[发明专利]一种超声波道岔断裂实时监测预警系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及监测预警系统技术领域，尤其涉及一种超声波道岔断裂实时监测预警系统及方法。

背景技术

随着高速电气化铁路的发展及不断提速，铁路钢轨状态实时监测凸显重要，一旦钢轨发生断裂没能及时发现和处理，将会面临无法挽回的巨大损失。钢轨断裂的实时监测与预警系统是保障列车安全运行的重要系统之一。然而由于道岔钢轨组成及结构的复杂性，电方式检测实施困难且无法全面覆盖，目前国内尚没有完整、可靠、准确的道岔钢轨断裂全天候实时监测预警系统。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种超声波道岔断裂实时监测预警系统及方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

本发明所述超声波道岔断裂实时监测预警系统包括中频超声波探头、中频超声波发射装置、中频超声波接收装置、高频超声波探头、高频超声波发射装置、高频超声波接收装置、道岔钢轨监测主控装置和中心服务器，所述中频超声波探头和所述高频超声波探头在所述中频超声波发射装置和所述高频超声波发射装置的驱动下将超声波耦合到钢轨上，也可将钢轨上的超声波信号传送给所述中频超声波接收装置和所述高频超声波接收装置，所述探头与所述钢轨采用接触耦合方式固定，与钢轨电气绝缘，所述中频超声波接收装置和所述高频超声波接收装置接收所述中频超声波探头和所述高频超声波探头的超声波信号，对信号调理并数字化后，采用频谱分析、副本相关等数字信号检测技术， 判断钢轨的状态，最后将检测结果发送给所述道岔钢轨监测主控装置，所述道岔钢轨监测主控装置控制协调所有收发装置工作并且发送报文信息给所述中心服务器，所述中心服务器将数据记录到数据库，并把相应数据发送到相应的铁路客户端计算机，若发现断裂报警，将信息发送给客户端软件，并可以通过微信、短信、手机APP等方式发布报警信息。

本发明优选的，所述中频超声波发射装置和所述高频超声波发射装置均包括第一微控机模块、中/高频信号产生模块、中/高频发射驱动模块、第一通信模块、第一电源模块和第一探头接口，所述第一微控机模块与所述第一通信模块通信连接，所述第一微控机模块的信号输出端与所述中/高频信号产生模块的信号输入端连接，所述中/高频信号产生模块的信号输出端与所述中/高频发射驱动模块的信号输入端连接，所述中/高频发射驱动模块的信号输出端与所述第一探头接口的信号输入端连接，所述第一电源模块为各个模块供电。

本发明优选的，所述中频超声波接收装置和所述高频超声波接收装置均包括第二微控机模块、信号处理机模块、中/高频信号ADC模块、中/高频信号调理模块、第二通信模块、第二电源模块和第二探头接口，所述第二微控机模块与所述第二通信模块通信连接，所述第二探头接口的信号输出端与所述中/高频信号调理模块的信号输入端连接，所述中/高频信号调理模块的信号输出端与所述中/高频信号ADC模块的信号输入端连接，所述中/高频信号ADC模块的信号输出端与所述信号处理机模块的信号输入端连接，所述第一电源模块为各个模块供电。

本发明优选的，所述道岔钢轨监测主控装置包括第三微控机模块、GPRS/4G网络模块、第三通信模块和第三电源模块，所述第三微控机模块分别与所述GPRS/4G网络模块和所述第三通信模块通讯连接，所述第三电源模块为各个单 元供电。

一种超声波道岔断裂实时监测预警方法如下所示：

设钢轨无断裂，超声波发射装置关闭情况下，超声波接收装置从探头接收到的信号为底噪声信号，其处理结果长时均值为Rn；当超声波发射装置启动后，超声波接收装置从探头接收到的有效信号的处理结果长时均值为Rs；

可得钢轨无断裂情况下接收端的有效超声波强度D＝|Rs-Rn|；

设超声波接收装置某次接收到的有效信号的处理结果为Rc，则本次有效超声波强度Dc＝|Rc-Rn|。将Dc与钢轨无断裂情况下的有效超声波强度D进行比较，可得超声波测试强度比率a，即a＝Dc/D。设Ba为完全断裂判断门限，Bh为不完全断裂和钢轨状态良好判断门限，所以，钢轨状态判断依据如下：

当a＜Ba时，钢轨存在完全断裂；

当Ba＜a＜Bh时，钢轨存在不完全断裂；

当a＞Bh时，钢轨状态良好。

本发明的有益效果在于：