一種基于數(shù)據(jù)投影模式變換的列車運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于數(shù)據(jù)投影模式變換的列車運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和監(jiān)控模塊，所述的數(shù)據(jù)采集模塊包括采集數(shù)據(jù)的傳感器和前置濾波電路，所述的數(shù)據(jù)處理模塊包括進行數(shù)據(jù)計算的運算器和進行數(shù)據(jù)存儲的存儲器，所述的運算器按多個特征數(shù)據(jù)同時投影的模式處理數(shù)據(jù)；所述的傳感器將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過前置濾波電路濾波后，將數(shù)據(jù)傳輸給運算器，運算器將多個特征數(shù)據(jù)用一個數(shù)據(jù)點投影的模式處理數(shù)據(jù)，再將數(shù)據(jù)傳輸給存儲器同時傳輸給監(jiān)控模塊。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、數(shù)據(jù)處理算法簡單，沒有復雜、耗時、資源開銷大的計算，能滿足列車運行安全性、舒適性監(jiān)測對實時性、即時性、及時性的需求。
【專利說明】一種基于數(shù)據(jù)投影模式變換的列車運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于信號監(jiān)測及處理領(lǐng)域，涉及列車運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，具體涉及一種基于數(shù)據(jù)投影模式變換的列車運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國鐵路建設(shè)的發(fā)展，高速、重載成為列車發(fā)展的主導趨勢，對列車運行的安全性、舒適性要求越來越高，因此實時高效地監(jiān)測、檢測列車運行狀態(tài)，能夠快速、準確地判斷列車故障、找到故障部件的需求日益增加。
[0003]目前，高速列車一些故障甄別、故障部件判別已經(jīng)由傳統(tǒng)的人工檢測轉(zhuǎn)化為智能系統(tǒng)自動處理?，F(xiàn)行的智能系統(tǒng)通過比對在不同運行速度、不同運行狀態(tài)下測得的列車特定部位的加速度值或位移值，即比對列車重要部件在正?；蚬收蠣顟B(tài)下的振動特征不同而導致相鄰位置處安裝的傳感器檢測到的加速度值或位移值的不同，據(jù)此來判斷列車原件、部件的工作狀態(tài)及原件、部件是否正常，為判斷高速列車運行的安全性、舒適性提供依據(jù)。然而前述傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)投影方式僅在列車運行速度較高時才能較為準確地區(qū)分因不同原件、部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)變化導致臨近位置的傳感器的加速度值或位移值變化引起的列車工作狀態(tài)的改變，在列車運行速度較低時不能區(qū)分列車不同原件、部件故障引起的不同運行狀態(tài)。因此不能做到全程、全速度范圍的監(jiān)測列車運行狀態(tài)，進而影響對列車運行安全性、舒適性的監(jiān)測，存在隱患。
[0004]傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)投影方式通常是將處理后得到的待研究數(shù)據(jù)投影到時間維或速度維的二維平面上，以得到待研究的特征數(shù)據(jù)隨時間或速度變化的關(guān)系，從中發(fā)現(xiàn)受時間或速度影響因素的性能變化情況，以此來推斷列車運行狀態(tài)或某些部件可能存在的缺陷及其發(fā)展狀態(tài)。實驗表明這種數(shù)據(jù)投影方式在速度較低時不能明顯地區(qū)分高速列車的抗蛇行減振器故障、抗橫向位移減振器故障、空氣彈簧故障等典型故障工況，在實時監(jiān)控中存在盲區(qū)，不能做到全速度范圍監(jiān)控，存在一定的隱患。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了改善現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供了一種基于數(shù)據(jù)投影模式變換的列車運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，以實現(xiàn)全速度范圍、實時、高效地監(jiān)控列車運行狀態(tài)的目的。
[0006]本發(fā)明為實現(xiàn)發(fā)明目的采用的技術(shù)方案是，一種基于數(shù)據(jù)投影模式變換的列車運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和監(jiān)控模塊，所述的數(shù)據(jù)采集模塊包括采集數(shù)據(jù)的傳感器和前置濾波電路；所述的數(shù)據(jù)處理模塊包括進行數(shù)據(jù)計算的運算器和進行數(shù)據(jù)存儲的存儲器，所述的運算器按多個特征數(shù)據(jù)用一個數(shù)據(jù)點投影的模式處理數(shù)據(jù)；所述的傳感器將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過前置濾波電路濾波后，將數(shù)據(jù)傳輸給運算器，運算器處理數(shù)據(jù)后按多個特征數(shù)據(jù)用一個數(shù)據(jù)點投影的模式，將數(shù)據(jù)傳輸給存儲器進行存儲并同時傳輸給監(jiān)控模塊。
[0007]所述的傳感器包括加速度傳感器和位移傳感器。[0008]所述的加速度傳感器和位移傳感器均分別安裝在列車車體、車體枕梁上地板、構(gòu)架和軸齒輪箱處。
[0009]所述的監(jiān)控模塊為終端顯示器或故障甄別器。
[0010]所述的將多個特征數(shù)據(jù)用一個數(shù)據(jù)點投影模式的具體算法為:令每一個采集得的特征參數(shù)分別為一個投影坐標軸，即對應的特征參數(shù)的數(shù)值轉(zhuǎn)換為需投影數(shù)據(jù)的相應坐標數(shù)值；然后選取差異性最大的二個、或三個特征參數(shù)來識別列車不同運行工況；再根據(jù)選定的特征參數(shù)數(shù)量將特征參數(shù)投影到二維坐標系或三維坐標系，每一個數(shù)據(jù)點分別反映二個或三個特征參數(shù)的特征值。
[0011]所述的特征參數(shù)為列車運行I飛分鐘內(nèi)檢測位置的加速度a的平均值?和位移V平均值S，加速度平均值?和位移V平均值7分別投影為z坐標數(shù)值和坐標數(shù)值，即令 Cr,7) = ( a , d ) O
[0012]所述的加速度a的平均值?和位移d平均值rf，分別是同一傳感器與歷史數(shù)據(jù)
縱向比較以判斷某一特征的變化趨勢的I個或多個平均值，或者分別是不同傳感器間橫向比較的I個或多個平均值。 [0013]所述的前置濾波電路采用130Hz的低通濾波。
[0014]所述的安裝在車體的加速度傳感器的靈敏度范圍為80(Tl000 mV/g。
[0015]所述的安裝在軸齒輪箱的加速度傳感器的靈敏度范圍為3(T80 mV/g，位移傳感器的精度為50~100 mV/mm。
[0016]由于采用了上述的技術(shù)方案，本發(fā)明所取得的技術(shù)進步如下:
本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、數(shù)據(jù)處理算法簡單，沒有復雜、耗時、資源開銷大的計算，能滿足列車運行安全性、舒適性監(jiān)測對實時性、即時性、及時性的需求；數(shù)據(jù)采集模塊中包括前置130Hz低通濾波電路，濾除了高頻噪聲，保留低頻信號，使采集到的數(shù)據(jù)更適用于列車運行安全性、舒適性監(jiān)測的需求；采用數(shù)據(jù)投影模式變換的方法處理數(shù)據(jù)，能在全運行速度范圍內(nèi)區(qū)分列車不同的運行工況，實現(xiàn)全速度范圍、實時、即時、及時、高效地監(jiān)控列車運行狀態(tài)，隨時準確地定位故障部件，消除監(jiān)控過程中的盲區(qū)及隱患，提高了列車運行的安全性、舒適性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為本發(fā)明的數(shù)據(jù)投影處理流程圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合具體實施例和附圖對本發(fā)明最進一步說明:
如圖1所示，一種基于數(shù)據(jù)投影模式改變的列車運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、監(jiān)控模塊。用于采集加速度及位移的數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)置有前置130HZ低通濾波電路、加速度傳感器以及位移傳感器，上述兩種傳感器安裝在列車車體、車體枕梁上地板、構(gòu)架、軸齒輪箱等處；用于對采集到的數(shù)據(jù)進行處理的數(shù)據(jù)處理模塊包括進行數(shù)據(jù)計算的運算器和進行數(shù)據(jù)存儲的存儲器；監(jiān)控模塊為終端顯示器或故障甄別器。所述的傳感器將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過前置濾波電路濾波后，將數(shù)據(jù)傳輸給運算器，運算器按多個特征數(shù)據(jù)用一個數(shù)據(jù)點投影的模式處理數(shù)據(jù)，再將數(shù)據(jù)傳輸給存儲器進行存儲同時也傳輸給終端顯示器或故障甄別器。其中傳感器可采用市面上量產(chǎn)的加速度傳感器、位移傳感器，根據(jù)安裝位置實際情況選取不同的型式，根據(jù)需要選取不同精度范圍，如安裝在車體的加速度傳感器其靈敏度范圍宜在80(Tl000 mV/g左右，安裝在軸齒輪箱的加速度傳感器其靈敏度范圍宜在3(T80 mV/g左右，位移傳感器的精度宜在5(Tl00 mV/mm左右。
[0020]如圖2所示，數(shù)據(jù)投影模式變換方法的具體過程為:
第一步:計算列車某一監(jiān)測部位的當前時間段的加速度傳感器采集到的加速度值&位移傳感器采集到的位移值V的原始數(shù)據(jù)(包括正負號、可假設(shè)某一方向為正，其相反方向即為負)的平均值5、5。此處述及的每一個加速度a的平均值?或位移V的平均值5對應于每一個傳感器的監(jiān)測值，計算平均值時應以某個位置處的某一個傳感器采集得到的同一組加速度值或位移平均值為基礎(chǔ)，不能把幾個傳感器采集的數(shù)值混在一起計算平均值。即加速度a、位移d原始數(shù)據(jù)的平均值的個數(shù)可根據(jù)既有數(shù)據(jù)源(如傳感器的個數(shù))和需要設(shè)置，分別代表列車原件或部件的下列工作狀態(tài):部件正常狀態(tài)、部件功能退化部分失效狀態(tài)、部件功能喪失可能影響行車安全狀態(tài)。上述當前時間段是指通過加速度或位移原始數(shù)據(jù)的平均值能反映列車部件工作狀態(tài)是否正常的最小時間段，通常取廣5分鐘內(nèi)的數(shù)據(jù)即可。平
.均值的計算工時為
【權(quán)利要求】
1.一種基于數(shù)據(jù)投影模式變換的列車運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和監(jiān)控模塊，其特征在于:所述的數(shù)據(jù)采集模塊包括采集數(shù)據(jù)的傳感器和前置濾波電路；所述的數(shù)據(jù)處理模塊包括進行數(shù)據(jù)計算的運算器和進行數(shù)據(jù)存儲的存儲器，所述的運算器按多個特征數(shù)據(jù)用一個數(shù)據(jù)點投影的模式處理數(shù)據(jù)；所述的傳感器將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過前置濾波電路濾波后，將數(shù)據(jù)傳輸給運算器，運算器處理數(shù)據(jù)后按多個特征數(shù)據(jù)用一個數(shù)據(jù)點投影的模式，將數(shù)據(jù)傳輸給存儲器進行存儲并同時傳輸給監(jiān)控模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于數(shù)據(jù)投影模式變換的列車運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述的傳感器包括加速度傳感器和位移傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于數(shù)據(jù)投影模式變換的列車運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述的加速度傳感器和位移傳感器均分別安裝在列車車體、車體枕梁上地板、構(gòu)架和軸齒輪箱處。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于數(shù)據(jù)投影模式變換的列車運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述的監(jiān)控模塊為終端顯示器或故障甄別器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于數(shù)據(jù)投影模式變換的列車運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述的將多個特征數(shù)據(jù)用一個數(shù)據(jù)點投影模式的具體算法為:令每一個采集得的特征參數(shù)分別為一個投影坐標軸，即對應的特征參數(shù)的數(shù)值轉(zhuǎn)換為需投影數(shù)據(jù)的相應坐標數(shù)值；然后選取差異性最大的二個、或三個特征參數(shù)來識別列車不同運行工況；再根據(jù)選定的特征參數(shù)數(shù)量將特征參數(shù)投影到二維坐標系或三維坐標系，每一個數(shù)據(jù)點分別反映二個或三個特征參數(shù)的特征值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于數(shù)據(jù)投影模式變換的列車運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述的特征參數(shù)為列車運行I飛分鐘內(nèi)檢測位置的加速度a的平均值?和位移V平均值5 ,加速度平均值?和位移V平均值5分別投影為Z坐標數(shù)值和坐標數(shù)值，即令(x，_F) = (5，J )。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于數(shù)據(jù)投影模式變換的列車運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述的加速度a的平均值7和位移d平均值，分別是同一傳感器與歷史數(shù)據(jù)縱向比較以判斷某一特征的變化趨勢的I個或多個平均值，或者分別是不同傳感器間橫向比較的I個或多個平均值。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于數(shù)據(jù)投影模式變換的列車運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述的前置濾波電路采用130Hz的低通濾波。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于數(shù)據(jù)投影模式變換的列車運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述的安裝在車體的加速度傳感器的靈敏度范圍為80(Tl000 mV/g。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于數(shù)據(jù)投影模式變換的列車運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述的安裝在軸齒輪箱的加速度傳感器的靈敏度范圍為3(T80 mV/g，位移傳感器的精度為50~100 mV/mm。
【文檔編號】G05B19/418GK103759955SQ201310731562
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月27日
【發(fā)明者】李智敏, 金煒東, 茍先太, 張葛祥, 彭宇明, 秦娜, 黃進, 趙舵, 李曉 申請人:西南交通大學