本发明专利技术公开了一种基于热成像的无砟轨道离缝尺寸检测装置，涉及高速铁路病害检测领域。其特征在于，主要由主动激励装置、走行机构、热成像信息采集系统、数据处理成像系统四部分构成。所述主动激励装置提供热源，由于热能在无砟轨道有离缝位置处的热传输路径不同，导致轨道板表面温度存在区别，进而利用所述热成像信息采集系统和所述数据处理成像系统采集轨道板表面温度分布云图，最终通过轨道板表面温度与热传输路径的关系获取离缝的位置和尺寸信息。本发明专利技术解决了高速铁路无砟轨道离缝尺寸测量效率低、精度差的问题，可实现连续、高效、精确、无损地测量离缝位置和尺寸大小。无损地测量离缝位置和尺寸大小。无损地测量离缝位置和尺寸大小。
【技术实现步骤摘要】
基于热成像的无砟轨道离缝尺寸检测装置
[0001]本专利技术涉及病害检测
，特别涉及高速铁路病害检测领域，具体是一种基于热成像的无砟轨道离缝尺寸检测装置。
技术介绍
[0002]无砟轨道具有高平顺性、高稳定性，是我国高速铁路的主流轨道结构。但是无砟轨道结构随着运营时间和运量的不断增长，会出现轨道板与CA砂浆层离缝病害，其主要原因是轨道板与CA砂浆层间进水后，列车通过时的动荷载产生的水压力冲击砂浆，造成砂浆流失而形成离缝。离缝的存在改变了高速铁路路基结构的整体性，在列车荷载下会产生应力集中效应，从而严重影响了轨道结构的承载能力，甚至会引发结构性破坏。因此，对离缝位置的精确定位和离缝尺寸的预估是必要的，是进行高速铁路离缝病害整治的前提和基础。
[0003]目前，针对无砟轨道离缝尺寸检测的手段主要有声发射法、雷达法、超声波法、直观估测法等。使用最广的方法是直观估测法，即直接通过刻度尺丈量离缝的长、高、宽，然后对离缝范围进行估算，但明显该方法效率低、测量精度差，无法满足于高速铁路大规模检测的需求；声发射法、雷达法、超声波法等需要在轨道板上布置多个信号发生器、接收器和笨重的采集仪等，并且还受限于设备价格昂贵、操作流程复杂而无法大规模使用，仅在局部精确测量方面有利；而红外热成像技术具有非接触、响应快、精度高、可视化等优点，适合高速铁路无砟轨道板离缝尺寸检测的快速、无损、经济需求，具有极强的实用价值。但目前，红外热成像技术多用在人体医疗领域，少部分用在地暖、水管的检修方面，而少有在高速铁路结构病害的检测领域的应用，主要原因是缺乏可控的热源和信噪干扰强。
[0004]基于此，本专利技术提供了一种基于热成像的无砟轨道离缝尺寸检测装置，可实现高效、准确、无损地测量高速铁路离缝的尺寸大小。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于热成像的无砟轨道离缝尺寸检测装置，解决目前高速铁路无砟轨道离缝尺寸检测手段局限、效率低、精度差的问题，实现高效、精确、无损地检测高速铁路离缝信息。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种基于热成像的无砟轨道离缝尺寸检测装置，主要包括主动激励装置、走行机构、热成像信息采集系统、数据处理成像系统四部分，具体包括以下结构。
[0007]所述主动激励装置，包括自发热液体材料、鼓风装置和可控热源装置三部分；所述自发热液体材料可利用注浆管通过离缝开口注入离缝内部，所述自发热液体材料遇到空气会放热；所述鼓风装置可调节风速和温度，并通过离缝开口鼓风进入离缝内部；所述可控热源装置采用2个，对称安装于所述走行架底部，所述可控热源装置间轴心距离为100cm，所述可控热源装置的温度可调控且热辐射范围大于轨道板宽度。
[0008]进一步的，所述自发热液体材料隔绝空气保存，使用时通过液体自流动能够布满
无砟轨道离缝内部，并通过与空气接触反应放热，达到在无砟轨道离缝内部提供热源主动激励的效果；所述自发热液体材料放热提供的热能高，通过热传输效应传递至轨道板表面形成的区域温度变化明显，因此在精确定量单个离缝分布范围方面有利。
[0009]进一步的，所述鼓风装置可根据环境温度调节鼓风温度大小，形成鼓风与环境的温度差，从而通过热传输效应形成区域温度变化，达到主动激励的效果；所述鼓风装置对离缝口鼓风后，形成空气的对流，引起离缝口处与轨道板表面的温度差，从而能通过所述红外热像仪采集离缝开口的精确位置分布与大小，因此所述鼓风装置用于离缝开口的测量。
[0010]进一步的，所述可控热源装置通过辐射热能到无砟轨道板表面，由于离缝处空气对热传输的阻碍效应，形成了有离缝处和无离缝处的热传输差异，反映到无砟轨道板表面形成温度差异，再通过所述红外热像仪采集温度分布云图，即可表征无砟轨道内离缝的分布位置；所述可控热源装置可提供对无砟轨道板表面的主动激励，但由于轨道板厚度较厚，温度差异不明显，故所述可控热源装置主要用于对离缝模糊分布的连续定位。
[0011]所述走行机构，包括走行架，和支撑所述走行架的走行轮对，所述走行轮对能够在高速铁路铁轨上运行。
[0012]进一步的，所述走行架由走行架主横梁和走行架延伸臂组成，所述走行架主横梁长度为250cm，所述走行架主横梁两端各接有一个可以延伸50cm的所述走行架延伸臂，所述走行架满足所述可控热源装置和所述热成像信息采集系统各部件的安装需求，所述走行架延伸臂可超出无砟轨道板边缘30cm以上，确保安装在所述走行架两端的所述红外热像仪能够采集到轨道板底部离缝开口附近的热像信息。
[0013]进一步的，所述走行架主横梁顶部布置水准气泡，所述走行架主横梁通过螺杆螺母与所述走行轮对连接，所述走行架能够通过所述螺杆螺母和所述水准气泡调节所述走行架主横梁水平。
[0014]所述热成像信息采集系统，包括红外热像仪、激光定位器、温度传感器和湿度传感器，所述红外热像仪、所述激光定位器、所述温度传感器和所述湿度传感器均安装在所述走行架上。
[0015]进一步的，所述红外热像仪具有摄像和红外热像信号采集的双重功能，所述红外热像仪能够同时采集被采集区域的表面图像信息和红外热像信息。
[0016]进一步的，所述红外热像仪采用3个，其中一个安装在在所述走行架主横梁底部正中央，另外两个分别安装在两个所述走行架延伸臂端部；中间的所述红外热像仪采集区域为下方垂向的无砟轨道板中部，两端的所述红外热像仪采集区域为向内倾斜、包括无砟轨道板完整侧面和顶面端部区域。
[0017]进一步的，所述红外热像仪的测温范围是零下20摄氏度至100摄氏度、热灵敏度小于0.01摄氏度，所述红外热像仪能够精确地分辨出被采集区域的微小温度变化。
[0018]进一步的，所述激光定位器采用2个，按间距130cm对称布置在所述走行架底部；所述激光定位器提供测量基准点数据，用于所述红外热像仪各采集区域的数据拼接，形成基准点一致且完整的温度分布云图和轨道板表面形貌集成图像。
[0019]进一步的，所述温度传感器安装在所述走行架顶部一端，所述湿度传感器安装在所述走行架顶部另一端，所述温度传感器和所述湿度传感器的安装位置对称。
[0020]所述数据处理成像系统，包括红外热成像处理软件和配套计算机；所述红外热成
像处理软件能够根据所述红外热像仪采集的数据绘制采集区域随时域和空域的温度分布云图，所述红外热成像处理软件能够处理所述温度传感器和所述湿度传感器采集的环境信息、所述激光定位器采集的位置信息以及所述红外热像仪摄像功能采集的采集区域表面缺陷信息，并反馈给所述温度分布云图，所述温度分布云图经过所述环境信息、所述位置信息、所述采集区域表面缺陷信息修正后，即可获取无砟轨道板采集区域的离缝位置和尺寸分布云图。
[0021]进一步的，所述红外热成像处理软件处理后的所述温度分布云图，是精确至0.01摄氏度的高精度温度分布云图。
[0022]进一步的，所述采集区域随时域的温度分布云图是指同一个采集区域在所述主动激励装置激励下的不同时刻的温度变化分布云图本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.基于热成像的无砟轨道离缝尺寸检测装置，其特征在于，主要由主动激励装置、走行机构、热成像信息采集系统、数据处理成像系统四部分构成，所述主动激励装置，包括自发热液体材料、鼓风装置和可控热源装置；所述走行机构，包括走行架，支撑所述走行架的走行轮对，所述走行轮对能够在高速铁路铁轨上行进；所述热成像信息采集系统，包括红外热像仪、激光定位器、温度传感器和湿度传感器，所述红外热像仪具有摄像和红外热像信号采集的双重功能，所述热成像采集系统各部件和所述可控热源装置均安装在所述走行架上；所述数据处理成像系统，包括红外热成像处理软件和配套计算机，所述红外热成像处理软件能够根据所述红外热像仪采集的数据绘制采集区域随时域和空域的温度分布云图，所述红外热成像处理软件能够处理所述温度传感器和所述湿度传感器采集的环境信息、所述激光定位器采集的位置信息以及所述红外热像仪摄像功能采集的表面缺陷信息，并反馈给所述温度分布云图，所述温度分布云图经过所述环境信息、所述位置信息、所述表面缺陷信息修正后，即可获取无砟轨道采集区域的离缝位置和尺寸分布云图。2.根据权利要求1所述的基于热成像的无砟轨道离缝尺寸检测装置，其特征在于，所述自发热液体材料可利用注浆管通过离缝口注入离缝内部，所述自发热液体材料遇到空气会放热；所述鼓风装置可调节风速和温度，并通过离缝口鼓风进入离缝内部。3.根据权利要求1所述的基于热成像的无砟轨道离缝尺寸检测装置，其特征在于，所述可控热源装置采用2个，对称安装于所述走行架底部，所述可控热源装置间轴心距离为100cm，所述可控热源装置温度可调控且热辐射范围大于轨道板宽度。4.根据权利要求1所述的基于热成像的无砟轨道离缝尺寸检测装置，其特征在于，所述走行架由走行架主横梁和走行架延...
【专利技术属性】
技术研发人员：乔冠华，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：
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