[发明专利]高速铁路铁轨应力检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及铁轨应力检测领域，具体而言，涉及高速铁路铁轨应力检测装置。

背景技术

高速铁路(简称高铁)，是指通过改造原有线路(直线化、轨距标准化)，使最高营运速率达到不小于每小时200公里，或者专门修建新的“高速新线”，使营运速率达到每小时至少250公里的铁路系统。高速铁路除了在列车在营运达到一定速度标准外，车辆、路轨、操作都需要配合提升。

其中，高速铁路在修建的过程中，应用了几百公里甚至上千公里的单根无缝铁轨，这在中国是史无前例的，而安装的无缝铁轨在工作中会产生较强的应力，然而随着季节交替的变化、气候温度的变化、对“高铁”的维护施工以及列车在铁轨上正常运行都会造成单根无缝铁轨应力的改变，而应力的改变会使得铁轨上存在风险，这对后续对铁轨进行安全性监测和维护施工都造成了很大的困扰。

故相关技术引入了一种高速铁路铁轨应力检测技术，包括应变片传感器和控制器，其中，在单根无缝铁轨安装的同时安装应变片传感器，此时，应变片传感器测得的单根无缝铁轨的应力为0，而在单根无缝铁轨安装之后，该铁轨即可正常运作，故该铁轨的应力也不断发生变化，此时应变片传感器实时测量不断发生变化的应力，并将测得的应力值发送至控制器，以便控制器根据该应力值进行检测。

发明人在研究中发现，现有技术中，铁轨由于断轨和涨轨等故障而需要对铁轨进行施工，用以维护铁轨的正常运作，而对铁轨进行施工会使得铁轨的应力间断性变化，此时，若还是用应变片传感器对铁轨进行应力检测，则该应变片传感器仍是以原来的应力为0为起点，故其只能测量铁轨的应力为0到当前铁轨的应力的相对应力变化，而无法检测到铁轨实际的绝对应力(即铁轨间断起点和当前铁轨应力)值，故使用应变片传感器检测的结果不精确。

发明内容

本发明的目的在于提供高速铁路铁轨应力检测装置，以提高高速铁路铁轨应力检测结果的准确性。

第一方面，本发明实施例提供了一种高速铁路铁轨应力检测装置，包括：微控制单元MCU、第一现场可编程门阵列FPGA处理电路、超声波发送探头以及至少两个超声波接收探头；

MCU用于根据接收的指令信息生成控制指令，并将控制指令发送至超声波发送探头；

超声波发送探头与MCU电连接，用于接收控制指令并根据控制指令向高速铁路铁轨发送超声波信号，以便超声波信号在高速铁路铁轨中传播；

两个超声波接收探头分别设置与超声波发送探头相隔预设距离的位置上，用于接收高速铁路铁轨传播的超声波信号并将超声波信号发送至第一FPGA处理电路；

第一FPGA处理电路分别与两个超声波接收探头电连接，用于接收高速铁路铁轨传播的超声波信号，对超声波信号进行滤波和FFT分析，计算两次超声波信号的接收时差，并根据接收时差确定高速铁路铁轨的绝对应力值。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，高速铁路铁轨应力检测装置还包括第二FPGA处理电路；

第二FPGA处理电路分别与MCU和超声波发送探头电连接，用于接收MCU发送的控制指令，并根据控制指令选择预设波形，以便将预设波形的样点发送至超声波发送探头。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，高速铁路铁轨应力检测装置还包括功放驱动电路；

功放驱动电路分别与第二FPGA处理电路和超声波发送探头电连接，用于接收预设波形的样点并对预设波形的样点进行放大和提高功率处理，并将处理后的发送能量发送至超声波发送探头。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，高速铁路铁轨应力检测装置还包括输出变压器和输入变压器；

功放驱动电路与超声波发送探头之间设置有输出变压器，用于对功放驱动电路发送的超声波信号的电压进行升压处理，以使得升压处理后的电压为超声波发送探头需要的第一预设电压；

两个超声波接收探头和第一FPGA处理电路之间分别设置有输入变压器，用于对超声波接收探头发送的超声波信号的电压进行降压处理，以使得降压后的电压为第一FPGA处理电路需要的第二预设电压。

结合第一方面的第一种可能的实施方式至第三种可能的实施方式中的任意一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，高速铁路铁轨应力检测装置还包括放大滤波电路；

放大滤波电路分别与输入变压器和第一FPGA处理电路电连接，用于接收输入变压器降压后的超声波信号并对超声波信号进行放大和滤波处理。