[发明专利]基于线阵CCD的钢轨位移在线测量系统及测量方法

说明书

本发明涉及一种基于线阵CCD的钢轨位移在线测量系统及测量方法，测量系统包括光学透镜、线阵CCD、前置放大器、A/D转换模块、FPGA芯片、图像存储器和结果输出单元；光学透镜设置在线阵CCD前方，用于聚焦；线阵CCD用于采集模拟图像信号；所述前置放大器用于对模拟图像信号进行放大；A/D转换模块对放大后的模拟图像信号进行模数转换，得到数字信号；FPGA芯片对数字信号进行噪声处理、图像恢复、位移测量和数据格式化，得到位移信息；图像存储器用于存储FPGA芯片的配置信息；结果输出单元用于输出位移信息至外部设备。本发明具有测量精度高、速度快、系统体积小等优点。

技术领域

本发明涉及精密位移的在线检测，尤其涉及一种基于线阵CCD的钢轨位移在线测量系统及测量方法。

背景技术

在我国的大规模高速铁路建设过程中，无缝线路由于其消除钢轨接缝，改善了轨道结构，减小了振动，在高速线路中得到广泛应用。但由于轨缝的消失，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温度应力，当扣件压力不足以抵消温度应力时，钢轨会发生位移，温度升高时引发胀轨、跑道，温度很低时则容易出现断轨，严重影响行车安全。为了可靠地检测该变形，从而对线路进行应力放散与调整以将变形抑制在规格内，需要一种钢轨位移在线测量系统来实时获知钢轨位移量。

目前我国的钢轨位移测量方法主要采用位移观测桩法，在轨道旁埋设位移观测桩，并在待测钢轨轨头或轨底粘贴或涂刷观测标记，定期以观测桩为基点拉弦线进行测量；但是该方法费时费力，并且精度不高。为提高测量精度，则可以采用光学仪器作为辅助测量手段，如利用激光三角测量原理测量钢轨上的光点距离钢轨标记的位置来测量位移或者利用拉伸式直线位移传感器、磁致伸缩位移传感器等来实现钢轨位移的在线测量，但该方法的结构较为复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于线阵CCD的钢轨位移在线测量系统及测量方法，解决现有钢轨位移测量方法存在的精度不高、结构复杂等问题。

实现本发明目的的技术方案为：一种基于线阵CCD的钢轨位移在线测量系统，包括光学透镜、线阵CCD、前置放大器、A/D转换模块、FPGA芯片、图像存储器和结果输出单元；

所述光学透镜设置在线阵CCD前方，用于聚焦；所述线阵CCD用于采集模拟图像信号；所述前置放大器用于对模拟图像信号进行放大；所述A/D转换模块对放大后的模拟图像信号进行模数转换，得到数字信号；

所述FPGA芯片对数字信号进行噪声处理、图像恢复、位移测量和数据格式化，得到位移信息；

所述图像存储器用于存储FPGA芯片的配置信息；

所述结果输出单元用于输出位移信息至外部设备。

本发明还提供一种基于线阵CCD的钢轨位移在线测量方法，包括以下步骤：

步骤1，线阵CCD捕获钢轨位移图像信息，输出模拟信号；

步骤2，对模拟信号进行前置放大和A/D转换处理，得到数字信号；

步骤3，使用FPGA芯片对数字信号进行噪声处理、图像恢复、位移测量和数据格式化，得到位移信息；

步骤4，将得到的位移信息输出至外部设备。

与现有技术相比，本发明的显著优点为：

(1)本发明采用线阵CCD，因其结构相对简单，单排感光单元的数目可以做得很多，故在同等测量精度的前提下，其测量范围可以做得较大；而对于给定的测量范围，其测量精度可以得到提高；

(2)本发明采用的线阵CCD实时传输光电变换信号和自扫描速度快、频率响应高，能够实现动态测量；

(3)本发明采用FPGA技术，将线阵CCD驱动逻辑的产生、图像恢复、位移测量以及数据格式化等功能通过单片FPGA实现，从而减小了系统的体积。