轨道板变形监测装置和方法及在线监测系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种轨道板变形监测装置，该装置包括光缆、紧固装置和检测主机；光缆包括分别与垂向位移测区、过渡区和纵向位移测区相对应的垂向位移测量段、过渡段和纵向位移测量段；垂向位移测量段和纵向位移测量段为预拉紧状态，过渡段为自由状态；检测主机获取垂向位移测量段、纵向位移测量段的光纤信号，并结合过渡段的光纤信号进行温度补偿，最终解算得到轨道板相对于底座板或支承层的垂向位移，以及相邻轨道板间的纵向位移。本发明专利技术还公开了一种监测方法及在线监测系统，该系统实时监测轨道板状态信息，并根据预设的报警阈值对超限工况进行报警和定位。

Track plate deformation monitoring device and method and online monitoring system

【技术实现步骤摘要】
轨道板变形监测装置和方法及在线监测系统
本专利技术属于铁路运输安全监测领域，尤其是涉及一种轨道板变形监测装置和方法及在线监测系统。
技术介绍
无砟轨道结构简单、强度高、稳定性好、施工方便、维修工作量少，在高速铁路中应用广泛。其中，CRTSⅡ型板式无砟轨道因受轨道板端部板间宽窄接缝状态、砂浆层状态、施工锁定温度、环境温度变化等因素影响，出现了轨道板板端上拱离缝、板端接缝开裂产生离缝等病害，如不能及时发现此类问题将会给线路的正常运营带来安全隐患。现有技术中，对轨道板变形尝试使用机械类和电类的应变、位移、倾角等传感器进行监测，采取点式布设安装，因此只能覆盖选定小范围区段，不适用于长距离监测，且需要在现场为传感器或传输设备供电。现有技术中还有一种监测轨道板变形的方法，通过在相邻轨道板之间设置上拱变形传感光纤和水平变形传感光纤，当轨道板端部发生拱起变形时形成等腰三角形。结合分布式光纤传感技术原理及勾股定理解算等腰三角形的高，从而获得轨道板上拱位移即垂向位移，但这种监测方法需借助等腰三角形进行换算，因此这种位移转化方法不够直接。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种轨道板变形监测装置和方法及在线监测系统，以解决现有技术中的问题。本专利技术的技术方案是：本专利技术的一个方面提供一种轨道板变形监测装置，该装置包括光缆、紧固装置和检测主机；所述光缆与检测主机相连；所述紧固装置将轨道板划分为垂向位移测区、过渡区和纵向位移测区；在轨道板侧面连续纵向设置光缆，所述光缆包括分别与所述垂向位移测区、过渡区和纵向位移测区相对应的垂向位移测量段、过渡段和纵向位移测量段；所述垂向位移测量段和纵向位移测量段为预拉紧状态，过渡段为自由状态；所述紧固装置包括第一锚固件、第二锚固件、第三锚固件、第四锚固件、紧固件、连接线、转换器、第一连接件和第二连接件；上一块轨道板的纵向位移测量段末端通过第一锚固件锚固于当前轨道板侧面并靠近宽窄接缝，后续光缆连接第一连接件,开始当前轨道板的垂向位移测量段；所述垂向位移测量段的一端通过第一连接件与连接线连接，所述连接线通过转换器与紧固件相连，紧固件将连接线紧固于底座板或支承层上；通过第二锚固件将所述垂向位移测量段的另一端固定于轨道板侧面；所述过渡段的一端通过第三锚固件连接所述纵向位移测量段的一端；所述纵向位移测量段跨过第二宽窄接缝继续延伸，所述纵向位移测量段的另一端连接，纵向位移测量段通过第三锚固件和第四锚固件固定在轨道板侧面；光缆通过第四锚固件后并由第二连接件与下一块轨道板的垂向位移测量段相连,以此类推，使光缆沿轨道板铺设方向延伸；其中，所述检测主机实时获取轨道板的垂向位移测区、纵向位移测区的光纤信号并结合过渡区的光纤信号，获得轨道板相对于底座板或支承层的垂向位移以及相邻轨道板间的纵向位移。进一步的，所述第三锚固件和第四锚固件位于第二宽窄接缝的两侧，且第四锚固件与第二连接件之间的距离远小于第四锚固件与第三锚固件之间的距离。进一步的，轨道板相对于底座板或支承层发生垂向变形，所述紧固装置将变形产生的垂向位移转换为垂向位移测量段的光缆在长度方向上的伸缩变化量。进一步的，所述垂向位移测量段、过渡段和纵向位移测量段的长度不小于检测主机空间分辨率所识别的有效长度。进一步的，所述垂向位移测量段、过渡段和纵向位移测量段的延伸方向与轨道板的延伸方向一致，且布置在轨道板的侧面。本专利技术的另一个方面提供一种轨道板变形监测的方法，其中，将轨道板划分为垂向位移测区、过渡区和纵向位移测区；在轨道板上连续设置光缆，所述光缆包括分别与所述垂向位移测区、过渡区和纵向位移测区相对应的垂向位移测量段、过渡段和纵向位移测量段；监测方法包含以下步骤：采集光缆的光纤布里渊频率，将该光纤布里渊频率作为初始状态的光纤布里渊频率基准值；其中，垂向位移测量段的初始光纤布里渊频率为vB01，纵向位移测量段的初始光纤布里渊频率为vB02，过渡段的初始光纤布里渊频率为vB0t；实时获取光纤布里渊频率并结合初始状态光纤布里渊频率的基准值，计算得到垂向位移测量段的光纤布里渊频移为ΔvB1、纵向位移测量段的光纤布里渊频移为ΔvB2以及过渡段的光纤布里渊频移为ΔvBt；利用过渡段的光纤布里渊频移ΔvBt对垂向位移测量段和纵向位移测量段进行温度补偿，得到垂向位移测量段和纵向位移测量段由应变变化引起的光纤布里渊频移ΔvB1(ε1)和ΔvB2(ε2)；根据垂向位移测量段和纵向位移测量段由应变变化引起的光纤布里渊频移ΔvB1(ε1)和ΔvB2(ε2)与应变之间的关系，解算得到垂向位移测量段当前的应变变化量Δε1和纵向位移测量段当前的应变变化量Δε2；基于所述垂向位移测量段当前的应变变化量Δε1和纵向位移测量段当前的应变变化量Δε2，并利用预先建立的数学计算模型分别解算得到轨道板相对于底座板或支承层的垂向位移值y1，以及轨道板收缩时相邻轨道板的纵向位移值y2。本专利技术的又一个方面提供一种轨道板变形在线监测系统，该系统包括上述任一所述的轨道板变形监测装置，该监测系统还包括网络传输设备、监测控制中心和用户终端；所述轨道板变形监测装置通过该网络传输设备与监测控制中心连接；所述监测控制中心通过网络与用户终端连接；所述监测控制中心实时接收一个或多个轨道板变形监测装置发来的数据，经处理形成报警信号和轨道板状态信息，并按预设的处理规则将报警信号和轨道板状态信息及时分发给所述用户终端。进一步的，所述系统包括报警装置，用于对发生位移超限的轨道板的位置或编号进行报警。进一步的，所述报警装置包括喇叭、无线列调、报警灯、手机短信和手机APP推送的一种或多种；所述轨道板变形在线监测系统接入列车运行控制系统以用于警示列车减速或停车。进一步的，所述轨道板状态信息包括轨道板里程、垂向和纵向位移、温度的变化量、温度与垂向和纵向位移变化过程信息。本专利技术实施例将轨道板分成垂向位移测区、过渡区和纵向位移测区，光缆布设于轨道板侧面形成垂向位移测量段、过渡段和纵向位移测量段，并通过过渡段测量结果对垂向位移测量段和纵向位移测量段进行温度补偿，从而实时对轨道板的变形情况进行监测。附图说明图1是本专利技术实施例提供的一种轨道板变形监测装置的侧面示意图；图2是本专利技术的一个实施例提供的一种轨道板变形监测方法的示意图；图3是本专利技术的另一个实施例提供的一种轨道板变形监测方法的示意图；图4是本专利技术实施例提供的一种轨道板变形在线监测系统的架构示意图。其中，1为轨道板；2为砂浆层；3为底座板或支承层；4宽窄接缝(包括第一宽窄接缝4-1、第二宽窄接缝4-2)；5为紧固件；6为连接线；7为转换器；8为锚固件(包括第一锚固件8-1、第二锚固件8-2、第三锚固件8-3、第四锚固件8-4)；9为连接件(包括第一连接件9-1和第二连接件9-2)；10为垂向位移测量段；11为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轨道板变形监测装置，其特征在于：该装置包括光缆、紧固装置和检测主机；所述光缆与检测主机相连；所述紧固装置将轨道板(1)划分为垂向位移测区、过渡区和纵向位移测区；/n在轨道板(1)侧面连续纵向设置光缆，所述光缆包括分别与所述垂向位移测区、过渡区和纵向位移测区相对应的垂向位移测量段(10)、过渡段(11)和纵向位移测量段(12)；/n所述垂向位移测量段(10)和纵向位移测量段(12)为预拉紧状态，过渡段(11)为自由状态；/n所述紧固装置包括第一锚固件(8-1)、第二锚固件(8-2)、第三锚固件(8-3)、第四锚固件(8-4)、紧固件(5)、连接线(6)、转换器(7)、第一连接件(9-1)和第二连接件(9-2)；/n上一块轨道板的纵向位移测量段末端通过第一锚固件(8-1)锚固于当前轨道板侧面并靠近宽窄接缝(4-1)，后续光缆连接第一连接件(9-1),开始当前轨道板(1)的垂向位移测量段(10)；/n所述垂向位移测量段(10)的一端通过第一连接件(9-1)与连接线(6)连接，所述连接线(6)通过转换器(7)与紧固件(5)相连，紧固件(5)将连接线(6)紧固于底座板或支承层(3)上；/n通过第二锚固件(8-2)将所述垂向位移测量段(10)的另一端固定于轨道板(1)侧面；/n所述过渡段(11)的一端通过第三锚固件(8-3)连接所述纵向位移测量段(12)的一端；/n所述纵向位移测量段(12)跨过第二宽窄接缝(4-2)继续延伸，所述纵向位移测量段(12)的另一端连接，纵向位移测量段(12)通过第三锚固件(8-3)和第四锚固件(8-4)固定在轨道板(1)侧面；/n光缆通过第四锚固件(8-4)后并由第二连接件(9-2)与下一块轨道板的垂向位移测量段相连,以此类推，使光缆沿轨道板铺设方向延伸；/n其中，所述检测主机实时获取轨道板(1)的垂向位移测区、纵向位移测区的光纤信号并结合过渡区的光纤信号，获得轨道板(1)相对于底座板或支承层(3)的垂向位移或相邻轨道板(1)间的纵向位移。/n...

【技术特征摘要】
1.一种轨道板变形监测装置，其特征在于：该装置包括光缆、紧固装置和检测主机；所述光缆与检测主机相连；所述紧固装置将轨道板(1)划分为垂向位移测区、过渡区和纵向位移测区；
在轨道板(1)侧面连续纵向设置光缆，所述光缆包括分别与所述垂向位移测区、过渡区和纵向位移测区相对应的垂向位移测量段(10)、过渡段(11)和纵向位移测量段(12)；
所述垂向位移测量段(10)和纵向位移测量段(12)为预拉紧状态，过渡段(11)为自由状态；
所述紧固装置包括第一锚固件(8-1)、第二锚固件(8-2)、第三锚固件(8-3)、第四锚固件(8-4)、紧固件(5)、连接线(6)、转换器(7)、第一连接件(9-1)和第二连接件(9-2)；
上一块轨道板的纵向位移测量段末端通过第一锚固件(8-1)锚固于当前轨道板侧面并靠近宽窄接缝(4-1)，后续光缆连接第一连接件(9-1),开始当前轨道板(1)的垂向位移测量段(10)；
所述垂向位移测量段(10)的一端通过第一连接件(9-1)与连接线(6)连接，所述连接线(6)通过转换器(7)与紧固件(5)相连，紧固件(5)将连接线(6)紧固于底座板或支承层(3)上；
通过第二锚固件(8-2)将所述垂向位移测量段(10)的另一端固定于轨道板(1)侧面；
所述过渡段(11)的一端通过第三锚固件(8-3)连接所述纵向位移测量段(12)的一端；
所述纵向位移测量段(12)跨过第二宽窄接缝(4-2)继续延伸，所述纵向位移测量段(12)的另一端连接，纵向位移测量段(12)通过第三锚固件(8-3)和第四锚固件(8-4)固定在轨道板(1)侧面；
光缆通过第四锚固件(8-4)后并由第二连接件(9-2)与下一块轨道板的垂向位移测量段相连,以此类推，使光缆沿轨道板铺设方向延伸；
其中，所述检测主机实时获取轨道板(1)的垂向位移测区、纵向位移测区的光纤信号并结合过渡区的光纤信号，获得轨道板(1)相对于底座板或支承层(3)的垂向位移或相邻轨道板(1)间的纵向位移。


2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述第三锚固件(8-3)和第四锚固件(8-4)位于第二宽窄接缝(4-2)的两侧，且第四锚固件(8-4)与第二连接件(9-2)之间的距离远小于第四锚固件(8-4)与第三锚固件(8-3)之间的距离。


3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：轨道板(1)相对于底座板或支承层(3)发生垂向变形，所述紧固装置将变形产生的垂向位移转换为垂向位移测量段(10)的光缆在长度方向上的伸缩变化量。


4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述垂向位移测量段(10)、过渡段(11)和纵向位移测量段(12)的长度不小于检测主机空间分辨率所识别的有效长度。


5.根据权利要求1-4任一项所述的装置，其特征在于：所述垂向位移测量段(10)、过渡段(11)和纵向位移测量段(12)的延伸方向与轨道板(1)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩自力，柴雪松，冯毅杰，王智超，暴学志，凌烈鹏，冯仲伟，刘艳芬，江成，时佳斌，姜子清，刘浩，张文达，
申请(专利权)人：中铁科学技术开发有限公司，中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所，中国铁道科学研究院集团有限公司，中国国家铁路集团有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11