專利名稱：一種多波長高鐵軌道平順性檢測裝置和檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鐵路軌道檢測技術(shù)，涉及對鐵路軌道高低、軌向等平順性檢測裝置和方法的改進(jìn)。
背景技術(shù)：
目前，對鐵路軌道平順性的檢測方法主要有弦測法、慣性基準(zhǔn)法等。其中弦測法是指采用人工拉線的方法在軌道上真實搭建一條弦線，通過測量軌道軌頂面(軌距點(diǎn))與該弦線的相對位移，評價軌道的高低平順性。通過這種方法測得的軌道平順性，波長與檢測弦的長度密切相關(guān)，當(dāng)需要分析多種波長的軌道平順性時，需要更換檢測裝置重新測量，或者根據(jù)當(dāng)前檢測結(jié)果進(jìn)行“以小推大”的轉(zhuǎn)換，前者增加了檢測人員的工作量，工作效率低，后者存在較大誤差。慣性基準(zhǔn)法是通過設(shè)計高階濾波器實現(xiàn)對不同范圍的軌道平順性進(jìn)行分析，目前技術(shù)較為成熟的可以分析70m以內(nèi)的軌道不平順。這種方法不能滿足高鐵對100 米以上的長波不平順測量需求。慣性基準(zhǔn)法可參見《GJ-4型軌道檢查車的原理與應(yīng)用》，中國鐵道出版社，2000，張未。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種能對軌道的高低、軌向進(jìn)行多種波長連續(xù)檢測的檢測裝置和檢測方法，并能滿足高鐵對100米以上的長波不平順測量需求。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種高鐵軌道平順性檢測裝置，包括一個帶有檢測平臺的軌道檢測車，在檢測平臺的下表面固定有兩個位移器，它們是第一位移器LPDT和第二位移器RPDT，第一位移器LPDT和第二位移器RPDT分別位于輪軸兩端的正上方，第一位移器 LPDT和第二位移器RPDT的軸線與輪軸的軸線正交，在輪軸的一端安裝有里程儀0D，在檢測平臺的上表面安裝有數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，該數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括計算機(jī)、位移器數(shù)據(jù)采集控制盒、 OD數(shù)據(jù)采集卡和電源；其特征在于(1)在檢測平臺下表面固定有一個截面為矩形的、中空的檢測梁，檢測梁與輪軸平行，檢測梁橫向的垂直平分面與輪軸橫向的垂直平分面共面；檢測梁的諧振頻率不小于 70Hz ；在檢測梁內(nèi)部安裝有兩個位移器，分別是第三激光位移器GLPDT和第四激光位移器 GRPDT，在檢測梁的下表面、與第三激光位移器GLPDT和第四激光位移器GRPDT對應(yīng)的位置各有一個通光孔，第三激光位移器GLPDT和第四激光位移器GRPDT發(fā)射的激光束分別穿過上述通光孔后照射到左右股鋼軌的軌距點(diǎn)上；在檢測梁內(nèi)部還裝有一個軌向慣性測量組件 HIMU ；在檢測平臺的上表面安裝有一個軌向-里程預(yù)處理計算機(jī)，軌向慣性測量組件HIMU 的輸出端通過RS422總線與軌向-里程預(yù)處理計算機(jī)的串口連接；所說的第一位移器LPDT 和第二位移器RPDT是激光位移器；(2)在檢測平臺的上表面安裝有一套高低測量系統(tǒng)，它由左慣性測量組件LIMU、 右慣性測量組件RIMU和高低預(yù)處理計算機(jī)組成；左慣性測量組件LIMU和右慣性測量組件 RIMU位于輪軸左右車輪的正上方，左慣性測量組件LIMU和右慣性測量組件RIMU的垂向軸
7線分別與所對應(yīng)的左軌道、右軌道橫截面的垂直中心線重合；左慣性測量組件LIMU的輸出端通過RS422總線與高低預(yù)處理計算機(jī)的第一串口 Coml連接；右慣性測量組件RIMU的輸出端通過RS422總線與高低預(yù)處理計算機(jī)的第二串口 Com2連接；( 第一激光位移器LPDT、第二激光位移器RPDT、第三激光位移器GLPDT和第四激光位移器GRPDT的輸出端分別與位移器數(shù)據(jù)采集盒的相應(yīng)輸入端連接；在檢測平臺的上表面安裝有一個位移器預(yù)處理計算機(jī)，位移器數(shù)據(jù)采集盒的輸出端通過USB總線與位移器預(yù)處理計算機(jī)的USB 口連接；(4)高低預(yù)處理計算機(jī)、位移預(yù)處理計算機(jī)和軌向-里程預(yù)處理計算機(jī)通過局域網(wǎng)與計算機(jī)連接。使用如上面所述的高鐵軌道平順性檢測裝置檢測鐵路軌道平順性的方法，其特征在于，檢測的步驟如下1、傳感器數(shù)據(jù)采集存儲的步驟1. 1、高低數(shù)據(jù)采集存儲系統(tǒng)上電后，左慣性測量組件LIMU和右慣性測量組件開始工作，高低預(yù)處理計算機(jī)每隔m秒讀取第一串口 coml和第二串口 com2的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)記為 ω ，"yL' wZL'Axl, AyL, Azl, ωχΕ, coyK，ωzK，AxK，AyK，AzK，并進(jìn)行保存；其中，ωΛ 表示左慣性測量組件LIMU的橫滾角速率，ω%表示左慣性測量組件LIMU的航向角速率，表示左慣性測量組件LIMU的俯仰角速率，Αλ，AyL, Azl分別表示左慣性測量組件LIMU的橫向、縱向、 天向加速度；ωχΚ表示右慣性測量組件RIMU的橫滾角速率，《yK表示右慣性測量組件RIMU 的航向角速率，ω ζΚ表示右慣性測量組件RIMU的俯仰角速率，Axk，AyK，AzK分別表示右慣性測量組件RIMU的橫向、縱向、天向加速度；m的取值范圍是0. 001秒 0. 01秒；1.2、軌向數(shù)據(jù)采集存儲系統(tǒng)上電后，軌向慣性測量組件HIMU開始工作，每隔m 秒，軌向慣性測量組件HIMU向軌向-里程預(yù)處理計算機(jī)第一串口 coml發(fā)送采樣數(shù)據(jù)，記為 ωχΗ，coyH，ωζΗ，Axh，Ayll，Azh ；其中ωχΗ表示軌向慣性測量組件HIMU的橫滾角速率，其中coyH 表示軌向慣性測量組件HIMU的航向角速率，其中ωzH表示軌向慣性測量組件HIMU的俯仰角速率，Axh，Ayll，Azh分別表示軌向慣性測量組件HIMU的橫向、縱向、天向加速度，并進(jìn)行保存；1. 3、里程數(shù)據(jù)采集存儲系統(tǒng)上電后，里程測量組件OD開始工作，每隔m秒，里程測量組件OD向軌向-里程預(yù)處理計算機(jī)的第二串口 com2發(fā)送一個采樣數(shù)據(jù)，軌向-里程預(yù)處理計算機(jī)將采樣數(shù)據(jù)記為N。d并進(jìn)行保存；1.4、激光位移器采集存儲系統(tǒng)上電后，激光位移器數(shù)據(jù)控制盒開始工作，每隔m 秒，激光位移器數(shù)據(jù)控制盒向位移器預(yù)處理計算機(jī)發(fā)送一個采樣數(shù)據(jù)包，每個采樣數(shù)據(jù)包有4個采樣數(shù)據(jù)，記為Dp D胃、Dgl, DeK，其中，Dwl為第一激光位移器LPDT所測量位移的采樣數(shù)據(jù)；D胃為第二激光位移器RPDT所測量位移的采樣數(shù)據(jù)；Da為第三激光位移器GLPDT所測量位移的采樣數(shù)據(jù)；Dct為第四激光位移器GRPDT所測量位移的采樣數(shù)據(jù)，并進(jìn)行保存；2、數(shù)據(jù)預(yù)處理的步驟2. 1、高低預(yù)處理高低預(yù)處理計算機(jī)對數(shù)據(jù)的預(yù)處理過程是2. 1. 1、左慣性測量組件LIMU數(shù)據(jù)預(yù)處理2. 1. 1. 1、計算左慣性測量組件LIMU的當(dāng)前姿態(tài)保持軌道車靜止ml秒，ml取值范圍為100秒 200秒，在ml秒內(nèi)的采樣個數(shù)為n，η = ml/m取整數(shù)；
根據(jù)下式計算出左慣性測量組件LIMU的橫滾角速率均值
權(quán)利要求
1.一種高鐵軌道平順性檢測裝置，包括一個帶有檢測平臺[15]的軌道檢測車，在檢測平臺[15]的下表面固定有兩個位移器，它們是第一位移器LPDT[9]和第二位移器 RPDT [10]，第一位移器LPDT [9]和第二位移器RPDT [10]分別位于輪軸[17]兩端的正上方， 第一位移器LPDT [9]和第二位移器RPDT [10]的軸線與輪軸[17]的軸線正交，在輪軸[17] 的一端安裝有里程儀0D[14]，在檢測平臺[15]的上表面安裝有數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，該數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括計算機(jī)[1]、位移器數(shù)據(jù)采集控制盒[5]、0D數(shù)據(jù)采集卡[6]和電源；其特征在于(1)在檢測平臺[15]下表面固定有一個截面為矩形的、中空的檢測梁[16]，檢測梁 [16]與輪軸[17]平行，檢測梁[16]橫向的垂直平分面與輪軸橫向的垂直平分面共面；檢測梁[16]的諧振頻率不小于70Hz ；在檢測梁[16]內(nèi)部安裝有兩個位移器，分別是第三激光位移器GLPDT[11]和第四激光位移器GRPDT[12]，在檢測梁[16]的下表面、與第三激光位移器GLPDT[11]和第四激光位移器GRPDT[12]對應(yīng)的位置各有一個通光孔，第三激光位移器GLPDT[11]和第四激光位移器GRPDT[12]發(fā)射的激光束分別穿過上述通光孔后照射到左右股鋼軌的軌距點(diǎn)上；在檢測梁[16]內(nèi)部還裝有一個軌向慣性測量組件HIMU[13]；在檢測平臺[15]的上表面安裝有一個軌向-里程預(yù)處理計算機(jī)W]，軌向慣性測量組件HIMU[13] 的輸出端通過RS422總線與軌向-里程預(yù)處理計算機(jī)[4]的串口連接；所說的第一位移器 LPDT [9]和第二位移器RPDT [10]是激光位移器；(2)在檢測平臺[15]的上表面安裝有一套高低測量系統(tǒng)，它由左慣性測量組件 LIMU[7]、右慣性測量組件RIMU[8]和高低預(yù)處理計算機(jī)[2]組成；左慣性測量組件 LIMU[7]和右慣性測量組件RIMU[8]位于輪軸[17]左右車輪的正上方，左慣性測量組件 LIMU[7]和右慣性測量組件RIMU[8]的垂向軸線分別與所對應(yīng)的左軌道、右軌道橫截面的垂直中心線重合；左慣性測量組件LIMU[7]的輸出端通過RS422總線與高低預(yù)處理計算機(jī) [2]的第一串口 Coml連接；右慣性測量組件RIMU[8]的輸出端通過RS422總線與高低預(yù)處理計算機(jī)[2]的第二串口 Com2連接；(3)第一激光位移器LPDT[9]、第二激光位移器RPDT[10]、第三激光位移器GLPDT[11] 和第四激光位移器GRPDT[12]的輸出端分別與位移器數(shù)據(jù)采集盒[5]的相應(yīng)輸入端連接； 在檢測平臺[15]的上表面安裝有一個位移器預(yù)處理計算機(jī)[3]，位移器數(shù)據(jù)采集盒[5]的輸出端通過USB總線與位移器預(yù)處理計算機(jī)[3]的USB 口連接；(4)高低預(yù)處理計算機(jī)[2]、位移預(yù)處理計算機(jī)[3]和軌向-里程預(yù)處理計算機(jī)[4]通過局域網(wǎng)與計算機(jī)[1]連接。
2.使用如權(quán)利要求1所述的高鐵軌道平順性檢測裝置檢測鐵路軌道平順性的方法，其特征在于，檢測的步驟如下2. 1、傳感器數(shù)據(jù)采集存儲的步驟2. 1. 1、高低數(shù)據(jù)采集存儲系統(tǒng)上電后，左慣性測量組件LIMU[7]和右慣性測量組件 [8]開始工作，高低預(yù)處理計算機(jī)[2]每隔m秒讀取第一串口 coml和第二串口 com2的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)記為 qxl' QyL' ω zl，AxL，AyL，AzL，ωχΕ, ωγΕ, ω zR，AxR，AyR，AzR， 并進(jìn)行保存；其中， ω Λ表示左慣性測量組件LIMU[7]的橫滾角速率，ω 表示左慣性測量組件LIMU[7]的航向角速率，"zL表示左慣性測量組件LIMU[7]的俯仰角速率，Axl, AyL, Azl分別表示左慣性測量組件LIMU[7]的橫向、縱向、天向加速度；ωχΚ表示右慣性測量組件RIMU[8]的橫滾角速率，ωyK表示右慣性測量組件RIMU[8]的航向角速率，ω zK表示右慣性測量組件RIMU[8]的俯仰角速率，Axk，AyK，Aze分別表示右慣性測量組件RIMU[8]的橫向、縱向、天向加速度；m的取值范圍是0. 001秒 0. 01秒；.2. 1. 2、軌向數(shù)據(jù)采集存儲系統(tǒng)上電后，軌向慣性測量組件HIMU[13]開始工作，每隔m 秒，軌向慣性測量組件HIMU[13]向軌向-里程預(yù)處理計算機(jī)[4]第一串口 coml發(fā)送采樣數(shù)據(jù)，記為ωχΗ，coyH，ωζΗ，Axh，Ayll，Azh ；其中ωχΗ表示軌向慣性測量組件HIMU[13]的橫滾角速率，其中《yH表示軌向慣性測量組件HIMU[13]的航向角速率，其中ωζΗ表示軌向慣性測量組件HIMU[13]的俯仰角速率，Axh，Ayll，Azh分別表示軌向慣性測量組件HIMU[13]的橫向、 縱向、天向加速度，并進(jìn)行保存；.2. 1. 3、里程數(shù)據(jù)采集存儲系統(tǒng)上電后，里程測量組件0D[14]開始工作，每隔m秒，里程測量組件0D[14]向軌向-里程預(yù)處理計算機(jī)W]的第二串口 com2發(fā)送一個采樣數(shù)據(jù)， 軌向-里程預(yù)處理計算機(jī)[4]將采樣數(shù)據(jù)記為N。d并進(jìn)行保存；.2. 1.4、激光位移器采集存儲系統(tǒng)上電后，激光位移器數(shù)據(jù)控制盒[5]開始工作，每隔 m秒，激光位移器數(shù)據(jù)控制盒[5]向位移器預(yù)處理計算機(jī)[3]發(fā)送一個采樣數(shù)據(jù)包，每個采樣數(shù)據(jù)包有4個采樣數(shù)據(jù)，記為Dp D胃、Da、DeK，其中，Di為第一激光位移器LPDT[9]所測量位移的采樣數(shù)據(jù)；Dwk為第二激光位移器RPDT[10]所測量位移的采樣數(shù)據(jù)；Da為第三激光位移器GLPDT[11]所測量位移的采樣數(shù)據(jù)；DeK為第四激光位移器GRPDT[12]所測量位移的采樣數(shù)據(jù)，并進(jìn)行保存； .2. 2、數(shù)據(jù)預(yù)處理的步驟
全文摘要
本發(fā)明屬于鐵路軌道檢測領(lǐng)域，涉及一種多波長軌道不平順檢測裝置和檢測方法的改進(jìn)。本發(fā)明的檢測裝置包括一個帶有檢測平臺[15]的軌道檢測車，在檢測平臺[15]的上表面安裝有包括計算機(jī)，位移器，位移器數(shù)據(jù)采集卡[5]、OD數(shù)據(jù)采集卡[6]和電源的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其特征在于所說的位移器是激光位移器，在檢測梁[16]內(nèi)部安裝有兩個激光位移器，在檢測平臺[15]的上表面安裝有一套高低測量系統(tǒng)。本發(fā)明檢測方法的步驟是傳感器數(shù)據(jù)采集存儲的步驟；數(shù)據(jù)預(yù)處理的步驟；綜合數(shù)據(jù)采集處理。本發(fā)明的檢測裝置和檢測方法大大縮短了軌道上的工作時間，提高了檢測效率；并滿足了高鐵對100米以上的長波不平順的測量需求。
文檔編號G01B11/30GK102252636SQ20111008980
公開日2011年11月23日 申請日期2011年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月12日
發(fā)明者黨進(jìn), 劉小溪, 張金紅, 焦飛, 祝運(yùn)剛, 陳歡 申請人:中國航空工業(yè)第六一八研究所