CN108731792B - 一种判断列车过车的方法及振动检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种判断列车过车的方法及振动检测装置，提供一种通过检测与轨道相连的机械部件或轨道附近的地面的振动来判断列车过车的方法。列车在轨道上行进时，会引起与轨道相连的机械部件、附近地面的振动，在这些机械部件上或轨道附近的地面上固定安装一个振动检测装置，检测装置通过加速度传感器采集到振动数据，然后通过本发明提供的算法计算出速度有效值，当速度有效值大于预设的阈值时，判断当前有列车经过。振动检测装置实现上述方法。

Description

一种判断列车过车的方法及振动检测装置

技术领域

本发明涉及判断列车过车的方法及振动检测装置。

背景技术

目前，一般采用通过铁道附近的振动情况来判断是否有列车过车。当前一般通过加速度判断过车，该方法利用一个安装在与轨道相连的机械部件中的一个加速度传感器检测振动所产生的加速度，然后通过判断加速度的大小也就是振动的大小，判断是否有车经过，目前的方法过于简单，如只是简单的检测有多少个数据点超过阈值来判断过车，或简单求出加速度变化的平均值来判断等，这些方法容易出现误判、漏判和不能排除邻线轨道过车干扰的问题，而且控制参数单一，反复调试也达不到理想的效果，导致实际应用困难。

发明内容

本发明针对目前判断列车过车的方法容易出现误判、漏判和不能排除邻线轨道过车干扰的问题，而且控制参数单一，反复调试也达不到理想的效果，导致实际应用困难的不足，提供一种判断列车过车的方法及振动检测装置。

本发明的技术方案是：一种判断列车过车的方法，在与轨道相连的机械部件上或轨道旁的地面上固定安装加速度传感器，通过加速度传感器采集到由振动引起的加速度值后计算出速度有效值来判断当前是否有列车经过，包括以下步骤：

步骤1、利用加速度传感器实时检测地面或与地面紧密连接的物体上的振动，以间隔Δt对加速度传感器的输出各轴的加速度进行采样；

步骤2、按照下列方式计算各轴的速度：

v₁＝v₀+a₁Δt

v₂＝v₁+a₂Δt

v_n＝v_n-1+a_nΔt；

式中：a₁、a₂…a_n分别Δt时刻、2Δt时刻…(n－1)Δt时刻、nΔt时刻检测到的加速度；v₀为静态速度、v₁、v₂、…v_n-1、v_n分别Δt时刻、2Δt时刻…(n－1)Δt时刻、nΔt时刻的计算出来的速度；

步骤3、根据下面公式计算各时刻速度的有效值：

式中T为连续采集加速度传感器的输出的时间；

步骤4、与预先设置好的过车阈值比较，若其中有一个轴的速度有效值超过阈值则认为过车。

本发明提供了一种非常可靠的判断列车过车的方法。

进一步的，上述的判断列车过车的方法中：在步骤1之前还包括加速度传感器静态参考值设定步骤；所述的加速度传感器静态参考值设定步骤包括：

连续采集一段时间T的加速度数据，通过计算判定设备是否处于静止状态，若为静止状态，则将该段时间内三轴各自加速度的平均值作为静态参考值，若不静止则重新采集并判定，直到判定为静止状态为止。

进一步的，上述的判断列车过车的方法中：静止状态按照下列方式进行判断：

连续采集一段时间T的加速度数据，计算出各轴的平均加速度，然后求出这些加速度数据各轴的标准差，如果标准差小于预设的阈值，判定当前为静止状态，否则为非静止状态，需要重新进行采集计算并判定。

本发明还提供一种振动检测装置，包括与轨道相连的机械部件上或轨道旁的地面上固定安装的加速度传感器；还包括

采样装置，以间隔Δt对加速度传感器的输出各轴的加速度进行采样；

第一计算装置，所述的第一计算装置按照下列方式计算各轴的速度：

v₁＝v₀+a₁Δt

v₂＝v₁+a₂Δt

v_n＝v_n-1+a_nΔt；

式中：a₁、a₂…a_n分别Δt时刻、2Δt时刻…(n－1)Δt时刻、nΔt时刻检测到的加速度；v₀为静态速度、v₁、v₂、…v_n-1、v_n分别Δt时刻、2Δt时刻…(n－1)Δt时刻、nΔt时刻的计算出来的速度；

第二计算装置，所述的第二计算装置根据下面公式计算各时刻速度的有效值的装置：

式中T为连续采集加速度传感器的输出的时间；

判断装置，所述的判断装置与预先设置好的过车阈值比较，若其中有一个轴的速度有效值超过阈值则认为过车。

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细地说明。

附图说明

图1为本发明实施例1振动检测装置结构示意图。

图2为本发明实施例1采集到的Z轴加速度曲线。

图3为本发明实施例1速度有效值曲线。

图4和图5是本发明实施例1振动检测装置的应用场景。

具体实施方式

本实施例是一种提供了更好的计算方法来判断是否过车；该方法先自动计算轨道在静态时的加速度参考值，然后把采集到的加速度数据和静态参考值计算出速度的有效参考值并转化成速度有效值，速度有效值能够准确有效的表示出机械***的振动能量，且更符合人的直观感受，通过它可以更准确的判断出是否过车，提高了判断的精度和稳定性，避免了误判、漏判的情况，而且可以区分出邻线轨道过车的干扰；自动计算轨道静态参考值的方法能够适应不同的安装要求，提高了振动检测设备安装的方便性和安装效率；本方法还提供了多个参数可以灵活进行调试，以适应不同的工况要求。

如图1所示，本实施例的振动检测装置在一轨道旁的地面或与轨道相连的机械部件上固定安装加速度传感器，然后通过对加速度传感器输出的三轴(X、Y、Z)的输出值进行处理，就可以得到是否有列车通过该轨道，本实施例中的振动检测装置，使用的场合如图4和图5所示，振动检测装置2安装在轨道1边上，对轨道的振动幅度进行检测，判断是否有列车经过。也可以安装在转辙机3内，通过转辙机的机械结构与轨道1接触，检测轨道1的振动。

本实施例中，判断列车过车的方法如下：

事先设定加速度传感器的静态参考值，按照以下步骤实现：

本实施例中，振动检测装置中的加速度传感器安装位置和安装姿态有可能不同，那么加速度传感器各轴加速度的静态参考值(xRefVal、yRefVal、zRefVal)就会不同；为适应各种不同的安装需求，需要设定静态参考值。

设定静态参考值的方式：振动检测装置每次开机启动后，连续采集一段时间T的加速度数据，通过计算判定设备是否处于静止状态，若为静止状态，则将该段时间内三轴各自加速度的平均值作为静态参考值，若不静止则重新采集并判定，直到判定为静止状态为止。这段时间称为静态值获取时间，可通过上位机进行灵活设置。这里平均值是一种算术平均，如T时间内采集到的X轴的加速度点为a₁,a₂,a₃...a_n,平均值为

期中，加速度传感器静止状态判定方法如下：

振动检测装置每次开机启动后，连续采集一段时间T的加速度数据，计算出各轴的平均加速度，然后求出这些加速度数据各轴的标准差，如果标准差小于预设的阈值，判定当前为静止状态，否则为非静止状态，需要重新进行采集计算并判定。这里标准差的计算方式是：

先计算出平均值a_avg,

本实施例中，需要增加对为什么要获取到传感器静态参考值的原因：

因为采用的加速度传感器可以感应到重力加速度，即使传感器没有产生振动，也会输出一个G的重力加速度；所以为了检测出实际的振动加速度值，需要消除掉重力加速度，在实际安装时加速度传感器的位置和姿态是未知的，并不一定是水平固定安置的，并且在经过长期振动后可能导致振动检测装置的位置和姿态的微小变化，所以在设备上电时或者运行一段时间后需要重新获取加速度传感器各轴的加速度参考值。

过车振动的表示

机械***中，表征***振动的物理量有加速度、速度和位移。在许多振动测试***中，由于受到环境和传感器安装条件的限制，位移和速度无法测量，此时需要通过对加速度信号积分获得速度，速度是反映速度有效值的理想参数，表征的是振动的能量；所以国际上许多振动诊断标准都是采用速度有效值作为判别参数。

根据加速度与速度的关系：

v＝v₀+at

计算出三个轴每个采样点的速度：

v₁＝v₀+a₁Δt

v₂＝v₁+a₂Δt

v_n＝v_n-1+a_nΔt

速度有效值计算方法可以参考电流有效值：电流的有效值I是通过热效应来定义的，它等于相同时间内一个直流电产生相同热量对应的电流。

参照上述公式计算出每个轴的速度有效值V：

最后过车的判定

振动检测装置实时采集加速度数据并计算出该段时间内的每个轴的速度有效值，然后与预先设置好的过车阈值比较，若其中有一个轴的速度有效值超过阈值则认为过车。

为振动检测装置采集集到的振动曲线，如图2为加速度曲线，图3为速度有效值曲线；可见速度有效值大部分集中在30～40mm/s之间，假如该道岔的邻线轨道过车干扰速度有效值为15mm/s，那么过车阈值可以设置为20mm/s左右，这样即可避免邻线轨道过车的干扰，又可正常检测到本轨道过车。

Claims (4)

1.一种判断列车过车的方法，特征在于：在轨道旁的地面或与地面紧密连接的物体上固定安装加速度传感器，通过加速度传感器采集到由振动引起的加速度值后计算出速度有效值来判断当前是否有列车经过，包括以下步骤：

步骤1、利用加速度传感器实时检测地面或与地面紧密连接的物体上的振动，以间隔Δt对加速度传感器的输出各轴的加速度进行采样；

步骤2、按照下列方式计算各轴的速度：

v₁＝v₀+a₁Δt

v₂＝v₁+a₂Δt

.

.

v_n＝v_n-1+a_nΔt；

式中：a₁、a₂…a_n分别为Δt时刻、2Δt时刻…(n－1)Δt时刻、nΔt时刻检测到的加速度；v₀为静态速度、v₁、v₂、…v_n-1、v_n分别为Δt时刻、2Δt时刻…(n－1)Δt时刻、nΔt时刻的计算出来的速度；

步骤3、根据下面公式计算各时刻速度的有效值：

式中T为连续采集加速度传感器的输出的时间；

步骤4、将步骤3计算出来的各时刻速度的有效值与预先设置好的过车阈值比较，若其中有一个轴的速度有效值超过阈值则认为过车。

2.根据权利要求1所述的判断列车过车的方法，其特征在于：在步骤1之前还包括加速度传感器静态参考值设定步骤；所述的加速度传感器静态参考值设定步骤包括：

连续采集一段时间T的加速度数据，通过计算判定设备是否处于静止状态，若为静止状态，则将该段时间内三轴各自加速度的平均值作为静态参考值，若不静止则重新采集并判定，直到判定为静止状态为止。

3.根据权利要求2所述的判断列车过车的方法，其特征在于：静止状态按照下列方式进行判断：

连续采集一段时间T的加速度数据，计算出各轴的平均加速度，然后求出这些加速度数据各轴的标准差，如果标准差小于预设的阈值，判定当前为静止状态，否则为非静止状态，需要重新进行采集计算并判定。

4.一种振动检测装置，其特征在于：包括轨道旁的地面或与地面紧密连接的物体上固定安装的加速度传感器；还包括

采样装置，以间隔Δt对加速度传感器的输出各轴的加速度进行采样；

第一计算装置，所述的第一计算装置按照下列方式计算各轴的速度：

v₁＝v₀+a₁Δt

v₂＝v₁+a₂Δt

.

.

v_n＝v_n-1+a_nΔt；

式中：a₁、a₂…a_n分别为Δt时刻、2Δt时刻…(n－1)Δt时刻、nΔt时刻检测到的加速度；v₀为静态速度、v₁、v₂、…v_n-1、v_n分别为Δt时刻、2Δt时刻…(n－1)Δt时刻、nΔt时刻的计算出来的速度；

第二计算装置，所述的第二计算装置为根据下面公式计算各时刻速度的有效值的装置：

式中T为连续采集加速度传感器的输出的时间；

判断装置，所述的判断装置为所述的第二计算装置计算的各时刻速度的有效值与预先设置好的过车阈值比较，若其中有一个轴的速度有效值超过阈值则认为过车。

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