基于振動模態(tài)分析技術(shù)的高速道岔裂紋監(jiān)測裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于振動模態(tài)分析技術(shù)的高速道岔裂紋監(jiān)測裝置及方法，包括，監(jiān)測主機和八個振動加速度傳感器；監(jiān)測主機包括有，信號調(diào)理模塊、A/D采集模塊、FPGA信號處理模塊。本發(fā)明通過采集采集列車通過高速道岔時的振動加速度信號進行數(shù)據(jù)振動模態(tài)分析實現(xiàn)高速道岔裂紋監(jiān)測，多線程技術(shù)設計，采集列車通過高速道岔時的振動信號進行數(shù)據(jù)振動模態(tài)分析實現(xiàn)高速道岔裂紋監(jiān)測換不會引起進程切換，從而提高系統(tǒng)的并發(fā)程度；可實時獲取列車通過高速道岔時監(jiān)測點的振動數(shù)據(jù)，采用振動加速度傳感器方式，無機械觸點，道岔原始數(shù)據(jù)實現(xiàn)集中處理，提高了數(shù)據(jù)的安全性，實現(xiàn)損傷預測可靠性和穩(wěn)定性。
【專利說明】基于振動模態(tài)分析技術(shù)的高速道岔裂紋監(jiān)測裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鐵路軌道監(jiān)測裝置，特別是一種基于振動模態(tài)分析技術(shù)的高速道岔裂紋監(jiān)測裝置及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，高速重載鐵路運營線上的鋼軌出現(xiàn)斷裂，將嚴重威脅行車安全。尤其是高速道岔部位的鋼軌易發(fā)生故障；我國鐵路部門針對行車安全制定的“三防”措施，其中之一就是防斷軌。對于斷軌的監(jiān)控預防應強化鋼軌各種探傷作業(yè)的管理和提高鋼軌各種探傷作業(yè)的質(zhì)量。但是不論哪種鋼軌探傷作業(yè)，因為存在作業(yè)周期問題、探傷設備本身可能存在質(zhì)量問題和人為因素等原因，所以不可能完全發(fā)現(xiàn)鋼軌缺陷從而預防斷軌并及時發(fā)現(xiàn)斷軌。斷軌一旦出現(xiàn)，要求至少能向前方來車發(fā)出信號并使之有足夠時間采取防范措施。要及時發(fā)現(xiàn)斷軌并制止惡性運營事故的發(fā)生，就需要實時檢測斷軌。從工作原理來講，實時斷軌檢測方法主要兩類。即基于軌道電路原理方法的牽引回流實時斷軌檢測方法和準軌道電路實時斷軌檢測方法，基于非軌道電路原理方法的光纖實時斷軌檢測方法、應力實時斷軌檢測方法和聲波實時斷軌檢測方法。牽引回流和準軌道電路實時斷軌檢測方法在道岔、護軌等特殊工況的檢測靈敏度和系統(tǒng)可靠性表現(xiàn)不佳，聲波實時斷軌檢測方法在機械絕緣處的檢測靈敏度和系統(tǒng)可靠性方面較差，光纖實時斷軌檢測方法的安裝操作和可修復性有待提高，應力實時斷軌檢測方法則是在靈敏度、系統(tǒng)可靠性和可修復性上表現(xiàn)不佳。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述的現(xiàn)有的高速道岔檢測裝置效果不理想的問題，本發(fā)明提供一種基于振動模態(tài)分析技術(shù)的高速道岔裂紋監(jiān)測裝置及方法。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:基于振動模態(tài)分析技術(shù)的高速道岔裂紋監(jiān)測裝置，包括，監(jiān)測主機和八個振動加速度傳感器；
所述的監(jiān)測主機包括有，八個信號調(diào)理模塊、八個A/D采集模塊、FPGA信號處理模塊、電源接口、電源保護模塊、電源檢測模塊、電源控制模塊、網(wǎng)絡接口模塊、存儲器模塊和溫度傳感器；
完成振動加速度信號的放大、濾波、調(diào)理處理功能的信號調(diào)理模塊的輸入端聯(lián)接至對應的振動加速度傳感器，輸出端分別聯(lián)接其對應的A/D采集模塊；完成信號數(shù)模轉(zhuǎn)換的A/D采集模塊分別與電源檢測模塊和溫度傳感器聯(lián)接；
完成模態(tài)參數(shù)識別和信號運算處理功能的FPGA信號處理模塊分別聯(lián)接八個A/D采集模塊、存儲器模塊、溫度傳感器、網(wǎng)絡接口模塊和電源檢測模塊；
提供直流24V供電的電源接口通過電源保護模塊與電源檢測模塊聯(lián)接；電源檢測模塊分別聯(lián)接FPGA信號處理模塊、溫度傳感器和八個A/D采集模塊。
[0005]進一步，本發(fā)明提供一種采用振動模態(tài)分析技術(shù)監(jiān)測高速道岔裂紋的方法，采集列車通過高速道岔時的振動加速度信號進行數(shù)據(jù)模態(tài)分析實現(xiàn)高速道岔裂紋監(jiān)測的方法，該方法包括以下步驟:A.在高速道岔設置一組振動加速度傳感器；B.采集列車通過高速道岔時的振動加速度信號；C.將振動加速度信號經(jīng)過信號放大、濾波、調(diào)理處理，然后進行信號的模/數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；D.該數(shù)字信號通過FPGA技術(shù)進行信號預處理和模態(tài)識別后得到高速道岔鋼軌的狀態(tài)參數(shù)。
[0006]本發(fā)明采用振動加速度傳感器方式，無機械觸點，設置多個服務線程，數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預處理、模態(tài)參數(shù)識別、網(wǎng)絡通信、數(shù)據(jù)存儲，提高系統(tǒng)吞吐量和有效的使用系統(tǒng)資源。
[0007]本發(fā)明具有的有益效果是:采用振動加速度信號進行數(shù)據(jù)模態(tài)分析實現(xiàn)高速道岔裂紋監(jiān)測，采用多線程技術(shù)設計，減少程序并發(fā)執(zhí)行時所付出的時空開銷，以改善資源利用率及提高系統(tǒng)的吞吐量，將數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預處理、模態(tài)參數(shù)識別、數(shù)據(jù)通信等模塊設計在同一進程內(nèi)；在同一進程中，線程的切換不會引起進程切換，從而提高系統(tǒng)的并發(fā)程度；可實時獲取列車通過高速道岔時監(jiān)測點的振動加速度數(shù)據(jù)，采用差分傳輸，抗干擾能力強；采用振動加速度傳感器方式，無機械觸點，道岔原始數(shù)據(jù)集中處理，以便于提高數(shù)據(jù)的安全性、可靠性和穩(wěn)定性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意框圖。

【具體實施方式】
[0009]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0010]如圖1所示，基于振動模態(tài)分析技術(shù)的高速道岔裂紋監(jiān)測裝置，包括，監(jiān)測主機和八個振動加速度傳感器；
所述的監(jiān)測主機包括有，八個信號調(diào)理模塊、八個A/D采集模塊、FPGA信號處理模塊、電源接口、電源保護模塊、電源檢測模塊、電源控制模塊、網(wǎng)絡接口模塊、存儲器模塊和溫度傳感器；
完成振動加速度信號的放大、濾波、調(diào)理處理功能的信號調(diào)理模塊的輸入端聯(lián)接至對應的振動加速度傳感器，輸出端分別聯(lián)接其對應的A/D采集模塊；完成信號數(shù)模轉(zhuǎn)換的A/D采集模塊分別與電源檢測模塊和溫度傳感器聯(lián)接；
完成模態(tài)參數(shù)識別和信號運算處理功能的FPGA信號處理模塊分別聯(lián)接八個A/D采集模塊、存儲器模塊、溫度傳感器、網(wǎng)絡接口模塊和電源檢測模塊；所述的溫度傳感器用于檢測檢測主機的溫度，保障其正常工作狀態(tài)。
[0011]提供直流24V供電的電源接口通過電源保護模塊與電源檢測模塊聯(lián)接；提高供電電源可靠性，電源檢測模塊分別聯(lián)接FPGA信號處理模塊、溫度傳感器和八個A/D采集模塊。
[0012]具體實施過程:A.在高速道岔設置一組八個振動加速度傳感器；B.振動加速度傳感器采集列車通過高速道岔時的振動加速度信號；C.將振動加速度信號經(jīng)過信號調(diào)理模塊進行信號放大、濾波、調(diào)理處理，然后通過A/D采集模塊將信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；D.數(shù)字信號通過FPGA信號處理模塊進行信號預處理和模態(tài)識別后得到高速道岔鋼軌的狀態(tài)參數(shù)；狀態(tài)參數(shù)可通過存儲器模塊進行現(xiàn)場存儲，同時通過網(wǎng)絡接口模塊進行遠程傳輸至監(jiān)測中心；通過分析道岔鋼軌狀態(tài)參數(shù)，實現(xiàn)鋼軌損傷預測。
[0013]本發(fā)明采用振動加速度信號進行數(shù)據(jù)模態(tài)分析實現(xiàn)高速道岔裂紋監(jiān)測，多線程技術(shù)設計，將數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預處理、模態(tài)參數(shù)識別、數(shù)據(jù)通信等模塊設計在同一進程內(nèi)；在同一進程中，線程的切換不會引起進程切換，從而提高系統(tǒng)的并發(fā)程度；，采用振動加速度傳感器方式，無機械觸點，可實時獲取列車通過高速道岔時監(jiān)測點的振動加速度數(shù)據(jù)，通過分析道岔鋼軌狀態(tài)參數(shù)，實現(xiàn)高速道岔鋼軌損傷預測，原始數(shù)據(jù)實現(xiàn)集中處理，提高了數(shù)據(jù)的安全性，實現(xiàn)損傷預測可靠性和穩(wěn)定性。
【權(quán)利要求】
1.一種基于振動模態(tài)分析技術(shù)的高速道岔裂紋監(jiān)測裝置，其特征在于，包括，監(jiān)測主機和八個振動加速度傳感器； 所述的監(jiān)測主機包括有，八個信號調(diào)理模塊、八個A/D采集模塊、FPGA信號處理模塊、電源接口、電源保護模塊、電源檢測模塊、電源控制模塊、網(wǎng)絡接口模塊、存儲器模塊和溫度傳感器； 完成振動加速度信號的放大、濾波、調(diào)理處理功能的信號調(diào)理模塊的輸入端聯(lián)接至對應的振動加速度傳感器，輸出端分別聯(lián)接其對應的A/D采集模塊；完成信號數(shù)模轉(zhuǎn)換的A/D采集模塊分別與電源檢測模塊和溫度傳感器聯(lián)接； 完成模態(tài)參數(shù)識別和信號運算處理功能的FPGA信號處理模塊分別聯(lián)接八個A/D采集模塊、存儲器模塊、溫度傳感器、網(wǎng)絡接口模塊和電源檢測模塊； 提供直流24V供電的電源接口通過電源保護模塊與電源檢測模塊聯(lián)接；電源檢測模塊分別聯(lián)接FPGA信號處理模塊、溫度傳感器和八個A/D采集模塊。
2.一種采用振動模態(tài)分析技術(shù)監(jiān)測高速道岔裂紋的方法，其特征在于，采集列車通過高速道岔時的振動加速度信號進行數(shù)據(jù)模態(tài)分析實現(xiàn)高速道岔裂紋監(jiān)測的方法，該方法包括以下步驟:A.在高速道岔設置一組振動加速度傳感器；B.采集列車通過高速道岔時的振動加速度信號；C.將振動加速度信號經(jīng)過信號放大、濾波、調(diào)理處理，然后進行信號的模/數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；D.該數(shù)字信號通過FPGA技術(shù)進行信號預處理和模態(tài)識別后得到高速道岔鋼軌的狀態(tài)參數(shù)。
【文檔編號】B61K9/10GK104309642SQ201410668703
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月21日
【發(fā)明者】袁友茂, 武清海, 伍安國 申請人:成都光大靈曦科技發(fā)展股份有限公司