[发明专利]一种自供能的高铁路基监测系统及监测方法

权利要求书

1.一种自供能的高铁路基监测系统，其特征在于，包括压电单元和监测单元；

压电单元包括压电材料及其用于封装压电材料的封装外壳，多个压电单元沿深度方向依次埋设在轨道板下方路基中，用于获取高铁经过时不同深度处路基的振动并产生电信号；

监测单元布置于铁路一侧，监测单元包括整流电路、储能单元、信号分析单元、用于定位监测系统的GPS定位系统和无线传输单元；

所述整流电路包括变压器、硅整流二极管和滤波器，整流电路接收压电单元产生的电信号，经整流电路整流后，一部分输出至信号分析单元，剩余电能输出至储能单元；

储能单元，用于存储富余电能并为监测单元中其他部件供能；

所述信号分析单元，用于筛选并逻辑判断整流后的电信号；其逻辑判断为：将标准轴载和标准速度的高铁经过时压电单元产生的电信号的电压峰值与正常路基时产生电信号的电压峰值进行对比并计算电压峰值增量，将电压峰值增量作为输出结果通过无线传输单元传送至计算机终端；当电压峰值增量大于阈值时，信号分析单元同时向GPS定位系统输送触发定位信号，GPS定位系统定位监测系统位置，经无线传输单元将当前位置传输至铁路局终端；所述阈值的取值范围为20%-30%。

2.根据权利要求1所述的一种自供能的高铁路基监测系统，其特征在于，所述压电单元的封装外壳为弹性橡胶。

3.一种基于权利要求1所述的一种自供能的高铁路基监测系统的监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）沿铁路方向布置高铁路基监测系统，其中监测单元布置于铁路一侧，多个压电单元沿深度方向依次埋设在轨道板下方路基中；

（2）高铁经过布置在路基中的自供能的高铁路基监测装置，在压电单元中产生交流电信号，经整流电路转化为直流电信号；

（3）信号分析单元获取高铁经过时的加减速信息，若经过高铁正在加速或减速，则该直流电信号全部输出至储能单元；若经过高铁无加减速，则该直流电信号先输出至信号分析单元，剩余部分存储至储能单元；

（4）信号分析单元将接收到的电信号的电压峰值与正常路基时电信号的电压峰值进行对比并计算电压峰值增量，将电压峰值增量作为输出结果通过无线传输单元传送至计算机终端进行实时监测；

（5）当电压峰值增量超过阈值时，工作人员可根据该监测系统中各压电单元的电压峰值增量情况判断路基损坏位置并前往GPS所定位的位置进行路基维护；其中，所述阈值的取值范围为20%-30%。

4.根据权利要求3所述的监测方法，其特征在于，所述步骤（5）中，根据该监测系统中各压电单元的电压峰值增量情况判断路基损坏位置具体为：

若单独最深的压电单元的电压峰值增加，说明埋设第m-1个压电单元至第m个压电单元的路基出现损坏；其中，m为正整数，表示由浅及深依次布置在路基中的压电单元的序号；

若仅有第m-1个压电单元和第m个压电单元的电压峰值增加，则埋设第m-2个压电单元至第m个压电单元的路基剪切出现损坏；

若第m-2个压电单元、第m-1个压电单元和第m个压电单元的电压峰值增加，则埋设第m-3个压电单元至第m个压电单元的路基出现损坏；

以此类推，若全部压电单元的电压峰值都有增加，则说明轨道板至埋设第m个压电单元的路基出现损坏。

5.根据权利要求3所述的监测方法，其特征在于，所述步骤（1）中，沿铁路方向每1km布置一套高铁路基监测系统，每套高铁路基监测系统中，在轨道板下方路基中沿深度方向每隔0.2m埋设一个压电单元，埋设5个压电单元。

6.根据权利要求3所述的监测方法，其特征在于，所述步骤（5）中，由浅及深依次布置在路基中的压电单元中，若第1个压电单元电压峰值增量大于30％，第2个压电单元电压峰值增量大于28％，第3个压电单元电压峰值增量大于25％，第4个压电单元电压峰值增量大于23％或第5个压电单元电压峰值增量大于20%时，工作人员根据该监测系统中各压电单元的电压峰值增量情况判断路基损坏位置并前往GPS所定位的位置进行路基维护。