CN110087969A - 用于检验轨道车辆的车轮扁疤的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于检验轨道车辆(15)的车轮的扁疤的装置(10)。该装置(10)具有用于在第一时间段(T1)内感测空气声测量值(22)的微机电麦克风(20)。该装置(10)还包括处理单元(30)，该处理单元设置为用于根据感测的空气声测量值(22)确定车轮是否具有扁疤。本发明的核心在于，该装置(10)具有声学波导体(40)。为此，该装置(10)构造为移动装置并且可如此布置在轨道车辆(15)上或内，使得由穿过所述轨道车辆(15)的固体声在边界面(16)上作为空气声辐射出的空气声能够借助所述声学波导体(40)传送给所述麦克风(20)。本发明还涉及一种用于检验轨道车辆(15)的车轮的扁疤的方法。

Description

用于检验轨道车辆的车轮扁疤的装置和方法
背景技术
本发明涉及一种用于检验轨道车辆的车轮的扁疤的装置。该装置具有用于在第一时间段内检验空气声测量值的微机电麦克风。此外，该装置包括处理单元，该处理单元被设置为用于根据感测到的空气声测量值确定车轮是否具有扁疤。
这种装置例如在文献DE 1021012 B中已被公开。在该文献中，所述装置位置固定地固定在轨道上并且由此形成测试段。在驶过该测试段时，轨道车辆借助其车轮产生噪声，该噪声被麦克风感测。特别是，具有至少一个由于车轮磨损而出现扁疤的车轮产生标志性的冲击噪声，根据该冲击噪声可辨识扁疤。此后，由驶过测试段期间感测到的声测量值确定车轮是否具有扁疤。因此，在多个相继的冲击噪声后才推断出具有扁疤并且触发信号装置。
本发明还涉及一种用于检验轨道车辆的车轮的扁疤的方法。
发明内容
本发明从用于检验轨道车辆的车轮的扁疤的装置出发。该装置具有用于在第一时间段内感测空气声测量值的微机电麦克风。此外，该装置包括处理单元，该处理单元设置为用于根据感测到的空气声测量值来确定车轮是否具有扁疤。本发明的核心在于，该装置具有声学波导体。此外，该装置构造为移动装置并且可如此布置在轨道车辆上或轨道车辆内，使得在边界面上由穿过轨道车辆的固体声作为空气声辐射出来的空气声可借助所述声学波导体传送到麦克风上。在此有利的是，能够连续地检验轨道车辆的车轮扁疤，因此，在行驶期间一旦在车轮之一上出现扁疤就能够立即确定。此外，轨道车辆不必为了确定扁疤而额外地驶过测试段。由此能够将该装置在无需大的费用的情况下集成到运输基础设施内。
本发明的一个有利方案设置，该装置具有存储器单元，其中，处理单元设置为用于在确定具有扁疤时产生描述识别到的扁疤的信号并将该信号存储在存储器单元内。在此有利的是，在行驶结束时能够对存储器单元进行分析评价并且由此能够推断出轨道车辆的车轮之一是否具有扁疤。如果是这种情况，那么可以更仔细地研究车轮并且在必要时可能进行维修。
本发明的另一有利方案设置，该装置具有通信单元，特别是无线通信单元，其中，处理单元设置为用于在确定具有扁疤时产生描述识别到的扁疤的信号并且借助通信单元发送该信号。在此有利的是，一旦识别到扁疤就可以对外通知该情况。因此，例如可以使轨道车辆的驾驶员得知该扁疤。由此，可以在需要时直接地对扁疤做出反应，以预防例如由于脱轨造成事故或者轨道损伤。
根据本发明的另一有利方案设置，处理单元设置为用于求得分析评价信号，其方式是，对感测到的空气声测量值进行低通滤波和高通滤波并且接着将滤波后的测量值对时间求导数、求平方并进行求平均值。在此有利的是，求得的分析评价信号具有标志性形状，以便能够相应地推断出是否具有扁疤，由此简化对感测到的空气声测量值的分析评价。
根据本发明的另一有利方案设置，处理单元设置为用于检查分析评价信号是否具有至少一个周期性出现的峰值，其中，在存在多个周期性峰值的情况下选择出最大的周期性出现的峰值并且忽略在该最大周期性峰值之后或之前在第二时间段内出现的所有其它峰值，对此，处理单元设置为用于检查分析评价信号对时间的导数在该周期性峰值的区域内是否不仅具有负斜率而且具有正斜率，并且，在这种情况下检查周期性峰值是否大于阈值，其中，在这种情况下处理单元设置为用于确定车轮具有扁疤。在此有利的是，能够尽可能简单而仍然准确地确定扁疤。
在一种有利实施方式中设置，该装置具有运动传感器，特别是加速度传感器或陀螺仪，其中，该装置设置为用于被运动传感器的中断信号从休眠状态唤醒。在此有利的是，该装置仅在其自身处于运动中和从而轨道车辆也处于运动中时是激活的。由此，仅在轨道车辆处于运动中并且确实由车轮产生固体声且固体声作为空气声辐射时，才对轨道车辆检验扁疤。由此，当不能进行扁疤确定时，该装置又处于静止状态，由此能够节省能量和资源。
本发明还涉及一种用于检验轨道车辆的车轮的扁疤的方法，该方法具有以下步骤：
a.在第一时间段内借助微机电麦克风感测空气声测量值，
b.借助处理单元从感测到的空气声测量值求得分析评价信号，
c.借助处理单元根据分析评价信号确定车轮是否具有扁疤，
d.如果确定具有扁疤，借助所述处理单元产生描述识别到的扁疤的信号。
在此有利的是，通过该方法能够简单地确定，轨道车辆的车轮是否具有扁疤。在此，通过求得分析评价信号，对感测到的空气声测量值进行这样的处理，使得能够快速且简单地得出是否具有扁疤的结论。
根据本发明方法的一个有利构型设置，在方法步骤d之后进行方法步骤e，在该方法步骤中将产生的信号存储在存储器单元中。在此有利的是，在行驶结束时能够对存储器单元进行分析评价并从而能够得出轨道车辆的车轮是否具有扁疤的结论。如果是这种情况，那么可以更仔细地研究车轮并且在必要时可能进行维修。
根据本发明方法的一个有利构型设置，在方法步骤d之后进行方法步骤e，在该方法步骤中借助通信单元尤其无线地发送所产生的信号。在此有利的是，一旦识别到扁疤就可以对外通知该情况。因而例如可以告知轨道车辆的驾驶员关于扁疤的信息。由此可以在需要时直接对扁疤做出反应，以预防例如脱轨或进一步的损伤。
根据本发明方法的另一有利构型设置，在方法步骤a之前进行方法步骤g，在该方法步骤中感测运动传感器的中断信号。在此有利的是，当该装置处于运动中以及从而所述轨道车辆处于运动中时，该装置是激活的。由此，在轨道车辆处于运动中并因此确实由车轮产生固体声且该固体声被作为空气声辐射时，对轨道车辆检验扁疤。由此，当不能确定扁疤时该装置又处于静止状态，借此能够节省能量和资源。
根据本发明方法的另一有利构型设置，在方法步骤b中，对感测到的空气声测量值进行低通滤波和高通滤波并且接着将滤波后的测量值对时间求导数、求平方并求平均值，以便求得分析评价信号。在此有利的是，求得的分析评价信号具有标志性形状，使得能够相应地推断出是否具有扁疤并且由此简化对空气声测量值的分析评价。
根据本发明方法的另一有利构型设置，在方法步骤c中检查分析评价信号是否具有至少一个周期性出现的峰值，其中，在存在多个周期性峰值的情况下选择出最大的周期性出现的峰值并且忽略在最大周期性峰值之后或之前的第二时间段内出现的所有其它峰值，如果选择出周期性峰值，那么接着检查分析评价信号对时间的导数在该周期性峰值的区域内是否不仅具有负斜率而且具有正斜率，如果是该情况，那么检查该周期性峰值是否大于阈值，其中，如果符合该情况，则确定车轮具有扁疤。在此有利的是，能够尽可能简单而仍然准确地确定扁疤。
根据本发明方法的另一有利构型设置，在周期性峰值小于或等于阈值的情况下，将阈值减小并接着以方法步骤a继续进行该方法。在此有利的是，如果之前不能确定具有扁疤，则使阈值相应地适配于信号。
附图说明
图1示出了根据本发明的用于检验轨道车辆的车轮的扁疤的装置的一个实施例。
图2示出了根据本发明的用于检验轨道车辆的车轮的扁疤的方法的一个实施例。
图3示出了随时间变化的空气声测量值变化曲线和从该空气声测量值曲线求得的对应分析评价信号。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的用于检验轨道车辆15的车轮的扁疤的装置10的实施例。示出的装置10具有用于感测空气声测量值22的微机电麦克风20。麦克风20例如可以是压电式麦克风或电容式麦克风。在这里应注意：麦克风20是否具有模拟的或数字的信号输出。在模拟式麦克风的情况下例如可能必需相应的信号放大和阻抗适配，而在数字式麦克风的情况下可能必需接口适配。该装置10在轨道车辆15上可这样布置，使得特别是在行驶时由轨道车辆15的车轮产生的穿过轨道车辆15的固体声被转换为空气声并且该空气声通过声学波导体40被导送给麦克风20。声学波导体40例如可以是波导管。该声学波导体40将在轨道车辆15的边界面16上被穿过轨道车辆15的固体声作为空气声辐射出的空气声从边界面16继续传导给麦克风20。边界面16例如可以是轨道车辆15的外壁或内壁。波导管例如也可构造为装置10的壳体中的简单贯通部，其中，麦克风20从一侧且轨道车辆15从另一侧直接邻接贯通部。此外，装置10具有处理单元30。处理单元30例如可构造为微控制器。处理单元30与麦克风20这样连接，使得由麦克风20感测的空气声测量值22可被处理单元30调用。处理单元30设置为用于根据空气声测量值22确定轨道车辆15的车轮在滚动面上是否具有扁疤。此外，处理单元30还设置为用于在确定具有扁疤时产生描述识别到的扁疤的信号32。装置10具有存储器单元50或者也具有通信单元60。通信单元60与处理单元30这样连接，使得借助通信单元60可发送信号32。通信单元60例如可以是用于信号的无线发送的蓝牙、WLAN或GSM模块，但也可以想到例如借助USB模块进行的有线发送。存储器单元50与处理单元30这样连接，使得信号32被从处理单元30传送给存储器单元50并且存储于存储器单元50中并且还可以被再从该存储器单元读取。装置10还可选地具有运动传感器25。该运动传感器25与处理单元30这样连接，使得可由运动传感器25将中断信号27传送给处理单元30。运动传感器25设置为用于在轨道车辆15运动时向处理单元30发送中断信号27，由此，处理单元30可以识别出轨道车辆15处于运动中。而如果处理单元30没有接收到这样的中断信号27，那么该处理单元可以使装置10保留在静止状态。
在替换的、附图中未示出的实施例中，装置10可以不直接布置在轨道车辆15上而是布置在轨道车辆15内的移动物体上。这种移动物体例如可以是包裹或运输托板。轨道车辆15的固体声则经由移动物体传导，移动物体又将固体声转变为空气声并且该空气声通过声学波导体40传送给麦克风20。相应地，边界面16则例如是该移动物体的壁。可选地，装置10还可以具有另外的传感装置，例如加速度传感器、光传感器或湿度传感器。由此，装置10可以被利用来在运输期间监控所述移动物体，其方式例如是，将处理单元30设置成用于附加地将由该传感装置感测的测量值存储在存储器单元50中。
图2示出了根据本发明的用于检验轨道车辆的车轮扁疤的方法的实施例。首先，在方法步骤a中，在第一时间段T1内借助机电麦克风20感测空气声测量值22。然后在方法步骤b中借助处理单元30从所感测的空气声测量值22求得分析评价信号35。在此，求得分析评价信号35的方式是，首先对所感测的空气声测量值22进行低通滤波和高通滤波。可选地，也可以对感测到的空气声测量值22首先进行高通滤波、然后进行低通滤波。通过低通滤波抑制噪声并且通过高通滤波使信号平滑。然后将滤波后的测量值对时间求导，接着对时间导数求平方。随后再对平方的结果进行求平均值，以便最终得到分析评价信号35。分析评价信号35描述感测到的空气声测量值22的能量集中，也就是说穿过轨道车辆15的振动，所述振动被转换为空气声并且被麦克风20感测到。在方法步骤b后，在方法步骤c中，借助处理单元30根据分析评价信号35确定车轮是否具有扁疤。在方法步骤c中确定轨道车辆15的车轮是否具有扁疤的方法是，检查分析评价信号35是否具有至少一个周期性出现的峰值，其中，在存在多个周期性峰值的情况下选择出最大的周期性出现的峰值并且忽略分别在该最大周期性峰值之后或之前在第二时间段T2内出现的所有其它峰值。例如也可以根据轨道车辆15的速度和车轮的周长来估计由扁疤产生的峰值的周期、也就是峰值的时间间距，以便例如对感测到的周期性峰值是否由扁疤产生进行可信性检验。如果选择出了这种周期性峰值，那么接着检查，分析评价信号35的时间导数在该周期性峰值的区域内是否不仅具有负斜率而且具有正斜率。如果是该情况，那么继续检查，周期性峰值是否大于阈值37，其中，如果符合这种情况，则确定车轮具有扁疤。此外，根据峰值的高度和宽度，在考虑速度和装置到车轮的距离的情况下，能够推断出扁疤的大小。如果在方法步骤c中确定具有扁疤，那么继续进行方法步骤d。在方法步骤d中，由处理单元30产生描述所确定的扁疤的信号32。相反，如果在方法步骤c中确定没有扁疤，那么该方法结束。
可选地，在方法步骤d中产生信号32后，还进行方法步骤d或者也进行方法步骤f。在此，在方法步骤e中，将产生的信号32存储在存储器单元50中。在方法步骤f中，借助通信单元60将信号32特别是无线地发送出。此外，还可以在方法步骤a之前进行另一可选的方法步骤g。在方法步骤g中，运动传感器25接收中断信号27，并且，如果接收到这样的中断信号27，那么进行方法步骤a。
图3示出了关于时间的空气声测量值变化曲线和由该空气声测量值曲线求得的对应分析评价信号35。示出了空气声测量值22关于时间t的典型变化曲线。在这里，在第一时间段T1内感测空气声测量值22。如根据图2所描述，由空气声测量值22求得分析评价信号35。该分析评价信号35典型地具有不同的标志性部位。因而，分析评价信号35在开始时具有第一小峰值71，接着具有另一小峰值72和一大峰值73。在大峰值73后再次重复所述另一小峰值72以及大峰值73，因此能够将它们认为是周期性的。峰值72和峰值73从形状来看分别类似鱼翅，也就是说，它们不仅凹形上升而且凸形上升并且在临近终端时急剧下降，其中，这是扁疤的标志。相反，第一小峰值71不具有这种形状并且也不是周期性的，也就是说，该峰值不重复。因此可以认为，该第一小峰值71不是由扁疤引起，而是伪相。此外可以看到，另一小峰值72低于阈值37而大峰值73高于阈值37。在这里，另外的小峰值72分别处于大峰值73之前或之后的第二时间段T2内。这又是这些另外的小峰值72是由附近扁疤引起并且因此可被忽略的一个标志。

Claims (13)

1.用于检验轨道车辆(15)的车轮的扁疤的装置(10)，所述装置具有：
-用于在第一时间段(T1)内感测空气声测量值(22)的微机电式麦克风(20)；
-处理单元(30)，所述处理单元设置为用于根据所感测到的空气声测量值(22)确定车轮是否具有扁疤，
其特征在于，所述装置(10)具有声学波导体(40)，并且，所述装置(10)构造为移动装置并且能够如此布置在轨道车辆(15)上或内，使得由穿过所述轨道车辆(15)的固体声在边界面(16)上作为空气声辐射出的空气声能够借助所述声学波导体(40)传送给所述麦克风(20)。
2.根据权利要求1所述的装置(10)，其特征在于，所述装置(10)具有存储器单元(50)，其中，所述处理单元(30)设置为用于在确定具有扁疤时产生描述识别到的扁疤的信号(32)并且将该信号存储在所述存储器单元(50)中。
3.根据权利要求1或2所述的装置(10)，其特征在于，所述装置(10)具有特别是无线的通信单元(60)，其中，所述处理单元(30)设置为用于在确定具有扁疤时产生描述识别到的扁疤的信号(32)并且借助所述通信单元(60)发送所述信号(32)。
4.根据权利要求1至3之一所述的装置(10)，其特征在于，所述处理单元(30)设置为用于求得分析评价信号(35)，其方式是，对所感测的空气声测量值(22)进行低通滤波和高通滤波并接着将滤波后的测量值对时间求导数、求平方并且求平均值。
5.根据权利要求4所述的装置(10)，其特征在于，所述处理单元(30)设置为用于检查所述分析评价信号(35)是否具有至少一个周期性出现的峰值，其中，在存在多个周期性峰值的情况下选择出最大的周期性出现的峰值并且忽略在最大周期性峰值之后或之前的第二时间段T2内出现的所有其它峰值，此外，所述处理单元(30)设置为用于检查所述分析评价信号(35)对时间的导数在周期性峰值的区域内是否不仅具有负斜率而且具有正斜率，并且在这种情况下检查周期性峰值是否大于阈值(37)，其中，在这种情况下所述处理单元设置为用于确定车轮是否具有扁疤。
6.根据权利要求1至5之一所述的装置(10)，其特征在于，所述装置(10)具有运动传感器(25)，特别是加速度传感器或陀螺仪，其中，所述装置(10)设置为用于被所述运动传感器(25)的中断信号(27)从休眠状态唤醒。
7.用于检验轨道车辆(15)的车轮的扁疤的方法，具有以下步骤：
a.在第一时间段(T1)内借助微机电式麦克风(20)感测空气声测量值(22)，
b.借助处理单元(30)从所感测到的空气声测量值(22)求得分析评价信号(35)，
c.借助所述处理单元(30)根据所述分析评价信号(35)确定车轮是否具有扁疤，
d.如果确定具有扁疤，借助所述处理单元(30)产生描述识别到的扁疤的信号(32)。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在方法步骤d之后进行方法步骤e，在该方法步骤中将所产生的信号(32)存储在存储器单元(50)中。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，在方法步骤d之后进行方法步骤e，在该方法步骤中借助通信单元(60)尤其无线地发送所产生的信号(32)。
10.根据权利要求7至9之一所述的方法，其特征在于，在方法步骤a之前进行方法步骤g，在该方法步骤中感测运动传感器(25)的中断信号(27)。
11.根据权利要求7至10之一所述的方法，其特征在于，在方法步骤b中，对所感测的空气声测量值(22)进行低通滤波和高通滤波，接着将滤波后的测量值对时间求导数、求平方并且求平均值，以便求得所述分析评价信号(35)。
12.根据权利要求7至11之一所述的方法，其特征在于，在方法步骤c中检查所述分析评价信号(35)是否具有至少一个周期性出现的峰值，其中，在存在多个周期性峰值的情况下选择出最大的周期性出现的峰值并且忽略分别在最大周期性峰值之后或之前的第二时间段(T2)内出现的所有其它峰值，如果选择出周期性峰值，那么接着检查，所述分析评价信号(35)对时间的导数在该周期性峰值的区域内是否不仅具有负斜率而且具有正斜率，如果是该情况，那么检查该周期性峰值是否大于阈值(37)，其中，如果符合该情况则确定车轮具有扁疤。
13.据权利要求12所述的方法，其特征在于，在周期性峰值小于或等于所述阈值(37)的情况下，将所述阈值(37)减小并接着以方法步骤a继续进行所述方法。
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