阅读说明：本技术 铁轨断裂检测装置及检测方法 (Rail fracture detection device and detection method ) 是由 贾幼尧 叶卫春 蒋宇新 羊鸣 李伟 于 2019-10-11 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种铁轨断裂检测装置及检测方法,包括单片机,无线通信模块,铜箔回路,铜箔回路检测电路、设于控制中心的服务器、自检电路和喇叭；单片机分别与无线通信模块、铜箔回路检测电路和喇叭电连接,铜箔回路检测电路与铜箔回路电连接,无线通信模块与服务器无线连接；自检电路分别与铜箔回路和铜箔回路检测电路电连接；本发明具有结构简单、安装方便、成本低、便于维修的特点。(The invention discloses a rail fracture detection device and a rail fracture detection method, wherein the rail fracture detection device comprises a single chip microcomputer, a wireless communication module, a copper foil loop detection circuit, a server arranged in a control center, a self-checking circuit and a loudspeaker; the single chip microcomputer is respectively electrically connected with the wireless communication module, the copper foil loop detection circuit and the loudspeaker, the copper foil loop detection circuit is electrically connected with the copper foil loop, and the wireless communication module is wirelessly connected with the server; the self-checking circuit is electrically connected with the copper foil loop and the copper foil loop detection circuit respectively; the invention has the characteristics of simple structure, convenient installation, low cost and convenient maintenance.)

铁轨断裂检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及铁轨检测技术领域，尤其是涉及一种结构简单、安装方便、成本低、便于维修的铁轨断裂检测装置及检测方法。

背景技术

在铁路运输系统中，钢轨起着支撑列车和引导车辆车轮前进的作用。如果出现钢轨断裂，将会引起列车出轨、倾覆等重大行车安全事故，造成人员和财产的损失，因此保证铁路的运营安全性钢轨伤损检测非常重要。

当前，主要的钢轨检测方式有周期性探伤检测和实时断轨监测。周期性钢轨探伤检测包括：人工手推探伤车检测、大型钢轨探伤车、基于漏磁信号探伤、涡流探伤、激光超声探伤、图像识别处理检测等；实时断轨监测技术包括轨道电路实时断轨检测技术、牵引回流实时断轨检测技术、光纤实时断轨检测技术和超声波实时断轨监测技术等。

周期性检测技术是定期对钢轨进行检测，国内外都针对不同轨道、不同检测设备制定了检测周期和检测作业标准。总体上说，周期性检测设备精确度高，能及时发现钢轨早期裂纹，可避免发生重大交通事故；但是它需要占用较多天窗时间。

牵引回流实时断轨监测技术，在道岔、护轨等轨道电路复杂的地方难以实现。

准轨道电路实时断轨监测技术在应用时，轨道电路本身受道床参数情况影响较大，在道床泄漏阻抗小和一些雨水充沛的地区经常会发生轨间短路、红光带误报等故障情况。存在增加电气化区段回流系统复杂程度、电气绝缘轨道电路结构复杂、造价昂贵和维修困难等问题。

光纤实时断轨监测技术，如果遇到过大的外力或弯曲容易折断；遇到障碍物时，例如钢轨接头、平交道口、道岔等，需要将光纤剪断，并采用短的桥接器绕过复杂的部分，安装十分复杂。

超声波实时断轨监测技术，火车通过时剧烈的连续噪声会影响其探测有效信号信息。并且传感器体积较大，在道岔、尖轨上也难以安装。

发明内容

本发明的发明目的是为了克服现有技术中的实时断轨监测方法结构复杂、造价昂贵、维修困难，在道岔、护轨难以安装的不足，提供了一种结构简单、安装方便、成本低、便于维修的铁轨断裂检测装置及检测方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种铁轨断裂检测装置，包括单片机，无线通信模块，铜箔回路，铜箔回路检测电路、设于控制中心的服务器、切换电路和喇叭；单片机分别与无线通信模块、铜箔回路检测电路和喇叭电连接，铜箔回路检测电路与铜箔回路电连接，无线通信模块与服务器无线连接；切换电路分别与铜箔回路和铜箔回路检测电路电连接；

铜箔回路包括两条条形铜箔，两条条形铜箔分别位于一条铁轨的内侧面和外侧面中部，两条条形铜箔均沿铁轨的长度方向延伸，两条条形铜箔一端穿过铁轨下部之后相互连接；两条条形铜箔与铁轨之间均设有绝缘层，贴在所述条形铜箔外表面上的胶带将绝缘层和铜箔与铁轨固定。

实时断轨检测技术能对钢轨进行实时监测，能第一时间发现断轨的存在，从而及时对列车发出警告，避免灾难的发生，因此，该技术越来越受到人们重视。本发明属于实时断轨检测技术范围，本发明采用特制胶带3M^TMVHB^TM胶带4920，将铜箔跟铁轨粘合在一起，使它们能够一起发生形变，且中间层为绝缘性能的特制胶带；当铁轨变化断裂或裂纹，铜箔之类材料导电阻抗性能就会变化。

本发明比应力片、光纤、轨道电路、超声波等传感器成本较低，降低了施工难度，适合安装在铁轨的各种位置。

作为优选，切换电路包括继电器K1、继电器K2、二极管D1、二极管D2、三极管Q1、三极管Q2、电阻R1、电阻R2、电阻R5、电阻R6、电阻R7和电阻R8；

继电器K1的第2管脚和第5管脚分别与二极管D1的正极和负极电连接，二极管D1的正极与三极管Q1的集电极电连接，三极管Q1的基极分别与电阻R6和电阻R5一端电连接，电阻R6另一端和三极管Q1的发射极均接地；电阻R5另一端与单片机的GPIO-JDQ1管脚连接。

作为优选，继电器K1的第3引脚与继电器K2的第1引脚电连接，继电器K2的第2引脚和第5引脚分别与二极管D2的正极和负极电连接，二极管D2的正极和三极管Q2的集电极电连接，三极管Q2的基极分别与电阻R7和电阻R8的一端电连接，电阻R7另一端和三极管Q2的发射极均接地，电阻R8的另一端与单片机的GPIO-JDQ2电连接，继电器K2的第4引脚与电阻R1一端电连接，电阻R1另一端分别与电阻R2一端和接口J1电连接，电阻R2另一端接地；接口J1与两条条形铜箔另一端电连接。

作为优选，铜箔回路检测电路包括电阻R3、电阻R4、滑动变阻器RV1、电容C2和放大器LM2904；电阻R3一端与电阻R1电连接，接口J1与继电器K1的管脚4电连接，电阻R3另一端分别与电阻R4一端、滑动变阻器一端、电容C2一端和放大器U1A的同相输入端电连接，电阻R4另一端、滑动变阻器另一端和中间抽头、电容C2另一端均接地，放大器的输出端与AD-BAT检测接口电连接。

作为优选，单片机的型号为STM32L433CCT6。

一种铁轨断裂检测装置的检测方法，包括如下步骤：

单片机利用引脚GPIO_JDQ1和GPIO_JDQ2控制继电器开关K1切换到13端、K2切换到14端，延时2s后，单片机的ADC引脚采集AD-BAT检测接口的电压值；

当AD-BAT检测接口的电压值≤2V，自检合格；否则，单片机通过喇叭提示用户做好检修；

单片机通过引脚GPIO_JDQ1、GPIO_JDQ2电平控制继电器K1切换到14端、K2切换到13端，延时2s后，单片机的ADC引脚采集AD-BAT检测接口的电压值；

当AD-BAT检测接口的电压值＞2V，表明铜箔回路正常，铁轨没有断裂；

当AD-BAT检测接口的电压值≤2V，表明铜箔回路异常，铁轨可能断裂，单片机通过喇叭提示用户尽快做好检修；单片机通过无线网络通信模块将铁轨可能断裂的异常信息发给服务器。

因此，本发明具有如下有益效果：结构简单、安装方便、成本低、便于维修，适合安装在铁轨的各种位置。

附图说明

图1是本发明的一种原理框图；

图2是本发明的铜箔回路、铜箔回路检测电路和切换电路的一种电路图。

图中：单片机1、无线通信模块2、铜箔回路3、铜箔回路检测电路4、服务器5、切换电路6、喇叭7、条形铜箔31。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。

如图1、图2所示的实施例是一种铁轨断裂检测装置，包括单片机1，无线通信模块2，铜箔回路3，铜箔回路检测电路4、设于控制中心的服务器5、切换电路6和喇叭7；单片机分别与无线通信模块、铜箔回路检测电路和喇叭电连接，铜箔回路检测电路与铜箔回路电连接，无线通信模块与服务器无线连接；切换电路分别与铜箔回路和铜箔回路检测电路电连接；

铜箔回路包括两条条形铜箔31，两条条形铜箔分别位于一条铁轨的内侧面和外侧面中部，两条条形铜箔均沿铁轨的长度方向延伸，两条条形铜箔一端穿过铁轨下部之后相互连接；两条条形铜箔与铁轨之间均设有绝缘层，贴在所述条形铜箔外表面上的胶带将绝缘层和铜箔与铁轨固定。

切换电路包括继电器K1、继电器K2、二极管D1、二极管D2、三极管Q1、三极管Q2、电阻R1、电阻R2、电阻R5、电阻R6、电阻R7和电阻R8；

继电器K1的第2管脚和第5管脚分别与二极管D1的正极和负极电连接，二极管D1的正极与三极管Q1的集电极电连接，三极管Q1的基极分别与电阻R6和电阻R5一端电连接，电阻R6另一端和三极管Q1的发射极均接地；电阻R5另一端与单片机的GPIO-JDQ1管脚连接。

继电器K1的第3引脚与继电器K2的第1引脚电连接，继电器K2的第2引脚和第5引脚分别与二极管D2的正极和负极电连接，二极管D2的正极和三极管Q2的集电极电连接，三极管Q2的基极分别与电阻R7和电阻R8的一端电连接，电阻R7另一端和三极管Q2的发射极均接地，电阻R8的另一端与单片机的GPIO-JDQ2电连接，继电器K2的第4引脚与电阻R1一端电连接，电阻R1另一端分别与电阻R2一端和接口J1电连接，电阻R2另一端接地；接口J1与两条条形铜箔另一端电连接。

铜箔回路检测电路包括电阻R3、电阻R4、滑动变阻器RV1、电容C2和放大器LM2904；电阻R3一端与电阻R1电连接，接口J1与继电器K1的管脚4电连接，电阻R3另一端分别与电阻R4一端、滑动变阻器一端、电容C2一端和放大器U1A的同相输入端电连接，电阻R4另一端、滑动变阻器另一端和中间抽头、电容C2另一端均接地，放大器的输出端与AD-BAT检测接口电连接。单片机的型号为STM32L433CCT6。

一种铁轨断裂检测装置的检测方法，包括如下步骤：

单片机利用引脚GPIO_JDQ1和GPIO_JDQ2控制继电器开关K1切换到13端、K2切换到14端，延时2s后，单片机的ADC引脚采集AD-BAT检测接口的电压值；

当AD-BAT检测接口的电压值≤2V，自检合格；否则，单片机通过喇叭提示用户做好检修；

单片机通过引脚GPIO_JDQ1、GPIO_JDQ2电平控制继电器K1切换到14端、K2切换到13端，延时2s后，单片机的ADC引脚采集AD-BAT检测接口的电压值；

当AD-BAT检测接口的电压值＞2V，表明铜箔回路正常，铁轨没有断裂；

当AD-BAT检测接口的电压值≤2V，表明铜箔回路异常，铁轨可能断裂，单片机通过喇叭提示用户尽快做好检修；单片机通过无线网络通信模块将铁轨可能断裂的异常信息发给服务器。

经过试验，发现8mm宽的铜箔的断口宽度约1.5mm时，铁轨断裂；13mm宽的铜箔断口宽度约2.5mm时，铁轨断裂；18mm宽的铜箔断口宽度约3.4mm时，铁轨断裂。

应理解，本实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。