无缝线路钢轨温度应力检测系统技术方案

本发明专利技术涉及一种无缝线路钢轨温度应力检测系统，结构包括钢轨温度传感器、供电模块、铁磁材料应力传感器、信号处理电路、智能处理单元及液晶显示器；其中铁磁材料应力传感器、信号处理电路、智能处理单元、液晶显示器及供电模块依次连接，钢轨温度传感器直接与智能处理单元连接；信号处理电路对传感器采集的信号进行处理，并传递给智能处理单元；智能处理单元采集来自铁磁材料应力传感器、温度传感器的信号进行综合处理，并输出实际锁定轨温和被测钢轨的温度应力。采用本发明专利技术进行无缝线路温度应力监测，可节省人力、物力，测量速度快、数据分析高效准确，对于指导无缝线路应力放散具有很大的实用价值，可预防由温度应力引发的胀轨和断轨事故。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及应力检测领域，尤其是涉及一种无缝线路钢轨温度应力检测系统。
技术介绍
随着铁路高速化与重载化的发展，世界各国广泛采用无缝线路技术。由于无缝线路钢轨不能自由伸缩，当轨温发生变化时，将产生很大的轴向温度力。过大的温度力会导致钢轨扭曲失稳或断裂，引发列车脱轨事故，危及行车安全。在日常养护维修中，需要定期对无缝线路进行观测和定期应力放散，确保无缝线路中的温度力处于安全限值内，保证行车安全。目前国内铁路工务人员主要通过准直仪或者红外线装置人工测量钢轨位移量估算钢轨温度应力，粗略判断是否需要进行应力放散。此方法虽然操作简单，但由于位移观测桩定位不准、位移观测标签脱落、人工测量误差等因素会导致测量结果误差很大。此外，位移观测桩在无缝线路固定区间距基本为400米，通过位移观测只能掌握400米范围内的平均锁定轨温情况，无法掌握400米范围内局部是否存在应力集中点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：提供一种无缝线路钢轨温度应力检测系统，以实现对温度应力快速准确的检测，使日常养护维修中的应力放散工作更具针对性，减少人力物力的浪费，有效预防因温度应力过大导致的断轨事故和胀轨跑道事故。针对以上技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：提供一种无缝线路钢轨温度应力检测系统，其具体结构包括：供电模块、钢轨温度传感器、铁磁材料应力传感器、信号处理电路、智能处理单元及液晶显示器；其中铁磁材料应力传感器、信号处理电路、智能处理单元、液晶显示器及供电模块依次连接，钢轨温度传感器直接与智能处理单元连接。所述铁磁材料应力传感器由两个缠有线圈的磁钢组构成，外侧线圈绕组作为输入端，内侧的线圈绕组作为输出端。所述信号处理电路由前置放大电路、整流滤波电路、调零电路、运算放大器、A/D转换电路组成；其中前置放大电路、整流滤波电路、运算放大器及A/D转换电路依次连接，调零电路设置于整流滤波电路与运算放大器之间；前置放大电路与铁磁材料应力传感器连接，A/D转换电路与智能处理单元连接。所述智能处理单元采集来自铁磁材料应力传感器、温度传感器的信号并进行综合处理最终输出实际锁定轨温和被测钢轨的温度应力。工作中，铁磁材料应力传感器所需交流电，由供电模块所提供的直流电经信号发生器和功率放大电路变换而得，其余设备由供电模块直接提供直流电；信号处理电路与铁磁材料应力传感器进行连接，对传感器采集的信号进行处理，并将处理后的信号传递给智能处理单元，由智能处理单元对其进行运算和处理，从而将被测温度应力值和实际锁定轨温显示于液晶显示器。铁磁材料应力传感器工作原理：基于压磁效应设计，压磁效应指铁磁材料受到外力的作用时,将导致其磁导率（磁阻）发生变化的现象，当受到拉应力时，沿作用力方向的导磁率就会升高，垂直于受力方向的导磁率会降低；反之当受到压应力时，沿作用力方向的导磁率就会降低，垂直于受力方向的导磁率会升高。所以钢轨受到温度应力的作用时其磁导率会按前述规律变化，如果在恒定的磁动势条件下，磁导率的变化会导致输出的电压发生变化，从而将非电量的应力应变转化成可以测量的电量（如电压）达到应力监测的目的，其转化原理如式（1-1）所示：实际检测时将两组铁磁材料应力传感器按图2的位置关系放置在钢轨上，在每组传感器的初级绕组上施加一个稳定的交流电，此时在钢轨上形成一个局部的磁回路。将次级绕组作为铁磁材料应力传感器的输出端进行信号采集。由上述工作原理可知，钢轨在零应力状态下，铁磁材料应力传感器也会有输出，而且不同型号不同材质的钢轨输出值不同，所以在实际测量前，应首先在实验室获得被测型号钢轨零应力状态下的输出值作为基准值对铁磁材料应力传感器的实际输出值进行标定（此项工作由智能处理单元完成)。温度对铁磁材料（自然状态）的形变量的关系如公式(1-2)所示：其中：为被测铁磁材料的形变长度；l为铁磁材料的总长；为铁磁材料的线膨胀系数；为铁磁材料的温度变化量。当铁磁材料两端部被约束不能自由变形时，由温度变化引起的钢轨应力如(1-3)所示：其中：为温度应力；E为铁磁材料的弹性模量。由上述公式可以得到温度应力的计算公式σ=α×ΔT×E，即根据铁磁材料应力传感器测得的σ即可计算出ΔT。这样根据布置于钢轨上的温度传感器测得的温度值T即可计算出实际锁定轨温:Tsd=T+ΔT。注：σ为铁磁材料应力传感器测得的温度应力（规定压应力为正，拉应力为负），α为温度系数，E为钢轨的弹性模量，ΔT引起温度应力的温度变化量（温度升高取正值，温度降低取负值），Tsd为实际锁定轨温。本专利技术有益效果是：采用本系统后，工务人员只需将铁磁材料应力传感器放置在钢轨上即可快速准确测量出钢轨的实际锁定轨温，从而指导工人进行有针对性的应力放散工作，显著节约放散成本。此外本系统还可预防由温度应力引发的断轨事故，确保行车安全。附图说明图1是无缝线路钢轨温度应力检测系统的示意图；图2是铁磁材料应力传感器的结构示意图；图3是铁磁材料应力传感器和温度传感器在钢轨上的布置示意图；图4是无缝线路钢轨温度应力检测系统组成结构示意图（1）；图5是无缝线路钢轨温度应力检测系统组成结构示意图（2）；图中：1、钢轨；2、行走轮；3、电池；4、车架；5、液晶显示屏；6、智能处理单元；7、供电模块；8、信号处理电路；9、传感器收放机构；10、铁磁材料应力传感器；11、钢轨温度传感器。具体实施方式以下结合实施例对本专利技术提供的无缝线路钢轨温度应力检测系统进行说明，如图1所示，所提供的无缝线路钢轨温度应力检测系统，其具体结构包括：液晶显示器5、智能处理单元6、供电模块7、信号处理电路8、铁磁材料应力传感器9及钢轨温度传感器11，且铁磁材料应力传感器9、信号处理电路8、智能处理单元6、液晶显示器5及供电模块6依次连接，钢轨温度传感器11直接与智能处理单元6连接；信号处理电路8由前置放大电路、整流滤波电路、调零电路、运算放大器、A/D转换电路组成，且前置放大电路、整流滤波电路、调零电路、运算放大器、A/D转换电路依次连接，前置放大电路与铁磁材料应力传感器连接，A/D转换电路与智能处理单元直接连接。如图2所示，铁磁材料应力传感器10由两个缠有线圈的磁钢组构成，外侧线圈绕组作为输入端，内侧的线圈绕组作为输出端；如图3所示，铁磁材料应力传感器和温度传感器在钢轨上的布置于所测铁轨位置，智能处理单元6采集来自铁磁材料应力传感器10、钢轨温度传感器11的信号并进行综合处理最终输出实际锁定轨温和被测钢轨的温度应力。如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无缝线路钢轨温度应力检测系统，其具体结构包括：供电模块、钢轨温度传感器、铁磁材料应力传感器、信号处理电路、智能处理单元及液晶显示器；其中铁磁材料应力传感器、信号处理电路、智能处理单元、液晶显示器及供电模块依次连接，钢轨温度传感器直接与智能处理单元连接；所述铁磁材料应力传感器由两个缠有线圈的磁钢组构成；所述信号处理电路由前置放大电路、整流滤波电路、调零电路、运算放大器、A/D转换电路组成；其中前置放大电路、整流滤波电路、运算放大器及A/D转换电路依次连接，调零电路设置于整流滤波电路与运算放大器之间；前置放大电路与铁磁材料应力传感器连接，A/D转换电路与智能处理单元连接；所述智能处理单元采集来自铁磁材料应力传感器、温度传感器的信号并进行综合处理最终输出实际锁定轨温和被测钢轨的温度应力；所述检测系统中，铁磁材料应力传感器所需交流电，由供电模块所提供的直流电经信号发生器和功率放大电路变换而得，其余设备由供电模块直接提供直流电；信号处理电路与铁磁材料应力传感器进行连接，对传感器采集的信号进行处理，并将处理后的信号传递给智能处理单元，所述智能处理单元采集来自铁磁材料应力传感器、温度传感器的信号并进行综合处理最终输出实际锁定轨温和被测钢轨的温度应力。...

【技术特征摘要】
1.一种无缝线路钢轨温度应力检测系统，其具体结构包括：供电模块、钢轨温度传感
器、铁磁材料应力传感器、信号处理电路、智能处理单元及液晶显示器；其中铁磁材料应力
传感器、信号处理电路、智能处理单元、液晶显示器及供电模块依次连接，钢轨温度传感器
直接与智能处理单元连接；
所述铁磁材料应力传感器由两个缠有线圈的磁钢组构成；
所述信号处理电路由前置放大电路、整流滤波电路、调零电路、运算放大器、A/D转换电
路组成；其中前置放大电路、整流滤波电路、运算放大器及A/D转换电路依次连接，调零电路
设置于整流滤波电路与运算放大器之间；前置放大电路与铁磁材料应力传感器连接，A/D转
换电路与智能处理单元连接；
所述智能处理单元采集来自铁磁材料应力传感器、温度传感器的信号并进行综合处理

【专利技术属性】
技术研发人员：张海涛，孟志刚，张高峰，李帅，
申请(专利权)人：山西科为感控技术有限公司，
类型：发明
国别省市：山西;14