CN103194942A - 一种轨道振动信号移动检测装置及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种轨道振动信号移动检测装置，包括：轨检车（1）、振动检测装置（2）、检测信号分析装置（3）。本发明的提供一种轨道振动信号移动检测装置及检测方法，解决了现有技术中，轨道的扣件松脱检测主要依赖于人工巡检，现有的轨道扣件松脱检测技术不准确、难以实施的技术问题，能够确保移动状态下轨道振动信号检测的有效性和准确性，有效降低了轨检车的车体对轨道振动信号的干扰，而且安装简便，成本低，便于维修与更换。
Description
技术领域
本发明涉及轨道的扣件检测技术，尤其是一种轨道振动信号移动检测装置及检测方法。
背景技术
长期以来，轨道的扣件松脱检测主要依赖于人工巡检方法，该方法费时费力，检测效率低下，已不能满足现代铁路高速发展的需要，急需一种用于检测轨道的扣件工作状态的自动检测装置。目前，已有多种检测设备或装置在铁路建设、验收和养护中使用，例如：检测钢轨静态不平顺度的几何状态检测装置、轨距检测装置、钢轨探伤车、弓网检测车等。但以上检测装置或检测方法，都无法对扣件松紧情况进行检测。扣件松脱对应的是钢轨动力学属性或声学属性的改变，这一特性使得现有的超声波、红外线和雷达等较为成熟的无损检测技术都难以运用。对于扣件松脱状态自动检测方法，目前已公开的相关技术是光学图像识别技术和固有频率识别技术，这两种识别方法均存在一定的技术缺陷。
光学图像识别技术存在的主要缺陷为：
a)这种完全依靠视觉表象差异进行识别的方法，从原理上就存在着严重的漏检缺陷，对于既有线路和不进行特殊处理的新建线路，这一缺陷尤其严重；
b)车体振动对图像质量的影响问题；
c)关于“光学图像信息的提取与识别”技术，整个研究领域仅在最近几年才在实际实用方面取得了一些实质性进展，仍有不少技术性问题有待克服和解决；
至于固有频率识别技术，该类方法需攻克的主要难题是移动状态下的信号检测技术、固有频率对局部变化的灵敏度问题、其它振动干扰问题等等，该方法目前仍停留在理论研究和实验室研究阶段。
发明内容
本发明提供一种轨道振动信号移动检测装置及检测方法，用于解决现有技术中，轨道的扣件松脱检测主要依赖于人工巡检；光学图像识别检测技术对于既有线路和不进行特殊处理的新建线路的检测效果差、车体振动对图像质量的影响严重；固有频率识别检测技术尚不完善，由此带来的现有的轨道扣件松脱检测技术不准确、难以实施的技术问题。
本发明提供的一种轨道振动信号移动检测装置，包括轨检车1、振动检测装置2、检测信号分析装置3，其中：
轨检车1，用于在轨道上移动，使振动检测装置2可以在移动过程中对行驶经过的轨道的扣件松脱情况进行检测；
振动检测装置2，用于采集轨检车1移动过程中产生的振动信号，并且将其转变为电信号传输至检测信号分析装置3，振动检测装置2为两套，对称安装于轨检车1上；
检测信号分析装置3，用于接收振动检测装置2的检测信号并且分析判断轨道的扣件松脱情况，位于轨检车1上；
而且轨检车1具有金属导电部件，通过所述金属导电部件和轨道一起形成闭合电路，根据所述闭合电路的通断情况，排除所述轨检车移动过程中振动剧烈导致的无效的振动信号。
进一步，本发明所述的轨道振动信号移动检测装置，其特征在于，还包括振动信号筛选装置，用于实现振动检测装置2的振动信号的筛选，其特征在于，包括：
控制模块，接收来自所述振动检测装置（2）的振动信号，根据所述闭合电路通断检测装置的闭合电路检测信号，把轨检车运动过程中的无效信号进行屏蔽，把没有被屏蔽的振动信号发送至检测信号分析装置（3）；
闭合电路通断检测装置，检测所述闭合电路的通断状况，将检测信号发送至控制模块。
进一步，本发明所述的轨道振动信号移动检测装置，所述振动检测装置2，包括：
圆轮201，用于使轨检车1在轨道上移动并且把移动过程中产生的振动传送至传感器202，位于振动检测装置2上；
振动传感器202，用于接收来自于圆轮201的振动信号并将其转换为电信号输出至检测信号分析装置3，位于振动检测装置2上。
进一步，本发明所述的轨道振动信号移动检测装置，还包括振动缓冲装置4，用于缓冲轨检车1移动过程中产生的振动，提高振动信号检测精度，降低所述轨道振动信号移动检测装置的磨损，位于轨检车1和振动检测装置2之间。
进一步，本发明所述的轨道振动信号移动检测装置，所述振动缓冲装置4，包括：
复合板簧401，用于缓冲轨检车1移动时产生的振动，其上端通过橡胶垫板402连接轨检车1，其下端通过连接装置403与圆轮201相连；
橡胶垫板402，用于缓冲轨检车1行进时产生的振动，位于轨检车1与复合板簧401之间；
连接装置403，用于连接圆轮201和复合板簧401，位于圆轮201和复合板簧401之间。
进一步，本发明所述的轨道振动信号移动检测装置，所述复合板簧401的结构为两层高分子阻尼材料的缓冲板中间夹一层可以导电的硬质金属板。
进一步，本发明所述的轨道振动信号移动检测装置，所述连接装置403，包括：
轴套4031，用于和轮轴4032共同作用，连接复合板簧401和圆轮201，其带有轴套柄，轴套4031的轴套柄与复合板簧401相连，轴套4031套接在轮轴4032上；
轮轴4032，用于和轴套4031共同作用，连接复合板簧401和圆轮201，其带有轴帽，轮轴4032的轴帽固定圆轮201，轮轴4032穿过轴套4031，使圆轮201可以转动。
进一步，本发明所述的轨道振动信号移动检测装置，所述轴套4031的轴套中间开有空槽，圆轮201位于空槽中。
进一步，本发明所述的轨道振动信号移动检测装置，通过调节轴套4031的轴套柄的长度，调节两圆轮201的间距。
本发明提供的一种轨道振动信号移动检测方法，使用本发明所述的轨道振动信号移动检测装置，包括：
步骤S1，检测信号分析装置3接收来自于振动检测装置2的振动信号，振动信号为两路；
步骤S2，检测信号分析装置3分析两路振动信号，计算得到移动过程各位置处的损伤指标；
步骤S3，根据所述损伤指标判断轨道的扣件的松脱情况。
本发明提供的一种轨道振动信号移动检测装置及检测方法，其优点在于：
复合板簧401表层附有阻尼材料，并通过橡胶垫板402与轨检车1的车体相连，有效隔离了轨检车1的车体对采集的振动信号的干扰，复合板簧401对轻质圆轮201提供了一定的弹力，确保圆轮201与轨道紧密接触、不发生弹跳；两套振动检测装置2和两圆轮201之间的轨道构成电流闭合回路，可确保两圆轮201同时与轨道接触，并可通过轴套4031的轴套柄的长度自由调节两圆轮201的间距，能够同时采集两组数据信息，因此检测数据更真实、可靠，能够满足动点检测数据分析的要求；各部件之间通过螺栓连接组合，结构简单，便于维修和更换；
通过上述装置的配合，本发明的提供一种轨道振动信号移动检测装置及检测方法，解决了现有技术中，轨道的扣件松脱检测主要依赖于人工巡检；光学图像识别检测技术对于既有线路和不进行特殊处理的新建线路的检测效果差、车体振动对图像质量的影响严重；固有频率识别检测技术尚不完善，由此带来的现有的轨道扣件松脱检测技术不准确、难以实施的技术问题，能够确保移动状态下轨道振动信号检测的有效性和准确性，有效降低了轨检车1的车体对轨道振动信号的干扰，而且安装简便，成本低，便于维修与更换。
附图说明
图1为本发明实施例1所述的轨道振动信号移动检测装置结构图；
图2为本发明实施例1所述的轨道振动信号移动检测装置的局部正视图；
图3为本发明实施例1所述的轨道振动信号移动检测装置的局部左视图；
图4为本发明实施例1所述的轨道振动信号移动检测装置的局部俯视图；
图5为本发明实施例2所述的轨道振动信号移动检测装置的局部正视图；
图6为本发明实施例2所述的轨道振动信号移动检测装置的左部正视图；
图7为本发明实施例所述的轨道振动信号移动检测方法的流程图；
图8为本发明实施例3所述的轨道振动信号移动检测装置的振动信号筛选装置结构图；
图9为本发明实施例3所述的轨道振动信号移动检测方法的振动信号采集示意图。
附图标记说明：
本发明提供的一种轨道振动信号移动检测装置，包括轨检车1、移动检测装置2、检测信号分析装置3，其中：
1：轨检车；2：移动检测装置；3：检测信号分析装置；5：轨道；
201：圆轮；202：振动传感器；
401：复合板簧；402：橡胶垫板；
4031：轴套；4032：轮轴。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步描述。
实施例1：
图1为本发明实施例1所述的轨道振动信号移动检测装置结构图，图2为本发明实施例1所述的轨道振动信号移动检测装置的局部正视图，图3为本发明实施例1所述的轨道振动信号移动检测装置的局部左视图，图4为本发明实施例1所述的轨道振动信号移动检测装置的局部俯视图，如图1、图2、图3和图4所示，本发明实施例提供的一种轨道振动信号移动检测装置，包括轨检车1、振动检测装置2、检测信号分析装置3，其中：
轨检车1，用于在轨道5上移动，使振动检测装置2可以在移动过程中对行驶经过的轨道5的扣件松脱情况进行检测；
振动检测装置2，用于采集轨检车1移动过程中产生的振动信号，并且将其转变为电信号传输至检测信号分析装置3，振动检测装置2为两套，以两个圆轮201的中轴线为对称轴，对称安装于轨检车1上；所述振动检测装置2，包括：
圆轮201，用于使轨检车1在轨道5上移动并且把移动过程中产生的振动传送至传感器202，位于振动检测装置2上；圆轮201为轻质圆轮，重量轻、质量小的圆轮可以提高振动检测灵敏度；
振动传感器202，用于接收来自于圆轮201的振动信号并将其转换为电信号输出至检测信号分析装置3，位于振动检测装置2上；
检测信号分析装置3，用于接收振动检测装置2的检测信号并且分析判断轨道5的扣件松脱情况，位于轨检车1上；
振动缓冲装置4，用于缓冲轨检车1移动过程中产生的振动，提高振动信号检测精度，降低所述轨道振动信号移动检测装置的磨损，位于轨检车1和振动检测装置2之间；所述振动缓冲装置4，包括：
复合板簧401，用于缓冲轨检车1移动时产生的振动，其上端通过橡胶垫板402连接轨检车1，其下端通过连接装置403与圆轮201相连；所述复合板簧401的结构为两层高分子阻尼材料的缓冲板中间夹一层可以导电的硬质金属板，本实施例采用薄的钢板作为复合板簧401中间的材料；复合板簧401的两端为平板，中间部位呈圆弧形，为圆轮201提供一定的弹力，使其紧贴于轨道5上；
橡胶垫板402，用于缓冲轨检车1行进时产生的振动，位于轨检车1与复合板簧401之间；通过螺栓相连；
连接装置403，用于连接圆轮201和复合板簧401，位于圆轮201和复合板簧401之间；连接装置403，包括：
轴套4031，用于和轮轴4032共同作用，连接复合板簧401和圆轮201，其带有轴套柄，轴套4031的轴套柄与复合板簧401相连，轴套4031套接在轮轴4032上，通过螺栓相连，易于拆卸；通过调节轴套4031的轴套柄的长度，或者更换带有不同长度的轴套柄的轴套4031，可以调节两圆轮201的间距；
轮轴4032，用于和轴套4031共同作用，连接复合板簧401和圆轮201，其带有轴帽，轮轴4032的轴帽固定圆轮201，轮轴4032穿过轴套4031，使圆轮201可以转动；
而且轨检车1具有金属导电部件，所述金属导电部件和轨道一起形成闭合电路，根据所述闭合电路的通断情况，排除所述轨检车移动过程中振动剧烈导致圆轮跳跃脱轨的无效的振动信号；
轨检车1运动速度较高的情况下，会发生振动，把振动剧烈引起圆轮（201）跳跃离轨情况下的振动信号放弃，可以提高轨道检测的精度，避免振动剧烈导致的振动信号不准确，由此影响轨道扣件的松脱情况检测；轨检车1运动过程中，振动剧烈时，会导致圆轮201跳离轨道5，因此可以通过检测圆轮201是否与轨道5接触，来检测轨检车1的振动是否达到了剧烈振动，如果圆轮201与轨道5接触，则认为轨检车1的振动不剧烈；如果圆轮201与轨道5没有接触，则认为轨检车1的振动剧烈；因此，可以通过建立闭合电路来检测圆轮201与轨道5的接触情况，闭合电路通说明圆轮与轨道接触，实测数据为轨道振动，数据有效；闭合电路断路说明圆轮与轨道脱离，数据无效，所述闭合电路包括：依次通过金属导电部件相连的轨检车—圆轮—轨道—圆轮—轨检车，轨检车与两个圆轮间通过金属导电部件相连，两个圆轮和轨道都是金属材料制成，可以导电，而且圆轮也可以作为轨检车内部的金属导电部件。这样，就能形成一个完整的闭合电路，所述闭合电路为：两个圆轮间通过轨道5相连，两个圆轮间还通过轨检车1的内部的金属导电部件相连，形成轨检车—圆轮—轨道—圆轮—轨检车这种形式的闭合电路；在闭合电路中另装有电路通断传感器，记录不同里程坐标点的所述闭合电路的连接情况，电路断开里程段视为圆轮脱离钢轨，测试数据无效，放弃此处的振动信号；所述闭合电路也可设计为圆轮—导线—电路通断传感器—导线—圆轮—钢轨—圆轮的形式；既能同时获取两组检测数据，又能确保两个圆轮同时与轨道5接触。
进一步，本发明实施例所述的轨道振动信号移动检测装置，还包括振动信号筛选装置，用于实现振动检测装置2的振动信号的筛选，其特征在于，包括：
控制模块，接收来自所述振动检测装置（2）的振动信号，根据所述闭合电路通断检测装置的闭合电路检测信号，把轨检车运动过程中的无效信号进行屏蔽，把没有被屏蔽的振动信号发送至检测信号分析装置（3）；所述无效信号是指剧烈振动导致圆轮（201）跳跃脱轨的时期的信号；
闭合电路通断检测装置，检测所述闭合电路的通断状况，将检测信号发送至控制模块。
本发明实施例1提供的一种轨道振动信号移动检测装置的工作原理为：
轨检车1在轨道5上行驶，在移动过程中检测扣件松动的情况，通过复合板簧401推动或者拉动圆轮201在轨道5上方滚动，轨道5的振动会通过轻质圆轮201传至轴套401，进而由振动传感器202采集该振动信号，转换为电信号后，通过数据线传送给检测信号分析装置3进行实时处理分析，基于扣件松动或者脱落与轨道5振动频谱之间的特定关系，分析和诊断轨道扣件松动或者脱落的情况。
实施例2：
图5为本发明实施例2所述的轨道振动信号移动检测装置的局部正视图，图6为本发明实施例2所述的轨道振动信号移动检测装置的左部正视图，如图5和图6所示，本发明所述的轨道振动信号移动检测装置，与实施例1基本相同，不同之处在于所述轴套4031的轴套中间开有空槽，圆轮201位于空槽中，此处可以作为实施例1的替代技术方案。因此对于相同之处不再赘述。
实施例3：
图7为本发明实施例3所述的轨道振动信号移动检测方法的流程图，如图7所示，本发明实施例3提供的一种轨道振动信号移动检测方法，所述方法使用本发明实施例1或2所述的轨道振动信号移动检测装置，而且所述方法采用ODS分析方法（Operational DeflectionShape）分析检测信号，包括：
步骤S1，检测信号分析装置3接收来自于振动检测装置2的振动信号，振动信号为两路；也可以设置多个振动检测装置，检测多路振动信号；
步骤S2，检测信号分析装置3分析两路振动信号，计算得到移动过程各位置处的损伤指标；
具体为：将两路振动信号由时域转换至频域，利用ODS数学模型，计算两路信号ODS值，将两路信号的ODS值相比，得到损伤指标Ti，可以通过如下公式计算：
其中，Ti为在i位置处的损伤指标；xi和xj为两路信号在i位置处的ODS值。
其中，ODS值是ODS数学模型的计算结果值，所述ODS方法是指对结构的响应（一般为工作状态，也可是模态试验时的响应）进行频域和时域的分析和动画显示，了解结构的变形情况。可用于测点检查、故障诊断等。
ODS在时域分析时，即相当于动画的慢动作。
ODS在频域分析时，可按频率范围连续动画或停在某个频率。如果停留的频率为模态固有频率，则看到的振动形态即为模态振型；停在其他频率时振动形态则为多个模态的线性叠加，因此可进一步分析出是哪些模态的叠加，各个的贡献量为多少，此为模态的解藕。通常作ODS分析时，并不知道模态，一般也不需要模态即可进行。如要进行模态解藕才需要模态。试验室模态有悬吊式（自由/自由边界）、模拟安装条件的实际边界两种形式。采用何种形式，取决于模态结果的用途。自由/自由边界条件的模态结果主要用于设计评价、对标分析、有限元模型修正，如比较两个车身的设计，动态刚度设计（模态）是否满足设定的目标。实际边界条件的结果主要用于故障诊断等。目前，模态分析已经是振动、噪声、疲劳、可靠性、平顺性等各种动态属性研发的必需的基本数据
步骤S3，根据所述损伤指标判断轨道的扣件的松脱情况。
可以通过建立损伤指标和检测点位置关系的波形图来分析轨道的扣件的松脱情况，通过在正常情况获得检测数据，可以得到正常情况下的损伤指标和检测点位置关系的波形图；而在轨道的扣件的松脱情况下，所述损伤指标和检测点位置关系的波形图必然与正常情况不同，通过实验人员比较两类波形图，把与正常情况下的所述波形图不同的波形图选择出来，这些与正常情况下的所述波形图不同的波形图中标出的检测点的位置就是轨道的扣件的松脱情况发生的位置。
图8为本发明实施例8所述的轨道振动信号移动检测装置的振动信号筛选装置结构图，如图7所示，
本发明实施例3提供的一种轨道振动信号移动检测装置的振动信号筛选装置，用于实现振动检测装置2的振动信号的筛选，包括：
振动检测装置2，为两套，分别检测振动信号，并将其转变为电信号，把振动信号发送至控制模块；
闭合电路通断检测装置，检测实施例2所述的闭合电路的通断状况，将检测信号发送至控制模块；
控制模块，根据所述闭合电路通断检测装置的闭合电路检测信号，把轨检车运动过程中的无效信号进行屏蔽，把没有被屏蔽的振动信号发送至检测信号分析装置3；
根据本发明实施例2，如果圆轮201与轨道5没有接触，所述闭合电路断开，则认为轨检车1的振动剧烈，控制模块接收所述闭合电路通断检测装置发送的所述闭合电路断开的检测信号，并且根据该检测信号屏蔽所述闭合电路断开时期的振动信号；
如果圆轮201与轨道5接触，所述闭合电路导通，则认为轨检车1的振动不剧烈，控制模块接收所述闭合电路通断检测装置发送的所述闭合电路导通的检测信号，并且根据该检测信号允许所述闭合电路导通时期的振动信号发送至检测信号分析装置3；
检测信号分析装置3，分析得到的两路振动信号，并得出轨道的扣件是否松脱的判断结果。
图9为本发明实施例3所述的轨道振动信号移动检测方法的振动信号采集示意图，如图9所示，采集的振动信号为两路，其中根据所述闭合电路通断检测装置的闭合电路通断的检测信号，屏蔽其中部分振动信号，避免轨检车剧烈震动下导致的测量数据不准确，方便于数据建模。
以上仅为本发明的优选实施例，当然，本发明还可以有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种轨道振动信号移动检测装置，其特征在于，包括轨检车（1）、振动检测装置（2）、检测信号分析装置（3），其中：
轨检车（1），用于在轨道上移动，使振动检测装置（2）可以在移动过程中对行驶经过的轨道的扣件松脱情况进行检测；
振动检测装置（2），用于采集轨检车（1）移动过程中产生的振动信号，并且将其转变为电信号传输至检测信号分析装置（3），振动检测装置（2）为两套，对称安装于轨检车（1）上；
检测信号分析装置（3），用于接收振动检测装置（2）的检测信号并且分析判断轨道的扣件松脱情况，位于轨检车（1）上；
而且轨检车（1）具有金属导电部件，通过所述金属导电部件和轨道一起形成闭合电路，根据所述闭合电路的通断情况，排除所述轨检车移动过程中振动剧烈导致的无效的振动信号。
2.根据权利要求1所述的轨道振动信号移动检测装置，其特征在于，还包括振动信号筛选装置，用于实现振动检测装置2的振动信号的筛选，其特征在于，包括：
控制模块，接收来自所述振动检测装置（2）的振动信号，根据所述闭合电路通断检测装置的闭合电路检测信号，把轨检车运动过程中的无效信号进行屏蔽，把没有被屏蔽的振动信号发送至检测信号分析装置（3）；
闭合电路通断检测装置，检测所述闭合电路的通断状况，将检测信号发送至控制模块。
3.根据权利要求1所述的轨道振动信号移动检测装置，其特征在于，所述振动检测装置（2），包括：
圆轮（201），用于使轨检车（1）在轨道上移动并且把移动过程中产生的振动传送至传感器（202），位于振动检测装置（2）上；
振动传感器（202），用于接收来自于圆轮（201）的振动信号并将其转换为电信号输出至检测信号分析装置（3），位于振动检测装置（2）上。
4.根据权利要求3所述的轨道振动信号移动检测装置，其特征在于，还包括振动缓冲装置（4），用于缓冲轨检车（1）移动过程中产生的振动，位于轨检车（1）和振动检测装置（2）之间。
5.根据权利要求4所述的轨道振动信号移动检测装置，其特征在于，所述振动缓冲装置（4），包括：
复合板簧（401），用于缓冲轨检车（1）移动时产生的振动，其上端通过橡胶垫板（402）连接轨检车（1），其下端通过连接装置（403）与圆轮（201）相连；
橡胶垫板（402），用于缓冲轨检车（1）行进时产生的振动，位于轨检车（1）与复合板簧（401）之间；
连接装置（403），用于连接圆轮（201）和复合板簧（401），位于圆轮（201）和复合板簧（401）之间。
6.根据权利要求5所述的轨道振动信号移动检测装置，其特征在于，所述复合板簧（401）的结构为两层高分子阻尼材料的缓冲板中间夹一层可以导电的硬质金属板。
7.根据权利要求6所述的轨道振动信号移动检测装置，其特征在于，所述连接装置（403），包括：
轴套（4031），用于和轮轴（4032）共同作用，连接复合板簧（401）和圆轮（201），其带有轴套柄，轴套（4031）的轴套柄与复合板簧（401）相连，轴套（4031）套接在轮轴（4032）上；
轮轴（4032），用于和轴套（4031）共同作用，连接复合板簧（401）和圆轮（201），其带有轴帽，轮轴（4032）的轴帽固定圆轮（201），轮轴（4032）穿过轴套（4031），使圆轮（201）可以转动。
8.根据权利要求7所述的轨道振动信号移动检测装置，其特征在于，所述轴套（4031）的轴套中间开有空槽，圆轮（201）位于空槽中。
9.根据权利要求7所述的轨道振动信号移动检测装置，其特征在于，通过调节轴套（4031）的轴套柄的长度，调节两圆轮（201）的间距。
10.一种轨道振动信号移动检测方法，使用权利要求1至9任一项所述的轨道振动信号移动检测装置，其特征在于，包括：
步骤S1，检测信号分析装置3接收来自于振动检测装置2的振动信号，振动信号为两路；
步骤S2，检测信号分析装置3分析两路振动信号，计算得到移动过程各位置处的损伤指标；
步骤S3，根据所述损伤指标判断轨道的扣件的松脱情况。
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