一种模块式轨道健康监测装置及方法

本发明涉及轨道监测。

背景技术：

1、随着列车运行速度的不断提升以及运营量的不断增加，列车轮对与铁轨之间出现各种劣化现象，其对铁路运营安全造成极大危害，因此准确把握轨道在不同路段、不同时段的服役状态，实现在复杂环境下的轨道健康智能检测与辨识变得至关重要，但现有的轨道健康监测系统在使用时存在下列问题：

2、(1)现有的基于图像识别技术的轨道健康监测系统易受天气、光照等环境影响，影响数据采集的稳定性，而基于激光扫描技术的轨道健康监测系统，数据分析量较大，不适用于错综复杂线网结构中的轨道健康状态的在线检测；

3、(2)现有的轨道健康监测系统体积大、占用轨道、安装过程复杂需要耗费较大的人力，导致具有较长的监测周期，无法满足轨道健康监测实时性的要求；

4、(3)现有的轨道健康监测系统在对于振动数据采集处理后，由于位于信号差的区域内，导致监测系统与pc端之间的数据传输速度较慢，且影响数据传输接收后数据传输分析比较的及时性。

技术实现思路

1、为了解决现有轨道健康监测系统存在的上述问题，本发明提供了一种模块式轨道健康监测装置及方法。

2、本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种模块式轨道健康监测装置，模块盒1上安装磁吸片6，模块盒1通过磁吸片6安装于钢轨的轨腰上，模块盒1内设有数据采集模块和数据处理与传输模块，数据采集模块为加速度传感器4，数据处理与传输模块为单片机2，加速度传感器4、单片机2和电池5集成安装于印刷电路板3上，单片机2和加速度传感器4电连接，单片机2与pc机电连接；

3、s1、将模块盒1安装于轨道待检测位置；

4、s2、系统模块初始化，将加速度传感器4和单片机2通讯配对，并设置加速度传感器4工作模式；

5、s3、系统通过加速度传感器4收集振动数据，加速度传感器4将采集到的振动数据周期性地发送给单片机2，单片机2对所采集到的数据进行缓存；

6、s4、单片机2通过无线网络将数据上传到pc端；

7、s5、pc端通过时域分析、频域分析和时频域分析，提取轨道振动特征指标，判断轨道健康状态。

8、所述模块盒1包括盒盖7和盒底8，盒底8下部设有凹槽，凹槽内安装磁吸片6；盒盖7上设有孔。

9、所述单片机2的信号传输模块包括蓝牙传输模块与wifi传输模块。

10、所述印刷电路板3由上下两层构成，并且四个边角分别设有固定孔，刷电路板3中部共设有38个通孔，通孔通过排针与单片机2和加速度传感器4固定连接。

11、所述模块盒1材料中含有铜粉末。

12、所述步骤s4中，单片机2通过蓝牙或wifi将数据上传到pc端。

13、本发明的模块式轨道健康监测装置及方法，与现有技术相比，存在以下优点：

14、1、通过蓝牙传输模块和wifi传输模块的双模块数据传输，有效提高了监测数据在收集后的传输效率；便于防止断网时，可通过蓝牙传输模块继续向pc端输送所监测的振动数据；便于防止在信号差的区域内数据传输效率慢和数据传输不稳定的情况发生，合理的解决信号差区域和效率低的缺点，有效解决了现有轨道车辆监测系统在是使用存在数据信号接收效率低的问题。

15、2、模块盒形状小巧采用模块化磁吸设计适用于安装在轨道各个部位，不占用轨道正常运营空间，能够根据使用者的意愿进行安装拆卸，操作简单，有效提高了对轨道健康状态监测时的工作效率。

16、3、采用加速度传感器获取钢轨振动响应信号，不易受天气、光照条件等干扰，且数据容易获取，有效提高对轨道健康监测时的稳定性。

17、4、模块盒的盒体通过3d打印技术进行定制，材料轻便，提高轨道监测装置的便携性和部署效率，且将铜粉末添加到3d打印材料中，铜粉末与电磁波的电子进行相互作用，形成局部电路和涡流，从而吸收电磁波能量，减弱电磁波的干扰效应，有效提高外壳的电磁屏蔽性能。

18、5、系统采用时域、频域、时频域结合分析，提取多种信号特征指标相互印证，适用范围广，能够识别钢轨异常情况。

技术特征：

1.一种模块式轨道健康监测装置及方法，其特征在于：模块盒(1)上安装磁吸片(6)，模块盒(1)通过磁吸片(6)安装于钢轨的轨腰上，模块盒(1)内设有数据采集模块和数据处理与传输模块，数据采集模块为加速度传感器(4)，数据处理与传输模块为单片机(2)，加速度传感器(4)、单片机(2)和电池(5)集成安装于印刷电路板(3)上，单片机(2)和加速度传感器(4)电连接，单片机(2)与pc机电连接；

2.根据权利要求1所述的一种模块式轨道健康监测装置及方法，其特征在于：所述模块盒(1)包括盒盖(7)和盒底(8)，盒底(8)下部设有凹槽，凹槽内安装磁吸片(6)；盒盖(7)上设有孔。

3.根据权利要求1所述的一种模块式轨道健康监测装置及方法，其特征在于：所述单片机(2)的信号传输模块包括蓝牙传输模块与wifi传输模块。

4.根据权利要求1所述的一种模块式轨道健康监测装置及方法，其特征在于：所述印刷电路板(3)由上下两层构成，并且四个边角分别设有固定孔，刷电路板(3)中部共设有38个通孔，通孔通过排针与单片机(2)和加速度传感器(4)固定连接。

5.根据权利要求1所述的一种模块式轨道健康监测装置及方法，其特征在于：所述模块盒(1)材料中含有铜粉末。

6.根据权利要求1模块式轨道健康监测装置及方法，其特征在于：所述步骤s4中，单片机(2)通过蓝牙或wifi将数据上传到pc端。

技术总结
一种模块式轨道健康监测装置及方法，包括数据采集模块和数据处理与传输模块，将模块盒安装于轨道待检测位置，通过加速度传感器收集振动数据，加速度传感器将采集到的振动数据周期性地发送给单片机，单片机通过无线网络将数据上传到PC端，PC端通过时域分析、频域分析和时频域分析，提取轨道振动特征指标，判断轨道健康状态。本发明通过蓝牙传输模块和WiFi传输模块的双模块数据传输，有效提高了监测数据在收集后的传输效率；模块盒便于安装拆卸，操作简单；采用加速度传感器有效提高对轨道健康监测时的稳定性；模块盒有效提高外壳的电磁屏蔽性能；系统采用时域、频域、时频域结合分析，提取多种信号特征指标相互印证。

技术研发人员：王晚香,吴佳雯,张益晨,孙家栋,尚理想,佟健豪,郭瑞军,冯显锟
受保护的技术使用者：大连交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15