以更低的成本和更高的安全性來(lái)維護(hù)公共鐵軌

縱向形貌

高速電渦流傳感器以微米級(jí)精度對(duì)鐵路表面情況進(jìn)行記錄(圖5)。線(xiàn)性編碼器處理來(lái)自磁環(huán)的信號(hào)，該信號(hào)作為里程表和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的觸發(fā)器。這個(gè)信號(hào)再經(jīng)過(guò)FIR帶通濾波器進(jìn)行濾波，可減少其特征波長(zhǎng)的頻譜。除了表面形貌，與冶煉相關(guān)的不規(guī)則處如局部淬火和焊接點(diǎn)也被一一記錄。

圖5： 鐵軌縱向形貌由非接觸式渦流傳感器和磁性編碼器來(lái)采集。

橫截面形貌

激光技術(shù)是當(dāng)今最先進(jìn)的非接觸式測(cè)量方法，可獲得準(zhǔn)確的鐵軌橫截面形貌。根據(jù)所需的精確度或捕獲速度，無(wú)論是穿越激光束還是激光“幕”(圖6)都可用來(lái)進(jìn)行這項(xiàng)工作。對(duì)原始形貌信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)線(xiàn)性化、縮放處理，并濾除毛刺。

圖6： 采用高速激光掃描儀捕獲的鐵軌形貌。

老一代技術(shù)—計(jì)量設(shè)備

直到最近，維修人員仍在使用許多不同的測(cè)量設(shè)備來(lái)確定軌道上的裂縫和異樣。每種方法適合某一特定軌道缺陷，但除了少數(shù)例外以外，這些機(jī)械的方法缺乏足夠的精確度和可重復(fù)性的結(jié)果。最近幾年，工業(yè)解決方案供應(yīng)商，如Schmid Engineering，將先進(jìn)的處理器技術(shù)和最先進(jìn)的元件嵌入到他們的設(shè)計(jì)中。鐵路基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)中的此類(lèi)進(jìn)步逐漸將行業(yè)引向采用智能計(jì)量設(shè)備的移動(dòng)和多功能鐵軌測(cè)量時(shí)代。

鐵軌監(jiān)控設(shè)備(圖7)使用最先進(jìn)的技術(shù)來(lái)同步測(cè)量鐵軌橫截面形貌、頭端高度、軌距、傾角、深度和周?chē)h(huán)境溫度，所有這些都是在特定的可識(shí)別的位置進(jìn)行檢測(cè)和記錄的。

圖7：在惡劣的環(huán)境和緊迫的時(shí)間要求下，人們需要輕便、易于使用和富有成效的計(jì)量設(shè)備。

所有關(guān)鍵特性現(xiàn)場(chǎng)就可處理和可視化，并可存儲(chǔ)在移動(dòng)存儲(chǔ)器中。隨著操作者或車(chē)輛沿鐵軌拉動(dòng)，RailSurf 雪橇式計(jì)量設(shè)備就在連續(xù)監(jiān)測(cè)和記錄縱向軌道參數(shù)。它帶有若干傳感器，可以反映出各種問(wèn)題，如起伏、孔洞、裂縫以及軌距和傾角變化。由此產(chǎn)生的信息可以存儲(chǔ)在可移動(dòng)存儲(chǔ)器中或通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式傳輸至一個(gè)操作界面。

圖8：基于Blackfin處理器和LabVIEW嵌入式模塊的RailSurf雪橇式計(jì)量設(shè)備可記錄縱向起伏不規(guī)則處。GPS接收器和傾角傳感器內(nèi)置在操作面板中。

Blackfin處理器：系統(tǒng)的核心

Blackfin處理器作為這些便攜式測(cè)試工具的核心器件，通過(guò)提供動(dòng)態(tài)電源管理實(shí)現(xiàn)省電的工作方式，融合了微控制器(MCU)和DSP技術(shù)。MCU電路可方便地與可擴(kuò)展的輸入/輸出(I/O)設(shè)備連接，如激光掃描儀、模擬和數(shù)字傳感器、鍵盤(pán)、TFT (薄膜晶體管)顯示器、電池電量計(jì)和移動(dòng)媒體存儲(chǔ)介質(zhì)。DSP部分專(zhuān)門(mén)用于處理先進(jìn)的數(shù)字算法，如濾波器、變換(例如FFT)、幾何偏差的確定，或者其它要求繁雜的計(jì)算任務(wù)。最近采用LabVIEW嵌入式模塊進(jìn)行的圖形化系統(tǒng)設(shè)計(jì)取得了一些進(jìn)步，通過(guò)這些模塊的高層次框圖和面向數(shù)據(jù)流的語(yǔ)言，可為Blackfin處理器提供一個(gè)直接的編程模型。這種帶有隨時(shí)可以使用的數(shù)學(xué)分析模塊和圖形化多任務(wù)處理的高層次方案，將數(shù)字嵌入式設(shè)計(jì)的功能性提升到更高的水平。

測(cè)量機(jī)車(chē)

多功能機(jī)車(chē)的設(shè)計(jì)采用了一組5個(gè)相互連接的Blackfin處理器，它能夠記錄長(zhǎng)達(dá)10公里鐵路段的軌道參數(shù)，點(diǎn)到點(diǎn)分辨率為5毫米。Blackfin處理器＃1實(shí)現(xiàn)了通過(guò)鍵盤(pán)和兩個(gè)TFT顯示器的用戶(hù)交互系統(tǒng)。處理器＃2以高速度記錄軌道幾何形狀和縱向形貌，并將處理器＃3接收到的GPS信息嵌入到測(cè)量數(shù)據(jù)。連同處理器＃4捕獲的橫截面信息，所有數(shù)據(jù)最后形成數(shù)據(jù)流進(jìn)入處理器＃5，處理器＃5將海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在大容量RAM緩沖器中，以便最終以二進(jìn)制文件格式保存在移動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì)中。

缺陷定位

所獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)被輸入到一個(gè)公共的軟件平臺(tái)，該平臺(tái)將軌道幾何形狀、縱向形貌和橫截面以及GPS位置和里程信息關(guān)聯(lián)在一起。該平臺(tái)采用LabVIEW和工具包實(shí)現(xiàn)，可以作為一個(gè)公共的數(shù)據(jù)交換和分析工具。它可與多種測(cè)量設(shè)備、機(jī)車(chē)和維護(hù)機(jī)器進(jìn)行連接。應(yīng)用于測(cè)量數(shù)據(jù)的智能濾波器扮演著X光設(shè)備一樣的角色，對(duì)關(guān)鍵的鐵軌缺陷進(jìn)行定位。這使得測(cè)量結(jié)果能真正數(shù)字化地還原整個(gè)鐵軌幾何形狀。之后則可根據(jù)這一基本信息采取相應(yīng)的措施，如維修或更換鐵軌。最終數(shù)據(jù)記錄文件可被無(wú)線(xiàn)連接到外部數(shù)據(jù)庫(kù)和CAD軟件，以便將結(jié)果轉(zhuǎn)移到任何客戶(hù)的IT環(huán)境中。