一種鐵路車輛軸承聲學(xué)探測系統(tǒng)的數(shù)字化方法及其實(shí)現(xiàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于列車安全監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鐵路車輛軸承聲學(xué)探測系統(tǒng)的數(shù)字化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]滾動(dòng)軸承是列車走行部的關(guān)鍵部件，其質(zhì)量的好壞直接影響到行車安全。我國各種列車具有開行密度大，運(yùn)行里程長，運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，軸承型式多樣，壽命離散性大等特點(diǎn)，對列車軸承的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測是確保列車運(yùn)行安全的重要手段。
[0003]現(xiàn)在國內(nèi)對于列車軸承的運(yùn)行狀態(tài)的檢測主要依賴紅外軸溫測量裝置。軸溫測量裝置可分為軌邊測量系統(tǒng)和車載測量系統(tǒng)兩類，滿足各種列車車輛的軸溫監(jiān)測。溫度監(jiān)測對軸承載荷、速度和潤滑情況的變化比較靈敏。但是，當(dāng)軸承出現(xiàn)諸如早期點(diǎn)蝕、剝落、輕微磨損等微小故障時(shí)，溫度監(jiān)測基本上沒有反應(yīng)。只有當(dāng)故障達(dá)到一定的嚴(yán)重程度時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)明顯的溫升現(xiàn)象，故溫度檢測不適用早期故障，及點(diǎn)蝕、局部剝落等局部損傷類故障。
[0004]另一種對軸承故障的診斷方式是貨車滾動(dòng)軸承早期故障軌邊聲學(xué)診斷系統(tǒng)，主要針對貨車的軸承檢測。系統(tǒng)采用軌邊聲學(xué)診斷技術(shù)，對運(yùn)行列車的貨車軸承的振動(dòng)聲音信號進(jìn)行采集分析，建立復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，可以有效地判斷軸承內(nèi)圈、外圈、滾子等故障。該系統(tǒng)中，軌邊麥克風(fēng)傳感器將車輛軸承聲音信號轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號，通過長電纜線將模擬電壓信號傳輸至信號調(diào)理箱進(jìn)行限幅和濾波等調(diào)理操作。主控計(jì)算機(jī)通過專業(yè)A/D采集卡對調(diào)理后的模擬信號進(jìn)行采樣和A/D轉(zhuǎn)換，之后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。此方案存在的缺點(diǎn)為:
(I)軌邊產(chǎn)生的電壓信號以模擬信號方式直接通過長電纜線進(jìn)行傳輸，由于軌邊電磁環(huán)境惡劣，模擬電壓信號極容易引入噪聲干擾。(2)模擬電壓信號需要多次調(diào)理操作，易引入誤差和噪聲干擾。(3)模擬電壓傳輸通道獨(dú)立，電纜線路資源有限。(4)軌邊現(xiàn)場電纜多樣復(fù)雜施工量較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出一種鐵路車輛軸承聲學(xué)探測系統(tǒng)的數(shù)字化方法，在軌邊保護(hù)柜里通過嵌入式軟硬件對列車信號進(jìn)行處理，獲得過車數(shù)據(jù)，通過高速網(wǎng)絡(luò)以特定報(bào)文的方式上傳至車輛段數(shù)據(jù)中心。將本發(fā)明提供的數(shù)字化采集和傳輸方案應(yīng)用于車輛軸承聲學(xué)探測系統(tǒng)中，克服現(xiàn)有系統(tǒng)在現(xiàn)場應(yīng)用當(dāng)中的信號質(zhì)量下降，傳輸易受干擾和現(xiàn)場施工量大的缺點(diǎn)。
[0006]本發(fā)明提出一種鐵路車輛軸承聲學(xué)探測系統(tǒng)的數(shù)字化方法，具體包括以下幾個(gè)步驟:
[0007]步驟一:開機(jī)傳感器采集列車車輪信息轉(zhuǎn)換成車輪電壓脈沖信號，發(fā)送給主控系統(tǒng)；主控系統(tǒng)中的中斷信號調(diào)理模塊響應(yīng)開機(jī)傳感器產(chǎn)生的車輪電壓脈沖信號，啟動(dòng)數(shù)字采集系統(tǒng)。
[0008]步驟二:車輪傳感器采集列車車輪信息并轉(zhuǎn)換成車輪電壓脈沖信號同時(shí)發(fā)給主控系統(tǒng)中的中斷信號調(diào)理模塊和數(shù)字采集系統(tǒng)中的信號調(diào)理模塊；數(shù)字麥克風(fēng)陣列把列車通過時(shí)的軸承聲音信號轉(zhuǎn)換成軸承聲音數(shù)字信號，發(fā)送給數(shù)字采集系統(tǒng)中的FPGA。
[0009]所述的中斷信號調(diào)理模塊和信號調(diào)理模塊可以對所述的車輪電壓脈沖信號進(jìn)行去干擾噪聲預(yù)處理，得到準(zhǔn)確的車輪信息。
[0010]步驟三:所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的信號調(diào)理模塊對車輪傳感器產(chǎn)生的車輪電壓脈沖信號進(jìn)行預(yù)處理后發(fā)送給可編程門陣列FPGA，所述的可編程門陣列FPGA對車輪電壓脈沖信號和軸承聲音數(shù)字信號進(jìn)行采集處理，并通過數(shù)據(jù)緩存模塊與主控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
[0011]步驟四:主控系統(tǒng)對通過數(shù)據(jù)緩存模塊從數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中獲取的軸承聲音數(shù)據(jù)和車輪電壓脈沖數(shù)據(jù)進(jìn)行處理:對聲音數(shù)據(jù)進(jìn)行節(jié)選和重組，提取出每個(gè)車輪軸承對應(yīng)的聲音文件，通過聲音文件判斷軸承故障，并形成數(shù)據(jù)報(bào)文存儲(chǔ)于硬盤中；微處理器MCU通過中斷信號調(diào)理模塊獲取列車車輪電壓脈沖信號，形成車輪信號序列，通過射頻車號模塊獲取列車車輛的車號信息，綜合車號信息和車輪信號序列，可進(jìn)行計(jì)軸計(jì)輛，計(jì)算行車速度，并形成數(shù)據(jù)報(bào)文存儲(chǔ)于硬盤中。
[0012]步驟五:主控系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與中心服務(wù)器連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，把每次過車形成的數(shù)據(jù)報(bào)文上傳中心服務(wù)器，以便工作人員察看并進(jìn)行故障報(bào)警。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0014](I)本發(fā)明提出一種鐵路車輛軸承聲學(xué)探測系統(tǒng)的數(shù)字化方法，車輛軸承聲音采集直接使用數(shù)字麥克風(fēng)，和其他信號同在軌邊保護(hù)柜內(nèi)直接進(jìn)行處理，現(xiàn)場數(shù)據(jù)全部數(shù)字化，避免了模擬信號長線傳輸帶來的信號噪聲，信號質(zhì)量好，抗干擾能力強(qiáng)。
[0015](2)本發(fā)明提出一種鐵路車輛軸承聲學(xué)探測系統(tǒng)的數(shù)字化方法，數(shù)字化數(shù)據(jù)直接由高速網(wǎng)絡(luò)通道傳送至中心服務(wù)器，節(jié)約電纜線路資源。
【附圖說明】
[0016]圖1:本發(fā)明提出一種鐵路車輛軸承聲學(xué)探測系統(tǒng)的數(shù)字化方法的結(jié)構(gòu)框圖；
[0017]圖2:本發(fā)明提出一種鐵路車輛軸承聲學(xué)探測系統(tǒng)的數(shù)字化方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0019]本發(fā)明首先提出一種鐵路車輛軸承聲學(xué)探測系統(tǒng)的數(shù)字化裝置，如圖1所示，所述數(shù)字化裝置包括主控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、車輪傳感器、開機(jī)傳感器，數(shù)字麥克風(fēng)陣列及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。其中主控系統(tǒng)包括微處理器模塊(微處理器MCU、內(nèi)存RAM、硬盤)、射頻車號模塊、電機(jī)閉環(huán)控制模塊及中斷信號調(diào)理模塊，所述內(nèi)存RAM、硬盤直接連接微處理器MCU，所述的微處理器MCU上連接電機(jī)閉環(huán)控制模塊，并通過串口連接射頻車號模塊，通過網(wǎng)絡(luò)接口連接網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，通過中斷接口連接中斷信號調(diào)理模塊，所述的中斷信號調(diào)理模塊用于接收開機(jī)傳感器和車輪傳感器的信號并發(fā)送給微處理器MCU。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括可編程門陣列FPGA、數(shù)據(jù)緩存模塊、信號調(diào)理模塊，所述的數(shù)據(jù)緩存模塊用于可編程門陣列FPGA與微處理器MCU之間的數(shù)據(jù)通訊，所述的信號調(diào)理模塊用于接收車輪傳感器的信號給FPGA，所述的數(shù)字麥克風(fēng)陣列連接在所述的FPGA上。上述各模塊均通過電源模塊進(jìn)行供電。
[0020]所述的數(shù)字化裝置工作過程為:主控系統(tǒng)中的射頻車號模塊接入射頻車號信號，中斷信號調(diào)理模塊接入開機(jī)傳感器及車輪傳感器信號，電機(jī)閉環(huán)控制模塊控制軌邊保護(hù)機(jī)柜的保護(hù)門，微處理器模塊作為探測系統(tǒng)核心，匯總數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與中心服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)接入數(shù)字麥克風(fēng)陣列信號，信號調(diào)理模塊接入車輪傳感器信號。
[0021]基于上述的數(shù)字化裝置，本發(fā)明提供的數(shù)字化方法具體包括以下幾個(gè)步驟，如圖2所示:
[0022]步驟一:安裝在鐵軌上的開機(jī)傳感器采集列車車輪信息轉(zhuǎn)換成車輪電壓脈沖信號，發(fā)送給主控系統(tǒng)；主控系統(tǒng)中的中斷信號調(diào)理模塊響應(yīng)開機(jī)傳感器產(chǎn)生的車輪電壓脈沖信號，打開軌邊保護(hù)柜的保護(hù)門，啟動(dòng)數(shù)字采集系統(tǒng)。
[0023]步驟二:車輪傳感器采集列車車輪信息并轉(zhuǎn)換成車輪電壓脈沖信號同時(shí)發(fā)給主控系統(tǒng)中的中斷信號調(diào)理模塊和數(shù)字采集系統(tǒng)中的信號調(diào)理模塊；數(shù)字麥克風(fēng)陣列把列車通過時(shí)的軸承聲音信號轉(zhuǎn)換成軸承聲音數(shù)字信號，發(fā)送給數(shù)字采集系統(tǒng)中的FP