激光钢轨位移观测装置.pdf

2006年全国测绘仪器综合学术年会．青海省西宁市 激光钢轨位移观测装置 杨锟l。李华2，祁宁2 1陕西测绘仪器计量监督检定中心西安710054；2中国科学院西安光学精密机械研究所西安710068 摘要本文提出了一种检测无缝线路爬行量的新方法，利用激光准线原理并配合激光接收器研制成功激光钢轨位 移观测装置．该装置架设在轨道一侧，旋转的激光纵向扫描钢轨，在钢轨处放置激光器，并指示出与原始标记点的 位移偏差，即爬行量。 关键词钢轨爬行量激光检测 一、引言 铁路钢轨无缝线路正在全国铁路系统得到广泛应用，大大提高了列车时速和运行平稳性。同时， 无缝线路因涨轨等因素造成的铁路行车安全成为工务部门的重要测量任务之一。几十年来，铁路 工务部门对钢轨爬行量的检测主要有以下几种方法：1)悬绳测量法：即在轨道两侧埋设43#或50tl 钢轨桩，钢轨桩上表面略高于轨面，并在截面处锯出刻线；两名测量人员手持测绳分别对准刻线 拉直，第三名人员用钢尺在被测钢轨处测量悬绳与原标记点的距离。这种方法比较原始，需要的 人员多，特别是易受野外风力的影响，测量精度较低。2)经纬仪测量法：在轨道两侧埋设水泥桩， 并在水泥桩中央埋入钢制对心标志；测量时，在一侧水泥桩上方架设三脚架安放经纬仪，另一侧 水泥桩上方由一名测量人员手持铅垂线对准对心标志；首先用经纬仪望远镜瞄准铅垂线，找出原 始方向，再俯仰转动望远镜瞄准并读取钢轨原始标记点与钢尺的偏差距离。这种方法仪器使用操 作复杂，对测量人员素质要求高，铅垂线同样易受野外风力的影响，而且由于使用大地测量用三 脚架和经纬仪，不易携带。目前虽然有些铁路部门对经纬仪法有进一步改进，但由于采用传统光 学机械结构方法，上述问题依然未得到根本改善。 二、激光钢轨位移观测装置工作原理及结构 激光由于其固有的单色性、高亮度、相干性、方向性好的优点，自二十世纪六十年代以来得到 了迅猛发展和提高。激光器件也由红宝石激光器发展到半导体激光器，目前半导体激光器因其体积 小、价格低等优点在国民经济各领域得到极大的应用。利用激光特性进行几何量测量方面的研究工 作也正在深入。本文作者提出了一种利用激光技术检测无缝线路钢轨爬行量的新方法，即由半导体 激光器提供一条测量基准线，配合硅光电池接收器进行爬行量的检测。该方法摆脱了传统光学方法 的缺点，激光束不受外界风力的影响，而且采用硅光电池接收器作为检测器件，避免人为读数误差， 提高了测量精度。按照该原理及方法研制的激光钢轨位移观测装置产品体积小，携带方便，操作简 便，作用距离远。 l、激光钢轨位移观测装置原理 激光钢轨位移观测装置原理组成框图如图1： 液晶显示 从组成框图可知，半导体激光器经光学系统 { 准真后，形成一束发散角很小的可见激光束，该 幽塑恻iU ——～m～一 激光束经由旋转光学棱镜射出；两块并列的条状 硅光电池接收到激光束，经光电积分效应分别转 1硅光接I收电池I 换产生电流，电路对信号进行差分比较，当信号 大小相等时，两块硅光电池的中央就是激光光斑 激光发射系统 激光接收系统 的中心位置，并通过液晶显示屏显示。 图1原理组成框图 154 2006年全国测绘仪器综合学术年会．青海省西宁市 2、定向基准的原理及方法 对无缝线路爬行量的测量采用的是比较法， 即首先在钢轨一侧建立一个原始标记点，经过一 段时间后，观察原始标记点的偏离量。这样，就 要求测量装置在不同时间条件下提供统一的测量 基准。具体设计为：1)在轨道一侧埋设十字定位 桩，即在水泥桩内预埋钢管，钢管表面经加工镀 铬处理，如图2所示。2)装置与十字定位桩采用 了V型定位方式，精度高，便于操作，