[发明专利]一种基于信息熵理论的钢轨紧固件状态检测方法

权利要求书

1.一种基于信息熵理论的钢轨紧固件状态检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：在铁轨扣件之上和扣件之间的轨腰位置安装λ个加速度传感器，利用加速度传感器以设定的频率来采集铁轨竖直方向加速度，将铁轨竖直方向加速度作为原始数据并上传到云端服务器；

步骤2：对采集到的原始数据，去除趋势项之后采用CSAE的概念来度量钢轨系统的混乱或分散程度，进而对钢轨系统能量分布的均匀性进行量化表征，得到CSAE值；

步骤2.1：使用R语言获得去除趋势项之后的数据；

步骤2.2：根据步骤2.1中得到的数据，采用二维分割的方法得到加速度信号的计数数据{θ}＝{θ₁,θ₂,…,θ_n}；

步骤2.3：计算分割后的计数数据所对应的频率；

信号{θ}的概率分别为π₁,…,π_n，同时有π_i＞0和∑π_i＝1成立，则求解方法为：

其中，π_i为第i个计数数据对应的频率，n为计数数据的个数，θ_i和θ_j分别表示第i和第j个计数数据；

步骤2.4：计算CSAE值；

步骤2.4.1：Horvitz-Thompson估计器描述为：

其中，A_i表示样本中包含第i个单位的事件，I(A_i)是指标函数，即当事件A_i为真时I(A_i)＝1，否则I(A_i)＝0；H^HT为Horvitz-Thompson估计器计算得到的数值；

步骤2.4.2：将Horvitz-Thompson估计器与传统的信息熵相结合得到幅值谱熵CSAE，如下公式所示：

其中，H^CS为CSAE，为经过校正后的频率；

步骤3：根据CSAE值判断钢轨紧固件的状态：当CSAE值大于同一位置正常拧紧状态时的CSAE值时，则判定当前时刻的钢轨紧固件松动或脱落。

2.根据权利要求1所述的一种基于信息熵理论的钢轨紧固件状态检测方法，其特征在于：所述步骤2.1的具体步骤为：

步骤2.1.1：在R语言中，加载pracma包，设置阶数取值区间，即设置多项式阶数m，根据原始的加速度数据acc和时间t使用polyfit函数求解多项式各阶系数；

步骤2.1.2：根据多项式各阶系数和时间t使用polyval拟合多项式，得到多项式拟合后的加速度数据p_acc；最后得到去除趋势项之后的加速度数据acc_1，公式如下所示：

acc_1＝acc-p_acc。

3.根据权利要求1所述的一种基于信息熵理论的钢轨紧固件状态检测方法，其特征在于：所述步骤2.2的具体步骤如下：

步骤2.2.1：求出紧固件与钢轨的谐振频率f_k；

步骤2.2.2：设定去除趋势项后的振动信号为{X}＝{x₁,…,x_k}，在时间轴上以1/f_k为间隔大小划分，设置幅度轴间隔P，将X所在的时域平面根据信号的幅值和频率按上述分成若干等面积的部分；

步骤2.2.3：用θ_i表示X分量在每个区域中的数量，得到振动信号的计数数据的形式为{θ}＝{θ₁,θ₂,…,θ_n}。