CN110781575B - 一种确定钢轨波磨多中点弦测量仪弦的数量及长度的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于确定钢轨波磨多中点弦测量仪弦的数量及长度的方法，包括：根据空间采样率和逆滤波窗口长度确定有效弦长组合的方法；根据测量目标波段确定波长点子序列的方法；根据有效弦长组合及波长点子序列确定最优的弦的数量及长度的方法。本发明在现有方法的基础上，考虑了空间采样率和逆滤波窗口长度的影响，避免了测量时不响应盲区的出现，提高了计算效率，适合基于弦测法的钢轨波磨测量装置设计和制造过程中确定弦的数量及长度使用。

Description

一种确定钢轨波磨多中点弦测量仪弦的数量及长度的方法
技术领域
本发明涉及一种确定钢轨波磨多中点弦测量仪弦的数量及长度的方法，其直接应用于设计和生产基于多中点弦测量原理的钢轨波磨检测装置。
背景技术
目前，基于多中点弦的钢轨波磨检测装置已经能够实现快速、准确的进行波磨测量，其基本原理见下式：
其中m为测量弦的数量，Σm为m个中点弦测量值的代数和，g m (x)表示第m根弦的中点弦测量值，Lm表示第m根测量弦的长度，f(x)表示轨道不平顺函数。由于采用了多个中点弦测量值的代数和作为最终测量结果，幅值增益-波长响应曲线得到有效改善。但是，目前基于多中点弦测量原理的钢轨波磨检测装置所用的弦长及组合方式的选择仅仅以幅值增益-波长响应曲线在给定待测波长内方差最小为目标，忽略了空间采样率和逆滤波窗口长度的影响，这种方法不但运算量极大，在测量弦的数目较多（大于2根）、待测目标波段较长（10mm-1000mm）时很难得到最优结果，而且当改变空间采样率和逆滤波窗口长度时会有可能出现对特殊波长波磨不响应的问题，无法得到正确的测量结果。鉴于钢轨波磨病害检测的重要性，优化基于多中点弦测量原理的钢轨波磨检测装置中弦的数量及长度的计算方法，既是检测理论上的创新，亦是实际工程的需要。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提出一种确定钢轨波磨多中点弦测量仪弦的数量及长度的方法，本发明是通过以下技术方案实现的。
（1）确定空间采样频率f s 以及逆滤波窗口的长度N。
根据下式得到序列λ i ：
其中，f s =1/e，e为设定的采样间隔，N为逆滤波窗口包含的采样点数，n为1到N的整数序列，λ i 为n取不同值时对应的波长点。
（2）设定计算所需要的参数
取序列λ i 中大于10mm且小于1000mm的部分得到子序列λ j （j=1,2,3…），设定弦的数量m取值范围[Up，Uq]、每根弦L m 的长度取值范围[Wp，Wq]。
（3）确定有效的弦的数量m和每根弦的长度L m 的组合
将选定的弦数目m、每根弦的长度L m以及λ j 序列中的每个值代入到式(b)中计算，
若对每个弦长组合，不论取λ j 序列中的何值均有至少一个tm≠0（m=1,2,3…），则将此时弦的数量m,每根弦的长度Lm标记为一个有效组合y，否则在取值范围[Up，Uq]内改变m的值或在取值范围[Wp，Wq]中改变每根弦Lm的长度得到一个新的弦长组合后再重新计算，由此可得到全部有效组合y k，k=1,2,3…。
（4）确定最优的组合Y
对全部有效组合y k 中每一个，按照式(c)分别计算λ取λ j序列中各值时的幅值增益H得到幅值增益序列H k ’ ，按照式(d)计算H k ’ 的方差S k 2 ：
式(d)中S k 2 表示H k ’ 序列的方差值，x v表示H k ’ 序列中第v点的值，x表示H k ’ 序列中所有点的均值，z表示所得H k ’ 序列的总长度。
对得到的全部有效组合的S k 2 进行分析，取S k 2 最小时的组合y k 作为最优的组合Y，此时弦的数量以及各根弦的长度即为最优。
本发明所述算法是自动计算，或者是手动计算。
本发明在现有确定钢轨波磨多中点弦测量仪弦的数量及长度方法基础上添加了计算有效弦长及组合方式的算法，克服了现有方法计算最优弦长数量及长度时不考虑采样率及逆滤波窗口长度导致出现不响应盲区的缺陷，提高了计算效率，适合于基于弦测法的钢轨波磨测量仪设计和制造过程中确定弦的数量及长度使用。
附图说明
附图1为一种用于确定钢轨波磨多中点弦测量仪弦的数量及长度的方法的流程。
具体实施方式
本发明将通过以下实施例结合附图1作进一步说明。
根据实际需要，设定采样间隔为1mm，逆滤波窗口长度为8192个点，代入到式(a)中计算可得λi序列，保留λi序列中大于10mm且小于1000mm的部分得到子序列λ j ；设定弦的数目m=2，弦的数量变化范围为[2,3],弦长L变化范围为[10mm,1000mm], 将不同的弦的数量m和各弦的不同长度取值Lm进行组合，代入到式(b)中进行计算，得到全部有效组合y k ；根据式(c)可得到m=2时双中点弦幅值增益波长响应函数(e)和m=3时的三中点弦幅值增益波长响应函数(f)：
取上述计算得到的每一个有效组合y k 中的弦的数量m、每根弦的长度Lm，根据公式(e)和(f)分别计算λ取λ j序列各值时幅值增益H得到幅值增益序列H k ’ 后，按照式(d)计算H k ’ 的方差Sk 2。根据计算结果可知当选取m=3，L1=98mm，L2=236mm，L3=315mm的组合时方差最小，并且在采样间隔为1mm，逆滤波窗口长度为8192个点时，对10mm-1000mm波长范围内的波磨不存在无响应的盲区，此即为最优的弦长数量及长度。

Claims (2)

1. 一种确定钢轨波磨多中点弦测量仪弦的数量及长度的方法，其特征是：
（1）确定空间采样频率f s 以及逆滤波窗口的长度N
根据下式得到序列λ i ：
其中，f s =1/e，e为设定的采样间隔，N为逆滤波窗口包含的采样点数，n为1到N的整数序列，λ i 为n取不同值时对应的波长点；
（2）设定计算所需要的参数
取序列λ i 中大于10mm且小于1000mm的部分得到子序列λ j ，j=1,2,3…，设定弦的数量m取值范围[Up，Uq]、每根弦L m 的长度取值范围[Wp，Wq]；
（3）确定有效的弦的数量m和每根弦Lm长度的组合
将选定的弦数目m、每根弦的长度Lm以及λ j 序列中的每个值代入到式(b)中进行计算，若对每个弦长组合，不论取λ j 序列中的何值均有至少一个tm≠0，m=1,2,3…，则将此时弦的数量m、每个弦的长度Lm标记为一个有效组合y，否则在取值范围[Up，Uq]内改变m的值或在取值范围[Wp，Wq]中改变每根弦Lm的长度得到一个新的弦长组合后再重新计算，由此可得到全部有效组合y k，k=0,1,2…；
（4）确定最优的组合Y
对全部有效组合y k 中每一个，按照式（c）分别计算λ取λ j序列各值时的幅值增益H得到幅值增益序列H k ’ ，按照式（d）计算H k ’ 的方差S k 2 ；
式（d）中S k 2 表示H k ’ 序列的方差值，x v表示H k ’ 序列中第v点的计算值，x表示H k ’ 序列中所有点的均值，z表示所得H k ’ 序列的总长度；
对得到的全部有效组合的S k 2 进行分析，取S k 2 最小时的组合y k 作为最优的组合Y, 此时弦的数量以及各根弦的长度即为最优。
2.根据权利要求1所述的一种确定钢轨波磨多中点弦测量仪弦的数量及长度的方法,其特征是：所述计算为自动计算或手动计算。
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