專利名稱：列車輪軌接觸力無線檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及電氣檢測領域，具體涉及一種輪軌接觸力無線檢測方法與裝置。
背景技術：
輪軌接觸力的確定是研究輪軌關系的基礎，車輪與軌道間的相互作用力直接影響著鐵路行車安全、輪軌的磨損及維修，也是評價轉向架性能、機車車輛運行品質必不可少的參數。輪軌力的測量主要是測量橫向力和垂向力，通過實時監測和數據處理分析，記錄列車運行時輪軌間的橫向力、垂向力和作用點位置，通過對采集數據進行處理分析，可以得到最大橫向力、最大垂向力、脫軌系數和輪重減載率等判斷車輛脫軌的指標，對車輛的安全監控是最直接最有效的手段。因此，研制高速列車輪軌接觸力軟硬件監測系統，實現實時監測具有重要意義。
目前，國內對輪軌接觸力也有了一定的研究，但基本都是基于理論方法和仿真試驗。在國外已使用的輪軌力測試方法中德國采用軸測法，成本低、裝備簡單，但測量頻帶窄，且對力的作用點位置不敏感，誤差較大；英國的輻條輪對精度高但成本高且與實際使用的輪對有一定差異；而且，現有的測量方法與裝置，主要是通過有線的方式來傳輸數據的，如集流環，這樣會引入額外的干擾，降低測量精度，同時，通過有線數據傳輸方式的測量裝置，只能應用于室內的輪軌接觸力標定試驗臺，不能檢測實際線路上的輪軌接觸力。

發明內容
本發明的目的在于解決上述技術中所存在的不足，提供一種新穎的在線無線輪軌接觸力測量的試驗裝置，以便在實際線路上對輪軌接觸力進行在線監控。本發明所提供的列車輪軌接觸力無線檢測裝置，由傳感器單元、時間數字轉換單元、數據采集單元、數據存儲單元、高速無線網絡傳輸模塊、數據處理與分析單元組成；傳感器單元主要由應變片根據不同的測試需要通過不同的組橋方式組成；時間數字轉換模塊主要是把與傳感器模擬信號相對應的時間信息轉化為數字信號；數據采集單元同時實現8路數字信號的采集；數據存儲單元對采集到的數據進行實時存儲；高速無線網絡傳輸模塊實現輪軌接觸力無線數據傳輸與處理；數據處理與分析軟件模塊用于對輪軌接觸力試驗數據的分析與處理；所述的傳感器模塊由應變片根據不同的測試需要通過不同的組橋方式組成。所述的時間數字轉換單元、數據采集單元、數據存儲單元、高速無線傳輸模塊被封裝在一個小盒子內，固定在輪對上，具體的位置可以更具需要固定在輻板或者車軸上。所述的時間數字轉換模塊允許半橋、全橋、并聯全橋、惠斯通橋、四驅橋等數種組橋方式，可以根據需要選擇，以滿足低功耗、高精度的要求。所述的測試裝置使用了高速無線傳輸模塊進行采集系統的控制與數據的實時傳輸。本發明與現有技術相比具有以下優點
I、本裝置不僅可以進行試驗臺標定，還可以在實際工況下進行試驗。最大的優點在于可以在實際線路上對輪軌接觸力進行實時的監測評價。2、本裝置采用時間數字轉換模塊，應變的測量本身是通過測量應變電阻放電時間來間接體現，時間測量是通過高精度內部時間單元完成，能耗小，精度高。3、本裝置中加入了無線傳輸模塊，利用該模塊可以避免繁雜的布線，便于進行采集系統的安裝和控制，特別適用于全封閉的高速動車組。4、本裝置的無線傳輸系統是由高速無線網絡組成，速度達到2Mbps/S，能對所有的采集數據進行實時的、可靠的傳輸.


圖I是本發明列車輪軌接觸力無線檢測裝置的系統結構示意圖
圖2是本發明列車輪軌接觸力無線檢測裝置的應變片貼片位置意3是本發明列車輪軌接觸力無線檢測裝置的實例工作狀態示意4是本發明列車輪軌接觸力無線檢測裝置在輪對輻板上的安裝示意圖、圖5是本發明列車輪軌接觸力無線檢測裝置在輪對軸上的安裝示意例說明I、小盒子
具體實施例方式下面結合附圖，對本發明作進一步描述。圖I是本發明列車輪軌接觸力無線檢測裝置的系統結構示意圖主要由應變傳感器、時間數字轉換單元、信號采集單元、數據存儲單元、高速無線網絡傳輸模塊、數據處理與分析軟件等組成；傳感器模塊主要由應變根據不同的測試需要通過不同的組橋方式組成；時間數字轉換模塊主要是把與傳感器模擬信號相對應的時間信息轉化為數字信號；數據采集單元同時實現8路數字信號的采集，數據存儲單元把采集到的數據實時的存入SD卡中；高速無線網絡是由2Mbps/S高速無線傳輸模塊構建，以實現輪軌接觸力無線數據傳輸與處理；數據處理與分析軟件模塊用于對輪軌接觸力試驗數據的分析與處理；圖2是本發明列車輪軌接觸力無線檢測裝置的應變片貼片位置及組橋示意圖應變片在車輪內側輻板的同一半徑處進行徑向貼片組橋。圖3是本發明列車輪軌接觸力無線檢測裝置的實例工作狀態示意圖應變片根據需要，通過不同的組橋方式組成應變傳感器，應變傳感器的測試參數包括車輪和鋼軌之間的垂向力、橫向力和作用點位置，其采樣頻率可以人工設置。時間數字轉換單元通過測量應變片放電時間的方式，獲得與應變大小相對于的數字量，本實施例采用ACAM公司的TDC芯片PS021來實現時間數字的轉換。時間數字轉換單元通過SPI高速總線與MCU通信，高速無線數據發送單元也是通過SPI高速總線與MCU通信，數據存儲單元采用SD卡存儲。在射頻無線傳輸網絡處，需要將主控單元采集的數據傳送給上位機(便攜式儀器或手提電腦)。射頻無線傳輸網絡由兩個無線收發模塊組成，一個與信號采集端相連，負責接收監控終端的控制命令，并處理和轉發來自采集器的數據，將采集數據發往監控終端，另一個通過USB與監控終端主機連接，負責發送命令，并將采集端傳遞的數據讀取上來，以此實現輪軌接觸力無線數據的實時傳輸與處理。本實施例的射頻無線傳輸網絡采用nanotron公司的nanoPAN 5375高性能射頻模塊來實現。通過驗證,nanoPAN5375的通信速度可以達到2Mkbps，并且傳輸十分可靠。圖4是本發明列車輪軌接觸力無線檢測裝置在輪對輻板上的安裝示意圖時間數字轉換單元、數據采集單元、數據存儲單元、高速無線傳輸模塊被封裝在一個小盒子內，小盒子固定在輪對輻板上。圖5是本發明列車輪軌接觸力無線檢測裝置在輪對軸上的安裝示意圖時間數字轉換單元、數據采集單元、數據存儲單元、高速無線傳輸模塊被封裝在一個小盒子內，小盒子固定在輪對軸上。雖然結合附圖描述了本發明的實施方式，但是本領域普通技術人員在所附權利要 求的范圍內不需要創造性的勞動就能做出的各種變形或修改仍屬本專利的保護范圍。
權利要求
1.一種列車輪軌接觸力無線檢測裝置，其特征在于，由傳感器單元、時間數字轉換單元、數據采集單元、數據存儲單元、高速無線網絡傳輸模塊、數據處理與分析單元組成；傳感器單元主要由應變片根據不同的測試需要通過不同的組橋方式組成；時間數字轉換模塊主要是把與傳感器模擬信號相對應的時間信息轉化為數字信號；數據采集單元同時實現8路數字信號的采集；數據存儲單元對采集到的數據進行實時存儲；高速無線網絡傳輸模塊實現輪軌接觸力無線數據傳輸與處理；數據處理與分析軟件模塊用于對輪軌接觸力試驗數據的分析與處理。
2.根據權利要求I所述的列車輪軌接觸力無線檢測裝置，其特征在于，所述的傳感器模塊由應變片根據不同的測試需要通過不同的組橋方式組成。
3.根據權利要求I所述的列車輪軌接觸力無線檢測裝置，其特征在于所述的時間數字轉換模塊、信號采集與存儲模塊、高速無線網絡傳輸模塊被封裝在一個小盒子內，固定在輪對上。
4.根據權利要求I所述的列車輪軌接觸力無線檢測方法與裝置，其特征在于使用了高速無線網絡傳輸模塊進行采集系統的控制與數據的實時傳輸。
5.根據權利要求3所述的列車輪軌接觸力無線檢測方法與裝置，其特征在于，所述封裝小盒子可設置在下列部件之一上輻板，車軸。
全文摘要
本發明涉及一種列車輪軌接觸力無線檢測裝置，由傳感器單元、時間數字轉換單元、數據采集單元、數據存儲單元、高速無線網絡傳輸模塊、數據處理與分析軟件等組成；傳感器單元主要由應變片根據不同的測試需要通過不同的組橋方式組成；時間數字轉換模塊主要是把與傳感器模擬信號相對應的時間信息轉化為數字信號；數據采集單元同時實現8路數字信號的采集；數據存儲單元對采集到的數據進行實時存儲；高速無線網絡傳輸模塊實現輪軌接觸力無線數據傳輸與處理；數據處理與分析軟件模塊用于對輪軌接觸力試驗數據的分析與處理。
文檔編號G01L1/22GK102879134SQ20121036239
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月26日 優先權日2012年6月11日
發明者陳建政, 鄧霏, 張兵, 楊樊 申請人:西南交通大學