鋼軌溫度應力監測裝置制造方法及圖紙

本實用新型專利技術公開了一種鋼軌溫度應力監測裝置，包括傳感器模塊、信號處理和傳輸模塊、發射模塊和接收裝置；傳感器模塊輸出一個電壓信號，信號處理和傳輸模塊接收到傳感器模塊輸出的電壓信號后，對電壓信號進行放大及處理，并存儲電壓信號數據，再通過發射模塊發射給接收裝置，所述傳感器模塊包括鋼塊和設置在鋼塊上的全橋式應變片傳感器。本實用新型專利技術能長時間、多點監測運用中的鐵道鋼軌溫度應力變化狀況的監測裝置，并可以自動化運行，及時判斷鋼軌溫度應力的突變情況，鋼塊的這種設計，可以彌補用膠粘貼鋼塊帶來的應變損失，確保應變傳遞準確度；全橋式的應變片，反應靈敏度高；ZigBee傳輸無線傳輸模式，傳輸距離遠，單個中繼站可覆蓋多個監測裝置。（*該技術在2021年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種鐵道鋼軌溫度應力的監測裝置。
技術介紹
目前普遍采用的連續鐵路鋼軌的鋼軌斷面是相互連接的，鋼軌中的應力受周圍環境溫度的影響較大。普通碳鋼、鉻鋼的線膨脹系數α ！都在10 14X10_6(1/°C )范圍，對棒狀結構的物體，當兩端固定時，溫度變化ΔΤ時產生的熱應力為σ = - α jE Δ T其中，E為材料的彈性模量，普通鋼材E = 206GPa,當鋼軌在野外承受-30至70攝氏度范圍的溫度作用時，其最大熱應力Omax可能達到0max = 283MPa。在常溫下鋪設的鋼軌，產生的應力范圍為士 142Mpa，普通碳鋼的屈服點ο s—般大于220MPa，鋼軌完全能承受野外的溫度應力而不至于被破壞。當鋼軌溫度與安裝鋼軌時的溫度存在差異時，由于鋼軌的熱脹冷縮系數不等于路基的熱脹冷縮系數，從而在鐵軌內部產生縱向拉伸或壓縮應力。隨著溫差的增大，極易造成鋼軌的彎曲甚至斷裂。傳統的鋼軌電路法可以利用鋼軌電路的通斷來輕易的監測到整體斷裂故障，但對于彎曲故障及部分斷裂，傳統的鋼軌電路法無法實現監測，而彎曲故障又是車輛出軌的主要原因，其危害遠大于鋼軌斷裂故障，因此需要一種監測裝置或系統來實現對鋼軌中的應力進行監測，并對鋼軌是否處于安全范圍做出判斷。現有監測技術都存在各自的缺點，如安裝拆卸復雜，且可能會影響到鐵道的運行， 不能對應力進行隨時的監測；不用頻繁拆卸的方案，又會對鋼軌造成破壞，且所得的數據精度不高等問題。
技術實現思路
本技術克服了現有技術的不足，提供一種能長時間、多點監測運用中的鐵道鋼軌溫度應力變化狀況的鋼軌監測裝置，并可以自動化運行，及時判斷鋼軌溫度應力的突變情況。為解決上述的技術問題，本技術采用以下技術方案一種鋼軌溫度應力監測裝置，包括傳感器模塊、信號處理和傳輸模塊、發射模塊、 接收裝置，輸出電壓信號的傳感器模塊，接收和處理電壓信號的信號處理和傳輸模塊，信號處理和傳輸模塊通過發射模塊與接收裝置通信，即傳感器模塊輸出一個電壓信號，信號處理和傳輸模塊接收到傳感器模塊輸出的電壓信號后，對電壓信號進行放大及處理，并存儲電壓信號數據，再通過發射模塊發射給接收裝置，所述傳感器模塊包括鋼塊和設置在鋼塊上的應變片傳感器，所述應變片傳感器為全橋式應變片傳感器。為了更好地實現本技術，下面做出進一步技術改進作為優選，所述鋼塊的形狀為“工”字形，鋼塊中部的厚度比上部和下部薄，所述鋼塊中部的寬度比上部和下部窄。作為優選，所述全橋式應變片傳感器為一塊，設置在鋼塊的一平面上。作為優選，所述全橋式應變片為兩塊，設置在鋼塊的兩面上。作為優選，所述傳感器模塊和信號處理和傳輸模塊封裝在一個機盒中。作為優選，所述傳感器模塊還包括溫度傳感器。作為優選，所述信號處理和傳輸模塊內設置有運放芯片和單片機芯片。作為優選，所述發射模塊采用無線傳輸模塊，可用ZigBee無線傳輸模塊。作為優選，所述信號接收裝置為手持接受器或者中繼站接收器。本技術的鋼軌監測裝置還可以為以下技術方案作為優選，還包括電池以及電池監測芯片。與現有技術相比，本技術的有益效果是本技術技術方案中，鋼塊中部的厚度比上部和下部薄，中部的寬度比上部和下部窄，即鋼塊采用中部稍薄稍窄的設計，減少了因粘結膠彈性模量小于鋼塊彈性模量所造成的鋼塊應變損失，確保全橋式應變片獲取的應變信號與鋼軌應變一致，無線傳輸模塊可采用ZigBee無線傳輸，傳輸距離遠，單個中繼站可覆蓋多個鋼軌溫度應力監測裝置。本技術能長時間、多點監測運用中的鐵道鋼軌溫度應力變化狀況，并可以自動化運行，及時判斷鋼軌溫度應力的突變情況。附圖說明圖1為本技術實施例--鋼塊結構示意圖；圖2為本技術實施例--全橋式應變片原理示意圖；圖3為本技術實施例--全橋式應變片模型示意圖；圖4為本技術實施例--鋼塊在鋼軌上粘貼示意圖；圖5為本技術實施例二二鋼塊和全橋式應變片粘貼示意圖。其中，附圖中的附圖標記所對應的名稱為1-鋼軌，2-鋼塊，3-全橋式應變片傳感器。具體實施方式以下結合附圖對本技術實施例作進一步地詳細說明，但本技術的實施方式不限于此。實施例一如圖1、圖2、圖3和圖4所示，一種鋼軌溫度應力監測裝置，包括傳感器模塊、信號處理和傳輸模塊、發射模塊、接收裝置，傳感器模塊包括鋼塊2和設置在鋼塊2上的全橋式應變片傳感器3，鋼塊2中部的厚度比邊上部和下部薄，鋼塊2中部的寬度比上部和下部窄， 鋼塊2的形狀為“工”字形。全橋式應變片傳感器3為一塊時，上述鋼塊2中部的背面經過切削后，使之變薄，上述鋼塊2的正面為一個平面，全橋式應變片傳感器3設置在該平面上。上述傳感器模塊和信號處理和傳輸模塊封裝在一個機盒中，上述傳感器模塊還包括溫度傳感器，上述信號處理和傳輸模塊內設置有運放芯片和單片機芯片，上述發射模塊采用ZigBee無線傳輸模塊。上述信號接收裝置為手持接受器或者中繼站接收器，本裝置還包括電池監測芯片。上述部件的工作原理是，傳感器模塊測得溫度應力變化導致鋼軌的微弱形變而輸出一個相應的電壓信號，信號處理和傳輸模塊接收到傳感器模塊輸出的電壓信號后，對電壓信號進行放大及處理，存儲信號數據，再通過發射模塊定時無線傳輸給中繼站。上述的傳感器模塊是在鋼塊2上粘貼有全橋式應變片傳感器3，考慮到溫度應力變化導致的鋼塊2的微小變形，并導致應變測量精度的下降，鋼塊的設計采用中間稍薄稍窄的設計，如附圖1所示。應變片選用反應靈敏度高的全橋式應變片傳感器3，如附圖2所示。由于金屬在發生機械變形(伸長或縮短)時其電阻會發生變化，對一長為L、截面積S、 電阻系數P的金屬絲，其電阻R R= ρ L/S當其伸長或縮短時，長度L、截面積S和電阻系數P均會發生變化，當電阻變化量為Δ R，則應變ε為ε = ( Δ R/R) /KK為電阻應變片的靈敏系數。沿鋼軌1延伸方向粘貼的全橋式應變片傳感器3的兩組應變片，每組兩塊，分別垂直和平行鋼軌方向，即一個全橋式應變片傳感器3包括四塊應變片，如圖3所示。當鋼軌溫度變化時，鋼軌1材料視為各向同性，使R/R2 = R3/R4，因軌枕會對鋼軌1的伸長產生阻力即形成鋼軌1的軌向應力σ，該應力會使鋼軌1沿鋼軌1延伸的方向產生應變ε = σ/Ε， “工”字形鋼塊2中間部分產生同樣的應變ε 當全橋式應變片輸入電壓為Vtl時，則橋壓Vi為Vi = [R1/ (R^R2) -R3/ (R3+R4) ] V0當鋼塊2受載荷作用時，通過測量橋壓Vi的變化AVi則可確定R的電阻值發生的變化AR，則測得鋼塊2應變ε，根據應力應變關系可得其應力σ為ε = Δ ViR2 (R3+R4) / (V0 R4)σ = E ε上述鋼塊2用膠粘貼在鋼軌1上，中部切削的一面面向鋼軌1。平行于鋼軌1方向的溫度應力變化導致鋼塊2微小的變形，全橋式應變片傳感器3能反應鋼塊2的應變量，鋼塊2上粘貼的溫度傳感器，監測環境溫度，可有效的校驗鋼軌1內部溫度應力的變化。上述信號處理和發射模塊，采用高精度低噪聲低功耗運放芯片放大傳感器模塊輸出的電壓信號；所述信號處理和發射模塊采用低功耗的單片機芯片采集運放輸出的電壓信號，存儲信號數據。為了節能，電源能保持更長的使用時間，每隔一較短的時間電源開始工作，單片機芯片采集數據并存儲。每間隔一較長的時本文檔來自技高網...

【技術保護點】
１．一種鋼軌溫度應力監測裝置，包括傳感器模塊、信號處理和傳輸模塊、發射模塊、接收裝置；輸出電壓信號的傳感器模塊，接收和處理電壓信號的信號處理和傳輸模塊，信號處理和傳輸模塊通過發射模塊與接收裝置通信，其特征在于：所述傳感器模塊包括鋼塊（２）和設置在鋼塊（２）上的應變片傳感器，所述應變片傳感器為全橋式應變片傳感器（３）。

【技術特征摘要】
1.一種鋼軌溫度應力監測裝置，包括傳感器模塊、信號處理和傳輸模塊、發射模塊、接收裝置；輸出電壓信號的傳感器模塊，接收和處理電壓信號的信號處理和傳輸模塊，信號處理和傳輸模塊通過發射模塊與接收裝置通信，其特征在于所述傳感器模塊包括鋼塊(2) 和設置在鋼塊(2)上的應變片傳感器，所述應變片傳感器為全橋式應變片傳感器(3)。2.根據權利要求1所述的鋼軌溫度應力監測裝置，其特征在于所述鋼塊(2)的形狀為“工”字形，鋼塊(2)中部的厚度比上部和下部薄，所述鋼塊(2)中部的寬度比上部和下部窄。3.根據權利要求2所述的鋼軌溫度應力監測裝置，其特征在于所述全橋式應變片傳感器⑶為一塊。4.根據權利要求2所述的鋼軌溫度應力監測裝置，其特征在...

【專利技術屬性】
技術研發人員：丁杰雄，
申請(專利權)人：丁杰雄，
類型：實用新型
國別省市：90