[实用新型]铁路钢轨三维位移监测设备

说明书

本实用新型公开了铁路钢轨三维位移监测设备，包括位于钢轨一侧的观测柱，观测柱上设置有控制器机箱及三个激光测距传感器机箱，钢轨的轨腰上连接有辅助件，辅助件的B面与轨腰连接，辅助件的A面上分别用于测量Z、X、Y轴方向位移的第一测量面、第二测量面和第三测量面，第一测量面、第二测量面和第三测量面分别与三个激光测距传感器相对。本设备结构简单，能便捷的对本设备进行安装，实现实时、自动、准确、无接触测量，代替人工观测，提高工作效率。

技术领域

本实用新型涉及铁路线路领域，具体涉及铁路钢轨三维位移监测设备。

背景技术

中国铁路无论是普速铁路还是高速铁路，大量采用无缝轨道线路，所以钢轨无法在温度改变时自由伸缩，从而在钢轨内部产生很大的温度应力，当扣件压力不足以抵消温度应力时，钢轨就会发生位移，温度持续升高时引发胀轨跑道，当温度较低时则容易出现断轨，严重影响行车安全；因此，观测钢轨位移变化是铁路管理的日常工作和重要工作。

传统的观测方式是在线路边预先设置位移观测桩，采用人工观测的方式读取纵向位移量。然而，此种测量方法精度低、效率低、且只能测量纵向(Y方向)一个方向的位移值。

实用新型内容

本实用新型的一个目的在于提供一种钢轨三维位移监测设备，该设备包括测量设备及辅助件；通过观测柱上的三个激光测距传感器对应辅助件上的三个测量面，并通过激光测距传感器测量三个测量面的距离变化来得到钢轨分别在X、Y、Z轴方向上的位移，实现对钢轨位移的监测。

本实用新型的另一个目的在于，通过采集器、通信模块、观测桩等组成一个可进行自动测量的监测设备。观测桩安装于铁路钢轨一侧，通过三路测距激光传感器，把激光打在固定在轨腰上一特定的测量组件上，通过测量距离，以及三角函数的计算得到钢轨的三维位移。设备通过无线传输模块与网络服务器连接，把数据上传至控制中心服务器数据库中，供分析使用。这样，监测设备及网络服务器加控制和管理软件构成完整系统。

该目的采用以下技术方案实现：

铁路钢轨三维位移监测设备，包括位于钢轨一侧的观测柱，观测柱上设置有三个激光测距传感器，钢轨的轨腰上连接有辅助件，辅助件的B面与轨腰连接，辅助件的A面上设置有分别用于测量Z、X、Y轴方向位移的第一测量面、第二测量面和第三测量面，第一测量面、第二测量面和第三测量面分别与三个激光测距传感器相对；

本设备的辅助件可为一个A侧面被切割为三个不同的平面的长方体结构，该结构的B侧面与钢轨的轨腰连接，A侧面为与B侧面相对的面，将A侧面从左到右依次分为第一测量面、第二测量面、第三测量面，其中，第二测量面为ZY竖直平面，第一测量面和第三测量面均与ZY平面具有夹角，第一测量面和第二测量面的交线为Y轴所在直线，第三测量面和第二测量面的交线为Z轴所在直线。

当钢轨发生位移后，会带动辅助件共同移动，当辅助件移动后，三个激光测距传感器分别测到第一测量面、第二测量面、第三测量面之间的距离会发生变化，根据变化值，以及第一测量面、第二测量面、第三测量面与ZY竖直平面之间的夹角，根据直角三角形的三角计算公式，可分别得到钢轨在Z、X、Y轴方向上的位移。

三个激光测距传感器的激光发射口分别与对应的第一测量面、第二测量面和第三测量面的中心点位于同一水平直线上。对应的初始位置设置在测量面的中心点上。

辅助件的A面和B面为两个相对平行的平面，ZY平面为竖直平面，第一测量面和第二测量面的交线为Y轴所在直线，当钢轨在Z轴方向位移时，激光测距传感器到第一测量面的距离势必会发生变化，因此通过在第一测量面上距离的变化，以及第一测量面与竖直平面之间的夹角，通过三角函数计算即可得到轨道在Z轴方向上的位移；同理，第三测量面和第二测量面的交线为Z轴所在直线，通过激光测距传感器测得的到第三测量面的距离的改变，并结合第三测量面与竖直平面之间的夹角，通过直角三角形的三角计算，即可得到轨道在Y轴方向上的位移；第二测量面为竖直平面，即可直接得到其在X轴上的位移。