以鋼軌作為彈性體的光纖檢測(cè)裝置、鐵路超偏載檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光纖檢測(cè)裝置，更具體地說(shuō)，它涉及一種直接用鋼軌作彈性體的應(yīng)用于鐵路超偏載檢測(cè)中的光纖檢測(cè)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]鐵路超偏載檢測(cè)裝置是一種自動(dòng)地對(duì)行進(jìn)中的列車(chē)實(shí)行不停車(chē)、不摘鉤、連續(xù)動(dòng)態(tài)稱量的計(jì)量和車(chē)輛識(shí)別的設(shè)備。我國(guó)的鐵路上使用的超偏載檢測(cè)設(shè)備通常是利用壓力傳感器擔(dān)任稱重計(jì)量的一次儀表、以剪力傳感器作為計(jì)軸進(jìn)行車(chē)輛識(shí)別的一次儀表。對(duì)鐵路超偏載設(shè)備而言，安裝在鋼軌上的剪力傳感器對(duì)其絕對(duì)精度有要求，傳統(tǒng)鋼軌剪力傳感器9(圖2)是由應(yīng)變片10(圖1)膠粘在錐形彈性載體內(nèi)制成的，只能在鋼軌軌腰2上鉆孔才能通過(guò)螺栓緊固并感受鋼軌受力變形。傳統(tǒng)鋼軌剪力傳感器9的結(jié)構(gòu)圖及信號(hào)輸出如附圖1至圖
5。傳統(tǒng)鋼軌剪力傳感器9的輸出電路原理如附圖3所示，其輸出的剪力波形曲線如圖5所示，這樣的檢測(cè)形式，雖然在得出的波形曲線上滿足了超偏載檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)分析的需求，但是，由于其原理及結(jié)構(gòu)決定了傳統(tǒng)鋼軌剪力傳感器有著難以克服的致命缺陷:
1.不得不在鋼軌軌腰2中部鉆孔，從而降低了鋼軌強(qiáng)度，這是鐵路工務(wù)部門(mén)堅(jiān)決反對(duì)，但由于工作需要又限于技術(shù)條件不得不接受的現(xiàn)狀；
2.由于鋼軌與剪力傳感器在材質(zhì)熱脹冷縮系數(shù)的差別及加工工藝和螺栓緊固程度的差別，列車(chē)運(yùn)行造成的振動(dòng)影響，傳統(tǒng)剪力傳感器9的受力狀態(tài)不穩(wěn)定；
3.膠粘應(yīng)變片10密封形式同壓力傳感器一樣存在加工藝要求嚴(yán)，使用壽命限制，及質(zhì)量差異，價(jià)格也較高；
4.以應(yīng)變片10為電橋一臂，電橋輸出信號(hào)增加了附加誤差因素；
5.模擬量輸出使信號(hào)微弱，需后續(xù)設(shè)備調(diào)理，傳輸距離近，抗干擾能力弱。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種以鋼軌本身作為彈性體、直接將光纖敏感元件作為檢測(cè)裝置貼于鐵路鋼軌軌腰上的一種采用鋼軌作為彈性體的光纖檢測(cè)裝置。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案:一種采用鋼軌作為彈性體的光纖檢測(cè)裝置，包括剪力檢測(cè)裝置和壓力檢測(cè)裝置，所述剪力檢測(cè)裝置包括有光纖敏感元件，所述光纖敏感元件固定于鋼軌軌腰上并通過(guò)鋼軌的中和軸。
[0005]進(jìn)一步地，所述光纖敏感元件的布置方向與中和軸之間呈40?50度夾角設(shè)置。
[0006]通過(guò)采用上述技術(shù)方案，中和軸為鋼軌上的一個(gè)受力狀況特殊的位置，在中和軸上，鋼軌既不存在拉應(yīng)力也不存在壓應(yīng)力，在這個(gè)位置上布置的光纖敏感元件，其位于中和軸與軌頭之間的部分檢測(cè)拉應(yīng)力、中和軸和軌底之間的部分檢測(cè)壓應(yīng)力，這樣，取代現(xiàn)有技術(shù)中軌腰上鉆孔再配合錐形彈性體，直接以鋼軌本身作為變形彈性載體，利用光纖敏感元件的變形即可得出鋼軌的剪力波形;并且，軌腰的外表面的位置較之軌頭底部的位置便于打磨，并且其受到的震動(dòng)影響較小，有利于改善輸出的剪力波形的質(zhì)量。
[0007]本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為:所述剪力檢測(cè)裝置內(nèi)包括有兩個(gè)光纖敏感元件，所述兩個(gè)光纖敏感元件布置于軌腰的兩相對(duì)側(cè)面上，所述兩個(gè)光纖敏感原件與軌底之間距離相同且均通過(guò)鋼軌的中和軸。
[0008]通過(guò)采用上述技術(shù)方案，這種安裝形式可以使光纖敏感元件僅對(duì)垂直鋼軌的剪力敏感而對(duì)其他干擾性的拉伸、反彈等干擾因素不敏感，從而進(jìn)一步提高檢測(cè)的精度。
[0009]進(jìn)一步地，所述兩個(gè)光纖敏感元件與鋼軌的中和軸沿夾角為45度的方向傾向同一方向傾斜布置。
[0010]通過(guò)采用上述技術(shù)方案，由于鋼軌上檢測(cè)的貨車(chē)是蛇形前行的，因此車(chē)輪壓在鋼軌上很容易出現(xiàn)偏心現(xiàn)象，此時(shí)，光纖敏感元件輸出的剪力波形會(huì)受到鋼軌偏心的影響，利用一對(duì)布置于軌腰兩側(cè)面上距離枕木等距的位置處的光纖敏感元件的受力上的互補(bǔ)，使兩者輸出的剪力波形形成一個(gè)互補(bǔ)合成的剪力波形，保證輸出的質(zhì)量。
[0011 ]本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為:所述剪力檢測(cè)裝置內(nèi)包括有兩個(gè)光纖敏感元件，所述兩個(gè)光纖敏感元件以鋼軌的中和軸為對(duì)稱軸對(duì)稱布置，且兩個(gè)光纖敏感元件之間夾角為90度，固定在軌腰上的同一側(cè)。
[0012]進(jìn)一步地，所述剪力檢測(cè)裝置內(nèi)包括有四個(gè)光纖敏感元件，所述四個(gè)光纖敏感元件兩兩一組且相對(duì)布置于鋼軌的軌腰的兩相對(duì)側(cè)面上，布置于同一側(cè)的兩個(gè)光纖敏感元件以鋼軌的中和軸為對(duì)稱軸對(duì)稱布置，且兩個(gè)光纖敏感元件之間夾角為90度。
[0013]通過(guò)采用上述技術(shù)方案，利用兩個(gè)光纖敏感元件分別承受鋼軌的拉、壓變形，這種可以使光纖敏感元件僅對(duì)垂直鋼軌的剪力敏感而對(duì)其他干擾性的拉伸、反彈等干擾因素不敏感，從而進(jìn)一步提尚檢測(cè)的精度。
[0014]本發(fā)明進(jìn)一步設(shè)置為:所述壓力檢測(cè)裝置包括有光纖敏感元件，所述光纖敏感元件固定在軌腰與軌底之間形成的軌底坡上，其安裝方向與鋼軌的布置方向平行。
[0015]進(jìn)一步地，所述壓力檢測(cè)裝置包括有至少兩個(gè)光纖敏感元件，所述兩個(gè)光纖敏感元件分別固定在軌腰的兩相對(duì)側(cè)面與軌底之間形成的軌底坡上，其布置方向與鋼軌的布置方向平行。
[0016]進(jìn)一步地，所述壓力檢測(cè)裝置包括有作為彈性載體的彈性板，所述彈性板具有型腔，所述型腔的一腔壁為應(yīng)變面，在所述應(yīng)變面的表面固定至少兩個(gè)光纖敏感元件。
[0017]通過(guò)采用上述技術(shù)方案，鐵路超偏載檢測(cè)設(shè)備不僅需要精確的剪力波形以進(jìn)行車(chē)輛識(shí)別，并且需要對(duì)路過(guò)的車(chē)輛進(jìn)行稱重，以判斷車(chē)輛的承載情況，或剪力與壓力配合合成與重量成正比的標(biāo)準(zhǔn)方波。因此，為了后期搭建鐵路超偏載檢測(cè)系統(tǒng)時(shí)統(tǒng)一編碼，本發(fā)明中將壓力檢測(cè)裝置考慮在內(nèi)，在后期處理中，只需將壓力檢測(cè)裝置與剪力檢測(cè)裝置的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)一編碼即可配成整套的鐵路超偏載檢測(cè)系統(tǒng)。
[0018]本發(fā)明還提供一種采用鋼軌作為彈性體的光纖檢測(cè)裝置的鐵路超偏載檢測(cè)系統(tǒng)，還包括有光纖數(shù)據(jù)采集裝置，所述光纖敏感元件統(tǒng)一編號(hào)，各占帶寬，串聯(lián)組合數(shù)字輸出的模式連接至所述光纖數(shù)據(jù)采集裝置上。
[0019]通過(guò)采用上述技術(shù)方案，統(tǒng)一把光纖敏感元件編號(hào)并分配其帶寬。以便使用統(tǒng)一的光纖解碼器進(jìn)行剪力和壓力的數(shù)據(jù)讀取與存儲(chǔ)。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本發(fā)明一種采用鋼軌作為彈性體的光纖檢測(cè)裝置【背景技術(shù)】的附圖1;
圖2為【背景技術(shù)】的附圖2;
圖3為【背景技術(shù)】的附圖3;
圖4為【背景技術(shù)】的附圖4;
圖5為【背景技術(shù)】的附圖5;
圖6為剪力檢測(cè)裝置的【具體實(shí)施方式】一的布置方式圖1;
圖7為剪力檢測(cè)裝置的【具體實(shí)施方式】一的布置方式圖2;
圖8為剪力檢測(cè)裝置的【具體實(shí)施方式】一的布置方式的剪力波形圖；
圖9為剪力檢測(cè)裝置的【具體實(shí)施方式】二的布置方式圖1;
圖10為剪力檢測(cè)裝置的【具體實(shí)施方式】二的布置方式圖2;
圖11為剪力檢測(cè)裝置的【具體實(shí)施方式】二的布置方式的剪力波形圖；
圖12為剪力檢測(cè)裝置的【具體實(shí)施方式】三的布置方式圖1;
圖13為剪力檢測(cè)裝置的【具體實(shí)施方式】三的布置方式圖2;
圖14為剪力檢測(cè)裝置的【具體實(shí)施方式】三的布置方式的剪力波形圖；
圖15為剪力檢測(cè)裝置的【具體實(shí)施方式】四的布置方式圖1;
圖16為剪力檢測(cè)裝置的【具體實(shí)施方式】四的布置方式圖2;
圖17為壓力檢測(cè)裝置的【具體實(shí)施方式】一的布置方式圖；
圖18為壓力檢測(cè)裝置的【具體實(shí)施方式】二的布置方式圖1;
圖19為壓力檢測(cè)裝置的【具體實(shí)施方式】二的布置方式圖2;
圖20壓力檢測(cè)裝置獲得的波形圖；
圖21為鐵路超偏載檢測(cè)系統(tǒng)的系統(tǒng)原理圖。
[0021 ]附圖標(biāo)注:1、軌頭;2、軌腰;3、軌底;4、中和軸;5、光纖敏感元件;6、彈性板;7、應(yīng)變面;8、光纖數(shù)據(jù)采集裝置;9、傳統(tǒng)鋼軌剪力傳感器;10、應(yīng)變片。
【具體實(shí)施方式】
[0022]參照?qǐng)D6至21對(duì)本發(fā)明一種采用鋼軌作為彈性體的光纖檢測(cè)裝置實(shí)施例一做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0023]一種采用鋼軌作為彈性體的光纖檢測(cè)裝置，包括有作為彈性體的鋼軌以及作為檢測(cè)元件的光纖敏感元件5，鋼軌包括有軌頭1、軌腰2以及軌底3，鋼軌通過(guò)軌底3的下底面架設(shè)在枕木上，軌底3與軌腰2之間形成有傾斜的軌底坡。在軌腰2上有一受力特殊的位置，SP中和軸4，在中和軸4所在的軌腰2的水平截面上，鋼軌既不承受拉應(yīng)力也不承受壓應(yīng)力，后期焊接光纖敏感元件5以中和軸4為基準(zhǔn)。
[0024]剪力檢測(cè)裝置的實(shí)施例一
如圖6至8所示，包括有一個(gè)光纖敏感元件5，其布置方向經(jīng)過(guò)中和軸4并與中和軸4之間夾有40至50度的夾角，優(yōu)選為正45度夾角。此時(shí)，光纖敏感元件5的長(zhǎng)度中點(diǎn)在中和軸4上。在這個(gè)位置上，光纖敏感元件5受到鋼軌震動(dòng)的干擾最小，并且，在軌頭1和中和軸4之間的光纖敏感元件5可以檢測(cè)鋼軌在外力作用下的壓應(yīng)力引起的變形；中和軸4與軌底3之間的光纖敏感元件5可以檢測(cè)鋼軌在外力作用下的拉應(yīng)力引起的變形。
[0025]光纖敏感元件5與鋼軌軌腰2的外表的固定方式為低能焊接，即采用低能焊接的方式固定，其操作方式為:首先打磨軌腰2上中和軸4附近的鋼軌表面;在限位模具的框架內(nèi)通過(guò)焊錫將光纖敏感元件固定至鋼軌表面，相比于