用于捣固车的铁路线路参数光电测试装置及其检测方法.pdf

本发明涉及一种用于捣固车的铁路线路参数光电测试装置及其检测方法，其特征是：由固态光电接收装置和照明光源组成，所述固态光电接收装置由四个光学成像透镜组、4个CCD电荷耦合器件和相应的处理电路板组成，且由每两个光学透镜组和两个CCD器件形成独立的光电系统。本发明的有益效果：该装置采用高精度的线阵CCD光电传感器对能够反映轨道线路参数的光信号进行快速采集并通过计算机软件计算而获得线路参数，然后通过网络传送给捣固车控制系统主机，可以提高捣固车测量轨道参数的速度与精度。

1、  一种用于捣固车的铁路线路参数光电测试装置，其特征是：由固态光电接收装置和照明光源组成，所述固态光电接收装置由四个光学成像透镜组、4个CCD电荷耦合器件和相应的处理电路板组成，且由每两个光学透镜组和两个CCD器件形成独立的光电系统。

2、  根据权利要求1所述的用于捣固车的铁路线路参数光电测试装置，其特征是：所述成像透镜组的透镜为凸形柱面镜。

3、  根据权利要求1所述的用于捣固车的铁路线路参数光电测试装置，其特征是：所述照明光源采用LED白炽灯。

4、  根据权利要求4所述的用于捣固车的铁路线路参数光电测试装置，其特征是：所述LED白炽灯的设置位置是其发出的光线通过并排两个凸形柱面镜成像在与CCD器件的像敏阵列垂直的位置上。

5、  根据权利要求1所述铁路线路参数光电测试装置的检测方法，其特征是：所述铁路线路参数光电测试装置的检测方法，其特征是：采用非返回式光电测量系统测量相对基准检测线路的实际参数，具体检测方法为：
(1)作业区设有前、中、后、终点四部测量位，中部测量位安装固态光电接收装置；前测量位的中部安装1个照明光源；后测量位左右两侧距线路中心300mm处各安装一个照明光源，终点测量位的中部安装1个照明光源，用于四点法的线路方向测量；
(2)、将固态光电接收装置中的两个独立光电系统分前后方向安装在测量位中部，前光电系统接收前测量位中部照明光源发出的光线，后光电系统接收后测量位上左右两个照明光源发出的光线，将左右并排的两个凸形柱面镜与水平面分别成45°和135°安装，两凸形柱面镜间夹角为90°，凸形柱面镜将照明光源发出的光线聚焦成一条光带落在对应的CCD器件上由CCD电荷耦合器件将图像转变为电信号，送计算机处理，检测出垂点的位置变化，并将其分解成水平和垂直方向的位移，与标定的初始值比较，确定照明光源与光电接收器的相对位置关系，即水平方向的相对位置确定正矢，前后垂直方向的相对位置确定纵向高低，左右垂直方向的相对位置差确定超高，以实现线路实际参数的检测。

6、  根据权利要求5所述的铁路线路参数光电测试装置的检测方法，其特征是：所述光电测量系统测量能够构成三点法和四点法等两种检测线路参数的方法，两种方法均能够检测线路的方向、线路的纵平和作业后线路的超高。

7、  根据权利要求5所述的铁路线路参数光电测试装置的检测方法，其特征是：所述后测量位左右两侧的照明光源和终点测量位的照明光源分别在后面的CCD上成三对独立的像，在整个测量范围内，所有的成像互不干扰。

8、  根据权利要求6所述的铁路线路参数光电测试装置的检测方法，其特征是：所述照明光源发出的光线当通过两个凸形柱面镜成像后应在与CCD器件的像敏阵列垂直的位置上。

用于捣固车的铁路线路参数光电测试装置及其检测方法
技术领域
本发明属于铁道检修、维护车辆(捣固车)中测量铁路线路参数装置，尤其涉及一种用于捣固车的铁路线路参数光电测试装置及其检测方法。
背景技术
为适应国民经济的快速发展，铁路运输系统的车速在不断地提速，车辆速度的提升必然要求轨道的检测与修复设备以更高的速度和效率进行工作，以便修复和保证车辆在高速运转中的安全。尽管我国已经研制成功了能够同时检测与修复轨道参数的专用车辆——捣固车。该种车辆对轨道参数的测量方法还是采用传统的钢丝旋线测量法，这种方法由于受到钢丝旋线本身的质量与张力等因数的限制，使它对轨道参数测量的速度与精度都受到不同程度的影响。为了提高测量速度与精度，铁路亟待开发光电非接触的测量方法。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种用于捣固车的铁路线路参数光电测试装置及其检测方法，采用高精度的线阵CCD光电传感器，可以提高捣固车测量轨道参数的速度与精度。
本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种用于捣固车的铁路线路参数光电测试装置，其特征是：由固态光电接收装置和照明光源组成，所述固态光电接收装置由四个光学成像透镜组、4个CCD电荷耦合器件和相应的处理电路板组成，且由每两个光学透镜组和两个CCD器件形成独立的光电系统。
所述成像透镜组的透镜为凸形柱面镜。
所述照明光源采用LED白炽灯。
所述LED白炽灯的设置位置是其发出的光线通过并排两个凸形柱面镜成像在与CCD器件的像敏阵列排列方向垂直的位置上。
所述铁路线路参数光电测试装置的四点检测方法，其特征是：(1)作业区设有前、中、后和终点等四个测量部位，其中前端部位是紧压在轨道上的测量车轮上部的LED白炽灯；中部是安装固态光电接收装置的测量小车；测量小车后面是紧压在轨道上的测量车轮，它的左右两侧距线路中心300mm处各安装一个LED白炽灯，终点位置是安装在后部测量小车中间的1个LED白炽灯，用于四点法的线路方向测量；
(2)、将固态光电接收装置中的两个独立光电系统分前后方向安装在测量小车的中部，前光电系统接收前测量车轮中部LED白炽灯的光线，后光电系统接收后测量小车上左右两个LED白炽灯的光线，将前后并排的两个凸形柱面镜与水平面分别成45°和135°安装，两凸形柱面镜之间的夹角为90°，凸形柱面镜将LED白炽灯的光线聚焦成一条很窄的光带落在对应的CCD器件光敏面上，由CCD器件将图像转变为电信号，送计算机处理，检测出位置变化，并将其分解成水平和垂直两方向的位移，与标定的初始值进行比较，确定LED白炽灯与光电接收器的相对位置关系，即通过水平方向的相对位置确定正矢，前后垂直方向的相对位置确定纵向高低，左右垂直方向的相对位置差确定超高，实现线路实际参数的检测。
所述光电测量系统的三点检测方法是将四点法中安装在终点测量小车上的LED白炽灯关掉或根本不装这个测量小车而只用光电接收装置接收前面一个LED白炽灯和后面2个LED白炽灯的信号进行检测线路的方向、线路纵平和作业后线路的超高。
所述后测量小车左右两侧的照明光源和终点测量小车的照明光源分别在后面的CCD上成三对独立的像，在整个测量范围内，所有的成像互不干扰。
所述LED白炽灯发出的光线当通过两个凸形柱面镜成像后应在与CCD器件的像敏阵列垂直的位置上。
本发明的有益效果：该装置采用高精度的线阵CCD光电传感器对能够反映轨道线路参数的光信号进行快速采集并通过计算机软件计算而获得线路参数，然后通过网络传送给捣固车控制系统主机，可以提高捣固车测量轨道参数的速度与精度。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的检测光路工作原理的基准状态图；
图3是本发明的检测光路工作原理的产生左右偏差状态图；
图4是本发明的检测光路工作原理的产生上下偏差状态图；
图5是作业区小车安装光电测试装置的示意图；
具体实施方式
下面结合附图及较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。
如图所示，一种用于捣固车的铁路线路参数光电测试装置，由固态光电接收装置和LED白炽灯组成，所述固态光电接收装置由四个光学成像透镜组、4个CCD电荷耦合器件和相应的处理电路板组成，且由每两个光学透镜组和两个CCD器件形成独立的光电系统，所述成像透镜为凸形柱面镜。所述前后并排的两个凸形柱面镜与水平面分别成45°和135°安装，两凸形柱面镜间夹角为90°。所述照明光源1、11、14、15、16采用LED白炽灯。所述LED白炽灯的设置位置是其发出的光线通过并排两个凸形柱面镜成像在与CCD器件的像敏阵列垂直的位置上。
实施例
(1)作业区设有前、中、后、终点四部测量小车，中部测量小车安装固态光电接收装置；前测量小车轮的中部安装1个LED白炽灯；后测量小车左右两侧距线路中心300mm处各安装一个LED白炽灯，终点测量小车的中部安装1个LED白炽灯，用于四点法的线路方向测量；
(2)、将固态光电接收装置中的两个独立光电系统分前后方向安装在测量小车中部，前光电系统接收前测量小车中部照明光源发出的光线，后光电系统接收后测量小车轮上的左右两个LED白炽灯发出的光线，将前后并排的两个凸形柱面镜与水平面分别成45°和135°安装，两凸形柱面镜间夹角为90°，凸形柱面镜将照明光源发出的光线聚焦成一条窄光带落在对应的CCD器件上由CCD电荷耦合器件将图像转变为电信号，送计算机处理，检测出垂点的位置变化，并将其分解成水平和垂直方向的位移，与标定的初始值比较，确定LED白炽灯与光电接收器的相对位置关系，即水平方向的相对位置确定正矢，前后垂直方向的相对位置确定纵向高低，左右垂直方向的相对位置差确定超高，以实现线路实际参数的检测。
1.系统的组成：作业区小车B中部安装有一套固态光电接收装置；前测量小车A中部安装1个LED白炽灯；后测量C小车左右距线路中心400mm处，各安装一个LED白炽灯C1、C2，D点为后小车中部安装的1个LED白炽灯，用来构成四点法的方向测量。
2.固态光电接收装置组成：该装置是光电检测系统的核心。它由四个光学成像透镜组、4个CCD器件和相应的处理电路板组成。每两个光学透镜组和两个CCD器件形成一套独立的光电系统，分别接收前后LED白炽灯发出的光。光学成像透镜组将LED白炽灯的位置转变为窄带图像的位置，它成像的像平面恰为CCD器件光敏阵列面，由CCD器件将窄带图像的位置量转变为电信号，送计算机处理，计算出作业小车相对于前、后测量小车轮上安装的LED白炽灯位置变化，最终计算出轨道线路的正矢、左右轨高低和后测量小车的超高等参数。
3、两个独立的光电系统分前后方向安装在作业区小车的中部，前光电系统接收前测量小车中部LED白炽灯A发出的光线，后光电系统接收后测量小车轮上左右分别安装的两个LED白炽灯C1、C2发出的光线。透镜组采用凸形柱面镜，将LED白炽灯发出的光线聚焦成一条窄光带落在对应的CCD器件上；设计时将前后并排的两个凸形柱面镜与水平面分别成45°和135°安装，两凸形柱面镜间夹角为90°。对任何一个LED白炽灯，不论其位置怎样改变，它发出的光线通过并排的两个凸形柱面镜成像在与CCD器件的像敏阵列垂直的位置上，检测出垂点的位置变化，将它分解成水平方向和垂直的位移，并与标定的初始值比较，便能确定LED白炽灯的位置与光电接收器的相对位置关系，水平方向的相对位置确定正矢，前后垂直方向的相对位置确定纵向高低，左右垂直方向的相对位置差确定超高，以实现线路实际参数的检测。
4.A-B-C1和A-B-C2组成左、右抄平测量，A-B-C1组成三点法方向测量，A-B-C1-D组成四点法测量，B-C1和B-C2组成B点相对C点超高测量，通过C点电子摆计算出B点处线路的超高，A-B组成A点相对B点的上下和左右位置变化。
5、C1点、C2点和D点LED白炽灯分别在后面的CCD上成三对独立的像，在整个测量范围内，保证所有的成像互不干扰。
工作原理：用于捣固车的线路参数光电测试方法采用在捣固车上安装光电轨道线路参数测量设备与反映轨道位置的照明光源组成。光电轨道线路参数测量设备有前、后4个窗口，前面有2和3两个输入窗口，它使安装在轨道前方压轮上的电光源分别入射到两块柱面镜4与5上，并分别通过柱面镜4与5会聚成平行于柱面镜母线的线形窄光带8与9，分别聚焦在线阵CCD6与7的像面上；两个柱面镜4与5的母线均与垂直线成45°角，它安装在捣固车的下面，轨道上方，并与紧压在轨道上的压轮固定的光源11、14、15和16，它们将轨道的位置参数信息传递到光电检测器。光源11、14、15和16发出的光通过入射窗口2和3入射到柱面镜4、5、12和13，分别产生如图中8、9所示的平行于各柱面镜母线的窄条光带，窄条光带在线阵CCD像敏单元上的位置反映出轨道在水平与垂直两个方向的位置，通过检测窄条光带在线阵CCD像敏单元上的位置，对两条轨道的位置与位移参数进行测量。图中1为安装在光电检测装置前端反映前部轨道参数的LED白炽灯；图中2、3为安装在光电检测装置前端的左右两个入射窗，4、5为左右两块柱面镜，用来将1灯聚焦为窄条光带、它落在两个线阵CCD6、7的像敏面上，图中所示的8、9为灯1通过柱面镜所成的线光源。
用于捣固车的线路参数光电测试方法能够达到的主要技术指标在检测点间的相对位置关系为AB＝13000～115000mm(连续变化)，BC＝4500～6000mm(连续变化)，CD＝5500mm，的情况下的测量范围与测量精度分别为：
1、水平测量范围为±500mm，精度为±0.2mm：
2、垂直测量范围为±280mm，精度为±0.2mm：
3、通过以太网传输的检测信号输出的最高刷新频率不低于150Hz。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的结构作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。