鏈網式無縫鋼軌的在線應力和溫度監測系統技術方案

本發明專利技術涉及一種鏈網式無縫鋼軌的在線應力和溫度監測系統，包含網關及無線應力傳感器節點，網關由微處理器、供電電路、數據存儲器、ISM頻段無線收發器、WiFi卡接口、以太網接口、GSM/CDMA/LTE無線網卡接口組成，網關安裝于一段的車站內，并和以太網公網相連，無線應力傳感器節點由低功耗微控制器、小型太陽能電池、充電電路、可充電電池、溫度傳感器、應力傳感器和ISM頻段無線收發器組成，無線應力傳感器節點分布于鋼軌的一側。本發明專利技術的優點在于：能對無縫線路內的應力和溫度進行實時在線監測，大大提高了高鐵運行的穩定性、安全性和可靠性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種鏈網式無縫鋼軌的在線應力和溫度監測系統。
技術介紹
無縫鋼軌的優點是接頭比普通線路大大減少，不僅節省了大量的接頭零件和線路維修工作量，而且減少列車的接縫震動，運行平穩，降低噪聲，有利于鐵路提速。另一方面，由于減少了在接頭處的振動，又能延長線路設備和機車車輛的使用年限。因此，是現代高鐵發展的方向。鋼軌熱脹冷縮，在無縫線路上，焊接長鋼軌每單位長度的自由伸縮量等于線膨脹系數及軌溫變化幅度的乘積。焊接長鋼軌一經“鎖定”，自由伸縮就受到兩端接頭阻力及沿線道床阻力的抵抗而不能實現或不能全部實現。此時，未能實現的自由伸縮將轉化為數值相等但方向相反的溫度應變，從而在鋼軌內部產生溫度應力。夏季軌溫升高，鋼軌勢必伸長，但因不能實現而轉化為壓應變，在鋼軌內部產生壓應力。冬季軌溫降低，鋼軌勢必縮短，但因不能實現而轉化為拉應變，在鋼軌內部產生拉應力。這種因軌溫變化而引起的應力稱溫度應力。無縫線路能否正常使用的中心問題是如何控制因氣溫變化所產生的熱脹冷縮現象。為了不使鋼軌因氣溫變化自由伸縮，一般采用鋼軌聯接零件和防爬設備把它們強制性〃鎖定〃在軌枕上。無縫線路在垂直面上臌曲的可能性是很小的，脹軌跑道總是在水平面上發生，首先在軌道的原始彎曲處開始。當軌溫不高，溫度壓力不大時，軌道的臌曲變形極小；隨著軌溫及溫度壓力的繼續增大，軌道變形將隨之逐漸增加，但不會引起突然破壞；一旦溫度壓力升高到某一臨界值后，如壓力稍有增大或受外力干擾時，軌道變形就會突然急劇增加，終于導致穩定性的完全喪失。軌道臌曲的漸變階段稱為脹軌。突變階段稱為跑道。為防止鋼軌斷裂，無縫線路應具有足夠的強度。無縫線路強度計算的要求是在列車動力作用下，焊接長鋼軌所受的彎曲應力、溫度應力及制動力的總和，不超過鋼軌鋼料的容許應力。無縫線路的斷軌和脹軌跑道，對行車安全威脅極大，必須事前采取各種有效的預防措施。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是提供一種能夠對無縫鋼軌上的應力和溫度進行檢測、并在應力超標時發出警報的系統。為了解決上述技術問題，本專利技術采用的技術方案是一種鏈網式無縫鋼軌的在線應力和溫度監測系統，其創新點在于包含網關及無線應力傳感器節點；網關包括微處理器、供電電路、數據存儲器、ISM頻段無線收發器，網關的微處理器設有WiFi卡接口、以太網接口、GSM/CDMA/LTE無線網卡接口 ；無線應力傳感器節點包括低功耗微控制器、小型太陽能電池、充電電路、可充電電池、溫度傳感器、應力傳感器和ISM頻段無線收發器，無線應力傳感器節點分布于鋼軌的一側；網關中的WiFi卡接口、以太網接口或GSM/CDMA/LTE無線網卡與以太網公網相連，網關和無線應力傳感器節點通過網關中的ISM頻段無線收發器和無線應力傳感器節點中的ISM頻段無線收發器建立通信聯系，本系統使用ISM頻段短程無線收發器實施組網和數據傳輸，它能將所有覆蓋范圍內分布的節點組成一個鏈式網。所述的每兩個節點之間的距離視鋼軌局部地區的氣溫變化，所選取的無線通信頻率等因素決定，兩個節點之間的最大距離視無線網組網性能而定。如對無縫鋼軌整體進行安裝檢測，網關可安裝于一段的車站內，通過WiFi卡接口、以太網接口和以太網公網相連；如只對無縫鋼軌局部進行安裝監測，網關可安裝在無線傳感器節點的起點處，可通過GSM/CDMA/LTE與公網相連。所述的網關中GSM/CDMA/LTE無線網卡和WiFi卡可根據需要設置，當網關能和以太網通過網線直接連接時，可不需要配置上述兩種網卡；如果車站內有WiFi路由器，可配置WiFi網關以便利用WiFi將網關和公網相連；如網關安裝在無縫線路中間某處，該地點并無以太網WiFi網絡服務，我們就必須使用GSM、CDMA或LTE卡將網關和移動通訊網相聯。本專利技術的優點在于鏈網式無縫鋼軌的在線應力和溫度監測對斷軌和脹軌跑道可以進行實時預測，當發現局部存在應力超標時，能及時報警以便鐵路維護部門能對相應路段及時進行應力放散處理，從而避免事故問題的發生，大大提高了高鐵運行的穩定性、安全性和可靠性；同時，該系統也能通過鐵路沿線的應力公布對鐵軌的階段性維護保養提供理論依據，便于制定總體方案，此外它還能保護鐵路養護人員，避免因對應力分布欠了解而引起的工傷事故。由于該系統已將所檢測的無縫鋼軌線路組成一物聯網，它還可將鐵路沿線上的其它傳感器的數據一并進行采集傳輸，大大節省鐵路系統的工程成本，同時該系統的部署安裝可省去過去需要不斷靠鐵路養護工人沿線周期檢查而形成的大量人工維護成本，具有巨大的社會和經濟效益，為我國高鐵進一步實現高鐵現代化提供實時應力監測技術。附圖說明 圖圖圖圖圖具體實施例方式由圖1所示的安裝示意圖可知，本專利技術所述的鏈網式無縫鋼軌的在線應力和溫度監測系統由網關3及無線應力傳感器節點I組成。由圖4所示的示意圖可知，網關3包括微處理器、供電電路、數據存儲器、ISM頻段無線收發器，網關3的微處理器設有WiFi卡接口、以太網接口、GSM/CDMA/LTE無線網卡接口。其中GSM/CDMA/LTE無線網卡和WiFi卡可根據需要設置，當網關3能和以太網通過網線直接連接時，可不需要配置上述兩種網卡，如果車站內有WiFi路由器，可配置WiFi網關以便利用WiFi將網關和公網相連。如網關3安裝在無縫線路中間某處，該地點并無以太網WiFi網絡服務，我們就必須使用GSM、CDMA或LTE卡將網關和移動通訊網相聯，最終能將鏈式網傳來的數據通過移動通訊網進入公網，再傳至服務中心。網關3的配置是保證能將鏈式網和服務中心或云端的服務器相連，以便數據能有效、安全地到達數據中心。網關3內的數據存貯器可存貯一些鏈式網的配置信息，也可在公網網絡服務出現故障時能暫存測量數據，待公網網絡服務恢復后再將數據上傳至數據中心。無線收發器可使用433MHz或2. 4GHz進行鏈式網組網。它建立網關3和鏈式網中無線應力傳感節點之間的數據通訊，網關3的供電電路需確保網關不間斷供電。由圖2及圖5的所示圖可知，無線應力傳感器節點I包括低功耗微控制器、小型太陽能電池、充電電路、可充電電池、溫度傳感器、應力傳感器和ISM頻段無線收發器。無線應力傳感節點I分布于鋼軌2的一側，兩點之間的距離視鋼軌局部地區的氣溫變化，所選取的無線通信頻率等因素決定，如果某地區一天內氣溫溫差較大，應縮短每兩個節點之間的距離，兩個節點之間的最大距離視無線網組網性能而定。它應能滿足組建鏈式網的要求并有效運行鏈式網協議，即使個別節點出現故障時，該系統在修復前仍能保證整個網絡的有效運行。所述的無線應力傳感器節點I具有睡眠和定時喚醒功能。當它處于睡眠狀態時，相鄰節點可發送一喚醒命令喚醒相鄰節點，以便將某一數據通過鏈式網傳至網關，再由網關通過公網上傳至數據中心。節點內的電路由一可充電電池供電。每個節點的表面帶有一太陽能電池。太陽能電池產生的電能通過充電電路對可充電電池進行充電。應力傳感器能對該節點安裝點的應力進行實時測量，溫度傳感器對該節點的軌溫進行測定。實時的應力和溫度數據通過無線鏈式網上傳數據中心。節點內的無線收發器選用和網關內無線收發器一致的頻率，如433MHz或2. 4GHz。組網完成后，系統自動分配的節點地址存貯于微控制器內。由圖3所示的示意圖可知，本系統使用ISM頻段(433MHz或2.本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種鏈網式無縫鋼軌的在線應力和溫度監測系統，其特征在于：包含網關及無線應力傳感器節點；網關包括微處理器、供電電路、數據存儲器、ISM頻段無線收發器，網關的微處理器設有WiFi卡接口、以太網接口、GSM/CDMA/LTE無線網卡接口；無線應力傳感器節點包括低功耗微控制器、小型太陽能電池、充電電路、可充電電池、溫度傳感器、應力傳感器和ISM頻段無線收發器，無線應力傳感器節點分布于鋼軌的一側；網關中的WiFi卡接口、以太網接口或GSM/CDMA/LTE無線網卡與以太網公網相連，網關和無線應力傳感器節點通過網關中的ISM頻段無線收發器和無線應力傳感器節點中的ISM頻段無線收發器建立通信聯系，本系統使用ISM頻段短程無線收發器實施組網和數據傳輸，它能將所有覆蓋范圍內分布的節點組成一個鏈式網。

【技術特征摘要】
1.一種鏈網式無縫鋼軌的在線應力和溫度監測系統，其特征在于包含網關及無線應力傳感器節點； 網關包括微處理器、供電電路、數據存儲器、ISM頻段無線收發器，網關的微處理器設有WiFi卡接口、以太網接口、GSM/CDMA/LTE無線網卡接口 ； 無線應力傳感器節點包括低功耗微控制器、小型太陽能電池、充電電路、可充電電池、溫度傳感器、應力傳感器和ISM頻段無線收發器，無線應力傳感器節點分布于鋼軌的一側； 網關中的WiFi卡接口、以太網接口或GSM/CDMA/LTE無線網卡與以太網公網相連，網關和無線應力傳感器節點通過網關中的ISM頻段無線收發器和無線應力傳感器節點中的ISM頻段無線收發器建立通信聯系，本系統使用ISM頻段短程無線收發器實施組網和數據傳輸，它能將所有覆蓋范圍內分布的節點組成一個鏈式網。2.根據權利要求1所述的鏈網式無縫鋼軌的在線應力和溫度監測系統，其特征在于每兩個節點之間的距離...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳建兵，林強，
申請(專利權)人：江蘇睿勵信息科技研究院有限公司，
類型：發明
國別省市：