專利名稱：無碴軌道健全度的瞬時振動檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測方法，尤其是涉及一種無碴軌道健全度(包括軌枕裂紋等)的瞬時振動檢測方法。

背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的鐵路軌道通常由兩條平行的鋼軌組成，鋼軌固定放在枕木上，之下為小碎石鋪成的路砟。路砟和枕木均起加大受力面、分散火車壓力、幫助鐵軌承重的作用，防止鐵軌因壓力太大而下陷到泥土里。傳統(tǒng)有碴軌道具有鋪設(shè)簡便、綜合造價低廉的特點，但容易變形，維修頻繁，維修費用較大，列車速度受到限制。無碴軌道的軌枕本身是混凝土澆灌而成，而路基也不用碎石，鐵軌、軌枕直接鋪在混凝土路上。無砟軌道是當(dāng)今世界先進的軌道技術(shù)，可以減少維護、降低粉塵、美化環(huán)境，而且列車時速可以達到200公里以上。
無砟軌道的軌枕本身是混凝土澆灌而成，軌枕是否存在裂紋等缺陷目前沒有有效的檢測方法。主要依靠施工人員的經(jīng)驗和組織管理來保證軌枕的質(zhì)量，通常需要有很多人來完成質(zhì)量的監(jiān)控工作，消耗很多人力物力。


發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點，本發(fā)明提供了一種無碴軌道軌枕裂紋的瞬時振動檢測方法，通過瞬時振動法獲得無碴軌道軌枕的固有頻率，進而判斷軌枕的裂紋的性質(zhì)以及健全度。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種無碴軌道健全度的瞬時振動檢測方法，包括如下步驟 第一步，使軌枕產(chǎn)生振動信號； 第二步，由拾振器將振動信號轉(zhuǎn)換為電信號輸入到計算機的多路A/D轉(zhuǎn)換模塊對振動信號進行轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的信號上傳到計算機的數(shù)據(jù)處理模塊； 第三步，由計算機對振動信號進行運算處理 (1)對振動信號采用模糊小波法濾波，消除噪聲； (2)對響應(yīng)信號進行傅里葉變換，得到頻譜和相位； (3)計算健全度指標(biāo)； 第四步，查詢軌枕健全度基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，得到軌枕裂紋程度評價。
所述使軌枕產(chǎn)生振動信號的方法是利用3-50公斤的重錘擊打軌枕，使軌枕產(chǎn)生振動信號；所述使軌枕產(chǎn)生振動信號的方法是利用列車駛過監(jiān)測路段的鐵軌時，列車對軌道的瞬時沖擊作用使軌枕產(chǎn)生振動信號。
在所述第三步，由計算機對振動信號進行運算處理時，在對振動信號采用模糊小波法濾波后，可對多組響應(yīng)信號疊加，進一步消除隨機因素的影響。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果是無碴軌道軌枕裂紋的瞬時振動檢測方法方便快捷、簡便可靠，可以實現(xiàn)軌枕的快速檢測，保證線路的安全；大大降低鐵路線路施工人員勞動強度，提高自動化測量水平。

具體實施例方式 本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
本說明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖
)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。
一種無碴軌道軌枕裂紋的瞬時振動檢測方法，包括如下步驟 第一步，使軌枕產(chǎn)生振動信號 對于便攜式軌枕裂紋檢測系統(tǒng)，采用靜態(tài)法獲得振動信號。即利用3-50公斤的重錘擊打軌枕，由于瞬間的沖擊作用，軌枕將產(chǎn)生振動信號。
對于固定式軌枕裂紋監(jiān)測系統(tǒng)，采用動態(tài)法獲得振動信號。當(dāng)列車通過監(jiān)測路段的鐵軌時，列車對軌道的瞬時沖擊作用，軌枕將產(chǎn)生振動信號。
第二步，由拾振器將振動信號轉(zhuǎn)換為電信號輸入到計算機的PCM3718多路A/D轉(zhuǎn)換模塊對振動信號進行轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的信號通過數(shù)據(jù)采集的I/O端口上傳到計算機的數(shù)據(jù)處理模塊。
拾振器是將振動信號變?yōu)榛瘜W(xué)的、機械的或(最常用的)電學(xué)的信號，且所得信號的強度與所檢測的振動量成比例的換能裝置。按檢測量的不同，可以分為加速度計、速度拾振器和位移拾振器等幾種。按能量轉(zhuǎn)化的原理來分，又有質(zhì)量彈簧式、壓電式、電動式、電磁式等許多種類。在振動測量中，目前最廣泛應(yīng)用的是壓電式加速計，因為它具有測量頻段寬、動態(tài)范圍大、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便等諸多優(yōu)點。另外，加速計與適當(dāng)?shù)碾娐肪W(wǎng)絡(luò)配合，即可給出相應(yīng)振動的速度和位移值。2000-1型拾振器主要用于土木工程中超低頻振動和一般工程振動測量。拾振器上有一四檔微型撥動開關(guān)，選擇撥動開關(guān)不同檔位即可改變拾振器的通頻帶、測量量程和分辨率。最低可測頻率為0.1Hz，最大可測位移為80mm。
數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集子線程專門負(fù)責(zé)板卡的數(shù)據(jù)采集，通過操作專用的采集板卡PCM3718進行數(shù)據(jù)采集，并把數(shù)據(jù)存入固定的緩沖區(qū)內(nèi)。緩沖區(qū)的大小至少能存放一次無縫捕獲的數(shù)據(jù)，由數(shù)據(jù)處理子線程進行相應(yīng)的處理，以保證實時性。PCM3718具有8路差分模擬量輸入，8路數(shù)字信號輸入/輸出，采樣頻率可達100kHZ(在DMA模式下)，可采集模擬量信號以及輸入輸出數(shù)字量信號。
第三步，由計算機對振動信號進行運算處理 (1)濾波對振動信號采用模糊小波法濾波。
由于產(chǎn)生的振動信號含有不同頻率的噪聲，而且噪聲的來源多，頻帶復(fù)雜，因此采用模糊小波消除噪聲。
對于測得的振動信號序列X＝{xt，t＝1，2，...n}，其中xt是對應(yīng)t時刻的數(shù)據(jù)值。利用如下Mallat塔式算法， 對振動信號X進行N層尺度分解，得到N組細(xì)節(jié)信號wi(i＝1，2，…N)和一組平滑信號vN。采用模糊軟、硬閾值折衷法來消除噪聲，其計算公式如下 式中

為消除噪聲后的細(xì)節(jié)信號，λ為閾值，其有模糊系統(tǒng)確定。
Mallat重構(gòu)算法為 對于平滑信號采用同樣的方法得到消除噪聲后的平滑信號

然后對每組細(xì)節(jié)信號

和平滑

單獨利用Mallat塔式算法重構(gòu)到原尺度上， 得到重構(gòu)的細(xì)節(jié)信號

和平滑信號

則消除噪聲后的振動信號X′可以表示為 (2)疊加對多組響應(yīng)信號疊加，進一步消除隨機因素的影響。
每次測量三次振動信號，濾波后得到三組X′1＝{xt，t＝1，2，...n}，X′2＝{xt，t＝1，2，...n}，X′3＝{xt，t＝1，2，...n}。求出每組信號平均幅值，以此幅值的為位置對齊信號。然后將三組信號相加求平均，得到X″＝{xt，t＝1，2，...n}為疊加后的信號。
(3)傅里葉變換對響應(yīng)信號進行傅里葉變換，得到頻譜和相位。
利用快速傅里葉變換FFT，得到信號X″＝{xt，t＝1，2，...n}的頻譜和相位，相位差為90度或270度的幅值對應(yīng)的頻率即為軌枕的自振頻率。
(4)計算健全度指標(biāo) 其中fc為固有頻率計算值，fn固有頻率標(biāo)準(zhǔn)值。
第四步，查詢軌枕健全度基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，得到軌枕裂紋程度評價。
第五步，將所得出的結(jié)果通過觸摸顯示屏顯示，存儲在數(shù)據(jù)存儲器中，通過USB、RS232、網(wǎng)絡(luò)接口將上述結(jié)果傳送給遠程計算機和中央控制室。通過觸摸顯示屏修改儀器參數(shù)和查詢顯示歷史數(shù)據(jù)。并有自檢功能，能監(jiān)測PCM3718多路A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)采集及I/O模塊、拾振壓力器等設(shè)備的狀態(tài)，并能及時報警。
本發(fā)明并不局限于前述的具體實施方式
。本發(fā)明擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
權(quán)利要求
1.一種無碴軌道健全度的瞬時振動檢測方法，其特征是包括如下步驟
第一步，使軌枕產(chǎn)生振動信號；
第二步，由拾振器將振動信號轉(zhuǎn)換為電信號輸入到計算機的多路A/D轉(zhuǎn)換模塊對振動信號進行轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的信號上傳到計算機的數(shù)據(jù)處理模塊；
第三步，由計算機對振動信號進行運算處理
(1)對振動信號采用模糊小波法濾波，消除噪聲；
(2)對響應(yīng)信號進行傅里葉變換，得到頻譜和相位；
(3)計算健全度指標(biāo)；
第四步，查詢軌枕健全度基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，得到軌枕裂紋程度評價。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無碴軌道健全度的瞬時振動檢測方法，其特征是所述使軌枕產(chǎn)生振動信號的方法是利用3-50公斤的重錘擊打軌枕，使軌枕產(chǎn)生振動信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無碴軌道健全度的瞬時振動檢測方法，其特征是所述使軌枕產(chǎn)生振動信號的方法是利用列車駛過監(jiān)測路段的鐵軌時，列車對軌道的瞬時沖擊作用使軌枕產(chǎn)生振動信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無碴軌道健全度的瞬時振動檢測方法，其特征是在所述第三步，由計算機對振動信號進行運算處理時，在對振動信號采用模糊小波法濾波后，可對多組響應(yīng)信號疊加，進一步消除隨機因素的影響。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無碴軌道健全度的瞬時振動檢測方法，包括如下步驟使軌枕產(chǎn)生振動信號；由拾振器將振動信號轉(zhuǎn)換為電信號輸入到計算機的多路A/D轉(zhuǎn)換模塊對振動信號進行轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的信號上傳到計算機的數(shù)據(jù)處理模塊；由計算機對振動信號進行運算處理對振動信號采用模糊小波法濾波，消除噪聲；對響應(yīng)信號進行傅里葉變換，得到頻譜和相位；計算健全度指標(biāo)；查詢軌枕健全度基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，得到軌枕裂紋程度評價。本發(fā)明的積極效果是無碴軌道軌枕裂紋的瞬時振動檢測方法方便快捷、簡便可靠，可以實現(xiàn)軌枕的快速檢測，保證線路的安全；大大降低鐵路線路施工人員勞動強度，提高自動化測量水平。
文檔編號G01N29/04GK101813666SQ20101014842
公開日2010年8月25日 申請日期2010年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月16日
發(fā)明者不公告發(fā)明人 申請人:成都成運科技有限責(zé)任公司