一种基于时钟同步技术的超声波断轨监测系统及方法专利检索-测时学专利检索查询-专利查询网

一种基于时钟同步技术的超声波断轨监测系统及方法
申请号	CN202211052228.6	申请日	2022-08-31	公开(公告)号	CN117665100A	公开(公告)日	2024-03-08
申请人	保定市天河电子技术有限公司;			发明人	赵建东; 高静; 岳华洋;
摘要	本申请提供了一种基于时钟同步技术的超声波断轨监测系统及方法，包括用户访问层、通信服务层和前端设备，所述前端设备包括若干收发一体监测单元，相邻两个收发一体监测单元构成收发一体监测组，若干收发一体监测组按照监测段钢轨延伸方向排序，依次对其所在区间的钢轨状态进行监测，从而避免相邻节点的串扰、左右轨的串扰，降低漏报。通过设置收发一体监测组内的两个收发一体监测单元先后接收对方发送的超声波信号，并根据接收到的超声波信号生成对其所在区间的钢轨状态监测结果，两个收发一体监测单元将对同一段区间的监测结果上传至通信服务层，通信服务层根据所接收的两个监测结果，判断对应区间钢轨是否断轨，从而避免断轨误告警。
权利要求	1.一种基于时钟同步技术的超声波断轨监测系统，其特征在于，包括用户访问层、通信服务层和前端设备，所述前端设备包括若干收发一体监测单元；若干所述收发一体监测单元依次等距设置于监测段钢轨上，若干所述收发一体监测单元将监测段钢轨分隔为若干区间；相邻两个所述收发一体监测单元构成收发一体监测组，若干所述收发一体监测组按照监测段钢轨延伸方向排序，依次对其所在区间的钢轨状态进行监测；所述收发一体监测组内的两个所述收发一体监测单元先后接收对方发送的超声波信号，并根据接收到的超声波信号生成对其所在区间的钢轨状态监测结果；所述收发一体监测单元将所在区间钢轨的监测结果上传至所述通信服务层，所述用户访问层通过网络连接通信服务层，以获取存储在所述通信服务层的钢轨监测结果。 2.根据权利要求1所述的超声波断轨监测系统，其特征在于，所述收发一体监测单元包括：处理器模块；时钟管理模块，所述时钟管理模块用于向所述处理器模块发送时间信号，所述时间信号包括超声波发射开始时间信号、超声波发射结束时间信号、超声波采集开始时间信号和超声波采集结束时间信号；超声波发射电路模块，所述处理器模块参照超声波发射开始时间信号和超声波发射结束时间信号，控制所述超声波发射电路模块通过钢轨向同一收发一体监测组内的另一个收发一体监测单元发射超声波信号；超声波信号滤波放大采集模块，所述处理器模块参照超声波采集开始时间信号和超声波采集结束时间信号，控制所述超声波信号滤波放大模块采集同一收发一体监测组内的另一个收发一体监测单元通过钢轨所发射的超声波信号；预警模块，所述预警模块根据所述超声波信号滤波放大采集模块能否采集到超声波信号、所采集的超声波信号的频谱分布和幅值生成监测结果信号，所述监测结果信号包括钢轨正常信号、钢轨断轨信号和钢轨损伤信号；通讯模块，所述通讯模块用于将监测结果信号上传至通信服务层。 3.根据权利要求2所述的超声波断轨监测系统，其特征在于，所述收发一体监测单元还包括： GPS时钟，所述GPS时钟通过卫星导航系统获取校准时间信号，并将校准时间信号输出至时钟管理模块；本地时钟，所述本地时钟向所述时钟管理模块发送实时时间信号；所述时钟管理根据校准时间信号校准所述本地时钟。 4.根据权利要求2所述的超声波断轨监测系统，其特征在于，所述通讯模块的通讯端口包括GPRS通讯接口、以太网接口和RS485接口；在网络覆盖的区域，所述收发一体监测单元采用GPRS与通信服务层进行通信；在网络无覆盖的区域，所述收发一体监测单元采用RS485接口的LoRa、以太网口或者RS485双绞线的方式组成局域网，并汇聚到有网络覆盖的地方，再采用GPRS与通信服务层进行通信。 5.根据权利要求4所述的超声波断轨监测系统，其特征在于，所述通信服务层包括：通信服务器，所述通信服务器通过GPRS与所述通讯模块无线连接；数据库，所述数据库用于记录所述预警模块所生成的监测结果信号；网络服务器，所述网络服务器用于连接用户访问层。 6.根据权利要求5所述的超声波断轨监测系统，其特征在于，所述用户访问层包括若干网络终端，若干所述网络终端与所述网络服务器通过网络连接。 7.根据权利要求2所述的超声波断轨监测系统，其特征在于，所述前端设备还包括：太阳能供电系统，所述太阳能供电系统对若干所述收发一体监测单元供电；市电供电系统，所述市电供电系统对若干所述收发一体监测单元供电。 8.一种基于时钟同步技术的超声波断轨监测方法，所述方法应用于权利要求1‑7任一项所述的超声波断轨监测系统，其特征在于，所述超声波断轨监测方法包括：通信服务器在第一时刻向收发一体监测组内的第一收发一体监测单元发送第一发射指令，同时向收发一体监测组内的第二收发一体监测单元发送第一接收指令；所述第一发射指令用于指示第一收发一体监测单元向第二收发一体监测单元发送超声波信号；所述第一接收指令用于指示第二收发一体监测单元接收来自第一收发一体监测单元发送的超声波信号；第二收发一体监测单元根据能否采集到超声波信号、以及所采集的超声波信号的频谱分布和幅值生成第一监测结果，并将第一监测结果上传至通信服务器；通信服务器在与第一时刻间隔预设时长的第二时刻向收发一体监测组内的第二收发一体监测单元发送第二发射指令，同时向收发一体监测组内的第一收发一体监测单元发送第二接收指令；所述第二发射指令用于指示第二收发一体监测单元向第一收发一体监测单元发送超声波信号；所述第二接收指令用于指示第一收发一体监测单元接收来自第二收发一体监测单元发送的超声波信号；第一收发一体监测单元根据能否采集到超声波信号、以及所采集的超声波信号的频谱分布和幅值生成第二监测结果，并将第二监测结果上传至通信服务器；通信服务器根据所接收的第一监测结果和第二监测结果，判断该区间钢轨状态。 9.根据权利要求8所述的超声波断轨监测方法，其特征在于，所述方法还包括：通信服务器在第一时刻向至少一个收发一体监测组内的第一收发一体监测单元发送第一发射指令；其中，任意两个所述收发一体监测组位于不同的循环区间中；所述循环区间由监测段钢轨延伸方向上连续N个区间构成，且每个区间只能在一个循环区间内。 10.根据权利要求9所述的超声波断轨监测方法，其特征在于：若干循环区间内的收发一体监测组，同时按照监测段钢轨延伸方向顺序，依次对其所在区间的钢轨状态进行监测。
说明书全文	一种基于时钟同步技术的超声波断轨监测系统及方法技术领域 [0001] 本申请涉及超声波无损检测技术领域，尤其涉及一种基于时钟同步技术的超声波断轨监测系统及方法。背景技术 [0002] 在铁路运输系统中，钢轨起着支撑列车和引导车辆车轮前进的作用。如果出现钢轨断裂将有可能造成列车脱轨、倾覆等重大行车安全事故，造成人员伤亡和重大财产损失。随着高速铁路的快速发展，无缝线路在轨道交通领域的应用也越来越广泛，断轨的发生机率也随之变高。目前我国主要使用探伤车和轨道电路等方法检测断轨，但是存在诸多缺点。 [0003] 近年来，利用超声导波检测无缝线路断轨取得了长足的发展，传统的超声波断轨检测方法为一发一收模式，一般按照1公里进行收发间隔排布，然后各节点的数据通过钢轨介质进行传播汇聚到监测区段的端头，在通过GPRS与后台进行传输。由于受到钢轨条件的影响，同一监测区段的两根钢轨对于超声导波信号衰减程度不同，信号强弱不一，为了满足长距离的监测条件，按照导波信号衰减最大的有效监测距离进行安装。因此，受轨距杆或其他影响，通过发射的超声导波组内的间隔特征无法区分相邻节点的串扰、左右轨的串扰，存在着漏报的风险。再者，现场的应用环境复杂尤其是电气化线路，对于设备的可靠性有很高的要求，发射节点或接收节点如果产生故障，容易产生断轨误告警。再者，现场轨边的节点设备通过钢轨进行通讯汇聚然后再通过GPRS进行传输，降低了通信可靠性和提高了通信中断影响的范围，不利于系统稳定可靠运行。发明内容 [0004] 本申请提供了一种基于时钟同步技术的超声波断轨监测系统及方法。以解决传统的超声波断轨系统，无法区分相邻节点的串扰、左右轨的串扰，存在着漏报的风险，一发一收模式，发射节点或接收节点如果产生故障，容易产生断轨误告警，通信可靠性较差，通信中断影响范围较大，不利于系统稳定可靠运行的问题。 [0005] 第一方面，本申请提供了一种基于时钟同步技术的超声波断轨监测系统，包括用户访问层、通信服务层和前端设备，所述前端设备包括若干收发一体监测单元，若干所述收发一体监测单元依次等距设置于监测段钢轨上，若干所述收发一体监测单元将监测段钢轨分隔为若干区间，相邻两个所述收发一体监测单元构成收发一体监测组，若干所述收发一体监测组按照监测段钢轨延伸方向排序，依次对其所在区间的钢轨状态进行监测，所述收发一体监测组内的两个所述收发一体监测单元先后接收对方发送的超声波信号，并根据接收到的超声波信号生成对其所在区间的钢轨状态监测结果，所述收发一体监测单元将所在区间钢轨的监测结果上传至所述通信服务层，所述用户访问层通过网络连接通信服务层，以获取存储在所述通信服务层的钢轨监测结果。 [0006] 在一些实施例中，所述收发一体监测单元包括处理器模块、时钟管理模块、超声波发射电路模块、超声波信号滤波放大采集模块、预警模块和通讯模块，所述时钟管理模块用于向所述处理器模块发送时间信号，所述时间信号包括超声波发射开始时间信号、超声波发射结束时间信号、超声波采集开始时间信号和超声波采集结束时间信号，所述处理器模块参照超声波发射开始时间信号和超声波发射结束时间信号，控制所述超声波发射电路模块通过钢轨向同一收发一体监测组内的另一个收发一体监测单元发射超声波信号，所述处理器模块参照超声波采集开始时间信号和超声波采集结束时间信号，控制所述超声波信号滤波放大模块采集同一收发一体监测组内的另一个收发一体监测单元通过钢轨所发射的超声波信号，所述预警模块根据所述超声波信号滤波放大采集模块能否采集到超声波信号、所采集的超声波信号的频谱分布和幅值生成监测结果信号，所述监测结果信号包括钢轨正常信号、钢轨断轨信号和钢轨损伤信号，所述通讯模块用于将监测结果信号上传至通信服务层。 [0007] 在一些实施例中，所述收发一体监测单元还包括GPS时钟和本地时钟，所述GPS时钟通过卫星导航系统获取校准时间信号，并将校准时间信号输出至时钟管理模块，所述本地时钟向所述时钟管理模块发送实时时间信号；所述时钟管理根据校准时间信号校准所述本地时钟。 [0008] 在一些实施例中，所述通讯模块的通讯端口包括GPRS通讯接口、以太网接口和RS485接口，在网络覆盖的区域，所述收发一体监测单元采用GPRS与通信服务层进行通信，在网络无覆盖的区域，所述收发一体监测单元采用RS485接口的LoRa、以太网口或者RS485双绞线的方式组成局域网，并汇聚到有网络覆盖的地方，再采用GPRS与通信服务层进行通信。 [0009] 第二方面，本申请提供了一种基于时钟同步技术的超声波断轨监测方法，所述超声波断轨监测方法包括： [0010] 通信服务器在第一时刻向收发一体监测组内的第一收发一体监测单元发送第一发射指令，同时向收发一体监测组内的第二收发一体监测单元发送第一接收指令；所述第一发射指令用于指示第一收发一体监测单元向第二收发一体监测单元发送超声波信号；所述第一接收指令用于指示第二收发一体监测单元接收来自第一收发一体监测单元发送的超声波信号； [0011] 第二收发一体监测单元根据能否采集到超声波信号、以及所采集的超声波信号的频谱分布和幅值生成第一监测结果，并将第一监测结果上传至通信服务器； [0012] 通信服务器在与第一时刻间隔预设时长的第二时刻向收发一体监测组内的第二收发一体监测单元发送第二发射指令，同时向收发一体监测组内的第一收发一体监测单元发送第二接收指令；所述第二发射指令用于指示第二收发一体监测单元向第一收发一体监测单元发送超声波信号；所述第二接收指令用于指示第一收发一体监测单元接收来自第二收发一体监测单元发送的超声波信号； [0013] 第一收发一体监测单元根据能否采集到超声波信号、以及所采集的超声波信号的频谱分布和幅值生成第二监测结果，并将第二监测结果上传至通信服务器； [0014] 通信服务器根据所接收的第一监测结果和第二监测结果，判断该区间钢轨状态。 [0015] 在一些实施例中，所述方法还包括： [0016] 通信服务器在第一时刻向至少一个收发一体监测组内的第一收发一体监测单元发送第一发射指令；其中，任意两个所述收发一体监测组位于不同的循环区间中；所述循环区间由监测段钢轨延伸方向上连续N个区间构成，且每个区间只能在一个循环区间内。 [0017] 在一些实施例中，若干循环区间内的收发一体监测组，同时按照监测段钢轨延伸方向顺序，依次对其所在区间的钢轨状态进行监测。 [0018] 由以上技术方案可以看出，本申请提供了一种基于时钟同步技术的超声波断轨监测系统及方法，通过在监测段钢轨上依次等距设置若干收发一体监测单元，相邻两个收发一体监测单元构成收发一体监测组，若干收发一体监测组按照监测段钢轨延伸方向排序，依次对其所在区间的钢轨状态进行监测，从而避免相邻节点的串扰、左右轨的串扰，降低漏报；通过设置收发一体监测组内的两个收发一体监测单元先后接收对方发送的超声波信号，并根据接收到的超声波信号生成对其所在区间的钢轨状态监测结果，两个收发一体监测单元将对同一段区间的监测结果上传至通信服务层，通信服务层根据所接收的两个监测结果，判断对应区间钢轨是否断轨，从而避免断轨误告警；收发一体监测单元的通讯模块的通讯端口包括GPRS通讯接口、以太网接口和RS485接口，在网络覆盖的区域，所述收发一体监测单元采用GPRS与通信服务层进行通信，在网络无覆盖的区域，所述收发一体监测单元采用RS485接口的LoRa、以太网口或者RS485双绞线的方式组成局域网，并汇聚到有网络覆盖的地方，再采用GPRS与通信服务层进行通信，提高了系统各节点网络传输的可靠性、适应性和经济性。附图说明 [0019] 为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0020] 图1为本申请根据示例性实施例示出的系统组成示意图； [0021] 图2为本申请根据示例性实施例示出的收发一体监测单元主要组成示意图； [0022] 图3为本申请根据示例性实施例示出的收发一体监测单元分布状态示意图； [0023] 图4为本申请根据示例性实施例示出的收发一体工作未发生断轨示意图； [0024] 图5为本申请根据示例性实施例示出的收发一体工作发生断轨示意图。具体实施方式 [0025] 为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。 [0026] 请参阅图1所示，本申请提供了一种基于时钟同步技术的超声波断轨监测系统，包括用户访问层、通信服务层和前端设备； [0027] 所述前端设备包括太阳能供电系统、市电供电系统以及若干收发一体监测单元，若干收发一体监测单元设置于钢轨的监测段，太阳能供电系统可设置于钢轨的两侧，太阳能供电系统对收发一体监测单元供电，在无法架设太阳能供电系统的环境中，可通过城市供电系统对收发一体监测单元供电，若干收发一体监测单元通过超声波监测钢轨状态，并将钢轨状态信息传输至通信服务层； [0028] 通信服务层包括通信服务器、数据库和网络服务器，所述通信服务器通过GPRS与所述收发一体监测单元的通讯模块无线连接，用于信息交互，所述数据库用于记录所述预警模块所生成的监测结果信号，所述网络服务器用于连接用户访问层，当发生断轨时，可向用户访问层发送预警； [0029] 用户访问层包括若干网络终端，若干所述网络终端与所述网络服务器通过网络连接，用户可通过网络终端连接通信服务层，查询钢轨监测数据。 [0030] 请参阅图3‑5所示，若干收发一体监测单元依次排列按照时间顺序进行相互收发的监测方法对钢轨监测段监测，具体如下： [0031] 请参阅图3所述，若干收发一体监测单元(D1、D2、D3……Dn)依次等距设置于钢轨监测段的监测节点上，将钢轨监测段分隔为若干区间(Q1、Q2、Q3……Qn)，且相邻两个所述收发一体监测单元构成收发一体监测组(Z1、Z2、Z3……Zn)，若干所述收发一体监测组按照监测段钢轨延伸方向排序，并按照时间顺序对其所在区间的钢轨状态进行监测，例如，排序方向为箭头指示方向(由左向右)，则钢轨监测段的若干区间的监测顺序为由左向右，在第一时间段，收发一体监测组Z1监测区间Q1的钢轨状态，在第二时间段收发一体监测组Z2监测区间Q2的钢轨状态，从而避免相邻节点收发一体监测单元的串扰； [0032] 因钢轨监测较长，而超声波串扰范围有限，所以，相邻的N个区间构成循环区间，且每个区间只能在一个循环区间内； [0033] 声波在钢轨中的衰减近似指数形式，每100米衰减0.5倍。根据技术要求一般要求每个相邻点的安装距离为1公里，根据工程测量得出参考公式如下： [0034] (1)x＝距离(单位米)/100 [0035] (2)y＝1000.5x,y为再x米处的信号电压幅度，100为比例系数，跟超声波发射电压有关，根据计算2公里处的信号强度为100uV。声波经过长距离的传输后，如果衰减过大，淹没在现场的噪声之中，导致示波器和电路无法识别。如果节点安装距离平均距离过小，降低了系统的应用价值。再者，考虑到时钟同步技术的应用误差，允许±1S，再加上发射波的个数比如为4，波形之间的时间间隔为1.5S，完成一组发射所需的时间为1.5S(4‑1)+2＝6.5S,在10S范围之内，一分钟包含6个10S，综上两点因素，取6个节点作为节点配置循环周期，6个节点内包含5个区间； [0036] 因此，在第一时间段内，收发一体监测组Z1监测区间Q1的钢轨状态，同时收发一体监测组Z6监测区间Q6的钢轨状态，收发一体监测组Z11监测区间Q11的钢轨状态，收发一体监测组Z16监测区间Q16的钢轨状态，在第二时间段内，收发一体监测组Z2监测区间Q2的钢轨状态，同时收发一体监测组Z7监测区间Q7的钢轨状态，收发一体监测组Z12监测区间Q12的钢轨状态，收发一体监测组Z17监测区间Q17的钢轨状态，从而在避免相邻节点收发一体监测单元串扰的同时，提高钢轨监测段的监测速度。 [0037] 请参阅图4所示，收发一体监测组对监测区间的钢轨进行监测时，收发一体监测组内的两个收发一体监测单元采用依次排列按照时间顺序进行相互收发的监测方法； [0038] 例如：在第一时间段的第一时间点，对区间Q1a由左至右发射超声波进行监测。收发一体监测单元D1通过钢轨a向收发一体监测单元D2发射超声波信号，同时，收发一体监测单元D2接收钢轨a传导的收发一体监测单元D1所发出的超声波信号； [0039] 在第一时间段的第二时间点，对区间Q1a由右至左发射超声波进行监测。收发一体监测单元D2通过钢轨a向收发一体监测单元D1发射超声波信号，同时，收发一体监测单元D1接收钢轨a传导的收发一体监测单元D2所发出的超声波信号； [0040] 在第一时间段的第三时间点，对区间Q1b由左至右发射超声波进行监测。收发一体监测单元D1通过钢轨b向收发一体监测单元D2发射超声波信号，同时，收发一体监测单元D2接收钢轨b传导的收发一体监测单元D1所发出的超声波信号； [0041] 在第一时间段的第四时间点，对区间Q1b由右至左发射超声波进行监测。收发一体监测单元D2通过钢轨b向收发一体监测单元D1发射超声波信号，同时，收发一体监测单元D1接收钢轨b传导的收发一体监测单元D2所发出的超声波信号； [0042] 同理，在第二时间段的第一时间点，对区间Q2a由左至右发射超声波进行监测；在第二时间段的第二时间点，对区间Q2a由右至左发射超声波进行监测；在第二时间段的第三时间点，对区间Q2b由左至右发射超声波进行监测；在第二时间段的第四时间点，对区间Q2b由右至左发射超声波进行监测。 [0043] 从而避免左右轨的串扰，并且轨道的每个区间均进行双向的两次监测，降低设备因发射和接收超声波故障引起的误报率。 [0044] 请参阅图5所示，此时区间Q2a发生断轨，在第二时间段的第一时间点，收发一体监测单元D2通过钢轨a向收发一体监测单元D3发射超声波信号，同时，收发一体监测单元D3接收钢轨a传导的收发一体监测单元D2所发出的超声波信号，但因为钢轨a区间Q2a发生断轨，导致收发一体监测单元D3无法接收到收发一体监测单元D2所发出的超声波信号，因此，收发一体监测单元D3向通信服务层的通信服务器发送D3监测结果，即D3监测结果为区间Q2a断轨预警； [0045] 同理，在第二时间段的第二时间点，收发一体监测单元D3通过钢轨a向收发一体监测单元D2发射超声波信号，同时，收发一体监测单元D2接收钢轨a传导的收发一体监测单元D3所发出的超声波信号，但因为钢轨a区间Q2a发生断轨，导致收发一体监测单元D2无法接收到收发一体监测单元D3所发出的超声波信号，因此，收发一体监测单元D2向通信服务层的通信服务器发送D2监测结构，即D2监测结果为区间Q2a断轨预警； [0046] 通信服务器接收并对比D3监测结果和D2监测结果，因D3监测结果和D2监测结果相同，均为区间Q2a断轨预警，最终判断为Q2a断轨，发出Q2a断轨告警。 [0047] 请参阅图2所示，收发一体监测单元包括处理器模块、时钟管理模块、超声波发射电路模块、超声波信号滤波放大采集模块、预警模块和通讯模块； [0048] 所述处理器模块采用STM32F4系列作为主CPU，运行速度块，缓存空间大，方便处理数据。ADC采用DMA采样方式采集超声波信号，根据信号特征进行去噪和分辨来车信号。通过PWM接口控制超声波发射电路产生激励信号，通过I2C接口与本地时钟进行时间校准和读取，通过串口与GPS时钟模块进行时间信息采集。通过高速串口与通讯模块的GPRS模块、以太网、RS485进行数据交互； [0049] 所述时钟管理模块采用DS1302时钟芯片，配备纽扣电池防止时钟掉电不运行，时钟管理模块用于向所述处理器模块发送时间信号，所述时间信号包括超声波发射开始时间信号、超声波发射结束时间信号、超声波采集开始时间信号和超声波采集结束时间信号； [0050] 所述处理器模块参照超声波发射开始时间信号和超声波发射结束时间信号，控制所述超声波发射电路模块通过钢轨向同一收发一体监测组内的另一个收发一体监测单元发射超声波信号，超声波发射电路模块利用CPU产生的两路PWM信号，实现MOS管推挽控制电路，控制脉冲变压器产生高压激励驱动信号，直接驱动换能器； [0051] 所述处理器模块参照超声波采集开始时间信号和超声波采集结束时间信号，控制所述超声波信号滤波放大模块采集同一收发一体监测组内的另一个收发一体监测单元通过钢轨所发射的超声波信号，超声波信号滤波放大采集模块：通过换能器连接信号限幅电路、带通滤波放大电路、模拟信号隔离电路、程控放大电路、包络检波电路等，最后连接到处理器的ADC模拟量采集接口，超声波换能器将接收到的机械波振动信号转换为电信号，接收电路对该信号进行滤波放大、信号特征提取及处理，表征两个节点之间的钢轨是否发生断裂； [0052] 所述预警模块根据所述超声波信号滤波放大采集模块能否采集到超声波信号、所采集的超声波信号的频谱分布和幅值生成监测结果信号，所述监测结果信号包括钢轨正常信号、钢轨断轨信号和钢轨损伤信号，所述通讯模块用于将监测结果信号上传至通信服务层。 [0053] 假定两个节点监测距离长度为L，导波在钢轨中的传播速度为C则由节点1到节点2所用的时间为T＝L/C,因此节点需要节点接收波形时刻的基础上再延时T时刻打开接收窗口，减少打开窗口的时间，以此降低接收到干扰信号的几率。当某个节点在特定时刻收不到信号时，上报节点断轨预警，后台根据相邻两个节点的断轨预警进行综合判断，确认是否产生了断轨告警。逻辑为后台收到了相邻两个节点关于同一监测区段的断轨预警，则判定为断轨告警。另外，接收到的信号，正常情况下为30Khz的信号，根据傅里叶变换提取信号频率，滤除工频及其谐波的频率干扰。 [0054] 收发一体监测单元还包括GPS时钟和本地时钟，所述GPS时钟通过卫星导航系统获取校准时间信号，并将校准时间信号输出至时钟管理模块，所述本地时钟向所述时钟管理模块发送实时时间信号；所述时钟管理根据校准时间信号校准所述本地时钟； [0055] 在隧道外的节点使用GPS时钟直接同步节时钟，定时校准监测单元的设备时钟，在隧道内的节点采用后台服务器时钟定时校准，后台服务器定时获取GPS时钟。允许时钟误差为±1秒。 [0056] 收发一体监测单元通讯端口包括GPRS通讯接口、以太网接口、RS485接口，在网络覆盖的区域，每个节点采用GPRS与后台进行通信，降低节点之间的耦合度。在网络无覆盖的区域根据现场情况采用RS485接口的LoRa、以太网口或者RS485双绞线的方式组成局域网，并汇聚到有网络覆盖的地方，再采用GPRS与后台进行通信。另外，节点与后台交互的数据量小、物联网的普及及运营资费的下调，便于直接采用GPRS进行通信。 [0057] 本发明还公开了一种基于时钟同步技术的超声波断轨监测方法，所述方法应用于上述的超声波断轨监测系统，所述超声波断轨监测方法包括： [0058] 通信服务器在第一时刻向收发一体监测组内的第一收发一体监测单元发送第一发射指令，同时向收发一体监测组内的第二收发一体监测单元发送第一接收指令；所述第一发射指令用于指示第一收发一体监测单元向第二收发一体监测单元发送超声波信号；所述第一接收指令用于指示第二收发一体监测单元接收来自第一收发一体监测单元发送的超声波信号； [0059] 第二收发一体监测单元根据能否采集到超声波信号、以及所采集的超声波信号的频谱分布和幅值生成第一监测结果，并将第一监测结果上传至通信服务器； [0060] 通信服务器在与第一时刻间隔预设时长的第二时刻向收发一体监测组内的第二收发一体监测单元发送第二发射指令，同时向收发一体监测组内的第一收发一体监测单元发送第二接收指令；所述第二发射指令用于指示第二收发一体监测单元向第一收发一体监测单元发送超声波信号；所述第二接收指令用于指示第一收发一体监测单元接收来自第二收发一体监测单元发送的超声波信号； [0061] 第一收发一体监测单元根据能否采集到超声波信号、以及所采集的超声波信号的频谱分布和幅值生成第二监测结果，并将第二监测结果上传至通信服务器； [0062] 通信服务器根据所接收的第一监测结果和第二监测结果，判断该区间钢轨状态。 [0063] 在一些实施例中，所述方法还包括： [0064] 通信服务器在第一时刻向至少一个收发一体监测组内的第一收发一体监测单元发送第一发射指令；其中，任意两个所述收发一体监测组位于不同的循环区间中；所述循环区间由监测段钢轨延伸方向上连续N个区间构成，且每个区间只能在一个循环区间内。 [0065] 若干循环区间内的收发一体监测组，同时按照监测段钢轨延伸方向顺序，依次对其所在区间的钢轨状态进行监测。 [0066] 在时钟同步的收发一体模式下，每分钟内执行1次发射1次左侧接收1次右侧接收，组内发波个数默认3个，组内发波周期1秒、1.5秒两种。以发波时刻、特征为主要依据每6个连续节点为一个配置循环；收波时刻参照相邻节点的发波时刻。6个节点的最小监测区段长度一般也在3公里以上，根据工程实际情况，在各点时钟同步的条件下，从时间段上已经消除了相邻节点的波形干扰。如果存在着左右两根钢轨的信号干扰，可以将相关节点左右两根轨的发波时刻和收波时刻进行延迟。通过时钟同步有效的解决了相邻点、左右轨的波形干扰，在很大程度上降低了系统漏报率，提高了系统可靠性。 [0067] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

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