悬挂式磁悬浮轨道空间结构件数据采集系统及判定方法与流程

本发明实施例涉及磁悬浮轨道的数据采集领域，具体涉及悬挂式磁悬浮轨道空间结构件数据采集系统。

背景技术：

悬挂式磁悬浮列车的轨道在轿厢12上方，永磁悬浮轨道14内嵌在倒u型轨道梁11上，如图5所示。

此种悬挂式磁悬浮列车是依靠安装在悬挂轿厢12转向架上的永磁模块与安装在倒u型轨道梁11里面的永磁磁轨之间产生排斥力使列车在倒u型轨道梁11上运行的新型交通工具，具有能耗低、绿色无污染、安全舒适、地形适应能力强等优点，对传统轨道交通无法适用的困难环境也能较好适用，受到广泛关注。

悬挂式磁悬浮列车系统主要由倒u型轨道梁11、立柱13、轿厢12组成，如图7和图6所示。倒u型轨道梁11通过立柱13横挂在空中故称为“天梁”，永磁悬浮轨道14内嵌在倒u型轨道梁11的内壁，倒u型轨道梁11的空间姿态直接影响的交通系统的正常运行，姿态变化有可能引起列车振动、横移、点头运动，甚至有可能引发列车脱轨事件。

悬挂式磁浮列车的轿厢12在正常运行的过程中对永磁悬浮轨道14的精度要求较高，需要倒u型轨道梁11的开口宽度、永磁悬浮轨道14的磁轨间距相对稳定。

弯道上的永磁悬浮轨道14的生产和磁悬浮轨道14的铺设过程中更是需要始终保持磁轨间距，但由于钢体结构的热胀冷缩，钢体在焊接过程中容易发生变形，所以在技术要求上是非常难以实现的，这给倒u型轨道梁11的生产和磁轨铺设技术带来严重的挑战。

此种悬挂式磁悬浮列车的倒u型轨道梁11是由立柱13通过固定铺设是否在误差允许范围内；另一方面，不能给控制系统提供调节螺丝与地面浇筑混凝土连接支撑在空中，倒u型轨道梁11的空间姿态主要是由立柱与地面混凝土链接的固定螺丝来调节，但由于地形因素和施工技术的限制，倒u型轨道梁11的空间姿态和磁轨间距很难达到理想状态，在倒u型轨道梁11生产和铺设过程中，允许一定的误差，在误差允许范围内可以用通过控制系统调控与弥补生产和施工中的不足。

倒u型轨道梁11破口和磁轨都是长条形的，不同的点数据不一样，目前的测量过程容易受到人为因素影响，导致测量精度失准，同时在实际操作中，需要以特定点作为测量基准点，给测量带来不便，并且目前的测量工具只能单点测量，很难采集到比较全面的原始数据信息，导致很难精确判断轨道梁的生产和铺设是否在误差允许范围内；也无法给控制系统提供全面的原始数据。

技术实现要素：

为此，本发明实施例提供悬挂式磁悬浮轨道空间结构件数据采集系统，以解决现有技术中由于测量过程易受到人为因素影响而导致测量精度失准，以及由于只能进行单点测量，很难采集到比较全面的原始数据信息，导致很难精确判断轨道梁的生产和铺设是否在误差允许范围内，也不能给控制系统提供全面的原始数据的问题。

为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：

悬挂式磁悬浮轨道空间结构件数据采集系统，其特征在于，

包括设置在倒u型轨道梁底端且可沿倒u型轨道梁内的永磁悬浮轨道方向移动的载体，在所述载体上设置有用于测量倒u型轨道梁内两侧永磁悬浮轨道之间距离的红外测距数据采集模块，用于测量倒u型轨道梁不同位置垂直高度的高度数据采集模块，用于测量所述载体移动产生位移的位移数据采集模块、以及数据处理模块；

所述红外测距数据采集模块、所述高度数据采集模块和所述位移数据采集模块所采集的数据传输至所述数据处理模块。

优选地，所述载体包括平行设置在倒u型轨道梁底端的水平固定轴，在所述水平固定轴上垂直设置有伸缩滑竿，在所述伸缩滑竿的顶端两侧各设置一个红外测距数据采集模块，两个所述红外测距数据采集模块的位置与所述永磁悬浮轨道正相对。

优选地，所述高度数据采集模块和位移数据采集模块设置在所述水平固定轴上。

优选地，所述数据处理模块包括用于接收采集数据的中央处理器，与所述中央处理器连接的无线发送模块，以及设置在远程终端的无线接收模块、pc机和数据显示模块；所述中央处理器与所述无线发送模块设置在所述水平固定轴上，所述无线发送模块将经过所述中央数据处理器处理的数据传输至远程终端的无线接收模块，再通过pc机接收数据进行处理后通过所述数据显示模块进行显示。

优选地，在所述伸缩滑竿顶端设置有用于调节并保持所述红外测距数据采集模块发出的激光脉冲与所述永磁悬浮轨道之间垂直的自调节部件。

优选地，所述自调节部件包括插设在所述伸缩滑竿顶端内的联动轴，以及与联动轴连接且位于所述伸缩滑竿顶端的全方位云台，两个所述红外测距数据采集模块安装在所述全方位云台上；在所述全方位云台上设置有用于测量红外测距数据采集模块的激光脉冲与所述永磁悬浮轨道之间是否垂直的测直系统。

优选地，所述测直系统包括与所述红外测距数据采集模块成相对固定位置设置的红外发射器，以及用于探测红外线的ccd探测元件。

优选地，所述红外测距数据采集模块依次通过调理电路、和a/d转换模块连接在数据处理模块上。

在本发明实施方式的第二个方面，提供了悬挂式磁悬浮轨道空间结构件的达标判定方法，包括如下步骤：

步骤100、采集倒u型轨道梁不同位置的垂直高度值；

步骤200、采集载体运动发生的水平位移值；

步骤300、采集倒u型轨道梁内两侧的永磁悬浮轨道之间的水平距离值；

步骤400、依据垂直高度值和水平位移值计算永磁悬浮轨道的坡度值；

步骤500、判断水平距离值和坡度值是否在预先设定的阈值范围之内，如果所述水平距离值和坡度值任一项不满足阈值范围，则判定不达标。

优选地，所述步骤100中垂直高度值和步骤200中水平位移值的测量取永磁悬浮轨道上相同的点。

本发明的实施方式具有如下优点：

本发明主要实现了沿永磁悬浮轨道推动载体，就可以采集到永磁悬浮不同位置的空间数据信息，包括两永磁悬浮轨道之间的宽度、水平位移、垂直高度等数据变化信息，经过分析处理，可以对异常数据信息进行分类标识，并通过无线发送模块发送到显示模块显示输出；解决工程实践中难以全面采集倒u型轨道梁的空间姿态和永磁悬浮轨道的间距数据问题，数据采集过程中可以减少人为因素导致测量精度失准，同时在实际操作中，该装置可以任意选择初始测量的位置作为基准点，沿着轨道方向推动测量装置就可以采集到天梁的空间姿态数据，测量中操作简单，方便快捷，准确度高，此外，系统能把采集到的数据在本地进行在线计算与分析，在显示模块显示检测结果，并对异常状态作特殊标注，让工程师能够准确、便捷地找到异常点的位置。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明实施方式中载体在倒u型轨道梁上的安装示意图；

图2为本发明实施方式中载体的结构示意图；

图3为本发明实施方式中红外测距传感器的工作原理图；

图4为本发明实施方式中坡度测量的示意图；

图5为本发明实施方式中数据输出显示示意图；

图6为本发明背景技术中悬挂式磁悬浮列车的安装示意图；

图7为本发明背景技术中悬挂式磁悬浮列车的倒u型轨道梁结构示意图。

图中：

10-载体；1-水平固定轴；2-伸缩滑竿；3-红外测距传感器。

11-倒u型轨道梁11；12-轿厢；13-立柱；14-永磁悬浮轨道14。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，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做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。

如图6和图7所示，具体为悬挂式磁悬浮列车的现状的设置原理，其中倒u型轨道梁11通过地面上固定的立柱的支撑横挂在空中，在图7中，倒u型轨道梁11的表示仅为一个示意，倒u型轨道梁11具体结构如图6所示。

如图6所示，在倒u型轨道梁11内壁两端为永磁悬浮轨道14，悬挂式磁悬浮列车的轿厢与转向架的刚性连接，通过转向架上的永磁块和永磁悬浮轨道14上固定的永磁块产生的斥力悬浮在空中。

如图1和图2所示，基于悬挂式磁悬浮列车的现有构造，本发明提供了悬挂式磁悬浮轨道空间结构件数据采集系统，主要用于在施工时对倒u型轨道梁11的空间姿态和两侧永磁悬浮轨道14之前的间距进行数据采集和处理判断是否达标。

该数据采集系统具体包括设置在倒u型轨道梁11底端且可沿倒u型轨道梁11内的永磁悬浮轨道14方向移动的载体10，在所述载体10上设置有用于测量倒u型轨道梁11内两侧永磁悬浮轨道14之间距离的红外测距数据采集模块，用于测量倒u型轨道梁11不同位置垂直高度的高度数据采集模块，用于载体101运动产生位移的位移数据采集模块、以及数据处理模块；所述红外测距数据采集模块、所述高度数据采集模块和所述位移数据采集模块所采集的数据传输至所述数据处理模块。

其中，红外测距数据采集模块具体为红外测距传感器3。

通过该系统，实现对磁悬浮轨道空间结构件的达标判定，其判定方法可以总结为：分别采集倒u型轨道梁11不同位置的垂直高度值、载体10运动产生位移的水平位移值以及采集倒u型轨道梁11内两侧的永磁悬浮轨道14之间的水平距离值，然后依据垂直高度值和水平位移值计算永磁悬浮轨道14的坡度值，最后判断水平距离值和坡度值是否在预先设定的阈值范围之内，如果所述水平距离值和坡度值任一项不满足阈值范围，则判定不达标。具体方法如下：

在永磁悬浮轨道14上选取测量的初始位置作为基准点，并测量垂直高度值h、水平位移值x、和倒u型轨道梁11内两侧的永磁悬浮轨道14之间的水平距离值d，分别通过高度数据采集模块、位移数据采集模块和红外测距数据采集模块测得。

移动载体10，选取不同的时间点再次测量，时间点可以选取若干，选取方式可以等间距也可以不等间距。以下以两个时间点为例进行具体说明：

如图4所示，设定基准点的时间点为t1，再次测量时间点为t2,此时垂直高度值分别为ht1和ht2，水平位移值分别为xt1和xt2,且设定系统倒u型轨道梁11的坡度值的阈值范围为：[fmix，fmax]，fmax为最大坡度，fmix为最小坡度。

t1到t2的坡度值f计算为：f＝(ht1-ht2)/x1-x2。

当f处于阈值范围内，则倒u型轨道梁11的坡度达标，否则不达标。

对于水平距离值d的测量基于载体101的具体构造实现：

载体10包括平行设置在倒u型轨道梁11底端的水平固定轴1，在所述水平固定轴1上垂直设置有伸缩滑竿2，在所述伸缩滑竿2的顶端两侧各设置一个红外测距数据采集模块，即为红外测距传感器3，以下统一使用红外测距传感器3，两个所述红外测距数据采集模块的位置与所述永磁悬浮轨道14正相对，高度数据采集模块和位移数据采集模块设置在所述水平固定轴1上。

如图3所示，d1和d2分别表示左右两侧的红外测距传感器3的测量出的各自距离永磁悬浮轨道14的间距。

每个红外测距传感器3具有一对红外信号发射与接收二极管，发射管发射特定频率的红外信号，接收管接收这种频率的红外信号，当红外的检测方向遇到障碍物时，红外信号反射回来被接收管接收。

3，测量的距离d＝tv/2，t为红外信号发射出去到反射回来所用的时间，v为红外信号在空气中传播的速度。

故d1＝(t11+t12)v/2,d2＝(t21+t22)v/2；

其中，t11为左侧红外测距传感器3发射信号开始到遇到障碍物(这里即为永磁悬浮轨道14)的时间；t12是左侧红外测距传感器31发射出的红外信号从遇到障碍反射回到接收管的时间；

t21为右侧红外测距传感器3发射信号开始到遇到障碍物的时间，t22是右侧红外测距传感器3发射出的红外信号从遇到障碍反射回到接收管的时间。

则d＝d1+dr+d2，其中dr为固定值，具体为两个红外测距传感器3之间的距离。设定一个允许的最小永磁悬浮轨道14间距dmix和一个允许的最大永磁悬浮轨道14间距dmax，当永磁悬浮轨道14实际测量某点的间距d小于dmix或者大于dmax时表示轨道间距不符合要求。

根据以上对于三种数据值的测量方法和计算方法，选择初始位置作为基准位置，数据信息设为(h＝0x＝0d＝dr)，沿着轨道方向推动载体101，这样能够直接测得垂直高度差值、水平位移差值和水平距离差值。

固定在载体10上的垂直高度传感器和红外测距传感器3自动连续采集数据，采集的频率可以按需要设置，采集到的数据经过数据处理模块400来处理。

数据处理模块包括用于接收采集数据的中央处理器，与所述中央处理器连接的无线发送模块，以及设置在远程终端的无线接收模块、pc机和数据显示模块；所述中央处理器与所述无线发送模块设置在所述水平固定轴1上，所述无线发送模块将经过所述中央数据处理器处理的数据传输至远程终端的无线接收模块，再通过pc机接收数据进行处理后通过所述数据显示模块以表格和图形的形式显示出来，显示的一种方式如图5所示。

由于在载体101移动的过程中，有可能会导致水平固定轴11发生左右或上下的偏移，从而使得测量部件与永磁悬浮轨道14之间并非与之前相同的垂直测量，就容易导致误差的存在，考虑这个隐私，本实施方式提供了一种解决方案，具体在所述伸缩滑竿2顶端设置有用于调节并保持所述红外测距数据采集模块发出的激光脉冲与所述永磁悬浮轨道14之间垂直的自调节部件，自调节部件包括插设在所述伸缩滑竿2顶端内的联动轴，以及与联动轴连接且位于所述伸缩滑竿2顶端的全方位云台，两个所述红外测距数据采集模块安装在所述全方位云台上；在所述全方位云台上设置有用于测量红外测距数据采集模块的激光脉冲与所述永磁悬浮轨道14之间是否垂直的测直系统，所述测直系统包括与所述红外测距数据采集模块(红外测距传感器3)成相对固定位置设置的红外发射器，以及用于探测红外线的ccd探测元件。

其主要是利用相对固定设置的红外测距传感器3与红外发射器之间的角度值固定，所以其激光脉冲在永磁悬浮轨道14上上激光点距离是基本不变的，如果红外测距传感器3发生倾斜，则红外测距传感器3的激光脉冲与永磁悬浮轨道14表面不是直接垂直测量的距离，这就导致最终两永磁悬浮轨道14的间距测量不准确。

当出现这种情况时，通过ccd探测元件获取红外测距传感器3与红外发射器在永磁悬浮轨道14上的激光点距离，传输至中央处理器分析处理，中央处理器通过判断激光点距离是否与设定值相同，当出现一定的偏差值，中央处理器控制全方位云台调节红外测距传感器3的角度，使其持续保持垂直测量。

在本实施方式中，所有电子元件或模块之间的布线没有具体的要求，可以设置在外部，也可以通过伸缩滑竿2内部进行。

本发明主要实现了沿永磁悬浮轨道14推动载体10，就可以采集到永磁悬浮不同位置的空间数据信息，包括两永磁悬浮轨道14之间的宽度、水平位移、垂直高度等数据变化信息，经过分析处理，可以对异常数据信息进行分类标识，并通过无线发送模块发送到显示模块显示输出。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

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