[发明专利]轨道与路基偏移监测装置及方法

说明书

本发明涉及轨道与路基偏移的监测装置及方法。监测装置包括：上伸缩杆、下伸缩杆、测量上伸缩杆与下伸缩杆滑动位移的线位移传感器、位于上升缩杆或下升缩杆上的多向角度传感器、为线位移传感器和多向角度传感器供电的电源装置。本发明相对于现有技术的优点在于，设备同时具有监测三个维度的位移偏移量，大大减少了在轨道上布置传感器的工作量以及成本的节约。

技术领域：

本发明涉及轨道交通在线监测技术，具体涉及轨道与路基偏移的监测装置及方法。

背景技术：

高铁路基大量采用了无砟轨道技术。无砟轨道从上到下由三部分组成：无缝钢轨、轨道板、刚性基础(俗称路基)。当钢轨由于刹车制动会产生沿钢轨方向的偏移，当周边环境，如侧部山体的泥石流运动等等会对钢轨的横向和水平方向产生偏移。高速铁路由于速度快，轨道的细微偏移会对列车的运行安全产生很大的影响，因此，对轨道与路基的三坐标偏移量监测显得尤为重要。

国内高速铁路轨道状态的检测以人工巡检为主，费事费力，效率较低，误差较大。尽管也出现了一些以位移监测为目标的自动检测方法，但仍然停留在对一个维度的检测。为了表述方便，将水平面内沿轨道铺设方向定义为X轴方向，将水平面内垂直于X轴方向定义为Y轴方向，将垂直方向定义为Z轴方向。例如：现有技术CN103115562A是对轨道X轴方向的位移监测装置，现有技术CN110779458A是对轨道Z轴方向位移的监测装置，现有技术CN2630799Y是对轨道Y轴方向位移的监测装置。因此，要同时监测三个维度的位移偏移量成为了亟待解决的问题。

发明内容：

本发明目的是提出一种可以同时在线监测三个维度的装置及方法。具体技术方案如下：

轨道与路基偏移监测装置，包括：一端与轨道通过万向铰接头1连接的上伸缩杆2，上伸缩杆的另一端为自由端；一端与路基通过万向铰接头1连接的下伸缩杆3，下伸缩杆的另一端为自由端；上伸缩杆的自由端与下伸缩杆的自由端套接在一起，上伸缩杆与下伸缩杆可沿轴线相互滑动；测量上伸缩杆与下伸缩杆滑动位移的线位移传感器8；位于上升缩杆或下升缩杆上的多向角度传感器4；电源装置7，为线位移传感器和多向角度传感器供电。

在上述监测装置上实现的轨道与路基偏移监测方法，水平面内沿轨道铺设方向定义为X轴方向，水平面内垂直于X轴方向定义为Y轴方向，垂直方向定义为Z轴方向；t时刻，下伸缩杆与X轴方向的夹角定义为α_t，下伸缩杆与Y轴方向的夹角定义为β_t，下伸缩杆与Z轴方向的夹角定义为γ_t；监测方法包括如下过程：

步骤1：初始时刻t＝0，建立以路基万向铰接头为坐标原点的X轴方向、Y轴方向、Z轴方向的三坐标体系，此时，路基上万向铰接头与轨道上万向铰接头的直线距离为L₀，多向角度传感器读数α₀、β₀、γ₀，线位移传感器读数设定为0，轨道上万向铰接头的坐标为：

X₀＝L₀*Cosα₀，

Y₀＝L₀*Cosβ₀，

Z₀＝L₀*Cosβ₀；

步骤2：t时刻，测得线位移传感器读数L_t，多向角度传感器读数α_t、β_t、γ_t；

步骤3：通过换算，得到此时路基上万向铰接头与轨道上万向铰接头的实时直线距离为L₀+L_t；此时轨道上万向铰接头的坐标为：

X_t＝(L₀+L_t)*Cosα_t，