于钢轨1下表面并通过上述第三轮板425连接至所述第二轮板422侧面。
55.第三滚轮424用于贴合在钢轨1下表面，这样，第一滚轮411、第二滚轮421在钢轨1的左右两侧，第三滚轮424在钢轨1的下表面，限制轨道计轴系统整体沿着钢轨1移动。
56.进一步地，所述移动板431开设有滑槽4311，且滑槽4311沿着伸缩节3长度方向设置，所述伸缩节3内壁固定有限位卡板31，所述限位卡板31伸入至所述滑槽4311内且移动板431可在限位卡板31限制下移动。
57.如图6所示，为了避免钢轨1侧面发生形变时对其侧面的第一滚轮411和第二滚轮421以及第三滚轮424造成损坏，滚轮还采用了减震组件46的设计，减震组件46安装在第一轮板412、第二轮板422或者是第三轮板425的减震腔461内，减震腔461对应开设在对应的滚轮处。具体可以在滚轮的一侧固定安装板462，安装板462安装有减震弹簧463，减震弹簧463套设在减震柱464外，减震柱464一端固定在安装板462上，另一端固定有限位板465，弹簧一端抵接在安装板462上，另一端则抵接于对应减震腔461内壁上，减震弹簧463采用压缩弹簧，对安装板462施加推出减震腔461的力，从而使得对应的滚轮抵接在钢轨1侧面，为了避免减震柱464脱离减震腔461，减震柱464的限位板465面积大于减震腔461内壁的止口，使得滚轮被减震弹簧463推动到一定距离后，限位板465与止口抵接即可。
58.本发明的轨道计轴系统的工作原理，具体如下：
59.在模拟行车过程中，当移动座2上平行通过光纤光栅传感器11时，移动座2底部的的激光发射器21测量出光纤光栅传感器11上表面与移动座2底部之间的距离，从而判断光纤光栅传感器11的安装位置是否符合要求，方便技术人员对轨道计轴系统安装位置的验收测量及计轴故障诊断调试后的模拟行车功能。
60.最后应说明的是：在本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
61.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”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发明中的具体含义。
62.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。