本發明涉及一種檢測技術領域的裝置，具體是一種鐵路道岔損傷檢測系統，能夠對鐵路道岔損傷進行實時檢測和預警。

背景技術：

道岔是鐵路軌道結構的一個重要組成部分。鐵路運輸業務中的列車到發、會讓、越行、機車摘掛、車輛調車、編解、機車車輛整備修理、貨物裝卸業務等等，列車依靠尖軌的開通方向不同而進入道岔直股或側股線路無不借助于道岔尖軌方能實現。在鐵路道岔上，存在著一些普通軌道上沒有的復雜條件。例如尖軌的沖擊角遠遠大于曲線軌道，道岔軌道的豎向和橫向剛度變化遠遠高于普通軌道等。機車車輛在通過道岔時，輪軌間的作用力也就比普通線路高很多。所以道岔部分的養護工作量要比同等長度的一般軌道多，而道岔尖軌部件的使用壽命也要比普通軌道短。由于這些原因，道岔始終被認為是軌道的一個薄弱環節，并且往往是影響行車安全和限制行車速度的一個主要因素。此外道岔病害產生的原因很多，綜合起來大體有以下幾點：(1)道岔本身結構的缺陷，我國使用的都是直線型尖軌，它與基本軌工作邊所成的交角稱為轉折角，由于轉折角較大當列車逆向進入側線時，輪緣對尖軌的沖擊力大，列車搖晃，造成尖軌部分方向不良，尖軌也易磨勛和尖軌尖端軌距加寬過大，影響列車沿著正線運行的平穩，使尖軌部分方向不良情況更加嚴重；(2)鋪設時位置和各部分尺寸不符合規定要求；(3)道岔在列車車輛的動力作用下發生的幾何尺寸和結構變形；(4)養護維修不當與自然侵害等。

而且道岔各部分零件較復雜、薄弱。在經過多年運營后，道岔鋼軌會出現許多病害，但道岔由于形狀復雜加之遮擋部位較多檢測難度較大，這為道岔部分的損傷檢測帶來了極大的困難。

傳統的檢測方法多用超聲波技術通過手動改變超聲波探頭探測角度的方法對道岔部分進行檢測，其檢測過程復雜需要做打磨、加耦合機油等多種準備工作，對檢測人員技術和經驗要求較高。對于部分位置的檢測，如長心軌移動拉桿的翼軌固定扣板，由于結構復雜，只能由人工手動操作。同時我國鐵路運行使用繁忙，可供檢測的空閑時間短，這為鐵路道岔的檢測帶來新的問題。

經與有關文獻發現，現有技術在鐵路道岔上尚未有成熟的能夠檢測道岔損傷的裝置或者方式。

技術實現要素：

為了解決背景技術中存在的問題，本發明的目的在于針對上述現有技術的不足，提供了一種鐵路道岔損傷檢測系統，采集與存儲鐵軌道岔的損傷數據，采用壓磁方式實現鐵路道岔的自動、實時、全方位檢測，將采集到的鐵軌道岔數據通過數據存儲裝置存儲記錄。

本發明是通過如下技術方案實現的：

本發明包括檢測裝置、數據采集及處理裝置、數據接收及報警裝置和移動手持終端。

所述檢測裝置固定安裝在鐵路道岔上，檢測裝置檢測鐵路道岔震動下的磁信號數據和應變數據。

所述數據采集及處理裝置包括采集裝置殼體和安裝在采集裝置殼體內的電源模塊、數據采集模塊、數據處理模塊、數據發射模塊，數據采集模塊、數據處理模塊和數據發射模塊依次連接，電源模塊分別與數據采集模塊、數據處理模塊、數據發射模塊連接進行供電，數據采集模塊連接檢測裝置，數據發射模塊連接到數據接收及報警裝置。

所述采集裝置殼體用于保護電路模塊不受外力破壞。

所述數據采集模塊連接檢測裝置，用于采集檢測裝置檢測到的磁信號數據和應變數據。

所述數據處理模塊用于將磁信號數據和應變數據進行匹配、放大、ad轉換和濾波處理。

所述的數據處理模塊內設有依次連接的計時器、信號放大器、ad轉換器和濾波器，計時器用于將應變數據與磁信號數據進行時域匹配，信號放大器用于將檢測到的磁信號數據進行放大處理，ad轉換器用于將接收到的應變數據與磁信號數據轉化為數字信號，濾波器用于對數字信號進行消噪處理并根據時域信號將與損傷檢測無關的磁信號過濾去除。

所述數據發射模塊用于將從數據處理模塊得到的數據發射到數據接收及報警裝置。

所述電源模塊用于給數據采集模塊、數據處理模塊、數據發射模塊提供必要的電力。

所述的數據接收及報警裝置包括數據接收模塊、存儲器、分析模塊、信號發射模塊和報警模塊，數據接收模塊、分析模塊、信號發射模塊依次連接，存儲器、報警模塊均和分析模塊連接。

數據接收模塊用來接收由數據發射模塊傳輸來的數據，并將數據存儲到存儲器內；分析模塊用于將接收到的數據進行并與歷史數據進行對比分析，進而檢測判斷獲得鐵軌道岔的損傷狀態和損傷位置作為結果數據，并發送到信號發射模塊和報警模塊；信號發射模塊用于將分析模塊處理得到的結果數據傳送到移動手持終端；報警模塊用于接收分析模塊處理得到的結果數據并進行蜂鳴報警。當系統判斷鐵軌道岔某部分存在安全隱患時，報警模塊發出蜂鳴并將此信息提示傳遞到移動手持終端。

所述的移動手持終端包括依次連接的信號接收模塊、單片機和顯示屏。

信號接收模塊與所述數據接收及報警裝置中的信號發射模塊無線連接通信，用于信號發射模塊傳來的數字信號，單片機用于鐵路工作人員對顯示屏顯示的內容進行簡單的選擇，顯示屏用于將傳來的數字信號圖像化。

所述采集裝置殼體，要求能夠容納數據采集裝置的其他模塊，并具有良好的防水性能，能夠在野外工作環境下對數據采集及處理裝置進行良好的保護。殼體要求為承壓裝置，為特種塑料材料或者鍍膜金屬制成。

所述電源模塊，采用可充電電池要求能夠提供穩定的電流源；考慮到鐵道巡查方便，為更換電池方便，要求能夠在數據采集與發射裝置正常工作的狀態下維持至少一天以上時間。

所述電源模塊，更優選為直接接入鐵路專用電網。

所述檢測裝置、數據采集及處理裝置，均要求能夠適應-10～60℃的溫度范圍，以廣泛的適用鐵道運行的工作條件。裝置可以在雨雪天氣、高溫天氣下正常運行，并適用于全國各個地區。

所述采集模塊，要求能夠同時與多個磁探頭、應變片相連并同時對其進行控制，從而能實時監測鐵軌道岔不同部位的工作狀態。

所述數據處理模塊，要求能夠對數據進行實時的處理，采用必要的算法，將檢測到的數據進行消噪處理，并能即時向數據接收及報警裝置傳輸數據。

所述計時器，其計時周期應為0.01秒，從而能使系統可以對一個循環內鐵軌的應變、磁場變化情況做出細致的判斷。與計時器相應的，磁信號檢測裝置與應變檢測裝置也要求能夠以0.01秒為一個周期，對鐵道數據進行收集。

所述信號發射模塊與信號接收模塊之間的有效工作距離不應小于10公里，從而能夠保證各個設備之間的正常通訊。

所述分析模塊，要求能夠對傳來數據進行實時計算并判斷，要求能夠給出狀態異常部位的具體位置并判斷導致狀態異常的可能原因。其工作可以由一臺配置不高的電腦完成。

所述存儲器，要求內存不應小于500m，以便對歷史數據進行必要的存儲，從而能夠將鐵軌運行不同周期內的壓磁信號數據進行比對，判斷鐵軌道岔的剩余壽命。

所述報警模塊，要求當系統檢測到道岔存在危險時能夠發出聲音足夠大的蜂鳴，從而提醒工作人員。

所述手持裝置，其大小與外形應能滿足便于手持的條件。其顯示屏應滿足可以顯示一般的函數曲線，并在比較強的光照下能夠有足夠的辨識度。

所述的檢測裝置包括兩片保護膜、磁探頭、應變片和連接口，兩片大小不同的保護膜分別上下層疊對中布置，兩片保護膜表面之間固定設置有磁探頭，小片保護膜外表面固定設置有應變片，應變片緊貼鐵軌道岔的外壁和外表面，磁探頭和應變片分別經各自的導線與各自的信號輸出連接口連接，磁探頭和應變片的導線與信號輸出連接口均布置在兩片保護膜表面之間，大片保護膜相比小片保護膜多出的邊緣部分設有用于將大片保護膜邊緣粘貼在鐵軌上的膠水。

包含有多個所述檢測裝置，在鐵軌側方的鐵路道岔上待檢測損傷位置附近根據具體檢測區域布置多個所述檢測裝置。

所述的保護膜的形狀以及保護膜上的磁探頭和應變片的排布位置和排布形狀依據鐵軌道岔的待檢測損傷區域、位置及區域外形設定。

所述磁探頭與應變片之間間隔距離要求保持至少0.5cm距離。

所述檢測裝置沿鐵軌方向間隔均布排列或者陣列布置在鐵軌道岔心軌和鐵軌道岔尖軌上。

所述檢測裝置以火車對鐵軌道岔的作用力作為鐵軌道岔的震動源，從而實現自動檢測在火車經過時產生震動下的磁信號數據和應變數據。

所述保護膜要求為高性能橡膠材料，并有一定彈性和柔度以適應鐵軌道岔不同部位形狀的需要，其大小依據應變片與磁探頭的大小而定，要求能夠對二者進行全方位的包裹，以保證二者在野外環境下正常工作。

所述膠水，要求有足夠的黏合力與耐久性以保證保護膜、應變片、磁探頭與鐵軌的粘貼。

所述磁探頭，要求厚度足夠小，固定在鐵道上時不影響到列車正常通行。其精度要求達到1mg，其測量范圍要求達到1000mg，以能夠較準確的檢測到鐵軌道岔在列車通過時的激勵下磁場的波動情況。

所述應變片，要求厚度足夠小，不影響到列車正常通行。其精度要求達到1e-6，其測量范圍要求達到0～1％，從而保證能夠準確的檢測到鐵軌的應變情況。并且所述應變片要求其測量的應變方向根據測量位置受力特點進行設計，使應變片測量應變的最大應變方向。

本發明系統的工作原理是：

當鐵軌受到力的作用，其周圍的磁場會發生相應的變化，隨著鐵軌的使用時間不斷增加，損傷不斷積累，其壓磁性質會發生相應的變化。本發明利用應變片測量鐵軌的應變，由于鐵軌是磁性材料，利用磁探頭測量相應的磁場變化，根據應變—場強圖像的變化特點，判斷鐵軌道岔的損傷狀態，從而預判其剩余壽命。

此外，根據應變的大小能夠用于判斷尖軌與普通軌是否密貼，根據應變、磁場的震動特點能夠用于判斷軌道軌頭表面的磨損情況。具體的判斷方法為：當鐵軌即將出現疲勞破壞或產生裂縫時，其應變-場強圖像會發生明顯變化；當鐵軌不密貼時，應變將會增大；當鐵軌出現側磨，應變、場強的震動會發生顯著變化。

本發明有益效果：

1、本裝置探測部分所需空間小，可以靈活運用在鐵軌的各個位置以及道岔縫隙之中，有效解決了傳統檢測裝置在對軌底、道岔鐵軌交匯處難檢、檢測不到的問題。

2、本裝置采用壓磁效應，實時檢測鐵路道岔運行狀態，免去了要在鐵軌空閑時段進行檢修的限制。

3、本裝置通過實時數據與歷史數據的對比具有對軌道疲勞破壞預判的能力。

4、本裝置利用列車通過時對鐵軌的擾動作為動力，避免了對鐵軌的額外破壞，同時具有工作耗能少，持續性時間長的優點。

5、本裝置能夠全天候進行工作，適用于全國各個地區。

6、本裝置能夠精確檢測出鐵軌道岔損傷的具體部位，避免了人工二次尋找的麻煩。

綜合來說，與現有技術相比，本發明體積小、連續工作時間長、檢測全面、能實現自動檢測，尤其適用于檢測軌內核傷、疲勞損傷。對于以及鐵路中結構復雜、檢測可供利用的空間狹小的部位，具有顯著優點。

附圖說明

圖1為本發明系統的框架結構圖；

圖2為本發明數據采集及處理裝置的結構示意圖；

圖3為本發明檢測裝置的平面圖；

圖4為本發明檢測裝置的側視圖；

圖5為本發明實施中檢測裝置安裝在鐵軌道岔上的螺孔位置示意圖；

圖6為本發明實施中安裝在鐵軌道岔上的螺孔處的檢測裝置布置意圖；

圖7為本發明檢測裝置在鐵軌道岔上的安裝位置示意圖；

圖8為本發明檢測裝置在鐵軌道岔上的安裝位置示意圖；

圖9為本發明工作邏輯示意圖。

其中：1為檢測裝置，2為數據采集及處理裝置，3為數據接收及報警裝置4為移動手持終端，5為邊緣部分，6為保護膜，7為磁探頭，8為應變片，9為信號輸出連接口，10為導線，11為采集裝置殼體，12為電源模塊，13為數據發射模塊，14為數據采集模塊，15為數據處理模塊，16為鐵軌道岔上的螺孔，17為鐵軌道岔心軌，18為鐵軌道岔尖軌。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明：本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。

如圖1所示，本發明具體實施包括檢測裝置1、數據采集及處理裝置2、數據接收及報警裝置3和移動手持終端4。

如圖2所示，數據采集及處理裝置2包括采集裝置殼體11和安裝在采集裝置殼體11內的電源模塊12、數據采集模塊14、數據處理模塊15、數據發射模塊13，數據采集模塊14、數據處理模塊15和數據發射模塊13依次連接，電源模塊12分別與數據采集模塊14、數據處理模塊15、數據發射模塊13連接進行供電，數據采集模塊連接檢測裝置1，數據發射模塊13連接到數據接收及報警裝置。

數據接收及報警裝置3包括數據接收模塊、存儲器、分析模塊、信號發射模塊和報警模塊，數據接收模塊、分析模塊、信號發射模塊依次連接，存儲器、報警模塊均和分析模塊連接。

移動手持終端4包括依次連接的信號接收模塊、單片機和顯示屏。

數據處理模塊內設有依次連接的計時器、信號放大器、ad轉換器和濾波器，計時器用于將應變數據與磁信號數據進行時域匹配，信號放大器用于將檢測到的磁信號數據進行放大處理，ad轉換器用于將接收到的應變數據與磁信號數據轉化為數字信號，濾波器用于對數字信號進行消噪處理并根據時域信號將與損傷檢測無關的磁信號過濾去除。過濾器將信號經過濾波篩選之后發往數據接收及報警裝置。

如圖7和圖8所示，檢測裝置1固定安裝在鐵路道岔上，檢測裝置檢測鐵路道岔震動下的磁信號數據和應變數據。在鐵軌側方的鐵路道岔上待檢測損傷位置附近根據具體檢測區域布置多個檢測裝置。每個檢測裝置僅對其自身附近的鐵軌道岔表面進行檢測，每個檢測裝置都具有有限的檢測范圍，因此在實際使用中，如果待檢測損傷區域較大，需要多個檢測裝置，那么檢測裝置就需要根據待檢測損傷位置、區域形狀來均勻布置。例如圖7和圖8所示，檢測裝置沿鐵軌方向間隔均布排列或者陣列布置在鐵軌道岔心軌17和鐵軌道岔尖軌18上。

檢測裝置，其在鐵軌道岔上的位置要求盡量安放在道岔最易出現損壞的位置，并且要求相鄰兩個檢測裝置之間的距離保持合適大小，不大于20cm亦不小于10cm，以保證合理利用資源，并能檢測到整個道岔區段。

如圖3和圖4所示，檢測裝置1包括兩片保護膜6、磁探頭7、應變片8和連接口9，兩片大小不同的保護膜6分別上下層疊對中布置，兩片保護膜6表面之間固定設置有磁探頭7，小片保護膜6外表面固定設置有應變片8，應變片8緊貼鐵軌道岔的外壁和外表面，磁探頭7和應變片8分別經各自的導線與各自的信號輸出連接口9連接，多個磁探頭7經同一根導線與磁探頭的信號輸出連接口連接，多個應變片8經同一根導線與應變片的信號輸出連接口連接，磁探頭7和應變片8分別經各自的導線與信號輸出連接口9均布置在兩片保護膜6表面之間，信號輸出連接口9與數據采集及處理裝置的數據采集模塊14連接，大片保護膜6相比小片保護膜6多出的邊緣部分5設有用于將大片保護膜6邊緣粘貼在鐵軌上的膠水，

本發明的檢測裝置中，應變片8緊貼接觸鐵軌道岔的外壁和外表面，磁探頭7不直接接觸鐵軌道岔的外壁和外表面，并且磁探頭7和應變片8的導線也不直接接觸鐵軌道岔的外壁和外表面。

保護膜6的形狀以及保護膜6上的磁探頭7和應變片8的排布位置和排布形狀依據鐵軌道岔的待檢測損傷區域、位置及區域外形設定。例如圖5所示的鐵軌道岔上的螺孔16可能存在損傷，因此在螺孔16附近布置檢測裝置時，如圖6所示，將多個應變片8沿螺孔16端面內圈的圓周間隔均布，將多個磁探頭7沿螺孔16端面外圈的圓周間隔均布，磁探頭7、應變片8分別經導線引出連接到連接口9。

磁探頭與應變片之間間隔距離要求保持至少0.5cm距離，既能保證應變片不對磁探頭產生過大影響，又能保證二者數據得以綜合分析。二者安裝部位建議安裝在尖軌外側軌腰部位、軌底等現有探測手段難以探測到的部位以及變截面區、有害間隙區等損壞多發部位。

本發明的工作過程是：

制作檢測裝置，并粘貼于鐵路道岔待檢測損傷部位：先將保護膜采用橡膠材料制作，便于無縫粘貼。接著，磁探頭、應變片預先固定在保護膜上，磁探頭和應變片在保護膜上的相對位置確定。然后，磁探頭和應變片的導線匯集在固定于保護膜的連接口上，便于與數據收集與處理裝置現場連接。

本實例針對“卜”字形單開鐵軌道岔進行實施，道岔尖軌類型為高型尖軌。

使用時，首先將應變片貼在鐵軌上，然后將保護膜邊緣用膠水粘貼在鐵軌上，將保護膜貼在鐵軌不同部位從而使磁探頭與應變片分布在鐵軌特定的部位，檢測裝置可以根據道岔設計特點進行安放，用于測量鐵軌道岔的磁信號以及應變信號，磁探頭與應變片的連接口通過數據線與數據采集及處理裝置的數據采集模塊連接。數據采集模塊通過導線與磁探頭、應變片連接，兩者共同協作測量軌道發出的磁信號以及應變信息。

本發明在工作時，如圖9所示，當火車進入鐵軌道岔，道岔受到火車的壓力發生形變，同時其磁場亦發生變化，這些數據由粘貼在鐵軌上待檢測部位的應變片8與磁探頭7進行采集并經過數據采集及處理裝置2中ad轉換器等處理轉化為數字信息，經進行消噪處理后穿傳輸到數據接收及報警裝置3。

具體實施中將發射來的應變與磁信號依據時間順序以及位置信息進行一一對應。由于火車經過時的激勵大致類似于一系列循環力，故可以將一個循環內的應變-壓磁信號進行分析處理，得到循環圖內的面積、交點信息，并于以往得到的信息進行比較，從而判斷出道岔的工作情況(損傷狀態和損傷位置)，并發向移動手持終端4。

當檢測到某一位置在某一時間的壓磁信號異常時，裝置自動發出警報。并將異常信號對應位置發送到手持移動終端4，便于檢測人員現場檢查。