一种无线监测道岔阻力的装置

技术领域

本发明涉及铁路电务道岔阻力监测技术领域，特别涉及一种无线监测道岔阻力的装置。

背景技术

在庞大的铁路行车线路网络中，道岔转辙机作为辙岔系统中的重要组成部分，是完成南来北往列车精准分行控制的基础动力环节。当道岔滑床板因缺油不能润滑，或道岔卡阻等情况发生，道岔转换的阻力就会变大，可能会影响密贴或使道岔不能正常转换，出现道岔转换故障，影响行车安全。

目前常见的监测道岔转辙机阻力的解决方案，一般是在动作杆上安装测力传感器，但是此类方案都有线缆与测力传感器或其组件相连接，在现场容易出现线缆破损、挤线等各种问题，并且安装都较为繁琐和复杂，容易出现各种问题。

发明内容

为克服现有技术中存在的问题，本发明提供了一种无线监测道岔阻力的装置。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：该种无线监测道岔阻力的装置，包括可拆卸安装在转辙机动作杆上的无线结构件，无线结构件上设有太阳能电池板，传感器、无线通信模块、能量收集管理模块均与主控处理单元连接且嵌装于无线结构件内。

进一步地，所述无线结构件包括结构件A和结构件B，结构件A与结构件B拼装密闭卡固在转辙机动作杆上，结构件A与结构件B可拆卸连接。

进一步地，结构件A与结构件B上均设有用于安装太阳能电池板用的卡槽，结构件A与结构件B通过螺栓固定连接。

进一步地，传感器包括应力传感器，应力传感器采集道岔阻力的方向、判断道岔的定位、反位状态。

进一步地，传感器包括振动传感器；振动传感器采集道岔转换时的起始状态，为主控处理单元记录阻力曲线数据提供判断依据。

进一步地，传感器包括温度传感器，温度传感器采集当前的环境温度，为主控处理单元用于修正应力传感器因为温度漂移引起的误差提供依据。

进一步地，通过太阳能电池板为装置提供电能，太阳能电池板与能量收集管理模块连接，太阳能电池板采用光电转换原理，将光能转换为电能，通过能量收集管理模块进行电能的管理、分配使用，太阳能电池板采用单晶硅，表面防护使用防弹玻璃材质，且附有无线天线。

进一步地，还包括振动能量转换模块，通过振动能量转换模块为装置提供电能，振动能量转换模块与能量收集管理模块相连接，振动能量转换模块采用电磁感应原理，在列车经过道岔时，将振动势能转换为电能，通过能量收集管理模块进行电能的管理、分配使用。

进一步地，还包括内置储能模块，通过内置储能模块为装置提供备用电能，内置储能模块与能量收集管理模块相连接，内置储能模块采用一次性锂亚电池，配套超级电容。

进一步地，无线通信模块以无线通信方式将采集完毕的阻力曲线数据发送给被接受设备或装置，同时，可以接收相关无线通信指令，进行阻力动态零点设置、升级、参数下载操作。

综上，本发明的上述技术方案的有益效果如下：

一、体积小巧轻便、安装结构简单，由结构件A、结构件B组成的分体结构，通过固定螺栓采用两者环抱的方式，将道岔转辙机动作杆可靠固定在一起。拆装快捷方便，在道岔转辙机维护、更换动作杆时，提高作业效率，节约宝贵天窗时间。

二、整体安装完毕后，形成封闭的防尘防水密闭环境，防锈耐腐蚀、适应性强。

三、使用无线通信，与外部没有任何电缆、线缆连接，不改变道岔转辙机的结构，即使装置自身发生故障亦不会影响道岔转辙机的正常工作，符合“故障导向安全原则”。避免出现因为外部线缆原因造成的行车安全隐患。

四、该发明安装在道岔转辙机动作杆上，与动作杆同处等电位状态，可以有效避免因为雷击浪涌、接触网回流不畅等不利因素引发的各种电磁干扰，并且其本身为金属材质，起到屏蔽、抗电磁干扰的作用。

五、不依靠外部供电，自身具有太阳能电池板、振动能量转换模块、内置储能模块、能量收集管理模块，多种能量转换模块、储能模块、管理模块，确保其长寿命工作时的能源供济，应对各种恶劣环境。

六、不依赖外部控制其采集道岔阻力转换起始时间，通过自身集成的振动传感器采集道岔转换时的起始状态，同时装置支持无线指令控制采集道岔阻力转换起始时间，提高了装置的可靠性。并且，振动传感器还可以将采集到的振动数据通过无线传输给被接收设备或装置，供上位机存储、分析使用。

七、保证电量供应，能量收集管理模块将太阳能电池板、振动能量转换模块产生的电能通过DC-DC变换、稳压稳流等功能进行管理，太阳能电池板、振动能量转换模块产生的电能通过能量收集管理模块给内置储能模块里的超级电容充电，并同时为装置供电。当太阳能电池板、振动能量转换模块产生的电能不足以供装置使用时，通过门限电路设置的电压阈值，自动切换到内置储能模块的锂亚电池为装置供电。

八、采用整体设计、集成、模块化装配的方案，所有元器件与模块全部使用工业级产品，具有耐高低温、耐紫外辐射、耐油、耐酸碱腐蚀、耐振动、防水、防尘等功能，多重保护提高装置的安全使用性能与寿命。

九、免维护，无维护作业强度和工作量。

附图说明

图1为本发明的结构件B的侧视图。

图2为图1的B向视图。

图3为图1的后视图。

图4为图3中A的局部放大图。

图5为结构件A与结构件B拼接后的结构视图。

图6为结构件A和结构件B与转辙机动作杆连接结构图。

图7为结构件内嵌件的结构视图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的特征和原理进行详细说明，所举实施例仅用于解释本发明，并非以此限定本发明的保护范围。

如图1-图7所示，该发明主要由结构件A(1)、结构件B(2)、螺栓(3)、太阳能电池板(4)、应力传感器(101)、振动传感器(102)、无线通信模块(103)、温度传感器(104)、主控处理单元(105)、振动能量转换模块(106)、能量收集管理模块(107)、内置储能模块(108)组成。

通过结构件A(1)、结构件B(2)，两者为防锈耐腐蚀金属材质的分体结构，使用固定螺栓(3)采用两者环抱的方式，将其与道岔转辙机动作杆(109)可靠固定在一起，其整体安装完毕后，形成封闭的防尘防水密闭环境，与外部没有任何电缆、线缆连接。密封形式可以采用密封圈或者打胶密封。通过结构件A(1)、结构件B(2)为矩形块结构，内侧开有与道岔转辙机动作杆形状对应的半圆形槽(22)，两者拼接之后，半圆形槽完全密闭卡在道岔转辙机动作杆上。在结构件A(1)或结构件B(2)上开有螺栓通孔(21)，另一个开有螺栓盲孔，两者通过螺栓进行可拆卸连接。

通过结构件A(1)、结构件B(2)一侧具有卡槽结构，两者的卡槽(23)相对的一侧都敞开。卡槽安装具有防弹保护能力的太阳能电池板(4)，可利用光电转换效应获得电能，与能量收集管理模块(107)相连接，能量收集管理模块(107)对采集到的电能进行管理、分配使用。具体安装时，将太阳能电池板从结构件B(2)的卡槽的敞开侧插入卡槽内，太阳能电池板的一部分面积插入结构件B(2)的卡槽，然后拼装固定通过结构件A(1)、结构件B(2)时，太阳能电池板的另一部分从结构件A(1)卡槽的敞开一侧插入结构件A(1)的卡槽内。

通过结构件A(1)、结构件B(2)车铣加工，灌封胶体，在其内部分别嵌有应力传感器(101)、振动传感器(102)、无线通信模块(103)、温度传感器(104)、主控处理单元(105)、振动能量转换模块(106)、能量收集管理模块(107)、内置储能模块(108)，具有内嵌式防尘防水的密封接插件功能，用于完成其两个分体结构内各种传感器或模块等部件与主控处理单元(105)的电气连接。

通过太阳能电池板(4)为装置提供电能，与能量收集管理模块(107)相连接，太阳能电池板(4)采用光电转换原理，将光能转换为电能，通过能量收集管理模块(107)进行电能的管理、分配使用，太阳能电池板(4)采用光电转换效率极高的单晶硅，表面防护使用透光良好的防弹玻璃材质，使其耐受冲击时不损坏。并且附有无线天线。太阳能电池板(4)默认固定在无线监测道岔阻力装置结构件B(2)的卡槽内，当无线监测道岔阻力装置结构件A(1)与无线监测道岔阻力装置结构件B(2)环抱在道岔转辙机动作杆上时，完成对太阳能电池板(4)的可靠卡接固定。

内部嵌有振动能量转换模块(106)，利用电磁感应原理，在列车经过道岔时，将其剧烈的振动势能转换为电能，与能量收集管理模块(107)相连接，能量收集管理模块(107)对采集到的电能进行管理、分配使用。振动能量转换模块(106)采用振动发电电机，其感应线圈固定，柱状强磁体为活动状态，柱状强磁体将过车振动的势能转变为动能驱动其往复运动于感应线圈内，使感应线圈切割磁感线产生电流。

内部嵌有内置储能模块(108)为装置提供备用电能，采用大容量、长寿命一次性锂亚电池，配套超级电容。与能量收集管理模块(107)相连接。当太阳能电池板(4)、振动能量转换模块(106)无法提供足够的电能时，内置储能模块(108)在能量收集管理模块(107)的控制下自动切换为主供电方式。

即发明具有多种取能、储能模块，这些取能、储能模块所产生的电能，通过能量收集管理模块(107)进行集中管理与分配。装置外部通过卡槽结构固定取能部件太阳能电池板(4)，采用光电转换原理，将光能转换为电能，其外层防护采用透光性良好的防弹玻璃材质。装置内部嵌入振动能量转换模块(106)，采用电磁感应原理，在列车经过道岔时，将其剧烈的振动势能转换为电能。装置内部嵌入储能模块(108)为装置提供备用电能，内置储能模块(108)采用大容量、长寿命一次性锂亚电池，配套超级电容。当太阳能电池板(4)、振动能量转换模块(106)无法提供足够的电能时，内置储能模块(108)在能量收集管理模块(107)的控制下自动切换为主供电方式。通过上述取能、储能方式，为各传感器、模块以及主控处理单元(105)提供电能。

内部嵌有应力传感器(101)采集道岔阻力，与主控处理单元(105)相连接。通过应力传感器(101)采集道岔阻力的方向判断道岔的定位、反位状态。

内部嵌有振动传感器(102)采集道岔转换时的起始状态，为主控处理单元(105)记录阻力曲线数据提供判断依据，与主控处理单元(105)相连接。

内部嵌有温度传感器(104)采集当前的环境温度，为主控处理单元(105)用于修正应力传感器(101)因为温度漂移引起的误差提供依据。与主控处理单元(105)相连接。

内部嵌有无线通信模块(103)，以无线通信方式，将采集完毕的阻力曲线数据发送给被接受设备或装置，同时，可以接收相关无线通信指令，进行阻力动态零点设置、升级、参数下载等操作。与主控处理单元(105)相连接。无线通信模块(103)默认使用超低功耗的LoRa无线通信模块。无线通信模块(103)可以更换为WiFi、蓝牙等无线通信模块，支持适配外部WiFi、蓝牙无线通信设备或装置。使用无线通信模块(103)与外部的被接受设备或装置进行无线数据通信。其无线天线附于太阳能电池板(4)上。

主控处理单元(105)采用低功耗ARM处理器，集成信号基准源、信号调理、模数转换、MCU功能，各传感器通过上述功能完成各种数据的采集转换。主控处理单元(105)与无线通信模块(103)通过数字总线连接。

内部嵌有能量收集管理模块(107)，用于控制太阳能电池板(4)、振动能量转换模块(106)、内置储能模块(108)的电能管理、分配使用，能量收集管理模块(107)与主控处理单元(105)相连接。同时主控处理单元(105)控制应力传感器(101)采集道岔阻力，控制振动传感器(102)采集道岔转换时的起始状态，控制无线通信模块(103)进行无线通信，控制温度传感器(104)采集当前的温度，用于修正应力传感器(101)的温度漂移误差。具体地，能量收集管理模块(107)将太阳能电池板(4)、振动能量转换模块(106)产生的电能通过DC-DC变换、稳压稳流等功能进行管理，太阳能电池板(4)、振动能量转换模块(106)产生的电能通过能量收集管理模块(107)给内置储能模块(108)里的超级电容充电，并同时为装置供电。当太阳能电池板(4)、振动能量转换模块(106)产生的电能不足以供装置使用时，通过门限电路设置的电压阈值，自动切换到内置储能模块(108)的锂亚电池为装置供电。

一种无线监测道岔阻力的装置其采集道岔转辙机阻力的传感器为应力传感器(101)，通过应力传感器(101)采集道岔转辙机动作杆“拉入”与“伸出”的方向性来判断道岔的定反位置状态。通过温度传感器(104)采集的温度数据进行修正应力传感器(101)因为温度漂移引起的误差。依据现场使用的实际情况，温度传感器(104)与应力传感器(101)既可以集成在一起，也可以分开。通过振动传感器(102)判断道岔转辙机阻力的起始时间，也可以通过无线通信模块(103)接收外部指令确定道岔转辙机阻力的起始时间。

采用的所有元器件与模块全部使用超低功耗的工业级产品，在确保正常无线通信功能的前提下，最大化的延长备用内置储能模块(108)的使用寿命。

一种无线监测道岔阻力的装置采用整体设计、集成、模块化装配的方案，所有元器件与模块全部使用工业级产品，具有耐高低温、耐紫外辐射、耐油、耐酸碱腐蚀、耐振动、防水、防尘等功能，多重保护提高装置的安全使用性能与寿命。免维护，无维护作业强度和工作量。

上述实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域相关技术人员对本发明的各种变形和改进，均应扩入本发明权利要求书所确定的保护范围内。