【技术实现步骤摘要】
本申请涉及超声波无损检测，尤其涉及一种基于时钟同步技术的超声波断轨监测系统及方法。
技术介绍
1、在铁路运输系统中，钢轨起着支撑列车和引导车辆车轮前进的作用。如果出现钢轨断裂将有可能造成列车脱轨、倾覆等重大行车安全事故，造成人员伤亡和重大财产损失。随着高速铁路的快速发展，无缝线路在轨道交通领域的应用也越来越广泛，断轨的发生机率也随之变高。目前我国主要使用探伤车和轨道电路等方法检测断轨，但是存在诸多缺点。
2、近年来，利用超声导波检测无缝线路断轨取得了长足的发展，传统的超声波断轨检测方法为一发一收模式，一般按照1公里进行收发间隔排布，然后各节点的数据通过钢轨介质进行传播汇聚到监测区段的端头，在通过gprs与后台进行传输。由于受到钢轨条件的影响，同一监测区段的两根钢轨对于超声导波信号衰减程度不同，信号强弱不一，为了满足长距离的监测条件，按照导波信号衰减最大的有效监测距离进行安装。因此，受轨距杆或其他影响，通过发射的超声导波组内的间隔特征无法区分相邻节点的串扰、左右轨的串扰，存在着漏报的风险。再者，现场的应用环境复杂尤其是电气化线路，对于设备的可靠性有很高的要求，发射节点或接收节点如果产生故障，容易产生断轨误告警。再者，现场轨边的节点设备通过钢轨进行通讯汇聚然后再通过gprs进行传输，降低了通信可靠性和提高了通信中断影响的范围，不利于系统稳定可靠运行。
技术实现思路
1、本申请提供了一种基于时钟同步技术的超声波断轨监测系统及方法。以解决传统的超声波断轨系统，无法区分相邻节点的
2、第一方面，本申请提供了一种基于时钟同步技术的超声波断轨监测系统，包括用户访问层、通信服务层和前端设备，所述前端设备包括若干收发一体监测单元，若干所述收发一体监测单元依次等距设置于监测段钢轨上，若干所述收发一体监测单元将监测段钢轨分隔为若干区间，相邻两个所述收发一体监测单元构成收发一体监测组，若干所述收发一体监测组按照监测段钢轨延伸方向排序，依次对其所在区间的钢轨状态进行监测，所述收发一体监测组内的两个所述收发一体监测单元先后接收对方发送的超声波信号，并根据接收到的超声波信号生成对其所在区间的钢轨状态监测结果，所述收发一体监测单元将所在区间钢轨的监测结果上传至所述通信服务层，所述用户访问层通过网络连接通信服务层，以获取存储在所述通信服务层的钢轨监测结果。
3、在一些实施例中，所述收发一体监测单元包括处理器模块、时钟管理模块、超声波发射电路模块、超声波信号滤波放大采集模块、预警模块和通讯模块，所述时钟管理模块用于向所述处理器模块发送时间信号，所述时间信号包括超声波发射开始时间信号、超声波发射结束时间信号、超声波采集开始时间信号和超声波采集结束时间信号，所述处理器模块参照超声波发射开始时间信号和超声波发射结束时间信号，控制所述超声波发射电路模块通过钢轨向同一收发一体监测组内的另一个收发一体监测单元发射超声波信号，所述处理器模块参照超声波采集开始时间信号和超声波采集结束时间信号，控制所述超声波信号滤波放大模块采集同一收发一体监测组内的另一个收发一体监测单元通过钢轨所发射的超声波信号，所述预警模块根据所述超声波信号滤波放大采集模块能否采集到超声波信号、所采集的超声波信号的频谱分布和幅值生成监测结果信号，所述监测结果信号包括钢轨正常信号、钢轨断轨信号和钢轨损伤信号，所述通讯模块用于将监测结果信号上传至通信服务层。
4、在一些实施例中，所述收发一体监测单元还包括gps时钟和本地时钟，所述gps时钟通过卫星导航系统获取校准时间信号，并将校准时间信号输出至时钟管理模块，所述本地时钟向所述时钟管理模块发送实时时间信号；所述时钟管理根据校准时间信号校准所述本地时钟。
5、在一些实施例中，所述通讯模块的通讯端口包括gprs通讯接口、以太网接口和rs485接口，在网络覆盖的区域，所述收发一体监测单元采用gprs与通信服务层进行通信，在网络无覆盖的区域，所述收发一体监测单元采用rs485接口的lora、以太网口或者rs485双绞线的方式组成局域网，并汇聚到有网络覆盖的地方，再采用gprs与通信服务层进行通信。
6、第二方面，本申请提供了一种基于时钟同步技术的超声波断轨监测方法，所述超声波断轨监测方法包括：
7、通信服务器在第一时刻向收发一体监测组内的第一收发一体监测单元发送第一发射指令，同时向收发一体监测组内的第二收发一体监测单元发送第一接收指令；所述第一发射指令用于指示第一收发一体监测单元向第二收发一体监测单元发送超声波信号；所述第一接收指令用于指示第二收发一体监测单元接收来自第一收发一体监测单元发送的超声波信号；
8、第二收发一体监测单元根据能否采集到超声波信号、以及所采集的超声波信号的频谱分布和幅值生成第一监测结果，并将第一监测结果上传至通信服务器；
9、通信服务器在与第一时刻间隔预设时长的第二时刻向收发一体监测组内的第二收发一体监测单元发送第二发射指令，同时向收发一体监测组内的第一收发一体监测单元发送第二接收指令；所述第二发射指令用于指示第二收发一体监测单元向第一收发一体监测单元发送超声波信号；所述第二接收指令用于指示第一收发一体监测单元接收来自第二收发一体监测单元发送的超声波信号；
10、第一收发一体监测单元根据能否采集到超声波信号、以及所采集的超声波信号的频谱分布和幅值生成第二监测结果，并将第二监测结果上传至通信服务器；
11、通信服务器根据所接收的第一监测结果和第二监测结果，判断该区间钢轨状态。
12、在一些实施例中，所述方法还包括：
13、通信服务器在第一时刻向至少一个收发一体监测组内的第一收发一体监测单元发送第一发射指令；其中，任意两个所述收发一体监测组位于不同的循环区间中；所述循环区间由监测段钢轨延伸方向上连续n个区间构成，且每个区间只能在一个循环区间内。
14、在一些实施例中，若干循环区间内的收发一体监测组，同时按照监测段钢轨延伸方向顺序，依次对其所在区间的钢轨状态进行监测。
15、由以上技术方案可以看出，本申请提供了一种基于时钟同步技术的超声波断轨监测系统及方法，通过在监测段钢轨上依次等距设置若干收发一体监测单元，相邻两个收发一体监测单元构成收发一体监测组，若干收发一体监测组按照监测段钢轨延伸方向排序，依次对其所在区间的钢轨状态进行监测，从而避免相邻节点的串扰、左右轨的串扰，降低漏报；通过设置收发一体监测组内的两个收发一体监测单元先后接收对方发送的超声波信号，并根据接收到的超声波信号生成对其所在区间的钢轨状态监测结果，两个收发一体监测单元将对同一段区间的监测结果上传至通信服务层，通信服务层根据所接收的两个监测结果，判断对应区间钢轨是否断轨，从而避免断轨误告警；收发一体监测单元的通讯模块的通讯端口包本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于时钟同步技术的超声波断轨监测系统，其特征在于，包括用户访问层、通信服务层和前端设备，所述前端设备包括若干收发一体监测单元；
2.根据权利要求1所述的超声波断轨监测系统，其特征在于，所述收发一体监测单元包括：
3.根据权利要求2所述的超声波断轨监测系统，其特征在于，所述收发一体监测单元还包括：
4.根据权利要求2所述的超声波断轨监测系统，其特征在于，所述通讯模块的通讯端口包括GPRS通讯接口、以太网接口和RS485接口；
5.根据权利要求4所述的超声波断轨监测系统，其特征在于，所述通信服务层包括：
6.根据权利要求5所述的超声波断轨监测系统，其特征在于，所述用户访问层包括若干网络终端，若干所述网络终端与所述网络服务器通过网络连接。
7.根据权利要求2所述的超声波断轨监测系统，其特征在于，所述前端设备还包括：
8.一种基于时钟同步技术的超声波断轨监测方法，所述方法应用于权利要求1-7任一项所述的超声波断轨监测系统，其特征在于，所述超声波断轨监测方法包括：
9.根据权利要求8所述
10.根据权利要求9所述的超声波断轨监测方法，其特征在于：
...【技术特征摘要】
1.一种基于时钟同步技术的超声波断轨监测系统，其特征在于，包括用户访问层、通信服务层和前端设备，所述前端设备包括若干收发一体监测单元；
2.根据权利要求1所述的超声波断轨监测系统，其特征在于，所述收发一体监测单元包括：
3.根据权利要求2所述的超声波断轨监测系统，其特征在于，所述收发一体监测单元还包括：
4.根据权利要求2所述的超声波断轨监测系统，其特征在于，所述通讯模块的通讯端口包括gprs通讯接口、以太网接口和rs485接口；
5.根据权利要求4所述的超声波断轨监测系统，其特征在于，所述通信服务层包括...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵建东，高静，岳华洋，
申请(专利权)人：保定市天河电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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