专利名称：钢轨检测方法、系统及检测终端的制作方法
技术领域：
本发明涉及铁路领域，尤其涉及钢轨检测方法、系统及检测终端。
背景技术：
为了保证钢轨的正常使用，常常需要对钢轨在纵向上承受的纵向力(纵向，即钢轨沿着线路延伸的长度方向)进行检测，该纵向力包括钢轨在温度作用下在纵向上承受的基本温度力，以及钢轨在外界附加力(例如制动、挠 曲等附加力)的作用下在纵向上承受的附加力。传统的对钢轨进行检测是采用电阻应变片，然而电阻应变片不抗腐蚀，长期置于外界环境中时较易受损，且容易受到电磁干扰，同时电阻应变片的零点漂移较为普遍，当工作人员需要通过该电阻应变片检测钢轨的纵向力时，必须先对其清零，从而无法进行长期检测，已经不常使用。目前，在对无缝线路固定区部分的钢轨进行检测时，一般采用基于单向应变检测技术的光纤光栅传感器，其克服了电阻应变片的缺点，适合长时间大规模使用。具体检测方法是，沿钢轨的纵向粘贴一基于单向应变检测技术的光纤光栅传感器，当钢轨在纵向上局部发生应变时，如上述外界附加力使得钢轨局部产生的应变，可以通过该传感器检测到。然而由于钢轨在纵向上受到扣件等的约束，使得钢轨在纵向上虽然承受了基本温度力，但该基本温度力在固定区部分的钢轨上相互平衡，因此该基本温度力在钢轨的纵向上不会产生温度应变，因而无法通过该检测方法检测到温度应变，进而无法获得钢轨纵向上承受的基本温度力。由于无法检测出钢轨纵向上的基本温度力，因此也无法根据钢轨的纵向基本温度力和纵向上承受的附加力得到钢轨的纵向力。
发明内容
本发明提供了钢轨检测方法、系统及检测终端，能够检测出钢轨的纵向力。为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的，钢轨检测方法，包括通过检测终端获取钢轨在温度作用下，与钢轨的纵向正交的方向上产生的温度应变；将所述与钢轨的纵向正交的方向上产生的温度应变，作为钢轨纵向的温度应变；并根据所述钢轨纵向的温度应变得到钢轨纵向上承受的基本温度力；通过所述检测终端获取钢轨在外界的附加力的作用下，钢轨在纵向上产生的附加应变；根据所述附加应变，得到该钢轨纵向上承受的所述附加力；根据钢轨纵向上承受的所述基本温度力和附加力，得到钢轨的纵向力。优选地，所述通过检测终端获取钢轨在温度作用下，与钢轨的纵向正交的方向上产生的温度应变，包括将所述检测终端沿钢轨的中性轴安装在钢轨的侧腰上；通过该检测终端获取钢轨在温度作用下，钢轨垂向上产生的所述温度应变，该垂向与纵向呈正交关系。优选地，所述通过检测终端获取钢轨在温度作用下，与钢轨的纵向正交的方向上产生的温度应变，包括将所述检测终端沿钢轨的中性轴安装在钢轨的底部；通过该检测终端获取钢轨在温度作用下，钢轨横向上产生的所述温度应变，该横向与纵向呈正交关系。 优选地，所述检测终端通过光纤光栅获取所述温度应变和附加应变。优选地，所述检测终端内设置有呈菱形分布的四个所述光纤光栅，且通过该四个光纤光栅构成的全桥正交形式，获取所述温度应变和附加应变；进一步地，所述菱形的其中一条对角线沿钢轨的所述中性轴分布；或者，所述检测终端内设置有呈十字形分布的两个所述光纤光栅，且分别通过该两个光纤光栅获取所述温度应变和附加应变；进一步地，其中一个所述光纤光栅沿钢轨的所述中性轴分布。优选地，所述根据所述钢轨纵向的温度应变得到钢轨纵向上承受的基本温度力，包括根据所述钢轨纵向的温度应变，以及钢轨纵向截面的面积，得到钢轨在纵向上承受的所述基本温度力。本发明还提供了检测终端，包括第一获取模块，用于获取钢轨在温度作用下，与钢轨的纵向正交的方向上产生的温度应变；第二获取模块，用于获取钢轨在外界的附加力的作用下，钢轨在纵向上产生的附加应变。优选地，所述第一获取模块包括垂向获取子模块，用于获取钢轨在温度作用下，钢轨垂向上产生的所述温度应变。优选地，所述第一获取模块包括横向获取子模块，用于获取钢轨在温度作用下，钢轨横向上产生的所述温度应变。本发明还提供了钢轨检测系统，包括检测终端和处理终端，所述检测终端，用于获取钢轨在温度作用下，与钢轨的纵向正交的方向上产生的温度应变；获取钢轨在外界的附加力的作用下，钢轨在纵向上产生的附加应变；所述处理终端，用于将所述与钢轨的纵向正交的方向上产生的温度应变，作为钢轨纵向的温度应变；并根据所述钢轨纵向的温度应变得到钢轨纵向上承受的基本温度力；根据所述附加应变，得到该钢轨纵向上承受的所述附加力；根据钢轨纵向上承受的所述基本温度力和附加力，得到钢轨的纵向力。
与现有技术相比，本发明提供的钢轨检测方法、系统及检测终端，通过检测终端检测出在温度作用下，与钢轨的纵向正交的方向上产生的温度应变，因为钢轨纵向上承受的基本温度力在钢轨纵向上不产生应变，而是转化为钢轨的内力，而钢轨内部每一点上的温度应变是相同的，进而可以根据该检测出的温度应变运算得到钢轨纵向上承受的基本温度力，再通过检测终端获取钢轨在外界的附加力的作用下，钢轨纵向上产生的应变，进而得到钢轨纵向上承受的附加力，再根据该基本温度力和附加力即可得到钢轨的纵向力。此外，通过本发明提供的钢轨检测方法、系统及检测终端，还能够达到以下积极效果I、通过将检测终端安装在钢轨的侧腰上，进而可以获取在温度作用下，钢轨在垂向上产生的温度应变，以及在外界的附加力的作用下，钢轨在纵向上产生的附加应变，这样就分别获取了钢轨在纵向和垂向上产生的应变，实现了双向应变检测；2、通过将检测终端安装在钢轨的底部，进而可以获取在温度作用下，钢轨在横向 上产生的温度应变，以及在外界的附加力的作用下，钢轨在纵向上产生的附加应变，这样就分别获取了钢轨在纵向和横向上产生的应变，实现了双向应变检测；3、由于该检测终端内设置有多个光纤光栅，并通过该光纤光栅获取温度应变和附加应变，区别于现有技术中采用电阻应变片对钢轨进行检测的方式，因为电阻应变片不抗腐蚀，长期置于外界环境中时较易受损，且容易受到电磁干扰，同时电阻应变片的零点漂移较为普遍，当工作人员需要通过该电阻应变平检测钢轨的纵向力时，必须先对其清零，从而无法进行长期检测。本发明中采用的光纤光栅，不易受到外界恶劣环境的干扰，从而可以实现对钢轨的长期检测。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I为本发明实施例一提供的一种钢轨检测方法的流程图；图2为本发明实施例二提供的另一种钢轨检测方法的流程图；图3为本发明实施例二中检测终端内的一种接线图；图4为本发明实施例二中检测终端内的另一种接线图；图5为本发明实施例三提供的一种检测终端的模块图；图6为本发明实施例四提供的另一种检测终端的模块图；图7为本发明实施例五提供的一种钢轨检测系统的模块图。
具体实施例方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一本发明实施例一提供了一种钢轨检测方法，参见图1，包括步骤SlOl :通过检测终端获取钢轨在温度作用下，与钢轨的纵向正交的方向上产生的温度应变；步骤S102 :将所述与钢轨的纵向正交的方向上产生的温度应变，作为钢轨纵向的温度应变；并根据所述钢轨纵向的温度应变得到钢轨纵向上承受的基本温度力；步骤S103 :通过所述检测终端获取钢轨在外界的附加力的作用下，钢轨在纵向上产生的附加应变；步骤S104 :根据所述纵向应变，得到该钢轨纵向上承受的所述附加力； 步骤S105 :根据钢轨纵向上承受的所述基本温度力和附加力，得到钢轨的纵向力。本发明实施例一提供的钢轨检测方法，通过检测终端检测出在温度作用下，与钢轨的纵向正交的方向上产生的温度应变，因为钢轨纵向上承受的基本温度力在钢轨纵向上不产生应变，而是转化为钢轨的内力，而钢轨内部每一点上的温度应变是相同的，进而可以根据该检测出的温度应变运算得到钢轨纵向上承受的基本温度力，再通过检测终端获取钢轨在外界的附加力的作用下，钢轨纵向上产生的应变，进而运算得到钢轨纵向上承受的附加力，再对该基本温度力和附加力进行处理得到钢轨的纵向力。这样，就可以测得钢轨纵向上承受的基本温度力，并进一步得到钢轨的纵向力。实施例二本发明实施例二中，以无缝线路上的固定区为例，提供了另一种钢轨检测方法，检测该固定区钢轨的纵向力。该方法中，优选地，检测终端为基于双向应变检测技术的光纤光栅传感器。参见图2，包括步骤201 :将检测终端沿钢轨的中性轴安装在钢轨的侧腰上；优选地,在本实施例中，检测终端内设置有纵向光纤光栅和垂向光纤光栅，纵向，即钢轨沿着线路延伸的长度方向；垂向，即垂直于地面的方向，也就是钢轨的高度方向；步骤202 :通过该检测终端内的垂向光纤光栅，获取钢轨在温度作用下，钢轨在垂向上产生的温度应变；本实施例中，该垂向与纵向呈正交关系；钢轨在垂向上没有受到扣件等的约束，呈自由状态，因而在温度作用下，由于热胀冷缩，钢轨在垂向上会产生温度应变；进一步地，步骤210和步骤202可替换为步骤201’和步骤202’ 步骤201’ 将检测终端沿钢轨的中性轴安装在钢轨的底部；步骤202’ 通过该检测终端内的横向光纤光栅，获取钢轨在温度作用下，钢轨在横向上产生的温度应变；具体地，本实施例中，横向，即钢轨的宽度方向；该横向与纵向呈正交关系；钢轨在横向上没有受到扣件等的约束，呈自由状态，因而在温度作用下，由于热胀冷缩，钢轨在横向上会产生温度应变；步骤203 :预先测出钢轨纵向截面的面积；本实施例中，步骤203可放置在步骤204之前的任意位置执行；
步骤204:将获取的温度应变，作为钢轨纵向的温度应变，并根据该钢轨纵向的温度应变，以及钢轨的纵向截面的面积，得到钢轨在纵向上承受的基本温度力；本实施例中，在温度作用下，钢轨在垂向和纵向上都承受了基本温度力，但力的大小不同；其中，无缝线路的固定区内，铺设的是一条较长的钢轨，两端受到扣件等的约束，因而在温度的作用下，该固定区内的钢轨虽然承受了基本温度力，但该基本温度力不会使得钢轨在纵向上产生应变，而是将该基本温度力转化为钢轨的内力；因为在温度的作用下，钢轨内的每一点上的应变是相同的，因而可以将测得的钢轨在垂向上产生的温度应变，作为钢轨纵向的温度应变，从而得到钢轨在纵向上承受的基本温度力；步骤205 :通过该检测终端内的纵向光纤光栅，获取钢轨在外界的附加力的作用下，钢轨在纵向上产生的附加应变；具体地，在本实施例中，外界的附加力，例如钢轨承受了制动、挠曲等纵向附加力 ，在该纵向附加力的作用下，钢轨在纵向上局部会产生附加应变；步骤206 :根据所述纵向应变，得到钢轨在纵向上承受的附加力；其中，步骤205和步骤206可放置在步骤201和步骤207之间的任意位置执行；步骤207 :根据钢轨纵向上承受的基本温度力和附加力，得到钢轨的纵向力。本实施例中，通过纵向光纤光栅和垂向光纤光栅获取钢轨在垂向上的温度应变和纵向上的附加应变，或者，通过纵向光纤光栅和横向光纤光栅获取钢轨在横向上的温度应变和纵向上的附加应变，进而通过获取的温度应变和附加应变得到钢轨的纵向力。优选地，在本实施例中，以呈正交关系的垂向和纵向为例，进一步说明检测终端测得钢轨的温度应变和附加应变的两种接线方案；方案一，参见图3，该检测终端内包括两个光纤光栅，即，光纤光栅I和光纤光栅2,且该两个光纤光栅正交布置，呈十字形分布，光纤光栅I分别通过两根引线连接输入端4和输出端5，光纤光栅2分别通过另外两根引线连接输入端4和输出端5 ;其中，输入端4用来输入光信号，输出端5用来输出该检测终端测得的钢轨在垂向上的温度应变和纵向上的附加应变；光纤光栅I构成了纵向光纤光栅，用来获取在外界的附加力的作用下，钢轨在纵向上的附加应变；光纤光栅2构成了垂向光纤光栅，用来获取在温度的作用下，钢轨在垂向上的温度应变；进一步地，当将检测终端安装在钢轨上时，两个光纤光栅中的一个光纤光栅沿钢轨的中性轴分布。方案二，参见图4，该检测终端内包括四个光纤光栅3，该四个光纤光栅3环绕成菱形分布，且在菱形的一角处分开较小的间距，形成两个端点，该两个端点分别通过引线连接输入端6和输出端7 ;输入端6用来输入光信号，输出端7用来输出该检测终端测得的钢轨在垂向上的温度应变和横向上的附加应变；该四个光纤光栅3组成了全桥正交形式，构成了纵向光纤光栅和垂向光纤光栅，可以测得钢轨在垂向和纵向上的应变，即，在外界的附加力的作用下，纵向方向上的附加应变，在温度的作用下，钢轨在垂向上的温度应变；进一步地，当将检测终端安装在钢轨上时，四个光纤光栅组成的菱形的其中一条对角线沿钢轨的中性轴分布。本实施例中，通过将检测终端安装在钢轨的侧腰上，进而可以获取在温度作用下，钢轨在垂向上产生的温度应变，以及在外界的附加力的作用下，钢轨在纵向上产生的附加应变，这样就获取了钢轨在垂向和纵向上产生的应变，实现了双向应变检测。或者，通过将检测终端安装在钢轨的底部，进而可以获取在温度作用下，钢轨在横向上产生的温度应变，以及在外界的附加力的作用下，钢轨在纵向上产生的附加应变，这样就获取了钢轨在横向和纵向上产生的应变，实现了双向应变检测。进一步地，本实施例中，采用光纤光栅传感器对钢轨进行检测，该传感器内部设置有多个光纤光栅，并通过该光纤光栅获取钢轨在正交方向上的温度应变和附加应变。区别于现有技术中采用电阻应变片对钢轨进行检测的方式，因为电阻应变片不抗腐蚀，长期置于外界环境中时较易受损，且容易受到电磁干扰，同时电阻应变片的零点漂移较为普遍，当工作人员需要通过该电阻应变平检测钢轨的纵向力时，必须先对其清零，从而无法进行长 期检测。本发明实施例中采用的光纤光栅，不易受到外界恶劣环境的干扰，从而可以实现对钢轨的长期检测。实施例三针对实施例一，本发明实施例三提供了一种检测终端，参见图5，包括第一获取模块51，用于获取钢轨在温度作用下，与钢轨的纵向正交的方向上产生的温度应变；第二获取模块52，用于获取钢轨在外界的附加力的作用下，钢轨在纵向上产生的附加应变。实施例四针对实施例二，本发明提供了另一种检测终端，优选地，在本实施例中，该检测终端为基于双向应变检测技术的光纤光栅传感器。参见图6，该检测终端包括电源模块61,第一获取模块63,第二获取模块64 ；电源模块61，用于在检测终端工作时为其提供电源；第一获取模块62，在检测终端安装在钢轨的腰上时，该第一获取模块62具体为垂向光纤光栅，用于获取钢轨在温度作用下，钢轨在垂向上产生的温度应变；在检测终端安装在钢轨的底部时，该第一获取模块62具体为横向光纤光栅,用于获取钢轨在温度作用下，钢轨在横向上产生的温度应变；第二获取模块63，具体为纵向光纤光栅，用于获取钢轨在外界的附加力的作用下，钢轨在纵向上产生的附加应变。本实施例中的基于双向应变检测技术的光纤光栅传感器，其体积小，易于安装在钢轨上。实施例五针对实施例二，本发明实施例五提供了一种钢轨检测系统，包括上述检测终端。参见图7，该检测系统具体包括检测终端71、处理终端72 ；检测终端71，包括电源模块711，第一获取模块712，第二获取模块713 ；优选地，在本实施例中，该检测终端71为基于双向应变检测技术的光纤光栅传感器；
电源模块711，用于在检测终端71工作时为其提供电源；第一获取模块712，在检测终端71安装在钢轨的腰上时，该第一获取模块712具体为垂向光纤光栅，用于获取钢轨在温度作用下，钢轨在垂向上产生的温度应变；在检测终端71安装在钢轨的底部时，该第一获取模块712具体为横向光纤光栅，用于获取钢轨在温度作用下，钢轨在横向上产生的温度应变；第二获取模块713，具体为纵向光纤光栅，用于获取钢轨在外界的附加力的作用下，钢轨在纵向上产生的附加应变；处理终端72，包括基本温度力处理模块721，附加力处理模块722，纵向力处理模块 723 ；基本温度力处理模块721，用于将获取的温度应变，作为钢轨纵向的温度应变，并根据所述钢轨纵向的温度应变，以及钢轨的纵向截面的面积，得到钢轨在纵向上承受的基 本温度力；附加力处理模块722，用于根据获取的附加应变，得到钢轨在纵向上承受的附加力；纵向力处理模块723，用于根据钢轨在纵向上承受的基本温度力和附加力，得到钢轨的纵向力。本领域普通技术人员可以理解实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一运算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括R0M、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。最后应说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
权利要求
1.钢轨检测方法，其特征在于，包括 通过检测终端获取钢轨在温度作用下，与钢轨的纵向正交的方向上产生的温度应变；将所述与钢轨的纵向正交的方向上产生的温度应变，作为钢轨纵向的温度应变；并根据所述钢轨纵向的温度应变得到钢轨纵向上承受的基本温度力； 通过所述检测终端获取钢轨在外界的附加力的作用下，钢轨在纵向上产生的附加应变； 根据所述附加应变，得到该钢轨纵向上承受的所述附加力； 根据钢轨纵向上承受的所述基本温度力和附加力，得到钢轨的纵向力。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述通过检测终端获取钢轨在温度作用下，与钢轨的纵向正交的方向上产生的温度应变，包括 将所述检测终端沿钢轨的中性轴安装在钢轨的侧腰上； 通过该检测终端获取钢轨在温度作用下，钢轨垂向上产生的所述温度应变，该垂向与纵向呈正交关系。
3.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述通过检测终端获取钢轨在温度作用下，与钢轨的纵向正交的方向上产生的温度应变，包括 将所述检测终端沿钢轨的中性轴安装在钢轨的底部； 通过该检测终端获取钢轨在温度作用下，钢轨横向上产生的所述温度应变，该横向与纵向呈正交关系。
4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述检测终端通过光纤光栅获取所述温度应变和附加应变。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于， 所述检测终端内设置有呈菱形分布的四个所述光纤光栅，且通过该四个光纤光栅构成的全桥正交形式，获取所述温度应变和附加应变；进一步地，所述菱形的其中一条对角线沿钢轨的所述中性轴分布； 或者， 所述检测终端内设置有呈十字形分布的两个所述光纤光栅，且分别通过该两个光纤光栅获取所述温度应变和附加应变；进一步地，其中一个所述光纤光栅沿钢轨的所述中性轴分布。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述钢轨纵向的温度应变得到钢轨纵向上承受的基本温度力，包括 根据所述钢轨纵向的温度应变，以及钢轨纵向截面的面积，得到钢轨在纵向上承受的所述基本温度力。
7.检测终端，其特征在于，包括 第一获取模块，用于获取钢轨在温度作用下，与钢轨的纵向正交的方向上产生的温度应变； 第二获取模块，用于获取钢轨在外界的附加力的作用下，钢轨在纵向上产生的附加应变。
8.如权利要求7所述的检测终端，其特征在于，所述第一获取模块包括 垂向获取子模块，用于获取钢轨在温度作用下，钢轨垂向上产生的所述温度应变。
9.如权利要求7所述的检测终端，其特征在于，所述第一获取模块包括 横向获取子模块，用于获取钢轨在温度作用下，钢轨横向上产生的所述温度应变。
10.钢轨检测系统，其特征在于，包括检测终端和处理终端， 所述检测终端，用于获取钢轨在温度作用下，与钢轨的纵向正交的方向上产生的温度应变； 获取钢轨在外界的附加力的作用下，钢轨在纵向上产生的附加应变； 所述处理终端，用于将所述与钢轨的纵向正交的方向上产生的温度应变，作为钢轨纵向的温度应变；并根据所述钢轨纵向的温度应变得到钢轨纵向上承受的基本温度力； 根据所述附加应变，得到该钢轨纵向上承受的所述附加力； 根据钢轨纵向上承受的所述基本温度力和附加力，得到钢轨的纵向力。
全文摘要
本发明涉及铁路领域，具体为钢轨检测方法、系统及检测终端，能够检测出钢轨的纵向力。钢轨检测方法，包括通过检测终端获取钢轨在温度作用下，与钢轨的纵向正交的方向上产生的温度应变；将所述与钢轨的纵向正交的方向上产生的温度应变，作为钢轨纵向的温度应变；并根据所述钢轨纵向的温度应变得到钢轨纵向上承受的基本温度力；通过所述检测终端获取钢轨在外界的附加力的作用下，钢轨在纵向上产生的附加应变；根据所述附加应变，得到该钢轨纵向上承受的所述附加力；根据钢轨纵向上承受的所述基本温度力和附加力，得到钢轨的纵向力。
文档编号E01B35/12GK102733272SQ201210173479
公开日2012年10月17日 申请日期2012年5月30日 优先权日2012年5月30日
发明者徐井芒, 王平, 王顶溯, 肖杰灵, 陈嵘, 魏贤奎 申请人:西南交通大学