CN110745163A - 一种实现转速跟踪采样的方法、系统及设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种实现转速跟踪采样的方法，包括：获取列车运行速度；根据列车运行速度确定采样频率；以采样频率将采样控制脉冲发送至检测系统，以使检测系统依据该采样频率对所需监测的信号进行跟踪采样。本申请所提供的技术方案，通过根据列车运行速度来确定采样频率，并以该采样频率将采样控制脉冲发送至检测系统，使得检测系统能够跟随转速变化进行跟踪采样，进而使得在列车速度发生变化时，采样得到的采样信息中由故障引发的异常采样信息能够保证是等间隔出现的，进而提高了列车故障检测的准确度。本申请同时还提供了一种实现转速跟踪采样的系统、设备，具有上述有益效果。

Description

一种实现转速跟踪采样的方法、系统及设备

技术领域

本申请涉及设备故障检测领域，特别涉及一种实现转速跟踪采样的方法、系统、设备。

背景技术

在转速跟踪采样中，旋转机械的故障诊断利用的基本原理是旋转零部件存在故障时，故障引发的异常振动信号会随着往复旋转重复出现，不同的零部件故障对应出现的频率不一样。

目前一般是在能够灵敏感应到的静止部件上获取振动信号，如在轴承座上安装振动加速度传感器，通过设置固定的采样频率进行AD采样，获得振动信号，采样频率的选择原则需要满足采样定理，如采样频率设置为1000Hz，则表示每1s时间内，AD等时间间隔地获取1000个振动加速度值，即每隔1ms获取一个振动加速度值。

然而有些旋转机械的转速并不是固定不变的，如地铁车辆在启停阶段，当转速存在变化或波动时，这种等时间间隔获取的振动信号，其故障引发的异常采样信息的出现时间并不是等间隔，原有的基于FFT分析故障频率的方法不能直接适应。

因此，如何在列车故障检测过程中实现跟随转速变化进行跟踪采样是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种实现转速跟踪采样的方法、系统、设备，用于在列车故障检测过程中实现跟随转速变化进行跟踪采样。

为解决上述技术问题，本申请提供一种实现转速跟踪采样的方法，该方法包括：

获取列车运行速度；

根据所述列车运行速度确定采样频率；

以所述采样频率将采样控制脉冲发送至检测系统，以使所述检测系统依据所述采样频率对所需监测的信号进行跟踪采样。

可选的，在以所述采样频率将采样控制脉冲发送至检测系统，以使所述检测系统依据所述采样频率对所需监测的信号进行跟踪采样之后，还包括：

接收跟踪采样得到的采样信息；

根据所述采样信息对列车进行故障检测。

可选的，所述根据所述采样信息对列车进行故障检测，包括：

采用阶比分析方法或谱号固化方法，根据所述采样信息对列车进行故障检测。

可选的，根据所述列车运行速度确定采样频率，包括：

根据所述列车运行速度的初始值确定所述采样频率；

所述根据所述采样信息对列车进行故障检测，对应包括：

获取所述列车运行速度的速度变化曲线；

根据所述速度变化曲线对所述采样信息进行插值处理，得到所述采样信息的更新值；

根据所述采样信息的更新值对列车进行故障检测。

可选的，根据所述列车运行速度确定采样频率，包括：

根据所述列车运行速度的历史值进行预测，得到所述列车运行速度当前时刻的预测值；

根据所述列车运行速度当前时刻的预测值确定所述采样频率。

可选的，当所述列车运行速度为线速度时，根据所述列车运行速度确定采样频率，包括：

根据公式

计算车轮旋转频率；

根据公式f＝N×fn计算所述采样频率；

其中，V为列车运行线速度，D为列车车轮轮径，fn为所述车轮旋转频率，N为预设的每圈跟踪采样点数，f为所述采样频率。

可选的，当所述列车运行速度为角速度时，根据所述列车运行速度确定采样频率，包括：

根据公式计算车轮旋转频率；

根据公式f＝N×fn计算所述采样频率；

其中，ω为列车运行角速度，单位为转/分钟，fn为所述车轮旋转频率，单位为Hz，N为预设的每圈跟踪采样点数，单位为点/转，f为所述采样频率，单位为Hz。

可选的，所述获取列车运行速度，包括：

获取车辆网络上发送的所述列车运行速度。

本申请还提供一种实现转速跟踪采样的系统，该系统包括：

获取模块，用于获取列车运行速度；

确定模块，用于根据所述列车运行速度确定采样频率；

发送模块，用于以所述采样频率将采样控制脉冲发送至检测系统，以使所述检测系统依据所述采样频率对采样信息进行采集；

故障检测模块，用于接收所述采样信息，并根据所述采样信息对列车进行故障检测。

本申请还提供一种实现转速跟踪采样设备，该实现转速跟踪采样设备包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上述任一项所述实现转速跟踪采样的方法的步骤。

本申请所提供实现转速跟踪采样的方法，包括：获取列车运行速度；根据列车运行速度确定采样频率；以采样频率将采样控制脉冲发送至检测系统，以使检测系统依据该采样频率对所需监测的信号进行跟踪采样。

本申请所提供的技术方案，通过根据列车运行速度来确定采样频率，并以该采样频率将采样控制脉冲发送至检测系统，使得检测系统能够跟随转速变化进行跟踪采样，进而使得在列车速度发生变化时，采样得到的采样信息中由故障引发的异常采样信息能够保证是等间隔出现的，进而提高了列车故障检测的准确度。本申请同时还提供了一种实现转速跟踪采样的系统、设备，具有上述有益效果，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例所提供的一种实现转速跟踪采样的方法的流程图；

图2为本申请实施例所提供的一种列车运行速度变化示意图；

图3为本申请实施例所提供的另一种实现转速跟踪采样的方法的流程图；

图4为图3所提供的另一种实现转速跟踪采样的方法中S302的一种实际表现方式的流程图；

图5为本申请实施例所提供的一种实现转速跟踪采样的系统的结构图；

图6为本申请实施例所提供的一种实现转速跟踪采样设备的结构图。

具体实施方式

本申请的核心是提供一种实现转速跟踪采样的方法、系统、设备，用于在列车故障检测过程中实现跟随转速变化进行跟踪采样。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

现有技术中，当旋转机械的转速存在变化或波动时，通过等时间间隔获取的振动信号，其故障引发的异常采样信息的出现时间并不是等间隔的，使得原有的基于FFT分析故障频率的方法不能直接适用，故本申请提供了一种实现转速跟踪采样的方法，用于解决上述问题。

请参考图1，图1为本申请实施例所提供的一种实现转速跟踪采样的方法的流程图。

其具体包括如下步骤：

S101：获取列车运行速度；

本步骤中，获取列车运行速度目的在于根据列车运行速度来确定采样频率，即保持采样频率和列车运行速度存在对应关系，进而能够保证检测系统依据采样频率对采样信息进行采集，使得异常采样信息的出现时间是等间隔的。

可选的，这里提到的获取列车运行速度，具体可以为获取车辆网络上发送的列车运行速度，也可以为通过转速传感器和/或键相装置获取列车运行速度；其中，获取车辆网络上发送的列车运行速度的方式不需要在列车的车轴上安装转速跟随装置，结构较为简单；而通过转速传感器和/或键相装置获取列车运行速度可以提高获取到的列车运行速度的精度，因此，在具体实施过程中可根据精度需求和结构复杂程度对列车运行速度的获取方式进行选择；

可选的，这里提到的车辆网络具体可以为MVB、以太网、RS485、车辆总线中任意一项。

S102：根据列车运行速度确定采样频率；

这里提到的，根据列车运行速度确定采样频率的目的在于，令采样频率和列车运行速度存在对应关系，进而实现检测系统采集到的异常采样信息的出现时间是等间隔的。

可选的，当列车运行速度为角速度时，根据列车运行速度确定采样频率，其具体可以为：

根据公式计算车轮旋转频率；

根据公式f＝N×fn计算采样频率；

其中，ω为列车运行角速度，单位为转/分钟，fn为车轮旋转频率，单位为Hz，N为预设的每圈跟踪采样点数，单位为点/转，f为采样频率，单位为Hz。

可选的，当列车运行速度为线速度时，本步骤提到的根据列车运行速度确定采样频率，其具体可以为：

根据公式计算车轮旋转频率；

根据公式f＝N×fn计算采样频率；

其中，V为列车运行线速度，D为列车车轮轮径，fn为车轮旋转频率，N为预设的每圈跟踪采样点数，f为采样频率；

当依据上述公式进行计算时，需要保证各参数的单位一致，如列车运行速度的单位通常为km/h，而列车车轮轮径的单位通常为m，因此在计算前需要将列车运行速度的单位由km/h转换为m/s；

这里提到的每圈跟踪采样点数即为检测系统需要采集的点的个数，如每圈跟踪采样点数N设定为400，即每转需要采集400个点，即每旋转360度相位，需要等角度地采集400个点，每两个采样点之间对应的车轮旋转角度是360/400度，这就可以保证故障信息的出现随着车速的变化而变化；当获取的列车运行速度存在变化时，重新按上述公式更新采样频率即可；

采样频率的更新频次与不仅与车辆运行速度有关，也与获取车辆运行速度的周期有关，因为转速获取一般会固定的时间间隔，如512ms，这主要是由网络协议确定，当然实际应用过程中，考虑在短时间内，车速不会有太大变化量，也可以不更新车速，即整个采样过程中，只根据一次车辆运行速度设置采样频率；

可选的，当网络获取转速的间隔过大时，就会存在跟踪误差，如512ms获取一次网络转速，就只能在每隔512ms更新一次AD采样控制脉冲，因此，本步骤中提到的根据列车运行速度确定采样频率，其具体可以为：

根据列车运行速度的历史值进行预测，得到列车运行速度当前时刻的预测值；

根据列车运行速度当前时刻的预测值确定采样频率；

基于车辆网络上发送的列车运行速度并不是实时更新的，而是每隔预设时间间隔更新一次，这使得在列车运行速度发生变化时，从车辆网络上获取到的列车运行速度可能与当前真实车速不一致，例如，如图2所示，间隔512ms获取了历史车速1、历史车速2，在历史车速2获取后的512ms内，都只能根据历史车速2来设置AD采样控制脉冲，而在这512ms内，转速是可能存在变化的，故本申请实施例根据列车运行速度的历史值进行预测，得到列车运行速度当前时刻的预测值，然后根据列车运行速度当前时刻的预测值确定采样频率，使得确定采样频率所依据的列车运行速度当前时刻的预测值趋近于列车的真实车速，进而达到进一步提高实现转速跟踪采样准确度的目的。

S103：以采样频率将采样控制脉冲发送至检测系统，以使检测系统依据该采样频率对所需监测的信号进行跟踪采样。

跟踪采样为检测系统监测设备故障提供了有利条件，如车轮踏面存在一个故障点，则车辆每旋转一周，出现一次异常采样信息，采样20圈，则出现20次异常采样信息，由于采样频率跟随车速的变化进行了调整，因此，即每隔400个采样点，这种异常采样信息重复出现一次，这样就可以确认踏面存在故障点。

基于上述技术方案，本申请所提供的一种实现转速跟踪采样的方法，通过根据列车运行速度来确定采样频率，并以该采样频率将采样控制脉冲发送至检测系统，使得检测系统能够跟随转速变化进行跟踪采样，进而使得在列车速度发生变化时，采样得到的采样信息中由故障引发的异常采样信息能够保证是等间隔出现的，进而提高了列车故障检测的准确度。

针对于上一实施例，在执行完步骤S103之后，还可以执行如图3所示的步骤，下面结合图3进行说明。

请参考图3，图3为本申请实施例所提供的另一种实现转速跟踪采样的方法的流程图。

其具体包括如下步骤：

S301：接收跟踪采样得到的采样信息；

S302：根据采样信息对列车进行故障检测。

可选的，这里提到的根据采样信息对列车进行故障检测，其具体也可以为：

采用阶比分析方法或谱号固化方法，根据采样信息对列车进行故障检测；

阶比分析也称阶次分析，是在转速跟踪采样的前提下，对信号进行FFT分析，得到频谱分析结果，对频谱的横坐标除以转速频率，得到阶次谱，这样，旋转频率的1阶对应横坐标为1，2阶对就的横坐标为2。

谱号固化与上述阶比分析方法类似，只是不对FFT的结果的横坐标除以转速频率，而是直接计算不同旋转频率对就的谱号，如预设的每圈跟踪采样点数为400，采样长度为旋转20圈，对旋转频率的1阶对应的横坐标为20，即谱号为20。

可选的，当步骤S102中提到的根据列车运行速度确定采样频率具体为根据列车运行速度的初始值确定采样频率时，步骤S302中提到的根据采样信息对列车进行故障检测，具体可以为如图4所示的步骤，下面结合图4进行说明。

请参考图4，图4为图3所提供的另一种实现转速跟踪采样的方法中S302的一种实际表现方式的流程图。

其具体包括以下步骤：

S401：获取列车运行速度的速度变化曲线；

S402：根据速度变化曲线对采样信息进行插值处理，得到采样信息的更新值；

当根据列车运行速度确定采样频率为根据列车运行速度的初始值确定采样频率时，则表明在此次实现转速跟踪采样的过程中，采样频率是固定不变的，而由于列车运行速度与车轮旋转频率存在对应关系，车轮旋转频率与相位fai(角度)存在积分关系，即fai＝2π∫fndt，故能够根据车轮旋转频率得到相位曲线fai，进而可以依据每圈跟踪采样点数对相位曲线进行重新分割，如N＝400，则表示等相位采样的间隔为2*pi/400，此时可以对相位曲线重新按2*pi/400进行分割，找到新的时间坐标；最后根据新的时间坐标，就可以对采样信息进行插值处理，得到采样信息的更新值。

S403：根据采样信息的更新值对列车进行故障检测。

基于上述技术方案，本申请实施例通过获取列车运行速度的速度变化曲线，然后根据速度变化曲线对采样信息进行插值处理，得到采样信息的更新值，最后根据采样信息的更新值对列车进行故障检测，不需要实时更新采样频率，而是通过根据速度变化曲线对采样信息进行插值处理的方式，实现了采样得到的振动信号中由故障引发的异常采样信息是等间隔出现的，进而提高了实现转速跟踪采样的准确度。

请参考图5，图5为本申请实施例所提供的一种实现转速跟踪采样的系统的结构图。

该系统可以包括：

获取模块100，用于获取列车运行速度；

确定模块200，用于根据列车运行速度确定采样频率；

发送模块300，用于以采样频率将采样控制脉冲发送至检测系统，以使检测系统依据采样频率对所需监测的信号进行跟踪采样。

在上述实施例的基础上，作为一种优选实施方式，该系统还可以包括：

接收模块，用于接收跟踪采样得到的采样信息；

故障检测模块，用于根据采样信息对列车进行故障检测。

在上述实施例的基础上，作为一种优选实施方式，该故障检测模块可以包括：

采用阶比分析方法或谱号固化方法，根据采样信息对列车进行故障检测。

在上述实施例的基础上，作为一种优选实施方式，该确定模块200可以包括：

第一确定子模块，用于根据列车运行速度的初始值确定采样频率；

该故障检测模块对应可以包括：

第二获取子模块，用于获取列车运行速度的速度变化曲线；

插值子模块，用于根据速度变化曲线对采样信息进行插值处理，得到采样信息的更新值；

故障检测子模块，用于根据采样信息的更新值对列车进行故障检测。

在上述实施例的基础上，作为一种优选实施方式，该确定模块200可以包括：

预测子模块，用于根据列车运行速度的历史值进行预测，得到列车运行速度当前时刻的预测值；

第二确定子模块，用于根据列车运行速度当前时刻的预测值确定采样频率。

在上述实施例的基础上，作为一种优选实施方式，该确定模块200可以包括：

第一计算子模块，用于当列车运行速度为线速度时，根据公式

计算车轮旋转频率；

第二计算子模块，用于根据公式f＝N×fn计算采样频率；

其中，V为列车运行速度，D为列车车轮轮径，fn为车轮旋转频率，N为预设的每圈跟踪采样点数，f为采样频率。

在上述实施例的基础上，作为一种优选实施方式，该确定模块200可以包括：

第三计算子模块，用于当列车运行速度为角速度时，根据公式

计算车轮旋转频率；

第四计算子模块，用于根据公式f＝N×fn计算采样频率；

其中，ω为列车运行角速度，单位为转/分钟，fn为车轮旋转频率，单位为Hz，N为预设的每圈跟踪采样点数，单位为点/转，f为采样频率，单位为Hz。

由于系统部分的实施例与方法部分的实施例相互对应，因此系统部分的实施例请参见方法部分的实施例的描述，这里暂不赘述。

请参考图6，图6为本申请实施例所提供的一种实现转速跟踪采样设备的结构图。

该实现转速跟踪采样设备600可因配置或性能不同而产生比较大的差异，可以包括一个或一个以上处理器(central processing units，CPU)622(例如，一个或一个以上处理器)和存储器632，一个或一个以上存储应用程序642或数据644的存储介质630(例如一个或一个以上海量存储设备)。其中，存储器632和存储介质630可以是短暂存储或持久存储。存储在存储介质630的程序可以包括一个或一个以上模块(图示没标出)，每个模块可以包括对装置中的一系列指令操作。更进一步地，中央处理器622可以设置为与存储介质630通信，在实现转速跟踪采样设备600上执行存储介质630中的一系列指令操作。

实现转速跟踪采样设备600还可以包括一个或一个以上电源626，一个或一个以上有线或无线网络接口660，一个或一个以上输入输出接口668，和/或，一个或一个以上操作系统641，例如Windows ServerTM，Mac OS XTM，UnixTM,LinuxTM，FreeBSDTM等等。

上述图1至图4所描述的实现转速跟踪采样的方法中的步骤由实现转速跟踪采样设备基于该图6所示的结构实现。

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，上述描述的系统，装置和模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置、设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。

集成的模块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全部或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，功能调用装置，或者网络设备等)执行本申请各个实施例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(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上对本申请所提供的一种实现转速跟踪采样的方法、系统、设备进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，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，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种实现转速跟踪采样的方法，其特征在于，包括：

获取列车运行速度；

根据所述列车运行速度确定采样频率；

以所述采样频率将采样控制脉冲发送至检测系统，以使所述检测系统依据所述采样频率对所需监测的信号进行跟踪采样。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在以所述采样频率将采样控制脉冲发送至检测系统，以使所述检测系统依据所述采样频率对所需监测的信号进行跟踪采样之后，还包括：

接收跟踪采样得到的采样信息；

根据所述采样信息对列车进行故障检测。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述采样信息对列车进行故障检测，包括：

采用阶比分析方法或谱号固化方法，根据所述采样信息对列车进行故障检测。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述列车运行速度确定采样频率，包括：

根据所述列车运行速度的初始值确定所述采样频率；

所述根据所述采样信息对列车进行故障检测，对应包括：

获取所述列车运行速度的速度变化曲线；

根据所述速度变化曲线对所述采样信息进行插值处理，得到所述采样信息的更新值；

根据所述采样信息的更新值对列车进行故障检测。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述列车运行速度确定采样频率，包括：

根据所述列车运行速度的历史值进行预测，得到所述列车运行速度当前时刻的预测值；

根据所述列车运行速度当前时刻的预测值确定所述采样频率。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述列车运行速度为线速度时，根据所述列车运行速度确定采样频率，包括：

根据公式

计算车轮旋转频率；

根据公式f＝N×fn计算所述采样频率；

其中，V为列车运行线速度，D为列车车轮轮径，fn为所述车轮旋转频率，N为预设的每圈跟踪采样点数，f为所述采样频率。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述列车运行速度为角速度时，根据所述列车运行速度确定采样频率，包括：

根据公式

计算车轮旋转频率；

根据公式f＝N×fn计算所述采样频率；

其中，ω为列车运行角速度，单位为转/分钟，fn为所述车轮旋转频率，单位为Hz，N为预设的每圈跟踪采样点数，单位为点/转，f为所述采样频率，单位为Hz。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取列车运行速度，包括：

获取车辆网络上发送的所述列车运行速度。

9.一种实现转速跟踪采样的系统，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取列车运行速度；

确定模块，用于根据所述列车运行速度确定采样频率；

发送模块，用于以所述采样频率将采样控制脉冲发送至检测系统，以使所述检测系统依据所述采样频率对所需监测的信号进行跟踪采样。

10.一种实现转速跟踪采样设备，其特征在于，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述实现转速跟踪采样的方法的步骤。

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