專利名稱：一種高鐵軌道軌距檢測(cè)裝置和檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高鐵軌道檢測(cè)技術(shù)，涉及對(duì)鐵路軌道軌距連續(xù)檢測(cè)裝置和方法的改進(jìn)。
背景技術(shù)：
軌距是指同一橫截面左、右股鋼軌工作面下16mm處軌距點(diǎn)之間的距離。常用的測(cè)量軌距方法主要有接觸式測(cè)量和無接觸式測(cè)量?jī)纱笾蓄?。接觸式軌距測(cè)量方法是利用線位移傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)軌距的測(cè)量，檢測(cè)過程中通過機(jī)械結(jié)構(gòu)保證傳感器與待測(cè)軌道軌距點(diǎn)時(shí)刻接觸，這種測(cè)量方法雖然低速下測(cè)量結(jié)果比較準(zhǔn)確，但是測(cè)量效率低。另外，由于測(cè)量過程中傳感器需要與軌道接觸，當(dāng)需要提高檢測(cè)速度時(shí)，容易造成傳感器的磨損，導(dǎo)致測(cè)量精度下降。還有可能對(duì)鋼軌造成損害，產(chǎn)生安全隱患。非接觸式軌距測(cè)量方法是利用攝像機(jī)構(gòu)對(duì)軌距內(nèi)側(cè)斷面連續(xù)攝像，通過圖像重構(gòu)的方法重現(xiàn)軌道內(nèi)側(cè)面曲線，計(jì)算出軌距值。這種測(cè)量方法測(cè)量精度高，且不受檢測(cè)速度影響，但是這種方法易受光線干擾，對(duì)使用環(huán)境要求苛刻，使用范圍收到限制。另外，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種測(cè)量效率高、能避免對(duì)傳感器和鋼軌造成磨損、應(yīng)用范圍廣、成本低的鐵路軌道軌距檢測(cè)裝置和方法，以滿足高鐵對(duì)鐵路軌道軌距高效率、低成本連續(xù)檢測(cè)的需要。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種高鐵軌道軌距檢測(cè)裝置，包括一個(gè)帶有檢測(cè)平臺(tái)的軌道檢測(cè)車，在檢測(cè)平臺(tái)的上表面安裝有數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，該數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)、測(cè)距器數(shù)據(jù)采集卡和電源，其特征在于(1)在檢測(cè)平臺(tái)下表面固定有一個(gè)截面為矩形的、中空的檢測(cè)梁，檢測(cè)梁的諧振頻率不小于70Hz ；在檢測(cè)梁的內(nèi)部固定有兩個(gè)激光測(cè)距器和慣性測(cè)量組件，它們是第一激光測(cè)距器、第二激光測(cè)距器和慣性測(cè)量組件，所述的第一激光測(cè)距器和第二激光測(cè)距器是能夠適應(yīng)lOOOOlux光照強(qiáng)度的激光測(cè)距器，在檢測(cè)梁的下表面與第一激光測(cè)距器和第二激光測(cè)距器對(duì)應(yīng)的位置各有一個(gè)通光孔，第一激光測(cè)距器和第二激光測(cè)距器發(fā)射的激光束穿過上述通光孔后分別照射到左、右軌道的軌距點(diǎn)上；慣性測(cè)量組件的垂直軸線位于軌道檢測(cè)車輪軸的軸向垂直平分面內(nèi)并垂直于水平面；(2)在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中還有兩個(gè)測(cè)距器控制盒，它們是第一激光測(cè)距器控制盒和第二激光測(cè)距器控制盒，第一激光測(cè)距器的輸出端與第一激光測(cè)距器控制盒的輸入端連接，第一激光測(cè)距器控制盒的輸出端與測(cè)距器數(shù)據(jù)采集卡的相應(yīng)輸入端連接，第二激光測(cè)距器的輸出端與第二激光測(cè)距器控制盒的輸入端連接；第二激光測(cè)距器控制盒的輸出端與測(cè)距器數(shù)據(jù)采集卡的相應(yīng)輸入端連接，測(cè)距器數(shù)據(jù)采集卡通過USB通訊線與計(jì)算機(jī)連接；(3)慣性測(cè)量組件通過RS422串口通訊線與計(jì)算機(jī)的第一串口 coml連接。使用如上面所述的高鐵軌道軌距檢測(cè)裝置檢測(cè)鐵路軌道軌距的方法，其特征在于，檢測(cè)的步驟如下1、激光測(cè)距器標(biāo)定1. 1、基本機(jī)械尺寸測(cè)量測(cè)量第一激光測(cè)距器在檢測(cè)梁靜止?fàn)顟B(tài)下的照射角度， 記為α ！；測(cè)量第二激光測(cè)距器在檢測(cè)梁靜止?fàn)顟B(tài)下的照射角度，記為α 2 ； α工和α 2是激光測(cè)距器發(fā)射的光束軸線與水平面的夾角；1. 2、激光測(cè)距器數(shù)據(jù)采集檢測(cè)裝置上電后，第一激光測(cè)距器和第二激光測(cè)距器開始工作，第一激光測(cè)距器和第二激光測(cè)距器分別受測(cè)距器控制盒和測(cè)距器控制盒控制， 每m秒采樣一次，測(cè)距器數(shù)據(jù)采集卡向計(jì)算機(jī)發(fā)送一個(gè)采樣數(shù)據(jù)包，每個(gè)采樣數(shù)據(jù)包有個(gè)采樣數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)將第一激光測(cè)距器測(cè)量的采樣數(shù)據(jù)記為成,將第二激光測(cè)距器測(cè)量的采樣數(shù)據(jù)記為式,并保存，m取值范圍為0. 001秒 0. 01秒；1. 3、激光測(cè)距器標(biāo)定在軌距為^的軌道上，保持檢測(cè)平臺(tái)和檢測(cè)梁靜止ml秒，ml 取值范圍為100秒至200秒，在ml秒內(nèi)的采樣個(gè)數(shù)為n，η = ml/m取整數(shù)；根據(jù)下式計(jì)算出第一激光測(cè)距器在ml秒內(nèi)的采樣數(shù)據(jù)平均值d1(l和第二激光測(cè)距器在ml秒內(nèi)的采樣數(shù)據(jù)平均值d2(l
權(quán)利要求
1.一種高鐵軌道軌距檢測(cè)裝置，包括一個(gè)帶有檢測(cè)平臺(tái)[8]的軌道檢測(cè)車，在檢測(cè)平臺(tái)[8]的上表面安裝有數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，該數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)[1]、測(cè)距器數(shù)據(jù)采集卡 [2]和電源，其特征在于(1)在檢測(cè)平臺(tái)[8]下表面固定有一個(gè)截面為矩形的、中空的檢測(cè)梁[9]，檢測(cè)梁[9] 的諧振頻率不小于70Hz ；在檢測(cè)梁[9]的內(nèi)部固定有兩個(gè)激光測(cè)距器和慣性測(cè)量組件，它們是第一激光測(cè)距器[5]、第二激光測(cè)距器[6]和慣性測(cè)量組件[7]，所述的第一激光測(cè)距器[5]和第二激光測(cè)距器[6]是能夠適應(yīng)lOOOOlux光照強(qiáng)度的激光測(cè)距器，在檢測(cè)梁[9] 的下表面與第一激光測(cè)距器[5]和第二激光測(cè)距器[6]對(duì)應(yīng)的位置各有一個(gè)通光孔，第一激光測(cè)距器[5]和第二激光測(cè)距器[6]發(fā)射的激光束穿過上述通光孔后分別照射到左、右軌道的軌距點(diǎn)上；慣性測(cè)量組件[7]的垂直軸線位于軌道檢測(cè)車輪軸的軸向垂直平分面內(nèi)并垂直于水平面；(2)在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中還有兩個(gè)測(cè)距器控制盒，它們是第一激光測(cè)距器控制盒[3]和第二激光測(cè)距器控制盒W]，第一激光測(cè)距器[5]的輸出端與第一激光測(cè)距器控制盒[3]的輸入端連接，第一激光測(cè)距器控制盒[3]的輸出端與測(cè)距器數(shù)據(jù)采集卡[2]的相應(yīng)輸入端連接，第二激光測(cè)距器[6]的輸出端與第二激光測(cè)距器控制盒[4]的輸入端連接；第二激光測(cè)距器控制盒[4]的輸出端與測(cè)距器數(shù)據(jù)采集卡[2]的相應(yīng)輸入端連接，測(cè)距器數(shù)據(jù)采集卡[2]通過USB通訊線與計(jì)算機(jī)[1]連接；(3)慣性測(cè)量組件[7]通過RS422串口通訊線與計(jì)算機(jī)[1]的第一串口coml連接。
2.使用如權(quán)利要求1所述的高鐵軌道軌距檢測(cè)裝置檢測(cè)鐵路軌道軌距的方法，其特征在于，檢測(cè)的步驟如下2. 1、激光測(cè)距器標(biāo)定2. 1. 1、基本機(jī)械尺寸測(cè)量測(cè)量第一激光測(cè)距器[5]在檢測(cè)梁[9]靜止?fàn)顟B(tài)下的照射角度，記為h ；測(cè)量第二激光測(cè)距器[6]在檢測(cè)梁[9]靜止?fàn)顟B(tài)下的照射角度，記為Ci2 ； α i和α 2是激光測(cè)距器發(fā)射的光束軸線與水平面的夾角；2. 1. 2、激光測(cè)距器數(shù)據(jù)采集檢測(cè)裝置上電后，第一激光測(cè)距器[5]和第二激光測(cè)距器[6]開始工作，第一激光測(cè)距器[5]和第二激光測(cè)距器[6]分別受測(cè)距器控制盒[3]和測(cè)距器控制盒[4]控制，每m秒采樣一次，測(cè)距器數(shù)據(jù)采集卡[2]向計(jì)算機(jī)[1]發(fā)送一個(gè)采樣數(shù)據(jù)包，每個(gè)采樣數(shù)據(jù)包有2個(gè)采樣數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)[1]將第一激光測(cè)距器[5]測(cè)量的采樣數(shù)據(jù)記為4，將第二激光測(cè)距器[6]測(cè)量的采樣數(shù)據(jù)記為是,并保存，m取值范圍為0. 001秒 0. 01 秒；2. 1. 3、激光測(cè)距器標(biāo)定在軌距為^的軌道上，保持檢測(cè)平臺(tái)[8]和檢測(cè)梁[9]靜止ml 秒，ml取值范圍為100秒至200秒，在ml秒內(nèi)的采樣個(gè)數(shù)為n，η = ml/m取整數(shù)；根據(jù)下式計(jì)算出第一激光測(cè)距器[5]在ml秒內(nèi)的采樣數(shù)據(jù)平均值d1(l和第二激光測(cè)距器[6]在ml秒內(nèi)的采樣數(shù)據(jù)平均值d2(l 丄權(quán)(O.....................................................................⑴η^20 =-Σ^(0.....................................................................[2]η2. 2、激光測(cè)距器數(shù)據(jù)預(yù)處理·2. 2. 1、激光測(cè)距器數(shù)據(jù)采集啟動(dòng)軌道檢測(cè)車在軌道上行駛，第一激光測(cè)距器[5]和第二激光測(cè)距器[6]分別受測(cè)距器控制盒[3]和測(cè)距器控制盒[4]控制，每m秒采樣一次， 并測(cè)距器數(shù)據(jù)采集卡[2]向計(jì)算機(jī)[1]發(fā)送一個(gè)采樣數(shù)據(jù)包，每個(gè)采樣數(shù)據(jù)包有2個(gè)采樣數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)[1]將第一激光測(cè)距器[5]測(cè)量的采樣數(shù)據(jù)記為Cl1，將第二激光測(cè)距器[6]測(cè)量的采樣數(shù)據(jù)記為d2，并保存；·2. 2. 2、計(jì)算平均值分別計(jì)算d” d2兩個(gè)采樣數(shù)據(jù)中每個(gè)采樣數(shù)據(jù)每連續(xù)5個(gè)數(shù)的平均值dn、d21 ；其中，dn為第一激光測(cè)距器[5]所測(cè)量位移的采樣數(shù)據(jù)平均值；d21為第二激光測(cè)距器[6]所測(cè)量位移的采樣數(shù)據(jù)平均值； 2. 3、慣性測(cè)量組件數(shù)據(jù)預(yù)處理 2. 3. 1、慣性測(cè)量組件采集啟動(dòng)軌道檢測(cè)車在軌道上行駛，每隔m秒，慣性測(cè)量組件[7]向計(jì)算機(jī)[1]第一串口 coml發(fā)送一個(gè)采樣數(shù)據(jù)包，每個(gè)采樣數(shù)據(jù)包有2個(gè)采樣數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)[1]將其中的慣性測(cè)量組件[7]的橫滾角速率采樣數(shù)據(jù)記為ωχ，將其中的慣性測(cè)量組件[7]的垂向加速度記為Αζ，并進(jìn)行保存；·2. 3. 2、計(jì)算橫滾角γ Y (i) = Y ( -1) + ωχ( ) · m...............................................................[3]式中，i是采樣數(shù)據(jù)的序號(hào)；·2. 4、激光測(cè)距器數(shù)據(jù)篩選補(bǔ)償根據(jù)垂向加速度Az對(duì)第一激光測(cè)距器[5]和第二激光測(cè)距器[6]采樣數(shù)據(jù)平均值dn、d21進(jìn)行篩選，合格數(shù)據(jù)判別公式如下
全文摘要
本發(fā)明屬于高鐵軌道檢測(cè)技術(shù)，涉及對(duì)鐵路軌道軌距檢測(cè)裝置和方法的改進(jìn)。本發(fā)明檢測(cè)裝置包括軌道檢測(cè)車，在檢測(cè)平臺(tái)[8]的上表面安裝有包括計(jì)算機(jī)[1]、測(cè)距器數(shù)據(jù)采集卡[2]和電源的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其特征在于還有第一激光測(cè)距器[5]和第二激光測(cè)距器[6]兩個(gè)激光測(cè)距器，它們分別受第一測(cè)距器控制盒[3]和第二測(cè)距器控制盒[4]的控制，與慣性測(cè)量裝置[7]和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)共同組成的軌距測(cè)量系統(tǒng)。本發(fā)明檢測(cè)方法的步驟是激光測(cè)距器標(biāo)定，激光測(cè)距器數(shù)據(jù)預(yù)處理，慣性測(cè)量組件數(shù)據(jù)預(yù)處理，激光測(cè)距器數(shù)據(jù)篩選，數(shù)據(jù)補(bǔ)償，軌距計(jì)算。本發(fā)明不受檢測(cè)速度影響，能對(duì)軌距進(jìn)行非接觸式測(cè)量，測(cè)量精度高，適用范圍廣。
文檔編號(hào)G01B11/14GK102252627SQ20111008980
公開日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月12日
發(fā)明者黨進(jìn), 張軍政, 張金紅, 李保成, 李瑋奇, 陳歡, 高柳, 黎杰 申請(qǐng)人:中國(guó)航空工業(yè)第六一八研究所