CN106679999A - 一种车厢内置式高速列车走行部件在线故障检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种车厢内置式高速列车走行部件在线故障检测装置，包括GPS模块、噪声传感器、3G模块、固态硬盘、微处理器、状态指示灯和蜂鸣器；所述微处理器的输入端分别接GPS模块的输出端、噪声传感器的输出端；微处理器的输出端分别接状态指示灯的输入端、蜂鸣器的输入端；微处理器分别与3G模块、固态硬盘交互式连接。本发明具有安装方便可靠，维护难度低，设备及传感器不易损坏等特点，且能够检测出高速列车运行过程中，早期非稳态多干扰特点的故障信号，并及时给与报警提示。
Description
技术领域
本发明涉及铁路运输安全监控技术领域，具体涉及一种车厢内置式高速列车走行部件在线故障检测装置。
背景技术
目前，国内对于高速列车走行部件的在线检测主要有两种方法，一种方法是通过在列车走行部件上安装一些传感器，在车厢内安装数据采集设备，通过对外部传感器的数据采集，实现对走行部件的在线检测。这种方法的缺点是：1、传感器的安装相当复杂，需要安装足够多数量的传感器以满足功能需求，且有可能会影响走行部件的机械性能。2、传感器到车厢内部的采集设备的布线走线非常麻烦，如果在现存列车上加装该设备的难度极大。3、传感器易损坏，设备维护难度大，维护成本高。第二种方法是通过人为定时在车厢内巡视，感受车厢内有无异常噪声，人为判断列车是否存在异常。该方法无法实现对车厢状态的实时监测，只能是间断性的巡查；并且人耳的灵敏度和识别的频域范围较小，一些故障噪声信号人耳是无法识别的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种车厢内置式高速列车走行部件在线故障检测装置，该装置能够解决现有技术中存在的不足，具有安装方便可靠，维护难度低，设备及传感器不易损坏等特点，且能够检测出高速列车运行过程中，早期非稳态多干扰特点的故障信号，并及时给与报警提示。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种车厢内置式高速列车走行部件在线故障检测装置，包括GPS模块、噪声传感器、3G模块、固态硬盘、微处理器、状态指示灯和蜂鸣器；所述微处理器的输入端分别接GPS模块的输出端、噪声传感器的输出端；微处理器的输出端分别接状态指示灯的输入端、蜂鸣器的输入端；微处理器分别与3G模块、固态硬盘交互式连接。
所述GPS模块，用于采集列车的位置信息及车速信息；
所述噪声传感器安装在列车车厢地板上，包括用于采集车厢箱体传递的噪声信号的第一噪声传感器和用于采集车厢内由箱体及空气共同传递的噪声信号的第二噪声传感器；
所述固态硬盘，用于预置列车车厢正常走行谱库和故障谱库，还用于存储噪声传感器采集到的噪声信号；
所述微处理器，用于通过噪声传感器周期性采集噪声信号，并将噪声信号的时域数据流进行短时傅里叶变换，生成瀑布色块图谱，然后将瀑布色块图谱与环境噪声图谱进行比对，得出被测噪声的特征类型，进而获取高阶IIR低通滤波器的截止频率参数；
所述微处理器，还用于根据GPS模块采集的列车的位置信息及车速信息，计算出列车车厢的主轴转速，并将主轴转速与瀑布色块图谱进行处理后，生成瀑布色块阶次谱；然后再对其中的每个阶次噪声级值做时域队列，该时域队列通过高阶IIR低通滤波器后，得到每个阶次噪声级的稳态成分；
所述微处理器，还用于将每个阶次噪声级的稳态成分与列车正常走行谱库进行比较，并对比较偏差结果进行判断，判断偏差是否超标，如果超标就进行故障报警，并再与故障谱比较，如果不在故障谱中就将其作为疑似故障谱数据；
所述微处理器，还用于将报警的疑似故障谱数据进行入库管理；通过人为干预判断的方式进行筛选判断，确定是否将该疑似故障谱数据增加到故障谱库，或是增加到列车正常走行谱库，从而实现故障谱库与列车正常走行谱库的不断更新与完善；
所述微处理器，还用于通过3G模块与地面信息中心进行数据交互；
所述状态指示灯，用于进行故障指示；
所述蜂鸣器，用于报警提示。
进一步的，所述GPS模块通过RS232串口与微处理器相连。
进一步的，所述3G模块通过RS232串口与微处理器相连。
进一步的，所述第一噪声传感器外侧设有屏蔽罩。
本发明的有益效果为：
（1）本发明所述的故障检测装置全部安装在列车车厢内部，其中的噪声传感器安装在车厢地板上，无需在车厢下方的走行部上安装传感器，大大降低了安装与维护难度，且不会对列车运行的安全性产生任何影响，具有安装方便可靠，维护难度低，设备及传感器不易损坏等特点。
（2）本发明所述的故障检测装置可以检测出高速列车运行过程中，早期非稳态多干扰特点的故障信号，及时给与报警提示。
（3）本发明所述的故障检测装置不仅可以在本地产生声光报警，还可将报警信息通过3G网络及时传送给地面信息中心，当地面信息中心发现警情后，可以及时通知车上乘务人员做出应急处理。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的安装位置示意图；
图3是本发明的工作处理流程示意图。
其中：
1、GPS模块，2、噪声传感器，3、状态指示灯，4、微处理器，5、3G模块，6、固态硬盘，7、蜂鸣器，8、车厢内置式高速列车走行部件在线故障检测装置，9、车厢，10、地面信息中心。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
如图1所示的一种车厢内置式高速列车走行部件在线故障检测装置，包括GPS模块1、噪声传感器2、3G模块5、固态硬盘6、微处理器4、状态指示灯3和蜂鸣器7。所述微处理器4的输入端分别接GPS模块1的输出端、噪声传感器2的输出端。微处理器4的输出端分别接状态指示灯3的输入端、蜂鸣器7的输入端。微处理器4分别与3G模块5、固态硬盘6交互式连接。所述GPS模块通过RS232串口与微处理器相连。所述3G模块通过RS232串口与微处理器相连。
进一步的，所述GPS模块1，用于采集列车的位置信息及车速信息。
进一步的，本发明中的3G模块，使本发明能够通过3G网络与地面信息中心10进行数据交互。数据交互内容包含：地面信息中心发送给走行部件故障检测装置8的配置与命令数据以及正常走行声谱、故障谱数据；走行部件故障检测装置8发送给地面信息中心10的状态及故障报警信息以及采集到的疑似故障谱数据。
进一步的，所述噪声传感器2安装在列车车厢9地板上，包括至少两路噪声传感器，具体地说，包括用于采集车厢箱体传递的噪声信号的第一噪声传感器和用于采集车厢内由箱体及空气共同传递的噪声信号的第二噪声传感器。所述第一噪声传感器外侧设有屏蔽罩，该噪声传感器用于采集通过车厢箱体传递的噪声信号。第二噪声传感器外侧没有屏蔽罩，该噪声传感器用于采集车厢内由箱体及空气共同传递的噪声信号。
进一步的，所述固态硬盘6，一方面用来预置列车车厢正常走行谱库和故障谱库，作为故障识别算法的比对库；另一方面用来存储噪声传感器采集到的噪声信号，用于优化与完善正常走行谱库与故障谱库。
如图2所示，本发明所述的车厢内置式高速列车走行部件在线故障检测装置8完全安装在车厢9的内部。
如图3所示，所述微处理器4，用于通过噪声传感器周期性采集噪声信号，并将噪声信号的时域数据流进行短时傅里叶变换，生成瀑布色块图谱，然后将瀑布色块图谱与环境噪声图谱进行比对，得出被测噪声的特征类型，进而获取高阶IIR低通滤波器的截止频率参数。瀑布色块图谱是一种三维图。x轴代表谱图的频率、y轴代表时间，按时间顺序测量的频谱依次排列类似瀑布。z轴代表频谱图的能量，用颜色区分其量值大小，是频率和时间的二元函数。环境噪声图谱：环境噪声图谱是利用事先采集的环境背景噪声生成的瀑布色块图谱。
进一步的，所述微处理器4，还用于根据GPS模块采集的列车的位置信息及车速信息，计算出列车车厢的主轴转速，并将主轴转速与瀑布色块图谱进行处理后，生成瀑布色块阶次谱；然后再对其中的每个阶次噪声级值做时域队列，该时域队列通过高阶IIR低通滤波器后，得到每个阶次噪声级的稳态成分。瀑布色块阶次谱是x轴改为阶次后的瀑布色块图谱。阶次噪声级值是阶次谱中某阶次处声能的极大值。
进一步的，所述微处理器4，还用于将每个阶次噪声级的稳态成分与列车正常走行谱库进行比较，并对比较偏差结果进行判断，判断偏差是否超标，如果超标就进行故障报警，并再与故障谱比较，如果不在故障谱中就将其作为疑似故障谱数据。列车正常走行谱库是指对无故障列车正常走行时采集的各种声音生成的阶次噪声级的稳态成分组成的谱库。
进一步的，所述微处理器4，还用于将报警的疑似故障谱数据进行入库管理；通过人为干预判断的方式进行筛选判断，确定是否将该疑似故障谱数据增加到故障谱库，或是增加到列车正常走行谱库，从而实现故障谱库与列车正常走行谱库的不断更新与完善。故障谱库是指对故障列车走行时或故障走行部件运转时采集的各种声音生成的阶次噪声级的稳态成分组成的谱库。
进一步的，所述微处理器4，还用于通过3G模块与地面信息中心进行数据交互。
进一步的，所述状态指示灯3，用于进行故障指示。
进一步的，所述蜂鸣器7，用于报警提示。
综上所述，本发明采用高分辨率噪声传感器及嵌入式微处理器实现对车厢内噪声信号的实时采集，能够对高速列车运行故障早期非稳态多干扰特点的故障信号，建立周期循环的非稳态信号处理方法，实现对微弱故障信号的提取与识别，对故障信号进行声光报警，提醒乘务人员进行相应处理。同时，本发明还能将报警信息通过3G网络上报给地面信息中心，提醒地面相关人员进行应急处理。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (4)
1.一种车厢内置式高速列车走行部件在线故障检测装置，其特征在于：包括GPS模块、噪声传感器、3G模块、固态硬盘、微处理器、状态指示灯和蜂鸣器；所述微处理器的输入端分别接GPS模块的输出端、噪声传感器的输出端；微处理器的输出端分别接状态指示灯的输入端、蜂鸣器的输入端；微处理器分别与3G模块、固态硬盘交互式连接；
所述GPS模块，用于采集列车的位置信息及车速信息；
所述噪声传感器安装在列车车厢地板上，包括用于采集车厢箱体传递的噪声信号的第一噪声传感器和用于采集车厢内由箱体及空气共同传递的噪声信号的第二噪声传感器；
所述固态硬盘，用于预置列车正常走行谱库和故障谱库，还用于存储噪声传感器采集到的噪声信号；
所述微处理器，用于通过噪声传感器周期性采集噪声信号，并将噪声信号的时域数据流进行短时傅里叶变换，生成瀑布色块图谱，然后将瀑布色块图谱与环境噪声图谱进行比对，得出被测噪声的特征类型，进而获取高阶IIR低通滤波器的截止频率参数；
所述微处理器，还用于根据GPS模块采集的列车的位置信息及车速信息，计算出列车车厢的主轴转速，并将主轴转速与瀑布色块图谱进行处理后，生成瀑布色块阶次谱；然后再对其中的每个阶次噪声级值做时域队列，该时域队列通过高阶IIR低通滤波器后，得到每个阶次噪声级的稳态成分；
所述微处理器，还用于将每个阶次噪声级的稳态成分与列车正常走行谱库进行比较，并对比较偏差结果进行判断，判断偏差是否超标，如果超标就进行故障报警，并再与故障谱比较，如果不在故障谱中就将其作为疑似故障谱数据；
所述微处理器，还用于将报警的疑似故障谱数据进行入库管理；通过人为干预判断的方式进行筛选判断，确定是否将该疑似故障谱数据增加到故障谱库，或是增加到列车正常走行谱库，从而实现故障谱库与列车正常走行谱库的不断更新与完善；
所述微处理器，还用于通过3G模块与地面信息中心进行数据交互；
所述状态指示灯，用于进行故障指示；
所述蜂鸣器，用于报警提示。
2.根据权利要求1所述的一种车厢内置式高速列车走行部件在线故障检测装置，其特征在于：所述GPS模块通过RS232串口与微处理器相连。
3.根据权利要求1所述的一种车厢内置式高速列车走行部件在线故障检测装置，其特征在于：所述3G模块通过RS232串口与微处理器相连。
4.根据权利要求1所述的一种车厢内置式高速列车走行部件在线故障检测装置，其特征在于：所述第一噪声传感器外侧设有屏蔽罩。
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