CN109521098A - 一种用于声屏障的监测***和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于声屏障的监测***，包括设置于声屏障紧固体的头部的电信号收发装置，与电信号收发装置连接，用于通过电信号从发射至接收的传输时间计算待测紧固体的预紧力以对声屏障进行监测的处理器。因此，采用本方案，能利用处理器计算电信号收发装置发射的脉冲电信号的发射时间和电信号收发装置接收的回波电信号的接收时间之差，确定机械波信号的传输时间，并根据该传输时间计算出紧固体的预紧力，从而根据该预紧力对声屏障进行检测，本监测***替代传统的人工方式，节省了对紧固体进行检测时的人力物力，并提高了对紧固体的检测效率和检测效果。此外，本发明还公开了一种用于声屏障的检测方法，效果如上。

Description

一种用于声屏障的监测***和方法

技术领域

本发明涉及轨道交通领域，特别涉及一种用于声屏障的监测***和方法。

背景技术

在声源和接收者之间***一个设施，使声波传播有一个显著的附加衰减，从而减弱接收者所在一定区域内的噪声影响，这样的设施称为声屏障。交通声屏障主要是为处于公路或铁路一边的居民创造无噪音的环境。

声屏障发生倾覆时会对轨道交通的运行安全产生极大的影响，而声屏障的紧固体的预紧力下降或声屏障结构健康状况恶化是造成声屏障发生倾覆的重要原因。即紧固体的变形量对应于紧固体的预紧力，声屏障结构共振频率的偏移量对应于声屏障结构的健康状况，因此对于声屏障紧固体的结构进行检测显得至关重要，目前对声屏障的紧固体进行检测的方式主要是采用人工巡检的方式，由检修人员对声屏障的各个紧固体依次进行查看并采用手工的方式确定紧固体是否松动。如此，不仅会浪费大量的人力物力，而且对于紧固体进行检测的检测效率也较低，检测效果也较差。

因此，如何节省对紧固体进行检测时的人力物力以及提高对紧固体的检测效率是本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于声屏障结构的监测***和方法，节省了对紧固体进行监测时的人力物力以及提高了对紧固体的检测效率。

为实现上述目的，本发明实施例提供了如下技术方案：

本发明实施例提供了一种用于声屏障的监测***，包括：

用于通过待测紧固体的头部发射脉冲电信号并接收所述脉冲电信号经所述待测紧固体的尾部反射的回波电信号的电信号收发装置；

与所述电信号收发装置连接，设置于所述待测紧固体的头部的压电陶瓷装置，用于将所述脉冲电信号转换为同频率的机械波信号，将所述机械波信号从所述待测紧固体的头部发送至所述待测紧固体的内部，并将经所述待测紧固体的尾部反射的机械波回波信号转换为所述回波电信号传送至所述电信号收发装置；

与所述电信号收发装置连接的处理器，用于通过所述电信号收发装置发射所述脉冲电信号至接收所述回波电信号的传输时间计算所述待测紧固体的预紧力以对与所述待测紧固体对应的声屏障的结构进行监测。

优选的，所述电信号收发装置和所述处理器均集成于壳体；

所述电信号收发装置、所述处理器和所述壳体构成一体化的测量仪。

优选的，所述电信号收发装置和所述压电陶瓷装置具体通过电缆连接。优选的，还包括：通过4G移动通信网络与所述测量仪连接，用于对所述测量仪进行远程控制和接收所述测量仪的监测信息的监控终端。

优选的，与所述处理器连接，用于对所述处理器计算的预紧力进行修正的温度补偿装置。

优选的，所述电信号收发装置包括：电信号发射器和电信号接收器。

其次，本发明实施例提供了一种用于声屏障的检测方法，包括：

获取发射脉冲电信号和接收回波电信号的时间差以得到机械波信号在待测紧固体内的传输时间；

根据所述传输时间计算所述待测紧固体的预紧力以对所述声屏障的结构进行监测。

优选的，所述获取发射脉冲电信号和接收回波电信号的时间差以得到机械波信号在待测紧固体内的传输时间包括：

确定发射脉冲电信号和接收回波电信号之间的时间间隔。

将所述时间间隔的二分之一作为所述传输时间。

优选的，所述根据所述传输时间计算所述待测紧固体的预紧力以对所述声屏障的结构进行监测包括：

测量标定所述机械波信号在无预紧力的自由状态标准紧固体内的标准传输时间；

计算所述待测紧固体处于预紧状态时机械波信号的传输时间与所述标准传输时间的时间差；

确定所述机械波信号在所述待测紧固体内的传播速度特征量；

根据所述时间差和所述传播速度特征量计算所述待测紧固体的变形量；

利用所述变形量和所述待测紧固体的传播速度特征量计算所述预紧力。

优选的，还包括：

获取所述待测紧固体的连接处周围声屏障结构的振动时域信号；

将所述振动时域信号转换成频域信号并进行频谱分析以确定所述声屏障结构共振频率的偏移量，对所述声屏障的结构进行监测。

可见，本发明实施例公开的一种用于声屏障结构的监测***，能利用处理器对电信号收发装置发射的脉冲电信号的发射时间和电信号收发装置接收的回波电信号的接收时间确定机械波信号在待测紧固体内的传输时间，并由处理器根据该传输时间计算出待测紧固体的预紧力以根据该预紧力对声屏障的结构进行监测，本监测***替代传统的人工方式，节省了对待测紧固体进行监测时的人力物力，并提高了对待测紧固体的监测效率和监测效果。此外，本发明实施例还公开了一种用于声屏障结构的检测方法，效果如上。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的一种用于声屏障的监测***结构示意图；

图2为本发明实施例公开的一种用于声屏障的检测方法流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种用于声屏障结构的监测***和方法，节省了对紧固体进行监测时的人力物力以及提高了对紧固体的监测效率和监测效果。

请参见图1，图1为本发明实施例公开的一种用于声屏障的监测***结构示意图，该监测***包括：用于通过待测紧固体10的头部发射脉冲电信号并接收脉冲电信号经待测紧固体10的尾部反射的回波电信号的电信号收发装置1，与电信号收发装置1连接，设置于待测紧固体10头部的压电陶瓷装置3，用于将脉冲电信号转换为机械波信号，并将机械波信号从待测紧固体10的头部发送至待测紧固体10的内部，并将经待测紧固体10的尾部反射的机械回波信号转换为回波电信号传送至电信号收发装置1；与电信号收发装置1连接的处理器2，用于通过电信号收发装置1发射脉冲电信号至接收回波电信号的传输时间计算待测紧固体10的预紧力以对待测紧固体10对应的声屏障的结构进行检测。

具体的，本实施例中，电信号收发装置1可以设置于待测紧固体10的头部，根据实际情况，电信号收发装置1也可以设置于待测紧固体10的尾部。电信号收发装置1具体包括电信号发射器和电信号接收器，电信号发射器可以为脉冲电信号发生装置、电信号接收器可以为接收电信号的器件(可以参见现有技术)。

对于处理器2可以采用微型计算机，如单片机、控制电路等。处理器2可以采用现有技术中的处理器，处理器2中根据机械波信号的传输时间计算待测紧固体10的预紧力具体过程如下：

待测紧固体10在自由状态下(标准紧固体)，螺栓内部不存在预紧力，而紧固体10在紧固状态下(待测紧固体)，由于预紧力的作用，待测紧固体10将会发生形变，因此，由于预紧力的作用，待测紧固体10将会发生形变，此时待测紧固体10的变形量记为ΔL，然后依据变形量ΔL与预紧力F之间的关系，得到待测紧固体10的预紧力，预紧力计算公式如下：

上式中，E为待测紧固体10的材质的弹性模量，S为待测紧固体10的横截面积，ΔL为待测紧固体10的变形量，L为待测紧固体10连接副的装夹长度。处理器2中预先存储有待测紧固体10的弹性模量、待测紧固体10的横截面积以及待测紧固体10的长度(对应于标准紧固体的螺杆长度)与上式中的ΔL的计算方法如下：

对于标准紧固体10(即处于自由状态下的紧固体)，电信号收发装置1发射和接收电信号的传输时间为T₀，待测紧固体10的机械波信号在待测紧固体10的头部和尾部之间的传输时间为T₁，根据传输时间T₀和传输时间T₁计算两者的时间差与待测紧固体10之间的变形量。对应于上述实施例中提到的电信号收发装置1的安装位置，待测紧固体10的变形量的计算公式如下：

其中，v表示的是机械波信号在待测紧固体内的传播速度。

综上，结合(1)和(2)式求解出待测紧固体10的预紧力。

需要说明的是，待测紧固体10不论是垂直放置、倾斜放置还是水平放置均不会影响本发明实施例的实施，只要保证能测出待测紧固体10的预紧力即可。

本实施例中，压电陶瓷装置3与处理器2之间的工作过程如下：

压电陶瓷装置3采集紧固体连接副结构周围声屏障的机械波振动时域信号，并将机械波信号转变为电信号，此时，处理器2检测到该电信号。

得到该电信号后，处理器2将该时域信号转换为频域信号，在待测紧固体10连接副和其周围声屏障发生结构共振时，共振频率会随着声屏障结构健康状况恶化而发生偏移。

需要说明的是，为了保证整个测量仪的紧凑型和便携性，可以将电信号收发装置1和处理器2集成于同一个工装，该工装统一接一根连接线至压电陶瓷装置3的压电陶瓷层的电极层。因此，作为优选的实施例，电信号收发装置1和处理器2均集成于壳体，电信号收发装置1、处理器2和壳体构成一体化测量仪。测量仪可以同时有两种工作模式，第一种工作模式为，由电信号收发装置1和处理器2共同作用以由处理器2计算待测紧固体10的预紧力。第二种工作模式为，压电陶瓷装置3采集紧固体结构周围声屏障的机械波振动时域信号，并将机械波信号转变为电信号。处理器2对该信号进行频谱分析，以确定紧固体周围声屏障结构共振频率的偏移量。根据共振频率向低频的偏移量确定声屏障倾覆的可能性，如果共振频率向低频段的偏移程度达到预设值，则认为声屏障的结构发生了变化(故障状态)。

进一步，为了保证电信号收发装置1和压电陶瓷装置3之间信号传输的即时性，作为优选的实施例，电信号收发装置1和压电陶瓷装置3具体通过电缆连接。

可见，本发明实施例公开的一种用于声屏障结构的监测***，能利用处理器计算电信号收发装置发射的脉冲电信号的发射时间和电信号收发装置接收的回波电信号的接收时间之差，确定机械波信号在待测紧固体内的传输时间，并由处理器根据该传输时间计算出待测紧固体的预紧力以根据该预紧力对声屏障的结构进行监测，本监测***替代传统的人工方式，节省了对待测紧固体进行监测时的人力物力，并提高了对待测紧固体的监测效率和监测效果。

为了对测量仪的监测结果进行实时监测以及对测量仪内的待测紧固体10的参数进行有效的配置，基于以上实施例，作为优选的实施例，还包括：通过4G移动网络与测量仪连接，用于对测量仪进行远程控制和接收测量仪的监测信息的监控终端。

具体的，本实施例中，监控终端可以为手机、平板、电脑等设备，利用监控终端可以设置电信号收发装置1发射脉冲电信号的频率和设置不同待测紧固体10材质的弹性模量、温度补偿参数，根据实际情况，监控终端还可以实现其他应用功能，本发明实施例在此并不作限定。

为了对处理器2计算出的预紧力进行在线修正，基于上述实施例，作为优选的实施例，还包括：与处理器2连接，用于对处理器2计算的预紧力进行修正的温度补偿装置。

下面对本发明实施例公开的一种用于声屏障的检测方法进行介绍，基于以上任意一个实施例提到的用于声屏障的监测***，请参见图2，图2为本发明实施例公开的一种用于声屏障的检测方法流程示意图，该方法包括：

S201、获取发射脉冲电信号和接收回波电信号的时间差以得到机械波信号在待测紧固体内的传输时间。

S202、根据传输时间计算待测紧固体的预紧力以对声屏障的结构进行监测。

需要说明的是，本发明实施例提供的一种用于声屏障结构的检测方法与上述任意一个实施例提到的用于声屏障结构的监测***相对应，对于重复内容，本发明实施例不再详细赘述。

可见，本发明实施例公开的一种用于声屏障结构的检测方法，根据机械波信号在待测紧固体内的传输时间，并根据该传输时间计算出待测紧固体的预紧力，从而根据该预紧力对声屏障进行检测，本监测***替代传统的人工方式，节省了对待测紧固体进行检测时的人力物力，并提高了对待测紧固体的检测效率和检测效果。

作为优选的实施例，步骤S201包括：

确定发射脉冲电信号和接收回波电信号之间的时间间隔。

将所述时间间隔的二分之一作为所述传输时间。

基于上述实施例，作为优选的实施例，步骤S202包括：

测量标定所述机械波信号在无预紧力的自由状态标准紧固体内的标准传输时间；

计算所述待测紧固体处于预紧状态时机械波信号的传输时间与所述标准传输时间的时间差；

确定所述机械波信号在所述待测紧固体内的传播速度特征量；

根据所述时间差和所述传播速度特征量计算所述待测紧固体的变形量；

利用所述变形量和所述待测紧固体的传播速度特征量计算所述预紧力。

具体的，本实施例中的待测紧固体的传播速度特征量包括：机械纵波在待测紧固体内的传播速度，待测紧固体的材质的弹性模量，待测紧固体的横截面积，待测紧固体连接副的装夹长度。关于本实施例中的计算方法可以参见上述实施例中记载的关于预紧力的计算公式，在此不再赘述。

作为优选的实施例，还包括：

获取所述待测紧固体连接副周围的声屏障结构的振动时域信号；

将所述振动时域信号转换成频域信号并进行频谱分析以确定所述声屏障结构共振频率的偏移量，对所述声屏障的结构进行监测。

以上对本申请所提供的一种用于声屏障结构的监测***和方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种用于声屏障结构的监测***，其特征在于，包括：

用于通过待测紧固体的头部发射脉冲电信号并接收所述脉冲电信号经所述待测紧固体的尾部反射的回波电信号的电信号收发装置；

与所述电信号收发装置连接，设置于所述待测紧固体的头部的压电陶瓷装置，用于将所述脉冲电信号转换为同频率的机械波信号，将所述机械波信号从所述待测紧固体的头部发送至所述待测紧固体的内部，并将经所述待测紧固体的尾部反射的机械波回波信号转换为所述回波电信号传送至所述电信号收发装置；

与所述电信号收发装置连接的处理器，用于通过所述电信号收发装置发射所述脉冲电信号至接收所述回波电信号的传输时间计算所述待测紧固体的预紧力以对与所述待测紧固体对应的声屏障的结构进行监测。

2.根据权利要求1所述的用于声屏障结构的监测***，其特征在于，

所述电信号收发装置和所述处理器均集成于壳体；

所述电信号收发装置、所述处理器和所述壳体构成一体化的测量仪。

3.根据权利要求1所述的用于声屏障结构的监测***，其特征在于，所述电信号收发装置和所述压电陶瓷装置具体通过电缆连接。

4.根据权利要求2所述的用于声屏障结构的监测***，其特征在于，还包括：通过4G移动通信网络与所述测量仪连接，用于对所述测量仪进行远程控制和接收所述测量仪的监测信息的监控终端。

5.根据权利要求1所述的用于声屏障结构的监测***，其特征在于，还包括：与所述处理器连接，用于对所述处理器计算的预紧力进行修正的温度补偿装置。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的用于声屏障结构的监测***，其特征在于，所述电信号收发装置包括：电信号发射器和电信号接收器。

7.一种用于声屏障结构的检测方法，基于权利要求1-6任意一项所述的用于声屏障结构的监测***，其特征在于，包括：

获取发射脉冲电信号和接收回波电信号的时间差以得到机械波信号在待测紧固体内的传输时间；

根据所述传输时间计算所述待测紧固体的预紧力以对所述声屏障的结构进行监测。

8.根据权利要求7所述的用于声屏障的监测方法，其特征在于，所述获取发射脉冲电信号和接收回波电信号的时间差以得到机械波信号在待测紧固体内的传输时间包括：

确定发射脉冲电信号和接收回波电信号之间的时间间隔。

将所述时间间隔的二分之一作为所述传输时间。

9.根据权利要求7所述的用于声屏障结构的监测方法，其特征在于，所述根据所述传输时间计算所述待测紧固体的预紧力以对所述声屏障的结构进行监测包括：

测量标定所述机械波信号在无预紧力的自由状态标准紧固体内的标准传输时间；

计算所述待测紧固体处于预紧状态时机械波信号的传输时间与所述标准传输时间的时间差；

确定所述机械波信号在所述待测紧固体内的传播速度特征量；

根据所述时间差和所述传播速度特征量计算所述待测紧固体的变形量；

利用所述变形量和所述待测紧固体的传播速度特征量计算所述预紧力。

10.根据权利要求7-9任意一项所述的用于声屏障结构的检测方法，其特征在于，还包括：

获取所述待测紧固体连接处周围声屏障结构的振动时域信号；

将所述振动时域信号转换成频域信号并进行频谱分析以确定所述声屏障结构共振频率的偏移量，对所述声屏障的结构进行监测。