專利名稱：列車輪軌接觸力無線檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電氣檢測領(lǐng)域，具體涉及一種輪軌接觸力無線檢測方法與裝置。
背景技術(shù)：
輪軌接觸力的確定是研究輪軌關(guān)系的基礎(chǔ)，車輪與軌道間的相互作用力直接影響著鐵路行車安全、輪軌的磨損及維修，也是評價轉(zhuǎn)向架性能、機車車輛運行品質(zhì)必不可少的參數(shù)。輪軌力的測量主要是測量橫向力和垂向力，通過實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)處理分析，記錄列車運行時輪軌間的橫向力、垂向力和作用點位置，通過對采集數(shù)據(jù)進行處理分析，可以得到最大橫向力、最大垂向力、脫軌系數(shù)和輪重減載率等判斷車輛脫軌的指標(biāo)，對車輛的安全監(jiān)控是最直接最有效的手段。因此，研制高速列車輪軌接觸力軟硬件監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)實時監(jiān)測具有重要意義。
目前，國內(nèi)對輪軌接觸力也有了一定的研究，但基本都是基于理論方法和仿真試驗。在國外已使用的輪軌力測試方法中德國采用軸測法，成本低、裝備簡單，但測量頻帶窄，且對力的作用點位置不敏感，誤差較大；英國的輻條輪對精度高但成本高且與實際使用的輪對有一定差異；而且，現(xiàn)有的測量方法與裝置，主要是通過有線的方式來傳輸數(shù)據(jù)的，如集流環(huán)，這樣會引入額外的干擾，降低測量精度，同時，通過有線數(shù)據(jù)傳輸方式的測量裝置，只能應(yīng)用于室內(nèi)的輪軌接觸力標(biāo)定試驗臺，不能檢測實際線路上的輪軌接觸力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述技術(shù)中所存在的不足，提供一種新穎的在線無線輪軌接觸力測量的試驗裝置，以便在實際線路上對輪軌接觸力進行在線監(jiān)控。本發(fā)明所提供的列車輪軌接觸力無線檢測裝置，由傳感器單元、時間數(shù)字轉(zhuǎn)換單元、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)存儲單元、高速無線網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊、數(shù)據(jù)處理與分析單元組成；傳感器單元主要由應(yīng)變片根據(jù)不同的測試需要通過不同的組橋方式組成；時間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊主要是把與傳感器模擬信號相對應(yīng)的時間信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號；數(shù)據(jù)采集單元同時實現(xiàn)8路數(shù)字信號的采集；數(shù)據(jù)存儲單元對采集到的數(shù)據(jù)進行實時存儲；高速無線網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊實現(xiàn)輪軌接觸力無線數(shù)據(jù)傳輸與處理；數(shù)據(jù)處理與分析軟件模塊用于對輪軌接觸力試驗數(shù)據(jù)的分析與處理；所述的傳感器模塊由應(yīng)變片根據(jù)不同的測試需要通過不同的組橋方式組成。所述的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換單元、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)存儲單元、高速無線傳輸模塊被封裝在一個小盒子內(nèi)，固定在輪對上，具體的位置可以更具需要固定在輻板或者車軸上。所述的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊允許半橋、全橋、并聯(lián)全橋、惠斯通橋、四驅(qū)橋等數(shù)種組橋方式，可以根據(jù)需要選擇，以滿足低功耗、高精度的要求。所述的測試裝置使用了高速無線傳輸模塊進行采集系統(tǒng)的控制與數(shù)據(jù)的實時傳輸。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點
I、本裝置不僅可以進行試驗臺標(biāo)定，還可以在實際工況下進行試驗。最大的優(yōu)點在于可以在實際線路上對輪軌接觸力進行實時的監(jiān)測評價。2、本裝置采用時間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊，應(yīng)變的測量本身是通過測量應(yīng)變電阻放電時間來間接體現(xiàn)，時間測量是通過高精度內(nèi)部時間單元完成，能耗小，精度高。3、本裝置中加入了無線傳輸模塊，利用該模塊可以避免繁雜的布線，便于進行采集系統(tǒng)的安裝和控制，特別適用于全封閉的高速動車組。4、本裝置的無線傳輸系統(tǒng)是由高速無線網(wǎng)絡(luò)組成，速度達(dá)到2Mbps/S，能對所有的采集數(shù)據(jù)進行實時的、可靠的傳輸.


圖I是本發(fā)明列車輪軌接觸力無線檢測裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
圖2是本發(fā)明列車輪軌接觸力無線檢測裝置的應(yīng)變片貼片位置意3是本發(fā)明列車輪軌接觸力無線檢測裝置的實例工作狀態(tài)示意4是本發(fā)明列車輪軌接觸力無線檢測裝置在輪對輻板上的安裝示意圖、圖5是本發(fā)明列車輪軌接觸力無線檢測裝置在輪對軸上的安裝示意例說明I、小盒子
具體實施例方式下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進一步描述。圖I是本發(fā)明列車輪軌接觸力無線檢測裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖主要由應(yīng)變傳感器、時間數(shù)字轉(zhuǎn)換單元、信號采集單元、數(shù)據(jù)存儲單元、高速無線網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊、數(shù)據(jù)處理與分析軟件等組成；傳感器模塊主要由應(yīng)變根據(jù)不同的測試需要通過不同的組橋方式組成；時間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊主要是把與傳感器模擬信號相對應(yīng)的時間信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號；數(shù)據(jù)采集單元同時實現(xiàn)8路數(shù)字信號的采集，數(shù)據(jù)存儲單元把采集到的數(shù)據(jù)實時的存入SD卡中；高速無線網(wǎng)絡(luò)是由2Mbps/S高速無線傳輸模塊構(gòu)建，以實現(xiàn)輪軌接觸力無線數(shù)據(jù)傳輸與處理；數(shù)據(jù)處理與分析軟件模塊用于對輪軌接觸力試驗數(shù)據(jù)的分析與處理；圖2是本發(fā)明列車輪軌接觸力無線檢測裝置的應(yīng)變片貼片位置及組橋示意圖應(yīng)變片在車輪內(nèi)側(cè)輻板的同一半徑處進行徑向貼片組橋。圖3是本發(fā)明列車輪軌接觸力無線檢測裝置的實例工作狀態(tài)示意圖應(yīng)變片根據(jù)需要，通過不同的組橋方式組成應(yīng)變傳感器，應(yīng)變傳感器的測試參數(shù)包括車輪和鋼軌之間的垂向力、橫向力和作用點位置，其采樣頻率可以人工設(shè)置。時間數(shù)字轉(zhuǎn)換單元通過測量應(yīng)變片放電時間的方式，獲得與應(yīng)變大小相對于的數(shù)字量，本實施例采用ACAM公司的TDC芯片PS021來實現(xiàn)時間數(shù)字的轉(zhuǎn)換。時間數(shù)字轉(zhuǎn)換單元通過SPI高速總線與MCU通信，高速無線數(shù)據(jù)發(fā)送單元也是通過SPI高速總線與MCU通信，數(shù)據(jù)存儲單元采用SD卡存儲。在射頻無線傳輸網(wǎng)絡(luò)處，需要將主控單元采集的數(shù)據(jù)傳送給上位機(便攜式儀器或手提電腦)。射頻無線傳輸網(wǎng)絡(luò)由兩個無線收發(fā)模塊組成，一個與信號采集端相連，負(fù)責(zé)接收監(jiān)控終端的控制命令，并處理和轉(zhuǎn)發(fā)來自采集器的數(shù)據(jù)，將采集數(shù)據(jù)發(fā)往監(jiān)控終端，另一個通過USB與監(jiān)控終端主機連接，負(fù)責(zé)發(fā)送命令，并將采集端傳遞的數(shù)據(jù)讀取上來，以此實現(xiàn)輪軌接觸力無線數(shù)據(jù)的實時傳輸與處理。本實施例的射頻無線傳輸網(wǎng)絡(luò)采用nanotron公司的nanoPAN 5375高性能射頻模塊來實現(xiàn)。通過驗證,nanoPAN5375的通信速度可以達(dá)到2Mkbps，并且傳輸十分可靠。圖4是本發(fā)明列車輪軌接觸力無線檢測裝置在輪對輻板上的安裝示意圖時間數(shù)字轉(zhuǎn)換單元、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)存儲單元、高速無線傳輸模塊被封裝在一個小盒子內(nèi)，小盒子固定在輪對輻板上。圖5是本發(fā)明列車輪軌接觸力無線檢測裝置在輪對軸上的安裝示意圖時間數(shù)字轉(zhuǎn)換單元、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)存儲單元、高速無線傳輸模塊被封裝在一個小盒子內(nèi)，小盒子固定在輪對軸上。雖然結(jié)合附圖描述了本發(fā)明的實施方式，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在所附權(quán)利要 求的范圍內(nèi)不需要創(chuàng)造性的勞動就能做出的各種變形或修改仍屬本專利的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種列車輪軌接觸力無線檢測裝置，其特征在于，由傳感器單元、時間數(shù)字轉(zhuǎn)換單元、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)存儲單元、高速無線網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊、數(shù)據(jù)處理與分析單元組成；傳感器單元主要由應(yīng)變片根據(jù)不同的測試需要通過不同的組橋方式組成；時間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊主要是把與傳感器模擬信號相對應(yīng)的時間信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號；數(shù)據(jù)采集單元同時實現(xiàn)8路數(shù)字信號的采集；數(shù)據(jù)存儲單元對采集到的數(shù)據(jù)進行實時存儲；高速無線網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊實現(xiàn)輪軌接觸力無線數(shù)據(jù)傳輸與處理；數(shù)據(jù)處理與分析軟件模塊用于對輪軌接觸力試驗數(shù)據(jù)的分析與處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的列車輪軌接觸力無線檢測裝置，其特征在于，所述的傳感器模塊由應(yīng)變片根據(jù)不同的測試需要通過不同的組橋方式組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的列車輪軌接觸力無線檢測裝置，其特征在于所述的時間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊、信號采集與存儲模塊、高速無線網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊被封裝在一個小盒子內(nèi)，固定在輪對上。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的列車輪軌接觸力無線檢測方法與裝置，其特征在于使用了高速無線網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊進行采集系統(tǒng)的控制與數(shù)據(jù)的實時傳輸。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的列車輪軌接觸力無線檢測方法與裝置，其特征在于，所述封裝小盒子可設(shè)置在下列部件之一上輻板，車軸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種列車輪軌接觸力無線檢測裝置，由傳感器單元、時間數(shù)字轉(zhuǎn)換單元、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)存儲單元、高速無線網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊、數(shù)據(jù)處理與分析軟件等組成；傳感器單元主要由應(yīng)變片根據(jù)不同的測試需要通過不同的組橋方式組成；時間數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊主要是把與傳感器模擬信號相對應(yīng)的時間信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號；數(shù)據(jù)采集單元同時實現(xiàn)8路數(shù)字信號的采集；數(shù)據(jù)存儲單元對采集到的數(shù)據(jù)進行實時存儲；高速無線網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊實現(xiàn)輪軌接觸力無線數(shù)據(jù)傳輸與處理；數(shù)據(jù)處理與分析軟件模塊用于對輪軌接觸力試驗數(shù)據(jù)的分析與處理。
文檔編號G01L1/22GK102879134SQ20121036239
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月11日
發(fā)明者陳建政, 鄧霏, 張兵, 楊樊 申請人:西南交通大學(xué)