一种可定位道岔疲劳裂纹的监测方法及其系统装置
阅读说明：本技术 一种可定位道岔疲劳裂纹的监测方法及其系统装置 (Monitoring method capable of positioning fatigue crack of turnout and system device thereof ) 是由 林俊明 黄凤英 毛昆朋 高东海 沈淮 于 2021-07-27 设计创作，主要内容包括：本发明一种可定位道岔疲劳裂纹的监测方法及其系统装置,用于铁路交通轨道或道岔等的钢轨(1)的裂纹损伤在役监测,通过无线传输电连接于中心处理计算机(2),监测装置包括在钢轨表面涂覆带有沿着轨道纵向方向延伸的若干条导电金属线(13)、电联接于各导电金属线(13)之间阵列分布排列的若干相同电阻值的电阻器(14)、以及检测控制器(3),其特征在于检测控制器(3)包括电源(31)、感应开关(32)、PLC编程控制器(33)、模拟开关(34)、电阻测量仪(35)和数据存储器(36)；其中,PLC编码控制器(33)和模拟开关(34)控制电阻测量仪(35)检测接点与导电金属线(13)节点的接通和断开,切换形成不同的电阻测量电回路。本发明通过分析计算电阻值的变化,实现判定裂纹的具体位置,在粗略检测判定一长段道岔等的钢轨是否存在裂纹缺陷的基础上,实现进一步精确裂纹的具体位置。(The invention relates to a monitoring method capable of positioning fatigue cracks of a turnout and a system device thereof, which are used for in-service monitoring of crack damage of a steel rail (1) of a railway traffic track or the turnout and the like and are electrically connected with a central processing computer (2) through wireless transmission, wherein the monitoring device comprises a plurality of conductive metal wires (13) which are coated on the surface of the steel rail and extend along the longitudinal direction of the track, a plurality of resistors (14) which are electrically connected among the conductive metal wires (13) and have the same resistance value and are distributed in an array manner, and a detection controller (3), and is characterized in that the detection controller (3) comprises a power supply (31), an inductive switch (32), a PLC (33), an analog switch (34), a resistance measuring instrument (35) and a data memory (36); the PLC (33) and the analog switch (34) control the connection and disconnection of the detection contact of the resistance measuring instrument (35) and the node of the conductive metal wire (13), and different resistance measuring circuit loops are formed by switching. The method realizes the judgment of the specific position of the crack by analyzing and calculating the change of the resistance value, and realizes the further accurate specific position of the crack on the basis of roughly detecting and judging whether the steel rail of a long section of turnout and the like has crack defects.)
技术领域
本发明涉及无损检测技术领域，具体涉及在线监测铁路道岔等的表面裂纹的长期监视检测技术，特别是涉及一种可定位道岔疲劳裂纹的监测方法及其系统装置。
背景技术
适用于在役铁路轨道等的长期监测装置，如中国发明公开专利CN113030189A一种兼具防腐和监测功能的轨道表面工艺及其检测方法，可用于铁路交通、特别是道岔疲劳裂纹的长期在役监测。然而该方法只对一长条路轨道岔是否产生裂纹的一个判定，而无法就具体裂纹位置进行定位，对铁路轨道而言，一长段道岔长度从一般从10多米到百多米，如有报警，寻找裂纹所在位置并不容易。而且大多数裂纹属于细微，很可能只有在车辆经过的情况下，才可能被检测出来，目测裂纹也是相当的困难，仅仅粗略的判定了裂纹的出现，还远远不够，非常有必要进一步精确的定位裂纹的具体位置，甚至判定裂纹大小形状。
针对以上缺点问题，本发明采用如下技术方案。
发明内容
本发明的目的提供一种可定位道岔疲劳裂纹的监测方法及其系统装置，公开的技术方案如下：
一种可定位道岔疲劳裂纹的监测方法，用于铁路交通轨道或道岔等的钢轨的裂纹损伤的长期在役监测，其特征于在钢轨表面涂覆带有沿着轨道纵向方向延伸的多条导电金属线、以及各导电金属线之间电联接的阵列分布排列若干相同电阻值的电阻器，具体方法步骤如下：
a. 形成导电回路：选择其中的两条导电金属线形成导电回路；
b. 检测电阻值：检测a步骤中的导电回路中的电阻总值；
c. 计算分析电阻值：由b步骤中检测所得电阻值，通过多个电阻并联电阻值计算公式总电阻值R0=R/n（n个相同阻值（阻值=R）的电阻并联），当电阻值大于总电阻值R0的阈值时，通过电阻值的大小反推算出实际电联接的电阻器个数，确定导电金属线断开的位置。
以阻值R =10K的电阻、道岔总长度为10M，每间隔1米放置1个电阻为例，即总共放置电阻个数n =10个。 当10个10K电阻等间距阵列排列并联于导电金属线A1和A2时，测量回路中的电阻值为1KΩ，则系统显示正常，道岔并无裂纹。当中间金属线断开，只有5个10KΩ电阻并联时，测量电阻值约为2KΩ。以此判断裂纹处于道岔的中间5M处。检测计算时，由于导电金属线的电阻值仅数欧或数十欧姆，在计算分析时通过四舍五入进行忽略不计。
进一步的，所述a步骤中形成导电回路还包括通过PLC控制器的模拟开关顺序选择导电金属线的两两排列组合成电回路，以及所述b步骤中的检测电阻值为通过PLC控制器顺序地测量所有两两排列组合成的各个电回路之间的电阻值。
以及，所述c步骤中的计算分析电阻值中，通过对比同一条导电金属线与另外的两条或两条以上时检测的电阻值大小，来分析判定道岔裂纹处于导电金属线和电阻器的具体位置上。如同一条导电金属线A0与A2、A0与A3两两排列组合成电回路，分别检测的总电阻值为其中A0与A2异常，而A0与A3组合为正常值时，判定裂纹在导电金属线A2的相应电阻器上。
进一步的，所述的计算分析电阻值中还包括裂纹长度的判定分析，通过计算分析有异常的导电金属线旁边的导电金属线的电阻值异常情况，判定裂纹是否贯穿了两条或两条以上的导电金属线，以确认裂纹的长度走向。如以上当判定导电金属线A2为异常存在裂纹时，提取A2旁边的导电金属线A1和A3的检测值作为参考，如导电金属线A1在同一位置存在裂纹，可判定为导电金属线A2上裂纹的延伸，或者A3在同一位置存在裂纹，亦可判定为导电金属线A2上裂纹的延伸，则可判定计算裂纹的长度。
其中，所述各导电金属线之间电联接阵列分布排列若干电阻器为与导电金属线同时涂覆于道岔表面的薄膜电阻器。
本发明还公开一种可定位道岔疲劳裂纹的监测装置，用于铁路交通轨道或道岔等的钢轨(1)的裂纹损伤在役监测，通过无线传输电连接于中心处理计算机(2)，监测装置包括在钢轨表面涂覆带有沿着轨道纵向方向延伸的若干条导电金属线(13)、电联接于各导电金属线(13)之间阵列分布排列的若干相同电阻值的电阻器(14)、以及检测控制器(3)，其特征在于检测控制器(3)包括电源(31)、感应开关(32)、PLC编程控制器(33)、模拟开关(34)、电阻测量仪(35)和数据存储器(36)；其中，PLC编码控制器(33)和模拟开关(34)控制电阻测量仪(35)检测接点与导电金属线(13)节点的接通和断开，切换形成不同的电阻测量电回路。
其中，所述的检测控制器(3)的感应开关(32)在检测到有车辆经过时，开启电源装置，通过PLC编码控制器(33)和模拟开关(34)顺序地两两排列组合接通所有导电金属线(13)形成电阻检测电回路，完成一轮检测由PLC编码控制器(33)设定顺序的电阻值检测。
以及，所述的检测控制器(3)还包括数据传输模块(37)，设置为无线传输数据模块结构。
本发明还公开一种可定位道岔疲劳裂纹的监测系统，包括电源模块(41)、模拟开关模块(42)、数据传输模块(43)、以及计算分析模块(44)；其特征在于所述的电源模块(41)还包括用于检测车辆经过的感应开关模块 (411)；所述的模拟开关模块(42)包括用将导电金属线组合形成回路的导电回路组合模块(421)；所述的数据传输模块(43)包括用于存储检测数据的数据存储模块(431)、以及数据进行传输的无线传输模块(432)；裂纹位置分析模块(441)。
进一步的，所述的导电回路组合模块(421)还包括用于顺序地两两排列组合导电金属线形成回路，以及所述模拟开关模块(42)的还包括顺序切换各回路进行电阻值检测的PLC编程开关切换模块 (422)，以配合两两排列组合导电金属线形成的各个回路进行顺序地开关轮流进行电阻值的检测。
进一步的，所述的计算分析模块(44)还包括裂纹大小长度分析模块442，通过计算分析有异常的导电金属线旁边的导电金属线的电阻值异常情况，判定裂纹是否贯穿了两条或两条以上的导电金属线，以确认裂纹的长度走向。
据以上技术方案，本发明具有以下有益效果：
一、本发明可定位道岔疲劳裂纹的监测方法，通过在道岔特别重点位置如在轨底、轨底角及轨腰部分分布涂覆的长条形金属导线，以及在长条形金属导线上的每隔一段距离放置一只电阻（放置普通电阻或印刷电阻），测量金属导线间的电阻值，通过分析计算电阻值的变化，实现判定裂纹的具体位置，在粗略检测判定一长段道岔等的钢轨是否存在裂纹缺陷的基础上，实现进一步精确裂纹的具体位置；
二、本发明技术方案还通过对比同一条导电金属线与另外的两条或两条以上时检测的电阻值大小，来分析判定道岔裂纹处于导电金属线和电阻器的具体位置，实现更加精确的判定裂纹处在具体哪一根导电金属线；
三、本发明技术方法还通过计算分析有异常的导电金属线旁边的导电金属线的电阻值异常情况分析，判定裂纹是否贯穿了两条或两条以上的导电金属线，实现更加精确的分析确认裂纹的大小长度和走向。
附图说明
图1为本发明最佳实施例的方法流程示意图；
图2为本发明最佳实施例的方法流程电路结构示意图；
图3为本发明最佳实施例的方法流程电路结构示意图；
图4为本发明最佳实施例的使用状态示意图；
图5为本发明最佳实施例的检测控制器结构示意图；
图6为本发明最佳实施例的系统结构示意图；
图7为本发明最佳实施例的工艺步骤示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步说明。
如图1方法流程图所示，一种可定位道岔疲劳裂纹的监测方法，用于铁路交通轨道或道岔等的钢轨的裂纹损伤的长期在役监测，其特征于在钢轨表面涂覆带有沿着轨道纵向方向延伸的多条导电金属线、以及各导电金属线之间电联接的阵列分布排列若干相同电阻值的电阻器，具体方法步骤如下：
a. 形成导电回路：选择其中的两条导电金属线形成导电回路；
b. 检测电阻值：检测a步骤中的导电回路中的电阻总值；
c. 计算分析电阻值：由b步骤中检测所得电阻值，通过多个电阻并联电阻值计算公式总电阻值R0=R/n（n个相同阻值（阻值=R）的电阻并联），当电阻值大于总电阻值R0的阈值时，通过电阻值的大小反推算出实际电联接的电阻器个数，确定导电金属线断开的位置。
如图2中的电路结构所示，以阻值R =10K的电阻、道岔总长度为10M，每间隔1米放置1个电阻为例，即总共放置电阻个数n =10个。 当10个10K电阻等间距阵列排列并联于导电金属线A1和A2时，测量回路中的电阻值为1KΩ，则系统显示正常，道岔并无裂纹。当中间金属线断开，只有5个10KΩ电阻并联时，测量电阻值约为2KΩ。以此判断裂纹处于道岔的中间5M处。检测计算时，由于导电金属线的电阻值仅数欧或数十欧姆，在计算分析时通过四舍五入进行忽略不计。
进一步的，所述a步骤中形成导电回路还包括通过PLC控制器的模拟开关顺序选择导电金属线的两两排列组合成电回路，以及所述b步骤中的检测电阻值为通过PLC控制器顺序地测量所有两两排列组合成的各个电回路之间的电阻值。
以及，如图3中所示，所述c步骤中的计算分析电阻值中，通过对比同一条导电金属线与另外的两条或两条以上时检测的电阻值大小，来分析判定道岔裂纹处于导电金属线和电阻器的具体位置上。如同一条导电金属线A0与A2、A0与A3两两排列组合成电回路，分别检测的总电阻值为其中A0与A2异常，而A0与A3组合为正常值时，判定裂纹在导电金属线A2的相应电阻器上。
进一步的，所述的计算分析电阻值中还包括裂纹长度的判定分析，通过计算分析有异常的导电金属线旁边的导电金属线的电阻值异常情况，判定裂纹是否贯穿了两条或两条以上的导电金属线，以确认裂纹的长度走向。如以上当判定导电金属线A2为异常存在裂纹时，提取A2旁边的导电金属线A1和A3的检测值作为参考，如导电金属线A1在同一位置存在裂纹，可判定为导电金属线A2上裂纹的延伸，或者A3在同一位置存在裂纹，亦可判定为导电金属线A2上裂纹的延伸，则可判定计算裂纹的长度。
其中，各导电金属线之间电联接阵列分布排列若干电阻器为与导电金属线同时涂覆于道岔表面的薄膜电阻器。
如图4和图5所示，本发明还公开一种可定位道岔疲劳裂纹的监测装置，用于铁路交通轨道或道岔等的钢轨1的裂纹损伤在役监测，通过无线传输电连接于中心处理计算机2，监测装置包括在钢轨表面涂覆带有沿着轨道纵向方向延伸的若干条导电金属线13、电联接于各导电金属线13之间阵列分布排列的若干相同电阻值的电阻器14、以及检测控制器3，其特征在于检测控制器3包括电源31、感应开关32、PLC编程控制器33、模拟开关34、电阻测量仪35和数据存储器36；其中，PLC编码控制器33和模拟开关34控制电阻测量仪35检测接点与导电金属线13节点的接通和断开，切换形成不同的电阻测量电回路。
其中，所述的检测控制器3的感应开关32在检测到有车辆经过时，开启电源装置，通过PLC编码控制器33和模拟开关34顺序地两两排列组合接通所有导电金属线13形成电阻检测电回路，完成一轮检测由PLC编码控制器33设定顺序的电阻值检测。
以及，所述的检测控制器3还包括数据传输模块37，设置为无线传输数据模块结构。
如图6所示，本发明还公开一种可定位道岔疲劳裂纹的监测系统，监测系统4包括电源模块41、模拟开关模块42、数据传输模块43、以及计算分析模块44；其特征在于所述的电源模块41还包括用于检测车辆经过的感应开关模块 411；所述的模拟开关模块42包括用将导电金属线组合形成回路的导电回路组合模块421；所述的数据传输模块43包括用于存储检测数据的数据存储模块431、以及数据进行传输的无线传输模块432；裂纹位置分析模块441。
进一步的，所述的导电回路组合模块421还包括用于顺序地两两排列组合导电金属线形成回路，以及所述模拟开关模块42的还包括顺序切换各回路进行电阻值检测的PLC编程开关切换模块422，以配合两两排列组合导电金属线形成的各个回路进行顺序地开关轮流进行电阻值的检测。
进一步的，所述的计算分析模块44还包括裂纹大小长度分析模块442，通过计算分析有异常的导电金属线旁边的导电金属线的电阻值异常情况，判定裂纹是否贯穿了两条或两条以上的导电金属线，以确认裂纹的长度走向。
如图7中所示例中，道岔等钢轨表面涂覆处理中，D0中为未表面处理的钢轨1，D1工艺中在轨道最容易产生裂纹断裂的钢轨轨底和轨腰部分喷涂一层第一防腐绝缘层111，D2工艺中在防腐绝缘层111上横向分布喷涂长条形的导电金属线112、以及各导电金属线之间的两两排列电连接的相同阻值的电阻器113，D3工艺中在有导电金属线112和电阻器113的表面覆盖喷涂一层第二防腐绝缘层114。
以上为本发明的其中一种实施方式。此外，需要说明的是，凡依本专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本专利的保护范围内。