专利名称：一种多波长高铁轨道平顺性检测装置和检测方法
技术领域：
本发明属于铁路轨道检测技术，涉及对铁路轨道高低、轨向等平顺性检测装置和方法的改进。
背景技术：
目前，对铁路轨道平顺性的检测方法主要有弦测法、惯性基准法等。其中弦测法是指采用人工拉线的方法在轨道上真实搭建一条弦线，通过测量轨道轨顶面(轨距点)与该弦线的相对位移，评价轨道的高低平顺性。通过这种方法测得的轨道平顺性，波长与检测弦的长度密切相关，当需要分析多种波长的轨道平顺性时，需要更换检测装置重新测量，或者根据当前检测结果进行“以小推大”的转换，前者增加了检测人员的工作量，工作效率低，后者存在较大误差。惯性基准法是通过设计高阶滤波器实现对不同范围的轨道平顺性进行分析，目前技术较为成熟的可以分析70m以内的轨道不平顺。这种方法不能满足高铁对100 米以上的长波不平顺测量需求。惯性基准法可参见《GJ-4型轨道检查车的原理与应用》，中国铁道出版社，2000，张未。
发明内容
本发明的目的是提出一种能对轨道的高低、轨向进行多种波长连续检测的检测装置和检测方法，并能满足高铁对100米以上的长波不平顺测量需求。本发明的技术方案是一种高铁轨道平顺性检测装置，包括一个带有检测平台的轨道检测车，在检测平台的下表面固定有两个位移器，它们是第一位移器LPDT和第二位移器RPDT，第一位移器LPDT和第二位移器RPDT分别位于轮轴两端的正上方，第一位移器 LPDT和第二位移器RPDT的轴线与轮轴的轴线正交，在轮轴的一端安装有里程仪0D，在检测平台的上表面安装有数据处理系统，该数据处理系统包括计算机、位移器数据采集控制盒、 OD数据采集卡和电源；其特征在于(1)在检测平台下表面固定有一个截面为矩形的、中空的检测梁，检测梁与轮轴平行，检测梁横向的垂直平分面与轮轴横向的垂直平分面共面；检测梁的谐振频率不小于 70Hz ；在检测梁内部安装有两个位移器，分别是第三激光位移器GLPDT和第四激光位移器 GRPDT，在检测梁的下表面、与第三激光位移器GLPDT和第四激光位移器GRPDT对应的位置各有一个通光孔，第三激光位移器GLPDT和第四激光位移器GRPDT发射的激光束分别穿过上述通光孔后照射到左右股钢轨的轨距点上；在检测梁内部还装有一个轨向惯性测量组件 HIMU ；在检测平台的上表面安装有一个轨向-里程预处理计算机，轨向惯性测量组件HIMU 的输出端通过RS422总线与轨向-里程预处理计算机的串口连接；所说的第一位移器LPDT 和第二位移器RPDT是激光位移器；(2)在检测平台的上表面安装有一套高低测量系统，它由左惯性测量组件LIMU、 右惯性测量组件RIMU和高低预处理计算机组成；左惯性测量组件LIMU和右惯性测量组件 RIMU位于轮轴左右车轮的正上方，左惯性测量组件LIMU和右惯性测量组件RIMU的垂向轴
7线分别与所对应的左轨道、右轨道横截面的垂直中心线重合；左惯性测量组件LIMU的输出端通过RS422总线与高低预处理计算机的第一串口 Coml连接；右惯性测量组件RIMU的输出端通过RS422总线与高低预处理计算机的第二串口 Com2连接；( 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的输出端分别与位移器数据采集盒的相应输入端连接；在检测平台的上表面安装有一个位移器预处理计算机，位移器数据采集盒的输出端通过USB总线与位移器预处理计算机的USB 口连接；(4)高低预处理计算机、位移预处理计算机和轨向-里程预处理计算机通过局域网与计算机连接。使用如上面所述的高铁轨道平顺性检测装置检测铁路轨道平顺性的方法，其特征在于，检测的步骤如下1、传感器数据采集存储的步骤1. 1、高低数据采集存储系统上电后，左惯性测量组件LIMU和右惯性测量组件开始工作，高低预处理计算机每隔m秒读取第一串口 coml和第二串口 com2的数据，将数据记为 ω ，"yL' wZL'Axl, AyL, Azl, ωχΕ, coyK，ωzK，AxK，AyK，AzK，并进行保存；其中，ωΛ 表示左惯性测量组件LIMU的横滚角速率，ω%表示左惯性测量组件LIMU的航向角速率，表示左惯性测量组件LIMU的俯仰角速率，Αλ，AyL, Azl分别表示左惯性测量组件LIMU的横向、纵向、 天向加速度；ωχΚ表示右惯性测量组件RIMU的横滚角速率，《yK表示右惯性测量组件RIMU 的航向角速率，ω ζΚ表示右惯性测量组件RIMU的俯仰角速率，Axk，AyK，AzK分别表示右惯性测量组件RIMU的横向、纵向、天向加速度；m的取值范围是0. 001秒 0. 01秒；1.2、轨向数据采集存储系统上电后，轨向惯性测量组件HIMU开始工作，每隔m 秒，轨向惯性测量组件HIMU向轨向-里程预处理计算机第一串口 coml发送采样数据，记为 ωχΗ，coyH，ωζΗ，Axh，Ayll，Azh ；其中ωχΗ表示轨向惯性测量组件HIMU的横滚角速率，其中coyH 表示轨向惯性测量组件HIMU的航向角速率，其中ωzH表示轨向惯性测量组件HIMU的俯仰角速率，Axh，Ayll，Azh分别表示轨向惯性测量组件HIMU的横向、纵向、天向加速度，并进行保存；1. 3、里程数据采集存储系统上电后，里程测量组件OD开始工作，每隔m秒，里程测量组件OD向轨向-里程预处理计算机的第二串口 com2发送一个采样数据，轨向-里程预处理计算机将采样数据记为N。d并进行保存；1.4、激光位移器采集存储系统上电后，激光位移器数据控制盒开始工作，每隔m 秒，激光位移器数据控制盒向位移器预处理计算机发送一个采样数据包，每个采样数据包有4个采样数据，记为Dp D胃、Dgl, DeK，其中，Dwl为第一激光位移器LPDT所测量位移的采样数据；D胃为第二激光位移器RPDT所测量位移的采样数据；Da为第三激光位移器GLPDT所测量位移的采样数据；Dct为第四激光位移器GRPDT所测量位移的采样数据，并进行保存；2、数据预处理的步骤2. 1、高低预处理高低预处理计算机对数据的预处理过程是2. 1. 1、左惯性测量组件LIMU数据预处理2. 1. 1. 1、计算左惯性测量组件LIMU的当前姿态保持轨道车静止ml秒，ml取值范围为100秒 200秒，在ml秒内的采样个数为n，η = ml/m取整数；
根据下式计算出左惯性测量组件LIMU的横滚角速率均值
权利要求
1.一种高铁轨道平顺性检测装置，包括一个带有检测平台[15]的轨道检测车，在检测平台[15]的下表面固定有两个位移器，它们是第一位移器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]分别位于轮轴[17]两端的正上方， 第一位移器LPDT [9]和第二位移器RPDT [10]的轴线与轮轴[17]的轴线正交，在轮轴[17] 的一端安装有里程仪0D[14]，在检测平台[15]的上表面安装有数据处理系统，该数据处理系统包括计算机[1]、位移器数据采集控制盒[5]、0D数据采集卡[6]和电源；其特征在于(1)在检测平台[15]下表面固定有一个截面为矩形的、中空的检测梁[16]，检测梁 [16]与轮轴[17]平行，检测梁[16]横向的垂直平分面与轮轴横向的垂直平分面共面；检测梁[16]的谐振频率不小于70Hz ；在检测梁[16]内部安装有两个位移器，分别是第三激光位移器GLPDT[11]和第四激光位移器GRPDT[12]，在检测梁[16]的下表面、与第三激光位移器GLPDT[11]和第四激光位移器GRPDT[12]对应的位置各有一个通光孔，第三激光位移器GLPDT[11]和第四激光位移器GRPDT[12]发射的激光束分别穿过上述通光孔后照射到左右股钢轨的轨距点上；在检测梁[16]内部还装有一个轨向惯性测量组件HIMU[13]；在检测平台[15]的上表面安装有一个轨向-里程预处理计算机W]，轨向惯性测量组件HIMU[13] 的输出端通过RS422总线与轨向-里程预处理计算机[4]的串口连接；所说的第一位移器 LPDT [9]和第二位移器RPDT [10]是激光位移器；(2)在检测平台[15]的上表面安装有一套高低测量系统，它由左惯性测量组件 LIMU[7]、右惯性测量组件RIMU[8]和高低预处理计算机[2]组成；左惯性测量组件 LIMU[7]和右惯性测量组件RIMU[8]位于轮轴[17]左右车轮的正上方，左惯性测量组件 LIMU[7]和右惯性测量组件RIMU[8]的垂向轴线分别与所对应的左轨道、右轨道横截面的垂直中心线重合；左惯性测量组件LIMU[7]的输出端通过RS422总线与高低预处理计算机 [2]的第一串口 Coml连接；右惯性测量组件RIMU[8]的输出端通过RS422总线与高低预处理计算机[2]的第二串口 Com2连接；(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]的输出端分别与位移器数据采集盒[5]的相应输入端连接； 在检测平台[15]的上表面安装有一个位移器预处理计算机[3]，位移器数据采集盒[5]的输出端通过USB总线与位移器预处理计算机[3]的USB 口连接；(4)高低预处理计算机[2]、位移预处理计算机[3]和轨向-里程预处理计算机[4]通过局域网与计算机[1]连接。
2.使用如权利要求1所述的高铁轨道平顺性检测装置检测铁路轨道平顺性的方法，其特征在于，检测的步骤如下2. 1、传感器数据采集存储的步骤2. 1. 1、高低数据采集存储系统上电后，左惯性测量组件LIMU[7]和右惯性测量组件 [8]开始工作，高低预处理计算机[2]每隔m秒读取第一串口 coml和第二串口 com2的数据，将数据记为 qxl' QyL' ω zl，AxL，AyL，AzL，ωχΕ, ωγΕ, ω zR，AxR，AyR，AzR， 并进行保存；其中， ω Λ表示左惯性测量组件LIMU[7]的横滚角速率，ω 表示左惯性测量组件LIMU[7]的航向角速率，"zL表示左惯性测量组件LIMU[7]的俯仰角速率，Axl, AyL, Azl分别表示左惯性测量组件LIMU[7]的横向、纵向、天向加速度；ωχΚ表示右惯性测量组件RIMU[8]的横滚角速率，ωyK表示右惯性测量组件RIMU[8]的航向角速率，ω zK表示右惯性测量组件RIMU[8]的俯仰角速率，Axk，AyK，Aze分别表示右惯性测量组件RIMU[8]的横向、纵向、天向加速度；m的取值范围是0. 001秒 0. 01秒；.2. 1. 2、轨向数据采集存储系统上电后，轨向惯性测量组件HIMU[13]开始工作，每隔m 秒，轨向惯性测量组件HIMU[13]向轨向-里程预处理计算机[4]第一串口 coml发送采样数据，记为ωχΗ，coyH，ωζΗ，Axh，Ayll，Azh ；其中ωχΗ表示轨向惯性测量组件HIMU[13]的横滚角速率，其中《yH表示轨向惯性测量组件HIMU[13]的航向角速率，其中ωζΗ表示轨向惯性测量组件HIMU[13]的俯仰角速率，Axh，Ayll，Azh分别表示轨向惯性测量组件HIMU[13]的横向、 纵向、天向加速度，并进行保存；.2. 1. 3、里程数据采集存储系统上电后，里程测量组件0D[14]开始工作，每隔m秒，里程测量组件0D[14]向轨向-里程预处理计算机W]的第二串口 com2发送一个采样数据， 轨向-里程预处理计算机[4]将采样数据记为N。d并进行保存；.2. 1.4、激光位移器采集存储系统上电后，激光位移器数据控制盒[5]开始工作，每隔 m秒，激光位移器数据控制盒[5]向位移器预处理计算机[3]发送一个采样数据包，每个采样数据包有4个采样数据，记为Dp D胃、Da、DeK，其中，Di为第一激光位移器LPDT[9]所测量位移的采样数据；Dwk为第二激光位移器RPDT[10]所测量位移的采样数据；Da为第三激光位移器GLPDT[11]所测量位移的采样数据；DeK为第四激光位移器GRPDT[12]所测量位移的采样数据，并进行保存； .2. 2、数据预处理的步骤
全文摘要
本发明属于铁路轨道检测领域，涉及一种多波长轨道不平顺检测装置和检测方法的改进。本发明的检测装置包括一个带有检测平台[15]的轨道检测车，在检测平台[15]的上表面安装有包括计算机，位移器，位移器数据采集卡[5]、OD数据采集卡[6]和电源的数据处理系统，其特征在于所说的位移器是激光位移器，在检测梁[16]内部安装有两个激光位移器，在检测平台[15]的上表面安装有一套高低测量系统。本发明检测方法的步骤是传感器数据采集存储的步骤；数据预处理的步骤；综合数据采集处理。本发明的检测装置和检测方法大大缩短了轨道上的工作时间，提高了检测效率；并满足了高铁对100米以上的长波不平顺的测量需求。
文档编号G01B11/30GK102252636SQ20111008980
公开日2011年11月23日 申请日期2011年4月12日 优先权日2011年4月12日
发明者党进, 刘小溪, 张金红, 焦飞, 祝运刚, 陈欢 申请人:中国航空工业第六一八研究所