一种智能无源铁轨监测感知前端制造技术

本发明专利技术公开了一种智能无源铁轨监测感知前端，采用基于铁轨振动驱动的振动能量采集模块将铁轨振动的机械能转化为高功率的电能，电源管理模块将振动能量采集模块的电能进行分配输出和储能，在振动能量采集模块输入电能时自动唤醒开始输出电能为主控板供电来为本前端中各组件供电，列车经过时主控板开始工作，控制铁轨参数测量模块采集数据，并通过远距离无线通信模块发送至基站，实现了动态监测，可监测列车运行时铁轨的真实运作情况，具备更高的准确性，且不需有线和电池供电，也不需浪费人力和能源，可安装在任何偏远的路段，实现无源的远程实时自动化铁轨监测，在降低监测成本的同时，提高了监测效率。

【技术实现步骤摘要】
一种智能无源铁轨监测感知前端
本专利技术属于铁轨监测
，具体涉及一种智能无源铁轨监测感知前端。
技术介绍
铁轨健康监测是维持列车安全运行的必要手段，因铁轨老化、断裂，导致的列车出轨事故已成为列车安全运行的第一杀手。然而，不论是大型探伤车还是手推式探伤小车，都存在一个共同的问题，即占用铁路线路，不能全天候工作。同时，从网络资料中可以发现，探伤车辆造价不菲，即使是一辆最普通的探伤小车也要数万元。我国铁路营业里程已达12.7万公里，其中大量钢轨长期在动态重载荷下服役，易出现腐蚀、变形、磨损、裂纹甚至断裂，严重影响行车安全。由于钢轨疲劳裂纹导致铁轨突然断裂造成的事故在全世界范围均有发生。针对铁轨老化状况，目前传统的探伤方案主要为导波探测和轨道探测车两类，其具备较高的探测精度，但价格昂贵，且需要专业人员去现场监测，人力物力消耗巨大，且在监测时需要占用轨道，影响列车运行，且无法实现铁轨健康状况的动态监测。这些原因导致了传统的监测方案的监测间隔周期长达6～12个月，无法实现实时监测，且难以兼顾偏远地区的轨道，留下了一定的安全隐患。本项目采用无源设计的必要性在于有线供电和电池供电的方案均无法实现设计目标。我国电气化铁路的额定电压为25kV，如果采用有线供电的方案进行铁轨监测，则需要安装数量繁多的变压器，会对铁路原有的供电系统安全造成威胁。而独立建立低压监测供电，则需要巨大的经济和人力成本，同时低压电路无法实现远距离传输，这些因素都使得有线供电的方案并不可行。而采用电池供电，则需要定期更换电池，对于广泛分布以及处于偏远地区或者高危地带的节点显得不切实际。因此有必要设计一种无源的，且廉价便捷固定安装式的铁轨健康监测装置，来解决当前监测手段时间间隔长，效率低以及影响铁路运行的问题，和实现降低成本以及实现无人监管的目的的难题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：目前现有铁轨健康参数监测主要采用价格较贵的探测设备进行现场监测，监测时需要占用轨道，影响列车运行，且需要专业人员现场监测，人力物力消耗巨大，且现有的铁轨沿线布局的轨道健康监测设备都需要外部供电，其受限多，无法独立运行，综上，解决目前现有铁轨健康参数监测不能实现各个地区铁轨无人监管的低成本自动化动态监测的问题，提出了一种智能无源铁轨监测感知前端。本专利技术采用的技术方案如下：一种智能无源铁轨监测感知前端，包括铁轨参数测量模块，还包括与铁轨参数测量模块连接的主控板，铁轨参数测量模块设置在铁轨上用于检测铁轨的健康数据，主控板还连接有无线通信模块，无线通信模块与外部通讯设备通讯实时传输铁轨的健康数据，还包括设置在铁轨上的高功率输出的振动能量采集模块和与振动能量采集模块电能输出端连接的电源管理模块，振动能量采集模块将铁轨振动的机械能转化为高功率的电能，电源管理模块将振动能量采集模块的电能进行输出和储能分配，电能输出时进行电压转换后给主控板供电，与主控板连接的铁轨参数测量模块和无线通信模块通过与主控板的电源端连接进行供电，电源管理模块在振动能量采集模块输入电能时自动唤醒开始输出电能为主控板供电。进一步，所述智能无源铁轨监测感知前端包括多个地毯式设置在铁轨上的智能无源铁轨监测感知前端，相邻智能无源铁轨监测感知前端的监测路段相互连接，每个智能无源铁轨监测感知前端分别与外部通讯设备通讯实时传输铁轨的健康数据。进一步，所述铁轨参数测量模块包括多个与主控板连接的铁轨健康数据监测传感器。进一步，所述振动能量采集模块采用机械振动能量采集模块，同轴安装在主轴上的第一驱动齿轮和第二驱动齿轮，且第一驱动齿轮和第二驱动齿轮与主轴之间设置有单向轴承，第一驱动齿轮和第二驱动齿轮的一侧的分别契合设置有第一齿条和第二齿条，第一齿条和第二齿条方向相对设置，第一驱动齿轮和第二驱动齿轮由振动驱动其分别在第一齿条和第二齿条上转动并发生上下的相对位移，主轴由单向轴承、第一驱动齿轮和第二驱动齿轮共同驱动并保持单向转动，主轴上还安装有用于对主轴转动加速的变速箱，变速箱的输出轴连接发电机，发电机由变速箱的输出轴转动驱动发电，发电机上还设置有用于使发电机连续驱动的飞轮。进一步，所述电源管理模块包括能量存储控制电路、微控制器、控制接口电路和能量输入输出控制电路，所述能量存储控制电路、控制接口电路、能量输入输出控制电路分别连接微控制器，所述能量存储控制电路连接控制接口电路，所述能量存储控制电路连接能量输入输出控制电路，其中：能量输入输出控制电路用于：对振动能量采集模块输入的交流或直流电进行转换及稳压和对输出到监测感知前端各部件供电的电能进行交流或直流转换及稳压；能量存储控制电路用于：对振动能量采集模块输入经能量输入输出控制电路转换处理的电能限压、检测、储能和分配输出；控制接口电路用于：连接微控制器、能量存储控制电路及能量输入输出控制电路的控制端口；微控制器用于：控制电源管理模块整体各个控制电路模块的工作。进一步，所述微控制器在能量输入输出控制电路检测到有电能输入时自动唤醒开始控制输出电能为主控板供电，当电能输入结束后在设定时间内保持继续输出电能，设定时间结束后结束输出电能等待下一次振动的电能输入。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术中，采用基于铁轨振动驱动的振动能量采集模块将铁轨振动的机械能转化为高功率的电能，电源管理模块将振动能量采集模块的电能进行分配输出和储能，在振动能量采集模块输入电能时自动唤醒开始输出电能为主控板供电来为本前端中各组件供电，不需有线和电池供电，也不需浪费人力和能源，可安装在任何偏远的路段，实现无源的远程实时自动化铁轨监测，在降低监测成本的同时，提高了监测效率。列车经过时主控板开始工作，控制铁轨参数测量模块采集数据，并通过远距离无线通信模块发送至基站，基站将感知前端的数据加以整合并传送至云端数据库，这样就完成了一次自动化的实时监测。能够在列车经过时实时监测并传输数据，实现了动态监测，可监测列车运行时铁轨的真实运作情况，相较于传统方案在监测时铁轨处于空载或低负载状况而言，具备更高的准确性。2、本专利技术中，智能无源铁轨监测感知前端包括多个地毯式设置在铁轨上的智能无源铁轨监测感知前端，相邻智能无源铁轨监测感知前端的监测路段相互连接，每个感知前端都能独立工作，以低廉的成本实现对监测路段的全面覆盖，铁轨监测数据更加全面和准确。3、本专利技术中，铁轨参数测量模块采用多个与主控板连接的铁轨健康数据监测传感器，比如温度传感器、挠度传感器等，方便在铁轨上布局，能实时准确检测铁轨各种特征数据且不影响铁轨的正常运行，使用方便。4、本专利技术中，振动能量采集模块采用所述机械振动能量采集模块，由列车经过时铁轨低频振动产生的较大压力推力以及振动物体的较大弹性力来驱动，可使机械式振动能量采集模块获得高功率的机械能输入，且特殊的机械结构提升了机械能的传输效率，飞轮能让不连续的铁轨振动变为连续驱动，电机能在振动的复杂运动驱动下平稳的输出较高功率的稳定电能，约为传统能量采集模块的一千倍，可用于大功率的监测等系统使用，适用范围广。且机械式结构，易于定制，可以适应于各种路段全覆盖，能够适应各类恶劣环境，具备较长适应寿命且量产成本低，易于量产和广泛应用。5、本专利技术中，电源管理模块包括包括能量存储控制电路、微控制器、控制接口电路本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种智能无源铁轨监测感知前端，包括铁轨参数测量模块，其特征在于：还包括与铁轨参数测量模块连接的主控板，铁轨参数测量模块设置在铁轨上用于检测铁轨的健康数据，主控板还连接有无线通信模块，无线通信模块与外部通讯设备通讯实时传输铁轨的健康数据，还包括设置在铁轨上的高功率输出的振动能量采集模块和与振动能量采集模块电能输出端连接的电源管理模块，振动能量采集模块将铁轨振动的机械能转化为高功率的电能，电源管理模块将振动能量采集模块的电能进行输出和储能分配，电能输出时进行电压转换后给主控板供电，与主控板连接的铁轨参数测量模块和无线通信模块通过与主控板的电源端连接进行供电，电源管理模块在振动能量采集模块输入电能时自动唤醒开始输出电能为监测感知前端各部件供电。

【技术特征摘要】
1.一种智能无源铁轨监测感知前端，包括铁轨参数测量模块，其特征在于：还包括与铁轨参数测量模块连接的主控板，铁轨参数测量模块设置在铁轨上用于检测铁轨的健康数据，主控板还连接有无线通信模块，无线通信模块与外部通讯设备通讯实时传输铁轨的健康数据，还包括设置在铁轨上的高功率输出的振动能量采集模块和与振动能量采集模块电能输出端连接的电源管理模块，振动能量采集模块将铁轨振动的机械能转化为高功率的电能，电源管理模块将振动能量采集模块的电能进行输出和储能分配，电能输出时进行电压转换后给主控板供电，与主控板连接的铁轨参数测量模块和无线通信模块通过与主控板的电源端连接进行供电，电源管理模块在振动能量采集模块输入电能时自动唤醒开始输出电能为监测感知前端各部件供电。2.根据权利要求1所述的一种智能无源铁轨监测感知前端，其特征在于：所述智能无源铁轨监测感知前端包括多个地毯式设置在铁轨上的智能无源铁轨监测感知前端，相邻智能无源铁轨监测感知前端的监测路段相互连接，每个智能无源铁轨监测感知前端分别与外部通讯设备通讯实时传输铁轨的健康数据。3.根据权利要求1所述的一种智能无源铁轨监测感知前端，其特征在于：所述铁轨参数测量模块包括多个与主控板连接的铁轨健康数据监测传感器。4.根据权利要求1所述的一种智能无源铁轨监测感知前端，其特征在于：所述振动能量采集模块采用机械振动能量采集模块，同轴安装在主轴(3)上的第一驱动齿轮(1)和第二驱动齿轮(2)，且第一驱动齿轮(1)和第二驱动齿轮(2)与主轴(3)之间设置有单向轴承(6)，第一驱动齿轮(1)和第二驱动齿轮(2)的一侧的分别契合设置有第一齿条(4)和第二齿条(5)，第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁力，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51