CN204527214U - 便携式铁路轨道激光测量仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及便携式铁路轨道激光测量仪，包括手持式测量主机和靶标，该手持式测量主机和靶标均放置在铁路轨道上，手持式测量主机包括单片机模块、激光测距模块、角度传感器、电源；激光测距模块、角度传感器均与单片机模块连接，电源用于给激光测距模块、角度传感器以及单片机模块供电；单片机模块用于给激光测距模块发送控制信号；激光测距模块用于接收来自单片机模块的控制信号后对靶标发射激光束，并接收由靶标反射回来的激光束；角度传感器用于检测到手持式测量主机在测量时水平方向上角度后生成对应的角度信号，将该角度信号发送至单片机模块。其测量速度快、精度高、测量距离远、不受天气等问题的影响，采用无线数据链接各进行部件数据交换，可以及时的得知对现场进行相关处理，方便操作。

Description

便携式铁路轨道激光测量仪

技术领域

本实用新型涉及一种对钢轨曲线及轨面平整度的测量仪器，具体是一种便携式铁路轨道激光测量仪。

背景技术

现在正是我国大规模铁路建设时期，一批高速铁路及准高速铁路投入营运，铁路工务部门将面临比早期更多养护的繁重任务，轨道的高平顺性是实现列车运行的最基本条件，而曲线在列车动力作用下，钢轨不断产生形变和磨耗，导致曲线技术状态发生变化，造成线路方向不良，影响列车的安全性及舒适性，为了保障行车安全、平稳，提高舒适度，就要求轨道必须具有非常高的平顺性和精确的几何线性参数。

目前铁路工务部门对钢轨的测距、平整度测量和曲线整正矢测量、拨道量计算都是基于手工或多个仪器工具配合来完成，并需要事后输入大量原始数据给计算机进行辅助计算，浪费人力、物力。这些既有的测量方法，对铁道线路几何状态进行维修养护存在诸多的不足；受环境和人为因素的影响较大，良好大气状况下人眼仅能目测40m-60m，且不能量化，在光线较暗或者是晚间基本就无法保证正常的工作；面对提速带来的压力，铁路工务部门使用测量器具，操作麻烦且不方便，使用上有很大局限性。国内近年来对铁路轨道正矢检测有所研究，基本都采用以弦线测量铁路线路正矢的方法，即用绳正法来检查曲线的圆度，用调整正矢的方法，使曲线达到圆顺。当需要采用更密的检查点来提高精度时，工作量将成倍增加，人力将不能满足需要。

实用新型内容

针对现有技术的问题，本实用新型的目的在于提供一种便携式铁路轨道激光测量仪，其成本低，使用方便，测量精确。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

便携式铁路轨道激光测量仪，包括手持式测量主机和电子靶标，所述手持式测量主机包括单片机模块、激光测距模块、角度传感器、第一电源；所述激光测距模块、角度传感器均与单片机模块连接，所述电源用于给激光测距模块、角度传感器以及单片机模块供电；所述单片机模块用于给激光测距模块发送控制信号；所述激光测距模块用于接收来自单片机模块的控制信号后对测量点发射激光束，并接收由测量点发射回来的激光束；所述角度传感器用于检测到手持式测量主机在测量时水平方向上的角度后生成对应的角度信号，并将该角度信号发送至单片机模块。

进一步的，还包括位于测量点的电子靶标，所述激光测距模块用于接收来自单片机模块的控制信号后对测量点发射激光束，并接收由测量点反射回来的激光束。

更进一步的，所述电子靶标上还设有反光板，该反光板用于接收在测量点反射不良的情况下能来自激光测距模块的激光束并将该激光束反射回手持式测量主机的激光测距模块。

进一步的，所述手持式测量主机还包括按键模块和显示模块，所述按键模块和显示模块均与单片机模块连接，所述电源还用于为显示模块和按键模块供电。

更进一步的，所述显示模块为LCD显示屏。

进一步的，所述手持式测量主机还包括第一无线通讯模块，第一无线通讯模块与单片机模块连接；所述电子靶标设有PSD位置传感器、第二电源、第二无线通讯模块和控制模块，该PSD位置传感器、第二无线通讯模块均与控制模块连接，第二电源用于给PSD位置传感器和控制模块供电；所述PSD位置传感器用于检测来自激光测距模块的激光束的位置，并将检测到的位置信号发送至控制模块；所述控制模块用于接收来自PSD位置传感器的位置信号；所述第一无线通讯模块与第二无线通讯模块通过无线信号连接。

更进一步的，所述第一无线通讯模块和第二无线通讯模块分别为WIFI模块。

更进一步的，便携式铁路轨道激光测量仪还包括平板电脑，所述平板电脑通过无线信号与无线通讯模块连接。

相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：

1、通过激光测距模块发射激光束至测量点或电子靶标，再由测量点或电子靶标反射回激光束至激光测距模块，可以精确得到激光测距模块与电子靶标之间的距离，解决了大量人工用玄线测量的问题，提高了测量精度、缩短了测量作业的时间；而激光测距模块和角度传感器配合工作，通过正矢测量技术方法从而可以推算出铁路轨道的曲线是否平滑，并可以进一步自动推算出拨道量；

2、通过PSD位置传感器对激光测距模块发射的激光束的位置检测，并将位置信息发送到手持式测量主机，可以对轨道的平整度进行精确的测量；

3、在电子靶标上增设反光板，激光测距模块发射出的激光束通过反光板再反射回来，使得该便携式铁路轨道激光测量仪在光线不好的情况下，依然能够正常使用，而不是因为天气等其他干扰因素的变化造成发射光散射等问题。

附图说明

图1为本实用新型的模块图；

图2为本实用新型的正矢测量示意图。

其中，1、手持式测量主机；11、第一无线通讯模块；12、单片机模块；13、激光测距模块；14、角度传感器；15、第一电源；16、按键模块；17、显示模块；2、电子靶标；21、PSD位置传感器；22、控制模块；23、第二电源；24、第二无线通讯模块；3、平板电脑。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述：

参见图1，本实施例的便携式铁路轨道激光测量仪，包括手持式测量主机1手持式测量主机1包括一个外壳，在外壳内设有单片机模块12、激光测距模块13、角度传感器14、第一电源15，该外壳还设有用于激光测距模块13工作时发射的激光束通过的通孔；所述激光测距模块13、角度传感器14均与单片机模块12连接，第一电源15用于给激光测距模块13、角度传感器14以及单片机模块12供电；单片机模块12用于给激光测距模块13发送控制信号；激光测距模块13用于接收来自单片机模块12的控制信号后对测量点发射激光束，并接收由测量点反射回来的激光束；角度传感器14用于检测到手持式测量主机在测量时水平方向上的的角度后生成对应的角度信号，并将该角度信号发送至单片机模块12。

有些时候测量点反射能力不够，因此优选的本实施例还包括电子靶标2，电子靶标2放置在测量点的位置，该手持式测量主机1和电子靶标2均放置在铁路轨道上，激光测距模块13用于接收来自单片机模块12的控制信号后对电子靶标2发射激光束，并接收由电子靶标2反射回来的激光束。激光测距模块13的工作原理是将其自身的激光二极管对准目标发射激光束，经目标反射后激光束返回到激光测距模块13，激光测距模块13记录激光束发出到返回被接收所经历的时间，即可测定目标距离，其具有测量范围广，响应速度快，适合远距离测量使用，测量精度高量程大等优点。角度传感器14用于检测角度，每转动一个角度，角度传感器14就会计数一次。本实施例的角度传感器14可以采用型号为SCA1800的角度传感器14.本实施例的优选方式的手持式测量主机1还包括按键模块16和显示模块17，显示模块17优选为LCD显示屏，电源15还用于为按键模块16和显示模块17供电。使用时，通过按键模块16对单片机模块12输出发出激光束的命令，单片机模块12对激光测距模块13发送控制信号，激光测距模块13朝电子靶标2发射激光束，激光束遇到电子靶标2后返回至激光测距模块13，根据现有技术可知，激光测距模块13根据激光束发出到返回被其接收的时间计算出激光测距模块13至电子靶标2的距离为测量信号，并将该测量信号发送至单片机模块12，实现对铁路轨道水平面上距离的一个精确测量；当需要测量铁路轨道的曲线是否平滑时，本实施例的角度传感器14需要配合激光测距模块13一同工作，在曲线轨道上，每转过一个角度，角度传感器14会检测到角度变化的信号并将其传送至单片机模块12，通过现有技术的正矢测量原理可以得知轨道曲线是否平滑，单片机模块12通过接收来自角度传感器14的角度变化信号和激光测距模块13的测量结果，可以计算出曲线轨道是否平滑，具体参见图2，假设弧线AC为钢轨上固定选取的弦长，通过直线连接A、C两点产生线段BC，过B点做线段AC的垂线交于点D，则线段BD就是需要求解的正矢的距离。测量时，首先将A点作为测量点，先调整手持式测量主机1使得激光束打到B点，测得线段BA长度为a；然后调整手持式测量主机1使得激光束打到C点，测得线段AC长度为b，设BC段的长度为c。根据角度传感器14可以测得三角形AC边与AB边的夹角为α，根据余弦定理，c²＝a²+b²-2abCOSα可以求出三角形ABC的另一个边BC的长度c(也可以人工测量BC变的长度c)，根据海伦公式S＝其中，S为三角形ABC的面积，

$p=\frac{1}{2}(\mathrm{AB}+\mathrm{AC}+\mathrm{BC}),$

$S=\frac{1}{4}\sqrt{(\mathrm{AB}+\mathrm{AC}+\mathrm{BC})(\mathrm{AB}+\mathrm{AC}-\mathrm{BC})(\mathrm{AB}+\mathrm{BC}-\mathrm{AC})(\mathrm{AC}+\mathrm{BC}-\mathrm{AC})},$

BD＝2S/c，因此可以得出正矢BD的长度，由此可以判断轨道的曲线是否平滑。

本实施例的手持式测量主机1还包括第一无线通讯模块11，该第一无线通讯模块11与单片机模块12连接，另外电子靶标2包括一个机箱，机箱内设有控制模块22、第二电源23、微处理器和第二无线通讯模块24，机箱外设有PSD位置传感器21，该PSD位置传感器21和第二无线通讯模块24与控制模块22连接，第二电源23给微处理器、控制模块、PSD位置传感器21供电；PSD位置传感器21用于检测来自激光测距模块13的激光束的位置，并将检测到的位置信号发送至控制模块22；控制模块22用于接收来自PSD位置传感器21的位置信号；第一无线通讯模块11与第二无线通讯模块24通过无线信号连接，通过无线传输将位置信号发送至单片机模块12。第一无线通讯模块11和第二无线通讯模块24分别优选为WIFI模块。PSD位置传感器21是利用半导体PN结的横向光电效应工作的位置敏感探测器件，它不仅具有灵敏度高、位置分辨率高和良好的瞬态响应特性，并且其检测位置输出只与光斑中心有关，与光斑形状和大小无关，因此可以用于测量铁路轨道的平整度，本实施例的PSD位置传感器21的型号可以为m286834。使用时，电子靶标2放在轨道上，激光测距模块13向电子靶标2发射激光束，PSD位置传感器21可以精确检测到激光束投射至PSD位置传感器21上的光斑位置，顺着轨道不断地移动电子靶标2的位置，PSD位置传感器21不断的检测光斑位置，并将位置信号传递至控制模块22，控制模块22将这些位置信号，通过第一无线通讯模块11传递给单片机模块12，由单片机模块12接收到这些位置信号后，通过现有技术可以判断轨道是否平整，若激光束投射至PSD位置传感器21上的光斑位置在竖直方向上没有变化，则说明轨道平整，若激光束投射至PSD位置传感器21上的光斑位置在竖直方向上发生变化，则说明轨道不平整，通过两次光斑在竖直方向上的位置差，可以知道轨道的不平整度具体数值。

本实施例的便携式铁路轨道激光测量仪还包括平板电脑3，平板电脑3通过无线信号与第一无线通讯模块11。单片机模块12通过第一无线通讯模块11将统计的各种数据用无线信号发送至平板电脑3，平板电脑3实现对现场测量数据的采集、计算、传输和存储。

另外，电子靶标2上还设有反光板，反光板具体是安装在PSD位置传感器21的背面，PSD位置传感器21的正面用于接收来自激光测距模块13发射的激光束，该反光板用于在测量点反射不良的情况下能接收来自手持式测量主机1中的激光测距模块13的激光束并将该激光束反射回手持式测量主机1的激光测距模块13。激光测距模块13发射出的激光束通过反光板再反射回来，使得该便携式铁路轨道激光测量仪在光线不好的情况下，依然能够正常使用，而不是因为天气等其他干扰因素的变化造成发射光散射等问题。

本实施例带来的有益效果在于测量速度快、精度高、测量距离远、不受天气等问题的影响，采用无线数据链接各进行部件数据交换，采用平板电脑现场处理数据，可以及时的得知对现场进行相关处理，便于携带、方便操作，不但可以对铁路轨道在水平方向上的直线距离进行测量，也可以对铁路曲线轨道的平滑度进行检测，同时，还能够对铁路轨道在水平方向上的平整度进行检测。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.便携式铁路轨道激光测量仪，其特征在于：包括手持式测量主机，所述手持式测量主机包括单片机模块、激光测距模块、角度传感器、第一电源；所述激光测距模块、角度传感器均与单片机模块连接，所述第一电源用于给激光测距模块、角度传感器以及单片机模块供电；所述单片机模块用于给激光测距模块发送控制信号；所述激光测距模块用于接收来自单片机模块的控制信号后对测量点发射激光束，并接收由测量点反射回来的激光束；所述角度传感器用于检测到手持式测量主机在测量时水平方向上的角度后生成对应的角度信号，并将该角度信号发送至单片机模块。

2.如权利要求1所述的便携式铁路轨道激光测量仪，其特征在于，还包括位于测量点的电子靶标，所述激光测距模块用于接收来自单片机模块的控制信号后对电子靶标发射激光束，并接收由电子靶标反射回来的激光束。

3.如权利要求2所述的便携式铁路轨道激光测量仪，其特征在于：所述电子靶标上还设有反光板，该反光板用于在测量点反射不良的情况下能接收来自激光测距模块的激光束并将该激光束反射回手持式测量主机的激光测距模块。

4.如权利要求1所述的便携式铁路轨道激光测量仪，其特征在于：所述手持式测量主机还包括按键模块和显示模块，所述按键模块和显示模块均与单片机模块连接，所述电源还用于为显示模块和按键模块供电。

5.如权利要求4所述的便携式铁路轨道激光测量仪，其特征在于：所述显示模块为LCD显示屏。

6.如权利要求1所述的便携式铁路轨道激光测量仪，其特征在于：所述手持式测量主机还包括第一无线通讯模块，第一无线通讯模块与单片机模块连接；所述电子靶标设有PSD位置传感器、第二电源、第二无线通讯模块和控制模块，该PSD位置传感器、第二无线通讯模块均与控制模块连接，第二电源用于给PSD位置传感器和控制模块供电；所述PSD位置传感器用于检测来自激光测距模块的激光束的位置，并将检测到的位置信号发送至控制模块；所述控制模块用于接收来自PSD位置传感器的位置信号；所述第一无线通讯模块与第二无线通讯模块通过无线信号连接。

7.如权利要求6所述的便携式铁路轨道激光测量仪，其特征在于：所述第一无线通讯模块和第二无线通讯模块分别为WIFI模块。

8.如权利要求6所述的便携式铁路轨道激光测量仪，其特征在于：便携式铁路轨道激光测量仪还包括平板电脑，所述平板电脑通过无线信号与第一无线通讯模块连接。