CN105571547A - 一种配置簧片式位移传感器尺寸的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铁路测试领域，公开了一种在轨道测试中配置簧片式位移传感器尺寸的方法及装置，所述方法包括：采集测试区段的现场条件参数；根据所述现场条件参数计算所述测试区段的钢轨位移最大值及钢轨自振频率；以及基于预先配置的钢轨位移最大值、钢轨自振频率与簧片式位移传感器尺寸的关联，对所述测试区段配置与计算出的钢轨位移最大值及钢轨自振频率相匹配的簧片式位移传感器尺寸。本发明利用钢轨位移最大值、钢轨自振频率与簧片式位移传感器尺寸的关联来配置合适的簧片尺寸，满足了轨道测试的实际要求，严谨且更具科学性，提高了轨道测试的效率和精确度。

Description

一种配置簧片式位移传感器尺寸的方法及装置

技术领域

本发明涉及铁路测试领域，具体地，涉及一种在轨道测试中配置簧片式位移传感器尺寸的方法及装置。

背景技术

在传统铁路轨道测试中，通常用簧片式位移传感器测量钢轨及其它部件的位移，而传感器的弹性敏感元件簧片的主要尺寸，即长度、宽度与厚度，直接影响传感器的量程和自振频率的大小。因此，在轨道测试中，配置合适簧片式位移传感器的簧片尺寸至关重要。但是，目前国内对于簧片式位移传感器的尺寸没有具体的研究，通常只是根据经验随意选择簧片式位移传感器，而选取的传感器的簧片尺寸往往满足不了实际测试中的要求，需要人工进行更换，从而增加了测试人员的工作量，且降低了测试效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种配置簧片式位移传感器尺寸的方法及装置，用于解决目前随意选取的簧片式位移传感器的簧片尺寸无法满足实际测试需求的问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种配置簧片式位移传感器尺寸的方法，该方法包括：采集测试区段的现场条件参数；根据所述现场条件参数计算所述测试区段的钢轨位移最大值及钢轨自振频率；以及基于预先配置的钢轨位移最大值、钢轨自振频率与簧片式位移传感器尺寸的关联，对所述测试区段配置与计算出的钢轨位移最大值及钢轨自振频率相匹配的簧片式位移传感器尺寸。

优选地，所述簧片式位移传感器尺寸包括簧片式位移传感器的簧片长度、簧片厚度以及簧片宽度。

优选地，所述现场条件参数包括测试区段的线路类型、列车车型、列车速度、钢轨类型、轨枕类型、轨枕间距以及道床系数。

优选地，所述钢轨位移最大值、钢轨自振频率与簧片式位移传感器尺寸的关联通过以下公式表示：

y_max＝l²[σ]/hE；

$f=\frac{1}{4\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{{\mathrm{Ebh}}^{3}g}{{\mathrm{Pl}}^3}};$

y_max≥y；

f>>f′；

式中，y为钢轨位移最大值，y_max为簧片位移传感器的最大量程，f′为钢轨自振频率，f为簧片位移传感器的自振频率，l为簧片长度，h为簧片厚度，b为簧片宽度，E为簧片材料的弹性模量，σ为簧片材料的允许拉应力值，g为重力加速度，P为簧片贴紧被测物体时施加的预压力，k为钢轨的基础弹性系数。

本发明的技术方案还提供了一种配置簧片式位移传感器尺寸的装置，该装置包括：采集单元，用于采集测试区段的现场条件参数；计算单元，用于根据所述现场条件参数计算所述测试区段的钢轨位移最大值及钢轨自振频率；以及匹配单元，用于基于预先配置的钢轨位移最大值、钢轨自振频率与簧片式位移传感器尺寸的关联，对所述测试区段配置与计算出的钢轨位移最大值及钢轨自振频率相匹配的簧片式位移传感器尺寸。

优选地，所述簧片式位移传感器尺寸包括簧片式位移传感器的簧片长度、簧片厚度以及簧片宽度。

优选地，所述现场条件参数包括测试区段的线路类型、列车车型、列车速度、钢轨类型、轨枕类型、轨枕间距以及道床系数。

优选地，所述钢轨位移最大值、钢轨自振频率与簧片式位移传感器尺寸的关联通过以下公式表示：

y_max＝l²[σ]/hE；

$f=\frac{1}{4\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{{\mathrm{Ebh}}^{3}g}{{\mathrm{Pl}}^3}};$

y_max≥y；

f>>f′；

式中，y为钢轨位移最大值，y_max为簧片位移传感器的最大量程，f′为钢轨自振频率，f为簧片位移传感器的自振频率，l为簧片长度，h为簧片厚度，b为簧片宽度，E为簧片材料的弹性模量，σ为簧片材料的允许拉应力值，g为重力加速度，P为簧片贴紧被测物体时施加的预压力，k为钢轨的基础弹性系数。

通过上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明利用钢轨位移最大值、钢轨自振频率与簧片式位移传感器尺寸的关联来配置合适的簧片尺寸，满足了轨道测试的实际要求，严谨且更具科学性，提高了轨道测试的效率和精确度。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的实施例中的配置簧片式位移传感器尺寸的方法的流程示意图。

图2是本发明的实施例中的配置簧片式位移传感器尺寸的装置的结构示意图。

附图标记说明

1采集单元2计算单元

3匹配单元

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明的实施例提出了一种配置簧片式位移传感器尺寸的方法，如图1所示，该方法包括：

步骤S1，采集测试区段的现场条件参数。

其中，本实施例中所述簧片式位移传感器尺寸主要是指包括簧片式位移传感器的簧片长度、簧片厚度以及簧片宽度。

另外，所述现场条件参数包括测试区段的线路类型、列车车型、列车速度、钢轨类型、轨枕类型、轨枕间距以及道床系数。其中，所述线路类型主要有高速铁路、既有线路和城市轨道交通三种；所述列车类型包括当前我国铁路列车的14种主要类型；所述钢轨类型包括标准钢轨、缩短轨和无缝线路所用的长钢轨等共十种钢轨；所述软枕类型包括目前国内主流的I型软枕、II型软枕、III型轨枕。采集现场条件参数为本领域的成熟技术，本领域技术人员可参考现有技术完成现场条件参数的采集，故在此不再多述。

步骤S2，根据所述现场条件参数计算所述测试区段的钢轨位移最大值及钢轨自振频率。

本实施例中，可采用本领域的常规计算方法来计算获得所述测试区段的钢轨位移最大值，且各种现场条件参数的组合下对应的钢轨自振频率是预先已知的，在本步骤的计算过程中，可根据具体的行车类型、行车速度、钢轨类型、轨距、道床系数等现场条件参数来进一步确定钢轨自振频率。

步骤S3，基于预先配置的钢轨位移最大值、钢轨自振频率与簧片式位移传感器尺寸的关联，对所述测试区段配置与计算出的钢轨位移最大值及钢轨自振频率相匹配的簧片式位移传感器尺寸。

在轨道测试中，簧片式位移传感器主要用于测试钢轨位移和钢轨自振频率，因此簧片式位移传感器的最大量程应大于或等于钢轨位移最大值，而簧片式位移传感器的自振频率也应满足测试钢轨自振频率的需求。因此，钢轨位移最大值、钢轨自振频率与簧片式位移传感器尺寸之间应存在有一定的关联，根据该关联，可根据钢轨位移最大值及钢轨自振频率为测试区段匹配合适的簧片式位移传感器尺寸。

下面介绍本实施例中得到钢轨位移最大值、钢轨自振频率与簧片式位移传感器尺寸的关联的一种优选方式，具体包括以下步骤：

步骤S31，根据等强度梁簧片的工作原理，推导出簧片式位移传感器的量程公式为：

y_max＝l²[σ]/hE(1)

式中，y_max为簧片位移传感器的最大量程，l为簧片长度，h为簧片厚度，E为簧片材料的弹性模量，σ为簧片材料的允许拉应力值。

步骤S32，推导施加预压力情况下簧片式位移传感器的自振频率公式为：

$f=\frac{1}{4\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{{\mathrm{Ebh}}^{3}g}{{\mathrm{Pl}}^3}}---\left(2\right)$

式中，f为簧片位移传感器的自振频率，b为簧片宽度，g为重力加速度，P为簧片贴紧被测物体时施加的预压力。

步骤S33，建立钢轨位移最大值与簧片式位移传感器的最大量程的关联，如式(3)所示：

y_max≥y(3)

式中，y为钢轨位移最大值。

步骤S34，建立钢轨自振频率与簧片式位移传感器的自振频率的关联，如式(4)所示：

f>>f′；(4)

式中，f′为钢轨自振频率。对于式(4)，其示意的钢轨自振频率与簧片式位移传感器的自振频率的关联可描述为：簧片式位移传感器的自振频率要远大于钢轨的自振频率，以便既能保证测量到钢轨的所有频率的振动，又能确保二者频率不相近，从而避免自振频率相近导致共振，以引起测量误差。

因此，通过式(1)至式(4)可以得出配置出钢轨位移最大值、钢轨自振频率与簧片式位移传感器尺寸的关联。

需说明的是，上述步骤S31-步骤S34的目的在于分步骤说明如何建立钢轨位移最大值、钢轨自振频率与簧片式位移传感器尺寸的关联，并不限制各步骤的执行顺序。

基于与上述实施例的配置簧片式位移传感器尺寸的方法的同一发明思路，本发明的另一实施例还提出了一种配置簧片式位移传感器尺寸的装置，如图2所示，该装置包括：采集单元1，用于采集测试区段的现场条件参数；计算单元2，用于根据所述现场条件参数计算所述测试区段的钢轨位移最大值及钢轨自振频率；以及匹配单元3，用于基于预先配置的钢轨位移最大值、钢轨自振频率与簧片式位移传感器尺寸的关联，对所述测试区段配置与计算出的钢轨位移最大值及钢轨自振频率相匹配的簧片式位移传感器尺寸。

其中，该实施例各功能单元所实现的功能与上一实施例中的相应步骤一一对应，因此关于各功能单元的具体实施方案与上一实施例相同或相近，在此不再赘述。

下面结合钢轨轨头横向位移测试的应用例，对进一步详细描述上述实施例。

根据式(1)和式(2)，可得出适用于钢轨轨头横向位移测试的簧片式位移传感器的簧片规格，如表1所示。

表1

编号	l(mm)	h(mm)	b(mm)	ymax(mm)	f(Hz)
						1	90	0.5	8	15.46	47.24
2	100	0.5	8	19.08	40.34
						3	110	0.5	8	23.09	34.96
4	120	0.5	8	27.48	30.69
						5	90	1	8	7.73	133.62
6	100	1	8	9.54	114.09
						7	110	1	8	11.55	98.89
8	120	1	8	13.74	86.79
						9	90	1.5	8	5.15	245.48
10	100	1.5	8	6.36	209.59
						11	110	1.5	8	7.7	181.67
12	120	1.5	8	9.16	159.44
						13	90	0.5	10	15.46	52.824 -->
14	100	0.5	10	19.08	45.1
						15	110	0.5	10	23.09	39.09
16	120	0.5	10	27.48	34.31
						17	90	0.5	6	15.46	40.91
18	100	0.5	6	19.08	34.93
						19	110	0.5	6	23.09	30.28
20	120	0.5	6	27.48	26.57
						21	90	1	6	7.73	115.72
22	100	1	6	9.54	98.8
						23	110	1	6	11.55	85.64
24	120	1	6	13.74	75.16

通过钢轨轨头横向位移测试的现场条件参数，测得该区段的钢轨自振频率约为0.45Hz，钢轨的基础弹性系统k为272.357862903226，该测试区段的钢轨位移最大值为4mm，首先根据位移条件，表格中编号5、编号11、编号21的簧片位移量程是最为接近的；从自振频率的角度，选择与钢轨自振频率0.45Hz相差最大的来进行测试，因此选择编号11的簧片作为测试。

综上所述，本发明的实施例利用钢轨位移最大值、钢轨自振频率与簧片式位移传感器尺寸的关联来配置合适的簧片尺寸，满足了轨道测试的实际要求，严谨且更具科学性，从而提高了轨道测试的效率和精确度。

另外，这里参照根据本公开实施例的方法、装置的流程图和/或框图描述了本公开的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (8)

1.一种配置簧片式位移传感器尺寸的方法，其特征在于，该方法包括：

采集测试区段的现场条件参数；

根据所述现场条件参数计算所述测试区段的钢轨位移最大值及钢轨自振频率；以及

基于预先配置的钢轨位移最大值、钢轨自振频率与簧片式位移传感器尺寸的关联，对所述测试区段配置与计算出的钢轨位移最大值及钢轨自振频率相匹配的簧片式位移传感器尺寸。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述簧片式位移传感器尺寸包括簧片式位移传感器的簧片长度、簧片厚度以及簧片宽度。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述现场条件参数包括测试区段的线路类型、列车车型、列车速度、钢轨类型、轨枕类型、轨枕间距以及道床系数。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述钢轨位移最大值、钢轨自振频率与簧片式位移传感器尺寸的关联通过以下公式表示：

y_max＝l²[σ]/hE；

$f=\frac{1}{4\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{{\mathrm{Ebh}}^{3}g}{{\mathrm{Pl}}^3}};$

y_max≥y；

f>>f′；

式中，y为钢轨位移最大值，y_max为簧片位移传感器的最大量程，f′为钢轨自振频率，f为簧片位移传感器的自振频率，l为簧片长度，h为簧片厚度，b为簧片宽度，E为簧片材料的弹性模量，σ为簧片材料的允许拉应力值，g为重力加速度，P为簧片贴紧被测物体时施加的预压力，k为钢轨的基础弹性系数。

5.一种配置簧片式位移传感器尺寸的装置，其特征在于，该装置包括：

采集单元，用于采集测试区段的现场条件参数；

计算单元，用于根据所述现场条件参数计算所述测试区段的钢轨位移最大值及钢轨自振频率；以及

匹配单元，用于基于预先配置的钢轨位移最大值、钢轨自振频率与簧片式位移传感器尺寸的关联，对所述测试区段配置与计算出的钢轨位移最大值及钢轨自振频率相匹配的簧片式位移传感器尺寸。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述簧片式位移传感器尺寸包括簧片式位移传感器的簧片长度、簧片厚度以及簧片宽度。

7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述现场条件参数包括测试区段的线路类型、列车车型、列车速度、钢轨类型、轨枕类型、轨枕间距以及道床系数。

8.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述钢轨位移最大值、钢轨自振频率与簧片式位移传感器尺寸的关联通过以下公式表示：

y_max＝l²[σ]/hE；

$f=\frac{1}{4\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{{\mathrm{Ebh}}^{3}g}{{\mathrm{Pl}}^3}};$

y_max≥y；

f>>f′；

式中，y为钢轨位移最大值，y_max为簧片位移传感器的最大量程，f′为钢轨自振频率，f为簧片位移传感器的自振频率，l为簧片长度，h为簧片厚度，b为簧片宽度，E为簧片材料的弹性模量，σ为簧片材料的允许拉应力值，g为重力加速度，P为簧片贴紧被测物体时施加的预压力，k为钢轨的基础弹性系数。