CN110006381B - 基于rfid及位移传感器的高铁螺栓松动检测***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于RFID及位移传感器的高铁螺栓松动检测***及方法，涉及隐患监测技术领域，***包括设置在螺栓上的RFID标签、设置在高铁车底的RFID读写器、位移传感器、微处理器、通信模块、服务器及位移传动装置，RFID读写器、位移传感器及通信模块分别与微处理器连接，微处理器通过通信模块与服务器通信连接，位移传动装置设置在螺栓上，用于将螺栓的松动位移转换为直线位移，位移传感器设置在位移传动装置上，用于获取直线位移数据；本发明通过位移传动装置将螺栓松动的旋转位移转化为直线位移，使得位移传感器能更准确的获取位移数据，有效减少了误报率，同时，zigbee和4G的双网络结构有效保证了数据传输的稳定性，减少了数据丢失率。
Description
技术领域
本发明涉及隐患监测技术领域，尤其是涉及基于RFID及位移传感器的高铁螺栓松动检测***及方法。
背景技术
随着中国铁路的快速发展，中国高铁技术日益成熟，高速铁路建设不仅在国内如火如荼的开展，也在积极向国外推广。高速铁路的迅速发展为人民的出行带来便捷，同时也为动车的检修带来更大的挑战。
动车运行时需要长时间保持高速，螺栓螺母作为重要的紧固件，长期不断受到外力的作用会产生振动，这就不可避免地会使螺栓螺母紧固件产生松动，导致动车在运行过程中出现各种各样的问题，存在极大的安全隐患。
目前，对于螺栓的松动检测多通过在螺帽与被连接构件之间安装压电感应元件监测螺栓在使用过程中螺杆的张力大小变化来判断螺栓是否松动，然而，这样改变了原有螺栓结构的强度和结构，安装垫片后反而会导致螺栓结构的强度发生改变，存在一定的安全隐患。而通过人工或计算机视觉与图像识别来实现螺栓松动检测则成本高，识别率低。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种基于RFID及位移传感器的高铁螺栓松动检测***及方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明实施例提供了一种基于RFID及位移传感器的高铁螺栓松动检测***，包括设置在螺栓上的RFID标签、设置在高铁车底的RFID读写器、位移传感器、微处理器、通信模块、服务器及位移传动装置，所述RFID读写器、位移传感器及通信模块分别与所述微处理器连接，微处理器通过通信模块与所述服务器通信连接，所述位移传动装置设置在螺栓上，用于将螺栓的松动位移转换为直线位移，所述位移传感器设置在位移传动装置上，用于获取经位移传动装置转换后的直线位移数据。
进一步的，所述通信模块包括zigbee节点模块及4G通信模块，所述zigbee节点模块及4G通信模块分别与所述微处理器连接。
进一步的，所述***还包括本地主机及zigbee协调器，所述微处理器通过所述zigbee节点模块与所述zigbee协调器连接，所述zigbee协调器与所述本地主机连接，所述本地主机设置在驾驶室，本地主机与所述服务器通过以太网通信连接。
进一步的，所述位移传动装置包括螺母安装板及螺栓安装板，所述螺母安装板及螺栓安装板通过连接杆固定连接，所述螺母安装板上设置有主动齿轮、从动齿轮及传动机构，所述主动齿轮和所述从动齿轮相啮合，从动齿轮与螺母安装板转动连接，所述传动机构与从动齿轮相啮合，主动齿轮上设置有与螺母对应的螺母孔；所述螺栓安装板上设置有与螺栓对应的螺栓孔，所述螺栓孔与所述螺母孔的上下位置相对。
进一步的，所述螺母孔的大小与螺母一致，所述螺栓孔的大小不小于螺栓大小。
进一步的，所述传动机构包括滑轨、齿条及第一限位块，所述齿条一侧与所述滑轨滑动连接，齿条另一侧与所述从动齿轮相啮合，所述第一限位块分别设置在所述滑轨的两端，滑轨与所述螺母安装板固定连接，所述位移传感器可拆卸的安装在齿条上。
进一步的，所述螺母安装板上还设置有第二限位块，所述第二限位块为与所述主动齿轮同圆心的圆弧状，第二限位块在所述主动齿轮与所述从动齿轮的相啮合处设置有开口，主动齿轮与第二限位块滑动连接。
进一步的，所述位移传动装置还包括盖板，所述盖板上设置有可容纳螺母通过的盖板通孔，所述盖板通孔与所述螺母孔的上下位置相对，盖板与所述螺母安装板可拆卸的连接。
进一步的，所述螺栓安装板还包括固定通孔及固定杆，所述固定通孔设置在所述螺栓孔内壁上且贯穿螺栓安装板，所述固定杆与固定通孔螺纹连接。
第二方面，本发明实施例提供了一种基于RFID及位移传感器的高铁螺栓松动检测方法，包括：
在所述RFID标签内写入对应的所述位移传感器的编号；
通过所述位移传动装置将螺栓松动产生的旋转位移转换为直线位移；
通过所述位移传感器获取直线位移数据并将所述直线位移数据发送至所述微处理器；
所述微处理器将接收到的所述直线位移数据与预设阈值比较，判断直线位移数据是否超过预设阈值，若超过，则开启所述RFID读写器读取所述RFID标签，判断是否存在与所述位移传感器对应的RFID标签，若存在，则通过所述通信模块向所述服务器发送包括所述直线位移数据及对应的RFID标签信息的第一告警信息，提示螺栓松动；若不存在，则所述微处理器向所述服务器发送RFID标签脱落的第二告警信息。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：通过位移传动装置将螺栓松动的旋转位移转化为直线位移，使得位移传感器能更准确的获取位移数据，有效减少了误报率，同时，本发明通过zigbee和4G网络的双网络结构有效保证了数据传输的稳定性，减少了数据丢失率。
附图说明
图1为本发明较佳实施例提供的基于RFID及位移传感器的高铁螺栓松动检测***结构示意图；
图2为本发明较佳实施例提供的螺母安装板俯视图；
图3为本发明较佳实施例提供的螺母安装板侧视图；
图4为本发明较佳实施例提供的带盖板的螺母安装板俯视图；
图5为本发明较佳实施例提供的带盖板的螺母安装板侧视图；
图6为本发明较佳实施例提供的另一种螺母安装板俯视图；
图7为本发明较佳实施例提供的螺栓安装板俯视图；
图8为本发明较佳实施例提供的基于RFID及位移传感器的高铁螺栓松动检测方法流程图。
附图标记说明：1-螺栓安装板，2-螺母安装板，3-连接杆，4-盖板，101-主动齿轮，1011-螺母孔，102-从动齿轮，1031-滑轨，1032-齿条，1033-第一限位块，104-第二限位块，201-螺栓孔，202-固定杆，401-盖板通孔,5-卡槽。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1所示，本发明实施例提供了一种基于RFID及位移传感器的高铁螺栓松动检测***，包括设置在螺栓上的RFID标签、设置在高铁车底的RFID读写器、位移传感器、微处理器、zigbee节点模块、4G通信模块、本地主机、zigbee协调器、服务器及位移传动装置，RFID读写器、位移传感器、zigbee节点模块及4G通信模块分别与微处理器连接，微处理器通过4G通信模块与服务器无线通信连接，同时，微处理器通过zigbee节点模块与zigbee协调器连接，zigbee协调器与本地主机连接，zigbee协调器及本地主机设置在驾驶室，本地主机与服务器通过以太网通信连接。zigbee协调器与每节车厢底部的zigbee节点模块组成zigbee网络，各节点采集的数据能通过zigbee网络，经zigbee协调器发送至本地主机存储并供工作人员查询。每节车厢底部的若干螺栓上均设置有一个RFID标签及位移传动装置，位移传动装置用于将螺栓的松动位移转换为直线位移，位移传感器设置在位移传动装置上，用于获取经位移传动装置转换后的直线位移数据，每个RFID标签内包括RFID编号及对应的位移传感器编号，各个位移传感器采集的位移信号及RFID读写器获取的RFID标签信号均发送至微处理器，以每节车厢的微处理器为节点组成一个zigbee网络，当4G网络无法连接时，微处理器可以通过zigbee网络将数据发送至本地主机存储，并由本地主机上传至服务器，双网络的设置有效的降低了因网络问题造成数据丢失的风险。
如图2、图3、图4、图5、图6及图7所示，位移传动装置包括螺母安装板2及螺栓安装板1，螺母安装板2及螺栓安装板1通过连接杆3固定连接，螺母安装板2上设置有主动齿轮101、从动齿轮102及传动机构，主动齿轮101和从动齿轮102相啮合，从动齿轮102与螺母安装板2转动连接，传动机构与从动齿轮102相啮合，主动齿轮101上设置有与螺母对应的螺母孔1011；螺栓安装板1上设置有与螺栓对应的螺栓孔201，螺栓孔201与螺母孔1011的上下位置相对，其中，主动齿轮101直径小于从动齿轮102，使得主动齿轮101能将螺栓松动产生的旋转位移更容易的通过从动齿轮102传递给传动机构。
进一步的，螺母孔1011的大小与螺母一致，使得螺母能与螺母孔1011更好的贴合，便于螺母松动时能有效的带动主动齿轮101转动，螺栓安装板1还包括固定通孔及固定杆202，固定通孔设置在螺栓孔201内壁上且贯穿螺栓安装板1，固定杆202与固定通孔螺纹连接，螺栓孔201的大小不小于螺栓的螺杆大小，使得螺栓孔201能方便的套装在螺栓螺杆上，同时使得固定杆202能有效的通过固定通孔与螺栓的螺杆紧固，使得螺栓与螺栓安装板1相对固定，能有效的提高传动机构获取松动位移的准确性。
进一步的，传动机构包括滑轨1031、齿条1032及第一限位块1033，齿条1032一侧与滑轨1031滑动连接，齿条1032另一侧与从动齿轮102相啮合，第一限位块1033分别设置在滑轨1031的两端，滑轨1031与螺母安装板2固定连接，齿条1032上固定设置一卡槽5，位移传感器可拆卸的设置在卡槽5内。
进一步的，螺母安装板2上还设置有第二限位块104，第二限位块104为与主动齿轮101同圆心的圆弧状，第二限位块104在主动齿轮101与从动齿轮102的相啮合处设置有开口，主动齿轮101与第二限位块104滑动连接，通过第二限位块104，使得主动齿轮101能更好的与从动齿轮102啮合，有效的进行力的传递。
进一步的，位移传动装置还包括盖板4，盖板4上设置有可容纳螺母通过的盖板通孔401，盖板通孔401与螺母孔1011的上下位置相对，盖板4与螺母安装板2可拆卸的连接，盖板4靠近齿条1032与从动齿轮102啮合的一端设置有开口。
高铁在长期行驶过程中，螺栓可能产生松动，而高铁螺栓通常强度较高，松动时产生的动能较普通螺栓更大，当螺栓松动时，由于固定杆202将螺栓的螺杆与螺栓安装板2固定，位移传动装置紧固在螺栓螺杆上，而不会松动掉落，螺母在外力的作用下产生位移从而带动主动齿轮101转动，主动齿轮101带动从动齿轮102转动，从动齿轮102带动齿条1032做直线运动，将螺母转动产生的旋转位移转化为更容易捕获的直线位移，使得位移传感器能更容易的获取位移信号，微处理器获取到位移信号后，通过4G网络发送给服务器或通过zigbee网络发送给本地主机，能使得工作人员及时发现螺栓松动的风险，无需人工定期检查，提高了检修效率。
如图8所示，本发明实施例提供了一种基于RFID及位移传感器的高铁螺栓松动检测方法，包括：
在RFID标签内写入对应的位移传感器的编号；
通过位移传动装置将螺栓松动产生的旋转位移转换为直线位移；
通过位移传感器获取直线位移数据并将直线位移数据发送至微处理器；
微处理器将接收到的直线位移数据与预设阈值比较，判断直线位移数据是否超过预设阈值，若超过，则开启RFID读写器读取RFID标签，微处理器判断是否存在包括该位移传感器编号的对应的RFID标签，若存在，则通过4G通信模块向服务器发送包括直线位移数据及对应的RFID标签信息的第一告警信息，提示螺栓松动；若不存在，则微处理器向服务器发送RFID标签脱落或螺栓遗失的第二告警信息，同时，通过给每个螺栓设置RFID标签，并通过RFID读写器能高效的读取各个RFID标签信息，有效的提高了对螺栓的检查效率，无需人工对每个螺栓进行检查；
若第一告警信息或第二告警信息在预设重发次数后发送失败，则微处理器通过zigbee节点模块与zigbee协调器通信连接，通过zigbee协调器将第一告警信息或第二告警信息发送至本地主机进行存储，并通过本地主机将第一告警信息或第二告警信息发送至服务器，保证了数据不会丢失，同时，服务器端管理人员可方便的对各列车的情况进行监控，本地端工作人员可及时获取当前列车是否存在螺栓松动的问题。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.基于RFID及位移传感器的高铁螺栓松动检测***，其特征在于，包括设置在螺栓上的RFID标签、设置在高铁车底的RFID读写器、位移传感器、微处理器、通信模块、服务器及位移传动装置，所述RFID读写器、位移传感器及通信模块分别与所述微处理器连接，微处理器通过通信模块与所述服务器通信连接，所述位移传动装置设置在螺栓上，用于将螺栓的松动位移转换为直线位移，所述位移传感器设置在位移传动装置上，用于获取经位移传动装置转换后的直线位移数据；
所述通信模块包括zigbee节点模块及4G通信模块，所述zigbee节点模块及4G通信模块分别与所述微处理器连接；
所述***还包括本地主机及zigbee协调器，所述微处理器通过所述zigbee节点模块与所述zigbee协调器连接，所述zigbee协调器与所述本地主机连接，所述本地主机设置在驾驶室，本地主机与所述服务器通过以太网通信连接；
所述位移传动装置包括螺母安装板及螺栓安装板，所述螺母安装板及螺栓安装板通过连接杆固定连接，所述螺母安装板上设置有主动齿轮、从动齿轮及传动机构，所述主动齿轮和所述从动齿轮相啮合，从动齿轮与螺母安装板转动连接，所述传动机构与从动齿轮相啮合，主动齿轮上设置有与螺母对应的螺母孔；所述螺栓安装板上设置有与螺栓对应的螺栓孔，所述螺栓孔与所述螺母孔的上下位置相对；
所述传动机构包括滑轨、齿条及第一限位块，所述齿条一侧与所述滑轨滑动连接，齿条另一侧与所述从动齿轮相啮合，所述第一限位块分别设置在所述滑轨的两端，滑轨与所述螺母安装板固定连接，所述位移传感器可拆卸的安装在齿条上；
所述螺母安装板上还设置有第二限位块，所述第二限位块为与所述主动齿轮同圆心的圆弧状，第二限位块在所述主动齿轮与所述从动齿轮的相啮合处设置有开口，主动齿轮与第二限位块滑动连接。
2.根据权利要求1所述的基于RFID及位移传感器的高铁螺栓松动检测***，其特征在于，所述螺母孔的大小与螺母一致，所述螺栓孔的大小不小于螺栓大小。
3.根据权利要求1所述的基于RFID及位移传感器的高铁螺栓松动检测***，其特征在于，所述位移传动装置还包括盖板，所述盖板上设置有可容纳螺母通过的盖板通孔，所述盖板通孔与所述螺母孔的上下位置相对，盖板与所述螺母安装板可拆卸的连接。
4.根据权利要求1所述的基于RFID及位移传感器的高铁螺栓松动检测***，其特征在于，所述螺栓安装板还包括固定通孔及固定杆，所述固定通孔设置在所述螺栓孔内壁上且贯穿螺栓安装板，所述固定杆与固定通孔螺纹连接。
5.基于RFID及位移传感器的高铁螺栓松动检测方法，应用于如权利要求1～4任意一项所述的基于RFID及位移传感器的高铁螺栓松动检测***，其特征在于，包括：
在所述RFID标签内写入对应的所述位移传感器的编号；
通过所述位移传动装置将螺栓松动产生的旋转位移转换为直线位移；
通过所述位移传感器获取直线位移数据并将所述直线位移数据发送至所述微处理器；
所述微处理器将接收到的所述直线位移数据与预设阈值比较，判断直线位移数据是否超过预设阈值，若超过，则开启所述RFID读写器读取所述RFID标签，判断是否存在与所述位移传感器对应的RFID标签，若存在，则通过所述通信模块向所述服务器发送包括所述直线位移数据及对应的RFID标签信息的第一告警信息，提示螺栓松动；若不存在，则所述微处理器向所述服务器发送RFID标签脱落的第二告警信息。
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