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一种无缝 钢轨纵向、横向位移同时测量装置、系统及其方法

阅读：694发布：2020-09-16

专利汇可以提供一种无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置、系统及其方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种钢轨纵向、横向位移同时测量装置、系统及其方法，属于光学和几何位置测量技术领域。本装置包括标记、钢轨位移测量单元、轨边固定桩和中央处理单元，通过测量标记和半导体激光器出射到钢轨上形成的光点不同时刻在钢轨上位置的变化，可分别测得待测点钢轨的纵向和横向位移数据，并将测量数值通过无线通信网络传送到中央处理单元，从而实现对观察点位移的远程监测。采用两个或者两个以上的无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置，同样数量的钢轨温度自动测量单元和一个共用的中央处理单元组成的无缝钢轨纵向、横向位移同时测量系统，在测量钢轨的纵向、横向位移的同时，还能够自动寻找到钢轨的最大温度应力地段，避免事故的发生。，下面是一种无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置、系统及其方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置，包括：标记（Ⅰ）、钢轨位移测量单元（Ⅲ）、轨边固定桩（Ⅳ）和中央处理单元（Ⅵ），钢轨位移测量单元（Ⅲ）和中央处理单元（Ⅵ）之间以有线或无线方式进行连接；钢轨位移测量单元（Ⅲ）包括成像透镜（1）、光电位置探测器（3）、信号处理电路（4）、电源模块（5）、通信模块（6）、安装盒（7）、光源补偿器（8）、支架（12）、第二窗口玻璃（10）、第三窗口玻璃（11）；
其特征在于：钢轨位移测量单元（Ⅲ）还包括半导体激光器（2）和第一窗口玻璃（9）；半导体激光器（2）由支架（12）固定在安装盒（7）内部右端，激光出射端紧贴嵌入安装盒（7）前壁右边的第一窗口玻璃（9）并与之共轴，另一端与信号处理电路（4）相连；
成像透镜（1）紧贴第二窗口玻璃（10）并与之共轴，共同嵌入安装盒（7）前壁中间；光电位置探测器（3）固定于信号处理电路（4）上，其光敏面位于成像透镜（1）光轴上；光源补偿器（8）紧贴第三窗口玻璃（11）并与之共轴，共同嵌入安装盒（7）前壁左端；
钢轨位移测量单元（Ⅲ）安装在轨边固定桩（Ⅳ）上，调节钢轨位移测量单元（Ⅲ）至最佳位置；钢轨位移测量单元（Ⅲ）的最佳位置满足下述三个条件：使得标记（Ⅰ）通过安装盒（7）的第二透明窗口（10）后，经过成像透镜（1）成像于光电位置探测器（3）时满足近轴条件；使得光源补偿器（8）出射光照射到标记（Ⅰ）；使得半导体激光器（2）出射到钢轨（Ⅱ）上的光点，通过安装盒（7）的第二透明窗口（10）后，经过成像透镜（1）成像于光电位置探测器（3）时满足近轴条件。
2.一种利用如权利要求1所述的无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置的无缝钢轨纵向、横向位移同时测量方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：
步骤1：安装无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置；
步骤2：光源补偿器（8）根据外界光强调整发光强度，对标记（Ⅰ）进行补光，该步骤在不需要进行阴天、夜间或者日食、雨雾、沙尘天气测量时可以省去；
步骤3：进行初始测量，标记（Ⅰ）与半导体激光器（2）出射到钢轨（Ⅱ）上形成的光点在钢轨上的初始位置分别为A1、B1，标记（Ⅰ）与光点依次在光电位置探测器（3）上成像，由信号处理电路（4）依次对光电位置探测器（3）的输出信号进行处理，分别得出标记（Ⅰ）与半导体激光器（2）出射到钢轨（Ⅱ）上形成的光点的像在光电位置探测器（3）上的初始位置A1′、B1′，将所得数据通过通信模块（6）送入中央处理单元（Ⅵ）；
步骤4：纵向位移实时测量，当钢轨（Ⅱ）存在纵向位移H1时，标记（Ⅰ）在钢轨（Ⅱ）上的位置由A1变为A2，标记（Ⅰ）的像在光电位置探测器（3）上的位置由A1′变为A2′，由信号处理电路（4）得出标记（Ⅰ）的像在光电位置探测器（3）上的实时位置A2′，并将所得数据通过通信模块（6）送入中央处理单元（Ⅵ）；
步骤5：横向位移实时测量，当钢轨（Ⅱ）存在横向位移H2时，半导体激光器（2）出射到钢轨（Ⅱ）上形成的光点在钢轨上的位置由B1变为B2，光点的像在光电位置探测器（3）上的位置由B1′变为B2′，由信号处理电路（4）得出光点的像在光电位置探测器（3）上的实时位置B2′，并将所得数据通过通信模块（6）送入中央处理单元（Ⅵ）；
步骤6：由步骤3到步骤5分别得到的标记（Ⅰ）与半导体激光器（2）出射到钢轨
（Ⅱ）上形成的光点在探测器上的像的初始位置A1′、B1′和实时位置A2′、B2′，在中央处理单元（Ⅵ）中，根据透镜成像公式原理、三角公式、三角形各边之间的关系以及H1′=A1′-A2′、H2′=B1′-B2′，计算出标记（Ⅰ）与钢轨位移测量单元（Ⅲ）沿钢轨（Ⅱ）纵向方向相对位置的变化量以及半导体激光器（2）出射到钢
轨（Ⅱ）上形成的光点与钢轨位移测量单元（Ⅲ）沿钢轨（Ⅱ）横向方向相对位置的变化量，从而得到钢轨（Ⅱ）的纵向与横向位移数据；
其中，S1为成像透镜（1）与钢轨（Ⅱ）之间的垂直距离，S2为成像透镜（1）与光电位置探测器（3）之间的垂直距离，a为半导体激光器（2）出射到钢轨（Ⅱ）上形成的光点与成像透镜（1）中心之间的距离，b为半导体激光器（2）出射到钢轨（Ⅱ）上形成的光点在光电位置探测器（3）所成的像与成像透镜（1）中心之间的距离,θ1为半导体激光器（2）出射到钢轨（Ⅱ）上的激光光线与钢轨（Ⅱ）上反射的激光光线的夹角，θ2为入射到光电位置探测器（3）上的激光光线与光电位置探测器（3）的夹角。
3.根据权利要求2所述的一种无缝钢轨纵向、横向位移同时测量方法，其特征在
于:A1、B1位置可以重合。
4.一种无缝钢轨纵向、横向位移同时测量系统，包括两个以上的如权利要求1所述的无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置，同样数量的钢轨温度自动测量单元和一个共用的中央处理单元（Ⅵ），其特征在于：每两个无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置组成无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置组，每组无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置组中包括’ ’
两个钢轨温度自动测量单元（Ⅴ、Ⅴ），且钢轨温度自动测量单元（Ⅴ、Ⅴ）与对应的无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置的通信模块（6）和电源模块（5）相连，所有无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置的通信模块（6）共用同一个中央处理单元（Ⅵ），且所有通信模块（6）’
与中央处理单元（Ⅵ）通过有线或者无线方式连接；钢轨温度自动测量单元（Ⅴ、Ⅴ）以粘接或机械连接方式固定在钢轨（Ⅱ）上；本系统在测量钢轨的纵向、横向位移的同时，还能够自动寻找到钢轨的最大温度应力地段，避免事故的发生。
5.一种如权利要求4所述的无缝钢轨纵向、横向位移同时测量系统的测量方法，所述方法包括下列步骤：
步骤1：选取无缝钢轨纵向、横向位移同时测量系统中的一组无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置组，将其中的两个无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置分别记为第一无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置和第二无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置；
步骤2：在任意时刻，利用第一无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置的钢轨位移测量单元（Ⅲ）测量得到其安装处轨边固定桩（Ⅳ）和钢轨（Ⅱ）之间沿钢轨纵向方向、横向方向的相对位置；
步骤3：与步骤2同一时刻，利用第二无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置的钢轨位移测量单元（Ⅲ）测量得到其安装处轨边固定桩（Ⅳ）和钢轨（Ⅱ）之间沿钢轨纵向方向、横向方向的相对位置；
步骤4：与步骤2同一时刻，钢轨温度自动测量单元（Ⅴ）测量得到其安装处钢轨（Ⅱ）的温度数值；
步骤5：通过第一无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置和第二无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置的通信模块（6），分别将步骤2、步骤3和步骤4测得的数据传送到中央处理单元（Ⅵ）；
步骤6：在步骤2选取的时刻之后的任意时刻，利用第一无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置的钢轨位移测量单元（Ⅲ）测量得到其安装处轨边固定桩（Ⅳ）和钢轨（Ⅱ）之间沿钢轨纵向方向、横向方向的相对位置；
步骤7：与步骤6同一时刻，利用第二无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置的钢轨位移测量单元（Ⅲ）测量得到其安装处轨边固定桩（Ⅳ）和钢轨（Ⅱ）之间沿钢轨纵向方向、横向方向的相对位置；
’
步骤8：与步骤6同一时刻，钢轨温度自动测量单元（Ⅴ、Ⅴ）测量得到所在处钢轨(Ⅱ) 的温度数值；
步骤9：通过第一无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置和第二无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置通信模块（6），将步骤6和步骤7和步骤8测得的数据传送到中央处理单元（Ⅵ）；
步骤10：中央处理单元（Ⅵ）对两个不同时刻的两组无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置传送的数据进行处理，得到两个无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置所处位置初始相差长度L的长度变化ΔL，以及两个不同时刻的钢轨温度的变化值ΔT，按照公式σt=(α×ΔT-ΔL/L)×E计算得到两组无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置之间钢轨-6
温度应力，其中：α为钢轨的线膨胀系数，约为11.8×10 /℃；E为钢轨的弹性模量，约为
5
2.1×10MPa；L为两个无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置所处位置初始相差长度。

说明书全文

一种无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置、系统及其方法

技术领域

[0001] 本发明属于光学和几何位置测量技术领域，涉及一种无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置与方法。

背景技术

[0002] 无缝线路是铁路技术发展的大趋势。由于温度变化，钢轨内会存储相应的纵向温度应力。在天热时可能胀轨跑道，在天冷时可能拉断钢轨，都可能使运行通过的列车脱轨或颠覆，造成重大列车事故。因此，钢轨位移与温度应力测量在无缝线路安全检测及监测中起着重要作用，有必要对监测无缝线路的位移与温度应力进行二十四小时不间断的远程监测。

[0003] 目前，国内外最常用的无缝钢轨的温度应力测量方法为位移观察桩方法，该方法存在检测效率低、检测误差大、不易及时发现问题等缺点。专利号为ZL 99214444.2的中国实用新型专利《钢轨位移观测仪》中，测量装置的测量精度只能达到±1mm。另外，在专利号为ZL 02262271.3的中国实用新型专利“钢轨位移观测装置”中，提供了借助激光进行测量的技术解决思路，可使测量极限误差小于1mm，但仍需人工操作，测量精度有限，且不能实现自动测量。

[0004] 为此，我们发明了一种《利用激光自动监测钢轨参数的装置、系统及其方法》(专利号：ZL 200610113287.4)。该发明使用激光自动测量钢轨的位移，并将测量数值通过无线通信网络传送到中央处理单元，从而实现对观察点位移和温度应力的远程监测，但由于需要在钢轨上安装钢轨位移测量单元，这些测量单元具有一定的重量和大小，容易受钢轨振动而脱离，造成测量失败。

[0005] 为此，我们又发明了一种《钢轨参数自动测量装置、系统及其方法》(申请号：200910087168.X)。该发明不需要在钢轨上安装钢轨位移测量单元，但只能测量钢轨纵向位移，测量参数不够全面。

发明内容

[0006] 本发明的目的是，针对目前已发明的钢轨参数自动测量装置、系统及其方法中存在的缺陷，提出一种无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置、系统及其方法。

[0007] 为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案：

[0008] 一种无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置，包括：标记、钢轨位移测量单元、轨边固定桩和中央处理单元，钢轨位移测量单元和中央处理单元之间以有线或无线方式进行连接；钢轨位移测量单元除包括成像透镜、光电位置探测器、信号处理电路、电源模块、通信模块、安装盒、光源补偿器、支架、第二窗口玻璃、第三窗口玻璃；

[0009] 其特征在于：钢轨位移测量单元还包括半导体激光器和第一窗口玻璃；半导体激光器由支架固定在所述安装盒内部右端，激光出射端紧贴嵌入安装盒前壁右边的第一窗口玻璃并与之共轴，另一端与所述信号处理电路相连；

[0010] 钢轨位移测量单元安装在轨边固定桩上，调节钢轨位移测量单元至最佳位置；

[0011] 所述钢轨位移测量单元的最佳位置满足三个条件：(1)使得标记通过所述安装盒的第二透明窗口后，经过成像透镜成像于光电位置探测器时满足近轴条件；(2)使得光源补偿器出射光照射到标记；(3)使得半导体激光器出射到钢轨上的光点，通过所述安装盒的第二透明窗口后，经过成像透镜成像于光电位置探测器时满足近轴条件。

[0012] 一种无缝钢轨纵向、横向位移同时测量方法，包括下列步骤：

[0013] 步骤1：安装无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置；

[0014] 步骤2：光源补偿器根据外界光强调整发光强度，对标记进行补光；

[0015] 步骤3：初始测量，所述标记与所述半导体激光器出射到钢轨上形成的光点在钢轨上的初始位置分别为A1、B1，所述标记与所述光点依次在光电位置探测器上成像，由信号处理器依次对光电位置探测器的输出信号进行处理，分别得出所述标记与所述光点的像在光电位置探测器上的初始位置A1′、B1′，将所得数据通过通信模块送入中央处理单元；

[0016] 步骤4：纵向位移实时测量，当所述钢轨存在纵向位移H1时，所述标记在钢轨上的位置由A1变为A2，所述标记的像在光电位置探测器上的位置由A1′变为A2′，由信号处理器得出标记的像在光电位置探测器上的实时位置A2′，将所得数据通过通信模块送入中央处理单元；

[0017] 步骤5：横向位移实时测量，当所述钢轨存在横向位移H2时，所述半导体激光器出射到钢轨上形成的光点在钢轨上的位置由B1变为B2，所述光点的像在光电位置探测器上的位置由B1′变为B2′，由信号处理器得出光点的像在光电位置探测器上的实时位置B2′，并将所得数据通过通信模块送入中央处理单元；

[0018] 步骤6：由步骤3到步骤5分别得到的标记与所述半导体激光器出射到钢轨上形成的光点在探测器上的像的初始位置A1′、B1′和实时位置A2′、B2′，在中央处理单元中，根据透镜成像公式三角公式、三角形各边之间的关系以及H1′＝A1′-A2′、H2′＝B1′-B2′，计算出标记与钢轨位移测量单元沿钢轨纵向方向相对位置的变化量以及所述半导体激光器出射到钢轨上形成的光点与钢轨位移测量单元沿钢轨横向方向相对位置的变化量从而得到钢轨的纵向与
横向位移数据。

[0019] 上述方法中A1、B1位置可以重合。

[0020] 一种带温度测量的无缝钢轨纵向、横向位移同时测量系统，包括两个或者两个以上的无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置，同样数量的钢轨温度自动测量单元和一个共用的中央处理单元VI，其特征在于：每两个无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置组成无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置组，每组无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置组中包括两个钢轨温度自动测量单元，且钢轨温度自动测量单元同与其对应的无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置的通信模块和电源模块相连，所有无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置的通信模块共用同一个中央处理单元，且所有通信模块与中央处理单元通过有线或者无线方式连接；钢轨温度自动测量单元以粘接或机械连接方式固定在钢轨上；本系统在测量钢轨的纵向、横向位移的同时，还能够自动寻找到钢轨的最大温度应力地段，避免事故的发生。

[0021] 一种如上所述的无缝钢轨纵向、横向位移同时测量系统的测量方法，包括下列步骤：

[0022] 步骤1：选取无缝钢轨纵向、横向位移同时测量系统中的一组无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置组，将其中的两个无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置分别记为第一无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置和第二无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置；

[0023] 步骤2：在任意时刻，利用第一无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置的钢轨位移测量单元III测量得到其安装处轨边固定桩和钢轨之间沿钢轨纵向方向、横向方向的相对位置；

[0024] 步骤3：与步骤2同一时刻，利用第二无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置的钢轨位移测量单元测量得到其安装处轨边固定桩和钢轨之间沿钢轨纵向方向、横向方向的相对位置；

[0025] 步骤4：与步骤2同一时刻，钢轨温度自动测量单元测量得到其安装处钢轨的温度数值；

[0026] 步骤5：通过第一无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置和第二无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置的通信模块6，分别将步骤2、步骤3和步骤4测得的数据传送到中央处理单元；

[0027] 步骤6：在步骤2选取的时刻之后的任意时刻，利用第一无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置的钢轨位移测量单元测量得到其安装处轨边固定桩和钢轨之间沿钢轨纵向方向、横向方向的相对位置；

[0028] 步骤7：与步骤6同一时刻，利用第二无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置的钢轨位移测量单元测量得到其安装处轨边固定桩和钢轨之间沿钢轨纵向方向、横向方向的相对位置；

[0029] 步骤8：与步骤6同一时刻，钢轨温度自动测量单元测量得到所在处钢轨的温度数值；

[0030] 步骤9：通过第一无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置和第二无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置通信模块6，将步骤6和步骤7和步骤8测得的数据传送到中央处理单元；

[0031] 步骤10：中央处理单元对两个不同时刻的两组无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置传送的数据进行处理，得到两个无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置对应长度的长度变化ΔL，以及两个不同时刻的钢轨温度的变化值ΔT，按照公式σt＝(α×ΔT-ΔL/L)×E计算得到两组无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置之间钢轨温度应力。其中：α为-6 5钢轨的线膨胀系数，约为11.8×10 /℃；E为钢轨的弹性模量，约为2.1×10MPa；L为两个无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置所处位置相差的初始长度。

[0032] 此方法在测量钢轨的纵向、横向位移的同时，还能够自动寻找到钢轨的最大温度应力地段。附图说明

[0033] 图1是本发明的无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置的测量原理图。

[0034] 图2是本发明的无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置的俯视示意图。

[0035] 图3是本发明的无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置的左视示意图。

[0036] 图4是本发明的无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置的右视示意图。

[0037] 图5是本发明的实施例二的带温度测量的无缝钢轨纵向、横向位移同时测量系统示意图。

[0038] 图中：

[0039] 标记I、I’，钢轨II，钢轨位移测量单元III、III’，轨边固定桩IV、IV’，钢轨温度自动测量单元V、V’，中央处理单元VI；

[0040] 主要部件说明：成像透镜1，半导体激光器2，光电位置探测器3，信号处理电路4，电源模块5，通信模块6，安装盒7，光源补偿器8，第一窗口玻璃9、第二窗口玻璃10、第三窗口玻璃11，支架12。

[0041] 光滑曲线皆为电气连接。

[0042] 主要物理量说明：S1为成像透镜1与钢轨II之间的垂直距离，S2为成像透镜1与光电位置探测器3之间的垂直距离，a为半导体激光器2出射到钢轨II上形成的光点与成像透镜1中心之间的距离，b为半导体激光器2出射到钢轨II上形成的光点在光电位置探测器3所成的像与成像透镜1中心之间的距离，θ1为半导体激光器2出射到钢轨II上的激光光线与钢轨II上反射的激光光线的夹角，θ2为入射到光电位置探测器3上的激光光线与光电位置探测器3的夹角。

具体实施方式

[0043] 实施例一：

[0044] 如图2、图3、图4所示，一种无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置包括标记I、钢轨位移测量单元III、轨边固定桩IV。

[0045] 标记I固定在钢轨IV轨头或轨腰的任意位置的表面，且标记I方向与水平方向垂直。

[0046] 钢轨位移测量单元III包括成像透镜1、半导体激光器2、光电位置探测器3、信号处理电路4、电源模块5、通信模块6、安装盒7、光源补偿器8、支架12、第一窗口玻璃9、第二窗口玻璃10和第三窗口玻璃11；

[0047] 成像透镜1紧贴第二窗口玻璃10并与之共轴，共同嵌入安装盒7前壁中间；

[0048] 半导体激光器2由支架12固定在安装盒7内部右端，激光出射端紧贴嵌入安装盒7前壁右边的第一窗口玻璃9并与之共轴，另一端与信号处理电路4相连；

[0049] 光电位置探测器3固定于信号处理电路4上，其光敏面位于成像透镜1光轴上，它可以采用线阵电荷耦合器件、四象限光电探测器、位置敏感探测器或者面阵电耦合器件中的任意一种；

[0050] 信号处理电路4分别与通信模块6、电源模块5连接，且都固定于安装盒7内；

[0051] 光源补偿器8紧贴第三窗口玻璃11并与之共轴，共同嵌入安装盒7前壁左端；

[0052] 钢轨位移测量单元III安装在轨边固定桩IV上，并调节钢轨位移测量单元III至最佳位置，最佳位置满足三个条件：(1)使得标记I通过安装盒7的第二透明窗口10后，经过成像透镜1成像于光电位置探测器3时满足近轴条件；(2)使得光源补偿器8出射光照射到标记I；(3)使得半导体激光器2出射到钢轨II上的光点，通过安装盒7的第二透明窗口10后，经过成像透镜1成像于光电位置探测器3时满足近轴条件。

[0053] 轨边固定桩IV安装在钢轨II外侧，与钢轨II的距离根据现场施工情况确定。

[0054] 无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置还包括中央处理单元VI，通信模块6以有线或者无线方式与中央处理单元VI进行连接。

[0055] 基于上述一种无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置的无缝钢轨纵向、横向位移同时测量方法，包括下列步骤：

[0056] 步骤1：安装无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置；

[0057] 步骤2：光源补偿器8根据外界光强调整发光强度，对标记I进行补光，该步骤在不需要进行阴天、夜间或者特殊环境下(比如日食、雨雾、沙尘等天气)测量时可以省去。

[0058] 步骤3：进行初始测量，标记I与半导体激光器2出射到钢轨II上形成的光点在钢轨上的初始位置分别为A1、B1，标记I与光点依次在光电位置探测器3上成像，由信号处理器4依次对光电位置探测器3的输出信号进行处理，分别得出标记I与半导体激光器2出射到钢轨II上形成的光点的像在光电位置探测器3上的初始位置A1′、B1′，将所得数据通过通信模块6送入中央处理单元VI；

[0059] 步骤4：纵向位移实时测量，当钢轨IV存在纵向位移H1时，标记I在钢轨II上的位置由A1变为A2，标记I的像在光电位置探测器3上的位置由A2变为A2′，由信号处理器4得出标记I的像在光电位置探测器3上的实时位置A2′，并将所得数据通过通信模块6送入中央处理单元VI；

[0060] 步骤5：横向位移实时测量，当钢轨II存在横向位移H2时，半导体激光器2出射到钢轨II上形成的光点在钢轨上的位置由B1变为B2，光点的像在光电位置探测器3上的位置由B1′变为B2′，由信号处理器4得出标记I的像在光电位置探测器3上的实时位置B2′，并将所得数据通过通信模块6送入中央处理单元VI；

[0061] 步骤6：由步骤3到步骤5分别得到的标记I与半导体激光器2出射到钢轨II上形成的光点在探测器上的像的初始位置A1′、B1′和实时位置A2′、B2′，在中央处理单元VI中，根据透镜成像公式原理三角公式、三角形各边之间的关系以及H1′＝A1′-A2′、H2′＝B1′-B2′，计算出标记I与钢轨位移测量单元III沿钢轨II纵向方向相对位置的变化量以及半导体激光器2出射到钢轨II上形成的光点与钢轨位移测量单元III沿钢轨II横向方向相对位置的变化量
从而得到钢轨II的纵向与横向位移数据。

[0062] 测量中，A1、B1位置可以重合。

[0063] 本实施例的效果在于，采用标记、激光光点作为被测目标来自动自动测量钢轨位移，避免了人工误差，测量精度、测量效率大大提高；同时测量钢轨的纵向、横向位移，避免了人工误差，测量精度、测量效率大大提高；不需要在钢轨上安装任何的测量单元或者装置，避免由于受钢轨振动脱离造成的测量失败；光源补偿器可以实现全天候的测量。

[0064] 实施例二：

[0065] 如图5所示，带温度测量的无缝钢轨纵向、横向位移同时测量系统包括两个或者两个以上的无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置，同样数量的钢轨温度自动测量单元和一个共用的中央处理单元VI，每两个无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置组成无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置组，每组无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置组中包括至两个钢轨温度自动测量单元V、V’，且钢轨温度自动测量单元V、V’与对应的无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置的通信模块6和电源模块5相连，所有无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置的通信模块6共用同一个中央处理单元VI，且所有通信模块6与中央处理单元VI通过有线或者无线方式连接。

[0066] 本实施例中无缝钢轨纵向、横向位移同时测量系统的钢轨温度自动测量单元V、V’以粘接或机械连接方式固定在钢轨II上，并与通信模块6和电源模块5相连接。其它部分的连接关系与实施例一相同。

[0067] 一种基于上述无缝钢轨纵向、横向位移同时测量系统的无缝钢轨纵向、横向位移同时测量方法，包括下列步骤：

[0068] 步骤1：选取无缝钢轨纵向、横向位移同时测量系统中的一组无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置组，将其中的两个无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置分别记为第一无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置和第二无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置；

[0069] 步骤2：在任意时刻，利用第一无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置的钢轨位移测量单元III测量得到其安装处轨边固定桩IV和钢轨II之间沿钢轨纵向方向、横向方向的相对位置；

[0070] 步骤3：与步骤2同一时刻，利用第二无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置的钢轨位移测量单元测量得到其安装处轨边固定桩IV和钢轨II之间沿钢轨纵向方向、横向方向的相对位置；

[0071] 步骤4：与步骤2同一时刻，钢轨温度自动测量单元V测量得到其安装处钢轨II的温度数值；

[0072] 步骤5：通过第一无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置和第二无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置的通信模块6，分别将步骤2、步骤3和步骤4测得的数据传送到中央处理单元VI；

[0073] 步骤6：在步骤2选取的时刻之后的任意时刻，利用第一无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置的钢轨位移测量单元III测量得到其安装处轨边固定桩IV和钢轨II之间沿钢轨纵向方向、横向方向的相对位置；

[0074] 步骤7：与步骤6同一时刻，利用第二无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置的钢轨位移测量单元III测量得到其安装处轨边固定桩IV和钢轨II之间沿钢轨纵向方向、横向方向的相对位置；

[0075] 步骤8：与步骤6同一时刻，钢轨温度自动测量单元V、V’测量得到所在处钢轨II的温度数值；

[0076] 步骤9：通过第一无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置和第二无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置通信模块6，将步骤6和步骤7和步骤8测得的数据传送到中央处理单元VI；

[0077] 步骤10：中央处理单元VI对两个不同时刻的两组无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置传送的数据进行处理，得到两个无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置所处位置相差的初始长度L的长度变化ΔL，以及两个不同时刻的钢轨温度的变化值ΔT，按照公式σt＝(α×ΔT-ΔL/L)×E计算得到两组无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置之间钢轨-6温度应力。其中：α为钢轨的线膨胀系数，约为11.8×10 /℃；E为钢轨的弹性模量，约为
5
2.1×10MPa；L为两个无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置所处位置相差的初始长度。本实施例的效果在于，由两个或者两个以上无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置，同样数量的钢轨温度自动测量单元和一个中央处理单元构成的钢轨参数自动测量系统，在测量钢轨的纵向、横向位移的同时，还能够自动寻找到钢轨的最大温度应力地段，避免事故的发生。

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一种无缝钢轨纵向、横向位移同时测量装置、系统及其方法

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