一种钢轨受力实时感知的方法和组件
专利汇可以提供一种钢轨受力实时感知的方法和组件专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种 钢 轨受 力 检测系统，特别是涉及一种实时 感知 钢轨受力的方法和组件，包括传感垫板、无线通信 中继器 ，传感垫板包括压力感受区、聚酰胺FPC柔性 电路 板、 橡胶 本体，各部分通过特殊的模压工艺硫 化成 型，传感垫板替换 铁 路钢轨下面安装的既有标准件—绝缘缓冲垫板，传感垫板与绝缘缓冲垫板具有相同的机械性能，可保持轨道结构整体 刚度 一致，两者在结构和机械性能上具有互换性，传感垫板使轨道自身具备实时感知外界作用力并将其转化为路感数据的能力，并以射频方式发送到无线通信中继器上，无线通信中继器安装在轨道旁的 接触 网支柱上，与相邻辖区的传感垫板组成短距离无线自组网，负责实时上传来自本辖区的传感垫板采集并求解的数据。，下面是一种钢轨受力实时感知的方法和组件专利的具体信息内容。
1.一种钢轨受力实时感知系统，特别是涉及一种钢轨受力实时感知的方法和组件，包括传感垫板、无线通信中继器，其特征在于：所述传感垫板包括压力感受区、聚酰胺FPC柔性电路板、橡胶本体，各部分通过特殊的模压工艺硫化成型，传感垫板替换铁路钢轨下面安装的既有标准件—绝缘缓冲垫板，传感垫板与绝缘缓冲垫板具有相同的机械性能，可保持轨道结构整体刚度不变，两者在结构和机械性能上具有互换性，传感垫板可感知并求解钢轨所受的外界作用力，并以射频方式发送到无线通信中继器上，无线通信中继器安装在轨道旁的接触网支柱上，与相邻辖区的传感垫板组成短距离无线自组网，负责实时上传来自本辖区的传感垫板采集并求解的数据，根据这些数据可准确分析钢轨及在线列车的实时状况。
2.根据权利要求1所述的一种钢轨受力实时感知的方法和组件，其特征在于：所述的钢轨受力包括铁路钢轨受到的垂向作用力FZ、横向作用力FY和纵向作用力FX。
3.根据权利要求1所述的一种钢轨受力实时感知的方法和组件，其特征在于：所述的传感垫板不仅具有与原有绝缘缓冲垫板一样的减震、绝缘隔离的功能，更重要的是可以将钢轨底面与轨枕之间的垂向作用力转化为数字信号，以射频方式向外发送，在电气功能上，相当于一个无源电子传感器标签，每片具有唯一的ID识别码。
4.根据权利要求3所述的一种钢轨受力实时感知的方法和组件，其特征在于：所述传感垫板本身是无源的，通过收集无线通信中继器发出的无线射频能量转化为工作电源来工作，当无中继器的外部激发时，功能上相当于绝缘缓冲垫板。
5.根据权利要求1所述的一种钢轨受力实时感知的方法和组件，其特征在于：所述压力感受区本质上是以橡胶本体作为电介质层、以两片平行导电橡胶作为极板构成的平行板电容器，在外界无作用力时，传感垫板只受扣件扣压力和钢轨自重的作用，设此时电介质层的厚度为d，当传感垫板受到来自钢轨的法向载荷时，电介质层的厚度将产生微变量 ，在弹性限度内，压力感受区所受到的平均力 ，即 的大小反映了载荷F的大小，同时， 也将影响平行板电容器的电容量，即 ，显然每个压
力感受区所受到的平均力 ，式中c为压力感受区平行板电容器的电容
量，k为传感垫板的刚度，ε为橡胶基材的介电常数，S为平行板电容极板的有效面积，d为无外界作用力时的电介质层的厚度，这样，为求得轨道受力F，将不便于测量的厚度微变量转化为便于检测的平行板电容器的电容量c。
6.根据权利要求1所述的一种钢轨受力实时感知的方法和组件，其特征在于：所述传感垫板为薄片结构，只能直接检测到钢轨与轨枕之间的垂向力，为了能够求解其它方向上的力，采用了受力分区法，即将受力面划分成了4个压力感受区（也可以采用其它分区形式），当钢轨受到横向分力作用，或轨枕受到纵向（轨向）力时，由于这两个力的作用线与所述的传感垫板的接触面之间存在法向距离h和s，因而在接触面上产生了力矩效应，使得在同一个力的作用下各感受区受到的平均力是不同的，由此可得到钢轨受到的垂向力 、横向力、纵向力 的计算公式如下：
------（1）
------（2）
------（3）
上式中的 分别是对角分布的两个压力感受区所受到的平均力 ，是一个与钢轨型号和所述传感垫板结构参数有关的已知常量，是一个与轨枕，道床类型和所述传感垫板结构参数有关的常量，对于不同的道床类型，可以通过型式试验的方法获取，各项文字符号的意义及各部受力关系见说明书附图3。
7.根据权利要求1所述的一种钢轨受力实时感知的方法和组件，其特征在于：所述的聚酰胺FPC柔性电路板是将微处理器，射频通信电路两位一体地集成到一个电路板上并与力敏元件—平行板电容器电连接，射频通信电路的柔性射频天线分置于传感垫板两侧的裙部位置，主CPU置于中心位置。
8.根据权利要求1所述的一种钢轨受力实时感知的方法和组件，其特征在于：在具体应用上既可以是覆盖全线铁路的实时检测，也可以是站点式的，无论哪种应用方式，对现行铁路养护作业均不产生任何影响。
一种钢轨受力实时感知的方法和组件
技术领域
背景技术
发明内容
所述传感垫板包括压力感受区、聚酰胺FPC柔性电路板，橡胶本体，各部分通过特殊的模压工艺硫化成型，传感垫板替换铁路钢轨下面安装的既有标准件—绝缘缓冲垫板，传感垫板与绝缘缓冲垫板具有相同的机械性能，可保持轨道结构整体刚度一致,两者在结构和机械性能上具有互换性，传感垫板可感知并求解钢轨所受的外界作用力，并以射频方式发送到无线通信中继器上，无线通信中继器安装在轨道旁的接触网支柱上，与相邻辖区的传感垫板组成短距离无线自组网，负责实时上传来自本辖区的传感垫板采集并求解的数据。
一种实时感知钢轨受力的方法和组件，参见附图1至附图4，图中铁路钢轨1，传感垫板
2，扣件3，轨枕4，无线通信中继器5，道床6，压力感受区21，聚酰胺FPC柔性电路板22，橡胶本体23，极板211，聚酰胺FPC柔性电路板的柔性射频天线221，橡胶本体裙部231。
，显然每个压力感受区所受到的平均力 ，式中c为压
力感受区平行板电容器的电容量，k为传感垫板的刚度，ε为橡胶基材的介电常数，S为平行板电容极板的有效面积，d为无外界作用力时的电介质层的厚度，这样，为求得轨道受力F，将不便于测量的厚度微变量 转化为便于检测的平行板电容器的电容量c。
------（2）
------（3）
上式中的 分别是对角分布的两个压力感受区21所受到的平均力 ， 是一个与钢轨1型号和所述传感垫板2结构参数有关的已知常量， 是一个与轨枕4，道床6类型和所述传感垫板2结构参数有关的常量，对于不同的道床6类型，可以通过型式试验的方法获取，各项文字符号的意义及各部受力关系见图3。
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