城市轨道交通钢轨断轨监测系统的制作方法

本实用新型属于轨道交通监测技术领域，涉及一种钢轨监测系统，尤其涉及一种城市轨道交通钢轨断轨监测系统。

背景技术：

随着城市轨道交通采用cbtc系统后，不再使用轨道电路，未来对实时断轨检测方法的研究愈发显得重要和紧迫。目前国外国内主要采用的方法有：牵引回流实时断轨检测方法、准轨道电路实时断轨检测方法、光纤实时断轨检测方法、应力实时断轨检测方法、声波实时断轨检测方法等。

各种实时断轨检测方法性能比较表

因城市轨道交通列车运行密度远大于国铁，国铁一个需要断轨监测的半自动闭塞区间再次运行列车的时间最少是6分钟以上，而城市轨道交通最繁忙的时段两车相距时间在2分钟之内。这对采用以一个区间为监测单元的方法无法实现，采集的道床数据不足以保证不误报。现有普通断轨检测方式无法达到城市轨道对于断轨的检测要求。

有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的钢轨断轨检测方式，以便克服现有检测方式存在的上述缺陷。

技术实现要素：

本实用新型提供一种城市轨道交通钢轨断轨监测系统，可实时接收采集终端采集的数据，为实时监测城市地铁钢轨是否有断轨情况提供条件。

为解决上述技术问题，根据本实用新型的一个方面，采用如下技术方案：

一种城市轨道交通钢轨断轨监测系统，所述断轨监测系统包括：至少一个采集终端及服务器，所述服务器分别连接各采集终端；

待监测钢轨分为至少一钢轨监测区间，各钢轨监测区间包括至少两个钢轨监测子区间，各钢轨监测子区间形成环路并作为负载；各钢轨监测区间分布设置至少一个采集终端，各采集终端设置于对应的钢轨监测子区间，用以监测对应钢轨监测子区间是否存在断轨点；

各采集终端分为至少一组，每组包括至少一个采集终端，每组采集终端中包括至少一发送终端，各采集终端向对应钢轨监测子区间输送功率并对负载功率进行采集，通过以电力线为载体的载波方式传输到对应发送终端；所述发送终端收到设定数据，并将数据发送至服务器；

所述发送终端包括通信模块，用以与服务器通信；所述发送终端直接与服务器通信，或者通过一数据收发终端与服务器通信。

作为本实用新型的一种实施方式，所述采集终端包括电源电路、恒流源电路、控制器、电力线载波电路、钢轨输送功率控制电路及功率采集电路；所述控制器分别连接电力线载波电路、钢轨输送功率电路及功率采集电路，电源电路分别为恒流源电路、控制器、电力线载波电路、钢轨输送功率电路及功率采集电路提供电能，电源电路与电力线载波电路之间连接有电力线；

所述恒流源电路连接钢轨输送功率控制电路，所述恒流源电路用以输出设定范围的电流，所述钢轨输送功率控制电路连接对应的钢轨监测子区间，用以控制恒流源电路输出的电流输送至钢轨监测子区间；所述恒流源电路还用以获取设定钢轨监测子区间的功率，在钢轨监测子区间内功率大于设定阈值时所述恒流源电路关断设定时间，并在随后输出设定低的电流；

所述功率采集电路连接钢轨输送功率控制电路，用以实时采集输送功率，并将采集的输送功率通过所述电力线载波电路以电力线载波方式以设定循环间隔与发送终端进行数据交互，传输本身信息数据。

作为本实用新型的一种实施方式，若发送终端在设定时间内接收不到设定采集终端发送的数据，所述断轨判断模块判断该采集终端存在故障。

作为本实用新型的一种实施方式，若发送终端接收设定采集终端发送的数据变大多次，所述断轨判断模块判断有列车通过。

作为本实用新型的一种实施方式，每组采集终端通过电力线连接；各钢轨监测区间的各钢轨监测子区间通过短路线形成环路。

作为本实用新型的一种实施方式，所述钢轨输送功率控制电路包括pwm控制电路，用以对钢轨产生设定信号；所述采集终端通过pwm控制电路对钢轨产生500hz～10khz信号输出到钢轨上。

作为本实用新型的一种实施方式，所述通信模块包括485通信模块，发送终端在一个循环周期内与每一个采集终端进行一次通信，将采集终端采集的功率数据通过485通信模块发送给数据收发终端然后上传给服务器；发送终端同步或者自主采集本身功率并发送给服务器。

作为本实用新型的一种实施方式，沿钢轨每10～1000m设置一根短路线，将钢轨分成若干个长度为10～1000m的独立的闭合区间；采集终端和发送终端则分别安装在每个区间的中心位置；采集终端通过电力线载波与发送终端进行数据传递，发送终端将接收到的采集终端数据发送至数据收发终端，通过数据收发终端发送至服务器。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型提出的城市轨道交通钢轨断轨监测系统，可实时接收采集终端采集的数据，为实时监测城市地铁钢轨是否有断轨情况提供条件。在本实用新型的一种实施方式中，监测系统可实时监测城市地铁钢轨是否有断轨情况，实时性强、可靠性高。

附图说明

图1为本实用新型一实施例中城市轨道交通钢轨断轨监测系统的组成示意图。

图2为本实用新型一实施例中城市轨道交通钢轨断轨监测系统的组成示意图。

图3为本实用新型一实施例中采集终端的组成示意图。

图4为本实用新型一实施例中发送终端的组成示意图。

图5为本实用新型一实施例中正常钢轨的示意图。

图6为本实用新型一实施例中钢轨断轨的示意图。

图7为本实用新型一实施例中pwm控制电路的电路示意图。

图8为本实用新型一实施例中恒流源电路的电路示意图。

图9为本实用新型一实施例中功率采集电路的电路示意图。

图10为本实用新型一实施例中控制器的电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的优选实施例。

为了进一步理解本实用新型，下面结合实施例对本实用新型优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本实用新型的特征和优点，而不是对本实用新型权利要求的限制。

该部分的描述只针对几个典型的实施例，本实用新型并不仅局限于实施例描述的范围。相同或相近的现有技术手段与实施例中的一些技术特征进行相互替换也在本实用新型描述和保护的范围内。

在说明书中，连接可以是直接连接，也可以是通过其他部件间接连接。前采集终端指在按照设定次序排列的多个采集终端中当前采集终端(第i个采集终端)的前面一个采集终端(第i-1个采集终端)，前前采集终端指在按照设定次序排列的多个采集终端中当前采集终端(第i个采集终端)前面两个采集终端(第i-2个采集终端)。

本实用新型揭示了一种城市轨道交通钢轨断轨监测系统，图1、图2为本实用新型一实施例中城市轨道交通钢轨断轨监测系统的组成示意图；请参阅图1、图2，在本实用新型的一实施例中，所述断轨监测系统包括：至少一个采集终端3及服务器1，所述服务器1分别连接各采集终端3。

待监测钢轨分为至少一钢轨监测区间，各钢轨监测区间包括至少两个钢轨监测子区间，各钢轨监测子区间形成环路并作为负载；各钢轨监测区间分布设置至少一个采集终端3，各采集终端3设置于对应的钢轨监测子区间，用以监测对应钢轨监测子区间是否存在断轨点。

各采集终端3分为至少一组，每组包括至少一个采集终端3，每组采集终端3中包括至少一发送终端5，各采集终端3向对应钢轨监测子区间输送功率并对负载功率进行采集，通过以电力线7为载体的载波方式传输到对应发送终端3；所述发送终端5收到设定数据，并将数据发送至服务器1。

图3为本实用新型一实施例中采集终端的组成示意图；请参阅图3，在本实用新型的一实施例中，所述采集终端3包括电源电路301、恒流源电路302、控制器303、电力线载波电路304、钢轨输送功率控制电路305及功率采集电路306；所述控制器303分别连接电力线载波电路304、钢轨输送功率电路305及功率采集电路306，电源电路301分别为恒流源电路302、控制器303、电力线载波电路304、钢轨输送功率电路305及功率采集电路306提供电能，电源电路301与电力线载波电路304之间连接有电力线7。

所述恒流源电路302连接钢轨输送功率控制电路305，所述恒流源电路302用以输出设定范围的电流；所述钢轨输送功率控制电路305连接对应的钢轨监测子区间，用以控制恒流源电路输出的电流输送至钢轨监测子区间。所述恒流源电路302还用以获取设定钢轨监测子区间的功率，在钢轨监测子区间内功率大于设定阈值时所述恒流源电路302关断设定时间，并在随后输出设定低的电流。在本实用新型的一实施例中，所述钢轨输送功率控制电路305包括pwm控制电路，用以对钢轨产生设定信号。

所述功率采集电路306连接钢轨输送功率控制电路305，实时采集输送功率，并将采集的输送功率通过所述电力线载波电路304以电力线载波方式以设定循环间隔与其他采集终端3及发送终端5进行数据交互，传输本身信息数据。

在本实用新型的一实施例中，恒流源电路302连接控制器303，控制器303连接功率采集电路306，控制器303通过功率采集电路306获取设定钢轨监测子区间的功率，并将其发送至恒流源电路302；由于得到设定钢轨监测子区间的功率，从而可以在钢轨监测子区间内功率大于设定阈值时所述恒流源电路302关断设定时间(关断时间可根据需要设定，如可以是几秒，几毫秒，甚至微秒级)，并在随后输出设定低的电流。钢轨监测子区间输送功率大于设定第一阈值，表示出现短路情况，输出设定低的电流。

在本实用新型的一实施例中，所述发送终端5包括通信电路307，用以与服务器通信；所述发送终端5直接与服务器1通信，或者通过一数据收发终端与服务器1通信。所述发送终端5可以是每组采集终端3中的一个，其可以具有采集终端的各个电路。在本实用新型的另一实施例中，发送终端5不具备采集终端的部分或全部电路，仅接收数据、发送数据。

在本实用新型的一种应用方式中，所述服务器1包括断轨判断模块，用以根据各发送终端发送的数据判断各钢轨监测区间的各钢轨监测子区间是否存在断轨点。若发送终端发送的采集终端的数据在设定阈值区间，所述断轨判断模块判断该采集终端对应的钢轨监测子区间不存在断轨点(如图5所示)；若发送终端发送的采集终端的数据不在设定阈值区间(通常是低于设定第二阈值)设定次数，所述断轨判断模块判断该采集终端对应的钢轨监测子区间存在断轨点(如图6所示)。在本实用新型的一实施例中，若发送终端5在设定时间内接收不到设定采集终端3发送的数据，所述断轨判断模块判断该采集终端存在故障。在本实用新型的一实施例中，若发送终端接收设定采集终端发送的数据变大多次，所述断轨判断模块判断有列车通过。

在本实用新型的一实施例中，采集终端采集的数据为负载功率，当负载功率低于设定第二阈值，则认为对应钢轨监测子区间存在断轨点。

在本实用新型的一实施例中，断轨判断模块利用谐振原理进行断轨判断。

如图1、图2所示，在本实用新型的一实施例中，每组采集终端3通过电力线7连接；各钢轨监测区间的各钢轨监测子区间通过短路线9形成环路。

在本实用新型的一实施例中，所述采集终端3通过pwm控制电路对钢轨产生500hz～10khz信号输出到钢轨上，所述发送终端通过pwm控制电路对钢轨产生500hz～10khz信号输出到钢轨上。

作为钢轨输送功率控制电路305的一部分，pwm控制电路包括选频电路、pwm推挽电路及耦合电路。图7为本实用新型一实施例中pwm控制电路的电路示意图；请参阅图7，在本实用新型的一实施例中，pwm控制电路可参见图7的描述。

图8为本实用新型一实施例中恒流源电路的电路示意图；请参阅图8，在本实用新型的一实施例中，采用如图8所述的恒流源电路。如图8所示，恒流源电路还包括发射功率放大电路、检测电路。恒流源电路具体包括第四a芯片u4a、第六三极管q6、第八三极管q8、第七二极管d7、第十二极管d10、若干电容、若干电阻，各元件的具体连接关系可参见图4的描述。当然，恒流源电路是本领域较为通用的技术，可以根据本发明中恒流源电路的功能设计其他的电路结构。

图9为本实用新型一实施例中功率采集电路的电路示意图；请参阅图9，在本实用新型的一实施例中，采用如图9所述的功率采集电路。如图9所示，功率采集电路包括第四b芯片u4b、第九二极管d9、第六电容c6及若干电阻，各元件的连接关系可参见图9所示。

图10为本实用新型一实施例中控制器的电路示意图；请参阅图10，在本实用新型的一实施例中，采用如图10所述的控制器及外围电路。在一实施例中，控制器的芯片选用型号为pic18f45k80。

电力线载波电路利用电力线载波驱动芯片实现电力线载波通信，该技术属于本领域的现有技术，并非本申请的核心改进，这里不做赘述。

在本实用新型的一实施例中，所述采集终端工作有三种状态：主动发送数据倒计时状态、数据信息接收状态、采集本身功率并发送数据信息状态。

作为示例，在采集终端上电时候设置一个第一次上电自主发送时间点，这个时间点只进行一次倒计时，以后就不再使用，当第一次上电自主发送时间倒计时结束，采集终端自主发送一次数据信息，发送完成后则正式进入主动发送数据倒计时状态；采集终端在在此状态下，如果倒计时还没有到达，则基本处于空闲状态，处于接收其他采集终端信息数据的状态；假设不能接收其他采集终端的数据信息的情况下，采集终端会以设定间隔循环发送本身的数据信息给其他采集终端和发送终端。

当采集终端处于主动发送数据倒计时状态时，接收到前采集终端或者前前采集终端的数据信息，则采集终端进入数据信息接收状态；此状态下采集终端接收前采集终端或者前前采集终端数据信息并不保存在缓存区，但是会根据接收的是前采集终端或者前前采集终端的数据而更改自主发送数据的倒计时时间计数器，使其缩短也就是会相应的提前自主发送数据，相当于使后面的采集终端跟这前面的采集终端立即发送数据信息。

在修改了本身自主发送数据的倒计时计数器后，倒计时完成时，进入到数据信息发送状态；采集终端在此状态下，采集终端采集本身发送电平，并把数据存储在相对应的缓冲区中，并根据状态清除或者设置相应的数据位，数据整理完毕后启动载波模块在数据信息发送出去。

在本实用新型的一实施例中，所述通信模块包括485通信模块，发送终端在一个循环周期内与每一个采集终端进行一次通信，将采集终端采集的功率数据通过485通信模块发送给数据收发终端然后上传给服务器；发送终端同步或者自主采集本身功率并发送给服务器。

在本实用新型的一实施例中，所述监测系统的电力线载波通信的中心频率可以是13.5k；当然也可以选择其他频率作为中心频率。

在本实用新型的一实施例中，沿钢轨每10～1000m设置一根短路线，将钢轨分成若干个长度为10～1000m的独立的闭合区间；采集终端和发送终端则分别安装在每个区间的中心位置；采集终端通过电力线载波与发送终端进行数据传递，发送终端将接收到的采集终端数据发送至数据收发终端，通过数据收发终端发送至服务器。

本实用新型还揭示一种城市轨道交通钢轨断轨监测方法，所述监测方法包括如下步骤：

将待监测钢轨分为至少一钢轨监测区间，各钢轨监测区间包括至少两个钢轨监测子区间，各钢轨监测子区间形成环路并作为负载；在各钢轨监测区间分布设置至少一个采集终端，各采集终端设置于对应的钢轨监测子区间；

各采集终端向对应钢轨监测子区间输送功率并对负载功率进行采集，通过以电力线为载体的载波方式传输到对应发送终端；采集终端通过恒流源电路输出设定范围的电流，钢轨输送功率控制电路连接对应的钢轨监测子区间，控制恒流源电路输出的电流输送至钢轨监测子区间；所述恒流源电路获取设定钢轨监测子区间的功率，当钢轨监测子区间内功率大于设定第一阈值时所述恒流源电路关断设定时间，并在随后输出设定低的电流。在本实用新型的一实施例中，所述钢轨输送功率控制电路包括pwm控制电路，用以对钢轨产生设定信号；所述采集终端通过pwm控制电路对钢轨产生500hz～10khz信号输出到钢轨上，所述发送终端通过pwm控制电路对钢轨产生500hz～10khz信号输出到钢轨上。

功率采集电路连接钢轨输送功率控制电路，实时采集输送功率，并将采集的输送功率通过所述电力线载波电路以电力线载波方式以设定循环间隔与发送终端进行数据交互，传输本身信息数据；

发送终端通过所述电力线载波电路以电力线载波方式接收该组对应采集终端传输的信息数据；在收到数据后通过通信模块将收到该组采集终端传送的信息数据或/和自身采集的数据发送至所述服务器，或者通过数据收发终端发送至所述服务器；

服务器根据各发送终端发送的数据判断各钢轨监测区间的各钢轨监测子区间是否存在断轨点；若发送终端发送的采集终端的数据在设定阈值区间，则判断该采集终端对应的钢轨监测子区间不存在断轨点；若发送终端发送的采集终端的数据不在设定阈值区间(通常是低于设定第二阈值)设定次数，则判断该采集终端对应的钢轨监测子区间存在断轨点。

综上所述，本实用新型提出的城市轨道交通钢轨断轨监测系统，可实时接收采集终端采集的数据，为实时监测城市地铁钢轨是否有断轨情况提供条件。在本实用新型的一种实施方式中，监测系统可实时监测城市地铁钢轨是否有断轨情况，实时性强、可靠性高。

本实用新型用于城市轨道交通钢轨断轨监测，由于城市轨道交通设有电源及电力线，便于本实用新型直接利用。

作为一种监测方式，设置若干监测段，每个监测段设置监测终端，通过后面设备接收前面设备的信号，根据信号强弱判断是否有断轨，这在只有一段或两段的情况下，使用效果不佳；此外，如果断轨发生在前面，会影响后面设备发送的信号被接收，从而使得后面即使有断轨也无法监测到。

本实用新型方案由于采用输送功率、采集功率的方式，可以根据需要自由设定监测区间，每个监测区间相互没有影响，从而可以提高监测的精确度；同时，本实用新型的监测距离可以自由调节，适用性更强。

这里本实用新型的描述和应用是说明性的，并非想将本实用新型的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本实用新型的精神或本质特征的情况下，本实用新型可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本实用新型范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

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