CN106124231A - 一种高铁列车健康状态监测装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高铁列车运行状态监测装置及其使用方法，本发明的高铁列车监测装置包括用于检测高铁列车健康状态的传感器单元、与传感器单元输出端连接的数据采集单元、与数据采集单元的输出端连接的数据处理单元、与数据处理单元连接的车头服务器单元，与车头服务器单元连接的地面诊断单元，上述传感器单元至少包括设置在高铁列车车体的振动传感器、温度传感器、噪声传感器。本发明所述高铁列车健康状态监测装置，能够实时对机车轴箱轴承、电动机轴承、传动齿轮等运动部件的运行状态进行监测、显示、存储和报警，通过多参数来判断高铁列车的损伤情况，可为机车的安全运行、科学检修提供可靠的依据。

Description

一种高铁列车健康状态监测装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及自动化监测控制装置技术领域，尤其涉及一种高铁列车健康状态监测装置及其使用方法。

背景技术

高铁作为适应现代文明和社会进步的高科技产品，以高速度、大容量、低污染而著称的交通工具，具有输送能力大、速度快、安全性好、正点率高、舒适方便以及经济效益好的特点。近几年，高铁交通飞速发展，已成为人们出行的重要交通工具。

高铁列车与常规列车相比，高铁列车的安全技术要求比常规铁路要更上一层，其构成也更为复杂全面一些，任何子系统和设施、设备受自然和人为的作用，可能出现损伤或故障，一旦防控环节处理不当，都可能对高铁列车运行品质和安全产生影响或危及高铁列车运行安全，极端情况下甚至车毁人亡，后果不堪设想。

高铁列车由于运行速度高，对可靠性要求极高，为保证列车的安全运行，需要在列车的运行过程中对其关键部件的运行状态进行实施监测，实时给出正常、异常、异常程度、异常原因等信息，而且需要综合多种参数对高铁数据进行详细的分析诊断，判断高铁列车各部件的运行状态，以保证列车的安全运行。但是迄今为止市场上还没有一款针对高铁列车这样一个高速运动物体的专用监测装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种高铁列车健康状态监测装置及其使用方法，能够对行驶中的高铁列车各重要部件进行全时段多参数的监测，为高铁列车健康状态的评估提供准确客观的参考数据，根据严密、合理、可靠、经济、完善的思想，努力做到实时、准确预测、安全、周密、兼顾其他，具有技术先进可靠、装置成熟、可兼容等特点。

为了实现上述目的，本发明提供一种高铁列车健康状态监测装置，包括用于检测高铁列车健康状态的传感器单元、与上述传感器单元输出端连接的数据采集单元、与上述数据采集单元的输出端连接的数据处理单元、与上述数据处理单元连接的车头服务器单元，与上述车头服务器单元连接的地面诊断单元。

上述传感器单元至少包括设置在高铁列车车体的振动传感器、温度传感器、噪声传感器。

进一步地，上述数据采集单元包括输入端与上述感应器单元的输出端连接的滤波电路、与上述滤波电路的输出端连接的放大电路以及与上述放大电路的输出端连接的AD转换器，上述滤波电路为有源滤波电路。

进一步地，上述数据处理单元包括输入端与上述AD转换器的输出端连接的中央处理器，与上述中央处理器输出端连接的存储器。

进一步地，上述车头服务器单元包括输入端与上述中央处理器连接的车头服务器、与上述车头服务器输出端连接的显示器、与上述车头服务器的输出端连接的报警器、与上述车头服务器的输出端连接的4G路由器、与上述车头服务器的输出端连接的wifi连接器以及与上述车头服务器的输出端连接的GPS接收器。

进一步地，上述地面诊断单元与上述4G路由器通过4G网络连接并进行数据交互。

进一步地，上述振动传感器为压电式加速度传感器，安装在高铁列车轴箱轴承、电动机轴承、传动齿轮等车体部位。

进一步地，上述的放大电路其放大倍数为2-16倍，滤波电路为8阶或16阶，上述的AD转换器为16位或24位，上述的显示器为液晶显示屏或触摸显示屏。

进一步地，上述振动传感器、温度传感器和噪声传感器的主板均采用工业级芯片器件制造，抗静电干扰技术，机壳采用高硬度合金材料，激光金属焊接封装。

一种上述高铁列车健康状态监测装置的使用方法，上述使用方法包括以下步骤：

步骤1：传感器单元的振动传感器、温度传感器和噪声传感器将检测到的振动数据、温度数据和噪声数据输出后，经过数据采集单元的滤波电路、放大电路以及AD转换器，以采集高质量且符合要求的数据。

步骤2：中央处理器将数据采集单元采集的数据与预先设置的阈值进行比较后，输入车头服务器，同时，上有经过中央处理器的数据都会被存储在储存器中，存储间隔可按连续、1、5、10、30、60分钟及自定义时间隔设定，历史数据永久保存。

步骤3：车头服务器将上述经中央处理器处理后的数据输入显示器进行实时显示，并以绿(正常)、黄(预警)、红(报警)三种颜色表示监测参数的当前状态，如果显示器状态显示红色则车头服务器控制报警器报警，同时，车头服务器将经中央处理器处理后的数据分成特征数据和分析数据两部分，特征数据的数据量小，通过4G路由器的4G网络实时传输至地面数据中心；分析数据的数据量大，在列车入库后通过wifi连接器自动连接地面车站的wifi传输至地面诊断单元。

步骤4：根据地面诊断单元的数据库和已有的经验编制诊断规则。

进一步地，上述地面诊断单元自动学习不断完善，逐步形成完整的地面诊断单元。

本发明高铁列车健康状态监测装置具有的优点和积极效果是：

1.本监测装置是专为高铁列车的健康状态监测而设计，以振动、温度、噪声多参数综合判断健康状态，其测点布置、监测通道、采样参数针对性强，装置运行效率更高；

2.针对列车的高速运动特点，采用有线传输和无线传输相结合的数据传输方式，实现运动列车与地面诊断单元的数据传输；

3.根据对数据传输实时性的要求及无线传输通讯能力的瓶颈限制，采用4G网络与wifi相结合的无线传输方式，实现特征数据实时传输、分析数据后续传输，以满足报警和分析的需要；

4.根据高铁列车的特点设计地面诊断单元，并通过自学习逐步完善，实现用大数据指导高铁列车的科学管理之目的。

附图说明

图1为本发明高铁列车健康状态监测装置的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图1对本发明的高铁列车健康状态监测装置，做进一步说明。

本发明一种高铁列车健康状态监测装置的结构和连接方式如图1上示，包括用于检测高铁列车健康状态的传感器单元、与上述传感器单元输出端连接的数据采集单元、与上述数据采集单元的输出端连接的数据处理单元、与上述数据处理单元连接的车头服务器单元，与上述车头服务器单元连接的地面诊断单元。上述传感器单元至少包括设置在高铁列车车体的振动传感器、温度传感器、噪声传感器。传感器单元采集的数据经过一系列处理后，为高铁列车部件损伤状态评估及测算提供准确客观的参考数据，实现多参数综合判断高铁列车健康状态的目的，避免高铁在高速行驶中存在的潜在安全隐患。

本实施例中，上述数据采集单元包括输入端与上述检测单元的输出端连接的滤波电路、与上述滤波电路的输出端连接的放大电路以及与上述放大电路连接的AD转换器。上述滤波电路为有源滤波电路，具有反应时间短，滤除谐波效率高。

本实施例中，数据处理单元包括输入端与上述AD转换器的输出端连接的中央处理器，与上述中央处理器输出端连接的存储器；上述中央处理器，采用最新的ARM Cortex微处理器。

本实施例中，上述车头服务器单元包括输入端与上述中央处理器连接的车头服务器、与车头服务器输出端连接的显示器，上述车头服务器的输出端还与报警器的输入端连接，上述车头服务器的输出端连接有4G路由器，上述车头服务器的输出端连接有wifi连接器，上述车头服务器的输出端连接有GPS接收器。

本实施例中，上述4G路由器与地面诊断单元通过4G网络连接并进行数据交互。

本实施例中，上述的放大电路其放大倍数为2-16倍，滤波电路为8阶或16阶，上述的AD转换器为16位或24位，上述的显示器为液晶显示屏或触摸显示屏。

本实施例中，根据地面诊断单元的数据库和已有的经验编制诊断规则，地面诊断短语自动学习不断完善，逐步形成完整的地面诊断单元，实现高铁列车健康状态的自动判断，实现对故障程度、故障原因的自动判断，实现用大数据的概念指导高铁列车的科学管理。

本实施例中，上述振动传感器为压电式加速度传感器，安装在高铁列车轴箱轴承、电动机轴承、传动齿轮等车体部位，具有实时检测高铁列车相应部件振动参数的功能。

本实施例中，上述振动传感器、温度传感器和噪声传感器的主板均采用工业级芯片器件制造，抗静电干扰技术，机壳采用高硬度合金材料，激光金属焊接封装，防水防尘。

一种上述高铁列车健康状态监测装置的使用方法，上述使用方法包括以下步骤：

步骤1：传感器单元的振动传感器、温度传感器和噪声传感器将检测到的振动数据、温度数据和噪声数据输出后，经过数据采集单元的滤波电路、放大电路以及AD转换器采集高质量且符合要求的数据。

步骤2：中央处理器将数据采集单元采集的数据与预先设置的阈值进行比较后输入车头服务器，同时将比较后的数据存储在储存器中，存储间隔可按连续、1、5、10、30、60分钟及自定义时间间隔设定，历史数据永久保存。

步骤3：车头服务器将上述经中央处理器处理后的数据输入显示器进行实时显示，并以绿(正常)、黄(预警)、红(报警)三种颜色表示监测参数的当前状态，如果显示器状态显示红色则车头服务器控制报警器报警，同时车头服务器将经中央处理器处理后的数据分成特征数据和分析数据两部分，前者数据量小，通过4G路由器的4G网络实时传输至地面数据中心；后者数据量大，在列车入库后通过wifi连接器自动连接地面车站wifi传输至地面诊断单元。

步骤4：根据数据库的数据和已有的经验编制诊断规则。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，上属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种高铁列车健康状态监测装置，其特征在于，包括用于检测高铁列车健康状态的传感器单元、与所述传感器单元输出端连接的数据采集单元、与所述数据采集单元的输出端连接的数据处理单元、与所述数据处理单元连接的车头服务器单元，与所述车头服务器单元连接的地面诊断单元；

所述传感器单元至少包括设置在高铁列车车体的振动传感器、温度传感器、噪声传感器。

2.根据权利要求1所述的高铁列车健康状态监测装置，其特征在于，所述数据采集单元包括输入端与所述感应器单元的输出端连接的滤波电路、与所述滤波电路的输出端连接的放大电路以及与所述放大电路的输出端连接的AD转换器，所述滤波电路为有源滤波电路，所述滤波电路为有源滤波电路。

3.根据权利要求1所述的高铁列车健康状态监测装置，其特征在于，所述数据处理单元包括输入端与所述AD转换器的输出端连接的中央处理器，与所述中央处理器输出端连接的存储器。

4.根据权利要求1所述的高铁列车健康状态监测装置，其特征在于，所述车头服务器单元包括输入端与所述中央处理器连接的车头服务器，与所述车头服务器输出端连接的显示器，与所述车头服务器的输出端连接的报警器，与所述车头服务器的输出端连接的4G路由器，与所述车头服务器的输出端连接的wifi连接器以及与所述车头服务器的输出端连接的GPS接收器。

5.根据权利要求4所述的高铁列车健康状态监测装置，其特征在于，所述地面诊断单元与所述4G路由器通过4G网络连接并进行数据交互。

6.根据权利要求1所述的高铁列车健康状态监测装置，其特征在于，所述振动传感器为压电式加速度传感器。

7.根据权利要求1所述的高铁列车健康状态监测装置，其特征在于，所述振动传感器、温度传感器和噪声传感器的主板均采用工业级芯片器件制造，抗静电干扰技术，机壳采用高硬度合金材料，激光金属焊接封装。

8.一种权利要求1所述的高铁列车健康状态监测装置的使用方法，其特征在于所述使用方法包括以下步骤：

步骤1：传感器单元的振动传感器、温度传感器和噪声传感器将检测到的振动数据、温度数据和噪声数据输出后，经过数据采集单元的滤波电路、放大电路以及AD转换器，以采集高质量且符合要求的数据。

步骤2：中央处理器将数据采集单元采集的数据与预先设置的阈值进行比较后，输入车头服务器，同时，所有经过中央处理器的数据都会被存储在储存器中，存储间隔可按连续、1、5、10、30、60分钟及自定义时间间隔设定，历史数据永久保存。

步骤3：车头服务器将所述经中央处理器处理后的数据输入显示器进行实时显示，并以绿(正常)、黄(预警)、红(报警)三种颜色表示监测参数的当前状态，如果显示器状态显示红色则车头服务器控制报警器报警，同时，车头服务器将经中央处理器处理后的数据分成特征数据和分析数据两部分，前者数据量小，通过4G路由器的4G网络实时传输至地面数据中心；后者数据量大，在列车入库后通过Wifi连接器自动连接地面车站的wifi传输至地面诊断单元。

步骤4：根据地面诊断单元的数据库和已有的经验编制诊断规则。

9.根据权利要求8所述的高铁列车健康状态监测装置的使用方法，其特征在于，所述地面诊断单元自动学习不断完善，逐步形成完整的地面诊断单元。