一种铁路车辆轴承声学探测系统的数字化方法及其实现装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于列车安全监控技术领域，具体涉及一种铁路车辆轴承声学探测系统的数字化方法。
【背景技术】
[0002]滚动轴承是列车走行部的关键部件，其质量的好坏直接影响到行车安全。我国各种列车具有开行密度大，运行里程长，运行环境复杂，轴承型式多样，寿命离散性大等特点，对列车轴承的运行状态进行动态监测是确保列车运行安全的重要手段。
[0003]现在国内对于列车轴承的运行状态的检测主要依赖红外轴温测量装置。轴温测量装置可分为轨边测量系统和车载测量系统两类，满足各种列车车辆的轴温监测。温度监测对轴承载荷、速度和润滑情况的变化比较灵敏。但是，当轴承出现诸如早期点蚀、剥落、轻微磨损等微小故障时，温度监测基本上没有反应。只有当故障达到一定的严重程度时，才会出现明显的温升现象，故温度检测不适用早期故障，及点蚀、局部剥落等局部损伤类故障。
[0004]另一种对轴承故障的诊断方式是货车滚动轴承早期故障轨边声学诊断系统，主要针对货车的轴承检测。系统采用轨边声学诊断技术，对运行列车的货车轴承的振动声音信号进行采集分析，建立复杂的数学模型，可以有效地判断轴承内圈、外圈、滚子等故障。该系统中，轨边麦克风传感器将车辆轴承声音信号转换为模拟电压信号，通过长电缆线将模拟电压信号传输至信号调理箱进行限幅和滤波等调理操作。主控计算机通过专业A/D采集卡对调理后的模拟信号进行采样和A/D转换，之后进行数据处理。此方案存在的缺点为:
(I)轨边产生的电压信号以模拟信号方式直接通过长电缆线进行传输，由于轨边电磁环境恶劣，模拟电压信号极容易引入噪声干扰。(2)模拟电压信号需要多次调理操作，易引入误差和噪声干扰。(3)模拟电压传输通道独立，电缆线路资源有限。(4)轨边现场电缆多样复杂施工量较大。
【发明内容】
[0005]针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种铁路车辆轴承声学探测系统的数字化方法，在轨边保护柜里通过嵌入式软硬件对列车信号进行处理，获得过车数据，通过高速网络以特定报文的方式上传至车辆段数据中心。将本发明提供的数字化采集和传输方案应用于车辆轴承声学探测系统中，克服现有系统在现场应用当中的信号质量下降，传输易受干扰和现场施工量大的缺点。
[0006]本发明提出一种铁路车辆轴承声学探测系统的数字化方法，具体包括以下几个步骤:
[0007]步骤一:开机传感器采集列车车轮信息转换成车轮电压脉冲信号，发送给主控系统；主控系统中的中断信号调理模块响应开机传感器产生的车轮电压脉冲信号，启动数字采集系统。
[0008]步骤二:车轮传感器采集列车车轮信息并转换成车轮电压脉冲信号同时发给主控系统中的中断信号调理模块和数字采集系统中的信号调理模块；数字麦克风阵列把列车通过时的轴承声音信号转换成轴承声音数字信号，发送给数字采集系统中的FPGA。
[0009]所述的中断信号调理模块和信号调理模块可以对所述的车轮电压脉冲信号进行去干扰噪声预处理，得到准确的车轮信息。
[0010]步骤三:所述的数据采集系统中的信号调理模块对车轮传感器产生的车轮电压脉冲信号进行预处理后发送给可编程门阵列FPGA，所述的可编程门阵列FPGA对车轮电压脉冲信号和轴承声音数字信号进行采集处理，并通过数据缓存模块与主控系统进行数据交换。
[0011]步骤四:主控系统对通过数据缓存模块从数据采集系统中获取的轴承声音数据和车轮电压脉冲数据进行处理:对声音数据进行节选和重组，提取出每个车轮轴承对应的声音文件，通过声音文件判断轴承故障，并形成数据报文存储于硬盘中；微处理器MCU通过中断信号调理模块获取列车车轮电压脉冲信号，形成车轮信号序列，通过射频车号模块获取列车车辆的车号信息，综合车号信息和车轮信号序列，可进行计轴计辆，计算行车速度，并形成数据报文存储于硬盘中。
[0012]步骤五:主控系统通过网络设备与中心服务器连接，进行数据交换，把每次过车形成的数据报文上传中心服务器，以便工作人员察看并进行故障报警。
[0013]本发明的优点在于:
[0014](I)本发明提出一种铁路车辆轴承声学探测系统的数字化方法，车辆轴承声音采集直接使用数字麦克风，和其他信号同在轨边保护柜内直接进行处理，现场数据全部数字化，避免了模拟信号长线传输带来的信号噪声，信号质量好，抗干扰能力强。
[0015](2)本发明提出一种铁路车辆轴承声学探测系统的数字化方法，数字化数据直接由高速网络通道传送至中心服务器，节约电缆线路资源。
【附图说明】
[0016]图1:本发明提出一种铁路车辆轴承声学探测系统的数字化方法的结构框图；
[0017]图2:本发明提出一种铁路车辆轴承声学探测系统的数字化方法的流程图。
【具体实施方式】
[0018]下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。
[0019]本发明首先提出一种铁路车辆轴承声学探测系统的数字化装置，如图1所示，所述数字化装置包括主控系统、数据采集系统、车轮传感器、开机传感器，数字麦克风阵列及网络设备。其中主控系统包括微处理器模块(微处理器MCU、内存RAM、硬盘)、射频车号模块、电机闭环控制模块及中断信号调理模块，所述内存RAM、硬盘直接连接微处理器MCU，所述的微处理器MCU上连接电机闭环控制模块，并通过串口连接射频车号模块，通过网络接口连接网络设备，通过中断接口连接中断信号调理模块，所述的中断信号调理模块用于接收开机传感器和车轮传感器的信号并发送给微处理器MCU。数据采集系统包括可编程门阵列FPGA、数据缓存模块、信号调理模块，所述的数据缓存模块用于可编程门阵列FPGA与微处理器MCU之间的数据通讯，所述的信号调理模块用于接收车轮传感器的信号给FPGA，所述的数字麦克风阵列连接在所述的FPGA上。上述各模块均通过电源模块进行供电。
[0020]所述的数字化装置工作过程为:主控系统中的射频车号模块接入射频车号信号，中断信号调理模块接入开机传感器及车轮传感器信号，电机闭环控制模块控制轨边保护机柜的保护门，微处理器模块作为探测系统核心，汇总数据、分析数据、处理数据、存储数据并通过网络设备与中心服务器进行数据交换；数据采集系统接入数字麦克风阵列信号，信号调理模块接入车轮传感器信号。
[0021]基于上述的数字化装置，本发明提供的数字化方法具体包括以下几个步骤，如图2所示:
[0022]步骤一:安装在铁轨上的开机传感器采集列车车轮信息转换成车轮电压脉冲信号，发送给主控系统；主控系统中的中断信号调理模块响应开机传感器产生的车轮电压脉冲信号，打开轨边保护柜的保护门，启动数字采集系统。
[0023]步骤二:车轮传感器采集列车车轮信息并转换成车轮电压脉冲信号同时发给主控系统中的中断信号调理模块和数字采集系统中的信号调理模块；数字麦克风阵列把列车通过时的轴承声音信号转换成轴承声音数字信号，发送给数字采集系统中的FP