CN116552598A - 一种永磁轨道不平顺检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种永磁轨道不平顺检测装置及方法，涉及永磁轨道不平顺检测技术领域，包括车架、计步器、几何不平顺测量结构、磁场测量结构、加速度测量结构、工业高速相机和数据采集系统,所述计步器设置在车架上；所述几何不平顺测量结构与所述车架下底面固定相连;所述磁场测量结构设置在所述车架底部;所述加速度测量结构设置在所述车架上顶面；所述工业高速相机设置在所述车架底部；所述数据采集系统设置在所述车架上表面。本发明通过几何不平顺测量结构和磁场测量结构可同时实现双轨的永磁轨道几何不平顺与轨面磁场强度不均匀测量，利用阶梯式排布的霍尔传感器空间阵列完成测量结果补偿，增加测量结果准确率。

Description

一种永磁轨道不平顺检测装置及方法

技术领域

本发明涉及永磁轨道不平顺检测技术领域，具体而言，涉及一种永磁轨道不平顺检测装置及方法。

背景技术

永磁轨道不平顺包含其线路几何不平顺及轨面磁场强度不均匀。永磁轨道不平顺作为高温超导钉扎悬浮系统的主要激扰源之一，是高温超导钉扎悬浮系统面向高速运行环境过程中急需解决的一大难题。现需要一种能够消除动态检测中产生的各种误差的几何不平顺检测装置及方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种永磁轨道不平顺检测装置及方法，以改善上述问题。为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

第一方面，本申请提供了一种永磁轨道不平顺检测装置，车架、计步器、几何不平顺测量结构、磁场测量结构、加速度测量结构、工业高速相机和数据采集系统，所述计步器设置有至少一个，所有所述计步器均设置在车架上；所述几何不平顺测量结构与所述车架下底面固定相连，所述几何不平顺测量结构设置在车架垂直于地面的中轴线上；所述磁场测量结构设置在所述车架底部,所述磁场测量结构设置在所述几何不平顺测量结构和所述计步器之间；所述加速度测量结构设置在所述车架上顶面；所述工业高速相机设置在所述车架底部；所述数据采集系统设置在所述车架上表面，所述数据采集系统分别与几何不平顺测量结构、磁场测量结构、计步器、工业高速相机和加速度测量结构电连接。

第二方面，本申请还提供了一种永磁轨道不平顺检测方法，包括：

获取数据采集指令，并将数据采集指令发送至数据采集系统，所述数据采集指令包括控制电源供电，启动驱动电机，并控制几何不平顺测量结构、磁场测量结构、计步器、工业高速相机和三轴陀螺仪进行同步采集，得到检测车的振动数据、车身姿态位移、几何不平顺测量结构的测量数据、磁场测量结构的测量数据、工业高速相机的测量数据、轨面磁场强度的检测数据和胶轮的轮转速脉冲信号；

基于惯性基准法对第一加速度传感器和第二加速度传感器测量得到检测车的振动数据和三轴向陀螺仪测得的检测车的车身姿态位移进行不平顺测量处理，得到检测车不平顺结果；

基于三点中弦弦测法对几何不平顺测量结构的测量数据进行计算，得到永磁轨道几何不平顺的测量结果；

基于磁场测量结构的测量数据对轨面磁场强度的检测数据进行数据补偿校正，得到校正后的轨面磁场强度数据；

基于胶轮的轮转速脉冲信号计算得到检测车的速度，并将所述工业高速相机的测量数据对所述检测车的速度进行累积误差校正，得到校正后的检测车速度数据；

基于空域重采样算法对所述检测车不平顺结果、所述永磁轨道几何不平顺的测量结果和校正后的所述轨面磁场强度数据进行时频分析，得到永磁轨道的不平顺检测结果。

本发明的有益效果为：

本发明通过几何不平顺测量结构和磁场测量结构可同时实现双轨的永磁轨道几何不平顺与轨面磁场强度不均匀测量，此外还拥有轨道断面检测功能，进行几何不平顺检测时，可同时实现弦测法与惯性基准法测量，可在面向不同测量环境时选取适应的测量方法，适应性更强。

并且进行轨面磁场强度不均匀测量时，车身振动或姿态改变可能造成测点偏移，本发明利用阶梯式排布的霍尔传感器空间阵列完成测量结果补偿，测得结果误差更小。本发明还通过设置横移板，可完成轨面磁场强度的纵向测量与横向测量，获得永磁轨道平面不平顺关系。

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

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明实施例中所述的一种永磁轨道不平顺检测装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中所述的一种永磁轨道不平顺检测装置的主视结构示意图；

图3为本发明实施例中所述的一种永磁轨道不平顺检测装置的仰视结构示意图；

图4为本发明实施例中所述的霍尔传感器阵列结构示意图；

图5本发明实施例中所述的一种永磁轨道不平顺检测方法的流程示意图。

图中标记：1、车架；2、驱动电机；3、第一加速度传感器；4、电源；5、三轴陀螺仪；6、数据采集系统；7、第二加速度传感器；8、导向轮；9、第二走行轮；10、计步器；11、第二可拆卸横梁；12、工业高速相机；13、刚性中轮；14、中轮杆；15、编码器；16、霍尔传感器阵列；17、横移板；18、位移传感器阵列；19、第一可拆卸横梁；20、第一走行轮；21、第一通孔；22、第一滑槽；23、第二通孔；24、第二滑槽；25、第三滑槽；26、垫片。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

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。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1：

参见图1、图2、图3和图4所示，本实施例提供了一种永磁轨道不平顺检测装置，所述装置包括车架1、计步器10、几何不平顺测量结构、磁场测量结构、加速度测量结构、工业高速相机12和数据采集系统6,所述计步器10设置有至少一个，所有所述计步器10均分别对应设置在车架1上；所述几何不平顺测量结构与所述车架1下底面固定相连,所述几何不平顺测量结构设置在车架1垂直于地面的中轴线上;所述磁场测量结构设置在所述车架1底部,所述磁场测量结构设置在所述几何不平顺测量结构和所述计步器10之间;所述加速度测量结构设置在所述车架1上顶面；所述工业高速相机12设置在所述车架1底部；所述数据采集系统6设置在所述车架1上表面,所述数据采集系统6分别与几何不平顺测量结构、磁场测量结构、计步器10、工业高速相机12和加速度测量结构电连接。

本发明通过几何不平顺测量结构和磁场测量结构可同时实现双轨的永磁轨道几何不平顺与轨面磁场强度不均匀测量，此外还拥有轨道断面检测功能，进行几何不平顺检测时，可同时实现弦测法与惯性基准法测量，可在面向不同测量环境时选取适应的测量方法，适应性更强。

并且进行轨面磁场强度不均匀测量时，车身振动或姿态改变可能造成测点偏移，本发明利用阶梯式排布的霍尔传感器空间阵列完成测量结果补偿，测得结果误差更小。本发明还通过设置横移板，可完成轨面磁场强度的纵向测量与横向测量，获得永磁轨道平面不平顺关系。

所有传感器都连接至数据采集系统中，数据采集系统针对不同类型的数据进行同步采集。

本发明通过加速度传感器获得小车测量时的振动数据，配合三轴陀螺仪5测得的车身姿态位移，可基于惯性基准法的完成几何不平顺测量；编码器15测量小车运行途中中轮杆14的转角，从而计算得到小车车身中部与轨道相对距离。前后轮对与轨道始终接触，即相对距离不变，配合中轮的相对距离变化，可实现三点中弦弦测法，完成对永磁轨道几何不平顺的测量；霍尔传感器阵列16配合位移传感器阵列18与三轴陀螺仪5，可完成对轨面磁场强度的检测并进行数据补偿校正；计步器10测得小车后轮转速脉冲信号，计算得到小车测量速度，配合工业高速相机12进行累积误差修正，利用空域重采样算法可将上述几何不平顺与轨面磁场强度的时域信号转换为基于里程的空域数据，从而对不平顺进行时频分析及空间定位，其中，工业高速相机12可独立完成双轨的轨道断面检测。

其中，所述车架1下底面还设置有导向轮8、第一走行轮20、第二走行轮9、第一滑槽22和第二滑槽24，所述导向轮8设置在所述车架1的两端，所述第一滑槽22和所述第一走行轮20相配合设置，所述第二滑槽24和所述第二走行轮9相配合设置。

可以理解的是本步骤通过设置第一滑槽22和第二滑槽24，使第一走行轮20和第二走行轮9的轴距可调，使得弦测法测量时实现可变弦长测量。

其中，所述车架1底部设置有第一通孔21、第二通孔23、第一可拆卸横梁19和第二可拆卸横梁11，所述第一通孔21设置在相邻两根所述第一滑槽22之间，所述第二通孔23设置在相邻两根所述第二滑槽24之间，所述第一可拆卸横梁19设置在所述第一通孔21正下方，所述第一可拆卸横梁19的底部设置有第三滑槽25，所述磁场测量结构的上顶面设置在所述第三滑槽25内，所述第一可拆卸横梁19的上顶面与所述车架1可拆卸相连，所述第二可拆卸横梁11设置在所述第二通孔23正下方，所述第二可拆卸横梁11的下底面与所述工业高速相机12固定相连，所述第二可拆卸横梁11的上顶面与所述车架1可拆卸相连。

可以理解的是本步骤通过设置第一通孔21、第二通孔23方便电线连接，进而保证测量质量，并且在车架1底部设置可拆卸横梁，实现设备的可拆卸安装，保证设备的安装精度，提高测量精度，减少测量误差。

其中，所述几何不平顺测量结构包括有中轮杆14、刚性中轮13和编码器15，所述中轮杆14的一端与所述车架1的底部铰接，所述中轮杆14的另一端与所述刚性中轮13铰接，所述中轮杆14与车架1底部的铰接处固定设置有编码器15。

可以理解的是本发明通过利用中轮转角测得正矢值，进而实现弦测法测量，进而可在面向不同测量环境时选取适应的测量方法，适应性更强。

其中，所述磁场测量结构包括有霍尔传感器阵列16、横移板17和位移传感器阵列18，所述横移板17设置所述第三滑槽25内，所述横移板17的下底面固定设置有霍尔传感器阵列16和位移传感器阵列18，所述霍尔传感器阵列16和位移传感器阵列18分别设置在所述横移板17沿长度方向的两端。

可以理解的是本发明在车架1上安装横移板17，横移板17上对称两侧安装阶梯式空间霍尔传感器阵列16及位移传感器阵列18。位移传感器阵列18用于测量霍尔传感器阵列16相对轨道表面的高低位置关系。横移板17可在测量过程中横向移动，使其上安装的位移传感器阵列18与霍尔传感器阵列16不仅可以测得研车辆前进方向的纵向轨面数据，同时可以横移以检测横向轨面数据，从而获得永磁轨道轨面的平面不平顺关系。

其中，所述霍尔传感器阵列16包括霍尔传感器和垫片26，所述垫片26呈阶梯状排布，所述垫片26的上顶面与所述横移板17固定相连，所述垫片26的下底面与所述霍尔传感器的上顶面固定相连。

可以理解的是本发明通过对霍尔传感器纵向阶梯式排布，以中间列数据为基准，参考位移传感器阵列18测得的阵列整体与轨面距离变化，引入具有高低差的前列与后列数据进行测点高低偏移产生的误差补偿，其中霍尔传感器横向为相同高度的等间距排布，参考三轴陀螺仪5测得的车身姿态改变进行测点左右偏移的误差补偿。

其中，所述加速度测量结构包括第一加速度传感器3和第二加速度传感器7，所述第一加速度传感器3固定设置在所述第一走行轮20正上方，所述第二加速度传感器7设置在所述第二走行轮9正上方。

可以理解的是本发明通过加速度传感器采集用于测量车体加速度值，可基于惯性基准法得到振动位移幅值。

其中，所述车架1的上表面还设置有驱动电机2和电源4，所述电源4设置在所述几何不平顺测量结构正上方，所述电源4分别与几何不平顺测量结构、磁场测量结构、计步器10、工业高速相机12和驱动电机2电连接，所述驱动电机2与所述第一走行轮20电连接。

可以理解的是本发明通过设置驱动电机2和电源4驱动不平顺检测装置行进和数据采集。

其中，所述车架1上还设置有三轴陀螺仪5，所述三轴陀螺仪5设置在所述电源4和所述数据采集系统6之间。

可以理解的是本发明通过三轴陀螺仪5测量得到的数据配合加速度传感器，激光位移传感器等数据，可实现车身姿态变化导致的测点偏移补偿。

实施例2：

如图5所示，本实施例提供了一种永磁轨道不平顺检测方法，图中示出了本方法包括步骤S1、步骤S2、步骤S3、步骤S4、步骤S5和步骤S6。

步骤S1、获取数据采集指令，并将数据采集指令发送至数据采集系统，所述数据采集指令包括控制电源供电，启动驱动电机，并控制几何不平顺测量结构、磁场测量结构、计步器、工业高速相机和三轴陀螺仪进行同步采集，得到检测车的振动数据、车身姿态位移、几何不平顺测量结构的测量数据、磁场测量结构的测量数据、工业高速相机的测量数据、轨面磁场强度的检测数据和胶轮的轮转速脉冲信号；

步骤S2、基于惯性基准法对第一加速度传感器和第二加速度传感器测量得到检测车的振动数据和三轴向陀螺仪测得的检测车的车身姿态位移进行不平顺测量处理，得到检测车不平顺结果；

步骤S3、基于三点中弦弦测法对几何不平顺测量结构的测量数据进行计算，得到永磁轨道几何不平顺的测量结果；

步骤S4、基于磁场测量结构的测量数据对轨面磁场强度的检测数据进行数据补偿校正，得到校正后的轨面磁场强度数据；

步骤S5、基于胶轮的轮转速脉冲信号计算得到检测车的速度，并将所述工业高速相机的测量数据对所述检测车的速度进行累积误差校正，得到校正后的检测车速度数据；

步骤S6、基于空域重采样算法对所述检测车不平顺结果、所述永磁轨道几何不平顺的测量结果和校正后的所述轨面磁场强度数据进行时频分析，得到永磁轨道的不平顺检测结果。

可以理解的是本发明通过几何不平顺测量结构和磁场测量结构同时实现双轨的永磁轨道几何不平顺与轨面磁场强度不均匀测量，此外还通过工业高速相机对轨道断面检测，进行几何不平顺检测时，可同时实现弦测法与惯性基准法测量，可在面向不同测量环境时选取适应的测量方法，适应性更强。并且进行轨面磁场强度不均匀测量时，车身振动或姿态改变可能造成测点偏移，本发明利用阶梯式排布的霍尔传感器空间阵列完成测量结果补偿，测得结果误差更小，通过设置横移板，可完成轨面磁场强度的纵向测量与横向测量，获得永磁轨道平面不平顺关系。

需要说明的是，关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种永磁轨道不平顺检测装置，其特征在于，包括：

车架（1）；

计步器（10），所述计步器（10）设置有至少一个，所有所述计步器（10）均分别对应设置在车架（1）上；

几何不平顺测量结构，所述几何不平顺测量结构与所述车架（1）下底面固定相连，所述几何不平顺测量结构设置在车架（1）垂直于地面的中轴线上；

磁场测量结构，所述磁场测量结构设置在所述车架（1）底部，所述磁场测量结构设置在所述几何不平顺测量结构和所述计步器（10）之间；

加速度测量结构，所述加速度测量结构设置在所述车架（1）上顶面；

工业高速相机（12），所述工业高速相机（12）设置在所述车架（1）底部；以及

数据采集系统（6），所述数据采集系统（6）设置在所述车架（1）上表面，所述数据采集系统（6）分别与几何不平顺测量结构、磁场测量结构、计步器（10）、工业高速相机（12）和加速度测量结构电连接。

2.根据权利要求1所述的永磁轨道不平顺检测装置，其特征在于，所述车架（1）下底面还设置有导向轮（8）、第一走行轮（20）、第二走行轮（9）、第一滑槽（22）和第二滑槽（24），所述导向轮（8）设置在所述车架（1）的两端，所述第一滑槽（22）和所述第一走行轮（20）相配合设置，所述第二滑槽（24）和所述第二走行轮（9）相配合设置。

3.根据权利要求2所述的永磁轨道不平顺检测装置，其特征在于，所述车架（1）底部设置有第一通孔（21）、第二通孔（23）、第一可拆卸横梁（19）和第二可拆卸横梁（11），所述第一通孔（21）设置在相邻两根所述第一滑槽（22）之间，所述第二通孔（23）设置在相邻两根所述第二滑槽（24）之间，所述第一可拆卸横梁（19）设置在所述第一通孔（21）正下方，所述第一可拆卸横梁（19）的底部设置有第三滑槽（25），所述磁场测量结构的上顶面设置在所述第三滑槽（25）内，所述第一可拆卸横梁（19）的上顶面与所述车架（1）可拆卸相连，所述第二可拆卸横梁（11）设置在所述第二通孔（23）正下方，所述第二可拆卸横梁（11）的下底面与所述工业高速相机（12）固定相连，所述第二可拆卸横梁（11）的上顶面与所述车架（1）可拆卸相连。

4.根据权利要求1所述的永磁轨道不平顺检测装置，其特征在于，所述几何不平顺测量结构包括有中轮杆（14）、刚性中轮（13）和编码器（15），所述中轮杆（14）的一端与所述车架（1）的底部铰接，所述中轮杆（14）的另一端与所述刚性中轮（13）铰接，所述中轮杆（14）与车架（1）底部的铰接处固定设置有编码器（15）。

5.根据权利要求3所述的永磁轨道不平顺检测装置，其特征在于，所述磁场测量结构包括有霍尔传感器阵列（16）、横移板（17）和位移传感器阵列（18），所述横移板（17）设置所述第三滑槽（25）内，所述横移板（17）的下底面固定设置有霍尔传感器阵列（16）和位移传感器阵列（18），所述霍尔传感器阵列（16）和位移传感器阵列（18）分别设置在所述横移板（17）沿长度方向的两端。

6.根据权利要求5所述的永磁轨道不平顺检测装置，其特征在于，所述霍尔传感器阵列（16）包括霍尔传感器和垫片（26），所述垫片（26）呈阶梯状排布，所述垫片（26）的上顶面与所述横移板（17）固定相连，所述垫片（26）的下底面与所述霍尔传感器的上顶面固定相连。

7.根据权利要求2所述的永磁轨道不平顺检测装置，其特征在于，所述加速度测量结构包括第一加速度传感器（3）和第二加速度传感器（7），所述第一加速度传感器（3）固定设置在所述第一走行轮（20）正上方，所述第二加速度传感器（7）设置在所述第二走行轮（9）正上方。

8.根据权利要求2所述的永磁轨道不平顺检测装置，其特征在于，所述车架（1）的上表面还设置有驱动电机（2）和电源（4），所述电源（4）设置在所述几何不平顺测量结构正上方，所述电源（4）分别与几何不平顺测量结构、磁场测量结构、计步器（10）、工业高速相机（12）和驱动电机（2）电连接，所述驱动电机（2）与所述第一走行轮（20）电连接。

9.根据权利要求8所述的永磁轨道不平顺检测装置，其特征在于，所述车架（1）上还设置有三轴陀螺仪（5），所述三轴陀螺仪（5）设置在所述电源（4）和所述数据采集系统（6）之间。

10.一种永磁轨道不平顺检测方法，其特征在于，包括：

获取数据采集指令，并将数据采集指令发送至数据采集系统，所述数据采集指令包括控制电源供电，启动驱动电机，并控制几何不平顺测量结构、磁场测量结构、计步器、工业高速相机和三轴陀螺仪进行同步采集，得到检测车的振动数据、车身姿态位移、几何不平顺测量结构的测量数据、磁场测量结构的测量数据、工业高速相机的测量数据、轨面磁场强度的检测数据和胶轮的轮转速脉冲信号；

基于惯性基准法对第一加速度传感器和第二加速度传感器测量得到检测车的振动数据和三轴向陀螺仪测得的检测车的车身姿态位移进行不平顺测量处理，得到检测车不平顺结果；

基于三点中弦弦测法对几何不平顺测量结构的测量数据进行计算，得到永磁轨道几何不平顺的测量结果；

基于磁场测量结构的测量数据对轨面磁场强度的检测数据进行数据补偿校正，得到校正后的轨面磁场强度数据；

基于胶轮的轮转速脉冲信号计算得到检测车的速度，并将所述工业高速相机的测量数据对所述检测车的速度进行累积误差校正，得到校正后的检测车速度数据；

基于空域重采样算法对所述检测车不平顺结果、所述永磁轨道几何不平顺的测量结果和校正后的所述轨面磁场强度数据进行时频分析，得到永磁轨道的不平顺检测结果。