声学监测站、车轮检测方法和列车轴承故障被动声学诊断系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于列车轴承故障诊断技术领域，具体涉及一种声学监测站、一种基于状态基车轮检测方法的和列车轴承故障被动声学诊断系统。
【背景技术】
[0002]滚动轴承作为列车车辆主要部件之一，其故障状态直接影响到列车安全运行以及人民生命财产安全，所以对其故障状态的实时监测诊断、及时报警处理尤为重要。
[0003]目前，我国对列车车辆滚动轴承故障状态的诊断主要采用人工操作感知、红外温度判断、振动信号检测、声学信号检测四种方法，其中人工操作感知是在车辆轮对进站维修时工人手动转动轴承，通过听觉判断异音，通过触觉判断异常振动，依靠个人经验对轴承故障状态做出判断，这种方法周期长、个人主观性强，在检修周期内和个人经验不足时无法对轴承故障进行诊断；我国铁路沿线已铺设了广大的红外轴温监测网络，在每个监测点对经过列车车辆轴承温度进行测量，综合多个监测站的结果对轴承故障状态进行报警，滚动轴承只有在故障的末期和重载荷情况下才会有显著的温升，在故障末期轴承将快速失效，时间上可能来不及处理，这种方式不能对轴承故障的发生发展故障进行监测；列车运行时振动源非常多，振动传感器不能直接与滚动轴承相连接，振动传感器接收到的信号大多数情况下包含了多个振动源，轴承故障异常振动信号易受到其它振动源的干扰，不能对轴承故障发生发展的过程进行有效监测；声学诊断系统利用轴承在故障发生发展的过程中发出的异常声音对其故障状态进行跟踪，目前我国已经初步建立了货车轴承故障声学检测网络，主要引进国外成熟的产品，已对货车轴承故障监测诊断起到了重要的作用，但是其系统设计上还存在很多不足，主要表现在:①只针对货车轴承故障进行诊断，系统设计上不能兼顾货车、客车、动车车辆轴承故障诊断系统设备陈旧，大多都是10年前的设备，处理能力不足，造成系统配置存在不必要的冗余；③需要利用铁路专网造成网络布设成本的增加。
[0004]因此，本发明提出一种新颖的声学监测站、声学监测站用车轮检测方法和和列车轴承故障被动声学诊断系统，设计上兼顾了货车、客车、动车，同时在多点数据传输上提出采用现有成熟的4G通信网络进行探测结果的上传，在综合处理中心对所有探测结果数据进行融合处理，对异常轴承进行跟踪，最终确定轴承故障状态。
【发明内容】
[0005]为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种声学监测站、一种声学监测站用车轮检测方法和列车轴承故障被动声学诊断系统，对货车、客车、动车列车行驶过程中滚动轴承故障进行多点实时监测，当发生轴承故障时自动通知检修部门，减小了列车轴承故障引起的安全隐患。
[0006]本发明所采用的技术方案为:一种声学监测站，包括数据采集故障诊断系统、两组线阵传声器阵列、车轮传感器组、以及通信设备；其中，
[0007]所述车轮传感器组包含多个声学车轮传感器，用于辅助轴承声信号的采集；
[0008]各所述线阵传声器阵列分别对位布设在铁轨的两侧，完成对轴承声信号的采集；
[0009]所述数据采集故障诊断系统用于所述车轮传感器组和所述线阵传声器阵列获得的信息，对经过列车的轴承故障状态进行诊断，形成故障诊断报文；以及
[0010]所述通信设备用于传送故障诊断报文。
[0011]所述的声学监测站还包括车号识别系统，车号识别系统包括:两个摄像机、两个测速雷达、AEI天线、AEI主机和识别主机；所述两个摄像机对列车车号进行拍照并通过图像处理识别车号，两个测速雷达分别对两个方向的经过列车进行测速。
[0012]所述线阵传声器阵列包括多个传声器阵元，各传声器阵元包括指向性声学腔，每个指向性声学腔包含一级聚焦腔、二级消声腔和声学腔内部放置的传声器，所述一级聚焦腔用于聚焦轴承声信号，所述二级消声腔用于对轴承声信号进行消声，使轴承声信号在所述二级消声腔内不能产生长时间的混响。
[0013]所述一级聚焦腔呈开口喇叭状附属在所述二级消声腔的前面板上，在附属连接位置所述二级消声腔开有与所述一级聚焦腔后喇叭口同样大小的孔，聚焦的轴承声信号通过所述孔传入所述二级消声腔；所述传声器放置在所述二级消声腔内部，放置位置为所述一级聚焦腔声音聚焦点，所述位置由所述一级聚焦腔延伸至所述二级消声腔。
[0014]所述线阵传声器的二级消声腔内壁采用迷宫式结构并粘贴有吸声材料。
[0015]所述一级聚焦腔聚焦范围是以中心线为界左右角度范围为30度?35度，中心线上下角度范围为±9.5度?±10.5度，所述一级聚焦腔前边缘距离列车轴承外侧800毫米?900毫米。
[0016]所述车轮传感器组还包括多个开机车轮传感器，用于判断来车方向。
[0017]所述车轮传感器优选采用磁传感器。
[0018]一种声学监测站用车轮检测方法，对于列车车轮经过所述磁传感器时产生磁信号，所述方法包括以下步骤:
[0019]寻找极小值点的步骤，自空闲状态①开始，逐点检测，找到极小值点进入状态②；
[0020]寻找过零点的步骤，根据极小值点与上一个车轮位置的采样点数差值，自状态②开始逐点检测，找到过零点，进入状态③；
[0021]寻找极大值点的步骤，自状态③开始逐点检测，找到极大值点，进入状态④，当状态④有效时，记录状态③过零点的位置作为车轮到来的时刻。
[0022]—种列车轴承故障被动声学诊断系统，包括所述声学监测站、信息汇集服务器、综合处理中心、显示终端和通信设备，多个所述声学监测站布设在铁路沿线，用于采集列车轴承声数据并分析形成诊断报文；所述信息汇集服务器通过所述通信设备接收所述声学监测站传输的诊断报文，并判断所述各声学监测站上传的报文是否有轴承故障，当有轴承故障时，将该诊断结果和对应的分离融合后的单个轴承声数据传给所述综合处理中心；所述综合处理中心对检测到的轴承故障进行匹配分析，确认故障等级和种类，和历史信息相结合判断该轴承故障状态是否达到报警条件，如果达到报警条件形成报警信息，将报警信息和综合诊断结果上传所述信息汇集服务器，如果没有达到报警条件，则形成故障发展趋势信息，将发展趋势信息和综合诊断结果上传至所述信息汇集服务器；所述显控终端用于显示所述信息汇集服务器上的最新数据和/或历史数据。
[0023]本发明的一种声学监测站和列车轴承故障被动声学诊断系统，可分布式多点安装在我国铁路沿线，无人值守式对列车行驶过程中滚动轴承故障进行多点实时监测，当发生轴承故障时自动通知检修部门，及时对故障进行处理，减小了列车轴承故障引起的安全隐患。传声器阵元采用二次级联指向性声学腔的设计，可以对货车、客车、动车列车轴承故障进行在线诊断，对我国铁路安全运行具有重要的意义。
[0024]以下结合附图和具体实施例对本发明作详尽说明。
【附图说明】
[0025]图1是本发明的分布式列车轴承故障实时被动声学诊断系统组成示意图；
[0026]图2是本发明的分布式列车轴承故障实时被动声学诊断系统的声学监测站系统组成示意图；
[0027]图3是本发明的分布式列车轴承故障实时被动声学诊断系统的声学监测站双向接车工作流程；
[0028]图4是本发明的车轮磁信号状态基；
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