一种超声波道岔断裂实时监测预警系统及方法技术方案

本发明专利技术所述超声波道岔断裂实时监测预警系统包括中频超声波探头、中频超声波发射装置、中频超声波接收装置、高频超声波探头、高频超声波发射装置、高频超声波接收装置、道岔钢轨监测主控装置和中心服务器。本发明专利技术可以实现对铁路道岔的全覆盖、可靠、准确的全天候实时监测，当钢轨不完断裂或完全断裂的情况下实现预警钢轨断裂，当钢轨完全断裂并挤压在一起的情况下也可以有效检测；超声波的发射、接收探头与钢轨采用电气绝缘接触耦合方式连接，不对钢轨现有系统造成任何影响，也不会对钢轨做任何的改变，可更好的保障铁路系统的安全运行。

Ultrasonic switch fault real-time monitoring and early warning system and method

The invention of the ultrasonic switch faults real-time monitoring and early warning system including intermediate frequency ultrasonic probe, ultrasonic frequency transmitting device, receiving device, high frequency ultrasonic frequency ultrasonic probe, ultrasonic transmitter, ultrasonic receiving device, the main control device and switch rail monitoring center server. The invention can realize the full coverage of the railway switch, reliable and accurate all-weather real-time monitoring, to achieve early warning when rail after rail fracture fracture or completely broken. When the rail completely break and squeezed together the case can also be effective detection; transmitting and receiving ultrasonic probe and uses electric insulation connection contact coupling mode, any rail without affecting the existing system, and will not make any changes to the rail, ensure the safe operation of the railway system can be better.

【技术实现步骤摘要】
一种超声波道岔断裂实时监测预警系统及方法
本专利技术涉及监测预警系统
，尤其涉及一种超声波道岔断裂实时监测预警系统及方法。
技术介绍
随着高速电气化铁路的发展及不断提速，铁路钢轨状态实时监测凸显重要，一旦钢轨发生断裂没能及时发现和处理，将会面临无法挽回的巨大损失。钢轨断裂的实时监测与预警系统是保障列车安全运行的重要系统之一。然而由于道岔钢轨组成及结构的复杂性，电方式检测实施困难且无法全面覆盖，目前国内尚没有完整、可靠、准确的道岔钢轨断裂全天候实时监测预警系统。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于为了解决上述问题而提供一种超声波道岔断裂实时监测预警系统及方法。本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的：本专利技术所述超声波道岔断裂实时监测预警系统包括中频超声波探头、中频超声波发射装置、中频超声波接收装置、高频超声波探头、高频超声波发射装置、高频超声波接收装置、道岔钢轨监测主控装置和中心服务器，所述中频超声波探头和所述高频超声波探头在所述中频超声波发射装置和所述高频超声波发射装置的驱动下将超声波耦合到钢轨上，也可将钢轨上的超声波信号传送给所述中频超声波接收装置和所述高频超声波接收装置，所述探头与所述钢轨采用接触耦合方式固定，与钢轨电气绝缘，所述中频超声波接收装置和所述高频超声波接收装置接收所述中频超声波探头和所述高频超声波探头的超声波信号，对信号调理并数字化后，采用频谱分析、副本相关等数字信号检测技术，判断钢轨的状态，最后将检测结果发送给所述道岔钢轨监测主控装置，所述道岔钢轨监测主控装置控制协调所有收发装置工作并且发送报文信息给所述中心服务器，所述中心服务器将数据记录到数据库，并把相应数据发送到相应的铁路客户端计算机，若发现断裂报警，将信息发送给客户端软件，并可以通过微信、短信、手机APP等方式发布报警信息。本专利技术优选的，所述中频超声波发射装置和所述高频超声波发射装置均包括第一微控机模块、中/高频信号产生模块、中/高频发射驱动模块、第一通信模块、第一电源模块和第一探头接口，所述第一微控机模块与所述第一通信模块通信连接，所述第一微控机模块的信号输出端与所述中/高频信号产生模块的信号输入端连接，所述中/高频信号产生模块的信号输出端与所述中/高频发射驱动模块的信号输入端连接，所述中/高频发射驱动模块的信号输出端与所述第一探头接口的信号输入端连接，所述第一电源模块为各个模块供电。本专利技术优选的，所述中频超声波接收装置和所述高频超声波接收装置均包括第二微控机模块、信号处理机模块、中/高频信号ADC模块、中/高频信号调理模块、第二通信模块、第二电源模块和第二探头接口，所述第二微控机模块与所述第二通信模块通信连接，所述第二探头接口的信号输出端与所述中/高频信号调理模块的信号输入端连接，所述中/高频信号调理模块的信号输出端与所述中/高频信号ADC模块的信号输入端连接，所述中/高频信号ADC模块的信号输出端与所述信号处理机模块的信号输入端连接，所述第一电源模块为各个模块供电。本专利技术优选的，所述道岔钢轨监测主控装置包括第三微控机模块、GPRS/4G网络模块、第三通信模块和第三电源模块，所述第三微控机模块分别与所述GPRS/4G网络模块和所述第三通信模块通讯连接，所述第三电源模块为各个单元供电。一种超声波道岔断裂实时监测预警方法如下所示：设钢轨无断裂，超声波发射装置关闭情况下，超声波接收装置从探头接收到的信号为底噪声信号，其处理结果长时均值为Rn；当超声波发射装置启动后，超声波接收装置从探头接收到的有效信号的处理结果长时均值为Rs；可得钢轨无断裂情况下接收端的有效超声波强度D＝|Rs-Rn|；设超声波接收装置某次接收到的有效信号的处理结果为Rc，则本次有效超声波强度Dc＝|Rc-Rn|。将Dc与钢轨无断裂情况下的有效超声波强度D进行比较，可得超声波测试强度比率a，即a＝Dc/D。设Ba为完全断裂判断门限，Bh为不完全断裂和钢轨状态良好判断门限，所以，钢轨状态判断依据如下：当a＜Ba时，钢轨存在完全断裂；当Ba＜a＜Bh时，钢轨存在不完全断裂；当a＞Bh时，钢轨状态良好。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供一种超声波道岔断裂实时监测预警系统及方法，当钢轨不完断裂或完全断裂的情况下实现预警钢轨断裂，当钢轨完全断裂并挤压在一起的情况下也可以有效检测；超声波的发射、接收探头与钢轨采用电气绝缘接触耦合方式连接，不对钢轨现有系统造成任何影响，也不会对钢轨做任何的改变。本专利技术可实现对铁路道岔的全覆盖、可靠、准确的全天候实时监测及预警。附图说明图1是本专利技术超声波发射装置的结构示意图；图2是本专利技术超声波接收装置的结构示意图；图3是本专利技术道岔钢轨监测主控装置的结构示意图；图4是本专利技术超声波道岔断裂实时监测预警系统具体实施例示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明：如图1-3所示：本专利技术所述超声波道岔断裂实时监测预警系统包括中频超声波探头、中频超声波发射装置、中频超声波接收装置、高频超声波探头、高频超声波发射装置、高频超声波接收装置、道岔钢轨监测主控装置和中心服务器，所述中频超声波探头和所述高频超声波探头在所述中频超声波发射装置和所述高频超声波发射装置的驱动下将超声波耦合到钢轨上，也可将钢轨上的超声波信号传送给所述中频超声波接收装置和所述高频超声波接收装置，所述探头与所述钢轨采用接触耦合方式固定，与钢轨电气绝缘，所述中频超声波接收装置和所述高频超声波接收装置接收所述中频超声波探头和所述高频超声波探头的超声波信号，对信号调理并数字化后，采用频谱分析、副本相关等数字信号检测技术，判断钢轨的状态，最后将检测结果发送给所述道岔钢轨监测主控装置，所述道岔钢轨监测主控装置控制协调所有收发装置工作并且发送报文信息给所述中心服务器，所述中心服务器将数据记录到数据库，并把相应数据发送到相应的铁路客户端计算机，若发现断裂报警，将信息发送给客户端软件，并可以通过微信、短信、手机APP等方式发布报警信息。如图1所述，中频超声波发射装置和高频超声波发射装置均包括第一微控机模块11、中/高频信号产生模块12、中/高频发射驱动模块13、第一通信模块14、第一电源模块15和第一探头接口16，第一微控机模块11与第一通信模块14通信连接，第一微控机模块11的信号输出端与中/高频信号产生模块12的信号输入端连接，中/高频信号产生模块12的信号输出端与中/高频发射驱动模块13的信号输入端连接，中/高频发射驱动模块13的信号输出端与第一探头接口16的信号输入端连接，第一电源模块15为各个模块供电。如图2所述，中频超声波接收装置和高频超声波接收装置均包括第二微控机模块21、信号处理机模块22、中/高频信号ADC模块23、中/高频信号调理模块24、第二通信模块25、第二电源模块26和第二探头接口27，第二微控机模块21与第二通信模块25通信连接，第二探头接口27的信号输出端与中/高频信号调理模块24的信号输入端连接，中/高频信号调理模块24的信号输出端与中/高频信号ADC模块23的信号输入端连接，中/高频信号ADC模块23的信号输出端与信号处理机模块22的信号输入端连接，第一电源模块26为各个模块供电。如图3所示，道岔钢轨监测主控装置包括第三微控机模块31、GP本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声波道岔断裂实时监测预警系统，其特征在于：包括中频超声波探头、中频超声波发射装置、中频超声波接收装置、高频超声波探头、高频超声波发射装置和高频超声波接收装置、道岔钢轨监测主控装置和中心服务器，所述中频超声波探头和所述高频超声波探头在所述中频超声波发射装置和所述高频超声波发射装置的驱动下将超声波耦合到钢轨上，也可将钢轨上的超声波信号传送给所述中频超声波接收装置和所述高频超声波接收装置，所述探头与所述钢轨采用接触耦合方式固定，与钢轨电气绝缘，所述中频超声波接收装置和所述高频超声波接收装置接收所述中频超声波探头和所述高频超声波探头的超声波信号，对信号调理并数字化后，采用频谱分析、副本相关等数字信号检测技术，判断钢轨的状态，最后将检测结果发送给所述道岔钢轨监测主控装置，所述道岔钢轨监测主控装置控制协调所有收发装置工作并且发送报文信息给所述中心服务器，所述中心服务器将数据记录到数据库，并把相应数据发送到相应的铁路客户端计算机，若发现断裂报警，将信息发送给客户端软件，并可以通过微信、短信、手机APP等方式发布报警信息。

【技术特征摘要】
1.一种超声波道岔断裂实时监测预警系统，其特征在于：包括中频超声波探头、中频超声波发射装置、中频超声波接收装置、高频超声波探头、高频超声波发射装置和高频超声波接收装置、道岔钢轨监测主控装置和中心服务器，所述中频超声波探头和所述高频超声波探头在所述中频超声波发射装置和所述高频超声波发射装置的驱动下将超声波耦合到钢轨上，也可将钢轨上的超声波信号传送给所述中频超声波接收装置和所述高频超声波接收装置，所述探头与所述钢轨采用接触耦合方式固定，与钢轨电气绝缘，所述中频超声波接收装置和所述高频超声波接收装置接收所述中频超声波探头和所述高频超声波探头的超声波信号，对信号调理并数字化后，采用频谱分析、副本相关等数字信号检测技术，判断钢轨的状态，最后将检测结果发送给所述道岔钢轨监测主控装置，所述道岔钢轨监测主控装置控制协调所有收发装置工作并且发送报文信息给所述中心服务器，所述中心服务器将数据记录到数据库，并把相应数据发送到相应的铁路客户端计算机，若发现断裂报警，将信息发送给客户端软件，并可以通过微信、短信、手机APP等方式发布报警信息。2.根据权利要求1所述的超声波道岔断裂实时监测预警系统，其特征在于：所述中频超声波发射装置和所述高频超声波发射装置均包括第一微控机模块、中/高频信号产生模块、中/高频发射驱动模块、第一通信模块、第一电源模块和第一探头接口，所述第一微控机模块与所述第一通信模块通信连接，所述第一微控机模块的信号输出端与所述中/高频信号产生模块的信号输入端连接，所述中/高频信号产生模块的信号输出端与所述中/高频发射驱动模块的信号输入端连接，所述中/高频发射驱动模块的信号输出端与所述第一探头接口的信号输入端连接，所述第一电源模块为各个模块供电。3.根据权利要求2所述的超声波道岔断...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈湘才，詹文华，杨历润，刘晓春，朱大非，
申请(专利权)人：陈湘才，
类型：发明
国别省市：云南,53