轨道几何状态测量仪检定台轨距及超高测量平台设计

轨道几何状态测量仪检定台主要是对轨道几何状态测量仪的各种功能进行检测，检测内容包括轨距、水平、高低、轨向等。在此，针对检定台轨距及超高测量平台的设计原理及其硬件电路的实现方式进行分析。

1检定台轨距及超高测量平台设计原理

1.1检定台构成检定台主要由固定横梁（模拟轨道）、活动横梁、大梁、轨距手轮、高低手轮、水平手轮、测量尺等构成，可对轨道测量设备轨距、水平（超高）、高程、轨向等进行检测。

1.2轨距测量平台

轨距测量平台主要包括高精度测量尺及其固定装置、轨距手轮、轨距显示装置、1根固定轨道，1根可平移的活动轨。测量时将轨道几何状态测量仪放在轨道上，其固定端与活动端分别对应检测平台的固定轨与活动轨，侧轮嵌入检测平台活动轨端的插槽。将轨道几何状态测量仪与检测平台的零位点调整一致后，调节轨距手轮，比对检测平台与轨道几何状态测量仪的轨距值是否一致。轨道几何状态测量仪使用前应采用轨距测量平台对其轨距测量装置进行校准。

1.3超高测量平台

超高测量平台采用垂直方向的电子尺测量方式，包括高精度的直线距离测量尺及其固定装置、与测量尺活动端相连的滑动横杆、水平手轮、固定轨、活动轨及活动端千斤顶。测量时将轨道几何状态测量仪与检测平台的零位点调整一致，调节活动轨端的千斤顶，使活动轨上移。因另一端的轨道固定，活动轨并非垂直上移，而是相对固定端圆弧绕行。检测平台超高测量原理见图1。图中沿竖直方向测量尺的基准刻度端始终固定，示值活动端与滑动导杆相连；在活动轨上移过程中，测量尺的起始点①上移到达①点，其活动示值端竖直上移到达②点，上移使测量尺偏离被测活动杆的原点；采用转换算法，根据测量尺的显示值，计算①点的超高值（测量尺能够移动到①’点的显示值）。

图2为活动轨移动过程中垂直于轨道的截面。采用转换算法进行分析，图中A点对应固定轨．B点为测量尺初始位置。活动轨上升一段后，待测点B以A点为圆心，沿A-B为半径（长度为L）的圆弧B-B’移动到B点。

活动端沿同定刻度杆从B点沿B-C垂直上升到C点，测量尺显示值为直线段B-C的长度H，此时实际的超高值为直线段B’D的长度h（D点为B'在水平直线A-B的投影）。因此，根据三角形的角边关系，设上移过程中AB转动角度为口，可得h=Lsind．而tana=BC/AB=H/L，可得换算公式：超高值h=Lsin【arctan（H/L）】。通过轨道几何状态测量仪的超高值与h的比较进行检定。

2硬件电路

2.1检测平台硬件电路检定台轨距及超高测量平台的硬件电路整体结构主要包括单片机（或微处理器）及其供电电源、2个高精度电子尺、2个串口，以及显示轨距、超高及相关数值的显示装置（可以是LCD、TFT或数码管）。

电子尺l和电子尺2是超高及轨距测量的测量尺（电子尺的精度应高于轨道几何状态测量仪的精度，要求≤0.02mm)。电子尺1的测量数据通过串口1发送给单片机，单片机对数据进行超高值的转换，而后用数码管显示。电子尺2将轨距值通过串口2发送给单片机，单片机将其转换为液晶显示形式，用数码管显示。供电电源负责给单片机供电，包括外接电源接口及备用电池。

2.2电子尺硬件电路在轨距和超高测量平台中，测量数据来自电子尺，电子尺对直线距离的测量精度直接影响整个检测平台的测量精度。电子尺硬件结构主要包括高精度的直线传感器、具有AD转换精度的单片机（或微处理器）、单片机电源及液晶显示设备。采用STC12C5A60S2单片机，其自带10位AD转换口（如果直线传感器的最大量程为10cm，AD转换后的分辨度可达0.01mm，相当于0级轨道测量仪或I级检定器精度，直线传感器的数值经AD转换为符合精度要求的数字值，通过液晶设备显示，或通过串口输出到其他装置进一步处理。

3结束语

在轨道几何状态测量仪检定台轨距及超高测量平台设计中，轨距测量平台采用水平方向电子尺，结合辅助机械部分实现；超高测量平台采用垂直方向电子尺的方式测量，通过转换算法计算超高值。超高值的算法和检测平台的测量值由硬件电路实现，并由计算机显示。电子尺的精度是检测平台精度的关键之一。超高测量平台中的电子尺固定杆应保持与水平面垂直，否则将影响检测平台精度，可采用水准泡、重锤悬线等方式，辅以倾角传感器来保证固定杆的垂直。另外，采用高精度的专用AD转换器也可提高电子尺的精度。