[发明专利]一种基于声表面波技术的列车车轴状态监测装置

说明书

本发明公开了一种基于声表面波技术的列车车轴状态监测装置，包括设置于列车车头控制室内的主机监控系统、设置于每节车厢底部的信号读写器及安装在每节车厢底部的车轴上的声表面波传感网络，声表面波传感网络利用射频识别与信号读写器连接，信号读写器通过无线网络与主机监控系统连接。本发明一种基于声表面波技术的列车车轴状态监测装置，能够完成对列车车轴状态的全方位实时监测，并进行故障的提前预警和故障位置的准确定位，并且无需在车厢内铺设线缆或光缆通讯。

技术领域

本发明属于车轴状态监测技术领域，具体涉及一种基于声表面波技术的列车车轴状态监测装置。

背景技术

随着我国铁路建设行业的飞快发展，列车车速和运载能力日益提升，铁路运输已逐渐处于综合交通运输体系中的骨干地位。列车车轴作为列车行进过程中尤为关键的部件，其通常处在高速重载的工作状态下，车轴与车轮、齿轮箱和轴箱的接触部分长期承受各种机械摩擦、交变接触应力作用的同时，还会出现异物掉入、润滑不良等现象，长时间会致使车轴磨损加剧、出现疲劳裂纹，引发车轴表面温度升高、振动幅值增大等问题，如果不能及时发现车轴缺陷并维护，严重时会导致车轴变形断裂、热切轴、燃轴等事故的发生，造成重大的人身伤亡和经济损失。可见，对车轴轴温和振动的监测，是反映车轴运行状态、保证列车安全运行最直观、重要的方法之一。

目前，列车车轴状态监测主要分为车载接触测量和地面红外测量。对于车载接触测量系统而言，由于各传感器直接安装在探测点处，其连接线错综复杂，安装维修工作量大；而在地面红外监测系统中，由于红外探头长期裸露在外界环境中，容易出现损坏，需要检修人员进行定期维护，且只有当列车通过红外探头时，才能对车轴状态进行监测，实时性差。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于声表面波技术的列车车轴状态监测装置，解决了现有列车车轴状态监测连线错综复杂、实时性差的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种基于声表面波技术的列车车轴状态监测装置，其特征在于，包括设置于列车车头控制室内的主机监控系统、设置于每节车厢底部的信号读写器及安装在每节车厢底部的车轴上的声表面波传感网络，声表面波传感网络利用射频识别与信号读写器连接，信号读写器通过无线网络与主机监控系统连接。

本发明的特点还在于：

声表面波传感网络包括振动传感器和温度传感器，振动传感器通过卡扣靠近每个车轴两端的车轮固定，温度传感器通过卡扣固定在每个车轴两端的轴颈及每个车轴的中心处。

振动传感器包括第一压电基片，第一压电基片上嵌有第一叉指换能器，第一叉指换能器的两端依次对称设置有第一反射栅、第一吸声材料，第一叉指换能器还连接有第一阻抗匹配网络，第一阻抗匹配网络与第一天线连接，第一压电基片采用YX切石英晶体。

温度传感器包括第二压电基片，第二压电基片上嵌有第二叉指换能器，第二叉指换能器的两端依次对称设置有第二反射栅、第二吸声材料，第二叉指换能器还连接有第二阻抗匹配网络，第二阻抗匹配网络与第二天线连接，第二压电基片采用YX切LiNbO₃晶体。

信号读写器包括第一控制器，第一控制器分别连接有激励信号发生器、A/D采样电路、第一ZigBee模块，激励信号发生器上依次连接有阻抗匹配电路、第一带通滤波电路、射频功率放大电路、收发开关、第三天线；A/D采样电路上依次连接有基带放大电路、混频器、第二带通滤波电路、调理放大电路，调理放大电路与收发开关连接，混频器与激励信号发生器连接。

第一控制器上还连接有环境温度检测电路。

第一控制器上还连接有蓄电池模块。

主机监控系统包括有第二控制器，第二控制器分别连接有电源模块、人机交互界面、语音预警模块、外部EEROM及第二ZigBee模块。

第二控制器上还连接有全网通无线通信模块。