光电式轨道状态动态检测装置的研究与设计

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本论文设计的是利用线阵CCD(电荷耦合器件)和红外线光源对轨道不平顺参数进行检测的“轨道状态动态检测装置”。 论文首先介绍了国内轨道检测的状况和国内外轨道检测设备的发展,分析了各种设备的优劣,并在此基础上提出了采用光电检测技术对轨道不平顺参数进行检测的三套方案:光敏二极管阵列方式、线阵CCD结合工业控制计算机方式和线阵CCD结合单片机方式。经过多次试验后,将第三套方案确定为最终方案。文章对第三种方案的装置组成、测量原理、工作流程作总体叙述后,对装置的硬件、软件做了具体的设计和计算,并对装置在现场使用后的试验数据作了定性分析和定量分析。 装置硬件包括CCD的驱动电路和视频信号处理电路设计、光学成像系统的设计计算、以及轨道检测单元板的设计。CCD的驱动电路和视频信号处理电路采用CPLD(可编程逻辑器件)和HDL(硬件描述语言)实现,文章对CPLD电路中容易出现的多级逻辑冒险竞争情况作了专门的叙述和提出相应的解决方法。为了尽可能地提高CCD的采集速度,同时兼顾CCD和光源的照度匹配,文章计算了CCD的最大积分时间,从而为CCD确定一个恰当的积分周期。 装置软件部分包括轨道不平顺模型的理论分析、轨道真实不平顺的复原理论、地面处理软件的数学模型和轨道不平顺类型的判别算法。 该装置直接安装机车轮轴上,是一种实时、动态的光电检测方式,通过直接测量轮轴运行轨迹曲线的方式,定量给出轨道病害的类型、深度、长度、级别和位置等信息,能够对工务现场线路检查、维修、保养、行车安全监控等工作起到积极的指导作用。
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