轮轨接触状态与车轮踏面故障的激光检测系统与方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110667643A(43)申请公布日2020.01.10(21)申请号201910912410.6(22)申请日2019.09.25(71)申请人北京交通大学地址100044北京市海淀区西直门外上园村3号(72)发明人冯其波郑发家杨婧冉赟丰(74)专利代理机构北京市商泰律师事务所11255代理人麻吉凤(51)Int.Cl.B61K9/12(2006.01)G01D21/02(2006.01)权利要求书2页说明书8页附图6页(54)发明名称轮轨接触状态与车轮踏面故障的激光检测系统与方法(57)摘要本发明提供了一种轮轨接触状态与车轮踏面故障的激光检测系统与方法，包括：电路连接的列车触发单元、n个激光测量单元、n个作用力敏感单元和系统控制与数据处理单元，n为正整数且为偶数；激光测量单元，分别沿纵向、垂向和横向三个方向出射激光，并分别接收返回的携带作用力信息的反射光、携带车轴位置信息的车轴散射光和携带轮对内侧面位置信息的内侧面散射光，生成作用力测量信号、轮对摇头角、侧滚角测量信号和横移量测量信号；作用力敏感单元反射纵向出射光；系统控制与数据处理单元根据计算轮轨接触横向与垂向作用力、轮对摇头角、侧滚角、车轮横移量，进而检测车轮踏面故障。本系统可以对所述参数同时快速准确测量。CN110667643ACN110667643A权利要求书1/2页1.一种轮轨接触状态与车轮踏面故障的激光检测系统，其特征在于，包括：电路连接的列车触发单元、n个激光测量单元、n个作用力敏感单元和系统控制与数据处理单元，n为正整数且为偶数，每个激光测量单元与每个作用力敏感单元作为一组测量单元，n组测量单元以钢轨中心线对称的安装于钢轨内侧，第一个激光测量单元到最后一个所述作用力敏感单元的长度，覆盖经过的所有型号的列车车轮滚动一周的长度；所述激光测量单元，用于分别沿纵向、垂向和横向三个方向出射激光；并分别接收返回的携带作用力信息的反射光，生成作用力测量信号，接收返回的携带车轴位置信息的车轴散射光，生成轮对摇头角、侧滚角测量信号，接收返回的携带轮对内侧面位置信息的内侧面散射光，生成轮对横移量测量信号；所述作用力敏感单元，用于反射所述纵向出射光，形成反射光携带作用力信息返回至所述的激光测量单元；所述的系统控制与数据处理单元，用于根据所述列车触发单元发出的来车信号控制所述激光测量单元工作，根据所述作用力测量信号计算轮轨接触横向作用力与垂向作用力，根据轮对摇头角、侧滚角测量信号计算轮对摇头角、侧滚角，根据轮对横移量测量信号计算车轮横移量，进而检测车轮踏面故障状况。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的激光测量单元包括激光器、光纤出射端、准直镜、分光元件、偏光分光元件、λ/4波片、第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器、第一窗口玻璃、第二窗口玻璃、第三窗口玻璃；所述作用力敏感单元包括光线反射单元和第四窗口玻璃；所述激光器用于发出激光，光纤出射端用于出射所述激光，准直镜用于对出射的激光进行扩束、准直，准直后的光由分光元件反射后形成垂向出射光；准直后的光由分光元件透射、偏光分光元件反射后形成横向出射光；准直后的光由分光元件透射、偏光分光元件透射、λ/4波片透射并将偏振方向旋转45°后形成纵向出射光；所述垂向出射光向上出射后，由车轴散射，形成车轴散射光，车轴散射光携带车轴位置信息返回至激光测量单元的第二光电探测器，生成轮对摇头角测量信号；所述横向出射光沿指向钢轨方向出射后，由轮对内侧面散射，形成内侧面散射光，内侧面散射光携带轮对内侧面位置信息返回至所述激光测量单元的第三光电探测器，生成轮对横移量测量信号；所述纵向出射光沿钢轨方向出射后，由所述作用力敏感单元反射，形成反射光，反射光返回至所述激光测量单元时，经过λ/4波片透射并将偏振方向旋转45°后，被偏光分光元件反射，携带作用力信息的反射光返回至所述激光测量单元的第一光电探测器，形成作用力测量信号。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述的第一光电探测器为四象限探测器。4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述的第一光电探测器由会聚透镜与位置敏感探测器组成。5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述的第二光电探测器、第三光电探测器为电荷耦合元件或位置敏感探测器。6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述的光线反射单元为反射镜或角锥棱镜。2CN110667643A权利要求书2/2页7.一种应用权利要求2-7任一项所述系统的轮轨接触状态与车轮踏面故障的激光检测方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)安装检测系统：沿列车前进方向依次安装一个列车触发单元、n个激光测量单元和n个作用力敏感单元组成的n组测量单元，将系统控制与数据处理单元