CN220099706U - 一种路边坡滑坡及落石被动防护网装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型一种铁路边坡滑坡及落石被动防护网装置，包括设置铁路边坡底部的被动式防护网结构和发电装置；被动式防护网结构包括两个固定柱；在两个固定柱之间设置有压电条传感器和防护网；压电条传感器设置在防护网的下方；在被动式防护网结构附近设置有震动传感器；发电装置包括设置在铁路轨道下方的压电传感器、设置在压电传感器下方的信号处理器、控制器和储能器；压电传感器的输出端分别与信号处理器的输入端、控制器的输入端相连接；储能器的输出端还与控制器、震动传感器、压电条传感器及信号处理器相连接；控制器的输入端还与震动传感器、压电条传感器的输出端相连接，该装置能及时有效的检测到边坡的落石，坍塌等情况。
Description
技术领域
本实用新型属于铁路安全监测技术领域，具体涉及一种铁路边坡滑坡及落石被动防护网装置。
背景技术
现如今我国铁路飞速发展，高速铁路以其高速，平稳舒适，便捷等优势，深受人民喜欢，铁路列车满载率较高。作为我国重要的跨城市出行的交通方式，保证列车运行的安全性尤为重要。行车路线中，山路占比较高，与此同时，隧道洞口或者的偏压、滑坡、崩塌、落石等边坡稳定性问题也凸显出来。因此，及时检测、防护、采取相关措施，能阻止重大事故的发生，减少人员伤亡。目前，铁路的边坡常用的被动防护网只能被动接住落石，出现破损的情况也难以及时发现。现有发明中，也有检测装置的相关设置，但检测装置需长期开启，大批量设置检测装置存在浪费电能的情况，不利于边坡安全防护的可持续发展。
实用新型内容
为了解决上述问题，本实用新型提供本实用新型采用的技术方案是：一种铁路边坡滑坡及落石被动防护网装置，包括设置铁路边坡底部的被动式防护网结构和发电装置；
被动式防护网结构包括两个固定柱；在两个固定柱之间设置有压电条传感器和防护网；
压电条传感器设置在防护网的下方；
在被动式防护网结构附近设置有震动传感器；
发电装置包括设置在铁路轨道下方的压电传感器、设置在压电传感器下方的信号处理器、控制器和储能器；
压电传感器的输出端分别与信号处理器的输入端、控制器的输入端相连接；
储能器的输出端还与控制器、震动传感器、压电条传感器及信号处理器相连接；
控制器的输入端还与震动传感器、压电条传感器的输出端相连接。
进一步地：还包括设置在边坡上端的摄像头，摄像头与所述控制器及所述储能器相连接。
进一步地：被动式防护网结构与铁路边坡安装处坡面法线的夹角θ≤30°设置。
进一步地：压电传感器包括上部金属片和下部金属片，在上部金属片和下部金属片之间同等间隔均匀布设有压电材料，压电材料通过导电胶进行间隔。
进一步地：导电胶为铜粉导电胶。
进一步地：还包括警告模块，警告模块与控制器、及所述储能器相连接。
本实用新型提供的一种铁路边坡滑坡及落石被动防护网装置，具有以下优点：
(1)能及时有效的检测到边坡的滑坡、落石、崩塌、坍塌等病害，同时可以提醒过往列车采取紧急措施，防止恶劣极端天气下铁路自身的信号系统传输故障的情况，及时反馈给铁路部门，根据相应的严重等级采取应急措施。
(2)装置能自供电，通过不断驶过的铁路列车压过压电轴传感器产生的压力产生电能，电能足够提供装置使用，无需额外供电，比起太阳能发电，其发电效率昼夜不停，不受天气影响，不怕风吹雨打，易保养，使用寿命长。
(3)相比于震动类传感器，铁路车辆经过产生振动可能会混淆影响传感器检测的准确性。本申请使用的压电条传感器敏感性高，通过落石引起的防护网的承受的重力变化来检测，更为精确。
基于上述理由本实用新型可在边坡防护等领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型具体实施方式中的具体连接方式图；
图2为本实用新型具体实施方式中的边坡滑坡及落石被动防护网的外观结构图；
图3为本实用新型具体实施方式中的固定柱细节图，
图4为本实用新型具体实施方式中的边坡防护装置轨道部分外观结构图，
图5为地埋式压电传感器和压电条传感器的内部剖面图。
附图标记：1、边坡；2、固定柱；3、防护网；4、压电条传感器；5、震动传感器；6、铁路轨道；7、枕木；8、压电传感器；9、信号处理器；10、摄像头；11、控制器；12、储能器；13、警告模块；201、上部金属片；202、压电材料；203、导电胶；204、下部金属片。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
一种铁路边坡滑坡及落石被动防护网装置，包括设置铁路边坡1底部的被动式防护网结构和发电装置；
图1为本实用新型具体实施方式中的具体连接方式图，
图2为本实用新型具体实施方式中的边坡滑坡及落石被动防护网的外观结构图；
图3为本实用新型具体实施方式中的固定柱细节图，
被动式防护网结构包括两个固定柱2，优选地，两个固定柱2之间的距离为5m；在两个固定柱2之间有压电条传感器4和防护网3；
压电条传感器4设置在防护网3的下方；
防护网3采用符合标准强度的金属柔性网；
防护网3与铁路边坡1安装处坡面法线的夹角θ≤30°设置。
固定柱2为合金材料，通过锚固等方式制成并插入部分固定在土体中，部分露出以固定防护网面，优选地，根据边坡性质，必要时可以采用钻孔注浆锚杆制作基座，然后采用连接螺栓链接固定柱。
在被动式防护网结构附近设置有震动传感器5；震动传感器5埋设于被动式防护网结构下方的地面下或固定于地面上，与被动式防护网的距离不超过0.2米。震动传感器5用于检测过往铁路列车的震动情况和主动防护网固定柱的稳定情况，当固定柱2受到巨大的外力侵扰或整个被动式防护网所在的边坡也出现滑坡松动的情况，即震动幅度达到震动传感器设定阈值时，被动防护网可能存在失稳现象，震动传感器5将传输信号给控制器11，控制器11控制摄像头开启并拍摄照片，将接收到的摄像头拍摄的照片实时传输给铁路局相关部门。以此达到双重保障的目的，为铁路列车提供更加安全的保障。
发电装置包括设置在铁路轨道6下方的压电传感器8、设置在压电传感器8下方的信号处理器9、控制器11和储能器12；压电传感器8采用地埋式压电传感器，在铁路轨道6上设置有枕木7；
图4为本实用新型具体实施方式中的边坡防护装置轨道部分外观结构图，
压电传感器8的输出端分别与信号处理器9的输入端、控制器11的输入端相连接；压电传感器8负责发电；
信号处理器9的输出端与储能器12相连接；
储能器12的输出端还与控制器11、震动传感器5、压电条传感器4、警告模块13、摄像头10、信号处理器9相连接；
控制器11的输入端还与震动传感器5、压电条传感器4的输出端相连接；控制器11与摄像头10、压电条传感器4和铁路局的信号连接方式采用无线信号传播或联网传播；无线信号传播采用wifi或蓝牙连接；
压电条传感器4能将压力转换为电信号，传输给控制器11。
该装置还包括设置在边坡上端的摄像头10，摄像头10与控制器11相连接，摄像头10负责接收控制器的控制拍摄照片并将拍摄的照片实时传输给控制器。
摄像头10采用红外摄像头，摄像覆盖范围为边坡完整坡面和铁路轨道。
该装置还包括警告模块13，警告模块13与控制器11相连接，警告模块13采用警示灯或蜂鸣器，用于警示过往的列车采取应急措施。警告模块13设置于与列车行径方向相反的距离边坡一定距离处，该一定距离视过往列车最大制动距离而定；
信号处理器9接收压电传感器8产生的电信号，信号处理器9对压电传感器8产生的电信号进行滤波、整流及放大处理，滤波处理是采用滤波电路，滤波电路中包含滤波电容，提高信号的精度；整流处理是采用桥式整流电路，将交流电转换为直流电；放大处理是采用电流电压转换(I/V)放大器，电流电压转换放大器里面的放大电路采用反馈电阻实现电信号的放大处理。
当铁路列车从铁路轨道6上开过，列车对压电传感器8产生压力，压电传感器8将重力势能转化为电信号，电信号通过信号处理器9进行整流、滤波和放大处理后转化为电能，信号处理器9将处理后的电能传输到存储电能的储能器12。压电传感器8从而实现源源不断地自发电。
储能器12储存信号处理器9发送的处理后的电能，给整个装置供电，储能器12采用可重复充放电的锂离子电池。其内部共设置两组电池组，两组的位置可以调换，其中一组电池接收信号处理器9的电能，另外一组用于为设备提供电能，两组位置循环调换进行充放电。
压电条传感器4和压电传感器8均采用PVDF压电材料。PVDF压电材料具有材质柔韧、低密度、低阻抗和高压电电压常数等优点。
压电条传感器4通过安装完成后，设置初始压力感应值为0；防护网3受到外力作用下会对固定柱产生向下的力，使得固定柱对下方的防护网压电条传感器产生压力。根据现场压力测试数据和应急处置等级设置不同的压力数值阈值。定为S1-Sn。
假设需要采取相应措施的压力值为S3，当控制器收到压电条传感器4的压力值信号S大于等于S3时，控制器11控制摄像头12开启并拍摄边坡照片；摄像头12每半分钟拍摄一张照片，并实时传输给控制器。控制器11将照片与接收到的S值发送给铁路局，铁路局根据应急预案对应采取相关措施。
也即当边坡发生落石，滑坡等事故时，滚落的物体会掉落到被动式防护网结构上面，落石等物体会对防护网压电条传感器4产生压力，压电条传感器4将电信号传输给控制器，从而收集边坡异常情况。
控制器11内含MCU芯片即单片机。控制器11起接收压电条传感器信息、发起报警和控制摄像头开关的作用，相当于若干个开关的组合，所执行的操作为0-1操作，其开0-1操作可从大量已有的设计中参考选用。当接收到的压电条传感器4大于S3的信号值时，控制摄像头12和警告模块开启并传输信号给铁路局；当控制器收到震动传感器5的震动信号时，也控制摄像头和警告模块开启并传输信号给铁路局。
本实用新型的压电传感器的剖面如图5所示，压电传感器8和压电条传感器4包括上部金属片201和下部金属片204，在上部金属片201和下部金属片204之间同等间隔均匀布设有压电材料202，压电材料202通过导电胶203进行间隔。
导电胶203采用为铜粉导电胶。
压电材料202是受到压力作用时会在两端面间出现电压的晶体材料，利用压电材料可实现机械振动(声波)和交流电的互相转换。当压电传感器8受到铁路列车的压力的时候，会产生电信号，通过信号处理器9将其转化为电能传输到储能器11储存起来。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的范围。
Claims (6)
1.一种路边坡滑坡及落石被动防护网装置，其特征在于：包括设置铁路边坡底部的被动式防护网结构和发电装置；
被动式防护网结构包括两个固定柱；在两个固定柱之间设置有压电条传感器和防护网；
压电条传感器设置在防护网的下方；
在被动式防护网结构附近设置有震动传感器；
发电装置包括设置在铁路轨道下方的压电传感器、设置在压电传感器下方的信号处理器、控制器和储能器；
压电传感器的输出端分别与信号处理器的输入端、控制器的输入端相连接；
储能器的输出端还与控制器、震动传感器、压电条传感器及信号处理器相连接；
控制器的输入端还与震动传感器、压电条传感器的输出端相连接。
2.根据权利要求1所述的一种路边坡滑坡及落石被动防护网装置，其特征在于：还包括设置在边坡上端的摄像头，摄像头与所述控制器及所述储能器相连接。
3.根据权利要求1所述的一种路边坡滑坡及落石被动防护网装置，其特征在于：被动式防护网结构与铁路边坡安装处坡面法线的夹角θ≤30°设置。
4.根据权利要求1所述的一种路边坡滑坡及落石被动防护网装置，其特征在于：压电传感器包括上部金属片和下部金属片，在上部金属片和下部金属片之间同等间隔均匀布设有压电材料，压电材料通过导电胶进行间隔。
5.根据权利要求4所述的一种路边坡滑坡及落石被动防护网装置，其特征在于：导电胶为铜粉导电胶。
6.根据权利要求1所述的一种路边坡滑坡及落石被动防护网装置，其特征在于：还包括警告模块，警告模块与控制器、及所述储能器相连接。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN118172899A (zh) * | 2024-03-12 | 2024-06-11 | 湖北文理学院 | 地质灾害防治用山体滑坡防护结构及防护方法 |
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2023
- 2023-04-28 CN CN202321017118.6U patent/CN220099706U/zh active Active
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| CN118172899A (zh) * | 2024-03-12 | 2024-06-11 | 湖北文理学院 | 地质灾害防治用山体滑坡防护结构及防护方法 |
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