CN104309642A - 基于振动模态分析技术的高速道岔裂纹监测装置及方法 - Google Patents

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袁友茂
武清海
伍安国
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    • B61—RAILWAYS
    • B61K—AUXILIARY EQUIPMENT SPECIALLY ADAPTED FOR RAILWAYS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B61K9/00—Railway vehicle profile gauges; Detecting or indicating overheating of components; Apparatus on locomotives or cars to indicate bad track sections; General design of track recording vehicles
    • B61K9/08—Measuring installations for surveying permanent way
    • B61K9/10—Measuring installations for surveying permanent way for detecting cracks in rails or welds thereof

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于振动模态分析技术的高速道岔裂纹监测装置及方法，包括，监测主机和八个振动加速度传感器；监测主机包括有，信号调理模块、A/D采集模块、FPGA信号处理模块。本发明通过采集采集列车通过高速道岔时的振动加速度信号进行数据振动模态分析实现高速道岔裂纹监测，多线程技术设计，采集列车通过高速道岔时的振动信号进行数据振动模态分析实现高速道岔裂纹监测换不会引起进程切换，从而提高系统的并发程度；可实时获取列车通过高速道岔时监测点的振动数据，采用振动加速度传感器方式，无机械触点，道岔原始数据实现集中处理，提高了数据的安全性，实现损伤预测可靠性和稳定性。

Description

基于振动模态分析技术的高速道岔裂纹监测装置及方法
技术领域
本发明涉及一种铁路轨道监测装置，特别是一种基于振动模态分析技术的高速道岔裂纹监测装置及方法。
背景技术
目前，高速重载铁路运营线上的钢轨出现断裂，将严重威胁行车安全。尤其是高速道岔部位的钢轨易发生故障；我国铁路部门针对行车安全制定的“三防”措施，其中之一就是防断轨。对于断轨的监控预防应强化钢轨各种探伤作业的管理和提高钢轨各种探伤作业的质量。但是不论哪种钢轨探伤作业，因为存在作业周期问题、探伤设备本身可能存在质量问题和人为因素等原因，所以不可能完全发现钢轨缺陷从而预防断轨并及时发现断轨。断轨一旦出现，要求至少能向前方来车发出信号并使之有足够时间采取防范措施。要及时发现断轨并制止恶性运营事故的发生，就需要实时检测断轨。从工作原理来讲，实时断轨检测方法主要两类。即基于轨道电路原理方法的牵引回流实时断轨检测方法和准轨道电路实时断轨检测方法，基于非轨道电路原理方法的光纤实时断轨检测方法、应力实时断轨检测方法和声波实时断轨检测方法。牵引回流和准轨道电路实时断轨检测方法在道岔、护轨等特殊工况的检测灵敏度和系统可靠性表现不佳，声波实时断轨检测方法在机械绝缘处的检测灵敏度和系统可靠性方面较差, 光纤实时断轨检测方法的安装操作和可修复性有待提高，应力实时断轨检测方法则是在灵敏度、系统可靠性和可修复性上表现不佳。
发明内容
为了解决上述的现有的高速道岔检测装置效果不理想的问题，本发明提供一种基于振动模态分析技术的高速道岔裂纹监测装置及方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：基于振动模态分析技术的高速道岔裂纹监测装置，包括，监测主机和八个振动加速度传感器；
所述的监测主机包括有，八个信号调理模块、八个A/D采集模块、FPGA信号处理模块、电源接口、电源保护模块、电源检测模块、电源控制模块、网络接口模块、存储器模块和温度传感器；
完成振动加速度信号的放大、滤波、调理处理功能的信号调理模块的输入端联接至对应的振动加速度传感器，输出端分别联接其对应的A/D采集模块；完成信号数模转换的A/D采集模块分别与电源检测模块和温度传感器联接；
完成模态参数识别和信号运算处理功能的FPGA信号处理模块分别联接八个A/D采集模块、存储器模块、温度传感器、网络接口模块和电源检测模块；
提供直流24V供电的电源接口通过电源保护模块与电源检测模块联接；电源检测模块分别联接FPGA信号处理模块、温度传感器和八个A/D采集模块。
进一步，本发明提供一种采用振动模态分析技术监测高速道岔裂纹的方法，采集列车通过高速道岔时的振动加速度信号进行数据模态分析实现高速道岔裂纹监测的方法，该方法包括以下步骤：A.在高速道岔设置一组振动加速度传感器；B.采集列车通过高速道岔时的振动加速度信号；C.将振动加速度信号经过信号放大、滤波、调理处理，然后进行信号的模/数转换为数字信号；D.该数字信号通过FPGA技术进行信号预处理和模态识别后得到高速道岔钢轨的状态参数。
本发明采用振动加速度传感器方式，无机械触点，设置多个服务线程，数据采集、数据预处理、模态参数识别、网络通信、数据存储，提高系统吞吐量和有效的使用系统资源。
本发明具有的有益效果是：采用振动加速度信号进行数据模态分析实现高速道岔裂纹监测，采用多线程技术设计，减少程序并发执行时所付出的时空开销，以改善资源利用率及提高系统的吞吐量，将数据采集、数据预处理、模态参数识别、数据通信等模块设计在同一进程内；在同一进程中，线程的切换不会引起进程切换，从而提高系统的并发程度；可实时获取列车通过高速道岔时监测点的振动加速度数据，采用差分传输，抗干扰能力强；采用振动加速度传感器方式，无机械触点，道岔原始数据集中处理，以便于提高数据的安全性、可靠性和稳定性。 
附图说明
图1是本发明的结构示意框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示，基于振动模态分析技术的高速道岔裂纹监测装置，包括，监测主机和八个振动加速度传感器；
所述的监测主机包括有，八个信号调理模块、八个A/D采集模块、FPGA信号处理模块、电源接口、电源保护模块、电源检测模块、电源控制模块、网络接口模块、存储器模块和温度传感器；
完成振动加速度信号的放大、滤波、调理处理功能的信号调理模块的输入端联接至对应的振动加速度传感器，输出端分别联接其对应的A/D采集模块；完成信号数模转换的A/D采集模块分别与电源检测模块和温度传感器联接；
完成模态参数识别和信号运算处理功能的FPGA信号处理模块分别联接八个A/D采集模块、存储器模块、温度传感器、网络接口模块和电源检测模块；所述的温度传感器用于检测检测主机的温度，保障其正常工作状态。
提供直流24V供电的电源接口通过电源保护模块与电源检测模块联接；提高供电电源可靠性，电源检测模块分别联接FPGA信号处理模块、温度传感器和八个A/D采集模块。
具体实施过程：A.在高速道岔设置一组八个振动加速度传感器；B. 振动加速度传感器采集列车通过高速道岔时的振动加速度信号；C.将振动加速度信号经过信号调理模块进行信号放大、滤波、调理处理，然后通过A/D采集模块将信号转换为数字信号；D.数字信号通过FPGA信号处理模块进行信号预处理和模态识别后得到高速道岔钢轨的状态参数；状态参数可通过存储器模块进行现场存储，同时通过网络接口模块进行远程传输至监测中心；通过分析道岔钢轨状态参数，实现钢轨损伤预测。
本发明采用振动加速度信号进行数据模态分析实现高速道岔裂纹监测，多线程技术设计，将数据采集、数据预处理、模态参数识别、数据通信等模块设计在同一进程内；在同一进程中，线程的切换不会引起进程切换，从而提高系统的并发程度；，采用振动加速度传感器方式，无机械触点，可实时获取列车通过高速道岔时监测点的振动加速度数据，通过分析道岔钢轨状态参数，实现高速道岔钢轨损伤预测，原始数据实现集中处理，提高了数据的安全性，实现损伤预测可靠性和稳定性。

Claims (2)

1.一种基于振动模态分析技术的高速道岔裂纹监测装置，其特征在于，包括，监测主机和八个振动加速度传感器；
所述的监测主机包括有，八个信号调理模块、八个A/D采集模块、FPGA信号处理模块、电源接口、电源保护模块、电源检测模块、电源控制模块、网络接口模块、存储器模块和温度传感器；
完成振动加速度信号的放大、滤波、调理处理功能的信号调理模块的输入端联接至对应的振动加速度传感器，输出端分别联接其对应的A/D采集模块；完成信号数模转换的A/D采集模块分别与电源检测模块和温度传感器联接；
完成模态参数识别和信号运算处理功能的FPGA信号处理模块分别联接八个A/D采集模块、存储器模块、温度传感器、网络接口模块和电源检测模块；
提供直流24V供电的电源接口通过电源保护模块与电源检测模块联接；电源检测模块分别联接FPGA信号处理模块、温度传感器和八个A/D采集模块。
2.一种采用振动模态分析技术监测高速道岔裂纹的方法，其特征在于，采集列车通过高速道岔时的振动加速度信号进行数据模态分析实现高速道岔裂纹监测的方法，该方法包括以下步骤：A.在高速道岔设置一组振动加速度传感器；B.采集列车通过高速道岔时的振动加速度信号；C.将振动加速度信号经过信号放大、滤波、调理处理，然后进行信号的模/数转换为数字信号；D.该数字信号通过FPGA技术进行信号预处理和模态识别后得到高速道岔钢轨的状态参数。
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