轨迹的检测系统的制作方法

本实用新型涉及铁路测试领域，具体而言，涉及一种轨迹的检测系统。

背景技术：

为研究高速铁路区间及道岔区域内，列车与轨道的轮轨相互作用规律，需要对运行线路上的高速列车的运动学轨迹进行记录，即记录列车通过该区域时，列车轮对与轨道部件间的相对位置关系。

在现有的测试方法大多是基于轨道本身或列车本身的动力学参数进行测量的，例如，采集列车通过某一区域时的轮轨力、钢轨轨头横移、钢轨轨枕加速度、车体加速度、轴箱加速度等数据，然而，这些数据无法直观的反映出列车高速通过该区域时轮轨的接触状态。此外，现有的测试方法大多采用数模结合的方式采集数据，在传感器采集到模拟信号之后，需要在数据采集仪内部进行数模转换，在对信号进行数模转换的过程中，信号的信噪比低，杂波干扰严重，信号传输时存在衰减，同时信号的采样频率受到传感器和数据采集仪性能的双重限制，并且后期的滤波处理较为繁杂。另外，现有的数据采集系统多为封闭系统，无法根据实际需求扩展测试内容和传感器数量，并且系统的总线带宽较小，无法满足多传感器高采样频率的信号采集和传输需求。

针对上述现有技术无法确定列车高速运行时的运动学轨迹的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供了一种轨迹的检测系统，以至少解决现有技术无法确定列车高速运行时的运动学轨迹的技术问题。

根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种轨迹的检测系统，包括：多个传感器，在列车运行的轨道上纵向分布，用于采集轮对位置信息；数据采集仪，与多个传感器进行通信，用于获取到多个传感器采集到的轮对位置信息，并对多个传感器中的每个传感器的位置信息以及轮对位置信息进行拟合，得到列车的运动学轨迹，其中，运动学轨迹用于表征列车的轮对与轨道的相对位置关系。

进一步地，轨迹的检测系统还包括：调整支座，用于固定多个传感器中的任意一个传感器。

进一步地，调整支座包括：云台，用于放置传感器；防雨罩，固定在云台上，用于保护传感器；立柱，与云台连接，用于调节云台的高度；底座板，与立柱连接，用于固定立柱。

进一步地，云台还用于调节传感器的垂直位置。

进一步地，底座板具有圆孔，用于调整传感器的水平位置。

进一步地，底座板具有螺栓孔，用于固定立柱。

进一步地，数据采集仪包括：多个接口端子，用于连接数据采集仪与多个传感器；网络控制器，与多个接口端子连接，用于获取多个传感器采集到的轮对位置信息；工控机，与网络控制器连接，用于对多个传感器采集到的轮对位置信息进行处理。

进一步地，轨迹的检测系统还包括：显示器，与数据采集仪连接，用于显示多个传感器所采集到的轮对位置信息，并显示列车的运动学轨迹。

进一步地，多个传感器位于轨道内侧或外侧。

进一步地，多个传感器为激光位移传感器。

在本实用新型实施例中，采用多个传感器采集轮对位置信息的方式，通过在列车运行的轨道上纵向分布的多个传感器采集轮对位置信息，与多个传感器进行通信的数据采集仪获取到多个传感器采集到的轮对位置信息，并对多个传感器中的每个传感器的位置信息以及轮对位置信息进行拟合，得到列车的运动学轨迹，其中，运动学轨迹用于表征列车的轮对与轨道的相对位置关系，达到了同时采集多个轮对位置信息的目的，从而实现了获取列车运行时的运动学轨迹的技术效果，进而解决了现有技术无法确定列车高速运行时的运动学轨迹的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型实施例的一种轨迹的检测系统结构示意图；

图2是根据本实用新型实施例的一种可选的传感器的分布示意图；

图3是根据本实用新型实施例的一种可选的调整支架的示意图；

图4是根据本实用新型实施例的一种可选的调整支架的俯视图；以及

图5是根据本实用新型实施例的一种可选的轮对位置的测量示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

根据本实用新型实施例，提供了一种轨迹的检测系统实施例，其中，图1是根据本实用新型实施例的轨迹的检测系统结构示意图，如图1所示，该系统包括：多个传感器(图1示出了三个传感器，即传感器B1、B2和B3)以及数据采集仪C。

其中，多个传感器在列车运行的轨道上纵向分布，用于采集轮对位置信息；数据采集仪，与多个传感器进行通信，用于获取到多个传感器采集到的轮对位置信息，并对多个传感器中的每个传感器的位置信息以及轮对位置信息进行拟合，得到列车的运动学轨迹，其中，运动学轨迹用于表征列车的轮对与轨道的相对位置关系。

需要说明的是，多个传感器位于轨道内侧或外侧，传感器的光束发射方向垂直于钢轨工作边，光束高于轨道平面10mm，当没有车轮通过时，传感器量程内无物体，传回信号为量程最远点极值，当车轮通过传感器时，可得到传感器激光发射器距车轮轮背的位置。另外，上述传感器可以为但不限于激光位移传感器，其中，激光位移传感器的量程不小于200mm，分辨率不大于3μm，抗异光干扰不小于40000lx，使用而温度的范围不小于-10℃～60℃，采样频率的范围为1～50000Hz。数据采集仪的采样频率可以为但不限于5kHz、10kHz以及20kHz，其中，数据采集仪包括多个接口端子，例如，图1示出了包含12个接口端子(如CH1至CH12)的数据采集仪，此外，数据采集仪还包括启动按钮(如图1中的START按钮)以及电源接口(如图1中的POWER接口)。

在一种可选的方案中，如图2所示的传感器的分布示意图，传感器B在列车运行的轨道A上纵向分布，当在轨道上高速运行的列车经过激光位移传感器所对应的轨道区段时，在轨道内侧或外侧纵向分布(图2仅示出了在轨道内侧纵向分布的情况)的多个激光位移传感器可同时采集列车的轮对位置信息，并将采集到的数据发送至数据采集仪，从而得到列车在通过整个区段时的轮对位置信息，然后将每个传感器所对应的位置信息、采集到的轮对位置信息以及采集时间进行拟合，即可得到列车通过整个区段时的运动轨迹。

由上可知，通过获取列车在运行状态下，多个传感器中每个传感器所采集到的轮对位置信息，数据采集仪可确定每个传感器在轨道上的位置信息，然后对每个传感器的位置信息以及每个传感器采集到的轮对位置信息进行拟合，进而得到列车的运动学轨迹，其中，多个传感器布置在列车运行的轨道的纵向方向，运动学轨迹用于表征列车的轮对与轨道的相对位置关系。

容易注意到的是，多个传感器分布在轨道的纵向方向上，每个传感器可检测轨道上列车通过时的轮对位置。由于布置了多个传感器，并且多个传感器可并行工作，同时采集列车通过时的轮对位置，因此，达到了同时采集多个轮对位置信息的目的，从而实现了获取列车运行时的运动学轨迹的技术效果。另外，采集的是列车通过时的轮对位置信息，因此，该轮对位置信息可直观的反映出列车高速通过该区段时轮轨的接触状态。

由上可知，本申请所提供的轨迹的检测系统可以解决现有技术无法确定列车高速运行时的运动学轨迹的技术问题。

在一种可选的方案中，轨迹的检测系统还包括：调整支座。该调整支座用于固定多个传感器中的任意一个传感器。如图3所示的调整支架的示意图，该调整支座包括：云台61、防雨罩62、立柱63以及底座板64。其中，云台61，用于放置传感器；防雨罩62，固定在云台上，用于保护传感器，放置传感器被淋湿；立柱63，与云台连接，用于调节云台的高度，在本实施例中，至少包括四根立柱；底座板64，与立柱连接，用于固定立柱，其中，底座板置于无砟轨道板上。此外，底座板还具有圆孔和螺栓孔，其中，圆孔用于调整传感器的水平位置，螺栓孔用于固定立柱。如图4所示的调整支架的俯视图，在底座板的外缘具有三个长圆孔71用于膨胀螺栓固定，也能对传感器的水平位置进行微调，在底座板的中央具有四个螺栓孔72用于固定立柱。其中，立柱的一端配有与底座板配合的螺栓，并且立柱的长度可调，以对云台的高度进行粗调。云台的底板与4根立柱栓接，云台顶面放置传感器和防雨罩，云台可调节传感器的垂直位置。以保证传感器位置正确。另外，防雨罩通过三颗螺丝与传感器固定在云台上。

可选的，数据采集仪包括：多个接口端子、网络控制器以及工控机。其中，多个接口端子用于连接数据采集仪与多个传感器；网络控制器与多个接口端子连接，用于获取多个传感器采集到的轮对位置信息；工控机，与网络控制器连接，用于对多个传感器采集到的轮对位置信息进行处理。另外，轨迹的检测系统还包括：显示器。其中，显示器为外置显示器，其与数据采集仪连接，用于显示多个传感器所采集到的轮对位置信息，并显示列车的运动学轨迹。

需要说明的是，数据采集仪中的工控机通过ADS(Automation Decice Specification，即自动化设备规范)通讯方式与PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)，进行数据交换，并存储传感器采集到的数据。另外，工控机以时间先后顺序采集和缓存传感器数据，并组合成文件输出。

考虑到野外恶劣环境和复杂的干扰，部分传感器采集并生成的数据文件可能无效。通过人工识别和筛选数据，会消耗比较长时间。因此，本申请中的数据采集仪可通过读取原始数据文件，自动识别文件数据中有效信号的数量，从而来判定数据文件的有效性。考虑到程序部署的灵活性，本申请中的数据采集仪具有实时和批量筛选功能，并建立相应的算法模型对原始数据进行处理，并提取有效数据。同时，提取的信号数据需要根据轮位进行标定。

此外，还需要说明的是，数据采集仪具有数据触发机制，即数据采集仪控制传感器采集数据的机制，数据触发机制包括单传感器触发机制和双传感器触发机制。其中，单传感器触发机制是指该传感器满足预设条件，即可采集数据；双传感器触发机制是指只有在两个传感器同时满足预设条件时，才可采集数据。

在一种可选的方案中，当多个传感器至少包括第一传感器和第二传感器时，在获取每个传感器采集到的轮对位置信息之前，数据采集仪首先获取第一传感器和第二传感器采集到的数据，并确定第一传感器和第二传感器采集到的数据有效。其中，第一传感器与第二传感器之间的间隔小于预设间隔，其中，预设间隔的数值可根据实际情况进行设定。具体的，在列车通过第一传感器和第二传感器之前，第一传感器和第二传感器也在采集数据，此时采集的数据远远大于传感器与轨道之间的距离，即采集到的数据不在预设范围之内，通常，数据采集仪将此种情况的数据设定为无效数据，即在预设范围之内的数据为有效数据。然而，当有落叶或者其他物体飘落至传感器之前时，传感器采集到的数据可能为有效数据，由此产生了传感器采集数据的误差。由于落叶或者其他物体同时飘落至两个传感器之前的概率很小，因此，在本申请中采用双传感器触发机制来获取传感器采集到的数据，即只有在第一传感器和第二传感器采集到的数据同时有效时，数据采集仪才会获取第一传感器和第二传感器采集到的轮对位置信息。

可选的，在确定传感器采集到的数据为有效数据之后，数据采集仪首先确定每个传感器与轨道之间的第一位置信息，然后获取列车运行状态下，每个传感器检测到的第二位置信息，并根据第一位置信息以及第二位置信息确定轮对位置信息，其中，第二位置信息为每个传感器与列车的车轮之间的距离。

具体的，如图5所示的轮对位置的测量示意图，在图5中，A为轨道，B为传感器，W为两个车轮之间的距离，虚线表示轨道中心线，d0为传感器与轨道之间的第一位置信息，S为传感器与车轮之间的第二位置信息，则轮对位置信息ΔS满足下式：

ΔS＝S-d0

在上式中，ΔS表示列车运行时，车轮在轨道中的绝对位置。

需要说明的是，结合列车的运行方向以及传感器的安装位置，可得到轮对偏移方向与轮对位置信息之间的关系。

此外，为确保得到准确的运动学轨迹，在获取到每个传感器采集到的轮对位置信息之后，数据采集仪需要获取预设时长内每个传感器所采集到的多组轮对位置信息，然后再根据列车的轮轨特征对多组轮对位置信息进行筛选。

在一种可选的方案中，上述预设时长为60分钟，每个传感器每5分钟采集一次数据，则在60分钟内，传感器可采集12组数据，但传感器采集到了20组数据，其中的8组数据可能是由于落叶或者其他物体飘落至传感器之前，造成传感器误采集的数据。此时，数据采集仪可根据轮轨特征(例如，列车通过的时间以及传感器采集数据的时间)进行比对，对上述20组数据进行筛选，得到符合要求的轮对位置信息。

在另一种可选的方案中，显示器可实时显示每个传感器采集到的数据，当工作人员确定列车未经过传感器，但传感器采集到数据时，工作人员可通过数据采集仪的输入设备，对传感器所采集到的数据进行调校。另外，显示器还可显示列车的运动学轨迹，以供工作人员分析。

由上述内容可知，本申请所提供的轨迹的检测系统可测量运行列车轮对位置的测试系统，并采用高速长距的激光位移传感器，能够准确记录下列车的轮对通过时相对钢轨的横向位移，并且，在沿钢轨纵向布置传感器后，可同步连续测量多个断面的轮对位置，实现拟合测试区域内列车运行轨迹的目的。

进一步地，本申请所提供的轨迹的检测系统可对运动中的高速列车轮对位置进行实时高精度捕捉，其测量精度可达毫米级，可以精确确定轮轨接触位置。另外，本申请中的数据采集仪的单点采样频率可达50kHz，多点同步采样频率可达20kHZ，信噪比高，采样频率高。另外，本申请所提供的轨迹的检测系统还可实现测试数据的自动筛选、滤波、信号识别及数据提取，无需人工值守。

上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本实用新型的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。