CN108828068B - 轨道表面波浪磨耗及伤损检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种轨道表面波浪磨耗及伤损检测装置，所述装置包括双轴测量车、测量设备基体、第一车轮，所述第一车轮安装于所述测量设备基体的下部，所述双轴测量车与所述测量设备基体固定连接。所述双轴测量车包括固定件、承载件、第二车轮、位移传感器以及角速度传感器。所述第二车轮安装于所述承载件的下部，所述角速度传感器设置于所述承载件，所述位移传感器设置于所述第二车轮的圆心位置。通过位移传感器以及角速度传感器分别获得位移数据以及角速度数据，根据位移数据获得线速度，然后根据角速度与线速度的比值实时判断轨道表面波浪磨耗及伤损的严重程度，超限时实时报警。事后可以通过精密处理算法获取波浪磨耗及伤损的精确数值。

Description

轨道表面波浪磨耗及伤损检测装置及方法

技术领域

本申请涉及轨道领域，具体而言，涉及一种轨道表面波浪磨耗及伤损检测装置及方法。

背景技术

由于自然环境、钢轨本身质量以及列车的动力作用等原因，钢轨表面会存在损伤、磨耗和波浪磨耗(简称“波磨”)等现象。钢轨表面波浪磨耗及伤损情况对于铁路轨道线路运行影响重大，是机车运行时产生震动和噪声的激扰源，影响机车的使用寿命及乘坐的舒适性，增大铁路维护的成本，严重时还可能导致列车出轨，造成生命财产的巨大损失。实践表明，钢轨波浪磨耗及伤损在形成的初期就必须加以修复，否则将会随时间逐渐加速恶化。因此，如何对钢轨表面波浪磨耗及伤损进行快速精确的检测成为钢轨病害防治的关键问题。

现有技术中，常常通过加速度传感器为惯性基准直接测量钢轨踏面的惯性位移：在与被测钢轨踏面直接接触并沿钢轨踏面相对移动的列车轮对轴箱或专用浮动测量探针上，固联着一个能通过二次积分获取测量探针移动时垂直于钢轨踏面方向的惯性位移的加速度传感器，以该连续变化的惯性位移作为对钢轨踏面波浪磨耗及伤损状态的测量值。该测量方式存在如下缺点：存在因机构动力学特性限制很难始终保持与被测钢轨踏面密贴；与被测钢轨踏面接触时存在或大或小的接触弧会带来不应有的信号失真；机构异常振动易导致惯性位移积分饱和及加速度传感器冲击损伤；专用浮动测量探针在钢轨踏面移动过程中易磨耗和疲劳破坏等主要问题，不太利于复杂铁路工务使用。

现有技术中另一种检测方法是以加速度传感器为惯性基准，简洁测量钢轨踏面的惯性位移：在沿钢轨踏面相对移动的列车轮对轴箱等基体上，安装着一个加速度传感器，该传感器能通过二次积分获取基体移动时垂直于钢轨踏面方向的基体惯性位移；同时安装着一个能直接测量该基体相对于钢轨踏面相对位移的接触式或非接触式位移传感器。以连续变化的惯性位移与相对位移的叠加作为对钢轨波浪磨耗及伤损状态的测量值。该测量方法存在如下缺点：检测设备异常振动易导致惯性位移积分饱和；检测设备异常振动对加速度传感器冲击损伤的问题仍然存在，实践中的成功应用较少。

现有技术中另一种更为常见的检测方法是以直线导尺为弦线基准的相对位移定点测量，基本原理为：在搭靠并相对静止安放在被测钢轨踏面的弦线基准导尺上，安装有一个可沿导尺移动并能直接测量导尺与被测钢轨踏面之间距离的接触或非接触式传感器，以该连续变化的距离值作为对钢轨踏面波浪磨耗及伤损状态的测量值，如HYGP-3钢轨平直度测量仪等。该类检测方法存在缺点如下：因定点测量方式导致测量效率低和劳动强度大；因需要进行数据搭接导致搭接误差大；不能胜任较大范围内波浪磨耗及伤损连续测量等主要问题。

发明内容

本申请实施例提供了一种轨道表面波浪磨耗及伤损检测装置及方法。

一方面，本申请实施例提供了一种轨道表面波浪磨耗及伤损检测装置，所述装置包括双轴测量车、测量设备基体、第一车轮，所述第一车轮安装于所述测量设备基体的下部，所述双轴测量车与所述测量设备基体固定连接。所述双轴测量车包括固定件、承载件、第二车轮、位移传感器以及角速度传感器，所述固定件与所述测量设备基体固定连接，所述固定件与所述承载件连接，所述第二车轮安装于所述承载件的下部，所述角速度传感器设置于所述承载件，所述位移传感器设置于所述第二车轮的圆心位置。

另一方面，本申请实施例提供了一种轨道表面波浪磨耗及伤损检测方法，所述方法包括：获取位移传感器采集到的位移数据；获取角速度传感器采集到的角速度数据；获取所述角速度数据与所述线速度数据的第一比值；判断所述线速度数据是否超过第一阈值；若是，判断所述第一比值是否超过第二阈值；若是，则发出报警信号。

本申请实施例提供的轨道表面波浪磨耗及伤损检测装置及方法的有益效果为：

本申请实施例提供了一种轨道表面波浪磨耗及伤损检测装置，所述装置包括双轴测量车、测量设备基体、第一车轮，所述第一车轮安装于所述测量设备基体的下部，所述双轴测量车与所述测量设备基体固定连接。所述双轴测量车包括固定件、承载件、第二车轮、位移传感器以及角速度传感器。所述固定件与所述测量设备基体固定连接，所述固定件与所述承载件连接，所述第二车轮安装于所述承载件的下部，所述角速度传感器设置于所述承载件，所述位移传感器设置于所述第二车轮的圆心位置。通过双轴测量车在轨道上运行模拟车体沿钢轨运行的实际状态，可以通过位移传感器以及角速度传感器分别获得位移数据以及角速度数据，对位移数据处理获得线速度，然后根据角速度与线速度的比值实时判断轨道表面波浪磨耗及伤损的严重程度，超限时实时报警。事后可以通过精密处理算法获取波浪磨耗及伤损的精确数值。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的轨道表面波浪磨耗及伤损检测装置中双轴测量车的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的轨道表面波浪磨耗及伤损检测装置的结构示意图；

图3是本申请实施例提供的轨道表面波浪磨耗及伤损检测装置的另一种视角的结构示意图；

图4是本申请实施例提供的轨道表面波浪磨耗及伤损检测装置的结构框图；

图5是本申请实施例提供的轨道表面波浪磨耗及伤损检测方法的流程图。

110-双轴测量车；111-固定件；112-承载件；113-第二车轮；114-位移传感器；115-角速度传感器；116-施压部件；117-第一弹性机构；118-第二弹性机构；120-测量设备基体；130-第一车轮；140-控制电路板；141-微处理器；142-通讯接口；143-电源转换接口；144-位移传感器接口；145-角速度传感器接口；150-上位计算机；160-电源。

具体实施方式

请参见图1，图1示出了本申请实施例提供的双轴测量车110的结构示意图，所述双轴测量车110包括固定件111、承载件112、第二车轮113、位移传感器114以及角速度传感器115。所述固定件111与所述测量设备基体120固定连接，所述固定件111与所述承载件112连接，所述第二车轮113安装于所述承载件112的下部，所述角速度传感器115设置于所述承载件112，所述位移传感器114设置于所述第二车轮113的圆心位置。

固定件111具体可以包括三个固定孔，固定件111通过固定孔与测量设备具体固定连接。固定件111与承载件112连接，承载件112的中间部位安装有角速度传感器115，承载件112的下部安装有第二车轮113，位移传感器114设置于第二车轮113的圆心位置。

位移传感器114具体为光电编码器，用于记录双轴测量车110的位移数据，角速度传感器115具体可以为陀螺仪，用于记录双轴测量车110自身的角度偏移的角度数据。光电编码器可以通过脉冲信号传输数据到控制电路板140，陀螺仪通过RS422串口与控制电路板140进行连接，控制电路板140与上位计算机150通过RS232串口进行连接。

双轴测量车110还包括施压部件116，所述施压部件116设置在承载件112与固定件111之间，施压部件116通过第一弹性机构117与固定件111连接，施压部件116通过第二弹性机构118与承载件112连接。第一弹性机构117与第二弹性机构118均为弹簧结构。

本申请实施例提供的轨道表面波浪磨耗及伤损检测装置还包括控制电路板140和上位计算机150，位移传感器114与角速度传感器115均与控制电路板140连接，控制电路板140与上位计算机150电连接，请参见图4。

所述控制电路板140包括微处理器141、通讯接口142、电源160转换接口143、位移传感器接口144以及角速度传感器接口145；微处理器141分别与所述通讯接口142、电源160转换接口143、位移传感器接口144、角速度传感器接口145连接；

所述位移传感器114通过所述位移传感器接口144与所述微处理器141连接，所述角速度传感器115通过所述角速度传感器接口145与所述微处理器141连接，所述微处理器141通过所述电源160转换接口143与电源160连通，所述微处理器141通过所述通讯接口142与所述上位计算机150连接。其中，微处理器141具体可以通过RS232串口与所述上位计算机150连接。

请参见图2和图3，该轨道表面波浪磨耗及伤损检测装置还包括第一车轮130，第一车轮130安装于测量设备机体的下部。

该轨道表面波浪磨耗及伤损检测装置沿着钢轨踏面移动时，轨道表面的不平顺会引起双轴测量车110的俯仰角的变化，这种变化被双轴测量车110安装的角速度传感器115以角速度的形式测量得到，利用角速度除以双轴测量车110的线速度确定变形指数，并将变形指数与预设阈值进行比较，超过阈值则进行声光电报警。

位移传感器114以及角速度传感器115采集到的数据可以由控制电路板140进行接收，同步处理以及与上位计算机150进行通信，上位计算机150对上传数据进行采集并保存、预处理、实时显示、预警以及精密处理。

请参见图2和图3，双轴测量车110通过固定孔安装在横跨钢轨之上的轨道表面波浪磨耗及伤损检测装置的两侧，安装位置可以保证双轴测量车110运行在钢轨踏面之上，双轴测量车110随着测量设备基体120在钢轨踏面运动，并始终与钢轨踏面接触。电源160、控制电路板140与上位计算机150均内置于测量设备基体120内。该装置启动后，上位计算机150通过控制电路板140进行光电编码器和陀螺仪的观测数据采集，并进行保存、处理与输出。

图1示出了双轴测量车110的结构，双轴测量小车采用陀螺仪与光电编码器作为核心传感器，前后两个第二车轮113的结构可以确保运行时将钢轨踏面的波浪磨耗转化为测量设备姿态的变化。施压部件116可以保证双轴测量车110与钢轨踏面一直保持接触状态。轨道表面波浪磨耗及伤损检测装置工作时可以模拟车体沿钢轨运行的实际状态，此时探测论的线速度和陀螺仪输出的角速度信息包含了钢轨踏面的不平顺，由此可以获取波浪磨耗的信息。本申请利用了光电编码器速度误差不随时间积累的特性，克服了传统陀螺仪与加速度计组合的惯性导航系统检测时速度误差发散的缺点，并且避免了采用加速度计检测时对检测传感器的直接线性冲击。

请参见图4，图4示出了控制电路板140与双轴测量车110以及上位计算机150进行交互的模块示意图，角速度传感器接口145符合串行异步RS422电气接口标准，采用主从应答方式，接收上位计算机150的触发脉冲，输出角速度数据至上位计算机150，1个MAX3490差分收发芯片，工作电压为3.3V，与微处理器141接口为TTL电平接口。位移传感器接口144采用一个四路差分接收芯片AM26LV32IDR，工作电压为5V，与微处理器141接口为TTL电平接口。

微处理器141采用1个STM32F410芯片，为32位高性能MCU，集成通用IO口，UART口，12位ADC，16位定时器，SPI等模块，系统主频可达100MHZ。

电源160转换接口143采用1个URA2405模块，输入24V，输出为正负5V。采用1个TPS7333Q芯片，输入正5V，输出为正3.3V。为本板各工作模块，双轴测量小车的光电编码器和陀螺仪供电。

电源160包括锂电池和线路保护两部分。锂电池容量可以为24000mah，输出电压为25.9V，自带充放电过压保护电路。锂电池正极输出串联1只保险丝管，保险丝管额定电压250V，额定电流10A，用于输出电流过流保护。

请参见图5，图5示出了本申请实施例提供的轨道表面波浪磨耗及伤损检测方法的流程图，具体包括如下步骤：

步骤S110，获取位移传感器114采集到的位移数据。

步骤S120，获取角速度传感器115采集到的角速度数据。

上位计算机150初始化系统以后，对钢轨表面的轨道表面波浪磨耗及伤损检测装置进行数据采集，上位计算机150按固定时间间隔获取位移传感器114采集到的位移数据以及角速度传感器115采集到的角速度数据，上位计算机150保持并对这些数据进行预处理。系统工作状态以及钢轨踏面几何信息被实时显示在显示界面上。

步骤S130，对位移数据进行处理获得线速度数据，获取所述角速度数据与所述线速度数据的第一比值。

上位计算机150对数据的处理的具体过程如下：

陀螺输出的角速度信息需要经过漂移改正和刻度因数误差改正；光电编码器输出的数据可能存在由于打滑和其它原因导致的异常值，需要进行故障诊断并大致纠正。实现原理如下：

a.陀螺随机漂移计算模型：

其中,ε₀为陀螺常值零偏,A为周期分量的幅值；f为周期分量的频率,θ₀为初始相位,k为趋势项系数,

为有色噪声,Δ(t)为高斯白噪声。

有色噪声

可以采用一阶自回归过程进行拟合，模型为：

其中,T为相关时间，ω_r为驱动白噪声，其方差为

δ²为一阶马尔科夫过程初始方差。

b.陀螺仪标度因数误差改正：建立标度因数的热补偿模型，消除标度因数中温度的影响。

标度因数热补偿模型为：K＝K₀+K₁(T_p-T_r)

式中，T_r和T_p分别为基准参考温度和当前温度，K₀为T_r温度条件下的刻度系数，K₁为补偿系数。

c.光电编码器故障诊断：首先根据光电编码器前N时刻的输出建立回归模型，预报当前时刻的光电编码器输出值。然后比较光电编码器的实际输出值y和预报值

之间的差距，小于阈值Δ就采取输出值，否则采取预报值。

回归模型为：y_i＝β_Ti+ε_i

其中，β为对应的系数，ε_i为常量，可以通过前N＝3时刻的数据拟合得到。y_i为T_i时刻对应的值。将当前时刻T带入可以得到当前时刻的预报值。

阈值Δ的选取要根据车行驶速度和光电编码器的测量噪声等确定。

检测设备运行在钢轨表面时会由于不平顺的存在造成姿态变化，陀螺仪输出的角速度数值与设备运行的线速度和和钢轨表面几何状态有关，例如当钢轨表面有波浪磨耗时。速度和幅值一定，波长越大，角速度越小，速度和波长一定时，幅值越大，角速度越大。

实时计算的公式为：dr＝ω/v (1)

其中，ω是检测设备的运行角速度，由陀螺输出，单位°/s。v是检测设备的运行线速度，由光电编码器输出，单位m/s。dr为比例系数，单位°/m，可以看出其实际意义为单位距离上的角度变化，值越大，代表对车体的冲击越大，所以可以通过dr的数值来进行实时报警。

步骤S140，判断所述位移数据是否超过第一阈值，若是，则执行步骤S150。

若所述线速度数据未超过第一阈值，则不发出报警信号。

为避免在静止或者线速度很小时公式(1)计算结果畸变需要分类讨论：

速度绝对值小于设定阈值v_min(v_min>0)时，认为处于静止状态，此时不做实时预警；其中，阈值v_min的选取要结合光电编码器的精度、公式(1)计算时误差的传播规律、检测精度的要求和工作时外部干扰因素等。

速度绝对值大于阈值v_min(v_min>0)时，认为处于运动状态，利用公式(1)计算比例系数dr作为衡量波浪磨耗及伤损严重程度的指标，实时报告钢轨踏面的不平顺状况；其中波浪磨耗及伤损严重程度采用不同等级。

步骤S150，判断所述第一比值是否超过第二阈值，若是，则执行步骤S160。

根据公式

获得波浪磨耗与变形指数的关系，其中，N为变形指数，

为角速度，v为线速度，A为波浪磨耗的幅值，λ为波浪磨耗的波长，l为仪器长度。由上式可以得出变形指数N的频谱特性与波浪磨耗一样的，可以通过对变形指数进行分析确定波浪磨耗的频谱特性，然后对初步计算值进行复原。

变形指数的物理意义为波浪磨耗引起的测量装置在单位距离上的姿态变化，能准确的反应出波浪磨耗的严重程度，变形指数的大小只与钢轨表面平顺与否有关，消除了速度的影响。

步骤S160，发出报警信号。

计算出角速度和线速度的比值作为钢轨不平顺的变形指数，当检测结果超限时，进行实时实地的声光电报警。

在步骤S160之后，所述方法还包括：

采用航位推算和弦测法相结合的方式初步计算钢轨踏面的波浪磨耗及伤损值，然后采用逆滤波复原法反算出钢轨踏面真实的波浪磨耗及伤损值，最后根据计算出的波浪磨耗及伤损值对钢轨表面状态进行评估。

其中航位推算的公式为：

i为采样点序号(i＝1,2...n)

其中，(x_i,y_i)和(x_i+1,y_i+1)分别是第i个采样点和第i+1个采样点处的轨向里程和对应的垂向位移，

和θ_i是第i个采样点和第i+1个采样点之间的里程差值和倾角。选定弦长后推算的过程中，每个弦长推算起点的姿态角θ₁＝0。

航位推算和弦测法计算出不同弦长下的正矢值，属于短距离相对测量方式，可以有效防止传感器观测数据的误差大量累积甚至发散，以提高观测误差。

变形指数的频率大小只与波浪磨耗波长有关而与速度无关，可以据此提取出波长信息，并对航位推算的波浪磨耗信息进行复原，消除传递函数不为1的影响。

该轨道表面波浪磨耗及伤损检测装置采用双轮绕轴转动结构，将波浪磨耗及伤损这种轨道前进方向上的高低变化转化为测量装置姿态的变化，避免了垂直踏面方向不平顺对传感器直接的线性冲击。

该轨道表面波浪磨耗及伤损检测装置采用双轮绕轴转动，并配有施压减震设备，保证检测设备始终紧密贴合钢轨踏面且有一定的姿态变化自由度。

该轨道表面波浪磨耗及伤损检测装置采用陀螺仪和光电编码器组合的方式，测量运行于钢轨踏面的检测装置角速度和线速度，针对陀螺仪和光电编码器的数据特征采用了相应的误差处理方法，包括建立陀螺仪漂移和标度因数模型以及光电编码器测量值的粗差探测手段。

该轨道表面波浪磨耗及伤损检测装置利用了运行于钢轨踏面的测量装置角速度和线速度的比值作为变形指数，其物理意义为波浪磨耗及伤损引起的测量装置在单位距离上的姿态变化，能准确的反应出波浪磨耗及伤损的严重程度，同时变形指数大小只与钢轨表面不平顺有关，消除了速度的影响。

该轨道表面波浪磨耗及伤损检测装置采用角速度传感器和位移传感器组合的方式，测量运行于钢轨踏面的检测装置角速度和线速度，并采用航位推算算法重现钢轨波浪磨耗及伤损。

该轨道表面波浪磨耗及伤损检测装置采用位移传感器获取运行于钢轨踏面测量装置的线速度，避免利用加速度传感器经过积分获取速度位置时的误差不断累积甚至发散的现象，保证了很高的短距相对测量精度。

该轨道表面波浪磨耗及伤损检测装置推导出了变形指数与钢轨踏面波浪磨耗及伤损之间的关系式，并根据此关系对航位推算的结果进行做进一步处理，有效的消除传递函数不为1的影响。

本申请实施例提供了一种轨道表面波浪磨耗及伤损检测装置，所述装置包括双轴测量车110、测量设备基体120、第一车轮130，所述第一车轮130安装于所述测量设备基体120的下部，所述双轴测量车110与所述测量设备基体120固定连接。所述双轴测量车110包括固定件111、承载件112、第二车轮113、位移传感器114以及角速度传感器115。所述固定件111与所述测量设备基体120固定连接，所述固定件111与所述承载件112连接，所述第二车轮113安装于所述承载件112的下部，所述角速度传感器115设置于所述承载件112，所述位移传感器114设置于所述第二车轮113的圆心位置。通过双轴测量车110在轨道上运行模拟车体沿钢轨运行的实际状态，可以通过位移传感器114以及角速度传感器115分别获得位移数据以及角速度数据，然后计算出线速度，根据角速度与线速度的比值实时判断钢轨表面波浪磨耗及伤损的严重程度。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法中的对应过程，在此不再过多赘述。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于装置类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种轨道表面波浪磨耗及伤损检测装置，其特征在于，所述装置包括双轴测量车、测量设备基体、第一车轮，所述第一车轮安装于所述测量设备基体的下部，所述双轴测量车与所述测量设备基体固定连接；

所述双轴测量车包括固定件、承载件、第二车轮、位移传感器以及角速度传感器，所述固定件与所述测量设备基体固定连接，所述固定件与所述承载件连接，所述第二车轮安装于所述承载件的下部，所述角速度传感器设置于所述承载件，所述位移传感器设置于所述第二车轮的圆心位置；通过位移传感器以及角速度传感器分别获得位移数据以及角速度数据，对位移数据处理获得线速度，然后根据角速度与线速度的比值实时判断轨道表面波浪磨耗及伤损的严重程度；

所述双轴测量车还包括施压部件，所述施压部件通过第一弹性机构与所述固定件连接，所述施压部件通过第二弹性机构与所述承载件连接，所述位移传感器为光电编码器，所述角速度传感器为陀螺仪。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括控制电路板，所述位移传感器以及角速度传感器均与所述控制电路板电连接。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括上位计算机，所述上位计算机与所述控制电路板电连接。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述控制电路板包括微处理器、通讯接口、电源转换接口、位移传感器接口以及角速度传感器接口；微处理器分别与所述通讯接口、电源转换接口、位移传感器接口、角速度传感器接口连接；

所述位移传感器通过所述位移传感器接口与所述微处理器连接，所述角速度传感器通过所述角速度传感器接口与所述微处理器连接，所述微处理器通过所述电源转换接口与电源连通，所述微处理器通过所述通讯接口与所述上位计算机连接。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述微处理器通过RS232串口与所述上位计算机连接。

6.一种如 权利要求1所述检测装置的轨道表面波浪磨耗及伤损检测方法，其特征在于，所述方法包括：

获取位移传感器采集到的位移数据；

获取角速度传感器采集到的角速度数据；

对位移数据进行处理获得线速度数据，获取所述角速度数据与所述线速度数据的第一比值；

判断所述位移数据是否超过第一阈值；

若是，则进一步判断所述第一比值是否超过第二阈值；

若所述第一比值超过第二阈值，则发出报警信号；

上述方法还包括：利用航位推算和弦测法相结合初步计算波浪磨耗值；

采用逆滤波复原法反算出波浪磨耗真实值；

根据所述波浪磨耗值以及波浪磨耗真实值评估轨道表面状态。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述航位推算的公式为x_i+1＝x_i+ds_i·cosθ_i，y_i+1＝y_i+ds_i·sinθ_i，其中，i为采样点序号，i＝1,2,…n，x_i为第i个采样点的轨向里程，y_i为第i个采样点对应的垂向位移，x_i+1为第i+1个采样点的轨向里程，y_i+1为第i+1个采样点对应的垂向位移，ds_i是第i个采样点与第i+1个采样点之间的里程差值，θ_i是第i个采样点与第i+1个采样点之间的倾角。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，

根据公式

获得波浪磨耗与变形指数的关系；其中，N为变形指数，

为角速度，v为线速度，A为波浪磨耗的幅值，λ为波浪磨耗的波长，l为仪器长度，x为波浪磨损。

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