[实用新型]用于铁路冻土路基安全监测的传感器节点

说明书

技术领域

本实用新型涉及传感器节点装置，特别的涉及在铁路冻土路基安全监测中的传感器节点设备。

背景技术

目前，在世界上已有诸如俄罗斯、美国、加拿大等国在多年冻土区修建了数条铁路。冻土是一种特殊的介质，冻土路基随时都可能出现严重的问题，目前世界上的大多数冻土铁路存在着很高的病害率，如1996年对后贝加尔铁路的调查表明，线路病害率达40.5％。因此，对铁路冻土路基的状况如何及时，可靠的检测并将异常信息快速准确的发到监控中心和正在高速行使的列车上显得非常重要。

铁路冻土路基的监测内容包括三个方面：

①对冻土生存环境和路基传热过程有直接影响的气象要素(气温、气压、相对湿度、太阳辐射等)；

②冻土载荷要素(列车通过时的压力、振动等)；

③冻土自身参数(冻土的温度，形变，厚度等)。

在实际监测中往往从三个方面内容中各选择一两个主要因素进行监测，从而在成本不高的情况下也能较全面的反映被测冻土路基的安全状况。

冻土是一种对温度特别敏感的特殊介质，冻土的各种变化大都与温度有直接或间接的关系。因此，温度是必不可少的监测量。冻土路基温度监测的方法是在监测断面一定深度的监测孔里布置多个温度传感器，来感测被测点的冻土温度分布。

冻土路基表面空气的温湿度与冻土与周围空间的热交换速度有很大关系，通常也需要监测冻土路基表面的空气的温湿度。

铁轨的振动强弱反映了冻土所受载荷的大小，通常也监测冻土路基上铁轨的振动。

其它要素在需要的情况下也应加入。比如变形的监测在冻土区的桥梁等的安全监测中就必不可少。

目前，在实际的铁路冻土路基监测中，主要采用的是基于有线传输介质的监测系统。主要监测量是温度，采用的温度传感器主要是热敏电阻，传输介质主要是光纤。这种监测方案，采用热敏电阻作为测温传感器，每个热敏电阻都需要独立的连线和处理电路，而每个监测孔内要布置多个温度传感器，这就使整个数据采集部分非常的庞大。另外，采用光纤作为传输介质，通讯比较可靠，数据传输率也高，但铺设光纤所需人力物力都很大，而且系统维护也比较困难。

文献“基于LPC2114处理器的远程地温及沉降监测系统的设计”(徐飞，雷斌.《电子元器件应用》，2007，9(2)，pp.53-56，60.)中，针对青藏铁路沿线所处的特殊高原环境，提出了能采集地温和沉降数据并自动上传的远程地温及沉降监测系统。系统采用ARM7微处理器作为CPU处理单元，采用热敏电阻作为温度传感器，采集的现场监测数据通过基于GPRS的GSM-R网络远程上报给监控中心。这种方案同样存在传感器布线和采集电路复杂的问题，尽管采用GSM-R无线方式进行通讯能避免使用光纤等有线方式所带来的人力物力消耗，但需要支付高额的使用费用。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于铁路冻土路基安全监测的传感器节点。本新型所设计的用于铁路冻土路基安全监测的传感器节点，传感器连线和处理电路简单、数据传输方式先进、监测的冻土参量多而且有代表性，为铁路冻土路基安全监测提供一种新的装备。

实现本实用新型目的的技术方案如下：

一种用于铁路冻土路基安全监测的传感器节点，包括相互电连接的传感器模块、处理通讯模块和能量供应模块，所述传感器模块包括第一传感器模块和第二传感器模块，所述第一传感器模块、第二传感器模块和所述处理通讯模块直接与所述能量供应模块电连接，且通过所述能量供应模块传递信息。

所述第一传感器模块的印制电路板上置有相互电连接的多个数字温度传感器、一个温湿度传感器、第一接口电路和第二接口电路、三脚接口和第一20脚接口；所述多个数字温度传感器并联在三芯线上，通过印制电路板上的三脚接口和第一接口电路与所述能量供应模块电连接，用于冻土温度的分布式测量；所述温湿度传感器直接焊在上述印制电路板上，用于冻土表面空气的温湿度测量；第一传感器模块通过所述第一20脚接口与所述能量供应模块的第一接口电连接，经能量供应模块向所述处理通讯模块传递信息。

所述第二传感器模块包括相互电连接的三轴加速度传感器、调理电路及第二20脚接口，所述三轴加速度传感器为模拟电压输出型三轴加速度传感器，它通过所述调理电路和第二20脚接口与所述能量供应模块的第二接口电连接，用于铁轨振动加速度的测量；所述调理电路包括由电阻R1、R2、R3和电容C1、C2、C3组成的三路RC低通滤波器和A/D变换器。