高速铁路断轨监测系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种高速铁路断轨监测系统，包括：MCU用于根据接收的指令信息产生测试信号并发送至超声波发送探头；超声波发送探头用于接收测试信号，根据测试信号向高速铁路铁轨发送超声波信号；超声波接收探头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FPGA处理电路；FPGA处理电路用于对超声波信号进行数字滤波和FFT分析，将FFT分析结果进行频谱比较和信号相关性比对分析以确定高速铁路断轨的情况，其使用了屏蔽和隔离回路的措施使得信号转换质量高，减小了电磁环境对检测结果的影响，并且FPGA处理电路采用的小波分析算法，使得信号接收的灵敏度高，有效拓展了测量距离。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及铁路断轨监测领域，具体而言，涉及高速铁路断轨监测系统。
技术介绍
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。高速铁路的出现无疑给人们的生活带来了很大的方便，但是高速铁路上，列车一直处于高速行驶状态，故较容易使铁轨发生断轨，当铁轨发生断轨时，若不及时对断轨处进行维护施工，将会带来严重的后果，故相关技术引入了铁轨探伤测量技术，该技术主要使用人力探伤小车和大型铁轨探伤车，并通过巡检方式对高速铁路进行探测，但是巡检的方式不能实时监测，并且该技术的探伤的手段主要包括漏磁探伤和涡流探伤等非接触方式，使得探测深度浅且探测精度差；还有一种方式是采用轨道电路进行铁轨探伤测量，该方式是采用电气耦合的方式接收微小电信号，容易受周围电磁环境干扰，潮湿雨雪等影响，故同样使得测量结果不精确。技术人在研宄中发现，相关技术中进行铁轨探伤测量的方式均不理想，针对这一问题，目前尚未提出有效的解决方案。
技术实现思路
本技术的目的在于提供尚速铁路断轨监测系统，以提尚尚速铁路铁轨断轨检测结果的准确性。第一方面，本技术实施例提供了一种高速铁路断轨监测系统，其特征在于，包括:微控制单元MCU、现场可编程门阵列FPGA处理电路、超声波发送探头以及超声波接收探头;MCU用于根据接收的指令信息产生测试信号，并将测试信号发送至超声波发送探头;超声波发送探头与MCU电连接，用于接收测试信号，根据测试信号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；超声波接收探头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FPGA处理电路；FPGA处理电路与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，对超声波信号进行数字滤波和FFT分析，将FFT分析结果进行频谱比较和信号相关性比对分析，以确定高速铁路断轨的情况。结合第一方面，本技术实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，高速铁路断轨监测系统还包括发送驱动电路；FPGA处理电路与MCU电连接，还用于对测试信号进行预处理并将预处理后的测试信号发送至发送驱动电路；发送驱动电路分别与FPGA处理电路和超声波发送探头电连接，用于接收预处理后的测试信号并将测试信号发送至超声波发送探头，以便超声波发送探头根据测试信号向高速铁路铁轨发送超声波信号。结合第一方面的第一种可能的实施方式，本技术实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，高速铁路断轨监测系统还包括输出变压器；输出变压器分别与发送驱动电路和超声波发送探头电连接，用于对发送驱动电路发送的测试信号的电压进行升压处理，以使得升高后的电压为超声波发送探头需要的第一预设电压。结合第一方面，本技术实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，高速铁路断轨监测系统还包括输入变压器；输入变压器分别与超声波接收探头和FPGA处理电路电连接，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FPGA处理电路需要的第二预设电压。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，本技术实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，高速铁路断轨监测系统还包括放大滤波电路；放大滤波电路分别与输入变压器和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。结合第一方面的第四种可能的实施方式，本技术实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，高速铁路断轨监测系统还包括模拟数字转换器ADC采样电路；ADC采样电路分别与放大滤波电路和FPGA处理电路电连接，用于接收放大滤波电路处理后的超声波信号并将超声波信号进行模数转换。结合第一方面的第五种可能的实施方式，本技术实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，高速铁路断轨监测系统还包括保护电路；保护电路分别与MCU、FPGA处理电路、超声波发送探头、超声波接收探头、发送驱动电路、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。结合第一方面，本技术实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，高速铁路断轨监测系统还包括电源模块；电源模块包括第一电源模块和第二电源模块；第一电源模块与FPGA处理电路电连接，用于为FPGA处理电路提供电源；第二电源模块与发送驱动电路电连接，用于为发送驱动电路提供电源。结合第一方面，本技术实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，高速铁路断轨监测系统还包括传感器采集电路；传感器采集电路分别与MCU和发送驱动电路电连接，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。结合第一方面的第八种可能的实施方式，本技术实施例提供了第一方面的第九种可能的实施方式，其中，高速铁路断轨监测系统中，传感器采集电路包括:温度传感器接口和应力传感器接口；温度传感器接口，用于与温度传感器电连接，用以对整个测试电路的温度进行补偿；应力传感器接口，用于与应力传感器电连接，用以对整个测试电路的应力值进行补偿。本技术实施例提供的一种高速铁路断轨监测系统，采用如下技术方案，包括:微控制单元MCU、现场可编程门阵列FPGA处理电路、超声波发送探头以及超声波接收探头；MCU用于根据接收的指令信息产生测试信号，并将测试信号发送至超声波发送探头；超声波发送探头与MCU电连接，用于接收测试信号，根据测试信号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；超声波接收探头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FPGA处理电路；FPGA处理电路与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，对超声波信号进行数字滤波和FFT分析，将FFT分析结果进行频谱比较和信号相关性比对分析，以确定高速铁路断轨的情况，与相关技术中进行铁轨探伤测量的方式均不理想的方案相比，本技术由于使用了屏蔽和隔离回路的措施，使得信号转换质量高，减小了本地电磁环境对检测过程和检测结果的影响，并且FPGA处理电路采用了小波分析算法，使得信号接收的灵敏度高，有效拓展了测量距离。进一步，本技术实施例提供的一种高速铁路铁轨断轨监测系统，还可以通过输出变压器将发送驱动电路发送的测试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；并通过输入变压器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，这样能够使得各个器件的电压相互匹配，能够保证更好的数据通信。并且，还能够通过放大滤波电路对高速铁路铁轨传播的超声波信号进行放大和滤波处理，滤除干扰波，以便后续噪声小，抗干扰性强的测试信号；[当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高速铁路断轨监测系统，其特征在于，包括：微控制单元MCU、现场可编程门阵列FPGA处理电路、超声波发送探头以及超声波接收探头；所述MCU用于根据接收的指令信息产生测试信号，并将所述测试信号发送至所述超声波发送探头；所述超声波发送探头与所述MCU电连接，用于接收所述测试信号，根据所述测试信号向高速铁路铁轨发送超声波信号，以便所述超声波信号在所述高速铁路铁轨中传播；所述超声波接收探头用于接收高速铁路铁轨传播的所述超声波信号并将所述超声波信号发送至所述FPGA处理电路；所述FPGA处理电路与超声波接收探头电连接，用于接收高速铁路铁轨传播的所述超声波信号，对所述超声波信号进行数字滤波和FFT分析，将FFT分析结果进行频谱比较和信号相关性比对分析，以确定高速铁路断轨的情况。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：田浩，刘思欢，
申请(专利权)人：北京泰瑞博创科技有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11