[发明专利]一种便携式轨道不平顺在线监测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及轨道长波不平顺在线监测的技术领域，特别是一种便携式轨道不平顺在线监测装置及方法。

背景技术

轨道不平顺由轮轨反复作用及轨道枕木等恶化造成，是引起车辆和轨道振动的重要激励源之一。当轨道不平顺达到一定程度时会影响车辆平稳性、乘客舒适度、车辆和轨道的使用寿命甚至危害车辆运行安全，因此对轨道不平顺进行实时在线的有效检测与管理对铁路运营具有重要意义。

Tsunashima H等(Tsunashima H,Kojima T,Matsummoto A,et al.Condition monitoring of railway track using in-service vehicle[J].Japanese Railway Engineering,2008,161:333-356.)采用在车体上安装一陀螺仪采集车体的角速度来推导轨道状态，并使用GPS系统和地图匹配算法精确定位故障位置，但是在车体安装陀螺仪系统，就限制了该系统的测量场所和增加了测量成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种成本低、工程实施性好的便携式轨道不平顺在线监测装置及方法，基于轴箱振动加速度和列车车速对垂向轨道长波不平顺进行在线监测。

实现本发明目的的技术解决方案是：一种便携式轨道不平顺在线监测装置，包括振动传感器、测速传感器、模拟预处理电路、A/D转换器、单片机、ZigBee电路、独立电池、上位机主控制芯片、网卡接口；所述振动传感器设置在列车走行部一系簧上方的构架上，测速传感器设置于列车的车轴端盖内，所述振动传感器和测速传感器的输出信号接入模拟预处理电路，模拟预处理电路的输出信号接入A/D转换器，A/D转换器的输出信号接入单片机，单片机的输出信号接入ZigBee电路，ZigBee电路的输出信号接入上位机主控制芯片，上位机主控制芯片的输出信号接入网卡接口；独立电池为单片机进行供电；

所述振动传感器和测速传感器分别采集车载振动信号和测速信号，采集到的信号先经模拟预处理电路进行低通滤波处理，再经A/D转换器将模拟信号转换为数字信号，该数字信号一方面通过单片机传输至无线通讯端，另一方面通过ZigBee电路传输至上位机进行故障诊断分析处理；所述ZigBee电路发射端将接收的数字信号传输至上位机主控芯片，上位机主控芯片对接收到的数字信号进行信号分析处理及故障诊断，通过上位机主控芯片进行轨道不平顺诊断结果显示、存储。

一种便携式轨道不平顺在线监测方法，步骤如下：

步骤1，在列车走行部一系弹簧上方的构架上安装振动传感器，并在列车的车轴端盖内设置测速传感器，所述振动传感器和测速传感器的输出端均接入模拟预处理电路；

步骤2，振动传感器采集列车的轴箱振动加速度信号、测速传感器采集列车的运行速度信号，所采集到的两路信号输入模拟预处理电路进行低通滤波处理，低通滤波器采用巴斯沃特滤波器，后经A/D转换器将模拟信号转换为数字信号，该数字信号通过单片机传输至ZigBee电路，ZigBee电路提供了无线传输功能，将该数字信号传输至上位机主控制芯片；

步骤3，提取信号特征值：上位机主控制芯片通过对数字信号进行故障诊断，确定振动加速度信号的特征值即短时能量、幅值、方差、峭度，并确定各个特征值对应的阈值；

步骤4，故障等级划分：将骤3中获取的振动加速度信号各个特征值与相应特征值的阈值进行比较，并根据比较结果划分故障等级，进而确定故障点；

步骤5，不平顺位置判定：确定步骤4所得故障点对应的时间，结合采集到的速度信号，根据位移定义推算出确定轨道存在不平顺的位置。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：(1)成本低，避免了使用机器视觉法带来的高成本，以及轨检车的运行、维护和调度成本；(2)工程实施性好，振动传感器和车速传感器能承受现场的恶劣环境，且安装方便；(3)在线监测，可及时发现突发的和长期累积的轨道不平顺状态变化，从而提供及时的维护预警，避免了在日后更广泛的维护并对故障进行跟踪记录，为以后的铁路维护进行更有效的规划。

附图说明

图1为本发明便携式轨道不平顺在线监测装置的硬件结构示意图。

图2为本发明便携式轨道不平顺在线监测装置中传感器的安装示意图。

图3为本发明便携式轨道不平顺在线监测方法的处理流程图。

图4为本发明实施例1中振动传感器采集的振动加速度信号。

图5为本发明实施例1中振动加速度信号的短时能量值。

图6为本发明实施例1中振动加速度信号的振幅值。