本发明专利技术涉及一种钢轨纵向、横向位移同时测量装置、系统及其方法，属于光学和几何位置测量技术领域。本装置包括标记、钢轨位移测量单元、轨边固定桩和中央处理单元，通过测量标记和半导体激光器出射到钢轨上形成的光点不同时刻在钢轨上位置的变化，可分别测得待测点钢轨的纵向和横向位移数据，并将测量数值通过无线通信网络传送到中央处理单元，从而实现对观察点位移的远程监测。采用两个或者两个以上的无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置，同样数量的钢轨温度自动测量单元和一个共用的中央处理单元组成的无缝钢轨纵向、横向位移同时测量系统，在测量钢轨的纵向、横向位移的同时，还能够自动寻找到钢轨的最大温度应力地段，避免事故的发生。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光学和几何位置测量
，涉及一种无缝钢轨纵向、横向位移同 时测量装置与方法。
技术介绍
无缝线路是铁路技术发展的大趋势。由于温度变化，钢轨内会存储相应的纵向温 度应力。在天热时可能胀轨跑道，在天冷时可能拉断钢轨，都可能使运行通过的列车脱轨或 颠覆，造成重大列车事故。因此，钢轨位移与温度应力测量在无缝线路安全检测及监测中 起着重要作用，有必要对监测无缝线路的位移与温度应力进行二十四小时不间断的远程监 测。目前，国内外最常用的无缝钢轨的温度应力测量方法为位移观察桩方法，该方法 存在检测效率低、检测误差大、不易及时发现问题等缺点。专利号为ZL 99214444. 2的中国 技术专利《钢轨位移观测仪》中，测量装置的测量精度只能达到士 1mm。另外，在专利号 为ZL 02262271. 3的中国技术专利“钢轨位移观测装置”中，提供了借助激光进行测量 的技术解决思路，可使测量极限误差小于1mm，但仍需人工操作，测量精度有限，且不能实现 自动测量。为此，我们专利技术了一种《利用激光自动监测钢轨参数的装置、系统及其方法》(专利 号ZL 200610113287. 4)。该专利技术使用激光自动测量钢轨的位移，并将测量数值通过无线通 信网络传送到中央处理单元，从而实现对观察点位移和温度应力的远程监测，但由于需要 在钢轨上安装钢轨位移测量单元，这些测量单元具有一定的重量和大小，容易受钢轨振动 而脱离，造成测量失败。为此，我们又专利技术了一种《钢轨参数自动测量装置、系统及其方法》(申请号 200910087168. X)。该专利技术不需要在钢轨上安装钢轨位移测量单元，但只能测量钢轨纵向位 移，测量参数不够全面。
技术实现思路
本专利技术的目的是，针对目前已专利技术的钢轨参数自动测量装置、系统及其方法中存 在的缺陷，提出。为实现上述的专利技术目的，本专利技术采用下述的技术方案一种无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置，包括标记、钢轨位移测量单元、轨边 固定桩和中央处理单元，钢轨位移测量单元和中央处理单元之间以有线或无线方式进行连 接；钢轨位移测量单元除包括成像透镜、光电位置探测器、信号处理电路、电源模块、通信模 块、安装盒、光源补偿器、支架、第二窗口玻璃、第三窗口玻璃；其特征在于钢轨位移测量单元还包括半导体激光器和第一窗口玻璃；半导体激 光器由支架固定在所述安装盒内部右端，激光出射端紧贴嵌入安装盒前壁右边的第一窗口 玻璃并与之共轴，另一端与所述信号处理电路相连；5钢轨位移测量单元安装在轨边固定桩上，调节钢轨位移测量单元至最佳位置；所述钢轨位移测量单元的最佳位置满足三个条件(1)使得标记通过所述安装盒 的第二透明窗口后，经过成像透镜成像于光电位置探测器时满足近轴条件；( 使得光源 补偿器出射光照射到标记；C3)使得半导体激光器出射到钢轨上的光点，通过所述安装盒 的第二透明窗口后，经过成像透镜成像于光电位置探测器时满足近轴条件。一种无缝钢轨纵向、横向位移同时测量方法，包括下列步骤步骤1 安装无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置；步骤2 光源补偿器根据外界光强调整发光强度，对标记进行补光；步骤3 初始测量，所述标记与所述半导体激光器出射到钢轨上形成的光点在钢 轨上的初始位置分别为A” B1，所述标记与所述光点依次在光电位置探测器上成像，由信号 处理器依次对光电位置探测器的输出信号进行处理，分别得出所述标记与所述光点的像在 光电位置探测器上的初始位置A/ ,B1'，将所得数据通过通信模块送入中央处理单元；步骤4 纵向位移实时测量，当所述钢轨存在纵向位移H1时，所述标记在钢轨上的 位置由A1变为A2，所述标记的像在光电位置探测器上的位置由A1'变为A2'，由信号处理 器得出标记的像在光电位置探测器上的实时位置A2'，将所得数据通过通信模块送入中央 处理单元；步骤5 横向位移实时测量，当所述钢轨存在横向位移H2时，所述半导体激光器出 射到钢轨上形成的光点在钢轨上的位置由B1变为4，所述光点的像在光电位置探测器上的 位置由B/变为，由信号处理器得出光点的像在光电位置探测器上的实时位置B2'， 并将所得数据通过通信模块送入中央处理单元；步骤6 由步骤3到步骤5分别得到的标记与所述半导体激光器出射到钢轨上形 成的光点在探测器上的像的初始位置A/ ,B1'和实时位置A2' ,B2'，在中央处理单元中，根据透镜成像公式权利要求1.一种无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置，包括标记(I)、钢轨位移测量单元 (III)、轨边固定桩(IV)和中央处理单元(VI)，钢轨位移测量单元(III)和中央处理单元 (VI)之间以有线或无线方式进行连接；钢轨位移测量单元(III)包括成像透镜(1)、光电 位置探测器(3)、信号处理电路0)、电源模块(5)、通信模块(6)、安装盒(7)、光源补偿器 (8)、支架(12)、第二窗口玻璃(10)、第三窗口玻璃(11)；其特征在于钢轨位移测量单元(III)还包括半导体激光器( 和第一窗口玻璃(9)； 半导体激光器O)由支架(1 固定在安装盒(7)内部右端，激光出射端紧贴嵌入安装盒 (7)前壁右边的第一窗口玻璃(9)并与之共轴，另一端与信号处理电路(4)相连；钢轨位移测量单元(III)安装在轨边固定桩(IV)上，调节钢轨位移测量单元(III)至 最佳位置；钢轨位移测量单元(III)的最佳位置满足下述三个条件使得标记(I)通过安 装盒(7)的第二透明窗口(10)后，经过成像透镜(1)成像于光电位置探测器C3)时满足近 轴条件；使得光源补偿器(8)出射光照射到标记(I)；使得半导体激光器O)出射到钢轨 (II)上的光点，通过安装盒(7)的第二透明窗口(10)后，经过成像透镜⑴成像于光电位 置探测器( 时满足近轴条件。2.一种如权利要求1所述的无缝钢轨纵向、横向位移同时测量方法，其特征在于所述 方法包括以下步骤步骤1 安装无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置；步骤2 光源补偿器(8)根据外界光强调整发光强度，对标记(I)进行补光，该步骤在 不需要进行阴天、夜间或者特殊环境下(比如日食、雨雾、沙尘等天气)测量时可以省去；步骤3 进行初始测量，标记(I)与半导体激光器O)出射到钢轨(II)上形成的光点 在钢轨上的初始位置分别为Ap B1，标记(I)与光点依次在光电位置探测器C3)上成像，由 信号处理器(4)依次对光电位置探测器(3)的输出信号进行处理，分别得出标记(I)与半 导体激光器(1)出射到钢轨(II)上形成的光点的像在光电位置探测器C3)上的初始位置 A1' ,B1'，将所得数据通过通信模块(6)送入中央处理单元(VI)；步骤4:纵向位移实时测量，当钢轨(II)存在纵向位移H1时，标记⑴在钢轨(II)上 的位置由A1变为A2，标记⑴的像在光电位置探测器(3)上的位置由A1'变为A2'，由信 号处理器(4)得出标记(I)的像在光电位置探测器C3)上的实时位置A2'，并将所得数据 通过通信模块(6)送入中央处理单元(VI)；步骤5 横向位移实时测量，当钢轨(II)存在横向位移H2时，半导体激光器⑵出射到 钢轨(II)上形成的光点在钢轨上的位置由B1变为化，光点的像在光电位置探测器(3)上 的位置由B/变为化‘，由信号处理器(4)得出标记(I本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置，包括：标记（Ⅰ）、钢轨位移测量单元（Ⅲ）、轨边固定桩（Ⅳ）和中央处理单元（Ⅵ），钢轨位移测量单元（Ⅲ）和中央处理单元（Ⅵ）之间以有线或无线方式进行连接；钢轨位移测量单元（Ⅲ）包括成像透镜（１）、光电位置探测器（３）、信号处理电路（４）、电源模块（５）、通信模块（６）、安装盒（７）、光源补偿器（８）、支架（１２）、第二窗口玻璃（１０）、第三窗口玻璃（１１）；其特征在于：钢轨位移测量单元（Ⅲ）还包括半导体激光器（２）和第一窗口玻璃（９）；半导体激光器（２）由支架（１２）固定在安装盒（７）内部右端，激光出射端紧贴嵌入安装盒（７）前壁右边的第一窗口玻璃（９）并与之共轴，另一端与信号处理电路（４）相连；钢轨位移测量单元（Ⅲ）安装在轨边固定桩（Ⅳ）上，调节钢轨位移测量单元（Ⅲ）至最佳位置；钢轨位移测量单元（Ⅲ）的最佳位置满足下述三个条件：使得标记（Ⅰ）通过安装盒（７）的第二透明窗口（１０）后，经过成像透镜（１）成像于光电位置探测器（３）时满足近轴条件；使得光源补偿器（８）出射光照射到标记（Ⅰ）；使得半导体激光器（２）出射到钢轨（Ⅱ）上的光点，通过安装盒（７）的第二透明窗口（１０）后，经过成像透镜（１）成像于光电位置探测器（３）时满足近轴条件。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：冯其波，杨婧，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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