一种用于监测轨道车轴的新型单元结构制造技术

本发明专利技术公开了一种用于监测轨道车轴的新型单元结构，包括至少一个共聚物压电振动传感单元，一个处理单元。振动传感单元通过胶结、焊接或者机械紧固方式安装在轨道背面。传感单元获得10Hz到1MHz轨道的振动，经过无源电缆(比如超强韧性高密度聚乙烯，具可防水、低电容特点)连接到处理单元，一个处理单元可以连接多个传感单元。传感单元实时获得轨道振动信号，处理单元进行信号采集、预处理，并将预处理的数据通过无线或有线方式传输出去。本发明专利技术具有采样周期、采样精度、传输数据时间间隔可配置、可编程的灵活性，安装操作简便并具有良好的环境适应性，该系统成本低，能够支撑轨道沿线长距离(大于1000Km)密集(大于10个/Km)安装。

【技术实现步骤摘要】
一种用于监测轨道车轴的新型单元结构
本专利技术涉及轨道交通计轴仪器仪表和传感器及电路设计领域，具体涉及一种低成 本、可以在轨道沿线密集布局的车轴监测单元，从而覆盖全轨道交通网络占用和空闲实时 监测方法。
技术介绍
铁路运输和高速铁路客运是国民经济的命脉，而城市轨道交通(简称城轨)对于 缓解城市交通拥堵、改善城市大气环境具有十分重要的意义。铁路运输和城轨的信号系统是运输安全生产的重要设备，要求实时地检测相应的 线路或区段是否有列车占用或出清。目前铁路和城轨信号系统采用轨道电路、电磁计轴和 光纤传感器计轴。专利技术专利CN86103414公开了一种轨道电路，其特定的优点如结构简单、成本低廉 等。但是也有一些自身无法克服的缺点，如轨道电路分路不良，俗称“压不死”和两轨道相 互短路，输出占用红灯信号，出现“红光带”。技术专利CN2337030公开了一种电磁计轴技术，该技术是以电磁感应传感器 和计算机为核心，辅以外部设备，通过统计通过的列车轴数，检测线路是否有车。但是，目前 也存在以下问题1)由于采用电磁感应原理，易受电磁干扰，如雷电，甚至维修工的铁锹都会产生干 扰；2)设备结构复杂，成本高；3)我国的电磁感应计轴系统的故障率高，可靠型差。核心技术被国外公司垄断，主 要电路板需送国外维修，周期长，费用高。专利申请20091025^31. 7公开了一种光纤光栅传感列车计轴技术，该技术具有 精确度高、稳定性好、防潮和防电磁干扰等特点，因此被广泛的应用于工程监测中。但是，目 前存在以下问题1)成本高，核心的光学仪器设备和探测轨道应变信号的传感器价格昂贵，不利于 轨道交通大区域网络检测监控布局。2)光纤抗震动能力弱，不足以在轨道沿线长距离传输，同时光学设备对振动敏感， 不适合在轨道沿线就近安装。
技术实现思路
本专利技术的主要目的就是解决现有技术中的问题，提供一种基于压电材料振动检测 特性的实时轨道计轴监测单元结构，具有低成本、高可靠性、低误操作率、易安装维护的特 性，适合轨道沿线大范围密集分布。为实现上述目的，本专利技术提供一种实时监测轨道振动的监测单元结构，包括至少 一个共聚物压电振动传感单元，一个处理单元。所述共聚物压电振动传感单元与处理单元 互联，共聚物压电振动传感单元实时获得IOHz到IMHz轨道振动信号，通过无源电缆，比如 超强韧性高密度聚乙烯(HDPE)、可防水、低电容(如89pF/m)连接到处理单元，处理单元完 成信号采样数字化等预处理并将处理后的数据再通过无线或有线广域通信网发送出去。共聚物压电振动传感单元能够通过胶结、焊接或机械紧固方式安装在轨道底部， 实时连续监测所处位置轨道的振动。实时连续监测的时间精度和间隔(从毫秒到秒)和采 样精度(16位到M位)等均可由用户设置。共聚物压电振动传感单元的使用方式是可在单轨道或双轨道底部安装一个或多 个传感单元。该传感单元组成的系统能够实时监测轨道振动的监测，具有较低成本，能够大 区域、高密集布局，易于安装维护。共聚物压电振动传感单元的检测原理是压电材料是一种经特殊加工后能实现动能和电能互换的材料。一些聚合体材料， 例如共聚物PVDF使这一特性有了很大提高。压电材料在受机械冲击或振动时产生电荷。在 原子层，偶极子(氢-氟偶对)的排列顺序被打乱，并试图使其恢复原来的状态。这个偶极 子被打乱的结果就是有一个电子流形成。就像海绵中的水，当你挤压一块湿海绵时，水会从 海绵中流出来，当你松开时，水又被吸回去，这同压电应力变化传感单元十分相似。当有应 力施加到传感单元上时，就产生了电荷(电压)，而当去掉负载时，就会产生一个相反极性 的信号。它产生的电压可以相当高，但传感单元产生的电流却比较小。共聚物压电振动传感单元的检测原理就是如此，轨道列车车轴未经过振动传感器 对应的位置时，传感器感受到的振动强度较弱。列车车轴经过振动传感器上方时，传感器感 受到的振动强度较强，以此来进行车辆车轴检测和计数，同时判断轨道占用和空闲状态。本专利技术的有益效果是本专利技术采用一种共聚物压电振动传感单元和处理单元，完成轨道车轴计数和轨道 占用和空闲情况的实时监测，成本低，稳定性好，安装维护容易，适宜轨道沿线长距离、大范 围、高密集度的建立实时监测点，从而能够有助于轨道资源充分利用。具体实施方式和附图说明本申请的特征及优点将通过实施例进行补充说明。图1是共聚物压电振动传感单元的示意图，该传感单元的中心层由共聚物压电材 料构成，两侧依次是高分子填充层和金属保护层。图2是一个安装实施示意图，在单条钢轨和轨枕相交叠位置，在轨枕头安装一个 共聚物压电振动单元。共聚物压电振动单元通过电缆连接处理单元，处理单元将处理后的 数据通过无线GPRS/3G发往监测中心。图3是一个安装实施示意图，在对应两条钢轨和轨枕相交叠位置，在轨枕头分别 安装一个共聚物压电振动单元。共聚物压电振动单元通过电缆连接处理单元，处理单元将 处理后的数据通过无线GPRS/3G发往监测中心。图4是一个安装实施示意图，在单条钢轨和相邻两条轨枕相交叠位置，在轨枕头 分别安装两个共聚物压电振动单元。共聚物压电振动单元通过电缆连接处理单元，处理单 元将处理后的数据通过无线GPRS/3G发往监测中心。图5是一个安装实施示意图，在对应两条钢轨和相邻两条轨枕相交叠位置，在轨 枕头分别安装四个共聚物压电振动单元。共聚物压电振动单元通过电缆连接处理单元，处 理单元将处理后的数据通过无线GPRS/3G发往监测中心。图6是一个共聚物压电振动传感单元安装在轨枕上的实施例，紧固螺钉将共聚物 压电振动传感单元固定在轨枕，如图7所示的传感单元紧贴轨枕，整个结构通过紧固螺钉 和轨枕顶面达到稳定。共聚物压电材料能够收集钢轨振动信号并传送到处理单元。图7是另一种共聚物压电振动传感单元的示意图，该传感单元的中心层由共聚物 压电材料构成，从上至下依次是焊接板、高分子填充层、共聚物压电材料、高分子填充层和 金属保护层。焊接板用于和钢轨焊接或者机械紧固用。图8是一个共聚物压电振动传感单元利用轨道扣件紧固在轨枕上的实施例，利用 如图1或图7所示的共聚物压电振动传感单元，将传感单元放置在轨道扣件和轨枕之间，通 过紧固螺钉将传感单元通过轨道扣件固定在轨枕上。共聚物压电材料能够收集钢轨振动信 号并传送到处理单元。图9是一个共聚物压电振动传感单元采用埋入轨枕的方式的安装实施例，利用 如图1的共聚物压电振动传感单元，首先在轨枕开凿比传感单元略大的槽，将传感单元埋 入轨枕并用PU胶灌封。共聚物压电材料能够收集钢轨振动信号并传送到处理单元。以上内容是结合具体的优选实施方式对本专利技术所作的进一步详细说明，不能认定 本专利技术的具体实施只局限于这些说明。对于本专利技术所属
的普通技术人员来说，在 不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本专利技术的 保护范围。权利要求1.一种实时监测轨道车轴信息的监测单元结构，其特征在于包括至少一个共聚物压 电振动传感单元，一个处理单元。所述共聚物压电振动传感单元与处理单元互联，共聚物压 电振动传感单元实时获得IOHz到IMHz轨道振动信号，通过无源电缆，比如超强韧性高密度 聚乙烯(HDPE)、可防水、低电容(如89pF/m)连接到处理单元，处理单元完成信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种实时监测轨道车轴信息的监测单元结构，其特征在于：包括至少一个共聚物压电振动传感单元，一个处理单元。所述共聚物压电振动传感单元与处理单元互联，共聚物压电振动传感单元实时获得１０Ｈｚ到１ＭＨｚ轨道振动信号，通过无源电缆，比如超强韧性高密度聚乙烯（ＨＤＰＥ）、可防水、低电容（如８９ｐＦ／ｍ）连接到处理单元，处理单元完成信号采样数字化等预处理并将处理后的数据再通过无线或有线广域通信网发送出去。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冯晓星，王新安，葛彬杰，王金泊，
申请(专利权)人：深圳思量微系统有限公司，
类型：发明
国别省市：94