[发明专利]一种高速铁路车轮踏面擦伤快速监测装置及方法

权利要求书

1.一种高速铁路车轮踏面擦伤快速监测装置，其特征在于：包括轮对轴箱、加速度传感器、数据采集单元、数据处理单元，在所述的轮对轴箱垂向安装加速度传感器，用于获取轮对轴箱的垂向振动加速度；数据采集单元连续采集轴箱垂向振动加速度数据，并分段存贮；数据处理单元利用冲击引起多频振动的特点对擦伤故障进行识别和擦伤深度的判断，具体方法为：数据处理单元逐段读取振动加速度数据，然后使用改进的经验模态分解法对该振动加速度数据进行快速处理，提取各个不同频率的振动加速度波形，对每一个频率的振动加速度波形进行包络解调，并对其进行FFT分析，提取每个频率的冲击共振波在单位时间内的冲击次数；如果有N个以上不同频率的共振波在单位时间内的冲击次数相同，则判断轮对存在擦伤故障；通过对擦伤深度的标定，用轴箱振动加速度的幅值判断车轮擦伤的深度，N为预设置的阈值，N等于6；所述的车轮踏面擦伤监测装置在轮对的每一个轴箱使用1个加速度传感器测量垂直方向的振动加速度，所述的加速度传感器安装在每个轮对轴箱的顶面；所述改进的经验模态分解法具体方法为：

首先求得给定信号的局部极大值点和局部极小值点，然后通过三次样条插值求得信号的上下包络线，求出包络均值，原始信号减去包络均值可得到所分解出的一层信号，对此过程循环执行多次可以得到最终的分解结果如下：

即将原始信号分解为l个IMF和1个残差r；

具体步骤如下：

(1)获取原始信号s(t)的局部极大值点与局部极小值点max(t)，min(t)；

(2)使用三次样条差值法求出由局部极大值点形成的上包络线和局部极小值点形成的下包络线：emax(t)，emin(t)；

(3)计算局部均值：

(4)提取基本模式分量：h(t)＝s(t)-m(t) (3)

h(t)即为所求得的一个IMF分量；

在实际的计算过程中，由于计算值与理论值之间存在误差；求得一个IMF分量往往需要经过多次的提取，具体方法就是将所求得的h(t)作为待处理信号h1，h1的局部均值为m11：

h1-m11＝h11 (4)

重复(1)、(2)、(3)、(4)步k次，得到

h1(k-1)-m1k＝h1k (5)

当h1(k-1)的值和h1k的值接近相等时，停止循环，这时求出了第一个IMF分量c1；c1＝h1k；

将所求的第一个IMF分量c1从原始信号中分离出来：s(t)-c1＝r1，再将r1作为新的待处理原始信号，重复以上计算过程，得到第二个IMF分量c2，以此类推；

r1-c2＝r2

r2-c3＝r3

rn-1-cn＝rn (6)

当包络线均值m(t)足够小，小于某个设定极限值或者包络线均值m(t)的局部极值点数不超过两个时，停止EMD分解过程，此时认为剩余信号rn不能再进行分解，即剩余信号中不含有振动的趋势；局部极值点数为局部极小值与局部极大值点数之和。