一种高速动车组车轮多边形化的识别方法及装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108734060A(43)申请公布日2018.11.02(21)申请号201710256490.5(22)申请日2017.04.18(71)申请人香港理工大学深圳研究院地址518057广东省深圳市南山区高新园南区粤兴一道18号香港理工大学产学研大楼205室(72)发明人倪一清刘晓舟袁懋诞王俊芳(74)专利代理机构深圳中一专利商标事务所44237代理人阳开亮(51)Int.Cl.G06K9/00(2006.01)权利要求书3页说明书15页附图5页(54)发明名称一种高速动车组车轮多边形化的识别方法及装置(57)摘要本发明适用于高速铁路列车车轮磨耗识别的技术领域，提供了一种高速动车组车轮多边形化的识别方法及装置，识别方法包括：采用轨底纵向的应变传感器，通过监测驶经断面的车轮激励对钢轨产生的响应，获取车轮激励下的钢轨响应信号；对车轮激励下的钢轨响应信号进行预处理；在钢轨响应信号预处理的基础上提取信号特征，构造车轮多边形化指标；利用构造的车轮多边形化指标，识别车轮多边形化故障。本发明有益效果在于两方面，一方面，实现高速动车组车轮多边形化状态在线识别，提供车轮故障预警，另一方面，跟踪高速动车组车轮状态演变，指导车轮镟修工作。基于本发明研制的高效识别算法软件，能对存在多边形故障的车轮采取及时有效的检测维修措施。CN108734060ACN108734060A权利要求书1/3页1.一种高速动车组车轮多边形化的识别方法，其特征在于，包括：采用轨底纵向的应变传感器，通过监测驶经断面的车轮激励对钢轨产生的响应，获取车轮激励下的钢轨响应信号；对车轮激励下的钢轨响应信号进行预处理；在钢轨响应信号预处理的基础上提取信号特征，构造车轮多边形化指标；利用构造的车轮多边形化指标，识别车轮多边形化故障；其中，车轮多边形化指标为预处理后钢轨响应信号在固定阶次对应频带上的有效值与原始信号幅值之比，原始信号为预处理前的钢轨响应信号，固定阶次为固定的多边形阶次。2.如权利要求1所述的高速动车组车轮多边形化的识别方法，其特征在于，在所述采用轨底纵向的应变传感器，通过监测驶经断面的车轮激励对钢轨产生的响应，获取车轮激励下的钢轨响应信号之前，所述识别方法包括：在左轨或右轨的钢轨上，沿纵向布设应变传感器，形成应变传感器阵列，以实现覆盖整个车轮踏面圆周的多边形化故障检测。3.如权利要求1所述的高速动车组车轮多边形化的识别方法，其特征在于，所述获取车轮激励下的钢轨响应信号，具体为：识别单个应变传感器采集信号的峰值Ps及峰值所对应的时刻Pt，在各峰值左右侧取点数(N-1)/2与峰值共同形成一个N×1的序列si,j，该序列为第i个应变传感器采集到的第j个车轮激励下的轨底应变响应信号；其中，i∈(1,M)，M为单侧轨底应变传感器阵列中应变传感器数目，j∈(1,L)，Ps及Pt均为1×L向量，L为整列动车组的轮对数，序列长度N为可调参数。4.如权利要求1所述的高速动车组车轮多边形化的识别方法，其特征在于，在对车轮激励下的钢轨响应信号进行预处理之前，所述识别方法还包括：基于应变传感器监测数据的时域特征，根据动车组轴距或传感器间距，计算每个车轮通过监测断面时的速度。5.如权利要求1所述的高速动车组车轮多边形化的识别方法，其特征在于，所述对车轮激励下的钢轨响应信号进行预处理，具体为：对各应变传感器采集到的车轮激励下的钢轨响应信号，进行消除趋势顶的预处理。6.如权利要求1至5任一所述的高速动车组车轮多边形化的识别方法，其特征在于，所述在钢轨响应信号预处理的基础上提取信号特征，构造车轮多边形化指标，具体为：将钢轨响应信号按照不同频带分解，各频带中心频率为f(h)，上下限频率fl(h)及fu(h)具体为：fl(h)＝(h-0.5)v/πDfu(h)＝(h+0.5)v/πD其中，v为车速，h为固定的多边形阶次，D为车轮直径，为了获得频带(fl,fu)内的钢轨响应信号，能够将预处理后钢轨响应信号进行带通滤波：Y(k,fl,fu)＝HkSk式中Sk为st(t＝0,1,…,n-1)的离散傅里叶变换谱，st为经预处理后钢轨响应信号，即为S’，Y(k,fl,fu)为带通滤波后的DFT谱，Hk为滤波函数，Hk具体为：2CN108734060A权利要求书2/3页通过傅里叶逆变换，频带(fl,fu)内的窄带钢轨响应信号能够由下式得到：基于所得的窄带钢轨响应信号，一个基于钢轨响应信号特征的车轮多边形化指标PI，如下式：其中，车轮多边形化指标PI为预处理后钢轨响应信号在固定阶次h对应频带上的有效值与预处理前钢轨响应信号幅值之比。7.一种高速动车组车轮多边形化的识别装置，其特征在于，包括：钢轨响应信号获取模块，用于采用轨底纵向的应变传感器，通过