【技术实现步骤摘要】
本申请涉及轨道监测，尤其涉及一种自供电轨道交通设施监测装置及系统。
技术介绍
1、轨道交通基础设施的服役状态对列车安全至关重要。目前，轨道监测车、综合检测列车等是评估轨道几何状态、轨道不平顺度及钢轨廓形等关键参数的主要手段，这些巡检方式能够全面反映基础设施的服役状态。然而，这些巡检方式也存在明显的问题。首先，巡检车需要在维修天窗时段进行作业，这直接导致了检测周期的延长和运营效率的降低，同时也增加了巡检成本。此外，对于某些隐蔽性缺陷，如扣件松脱、轨道板离缝、上拱以及ca砂浆脱空等，传统的车载检测方式往往难以有效捕捉，这在一定程度上限制了巡检的准确性和全面性。
2、为了克服现有巡检方式的不足，利用无线传感网络对轨道交通基础设施服务性能进行实时监测成为了一种新的解决方案。无线传感网络具有成本低、检测准确性高等显著优点，且能够直接检测基础设施参数，无需占用维修天窗时段，从而提高了检测效率和灵活性。然而，目前无线传感网络在轨道交通监测中的大规模应用仍面临供电问题的制约。由于传感节点数量庞大，现有无线传感网络需要定期更换电池，这不仅工作量大、安全性低，还可能影响车辆的正常运行。因此，供电问题成为制约无线传感网络在轨道交通监测中进一步发展的关键瓶颈。
技术实现思路
1、有鉴于此，本申请实施例提供了一种自供电轨道交通设施监测装置及系统，能够利用振动能量俘获技术实现无线传感网络的自供电，并通过优化传感器节点功耗优化，实现超低功耗的轨道交通基础设施测量，使得振动俘获的能量可以满足传感器节点
2、本申请实施例的技术方案是这样实现的：
3、第一方面，本申请实施例提供一种自供电轨道交通设施监测装置及系统，所述装置包括：轨道振动能量俘获装置、能量存储电路、振动唤醒电路和数据采集与传输控制器；
4、所述轨道振动能量俘获装置用于收集轨道振动产生的能量，所述能量存储电路用于存储所述轨道振动能量俘获装置俘获的电量，所述振动唤醒电路用于在所述轨道振动能量俘获装置收集指定电量后唤醒休眠状态的所述数据采集与传输控制器，所述数据采集与传输控制器用于对轨道交通设施进行监测以及将监测数据发送至远程数据中心；
5、所述轨道振动能量俘获装置的电量输出端与所述能量存储电路的电量输入端连接，所述能量存储电路向所述数据采集与传输控制器供电，所述轨道振动能量俘获装置的信号输出端与所述振动唤醒电路的信号输入端连接。
6、第二方面，本申请实施例还提供一种自供电轨道交通设施监测系统，所述系统包括至少一个第一方面所述的自供电轨道交通设施监测装置，至少一个自供电轨道交通设施监测装置分别设置在轨道的不同位置。
7、本申请实施例集轨道振动能量俘获、高效能量存储、智能振动唤醒以及数据采集与传输功能于一体，实现了对轨道交通设施的全天候、自给自足的监测。该装置通过轨道振动能量俘获装置，能够高效地收集轨道振动产生的能量，并将其转化为电能，从而避免了对传统电源的依赖，降低了运维成本。同时，装置内置的能量存储电路能够稳定地存储俘获的电量，确保在轨道振动能量不足时，仍能为数据采集与传输控制器提供持续的电力支持。本申请实施例采用了智能振动唤醒机制，当轨道振动能量俘获装置收集到指定电量后，振动唤醒电路会自动唤醒处于休眠状态的数据采集与传输控制器，使其开始工作。这一设计不仅进一步降低了功耗，还提高了监测系统的响应速度和灵活性。在数据采集与传输方面，本申请实施例的数据采集与传输控制器能够精准地监测轨道交通设施的状态，并将监测数据实时发送至远程数据中心，为轨道交通的安全运营和高效管理提供了有力的技术支持。
8、综上所述，本申请实施例提供的自供电轨道交通设施监测装置，不仅实现了对轨道交通设施的高效、自给自足的监测，还降低了运维成本，提高了监测系统的可靠性和灵活性。
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1.一种自供电轨道交通设施监测装置，其特征在于，所述装置包括：轨道振动能量俘获装置、能量存储电路、振动唤醒电路和数据采集与传输控制器；
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述轨道振动能量俘获装置为齿轮齿条型轨道振动俘能器，所述齿轮齿条型轨道振动俘能器通过齿轮齿条结构将轨道的垂向振动转化为旋转运动，旋转运动带动发电机旋转从而将振动能量转换为电能，获得的电能通过所述能量存储电路进行存储；所述轨道振动能量俘获装置安装在轨道下方的枕木之间，齿条通过钢轨安装夹具固定在钢轨上，齿条夹具与钢轨以相同的振幅与频率做垂向运动。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述采集与传输控制器包括三轴MEMS加速度传感器、温度传感器、应变传感器、数模转换器、控制器和信号传输模块；
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述数据采集与传输控制器通过数据采集与传输控制软件进行控制，所述数据采集与传输控制软件采用多任务处理策略，包括采集任务、功率监测任务、功耗优化任务和数据传输任务；
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述振动唤醒电路通过唤
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述定时唤醒的时间间隔基于存储电量的估计值以及数据采集与传输控制器的采集周期确定；当所述存储电量满足第一状态时，通过缩短采集周期为数据分析提供更多数据；当所述存储电量满足第二状态时，以最长采集周期设置唤醒时间；其中，所述第一状态的电量大于所述第二状态的电量。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述数据采集与传输控制器被唤醒后基于休眠时长和休眠功耗更新存储电量的估计值，并判断唤醒事件的类型；
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述远程数据中心用于对所述监测数据进行分析并评估线路健康状态；
9.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述定时唤醒通过以下方式进行计算：
10.一种自供电轨道交通设施监测系统，其特征在于，所述系统包括至少一个如权利要求1-9所述的自供电轨道交通设施监测装置，至少一个自供电轨道交通设施监测装置分别设置在轨道的不同位置。
...【技术特征摘要】
1.一种自供电轨道交通设施监测装置，其特征在于，所述装置包括：轨道振动能量俘获装置、能量存储电路、振动唤醒电路和数据采集与传输控制器；
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述轨道振动能量俘获装置为齿轮齿条型轨道振动俘能器，所述齿轮齿条型轨道振动俘能器通过齿轮齿条结构将轨道的垂向振动转化为旋转运动，旋转运动带动发电机旋转从而将振动能量转换为电能，获得的电能通过所述能量存储电路进行存储；所述轨道振动能量俘获装置安装在轨道下方的枕木之间，齿条通过钢轨安装夹具固定在钢轨上，齿条夹具与钢轨以相同的振幅与频率做垂向运动。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述采集与传输控制器包括三轴mems加速度传感器、温度传感器、应变传感器、数模转换器、控制器和信号传输模块；
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述数据采集与传输控制器通过数据采集与传输控制软件进行控制，所述数据采集与传输控制软件采用多任务处理策略，包括采集任务、功率监测任务、功耗优化任务和数据传输任务；
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述振动唤醒电路通过唤醒事件对所述数据采集与传输控制器进行唤醒...
【专利技术属性】
技术研发人员：王尧，牛笑川，邱霁，王丹，高兴茹，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：
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