一种用于列车轴承缺陷在线监测的阵列声学检测方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于列车轴承缺陷在线监测的阵列声学检测方法，适用于各型列车轴箱轴承的检测。该方法在轨道两边布置声学传感器阵列用于轴承声音数据采集，在轨道上安装车轮传感器判断轮对速度及位置，根据轮对位置对阵列声音数据进行波束形成以实现轴承声音数据信噪比的提升。每个声学传感器阵列包含至少2个全指向性麦克风传感器，各麦克风传感器频率响应范围为50～15KHz，相邻麦克风中心间距小于所接收的波长的1/2，麦克风的安装高度轴承高度一致。在轨道上总共安装至少2个车轮传感器，传感器对称分布于麦克风阵列中心线±3米的范围内，各传感器与麦克风阵列中心线的距离可变化，但必须被精确测量以满足阵列信号处理的需要。
【专利说明】
一种用于列车轴承缺陷在线监测的阵列声学检测方法
技术领域
[0001]本发明涉及列车轴承在线监测技术领域，更具体地说，涉及一种用于列车轴承缺陷在线监测的阵列声学检测方法。
【背景技术】
[0002]滚动轴承作为机械设备中重要的旋转零件，也是机械设备的重要故障源之一。与机械其他零部件相比，滚动轴承有一个很大的特点，就是其寿命离散性很大。有的轴承已经大大超过设计寿命却依然完好地工作，而有的轴承远未达到设计寿命就出现各种故障。
[0003]列车轴承是列车走行部中工作条件最恶劣的部件之一，在列车连续高速长里程运行情况下，列车轴承承受的动态载荷大，轴承一旦发生故障就会很快发展，若不及时发现，会导致热轴、燃轴、切轴等事故的发生。国内外列车在在运用中已经出现过此类事故，研制轴承状态监测和诊断设备具有重要意义。
[0004]振动检测技术是目前应用最广泛的轴承状态监测技术，但传统的振动检测技术为接触式诊断，安装复杂，且故障率高。单通道的声音诊断技术为非接触式诊断，但容易受到噪声干扰，信噪比低，难以得到理想的检测效果。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本申请提供一种用于列车轴承缺陷在线监测的阵列声学检测方法。采用阵列声音检测技术，该检测方法不仅具备了非接触式诊断的优点，还可以克服单通道声音诊断技术信噪比低的缺陷，能实现对各型列车轴箱轴承的检测，检测效率高，检测结果准确可靠。
[0006]本发明提供的技术方案是一种于列车轴承缺陷在线监测的阵列声学检测方法。包括:安装于轨道两侧声学机柜内的声学传感器阵列、采用轨卡式安装的车轮传感器、基于阵列声音数据及车轮传感器数据的阵列信号处理方法。其中，
[0007]所述声学传感器阵列共两个，分布在轨道两侧，每个声学传感器阵列由至少2个全指向性麦克风传感器组成，各麦克风传感器频率响应范围为50?15KHz，相邻麦克风中心间距相等，且小于所接收的声波波长的1/2，麦克风的安装高度与被检轴承高度一致；
[0008]所述车轮传感器采用轨卡式安装，数量至少为2，传感器对称分布于麦克风阵列中心线土 3米的范围内，各传感器与麦克风阵列中心线的距离可变化，但必须精确测量以适应阵列信号处理的需要；
[0009]所述阵列信号处理方法需要根据车轮传感器信号计算车速及轴承位置，并根据轴承位置来实现对阵列麦克风信号的合成。
[0010]优选的，所述声学传感器阵列分布在轨道两侧。
[0011 ]优选的，每个声学传感器阵列由至少2个麦克风组成。
[0012]优选的，所述麦克风传感器为全指向性麦克风传感器。
[0013]优选的，所述麦克风传感器的频率响应为50?15KHz。
[0014]优选的，相邻麦克风中心间距相等，且小于所接收声波波长的1/2。
[0015]优选的，各麦克风的安装高度与被检轴承一致。
[0016]优选的，车轮传感器数量至少为2。
[0017]优选的，车轮传感器对称分布于麦克风中心线±3米的范围内。
[0018]优选的，各传感器的位置可根据现场情况进行调整，但与麦克风阵列中心线的距离必须被精确测量以适应阵列信号处理的需要。
[0019]优选的，根据车轮传感器的信号来进行车速的计算并确定不同时刻轴承相对于传感器阵列中心线的位置。
[0020]优选的，根据轴承位置及阵列麦克风信号，用波束形成的方法来实现信噪比的增强。
[0021]本方案的工作过程是:
[0022]当列车通过时，同步采集各麦克风的声音数据并保存，同步采集各车轮传感器的信号数据并保存。当列车离去后，根据车轮传感器信号计算各轴承通过信号采集区的时间，并计算不同时刻轴承所在位置，根据相应时刻轴承的位置及阵列麦克风数据完成波束形成，实现信噪比的提高，为进一步的缺陷识别算法做好准备。
【附图说明】
[0023]图1为本申请用于列车轴承缺陷在线监测的阵列声学检测方法的传感器安装示意图。
【具体实施方式】
[0024]为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0025]如图1所示，本发明是一种用于列车轴承缺陷在线监测的阵列声学检测方法，用于检测列车轴承缺陷。本发明包括分布在轨道两侧的麦克风阵列2、安装于轨道上的车轮传感器I，以及基于阵列声音数据及车轮传感器数据的阵列信号处理方法。
[0026]麦克风传感器阵列2安装于轨道两侧的声学机柜中，各麦克风阵列方向与轨道平行，且各麦克风传感器安装高度与被检轴承一致。每个麦克风传感器阵列由至少2个全指向性麦克风传感器组成，各麦克风传感器的频率响应为50?15KHz。相邻麦克风中心间距相等，为了消除栅瓣，要求相邻麦克风中心间距小于所接收声波波长的1/2。
[0027]车轮传感器I使用轨卡式安装，数量至少为2，安装位置在麦克风阵列中心线±3米的范围内，可根据现场实际情况进行调整，但必须精确测量安装完成后各传感器与麦克风阵列中心线的间距。根据各车轮传感器的感应时间及安装位置可准确计算出不同时刻被检轴承的位置，再使用相同时刻的阵列声音数据进行波束形成即可实现声音信号的信噪比提升，提升处理算法的准确率，更好地实现轴承的缺陷检测。
[0028]以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种用于列车轴承缺陷在线监测的阵列声学检测方法，其特征在于，包括:安装于轨道两侧声学机柜内的声学传感器阵列、安装于轨道上的车轮传感器、基于阵列声音数据及车轮传感器数据的阵列信号处理方法。其中， 所述声学传感器阵列共两个，安装在轨道两侧的声学机柜内，每个声学传感器阵列由至少2个全指向性麦克风传感器组成，各麦克风传感器频率响应范围为50?15KHZ，相邻麦克风中心间距相等，且小于所接收的声波波长的1/2，麦克风的安装高度与被检轴承高度一致； 所述车轮传感器采用轨卡式安装，数量至少为2，传感器对称分布于麦克风阵列中心线±3米的范围内，各传感器位置可根据现场情况进行调整，但与麦克风阵列中心线的距离必须精确测量以满足阵列信号处理的需要； 所述阵列信号处理方法需要根据车轮传感器信号计算车速及轴承位置，并根据轴承位置来实现对阵列麦克风信号的合成。2.根据权利要求1的一种用于列车轴承缺陷在线监测的阵列声学检测方法，其特征在于，所述声学传感器阵列分布在轨道两侧的声学机柜内。3.根据权利要求2的一种用于列车轴承缺陷在线监测的阵列声学检测方法，其特征在于，每个声学传感器阵列由至少2个麦克风组成。4.根据权利要求3的一种用于列车轴承缺陷在线监测的阵列声学检测方法，其特征在于，所述麦克风传感器为全指向性麦克风传感器。5.根据权利要求2的一种用于列车轴承缺陷在线监测的阵列声学检测方法，其特征在于，所述麦克风传感器的频率响应为50?15KHz。6.根据权利要求2的一种用于列车轴承缺陷在线监测的阵列声学检测方法，其特征在于，相邻麦克风中心间距相等，且小于所接收声波波长的1/2。7.根据权利要求3的一种用于列车轴承缺陷在线监测的阵列声学检测方法，其特征在于，各麦克风的安装高度与被检轴承一致。8.根据权利要求1的一种用于列车轴承缺陷在线监测的阵列声学检测方法，其特征在于，车轮传感器数量至少为2。9.根据权利要求8的一种用于列车轴承缺陷在线监测的阵列声学检测方法，其特征在于，车轮传感器对称分布于麦克风中心线± 3米的范围内。10.根据权利要求9的一种用于列车轴承缺陷在线监测的阵列声学检测方法，其特征在于，各传感器的位置可根据现场情况进行调整，但与麦克风阵列中心线的距离必须被精确测量以满足阵列信号处理的需要。11.根据权利要求1的一种用于列车轴承缺陷在线监测的阵列声学检测方法，其特征在于，根据车轮传感器的信号来进行车速的计算并确定不同时刻轴承相对于传感器阵列中心线的位置。12.根据权利要求11的一种用于列车轴承缺陷在线监测的阵列声学检测方法，其特征在于，根据某时刻的轴承位置及相应时刻的阵列麦克风信号，用波束形成的方法来实现信噪比的增强。
【文档编号】G01M13/04GK105865788SQ201610211527
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月7日
【发明人】杨凯, 王泽勇, 赵全轲, 张渝, 高晓蓉, 彭朝勇, 赵波, 胡继东, 喻飞
【申请人】成都铁安科技有限责任公司