申请/专利权人：华东交通大学

申请日：2017-01-15

公开（公告）日：2024-03-29

公开（公告）号：CN106840717B

主分类号：G01M17/10

分类号：G01M17/10;G01M7/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.29#授权;2017.07.07#实质审查的生效;2017.06.13#公开

摘要：本发明公开了一种基于轴箱加速度抗电磁干扰的列车车轮振动测试方法，由支撑平板、橡胶套、无线速度传感器、无线加速度传感器、无线激光加速度传感器、信号接收器、计算机组成。支撑平板套在列车轮对的端盖上，传感器均固定在支撑平板上下两端，通过传感器测得列车行驶过程中车轮振动系数，通过网络模块传输至接收器，计算机最终得到振动系数随列车运行速度的变化关系。利用软硬件结合将无线传感器可能受到的干扰排除，通过小波消趋法对振动测试数据进行消趋，在列车行驶过程中实现实时监测。该系统结构简单、便于携带、操作简单、拆卸方便、测试精度高、分析准确，适用于各种客运、货运列车。

主权项：1.基于轴箱加速度抗电磁干扰的列车车轮振动测试方法，其测试设备由支撑平板、端盖、橡胶套、无线速度传感器、无线加速度传感器、无线激光加速度传感器、强力磁铁、信号接收器、计算机组成，其基本特征在于：支撑平板（2）套在列车车轮轮对的端盖（3）上，无线速度传感器（5）和无线加速度传感器（6）通过强力磁铁吸附在支撑平板（2）上，测量得到纵向振动系数随列车运行速度的变化关系，无线激光加速度传感器（7）通过垫圈和紧固螺栓连接在支撑平板（2）下部分，所述无线激光加速度传感器（7）以外轨为基准，所述无线激光加速度传感器（7）利用激光射在钢轨外侧配合无线速度传感器（5），得到车轮横向振动系数随列车运行速度变化关系，上述三个传感器将信号传输信号接收器（8），信号接收器（8）将信号传输至计算机（9），所述无线速度传感器和无线加速度传感器可拆卸，所述支撑平板可进行微调防松；其中，列车车轮空间接触振动状态获取过程为：对轴箱垂向和横向振动信号进行离散小波变换，采用Mallat算法，信号的频率被连续降半划分至不同的层上；确定分解层次，先对信号进行滤波再与相应的低通H、高通滤波器G进行卷积；对该层的近似系数进行强制置零，而细节系数维持不变，并进行重构，重构通过先进行隔点插零，再与相应的低通h、高通滤波器g进行卷积；对轴箱加速度信号进行消趋之后进行双积分，得到轴箱垂向和横向位移值，从而得到列车车轮空间接触振动状态，同时，利用软硬件结合实现电磁干扰的排除；硬件方面，使用高抗干扰性的电源，实现电源的稳定输出，并联压敏电阻；软件方面，在定时器定时到之前，CPU访问一次定时器，让定时器重新开始计时，正常程序运行，该定时器不会产生溢出脉冲，watchdog也就不会起作用，一旦尖峰干扰出现了“飞程序”，则CPU就不会在定时到之前访问定时器，因而定时信号就会出现，从而引起系统复位中断，保证智能仪器回到正常程序上来。

全文数据：基于轴箱加速度抗电磁干扰的列车车轮振动测试方法技术领域[0001]本发明涉及用于列车车轮接触振动测试，特别是一种基于轴箱加速度抗电磁干扰的列车车轮振动测试方法。背景技术[0002]近年来，铁路运输朝着高速、重载和高密度方向发展，促使轮轨间动力作用显著提高，轨道状态的变化周期缩短，并且导致车轮振动加剧，车辆乘坐舒适度降低，从而对车轮接触振动的监测与管控提出了更高的要求。车轮接触振动的测试对于车辆运行品质的保障具有十分重要的意义。车轮接触振动的测试通常应用传感器等设备，而传感器工作或是无线网络模块进行传输常常会受到许多干扰，如电磁感应干扰、静电感应干扰、漏电流感应干扰、射频干扰和其他干扰。这些干扰通常会影响传感器的精度和传输准确性，造成实测记录波形的基线漂移。测试数据中的加速度对分析结果的影响很大，尤其是对数据进行积分，这种影响将是巨大的，只有对轴箱加速度信号进行消趋之后才能进行双积分，才能得到较为准确地车轮振动状态。[0003]目前的车轮振动检测技术具有经济成本高、系统构成复杂、抗电磁干扰能力弱等缺点。因此，迫切需要研究开发一种低成本、简捷高效、抗电磁干扰的车轮振动测试技术以适应铁路交通快速发展的趋势。[0004]考虑到轴箱与车轮在结构上直接相连，可近似地将轮对看做刚体，轴箱加速度能够直接表征轮对的振动状态。因此本发明基于轴箱加速度来测试车轮接触振动状态。发明内容[0005]为了克服上述背景技术所述的不足，本发明提供一种基于轴箱加速度的抗电磁千扰的列车车轮振动测试方法，首先利用无线速度传感器和无线加速度传感器通过支撑平面固定在轴箱端盖上，得到垂直振动系数随着列车运行速度的变化关系，无线激光加速度传感器利用激光以外轨为基准，得到横向振动系数随着列车运行速度的变化关系，进而通过计算机将一系列数据绘出振动图像，通过软硬件结合尽可能将无线传感器可能受到的干扰排除，最后通过小波消趋法对振动测试数据进行消趋。该系统结构简单、操作简便、拆卸方便、分析测试数据准确。_6]本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括由支撑平板、端盖、橡胶套、无线速度传感器、无线加速度传感器、无线激光加速度传感器、强力磁铁、信号接收器、计算机组成，其基本特征在于:支撑平板2套在列车车轮轮对的端盖3上，无线速度传感器5和无线加速度传感器6放在支撑平板2上，无线激光加速度传感器7通过垫圈和紧固螺栓连接在支撑平板2下部分，上述三个传感器将信号传输信号接收器8，信号接收器8f信号传输至计算机9。利用软硬件结合排除电磁干扰，其基本特征在于:硬件方面，使用高抗^扰性的电源，实现电源的稳定输出，并联压敏电阻;软件方面，在定时器定时到之前，CPU访问一次定时器，让定时器重新开始计时，正常程序运行，该定时器不会产生溢出脉冲，watchdog也就不会起作用。支撑平板2内嵌有橡胶套4保持平板水平地套在列车轮对的端盖3上用紧固螺栓夹紧，支撑平板直径可通过紧固螺栓进行微调。无线速度传感器5和无线加速度传感器6外壳下端为强力磁铁，吸附在支撑平板2上，支撑平板2下部分有一个通孔，无线激光加速度传感器7通过垫圈和紧固螺栓固定在通孔上。信号接收器8和计算机9均放在车厢中，无线速度传感器5、无线加速度传感器6和无线激光加速度传感器7利用网络模块将信号传输到信号接收器8，信号接收器8通过USB接头将信号传输到计算机9上。对轴箱垂向和横向振动信号进行离散小波变换，即采用Mallat算法，信号的频率被连续降半划分至不同的层上。确定分解层次，即先对信号进行滤波再与相应的低通H、高通滤波器G进行卷积;对该层的近似系数进行强制置零，而细节系数维持不变，并进行重构，重构就是先进行隔点插零，再与相应的低通h、高通滤波器g进行卷积。对轴箱加速度信号进行消趋之后进行双积分，得到合适的轴箱垂向和横向位移值，从而得到列车车轮空间接触振动状态。[0007]本发明与背景技术相比，具有的有益效果是：1无线速度传感器和无线加速度传感器均使用强磁吸附在支撑平板上，拆卸方便；2无线激光加速度传感器利用螺栓紧固在支撑平板下方，利用激光射在钢轨外侧配合速度传感器，得到车轮横向振动系数随列车运行速度变化关系；3支撑平板利用橡胶轴套套在轮对端盖上，支撑平板轴径通过紧固螺栓进行微调，同时起防松作用；4利用软硬件结合的方式，将本发明在工作过程可能受到的各种电磁干扰有效排除。[0008]⑸对轴箱垂向和横向加速度信号进行小波消趋法之后进行双积分，得到合适的轴箱垂向和横向位移，从而得到较为准确的列车车轮空间接触振动状态。[0009]该车轮振动检测方法操作简单、拆卸方便、测试精度高，分析准确，适用于各种客运、货运列车。附图说明[0010]图1是本发明的整体工作示意图。[0011]图2是本发明的支撑平板的结构示意图。[0012]图3是本发明的轴箱垂向和横向振动信号抗电磁干扰处理方法示意图。具体实施方式[0013]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：如附图1所示，轮对（1、支撑平板2、端盖3、橡胶套4、无线速度传感器5、无线加速度传感器6、无线激光加速度传感器7、信号接收器8、计算机9、钢轨1〇。[0014]如附图2所示，支撑平板2、橡胶套4、无线速度传感器5、无线加速度传感器6、无线激光加速度传感器7。[0015]将支撑平板2通过橡胶套4套在列车轮对1的端盖3上，利用紧固螺栓将支撑平板2平面水平地固定在端盖¾上，通过无线速度传感器5和无线加速度传感器6上的强力磁铁吸附在支撑平板2的平面上。信号接收器S和计算机9放在待测列车的车厢里面，信号接收器⑼和计算机⑼通过USB接头连接，无线速度传感器⑸和无线加速度传感器6通过网络模块进行数据传输。[0016]其工作原理为：由于列车在运行过程中，车轮轮毂处于转动和振动两种运动合成的状态，而位于列车轮对（1的端盖3处于轮对（1的转动中心的位置，不进行转动，其运动可近似看做平动，是检测振动最理想的位置。通过无线速度传感器5测量列车在正常行驶过程中的实时速度，将支撑平板2套在端盖3上使得支撑平板2和端盖3所在垂直方向振动系数随速度的变化关系，无线激光加速度传感器8通过垫圈和紧固螺栓固定在支撑平板2下端，两传感器均以钢轨（10外侧为基准，配合无线速度传感器5，测量得到纵向振动系数随列车运行速度的变化关系，通过无线速度传感器5、无线加速度传感器6、无线激光加速度传感器8测得的垂直振动系数、横向振动系数，得到影响列车车轮振动的相关系数，通过网络模块将列车车轮振动系数传输到信号接收器8，信号接收器8通过USB接头将收集到的信号传输到计算机9，计算机通过软件分析信号即得出振动图像。利用软硬件结合实现电磁干扰的排除。硬件方面，使用高抗干扰性的电源，实现电源的稳定输出，并联压敏电阻;软件方面，在定时器定时到之前，CPU访问一次定时器，让定时器重新开始计时，正常程序运行，该定时器不会产生溢出脉冲，watchdog也就不会起作用。一旦尖峰干扰出现了“飞程序”，则CPU就不会在定时到之前访问定时器，因而定时信号就会出现，从而引起系统复位中断，保证智能仪器回到正常程序上来。对轴箱垂向和横向振动信号进行离散小波变换，即采用Mallat算法，信号的频率被连续降半划分至不同的层上。确定分解层次，即先对信号进行滤波再与相应的低通H、高通滤波器G进行卷积;对该层的近似系数进行强制置零，而细节系数维持不变，并进行重构，重构就是先进行隔点插零，再与相应的低通h、高通滤波器g进行卷积。对轴箱加速度信号进行消趋之后进行双积分，得到合适的轴箱垂向和横向位移值，从而得到列车车轮空间接触振动状态。[0017]上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改造，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.基于轴箱加速度抗电磁干扰的列车车轮振动测试方法，其测试设备由支撑平板、端盖、橡胶套、无线速度传感器、无线加速度传感器、无线激光加速度传感器、强力磁铁、信号接收器、计算机组成，其基本特征在于:支撑平板2套在列车车轮轮对的端盖3上，无线速度传感器5和无线加速度传感器6放在支撑平板2上，无线激光加速度传感器7通过垫圈和紧固螺栓连接在支撑平板（2下部分，上述三个传感器将信号传输信号接收器8，信号接收器S将信号传输至计算机9，所述无线速度传感器和无线加速度传感器可拆卸，所述支撑平板可进行微调防松。2.基于轴箱加速度抗电磁干扰的列车车轮振动测试方法，对轴箱垂向和横向振动信号进行离散小波变换，即采用Mallat算法，信号的频率被连续降半划分至不同的层上;确定分解层次，即先对信号进行滤波再与相应的低通H、高通滤波器G进行卷积;对该层的近似系数进行强^置零，而细节系数维持不变，并进行重构，重构就是先进行隔点插零，再与相应的低通h、高通滤波器g进行卷积;对轴箱加速度信号进行消趋之后进行双积分，得到合适的轴箱垂向和横向位移值，从而得到列车车轮空间接触振动状态。3.根据权利要求1所述的基于轴箱加速度抗电磁干扰的列车车轮振动测试方法，其特征在于:支撑平板2内嵌有橡胶套4保持平板水平地套在列车轮对的端盖3上用紧固螺栓夹紧，支撑平板直径可通过紧固螺栓进行微调。4.根据权利要求1所述的基于轴箱加速度抗电磁干扰的列车车轮振动测试方法，其特征在于:无线速度传感器5和无线加速度传感器6外壳下端为强力磁铁，吸附在支撑平板2上，支撑平板2下部分有一个通孔，、无线激光加速度传感器7通过垫圈和紧固螺栓固定在通孔上。5.根据权利要求1所述的基于轴箱加速度抗电磁干扰的列车车轮振动测试方法，其特征在于:信号接收器8和计算机9均放在车厢中，无线速度传感器5、无线加速度传感器6和无线激光加速度传感器7利用网络模块将信号传输到信号接收器8，信号接收器S通过USB接头将信号在计算机9上。

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