[发明专利]一种无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置、系统及其方法

说明书

技术领域

本发明属于光学和几何位置测量技术领域，涉及一种无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置与方法。

背景技术

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的中国实用新型专利《钢轨位移观测仪》中，测量装置的测量精度只能达到±1mm。另外，在专利号为ZL 02262271.3的中国实用新型专利“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，我们发明了一种《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)。该发明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，我们又发明了一种《钢轨参数自动测量装置、系统及其方法》(申请号：200910087168.X)。该发明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。

发明内容

本发明的目的是，针对目前已发明的钢轨参数自动测量装置、系统及其方法中存在的缺陷，提出一种无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置、系统及其方法。

为实现上述的发明目的，本发明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；

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；(2)使得光源补偿器出射光照射到标记；(3)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A₁、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A₁′、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；